计算机网络的分类及体系结构

计算机网络的定义与发展软件学院实训中心周建美目录1计算机网络的分类2计算机网络的体系结构《计算机网络应用与维护》《计算机网络应用与维护》1计算机网络的分类按地理范围局域网城域网广域网 按拓扑结构星型拓扑结构 总线型拓扑结构环型拓扑结构树型拓扑结构按传榆介质同轴电缆双绞线光纤无线按通信协议CSMAX.25TCP/IP《计算机网络应用与维护》1计算机网络的分类按地理范围分类局域网（LocalAreaNetwork）简称LAN，它是连接近距离计算机的网络，覆盖范围从几米到数公里。例如办公室或实验室的网、同一建筑物内的网及校园网等。城域网（MetropolitanAreaNetwork）简称MAN，它是介于广域网和局域网之间的一种高速网络，覆盖范围为几十公里，大约是一个城市的规模。广域网（WideAreaNetwork）简称WAN，其覆盖的地理范围从几十公里到几千公里，覆盖一个国家、地区或横跨几个洲，形成国际性的远程网络。内容LANWAN范围概述较小范围计算机通信网远程网或公用通信网网络覆盖的范围20千米以内几千米到几万千米，可跨国界，洲界数据传输速率1Mbps~16Mbps~10Gbps9.6Kbps~2Mbps~45Mbps,10Gbps传输介质有线介质：同轴电缆，双绞线，光缆。无线介质：微波、卫星有线或无线传输介质和公用数据网；PSTN、DDN、ISDN、光缆、卫星、微波信息误码率低高拓扑结构简单、总线型、星型、环型、网状复杂、网状用户安全各单位专用无政府状态《计算机网络应用与维护》1计算机网络的分类按拓扑结构分类拓扑结构就是网络的物理连接形式。如果不考虑实际网络的地理位置，把网络中的计算机看作一个节点，把通信线路看作一根连线，这就抽象出计算机网络的拓扑结构。局域网的拓扑结构主要有星型、总线型和环型三种。《计算机网络应用与维护》1计算机网络的分类总线型拓扑结构所有节点都直接连到一条主干电缆上，这条主干电缆就称为总线。该类结构没有关键性节点，任何一个节点都可以通过主干电缆与连接到总线上的所有节点通信。总线型网是典型的广播式网络《计算机网络应用与维护》1计算机网络的分类星型拓扑结构以一台设备作为中央节点，其他外围节点都单独连接在中央节点上。各外围节点之间不能直接通信，必须通过中央节点进行通信。《计算机网络应用与维护》1计算机网络的分类环型拓扑结构各节点形成闭合的环，信息在环中作单向流动，可实现环上任意两节点间的通信。《计算机网络应用与维护》1计算机网络的分类树型拓扑结构树型拓扑结构是总线型结构的扩展，它在总线网上加上分支，其传输分支可以有多条分支。有一定容错能力，一般一个分支和结点故障不会影响另外一分支结点的工作。《计算机网络应用与维护》1计算机网络的分类混合结构混合结构是将多种拓扑结构的局域网连在一起而形成的。混合拓扑结构的网络兼并了不同拓扑结构的优点。《计算机网络应用与维护》1计算机网络的分类按传榆介质分类传输介质就是指用于网络连接的通信线路。目前常用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光纤、卫星、微波等有线或无线传输介质，相应地可将网络分为同轴电缆网、双绞线网、光纤网、卫星网和无线网。《计算机网络应用与维护》1计算机网络分类按通信协议分类通信协议是指网络中的计算机进行通信所共同遵守的规则或约定。在不同的计算机网络中采用不同的通信协议。在局域网中，以太网采用CSMA协议，令牌环网采用令牌环协议，广域网中的报文分组交换网采用X.25协议，Internet网采用TCP/IP协议，采用不同协议的网络可以称为“×××协议网”《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构网络协议与结构概述网络协议层次与接口网络体系结构的提出OSI参考模型 OSI参考模型的产生OSI参考模型的概念OSI参考模型的结构OSI参考模型的各层功能OSI环境中的数据传输TCP/IP参考模型TCP/IP参考模型的发展TCP/IP参考模型各层的功能《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构网络协议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。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。这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序。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。网络协议主要由以下三个要素组成：（1）语法：用户数据与控制信息的结构与格式。（2）语义：需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应。（3）时序：对事件实现顺序的详细说明公用电话网InternetLAN用户服务器LAN防火墙远程移动用户路由器主交换机部门交换机《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构网络体系结构的提出在1974年，IBM公司提出了世界上第一个网络体系结构，这就是系统网络体系结构（SNA，systemnetworkarchitecture）。此后，许多公司纷纷提出了各自的网络体系结构。这些网络体系结构的共同之处在于它们都采用了分层技术，但层次的划分、功能的分配与采用的技术术语均不相同。随着信息技术的发展，各种计算机系统连网和各种计算机网络的互连成为人们迫切需要解决的课题。OSI参考模型就是在这个背景下提出与研究的。《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构OSI参考模型的产生1974年，ISO发布了著名的ISO/IEC7498标准.它定义了网络互连的7层框架.也就是开放系统互连（OSI，OpenSystemInternetwork）参考模型。在OSI框架下，进一步详细规定了每一层的功能，以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）。《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构OSI参考模型的产生1974年，ISO发布了著名的ISO/IEC7498标准.它定义了网络互连的7层框架.也就是开放系统互连（OSI，OpenSystemInternetwork）参考模型。在OSI框架下，进一步详细规定了每一层的功能，以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）。《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构OSI参考模型的结构根据分而治之的原则，ISO将整个通信功能划分为7个层次。划分层次的主要原则是：（1）网中各结点都具有相同的层次。（2）不同结点的同等层具有相同的功能。（3）同一结点内相邻层之间通过接口通信。（4）每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务。（5）不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构将信息从一层传送到下一层是通过命令方式实现的，这里的命令称为原语（primitive）。被传送的信息成为协议数据单元（PDU，protocoldataunit）。在PDU进入下层之前.会在PDU中加入新的控制信息.这种控制信息称为协议控制信息（PCI，protocolcontrolinformation）。接下来，会在PDU中加入发送给下层的指令，这些指令称为接口控制信息（ICI，interfacecontrolinformation）。PDU、PCI与ICI共同组成了接口数据单元（IDU，interfacedataunit）。下层接收到IDU后，就会从IDU中去掉ICI。这时的数据包被称为服务数据单元（SDU，servicedataunit）。随着SDU一层层向下传递，每一层都要加入自己的信息。《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构OSI参考模型的结构《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构物理层定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性，其作用是使原始的数据比特流能在物理媒体上传输。具体涉及接插件的规格、“0”、“1”信号的电平表示、收发双方的协调等内容。《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构数据链路层比特流被组织成数据链路协议数据单元(帧)进行传输，实现二进制正确的传输。将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路。数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控制，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构网络层数据以网络协议数据单元(分组)为单位进行传输。主要解决如何使数据分组跨越各个子网从源地址传送到目的地址的问题，这就需要在通信子网中进行路由选择。另外，为避免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞，需要对流入的分组数量进行控制。当分组要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构传输层传输层的主要任务是完成同处于资源子网中的源主机和目的主机之间的连接和数据传输，具体功能是：①为高层数据传输建立、维护和拆除传输连接，实现透明的端到端数据传送。②提供端到端的错误恢复和流量控制。③信息分段与合并，将高层传递的大段数据分段形成传输层报文。④考虑复用多条网络连接，提高数据传输的吞吐量。传输层主要关心的问题是建立、维护和中断虚电路、传输差错校验和恢复以及信息流量控制等。它提供“面向连接”（虚电路）和“无连接”（数据报）两种服务。《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构会话层会话层的主要任务是实现会话进程间通信的管理和同步,允许不同机器上的用户建立会话关系，允许进行类似传输层的普通数据的传输。会话层的具体功能是：①提供进程间会话连接的建立、维持和中止功能，可以提供单方向会话或双向同时进行会话。②在数据流中插入适当的同步点，当发生差错时，可以从同步点重新进行会话，而不需要重新发送全部数据。《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构表示层表示层的主要任务是完成语法格式转换，在计算机所处理的数据格式与网络传输所需要的数据格式之间进行转换。表示层的具体功能是：

①语法变换。表示层接收到应用层传递过来的以某种语法形式表示的数据之后，将其转变为适合在网络实体之间传送的以公共语法表示的数据。具体包括数据格式转换;字符集转换；图形、文字、声音的表示；数据压缩与恢复;数据加密与解密；协议转换等。②选择并与接收方确认采用的公共语法类型。③表示层对等实体之间连接的建立、数据传输和连接释放。《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构应用层应用层是OSI模型的最高层,是计算机网络与用户之间的界面，由若干个应用进程(或程序)组成，包括电子邮件、目录服务、文件传输等应用程序。《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构OSI环境中的数据传输《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构TCP/IP参考模型的发展1974年Kahn定义了最早的TCP/IP参考模型，1985年Leiner等人进一步对它开展了研究。1988年Clark在参考模型出现后对其设计思想进行了改进。Internet上的TCP/IP协议之所以能够迅速发展，不仅因为它是美国军方指定使用的协议，更重要的是它恰恰适应了世界范围内的数据通信的需要。TCP/IP协议具有以下几个特点：（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，更适用于互联网中。（3）统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有惟一的地址。（4）标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。《计算机网络应用与维护》2计算机网络体系结构TCP/IP参考模型应用层传输层互联网络层主机-网络层《计