1、计算机网络与通信,机械工业出版社,教材,韩毅刚等.计算机网络与通信.机械工业出版社，2013年.,第1章 网络与通信概述,1.1 通信模型及其技术的演进 1.2 计算机网络的分类和拓扑结构 1.3 计算机网络体系结构,1.1 通信模型及其技术的演进,4,1.1.1 通信系统模型 1.1.2 网络与通信技术的演进 1.1.3 计算机网络的发展阶段,1.1.1 通信系统模型,组成,计算机网络与通信-韩毅刚,5,数据通信系统功能,接口 同步 差错控制 流量控制 寻址和路由 安全和管理,计算机网络与通信-韩毅刚,6,1.1.2 网络与通信技术的演进,传输速率的演进 通信业务的演进 交换技术的演进 组网
2、方案的演进 计算模式的演进,计算机网络与通信-韩毅刚,7,1.1.3 计算机网络的发展阶段,诞生阶段 20世纪60年代中期 形成阶段 1970s1980s 互联互通阶段 1980s现在 高速网络技术阶段 现在,计算机网络与通信-韩毅刚,8,9,计算机网络的第一阶段,诞生阶段 20世纪60年代中期之前 分时系统 一台计算机,多个终端 “哑终端”，BBS仿真终端软件 计算机通信网络,计算机网络技术-韩毅刚,10,计算机网络的第二阶段,形成阶段 多个主机通过通信线路互联 ARPANET 1969年12月，第一个计算机网络 Internet前身,计算机网络技术-韩毅刚,11,计算机网络的第三阶段,互联
3、互通阶段 20世纪70年代末至90年代 统一的网络体系结构 ISO的OSI（开放系统互连）体系结构 TCP/IP体系结构 IBM公司的SNA（系统网络体系结构） 苹果公司的Appletalk Novell公司的Netware,计算机网络技术-韩毅刚,12,计算机网络的第四阶段,高速网络技术阶段 21世纪 特征是网络的高速和融合 电信网、有线电视网和计算机网,计算机网络技术-韩毅刚,1.2 计算机网络的分类和拓扑结构,1.2.1 计算机网络的功能 1.2.2 计算机网络的组成 1.2.3 计算机网络的分类 1.2.4 计算机网络的拓扑结构,计算机网络与通信-韩毅刚,13,1.2.1 计算机网络的
4、功能,信息交换 资源共享 分布处理,计算机网络与通信-韩毅刚,14,1.2.2 计算机网络的组成,通信子网 负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路 资源子网 以网络连接的计算机提供的硬软件资源为资源子网,计算机网络与通信-韩毅刚,15,1.2.3 计算机网络的分类,按距离 LAN、MAN、WAN 按组件关系（配置关系） 对等网、基于服务器网 按传输技术 交换网络 广播网络 按拓扑结构 总线型、星型、环型、网状型,计算机网络与通信-韩毅刚,16,17,局域网,更小的范围 在一建筑物或校园内 通常被同一组织所拥有 数据传输速率更快 广播系统 现在正引进一些交换系统以及ATM,计算机网络技术-韩
5、毅刚,18,城域网,MAN（ Metropolitan Area Networks） 介于LAN与WAN之间 城市范围 私有或公有网络 高速率 大范围,计算机网络技术-韩毅刚,19,广域网,覆盖范围大 穿越公共设施 部分依赖公用电信公司线路 两种技术 电路交换 分组交换,计算机网络技术-韩毅刚,1.2.4 计算机网络的拓扑结构,星型拓扑结构 总线型拓扑结构 环型拓扑结构 树型拓扑结构 网状拓扑结构 混合型拓扑结构,计算机网络与通信-韩毅刚,20,21,计算机网络拓扑结构,总线型,星 型,环 型,网 状,计算机网络技术-韩毅刚,22,总线型拓扑,Terminator,Segment,Termin
6、ator,计算机网络技术-韩毅刚,23,总线型拓扑特点,优点： 结构简单、布线容易 适合小规模网络 缺点： 共享媒介 所有的数据都需经过总线传送，总线为通信瓶颈 长度受限 故障诊断困难 传输媒介或中间任一接口点出现故障，整个网络就会瘫痪 实例 由同轴电缆组建的以太网（Ethernet）,计算机网络技术-韩毅刚,24,星型拓扑结构,计算机网络技术-韩毅刚,25,星型拓扑特点,优点： 网络结构简单、容易实现、便于维护 缺点： 中央节点负荷太重 安装不方便 实例 由HUB或交换机组建的以太网,计算机网络技术-韩毅刚,26,环型拓扑,计算机网络技术-韩毅刚,27,环型拓扑特点,优点： 电缆长度短、传输
7、实时性强 环型拓扑适合使用光纤，传输距离远。 缺点： 故障诊断难 访问控制复杂 实例 FDDI 100Mbps，范围可达100公里,计算机网络技术-韩毅刚,28,网状拓扑,计算机网络技术-韩毅刚,29,网状拓扑特点,优点： 系统可靠性高 扩展容易 缺点： 结构复杂、控制复杂、网络协议复杂 建设成本高 实例 广域网,计算机网络技术-韩毅刚,30,混合型拓扑,计算机网络技术-韩毅刚,31,混合型拓扑特点,优点 取长补短 故障诊断和隔离方便 易于扩展 安装方便 缺点 需用智能的互连设备 如网桥、路由器 实例 广域网,计算机网络技术-韩毅刚,1.3 计算机网络体系结构,1.3.1 网络体系结构的分层思
8、想 1.3.2 ISO OSI参考模型 1.3.3 TCP/IP参考模型,计算机网络与通信-韩毅刚,32,协议,协议是管理两实体之间数据交换的一组规则 系统 实体,计算机网络技术-韩毅刚,33,协议三要素,语法：用户数据与控制信息的结构与格式。包括数据格式、 编码和信号电平等; 即，做什么（what to do）。 语义：需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应。包括用于协调同步和差错处理的控制信息; 即，怎么做（how to do）。 定时：对事件实现顺序的详细说明。包括速度匹配和排序等。 即，何时做（when to do）。,计算机网络技术-韩毅刚,34,1.3.1 网络体系结构的
9、分层思想,PDU 封装 参考模型,计算机网络与通信-韩毅刚,35,36,协议数据单元PDU,同层协议之间通信 每一层都要往用户数据上加控制信息 协议数据单元 = 数据 + 控制信息,封装,本层PDU = 本层控制字段 + 上层PDU,计算机网络与通信-韩毅刚,37,分层思想,复杂的工作 简单化 模块化,38,1.3.2 ISO OSI参考模型,1物理层(Physical Layer) 2数据链路层(Data Link) 3网络层(Network) 4传输层(Transport) 5会话层(Session) 6表示层(Presentation) 7应用层(Application),计算机网络与通
10、信-韩毅刚,39,40,1. 物理层,设备间的物理接口 机械特性 设备之间连接件的尺寸和接头数以及每根连线的用途等。 电气特性 它涉及到用什么电压代表“1”,用什么电压代表“0”一个比特持续多少时间 功能特性 传输是双向的，还是单向的， 过程特性 一次通信中发送方和接收方如何应答， 用以建立,维持和释放数据链路实体间的连接。这一层的规程都与电路上传输的原始比特有关,41,2.数据链路层,激活、保持以及解除一个可行连接的手段 建立、维持和释放网络实体之间的数据链路 差错检测和控制 数据链路对网络层应表现为一条无差错的信道。 相邻节点之间的数据交换按帧，各帧按顺序传送，并通过接收端的校验检查和应答
11、保证可靠的传输。 高层可以执行无差错传输 数据链路层对损坏、丢失和重复的帧应能进行处理，这种处理过程对网络层是透明的。 共享媒介的访问控制方法,42,3.网络层,信息的传输 这一层的功能属于通信子网，通过网络交换来自运输层的数据。 把数据组织成分组，在通信子网的节点之间交换传送 使高层不需要知道低层的技术 需要管理各种网络节点 路径选择：路径既可以是固定不变的(通过静态路由表实现)，也可以是根据网络的负载情况动态变化的。 拥塞控制：防止网络中出现局部的拥挤或全面的阻塞。,43,中继的使用,系统通过网络相连接,44,4.传输层,终端系统间的数据交换 无差错 有序 无丢失 无重复 服务质量,45,
12、传输层端到端连接,传输层提供一种通用的传输服务。使会话实体不必考虑通信网络的工作细节 数据传输能高效地进行。传输层采用多路复用或分流的方式优化网络的传输性能。,46,5.会话层,会话层提供的会话服务类型: 会话管理：把两个表示层实体结合在一起，或把它们分开。 会话控制：控制两个表示层实体间的数据交换过程。 会话层提供的服务 对话准则 全双工/半双工 编组 通过标志定义数据组 恢复 设置检查点,47,6.表示层,提供一个可供应用层选择的服务的集合，使得应用层可以根据这些服务功能解释数据的涵义。 表示层以下各层只关心如何可靠地传输数据，而表示层关心的是所传输的数据的表现方式、它的语法和语义。 表示
13、层提供的服务 数据格式和编码 数据压缩 加密,48,7.应用层,这是OSI体系结构的最高层。这一层的协议直接为端用户服务,提供分布式处理环境。 为应用程序提供网络服务; 应用层需要识别并保证通信对方的可用性，保持协同工作的应用程序之间的同步; 建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。,1.3.3 TCP/IP参考模型,由美国国防部高级研究计划署(DARPA)开发 分组交换网ARPANET Internet用之 在TCP/IP协议研究时，并没有提出参考模型； 1974年Kahn定义了最早的TCP/IP参考模型； 目前网络层使用的版本是IPv4 ； IPv6（IPng）；,计算机网络与通信-韩
14、毅刚,49,50,TCP/IP协议的特点,开放的协议标准; 独立于特定的计算机硬件与操作系统； 独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中； 统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址； 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。,TCP/IP协议模型,计算机网络技术-韩毅刚,51,52,网络接入层,终端系统和网络之间的数据交换 负责通过网络发送和接收IP数据报; 允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的X.25、帧中继、ATM协议等; 当一种物理网被用作传送IP数据包的通道时，就可以认
15、为是这一层的内容; 提供目的地址 调用网络服务,53,互联网层,相当OSI RM网络层的无连接网络服务； 处理互连的路由选择、流控与拥塞问题； IP协议是无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议。另：通信协议四种服务类型 面向连接与确认服务； 面向连接与不确认服务； 无连接与确认服务； 无连接与不确认服务；,54,传输层,主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端-端连接； 传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议； 可靠的数据交付 数据交付的有序性 用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议。,55,TCP,常用的运输层 可靠的连接 连接 不同系统中实体的临时逻辑联系 TCP PDU 称作TCP报文段 包括源和目的端口 (c.f. SAP) 标识单独的用户 (应用程序) 连接指的是端口对 TCP跟踪每对连接实体间的报文段,56,UDP,不可靠交付 无序号 不保证重复到达 开销小 在IP上加端口地址,57,应用层,支持用户应用 应用层协议主要有： 网络终端协议Telnet 文件传输协议FTP 简单邮件传输协议SMTP 域名系统DNS 简单网络管理协议SNMP 超文本传输协议HTTP,总结,网络与通信演进 网络组成 网络分类 网络体系结构,
