1、第五章 计算机网络与因特网,5.1.1 计算机网络的组成与分类1.计算机网络的定义与组成,计算机网络定义： 利用通信设备、通信线路和网络软件，把地理上分散且各自具有独立工作能力的计算机（及其他智能设备）以相互共享资源（硬件、软件和数据等）为目的连接起来的一个系统。 计算机网络系统是一个集计算机硬件设备、软件系统、通信设施、网络信息为一体的，能够实现资源共享的现代化综合服务系统。,计算机网络的3个主要组成部分,若干个主机（host）一个通信子网一系列的通信协议及相关的网络软件 通信协议：是通信双方事先约定好的必须遵守的规则（例如TCP/IP），用于主机与主机之间、主机与通信子网之间、通信子网中各
2、结点之间的通信，是计算机网络必不可少的组成部分。,2.计算机组网的目的,数据通信资源共享实现分布式的信息处理 提高计算机系统的可靠性和可用性,按网络的使用性质分为：公用网专用网按网络的使用范围和对象分：企业网政府网金融网校园网,按所使用的传输介质分： 有线网 无线网按网中各种设备互连的拓扑结构分： 星形网 环形网 总线网 树型网 网状网 混合网,按所使用的协议分为： TCP/IP网(Transmission Control Protocol /Internet Protocol) SNA网(Systems Network Architecture)系统网络体系结构 IPX网(Internetw
3、ork Packet eXchange)网间分组交换,按网络所覆盖的地域范围分：局域网(Local Area Network，简称LAN) (几千米）广域网(Wide Area Network，简称WAN) (几十公里到几千公里，甚至更大的范围)城域网（Metropolitan Area Network，简称MAN） (一个城市),5.1.2 网络服务与网络软件1.网络的工作模式 对等模式(peer-to-peer) 客户机/服务器模式(client/server) 服务器：提供共享资源(如磁盘空间、打印机、 处理器)的计算机。 客户机：使用服务器资源的计算机。,2.网络服务 指用户通过计算机
4、网络在共享资源及数据通信等方面能得到的新增功能。 文件服务（共享存储服务） 网络版软件进行程序的共享 数据文件的共享 打印服务 消息服务 网络实现用户间的相互通信，传递以文本、图像和声音所表示的消息。电子邮件服务(邮件服务器)。 应用服务 为网络用户运行软件（应用服务器）。 数据库服务器：运行数据库管理系统软件。,3. 网络软件 网络操作系统：扩充以按照网络体系结构和协议所开发的软件模块 功能：网络通信、网络服务、网络管理、网络安全、各种网络应用。 组成：包含服务器软件和客户机软件。 通常的操作系统(如Windows 98/2000/XP)有一定的网络通信和网络服务的功能。安装Windows
5、98的计算机，相互连接可构成对等式网络。 在客户机/服务器模式的网络中，安装Windows 98的计算机一般只能作为客户机，作为服务器使用的计算机必须安装专门的网络操作系统，例如，UNIX、Linux、Windows NT Server 网络应用软件 大多数为单机工作方式设计的应用软件都可以安装在网络服务器上运行，如常用的文本处理软件、电子表格软件，绘图软件等。,5.2.1 局域网的特点与组成1.计算机局域网定义,Local Area Network，简称LAN 较小地域范围(10公里范围内)内的计算机网络。一般是一幢建筑物内或一个单位几幢建筑物内，使用专用的高速通信线路，把多台计算机互连成网
6、。局域网常见于公司，学校，政府机构。 主要特点： 为一个单位所拥有，地理范围有限； 使用专用的共享的传输设备，数据传输效率高(10Mbps1Gbps)； 通信延迟时间较低，可靠性好。,2.计算机局域网的组成:,工作站(含网络接口卡)、服务器(含网络接口卡) 、网络打印机、传输介质、网络互连设备(例如：集线器，交换机)等。,ethernet,网络工作站,一台独立的计算机,使用电缆或其他通信介质与一个局域网进行了连接时，它就成为网络上的一个工作站，使用这台计算机的用户就成了一个网络用户。工作站本身所具有的硬盘、光盘、程序、数据、打印机等都是该用户的本地资源，网络上其他工作站和服务器的资源称为网络资
7、源。,网络服务器 网络上为所有用户(工作站)提供软件、数据、外设及存储空间的计算机。 根据其提供的服务可以将服务器分为：文件服务器(提供程序和数据)应用服务器(执行应用软件，并回送结果)打印服务器(为工作站完成打印任务)有些网络服务器不仅为网络用户提供共享资源，而且还具有网络的管理功能。,网络打印机,为所有网络用户提供打印服务的一台共享的打印机。通常它有一个打印队列，各个工作站发送来的打印文件均存储在打印队列中，然后逐个进行打印。打印队列由打印服务器管理，打印服务器可以与文件服务器是同一台计算机，也可以是连接在网上的另一台专门的计算机。,局域网的组成(2),结点（node） 网络上的每一台设备
8、，包括工作站、服务器以及打印机等都称为网络上的一个结点。网卡（网络适配器） 网络上的每一个结点都有一块网络接口卡（简称网卡）。网卡和电缆负责把结点与网络连接起来，将需要发送的数据从计算机传送到网络，需要接收的数据从网络传送到结点。 不同类型的网络使用不同类型的网卡。,网络适配器(网卡),3.决定局域网性能的主要技术,用以传输数据的传输介质用以连接各种设备的网络拓扑结构对于共享资源(传输介质)的介质访问控制方法,局域网的分类,按照使用的传输介质可分为： 有线网，无线网按照网中各种设备互连的拓扑结构可分为： 星型，环型，总线型，树型，混合型按照所使用的介质访问控制方法可分为： 以太网、交换式局域网
9、、标记环网、FDDI网等,网络传输介质,数据传输的信道。是局域网中各结点共享的资源。有线局域网通过专门铺设的电缆（光缆，同轴电缆，双绞线）把节点相连。无线局域网通过无线电或红外线进行数据传输。,介质访问控制方法,带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)方法（总线结构局域网使用）以太网采用此方法标记环法（环形结构局域网使用）,计算机局域网主要特点,地理范围有限网络中多台计算机共享一个传输介质，数据传输速率高(10Mbps1Gbps)能按广播方式或组播方式通信通信延迟时间较低，可靠性较好(10-810-11),5.2.2 常用局域网简介1. 以太网（总线型拓扑结构）2. 交换式局域网 交换式
10、以太网 ATM交换式局域网3.光纤分布式数字接口网 FDDI（环形拓扑结构）4.无线局域网,1.以太网（Ethernet）,拓扑结构： 总线结构,终端器,终端器,以太网拓扑结构示意图,以太网（Ethernet）(2),以太网物理结构(小型),物理结构： 以集线器为中心，网络中的每个结点通过网卡和网线（一般是5类双绞线）连接到集线器。,以太网（Ethernet）,以太网物理结构（中、大型）,以太网（Ethernet）(3),集线器：简称Hub，用来连接网络中各个结点基本功能: 把一个端口接收到的信息向所有端口分发出去，能对接收到的信号进行放大，以扩大网络的传输距离，起着中继器的作用,以太网（Et
11、hernet）(4),通信方式： 广播方式通信。 一个结点发送的信息，可以送达网上的所有其他结点。结点之间传输数据时，计算机必须把数据分成一个一个帧（frame），每个结点每次只能使用总线传输一个帧，然后把总线的使用权交出来，这样就可以让所有结点公平地使用总线。,以太网（Ethernet）(5),介质访问控制方法： 带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)方法，由网卡来完成，以保证在结点相互通信时任何时候只有一个结点发送信息。 载波侦听：发送信息之前先对总线侦听，判断是否空闲冲突检测：发送信息时检测是否有冲突发生,以太网（Ethernet）,介质访问地址（简称MAC地址）： 为实现总线上
12、任意两个结点之间的通信，局域网中的每个结点的网卡都有的一个唯一的地址(48位二进制数)。 当发送结点发送一帧信息时，帧中必须包含自己的MAC地址和接收结点的MAC地址。 每次通信时，连接在总线上的所有结点的网卡都要检测信息帧中的MAC地址，来决定是否应该接收该信息帧。 信息帧的接收方，可以是一个结点，也可以是一组结点（称为组播），甚至是网络上所有其他的结点（称为广播）。,以太网（Ethernet）(6),信息帧的格式：,CRC,发送的数据,帧类型,发送结点MAC地址,接收结点MAC地址,同步码,8B 6B 6B 2B 461500B 4B,帧头部,帧数据区,以太网（Ethernet）(8),总
13、线结构以太网的特点：以太网总线的最高数据传输速率为： 10Mbps（10BASE-T） 100Mbps（100BASE-T）(快速以太网) 1Gbps（千兆位） (千兆位以太网),2.交换式局域网,交换式以太网拓扑结构：星形结构物理结构：以以太网交换器为中心，网络中的每个结点通过网卡和网线连接在交换器上，并通过交换器进行相互通信。交换器从发送结点接收数据后，直接传送给指定的接收结点，不向任何其他结点传送数据。,交换器,交换式以太网(2),以太网交换器（交换式集线器）其基本组成部件是电子交换器，采用一个纯粹的交换系统代替传统集线器的共享介质中继网段。连接在交换器上的每一个结点各自独享一定的带宽（
14、10Mb/s或100 Mb/s）。,ATM交换式局域网 (Asynchronous Transfer Model),使用ATM交换机构建的局域网。ATM交换机：采用ATM交换技术，它既能提供分组交换方式的常规数据传输服务，又能提供电路交换方式的实时数据传输服务（如音频、视频等应用），数据传输速率高（每个端口独享155Mbps或622Mbps），能方便地与ATM广域网进行互连。ATM局域网一般用作校园网或企业网的骨干网。,3.光纤分布式数字接口网（FDDI）(Fiber Distributed Data Interface),FDDI拓扑结构：环型，双环结构，每个设备可以挂接到两个环路结点上环上
15、的结点依次获得对环路的访问权。为提高可靠性，FDDI采用双环结构(分别称为主/副环)，主环支持正常情况下的数据传输工作，副环作为种冗余设施，保证在主环故障或者结点故障时环路仍然可以正常地工作。,光纤传输线,FDDI网的双环结构,光纤分布式数字接口网（FDDI）（2）,FDDI使用的传输介质：光纤传输速率为100Mb/s。由于光纤特有的低损耗特性，使得线路的不间断距离增大，可用于长距离通信。多模光纤可达2 km，单模光纤可达100km。具有高可靠性，数据传输的保密性。,光纤分布式数字接口网（FDDI）（3）,FDDI网络可以覆盖较大的范围，能支持较高的数据传输速率(100Mb/s) ，实用中常用
16、于构造局域网的主干部分，它把许多不同部门的局域网互相连接起来。 由于FDDI的帧格式和其他常用局域网的帧格式不同，因此与其他局域网进行互连时，需要通过网关或路由器才能实现。,FDDI网,以太网,以太网,4.无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）,局域网与无线通信技术相结合的产物。 采用红外线（IR,Infrared）或者无线电波（RF, Radio Frequency射频）进行数据通信，能提供有线局域网的所有功能，同时还能按照用户的需要方便地移动或改变网络。 无线电波作为无线局域网的传输介质是目前用得最多的，它使用的无线电波频段主要是S频段（2.4GHz
17、2.4835GHz），它覆盖范围广，使用扩频方式通信时，抗干扰、抗噪声、抗衰落能力强，通信安全，基本避免了通信信号的偷听和窃取，具有很高的可用性。,无线局域网（2）,无线局域网实现无线通信的设备：无线网卡、无线HUB、无线网桥等,无线局域网（3）,无线局域网采用的协议主要有：IEEE 802.11蓝牙（IEEE 802.15）,无线局域网（4）,无线局域网技术的优点：具有很好的灵活性，最大通信范围可达到几十公里无线局域网的组建、配置和维护较容易无线局域网技术的缺点：无线局域网还不能完全脱离有线网络，它只是有线网络的补充产品比较贵传输速度较慢(目前还达不到2Mbps),局域网软件,局域网的工作模
18、式：对等（peer-to-peer）模式 网络中的每台PC机既可以作为工作站也可以作为服务器客户/服务器模式 网络中每一台计算机都扮演着固定的角色，要么是服务器，要么是客户机。扮演服务器角色的大多是一些专门设计的高性能的硬件，如文件服务器、打印服务器、数据库服务器等。,局域网软件（3）,应用于客户/服务器模式的网络操作系统包含两个部分：服务器软件 安装在服务器上，用于控制对服务器硬盘的访问，维护与管理打印队列，监测与记录用户的操作等 例如： UNIX、LINUX、Windows NT Server、 Windows XP Server、NetWare客户机软件 安装在每个工作站上，当工作站启动
19、运行后，它将负责建立与网络上其他结点的连接，发出服务的请求，并接受其他结点的服务。 例如：Windows98、Windows 2000,局域网软件(5),现代操作系统都具有一定的网络通信和网络服务功能。 例如安装了Windows98操作系统的计算机，它们可以互相连接构成一个对等模式网络（只提供文件共享和打印共享两种服务）。,5.2.4 局域网的扩展与互连局域网扩展与互连所使用的设备,中继器网桥,1.使用中继器进行互连,中继器（Repeater）： 也称转发器。把接收到的信号整形放大后继续进行传送，起到一个信号“接力”的作用。 用于连接同类型的两个局域网或者延伸一个局域网的范围，当安装一个局域网
20、而物理距离又超过了线路的规定长度时，就可以用它进行延伸。 中继器工作在网络的物理层，只放大信号，不能隔离不同网段之间不必要的网络数据流量，但结构简单，价格便宜，安装容易。,使用中继器进行互连(2),一般的中继器只能用于连接两个距离较近的以太网，使用光纤中继器再加上光纤传输线路则可以连接两个距离相隔较远的局域网。,2.使用网桥进行互连,网桥（Bridge）： 用来连接两个同类型的网段，比中继器多了“帧过滤”功能. 过滤帧: 网桥检查每一信息帧的发送地址和目的地址。如果这两个地址都在网桥的同一网段，该帧就不会被网桥发送到另一个网段，只有在信息帧的发送地址和目的地址不在同一网段的情况下，网桥才把该帧
21、转发给另一个网段。降低整个网络的通讯负荷。 网桥工作在网络的链路层（实现两个网络链路层的互连）。,4.3 计算机广域网广域网的本质特征：可以将任意距离的任意多的计算机进行互连。广域网物理上由两部分组成：资源子网通信子网广域网特点：包含通信子网具有路由选择功能点到点的通信方式,广域网(2),资源子网： 运行用户程序的主机（也称数据终端设备，例如PC机、服务器、大型计算机、工作站、智能终端等），既是网络中的数据处理系统，也是网络中数据通信系统的信源或信宿，负责发送信息、接收信息与处理信息。,广域网(3),通信子网： 进行数据通信的子网，是网络中的数据通信系统，主要任务是实现计算机之间的数据传输。通
22、信子网组成：传输线 也称线路、信道或干线，负责在交换单元之间传送数据交换单元 一种特殊的计算机，用于连接数据传输线。交换单元可以是分组交换节点或路由器等设备,广域网(4),构建广域网的技术基础：高速远程数字通信干线本地网/用户接入技术分组交换与路由技术,4.3.2 广域网接入技术1.电话拨号接入,家庭用户利用本地电话网通过调制解调器拨号接入广域网。调制解调器( MODEM )的组成与功能：调制器(Modulator)： 数字信号模拟信号解调器(DEModulator)：模拟信号数字信号,电话拨号接入,MODEM的传输速率： 每秒钟可传送的数据量。目前主流产品速率是56K（ITU V9.0协议）
23、，在实际使用过程中，由于电话线路的质量不佳，或网络服务提供商不能提供足够的带宽，或者所连接的网络发生拥塞等原因，都会使得传输速率降低。 MODEM的类型：外置式内置式PCMCIA插卡式,电话拨号接入,电话拨号接入方式的缺点： 电话网采用传统的电路交换，每一条话路的带宽是64K，建立在此基础上的MODEM传输机制，发展到极限的V.92也不过是56K的下传速率,其中还包括控制信令部分,真正有效的数据还要少，线上传送的是模拟信号，受外界电磁环境的干扰比较大。握手时间长，下载速度慢，容易掉线。,2.综合业务数字网(ISDN),通过普通电话的本地环路向用户提供数字语音和数据传输服务。 ISDN使用与模拟
24、信号电话系统相同类型的双绞铜线但却提供端到端的数字通信线路，这是它与电话网的最大不同。 ISDN通过标准的“用户-网络接口”（UNI），将各类不同的终端设备（PC机、电话机、传真机等）接入到ISDN网络中。,PC机接入ISDN,ISDN入户线插口,网络终端NT1plus,ISDN内置适配卡,综合业务数字网(ISDN)(2),ISDN “用户-网络接口”有两类：基群(一次群)速率接口PRI 又称作B-ISDN、“宽带ISDN” 包括30个B通道(数据通道)和一个D通道(信令通道)，30个B通道和D通道均为64Kbps(称为30B+D)，可提供2Mbps的数据通信速率，为单位用户的局域网与远程广域
25、网互连提供了支持基本速率接口BRI 又称作N-ISDN、“窄带ISDN”，俗称“一线通” 包括两个B通道(速率为64Kbps)和一个D通道(16Kbps)用作控制信道)(称为2B+D)，用户使用一条电话线就能实现两路数据传输。可以一边上网,一边同时打电话。如果2个通道都用作数据传输,则可提供速率为128Kbps的数据通信。,3.不对称数字用户线技术（ADSL）,数字用户线(DSL)技术： 通过本地电话环路提供数字服务的新技术中最有效的类型之一。这种类型有多种变化，名称只在前几个字上不同，因此它们被统称为xDSL。不对称数字用户线(ADSL)： 提供了高速发送和接收数字信息的能力。 ADSL是一
26、种为接收信息远多于发送信息的用户而优化的技术,为下行数据流提供比上行流更高的传输速率。 数据上传速度:640Kbps - 1Mbps 数据下行速度:1Mbps-8Mbps(理想状态下最大可达 10Mbps）,不对称数字用户线技术（ADSL）(2),ADSL的安装： 专门为ADSL申请一条单独的线路。 在已有的电话线上改造。 需配置:一个ADSL MODEM ，计算机中需安装10M/100M的以太网网卡，网卡与ADSL MODEM之间用双绞线连接，设置有关参数。,ADSL MODEM与PC机的连接,双绞线同轴电缆光导纤维（光缆）,4.电缆调制解调技术（Cable MODEM）,利用有线电视网高速
27、传送数字信息的技术。双绞线的缺点：电气特性使数据传输速度受到较大的限制缺少屏蔽易受干扰，从而降低了数据通信的性能同轴电缆（有线电视系统的传输介质）的优点：具有很高的容量抗电子干扰能力强使用频分多路复用技术来同时传送多个电视频道由于有线电视系统的设计容量远高于现在使用的电视频道数目，未使用的带宽(即频道)可被用来传输数据,电缆调制解调技术（2）,使用Cable MODEM传输数据时，将同轴电缆的整个频带划分为3部分，分别用于： 数字信号上传，使用的频带为542MHz 数字信号下传，使用的频带为550750MHz 电视节目(模拟信号)下传，使用的频带为50550MHz， 数字信号和模拟信号可以同时
28、传送，互相不会发生冲突 上传数据和下载数据时的速率是不同的：数据下行传输速率：36 Mb/s上传信道传输速率：320 kb/s10 Mb/s,电缆调制解调技术（3）,采用频分多路复用技术，将下传和上传的频带提供给多个用户共享。每个用户都需要一对调制解调器（一个调制解调器置于有线电视中心，另一个装在用户站点上)。这一对调制解调器必须调到相同的载波频段，与电视信号一起在电缆上多路复用。在一个大的都市地区，有线电视可能有百万计的用户，不可能为每个用户分配一个独立的载波频段，因此频分多路复用方法不具备可扩展性，需要在采用频分多路复用技术的基础上再采用时分多路复用技术。,电缆调制解调技术（4）,优点：集
29、调制/解调功能、加密/解密功能、网卡及集线器等功能于一身无须拨号上网，不占用电话线，可永久连接理论上没有距离限制，它覆盖的地域很广缺点：CABLE MODEM带宽充足（最高速率可以达到36Mbps ），但它属于共享式的总线型网络，同一个接入点如果上网的用户增多，每一个用户能分配的带宽很有限，使数据传输速率不够稳定。我国有线电视网用户已达8000多万，发展Cable MODEM有多方面的有利条件。但现有的有线电视网都是单向广播式，有线电视网要实现INTERNET接入，必须进行双向改造，这项工程的投资是巨大的。,电缆调制解调技术（5）,使用“光纤-同轴混合”线路（HFC：Hybrid Fiber
30、Coaxial）改造有线电视网络，把干线全部更换为光纤，保留现存的同轴电缆连接用户，在光纤和同轴电缆之间加入新的接口设备，并将所有放大器改造为双向工作。当然，改造需要大量的投资。,5.光纤接入网,使用光纤作为主要传输介质的远程网接入系统。 在交换局一侧，应把电信号转换为光信号，以便在光纤中传输，到达用户端时，要使用光网络单元（ONU）把光信号转换成电信号，然后再传送到计算机。,光纤接入网示意图,光信号,电信号,电信号,光纤接入网（2）,光纤接入网分类：按照主干系统和配线系统的交界点光网络单元（ONU）的位置可划分为：光纤到路边（FTTC）光纤到小区（FTTZ）光纤到大楼（FTTB）,广域网与局
31、域网的本质区别是网络的规模而不是距离局域网： 发送方计算机把数据包通过一个共享介质或一个交换机发送给接受方计算机。通过卫星网桥可以用来连结一个局域网内任意距离的两个网段，然而带宽的限制决定了它不能连接任意多个场地的任意多台计算机广域网： 由许多交换机以及连接到交换机的许多计算机构成。发送方计算机发送的数据包通过若干台交换机到达接受方计算机。广域网则能按需要连接距离较远的许多场地，每个场地内有许多计算机，并能使得大量计算机相互之间能同时通信。,4.3.3 分组交换与路由,1.分组交换与存储转发,广域网每一台计算机都连接到交换机上。 计算机需要传输的信息预先都划分为若干个数据包，以包为单位在网络中
32、传输，到达目的地计算机后，再把这些包拼装恢复为原先的形式。广域网中的交换机称为分组交换机或包交换机(packet switch)，它负责对数据包在站点之间的存储转发。 广域网的扩充：可加入其他的交换机或计算机。,分组交换与存储转发,交换机的基本工作模式：存储转发。即每当交换机收到一个包后，检查该数据包的目的地地址，决定应该送到哪个端口进行发送。 考虑到往往会有许多包必须在同一端口发送，包交换机的每个端口都有一个缓冲区（队列），需要从该端口发送的所有数据包都存放在该端口的缓冲区中，端口每发送完一个包，就从缓冲区队列中提取下一个包进行发送。,2.广域网中计算机的物理编址,连接在广域网上的每台计算机
33、都有一个地址。 当一台计算机发送一个数据包到另外一台计算机去时， 必须在数据包中包含目的计算机的地址。广域网中计算机的编址方案（两层地址）： 计算机连接到的交换机编号 + 该计算机编号,广域网中计算机的物理编址（2）,数据包的选路转发与路由表： 包交换机每收到一个包时，必须选择一条路径来转发这个包。如果包的目的地是直接与之相连的一台计算机，包交换机就将包发往该计算机。如果包的目的地是另一个包交换机上的计算机，就应通过连接该交换机的高速数据线路转发给另一台交换机。 每一台交换机都必须有一张路由表，用来给出目的地地址与输出端口的关系。,广域网中计算机的物理编址(5),默认路由： 路由表中重复的项会
34、增加搜索路由表的时间。为了消除这种重复的路由，可以采用一个项来代替路由表中许多具有相同下一站的项，这称为默认路由。,（b）交换机1,（c）交换机2,（d）交换机3,（e）交换机4,使用默认路由的路由表,4.3.4 常用广域网,不同广域网的差异：采用的数据包格式不同地址格式不同相互连接的数据通信线路不同应用不同,常用广域网X.25网公共分组交换网帧中继(交换)网 (Frame Relay)SMDS(交换多兆位数据服务) (Switched Multi-megabit Data Service) ATM(异步传输模式) (Asynchronous Transfer Mode),常用广域网(2),（
35、1）X.25网公共分组交换网特点：使用公共电话网以分组交换方式进行数据传输由于信道质量较差，所以它在纠正信道差错方面考虑比较周全，处理比较复杂，从而网络延迟较大传输速率一般小于64Kb/s主要用于速度要求不高、数据传输量不大的业务用户可以用电话专线或通过电话拨号方式接入分组网,常用广域网(3),（2）帧中继(Frame Relay)网 帧中继交换网，是X.25分组网的改进方案特点：使用光纤作为传输介质，一方面提高了信道的传输速率，另方面光纤通信的高可靠性使X.25网中的差错处理等得到了简化，降低了传输延迟 分组（称为帧）长度至少有1600字节, 有些可达到8K字节，比X.25分组网的128字节
36、帧长要长的多,使交换机的开销大大减少，适合计算机通信的需求传输速率可以达到2Mbps,常用广域网(4),(3)SMDS(Switched Multi-Megabit Data Service) 交换多兆位数据服务的简称，是远程线路运营商提供的另一种高速广域网数据服务。特点： 对远程数据传输进行了优化将数据包头部开销减到最小，并使每个包能装多达9188字节的数据把信息切割成固定长度（53字节）的信元在网上传输）提供了一种虚拟专用网（VPN）的能力，使访问通路只为一个用户所专用，没有人可以访问其他人的信息，提供了像专用网络那样的安全性SMDS网络的工作速度高于帧中继,常用广域网(5),（4）ATM
37、 (Asynchronous Transfer Mode) 异步传输模式，是一种重要的广域网技术。 特点： 试图设计一种单一的技术在广域内提供语音、动态图像和数据服务，其中包的尺寸是关键问题之一。ATM把数据分成较小的固定大小的包，称为信元(cell)，每个ATM信元包括53个字节（5个字节的头部信息，48个字节的数据）ATM网交换机有多个端口，每个端口可连接另一台交换机或者一台计算机多数ATM网使用光纤作为通信介质。例如，ATM交换机上的一个典型端口其运行速率为OC-3 (155Mbps)或者更高。,4.4 因特网及其应用,4.4.1 网络互连与TCP/IP协议,网络互连需要解决的问题： 不
38、同的网络技术使用互不兼容的包格式和编址方案。为了把许多不同类型的物理网络连成一个统一的网络，必须解决统一编址、包格式转换等问题。 计算机网络中各个组成部分相互通信时都必须认同的一套规则，也称为通信协议。,网络协议： 计算机网络中各个组成部分相互通信时都必须认同的一套规则，也称为通信协议。 例如：数据包（或帧）的格式与含义等 实现这些规则的软件称为协议软件。通信是一个很复杂的过程，一般都把通信问题划分为许多子问题，然后为每个子问题设计一个单独的协议，这样做使得每个协议的设计、分析、实现和测试都比较容易。,网络体系结构网络体系结构=网络的层次结构+网络协议2种网络体系结构 开放系统互连参考模型（O
39、SI/RM） TCP/IP,开放系统互连参考模型（OSI/RM）（Open System Interconnection/Reference Model) 7层： 应用层：与用户应用进程的接口(做什么？) 表示层：数据格式的转换(对方看起来像什么？) 会话层：会话的管理和数据传输的同步 (轮到谁讲和从何处讲？) 传输层：从端到端经网络透明地传输报文 (对方在何处？) 网络层：分组传输和路由选择 (走哪条路可到达该处？) 数据链路层：在链路上无差错地逐帧传输信息 (每一步应怎么走？ ) 物理层：将比特流送到物理介质上传送 (对上一层的每一步该怎样利用物理介质？),TCPIP协议标准将计算机网络中
40、的通信问题划分为4个层次的模型:应用层传输层网络互连层网络接口和硬件层,TCPIP的分层结构：,应用层,传输层（TCP或UDP）,网络互连层,网络接口和硬件层,4321,如电子邮件、HTML文档等应用数据,TCP数据报或UDP数据,IP数据报,如以太网信息帧或ATM信元,OSI 高层 传输层 网络层 物理层,SMTP,FTP,Telnet 协议,TCPIP协议： 目前在网络互联中用得最为广泛的协议。TCPIP是一个协议系列，包含了100多个协议。TCPIP中两个最基本最重要的协议：TCP(Transmission Control Protocol， 传输控制协议)IP(Internet Pro
41、tocol，网际协议),2.IP地址,主机：host computer，任何连接到网络并运行应用程序的计算机。主机的机型不限，内存容量可大可小， CPU可快可慢、网络速度可高可低。TCPIP使得任何一对主机都可以相连，并进行数据通信。主机和路由器都需要运行TCPIP协议软件。,主机的IP地址： 在互连网中，为了实现计算机相互通信，必须为每一台计算机分配一个唯一的地址(IP地址)。在网络上发送的每个包中，都必须包含发送方主机(源)的IP地址和接收方主机(目的地)的IP地址。 每个IP地址使用32个二进数位（4个字节）表示IP地址的组成：地址类型号网络号（net-id）：用来指明主机所从属的物理网
42、络的编号主机号（host-id）：主机在物理网络中的编号,IP地址的分类及格式：,主机号,网络号,0,0 1 2 3 8 16 24 31,A类B类C类D类E类,网址分类方案： A类地址 用于拥有大量主机（16777214）的网络，只有少数几个网络可获得A类地址。IP地址的特征是其二进制表示的最高位为“0”B类地址 用于规模适中的网络（主机台数65534）。IP地址的特征是其二进制表示的最高两位为“10”C类地址 用于主机数量不超过254台的小网络，IP地址的特征是其二进制表示的最高3位为“110”,每一个IP地址由如下的三个部分构成： IP地址地址类型号 + 网络号 + 主机号IP地址的表示
43、：二进制表示：00000000.00000000.00000000.00000000十进制表示：XXX.XXX.XXX.XXX （ XXX 取值范围：0 - 255）例如： 26.10.35.48 A类地址，首字节 0127 130.24.35.68 B类地址，首字节 128191 202.119.23.12 C类地址，首字节 192223,入网： 用户需申请并获得IP地址授权机构分配的IP地址。实际上授权机构只是分配一个类型号和网络号。组网者再对子网内的每一台主机指定一个主机号，从而构成了网络中每一台计算机的IP地址。从不分配给任何主机使用的特殊IP地址：网络地址：主机地址每一位都为“0”的
44、IP地址。用来表示整个一个物理网络，它指的是物理网络本身而不是连到该网络上的计算机。直接广播地址：主机地址每一位都为“1”的IP地址。当一个包被发送到某个物理网络的直接广播地址时，这个包将送达该网络上的每一台主机。,3.IP数据报,互连网中的各个物理子网使用的数据包（或信息帧）的格式可能是互不兼容的，因此不能直接将一个子网络送来的包传送给另一个子网络。 为了克服这种异构性，IP协议定义了一种独立于各种物理网的数据包的格式，称为IP数据报（IP datagram）。,0 3 4 7 8 15 16 31,头部,数据区,IP数据报组成：头部主要是为了确定在网络中进行数据传输的路由包括：发送数据报的
45、计算机的IP地址 接收数据报的计算机的IP地址 IP协议的版本号（目前的版本是第4版，简称IPv4） 头部长度（以32位为单位指出数据报头部的长度） 数据报长度（头部长度加上数据部分的长度） 服务类型（指明发送数据的计算机对数据传输的要求）数据区 数据部分的长度可以根据应用而改变，数据量最小的时候也许只有1个字节（例如传送键盘上输入的一个字母），最大的时候可以达到64KB（包括头部信息在内）,4.路由器,路由器(router): 用于连接异构网络的基本设备。是一台用于完成网络互联工作的专用计算机，可以把局域网与局域网、局域网与广域网或两个广域网互相连接起来，被连接的这两个网络不必使用同样的技术。,路由器可以连接2个甚至多个物理网络，因此，每个路由器应分配2个或多个IP地址。 路由器每个端口的IP地址必须与相连子网的IP地址具有相同的子网地址。,路由器与IP地址,路由器任务: 将一个网络中源计算机发出的IP数据报转发到另一个网络中的目标计算机。 由于不同类型物理网络使用的帧格式和编址方案各不相同，路由器收到一个IP数据报后，它需要完成：路由选择、帧格式的转换、IP数据报的转发等任务。 例：准备IP数据报地址解析封装以太网帧格式路由器取IP数据报地址解析封装FDDI帧格式IP数据报发送到目的地计算机。（对照上图）,
