1、计算机网络与多媒体技术,郝建军：通信工程系联系方式：15806548119办公室：J11-218邮 箱：,主要内容,计算机网络基本概念 数据通信基础 物理层 数据链路层 局域网技术 网络层 传输层 应用层 计算机网络实用技术 网络新技术,主要内容,多媒体技术的基本概念 多媒体数字处理技术 多媒体的硬件系统 多媒体的软件基础,参考书,Andrew S. Tanenbaum，潘爱民译，计算机网络第4版，清华大学出版社，2004 谢希仁，计算机网络（第四版），电子工业出版社，2003 王群，计算机网络教程，清华大学出版社，2005 Standford H. Rowe, Marsha L.Schuh,
2、 Computer Networking, 李春洪，李文中，叶保留译，清华大学出版社 胡晓峰 等，多媒体技术教程，人民邮电出版社,专业选修课 总学时60，实验18学时 综合成绩 考试：70% 试验：20% 考勤及作业：10%,信息化时代 21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。 网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。 计算机网络网络正改变这我们的工作和生活方式。,我国几大公用计算机网络,(1) 中国公用计算机互联网 CHINANET (2) 中国教育和科研计算机网 CERNET (3) 中国科学技术网 CSTNET (4) 中国联通互联网
3、 UNINET (5) 中国网通公用互联网 CNCNET (6) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET (7) 中国移动互联网 CMNET (8) 中国长城互联网 CGWNET (9) 中国卫星集团互联网 CSNET,第1章 计算机网络概述,本章内容 计算机网络基本概念 计算机网络的发展史 网络拓扑结构分类 OSI/RM和TCP/IP参考模型,教学目的 1、了解计算机网络基本概念和组成 2、了解网络拓扑结构分类 3、通过本节的学习了解OSI与TCP/IP体系结构重点 1、网络拓扑结构 2、OSI体系结构 3、TCP/IP体系结构,计算机网络的产生背景,是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的
4、产物。 60 年代初，美国国防部领导的高级研究规划局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。 传统的电路交换(circuit switching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。,1.1 计算机网络的基本概念,计算机网络定义 就是利用通讯设备和线路，将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件（即由网络通讯协议、信息交换方式及网络操作系统等构成）实现网络中资源共享和信息传递的系统。,1,2,3,4,1.1
5、计算机网络的基本概念,简单定义：一些互相连接的、自治的计算机的集合。 因特网(Internet)是“网络的网络”。,计算机网络必须有以下三个要素：,计算机； 通信设备和传输介质；协议。,1.1.2 计算机网络的发展史,四个阶段： 具有通信功能的单机系统 具有通信功能的多机系统 计算机-计算机网络 局域网的兴起和分布式计算机模式的发展,单机系统结构示意图,多机系统结构示意图,计算机-计算机网络结构示意图,以主机为中心,以分组交换网为中心,分布式计算机网络结构示意图,特点是：互连、高速、智能,因特网时代,第一个分组交换网 ARPANET 最初只是一个单个的分组交换网。 ARPA 研究多种网络互连的
6、技术。 1983 年 TCP/IP 协议成为标准协议。 同年，ARPANET分解成两个网络： ARPANET进行实验研究用的科研网 MILNET军用计算机网络 19831984 年，形成了因特网 Internet。 1990 年 ARPANET 正式宣布关闭。,因特网时代,1986 年，NSF 建立了国家科学基金网。 NSFNET。它是一个三级计算机网络： 主干网 地区网 校园网,各网络之间需要使用路由器来连接。,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,国家主干网,主机到主机的通信可能要经过多种网络。,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,国家主干网,大公司,地区 ISP,网
7、络接入点 NAP （对等点）,公司,主干服务 提供者,本地 ISP,地区 ISP,地区 ISP,地区 ISP,本地 ISP,本地 ISP,大公司,大公司,网络接入点 NAP （对等点）,主机到主机的通信可能经过多种 ISP。,当今因特网结构,当今因特网大致上可将因特网分为以下五个接入级 网络接入点 NAP 国家主干网（主干 ISP） 地区 ISP 本地 ISP 校园网、企业网或 PC 机上网用户,1.1.3计算机网络系统的基本组成,计算机网络系统是由通信子网、资源子网及一系列的协议组成的。,负责信息处理,负责信息传递,协议是计算机之间或计算机与子网通信使用的,软件和硬件是计算机网络赖以存在的基
8、础,2. 网络硬件,1. 网络软件,协议，操作系统，网络管理软件，网络应用软件,工作站，服务器，交换机，路由器,1.1.4 计算机网络的分类,按覆盖的地理范围划分 广域网WAN (Wide Area Network) 局域网LAN（Local Area Network） 城域网MAN（Metropolitan Area Network）,几十千米到几千千米,几千米以内,几十千米之内,按计算机网络操作系统分,Netware操作系统 Windows操作系统 UNIX操作系统 OS/2操作系统 Linux操作系统,按传输介质划分有线网 无线网,双绞线、同轴电缆、光纤,无线电波、微波、红外、激光,双绞
9、线,双绞线结构图,RJ-45接头,同轴电缆,光纤就是光导纤维，主要成分SiO2； 纤芯-折射率高、玻璃包层-折射率低； 亮度调制，有脉冲-1，无脉冲-0； 光源: 850nm/1310nm/1550nm； 发光二极管 / 激光二极管；,光线在光纤中的折射：,电磁波谱,无线电波,微波,红外,X射线,紫外,伽马射线,双绞线,同轴电缆,人造卫星,地面微波,光纤,低频 中频 高频 甚高频 特高频 超高频 极高频 至高频,按拓扑结构分类,（1）星型拓扑结构,中央结点的功能： （1）建立连接 （2）维持连接 （3）拆除连接,优点：结构简单、便于管理、 集中控制；网络延迟时间短，误码率低 缺点：网络共享能力
10、差，通信线路利用率不高，中央结点负担过重。,特点：各结点与中央结点点对点连接，集中式通信控制策略，任何两个结点通信都必须经过中央结点。,（2）环形拓扑结构,特点：信息沿固定方向流动，两结点之间有唯一通路 ；某一结点发生故障，可以自动旁路，可靠性高；结点过多时，影响传输效率；扩充不方便。,（3）总线型拓扑结构,特点：广播式网络 ;总线负载能力有限，因此总线长度和结点都受到限制；简单灵活，非常便于扩充；可靠性高，网络响应速度快；设备量少、价格低、安装使用方便；共享资源能力强 。总线形网络结构是目前使用最广泛的结构,（4）树形拓扑结构,特点：具有一定容错能力； 也是广播式网络 ；容易扩充。,（5）网
11、状拓扑结构,在实际组网中,拓扑结构不一定是单一的,通常是几种结构的混用。,将多个子网或多个局域网连接起来构成网际拓扑结构。 网状网 主干网星状相连网,山东科技大学青岛校区校园网拓扑图,计算机网络的功能：,文件服务 打印服务 通信服务 邮件服务 Internet服务 共享数据 管理服务,网络设备,几种常见的网络设备网络接口卡：安装在计算机上集线器：把不同计算机连接成星形结构网桥：是连接两个相同类型子网的连接设备网关：是连接两个不同类型子网的连接设备路由器：是局域网与外部网络的连接部件。可连接不同类型不同速度的子网，并可参与网络的管理。,1.2 OSI/RM和TCP/IP模型,网络体系结构,计算机
12、网络通信及网络服务软件系统的 功能模块图,协议,协议由语义、语法和变换规则3部分组成 语义规定通信双方“讲什么” 语法规定通信双方“如何讲” 变换规则规定双方的“应答关系”,计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合。,实体,任何发送或接收信息的硬件或软件。,服务：面向连接的和无连接的,服 务 用 户,第 n 层,第 n + 1 层,服 务 用 户,在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得 本层能够向上一层提供服务。 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。,各层之间相互独立； 灵活性好； 每层可以选择最为合适的实现技术，各层实现技术改变，不会影响其他层； 易于实现和维护； 易于标准化的实
13、现； 兼容不同厂商的标准接口。,为什么要分层？,OSI七层模型,OSI七层模型,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,逻辑链路控制,介质存取控制,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,系统 1,系统 2,7,6,5,4,3,2,1,报文,报文,报文,报文,分组,帧,比特,应用层协议,表示层协议,会话层协议,传输层协议,网络层协议,链路层协议,物理层协议,7,6,5,4,3,1,2,问题：中国老板与德国老板之间、翻译之间，他们是在直接通信吗？翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？中德老板、翻译各使用谁提供的什么服务？,OSI各层的功能,（1）物理层任务是透
14、明地传送比特流。规定与传输介质接口的机械特性电气特性功能特性规程特性,OSI各层功能,（2）数据链路层成帧、拆帧差错控制：确认帧和否认帧来对接收的帧差错控制流量控制：发送方和接收方能力速度匹配,（3）网络层路径选择、拥塞控制。（4）传输层保证多端口多进程通信；差错校验和恢复；信息流控制；,（5）会话层建立、管理、中止不同机器上的应用程序间的会话。“会话”完成一项任务而进行的一系列相关的信息交换。 （6）表示层数据表示问题：即信息的语法和语义。如：数据加密、解密；压缩、解压缩等,（7）应用层为用户的应用程序提供网络通信服务识别、证实目的通信方的可用性；使协同工作的应用程序之间进行同步；判断是否为
15、通信过程申请了足够的资源；,数据,数据段数据包帧比特 电脉冲,011101000011000010100101111010110,数据多层封装,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用进程数据先传送到应用层,加上应用层首部，成为应用层 PDU,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层 PDU 再传送到传输层,加上传输层首部，成为传输层报文,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,
16、AP1,计算机 2,传输层报文再传送到网络层,加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,IP 数据报再传送到数据链路层,加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据链路层帧再传送到物理层,最下面的物理层把比特流传送到物理媒体,计算机 1 向计算机 2 发送数据,应用层(application layer),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理传输媒体,计
17、算机 1,AP2,AP1,电信号（或光信号）在物理媒体中传播 从发送端物理层传送到接收端物理层,计算机 2,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,物理层接收到比特流，上交给数据链路层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据链路层剥去帧首部和帧尾部 取出数据部分，上交给网络层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,网络层剥去首部，取出数据部分 上交给运输层,计算
18、机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,传输层剥去首部，取出数据部分 上交给应用层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层剥去首部，取出应用程序数据 上交给应用进程,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应
19、用 程 序 数 据,10100110100101 比 特 流 110101110101,注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次,应 用 程 序 数 据,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,10100110100101 比 特 流 110101110101,计算机 2 的物理层收到比特流后 交给数据链路层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据链路层剥去帧首部和帧尾部后 把帧的数据部分交给网络层,H2,T2,H3,计算机 1 向计算机 2
20、 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,网络层剥去分组首部后 把分组的数据部分交给传输层,H4,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,传输层剥去报文首部后 把报文的数据部分交给应用层,应 用 程 序 数 据,H5,应 用 程 序 数 据,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层剥去应用层 PDU 首部后 把应用程序数据交给应用进程,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1
21、,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,TCP/IP模型,TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(DARPA)的一项研究计划实现若干台主机的相互通信。 现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。 TCP/IP模型包括4个概念层次： 应用层（application） 传输层（transport） 网际层（internet） 网络接口（network interface）,TCP/IP概念层次,Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等,TCP/IP与OSI参考模型的对应关系,TCP/IP与应用层,应用层协议
22、支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用。,TCP/IP与传输层,传输层的两项主要功能： 流量控制：通过滑动窗口实现； 可靠传输：由序号和确认来实现。,传输层提供了TCP和UDP两种传输协议： TCP是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段，必要时重新发送没有收到的段。 UDP是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，因此它是“不可靠”的。,面向连接的TCP 无连接的UDP,传输层提供了两种传输协议,TCP/IP网际层的四个主要协议,TCP,UDP,6,17,IP,传输层,网际层,IP数据报的协议域确定目的端的上层协议,面向连
23、接服务和无连接服务,面向连接服务：在数据交换之前，两实体间必须建立连接。 无连接服务：两通信实体之间不需要建立连接。,计算机网络协议相关标准化组织,国际标准化组织，ISO 国际上最大的标准化组织，由各国标准化组织组成。 代表作： ISO/IEC 7498（后来被ITU-T 采用为X.200 建 议），定义了OSI模型 国际电信联盟，ITU 下设3个部门，其中ITU-T为电信标准化部门，原名为CCITT，即国际电报、电话咨询委员会。 代表作： V系列、X系列标准。,电器和电子工程师协会，IEEE 专业技术团体 代表作： IEEE802系列标准，用于局域网 美国国家标准学会，ANSI 美国自发标准情报交换机构，美国指定的ISO投票组织。 EIA、IEEE均是ANSI成员。 代表作： EIA/TIA 568B、RS-232、RS-485,相关网络术语,主机：拥有自己的IP地址的计算机 终端： 服务器：为网络提供资源、控制管理或专门服务的计算机系统 客户机：接入网络的计算机，受网络服务器的控制和管理，能够共享网络上的各种资源。 代理服务器：是一个软件或软件系统，运行于局域网的一台计算机上。,
