计算机网络教案(谭海清)

1、课程名：计算机网络制作：谭海清计算机网络 本课程是计算机应用专业专科 的专业 课程。 主讲：宜昌电大谭海清 老师自我介绍： 学历：计算机专业，大学本科 职称：副教授 2006年秋季课程名：计算机网络制作：谭海清第一章 计算机网络导论 1.1 信息技术发展简史 信息的产生、传递、转换与存储成为现代社会生产方式的重要特征。信息技术的发展越来越快，并且日趋复杂。了解人类信息文明发展的历史，有助于我们更好的审视过去，把握未来。课程名：计算机网络制作：谭海清1.1.1 语言的产生 古代的人类在互相交流的基本需要的激励下，经过长期的变迁，由原来的以简单的声音沟通消息，到可以使用更复杂的语言自由地交换思想，

2、这个长达上百年的漫长的进化过程使得当时的人类不同于一般的动物，在信息发明的发展方面迈出了关键性的一步。课程名：计算机网络制作：谭海清1.1.2 文字的产生人类产生了文字后，人类第一次可以把在生产劳动中学习和积累起来的知识，一适当的文字形式保存下来，和其他的人进行交流。课程名：计算机网络制作：谭海清1.1.3 印刷术的产生 上面所说的方法虽然可行，但效果不好。大约上千年前，蔡伦发明了纸的制造工艺，后不久又出现了“活字排版术”。从此，人类可以用先进的印刷技术来大量复制信息了。使用这种方式后，人类社会的信息的传播速度明显提高，人类的文明程度也因此得以迅速提升。课程名：计算机网络制作：谭海清 1.1.

3、4 电话电报技术的产生 距今约200年前，电报的发明解决了信息不能够 远距离高速传送的问题。电报虽然传的快，但输入手续比较麻烦。 大约在100年前，贝尔发明了电话。电话技术的发明大大改写了人类社会的信息文明程度，极大地促进了人类社会各方面的发展，课程名：计算机网络制作：谭海清1.1.5 集成电路和计算机技术的 发明 公元1946年，世界上的第一台数字电子计算机诞生了，今天，数字电子计算机的体积、能耗、处理速度、存储信息的容量大大提高。硅技术根据摩尔定律不断提高芯片的集成度和速度。今天数字计算机技术已深入到我们生活的各个角度，数字计算机的发明和进步给人类信息文明史谱写了光辉的一章。课程名：计算机

4、网络制作：谭海清1.1.6 现代通信技术的进步 一、程控交换技术 程控交换技术是传统电话交换技术的电脑化产物，原来的电话系统的交换是采用人工转接或者用继电器转接的。使用计算机化的程控交换机后，所有的电话交换都没有了硬件的接通和拆除过程。 二、卫星通信 卫星是人们用于克服地理位置给人们信息传递所造成的障碍而发展起来的通信技术。课程名：计算机网络制作：谭海清 三、蜂窝通信 蜂窝电话的思想是在地面上每隔一段距离就设一个无线通信的基站，每一个基站负责和自己覆盖范围内的移动通信手机相联系，基站与基站之间用有线信道方式来相互连通。这样形成的网络是由许多基站合作而成，它们的分布形状类似蜂窝。 四、光纤通信

5、光纤信道具有带宽大，体积小，保密性能好，抗干扰能力强，价格便宜的许多优点，是今后通信传输系统所使用的媒体的主流。课程名：计算机网络制作：谭海清1.1.7 计算机网络和因特网的产生 一、计算机网络技术的产生 计算机网络是计算机技术和现代通信技术的有机结合 。今天几乎所有的通信，包括打电话，发传真等，实际上都是在使用某一种类型的计算机网络。 二、Internet 的发展简史 Internet的前身是美国国防部高级研究规划局的ARPA网。通信标准是TCP/IP协议，它囊括了以11个最主要的新型通信标准为代表的上百个通信协议。这个网络标准的核心内容叫做“包交换”。课程名：计算机网络制作：谭海清1.2

6、计算机网络的用途 1.2.1 数字通信 数字通信知识一个各种数字化信息的传输的统称而已，实际上它有很多种形式，应用范围包括电子邮件，网络电话，网上传真，网上聊天等。 1.2.2 分布式计算 分布式计算是指将若干台 计算机通过网络连接起来，将一个程序分散到这几台计算机上去同时运行，然后把每一台计算机计算的结果搜集汇总到一起来，整理得出一个结果。 1.2.3 网络门户服务，IDC和ASP 在物理网络普遍通达的基础上开展集中的系统信息服务网门的概念。 IDC、ASP分别翻译成互联网数据中心和网上应用服务的提供商。 课程名：计算机网络制作：谭海清 1.2.4 信息查询 计算机网络是提供资源共享的最好工

7、具，这里的资源是指硬件、软件和信息资源。 1.2.5 网上教育 网上教育是利用INTERNET 技术开发的互联网的一种综合应用。它充分发挥网络可以跨越空间和时间的特点，在网络平台上向学生提供各种与教育相关的信息。 1.2.6 虚拟现实 1.2.7 电子商务 指人们利用电子化网络化手段进行商务活动。 1.2.8 家庭自动化课程名：计算机网络制作：谭海清1.3 计算机网络系统的组成 1.3.1 计算机网络的拓扑结构 网络的拓扑中用点来表示连网的计算机，用线来表示连接计算机的通信线路。 在近距离内共享资源是，网络就往往采用简单的连接方式总线网或树形；远距离通信时，采用环形网络结构，星形的等。 总线形

8、的拓扑简单，用总线网连接计算机的时候，所有连在网上的计算机多可以接收到某一台计算机发出的信号，信号的传递称为“广播”方式；而在复杂的网络中，采用点对点或点对点的变种来通信。课程名：计算机网络制作：谭海清总线网络分布式控制方式，各节点通过总线直接通信“文雅的交谈方式”：带冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 在重负荷下效率明显降低安装简单，价格低廉，便于扩充图1-6 总线网络课程名：计算机网络制作：谭海清 环状网络各计算机形成一个逻辑环路，数据包在环路上以固定方向流动令牌控制：只有

9、获得了令牌的计算机才能发送数据图1-7 环状网络课程名：计算机网络制作：谭海清 星形网络采用集中控制方式物理布局为星形，逻辑上可以是总线网络、令牌环网结构简单，便于管理，扩充方便图1-8 星形网络HUB课程名：计算机网络制作：谭海清 树形网络星形结构的变种，天然的分级结构灵活，可靠，覆盖距离较远，控制简单网状网络容错能力最强建网费用高，布线困难主要用于WAN、MAN及INTERNET课程名：计算机网络制作：谭海清1.3.2 计算机网络的组成结构 一个网络大致分成三个部分：通信子网、网络高层和网上应用。一、计算机网络的通信子网 通信子网是用来保证整个计算机网络通信的基本传输的部分，它担负着与通信

10、媒体的连接任务，并要在相邻节点之间完成互相通信的控制，消除各种不同通信网络技术之间的差异，保证跨越在网络两头的计算机之间的通信联系的正确。通信子网由物理信道，信道链路的通信控制软件组成二、计算机网络的高层服务 计算机网络的高层的内容也是传输服务，即网络节点到对方的网络节点之间的端到端的完整通信服务。课程名：计算机网络制作：谭海清 通信子网是由电信公司或者其它通信信道的提供商来提供，而对应于高层的软件模块则驻留在计算机的主机中，向它的更高层提供通信的完整服务。计算机网络高层服务的目的是要完成将网上的应用和网络的数据通信彻底分开，而应用只是简单地通过固定的模式调用网络通信部分的可靠传输服务为起本声

11、的应用目的服务。三、计算机网络的应用服务 大致来说，典型计算机网络的应用的支撑环境由下面几个方面所组成： 1.网络目录服务 2.网络域名服务 3.网络数据库服务课程名：计算机网络制作：谭海清1.4 网络的标准体系因特网的标准最重要，TCP/IP协议簇；开放式系统互连的国际标准ISO/OSI七层标准模型；还有局域网的标准集IEEE-803.X。1.5 计算机网络的新进展及发展趋势 1.5.1通信技术的进步 最近的进步主要表现在交换方式趋于纯IP化、光纤采用波分复用技术和计算机采用无线接入方式。 一、交换的类型大致分成：电路交换和包交换。电路交换是在通信是，电话线路经过电话交换机的连接形成一个完整

12、的物理通信链路。而包交换也成为“报文分组交换”或“分组交换”。 二、光纤的波分复用技术 其思想是用不同的波谱的光束做载波，每种载波调制一路数据信号，将各束调制后的光信号集中到一起，形成一束混合光，再送到光纤里去传输。 三、无线接入方式课程名：计算机网络制作：谭海清 1.5.2 多媒体技术的进步 1.5.3 网上应用的进步 一、先进网关技术 1、性能管理 2、帐号管理 3、安全管理 4、拓扑管理二、信息安全得到保障三、自动翻译文字声音课程名：计算机网络制作：谭海清网络1网络2网络4网络3Internet主机路由器课程名：计算机网络制作：谭海清第2章 计算机网络的层次化结构 2.1 引言 凡是通过

13、计算机网络可以互相访问的计算机系统，就叫做“开放式系统”。 2.1.1 网络基本概念简介 一、数字信道中速率的概念 数字通信的内容是以二进制数的方式发送的。表征发送信息快慢的单位是每秒比特数。 课程名：计算机网络制作：谭海清信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式 电话线上传送的按照声音的强弱幅度连续变化的电信号称为模拟信号(analog signal)；模拟信号的信号电平是连续变化的；0V V( (t t) )t t模拟信号课程名：计算机网络制作：谭海清 计算机所产生的电信号是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号，这种电信号称为数字信号(dligital signal）；0V

14、V( (t t) )t t数字信号课程名：计算机网络制作：谭海清通信子网资源子网C CC CP PA AC CC CP PB BC CC CP PE EC CC CP PD DC CC CP PC CH HA AH HB BC CC CP PF F课程名：计算机网络制作：谭海清b0b1b2b3b4b5b6b7串行通信信道发送端接收端课程名：计算机网络制作：谭海清发送端b0b1b2b3b4b5b6b7接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并行通信信道课程名：计算机网络制作：谭海清4.单工通信和双工通信的概念发送接收单向通道发送接收发送接收双向通道发送接收发送接收双向通道(a)(b)(c)课程名：

15、计算机网络制作：谭海清b0b1b2b3b4b5b6终止位(逻辑0)起始位(逻辑1)W0W5W4W3W1tW2课程名：计算机网络制作：谭海清SYNSYN.一个或多个SYN字符控制字符数据字符控制字符课程名：计算机网络制作：谭海清二、网络协议的概念 现代使用网络服务的高层应用程序从来不直接和通信信道的硬件打交道，而是借助通信管理软件来有效地使用通信信道硬件的资源。 每个协议负责解决通信网络的一部分问题。课程名：计算机网络制作：谭海清n计算机网络是由多个互连的结点组成的，结点之间需要不断地交换数据与控制信息；n要做到有条不紊地交换数据，每个结点都必须遵守一些事先约定好的规则；n这些规则明确地规定了所

16、交换数据的格式和时序；n这些为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议(Protocol)。二. 网络体系结构的基本概念课程名：计算机网络制作：谭海清一个网络协议主要是由以下三个要素组成的：n语法，即用户数据与控制信息的结构与格式；n语义，即需要发出何种控制信息，以及完成的 动作与做出的响应。n时序，即对事件实现顺序的详细说明。2.1.1 2.1.1 计算机网络协议计算机网络协议课程名：计算机网络制作：谭海清通信者活动邮局服务业务邮局转送业务发信者通信者活动邮局服务业务邮局转送业务收信者运输部门的邮件运输业务书写信件贴邮票送邮箱收集信件盖邮戳信件分拣信件打包送运输部门路由选择运输转送

17、邮局接收邮包分发邮件邮件拆包信件投递信件分拣阅读信件层次、接口与协议的范例课程名：计算机网络制作：谭海清n一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集；n对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次结构模型；n计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的；n网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构(Network Architecture)。计算机网络体系结构(Network Architecture)课程名：计算机网络制作：谭海清层次结构的优点 1.各层之间相互独立； 2.灵活性好； 3.各层都可以采用最合适的技术来实现； 4.易于实现和维护； 5.有利于促进标准化；

18、 课程名：计算机网络制作：谭海清2.1.1 2.1.1 计算机网络协议计算机网络协议 每一层的功能以协议形式正规描述，协议定义了某层跟另一（远方）系统中的一个类似层（对等层）通信所使用的一套规则和约定。l 每一层向相邻上层提供一套确定的服务，并且使用由相邻下层提供的服务向远方对等层传输跟该层协议相关的信息单元。l 在概念上，每一层都根据一个明确定义的协议跟一个远方系统中的一个类似对等层通信，但在实际上该层所产生的协议信息单元是借助于相邻下层所提供的服务传送的。 课程名：计算机网络制作：谭海清2.1.2 计算机网络的模型 ISO/OSI参考模型n国际标准化组织ISO发布的最著名的ISO标准是IS

19、O/IEC 7498，通常又称为X.200建议；n体系结构标准定义了网络互连的七层框架，即ISO 开放系统互连参考模型；n在这一框架下，进一步详细规定了每一层的功能，以在实现开放系统环境中的互连性(interconnection)、互操作性(interoperation)与应用的可移植性(portability)； 课程名：计算机网络制作：谭海清OSI参考模型网 络 层数据链路层物 理 层网 络 层数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层传输介质传输介质传输介质H HO OS

20、 ST TH HO OS ST TC CC CP PC CC CP P课程名：计算机网络制作：谭海清 在图中所示的7个OSI层次中，最低3层（1-3）是依赖网络的，牵涉到将两台通信计算机链接在一起所使用的数据通信网的相关协议。高三层（5-7）是面向应用的，牵涉到允许两个末端用户应用进程交互作用的协议，通常是由本地操作系统提供的一套服务。中间的传输层为面向应用的上3层遮蔽了跟网络有关的下3层的详细操作；本质上讲，它建立在由下3层提供的服务上，为面向应用的高层提供网络无关的信息交换服务。 课程名：计算机网络制作：谭海清2.1.2 2.1.2 计算机网络的模型计算机网络的模型课程名：计算机网络制作：

21、谭海清网 络 层数据链路层物 理 层数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层 数据链路层 物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层传输介质传输介质CCPCCP网 络 层APAAPBO OS SI I环环境境B B传输介质计算机B计算机AA课程名：计算机网络制作：谭海清信息在多层模型中的递交过程信息在多层模型中的递交过程 当数据在一个OSI 网络内流动时，发送方的每一层都在输出到网络的数据单元上附加适当的头信息，同时接收方又在来自网络的数据单元中去除由发送方的本层实体所附加的头信息。以这种方式传输，数据单元将以原先在发送应用进

22、程处形式到达接受应用进程。OSI参考模型的目的就是要简化数据网络的设计工作，最终实现以统一的标准方法和过程附加头信息到流过一个网络的数据单元，允许数据遵从一致的过程选择路由到达正确的目的地。课程名：计算机网络制作：谭海清应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层 数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层APAAPB比特序列帧分组报文数据单元数据单元AP数据AP数据传输介质课程名：计算机网络制作：谭海清网络体系结构与分层模型的基本概念网络体系结构与分层模型的基本概念 如上图所示，层次结构包括以下几个含义： 第n层的实体在实现自身定义的功能

23、时，只使用（n-1）层提供的服务。 n层向（n+1）层提供服务，此服务不仅包括n层本身所执行的功能，还包括由下层服务提供的功能总和。 最低层只提供服务，是提供服务的基础；最高层只是用户，是使用服务的最高层；中间各层既是下一层的用户，又是上一层服务的提供者。 仅在相邻层间有接口，且下层所提供服务的具体实现细节对上层完全屏蔽。 课程名：计算机网络制作：谭海清一.TCP/IPC参考模型与协议 TCP协议、IP协议都不是OSI标准，但 它们是目前最流行的商业化的协议，并被公 认为当前的工业标准或“事实上的标准”。课程名：计算机网络制作：谭海清nTCP/IP参考模型最早是由kahn在1974年定义的;n

24、1985年Leiner等人进一步对它开展了研究;n1988年Clark在参考模型出现之后对其设计思想进行了讨论;课程名：计算机网络制作：谭海清 TCP/IP协议特点： 1.开放的协议标准，可以免费使用，并且独立 于特定的计算机硬件与操作系统； 2.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； 3.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； 4.标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用 户服务; 课程名：计算机网络制作：谭海清TCP/IP参考模型与层次应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层应 用 层OSI参考模

25、型TCP/IP参考模型传 输 层互 联 层主机-网络层课程名：计算机网络制作：谭海清 TCP/IP参考模型可以分为四个层次：n应用层(Application layer)- OSI应用层n传输层(Transport layer) - OSI传输层n互连层(Internet layer) -OSI网络层n主机网络层(Host-to-Network layer)- OSI数据链路层及物理层 在TCP/IP参考模型中，对OSI表示层、会话层没有对应的协议。 课程名：计算机网络制作：谭海清nTCP/IP参考模型的互连层相当于OSI参考模型网络层的无连接网络服务；n TCP/IP参考模型的传输层定义了以

26、下两种协议： 1.传输控制协议TCP (Transport Control Protocol), 是一种可靠的面向连接的协议; 2.用户数据报协议UDP (User Datagram Protocol), 是一种不可靠的无连接协议;课程名：计算机网络制作：谭海清TCP/IP参考模型中应用层协议1.网络终端协议TELNET - 远程登录功能；2.文件传输协议FTP - 交互式文件传输功能；3.电子邮件协议SMTP - 电子邮件服务功能；4.域名服务DNS - 网络设备名字到IP地址映射；5.路由信息协议RIP - 网络设备之间交换路由信 息；6.网络文件系统NFS - 网络中不同主机间的文件 共

27、享； 7.HTTP协议 - WWW服务; 课程名：计算机网络制作：谭海清 按照层次结构思想，对计算机网络模块化的研究结果是形成了一组从上到下单向依赖关系的协议栈(Protocol Stack)，也叫做协议族。T TE EL LN NE ET TF FT TP P S SM MT TP PD DN NS So ot th he er rs s应用层传输层互联层主机-网络层T TC CP PU UD DP PI IP PA AR RP P R RA AR RP PE Et th he er rn ne et tT To ok ke en n R Ri in ng go ot th he er rs

28、 sTCP/IP参考模型中应用层协议课程名：计算机网络制作：谭海清八.一种建议的参考模型Andrew S.Tanenbaum建议的5层的参考模型： 5层的参考模型； 它与OSI参考模型相比少了表示层与会话层； 用数据链路层与物理层取代了主机与网络层； 建议的参考模型的结构应 用 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层课程名：计算机网络制作：谭海清2.2 物理层物理层是O S I 模型的最低层或第一层，与通信媒介直接相连，该层包括物理连网媒介，如电缆连线连接器。功能：提供用于建立、保持和断开物理接口的条件，以确保比特流的透明传输。传输的数据基本单位是比特，又称为位。典型的物理层协议有：RS-

29、232系列、RS249、V.24、V.28，X.20和X.21等。课程名：计算机网络制作：谭海清处于OSI模型的最低层，完成相邻节点之间原始比特流的传输通过执行建立物理连接和数据传输等功能向数据链路层提供服务物理层协议关心的典型问题：使用什么样的物理信号来表示数据“1 ”和“0 ”；一位持续的时间多长；数据传输是否可同时在两个方向上进行；最初的连接如何建立和完成通信后连接如何终止；物理接口(插头和插座)有多少针以及各针的用处。物理层的设计主要涉及物理层接口的机械、电气、功能和过程特性，以及物理层接口连接的传输介质等问题物理层由两个主要部分组成：传输媒体和连接策略。典型的传输媒体有双绞线、同轴电

30、缆、光纤、卫星、微波塔和无线电波。连接策略共有三种形式：电路交换、报文交换和分组交换课程名：计算机网络制作：谭海清传输媒体概念：是网络资料信号传输的载体。常用的传输媒体：有线媒体：双绞线、同轴电缆、光纤等无线媒体：电磁波、微波、红外线和激光等传输媒体的特性课程名：计算机网络制作：谭海清传输媒体的特性物理特性传输特性连通特性地理范围抗干扰能力价格课程名：计算机网络制作：谭海清双绞线分为两类：S.T.P和U.T.PS.T.P：有金属膜保护U.T.P：无金属膜保护缺点：对电磁干扰比较敏感；以太网上用得最多的一种。传输速度快。价格便宜。课程名：计算机网络制作：谭海清同轴电缆常用的同轴电缆有：RG-58

31、A/URG-11RG-59URG-62U保护皮导体网绝缘体中心导体课程名：计算机网络制作：谭海清光纤特性：体积小，衰减较低，不容易受到电磁干扰，坚固安全。传输速度快，价格昂贵，距离长，是传输图象、声音和资料等多媒体信息的理想媒体。目前的光纤速度达：100MB/S和1000Mb/s课程名：计算机网络制作：谭海清2.3 数据链路层概述：是O S I 模型的第二层，它控制网络层与物理层之间的通信。主要功能主要负责数据链路的建立、维持和拆除。将从网络层接收到的数据分割成特定的可被物理层传输的帧。即提供网络中相邻结点间透明、可靠的信息传输。数据传输的单位就是帧。帧是用来移动数据的结构包，它不仅包括原始（

32、未加工）数据，或称“有效荷载”，还包括发送方和接收方的网络地址以及纠错和控制信息。常见的数据链路层协议：有两类面向字符型传输控制规程；如基本型传输控制规程（BSC）面向比特的传输控制规程；如ISO推荐使用的高级数据链路控制规程（HDLC）课程名：计算机网络制作：谭海清课程名：计算机网络制作：谭海清 链路和数据链路链路：是一条无源的点到点的物理线路数据链路：物理线路和控制传输的协议，也成为逻辑链路当采用复用技术时，一条链路上可以有多条数据链路数据链路层最重要的作用就是通过数据链路层协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输图2-2 链路与数据链路链路控制节点交换机链路控制节点交换机数据链路M

33、odemModem链路数据传输课程名：计算机网络制作：谭海清数据帧课程名：计算机网络制作：谭海清2.4 网络层概念：又叫通信子网层，主要用于控制子网的运行。主要功能：将高层传送下来的数据打包，再进行必要的路由选择、差错控制、流量控制及顺序检测等处理，使发送站传输层所传下来的数据能够正确无误地按照地址传送到目的站，并交付给目的站。将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。提供的路由的选择。例如，一个计算机有一个网络地址2（若它使用的是TCP/IP协议）和一个物理地址0060973E97F3。以教室为例，这种编址方案就好像说“Jones女士”和“具有

34、社会保险号123-45-6789的美国公民”是一个人一样。网络层的关键是路由选择。中继，每个节点称为“中继节点”。网络层所传送的信息的基本单位包；采用的协议是X.25分组级协议。课程名：计算机网络制作：谭海清课程名：计算机网络制作：谭海清课程名：计算机网络制作：谭海清X.25和帧中继X.25是一种模拟的包交换技术。它是ITU在20世纪70年代中期为远距离传输而设计和标准化的。X.25支持56Kbps的吞吐量。它最初是为了提供主机和远程终端间的通信而开发的帧中继是一种更新的数字式X.25，它也采用包交换技术。由于它是数字式的，帧中继能够支持比X.25更高的带宽，并提供1.544Mbps的最大吞吐

35、量X.25已经成为最重要的包交换技术，并被广泛应用于全世界的广域网中，直到最近才被帧中继替代，帧中继是在1984年形成标准的在网络图中，由于X.25和帧中继这些包交换网络通信方式的不确定性(属于同一数据流的包可能会沿着不同的最优路径传送到目的地)，通常都用云状图来表示课程名：计算机网络制作：谭海清X.25和帧中继图2-3 广域网使用的帧中继帧中继ABC公司XYZ公司T1T1T3课程名：计算机网络制作：谭海清2.4.3 路由选择算法功能：将分组从源端机器经选定路由送到目的端机器路由选择算法数据报和虚电路采用不同的选择方法希望具有的特征：正确性、简单性、健壮性、稳定性、公平性和最优性公平性与最优性

36、之间的矛盾 算法分类：非自适应算法 -静态路由算法自适应算法 -动态路由算法课程名：计算机网络制作：谭海清2.4.6 拥塞控制拥塞 当通信子网中有太多的分组时，其性能降低 造成拥塞的原因拥塞控制与流量控制5.3.1 拥塞控制的基本原理控制论开环与闭环解决拥塞的办法：增加资源或降低载荷虚点路网络层中解决数据报传输层中解决5.3.2 拥塞预防策略 影响拥塞的策略课程名：计算机网络制作：谭海清2.4.8网络互联互联网(internet)各种不同的网络(及协议)将长期共存, 原因:不同网络的安装基础很雄厚,不断发展.如, IBM仍在开发SNA;价格便宜,决策权层层下降;不同网络采用完全不同的技术,硬件

37、发展,新的软件诞生网络互联实例常用名词中继器(repeater) (第一层）网桥(bridge) (第二层）多协议路由器(multi-protocol router) (第三层）传输网关(transport gateway) (第四层）应用程序网关(application gateway) (第四层以上）网关(gateway)课程名：计算机网络制作：谭海清 1、中继器 如果要延长传输距离，就要用“中继器”来连接两个网段，使得信号可以中继放大传到更远。它只是简单地延长传输的距离而已。 2、网桥 网桥可以把一边发来的信号加以判断，如果需要转送的再转送。这样，就可以把两边的网上信息加以过滤，即加以适

38、当的隔离。 3、交换机 交换机是模拟用网桥连接各个网络的方式工作的。每一台计算机通过一个端口连在交换机上，每个端口都相当于一个网段。课程名：计算机网络制作：谭海清 4、路由器 它用来在网络层上对设备实行互相连接的，路由器主要用来实现协议转换和路径选择。这样，不同类型的网络可以直接经过路由器的连接沟通起来，并且可以配合帮助选择最佳途径输送信息。 5、网关 网关是在高层实现网络的连接，它的工作实际上是在一台计算机内运行一个转换软件，它是基于网络的某一项应用的。如电子邮件，就可以通过电子邮件的网关程序将不同的两种电子邮件系统下运行的邮件实行互相转换，使得使用土同电子邮件系统的用户可以方便地互相通信。

39、课程名：计算机网络制作：谭海清2.5 传输层传输层作用是确保通信的质量主要负责确保数据可靠、顺序、无错地从节点传输到节点（、B点可能在也可能不在相同的网络段上）。最重要的一层：如果没有传输层，数据将不能被接受方验证或解释，所以，传输层常被认为是OSI模型中最重要。传输信息的基本单位是报文。传输层按照网络能处理的最大尺寸将较长的数据包进行强制分割。发送方节点的传输层将数据分割成较小的数据片（又叫做“报文”），同时对每一数据片安排一序列号，以便数据到达接收方节点的传输层时，能以正确的顺序重组。该过程即被称为排序。协议：传输层的一种服务是TCP/IP协议套中的TCP（传输控制协议）：另一项传输层服务

40、是IPX/SPX协议集的SPX（序列包交换）；课程名：计算机网络制作：谭海清一.传输层基本概念1.服务与服务质量 QoS(Quality of Service)衡量网络服务质量的指标:n连接建立延时/释放延时；n连接建立失败概率/释放失败概率；n传输延时；n吞吐率；n残留误码率；n传输失败概率； 传输层的服务质量与网络层协议及网络层服务质量直接相关；课程名：计算机网络制作：谭海清2.通信子网与传输层n网络层服务 - 面向连接服务； 无连接服务；n网络层服务质量分类- A类 - 面向连接，可靠通信； B类 - 面向连接，不可靠通信； C类 - 无连接，不可靠通信；n传输层利用网络层服务；n传输层

41、服务质量取决于传输层协议类型； 传输层协议类型取决于网络层服务质量； 传输层协议类型- 分类原则 - QoS（OSI） 0类：简单，面向A类子网 1类：基本错误恢复，面向B类子网 2类：多路复用，面向A类子网 3类：错误恢复与多路复用，面向B类子网 4类：错误检查与恢复，面向C类子网 课程名：计算机网络制作：谭海清3.传输层功能n数据链路层 - 点点连接 传输层 - 端端连接 共性：差错控制/流量控制/报文排序/连接管理n传输层基本功能： * 传输连接管理 - 建立传输连接 - 报文传输 - 释放传输连接* 流量控制* 多路复用课程名：计算机网络制作：谭海清二.传输层协议:TCP与UDP1.概

42、况* TCP/IP传输层协议 - TCP(Transport Control Protocol) - UDP(User Datagram Protocol) * TCP - 面向连接 - 相当于ISO的TP4； UDP - 无连接 - 相当于ISO的TP0；* TCP - 高可靠性； 适用于一次传输大量报文的应用，如:FTP,Telnet； UDP - 高效率； 适用于一次传输少量报文的应用，如数据库查询；* TCP与 UDP一般共存于一个互连网之中，使用取决于应用环境与需求；课程名：计算机网络制作：谭海清2.传输端口 什么是传输端口？* 传输层与网络层最大的区别是:传输层提供进程通信能力；*

43、 进程通信的过程需要使用进程标识符；* TCP/IP传输层协议使用协议端口(Protocol Port)作为通信的进程标识符；* 端口又是进程访问传输服务的入口点；* 在TCP/IP传输层协议的实现中，端口操作类似于一般的I/O操作，进程获得一个端口，相当于获得一个本地唯一的I/O文件，可以用一般的读写原语访问；* 每一个端口拥有一个端口号(port number)；* TCP/IP传输层协议规定端口号用16 bit表示；* 所以TCP与 UDP协议分别有216个端口号； 课程名：计算机网络制作：谭海清3.端口号分配n基本分配方法：集中控制 - 全局分配； 本地分配 - 动态联编；nTCP/I

44、P协议的端口号分配方法：保留端口 + 自由端口n保留端口 - 每一种标准服务器拥有一个全局公认的端口号；n自由端口 - 以本地方式进行分配；nTCP协议-保留端口号： 42 - 名字服务器 53 - 域名服务器 69 - 简单文件传输tftpnUDP协议-保留端口号： 20 - 文件传输服务器（数据连接）-ftp-data 21 - 文件传输服务器（控制连接）-ftp 23 - Telnet服务器telnet 25 - 电子邮件服务器smtp 42 - 名字服务器 53 - 域名服务器 课程名：计算机网络制作：谭海清连接端点标识 = TSAP + IP address (OSI) = port

45、 + IP address (TCP/IP)课程名：计算机网络制作：谭海清会话层表示层应用层物理层链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层链路层网络层传输层2.5.1 传输层在ISO模型中所处的位置网络层链路层物理层网络层链路层物理层图2-4 传输层和网络层、会话层的关系传输协议课程名：计算机网络制作：谭海清课程名：计算机网络制作：谭海清补充：传输控制协议TCP1. TCP特点:nTCP提供面向连接的流传输； * 面向连接 - 在数据传输之前，首先在信源与信宿之间建立一条连接； 传输的每一个报文都需要接收端确认，未确认的报文被认为是出错报文； * 流传输 - 无报文丢失、重复、乱序的正确数据

46、报文序列；nTCP协议实现流传输的开销很大；课程名：计算机网络制作：谭海清3. TCP可靠性的实现nTCP协议是建立在不可靠的IP协议之上的, IP不能提供任何可靠性机制,因此TCP的可靠性需要自己解决;nTCP采用的基本可靠性技术是:确认与超时重传;n确认与超时重传: * TCP流的特点是无结构的字节流,流中数据是一个个字节构成的序列,无任何可供解释的结构,因此我们将TCP的基本传输单元称做段(segment)； * 对可变长短的TCP段必须采用“累计确认”机制； * TCP确认针对字节，而不是段； * 正常情况下，接收端确认已正确收到的、再长的、连续的流前部，每个确认指出下一个希望接收的字

47、节； 课程名：计算机网络制作：谭海清4. TCP的拥塞控制n在互连网中,拥塞是由网关数据报过载而引起严重延迟现象; 网关在发生拥塞时丢弃数据报将导致重传; 大量的重传将进一步加剧拥塞; 这种循环将导致整个互连网无法工作,出现“拥塞崩溃”;nTCP拥塞控制采用的是“滑动窗口协议”；课程名：计算机网络制作：谭海清2.6 应用层第七层是应用层，最高层。应用层负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务。直接面向用户，为用户提供各种服务。是用户访问网络的接口层。注意：术语“应用层”并不是指运行在网络上的某个特别应用程序，如Microsoft Word，应用层提供的服务包括文件传输、文件管理以及电子邮件的信

48、息处理。例如，如果在网络上运行Microsoft Word 。并选择打开一个文件，你的请求将由应用层传输到网络。应用层传送的是用户数据报文。典型的协议有：ISO8571/14：用于文件传送、存取和管理（FTAM）；ISO9040/1：用于虚终端（VP）ISO8831/2：作业传送与操作协议（JTM）；ISO8649/50：公共应用服务元素（CASE）；课程名：计算机网络制作：谭海清二二. InternetInternet实现实现技术技术1.域名系统为什么有了IP地址还需要域名?n域 名 - 用字符表示的网络主机名，是一种主机标识符；nIP地址 - 数字型,难于记忆与理解； 域 名 - 字符型，

49、直观，便于记忆与理解；nIP地址 - 用于网络层； 域 名 - 用于应用层；nIP地址与域名应该是全网唯一的，它们之间具有对应关系；课程名：计算机网络制作：谭海清Internet层次型名字管理方法n最高一级的名字空间-“网点名”(site name)，一个网点是整个Internet中的一部分，它是由若干个子网组成；n每个网点又可以分成若干个子网或“管理组”(administrative group)，第二级名字空间划分为“组名”(group name)；n组名之下的第三级才是主机的“本地名”； 这样，“管理组”、“点”就形成了“子域”与“域”的关系，“本地名组名网点名”便组成了一个完整的、通用

50、的层次型主机名的结构。n例如，一个典型的主机名可以写为：，它表示的是中国科研教育网上的南开大学计算机系网络实验室的一台主机： 主机名与它的IP地址一一对应，例子中的主机名所对应的IP地址为：93； 因此，在Internet上访问一台主机即可以使用它的主机名，也可以使用它的IP地址；课程名：计算机网络制作：谭海清我国主机域名的命名方法n中国最高域名为“.cn” ；n第二级域名类型有： .edu 教育机构 .co 公司 .go 政府机构 .or 非盈利组织 .ac 大学、研究所内的学术机构 .bj 北京地区 .tj 天津地区n第三部分一般表示主机所在的域或单位, 如.nank

51、ai表示南开大学;n主机域名的第四部分表示主机所在的院、系、研究室等下一级单位，主机较多的单位，命名时可能会进一步细分； 课程名：计算机网络制作：谭海清n例如主机域名： netlab .cs .nankai .edu .cn 网络实验室 计算机系 南开大学 教育机构 中国 表示的是中国南开大学计算机系网络实验室的主机。n例如主机域名为： ftp .microsoft .com FTP服务器 微软公司 商业机构 国别省略(美国) 表示的是美国微软公司的FTP服务器美国的主机域名省略了国名。课程名：计算机网络制作：谭海清域名空间逻辑结构图：域 子域.“.microsoft.ftpwww

52、.“ ”“ ”课程名：计算机网络制作：谭海清2.6.4.E-Mail工作模式：Internet邮件服务器邮件服务器客户机客户机发送方接收方课程名：计算机网络制作：谭海清2.WWW工作模式：工作模式：(a)(b)(c)课程名：计算机网络制作：谭海清New YorkBusinessArchitectureBusiness7th StreetAmericaNew YorkArchitectureWorld TradeCenterWorld Trade CenterArchitecture7th StreetBusiness课程名：计算机网络制作：谭海清TigerDescribehear soundD

53、escribeview sightVideoAudio课程名：计算机网络制作：谭海清其它信息资源Web Server 2Web Server 1html文件html文件HTTP透明访问所连接的信息WWW客户程序课程名：计算机网络制作：谭海清(FTP)工作过程分析FTP ClientInternetFTP ServerIP地址：IP地址：5Ethernet地址:6801142CA201Ethernet地址:0000C0DD145CFTP端口号:15676FTP端口号:20,21课程名：计算机网络制作：谭海清课程名：计算机网络制作：谭海清课程名：

54、计算机网络制作：谭海清OSI 参考模型各层的功能表2-1 OSI 参考模型各层的功能O S I O S I 层层 功能功能应用层 在程序之间传递信息表示层 处理文本格式化，显示代码转换会话层建立、维持、协调通信传输层确保数据正确发送网络层决定传输路由，处理信息传递数据链路层编码、编址、传输信息物理层管理硬件连接课程名：计算机网络制作：谭海清第3章 计算机网络的通信子网 3.1 通信子网概述 通信子网是由用作信息交换的节点计算机NC 和通信线路组成的独立的通信系统，它承担全网的数据传输、转换、加工和交换等通信处理工作。 子网通常在谈到广域网时才有意义，它指由网络经营者拥有的路由器和通信线路的集合

55、；主机也称为端点系统，不是子网的一部分，子网和主机构成网络，而各种网络的连接形成互联网。课程名：计算机网络制作：谭海清 主机通过通信子网连接，子网的功能是把信息从一台主机传到另一台主机。 人们在使用网络时，通信部分的内容（OSI 网络的下面3层）与高层（OSI的 第4-6层）及应用部分（OSI的第七层）可以相互独立，这也是通信子网与高层及应用分离的原则。 因特网体系结构一TCP/IP协议为核心。其中IP协议用来给各种不同的通信子网层或局域网提供一个统一的互连平台，TCP协议则用来为应用程序提供端到端的通信和控制功能。 基于TCP/IP 协议的网络体系结构分为4层，即通信子网层、网络层、运输层和

56、应用层。课程名：计算机网络制作：谭海清 TCP/IP参考模型n3.1.1 TCP/IP协议分层OSITCP/IP应用层应用层表示层会话层传输层传输层TCP网络层互连网层IP链路层网络接口层物理层图4-1 TCP/IP参考模型课程名：计算机网络制作：谭海清TCP/IP参考模型n3.1.1 TCP/IP协议分层n1. 网络接口层nTCP/IP模型的最低层，负责接收从I P 层交来的I P 数据报并将I P 数据报通过低层物理网络发送出去，或者从低层物理网络上接收物理帧，抽出I P 数据报，交给I P 层n网络接口有两种类型：设备驱动程序，如局域网的网络接口含自身数据链路协议的复杂子系统，如X.25

57、 中的网络接口课程名：计算机网络制作：谭海清TCP/IP参考模型n3.1.1 TCP/IP协议分层n2. 互联网层(IP)n负责相邻结点之间的数据传送。主要功能包括三个方面处理来自传输层的分组发送请求：将分组装入IP 数据报，填充报头，选择去往目的结点的路径，然后将数据报发往适当的网络接口处理输入数据报：首先检查数据报的合法性，然后进行路由选择，假如该数据报已到达目的结点(本机)，则去掉报头，将I P 报文的数据部分交给相应的传输层协议；假如该数据报尚未到达目的结点，则转发该数据报处理网络的路由选择、流量控制和拥塞控制等问题课程名：计算机网络制作：谭海清3.1.1 TCP/IP协议分层l3.

58、传输层(TCP)lTCP/IP 参考模型中传输层的作用与OSI 参考模型中传输层的作用是一样的，即在源结点和目的结点的两个进程实体之间提供可靠的端到端的数据传输lTCP/IP供了两个传输层协议：传输控制协议TCP 和用户数据报协议UDPlTCP协议是一个可靠的面向连接的传输层协议。发送方的TCP将用户交来的字节流划分成独立的报文并交给互联网层进行发送，而接收方的TCP将接收的报文重新装配交给接收用户。 TCP同时处理有关流量控制的问题，以防止快速的发送方淹没慢速的接收方l用户数据报协议UDP是一个不可靠的、无连接的传输层协议， UDP协议将可靠性问题交给应用程序解决。 UDP协议主要面向请求/

59、应答式的交易型应用， UDP协议也应用于那些对可靠性要求不高，但要求网络的延迟较小的场合，如话音和视频数据的传送课程名：计算机网络制作：谭海清TelnetFTPSMTPWWW应用层TCPUDP传输层IP互连网层以太网FDDIX.25ATM网络接口层课程名：计算机网络制作：谭海清n3.1.2 TCP/IP参考模型的特点nIP层的地位nIP层作为通信子网的最高层，提供无连接的数据报传输机制，但IP协议并不能保证IP报文传递的可靠性nIP 是点到点的。用IP进行通信的主机或路由器位于同一物理网络，对等机器(主机-路由器、路由器-路由器以及主机-主机)之间拥有直接的物理连接nTCP/IP是为包容各种物

60、理网络技术而设计的，这种包容性主要体现在I P 层中。IP向上层(主要是TCP层)提供统一的IP报文，使得各种网络帧或报文格式的差异性对高层协议不复存在。这种统一的意义不容小视，因为这是TCP/IP互联网首先希望实现的目标。IP 层是TCP/IP实现异构网互联最关键的一层课程名：计算机网络制作：谭海清n3.1.2 TCP/IP参考模型的特点nTCP/IP模型的特点nTCP/IP将不同的底层物理网络、拓扑结构隐藏起来，向用户和应用程序提供通用的、统一的网络服务nTCP/IP 网络完全撇开了底层物理网络的特性，是一个高度抽象的概念，为TCP/IP网络赋予了巨大的灵活性和通用性图4-4 TCP/IP