计算机网络基础第1章.ppt

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1、计算机网络的基础知识,主要内容,概述,1,计算机网络的分类,2,计算机网络的拓扑结构,3,计算机网络的体系结构,4,第1章 计算机网络的基础知识,计算机网络的形成与发展计算机网络的定义计算机网络的基本组成,1.1.1 计算机网络的形成与发展,计算机网络-计算机技术与通信技术相结合的产物。,网络的发展过程,20世纪50年代，面向终端的计算机网络 1969年，ARPAnet（广域网）1975年，以太网（局域网）1985年，NSFnet 1986年，NSFnet与ARPAnet相连，以此为基础形成Internet 正向下一代计算机网络发展,1.1.1 计算机网络的形成与发展,网络体系结构的发展过程,

2、20世纪70年代中期，各家网络产品自成体系结构 1983年，ISO组织公布OSI参考模型 1977年，DARPA组织开始研究TCP/IP，1979年成功，1983完成在ARPAnet上的应用 TCP/IP成为事实上的工业标准,1.1.2 计算机网络的定义,具有独立功能的计算机或其它设备，用一定通信设备和介质互相连接起来，能够实现信息传递和资源共享的系统。,1.1.3 计算机网络的组成,三部分组成,计算机设备,传输介质,网络协议实体,具有独立功能的计算机系统和具有独立网络功能的共享设备,实现网络通信的物理基础。分为有线和无线两大类。,实现网络协议的软件或硬件,物理组成部分,逻辑组成部分,网络协议

3、：计算机之间通信需要遵守的、具有特定语义的一组规则。,1.1.3 计算机网络的组成,网络协议的实现是由软件或硬件、或二者共同完成的。,1.1.3 计算机网络的组成,一次完整的通信过程需要用到：,硬件协议实体 低层协议族,软件协议实体 高层协议族,-由软件实现-TCP/IP协议软件模块，服务器/客户机程序,-由硬件实现-网卡，交换机，集线器，路由器，调制解调器,1.1.3 计算机网络的组成,计算机网络的简单定义,自主计算机（autonomous computers）的互联（interconnected）集合。,具有独立功能,既物理连接，又逻辑连接,第1章 计算机网络的基础知识,1.2.1 计算机

4、网络的分类方法,曾经有过的分类方法有：按拓扑结构分：总线网、环型网、星型网和网状型（或分布型）网。按网络协议分：如以太网、令牌环网、FDDI网、ATM网、Novell 网、TCP/IP网等。按传输介质分：如同轴电缆网、双绞线网、光纤网、无线网等。按交换方式分：电路交换网、报文交换网、分组交换网和混合交换网。按使用者分：公用网和专用网。按通信技术分：广播式网络和点到点网络。按分布距离分：局域网、广域网和城域网。,针对底层通信网络,两个重要概念：广播式通信和点到点通信,随着网络应用的发展，目前更多的网络是：复合拓扑结构，混合传输介质，使用多种网络协议的大规模网络,目前最常用,一个重要概念,分组交换

5、,在传输数据之前，将要传的数据划分成一个个小的数据段，并在每一个数据段前加上必要的控制信息，如目的地址、源地址、差错校验信息等，与数据段一起构成一个分组（packet），然后再将分组独立地发送到网络上。由于分组中含有地址信息，当源站点和目的站点之间有多条路径时，每一个分组可以独立地选路。,1.2.2 广播式网络和点到点网络,按通信技术分为两类,通信信道 广播式信道 两类交互方式 一台计算机向广播地址发送广播分组一台计算机向指定目的地址发送分组,通信信道 点到点信道 两种连接方式 由一条物理线路直接连接通过中间结点存储转发、路由选择,1.2.3 局域网、广域网和城域网,局域网,广域网,城域网,1

6、.2.3 局域网、广域网和城域网,局域网,广域网,城域网,1.2.3 局域网、广域网和城域网,局域网,广域网,城域网,另外两个概念,并不是一种具体的物理网络技术 是将不同的物理网络技术按某种协议统一起来的一种高层 技术 最典型的例子：Internet,互联网,是终端用户计算机（也可能是小型局域网）与互联网之 间的接口 不是独立的网路,接入网,第1章 计算机网络的基础知识,1.3 计算机网络的拓扑结构,网络系统中的结点（包括计算机和通信设备）和通信链路构成的几何形状,拓扑结构：,1.3 计算机网络的拓扑结构,1.3 计算机网络的拓扑结构,1.3 计算机网络的拓扑结构,1.3 计算机网络的拓扑结构

7、,1.3 计算机网络的拓扑结构,1.3 计算机网络的拓扑结构,第1章 计算机网络的基础知识,协议分层模型及概念网络服务及服务类型ISO/OSI参考模型IEEE802系列标准TCP/IP协议族,计算机网络的体系结构,计算机网络的体系结构,1.4.1 网络协议分层模型及相关概念,协议分层的目的：分而治之,n层协议栈,层次按功能划分,层次结构通信实例,传真线路,翻译,经理助理,秘书,翻译,经理助理,秘书,分组的封装与解封,几个概念：报头；封装；解封；,重要提示,一个网络系统总是由低层协议和高层协议的共同实现而构成，并且一个层次上可能实现有多个协议；上层协议往往支持多种下层协议，而同一种下层协议之上又

8、可以运行不同的上层协议,1.4.1 网络协议分层模型及相关概念,计算机网络的体系结构,最具影响的三个网络体系结构模型,ISO/OSI参考模型 IEEE 802系列标准 TCP/IP协议族,1.4.2 网络服务及服务类型,网络服务,彼此相邻的两层间下层为上层提供通信能力或操作而屏蔽其细节的过程。,服务提供者,1,服务用户,2,服务访问点,3,几个概念,SAP(Service Access Point),两大类网络服务,面向连接的服务,无连接服务,1.4.3 ISO/OSI参考模型,由 国际标准化组织 ISO（International Standard Organization）提出并制定,OS

9、I参考模型的7层框架,OSI模型各层功能简单描述,是OSI参考模型的最低层，利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接。主要任务是在通信线路上传输数据比特（bit）的电信号。,2.数据链路层,负责结点之间链路上的帧传输控制，通常被分为介质访问控制（MACMedia Access Control）和逻辑链路控制（LLCLogical Link Control）两个子层。,1.物理层,OSI模型各层功能简单描述,主要功能是网络与网络之间的寻径、流量、差错、顺序、进/出路由等控制。,4.传输层,负责提供两结点之间数据的传送，当两结点已确定建立连接后，传输层即负责监督，以确保数据能正确无误的传送。是计算

10、机网络通信体系结构中最关键的一层。,3.网络层,OSI模型各层功能简单描述,负责控制每一站究竟什么时间可以传送与接收数据。,6.表达层,主要用于处理两个通信系统中信息的表示方式。,5.会话层,7.应用层,是OSI参考模型的最高层。负责网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，为用户提供各种服务。,1.4.4 IEEE 802系列标准,在局域网和城域网上广泛使用的协议标准就是IEEE 802系列标准。由 电气电子工程师协会 IEEE(The Institute of Electrical and Electronic Engineer)的802委员会制定。IEEE 802委员会成立于1980年，专

11、门负责制定不同工业类型的网络标准。IEEE 802系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责，到目前为止，已有22个工作组,1.4.4 IEEE 802系列标准,IEEE 802.1：高层局域网协议（Higher Layer LAN Protocols）；IEEE 802.2：逻辑链路控制（Logical Link Control）；IEEE 802.3：以太网（Ethernet）；IEEE 802.4：令牌总线（Token Bus）；IEEE 802.5：令牌环（Token Ring）；IEEE 802.6：城域网（Metropolitan Area Network）；IEEE

12、 802.7：宽带技术（Broadband TAG）；,1.4.4 IEEE 802系列标准,IEEE 802.8：光纤技术（Fiber Optic TAG）；IEEE 802.9：综合语音/数据服务局域网（Isochronous LAN）；IEEE 802.10：局域网/城域网的安全（LAN/MAN Security）；IEEE 802.11：无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）；IEEE 802.12：100VG-AnyLAN（Demand Priority，需求优先级协议）；IEEE 802.13：（未使用）；IEEE 802.14：电缆调制解调

13、器（Cable Modem）；IEEE 802.15：无线个人网（Wireless Personal Area Network，WPAN）；,1.4.4 IEEE 802系列标准,IEEE 802.16：宽带无线接入（Broadband Wireless Access）；IEEE 802.17：弹性分组环（Resilient Packet Ring）；IEEE 802.18：无线管制（Radio Regulatory TAG）；IEEE 802.19：共存（Coexistence TAG）；IEEE 802.20：移动宽带无线访问（Mobile Broadband Wireless Acces

14、s，MBWA）；IEEE 802.21：媒体无关切换（Media Independent Handoff）；IEEE 802.22：无线区域网（Wireless Regional Area Networks）。,1.4.4 IEEE 802系列标准,有些早期的工作组已经解散（如802.4），或处于不活跃状态（如802.2、802.5）。目前活跃的工作组是802.1、802.3、802.11、802.15802.22。随着网络技术的发展，新的工作组还会不断出现。每一个工作组又维护着若干子协议，并且随着网络技术的发展不断推出新的标准，后制定的标准一般是对已有标准的修改或扩展。如IEEE 802.3

15、工作组维护的标准除了IEEE 802.3之外还有IEEE 802.3u、IEEE 802.3z、IEEE 802.3ab、IEEE 802.3ac、IEEE 802.3ae等，分别对应于不同介质和速率以太网使用的MAC层和物理层协议；IEEE 802.11工作组维护的协议有IEEE 802.11、IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g等，不同的无线局域网标准有着不同的传输速率。,IEEE 802的体系结构模型,IEEE 802主要标准之间的关系,IEEE 802模型各层数据的封装,高层(通常是网络层),LLC子层,MAC子层,LLC头部,LLC数据,高层分

16、组,MAC头部,MAC尾部,MAC数据,LLC子层的目的是屏蔽各种802网络之间的差别，为高层提供统一的接口,MAC子层对应于不同的局域网或城域网技术,1.4.5 TCP/IP协议族,负责发布和管理TCP/IP,RFC文档,TCP/IP协议模型及其主要协议的层次关系,TCP/IP模型各层功能简要描述,1.应用层,（Application Layer）,向用户提供一组常用的应用程序，例如文件传送、电子邮件、远程登录等。严格地说，应用程序可以不属于TCP/IP应用层的协议很多，依赖关系相当复杂，这种现象与具体应用的种类繁多现象密切相关。在应用层中，有些协议不能直接为一般用户所使用。那些直接能被用户

17、使用的应用层协议，往往是一些通用的、容易标准化的协议，例如，FTP、Telnet等。,TCP/IP模型各层功能简要描述,2.传输层,包括两个协议：传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）和用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）分别向应用程序提供了两种不同的服务：面向连接的服务和无连接服务。根本任务是提供一个应用程序到另一个应用程序之间的通信，通常称为“端到端”通信。,（Transport Layer）,TCP/IP模型各层功能简要描述,3.互联网层,（Internet Layer）,互联网层包括多个协议：IP、ICMP、IG

18、MP、ARP、RARP等，其中最重要的是IP协议。是TCP/IP模型的关键部分。功能是使主机可以把分组（packet）发往任何网络，并使各分组独立地传向目的地。分组路由和差错控制也是互联网层的主要设计问题。,TCP/IP模型各层功能简要描述,4.网络接口层,最底层 负责将IP分组通过选定的物理网络发送出去，和从物理网络接收数据帧（frame）并提取出IP分组交给IP层。,（Network Interface Layer）,TCP/IP模型与OSI模型层次之间的对应关系,目前计算机网络的实际模型,IP over everything,everything over IP,本章小结,计算机网络是由

19、具有独立功能的计算机、通信线路和实现网络协议的软硬件实体组成的系统。依据不同的标准，计算机网络有不同的分类，按照通信技术和分布距离是两种重要的分类方法。计算机网络的拓扑结构有：总线型、环型、星型、网状型（也称分布型）、树型，以及上述拓扑结构的混合结构。不同的拓扑结构选择可能决定了可选择的组网技术也不同，或者反过来说，不同的网络技术决定了可使用的拓扑结构类型。,本章小结（续）,网络上的主机之间通信需要遵循相同的网络协议。计算机网络协议是分层实现的。网络的低层是为上一层提供服务的（垂直的）。网络服务有两种类型：面向连接的服务和无连接的服务。,本章小结（续）,ISO/OSI、IEEE 802系列标准和TCP/IP是计算机网络的三种重要的体系结构。ISO/OSI庞大而复杂，导致其未达到实用，但对计算机网络的发展起到了很好的指导作用，其概念一直沿用至今；IEEE 802系列标准定义了局域网和城域网的技术标准，但只定义了物理层和数据链路层；目前，计算机网络的高层协议主要使用TCP/IP协议族。实际的计算机网络协议体系是一个5层结构：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。,END,