第1章 网络技术.ppt

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1、高等学校“十一五”精品规划教材”现代计算机网络技术第1章计算机网络概论本章学习要求：了解：了解：计算机网络的形成与发展过程。计算机网络的形成与发展过程。掌握：计算机网络的定义与分类方法。掌握：计算机网络的定义与分类方法。掌握：计算机网络的及组成与结构的基本概念。掌握：计算机网络的及组成与结构的基本概念。掌握：计算机网络体系结构与参考模型的基本概念。掌握：计算机网络体系结构与参考模型的基本概念。了解了解:计算机网络发展趋势与下一代网络的基本概念。计算机网络发展趋势与下一代网络的基本概念。31.1 计算机网络的形成,发展以及组成1.1.1 计算机网络的发展过程第一阶段：第一阶段：20世纪世纪50年

2、代年代 数据通信技术的研究与发展数据通信技术的研究与发展第二阶段：第二阶段：20世纪世纪60年代年代 ARPAnet与分组交换技术的研究与发展与分组交换技术的研究与发展第三阶段：第三阶段：20世纪世纪70年代年代 网络体系结构与协议标准化的研究网络体系结构与协议标准化的研究 广域网、局域网与分组交换技术的研究与应用广域网、局域网与分组交换技术的研究与应用第四阶段：第四阶段：20世纪世纪90年代年代 Internet技术的广泛应用技术的广泛应用 网络计算技术的研究与发展网络计算技术的研究与发展 宽带城域网与接入网技术的研究与发展宽带城域网与接入网技术的研究与发展 网络与信息安全技术的研究与发展网

3、络与信息安全技术的研究与发展 41.1.2 计算机网络的定义资源共享观点的定义：资源共享观点的定义：以能够相互以能够相互共享资源共享资源的方式的方式互连互连起起来的来的自治计算机系统自治计算机系统的集合。的集合。网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享；网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享；互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治自治计算机系统计算机系统”；连网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络协议。连网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络协议。51.1.3 计算机网络的功能 数据通信；数据通信；资源共享；资源共享；分布式处理分布式处

4、理。RRRRR通信子网资源子网路由器服务器服务器61.2 网络体系结构的基本概念1.2.1 网络协议的概念网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约定网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准；与标准；网络协议的三要素：语义、语法与时序网络协议的三要素：语义、语法与时序(同步同步)；语义：用于解释比特流的每一部分的意义；语义：用于解释比特流的每一部分的意义；语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格式，语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序的意义；以及数据出现的顺序的意义；时序时序(同步同步)：事件实现顺序的详细说明。：事件实现顺序的详细说明。7社会上存在的邮政系统8

5、1.2.2 分层网络体系结构及其划分原则 计算机网络是一个十分复杂的系统,分层就是系统分解最好方法.层次结构研究方法的优点各层之间相互独立各层之间相互独立;灵活性好灵活性好;各层都可以采用最合适的技术来实现各层都可以采用最合适的技术来实现;易于实现和维护易于实现和维护;有利于促进标准化。有利于促进标准化。9计算机网络的四个重要的概念层次（层次（layer）协议（协议（protocol）接口（接口（interface）体系结构（体系结构（architecture）10层次（layer）层次是人们对复杂问题处理的基本方法层次是人们对复杂问题处理的基本方法；将总体要实现的很多功能分配在不同层次中；将

6、总体要实现的很多功能分配在不同层次中；对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定；对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定；不同的系统分成相同的层次；不同的系统分成相同的层次；不同系统的最低层之间存在着不同系统的最低层之间存在着“物理物理”通信；通信；不同系统的对等层次之间存在着不同系统的对等层次之间存在着“虚拟虚拟”通信；通信；对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定；对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定；高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务的具体实现方法。的具体实现方法。11接口（interface）接口是同一结点内

7、相邻层之间交换信息的连接点接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点;同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低层向高层通过接口提供服务低层向高层通过接口提供服务;只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作。体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作。12网络体系结构（network architecture）一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集议集;网络协议是按层次结构来组织的；网络协议是按层次

8、结构来组织的；网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构；构；网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义；确的定义；体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件和软件。和软件。131.2.3 OSI参考模型在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际组织是：际组织是：国际电报与电话咨询委员会国际电报与电话咨询委员会 （Consultative Committee on Internatio

9、nalTelegraph and Telephone，CCITT）；）；国际标准化组织国际标准化组织 （International Standards Organization，ISO）。）。CCITT与与ISO的工作领域是不同的：的工作领域是不同的：CCITT 主要是考虑通信标准的制定；主要是考虑通信标准的制定；ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构。主要是考虑信息处理与网络体系结构。14 ISO划分七层结构的基本原则网中各结点都具有相同的层次；网中各结点都具有相同的层次；不同结点的同等层具有相同的功能；不同结点的同等层具有相同的功能；同一结点内相邻层之间通过接口通信；同一结点内相邻层之间通

10、过接口通信；每每一一层层可可以以使使用用下下层层提提供供的的服服务务，并并向向其其上上层层提提供供服务；服务；不不同同结结点点的的同同等等层层通通过过协协议议来来实实现现对对等等层层之之间间的的通通信。信。15OSI参考模型的结构 应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层传输介质传输介质传输介质主机主机IMPIMP网 络 层数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层主机主机IMPIMP网 络 层数据链路层物 理 层16物理层的主要功能：物理层的主要功能：利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管利用传输介质为通信的网络

11、结点之间建立、管 理和释放物理连接；理和释放物理连接；实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数 据传输服务；据传输服务；物理层的数据传输单元是比特。物理层的数据传输单元是比特。数据链路层的主要功能数据链路层的主要功能：在物理层提供的服务基础上，数据链路层在在物理层提供的服务基础上，数据链路层在 通信的实体间建立数据链路连接；通信的实体间建立数据链路连接；传输以传输以“帧帧”为单位的数据包；为单位的数据包；采用差错控制与流量控制方法，使有差错的采用差错控制与流量控制方法，使有差错的 物理线路变成无差错的数据链路。物理线路变成无差错的数据链路。17网络层的主

12、要功能网络层的主要功能：通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径；的路径；为数据在结点之间传输创建逻辑链路；为数据在结点之间传输创建逻辑链路；实现拥塞控制、网络互连等功能。实现拥塞控制、网络互连等功能。传输层的主要功能传输层的主要功能：向用户提供可靠端到端向用户提供可靠端到端（end-to-end）服务；服务；处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题；传输问题；传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层。机通信体系

13、结构中关键的一层。18会话层的主要功能会话层的主要功能：负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点到点负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点到点传输不中断；传输不中断；管理数据交换。管理数据交换。表示层的主要功能表示层的主要功能：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；数据格式变换；数据格式变换；数据加密与解密；数据加密与解密；数据压缩与恢复。数据压缩与恢复。19应用层的主要功能应用层的主要功能:为应用程序提供了网络服务为应用程序提供了网络服务;应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工作的应用

14、程序之间的同步协同工作的应用程序之间的同步;建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。20OSI环境中的数据传输过程 应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层 数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层应用进程A应用进程B比特序列帧分组报文数据单元数据单元数据数据传输介质主机主机A A主机主机B B211.2.4 TCP/IP在在TCP/IP协议研究时，并没有提出参考模型；协议研究时，并没有提出参考模型；1974年年Kahn定义了最早的定义了最早的TCP/IP参考模型；参考模型；20世纪世纪

15、80年代年代Leiner、Clark等人对等人对TCP/IP参考模型进一步参考模型进一步的研究；的研究；TCP/IP协议一共出现了协议一共出现了6个版本，后个版本，后3个版本是版本个版本是版本4、版本、版本5与版本与版本6；目前我们使用的是版本目前我们使用的是版本4，它的网络层，它的网络层IP协议一般记作协议一般记作IPv4；版本版本6的网络层的网络层IP协议一般记作协议一般记作IPv6（或或IPng,IP next generation）；）；IPv6被称为下一代的被称为下一代的IP协议。协议。22TCP/IP协议的特点 开放的协议标准开放的协议标准;独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于

16、特定的计算机硬件与操作系统；独独立立于于特特定定的的网网络络硬硬件件，可可以以运运行行在在局局域域网网、广广域域网，更适用于互连网中；网，更适用于互连网中；统统一一的的网网络络地地址址分分配配方方案案，使使得得整整个个TCP/IP设设备备在网中都具有惟一的地址；在网中都具有惟一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。应应用用层层（application layer）,传传输输层层（transport layer）,互互连连层层（internet layer）,主主机机-网网络络层层（host-to-network layer)23TC

17、P/IP 参考模型与 OSI 参考模型的对应关系 应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层应 用 层OSIOSI参考模型参考模型TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型传 输 层互 联 层主机网络层24主机-网络层参参考考模模型型的的最最低低层层，负负责责通通过过网网络络发发送送和和接接收收IP数据报数据报;允允许许主主机机连连入入网网络络时时使使用用多多种种现现成成的的与与流流行行的的协协议议，如如局局域域网网的的Ethernet、令令牌牌网网、分分组组交交换换网网的的X.25、帧中继、帧中继、ATM协议等协议等;当当一一种种物物理理网网被被用用作作传传送送IP

18、数数据据包包的的通通道道时时，就就可以认为是这一层的内容可以认为是这一层的内容;充充分分体体现现出出TCP/IP协协议议的的兼兼容容性性与与适适应应性性，它它也也为为TCP/IP的成功奠定了基础。的成功奠定了基础。25互连层相当相当OSI参考模型网络层无连接网络服务；参考模型网络层无连接网络服务；处理互连的路由选择、流控与拥塞问题；处理互连的路由选择、流控与拥塞问题；IP协协议议是是无无连连接接的的、提提供供“尽尽力力而而为为”服服务务的网络层协议。的网络层协议。传输层主主要要功功能能是是在在互互连连网网中中源源主主机机与与目目的的主主机机的的对对等等实体间建立用于会话的端实体间建立用于会话的

19、端-端连接；端连接；传输控制协议传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议；是一种可靠的面向连接协议；用户数据报协议用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议是一种不可靠的无连接协议。26应用层应用层协议主要有：应用层协议主要有：网络终端协议网络终端协议Telnet；文件传输协议文件传输协议FTP；简单邮件传输协议简单邮件传输协议SMTP；域名系统域名系统DNS；简单网络管理协议简单网络管理协议SNMP；超文本传输协议超文本传输协议HTTP。271.2.4 一种建议的参考模型根根据据参参考考模模型型和和TCP/IP的的不不足足，Andrew S.Tanenbanum 提出了一种建议的参考模型

20、。提出了一种建议的参考模型。281.计算机网络的分类计算机网络的分类方法主要的是以下几种计算机网络的分类方法主要的是以下几种：根据网络交换方式分类根据网络交换方式分类根据网络的覆盖范围与规模分类。根据网络的覆盖范围与规模分类。根据网络的拓扑结构分类。根据网络的拓扑结构分类。根据网络的层次结构分类。根据网络的层次结构分类。29.根据网络的交换方式进行分类 根根据据网网络络的的交交换换方方式式划划分分，计计算算机机网网络络可可分分为为：电电路路交交换换，报文交换，分组交换和混合交换网络报文交换，分组交换和混合交换网络 电路交换网络电路交换网络；报文交换网络报文交换网络；分组交换网络分组交换网络。混

21、合交换网络混合交换网络。30.按网络的覆盖范围进行分类 按覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分按覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分为以下三类：为以下三类：局域网局域网（local area network，LAN）；）；城域网城域网（metropolitan area network，MAN）；）；广域网（广域网（wide area network，WAN）。）。31局域网的技术特点覆覆盖盖有有限限的的地地理理范范围围，它它适适用用于于公公司司、机机关关、校校园园、工工厂厂等等有有限限范范围围内内的的计计算算机机、终终端端与与各各类类信信息息处处理理设设备连网的需求；备连网的需求；提

22、提供供高高数数据据传传输输速速率率（10Mb/s10Gb/s）、低低误误码码率的高质量数据传输环境；率的高质量数据传输环境；一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共 享介质式局域网与交换式局域网两类。享介质式局域网与交换式局域网两类。32城域网的技术特点城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络；城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络；城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需

23、求；业、机关、公司的多个局域网互连的需求；实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能；信息的传输功能；城域网在技术上与局域网相似城域网在技术上与局域网相似。33广域网的技术特点广域网也称为远程网；广域网也称为远程网；覆盖的地理范围从几十公里到几千公里；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，形成国际性的覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络；远程网络；通信子网主要使用分组交换技术；通信子网主要使用分组交换技术；它将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资它将分布在不同地区的计算机系统

24、互连起来，达到资源共享的目的。源共享的目的。34.按网络的拓扑结构分类 通信信道类型：广播信道通信信道类型：广播信道 点点-点线路点线路广广播播信信道道的的特特点点：一一个个公公共共的的通通信信信信道道被被多多个个网网络络结结点共享；点共享；广播信道通信子网广播信道通信子网4种基本拓扑构型：种基本拓扑构型：总线型总线型 环型环型 树型树型 无线通信与卫星通信型无线通信与卫星通信型35.按网络的层次结构分类 从从网网络络的的层层次次结结构构来来划划分分，可可以以分分为为主主干干网网络络、分分布布层层网络以及接入网络：网络以及接入网络：361.4 计算机网络的发展及其关键技术InternetInt

25、ernet网网无线移动无线移动互联网互联网广电网广电网 固定电信网固定电信网卫星网卫星网IPIPIPIPIPIPIPIPIP技术提供了各网统一的基础技术提供了各网统一的基础1.数字语音多媒体”三网合一”2.无线网络与固定网的融合 3.下一代网络具有更广泛的内涵 37小结计计算算机机网网络络是是计计算算机机技技术术与与通通信信技技术术高高度度发发展展、紧紧密密结结合合的的产产物物，网网络络技技术术对对当当前前社社会会发发展展产产生着重要的影响；生着重要的影响；从从资资源源共共享享观观点点来来看看，计计算算机机网网络络是是“以以能能够够相相互互共共享享资资源源的的方方式式互互连连起起来来的的自自治

26、治计计算算机机系系统的集合统的集合”；随随着着微微型型计计算算机机和和局局域域网网的的广广泛泛应应用用，在在现现代代的的广广域域网网一一般般是是通通过过路路由由器器将将局局域域网网与与广广域域网网互联起来，构成各种信息系统的运行平台；互联起来，构成各种信息系统的运行平台；38计计算算机机网网络络的的分分类类方方法法主主要要有有两两类类：按按网网络络所所使使用用的的传传输输技技术术分分类类与与根根据据网网络络的的覆覆盖盖范范围围与与规规模模分分类类。根根据据网网络络的的覆覆盖盖范范围围与与规规模模分分类类，计计算算机机网网络络分分为为局域网、城域网与广域网等三类；局域网、城域网与广域网等三类；I

27、nternet经经历历了了ARPAnet、NSFnet的的发发展展过过程程，TCP/IP协协议议为为Internet的的推推广广奠奠定定了了基基础础，WWW对对Internet的广泛应用提供了重要的工具；的广泛应用提供了重要的工具；39计计算算机机网网络络的的广广泛泛应应用用已已经经对对经经济济、文文化化、教教育育、科科学学的的发发展展与与人人类类生生活活质质量量的的提提高高产产生生了了重重要要影影响响，同同时时也也不可避免地带来一些新的社会、道德、政治与法律问题；不可避免地带来一些新的社会、道德、政治与法律问题；当当前前网网络络研研究究与与应应用用的的重重点点和和热热点点是是移移动动计计算算网网络络、网网络络多多媒媒体体计计算算、网网络络并并行行计计算算与与存存储储区区域域网网络络的的研研究究与与应用应用。40