第1章_計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)

1、1普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用 主 編 施榮華 王國才 中國水利水電出版社2第第 1 章章 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)概論計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)概論3 本章從整體方面認(rèn)識計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。通本章從整體方面認(rèn)識計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握以下內(nèi)容過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握以下內(nèi)容： 1.計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的定義、功能計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的定義、功能 2.計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的分類計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的分類 3.計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的組成計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的組成 4.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)【本章目標(biāo)】4【本章要點(diǎn)】 1 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的定義與發(fā)展 2 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的分類 3 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成與主要設(shè)備 4

2、計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 51.1 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的定義與發(fā)展 1.1.1 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的定義 1.1.2 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展6 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)定義：將若干臺具有獨(dú)立功能的計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)定義：將若干臺具有獨(dú)立功能的計算機(jī)通過通信設(shè)備及傳輸媒體互連起來，在通計算機(jī)通過通信設(shè)備及傳輸媒體互連起來，在通信軟件的支持下，實現(xiàn)計算機(jī)間的信息傳輸與交信軟件的支持下，實現(xiàn)計算機(jī)間的信息傳輸與交換的系統(tǒng)，稱之為計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。換的系統(tǒng)，稱之為計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。 簡單地說，計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)是指簡單地說，計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)是指實現(xiàn)計算機(jī)與計實現(xiàn)計算機(jī)與計算機(jī)之間互連與通信的網(wǎng)絡(luò)。算機(jī)之間互連與通信的網(wǎng)絡(luò)。什么叫計算機(jī)通

3、信網(wǎng)絡(luò)7 幾個相關(guān)的幾個相關(guān)的定義定義u計算機(jī)通信定義：（數(shù)字）計算機(jī)之間的計算機(jī)通信定義：（數(shù)字）計算機(jī)之間的通信。通信。u數(shù)據(jù)通信定義數(shù)據(jù)通信定義 ：數(shù)字計算機(jī)或其他數(shù)字終：數(shù)字計算機(jī)或其他數(shù)字終端裝置之間的通信。端裝置之間的通信。u計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：是指以共享資源為目的,利用通信手段把地域上相對分散的若干獨(dú)立的獨(dú)立的計算機(jī)系統(tǒng)、終端設(shè)備和數(shù)據(jù)設(shè)備連接連接起來，并在協(xié)議的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的系統(tǒng)。8計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別？ 將若干臺具有獨(dú)立功能的計算機(jī)通過通信設(shè)備及傳輸媒體互連起來，在通信軟件的支持下，實現(xiàn)計算機(jī)間的信息傳輸與交換實現(xiàn)計算機(jī)間的信息傳輸與交換的系統(tǒng)的系統(tǒng)，稱

4、之為計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指以共享資源為目的,利用通信手段把地域上相對分散的若干獨(dú)立的獨(dú)立的計算機(jī)系統(tǒng)、終端設(shè)備和數(shù)據(jù)設(shè)備連接連接起來，并在協(xié)議的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的系統(tǒng)。9計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的功能 （1）實現(xiàn)資源共享 （2）突破地域界限 （3）增加可靠性 （4）提高處理能力 （5）進(jìn)行數(shù)據(jù)通信10計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 11計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展12計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展13計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展14計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢 （1）開放性方向發(fā)展 （2）一體化方向發(fā)展 （3）多媒體網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展 （4）高效、安全的網(wǎng)絡(luò)管理方向發(fā)展 （5）智能化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展151.2 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的分類 1.2.

5、1 按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類 1.2.2 按地域范圍分類 1.2.3 按傳輸技術(shù)分類 1.2.4 按傳輸介質(zhì)分類161.2.1 按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類 （1）總線拓?fù)洌˙us Topology）結(jié)構(gòu) （2）環(huán)型拓?fù)洌≧ing Topology）結(jié)構(gòu) （3）星型拓?fù)洌⊿tar Topology） 結(jié)構(gòu) （4）網(wǎng)狀拓?fù)洌∟et Topology）結(jié)構(gòu)17總線拓?fù)洌˙us Topology）結(jié)構(gòu) 18環(huán)型拓?fù)浜托切屯負(fù)?9網(wǎng)狀拓?fù)洌∟et Topology） 201.2.2 按地域范圍分類 局域網(wǎng)LAN（Local Area Network） 城域網(wǎng)MAN（Metropolitan Area Netwo

6、rk） 廣域網(wǎng)WAN（Wide Area Network）21廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)以及局域網(wǎng)的關(guān)系 城域網(wǎng)城域網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)廣域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)校園網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)221.2.3 按傳輸技術(shù)分類 廣播網(wǎng)絡(luò) 點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò) 231.2.4 按傳輸介質(zhì)分類 （1）有線網(wǎng)絡(luò) 有線網(wǎng)絡(luò)指采用同軸電纜、雙絞線、光纖等有線介質(zhì)來連接的計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。 （2）無線網(wǎng)絡(luò) 無線網(wǎng)絡(luò)采用微波、紅外線、無線電等電磁波作為傳輸介質(zhì)。由于無線網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)方式靈活方便，不受地理因素影響，因此是一種很有前途的組網(wǎng)方式 。 目前無線通信系統(tǒng)主要有：低功率的無繩電話系統(tǒng)、模擬蜂窩系統(tǒng)、數(shù)字蜂窩系統(tǒng)、移動衛(wèi)星系統(tǒng)、無線

7、LAN和無線WAN等。 24 其他分類 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)技術(shù)與應(yīng)用方式等許多方面是多種多樣的，很難對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行嚴(yán)格的分類。 通常從不同的角度進(jìn)行分類，比如前面的按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、地域范圍、傳輸技術(shù)、傳輸介質(zhì)等， 還常從傳輸速率、 交換方式、服務(wù)方式、連接類型等對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類，相應(yīng)的有對應(yīng)的某某網(wǎng)絡(luò)。 251.3 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成 1.3.1 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成 1.3.2 DTE與DCE 1.3.3 因特網(wǎng)的組成與工作方式 1.3.4 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成 261.3.1計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成可分為三個部分,即硬件系統(tǒng),軟件系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。 硬件系

8、統(tǒng)有計算機(jī)、通信設(shè)備、連接設(shè)備及輔助設(shè)備組成 。271.3.2 DTE與DCE DTE是數(shù)據(jù)終端設(shè)備，DTE提供或接收數(shù)據(jù)，連接到網(wǎng)絡(luò)中的用戶端機(jī)器，主要是計算機(jī)和終端設(shè)備。 與此相對地，在網(wǎng)絡(luò)端的連接設(shè)備稱為 DCE ( Date Circuit - terminating Equipment )。DCE是數(shù)據(jù)通信設(shè)備，如MODEM，是連接DTE設(shè)備的通信設(shè)備。 281.3.3因特網(wǎng)的組成與工作方式 從因特網(wǎng)的功能上看，可以劃分為以下的兩大塊：(1)資源子網(wǎng)，由所有連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)組成。這部分是用戶直接使用的，用來進(jìn)行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。(2)IP通信子網(wǎng)，由大量網(wǎng)絡(luò)

9、和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這部分是為資源子網(wǎng)提供服務(wù)的（提供連通性和交換）。 29 在端系統(tǒng)中運(yùn)行的程序之間的通信方式通常可劃分為兩大類：客戶服務(wù)器方式（C/S 方式）即Client/Server方式和對等方式（P2P 方式）即 Peer-to-Peer方式?？蛻?client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進(jìn)程。 30客戶服務(wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系?？蛻羰欠?wù)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。 對等連接(peer-to-peer，簡寫為 P2P)是指兩個主機(jī)在通信時并不區(qū)分哪一個是服務(wù)請求方還是服務(wù)提供方。只要兩個主機(jī)都運(yùn)行了對等連接軟件（P2P 軟

10、件），它們就可以進(jìn)行平等的、對等連接通信。雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲在硬盤中的共享文檔。 運(yùn)行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運(yùn)行服務(wù)器程序AB 請求服務(wù) 得到服務(wù)客戶服務(wù)器圖1-12客戶服務(wù)器方式311.3.4計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成 1獨(dú)立網(wǎng)絡(luò) 獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)不與其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，其組成的設(shè)備有：服務(wù)器、工作站、網(wǎng)卡、集線器或交換機(jī)等。ARPAnet也是一個獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)。 2三級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 3. 多級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 321.4 計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議 1.4.1 協(xié)議與體系結(jié)構(gòu) 1.4.2 OSI模型 1.4.3 因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)331.4.1協(xié)議與體系結(jié)構(gòu) 1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(Protocol) 語法（語法（

11、Syntax）：包括數(shù)據(jù)格式、編碼及信號）：包括數(shù)據(jù)格式、編碼及信號電平等。電平等。 語義（語義（Semantics）：包括用于協(xié)調(diào)和差錯處）：包括用于協(xié)調(diào)和差錯處理的控制信息。理的控制信息。 定時（定時（Timing）：包括速度匹配和排序。）：包括速度匹配和排序。 2網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)層次劃分所遵循的原則網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)層次劃分所遵循的原則 所謂網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)所謂網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(Architecture)就是計算機(jī)就是計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)各層次及其協(xié)議的集合。層次結(jié)構(gòu)一般通信網(wǎng)絡(luò)各層次及其協(xié)議的集合。層次結(jié)構(gòu)一般以垂直分層模型來表示。以垂直分層模型來表示。34n 層是n-1層的用戶，又是n+1層的服務(wù)提

12、供者。n+1層雖然只直接使用了n層提供的服務(wù)，實際上它通過n層還間接地使用了n-1層以及以下所有各層的服務(wù)。層次結(jié)構(gòu)的好處在于使每一層實現(xiàn)一種相對獨(dú)立的功能。分層結(jié)構(gòu)還有利于交流、理解和標(biāo)準(zhǔn)化。35計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)層次模型n + 1 層n 層n -1 層n + 1 層n 層n -1 層虛 通 信（ n + 1 層 協(xié) 議 ）（ n 層 協(xié) 議 ）（ n + 1 層 協(xié) 議 ）虛 通 信n 1 /n 層 接 口 處n 層 提 供 服 務(wù)n 1 /n 層 接 口 處n 1 層 提 供 服 務(wù)實 通 信物 理 媒 體36層次結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： 除了在物理媒體上進(jìn)行的是實通信之外，除了在物理媒體上進(jìn)行的是實通

13、信之外，其余各對等實體間進(jìn)行的都是虛通信。其余各對等實體間進(jìn)行的都是虛通信。 對等層的虛通信必須遵循該層的協(xié)議。對等層的虛通信必須遵循該層的協(xié)議。 n層的虛通信是通過層的虛通信是通過n/n-1層間接口處層間接口處n-1層提供的服務(wù)以及層提供的服務(wù)以及n-1層的通信（通常也是層的通信（通常也是虛通信）來實現(xiàn)的。虛通信）來實現(xiàn)的。37層次結(jié)構(gòu)劃分的原則 當(dāng)在處理數(shù)據(jù)的過程中需要建立不同的抽象層次時，當(dāng)在處理數(shù)據(jù)的過程中需要建立不同的抽象層次時，應(yīng)進(jìn)行分層；應(yīng)進(jìn)行分層； 不能把結(jié)構(gòu)的層分得太多，以免在描述和綜合這些層不能把結(jié)構(gòu)的層分得太多，以免在描述和綜合這些層次時發(fā)生困難；次時發(fā)生困難； 當(dāng)需要完

14、成顯然不同的處理功能或者需要采用完全不當(dāng)需要完成顯然不同的處理功能或者需要采用完全不同的技術(shù)時，應(yīng)進(jìn)行分層；同的技術(shù)時，應(yīng)進(jìn)行分層； 應(yīng)把相似的功能放在同一層內(nèi)；應(yīng)把相似的功能放在同一層內(nèi)； 在建立分層邊界時，應(yīng)使其服務(wù)描述簡單且應(yīng)保證通在建立分層邊界時，應(yīng)使其服務(wù)描述簡單且應(yīng)保證通過邊界往返的次數(shù)最少。過邊界往返的次數(shù)最少。 在分層時應(yīng)允許各層重新設(shè)計，且允許各層協(xié)議為適在分層時應(yīng)允許各層重新設(shè)計，且允許各層協(xié)議為適應(yīng)結(jié)構(gòu)、軟、硬件方面的新技術(shù)而作某種變化；應(yīng)結(jié)構(gòu)、軟、硬件方面的新技術(shù)而作某種變化； 分層后每一層應(yīng)僅與其相鄰的上下層有接口；分層后每一層應(yīng)僅與其相鄰的上下層有接口； 根據(jù)不同的

15、通信服務(wù)需要可以在同一層內(nèi)進(jìn)一步建立根據(jù)不同的通信服務(wù)需要可以在同一層內(nèi)進(jìn)一步建立若干子層；若干子層； 允許對子層進(jìn)行旁路。允許對子層進(jìn)行旁路。38網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 以功能作為劃分層次的基礎(chǔ)。以功能作為劃分層次的基礎(chǔ)。 第第n層的實體在實現(xiàn)自身定義的功能時，層的實體在實現(xiàn)自身定義的功能時，只能使用第只能使用第n-1層提供的服務(wù)。層提供的服務(wù)。 第第n層在向第層在向第n+1層提供的服務(wù)時，此服層提供的服務(wù)時，此服務(wù)不僅包含第務(wù)不僅包含第n層本身的功能，還包含由下層本身的功能，還包含由下層服務(wù)提供的功能。層服務(wù)提供的功能。 僅在相鄰層間有接口，且所提供服務(wù)的僅在相鄰層間有接口，且所提供服務(wù)的具體

16、實現(xiàn)細(xì)節(jié)對上一層完全屏蔽。具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)對上一層完全屏蔽。391.4.2 OSI模型 1OSI參考模型的描述參考模型的描述OSI模型是一種將異構(gòu)系統(tǒng)互連的分層結(jié)構(gòu)。該模模型是一種將異構(gòu)系統(tǒng)互連的分層結(jié)構(gòu)。該模型共有七層，由低到高分別是：型共有七層，由低到高分別是：物理層（物理層（Physical Layer）數(shù)據(jù)鏈路層（數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）網(wǎng)絡(luò)層（網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）傳輸層（傳輸層（Transport Layer）會話層（會話層（Session Layer）表示層（表示層（Presentation Layer）應(yīng)用層（應(yīng)用層（Application Lay

17、er）40412.OSI參考模型的特征 （1）提供了控制互連系統(tǒng)交互規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)框架。）提供了控制互連系統(tǒng)交互規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)框架。 （2）定義了一種抽象結(jié)構(gòu)，而并非具體實現(xiàn)的描述。）定義了一種抽象結(jié)構(gòu)，而并非具體實現(xiàn)的描述。 （3）不同系統(tǒng)上的相同層的實體稱為同等層實體。）不同系統(tǒng)上的相同層的實體稱為同等層實體。 （4）同等層實體之間通信由該層的協(xié)議管理。）同等層實體之間通信由該層的協(xié)議管理。 （5）相鄰層間的接口定義了原語操作和低層向上層提供）相鄰層間的接口定義了原語操作和低層向上層提供的服務(wù)。的服務(wù)。 （6）所提供的公共服務(wù)是面向連接的或無連接的數(shù)據(jù)服）所提供的公共服務(wù)是面向連接的或無連接的數(shù)據(jù)

18、服務(wù)。務(wù)。 （7）直接的數(shù)據(jù)傳送僅在最低層實現(xiàn)。）直接的數(shù)據(jù)傳送僅在最低層實現(xiàn)。 （8）每層完成所定義的功能，修改本層的功能并不影響）每層完成所定義的功能，修改本層的功能并不影響其他層。其他層。423.OSI參考模型各層的功能 （1）物理層（Physical Layer） 物理層位于OSI參考模型的最底層，是整個OSI參考模型的基礎(chǔ)。 該層規(guī)定了通信設(shè)備的機(jī)械的、電氣的、功能的和過程的特性，用以建立、維護(hù)和拆除物理鏈路連接。43（2）數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer） 數(shù)據(jù)鏈路層在物理層提供比特流服務(wù)的基礎(chǔ)上，建立相鄰結(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)鏈路，通過差錯控制提供數(shù)據(jù)幀（Frame）在信道上無

19、差錯的傳輸，并進(jìn)行各電路上的動作系列。 該層的作用概括如下： 在網(wǎng)絡(luò)層實體間提供傳送數(shù)據(jù)的功能和過程。 提供數(shù)據(jù)鏈路的流控。 檢測和校正物理鏈路產(chǎn)生的差錯。 保證報文以幀為單位在鏈路上可靠傳送。44（3）網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer） 網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)鏈路層提供的幀組成數(shù)據(jù)包，包中封裝有網(wǎng)絡(luò)層包頭，其中含有邏輯地址信息源站點(diǎn)和目的站點(diǎn)地址的網(wǎng)絡(luò)地址。 網(wǎng)絡(luò)層的功能概括如下： 控制報文分組傳送系統(tǒng)的操作，即路由選擇、擁擠控制、網(wǎng)絡(luò)互連等功能，它的特性對高層是透明的。 根據(jù)傳輸層的要求來選擇服務(wù)質(zhì)量。 向傳輸層報告未恢復(fù)的差錯。 確定主機(jī)和通信子網(wǎng)的接口方式。45（4）傳輸層（Transport Layer） 傳輸層為上層提供端到端（最終用戶到最終用戶）的透明的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。所謂透明的傳輸是指在通信過程中傳輸層對上層屏蔽了