第八章-计算机网络基础软件基础电子教案课件.ppt
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1、第八章 计算机网络基础,计算机网络体系结构 局域网技术 TCP/IP协议 网络互联技术 WWW技术,8.1 概述,计算机网络是计算机技术和通信技术密切结合的综合性技术:计算机技术在通信领域的应用,使通信技术向综合服务方向发展通信技术又为计算机之间进行信息通信和资源共享提供手段,促进了计算机网络的发展。,概述,计算机网络使指把若干台地理位置不同,且具有独立功能的计算机,通过数据发送和接受设备、通信软件以及通信网络互相连接起来,通过发送、接受和处理不同长度的数据分组,来实现信息传输和软硬件资源共享。,概述,按照设备和网络连接划分,常规网络,移动网络,ad-hoc网络:有固定的计算设施,主机均是可移
2、动的,链路特性高度动态变化,由于距离导致连接不能自由创建,nomadic网络:介于常规网络和adhoc网络之间,即存在核心的固定设备和网络,如:路由器、交换机、服务器等,在固定网络边缘的基站移动主机间进行无线通信交互。,概述,计算机网络组成:,从组成部件上,网络结点,通信链路,资源结点,互连结点,概述,计算机网络结构,概述,计算机网络软件:操作系统核心软件通信协议软件管理软件(安全、记账、出错和配置等)交换及路由软件应用软件,计算机网络体系结构,为了允许不同系统实体互联和互操作,不同系统的实体在通信时都必须遵从相互均能接受的规则,这些规则的集合称为协议(Protocol)。,计算机网络体系结构
3、,计算机网络层次结构,1.层次化网络体系的优点 2.通信的方式,ISO/OSI网络体系结构,七层模型是一个定义异构计算机连接标准的框架结构,特点如下:异构节点层次相同,相同层次功能相同。同一节点内相邻层次之间通过接口通信。相邻层次间的接口定义原语操作,由低层向高层提供服务。不同节点的相同层次之间的通信由该层次的协议管理,每层次完成对该层所定义的功能,修改本层次功能不影响其它层 仅在最低层进行直接数据传送。定义的是抽象结构,并非具体实现的描述。,ISO/OSI网络体系结构,ISO/OSI参考模型,数据传输过程垂直传输逐层添加控制和识别信息各层详细细节,ISO/OSI参考模型,一、物理层(Phys
4、ical Layer)物理层的特性 物理层提供与通信介质的连接,提供为建立、维护 和释放物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性,提供在物理链路上传输非结构的位流以及故障检测指示。物理层向上层提供位(bit)信息的正确传送。物理层功能 物理连接的建立与拆除 物理服务数据单元传输 物理层管理,ISO/OSI参考模型,二数据链路层 数据链路层的目的 提供建立、维持和释放数据链路连接以及传输数据链路服务数据单元所需的功能和过程的手段。数据链路层的功能和服务 为网络层提供连接服务,并在数据链路连接上传送数据链路协议数据单元L-PDU(帧),分为:1.无应答、无连接服务 2.有应答、无连接服务
5、3.面向连接的服务 数据链路数据单元 数据链路层协议 1.面向字符的通信规程 2.面向比特的通信规程,ISO/OSI参考模型,三、网络层(NetWork Layer)网络层功能:支持网络层的连接 建立和拆除网络连接 路径选择、中继和多路复用 分组、组块和流量控制 差错的检测与恢复 数据报和虚电路 数据报(Datagram)服务 虚电路(Virtue Circuit)服务 路由选择(多次选择或一次选择),ISO/OSI参考模型,四、传输层(Transport Layer)传输层功能 独立于所使用的物理网络,提供传输服务的建立、维护和连接拆除的功能;选择网络层提供的最适合的服务 端端之间的可靠通信
6、面向连接和无连接两种服务传输层协议类型 传输层协议和网络层提供的服务有关五类传输层服务 四种不同类型的标识,ISO/OSI参考模型,五、会话层(Session Layer)会话层的主要功能 提供一个面向应用的连接服务 会话活动 会话活动由会话令牌来控制,保证会话有序进行 会话同步,ISO/OSI参考模型,六、表示层(Presentation Layer)表示层的目的是处理信息传送中数据表 示的问题。表示层协议主要功能有:为用户提供执行会话层服务原语的手段;提供描述负载数据结构的方法;管理当前所需的数据结构集和完成数据的内部与外部格式之间的转换。,ISO/OSI参考模型,七、应用层(Applic
7、ation Layer)应用层作为用户访问网络的接口层,给应用进程提供了访问OSI环境的手段。它在实现应用进程相互通信的同时,完成一系列业务处理所需的服务功能。当然这些服务功能与所处理的业务有关。,局域网技术,局域网是一个在有限地理范围内,允许多个相互独立的设备以一定速率在共享介质上进行通信的系统。局域网特点为:通信速率高,一般为基带传输,数据传输率11000Mb/s 或更高;地理范围有限,一般为10m10km左右;采用广播或组播通信;采用多种通信介质,可连接几百个相互独立的设备。局域网按网络拓扑可分为总线型、星型、树型和环型等。,基带传输:由计算机或终端产生的数字信号,频谱都是从零开始的,这
8、种未经调制的信号所占用的频率范围叫基本频带(这个频带从直流起可高到数百千赫,甚至若干兆赫),简称基带(base band)。这种数字信号就称基带信号。举个简单的例字拉:在有线信道中,直接用电传打字机进行通信时传输的信号就是基带信号。而传送数据时,以原封不动的形式,把基带信号送入线路,称为基带传输。基带传输不需要调制解调器,设备花费小,适合短距离的数据输,比如一个企业、工厂,就可以采用这种方式将大量终端连接到主计算机。另外就是传输介质,局域网中一般都采用基带同轴电缆作传输介质。,单播方式工作的原理单播主要完成数据从一方传送到另一方的任务,传送数据时必须在发送方和接收方之间建立通道,网络软件中的单
9、播方式多以TCP的连接方式工作。发送方必须知道接收方的IP地址,数据将发送到接收方IP地址的缓冲区中,接收方必须在自己的IP地址处建立缓冲区,等待数据的接收,同时要维护好这个缓冲区,避免溢出。组播的工作原理组播是一种允许一个或多个发送者(组播源)发送单一的数据包到多个接收者(一次的,同时的)的网络技术。实现IP组播传输时组播源和接收者以及两者之间的下层网络都必须支持组播。组播的数据传送需要通过一个特殊的组播组,这个组播组是由一个组播IP地址命名的。为了对组播组进行管理,IP网络对组播采用IGMP的管理协议,它主要用来管理组成员的加入和退出问题,防止组播数据的泛滥。广播能够传送一个单独的数据流到
10、整个网,路由器和连接器传播广播,占用资源和带宽,并且无法知道其他网络上节点是否需要广播数据,无效的消耗网络资源。通常委了阻止广播风暴淹没网络,通常设置路由企来阻止广播的传输,将广播限制在一个物理或者逻辑分段上。,局域网技术,1.星型拓扑结构星型结构是最古老的一种连接方式,大家每天都使用的电话都属于这种结构。,便于集中控制 易于维护和安全 中心系统必须具有极高的可靠性(采用双机热备份),局域网技术,2.环型网络拓扑结构 环型结构在LAN中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户,直到将所有端用户连成环型。它消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。,每个端用户都与两个相临的端用户相连
11、,因而存在着点到点链路,但总是以单向方式操作。于是,便有上游端用户和下游端用户之称。例如图中,用户N是用户N+1的上游端用户,N+1是N的下游端用户。如果N+1端需将数据发送到N端,则几乎要绕环一周才能到达N端。,局域网技术,3.总线拓扑结构 总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式,或者说,连接端用户的物理媒体由所有设备共享。使用这种结构必须解决的一个问题是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。,费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其它站点或端用户通信布线要求简单,扩充容易,端用户失效、增删不影响全网工作 一次仅能一个端用户发送数据,其它端用户必须等待到获得
12、发送权媒体访问获取机制较复杂。在总线共享型网络使用的媒体访问方法:带有碰撞检测的载波侦听多路访问,英文缩写成CSMA/CD。,局域网技术,CSMA/CD介质访问控制:CSMA/CD(Carries Sense Multiple Access/Collision Detect)载波监听多路访问/冲突检测方式,是一种对总线的控制方式。为了解决由于竞争使用总线引发的冲突问题,CSMA/CD规定了信息发送的控制方式。,局域网技术,4.树型拓扑结构 树形结构是总结型结构的扩展,它是在总线网上加上分支形成的,其传输介质可有多条分支,但不形成闭合回路,树形网是一种分层网,其结构可以对称,联系固定,具有一定容
13、错能力,一般一个分支和结点的故障不影响另一分支结点的工作,任何一个结点送出的信息都可以传遍整个传输介质,也是广播式网络。一般树形网上的链路相对具有一定的专用性,无须对原网做任何改动就可以扩充工作站。,局域网技术,局域网基本组成:,服务器(Server):提供各种网络服务,客户机(Clients):通过网络接口卡、传输介质、通信设备以及通信程序与服务 器通信,与网络中其它工作站 交换信息,共享网络资源,网络互连设备:主要包括网络接口卡、收发器、中继器、网桥、路由器等,局域网技术,以太网结构:,计算机,网络接口卡,集线器,交换机,中继器,局域网技术,IEEE 802标准:1985年 IEEE 80
14、2 委员会 IEEE802标准 IEEE802.1 IEEE802.12,IEEE802标准系列之间的关系,局域网技术,OSI参考模型,局域网参考模型,局域网技术,IEEE802.3标准:定义了Ethernet的CSMA/CD总线访问控制方式以及物理层规范。IEEE802.3网络体系结构分为物理层和介质访问控制层。物理层 物理信令PLS(Physical Signaling)子层 物理介质连接PMA(Physical Medium Attachment)子层 介质访问控制层(Media Access Control),7,1,6,6,2,数据,4,MAC帧,局域网技术,IEEE802.2:IE
15、EE802.2描述了LAN协议中逻辑链路控制LLC(Logical Link Control)子层的功能、特性和协议,描述了LLC子层对网络层、MAC子层的界面服务规范。,局域网技术,LLC地址:LLC地址为数据链路层的服务访问点:第一种为MAC地址,规定了工作站的地址第二种为服务访问点SAP地址,规定了访问 某一进程的地址。,局域网技术,LLC帧结构 目标地址DSAP 源地址SSAP 控制字段 信息字段,局域网技术,LLC服务不确认无连接服务 面向连接的服务,局域网技术,802.5令牌环型访问控制方法 802.8光纤分布式数据接口FDDI访问控制方法 802.11无线网访问控制方法,TCP/
16、IP协议,TCP/IP:(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)传输控制协议/互连网络协议 TCP/IP是网络中使用的基本的通信协议。TCP/IP实际上是一组协议,它包括上百个各种功能的协议,如:远程登录、文件传输和电子邮件等,而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。通常说TCP/IP是Internet协议族,而不单单是TCP和IP.TCP/IP协议的功能:将许多小网联成一个大网。并在这个大网也就是Internet上提供应用程序所需要的相互通信的服务,TCP/IP协议,TCP/IP协议的基本传输单位是数据包(dat
17、agram)TCP协议负责把数据分成若干个数据包,并给每个数据包加上包头(就像给一封信加上信封),包头上有相应的编号,以保证在数据接收端能将数据还原为原来的格式,IP协议在每个包头上再加上接收端主机地址,这样数据找到自己要去的地方(就像信封上要写明地址一样),如果传输过程中出现数据丢失、数据失真等情况,TCP协议会自动要求数据重新传输,并重新组包。总之,IP协议保证数据的传输,TCP协议保证数据传输的质量。,TCP/IP协议,TCP/IP分层:Internet网络体系结构以TCP/IP协议为核心。IP协议用于为各种不同的通信子网或局域网提供统一的互连平台,TCP协议则用于为应用程序提供端到端的
18、控制和通信功能。TCP/IP协议层次和协议集 TCP/IP基本上是OSI的7层模型的简化,它只分为4层:网络接口层、网络层、传输层和应用层。,TCP/IP协议,网络接口层(SubNetwork Layer):传输经网络层处理过的消息。与OSI协议的物理层、数据链路层以及网络层的部分相对应该层没有规定新的物理层和数据链路层协议,允许通信子网采用已有的或将来的各种协议只定义了TCP/IP与各种通信子网之间的网络接口,TCP/IP协议,网络层(Internet Layer)与OSI网络层相对应,具有更强的网际通信能力 网络层协议为IP协议,将传输层送来的消息组装成IP数据包,并传递 提供建立独立的局
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