计算机网络技术高职层次

1、计算机网络技术高职层次计算机网络技术（第2版）主 编 孙 波 曾振东副主编 林坤林 梁飞虎参 编 谢志妮 陈 霄 张海娜第1章 计算机网络概述1.1 计算机网络的发展与分类1.2 计算机网络通信协议1.3 ISO/OSI参考模型1.4 Internet与TCP/IP教学目标与教学要求本章主要介绍计算机网络的基础知识。通过本章的学习，应该理解计算机网络的基本概念；理解通信协议；掌握OSI参考模型的层次结构和各层基本功能；掌握TCP/IP体系结构及各层基本功能；理解以及OSI与TCP/IP的关系，掌握实际使用的五层模型。 教学目标:知识要点能力要求相关知识基础知识理解计算机网络基本概念、发展及分类

2、网络的定义、分类通信协议理解计算机网络通信协议3个基本要素语义、语法、时序OSI参考模型掌握OSI体系构成及各层功能七层模型TCP/IP体系掌握TCP/IP体系构成及各层功能四层模型教学要求:1.1 计算机网络的发展与分类简单地说，计算机网络是互连起来的、独立自主的计算机集合。具体的说，计算机网络是将分散在不同地理位置且具有独立功能的多个计算机系统，利用通信设备和线路相互连接起来，在网络协议和软件的支持下进行数据通信、实现资源共享的计算机系统的集合。1.1.1 计算机网络的基本概念1.1 计算机网络的发展与分类计算机网络的发展大致可划分为4个阶段：第一阶段：面向终端的计算机通信网第二阶段：多台

3、计算机互连的计算机网络第三阶段：开放式标准化的计算机网络第四阶段：高速发展的计算机网络1.1.2 计算机网络发展第一阶段：面向终端的计算机通信网1.1 计算机网络的发展与分类一个网络可以小到由两台计算机组成，也可以大到上亿台计算机组成。为了深入了解计算机网络，必须要先了解计算机网络的分类。1.按网络覆盖的地理范围分类1） 局域网（LAN，Local Area Network）局域网通常在有限范围内，如一个实验室内、一幢大楼内、一个校园内等等。地理覆盖范围一般从几十米到几公里。局域网是我们最常见、应用最广的一种网络。现在局域网随着整个计算机网络技术的发展和提高得到充分的应用和普及，几乎每个单位都

4、有自己的局域网，甚至有的家庭中都有自己的小型局域网。局域网技术是计算机网络中最活跃的领域之一。1.1.3 计算机网络的分类1.1 计算机网络的发展与分类2） 城域网（MAN，Metropolitan Area Network）城域网一般是指在一个城市范围内的计算机互连，以满足同一城市的政府、企业共享资源的需要。这种网络的连接距离一般在10km100km，在地理范围上可以说是局域网的延伸。一个城域网通常连接着多个局域网，一般由电信等网络运营商组建和维护。3） 广域网（WAN，Wide Area Network）广域网也称为远程网。它所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里甚至上万公里。广域网可以覆盖

5、一个地区、一个国家或横跨几个洲，形成国际性的计算机网络。广域网通常可以利用公用计算机网络（如电信网络）进行组建，将分布在不同国家和地区的计算机系统连接起来，构成更大范围的一个网络。1.1.3 计算机网络的分类1.1 计算机网络的发展与分类2.按网络的传输介质分类可以将计算机网络分为有线网络和无线网络两种。局域网通常采用单一的传输介质，而城域网和广域网采用多种传输介质。1） 有线网络（Wired Network）有线网络指采用同轴电缆、双绞线、光纤等有线介质连接计算机的网络。双绞线是目前局域网最常见的传输介质。光纤通常用在企业、校园的主干网中。2） 无线网络（Wireless Network）无

6、线网络采用微波、红外线、可见光等电磁波作为传输介质。由于无线网络的连网方式灵活方便，因此是一种很有前途的组网方式。目前，许多企业和校园网已经在大量使用无线网络了。1.1.3 计算机网络的分类1.1 计算机网络的发展与分类3. 按传输技术分类1） 广播式网络（Broadcast Network）广播式网络的特点是，仅有一条通信信道，网络上的所有计算机都共享这个通信信道。若某个信息发出以后，网络上的每一台计算机都接收并处理它，则称这种方式为广播（Broadcast）。广播式网络总体效率较低。2） 点到点网络（Point-to-Point Network）点到点网络的特点是，每两台计算机之间通过一条

7、物理线路连接。若两台计算机之间没有直接连接的线路，分组可能要通过一个或多个中间节点的接收、存储和转发，才能将分组从信源发送到目的地。点到点网络总体效率较高。1.1.3 计算机网络的分类1.2 计算机网络通信协议人类通过语言交流信息，交流的双方首先应明白语句的语法构成（主、谓、宾），并且必须理解语句中文字的含义，此外还必须遵守交流的规则。计算机通过网络通信也必须遵守约定。所以网络协议由3大基本要素组成：语义：定义通过网络传输的信息（特别控制信息）的含义。相当于人类语言的单词的含义。语法：定义通过网络传输的信息的构成的格式与结构。相当于人类语言的单词组成句子是遵循的语法。时序：定义通过网络传输信息

8、的顺序与速率。相当于人类语言内在的逻辑关系。如：“因为”在前，“所以”在后，不可能反过来。 1.2 计算机网络通信协议所以，网络协议（Network Protocol）是通信双方为了实现通信而预先设计好的约定或对话规则。网络协议的优劣直接影响网络的性能。计算机网络是一个庞大、复杂的系统。没有哪一个网络协议可以满足所有的需要。因此，在计算机网络中存在有多种协议。每一种协议都有其设计目标和需要解决的问题，同时，每一种协议也有其优点和缺点。凡是联网的计算机都运行着相应的网络协议软件，实现网络协议功能，如广泛使用的TCP/IP协议。1.3 ISO/OSI参考模型在网络发展的早期，由于各个有实力的大公司

9、和研究机构都投入了大量的人力物力研究和发展各自的网络技术，从而促进了网络技术的快速发展，但同时导致计算机网络变得越来越复杂，也带来了兼容性的问题。由于采用不同技术的网络不能兼容，无法实现互连互通，极大地制约了网络的进一步发展与应用。为了解决这些问题，国际标准化组织意识到需要建立一套统一的网络模型，来引导网络向规范方向发展，帮助厂商生产出可互操作的网络产品。模型采用的方法是对网络进行层次划分。就是将计算机网络这个庞大、复杂的系统划分成若干较小的、简单的层次。通过“分而治之”，解决这些较小的、简单的问题，从而解决计算机网络这个大问题。1.3.1 为何需要网络模型1.3 ISO/OSI参考模型国际标

10、准化组织（ISO，international standards organization）于1983年制订了开放式系统互连参考模型（ISO/OSI RM.，international standards organization open system interconnect reference model）。 OSI参考模型主要描述了信息通过网络是如何从一台计算机的一个应用程序到达网络中另一台计算机的另一个应用程序的。在OSI参考模型共分7层，从低到高分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。1.3.2 ISO/OSI介绍1.3 ISO/OSI参考模型1.3.2

11、ISO/OSI介绍ISO/OSI的7层参考模型OSI参考模型并非指一个现实的网络，它仅仅规定了每一层的功能，为网络设计规划了一张蓝图。1.3 ISO/OSI参考模型参考模型中的两个通信节点之间的层次结构： 1.3.2 ISO/OSI介绍1.3 ISO/OSI参考模型参考模型中的两个节点之间的层次结构，各层的主要功能： ISO/OSI各层的主要功能：1） 物理层（physical layer）2） 数据链路层（data link layer）3） 网络层（network layer）4） 传输层（transport layer）5） 会话层（session layer）6） 表示层（presen

12、tation layer）7） 应用层（application layer）一般将物理层、数据链路层和网络层这三层称之为通信子网，其他四层称之为资源子网。1.3.2 ISO/OSI介绍1.3 ISO/OSI参考模型对等层之间经常需要交换信息单元，对等层协议之间需要交换的信息单元叫做协议数据单元（PDU，Protocol Data Unit）。节点对等层之间的通信并不是直接通信（例如两个节点的传输层之间的通信），它们需要借助于下层提供的服务来完成，所以通常说对等层之间的通信是虚拟通信。1.3.3 数据的封装与传递1.3 ISO/OSI参考模型OSI中数据的传递与流动（信封信纸类比）：1.3.3

13、数据的封装与传递1.3 ISO/OSI参考模型ISO/OSI试图使全世界计算机网络都遵循这个统一的标准，现今规模最大的、覆盖全世界的因特网并未完全使用OSI标准，主要原因有：1） OSI制定者只是在理论上完善它，没有过多考虑实际需求；2） OSI协议实现起来太复杂，运行效率太低；3） OSI标准的制定周期太长，无法对市场及时做出反应；4） OSI的层次划分不太合理，不但冗长，而且有些功能在多个层次中重复出现。一个新标准的出现，有时不一定反映其技术水平是最先进的，而是往往有着一定的市场需求背景。1.3.4 ISO/OSI的缺陷1.4 Internet与TCP/IP1969年，由于冷战需要，美国国

14、防部创建了第一个分组交换网ARPANET。到1972年公开展示时，由于学术研究机构及政府机构的加入，这个系统已经连接了50所大学和研究机构的主机。同时，ARPANET上影响大，使用频繁的电子邮件也开始在用户中间广泛流传。1982年ARPANET又实现了与其他多个网络的互连，从而形成了以ARPANET为主干网的互联网。1983年，ARPANET宣布TCP/IP作为主要协议，也标志着Internet的诞生。网络把计算机连接在一起，Internet则把许多网络连接在一起。1.4.1 Internet的起源1.4 Internet与TCP/IPISO/OSI参考模型的提出在计算机网络发展史上具有里程碑

15、的意义，以至于提到计算机网络就不能不提ISO/OSI参考模型。但是，OSI参考模型也有其定义过分繁杂、实现困难等缺点。与此同时，TCP/IP协议的提出和广泛使用，特别是因特网用户爆炸式的增长，使TCP/IP网络的体系结构日益显示出其重要性。1983年，TCP/IP协议正式公布，也作为Internet的诞生时间，它是目前最流行的商业化网络协议，尽管它不是某一标准化组织提出的正式标准，但它已经被公认为是目前的工业标准，或事实标准。因特网之所以能迅速发展，就是因为TCP/IP协议能够适应和满足全世界网络通信的需要。1.4.2 TCP/IP介绍1.4 Internet与TCP/IP与ISO/OSI参考

16、模型不同，TCP/IP体系结构将网络划分为4层：应用层（Application Layer）传输层（Transport Layer）互联层（Internet Layer）网络接口层（Network Interface Layer）1.4.3 TCP/IP整体层次模型1.4 Internet与TCP/IP1.4.3 TCP/IP整体层次模型实际上，TCP/IP的分层体系结构与ISO/OSI参考模型有一定的对应关系。现实中实际使用的是五层模型。以后不再详细区分这些名称和概念是来自OSI还是TCP/IP，以五层模型为主。1.4 Internet与TCP/IP1.4.3 TCP/IP整体层次模型层名称

17、数据封装名称网络设备应用层报文（message）高层网关传输层报文段（segment）、用户数据报（user datagram）网络层分组（packet，也称包或数据报）路由器（网关）数据链路层帧（frame）交换机、网桥物理层比特（bit，位）集线器、中继器五层模型各层对应的数据封装名称及网络设备：1.4 Internet与TCP/IP3. TCP/IP体系结构中各层的功能1） 网络接口层对应OSI的物理层和数据链路层两层。TCP/IP体系结构并未对网络接口层使用做出具体规定。这也是TCP/IP协议的生命力所在，它可以兼容几乎所有类型的物理网络。2） 互联层它功能相当于OSI参考模型的网络层

18、。在TCP/IP中互联层主要使用的是IP协议。1.4.3 TCP/IP整体层次模型1.4 Internet与TCP/IP3. TCP/IP体系结构中各层的功能3） 传输层它与OSI参考模型的传输层对应。主要功能是负责应用进程之间的端到端的通信。该层定义了传输控制协议（TCP，Transport Control Protocol）和用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol）两种协议。4） 应用层传输层之上是应用层。它包括了所有的高层协议，为应用程序直接提供网络服务。应用层协议种类很多，如：超文本传输协议（HTTP，用于目前广泛使用的Web服务），文件传输协议（FTP，用于文件上传下载），简单邮件传输协议（SMTP，用于电子邮件发送）等。1.4.3 TCP/IP整体层次模型1.4 Internet与TCP/IP1.4.3 TCP/IP整体层次模型TCP/IP中数据的传递与流动:1.4 Internet与TCP/IP计算机网络的层次结构使网络中每层的协议形成了一种从上至下