单招班计算机网络技术教案主编王协瑞高等教育出版社PPT课件.ppt

计算机网络技术 第3章计算机网络技术基础 1 3 1计算机网络的拓扑结构 计算机网络的拓扑结构 定义 网络中网络单元折地理分布和互联关系的几何构型 计算机网络的拓扑结构主要是指通信子网的拓扑结构 总线型 星状 环状 树状和网状 2 总线型拓扑结构 单总线结构 多总线结构信道被所有节点共享 一次只能由一个设备传输CSMA CD和令牌总线访问控制方式 终接器 优点 易于布线和维护可靠性高可扩充性强费用开支少 缺点 故障诊断困难故障隔离困难中继器等配置实时性不强 3 1计算机网络的拓扑结构 3 星状拓扑结构 每个节点通过通信线路连接到中央节点 集中式控制策略中央节点具有中继交换和数据处理能力 是星状网络的核心 3 1计算机网络的拓扑结构 优点 方便服务连接点故障不会影响全网集中控制便于故障诊断简单的访问协议 缺点 依赖中央节点费用高 4 环状拓扑结构 网络节点连接成封闭回路令牌 特殊的信息包 决定访问权向着一个方向发送数据分散式管理令牌环访问控制双环路 提高速率 昂贵 复杂 3 1计算机网络的拓扑结构 优点 电缆长度短适用于光纤网络的实时性好 缺点 扩展配置困难节点故障引起全网故障故障诊断困难 5 树状拓扑结构 分层结构总线型拓扑结构演变分级管理和控制系统 3 1计算机网络的拓扑结构 优点 易于扩展故障隔离方便 缺点 对根的依赖太大 6 星状环状拓扑结构 是将星状拓扑结构和环状拓扑结构混合起来的一种拓扑 3 1计算机网络的拓扑结构 优点 易于扩展故障的诊断和隔离方便安装电缆方便 缺点 环上需要智能的集中器 以便实现网络的故障自动诊断和故障节点的隔离 7 拓扑结构的选择原则 可靠性扩充性费用高低 3 1计算机网络的拓扑结构 8 3 2ISO OSI参考模型 网络体系结构 层和协议的集合 ISO 国际标准化组织OSI RM 开放系统互连参考模型OSI参考模型定义了开放系统的层次结构 层次之间的相互关系以及各层所包括的可能的服务 它作为一个框架来协调和组织各层协议的制定 也是对网络内部结果最精练的概括和描述 OSI采用分层结构化技术 各层之间相互独立 高层不必关心低层的实现细节 只要知道低层所提供的服务 经及本层向上层所提供的服务即可 有利于实现和维护 某个层次实现细节的变化不会对其他层次产生影响 易于实现标准化 9 3 2ISO OSI参考模型 10 3 2ISO OSI参考模型 OSI参考模型的特性一种将异构系统互连的分层结构提供控制互连系统交互规则的标准骨架定义一种抽象结构 并非具体实现的描述不同系统上的相同层实体称为同等层实体同等层实体之间的通信由该层的协议管理相邻层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务直接的数据传送仅在最低层实现每层完成所定义的功能 修改本层的功能并不影响其他层 11 3 2ISO OSI参考模型 12 3 2ISO OSI参考模型 13 3 2ISO OSI参考模型 技术术语 在OSI参考模型中 每一层的功能是为上一层提供服务 N 1层对等实体之间的通信是通过N层提供服务完成 网络体系结构中采用层次化结构的优点 各层之间相互独立 高层不必关心低层的实现细节 只要知道低层所提供的服务 经及本层向上层所提供的服务即可 能真正做到各司其职 有利于实现和维护 某个层次实现细节的变化不会对其他层次产生影响 易于实现标准化 14 3 2ISO OSI参考模型 技术术语 数据单元 对等实体 同一层中的实体 间传送的数据 服务数据单元 SDU 第N层待传送和处理的数据单元 协议数据单元 PDU 同等层水平方向传送的数据单元 将SDU分若干段 每段加上协议控制信息 接口数据单元 IDU 相邻层接口间传送的数据单元 由SDU和控制信息组成 服务访问点 SAP 相邻层间可以访问的地方 每个SAP都有一个唯一的地址号码 服务原语请求 Request 指示 Indication 响应 Response 确认 Confirm 15 3 2ISO OSI参考模型 技术术语 面向连接和无连接的服务面向连接服务是数据传输之前先建立连接 第二步进行数据传送 帧或分组 按序传送 第三步拆除链路 面向连接的服务又称为虚电路服务 无连接服务没有建立和拆除链路的过程 一般采用不可靠传送 不可靠 无确认 的无连接服务又称为数据报服务 帧或分组带有完整的地址 独立选择路径 到目的地后进行排序 16 物理层 3 2ISO OSI参考模型 物理层处于OSI参考模型的最底层 直接面向传输介质 服务于数据链路层 将信息从一个系统送到另一个系统 只有该层是真正的物理通信 其他层均是虚拟通信 物理层提供物理硬件连接 包括信号线作用 电压的大小 宽度及它们的时序关系 建立 维持和拆除物理链路有关的机械 电气 功能和过程特性等 17 物理层 3 2ISO OSI参考模型 物理层的作用是在一条物理传输介质上 实现数据链路实体之间透明地传输各种数据的比特流 物理层的主要功能 1 物理连接的建立 维持与释放 2 物理层服务数据单元传输 保证比特传输的顺序性 3 物理层管理 完成本层某些管理事务 媒体和互联设备物理层的介质各种插头 接收器 发送器 中继器 集线器 等 一些重要标准EIA 美国电子工业协会 CCITT 国际电报电话咨询委员会 ISO2110 ISO2593 ISO4092 CCITTV 24 18 数据链路层 建立起来数据收发关系称为数据链路 3 2ISO OSI参考模型 数据链路层的作用 在不可靠的物理链路上 通过数据链路层协议实现可靠的数据传输 解决相邻节点间数据传输问题 数据链路层的主要功能 1 链路管理 建立 维持 释放数据链路 2 帧的装配与分解 数据链路层的数据传输单位是帧 3 帧的同步 4 流量控制与顺序控制 5 差错控制 6 使接收端能区分数据和控制信息 7 透明传输 8 寻址 19 数据链路层 3 2ISO OSI参考模型 数据链路控制规程可分为两类 一是面向字符的 以字符为传输单位 另一是面向比特的 以比特为传输单位 数据链路层的主要协议 1 ISO1745 1975面向字符的标准 2 ISO3309 1984 ISO4335 1984 ISO7809 1984面向比特的数据传输控制的 3 ISO7776 数据链路层设备网卡网桥在IEEE802 3标准中 数据链路层分成两个子层 逻辑链路控制子层和介质访问控制子层 20 网络层 3 2ISO OSI参考模型 网络层是通信子网与用户资源子网之间的接口 主要功能是路由选择 流量控制 传输确认 中断 差错及故障恢复等 网络层的主要功能 1 建立和拆除网络连接 2 分段和组块 3 有序传输和流量控制 4 网络连接多路复用 5 路由选择和中继 6 差错的检测和恢复 7 服务选择 21 网络层 3 2ISO OSI参考模型 网络层提供无连接和面向连接两种 也称为数据报服务和虚电路服务 网络层提供的服务 路由选择路由选择算法 确定路由选择的策略 自适应算法非自适应算法理想的路由选择应该是正确的 简单的 自适应的 对网络用户是公平的 最佳的 22 传输层是资源子网和通信子网的界面和桥梁 3 2ISO OSI参考模型 传输层的特性连接与传输传输层服务 就是进行传输 传输层的主要功能 1 接收由会话层来的数据 将其分成较小的信息单位 经通信子网实现两主机间端到端通信 2 提供建立 终止传输连接 3 向高层提供可靠的透明数据传送 具有差错控制 流量控制及故障恢复功能 23 传输层 3 2ISO OSI参考模型 传输层协议网络层向传输层提供的服务有可靠和不可靠 但传输层对高层提供的是端到端的可靠通信 如果通信子网的功能很完善 那么传输层的任务比较简单 如果通信子网提供的服务质量很差 传输层就必须填补传输层用户中所要求的服务质量和网络层所能提供的服务质量之间的差异 24 3 2ISO OSI参考模型 根据网络层或通信子网向传输层提供的服务 可以把网络分三种 A型 可接受的差错率和可接受的故障通知率B型 可接受的差错率和不可接受的故障通知率C型 不可接受的故障通知率A型服务是可靠的 一般指虚电路 C型服务的质量最差 提供数据报服务或无线电分组交换网络 B型服务介于二者之间 广域网多提供服务 传输层协议类别 25 会话层 3 2ISO OSI参考模型 会话层的主要功能两个会话用户之间为交换信息而按照某种规则建立的一次暂时的连接 1 提供远程会话地址 2 会话建立后的管理 3 提供把报文分组重新组成报文的功能 会话层提供的服务 1 会话连接的建立和拆除 2 与会话管理有关的服务 3 隔离 4 出错和恢复控制 26 表示层 3 2ISO OSI参考模型 表示层的主要功能数据表示形式 数据格式的转换 数据的压缩 数据加密等 1 语法转换 2 传送语法的选择 3 常规功能 表示层提供的服务 1 数据转换和格式转换 2 语法选择 3 数据加密与解密 4 文本压缩 27 应用层 3 2ISO OSI参考模型 OSI参考模型的最高层 直接面向用户 是计算机网络与最终用户的界面 负责两个应用进程之间的通信 为网络用户之间的通信提供专用程序 1 虚拟终端协议 2 文件传输 访问和管理 3 作业传送和操纵 4 电子邮件 28 冲突检测载波侦听多路访问 CSMA CD 3 3数据传输控制方式 是以太网采用的介质访问控制 MAC 方法 常见的局域网一般采用CSMA CD访问控制方法的逻辑总线型网络 先听后发 边听边发 1 首先 监听 如果忙继续监听 2 如果空闲立即发送 3 边发送边监听 发送信息的站点发送过程中同时监听信道 检测是否有冲突发生 4 如果检测到冲突后 立即停止该次数据传输 并向信道发出长度为4个字节的 干扰 信号 以确保其他站点也发现该冲突 等待一段随机时间 再尝试重新发送 29 令牌传递控制法 TokenPassing 3 3数据传输控制方式 又称许可证法基本原理一个独特的被称为令牌的标志信息沿着环状网络依次向每个节点传递 只有获得令牌的节点才有权利发送信息 令牌有 忙 空 两种状态 适用的网络结构 环状拓扑 基带传输环状网只有一条环路 信息只能沿环单向流动 环中的每一个节点都具有放大整形作用 30 网络交换技术 3 3数据传输控制方式 将数据在通信子网中节点间的传输过程统称为数据交换 对应的技术为数据交换技术 数据交换技术有两种 电路交换技术和存储转发交换技术 存储转发交换技术包括报文交换和分组交换 异步传输模式 ATM 技术是电路交换与分组交换技术结合的一种高速交换技术 31 3 4常见的局域网标准 网络标准 为了规定网络的通信标准 访问控制方式 传输介质等技术而制定的规则 IEEE即电气电子工程师协会IEEE802标准 IEEE802 1 局域网概述 体系结构 网络管理和网络互连IEEE802 2 逻辑链路控制 LLC IEEE802 3 CSMA CD访问方法和物理层规范IEEE802 10 安全与加密访问方法和物理层规范IEEE802 11 无线局域网访问方法和物理层规范 包括 IEEE802 11aIEEE802 11bIEEE802 11cIEEE802 11qIEEE802 12 100VG AnyLAN快速局域网访问方法和物理规范 32 以太网 3 4常见的局域网标准 包括传统以太网 快速以太网 千兆以太网和万兆以太网 它们都符合IEEE802 3标准规范 1 传统以太网传输率为10Mbps10BASE 510BASE 210BASE T10BASE F 33 以太网 3 4常见的局域网标准 2 快速以太网传输率可达到100Mbps 是传统以太网的传输速率的10倍 100BASE T100VG AnyLAN 3 10 100Mbps自适应型以太网一个局域网中有10Mbps的网卡 也有100Mbps的网卡 交换机 集线器也有10Mbps 100Mbps10 100Mbps自适应网络设备依赖于自动协商模式 NWAY技术 34 以太网 3 4常见的局域网标准 4 千兆以太网传输率可达到1000Mbps高速以太网 802 3z千兆以太网标准定义了1000BASE SX 1000BASE LX 1000BASE CX三种标准 前两种是光纤介质 另一种采用铜线介质 1000BASE SX1000BASE LX1000BASE CX1000BASE T 35 以太网 3 4常见的局域网标准 5 万兆以太网10Gbps速率2002年 光缆的万兆以太网IEEE802 3ae颁布2004年 同轴电缆万兆以太网IEEE802 3ak颁布2006年 非屏蔽双绞线万兆以太网IEEE802 3an10GBASE T通过 万兆以太网和以往的显著区别一是只支持全双工模式 不再支持单工模式二是不使用CSMA CD协议 36 ATM 异步传输模式 3 4常见的局域网标准 1 什么是ATM和ATM局域网 是一种新型的网络交换技术 适合于传送宽带综合业务数字 B ISDN 和可变速率的传输业务 固定数据报大小 信元或报文 ATM信元结构由53B组成 5B头部分和48B信息部分数据可以是实时视频 高质量语音 图像等 ATM局域网是以ATM为基本结构的局域网以ATM交换机作为网络交换节点 通过各种ATM接入设备将各种用户业务接入到ATM网络 37 ATM 异步传输模式 3 4常见的局域网标准 2 ATM的基本特征 1 ATM主要包括基本技术采用光纤作为传输介质采用同步数字体系 SDH 传输网络采用异步传输模式作为交换技术 2 ATM的基本信息特征 信元 3 B ISDN使用的复用技术 时分多路复用技术 3 ATM局域网使用的主要网络产品 1 ATM主机接口卡 用于主机连接到ATM网络上 2 ATM交换机 用于连接B ISDN用户线路和中继线路 3 ATM互联设备 ATM路由器 ATM网桥和ATM集中器 ATM的缺点 组网技术复杂 设备昂贵 38 FDDI 3 4常见的局域网标准 光纤分布数据接口 FDDI 高速环形网络 符合标准ANSIX3T9 5 使用光纤传输介质 单向传输 具有距离长 范围大 高速 损耗低 抗干扰性强等优点 1 FDDI网络的主要标准和应用特点 与符合IEEE802标准的各种局域网兼容 使用的IEEE802 8标准 高速率 可达100Mbps 多节点 联网的节点数 1000个 若是双连站 则为500个 长距离 最大站间为2km 环路长度为100km 光纤长度为200km 高可靠性 采用双环结构 具有动态分配带宽的能力 可支持同步和异步传输 39 FDDI 3 4常见的局域网标准 2 FDDI网络的主要应用场合后端网络或数据中心环境建筑物群主干网校园网主干网 距离达2km 多个校园网企业网的主干网 3 FDDI网络的结构逻辑拓扑结构为环状 物理拓扑结构为环状 星状或树状 4 FDDI网络的站点连接方式与站点类型连接站点的类型有双连站和单连站集中器类型有双连集中器和单连集中器 40 什么是TCP IP协议 3 5TCP IP网络协议 TCP IP传输控制协议 网际协议 由一组通信协议所组成的协议集 是为ARPANET设计的 先于OSI参考模型 所以不是完全符合OSI标准 TCP对应于OSI的传输层 IP对应于网络层 TCP IP协议的作用 网络互联要解决异构网络系统的通信问题 目的是向高层隐藏底层物理网络技术的细节 TCP IP体现这一技术 TCP IP包含100多个协议 用来将各种计算机和数据通信设备组成实际的计算机网络 TCP和IP是最基本 最重要的两个协议 41 3 5TCP IP网络协议 网络接口层 网际层 IP层 传输层和应用层 TCP IP协议的分层模式 层 层之间传送的对象 报文流 Telnet FTP 电子邮件等 传输协议分组 TCP UDP IP数据报 IP ICMP 特定的网格帧 42 3 5TCP IP网络协议 1 网络接口层与OSI的数据链路层和物理层对应 负责管理设备和网络之间的数据交换 接收上一层 IP层 的数据报 通过网络向外发送 或者接收和处理来自网络上的物理帧 并抽取IP数据报向IP层传送 TCP IP协议的分层模式 2 网际层IP层 与OSI的网络层对应 负责管理不同的设备之间的数据交换 网际协议 IP 使用IP地址确定收发端 提供端到端的数据报传递 网际控制报文协议ICMP 处理路由 协助IP层实现报文传送的控制机制 提供错误和信息报告 地址解析协议ARP 将网络层地址转换成链路层地址 逆向地址解析协议RARP 将链路层地址转换成网络层地址 43 3 5TCP IP网络协议 3 传输层与OSI的传输层对应 确保所有传送到某个系统的数据正确无误地到达该系统 TCP 传输控制协议 面向连接的可靠数据传输提供校验位 为每个字节分配序列号 提供确认与重传机制确保可靠传输 UDP 用户数据报协议 无连接的数据报传送 提供不可靠的数据传送 简单 传输速率较高 TCP IP协议的分层模式 4 应用层TCP IP的最高层 与OSI的上三层对应 FTP 文件传输协议Telnet 远程登录协议SMTP 简单邮件传输协议HTTP 超文本传输协议 44 3 5TCP IP网络协议 TCP IP协议的分层模式 4 应用层RIP 路由信息协议 用于网络设备之间交换路由信息NFS 网络文件系统 用于实现网络中不同主机间的文件共享DNS 域名服务 用于实现从主机名 域名 到IP地址的转换 TCP IP协议的特点 1 开放的协议标准 2 统一的网络地址分配方案 3 独立于特定的网络硬件 4 标准化的高层协议 45 3 5TCP IP网络协议 TCP IP协议和OSI参考模型的共同之处都采用分层结构TCP IP协议和OSI参考模型的层次对应关系 46 3 6广域网 广域网WAN地域广大的远程处理和局域网处理相结合的大型网络 实现广大范围内的远距离数据通信广域网通信方式是指连接的局域网之间或终端系统的通信 不包括局域网的内部通信 目前电信运营商可提供的广域网有 公共交换电话网 PSTN DDN 帧中继网 ISDN网和宽带IP网 47 广域网的结构与种类 1 广域网的结构分为通信子网和资源子网 主要是由一些广域网节点设备和连接这些设备的链路组成 广域网节点设备主要有路由器 调制解调器 通信服务器等 3 6广域网 2 广域网的种类 1 公共传输网络 由政府电信部门组建 管理和控制 可提供或租用给任何部门和单位使用 电路交换网络 公共交换电话网PSTN和综合业务数字网ISDN 分组交换网络 X 25分组交换网 帧中继等 2 专用传输网络 由一组织或团体自己建立 使用 控制和维护的私有通信网络 数字数据网DDN 3 无线传输网络 主要是移动无线网 典型的GSM GPRS和3G技术等 48 广域网标准 1 物理层协议描述了如何提供电气 机械 操作和功能的连接到通信服务提供商所提供的服务 描述了数据终端设备DTE和数据通信设备DCE定义了DTE和DCE之间接口的控制规则 如EIA TIA 232 V 35 X 21等 3 6广域网 2 数据链路层协议定义了传输到远程站点的数据帧的封装形式 并描述了在单一数据路径上各系