三级网络技术第2章网络基本概念2.1计算机网络的形成与发展32.1计算机网络的形成与发展••••42.1计算机网络的形成与发展(续)•Internet的发展•Internet是通过路由器实现多个广域网和局域网互连的大型网际网•更高性能的Internet2正在发展之中。•局域网技术的发展•高速Ethernet：10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps•宽带网络的发展•宽带骨干网•宽带接入网2.2计算机网络的定义62.2.1计算机网络定义的基本内容•72.2.2计算机网络的基本结构及其特点•1．早期计算机网络结构•结构上：包括主机、终端、CCP与通信线路•逻辑功能上：包括资源子网、通信子网主机通信控制处理机资源子网通信子网82.2.2计算机网络的基本结构及其特点(续)•2．现代网络结构的特点•微型计算机通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网的互联是通过路由器实现的•Internet：由路由器互联的大型、层次结构的互联网络国家级骨干网地区宽带网校园网或机关、企业网2.3计算机网络的分类102.3.1网络分类方法•网络分类方法有很多，如：•最主要的分类方法有两种：•传输技术•网络规模112.3.1网络分类方法•1．根据网络所使用的传输技术分类•广播式•所有计算机共享一个通信信道，一台计算机发送的数据，所有计算机都可以接收到•每个消息中都有目的地址和源地址•局域网大多是广播式网络•点到点•需要使用分组的存储转发和路由选择技术，数据通过专门的存储转发设备(如路由器)选择路径•广域网大多是点到点网络122.3.1网络分类方法•2．根据其覆盖的地理范围进行分类•是最能反映网络技术本质特征和最常见网络分类方法•按网络的分布距离来分类，可分为：•广域网（WAN）•局域网（LAN）•城域网（MAN）132.3.2广域网WAN•作用范围:几十到几千公里，可覆盖一个国家、地区、或横跨几个洲•通信子网：可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网•广域网的主要特点有：•适应大容量与突发性通信的要求；•适应综合业务服务的要求；•开放的设备接口与规范化的协议；•完善的通信服务与网络管理。•拥塞控制•计算机的数据传输具有“突发性”，广域网需要进行拥塞控制14几种常见广域网技术•分组交换网X.25•建立在原有的速率较低、误码率较高的电缆传输介质之上•为保证数据的可靠性，X.25协议包括了差错控制、流量控制、拥塞控制等功能•帧中继•X.25的简化版本•传输介质光纤化、通信设备的数字化智能化，使数据传输的差错率降低到可以忽略不计•将流量控制、差错控制等功能全部交由智能终端设备处理15几种常见广域网技术(续)•宽带综合业务数据网B-ISDN和异步传输模式ATM•宽带综合业务数字网（B-ISDN）：•提供64Kbit/s~150Mbit/s、甚至到600Mbit/s的各种信息速率业务•技术基础：ATM•ATM技术•以信元为单位•综合了以往电路交换方式和分组交换方式的优点•对各种媒体信息，进行一元化的处理、加工、传递和交换，大大提高网络效率•服务质量QoS（QualityofService）•多媒体网络应用及实时通信要求网络传输的高速率与低延迟162.3.3局域网LAN•作用范围：一般在10公里以内，以一个单位或一个部门的范围为限，由这些单位或部门单独组建•主要技术•以太网、令牌总线、令牌环•交换式局域网•10Mbps到桌面•100Mbps以太网、1Gbps以太网作主干172.3.4城域网MAN2.4计算机网络拓扑构型192.4.1计算机网络拓扑的定义•抽象•“点”：工作站、服务器、通信设备等•“线”：通信介质•网络拓扑结构•通过网络中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中个实体间的结构关系。•拓扑的重要性•对网络的性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响•主要指通信子网的拓扑构型202.4.2网络拓扑分类方法•采用点-点线路的通信子网•星型、环型、树型与网状型•不可能存在总线型•采用广播信道的通信子网•总线型、树型、环型、无线．星型拓扑•结点通过点-点通信线路与中心结点连接，中心结点控制全网的通信•优点：容易在网络中增加新的站点，易于实现和管理•缺点：中心节点的故障会引起整个网络瘫痪。•2．环型拓扑•结点通过点-点通信线路连接成闭合环路•优点：容易安装和监控•缺点：容量有限，网络建成后，难以增加新的站点•3．环型拓扑•星型拓扑的扩展•结点按层次进行连接，信息交换主要在上、下结点之间进行，相邻及同层结点之间一般不进行数据交换或数据交换量小•汇集信息的应用要求•4．网状拓扑•结点之间的连接是任意的，没有规律•优点：系统可靠性高，•缺点：结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法•广域网基本上都是采用网状拓扑构型2.5数据传输速率与误码率232.5.1数据传输速率的定义•1．数据传输速率•在数值上等于每秒钟传输的构成数据代码的二进制比特数，又称比特率•单位为比特/秒，记作b/s、bit/s或bps•对于二进制数据，数据传输速率可定义为：S=1/T•常用的数据传输速率的单位还有Kbps、Mbps、Gbps和Tbps。换算关系：1Kbps=1×103bps1Mbps=1×106bps1Gbps=1×109bps1Tbps=1×1012bps242.5.1数据传输速率的定义(续)•2．带宽与数据传输速率关系•带宽：某个信号具有的频率宽度，单位是赫兹（Hz）。•“带宽”和“速率”几乎成了同义词•通信信道最大传输速率与信道带宽之间存在着明确的关系：•奈奎斯特准则•香农定理252.5.1数据传输速率的定义(续)•奈奎斯特准则•描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系• 二进制数据信号的最大数据传输速率R max 与通 信信道带宽（B=f，单位HZ）的关系为： • 例如，对于二进制数据，若B=3 000Hz，则最 大数据传输速率R max =6 000bps。 f R 2 max  26 2.5.1 数据传输速率的定义(续) • 香农定理 • 描述了有限带宽、有随机热噪声信道时，最大传输速 率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系： 其中：R max :数据最大传输速率，单位是bps B:信道带宽，单位是Hz S/N:信号与噪声功率比 • 例如：信道带宽B=3000Hz，S/N=1 000，那么 R max ≈30kbps 。 • 香农定理给出了一个有限带宽、有热噪声信道的最大 数据传输速率的极限值 ) / 1 ( log 2 max N S B R   27 2.5.2 误码率的定义 • 定义：二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，定义 为: • P e = N e / N 其中：N：传输总码元数；N e ：传输出错的码元 • 定义的理解： • （1）误码率是衡量正常状态下传输可靠性的参数 • （2）对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说，误码率越低 越好。误码率越低，设备则越复杂，价格越贵 • （3）误码率是二进制的比值。误码率的测试是一种统计数字，测 试的值越多，越接近精确值 • 计算机网络中，误码率通常要求低于10 -6 ，通信系统达 不到，需要进行差错控制。 2.6 网络体系结构与网络协议的基 本概念 29 2.6.1 网络体系结构的基本概念 • 1．网络协议 • 定义：为网络数据交换而制定的规则、约定与 标准 • 三要素： • 语法：用户数据与控制信息的结构和格式； • 语义：需要发出何种控制信息，以及完成的动作与 做出的响应； • 时序：对事件实现顺序的详细说明。 30 2.6.1 网络体系结构的基本概念(续) • 2．网络体系结构 • 定义：计算机网络层次结构模型和各层协议的集合 • 体系结构是抽象的，实现是具体的 • 3．层次结构模型 • 结构化设计方法 • 层次结构模型优点： • 各层之间是独立的 • 设计灵活 • 结构上可分割开 • 易于实现和维护 • 能促进标准化工作 • 第一个计算机网络体系结构：IBM公司的SNA 31 2.6.2 ISO/OSI参考模型 • OSI/RM —Open System Interconnection Basic Reference Model，开放系统互连基 本参考模型 • 分层的体系结构、三级抽象： • 第一级抽象：体系结构 • 第二级抽象：服务定义 • 第三级抽象：协议规格说明 • OSI/RM并不是一个标准，而只是一个概念 性的框架 32 ISO划分七层结构的基本原则 • 网中各结点都具有相同的层次； • 不同结点的同等层具有相同的功能； • 同一结点内相邻层之间通过接口通信； • 每层可以使用下层提供的服务，并向其上 层提供服务； • 不同结点的同等层通过协议来实现对等层 之间的通信。 33 OSI参考模型的结构 • OSI参考模型的结构 应 用 层 表 示 层 会 话 层 传 输 层 网 络 层 数据链路层 物 理 层 传输介质 传输介质 传输介质 主机 CCP 网 络 层 数据链路层 物 理 层 应 用 层 表 示 层 会 话 层 传 输 层 网 络 层 数据链路层 物 理 层 主机 CCP 网 络 层 数据链路层 物 理 层 34 OSI参考模型各层的功能 • 物理层（Physical layer） • 利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接； • 透明地传送比特流。 • 数据链路层（Data link layer） • 在通信的实体之间建立数据链路连接； • 传送以“帧”为单位的数据； • 采用差错控制、流量控制方法，使有差错的物理线路 变成无差错的数据链路。 • 网络层（Network layer） • 通过路由算法，为分组通过通信子网选择一条最佳路 径； • 网络层要实现路由选择、拥塞控制与网络互连等功能。 35 OSI参考模型各层的功能(续) • 传输层（Transport layer） • 向用户提供可靠的端到端（End-to-End）服务， 透明地传送报文； • 向高层屏蔽了下层数据通信的细节； • 计算机通信体系结构中最关键的一层。 • 会话层（Session layer） • 组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的 交换 36 OSI参考模型各层的功能(续) • 表示层（Presentation layer） • 处理在两个通信系统中交换信息的表示方式； • 数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与 恢复等功能。 • 应用层（Application layer） • 为应用程序提供了网络服务； • 应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使 得协同工作的应用程序之间的同步； • 建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机 制。 37 2.6.3 TCP/IP参考模型与协议 • 1．TCP/IP参考模型与协议的发展过程 • TCP/IP——Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/互 联网协议 • 最早在ARPANET中使用 • TCP/IP特点： • 开放的协议标准，可以免费使用 • 独立于特定的网络硬件 • 统一的网络地址分配方案 • 标准化的高层协议 38 TCP/IP参考模型与层次 应 用 层 会 话 层 传 输 层 网 络 层 数据链路层 物 理 层 表 示 层 主机-网络层 互连层 传输层 应用层 OSI参考模型 TCP/IP 39 TCP/IP参考模型与层次(续) • 主机-网络层（Host-to-Network layer） • 与OSI的数据链路层和物理层相对应 • 功能： • 负责接收IP数据报并通过网络发送之 • 从网络口接收物理帧，装配成IP数据报上交给互连 层 • TCP/IP中并没有定义这一部分 • 可以连接不同的网络类型 • 局域网：如以太网、令牌环网、令牌总线网 • 公共数据网：如X.25、帧中继、DDN等 40 TCP/IP参考模型与层次(续) • 互连层（Internet layer）开云APP 开云官网入口开云APP 开云官网入口开云APP 开云官网入口