第五计算机网络.ppt
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1、1/114,第五章 计算机网络,本章主要内容 5.1 计算机网络基础 5.2 计算机局域网 5.3 Internet 基础 5.4 Internet 应用,2/114,5.1 计算机网络基础,内容: 计算机网络的发展 计算机网络的分类 计算机网络传输介质 计算机网络协议和体系结构 (OSI和TCP/IP参考模型),3/114,一. 计算机网络的发展,三个阶段(三代网络): 以主机为中心的联机终端系统 以通信子网为中心的主机互连 具有层次化体系结构的标准化网络,4/114,1. 主机-终端网络,(1) 特征共享主机的软硬件资源 单台主机:执行计算和通信任务 多台终端:执行用户交互 (2) 连接方
2、式本地或远程连接 (3) 缺点 主机负荷重数据处理通信 线路利用率低 以主机为中心,集中控制方式,可靠性低,5/114,6/114,2. 计算机-计算机网络,(1) 特征 多个终端联机系统的互联,形成了多主机为中心的网络 网络结构从“主机终端” 转变为“主机主机” 以资源共享为主要目的,7/114,(2) 主机主机网络的演变,演变阶段1 通信任务从主机中分离,由CCP完成 CCP通信控制处理机: 处理主机之间通信任务的专用计算机,8/114,两层网络的概念,通信子网 由CCP组成的传输网络,为主机提供信息传输服务 资源子网 建立在通信子网基础上的主机集合,提供计算资源,9/114,通信子网规模
3、逐渐扩大 私有社会公用 公用数据通信网 PSTN X.25 优点 降低用户系统建设成本 提高通信线路利用率 兼容性好,演变阶段2,10/114,网络实例: ARPANET,因特网的前身,美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络 最初4个节点70s的60多个节点 地域跨越美洲、欧洲 具有现代网络的许多特征,例如 分组交换 分层次的网络体系 较为完善的通信协议,11/114,3.具有层次化体系结构的标准化网络,(1) 各厂商的不同标准 IBM-SNA,DEC-DNA 缺点:适用范围、互操作性和兼容性 解决方法:体系结构的标准化 (2) 国际标准OSI参考模型 开放系统互联 七层框架 (3) 事实上的
4、标准TCP/IP 因特网的骨干协议,五层框架,12/114,4.因特网时代,(1) 全球性的网络 (2) 标志着网络时代的到来 (3) 发展动力:丰富的信息和便利的使用,13/114,二. 计算机网络的主要分类,1. 按地域范围分类 局域网(LAN) : 20KM 城域网(MAN): 100KM 广域网(WAN): 100KM,14/114,2.按拓扑结构分类,(1) 星形 一个中心节点 其它节点与其构成点到点连接 (2) 树形 多级层次结构: 1) 一个根结点 2) 多个分支节点 3) 多个叶节点,15/114,2. 按拓扑结构分类,(3) 总线 所有节点挂接到一条总线上 总线: 广播式信道
5、 需要有介质访问控制协议以防止冲突 (4) 环形 所有节点连接成一个闭合的环 结点之间为点到点连接,16/114,按拓扑结构分类,(5) 网状 1) 全连接: 点到点全连接, 随节点数的增长成本急剧增长 适用于节点数很少的广域网 2) 不规则: 点到点部分连接 多用于广域网 由于连接的不完全性,需要有交换节点,17/114,3. 按通信传播方式分类,1)点对点网络 由一对对机器间的多条链路构成 报文分组在信源和信宿之间可能需通过一台或多台中间设备进行传播(转发) 2)广播式网络 仅有一条通道,由网络上所有的计算机共享。 一发多收 一般来说,局域网使用广播方式;广域网使用点对点方式。,18/11
6、4,三. 传输介质,1. 有线介质 双绞线、同轴电缆、光纤 2. 无线介质 无线电、微波、卫星,19/114,屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞线 (UTP),以箔屏蔽以减少 干扰和串音,3类、5类 双绞线外没有任何附加屏蔽,20/114,同轴电缆,基带 一条电缆只用于一个信道,50,用于数字传输 宽带 一条电缆同时传输不同频率的几路模拟信号,75 ,用于模拟传输,300450MHz,100km,需要放大器,铜芯,绝缘层,外导体屏蔽层,保护套,21/114,光纤,依靠光波承载信息 高传送速率,通信容量大 传输损耗小,适合长距离传输 抗干扰性能好,保密性好 轻便,22/114,无线介质,使用电磁
7、波 无需物理连接,23/114,地面微波接力,两个地面站之间传送 距离:50 -100 km,地球,地面站之间的直视线路,微波传送塔,24/114,1.使用转发器接收和转发 2.与地面站相对位置固定 3.使用3个卫星可覆盖全球,22,300 公里,地球,地球同步卫星,25/114,四.网络协议和体系结构,1. 网络协议 (1) 定义 为在网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定 (2) 组成要素 1) 语法: 信息的结构和格式 2) 语义: 需要作出的动作及响应 3) 时序: 操作的执行顺序,26/114,Hi,Hi,TCP connection req.,人的协议和网络协议的对比,27/1
8、14,2. 网络体系结构,(1)网络的异质性 1) 是指网络系统应用环境的复杂性:如多种通信媒介、设备、操作系统等 2) 问题: 异质环境中任意两台计算机之间如何通信 3) 解决:制定网络体系结构,28/114,2. 网络体系结构,(2) 分层 1) 分层: 把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题,在不同层上予以解决。 2) 对等层:两个不同系统的同名层次。 3) 实体:任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程。 4) 对等实体:位于不同系统的同名层次中的两个实体。,29/114,2. 网络体系结构,(3) 网络体系结构 1) 同层协议: 各层具有各自不同的协议 2) 层间协议(接口
9、):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。 3) 网络体系结构: 同层协议和邻层协议的集合,30/114,3. OSI/RM,1) ISO制定的参考模型,概念上的网络模型 2) 规定了网络体系结构的七层框架,太复杂,不实用 3) 只说明了做什么未规定怎样做,31/114,OSI参考模型,32/114,4. TCP/IP模型,1) Internet采用的标准 2) 定义了五层协议,33/114,应用层,表示层,会话层,传输层,物理层,数据链路层,网络层,7 6 5 4 3 2 1,OSI参考模型,应用层,传输层,网络接口 (数据链路层 +物理层),网络层,TCP/IP
10、概念层次,Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等,3) TCP/IP与OSI的对应关系,34/114,TCP/IP的应用层,应用层协议支持文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等。,35/114,TCP/IP的传输层,提供了两种传输协议,36/114,TCP/IP的网络层(网际层),网际层的主要协议IP 提供无连接的传输服务(不保证送达,不保证顺序) 主要功能是寻找一条能够把数据报送到目的地的路径。,37/114,IP ICMP ARP RARP,网际层的四个主要协议,38/114,5. 数据封装,(1) 封装:就是进行 (打包)的过程,是在发送数据之前在数据前面加
11、上特定的协议头部 。,39/114,(2) 协议数据单元PDU,1) PDU (Protocol Data Unit ) 体系结构中每一层传给下一层的基本数据单元 2) 每层对邻层所做的操作 (1)接收上一层的PDU作为本层的数据 (2)对本层的数据添加“头信息” 后生成本层的PDU (3)将本层PDU传递给它的下一层,40/114,(3) 数据封装,1) 下层把上层的PDU作为本层的数据封装,然后加入本层的头部和(或)尾部。头部中含有完成数据传输所需的控制信息。 2) 发送: 数据自上而下各层不断封装 3) 接收: 自下而上逐层不断拆封 4) 某一层只能识别由对等层封装的“信封”,而对被封装
12、在“信封”内部的数据仅仅是拆封后提交给上层,本层不作任何处理。,41/114,数据,报文 段 数据报 帧 比特 电脉冲,011101000011000010100101111010110,数据多层封装,42/114,TCP头,应用层数据,应用层数据,TCP头,应用层数据,IP头,帧头,TCP头,应用层数据,IP头,帧尾,应用层,传输层,网际层,数链层,实例:TCP/IP协议的封装,43/114,5.2计算机局域网(LAN),局域网的特点及关键技术 信道共享技术 以太网技术,44/114,一. 局域网概述,1. 特点 1) 覆盖范围小: 房间、建筑物、园区范围, 距离25km 2) 高传输速率:
13、10Mbps1000Mbps 3) 低误码率: 10-8 10-10 4) 为一个单位所拥有,自行建设,不对外提供服务,45/114,2. 局域网的关键技术,(1) 拓扑结构(逻辑、物理) 总线型、星型、环型 (2) 传输介质 双绞线,同轴电缆 (3) 介质访问控制MAC 1) 局域网使用广播信道,多个站点共享同一信道,46/114,2) MAC 协议:解决广播信道站点对信道争用的协议。 3) 两种MAC 载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD) 令牌传递(Token Passing): Token Ring、Token Bus、FDDI,47/114,3. CSMA/CD,可能产生冲突的
14、协议,工作原理: (1)发送前先监听信道是否空闲 (2)若空闲则立即发送数据 (3)发送时,边发边继续监听。 (4)若监听到冲突,则立即停止发送。等待一段随机时间(称为退避)以后,再重新尝试。,48/114,CSMA/CD的流程图,49/114,4. 令牌传递,无冲突协议: (1)环中有一个令牌 (2)得到令牌的站可 以发送数据 (3)令牌在环中传递,干线耦合器,单向环,50/114,二. 以太网,1. 采用CSMA/CD技术的LAN 2. 由IEEE 802.3工作组制定标准 3. 传统类型: 10Base5, 10Base2, 10Base-T,51/114,802.3 的类型与介质,10
15、Base5 粗同轴 10Base2 细同轴 10BaseT 双绞线 10BaseF MMF(多模光纤) 100BaseT 双绞线 100BaseF MMF/SMF(单模) 1000BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF 1000BaseT 双绞线,52/114,5.3 Internet基础,Internet 概述 TCP/IP协议集 因特网接入技术 IP地址 MAC地址,53/114,一. 因特网概述,(1) 建立在TCP/IP协议基础上的国际互联网。 (2) 计算机网络的网络 全世界不同国家、不同地区、不同部门和机构的不同类型的计算机网络互联在一起,形成一个世界范围的信息网络。,54/11
16、4,二. TCP/IP协议族,1. TCP/IP协议族 是ARP,IP,ICMP,IGMP,UDP,TCP等多个协议的集合。 2. TCP协议和IP协议是最具有代表性,是网络体系结构的关键之一。 3. TCP/IP建立了分组交换(或包交换)的网络.,55/114,4. 数据传送过程 1) TCP将数据分组,每个分组分别封装 2) IP将各封装分别选不同路径(路由)传递到目的地 路由:连接各子网的一系列路由器 3) 到达目的后,IP检查是否完整 4) 收到所有分组后,IP组装,交TCP处理,56/114,三. 因特网的接入,三类用户: 家庭用户 单位用户 (学校, 公司) 移动用户,57/114
17、,1. 家庭用户的接入,(1) 使用modem拨号 通过modem经过电话线与ISP连接 理论上最高传输速率56Kbit/s (2) ISDN(上网不影响打电话) 对电话网进行数字化改造,将电话、传真、数字通信等业务全部通过数字化的方式传输 速率可达128 kbit/s (3) ADSL(上网不影响打电话) 上行速率(家庭到路由器),最高1Mbit/s 下行速率(路由器到家庭),最高8Mbit/s,58/114,59/114,2. 单位用户接入,(1)局域网方式(集中用户) 路由器将本地LAN作为一个子网连接到Internet LAN中每个主机都有IP地址 (2) DDN、X.25、帧中继等专
18、线方式 通过支持TCP/IP的路由器连接主机和ISP,60/114,因特网,基站,移动主机,3. 移动用户,用无线电波连接移动 端系统和ISP的基站,61/114,LAN,家庭用户,因特网,MODEM,PSTN,PC,LAN,PSTN,ISDN、ADSL DDN、FR,路由器,MODEM,共享器,基站,企业用户,移动用户,不同类型的用户访问因特网,62/114,四. IP地址,1. 网络中每台主机都具有的惟一的地址 2.写法 1) 二进制: 32位(4个字节) 例如: 00001010 00000010 00000000 00000001 2) 点分十进制标记法: 每个字节分别用十进制表示 例
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