网络技术体系结构与标准.ppt
2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,1,第2章 网络体系结构与网络标准,本章主要内容：2.1 网络体系结构 2.2 TCP/IP模型 2.3 局域网标准IEEE802.X 2.4 以太网与快速以太网 2.5 其它局域网技术,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,2,知识点,OSI模型，TCP/IP模型 IP地址局域网标准 以太网,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,3,难 点,TCP/IP协议,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,4,第1节 网络体系结构,网络体系结构概述OSI参考模型,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,5,2.1.1 网络体系结构概述,1.协议 2.层次 3.接口 4.网络体系结构 5.网络体系结构的层次结构 6.层次结构的优点,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,6,1.协议,为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议。包括三个组成部分：语法、语义和时序。（1）语法规定了通信双方“如何讲”，即确定用户数据与控制信息的结构与格式；（2）语义规定通信的双方准备“讲什么”，即需要发出何种控制信息以及完成的动作与做出的响应；（3）时序规定双方“何时进行通信”，即对事件实现顺序的详细说明。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,7,2.层次,将网络通信中总体要实现的功能先加以分解，并分配在不同的层次中实现。对于每个层次要完成的服务及服务实现的过程都有明确规定；不同的网络系统可以分成相同的层次；不同系统的同等层具有相同的功能；低层可以向高层提供服务，而高层可直接调用低层的服务。高层在调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。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,8,3.接口,接口是同一节点内相邻层之间交换信息的连接点。同一个节点的相邻层之间存在着明确规定的接口，由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，即使低层功能的具体实现方法与技术发生了变化也不会影响整个系统的工作。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,9,4.网络体系结构,通常将网络层次结构模型与各层协议的集合就定义为计算机网络的体系结构。网络体系结构对计算机网络的功能进行了精确的定义，至于这些功能是用什么样的硬件与软件去实现的，则是具体的实现问题。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,10,5.网络体系结构的层次结构,分层的基本原则：（1）网络中的每一个节点都具有相同的分层结构，同一个节点的相邻层之间有一个明确规定的接口，该接口定义了下层向上层所能提供的服务。（2）每层完成一组特定的有明确含义的协议功能，并尽量减少相邻层间传递信息的数量。（3）同一节点中的每一层能够同相邻层通信，但不准跨层进行通信。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,11,6.层次结构的优点,（1）各层之间相互独立。（2）灵活性好。（3）各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变也不会影响到其他层。（4）易于实现和维护。（5）有利于促进标准化。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,12,2.1.2 OSI参考模型,1.标准化的介绍 2.ISO/OSI网络参考模型,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,13,1.标准化的介绍,标准化的优点：能够保证设备或软件的规范性，使之具有较高的兼容性和适用范围，以促进大批量的生产，进而降低价格。标准化的缺点：重点围绕某些特定的技术加以研究，而对于一些新的、可能更为有效的技术重视不够。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,14,1.标准化的介绍,标准化组织：（1）ISO（国际标准化组织）（2）CCITT（国际电报电话咨询委员会）（3）ITUT（国际电信联盟）（4）ECMA（欧洲计算机制造商协会）（5）ANSI（美国全国标准协会）（6）IEEE（电气和电子工程师协会）（7）EIA（电子工业协会）,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,15,2.ISO/OSI网络参考模型,分层原则如下：（1）层数应足够多，以避免不同的功能混杂在同一层上，但也不能太多，否则体系结构会过于庞大。（2）每层应完成特定的功能，且类似的功能应尽量集中在同一层内实现，所在层的功能都应符合国际标准协议的规定。（3）各层之间要相对独立，也就是说某一层功能的更改不会影响其他各层。（4）每层通过接口与其相邻的上层或下层进行联系，各层的边界应放在服务描述少且信息穿过最少的地方。（5）同一层内也可设置若干子层，由每个子层实现不同要求的服务。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,16,OSI参考模型共分为七层,物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,17,物理层,物理层规定了接口的标准，由四个特性来详细说明。机械特性规定了接插件的尺寸，插头的数目，排列方法以及插头和插座的尺寸，电缆的长度以及所含导线的数目等。电气特性规定了数据交换信号以及有关电路的特性。一般规定了数据传输率、信号状态的电压和电流的识别、阻抗匹配以及距离限制等。功能特性规定各接口信号线的特定功能。通常信号线可分为四类：数据线、控制线、同步线和地线。规程特性定义了利用信号线传输信息的一组操作规程，即各信号线工作的规则和先后顺序。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,18,数据链路层,具体功能有：进行链路的管理 帧传输 差错控制 流量控制,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,19,网络层,网络层是通信子网的最高层。它负责将源端发出的信息包经过各种途径送到目标端。网络层必须了解通信子网的拓扑结构，从而选择适当的路径，同时还要避免线路过载或线路空闲，解决网络拥塞等问题。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,20,传输层,.传输层位于网络高层和低层之间。.传输层确保报文无差错、有序、不丢失、无重复地传送。.传输层对信息重新打包，将信息分成几个报文，或者将小的信息合并成一个报文。.传输层还提供错误恢复、流量控制和多路复用，这使得传输服务更为可靠。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,21,会话层,功能有：会话连接到传输连接的映射。会话连接的流程控制。加速数据传送。会话连接恢复。会话连接释放。会话连接管理。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,22,表示层,功能主要有：表示实体之间的连接建立、释放。数据语法和图像语法的表示和转换。传送语法的选择。数据变换的特殊处理，例如代码压缩、密码转换。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,23,应用层,应用层是OSI参考模型的最高层，它为用户服务，为网络用户之间的通信提供专用的程序。应用层的内容取决于用户的需要，每个用户可以自行决定运行什么程序和使用什么协议。文件的传送、访问和管理，虚拟终端协议和报文处理系统，作业传送与操作，目录服务、电子邮件等。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,24,第2节 TCP/IP模型,TCP/IP模型结构IP地址类别,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,25,2.2.1 TCP/IP模型结构,四个层次组成：应用层 传输层 网际网层 网络接口层,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,26,2.2.1 TCP/IP模型结构,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,27,应用层,应用层负责向用户提供一组常用的应用程序，如电子邮件等。它包含所有TCP/IP协议集中的所有高层协议。如：虚拟终端协议Telnet、文件传输协议FTP、简单邮件传输协议SMTP、域名系统服务DNS等等。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,28,传输层,传输层提供可靠的点到点的数据传输，确保源节点传送的数据报能正确到达目标节点。传输层包含两个传输协议即传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP，其中传输控制协议TCP是一个面向连接、可以提供可靠服务的协议。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,29,网际网层,网际网层的主要功能是负责通过物理、数据链路层发送IP数据报，或接收来自物理、数据链路层的帧并将其转换为IP数据报，然后把IP数据报发往网络中的目的节点。网际网层还包含多个需要协同工作的协议。网际协议IP、网际控制报文协议ICMP、网际组管理协议IGMP、地址解析协议ARP、反向地址解析协议RARP等。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,30,网络接口层,TCP/IP参考模型中没有真正描述这一部分的内容。TCP/IP模型中的物理、数据链路层也可以认为是指任何一个能传输数据报的通信系统，这些系统大到广域网、小到局域网甚至点到点的连接，正是这一点使得TCP/IP具有相当的灵活性。在整个TCP/IP协议集中，其核心协议是TCP协议和IP协议。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,31,2.2.2 IP地址类别,1.IP地址的概念 2.IP地址的分类,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,32,1.IP地址的概念,人们为了通信的方便给每一台计算机都事先分配了一个类似日常生活中的电话号码一样的标识地址，该标识地址就是IP地址。根据TCP/IP的协议规定，IP地址是由32位二进制数组成，面且在网络上是唯一的。例如，某台计算机的IP地址为：11001010 01100110 10000110 01000100 为了方便记忆，就将组成计算机IP地址的32位二进制数分成四段，每段8位，中间用小数点隔开，然后将每8位二进制转换成十进制数，这样上述计算机的IP地址就变成了：202.102.134.68。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,33,2.IP地址的分类（1）,IP地址的4个字节被划分为2个部分，一部分用以标明具体的网络段，即网络标识；另一部分用以标明具体的节点，即主机标识，这样上IP地址就可以写成：主机标识：68,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,34,2.IP地址的分类（2）,人们按照网络规模的大小，相应地把32位地址信息分成A、B、C、D、E共五种类型的IP地址。A类IP地址 A类地址最高端的二进制位为“0”，第一个字节段表示网络标识，标识长度为7位，后三个字节段表示主机标识，主机标识的长度为24位。它允许有126个网络，每个网络大约有1700万个主机。编址范围为1.0.0.1126.255.255.254。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,35,2.IP地址的分类（3）,B类IP地址 B类地址最高端的前两个二进制位为“10”，前两个字节段表示网络标识，网络的标识长度为14位，后两个字节段表示主机标识，主机标识的长度为16位。编址范围为127.0.0.1191.255.255.254。它允许有16384个网络，每个网络大约有65000万个主机，适用于中等规模的网络。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,36,2.IP地址的分类（4）,C类IP地址 C类地址最高端的前三个二进制位为“110”，前三个字节段表示网络标识，网络的标识长度为21位，后一个字节段表示主机标识，主机标识的长度为8位。它允许有200万个网络，每个网络大约有254个主机。编址范围为192.0.0.1223.255.255.254。C类网络地址的数量较多，适用于小规模的局域网络。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,37,2.IP地址的分类（5）,网络设备可以根据IP地址的第一个字节来确定相应的网络地址类型。A类网络地址第一个字节的第一个二进制位为“0”；B类网络地址第一个字节的前两个二进制位为“10”；C类网络地址第一个字节前三位二进制为“110”。若换成十进制形式，A类网络地址为1127，B类网络地址为128191，C类网络地址为192223。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,38,2.IP地址的分类（6）,网络寻址规则 网络地址必须唯一。网络标识不能以数字127开头，数字127是专门保留给诊断用的，如127.1.1.1用于回路测试。网络标识的第一个字节不能为255。数字255作为广播地址。网络标识的第一个字节不能为“0”，“0”表示该地址是本地网络，不能用于传送数据。网络标识全部为“0”和全部为“1”的IP地址被保留使用。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,39,2.IP地址的分类（7）,主机寻址规则 主机标识在同一网络内必须是唯一的。主机标识的各个位不能都为“1”，如果所有位都为“1”，则表示该地址是广播地址，而非主机的地址。主机标识的各个位不能都为“0”，如果各个位都为“0”，则表示“只有这个网络”，而这个网络上没有任何主机。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,40,第3节 局域网标准IEEE802.X,本节将讨论如下内容：局域网的特点与功能 局域网的访问控制方式 局域网协议标准,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,41,2.3.1局域网的特点与功能,局域网的特点：地理范围有限，数据传输率高，数据传输可靠，误码率低，容易进行设备的更新和新技术的引用以不断增强网络功能。局域网分为两种类型：对等模式指一个局域网内的各台计算机均以平等的身份出现，彼此没有主从之分，它们相互通信以达到共享文件和共享打印机的目的。客户机/服务器模式是指一个局域网内的各台计算机有明确的主从之分，其中一台作为服务器，其他机器为客户机。客户机向服务器提出请求，由服务器满足服务。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,42,2.3.2局域网的访问控制方式,1.访问控制方式是指网络中各节点之间的信息通过介质传输时如何控制、如何合理完成对传输信道的分配、如何避免冲突同时又使网络有最高的工作效率和高可靠性。2.控制方法有载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）、令牌控制法、时隙控制法、寄存器延迟插入法等。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,43,载波侦听多路访问/冲突检测,1.载波侦听多路访问为一个站点在发送前，首先监听共享介质上有无其他站正在发送信息。如果介质空闲，该站就发送；如果介质忙则退避一段时间再尝试。2.冲突检测最基本的思想是站点一边将信息输送到共享介质上，一边从共享介质上接收信息，然后将发送出去的信息和接收的信息进行按位比较。如果两者一致说明没有冲突；如果两者不一致，则说明发生了冲突。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,44,令牌控制,1.当一个站请求发送一个数据帧，该站将按照帧格式形成适当的待发数据帧，然后排队等待令牌。在请求发送站获得令牌后才能发送数据帧。在完成数据帧的发送之后，该站将释放令牌帧。2.在某站的转发器接收数据帧时，要检测数据帧的目标地址是否与本站符合。如果该站是数据帧中所寻的目标地址，则将帧复制到接收缓冲器中，然后转发；如果本站不是数据帧中所寻的目标地址的话，则直接进行转发。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,45,2.3.3局域网协议标准,IEEE802.1 IEEE802.2IEEE802.3 IEEE802.4IEEE802.5 IEEE802.6IEEE802.7 IEEE802.8 IEEE802.9 IEEE802.10 IEEE802.11 IEEE802.12 IEEE802.13 IEEE802.14,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,46,本节主要内容：传统以太网 快速以太网 千兆以太网 万兆以太网,第4节 以太网与快速以太网,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,47,2.4.1 传统以太网,传统以太网是基带网络系统，采用曼彻斯特编码，速度较慢。1.10Base2网络 2.10Base5网络 3.10BaseT网络,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,48,1.10Base2网络,10Base2网络采用总线拓扑。是由于其采用基带传输，速率为10Mbps，传输距离约为100m的2倍（实际距离为185m）。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,49,2.10Base5网络,10Base5网络也采用总线拓扑和基带传输，速率为10Mbps，网段的长度为100m的5倍，这种网络也称为标准以太网。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,50,3.10BaseT网络,10BaseT可使用屏蔽双绞线（STP）或非屏蔽双绞线（UTP）作为传输介质。各节点都连接到一个集线器（HUB）上。双绞线和集线器及计算机的网卡之间使用RJ-45接头连接。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,51,2.4.2 快速以太网,100BaseX网络也称为快速以太网，采用星状拓扑，使用CSMA/CD介质访问控制方法、基带传输、速率为100Mbps，物理结构与10BaseT一样。在物理层上，100BaseX的安装可以使用3种不同介质标准中的任何一种，即100BaseTX，100BaseT4和100BaseFX。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,52,2.4.3 千兆以太网（1）,千兆以太网的实现方案有两种：1000Base-X和1000Base-T。1.1000Base-X 1000Base-X使用的是以太网标准802.3z，根据编码技术、传输媒体的不同，又可分为1000Base-CX、1000Base-LX和1000Base-SX三种。1000Base-CX使用一种非标准的特殊屏蔽双绞线，最大传输距离25m，电缆端口使用9芯D型连接器，适用于交换机间的短距离连接。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,53,2.4.3 千兆以太网（2）,1000Base-LX使用一种波长为1300nm的激光作为光源，传输媒体使用62.5m或50m的多模光纤时，全双工模式下最大传输距离550m，使用10m的单模光纤时，最大传输距离可达3000m。1000Base-SX使用波长为800nm的激光作为光源，传输媒体使用62.5m的多模光纤时，最大传输距离300m，使用50m的多模光纤时，最大传输距离为525m。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,54,2.4.3 千兆以太网（3）,2.1000Base-T 1000Base-T是一种5类UTP的千兆以太网技术，使用的标准为802.3ab，最大传输距离为100m。100Base-T使用先进的千兆网络设备，通过先进的编码技术和信号传输技术可以升级到1000Base-T。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,55,2.4.4 万兆以太网,万兆以太网技术开始于2002年6月802.3ae 10GE标准的发布。在物理层，802.3ae大体可以分为两种类型，一种为与传统以太网连接、速率为10Gbps的LAN PHY，另一种为连接SDH/SONET、速率为9.58464Gbps的WAN PHY。在传输介质方面，802.3ae目前可支持9m单模、50m多模和62.5m多模光纤。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,56,第5节 其它局域网技术,本节内容：光纤分布式数据接口 ATM技术 无线网络技术 虚拟局域网,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,57,2.5.1 光纤分布式数据接口,FDDI线缆由两根光纤环组成，一根顺时针方向传输，另一根反时针方向传输。如果有一根断了，另一根可作为后备投入使用。如果两根在同一点上都断了，那么两个环可以接成单一的环，其长度约为原来的2倍。每个站都配有继电器，可以用来把两个环连接成单一的环，也可以把出问题的某个站旁路掉。FDDI的MAC协议接近802.5协议模型，传输数据站必须首先捕获一个令牌，然后发送一帧，当该帧从环上传回来时，将它从环上撤消。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,58,2.5.2 ATM技术,1.ATM技术的基本概念 2.ATM的优点 3.ATM的应用和发展前景,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,59,ATM技术的基本概念,ATM是一种转换模式，在这一模式中信息被组织成信元，而包含一段信息的信元并不需要周期性地出现。ATM是非周期地在网络上按照统计时分复用技术传递的，其信元所占用的时隙并不固定，一帧占用的时隙数也不固定，可以有一个或多个时隙，完全根据当时的通信情况而定，而且时隙间并不要求连续，这就是“异步”的意义。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,60,ATM技术的基本概念,ATM的特点：ATM的信元具有固定的长度。ATM一个信元单位的长度是53个字节，其中有效数据48个字节（为携带用户信息的信元载体），5个字节为信头（载有信元的地址信息和控制信息）。ATM是面向连接的。ATM具有较好的延展性和灵活性。ATM支持多个设备之间的并发命令。ATM通过建立连接来传输数据。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,61,ATM的优点,（1）ATM的信元长度固定。（2）ATM是一种全交换式网络技术，根据需要灵活地提供其所需的带宽，容易管理、重构和查找故障。（3）ATM能为不同的应用提供不同的速度和带宽。（4）ATM技术传输网络克服了以太局域网的局限性。（5）ATM接口规范可以采用多种传输介质。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,62,ATM的应用和发展前景,（1）ATM的应用 建立多媒体网络。用于企业网与广域网的连接。用作企业网的主干。（2）ATM的发展前景 ATM的优势首先体现在构造主干网上，容量和处理的灵活性是目前电话交换网所不能比拟的。ATM就是一种有效的从“共享式”转换为“交换式”的方法。ATM技术与同步光纤网的结合将构成21世纪通信的主体。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,63,2.5.3 无线网络技术,1.无线网络的优点 2.无线网络的不足 3.无线网络组成 4.无线网络技术包括三个类型,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,64,1.无线网络的优点,成本低 可靠性高 移动性好,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,65,2.无线网络的不足,传输速率低。视线问题。通信盲点问题。外界干扰问题。安全性。,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,66,3.无线网络组成,（1）无线局域网设备 接入点设备（Access Point）无线局域网卡 天线（Antenna）（2）与Internet网互连的设备 宽带网关 收发器 PCI无线网络接口卡（NICs）PCMCIA NICs 合适的软件 合理的结构,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,67,4.无线网络技术包括三个类型,窄带广域网技术宽带广域网技术无线局域网技术,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,68,窄带广域网技术,高速线路交换数据（HSCSD）多时隙通用分组无线业务（GPRS）蜂窝数字分组数据（CDPD）其他目前很难见到的技术（EDGE和UMTS）,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,69,宽带广域网技术,本地多点分配业务（LMDS）无线用户环路系统（SCDMA）宽带分码多工存取（WCDMA）宽带协议的比较,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,70,无线局域网技术,蓝牙（Bluetooth）IEEE802.11 IrDA,2023/11/16,计算机网络技术基础与应用,71,2.5.4 虚拟局域网,虚拟局域网是指在交换局域网的基础上，采用网络管理软件构建的可跨越不同网段、不同网络的端到端的逻辑网络。虚拟网络是建立在局域网交换机或ATM交换机之上的，局域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接。虚拟局域网对带宽资源采用独占方式，以软件方式来实现逻辑工作的划分和管理，逻辑工作组的节点组成不受物理位置的限制。,
