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1、第6章 计算机网络技术,主讲人：岑雄鹰 信息科学与工程学院,计算机网络技术基础,自1969年世界上第一个计算机网络ARPANET在美国诞生后，经过几十年的发展，计算机网络已成为社会信息化的重要支柱，尤其是近几年，其技术水平和应用规模都上了新台阶，特别是Internet的兴起，充分显示了计算机网络在社会信息化中的巨大作用和良好的发展前景。,计算机网络系统的组成,网络通信系统 它提供节点间的数据通信，这涉及到传输介质，拓扑结构以及网络访问控制等一系列核心技术，决定着网络的性能，是网络系统的核心和基础 . 网络操作系统 它对网络资源进行有效管理，提供基本的网络服务，网络操作界面，网络安全性和可靠性等
2、保障措施，是实现用户透明性访问网络所必不可少的人-机（网络）接口. 网络应用系统 它是根据应用要求而开发的基于网络环境的应用系统。例如学校、企业、宾馆、银行等各行业中所广泛应用的办公自动化、生产自动化、决策支持、电子银行等各类服务系统。,计算机网络的分类,按网络拓扑结构分类 (1)星型网络（如图）,(2)环形网络（如图）,计算机网络的分类（续）,计算机网络的分类（续）,(3)总线型网络 （如图）,计算机网络的分类（续）,按交换方式分类 : (1)电路交换网络 电路交换是最早出现在电话系统中的一种交换方式，目前依然 广泛应用于自动电话系统中。源用户通过拨号接通某些开关来 建立所要求的通信路径，使
3、源用户和目标用户之间能直接进行 通信。 (2)报文交换网络 它是一种数字式网络，当源主机和目标主机通信时，网络中的 中继节点、交换器总是先将主机发来的一份完整报文存储在交 换器的缓冲区中，然后再根据报头中的目标地址选择一条相应 的输出链路，若该链路空闲，便将报文转发至下一个中继节点 或目标主机，若输出链路忙，则将装有输出信息的缓冲区排在 输出队列的末尾等待,计算机网络的分类（续）,(3)分组交换网络 在分组交换网中虽然也采取存储/转发方式，但它不是以变长的 报文作为传输的基本单位，而是先将一份长报文划分为定长的 若干个报文分组，以分组作为报文的基本传输单位。因此，当 源主机要发送一份报文时，需
4、先将报文分解成若干定长的分 组，然后再逐个地将这些分组发送到网络上，网络中的中继节 点将分组接收下来存储在定长的缓冲区中，然后再选择一条适 当的传输路径将分组转发出去。,计算机网络的分类（续）,按网络控制方式分类 （1）集中式网络 这种网络的处理和控制功能都高度集中在一个或少数几个节点 上，所有的信息流都必须通过这些控制节点。因此，这些节点 是网络的处理和控制中心，而其余的大多数节点则只有较少的 处理和控制能力。 （2）分布式网络 在这种网络中，不存在处理和控制中心，网络中的任何节点至 少都和另外两个节点相联，信息从一个节点到达另一个节点， 可能有多条路径，网络中的各个节点均以平等地位相互协调
5、工 作和交换信息，并可共同完成一个大型任务 。,计算机网络的分类（续）,按频带情况分类 (1)基带网 基带网的特点是信道中传输的是数字信号，而且整个通道的频率均被一路数字信号所占用，此外，基带传输信号是双向传输的，即连于总线上各节点的发送信号沿两个方向向总线的末端传送，为了防止信号在末端产生反射，在末端需要接上适当的匹配阻抗。基带传输目前多采用双绞线及基带同轴电缆两种传输介质 。 基带总线局域网通常采用同轴电缆作为传输介质，大部分使用50欧姆电缆，而不是CATV75欧姆电缆，这是因为对于数字信号，50欧姆电缆受到来自接头插入容抗的反射不那么强，而且对低频电磁噪声有较好的抗干扰性。,计算机网络的
6、分类（续）,(2)宽带网 宽带传输的特点是通信中传输的是模拟信号，通道可以采用频率划分方式进行通道的多路复用。例如当基本通道是6MHz时，在电缆频带为300MHz的情况下，就可以提供50个高质量的数据通信信道。宽带传输的另一个特点是单向传输方式，不能制造出沿两个方向通过同一频率信号的放大器，所以一个频率信号在一条总线上只能沿一个方向传送，要求采用不同的频率收发信号，在端头采用频率转换器，把发送频率变成接收频率。为了获得两个方向的通道，可以采用双通道技术，所有节点的发送信号都沿一条通道传至下一个端点，沿另一个通道向其它各个节点发送。,计算机网络互联设备,网络互联的目的是使一个网络的用户能够访问其
7、他网络上的资源，使不同网络上的用户能够互相通信和交换信息，网络互联设备是实现网络互联的工具，根据它所工作的网络层次和所支持的协议可分为四种类型：中继器（集线器），工作在OSI模型的物理层，在不同电缆之间放大和还原信号；网桥（交换机），工作在OSI的数据链路层，在局域网间存储转发数据帧；路由器，工作在OSI模型的网络层，在不同的网络之间存储转发数据帧；网关，在OSI模型的传输层以上工作，提供高层网络互联接口 .,计算机网络互联设备,中继器（集线器） 中继器（Repeater）是工作在网络物理层上的一种介质连接设备。由于信号在网络传输介质中有衰减和噪音，使有用的数据信号变得越来越弱，为了保证有用数
8、据的完整性，并在一定范围内准确传输，中继器把它接收到的弱信号提取出来，进行放大并保持其与原信号内容相同。 网桥（交换机） 网桥（Bridge）是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁，所以又称为桥接器。网桥是工作在数据链路层的一种设备，它的作用是扩展了网络和通信手段。网桥将两个相似的网络连接起来，并对网络数据的流通进行管理。它不但能扩展网络的距离和范围，而且可提高网络的性能，可靠性和安全性。,计算机网络互联设备,路由器 路由器工作在网络层，从事不同网络之间的数据存储和分组转发。它可根据不同帧来传输数据，完成网络层中继或第三层中继任务。由于它在两个局域网的网络层之间按帧传输数据需要决定在网络
9、层之间数据传输时的路由去向，所以叫“路由器”。 路由器只接受源站或其他路由器的信息，属于网络层的一种互联设备。同网桥类似，路由器可以是专门硬件设备，也可以由计算机充当，这时计算机上应运行路由器软件。,计算机网络互联设备,网关 在传输层及以上的层次实现网络互联的设备称为网关（Gateway），又称为协议转换器。网关的基本功能体现在OSI模型的高层，它将协议进行转换，数据重新分组，以便在两个不同类型的网络系统间进行通信。网关和多协议路由器（或特殊用途的通信服务器）组合在一起，可以连接多种不同的网络系统。 目前，网关主要作为网络上用户访问大型主机的通用工具，如金融系统中的支付网关。,计算机网络协议简
10、介,计算机网络体系结构与标准化 计算机网络实现通信必须有一些约定，即通信协议，对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定统一的标准。为了使两个结点之间能进行对话，必须在它们之间建立通信工具（即接口），使彼此之间能进行信息交换。一个接口由两部分组成，一是硬件装置，其功能是实现结点之间的信息传送；二是软件装置，功能是规定双方进行通信的协议。,ISO的OSI参考模型,ISO/OSI参考模型 示意图,ISO的OSI参考模型,OSI参考模型各层的功能及其服务表述如下 : 物理层 物理层处于OSI参考模型的最底层，是实现系统通信介质的物理接口，实现网内实体间的物理连接，完成比特流传输通路的建
11、立、维护和释放，处理与物理介质有关的机械的、电气的和过程的接口，并向其上层的数据链路层提供透明的比特流传送. 数据链路层 数据链路层的主要作用是建立相邻节点的数据链路，传输按一定格式组织起来的比特流信息，确保信息的正确发送和接收。,ISO的OSI参考模型,网络层 网络层为端到端的数据传输提供面向连接和无连接的服务，提供数字通信子网传输的有关操作，如路由选择，拥塞控制以及网络互连等服务，按照传输层的要求来选择服务质量和安全级，向传输层报告未能恢复的差错，提供路由选择和数据交换等操作，实现点到点通信，向传输层提供支持，同时调用数据链路层的服务。 传输层 传输层主要为系统之间提供面向连接和无连接的数
12、据传输服务。为面向连接的数据传输提供建立，维护和释放连接等操作，传输层还提供端到端的差错恢复和流量控制功能，实现可靠的数据传输，为传输数据选择网络层所提供的最合适的传输路径。,ISO的OSI参考模型,会话层 会话层为两个进程之间的会话提供建立、维护和终止连接的功能，它提供了三种交叉会话控制模式，即一路交叉，两路交叉和两路同时会话模式。 表示层 表示层负责信息表示的方法。表示层作为不同实体间的翻译器，决定显示在屏幕上的信息格式，并将该信息传输给应用层。 应用层 应用层为网络应用提供协议支持和服务。应用层服务和功能因网络应用而异，如能提供事务处理、文件传输、网络安全和网络管理等服务。,IEEE80
13、2标准,IEEE于1980年初建立了一个802委员会，专门从事局域网标准的制定工作，并取得了很大的进展，它制定了一系列局域网（LAN）标准，对规范局域网产品的开发，推动局域网技术的应用起了很大的促进作用。,IEEE802标准,LAN协议的结构以及与ISO/OSI参考模型的对应关系,TCP/IP协议,从网络体系结构看，TCP/IP是OSI参考模型七层结构的简化，它只分为四层，即应用层、传输层、网际层与网络接口层 .其中网络接口层提供了与物理网络（这些物理网络对应于OSI参考模型的物理层和数据链路层）的接口方法和规范；网络层与OSI参考模型的网络层相对应；传输层与OSI参考模型的传输层相对应；应用
14、层包括了OSI参考模型的会话层，表示层和应用功能，规定了与特定的网络应用相关的应用协议，如远程登录，文件传输及电子邮件等服务协议。,TCP/IP协议,网络接口层 TCP/IP协议中的网络接口层规定了与各种物理网络之间的网络接口。这些物理网络可以是广域网，如ARPAENT、MILNET或X.25公用数据网，也可以是局域网，如Ethernet、TokenRing、FDDI等IEEE定义的各种标准局域网。网络接口定义了一种接口规范，任何物理网络只要按照这个接口规范开发网络接口驱动程序，都能够与TCP/IP协议进行集成。 网际层 TCP/IP协议中的网际层的主要功能是实现互联网的端到端的数据分组传送，
15、这种端到端的数据分组传输采用无连接交换方式。网际层提供了基于无连接的数据传输、路由选择、拥塞控制和地址映射等功能 .,TCP/IP协议,IP（Internet Protocol）协议 IP（Internet Protocol）协议是网际层的主要协议。IP协议是TCP/IP协议集的核心协议之一，它提供了无连接的数据报传输和互联网的路由服务。IP协议的基本任务是通过互联网传送数据，各个IP数据报是独立传输的。主机上的IP层向传输层提供传输服务，IP层从源传输层实体获得数据，再通过物理网络将数据传送到目的主机的IP层。 在互联网体系结构中，参与通信的各个节点（包括端节点和中间节点）都要预先分配一个唯
16、一的逻辑地址作为标志符，并且使用该地址进行一切通信活动，该地址称为IP地址。在IPv4中，IP地址由网络标识（Net）和主机标识（Host）两部分组成，可标识一个互联网络中的任何一个节点。,TCP/IP协议,IP数据报由报头和报文数据两部分组成，其结构如图 :,ARP（Address Resolution Protocol）协议,地址解析协议（Address Resolution Protocol，ARP）是在仅知道主机的IP地址时确定其物理地址的一种协议。 ARP协议就是将网络层（IP层，也就是相当于OSI的第三层）地址解析为数据连接层（MAC层，也就是相当于OSI的第二层）的MAC地址。,ARP（Address Resolution Protocol）协议,ARP协议的基本原理如下： 在TCP/IP协议中，A给B发送IP包，在报头中需要填写B的IP为目标地址，但这个IP包在以太网上传输的时候，还需要进行一次以太包的封装，在这个以太包中，目标地址就是B的MAC地址。计算机A是如何得知B的MAC地址的呢？解决问题的关键就在于有了ARP协议。在A不知道B的MAC地址的情况下，A就广播
