第1章网络概论13

1、1 第第 1 章章 计算机通信网络技术概论计算机通信网络技术概论 主讲人: 施荣华 教授 博士生导师 中南大学信息科学与工程学院 2 要求整体上了解计算机通信网络。通过要求整体上了解计算机通信网络。通过 本章的学习，应掌握以下内容本章的学习，应掌握以下内容： 1.计算机通信网络的定义、功能计算机通信网络的定义、功能 2.计算机通信网络的分类计算机通信网络的分类 3. 计算机通信网络的组成计算机通信网络的组成 4.网络体系结构网络体系结构 【本章目标】 3 【本章要点】 1 计算机通信网络的定义与发展 2 计算机通信网络的分类 3 计算机通信网络系统的组成与主要设备 4 计算机通信网络体系结构

2、4 1.1 计算机通信网络的定义与发展 1.1.1 计算机通信网络的定义 1.1.2 计算机通信网络的发展 5 计算机通信网络定义：计算机通信网络定义： 将若干台具有独立功能的计算机通过通信设备及将若干台具有独立功能的计算机通过通信设备及 传输媒体互连起来，在通信软件的支持下，实现传输媒体互连起来，在通信软件的支持下，实现 计算机间的信息传输与交换的系统，称之为计算计算机间的信息传输与交换的系统，称之为计算 机通信网络。机通信网络。 简单地说，计算机通信网络是指简单地说，计算机通信网络是指实现计算机与计实现计算机与计 算机之间互连与通信的网络。算机之间互连与通信的网络。 什么叫计算机通信网络

3、6 几个相关的几个相关的定义定义 u计算机通信计算机通信 （数字）计算机之间的通信。（数字）计算机之间的通信。 u数据通信数据通信 数字计算机或其他数字终端装置之间的通信。数字计算机或其他数字终端装置之间的通信。 u计算机网络计算机网络 以共享资源为目的,利用通信手段把地域上相对分 散的若干独立的独立的计算机系统、终端设备和数据设 备连接连接起来，并在协议的控制下进行数据交换的 系统。 7 计算机通信网络与计算机网络的区别？ 将若干台具有独立功能的计算机通过通信 设备及传输媒体互连起来，在通信软件的 支持下，实现计算机间的信息传输与交换实现计算机间的信息传输与交换 的系统的系统，称之为计算机通

4、信网络。 计算机网络是指以共享资源为目的,利用通 信手段把地域上相对分散的若干独立的独立的计 算机系统、终端设备和数据设备连接连接起来， 并在协议的控制下进行数据交换的系统。 8 计算机通信网络的功能 （1）实现资源共享（设备 程序 数据） （2）突破地域界限（局域 城域 广域 互联网- 地球） （3）增加可靠性(灾备 多途径访问） （4）提高处理能力（协同 并行处理 负载均 衡） （5）进行数据通信（电子邮政 电子会议 网 络教育 数字图书馆 网络银行 网络商店.) 9 计算机通信网络的发展 10 计算机通信网络的发展 11 计算机通信网络的发展 12 计算机通信网络的发展 13 计算机通信

5、网络的发展趋势 （1）开放性方向发展（统一协议标准-跨平台 ) （2）一体化方向发展（协同技术 虚拟技术-云计算 透明计算 增强功能 降低成本 方便使用） （3）多媒体网络方向发展（支持多种媒体-电信网 电视网 计算机网-“三网合一”） （4）高效，安全的网络管理方向发展（可用安全瓶 颈） （5）智能化网络方向发展（模拟人-分析 归纳 推理 学习能力-专家系统） 14 1.2 计算机通信网络的分类 1.2.1 按拓扑结构分类 1.2.2 按地域范围分类 1.2.3 按传输技术分类 1.2.4 按传输介质分类 15 1.2.1 按拓扑结构分类按拓扑结构分类 （1）总线拓扑（Bus Topolog

6、y）结构 （2）环型拓扑（Ring Topology）结构 （3）星型拓扑（Star Topology） 结构 （4）网状拓扑（Net Topology）结构 16 拓扑结构 集线器 干线耦合器 总线网星形网 树形网 环形网 17 总线拓扑（Bus Topology）结构 18 环形拓扑和星型拓扑 19 网状拓扑（Net Topology） 20 1.2.2 按地域范围分类 局域网LAN（Local Area Network） 城域网MAN（Metropolitan Area Network） 广域网WAN（Wide Area Network） 21 广域网、城域网、接入网以及局 域网的关系

7、城域网城域网 接入网接入网接入网接入网接入网接入网 广域网 局域网局域网校园网企业网 22 1.2.3 按传输技术分类 广播网络-共享一条传输通道 局域网：以太网 令牌环网 令牌总线网 FDDI网等。 点到点网络-分组交换网、多条传输通道 广域网：x.25网 帧中继网 ATM网等。 23 1.2.4 按传输介质分类 （1）有线网络 有线网络指采用同轴电缆、双绞线、光纤等有线介质来连 接的计算机通信网络。 （2）无线网络 无线网络采用微波、红外线、无线电等电磁波作为传输介 质。由于无线网络的联网方式灵活方便，不受地理因素影 响，因此是一种很有前途的组网方式 。 目前无线通信系统主要有：低功率的无

8、绳电话系统、模拟 蜂窝系统、数字蜂窝系统、移动卫星系统、无线LAN和无 线WAN等。 24 1.2.5 其它分类 计算机通信网络的实现技术与应用方式等许多方 面是多种多样的，很难对网络进行严格的分类。 通常从不同的角度进行分类，比如前面的按拓扑 结构、地域范围、传输技术、传输介质等， 还常从传输速率、 交换方式、服务方式、连接类 型等对网络进行分类，相应的有对应的某某网络。 对等网、传感器网、 移动网、移动自组网、 物联 网等 25 1.3 计算机通信网络系统的组成 1.3.1 计算机通信网络系统的组成 1.3.2 DTE与DCE 1.3.3 因特网的组成与工作方式 1.3.4 计算机通信网络

9、系统的组成结构 26 1.3.1计算机通信网络系统的组成 计算机通信网络系统的组成可分为三个部 分,即硬件系统,软件系统及网络信息系统。 硬件系统：计算机、通信设备、连接设备及 辅助设备。 27 1.3.2 DTE与DCE DTE是数据终端设备，DTE提供或接收数据， 连接到网络中的用户端机器，主要是计算 机和终端设备。 与此相对地，在网络端的连接设备称为 DCE ( Date Circuit - terminating Equipment )。DCE是数据通信设备，如 MODEM，是连接DTE设备的通信设备。 28 1.3.3 因特网的组成与工作方式 从因特网的功能上看，可以划分为以下的 两

10、大块： (1)资源子网，由所有连接在因特网上的主 机组成。这部分是用户直接使用的，用来 进行通信（传送数据、音频或视频）和资 源共享。 (2)IP通信子网，由大量网络和连接这些网 络的路由器组成。这部分是为资源子网提 供服务的（提供连通性和交换）。 29 资源子网中的主机-端系统 在端系统中运行的程序之间的通信方式通 常可划分为两大类： 客户服务器方式（C/S 方式）即 Client/Server方式和对等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式。 客户(client)和服务器(server)都是指通 信中所涉及的两个应用进程。 30 客户服务器方式 客户服务器方式所描述的是 进

11、程之间服务和被服务的关 系。客户是服务的请求方， 服务器是服务的提供方。 对等连接(peer-to-peer，简 写为 P2P)是指两个主机在通 信时并不区分哪一个是服务 请求方还是服务提供方。只 要两个主机都运行了对等连 接软件（P2P 软件），它们 就可以进行平等的、对等连 接通信。双方都可以下载对 方已经存储在硬盘中的共享 文档。 运行 客户 程序 网络边缘 网络核心 运行 服务器 程序 A B 请求服务 得到服务 客户 服务器 图1-12客户服务器方式 31 1.3.4计算机通信网络系统的组 成结构 1独立网络-局域网 独立网络不与其他网络进行连接，其组成的 设备有：服务器、工作站、网

12、卡、集线器 或交换机等。ARPAnet也是一个独立网络。 2三级结构网络 3. 多级结构网络 32 2.三级结构的因特网 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 地区网 地区网地区网 33 3.多级结构的因特网 大公司 地区 ISP 网络接入点 NAP （对等点） 公司 校园网 主干服务 提供者 校园网 校园网 校园网校园网 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。 34 1.4 计算机通信网络体系结构及 协议 1.4.

13、1 协议与体系结构 1.4.2 OSI模型 35 1.4.1协议与体系结构 1网络协议网络协议(Protocol)约定集约定集 语法（语法（Syntax）：包括数据）：包括数据 格式、编码及信号电平等。格式、编码及信号电平等。 语义（语义（Semantics）：包括用）：包括用 于协调和差错处理的控制信息。于协调和差错处理的控制信息。 定时（定时（Timing）：包括速度匹）：包括速度匹 配和排序。配和排序。 2网络的体系结构层次划分所遵网络的体系结构层次划分所遵 循的原则循的原则 所谓网络的体系结构所谓网络的体系结构 (Architecture)就是计算机通信就是计算机通信 网络各层次及其协

14、议的集合。网络各层次及其协议的集合。 层次结构一般以垂直分层模型层次结构一般以垂直分层模型 来表示。来表示。 36 n 层是n-1层的用户，又是n+1层的服务提供者。n+1层 虽然只直接使用了n层提供的服务，实际上它通过n层还 间接地使用了n-1层以及以下所有各层的服务。层次结 构的好处在于使每一层实现一种相对独立的功能。分层 结构还有利于交流、理解和标准化。 37 计算机通信网络层次模型 n + 1 层 n 层 n -1 层 n + 1 层 n 层 n -1 层 虚 通 信 （ n + 1 层 协 议 ） （ n 层 协 议 ） （ n + 1 层 协 议 ） 虚 通 信 n 1 /n 层

15、接 口 处 n 层 提 供 服 务 n 1 /n 层 接 口 处 n 1 层 提 供 服 务 实 通 信 物 理 媒 体 38 层次结构的特点： 除了在物理媒体上进行的是实通信之外，除了在物理媒体上进行的是实通信之外， 其余各对等实体间进行的都是虚通信。其余各对等实体间进行的都是虚通信。 对等层的虚通信必须遵循该层的协议。对等层的虚通信必须遵循该层的协议。 n层的虚通信是通过层的虚通信是通过n/n-1层间接口处层间接口处n-1 层提供的服务以及层提供的服务以及n-1层的通信（通常也是层的通信（通常也是 虚通信）来实现的。虚通信）来实现的。 39 层次结构划分的原则 当在处理数据的过程中需要建立

16、不同的抽象层次时，应进当在处理数据的过程中需要建立不同的抽象层次时，应进 行分层；行分层； 不能把结构的层分得太多，以免在描述和综合这些层次时不能把结构的层分得太多，以免在描述和综合这些层次时 发生困难；发生困难； 当需要完成显然不同的处理功能或者需要采用完全不同的当需要完成显然不同的处理功能或者需要采用完全不同的 技术时，应进行分层；技术时，应进行分层； 应把相似的功能放在同一层内；应把相似的功能放在同一层内； 在建立分层边界时，应使其服务描述简单且应保证通过边在建立分层边界时，应使其服务描述简单且应保证通过边 界往返的次数最少。界往返的次数最少。 在分层时应允许各层重新设计，且允许各层协议

17、为适应结在分层时应允许各层重新设计，且允许各层协议为适应结 构、软、硬件方面的新技术而作某种变化；构、软、硬件方面的新技术而作某种变化； 分层后每一层应仅与其相邻的上下层有接口；分层后每一层应仅与其相邻的上下层有接口； 根据不同的通信服务需要可以在同一层内进一步建立若干根据不同的通信服务需要可以在同一层内进一步建立若干 子层；子层； 允许对子层进行旁路。允许对子层进行旁路。 40 网络体系结构的特点 以功能作为划分层次的基础。以功能作为划分层次的基础。 第第n层的实体在实现自身定义的功能时，层的实体在实现自身定义的功能时， 只能使用第只能使用第n-1层提供的服务。层提供的服务。 第第n层在向第

18、层在向第n+1层提供的服务时，此服务层提供的服务时，此服务 不仅包含第不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层层本身的功能，还包含由下层 服务提供的功能。服务提供的功能。 仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具 体实现细节对上一层完全屏蔽。体实现细节对上一层完全屏蔽。 41 1.4.2 OSI模型 1OSI参考模型的描述参考模型的描述 OSI模型是一种将异构系统互连的分层结构。共有模型是一种将异构系统互连的分层结构。共有 七层，由低到高分别是：七层，由低到高分别是： 物理层（物理层（Physical Layer） 数据链路层（数据链路层（Data Link La

19、yer） 网络层（网络层（Network Layer） 传输层（传输层（Transport Layer） 会话层（会话层（Session Layer） 表示层（表示层（Presentation Layer） 应用层（应用层（Application Layer） 42 43 2.OSI参考模型的特征 （1）提供了控制互连系统交互规则的标准框架。）提供了控制互连系统交互规则的标准框架。 （2）定义了一种抽象结构，而并非具体实现的描述。）定义了一种抽象结构，而并非具体实现的描述。 （3）不同系统上的相同层的实体称为同等层实体。）不同系统上的相同层的实体称为同等层实体。 （4）同等层实体之间通信由该层

20、的协议管理。）同等层实体之间通信由该层的协议管理。 （5）相邻层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的）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。服务。 （6）所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务。）所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务。 （7）直接的数据传送仅在最低层实现。）直接的数据传送仅在最低层实现。 （8）每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其）每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其 他层。他层。 44 3.OSI参考模型各层的功能 （1）物理层（Physical Layer） 物理层位于OSI参考模型的最底层，是整个 OSI参考模型的

21、基础。 该层规定了通信设备的机械、电气、功能 和过程的特性，用以建立、维护和拆除物 理链路连接。 45 （2）数据链路层（Data Link Layer） 数据链路层在物理层提供比特流服务的基础上， 建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提 供数据帧（Frame）在信道上无差错的传输，并 进行各电路上的动作系列。 该层的作用概括如下： 在网络层实体间提供传送数据的功能和过程。 提供数据链路的流控。 检测和校正物理链路产生的差错。 保证报文以帧为单位在链路上可靠传送。 46 （3）网络层（Network Layer） 网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中 封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息 源站点和目的站点地址的网络地址。 网络层的功能概括如下： 控制报文分组传送系统的操作，即路由选择、拥 挤控制、网络互连等功能，它的特性对高层是透 明的。 根据传输层的要求来选择服务质量。 向传输层报告未恢复的差错。 确定主机和通信子网的接口方式。 47 （4）传输层（Transport Layer） 传输层为上层提供端到端（最终用户到最终用户）的透明 的、可靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信过 程中传输层