第2章网络协议.ppt

第2章网络通信的基础 网络协议 引论 人与人之间相互交流需要语言或文字 计算机之间的交流 通信 同样需要语言 计算机之间的交流的语言就是网络协议 与不同国别的人之间交流有不同的语言一样 不同的网络有不同的网络协议 ISO 代表中国参加ISO的国家机构是中国国家技术监督局 CSBTS IEEE 是美国规模最大的专业学会 是一个非营利性科技学会 ITU 是联合国的一个专门机构 简称 国际电联 或 电联 我国1920年加入 49年席位被剥夺 72年恢复 IETF 申请加入会员可登陆http www ietf org maillist html 金山快译翻译英文 EIA DTE 数据终端设备 DCE 数据通信设备 DSE 数据交换设备 国际标准化组织 补 DTE 数据终端设备 与DCE 数据通信设备 1 计算机网络协议 为数据交换而制定的规则 约定和标准 出错了 请重发 喂 请用中文 慢一点 打印文件mail 发E mail 2 网络体系结构我们把网络协议以及各层功能和相邻层接口协议规范的集合称为计算机网络体系结构 大 难问题 1 2 3 4 多个小的 简单的问题在计算机网络中称为层次 层次体现在 分而治之 1 2 提交结果 把前一问题向后一小问题提交处理结果的交接点称为 接口 或定义为同一节点内相邻层之间交换信息的结合点 传输介质 比特流 帧 报文包 报文 报文 报文 报文 主机A 主机B 将整个网络的通信功能划分为7个层次 物理层是最底层 它定义了线缆如何接到网卡上 传输单位为比特 Bit 位 对应设备 中继器 网卡 集线器 它把物理层提供的数据打包成帧 并负责帧在计算机之间的无差错传递 传输单位为数据帧 数据帧是数据在网络上传输时的一个数据单元 对应设备 网桥 交换机 它负责信息寻址和将逻辑地址和名字转换为物理地址 决定路由和确定数据通道 传输单位为数据包 分组 对应设备 路由器 从该层起向上均称为 高层协议 它们所使用的数据单位统称为报文 它确保报文无差错地传输 对信息重新打包 发送 或解包 接收 对应设备 网关 它允许不同计算机上的两个应用程序建立 使用和结束 又称表达层 确定计算机间交换数据的格式 也称网络转换器 将应用层发下来的数据转换成可识别的中间格式 应用程序访问网络服务的窗口 如文件传输 电子邮件等 通信子网 资源子网 衔接作用 OSI参考模型 社会上存在的邮政系统 控制报头 OSI参考模型中数据的传输过程 2IP地址 IP地址概述IP地址的表示方法IP地址的类型怎样获得IP地址子网与子网掩码 IP地址概述 电话号码在全球电话网上 可唯一标识的电话号码 IP地址在全球互联网上 可唯一标识的主机地址 网络 网络 路由器 路由器 每个分组的首部都有IP地址信息 网络 路由器 根据目的IP地址查找路由表查出下一个路由器的地址 根据目的IP地址查找路由表查出下一个路由器的地址 网络 路由器 数据的简易传输过程 数据的简易传输过程 这就是 点分十进制 记法 我们从键盘上输入点分十进制的IP地址 计算机就把它转换为32位的二进制数字 二进制与点分十进制 IP地址 网络号 主机号网络号 表示入网主机所在网络的标识 主机号 表示入网主机在本网段中的标识 IP地址的一般格式 IP地址的类型 IP地址分为五种类型 A类 B类 C类 D类和E类 A类IP地址 7bit24bit网络地址空间长度为7位 主机地址空间长度为24位 A类地址是从 1 0 0 0 127 255 255 255 网络地址空间长度为7位 允许有126个不同的A类网络 网络地址的0和127保留用于特殊目的 主机地址数 2 24 2 16777214台 原因 A类主机号有24位 减2是减去IP地址第4段为0和255这两种情况 0 代表网络地址 255 代表广播地址 也就是说 IP地址第四段不能设为0或255 A类IP地址结构适用于有大量主机的超大型网络 0 网络号 主机号 32bit B类IP地址 14bit16bit网络地址空间长度为14位 主机地址空间长度为16位 B类IP地址是从 128 0 0 0 191 255 255 255 主机数 2 16 2 65534台B类IP地址适用于一些国际性大公司与政府机构等 10 网络号 主机号 32bit C类IP地址 21bit8bit网络地址空间长度为21位 主机地址空间长度为8位 C类IP地址是从 192 0 0 0 223 255 255 255 网络地址空间长度为21位 允许有2 000 000个不同的C类网络 主机数 2 8 2 254台C类IP地址特别适用于一些小公司与普通的研究机构 110 网络号 主机号 32bit C类地址举例 网络地址 212 111 1 0广播地址 212 111 1 255十进制二进制202 112 1 x110010100111000000000001xxxxxxxx210 39 15 x110100100010011100001111xxxxxxxx210 32 128 x110100100010000010000000 xxxxxxxx 212 111 1 254 212 111 1 3 212 111 1 2 212 111 1 1 特殊IP地址特殊IP地址是指具有特殊用途和特定使用范围的IP地址 而不是指其结构或规则有什么特殊之处 具有特殊用途的IP地址网络地址 IP地址的主机号部分为全0 则表示这个网络本身 广播地址 IP地址的主机号部分为全1 则表示它是一个广播地址 回路地址 第1个字节是127的地址称为回路地址 0地址 即0 0 0 0表示本网络 所以A类地址的网络数就只有126个了 0 0 0 0未定地址 255 255 255 255限制广播地址 127 0 0 1本机地址地址 224 0 0 1组播地址 169 254 x x 子网与子网掩码 子网 将网络进一步划分为独立的组成部分 每个部分称为这一网络 或更高一级子网 的子网 划分子网 就是利用IP地址和子网掩码技术将一个含有较多主机的大网划分成若干个含有较少主机的小网 以实现优化网络性能 提高网络安全的目的 网管中心 图书馆 教学楼 办公楼 一机房 三机房 二机房 主机 主机 主机 主机 主机 主机 A类 B类 C类IP地址的标准子网掩码 子网掩码 表示 对于子网掩码的取值 通常是将对应于IP地址中网络地址 网络号和子网号 的所有位都设置为 1 对应于主机地址 主机号 的所有位都设置为 0 作用 用来判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络 它与IP地址结合使用 可以区分出一个网络地址的网络号与主机号 IP地址是宝贵的网络资源 IP地址的总数 232 4294967296个 接近43亿个 由于IP地址的总数有限 因此IP地址是非常宝贵的资源 需要使用大量IP地址的单位必须向有关机构进行申请 考虑到IP地址不久会用尽 因此现在已考虑对IP协议进行版本升级 即从现在的IPv4升级到新的版本IPv6 向某个本地因特网服务提供者ISP注册申请 并按月交付费用 ISP InternetServiceProvider 已经向有关机构申请到了批量的IP地址 相当于批发商 购买某个ISP的上网卡 个人用户怎样获得IP地址 路由器 因特网服务提供者ISP 拥有批量的IP地址 用户线 至因特网 调制解调器 用户PC机 ISP向用户PC机提供临时IP地址 以拨号上网为例 调制解调器 市话交换机 ISP把IP地址临时租给用户使用 IP地址1 IP地址2 IP地址n 若同一时间拨号上网用户数超过ISP所能提供的IP地址数 则有部分用户将得不到IP地址 长期使用大量IP地址 例如 几千个 向中国互联网络信息中心CNNIC申请CNNIC的网址 长期使用少量IP地址向就近的本地因特网服务提供者ISP申请 中国的单位用户怎样获得IP地址 网络设备 中继器 Repeater 又称转发器或收发器 它工作在OSI模型的第一层 即物理层 常用设备有集线器和交换机 1 中继器的功能第一 中继器具有接收 放大 整形和转发网络信息的作用 可以起到扩充网络规模 扩充网络连接距离或工作站数目 的作用 第二 使用带有不同接口的中继器 可以连接两个使用不同的传输介质 不同类型的以太网段 1 中继器 光纤收发器 用中继器再生信号 中继器工作原理 2 中继器使用的规则 中继规则 5 4 3 2 1规则 注意 在使用中继器时要注意5 4 3 2 1原则 即4个中继器连接5个段 其中只有3个段可以连接主机 另2个为连接段 它们共处于1个广播域 3 中继器的应用特点 1 中继器的主要优点 中继器安装简单 可以轻易地扩展网络的长度 使用方便 价格相对低廉 它是最便宜的扩展网络距离的设备 2 中继器的主要缺点 中继器不能控制广播风暴 使用中继器扩展网段和网络距离时 其数目有所限制 4 使用和选择中继器时应注意的事项 网段的接口 网段扩展的极限距离 2 集线器 HUB 概念 是以太网的中心连接设备 所有节点都通过非屏蔽双绞线与集线器连接成物理上的星型结构 其只处理比特信息 集线器实际上相当于多接口 也常称为 端口 的中继器 集线器通常有8个 16个或24个等数量不等的接口 2 集线器 HUB 集线器同样可以延长网络的通信距离 或连接物理结构不同的网络 但主要还是作为一个主机站点的汇聚点 将连接在集线器上各个接口上的主机联系起来使之可以互相通信 中继器 集线器 物理层在电缆段之间复制比特流 网络层 数据链路层 物理层 传输层 应用层 网络层 数据链路层 物理层 传输层 应用层 物理层物理层 中继器集线器 电缆段2 电缆段1 3 网桥 bridge 网桥是为在不同类型的介质电缆间存储转发数据而设计的 用来连接两个或多个在数据链路层以上具有相同或兼容协议的网络互连设备 网桥的特点 网桥的主要功能就是过滤 转发数据包 网桥以地址过滤 存储转发方式实现互连网之间的通信网桥可以分隔两个网络之间的广播通信信量 有利于改善互连网络的性能和安全性 物理层 网桥 交换机 数据链路层在网段之间转发数据帧 网络层 数据链路层 物理层 传输层 应用层 网络层 数据链路层 物理层 传输层 应用层 物理层 网桥交换机 数据链路层 网段1 网段2 转发表 C 网桥转发的例子 A B A C B A 4 路由器 Router 路由器是网络中进行网间连接的关键设备 作为不同网络之间互相连接的枢纽 路由器系统构成了基于TCP IP的国际互连网络Internet的主体脉络 也可以说 路由器构成了Internet的骨架 路由器的基本功能 是读取每一个数据包中的地址 路由表 然后决定如何传送的专用智能性的网络设备 链路层 物理层 路由器 网络层在网络之间转发报文分组 网络层 数据链路层 物理层 传输层 应用层 网络层 数据链路层 物理层 传输层 应用层 物理层 路由器 链路层 网络层 网络2 网络1 网络 网络 路由器 路由器 每个分组的首部都有IP地址信息 网络 路由器 根据目的IP地址查找路由表查出下一个路由器的地址 根据目的IP地址查找路由表查出下一个路由器的地址 网络 路由器 数据的简易传输过程 4 网关 Gateway 又称为 协议转换器 网关是连接两个协议差别很大的计算机网络时使用的设备 也就是说用于连接两个不同的网络 网关 更高层连接不同体系结构的网络 网络层 数据链路层 物理层 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 传输层 物理层 网关 链路层 网络层 网络1 应用层 传输层 物理层 链路层 网络层 网络2 2 3常用的网络协议 1 TCP IP TCP传输控制协议 IP网际协议 是一个应用于计算机通信的协议集的总称 Internet主要采用该协议 TCP协议为计算机网络提供基本的通讯连接 IP协议详细的规定了计算机在通信时必须遵循的规则 特点 可以无差错的传送数据 2 IPX SPX IPX网间数据包交换协议 SPX顺序数据包交换协议 庞大的具有很强适应性的协议 是Novell公司的通信协议级集 适用于大型网络 2 4特殊的网络协议 3 NetBEUI 是为IBM开发的非路由协议 用于携带NetBIOS 网络输入输出系统 通信 适用于小型网络 该协议缺乏路由和网络层寻址功能 既是优点也是缺点 4 AppleTalk 是Macintosh机器间联网使用的网络协议 用途 用于Mac机器与Windows服务器联网 5 DLC数据链路控制协议 用于远程启动服务 6 PPP协议 点对点通信协议 是为适应那些不能在网络线上的使用者 通过电话线的连接而彼此通信所制定的协议 如PPPoE协议 用在ADSL等宽带的远程访问方面 2 4在不同的windows系统中添加网络协议 在windows2000中配置网络协议 如TCP IP协议 IP的配置 NETBEUI等协议 IE浏览器的使用及电子邮件的收发 补充 IE浏览器的常用使用技巧电子邮件空间的申请 收发 数据通信基本常识介绍 补充 数据通信的概念通信信道数据通信的主要指数据传输方式 数据通信基础 一数据通信的概念1 信息 数据与信号信息 是人们对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识 如 文字 图形 声音等 数据 是把事件的某些属性规范化后的表现形式 是装载信息的实体 信息是数据的内在含义或解释 信号 是数据的具体物理表现 有着确定的物理描述 如 电压 磁场强度等 其分模拟和数字两种信号 2 数据通信的定义数据通信 就是把数据以信号的形式从一处 发送端 传送到另一处 接收端 的过程 三要素 信源 通信信道和信宿 信源是信息的发源地 通信信道是信息传输过程中承载信息的传输媒体 信宿是接收信息的目的地 数据通信举例 声音 A D D A 电话系统 数据 信号 传输 信号 数据 信源 信宿 通信信道 数据通信基础 1 有线信道 双绞线 局域网中双绞线最大传输距离是100m 由若干对螺旋结构排列的有绝缘保护的铜导线组成 一对线可以作为一条通信线路 各线对排列目的是使电磁干扰小 通信信道 通信信道 分为屏蔽 STP 和非屏蔽 UTP 两种标准 TIA EIA568UTP的类别1类 2对 20kb s 2类 4对 4Mb s 3类 4对 10Mb s 4类 4对 16Mb s 5类 4对 100Mb s 超5类 4对 155Mb s 6类 4对 200Mb s 7类特点抗干扰性能弱于基带同轴电缆 通信距离也有限制布线容易 良好的性价比 使其广泛用于局域网中 1 有线信道 同轴电缆 由内外两个导体组成 内导体是一根实心铜线 用于传输信号 外导体被织成网状 主要用于屏蔽电磁干扰和辐射 分粗缆和细缆 粗缆传输距离远 一般为500m 细缆的传输距离近 一般为185m 通信信道 1 有线信道 光纤 全称光导纤维 是当前网络传输介质中性能最好 应用前途最广的一种 直径为50 100 m的柔软而能传导光导光波的介质 特点是频带极宽 传输速率高 抗干扰能力强等 分单模和多模两种 单模是指光纤的光信号仅与光纤轴成单个可分辨角度的单光线传输 多模是指光纤的光信号与光纤轴成多个可分辨角度的多光线传输 通信信道 2 无线信道 微波信道 频率在100MHz 10GHz的信号叫微波信号 对应波长在3cm 3m之间 特点是 只能进行视距传输 传输质量比较稳定 通信信道 2 无线信道 红外线和激光信道 和微波一样有很强的方向性 不同之处是红外线和激光通信把要传输的信号转换为红外线信号和激光信号 直接在空间传播 通信信道 2 无线信道 卫星信道 以人造地球卫星为微波中继站 属于散射式通信 是微波信道的特殊形式 特点 覆盖范围广 带宽宽 容量大 传输距离远 不受地理条件的限制 可进行多址通信和移动通信等优点 但投资大 传播延时时间长 通信信道 1 数据传输率 指的是单位时间内在传输介质上所传送的数据量 2 信道容量 指信道能够传输信息的最大能力 以每秒钟能传输的比特数为单位 表示为b s 3 误码率 是衡量数据传输系统在正常工作状态下 传输可靠性的指标 它的定义是 码元 二进制位 被传输出错的概率 数据通信的主要指标 按照字节使用的信道数分 串行通信 将表示字符的8位二进制数 按照从低到高的顺序 依次传输 传输过程中 收发双方只需建立一条通信信道 特点是传输速率较低 但造价便宜 适用于远距离传输 并行通信 将8位二进制术通过8条通信信道同时传送的方式 特点是传输速率高 但造价高 数据传输方式 信道的通信方式 单工通信 单工方式指通信信道是单向信道 数据信号仅沿一个方向传输 发送方只能发送不能接收 接收方只能接收而不能发送 任何时候都不能改变信号传送方向 无线电广播和电视都属于单工通信 信道的通信方式 半双工通信 半双工通信是指信号可以沿两个方向传送 但同一时刻一个信道只允许单方向传送 即两个方向的传输只能交替进行 而不能同时进行 当