计算机网络基础第1章 计算机网络概述

张基温编著中国人民大学出版社〔第2版〕计算机网络根底第1章计算机网络概述1.1计算机网络的根本概念1.2计算机网络的通信介质1.3计算机网络终端结点结构1.4计算机网络中间结点结构1.5网络协议1.6计算机网络体系结构1.1计算机网络的根本概念1.1.1计算机网络概貌2.计算机网络的定义3.计算机网络的简单模型T：终端设备通信子网CCPCCPCCPHOSTHOSTHOST资源子网TTTTTTTTTHOST：主机CCP：通信控制处理机1.1.2计算机网络分类1.按拓扑结构分类2.按覆盖地域分类3.其他分类方法1.按拓扑结构分类中央结点外围结点ABEDC转发器计算机2.按覆盖地域分类(1)广域网(wideareanetwork,WAN)：又称远程网，一般是跨地区甚至延伸到整个国家或全世界城域网(metropolitanareanetwork,MAN)：城域网指地理覆盖范围大约为一个城市的网络(2)局域网(localareanetwork,LAN)：通信距离通常限于中等规模的地理区域内(一般在20km范围内)微微网〔piconet〕个人局域网〔personalareanetwork，PAN〕

3.其他分类方法1.带宽带宽指的是可以传输的信号的频率范围，单位为Hz或kHz、MHz等。2.时延处理部分，产生处理（排队）时延发送器，产生发送时延传输介质，产生传播时延A点：发送B点：接收接收器3.效劳质量1.2计算机网络的通信介质1.2.1有线传输介质1.2.2无线传输介质1.2.1有线传输介质1.双绞线电缆2.同轴电缆3.光缆1.双绞线电缆

〔a〕非屏蔽双绞线电缆〔b〕屏蔽双绞线电缆〔c〕RJ-45头外貌

名称ISO标准ANSI/EIA/TIA传输频率最大传输速率说明1类(Categoryv1)568A仅用于语音通信2类(Categoryv2)ISO2类/A568A1MHz4Mb/s用于令牌网3类(Categoryv3)ISO3类/B568A16MHz10Mb/s10BASE-T以太网4类(Categoryv4)ISO4类/C568A20MHz16Mb/s用于令牌网5类(Categoryv5)ISO5类/D568A100MHz100Mb/s用于CDDI和快速以太网超5类(Category

excess5)ISO5类/D568B.1100MHz100Mb/s串扰、衰减和信噪比等有较大改善6类(Categoryv6)ISO6类/E568B.2200~250MHz1Gb/s用于百兆/千兆以太网超6类(Category

excess6)ISO6类/E568B.2200~250MHz1Gb/s串扰、衰减和信噪比等有较大改善7类(Categoryv7)ISO7类/F500MHz10Gb/s屏蔽双绞线，用于万兆以太网2.同轴电缆

光缆连接器光缆3.光缆光纤的主要参数工作波长紫外光纤可观光纤近红外光纤红外光纤〔0.85pm、1.3pm、1.55pm〕。传输模式折射率分布光纤的传输模式光纤的折射率分布包层包层1.2.2无线传输介质1.微波通信2.卫星通信1.微波通信微波通信是一种利用0.3GHz～300GHz频段的电磁波，在对流层的视距范围内以微波接力的方式进行信息传递的无线电通信方式。微波通信系统由两个终端站和假设干个中间站组成。终端站、中间站之间通过成对的天线、馈线系统互相传递信息。2.卫星通信1.3计算机网络终端结点结构1.3.1计算机在计算机网络中的作用1.在对等网络中2.在以效劳器为核心的计算机网络中1.3.2网络操作系统1.3.3网卡1.3.4计算机网络用户1.3.1计算机在计算机网络中的作用1.在对等网络中在对等网络中，每台计算机都处于平等地位。2.在以效劳器为核心的计算机网络中在以效劳器为核心的计算机网络中，计算机被分为两大类：效劳器和客户机。(1)工作站/效劳器模式在工作站/效劳器〔sercer/workstation〕模式中，工作站是具有独立处理能力的完整的计算机系统，可以不连接到外部环境独立地完成某种作业；它在获取效劳器各种资源的同时也可以帮效劳器分流计算等任务，即工作站从效劳器中取出程序和数据后，用自己的CPU和内存进行计算处理，处理结果再回送到效劳器中。(2)客户机/效劳器模式在这种模式中，应用程序被分为两局部：客户机程序和效劳器程序，前者也称前台局部〔frontend〕，后者也称后台局部〔backend〕或守护程序〔daemon〕。守护进程运行在后台，随时接受客户连接以提供效劳；客户软件就是应用程序的用户接口，用户通过它使用效劳器上的资源。(3)浏览器/效劳器模式浏览器/效劳器〔browser/server，B/S〕模式与C/S模式的主要区别在于其客户端运行的是浏览器软件。因此用户不需要了解更多的计算机操作知识，只需要使用鼠标就能进行相应的操作。1.3.2网络操作系统网络操作系统(networkoperationsystem，NOS)是网络用户与通信网络之间的接口。典型的网络操作系统具有如下特点：·硬件独立。网络操作系统可以在不同的网络硬件上运行。·支持网络连接设备工作。·支持多用户工作。在多用户环境下，网络操作系统给应用程序及其数据文件提供了足够的、标准化的保护。·网络管理。支持网络实用程序及其管理功能，如系统备份、平安管理、容错和性能控制等。·平安性和存取控制。对用户资源进行控制，并提供控制用户对网络访问的方法。·用户界面。网络操作系统为用户提供丰富的界面功能，具有多种网络控制方式。1.3.3网卡1.网络接口卡及其功能网络接口卡(networkinterfacecard，NIC，网卡；也称networkinterfaceAdapter,NIA，网络适配器)，是一种使网上设备(如工作站、效劳器等)与网上的传输介质进行通信效劳的电路板，效劳器、工作站等都需使用网络接口卡和传输介质进行连接。2.网卡的接口〔1〕RJ-45接口。。〔2〕BNC/AUI接口。〔3〕光纤接口。〔4〕无线接口。〔5〕组合接口。3.网卡的选择〔1〕网卡的速率。如10Mbps、100Mbps、1Gbps等。〔2〕网卡的总线类型。〔3〕网卡的接口类型。〔4〕网卡的驱动程序。〔5〕网卡的使用环境。1.3.4计算机网络用户1.用户账户包含：用户名、密码、用户权限和环境设置。2.用户组3.网络管理员任务是：·管理协调用户，如把用户分组、分类等；·管理文件系统；·网络用户的管理及授权；·系统的平安管理。1.4计算机网络中间结点结构·中继结点只起信号放大和再生，以扩大传输距离的结点，相应的设备是中继器和集线器。·交换结点位于多路信道的交汇点上，可以将从某一路到来的信号转发到其他一路或多路信道中继续传输，或者将几条信道中传输来的信号聚集到另外一路信道中传输，相应的设备称为交换机。·路由结点位于几个网络的边界处，是一种特殊的交换结点，主要作用是为到达的信号选择一条可以到达目的地的路径，相应的设备称为路由器。1.4.1中继器和集线器原波形再生前波形再生后波形中继器→→

集线器〔HUB〕是一通多的中继器或称多端口的中继器1.4.2交换机AB交换机的分类交换机的连接单交换机组网交换机级联〔a〕Uplink口与普通口连接〔b〕用交叉线将两台交换机的普通口连接交换机堆叠堆叠〔stack〕是通过厂家提供的一条专用连接线缆，从一台交换机的“UP〞堆叠端口直接连接到另一台交换机的“DOWN〞堆叠端口。相应的端口一般在交换机的反面，具有唯一性，并不会出现连接错误的情况。堆叠的目的是扩展端口，提升交换机的性能。不过，在堆叠的过程中，需要使用同一品牌的交换机。1.4.3路由器路由选择洪泛算法热土豆算法固定路由算法集中式路由选择算法采用集中式路由选择算法的网络要设置一个路由控制中心(routingcontrolcenter，RCC)，用于定期收集每个结点的状态信息。分布式路由算法分布式路由算法是各结点间周期地交换网络状态信息，不断根据网络的新状态更新路由选择表。1.5网络协议1.5.1协议及其内涵1.5.2计算机网络协议的内容与层次性1.5.1协议及其内涵1.协议的概念任何一项特定的任务，当需要两个或多个参与者共同完成时，就必须预先制定参与者之间要共同遵守的规那么、标准和约定。这些规那么、标准和约定就称为协议(protocol)。2.协议的内涵协议的功能是维护通信的有效性、完整性和公平性。为此，协议应当包含信号〔信息〕格式〔语法〕语义时序协议的语法IP首部0…3478…1516…1819…232431版本头标长服务类型总长标识标志片偏移生存时间协议报头校验和源IP地址目的IP地址IP分组选项填充数据IP数据包格式〔2〕语义在计算机网络中，传输的数据有用户信息和控制命令两种。语义用来规定命令和应答的含义，例如发送方向接收方发送了一个数据包，其中包含了对对方进行计算或操作的请求。接收方收到这个数据包后，可首先按照语法格式进行分析，得到某一局部是一条请求〔命令〕时，必须能理解该命令的含义。而命令的含义也是预先约定的，否那么接收方将无法执行。〔3〕时序任何通信都表现为一个特定的操作过程。这些特定的操作过程都需要按照一定的顺序在一定的时间内完成。例如，通信时的操作顺序为：①主叫方向被叫方发出请求〔拨号〕；②被叫方听到振铃后拿起话筒或在上按接听键；③双方通话。1.5.2计算机网络协议的内容与层次性1.计算机网络协议的根本内容〔1〕关于连接的约定。连接包括物理连接和逻辑连接。物理连接约定包括DTE—DCE之间的接口的机械特性〔尺寸、形状、针/孔位置等〕、电气特性〔电压大小〕、功能特性〔每个针/孔所传输的信号的类型等〕和规程特性〔各信号传输的时序关系〕，也包括DCE与通信介质之间的接口特性。关于逻辑连接以后逐步介绍。〔2〕传输数据的格式。〔3〕传输过程控制。包括通信模式、同步方式、寻址方式、过失控制、流量控制、拥塞控制、平安保密机制、提高传输效率的方法等。2.计算机网络协议的层次性计算机网络是一种复杂系统，为了减少设计与构建的复杂性，计算机网络协议的设计也采用了层次结构。每一层承担一局部通信功能，并且有相应的通信规那么——协议。每一层的通信功能都在下一层的支持下进行，在这个n层结构中，每一层的协议用于规定相应层的实体之间的通信规那么，即第i层协议用于规定第i层的实体之间的通信规那么；第n层在第n-1层效劳的支持下运行。A端第i+1层协议第i层协议第i-1层协议第1层协议第2层协议第i+1层实体第i层实体第i-1层实体第2层实体第1层实体┇┇第i+1层实体第i层实体第i-1层实体第2层实体第1层实体B端┇┇第i层服务第i-1层服务1.6计算机网络体系结构每一种计算机网络的层次结构连同它们的协议，组成了一种特定的计算机网络体系结构。1.6.1OSI参考模型1.6.2TCP/IP模型1.6.3局域网参考模型1.6.4三种模型之间的对应关系1.6.5几种中间结点设备的工作层次1.6.1OSI参考模型应用层〔applicationlayer〕表示层presentationlayer〕会话层〔sessionlayer〕传输层〔trasportlayer〕网络层〔networklayer,NL〕数据链路层〔datalinklayer〕物理层〔phsicallayer〕资源子网通信子网〔1〕解决物理连接〔2〕在解决了物理连接的根底上，再来解决一条物理链路上二进制数据的传输格式和根本控制问题，——数据链路层。〔3〕在解决了相邻结点之间二进制数据传输问题的根底上，再来考虑一个网络中的数据的传输问题，即从一个源结点〔如A〕如何把数据传送到目的结点〔如B〕〔4〕网络层的问题解决之后，就相当于把一个网络看成一个链路，解决两台主机中的不同应用〔进程〕之间的数据传输在进程之间通信问题解决后，还要解决两个问题：〔5〕一是要进一步考虑两个进程之间如何交互的问题，这就是会话层；〔6〕二是要考虑所传输数据的格式，如加密、压缩、编码〔扩展二进制码还是ASCII码〕等问题。这一层称为表示层。〔7〕网络中的时序问题、语法问题根本解决，剩下的就是语义问题、如何对用户效劳以及应用管理的问题了。这一层就是应用层。OSI/RM各层中的数据格式1.6.2TCP/IP模型TCP/IP只规定了4层：〔1〕网络访问层TCP/IP最初考虑的是已有异构网之间的互联，所以没有考虑具体网络硬件，也没有定义任何网络访问层的协议。〔2〕网际层网际层提供路径选择功能。在这一层中，主要的协议是IP〔internetprotocol，网际协议〕。〔3〕主机-主机层这一层负责维护不同计算机上的两个进程的通信，它的主要作用就是将应用程