工学网络课件-第一章

1第一章网络技术基础1.1网络的作用1.2网络的发展1.3协议与体系结构1.4网络的分类1第一章网络技术基础1.1网络的作用21.1网络的作用信息化，知识经济信息共享推动技术进步载体：“三网”电信网有线电视网计算机网络“三网合一”21.1网络的作用信息化，知识经济3PSTN1.2计算机网络的发展1.2.1早期阶段(网络的雏形)使用transceiver(收发器)进行简单的结合面向终端的计算机通信网MODEMLinecontroller3PSTN1.2计算机网络的发展1.2.1早期阶段(网络4网络的雏形面向终端的计算机通信网特点:多终端围绕高性能计算机计算机:网络的中心和控制者Linecontroller：进行串/并转换和简单的差错控制该种系统又称联机系统，以区别脱机系统4网络的雏形面向终端的计算机通信网5网络的雏形前端处理机的使用PSTNMODEMFEP5网络的雏形前端处理机的使用PSTNMODEMFEP6网络的雏形FEP（FrontEndProcessor）分担全部通信任务存在于现在的大型机中网卡6网络的雏形FEP（FrontEndProcessor）7网络的雏形集中器（concentrator）PSTNFEP低速线路高速线路集中器7网络的雏形集中器（concentrator）PSTNFEP81.2计算机网络的发展1.2.2分组交换网（packetswitching）1.传统电路交换不适合计算机数据传输(1)资源浪费：电路交换（circuitswitching）： 使用专用的物理通路。(2)不同规格的终端互连不便。 需要协调缓冲机制和转换机制。(3)不灵活。 单点故障，全线瘫痪——需要重拨81.2计算机网络的发展1.2.2分组交换网（packe9分组交换网（packetswitching）现代电话交换网端局端局长途局的PBX长途局的PBX中心交换局9分组交换网（packetswitching）现代电话交换10分组交换网（packetswitching）2.分组交换的出现1966年，提出分组交换的概念（packet）1969年，ARPANET3.分组交换的特点（1）报文（message）（2）分组（packet），又称包。10分组交换网（packetswitching）2.分组11分组交换网报文，分组，首部（header）首部是对数据的描述和控制信息packet=header+data首部首部首部100101101001110010110100111001011010011100101101001110010110100111001011010011messagepacket11分组交换网报文，分组，首部（header）首部是对数据的12分组交换网分组交换网的组成结点交换机（nodeswitch）主机（host）P4图1-3(b)12分组交换网分组交换网的组成13分组交换网分组交换的优点高效：逐段占用通信链路，动态分配传输带宽灵活：智能结点能够独立处理数据分发迅速：分组作为传输单位，无需建立连接可靠：完善的网络协议缺点：1.传输时延

2.首部数据存在开销13分组交换网分组交换的优点14分组交换网电路交换报文交换分组交换呼叫阶段数据传送报文报文报文P1P2P4P3P1P2P4P3P1P2P4P314分组交换网电路交换报文交15分组交换网三种交换方式的对比电路交换适合传输大量，连续的数据如果要传输少量，突发的数据则应该使用分组交换分组交换链路分配灵活15分组交换网三种交换方式的对比16分组交换网一个例子：IP电话端局端局长途局的PBX长途局的PBX中心交换局16分组交换网一个例子：IP电话端局端局长途局的PBX长途局17分组交换网IP电话的工作方式

IP电话网关IP电话网关IP分组交换网17分组交换网IP电话的工作方式IP电话网关IP电话网关IP181.2计算机网络的发展1.2.3Internet时代1969-1985 分组交换网络理论研究1974 ARPA网络设计公开1983 NFSnet的建立1986 第一个路由器诞生1989/90 出现商业化网络服务1994 商业化WWW的出现1995 NFSnet停止运行181.2计算机网络的发展1.2.3Internet时代19Internet时代Internet的发展和新技术WWWNGIInternet的标准化ISOC：InternetSocietyRFC文档19Internet时代Internet的发展和新技术20Internet时代ISOCIAB(InternetArchitectureBoard)IRTFIETF(InternetEngineeringTaskForce)ISOC的组织机构20Internet时代ISOCIABIRTFIETFISO21Internet时代RFC文档RequestForComment文档的级别草案（InternetDraft）建议标准（ProposedStandard）草案标准（DraftStandard）正式标准（OfficialStandard）21Internet时代RFC文档22Internet时代中国的互联网建设中国公用计算机互联网CHINANET(邮电部)中国教育科研网CERNET(教育部)中国科技网CSTNet(中科院)中国金桥网CHINAGBN(电子部)22Internet时代中国的互联网建设2323241.3协议与体系结构1.3.1网络体系结构的发展网络体系结构的内容激活：使用信令确保发送的通路进行数据分析发送方对接收方的就绪检测文件系统的格式转换差错控制其他241.3协议与体系结构1.3.1网络体系结构的发展251.3协议与体系结构1.3.2分层的网络体系结构为什么要分层？哲学家交流模型乌尔都语/英语法语/汉语251.3协议与体系结构1.3.2分层的网络体系结构乌尔26IlikerabbitsL:DutchlkhouvankonijnenL:DutchlkhouvankonijnenL:DutchlkhouvankonijnenFax#---L:DutchlkhouvankonijnenFax#---J’aimeleslapins翻译层使用荷兰语作为协议26IlikeL:DutchL:DutchL:Dut27分层的网络体系结构为什么要分层？层次间的相对独立性灵活性易于分割易于实现与维护易于标准化27分层的网络体系结构为什么要分层？28分层原则

层次结构虽然有它的优点，但是如果划分的不合理，反而会带来许多负面影响。通常要遵循如下一些通用的原则：

1．层次的数量不能过多。真正需要的时候才划分一个层次，

2．

层次的数量也不能过少。层次的数量应该保证能够从逻辑上将功能分开，截然不同的功能最好不要合在同一层。

3．

类似的功能放在同一层。

4．在实现技术经常变化的地方增加层次。

5.层次边界要选得合理，使层次之间的信息流量最小。28分层原则29网络体系结构的几个基本概念：

网络体系结构：计算机网络的层次及其协议的集合，是对网络及其组成部分的功能的精确定义。协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。网络协议的三要素：语义、语法、时序。实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程，每一层中的活跃元素。对等实体：位于不同系统内同一层次的两个实体。协议作用在对等实体之间。接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的原语操作及上层对下层的服务。服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。协议栈：某一系统内的各层协议集。29网络体系结构的几个基本概念：30数据传输与层次应用层运输层应用层SAPSAP提供服务协议交换原语交换原语30数据传输与层次运输层SAPSAP提供服务协议交换原语交换31分层的网络体系结构更加接近网络的分层模型--电话用户层协议层物理层31分层的网络体系结构更加接近网络的分层模型--电话32例如：张三打电话请李四吃饭，服务提供者为电话局①CONNECT.request

-

张三拨李四的电话号码②CONNECT.indication

-

李四的电话振铃③CONNECT.response

-

李四摘机④

CONNECT.confirm

-

张三听到振铃停止，知道有人应答⑤DATA.request

-

张三说话，发出邀请⑥DATA.indication

-

李四听到张三的邀请⑦DATA.request

-

李四说话，接受邀请⑧DATA.indication

-

张三听到李四的答复⑨DISCONNECT.request

-

李四挂机⑩DISCONNECT.indication-

张三听到李四挂机，也挂机。电话系统工作示例32例如：张三打电话请李四吃饭，服务提供者为电话局①CONN33网络体系结构的发展第一个阶段：“群雄逐鹿”各个公司各自拥有自己的网络体系结构，如：IBM的SNA（SystemNetworkArchitecture）Novell造成大公司的垄断，技术不兼容。33网络体系结构的发展第一个阶段：“群雄逐鹿”34网络体系结构的发展第二阶段：OSI“一统天下”OSI七层模型--ISO7498ISO：InternationalStandardOrganizationOSI：OpenSystemInterconnectionReferenceModelOSI/RM：开放系统互连基本参考模型开放：任何系统间进行互连系统：现实系统中与互连相关的部分34网络体系结构的发展第二阶段：OSI“一统天下”351.3协议与体系结构1.3.3五层体系结构

OSI

七层模型应用层表示层会话层运输层网络层链路层物理层应用层表示层会话层运输层网络层链路层物理层351.3协议与体系结构1.3.3五层体系结构应用层表示36网络体系结构的发展OSI七层模型的失败给我们的教训：糟糕的提出时机糟糕的技术糟糕的实现糟糕的策略36网络体系结构的发展OSI七层模型的失败37网络体系结构的发展糟糕的时机：两头大象研究应用开发标准37网络体系结构的发展糟糕的时机：两头大象研究应用开发标准38五层体系结构应用层运输层网络层链路层物理层应用层表示层会话层运输层网络层链路层物理层五层体系结构OSI/RM38五层体系结构应用层运输层网络层链路层物理层应用层表示层会39五层体系结构TCP/IP协议体系结构应用层表示层会话层运输层网络层链路层物理层HttptelnetSmtpPOP...TCPUDPIP39五层体系结构TCP/IP协议体系结构应用层表示层会话层运40五层体系结构物理层：透明的传送比特流数据链路层：无差错传输，以帧为单位网络层：实现数据在不同的子网中传输， 以分组或包为单位，进行路径选择。运输层：以报文（message）为单位。提 供可靠的端到端的数据传输。应用层40五层体系结构物理层：透明的传送比特流41五层体系结构数据传输与层次PDU(ProtocolDataUnit)：在对等层次上传送数据的基本单元。SAP(ServiceAccessPoint)：相邻的层次间的逻辑接口。协议与服务——透明41五层体系结构数据传输与层次42H5应用层运输层网络层链路层物理层应用层运输层网络层链路层物理层应用程序数据应用程序数据应用程序应用程序H5应用程序数据H4数据部分H4数据部分H3数据部分H3数据部分H2数据部分T210010……比特流……11011传输媒体42H5应用层运输层网络层链路层物理层应用层运输层网络层链路431.4网络类型一、按规模大小可分为：LAN、MAN、WANLAN局域网（local-areanetwork）：分布几公里范围的高速低差错率数据网，传输延时小于10ms的网络，工作在有限的地理范围；不通过ISP申请网络相关技术：Ethernet，Tokenring等。WAN广域网（wide-areanetwork）：可在很宽的地理区域内为用户服务的数据通信网络，一般是使用公共设备商提供的传输设备。431.4网络类型一、按规模大小可分为：LAN、MAN44WAN设备ModemRouterWANswitch:L3ATM(asynchronoustransfermode)switch44WAN设备Modem45WAN类型PSTN（publicswitchtelephonenetwork)公共电话网ISDN（integratedservicesdigitalnetwork）综合业务数字网Leasedline专线：DDNX.25：定义了PDN（公共数据网）上怎么维护DTE和DCE之间用于远程终端接入和计算机通信的连接Frame-relay:ATM(asynchronoustransfermode):45WAN类型PSTN（publicswitchtele46二、从网络的拓扑结构划分：1、星型网2、总线网3、环形网4、不规则网络（网状）网络拓扑是指网络的形状，或者是它在物理上的连通性。46二、从网络的拓扑结构划分：47三、从网络的使用范围划分：

1、公用网一般是国家的电信部门建造的网络

2、专用网是某个部门为本系统的特殊业务而建造的网络。如教育、军事、电力、铁路等47三、从网络的使用范围划分：481.4网络的分类四、按交换功能分类电路交换、分组交换、混合式五、按照传输技术分类广播式网络、点对点式网络；481.4网络的分类四、按交换功能分类49第一章网络技术基础1.1网络的作用1.2网络的发展1.3协议与体系结构1.4网络的分类1第一章网络技术基础1.1网络的作用501.1网络的作用信息化，知识经济信息共享推动技术进步载体：“三网”电信网有线电视网计算机网络“三网合一”21.1网络的作用信息化，知识经济51PSTN1.2计算机网络的发展1.2.1早期阶段(网络的雏形)使用transceiver(收发器)进行简单的结合面向终端的计算机通信网MODEMLinecontroller3PSTN1.2计算机网络的发展1.2.1早期阶段(网络52网络的雏形面向终端的计算机通信网特点:多终端围绕高性能计算机计算机:网络的中心和控制者Linecontroller：进行串/并转换和简单的差错控制该种系统又称联机系统，以区别脱机系统4网络的雏形面向终端的计算机通信网53网络的雏形前端处理机的使用PSTNMODEMFEP5网络的雏形前端处理机的使用PSTNMODEMFEP54网络的雏形FEP（FrontEndProcessor）分担全部通信任务存在于现在的大型机中网卡6网络的雏形FEP（FrontEndProcessor）55网络的雏形集中器（concentrator）PSTNFEP低速线路高速线路集中器7网络的雏形集中器（concentrator）PSTNFEP561.2计算机网络的发展1.2.2分组交换网（packetswitching）1.传统电路交换不适合计算机数据传输(1)资源浪费：电路交换（circuitswitching）： 使用专用的物理通路。(2)不同规格的终端互连不便。 需要协调缓冲机制和转换机制。(3)不灵活。 单点故障，全线瘫痪——需要重拨81.2计算机网络的发展1.2.2分组交换网（packe57分组交换网（packetswitching）现代电话交换网端局端局长途局的PBX长途局的PBX中心交换局9分组交换网（packetswitching）现代电话交换58分组交换网（packetswitching）2.分组交换的出现1966年，提出分组交换的概念（packet）1969年，ARPANET3.分组交换的特点（1）报文（message）（2）分组（packet），又称包。10分组交换网（packetswitching）2.分组59分组交换网报文，分组，首部（header）首部是对数据的描述和控制信息packet=header+data首部首部首部100101101001110010110100111001011010011100101101001110010110100111001011010011messagepacket11分组交换网报文，分组，首部（header）首部是对数据的60分组交换网分组交换网的组成结点交换机（nodeswitch）主机（host）P4图1-3(b)12分组交换网分组交换网的组成61分组交换网分组交换的优点高效：逐段占用通信链路，动态分配传输带宽灵活：智能结点能够独立处理数据分发迅速：分组作为传输单位，无需建立连接可靠：完善的网络协议缺点：1.传输时延

2.首部数据存在开销13分组交换网分组交换的优点62分组交换网电路交换报文交换分组交换呼叫阶段数据传送报文报文报文P1P2P4P3P1P2P4P3P1P2P4P314分组交换网电路交换报文交63分组交换网三种交换方式的对比电路交换适合传输大量，连续的数据如果要传输少量，突发的数据则应该使用分组交换分组交换链路分配灵活15分组交换网三种交换方式的对比64分组交换网一个例子：IP电话端局端局长途局的PBX长途局的PBX中心交换局16分组交换网一个例子：IP电话端局端局长途局的PBX长途局65分组交换网IP电话的工作方式

IP电话网关IP电话网关IP分组交换网17分组交换网IP电话的工作方式IP电话网关IP电话网关IP661.2计算机网络的发展1.2.3Internet时代1969-1985 分组交换网络理论研究1974 ARPA网络设计公开1983 NFSnet的建立1986 第一个路由器诞生1989/90 出现商业化网络服务1994 商业化WWW的出现1995 NFSnet停止运行181.2计算机网络的发展1.2.3Internet时代67Internet时代Internet的发展和新技术WWWNGIInternet的标准化ISOC：InternetSocietyRFC文档19Internet时代Internet的发展和新技术68Internet时代ISOCIAB(InternetArchitectureBoard)IRTFIETF(InternetEngineeringTaskForce)ISOC的组织机构20Internet时代ISOCIABIRTFIETFISO69Internet时代RFC文档RequestForComment文档的级别草案（InternetDraft）建议标准（ProposedStandard）草案标准（DraftStandard）正式标准（OfficialStandard）21Internet时代RFC文档70Internet时代中国的互联网建设中国公用计算机互联网CHINANET(邮电部)中国教育科研网CERNET(教育部)中国科技网CSTNet(中科院)中国金桥网CHINAGBN(电子部)22Internet时代中国的互联网建设7123721.3协议与体系结构1.3.1网络体系结构的发展网络体系结构的内容激活：使用信令确保发送的通路进行数据分析发送方对接收方的就绪检测文件系统的格式转换差错控制其他241.3协议与体系结构1.3.1网络体系结构的发展731.3协议与体系结构1.3.2分层的网络体系结构为什么要分层？哲学家交流模型乌尔都语/英语法语/汉语251.3协议与体系结构1.3.2分层的网络体系结构乌尔74IlikerabbitsL:DutchlkhouvankonijnenL:DutchlkhouvankonijnenL:DutchlkhouvankonijnenFax#---L:DutchlkhouvankonijnenFax#---J’aimeleslapins翻译层使用荷兰语作为协议26IlikeL:DutchL:DutchL:Dut75分层的网络体系结构为什么要分层？层次间的相对独立性灵活性易于分割易于实现与维护易于标准化27分层的网络体系结构为什么要分层？76分层原则

层次结构虽然有它的优点，但是如果划分的不合理，反而会带来许多负面影响。通常要遵循如下一些通用的原则：

1．层次的数量不能过多。真正需要的时候才划分一个层次，

2．

层次的数量也不能过少。层次的数量应该保证能够从逻辑上将功能分开，截然不同的功能最好不要合在同一层。

3．

类似的功能放在同一层。

4．在实现技术经常变化的地方增加层次。

5.层次边界要选得合理，使层次之间的信息流量最小。28分层原则77网络体系结构的几个基本概念：

网络体系结构：计算机网络的层次及其协议的集合，是对网络及其组成部分的功能的精确定义。协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。网络协议的三要素：语义、语法、时序。实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程，每一层中的活跃元素。对等实体：位于不同系统内同一层次的两个实体。协议作用在对等实体之间。接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的原语操作及上层对下层的服务。服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。协议栈：某一系统内的各层协议集。29网络体系结构的几个基本概念：78数据传输与层次应用层运输层应用层SAPSAP提供服务协议交换原语交换原语30数据传输与层次运输层SAPSAP提供服务协议交换原语交换79分层的网络体系结构更加接近网络的分层模型--电话用户层协议层物理层31分层的网络体系结构更加接近网络的分层模型--电话80例如：张三打电话请李四吃饭，服务提供者为电话局①CONNECT.request

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张三拨李四的电话号码②CONNECT.indication

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李四的电话振铃③CONNECT.response

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李四摘机④

CONNECT.confirm

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张三听到振铃停止，知道有人应答⑤DATA.request

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张三说话，发出邀请⑥DATA.indication

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李四听到张三的邀请⑦DATA.request

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李四说话，接受邀请⑧DATA.indication

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张三听到李四的答复⑨DISCONNECT.request

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李四挂机⑩DISCONNECT.indication-

张三听到李四挂机，也挂机。电话系统工作示例32例如：张三打电话请李四吃饭，服务提供者为电话局①CONN81网络体系结构的发展第一个阶段：“群雄逐鹿”各个公司各自拥有自己的网络体系结构，如：IBM的SNA（SystemNetworkArchitecture）Novell造成大公司的垄断，技术不兼容。33网络体系结构的发展第一个阶段：“群雄逐鹿”82网络体系结构的发展第二阶段：OSI“一统天下”OSI七层模型--ISO7498ISO：InternationalStandardOrganizationOSI：OpenSystemInterconnectionReferenceModelOSI/RM：开放系统互连基本参考模型开放：任何系统间进行互连系统：现实系统中与互连相关的部分34网络体系结构的发展第二阶段：OSI“一统天下”831.3协议与体系结构1.3.3五层体系结构

OSI

七层模型应用层表示层会话层运输层网络层链路层物理层应用层表示层会话层运输层网络层链路层物理层351.3协议与体系结构1.3.3五层体系结构应用层表示84网络体系结构的发展OSI七层模型的失败给我们的教训：糟糕的提出时机糟糕的技术糟糕的实现糟糕的策略36网络体系结构的发展OSI七层模型的失败85网络体系结构的发展糟糕的时机：两头大象研究应用开发标准37网络体系结构的发展糟糕的时机：两头大象研究应用开发标准86五层体系结构应用层运输层网络层链路层物理层应用层表示层会话层运输层网络层链路层物理层五层体系结构OSI/RM38五层体系结构应用层运输层网络层链路层物理层应用层表示层会87五层体系结构TCP/IP协议体系结构应用层表示层会话层运输层网络层链路层物理层HttptelnetSmtpPOP...TCPUDPIP39五层体系结构TCP/IP协议体系结构应用层表示层会话层运88五层体系结构物理层：透明的传送比特流数据链路层：无差错传输，以帧为单位网络层：实现数据在不同的子网中传输， 以分组或包为单位，进行路径选择。运输层：以报文（message）为单位。提 供可靠的端到端的数据传输。应用层40五层体系结