计算机网络技术基础全书电子教案正本书教学教程.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,#,计算机网络技术基础,（,第,3,版,）,第一章,计算机网络基础知识,计算机网络概述,计算机网络的产生和发展,计算机网络的功能,计算机网络的分类和拓扑结构,本章学习要点：,计算机网络的应用,三大网络介绍,标准化组织,网络体系结构与协议概述,网络参考模型,1.,1,计算机网络的产生与发展,计算机网络的发展大体上可以分为四个时期。在这期间，计算机技术和通信技术紧密结合，相互促进，共同发展，最终产生了今天的,Internet。,1.面向终端的通信网络阶段,诞生于20世纪50年代。由一台中央主机通过通信线路连接大量的地理上分散的终端，构成面向终端的通信网络，也称为远程联机系统。这是计算机网络的雏形，如图1-,1,所示。,图1-,1,远程联机系统,2.计算机互连阶段,远程联机系统最突出的特点是：终端无独立的处理能力，单向共享主机的资源(硬件、软件)，所以称为面向终端的计算机网络。这种网络结构属集中控制方式，可靠性低。,随着计算机应用的发展以及计算机的普及和价格的降低，20世纪60年代中期，出现了多台计算机通过通信系统互连的系统，开创了“计算机计算机”通信时代，这样分布在不同地点且具有独立功能的计算机就可以通过通信线路，彼此之间交换数据、传递信息。如图1-,2,所示：,图1-,2,计算机互连示意图,3.网络互连阶段,1984年，国际标准化组织,ISO（International Standards Organization）,正式制订和颁布了“开放系统互联参考模型”，简称,OSI RM，,即著名的,OSI,七层模型。,ISO/OSI RM,已被国际社会所公认，成为研究和制订新一代计算机网络标准的基础。从此，网络产品有了统一标准，促进了企业的竞争，大大加速了计算机网络的发展。并使各种不同的网络互联、互相通信变为现实，实现了更大范围内的计算机资源共享。,第二代计算机网络的主要特点是：资源的多向共享、分散控制、分组交换、采用专门的通信控制处理机、分层的网络协议。这些特点往往被认为是现代计算机网络的典型特征。但是这个时期的网络产品彼此之间是相互独立的，没有统一标准。,4.,Internet,与高速网络阶段,这一阶段计算机网络发展的特点是：互连、高速、智能与更为广泛的应用。,Internet,是覆盖全球的信息基础设施之一，用户可以利用,Internet,实现全球范围的信息传输、信息查询、电子邮件、语音与图像通信服务等功能。,返回本章首页,返回本节首页,1.,2,计算机网络概述,计算机网络是现代,通信技术,与,计算机技术,相结合的产物。所谓计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统,从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。,2.,计算机网络包含的四个方面,1.,2.1,计算机网络的基本概念,1.,什么是计算机网络,连接对象,（主要指各种类型的计算机或其他数据终端设备）,连接介质,（主要指双绞线、同轴电缆、光纤、微波等通信线和网,桥、网关、中继器、路由器等通信设备）,连接的控制机制,（主要指网络协议和各种网络软件）,连接方式,（指网络所采用的拓扑结构，如星型、环型、总线型和,网状型等）,1.,2.2,通信子网和资源子网,计算机网络系统,在逻辑功能上可分成两个子网：通信子网和资源子网组成两级网络结构，如下图,1-3,所示,：,图1-,3,计算机网络系统结构示意图,通信子网由通信控制处理机（,CCP,）、,通信线路和其他网络通信设备组成，它主要承担全网的数据传输、转发、加工、转换等通信处理工作。,资源子网主要负责全网的数据处理业务，向全网用户提供所需的网络资源和网络服务。它主要由主机、终端、终端控制器、连网外设以及软件资源和信息资源等组成。,返回本章首页,返回本节首页,通信子网,资源子网,1.3,计算机网络的功能,计算机网络与通信网的结合,可以使众多的个人计算机不仅能够同时处理文字、数据、图像、声音等信息,而且还可以使这些信息四通八达,及时地与全国乃至全世界的信息进行交换。计算机网络的主要功能归纳起来主要有以下几点,：,1.数据通信,数据通信是计算机网络最基本的功能，它为网络用户提供了强有力的通信手段。计算机网络的其他功能都是在数据通信功能基础之上实现的，例如发送电子邮件、远程登录、联机会议、,WWW,等。,2.资源共享,资源共享包括硬件、软件和信息资源的共享，它是计算机网络最有吸引力的功能。资源共享指的是网上用户能够部分或全部地使用计算机网络资源，使计算机网络中的资源互通，从而大大地提高各种硬件、软件和信息资源的利用率。,3.均衡负荷与分布式处理,4.提高计算机系统的可靠性,负载均衡同样是计算机网络的一大特长。例如一个大型的,ICP，,为了支持更多的用户访问它的网站，在全世界多个地方放置了相同内容的,WWW,服务器，通过一定技巧使不同地域的用户看到放置在离他最近的服务器上的页面，这样来实现各服务器的负荷均衡，实现分布处理的目的。此外，利用网络技术，还能将多台计算机连成具有高性能的计算机系统，以并行的方式共同来处理一个复杂的问题，这就是当今称之为协同式计算机的一种网络计算模式。,计算机系统可靠性的提高主要表现在计算机网络中每台计算机都可以依赖计算机网络相互为后备机，一旦某台计算机出现故障，其它的计算机可以马上承担起原先由该故障机所担负的任务，避免了系统的瘫痪，从而使得计算机的可靠性得到了大大的提高。,返回本章首页,返回本节首页,1.4 计算机网络的分类和拓扑结构,计算机网络分类的标准很多，如按拓扑结构、应用协议、传输介质、数据交换方式等等。但最能反映网络技术本质特征的分类标准是网络的覆盖范围，按网络的覆盖范围可以将网络分为局域网（,LAN）、,广域网（,WAN）、,城域网（,MAN）,和国际互联网（,Internet）。,1.局域网,LAN,（,Local Area Network,）,一般用微型计算机通过高速通信线路相连，数据传输速率较快，通常在10,Mbit/s,以上。但其覆盖范围有限，是一个小的地理区域（例如：办公室、大楼和方圆几公里远的地域）内的专用网络。局域网的目的是将个别的计算机、外围设备和计算机系统连接成一个数据共享集体，软件控制着网上用户之间的相互联系和信息传输。局域网结构如图1-4所示：,1.,4.1,计算机网络的分类,图1-4 局域网结构示意图,2.广域网,WAN（Wide Area Network）,广域网是远距离、大范围的计算机网络，覆盖范围一般是几百公里几千公里的广阔地理区域，其主要作用是实现远距离计算机之间的数据传输和信息共享，并且通信线路大多租用公用通信网络（如公用电话网,PSTN）。,广域网上的信息量非常大，共享的信息资源极为丰富，但数据的传输速率较低，比局域网更容易发生传输差错。广域网结构如图1-5所示。,图1-5 广域网结构示意图,3.城域网,MAN（Metropolitan Area Network）,城域网的覆盖范围介于局域网和广域网之间，,它可能是覆盖一组邻近的公司、办公室，也可能是覆盖一座城市，地理范围,一般为几公里几十公里。城域网,通常使用与,LAN,相似的技术。,4.国际互联网（,Internet）,Internet,并不是一种具体的网络技术，它是将同类和不同类的物理网络（局域网、广域网、城域网）通过某种协议互联起来的一种高层技术。,不同类型网络之间的比较如下表,1-1,所示,网 络 种 类,覆 盖 范 围,分 布 距 离,局域网,房间,10m,建筑物,100m,校园,1km,城域网,城市,10km,以上,广域网,国家,100km,以上,国际,Internet,洲或洲际,1000km,以上,表,1-1,不同类型网络之间的比较,1.,4.2,计算机网络的拓扑结构,网络拓扑结构,是指用传输介质互连各种设备的物理布局。它将工作站、服务器等网络单元抽象为“点”，网络中的通信介质抽象为“线”，从而抽象出网络系统的具体结构。,常见的计算机网络的拓扑结构有星型、环型、总线型、树型和网状型。,1,星型拓扑网络,各节点通过点到点的链路与中央节点连接，如图,1-6,所示。,图,1-6,星型拓扑结构,中央节点可以是转接中心，起到连通的作用；也可以是一台主机，此时具有数据处理和转接的功能。,优点,：很容易在网络中增加和移动节点，容易实现数据的安全性和优先级控制；,缺点,：属于集中控制，对中央节点的依赖性大，一旦中心节点有故障就会引起整个网络的瘫痪。,2,环型拓扑网络,节点通过点到点通信线路连接成闭合环路，如图,1-7,所示，环中数据将沿一个方向单向传送。,图,1-7,环型拓扑结构,网络结构简单，传输延时确定，但是环中某一个节点以及节点与节点之间的通信线路出现故障，都会造成网络瘫痪。,环型网络中，网络节点的增加和移动以及环路的维护和管理都比较复杂。,3,总线型拓扑网络,所有节点共享一条数据通道，如图,1-8,所示，一个节点发出的信息可以被网络上的每个节点接收。,图,1-8,总线型拓扑结构,由于多个节点连接到一条公用信道上，所以必须采取某种方法分配信道，以决定哪个节点可以优先发送数据。,优点是：网络结构简单，安装方便，成本低，并且某个站点自身的故障一般不会影响整个网络。,缺点是：实时性较差，总线上的故障会导致全网瘫痪。,4,树型拓扑网络,在树型拓扑结构中，网络的各节点形成了一个层次化的结构，如图,1-9,所示，树中的各个节点通常都为主机，,图,1-9,树型拓扑结构,树中低层主机的功能和应用有关，一般都具有明确定义功能，如数据采集、变换等；高层主机具备通用的功能，以便协调系统的工作，如数据处理、命令执行等。,若树型拓扑结构只有两层，就变成了星型结构，因此，树型拓扑结构可以看作是星型拓扑结构的扩展结构。,5,网状型拓扑网络,节点之间的连接是任意的，没有规律，如图,1-10,所示。,其主要优点是可靠性高，但结构复杂，必须采用路由选择算法和流量控制方法。广域网基本上都是采用网状型拓扑结构。,图,1-10,网状型拓扑结构,返回本章首页,返回本节首页,1.5 计算机网络的应用,1.5.1 计算机网络的应用,计算机网络应用在企事业单位中,计算机网络应用在个人信息服务中,计算机网络应用在商业中,返回本章首页,返回本节首页,1.,6,三大网络介绍,当前，在我国通信、计算机信息产业以及广播电视领域中，实际运行并具有影响力的有三大网络：电信网络、广播电视网络和计算机网络。,1.,电信网络,电信网是以电话网为基础逐步发展起来的。电话系统主要由,本地网络,、,干线,和,交换局,三个部件组成。,以前整个电话系统中传输的信号都是模拟的，现在所有的干线和交换设备几乎都是数字的，仅剩下本地回路仍然是模拟的，这种特性使得数字传输比模拟传输更加可靠，而且，维护更加方便，成本更低。,电信业务除了传统的电话交换网（,PSTN,）之外，还有数字数据网（,DDN,）、帧中继网（,FR,）和异步传输模式网（,ATM,）等,在,DDN,中，它可提供固定或半永久连接的电路交换业务，适合提供实时多媒体通信业务。,在帧中继网中，是以统计复用技术为基础，进行包传输、包交换，速率一般在,64bit/s,2.048Mbit/s,，适合提供非实时多媒体通信业务。,在,ATM,网中，,ATM,是支持高速数据网建设、运行的关键设备，可支持,25Mbit/s,4Gbit/s,数据的高速传输，不仅可以传输语音，还可以传输图像，包括静态图像和活动影像。,电信网除上述几种网络外，还有,X.25,公共数据网、综合业务数字网（,ISDN,）以及中国公用计算机网（,CHINANET,）等。,2,广播电视网,广播电视网主要是指有线电视网（,CATV,），目前还是靠同轴电缆向用户传送电视节目，处于模拟水平阶段，但其网络技术设备先进，主干网采用光纤，贯通各城镇。,混合光纤同轴电缆（,HFC,）入户与电话接入方式相比，其优点是,:,传输带宽约为电话线的一万倍，而且在有线电视同一根同轴电缆上，用户可以同时看电视、打电话、上网，且互不干扰,广播电视网的信息源是以单向实时以及一点对多点的方式连接到众多用户的，用户只能被动地选择是否接收（主要是语音和图像）。,利用混合光纤同轴电缆进行电视点播（,VOD,）以及通过,CATV,网接入,Internet,进行电视点播、通话等是,CATV,网今后的发展方向。它的主要业务除了广播电视传输之外，还包括电视点播、远程电视教育、远程医疗、电视会议、电视电话和电视购物等。,3,计算机网络,计算机网络初期主要是局域网，广域网是在,Internet,大规模发展后才进入平常家庭的，目前主要依赖于电信网，因此传输速率受到一定的限制。,CHINANET,依托强大的,CHINAPAC,、,CHINADDN,和,PSTN,等公用网，采用先进设备，是我国,Internet,的主干网。,在计算机网中，用户之间的连接可以是一对一的，也可以是一对多的，相互间的通信既有实时，也有非实时，但在大多数情况下是非实时的，采用的是存储转发方式。,计算机网络提供的主要业务有：文件共享、信息浏览、电子邮件、网络电话、视频点播、,FTP,文件下载和网上会议等。,“,三网合一,”就是把现有的传统电信网、广播电视网和计算机网互相融合，逐渐形成一个统一的网络系统，由一个全数字化的网络设施来支持包括数据、语音和图像在内的所有业务的通信。,目前，三网合一逐渐成为了最热门的话题之一，也是现代通信和计算机网络发展的大趋势。,返回本章首页,返回本节首页,1.,7,标准化组织,1,ISO,国际标准化组织（,ISO,）是一个全球性的非政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织。,ISO,制定了网络通信的标准，即开放系统互连（,OSI,）。,ISO,的主要任务是促进全球范围内的标准化及其有关活动的开展，以利于国际间产品和服务的交流以及在知识、科学、技术和经济活动中发展国际间的相互合作。,2,ITU,国际电信联盟（,ITU,）是世界各国政府的电信主管部门之间协调电信事务方面的一个国际组织。,ITU,的宗旨是：维持和扩大国际合作，以改进和合理地使用电信资源，促进技术设施的发展及其有效地运用，以提高电信业务的效率，扩大技术设施的用途，并尽量使公众得以普遍利用那个，协调各国行动，以达到上述的目的,在通信领域，最著名的国际电信联盟标准化部门（,ITU-T,）标准有,V,系列标准，例如,V.32,、,V.33,和,V.42,等，另外，还有,X,系列标准，例如,X.25,、,X.400,和,X.500,为公用数字网上传输数据的标准。,2,IEEE,电气与电子工程师协会（,IEEE,）由,1963,年美国电气工程师学会（,AIEE,）和美国无线电工程师学会（,IRE,）合并而成，是美国规模最大的专业学会。,IEEE,的最大成果是制定了局域网和城域网的标准，这个标准被称为,802,项目或,802,系列标准,3,ANSI,美国国家标准学会（,ANSI,）是由制造商、用户通信公司组成的非政府组织，是美国的自发标准情报交换机构，也是由美国指定的,ISO,投票成员。它致力于国际标准化事业和实现消费品方面的标准化。,4,EIA,美国电子工业协会（,EIA,）创建于,1924,年。,EIA,广泛代表了设计生产电子元件、部件、通信系统和设备的制造商以及工业界、政府和用户的利益，在提高美国制造商的竞争力方面起到了重要的作用。,5,TIA,美国通信工业协会（,TIA,），是一个全方位的服务性国家贸易组织。其成员包括为美国和世界各地提供通信和信息技术产品、系统和专业技术服务的,900,余家大小公司，本协会成员有能力制造供应现代通信网中应用的所有产品。此外，,TIA,还有一个分支机构,多媒体通信协会（,MMTA,）。,TIA,还与美国电子工业协会（,EIA,）有着广泛而密切的联系。,返回本章首页,返回本节首页,1.8,网络体系结构与协议概述,1.8.1,网络体系结构的概念,网络体系结构,是指整个网络系统的逻辑组成和功能分配，定义和描述了一组用于计算机及其通信设施之间互连的标准和规范的集合。,研究网络体系结构的,目的,：定义计算机网络各个组成部分的功能，以便在统一的原则指导下进行网络的设计、建造、使用和发展。,1.8.2,网络协议的概念,网络协议,就是指：为进行网络中的数据通信或数据交换而建立的规则、标准或约定。,1.,什么是网络协议,连网的计算机以及网络设备之间要进行,数据,与,控制信息,的成功传递就必须共同遵守网络协议。,2.,网络协议的三要素,语法（,Syntax,）,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。,语义（,Semantics,）,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，完成何种动作以及做出何种应答,时序（,Timing,）,时序又可称为“同步”，规定了双方“何时进行通信”，即事件实现顺序的详细说明,1.8.3,网络协议的分层,计算机网络是一个非常复杂的系统，不仅涉及网络硬件设备，还涉及各种各样的软件，所以通信协议必然十分复杂。实践证明，结构化设计方法是解决复杂问题的一种有效手段，其核心思想是：将系统模块化，并按,层次,组织各模块。,1.,分层的好处,各层之间可相互独立,灵活性好，易于实现和维护,有利于促进标准化,2.,各层次间的关系,网络协议都是按层的方式来组织，如图,1-11,所示，每一层都能完成一组特定的、有明确含义的功能，每一层的目的都是向上一层提供一定的服务，而上一层不需要知道下一层是如何实现服务的。,每一对相邻层次之间都有一个,接口,（,Interface,），接口定义了下层向上层提供的,命令和服务,，相邻两个层次都是通过接口来交换数据的。,图,1-11,计算机网络的层次模型,每一层中的活动元素通常称为,实体,（,Entity,）。实体既可以是软件实体（如一个进程），也可以是硬件实体（如智能输入,/,输出芯片）。不同通信节点上的同一层实体称为,对等实体,（,Peer Entity,）,。,不同网络中的对等实体之间不能直接进行通信，其通信过程如图,1-12,所示。,图,1-12,对等实体间通信示意图,3.,层次间的关系举例,具体实例请参照教材,P,学习。,1.8.4,其他相关概念,1.,服务,服务,位于层次接口的位置，表示低层为上层提供哪些操作功能，至于这些功能是如何实现的，则不是服务考虑的范畴。,2.,面向连接服务,面向连接服务,类似打电话，包括：建立连接、维护连接和拆除连接三个阶段。这种服务的最大好处就是能够保证数据高速、可靠和顺序的传输。,3.,面向无连接服务,面向无连接的服务,就像发电报，发送方并不能马上确认对方是否已收到。因此，面向无连接服务不需要维护连接的额外开销，但是 可靠性较低，也不能保证数据的顺序传输。,4.,服务访问点（,Service Access Point,）,服务访问点,是相邻两层实体之间通过接口调用服务或提供服务的联系点。,5.,协议数据单元（,Protocol Data Unit,，,PDU,）,协议数据单元,是对等实体之间通过协议传送的数据单元。,返回本节首页,返回本章首页,6,接口数据单元（,Interface Data Unit,，,IDU,）,接口数据单元,是相邻层次之间通过接口传送的数据单元，接口数据单元又称为,服务数据单元,（,Service Data Unit,，,SDU,）,1.9,网络参考模型,1.9.1 OSI,参考模型,1984,年，国际标准化组织（,ISO,）发表了著名的,ISO/IEC 7498,标准，定义了网络互连的,7,层框架，这就是,开放系统互连,参考模型，即,OSI,参考模型，如图,1-13,所示。,图,1-13 OSI,参考模型的结构,1.OSI,参考模型的概念,“,开放,”是指只要遵循,OSI,标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循,OSI,标准的其他任何系统进行通信。,OSI,参考模型的最高层为应用层，面向用户提供网络应用服务；最低层为物理层，与通信介质相连实现真正的数据通信。两个用户 计算机通过网络进行通信时，除物理层之外，其余各对等层之间均 不存在直接的通信关系。,2.OSI,参考模型各层的功能,（,1,）物理层,物理层的主要任务就是：透明地传送二进制比特流，但物理层并不关心比特流的实际意义和结构，只是负责接收和传送比特流。,物理层的另一个任务就是定义网络硬件的特性，包括使用什么样的传输介质以及与传输介质连接的接头等物理特性，所典型规范代表有：,EIA/TIA RS-232,、,EIA/TIA RS-449,、,V.35,、,RJ-45,等。,传送信息所利用的物理传输介质，如双绞线、同轴电缆、光纤等，并不在物理层之内而是在物理层之下。,（,2,）数据链路层,数据链路层的主要任务是：在两个相邻节点间的线路上无差错地传送以,帧,（,Frame,）为单位的数据，并要产生和识别帧边界,。,数据链路层还提供了,差错控制,与,流量控制,的方法，保证在物理线路上传送的数据无差错。,数据链路层协议的代表有：,SDLC,、,HDLC,、,PPP,、,STP,、帧中继等,（,3,）网络层,网络层的主要任务是：进行路由选择，以确保数据分组从发送端到达接收端，并在数据分组发生阻塞时进行拥塞控制。,网络层还要解决,异构网络的互连,问题，以实现数据分组在不同类型的网络中传输。,网络层协议的代表有：,IP,、,ICMP,、,ARP,、,RIP,、,OSPF,等。,（,4,）传输层,传输层从会话层接收数据，形成,报文,（,Message,），并且在必要时将其分成若干个,分组,，然后交给网络层进行传输。,传输层的主要任务是：为上一层进行通信的两个进程之间提供一个可靠的,端到端,服务，使传输层以上的各层不再关心信息传输的问题。,端到端是指：进行相互通信的两个节点不是直接通过传输介质连接起来的，相互之间有很多交换设备（如路由器）。,传输层协议的代表有：,TCP,、,UDP,等。,（,5,）会话层,会话层的主要任务是：针对远程访问进行管理（比如断点续传），包括会话管理、传输同步以及数据交换管理等。,会话层协议的代表有：,NetBIOS,、,ZIP,（,AppleTalk,区域信息协议）等,（,6,）表示层,表示层的主要任务是：用处理在多个通信系统之间交换信息的表示方式，包括数据格式的转换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等。,表示层协议的代表有：,ASCII,、,ASN.1,、,JPEG,、,MPEG,等。,（,7,）应用层,应用层的主要任务是：为网络用户或应用程序提供各种服务，如文件传输、电子邮件、网络管理和远程登录等,应用层协议的代表有：,WWW,、,Telnet,、,FTP,、,HTTP,、,SNMP,等,3.OSI,参考模型中的数据传输过程,图,1-14 OSI,参考模型中的数据传输过程,数据传输的具体细节请参照教材学习。,1.9.2 TCP/IP,参考模型,1.TCP/IP,概述,ARPANET,的运行经验表明，,TCP/IP,是一个非常可靠且实用的网络协议。,20,世纪,80,年代末，美国国家科学会借鉴了,ARPANET,的,TCP/IP,技术建立了,NSFNET,。,NSFNET,使越来越多的网络互连在一起，最终形成了今天的,Internet,。,TCP/IP,也因此成为了,Internet,上广泛使用的标准网络通信协议。,TCP/IP,标准由一系列的,文档定义,组成，这些文档定义描述了,Internet,的内部实现机制，以及各种网络服务或服务的定义。,TCP/IP,标准并不是由某个特定组织开发的，实际上是一些团体所共同开发的，任何人都可以把自己的意见作为文档发布，但只有被认可的文档才能最终成为,Internet,标准。,TCP/IP,实际上是一个,协议簇,。所有协议都包含在,TCP/IP,簇的,4,个层次中，形成了,TCP/IP,协议栈，如图,1-15,所示：,图,1-15 TCP/IP,协议栈,2.OSI,参考模型和,TCP/IP,参考模型的对应关系,图,1-16 OSI,参考模型与,TCP/IP,参考模型的层次对应关系,3.TCP/IP,参考模型各层次的功能,（,1,）主机,网络层,事实上，,TCP/IP,参考模型并没有真正定义这一部分，只是指出在这一层上必须具有物理层和数据链路层的功能。,包含了多种网络层协议，如以太网协议（,Ethernet,）、令牌环网协议（,Token Ring,）、分组交换网协议（,X.25,）等,（,2,）互联层,互联层是整个,TCP/IP,参考模型的关键部分，它提供的是无连接的服务，主要负责将源主机的数据分组（,Packet,）发送到目的主机。,互联层的主要功能包括：处理来自传输层的分组发送请求、处理接收到的数据报、进行流量控制与拥塞控制等。,互联层上定义的主要协议包括：网际协议（,IP,）、,Internet,控制报文协议（,ICMP,）、地址解析协议（,ARP,）、反向地址解析协议（,RARP,）等。,（,3,）传输层,与,OSI,参考模型的传输层类似，,TCP/IP,参考模型的传输层的主要功能是：使发送方主机和接收方主机上的对等实体可以进行会话。,在传输层上定义了以下两个端到端的协议：传输控制协议,（,TCP,）,和,用户数据报协议,（,UDP,）,。,TCP,是一个,面向连接,的可靠传输协议，而,UDP,是一个,面向无连接,的不可靠传输协议。,（,4,）应用层,应用层负责向用户提供一组常用的应用程序，包含了所有,TCP/IP,协议簇中的高层协议，如,FTP,、,SMTP,、,HTTP,、,SNMP,、,DNS,等。,应用层协议一般可以分为,3,类：一类是依赖于面向连接的,TCP,；一类是依赖于无连接的,UDP,；还有一类则既依赖于,TCP,又依赖于,UDP,。,1.9.3,两种参考模型的比较,1.,共同点和不同点,采用了协议分层方法，将庞大且复杂的问题划分为若干个较容易处理的范围较小的问题。,各协议层次的功能大体上相似，都存在网络层、传输层和应用层。,两者都可以解决异构网络的互连，实现世界上不同厂家生产的计算机之间的通信。,两者都是计算机通信的国际性标准，虽然这种标准一个,(OSI),原则上是国际通用的，一个,(TCP/IP),是当前工业界使用最多的。,两者都能够提供面向连接和面向无连接的两种通信服务机制。,（,1,）共同点,（,2,）不同点,模型设计的差别,层数和层间调用关系不同,最初设计的差别,对可靠性的强调不同,标准的效率和性能上存在差别,市场应用和支持上不同,2.OSI,参考模型的优、缺点,OSI,参考模型详细定义了,服务,、,接口,和,协议,三个概念，并将它们严格加以区分，实践证明这种做法是非常有必要的。,OSI,参考模型产生在协议发明之前，这意味着该模型没有偏向于任何特定的协议，因此非常,通用,。,OSI,参考模型的某些层次（如会话层和表示层）对于大多数应用程序来说都没有用，而且某些功能在各层重复出现（如寻址、流量控制和差错控制），这样影响了系统的工作效率。,OSI,参考模型的结构和协议虽然大而全，但显过于,复杂和臃肿,，因而效率较低，实现起来较为困难。,TCP/IP,参考模型产生在协议出现以后，模型实际上是对已有协议的描述。因此，协议和模型匹配得相当好。,TCP/IP,参考模型并不是作为国际标准开发的，它只是对一种已有标准的概念性描述。所以，它的设计目的单一，影响因素少，协议简单高效，可操作性强。,TCP/IP,参考模型没有明显地区分服务、接口和协议的概念。因此，对于使用新技术来设计新网络，,TCP/IP,参考模型则不是一个很好的模板。,由于,TCP/IP,参考模型是对已有协议的描述，因此通用性较差，不适合描述除,TCP/IP,参考模型之外的其他任何协议。,3.TCP/IP,参考模型的优、缺点,某些层次的划分不尽合理，如主机网络层。,1.9.4,网络参考模型的建议,图,1-17,一种建议的参考模型,返回本节首页,返回本章首页,本章小结,返回本章首页,本章是计算机网络的引论，这一章，我们首先介绍了计算机网络产生的历史背景和发展过程，强调了计算机网络是通信技术和计算机技术相结合的产物；然后总结归纳了计算机网络的基本概念和基本组成；接着详细阐述了计算机网络的基本功能、基本类型、拓扑结构以及国际上一些著名的标准化组织；另外本章还对网络体系结构和协议的分层、两种重要的网络参考模型,OSI,和,TCP/IP,的层次结构和各层次的功能等也做了详细的分析和讨论。,通过这一章的学习，主要是使读者对计算机网络有一个全面的、感性的认识，总体上明确网络是什么，本课程所研究的主要问题是什么。,第二章 数据通信技术,本章学习要点：,数据通信的基本概念,传输介质的主要特性和应用,无线通信技术,数据交换技术,数据传输技术,数据编码技术,差错控制技术,2.1 数据通信,的基本概念,2.1.1,信息、数据与信号,信息,是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。任何事物的存在，都伴随着相应的信息的存在，信息不仅能反映事物的特征、运动和行为，而且还能够借助媒体（如空气、光波、电磁波等）传播和扩散。信息的载体可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画等。,数据,是指把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述。数据按其连续性可分为,模拟数据,与,数字数据,。,信号,是数据的电磁波表示形式，一般以时间为自变量，以表示信息（数据）的某个参量（振幅、频率或相位）为因变量。,模拟信号,是,随时间连续变化的信号，如图,2-1,（,a,）,所示，这种信号的某种参量，如振幅和频率，可以表示要传送的信息。例如，电视图像信号、语音信号、温度压力传感器的输出信号等。,数字信号,是指离散的信号,如图2-1（,b,）所示，如计算机使用的由“0”和“1”组成的信号。数字信号在通信线路上传输时要借助电信号的状态来表示二进制代码的值。因为电信号可呈现两种状态，可以分别表示“0”和“1”。,图2-1 模拟信号和数字信号波形,2.1.,2,基带信号与宽带信号,2.1.,3,信道及信道的分类,信道,（,information channels,）是信号传输的必经之路，包括传输媒体和通信设备。传输媒体可以是有形媒体，如电缆、光纤等，也可以是无形媒体，如传输电磁波的空间。,基带信号,就是将计算机发送的,数字信号,“,0,”,或,“,1,”,用两种不同的电压表示后，直接送到通信线路上传输的信号。,宽带信号,是基带信号经过调制后形成的频分复用,模拟信号,。,1、信道的概念,2,、信道的分类,常见的分类有以下一些：,（,1,）有线信道和无线信道,（,2,）物理信道和逻辑信道,有线信道,是指使用有线传输介质的信道主要包括双绞线、同轴电缆和光缆等。,无线信道,是指以电磁波在空间传播的方式传送信息的信道，主要包括长波信道、短波信道和微波信道等。,物理信道,是指用来传送信号或数据的物理通路，物理信道由传输介质及有关设备组成。,数字信道,是用来传输离散数字信号的。,离散的数字信号在计算机中,指由“0”和“1”的二进制代码组成的数字序列，当利用数字信道传输数字信号时不需要进行变换，通常需要进行数字编码。,（,3,）数字信道和模拟信道,逻辑信道,也是一种通路，但一般是指人为定义的信息传输通路，在信号收、发点之间并不存在一条物理传输介质，通常把逻辑信道称为“连接”。,模拟信道,是用来传输模拟信号的。模拟信号的电平随时间连续变化，语音信号就是典型的模拟信号。如果利用模拟信道传送数字信号，则必须经过数字与模拟信号之间的变换（,A/D,变换器）。调制解调器就是完成这种变换的。,2.1.,4,数据通信的技术指标,传输速率,是指：通信线路上传输信息的速度,它是描述数据传输系统的重要技术指标之一。传输速率一般有两种表示方法，即信号速率和调制速率。,信号速率,是指：单位时间内所传送的二制位代码的有效位数，以每秒多少比特数计，单位为,比特/秒,（,bit/s）,。数字信号的速率通常用“比特,/,秒”来表示,调制速率,是,指：每秒传送的脉冲数，单位为,波特,/,秒,（,Baud/s），,是指信号在调制过程中，调制状态每秒钟转换的次数。模拟信号的速率通常用“波特,/,秒”来表示。,1.,传输速率,注意：,“波特”与“比特”的意义是不同的，每一“波特”，即模拟信号的一个状态不仅仅表示一位数据，而是代表了多位数据。,（,2,）信道带宽,信道带宽,是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，单位用赫兹（,Hz,）表示。,数据通信系统的信道传输的是电磁波（包括无线电波、微波、光波等），其带宽就是所能传输电磁波的最大有效频率减去最小有效频率所得到的值。,（,3,）信道容量,信道容量,，,即单位时间内信道上所能传输的最大比特数，单位为比特,/,秒（,bit/s,），它是某个信道传输数据速率的一个上限。,注意,：,信道的,容量,与,信道带宽,成正比关系，即信道带宽越宽，信道容量就越大，所以人们有时愿意将“带宽”作为信道所能传送的“最高速率”的同义语，尽管这种叫法不太严格。,传输数据的速率都不可能超过信道容量上限，否则信号就会失真,2.1.,5,通信方式,通信方式是指通信双方的信息交互的方式，在设计一个通信系统时，还要回答以下,3,个问题。,是采用单工通信方式，还是采用半双工或全双工通信方式？,是采用串行通信方式，还是采用并行通信方式？,是采用同步通信方式，还是采用异步通信方式？,单工通信是指,数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。,如图2-2所示：,发,送,端,接,收,端,数据的单方向性,主机,显示器,图2-2 单工通信示意图,单工通信,1、单工、半双工与全双工通信,半双工通信,半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。如图2-3所示：,发,送,端,/,接,收,端,发,送,端,/,接,收,端,不同时刻的数据双向传输,对讲机,对讲机,图2-3 半双工通信示意图,全双工通信,全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输，比如，电话通话。,全双工通信需要两条信道，一条用来接收信息，一条用来发送信息，因此其通信效率很高。如图2-4所示,。,发,送,端,接,收,端,任何时刻的数据双向传输,电话机,电话机,图2-4 全双工通信示意图,2,、串行通信和并行通信,串行通信,串行通信,，是将待传送的每个字符的二进制代码按由低到高的顺序，依次发送，如图,2-5,所示。其优点是：收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，成本低；缺点是：速度比较慢。在远程数据通信中，一般都采用串行通信方式。,图2-,5,串行通信示意图,并行通信,并行通信,，是指数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输，如图,2-6,所示。其优点是速度快，但发送与接收端之间有若干条线路，费用高，仅适合于近距离和高速数据通信的环境下使用。,图2-,6,并行通信示意图,3,、同步技术,同步,，,就是要求通信的收发双方在时间基准上保持一致，它是数字通信中必须要解决的一个重要问题。,在数据通信过程中，常用的同步技术有以下两种。,异步通信方式,每