上海交通大学计算机网络PPT课件.ppt
第1章 概述,计算机网络组成计算机网络分类计算机网络参考模型,计算机网络是由不同通信媒体和中继设备连接的、物理上独立的多台计算机组成的、将需传输的数据分成不同长度的分组进行传输和处理的系统多台自主计算机的互联系统必须指定网络中哪一台计算机来完成什么样的操作，即客户/服务器的工作方式,计算机网络,计算机网络图示,计算机网络的组成,计算机,传输的源点或目的点,计算机网络的组成,通信媒体,传输信息的通道，如双绞线、光纤等传输媒体上要解决的问题：比特串如何在媒体上传输？如何在一条媒体上传输多路信号？如何确定信道的传输能力？,常用的术语,信道：信息的通道。通常一条物理媒体上可以有多个信道数据：所要传输的信息，有数字数据和模拟数据信号：数据的载体，通常用数字信号或模拟信号数字传输和模拟传输带宽：有效的频率范围，即构成信号的最高频和最低频之差数据传输率：每秒能传输多少bit单工、半双工和全双工传输,计算机网络的组成,中继设备,帮计算机转发数据的设备，如路由器和交换机转发的方式称为交换方式电路交换存储转发虚电路交换,电路交换（电话）,在数据传输前，必须建立一条端到端的通路，称为连接，该连接可能穿越多个交换局，而每个交换局都必须为之提供连接一旦建立连接，整个通路将被独占，除信号传播的延时之外，数据传输无额外延时，数据中毋需包含目的地址线路的利用率较低建立连接时间长，连接建立时冲突概率高,电路交换,中继设备,帮计算机转发数据的设备，如路由器和交换机转发的方式称为交换方式电路交换存储转发虚电路交换,存储转发,数据的传输毋需建立连接，数据的传输是一站一站往下送，无论数据传输过程要跨越多少个交换局（通常是路由器），只要下一站不忙，该数据即送至下一站数据中必须包含目的地址，并采用存储-转发（store-forward）机制线路的利用率较高由于采用store-forward机制，所以在数据传输过程中，除了信号传播的延时之外，还有存储和转发的延时，而且可能延时较大，且不可估计,存储转发,A的路由表,E的路由表,C的路由表,存储转发,存储转发分为两类：报文交换分组交换,报文交换,将要发送的数据打成一个包，按存储转发的模式发送缺点：包的长度变化很大，无法在内存预留空间，通常存储在外存储器上，影响了访问的速度,存储转发,存储转发分为两类：报文交换分组交换,分组交换,报文长度有个上限，每个报文称为一个分组当发送的信息很长时，将被分为若干个定长的分组每个分组中必须包含目的地址，并采用存储-转发机制每个中间站点必须有缓存，但由于报文大小固定，所以缓存通常在内存中设置接收分组和发送分组的顺序可能不一致 ，在目的站点需要将某一消息对应的所有分组重组起来恢复成发送的消息,交换技术图示,报文交换 vs 分组交换,报文交换中，报文存放在外存。分组交换中，分组存放在内存。所以分组转发的速度比报文转发要快。分组交换有重组的问题，报文交换无需考虑,电路交换 vs 存储转发,电路交换在数据传输前，必须建立端到端的连接一旦某个节点故障，必须重新建立连接连接建立后，数据的传输没有额外的延时，能保证服务质量数据中不必包含地址域，仅需较短的虚电路号数据按序传输，但信道的使用率较低适合长时间传输大批量的数据，如流数据,电路交换 vs 存储转发（续）,存储转发在数据传输前，不必建立端到端的连接只要下一个节点空闲，即可传输信道的使用率较高数据的传输采用存储转发，延时不可估计数据中必须包含地址域适合传输文本型数据,中继设备,帮计算机转发数据的设备，如路由器和交换机转发的方式称为交换方式电路交换存储转发虚电路交换,虚电路交换,将电路交换和分组交换结合起来传输前先建立连接，即找好通路。信息还是以分组的形式传输。优点在分组传输时不需要找路径，提高传输速率分组传输时，占用线路。传输结束后可以供其它连接传输分组。线路利用率高，,虚电路交换的过程,虚电路连接的建立传输方发起连接请求，中间节点根据路径信息建立交换表，在交换表内，节点为连接分配一个虚电路号，并与输出端口号相关联，表示用户信息从该端口输入，立即从相关联的输出端口输出到下一节点虚电路连接的传输分组中没有目的地址，只有虚电路号，接收分组时只检查其头部，一旦得到其虚电路号，则立即查交换表，转发至适当的端口虚电路连接的拆除 删除中间节点的交换表中有关此链接的信息,虚电路子网,H1和H2已建立了1#连接H3要和H2建立连接只能是2#,A的交换表,C的交换表,E的交换表,信元交换,将分组分成固定长的单元 信元，并用虚电路方式交换ATM网用这种交换方式,一个典型的企业网络硬件平台,第1章 概述,计算机网络组成计算机网络分类计算机网络参考模型,网络分类,按拓扑结构分按技术分按规模分按传输介质分按使用范围分,按拓扑结构分,总线环形网状星形,网络分类,按拓扑结构分按技术分按规模分按传输介质分按使用范围分,按技术分,广播式网络点到点网络,网络分类,按拓扑结构分按技术分按规模分按传输介质分按使用范围分,按规模分,个域网PAN局域网LAN城域网MAN广域网WAN互联网Internet,PAN,提供短距离的的通信，包括蓝牙、红外、ISM无线蓝牙：小型外围设备与系统之间的通信。如手机与计算机、鼠标与主机红外：小型设备（手持控制器）与临近系统（计算机或娱乐设备）ISM无线：用工业标准频率进行通信，可能有干扰,局域网 LAN （Local Area Network ）,总线型 IEEE 802.3（以太网）CSMA/CD 10M总线型 IEEE 802.4（令牌总线）10M环 型 IEEE 802.5（IBM令牌环）4M 16M,地域：覆盖范围较小 传输技术：,城域网 MAN （Metropolitan Area Network）,私有网络 一个连锁超市，有十几个或几十个分布在市内公用网络 上海科技网,大型的LAN,广域网 WAN （Wide Area Network）,跨越地域较大的网络,主机（host） 端点系统（end system）通信子网（communication subnet） 简称子网资源子网（ resource subnet）,通信子网,传输线交换单元通常分组交换节点为路由器（router）,通信子网负责计算机之间的数据通信，由传输线和交换单元组成,资源子网,由通信子网互连在一起的计算机构成资源子网中的计算机负责运行对信息进行处理的应用程序，他们是网络中信息流动的源与宿，向用户提供可供共享的硬件、软件和信息资源,通信子网,资源子网,互联网,通常由路由器联接的LAN或WAN组成通信子网通常由路由器组成路由器之间用点到点方式连接路由器的传输机理为分组交换,互联网络硬件平台,网络分类,按拓扑结构分按技术分按规模分按传输介质分按使用范围分,按传输介质分,有线网无线网,网络分类,按拓扑结构分按技术分按规模分按传输介质分按使用范围分,按使用范围分,专用网公共网,第1章 概述,计算机网络组成计算机网络分类计算机网络参考模型,计算机网络参考模型,ISO/OSI参考模型TCP/IP参考模型本课程的网络模型,ISO/OSI参考模型,Tnbm P39 Fig. 1-20 OSI参考模型,层、协议和接口,Tnbm P27 Fig. 1-13 层、协议和接口,接口和服务,每一层的功能都是为它的上一层服务的实体entity 每层中活动的元素称为实体每一层和对方的同一层称为对等实体peer entity如第n层是服务提供者，则第n+1层为服务对象,分层的好处,通过每一层实现一种相对独立的功能来简化问题每一层的设计都是独立的，它不必关心下一层是如何实现的，只需知道下一层为我提供的服务，和我必须为上一层提供哪些服务当由于技术的变化使某层的实现需要变化时，不影响其他的层次,物理层（physical layer）,与传输媒体的接口，完成传输媒体上的信号与二进制数据间的转换,物理接口上发送或接收的是一串以某种规则表示的二进制的数据物理层定义的是接口的机械特性、电气特性、功能和过程特性等例如：插头、插座的几何尺寸，每根引脚的功能定义，逻辑0和1的电平定义，信号宽带定义,数据链路层（data link layer）,提供点到点的可靠传输，通常需把数据分成帧，并且保证帧的正确发送和接收识别帧的标志 帧的发送和接收，需校验、确认发送方在超时或收到否定性确认后，要重发重复帧要丢弃 在共享网络中，需解决信道共享问题等,网络层（network layer）,提供主机到主机的通路，其间可能存在多条通路，网络层将实现的功能包括：选择路由 拥塞控制 协议的转换 分段和重组 对用户的分组、字符等计数 等等,传输层（transport layer）,提供端到端的通路，应用到应用的通路传输层将把高层要求传输的数据分成若干个报文报文与帧不一样，帧只有帧标志（起始标志、结束标志），而报文有信源和信宿的地址及端口、报文的顺序号、确认号等等 低三层的通信对象通常是路由器，传输层是端到端的，必须考虑该报文怎样才能从源端正确地传输到目的端，而源端和目的端通常是主机,会话层（session layer）,建立有关会话的机制，或双向对话，或双向对话时要有切换等,如：说的一方应说一段就听一下对方的反应，因为，可能线路已断,表示层（presentation layer）,表示层关心的是语法和语义 对相关的数据的描述采用抽象的定义，如浮点数都用科学表示法相关数据的表示法转换 抽象数据结构的转换,应用层（application layer）,包括所有应用方面的协议 如：全屏幕功能，不同的终端其控制字符不尽相同，应作相应的转换，通常定义一个网络虚拟终端 不同系统之间的文件传输的方式不同，但表示的形式必须一致,OSI模型的数据传输,发送进程,实际数据传输路径,接收进程,举例：某人给他的朋友写一封信,计算机网络参考模型,ISO/OSI参考模型TCP/IP参考模型本课程的网络模型,TCP/IP参考模型,OSI,TCP/IP,在模型中不存在,7654321,Tnbm P43 Fig. 1-21 TCP/IP参考模型,互联网层（internet layer）,这里的互联网是基于无连接的分组交换网络 互联网层定义了正式的分组格式和协议，即IP协议（internet protocol），每个IP包的路由问题是互联网层要解决的问题互联网层与OSI中的网络层相对应,一个报文的各个不同的分组（称为IP包），可以通过不同的路径到达目的地，其到达顺序与发送顺序可能不一致,传输层（transport layer）,位于互联网层的上层，与OSI中的传输层相对应 其功能是使源端和目的端主机的对等实体进行对话定义了两个端到端的协议：,传输控制协议TCP（transmission control protocol）用户数据报协议UDP（user datagram protocol）,应用层（application layer）,TCP/IP模型的应用层包括所有的高层协议 （实际上，OSI模型中的会话层和表示层在很多应用中是没用的） 应用层常用协议：TELNET：标准终端仿真协议 FTP（File Transfer Protocol）：文件传输协议 SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）： 电子邮件协议 DNS（Domain Name Service）：域名系统服务,主机至网络层,在互联网层以下，TCP/IP参考模型没有定义，认为互联网是网络的互联，至于主机如何接入网络不是TCP/IP模型所需要考虑的问题TCP/IP模型面向的是网络，而不是主机,TCP/IP模型中的协议与网络,Tnbm P43 Fig. 1-22 TCP/IP模型中的协议和网络,TCP/IP协议簇,TCP/IP协议是一组协议的总称，包括：IP层（即互联网层）：IP、ICMP、ARP、RARP、OSPF TCP层（即传输层）：TCP、UDP应用层：FTP、SMTP、SNMP、TELNET、HTTP、DNS ,计算机网络参考模型,ISO/OSI参考模型TCP/IP参考模型本课程的网络模型,本课程的网络模型,结合ISO/OSI七层模型和TCP/IP四层模型的特点的五层网络模型,OSI,TCP/IP,7654321,本课程模型,
