数据通信的基本概念.ppt

数据通信的基本概念,1.数据与信息2.信号与信道3.数字数据与模拟数据4.数据通信模型5.数据通信系统的主要技术指标,1.数据与信息,数据是包含有一定内容的物理符号，是传送信息的载体。,1.数据与信息,信息是指数据在传输过程中的表示形式或向人们提供关于现实世界事实的知识，它不随载荷符号的形式不同而改变。,1.数据与信息,数据是信息传送的形式，信息是数据表达的内涵,2.信号与信道,信号是数据的电编码、电磁编码或其它编码。信号可以分为模拟信号和数字信号。,2.信号与信道,信道是信号传输的通道，包括通信设备和传输媒体。信道按传输信号的形式可以分为模拟信道和数字信道。模拟信道用于传输模拟信号，数字信道用于传输数字信号。,3.数字数据与模拟数据,模拟数据是指在某个区间产生的连续值，如：声音、视频、温度、压力。数字数据是有限个离散值，如字符串、整数数列。,3.数字数据与模拟数据,模拟信号是在一定范围内可以连续取值的信号，是一种连续变化的电信号，它可以不同频率在介质上传输。,3.数字数据与模拟数据,数字信号是一种离散的脉冲序列，它的取值是有限个数，它以恒定的正电压/负电压或正电压/0电压，表示“1”、“0”，可以用不同的位速率在介质上传输。,4.数据通信模型,通信系统的基本作用是在发送方(信源)和接收方(信宿)之间传递和交换信息。根据通信系统是利用模拟信号还是数字信号来传递消息，通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统。,4.数据通信模型,模拟通信系统利用模拟信号来传递信息，如现在广泛使用的电话、广播和电视。系统一般由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源组成,4.数据通信模型,4.数据通信模型,人们日常使用的拨号上网就是一个模拟通信系统的实例，发送端工作站发送的数据经调制解调器转换为模拟信号后，送到公共电话网上传输，到接收端经调制解调器变换为数字信号后，与服务器通信,4.数据通信模型,数字通信系统利用数字信号来传递信息，如计算机通信，数字电话、数字电视等。数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信道、解调器、信道译码器、信源译码器以及发送端和接收端时钟同步组成,4.数据通信模型,4.数据通信模型,主要特点：数字通信抗干扰能力强，可以实现信号的差错控制，传输质量高，通过对信号加密和防火墙技术可以实现保密通信，但数字通信所占的信道带宽远远大于模拟信道,4.数据通信模型,人们日常使用的拨号上网就是一个模拟通信系统的实例，发送端工作站发送的数据经调制解调器转换为模拟信号后，送到公共电话网上传输，到接收端经调制解调器变换为数字信号后，与服务器通信,5.数据通信系统的主要技术指标,带宽 信号在通信线路上传输时最高频率与最低频率之差叫信号的频带宽度，简称带宽或称为通频带。数字信号带宽与脉冲宽度成反比,5.数据通信系统的主要技术指标,信道容量 即单位时间内最大可传输信息的位数，是信道传输信息的最大能力的指标,5.数据通信系统的主要技术指标,位速率 位速率也称信号速率，常用S表示，位速率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位数来表示，其单位为位每秒(bps),5.数据通信系统的主要技术指标,波特率 波特率也称调制速率，也称码元速率,5.数据通信系统的主要技术指标,误码率 误码率指信息传输的错误率，是衡量传输系统可靠性的指标。误码率以在接收的码元中的错误码元占总传输码元的比例来衡量，通常应低于10-6,数据传输,1.数据传输的过程2.基带传输和宽带传输3.并行传输和串行传输,1.数据传输的过程 两台计算机之间的数据传输首先需要将信息用二进制代码来表示，其次还要将二进制代码以一定的信号形式(如电压、电流、脉冲等)来表示，然后将信号经由信道进行传输，到达接收方后，再根据这些信号恢复为代码，从而得到发送端的信息,数据传输的相关概念 模拟通信：模拟信号通过模拟信道进行 传 输。数字通信：模拟信号通过数字信道进行传输。数据通信：是专指信源和信宿中数据的形式是数字的，而不论是通过数字信道传输还是模拟信道传输,数字传输的优点：,抗干扰能力强 适合远距离传输 安全保密性好 适合多媒体信息传输,2.基带传输和宽带传输,数据传输方式依其数据在传输线上原样不变地传输还是调制变样后再传输，可以分为基带传输和宽带传输两大类,基带信号与基带传输,二进制数字脉冲信号称为基带信号基带传输是将数据直接转换为脉冲信号加到电缆上进行传送的数据传输方式,宽带信号与宽带传输,宽带信号是将多组基带信号分别调制不同频率的载波，并由这些载波分别占用不同频段的调制载波组成,宽带信号与宽带传输,宽带传输是将数据加载到载波信号上进行传送的数据传输方式,宽带信号与宽带传输,基带传输和宽带传输最重要的区别在于：基带传输采用的是“直接控制信号状态”的传输方式，而宽带传输采用的是“控制载波信号状态”的传输技术,3.并行传输和串行传输,依据传输线数目的多少，可以将数据传输方式分为：并行传输和串行传输。并行传输用于短距离、高速率的通信，串行传输用于长距离、低速率的通信,并行传输,并行传输是指数字信号以成组的方式在多个并行信道上传输，数据由多条数据线同时传送与接收，每个比特使用单独的一条线路,并行传输,并行传输的优点在于传送速率高，发收双方间不存在字符同步的问题，缺点是需要多个并行信道，增加了设备的成本，而且并行线路的电平相互干扰也会影响传输质量，不适合做较长距离的通信，主要用于计算机内部或同一系统设备间的通信,并行传输,常见的并行传输如计算机与打印机之间的数据传输,串行传输,串行传输就是将比特流逐位在一条信道上传送。需要解决收发双方如何保持码组或字符同步的问题。相对于并行传输，串行传输的效率低，传输速率慢，但由于只有一条信道，减少了设备的成本，且易于实现与维护。计算机与Modem之间的通信就是串行传输,串行传输,相对于并行传输，串行传输的效率低，传输速率慢，但由于只有一条信道，减少了设备的成本，且易于实现与维护。计算机与Modem之间的通信就是串行传输,数据通信,1.掌握单工、半双工和全双工通信的基本原理、特点及主要区别；2.掌握异步传输和同步传输的基本工作原理；3.理解多路复用技术的基本工作原理,1.单工、半双工和全双工通信,在串行通信中，根据数据流的方向可以将通信分为单工、半双工和全双工通信3种方式。单工通信 半双工通信 全双工通信,单工通信,单工通信是指在两个通信设备间，信息只能沿着一个方向被传输。采用单工通信时，在通信设备双方中，一方为发送设备，另一方为接收设备。广播和电视节目的传送以及寻呼系统都属于单工通信的例子,半双工通信,半双工通信是指两个通信设备间的信息交换可以双向进行，但不能同时进行。也就是说，在同一时间内仅能使信息在一个方向上传输 半双工通信设备的两端要求既要有发送设备，又要有接收设备，因此该方式需要具有信道转换能力，通常用软件控制换向，换向过程中存在换向的延时时间，也可以采用人工操作机械开关的方法进行控制。其典型的例子是对讲机或计算机与终端的通信,全双工通信,全双工通信是指两个通信设备间可以同时进行两个方向上的信息传输。两个通信应同时具有发射和接收的功能，与通信站相接的传输设备和传输控制协议必须提供全双工的工作方式，同是还应对缓存器作特殊的考虑，如想进行同时读写就要求缓存中也能同时释放和分配存储器等。我们平时使用的手机类似于全双工通信,异步传输和同步传输,异步传输 同步传输,异步传输,异步传输方式又称为起止式同步方式，它是以字符为单位进行同步的，且每一字符的起始时刻可以为任意,一般“起”信号的长度规定为1个码元宽度，极性为“0”，即用空号(space)代表，“止”信号可以为1、1.5或2个码元的宽度，其长度的选取与所采用的传输代码类型有关。在异步传输方式中字符可以被单独发送或连续发送，字符与字符的间隔期间可以连续发送“1”状态，当不传字符时，不要求收发时钟同步，仅在传输字符时，收发时钟才需要在字符的每一位上同步。异步传输方式的优点是每一个字符本身就包括了本字符的同步信息，不需要在线路两端设置专门的同步设备。其缺点是每发一个字符就要添加一对起止信号，线路的开销增加，传输效率低。异步传输方式常用于1200bps的低速率数据传输中，目前仍在广泛使用。,同步传输,同步传输方式是以固定的时钟节拍来连续串行发送数字信号的一种方法,同步传输方式中，要求收发两端的时钟都必须在每个比特上保持一致。在同步传输中，数据的发送一般以帧为单位。传送时在每个帧的帧首加两个或两个以上同步字符Sync，帧内每个字符前后不附加起止位。同步字符Sync是一个独特的比特组合，用于通知接收方一个帧已经到达。Sync类似于异步传输中的起始位，但它除了具有起始位的功能外，还能确保接收方的采样速度和比特的到达速度保持一致，收、发方一般采用同一同步时钟。实现同步传输方式的收发时钟同步方法有两种：外同步法和自同步法。同步传输方式具有较高的效率，常用于大于2400bps的速率的传输,3.多路复用技术,频分多路复用技术 时分多路复用技术 波分复用技术,频分多路复用技术,频分多路复用将信道的可用带宽划分为若干个小频带，每个小频带传送一路信号，形成一个子信道。频分多路复用常用于模拟信号的传输，如收音机、电视机等，FDM也用于宽带网络。载波电话通信系统是频分多路复用的典型例子,时分多路复用技术,时分多路复用技术是将通信信道传输数据的时间划分为若干个时间段，每一路信号占用一个时间段，在其占用的一段时间内，信号独自使用信道的全部带宽。时分多路复用通常用于数字数据的传送，也可用于模拟信号的传送。时分多路复用在任一时刻，只传送一种信号，多路信号分时地在信道中传送，而频分多路复用是在任一时刻，同时传送多路信号，各路信号占用的频带不同,波分复用技术,波分复用是把光波波长分割复用，在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。基本原理是在发送端将不同的光信号组合起来，也即是复用过程；耦合到光线线路上用一根光纤进行传输，在接收端又将组合波长的光信号区分开来，即完成解复用过程，再通过进一步处理恢复出原信号后送入不同的终端,数据交换,1.掌握电路交换的工作原理、工作特点及适用网络类型2.掌握报文交换的工作原理、工作特点及适用网络类型3.掌握分组交换的工作原理、工作特点及适用网络类型,数据交换,计算机网络中常用的数据交换技术主要是电路交换、报文交换和分组交换三种。电路交换的原理类似于传统的电话系统，在教学中可以采用类比的方法进行教学有利于学生对电路交换的理解；报文交换的原理类似于平时的邮政系统，与人们邮寄信件的过程非常相似，教学中可以以人们邮寄信件来辅助报文交换的理解；分组交换的方式有两种情况：虚电路和数据报。教学中要分析清楚两种情况的区别,数据交换,1.电路交换2.报文交换3.分组交换,1.电路交换,电路交换的原理 电路交换的特点 适用范围,电路交换的原理,电路交换过程主要有三个阶段：电路建立、数据传输和电路拆除。电路建立在传输数据之前，先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。数据传输电路建立以后，数据就可以从源站发送往目的站，电路连接是全双工的，数据可以在两个方向传输。在整个数据传输过程中，所建立的连接必须始终保持连接状态。电路拆除数据传输结束后，由某一方发出拆除请求，然后逐节拆除到对方的节点链路，将电路的使用权交还给网络，以供其他用户使用 电路交换属于电路资源预分配系统，即每次通信时，通信双方都要连接电路，且在一次连接中，电路被预分配给一对固定用户。不管该电路上是否有数据传输，其他用户都不能使用该电路直至通信双方要求拆除此电路为止,电路交换的特点,电路交换方式的特征是在整个连接路径中均采用物理连接，具有以下的一些优点：信息传输时延小；电路是透明的；信息传送的吞吐量大。采用电路交换方式传送数据的缺点：所占用的带宽是固定的，造成网络资源的利用率较低；由于通信的传输通路是专用的，采用电路交换方式进行数据通信的效率较低；通信双方在信息传输速率、编码格式、同步方式、通信规程等要完全兼容，不同速率和不同通信协议之间的用户不能通信,适用范围,电路交换方式进行数据通信，可以用于公用交换网，即电话网，以及专线方式，如数字数据网。电路交换适用于信息量大的场合,2.报文交换,报文交换也称为包交换，它将用户的一个报文分成若干个报文组，以报文组为单位采用“存储-转发”交换方式进行通信,2.报文交换,报文交换的工作原理 报文交换的特点,报文交换的工作原理,报文交换采用存储-转发原理，即交换机把来自用户的报文先暂时存在节点机内排队等候，网络上链路空闲时就转发出去至下一节点，报文在下一节点再存贮-转发，直到到达目的节点。信息是以报文为单位传输的，网络节点具有信息处理、存储和路由选择的功能,报文交换的特点,报文交换的优点是：报文交换过程没有电路接续，可以采用多路复用，提高线路的利用率；用户不需要叫通对方就可以发送报文；容易实现不同类型的终端之间的通信。报文交换的缺点是：数据时延较大，不利于实时通信；要求交换机有高速处理能力及大的存储容量，增加了设备的开支,3.分组交换,分组交换采用了“存储转发”的方式，同时把报文分割成若干较短的按一定格式组成的分组进行交换和传输。分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种，是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术,3.分组交换,虚电路分组交换数据报分组交换 分组交换的特点,虚电路分组交换,虚电路分组交换在传送数据前必须在发送端和接收端之间建立一条逻辑连接，数据按照事先建好的路径顺序传输。传送数据量较大时，通常采用虚电路方式,数据报分组交换,数据报分组中每个分组的大小有严格的限制，每个数据报自身携带足够的地址信息。各数据报所走的路径不一定相同，各个数据报到达目的地的顺序可能不同，有的数据报会丢失,分组交换的特点,分组交换采用“存储-转发”方式，不独占信道；信息传输时延较小；为不同通信规程的数据终端间能相互通信提供了会话环境；可靠性高。分组交换的技术实现复杂，软件及硬件结构都较为复杂；网络附加的信息较多。分组交换主要应用于计算机终端连网,数据交换,电路交换在数据传输之前必须先设置一条完全的通路，在线路拆除之前，该通路由一对用户完全占用，线路利用率不高。对于较轻和间接式负载，可以通过电话拨号来使用公用电话系统线路，对于很重和持续的负载，可以使用租用的电路交换线。报文交换的报文从源点传送到目的地采用存储转发的方式，报文需要排队，不适合于交互式通信，不能满足实时通信的要求。分组交换方式和报文交换方式类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大长度。分组交换技术是在数据网中最广泛使用的一种交换技术，线路利用率高，适用于交换中等数据或将数据交换到大容量设备的情况,差错控制,我们经常在电视上看到这样一种游戏，甲对乙作某种动作，乙模仿甲的动作再向丙演示，丙再向丁演示，这样，最后一个人演示的动作与甲的动作有了很大的区别。这说明在动作传输过程中，出现了差错。数据通信也有这种出现，在计算机间进行数据通信时，如果一组数据产生错误，在接收端就会出现错误的解释，得不到正确的结果。在数据通信过程中，如果差错控制在一定的范围内，对接收方影响还不大，如果差错太多，就影响数据的正确传输了，需要采取必要的手段对差错进行控制,差错控制,1.差错控制机制2.差错控制基本方式3.常用的检纠错码,1.差错控制机制,差错与差错控制 噪声种类 差错控制方法,1.差错控制机制,差错与差错控制差错也称为传输差错，是指数据在传输过程中，由于外界因素或线路本身的电器特性，使接收端接收到的数据与发送的数据不一致。差错控制是指在数据传输过程中，使用必要的技术或方法，发现或纠正数据传输中的差错，把差错限制在尽可能小的范围内的控制技术,1.差错控制机制,噪声种类传输差错是一般是由噪声引起的，噪声主要有两类：一类是热噪声，是电子在传输介质导体中作高速杂乱运行，产生的一种宽频背景噪声，是随机的噪声；另一类冲击噪声，是由外界电磁干扰引起的，冲击噪声比热噪声幅度大，是引起传输差错的主要原因,1.差错控制机制,差错控制方法检错法，是在要发送的数据块上附加冗余位，使接收方知道有差错发生，但不知道是什么样的差错，然后向发送方请求重传，常用的是奇偶校验码和CRC循环冗余校验码；纠错法，是在要发送的数据块上附加足够的冗余信息，使接收方能够推导出已发出的数据应该是什么，常用的是海明校验码,2.差错控制基本方式,差错控制基本方式主要有检错反馈重发、前向纠错和混合纠错三种 检错反馈重发 前向纠错方式 混合纠错,2.差错控制基本方式,检错反馈重发 检错反馈重发又称为自动请求重发，简称ARQ。工作原理：发送端对所发送的序列进行差错控制编码，接收端根据检验序列的编码规则判决有无误码，若发现有误码，则利用反向信道要求发端重发有错的信息，直至接收端检测认为无误为止，从而达到纠正差错的目的。可以工作于半双工链路和全双工链路上,检错反馈重发,工作于半双工链路上的又叫停等式ARQ，发送端在发完一组信息后就停下来等待接收端由反馈信道送回的判决信号。如果送回的是“否认”(NAK)或收到的是“否认”信号，在计时器停止计时前则需重发该组信号。如收到“肯定”信号，则继续发送下一组。这种方式常用于面向字符的传输控制协议中。工作于全双工链路上的ARQ，信息组和判决信号均被编号，发送端可连续发送信息，同时检测接收端送回的判决信号，并依据接收端的要求重发全部或选择重发部分信息，这种连续式ARQ系统常用于面向比特的传输控制规程中 反馈重发方式的缺点是需要双向信道，且实时性较差,前向纠错方式,工作原理是：发送端将信息编成具有检错和纠错能力的码字并发送出去，接收端对收到的码字进行译码，译码时不但能发现错误，而且能自动进行错误纠正，并且将已纠正的信息送给接收器。特点：不需要反向信道，也不存在由于反馈重发而造成的时延，实时性好；需要较为复杂的译码设备，为了确定和纠正错误码元，有较多的冗余码元，传输效率有所下降,混合纠错,混合纠错方式综合了上述两种纠错方式，其基本原理是发端发送具有一定纠错能力的码字，接收端对所收到的数据进行检测。若发现错误，就对少量的能纠正的错误进行纠正，而对于超过纠错能力的差错通过反馈重发方式予以纠正,3.常用的检纠错码,常用的检纠错码主要有循环冗余码 奇偶检验码 等重码 方阵检验码,3.常用的检纠错码,循环冗余码CRC，又称多项式码。它利用事先生成的一个多项式去除要发送的信息多项式，得到多项式就是所需的循环冗余校验码。循环码检验具有良好的数学结构，易于实现，发送端编码器和接收端检测译码器的实现较为简单，同时，具有十分强的检错能力，特别适合于检测突发性错误，在计算机网络中得到了广泛的应用,3.常用的检纠错码,奇偶检验码是一种最常见的检错码。它是在一个二进制数上加上一个校验位，以便检测差错。在偶校验中，要在每个字符上加上一个附加位，使得该字符中“1”的个数为偶数。在奇校验中，要在每一个字符上增加一个附加位，使得该字符中“1”的个数为奇数，接收方则通过判断接收的数据中1的个数是否为偶数来确定传输是否出错。奇偶校验方法非常简单，但并不十分可靠，奇偶校验一般只用于通信要求较低的环境。通常偶校验用于异步传输或低速传输，奇校验用于同步传输,3.常用的检纠错码,等重码又叫恒比码，其特点是码集中每个码组中“1”和“0”的个数保持恒定比例，如果接收端收到码不符合恒比规律，就认定有错。该码只能检测奇数个差错，所以在实际中常运用反馈重发方式使差错明显减少,3.常用的检纠错码,方阵检验码也称为行列监督码，其码字中的每个码元受到行和列的两次监督。方阵码常用于纠正突发差错，该码常用于计算机内部通信系统中,三、课堂总结,1.差错控制机制（噪声种类和差错控制方法）2.差错控制的基本方式（检错反馈重发方式、前向纠错方式和混合方式）3.常用的检错码（CRC、奇偶检验码、等重码、方阵检码码）,四、课堂练习,1.数据传输过程中出现差错的主要原因是什么？3.简述奇偶检验码的工作原理。,网络体系结构概述,理解网络协议的内涵理解网络分层设计的思想掌握网络体系结构的概念,网络体系结构概述,网络协议与网络分层设计思想是学习网络体系结构的基础，只有很好地理解了网络协议在网络数据传输的重要性以及网络分层设计的思想，才能理解与掌握开放系统互联参考模型与TCP/IP网络体系。对于网络为什么要使用一定的协议可以使用现实生活中的打电话进行比喻教学；而网络分层设计思想可以用人与人交流的例子进行比喻教学，有助于学生对抽象的网络知识的理解与掌握,网络体系结构概述,人与人在日常生活中相互交流时，都在不知不觉遵守了一定的约定，几个人聊天会围绕一个共同的话题，如果某个人对这个话题不了解的话或是听不懂别人所说的语言，那他便不能与参与交流。计算机网络中计算机与计算机之间的交流，各计算机也必须遵守一些事先约定好的规则，如果网络中某台计算机不遵守这一规则，则该计算机就不能与其他交流，如果用网络术语来说就是进行不能进行数据交换。为了使计算机之间能够顺利地进行交流，人们为其制定了相应的规则，设计了计算机网络的体系结构,网络体系结构概述,1.网络体系结构的概念2.网络协议3.分层设计,网络体系结构概述,1.网络体系结构的概念网络体系结构是为了完成网络中计算机间的通信合作，把计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，规定了同层次实体通信的协议及相邻层之间的接口服务。将这些同层实体通信协议及相邻层接口统称为网络体系结构,网络体系结构概述,2.网络协议网络传送是个很复杂的过程，为了实现计算机之间可靠地交换数据，许多工作要协调（如发送信号的数据格式，通信协调与出错处理，信号编码与电平参数，传输速度匹配等）。（讲解教材中的打电话的例子来说明协议）,网络体系结构概述,假定一个与网络相连的设备正向另一个与网络相连的设备发送数据，由于各个厂家有其各自的实现方法，这些设备可能不完全兼容，它们相互之间不可能识别和通信。解决方法之一是在同一个网络中全部使用某一厂家的专有技术和设备，在网络互连的今天已不可行。另一种方法就是制定一套实现互连的规范（标准），即所谓“协议”。该标准允许每个厂家以不同的方式完成互连产品的开发、设计与制造，当按同一协议制造的设备连入同一网络时，它们完全兼容，仿佛是由同一厂家生产的一样。（网络中使用协议的原因）,网络体系结构概述,将为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准、约定称为网络协议网络协议有三种组成要素：语法、语义和交换规则。（本行及上行板书）语义规定通信双方彼此“讲什么”（含义），语法规定“如何讲”（格式），交换规则规定了信息交流的次序（顺序）,网络体系结构概述,3.分层设计 分层概念 网络通信分层设计 网络采用层次化结构的优点,分层概念,将人与人的“通信”分为三个相关的层次：认识层、语言层、传输层。如果让一讲南方方言老妪与南京一教授进行如下的“通信”。,网络体系结构概述,如果让一讲南方方言老妪与南京一教授进行如下的“通信话题老妪 南京教授 结 果 用网络术语表达结果语言菜价 计算机网络技术“不可理喻”认识层“协议”不兼容方言 英语“不知所云”语言层“协议”不兼容通信方式电话 电脑“不可沟通”传输层“协议”不兼容,网络体系结构概述,如果让一讲南方方言老妪与当地一教授进行如下的“通信”。话题老妪 当地教授 结 果 用网络术语表达结果语言当地治安 当地治安“可以交流”认识层“协议”兼容方言 方言“可以理解”语言层“协议”兼容电话 电话“可以沟通”传输层“协议”兼容,网络体系结构概述,所以，人们为了能够彼此交流思想，需借助一个分层次的通信结构；其次，层次之间不是相互孤立的，而是密切相关的，上层的功能是建立在下层的基础上，下层为上层提供某些服务，而且每层还应有一定的规则。网络通信情况同样如此，只是区分更细一些,网络体系结构概述,网络通信分层设计网络体系通常采用层次化结构，每一层都建立在其下层之上，每一层的目的是向其上一层提供一定的服务，并把服务的具体实现细节对上层屏蔽，如图下图所示,网络体系结构概述,网络通信分层设计,网络体系结构概述,分层体系结构中，下层通信实体（服务提供者）为上层实体（服务用户）提供的通信功能 比喻：有两位经理私人关系不太好，又都比较官僚，总之他们之间不能直接通话。他们每个人都雇用了一位高级助理，负责起草公函、与贸易伙伴沟通的事务性工作。由于公司较大，业务繁忙，高级助理又有一些秘书负责打字、传真、接听电话等一般性工作。这样，每个公司都形成了三个层次的机构,网络体系结构概述,甲方经理对乙方的供货不满意，希望对乙方经理表达退货的意思，于是他让自己的高级助理起草一份文件发送出去。这位助理先生领会了经理的意思后，按照业界的惯例写了一份正式公函，并加上了一些冠冕堂皇的理由，然后把它交给秘书发送出去。秘书拿到公函，按照公司通信录查到乙公司的传真号码，整理好后发给了乙公司。乙公司的秘书接到传真后将有用的公函部分呈交给高级助理，而高级助理经过分析后，将关键内容汇报给了经理。乙公司经理对公文格式、表面理由都不感兴趣，当然他更不会关心最初收到的信息是传真、电子邮件还是邮寄信函，他所关心的只是甲公司经理的意见。这里，甲乙公司都可以看作是网络结点，而经理、助手和秘书是一个个的通信实体。处于不同结点的相同层次的实体叫做对等实体。而协议实际上是对等实体之间的通信规则的约定。比如两个公司的秘书之间就有收发传真、和普通信函的协议，高级助理之间都遵照标准公函的协议，经理之间当然也有协议，不过那就是商人们的事情了,网络体系结构概述,网络采用层次化结构的优点 各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现细节，只要知道低层所提供的服务，经及本层向上层所提供的服务即可，能真正做到各司其职。现和维护，某个层次实现细节的变化不会对其他层次产生影响。易于实现标准化,三、课堂练习,1.请用自己的语言描述网络体系结构2.举例说明网络协议的概念3.谈一谈对分层设计的认识4.计算机网络中采用层次化结构设计的优点是什么？,四、课堂总结,1.网络体系结构（请学生用自己的理解进行描述）2.网络协议3.分层设计,TCP/IP核心协议,1.了解IP协议的相关内容并掌握主要功能；2.了解TCP协议的相关内容并掌握主要功能；3.掌握TCP/IP协议的工作过程；4.了解TCP/IP协议集中其他协议的主要内容,TCP/IP核心协议,TCP/IP协议是一个协议组，学生可能会理解成是由两个协议组成的，而且在网络协议添加时，也是选择TCP/IP协议，更容易使学生理解为是两个协议的组合，虽然有上一次课的基础，这里还是要使学生理解协议组的概念。可以采用类比法来进行说明，如“毛泽东思想”这一概念是毛泽东一个人的吗？“马家军”是马俊仁一个人的吗？有了协议组的概念，再分别讲述各个协议的功能就比较方便了。在内容上，由于报文格式比较复杂，学生只需要了解就可以了，而TCP/IP协议的工作过程需要学生重点掌握。,TCP/IP核心协议,通过上一节课的学习，我们知道了常用的网络协议有多种，TCP/IP是目前使用最为广泛、适应性最强的一种网络协议，它将网络分为四个层次，各个层次完成各自的功能，每个层次中都有各自的协议发挥作用，所以TCP/IP并不是一个协议，而是一个协议的组合，TCP和IP协议是这个协议组合中最重要的协议，今天我们来学习TCP/IP的核心协议,TCP/IP核心协议,1.TCP/IP协议集2.无连接和面向连接的通信服务3.网际协议IP4.传输控制协议5.TCP/IP协议的工作过程6.其他协议,1.TCP/IP协议集,1.TCP/IP协议集TCP/IP不是一个简单的协议，而是由一组小的、专业化协议构成的，包括TCP、IP、UDP、ARP、ICMP以及其他的许多被称为子协议的协议。在众多的子协议中TCP和IP协议是最重要的核心协议,1.TCP/IP协议集,应用层的主要协议有SMTP、FTP、DNS、FTP、SNMP、TELNET等；传输层的主要协议有TCP、UDP协议；网络互连层的主要协议有IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP等。,1.TCP/IP协议集,2.无连接和面向连接的通信服务,在面向连接的通信中，发送数据包前，发送方的网络层协议应首先与接收方的网络层协议建立连接（握手）。连接建立后，从同一个源地址到同一个源目标地址的数据包串即开始一个接一个地发送出去。此时各数据包间存在某种关系：它们沿同一条路径被逐个传送，前后之间相互关联。连接建立后具有同样源地址和目标地址的数据包串的路由选择只在建立连接时进行一次。路由器不必为每个数据包重复计算路由,2.无连接和面向连接的通信服务,在无连接通信中，网络协议对每个数据包都单独处理，各数据包间不存在任何联系。一个报文中的各个数据包可能通过不同的路径到达目标地址。（IP协议）,2.无连接和面向连接的通信服务,类比：电话系统和普通邮政系统所提供服务。电话系统：首先要在用户之间建立连接，然后在该连接上进行数据传送，最后断开连接。先要拨号等待对方摘机建立通路，然后才能相互交谈，最后还要通过挂机来断开电话通话。邮政系统：每一封信上都必须写上完整的收信方地址，并且每一封信都独立于其他信件经由邮政部门选定的路径传递到收信方。当使用无连接服务的两个报文发向同一目标时，可能先发的报文在途中丢失或延误了，而后发的报文反而先收到，如同信件可能在途中遗失或先发的后收到一样。换言之，无连接的服务不能保证报文不丢失和一定按序到达，而这在面向连接的服务中是绝对不可能发生的。,3.网际协议IP,IP协议是网络互连层最重要的协议，负责在通信子网范围内实现跨越互连网络的主机间的相互通信。其功能：提供无连接数据报服务将传输层报文加上报头(源和目的站的IP地址等)形成IP数据报，然后送往下层（必要时“分片”后下传）接收并校验下层送来的IP数据报，去掉报头后送往传输层,3.网际协议IP,数据报结构（本行及下行板书）数据报是指自带寻址信息的独立地从数据源行走到终点的数据包IP数据报由两部分组成：报头和数据。报头部分20（基本）60（加上选项）字节，数据报总长2065536字节,3.网际协议IP,数据报的分段与重组,IP数据报在互联网上传输，需要封装成帧进行传输，物理帧的长度是固定的需要对数据报进行分段处理。IP协议为了能够使较大的数据报文以适当的大小在网络上传输，先对上层协议提交的数据报文进行长度检查，根据物理网络所允许的最大发送长度把数据报文分成若干个段发送，这就是数据报的分段，然后再将每段独立地进行分送。重组是分段的反过程,4.传输控制协议（TCP）,传输控制协议TCP属于TCP/IP协议群中的传输层，是一种面向连接的子协议，在该协议上准备发送数据时，通信节点之间必须建立起一个连接，才能提供可靠的数据传输服务。TCP协议位于IP协议的上层，通过提供校验和、流控制及序列信息弥补IP协议可靠性上的缺陷。其主要功能是：提供面向连接的进程通信（本行及下两行板书）提供差错检测和恢复机制流量控制机制,4.传输控制协议（TCP）,提醒注意：IP协议用于实现计算机级的通信（主机-主机的通信），即它只负责将信息送到目标计算机处。而TCP协议的任务之一就是把信息进一步传送给适当的进程，从而建立进程对进程的通信。或者说，网络层使组成报文的每个数据包到达了正确的计算机，而传输层使整个报文到达了该计算机上正确的进程。,TCP报文是两台计算机的传输层之间交换的协议数据单元，Internet上面向连接的传输服务的连接建立、数据传输、发送确认消息以及关闭连接等都涉及到TCP报文的交换。TCP报文包括一个20个字节的固定长度及一个变长的选项部分,5.TCP/IP协议的工作过程,IP协议的工作是将原始数据从一地传送到另一地；TCP协议的工作是管理这种流动并保证其数据的正确性。TCP/IP的工作过程是一个“自上而下，自下而上”的过程，数据传递是按应用层传输层网络互连层网络接口层传递，具体的传递过程如下：,5.TCP/IP协议的工作过程,在发送方主机上，应用层将数据流传递给传输层；传输层将接收到的数据流分解成以若干字节为一组的TCP段，并在每一段上增加一个带序号的的TCP报头，传递给IP层；在IP层将TCP段作为数据部分，再增加一个含有发送方和接收方IP地址的包头组成分组或包，同时还要明确接收方的物理地址及到达目的主机路径，将此数据包和物理地址传递给数据链路层；数据链路层将IP分组作为数据部分并加上帧报头组成一个“帧”，交由物理层接收主机或IP网间路由器；在目的主机处，数据链路层将帧去掉帧头，将IP分组交给IP层；,5.TCP/IP协议的工作过程,IP层检查IP包头，如果包头中校验和与计算出来的不一致，则丢弃此报文分组，如果检验和与计算出来的一致，则去掉IP报头，将TCP段传送到TCP层；TCP层检查序号，确认是否为正确的TCP段；TCP层计算TCP报头和数据校验和，如果计算出来的校验和与报头的校验和不符合，则丢弃此TCP段，如果检验和正确，则去掉TCP包头，并将真正的数据传递给应用层，同时发出“确认收到”的信息；在接收方主机上的应用层收到一个数据流正好与发送方所发送的数据流完全一样,5.其他协议,用户数据报协议网际控制报文协议地址解析协议反向地址解析协议,三、课堂总结（学生与老师共同完成）1、TCP/IP协议集2、无连接与面向连接的通信3、网际协议IP的主要功能4、TCP协议的主要功能5、TCP/IP协议的工作过程6、其他的协议主要有：,