机车网络控制基础课件：计算机网络基础

计算机网络基础复习旧课机车网络控制系统的功能常见的总线发展趋势TCN(列车通信网)MVBWTB主要内容计算机网络的定义、发展、功能计算机网络的拓扑结构计算机网络的体系结构计算机网络的分类学习目标计算机网络的几种拓扑结构计算机网络的体系结构计算机网络的分类(按覆盖范围)OSI参考模型TCP/IP参考模型引言没有网络？资源无法共享，分散的计算机构成了一个个“孤岛”引言

有了网络，我们收发邮件，下载歌曲，进行聊天……在我们享受网络带来的这些便捷的时候，有没有思考过，究竟什么是网络？这一切是怎么实现的呢？？引言有两台分别装有Windows2000操作系统的可以独立工作的计算机；它们通过连接在集线器上的两条电缆线连接在一起；两台计算机之间可以互相通信，互相使用对方的软驱、光驱和各自磁盘上的软件资源，可以安装一个网络游戏两人共同娱乐；一台计算机如果要拷贝另一台计算机上的容量约10MB的数据，只需要仅仅几秒钟的时间。1、

计算机网络的定义计算机网络是指将分布在不同地理位置的，具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过利用通信介质和设备互联连接起来，应用功能完善的网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传输的计算机系统。1、计算机网络的定义分布在不同地理位置的，具有独立功能的计算机；通过通信介质和设备将计算机从硬件的角度互联连接起来；应用网络操作系统、管理软件、通信协议对网络的计算机与设备从软件的角度进行管理与连接，从而可能实现通信；计算机网络互联的根本目的在于实现资源共享、信息传输。1、计算机网络的发展第一代：远程终端连接；第二代：计算机网络阶段（局域网）；第三代：计算机网络互联阶段（广域网、Internet）第四代：信息高速公路1、计算机网络的功能数据通信；资源共享；第三代：提高计算机可靠性与可用性；第四代：分布式处理。2、网络拓扑|总线型网络中所有的计算机直接连接到这根共享的总线上；通过相应的硬件接口和电缆连接结点信息向两个方向传输能被任何一个结点接收2、网络拓扑|总线型所需电缆数量较少；结构简单，可靠性高；易于扩充传输距离有限；故障诊断和隔离比较困难；站点必须有介质访问控制功能。|环型信息沿着环按一定的方向从一个节点传送到另一个节点；“令牌”控制发送数据权力，单向环绕传送。（每经过一个节点都要被接收，判断一次，是发给该节点的则接收，否则的话就将数据送回到环中继续往下传。）2、网络拓扑|环型可使用光纤。网络性能稳定。节点故障会引起全网故障；节点的加入和撤出过程复杂；2、网络拓扑令牌环网|树型树型网络可以包含分支，每个分支又可包含多个结点；2、网络拓扑|星型以中央节点为中心，把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构；中央结点执行集中式通信控制策略，因此中央结点相当复杂，负担也重。适用于局域网2、网络拓扑网络体系结构提出的背景——计算机网络的复杂性、异质性不同的通信介质——有线、无线等不同种类的设备——主机、路由器、交换机、复用设备等不同的操作系统——UNIX、Windows等不同的软/硬件、接口和通信约定（协议）不同的应用环境——固定、移动等…不同种类业务——分时、交互、实时等宝贵的投资和积累——有形、无形等用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏3、网络体系结构对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组织网络的结构，以达到：结构清晰简化设计与实现便于更新与维护较强的独立性和适应性3、网络体系结构OSI参考模型：3、网络体系结构应用层Application表示层Presentation会话层Session传输层Transportation物理层Physical数据链路层DataLink网络层Network7654321为网络应用提供服务数据表示在用户间建立会话关系不同主机进程间的通信在主机间传输分组在节点间可靠地传输帧位流的透明传输空中旅行的组织一系列的步骤机票(购买)行李(托运)旅客(出发)飞机(起飞)飞行航线机票(投诉)行李(认领)旅客(到达)飞机(着陆)飞行航线飞行航线空中旅行的组织:从另一种不同的角度观察层次的观点：

每层实现一种特定的服务通过自己内部的功能依赖自己的下层提供的服务机票(购买)行李(托运)旅客(出发)飞机(起飞)飞行航线机票(投诉)行李(认领)旅客(到达)飞机(着陆)飞行航线飞行航线分层的空中旅行组织:服务从出发地到目的地的航线：导航服务柜台-to-柜台：“旅客+行李”票务服务行李托运-to-行李认领：行李服务登机入口-to-到达出口：旅客乘务服务

跑道-to-跑道：飞机“航运”服务层次化方法在其他领域的应用程序设计把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实现，如操作系统。邮政系统邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输银行系统物流系统……计算机网络中也采用了分层方法。——把复杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部问题，在不同层上予以解决。网络的层次结构方法要解决的问题：网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能）各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口）通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）计算机网络中，层、协议和层间接口的集合被称为计算机网络体系结构。换句话说：体系结构包括三个内容：分层结构与每层的功能、服务与层间接口、协议。最早的网络体系结构源于IBM的SNA其他的网络体系结构还有DEC的DNA等由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构国际标准是OSI/RM实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构事实上的（defacto[di:'fæktəu]）标准层次结构方法的优点:独立性强——耦合程度低上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务——黑箱方法。适应性强只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。易于实现和维护把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子单元：使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。基本概念实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。协议：通信双方在通信中必须遵守的规则。对等层：两个不同系统的同级层次。对等实体：分别位于不同系统对等层中的两个实体接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。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。系统A系统B实体对等层对等实体接口服务物理网络对等通信例：两个人收发信件想一想：收信人与发信人之间、邮局之间，是在直接通信吗？邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务？邮局、收发信人各使用谁提供的什么服务？信件内容邮件地址货物地址发信人邮局运输系统信件内容邮件地址货物地址收信人对信件内容的共识对信件如何传递的共识对货物如何运输的共识P3P2P1公路，铁路，航空邮局运输系统应用层Application表示层Presentation会话层Session传输层Transportation物理层Physical数据链路层DataLink网络层Network7654321应用层Application表示层Presentation会话层Session传输层Transportation物理层Physical数据链路层DataLink网络层Network7654321网络分层体系结构P3P2P121321物理通信线路3

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N-1Pn-1PnPn+1系统A系统B每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务通信只在对等层间进行（间接的、逻辑的、虚拟的），非对等层之间不能互相“通信”实际的物理通信只在最底层完成Pn：第n层协议，即第n层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定对等层通信的实质

网络分层体系结构原理禁止不同主机的对等层之间进行直接通信。(为什么?)实际上，每一层必须依靠下层提供的服务来与另一台主机的对等层通信。上层使用下层提供的服务——Serviceuser；下层向上层提供服务——Serviceprovider。第n+1层是第n层的服务用户，第n-1层是第n层的服务提供者第n层的服务也依赖于第n-1层以及以下各层的服务对等层实体之间实现的是虚拟的逻辑通信；下层向上层提供服务；上层依赖下层提供的服务来与其他主机上的对等层通信；实际通信在最底层完成。对等层通信的实质

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N-1源进程传送消息到目标进程的过程：消息送到源系统的最高层；从最高层开始，自上而下逐层封装；经物理线路传输到目标系统；目标系统将收到的信息自下而上逐层处理并拆封；由最高层将消息提交给目标进程。目标进程源进程P3P2P1物理通信线路Pn-1PnPn+1消息消息逻辑通信OSI参考模型应用层Application表示层Presentation会话层Session传输层Transportation物理层Physical数据链路层DataLink网络层Network7654321为网络应用提供服务数据表示在用户间建立会话关系不同主机进程间的通信在主机间传输分组在节点间可靠地传输帧位流的透明传输|物理层OSI模型的最底层，描述物理设备之间的接口。服务：串行和并行协议(标准)：规定了物理接口的各种特性：机械：物理连接器的尺寸、形状、规格电气：信号电平，信号的脉冲宽度和频率，数据传送速率，最大传输距离等功能：接口引（线）脚的功能和作用规程：信号时序，应答关系，操作过程实现实体之间按位的传输，并保证传输的正确性。对上层屏蔽传输媒体的区别

例：RS-232、USB2.0|1、物理层EIARS-232C(D)外形为25针或9针的D形连接器通信速率（b/s）：100、300、600、1200、2400、4800、9600、19.2K、33.6K、56K信号电平：逻辑“1”：-3V～-25V逻辑“0”：+3V～+25V引脚定义：|1、物理层|1、物理层USB|1、物理层USB|1、物理层USB|、物理层MiniUSB|1、物理层MicroUSB|1、物理层传送以帧为单位的数据对物理层传输的比特流进行校验并采用检错重发等技术，使本来可能出错的数据链路变成不出错的数据链路，从而对上层提供无差错的数据传输。|2、数据链路层帧格式AddressControlInformationCRC8880168b0111111001111110全“1”广播地址用于对全部站点的探询没有格式和内容的限制。长度受缓冲区和差错特性的限制。一般

256个字节。CRC冗余校验不包括Flag和填充的0生成多项式g(x)=x16+x12+x5+1全“0”无站地址用于测试数据链路的工作状态|2、数据链路层零比特填充法数据中某一段比特组合恰好出现和F字段一样的情况发送端在5个连1之后填入0比特再发送出去在接受端将5个连一之后的0比特删除，恢复原样01001111110001010会误认为是F字段010011111010001010010011111010001010填入0在此位置删除0|2、数据链路层传送单位是分组或包。选择合适的路由，使发送端的传输层传下来的分组能够按照目的地址发送到接收端，使传输层及以上各层设计时不再需要考虑传输路由。|3、网络层链路层的任务两节点间可靠的数据传输网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信）路由选择及其算法，如何在多条通信路径中找一条最佳路径？依据：速度、距离(步跳数)、价格、拥塞程度路由器——路由表建立与维护静态：人工设置，只适用于小型网络动态：运行过程中根据网络情况自动地动态维护路由算法——建立与维护路由表的方法距离向量算法：RIP、CGP等链路状态算法：OSPF等|3、网络层发送端和接收端之间包的无差错传输|4、传输层网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信）Ethernet,X.25,ATM,…传输层的任务……两端点间可靠的透明数据传输（应用进程间的逻辑通信）通信子网传输层与网络层|4、传输层传输层与网络层网络层则提供网络中主机间的“逻辑通信”；而传输层提供主机中的进程间的“逻辑通信”。二者之间的差别：微妙而又重要类比主机：单位的传达室进程：单位中的职工应用层报文：信件网络层协议=邮局的投递服务，只负责递送到传达室传输层协议=传达室的收发服务，负责递送到每个职工|4、传输层控制会话，建立、组织和协调应用进程之间的交互过程。功能：为用户建立、引导和释放会话连接。服务服务类型：双向同时(双工)、双向交替(半双工)和单向(单工)同步|5、会话层为上层用户解决用户信息的语法表示问题定义用户或应用程序之间交换数据的格式，完成数据转换、数据压缩和数据加密。保证传输的信息到达目的端后意义不变。表示层如同应用程序和网络之间的翻译官|6、表示层应用层直接和应用程序接口并提供常见的网络应用服务。应用层也向表示层发出请求。应用层是开放系统的最高层,是直接为应用进程提供服务的。应用层协议的例子：

OSI:VTP、MHS、FTAM、DS、…TCP/IP:Telnet、SMTP、FTP、DNS、HTTP、…|6、应用层要保证路上的石油运输安全以及运输人员的安全，要有保护（如防辐射，防泄露等）。应用层Application表示层Presentation会话层Session传输层Transportation物理层Physical数据链路层DataLink网络层Network7654321运输石油，把石油用船从科威特运到中国。飞机，火车，汽车，轮船？至少要有一条路

可能并不只有一条路能够到达中国（对于进行选择），那么在那么多的选择中选一条最短的，或者路费的成本最少的。出门前要先检查一下自己的船，有无遗漏

是不是可以上路了？还不行。我们要和销售方联系好，

如果我们的船到了怎么办？我们首先要交流、协商。还有一个问题，就是双方的沟通问题，需要一个翻译，要么把两种语言都转换成一种国际通用语言，比如说英语

到了中国了，最终选择一个码头卸船，这个码头相当于各个软件平台

TCP/IP应用层表示层会话层传输层物理层数据链路层网络层7654321OSI/RM应用层传输层网络接口层网际层TCP/IPTCP/IP应用层协议为文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用提供了支持。应用层传输层网络接口层网际层文件传输

●FTP、TFTP、NFS电