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1、 第二章计算机网络系统构造与协议 【计划课时】课时 教材第二、三章 网络通讯协议 协议教材 网络传递是个很复杂的过程 为了实现计算机之间靠谱地互换数据 很多工作要协调 如发送信号的数据格式 通讯协调与犯错办理 信号编码与电平参数 传输速度般配等。假设一个与网络相连的设施正向另一个与网络相连的设施发送数据 因为各个厂家有其各自的实现方法 这些设施可能不完好兼容 它们相互之间不行能辨别和通 信。解决方法之一是在同一个网络中所有使用某一厂家的专有技术和设施 在网络 互连的今日已不行行。另一种方法就是拟订一套实现互连的规范 标准 即所谓“协 议”。该标准赞同每个厂家以不一样的方式达成互连产品的开发、设
2、计与制造 当按同一协议制造的设施连入同一网络时 它们完好兼容 忧如是由同一厂家生产的相同。【协议】网络上不一样计算机之间为了协调相互通讯而使用的技术规范 即通讯技术标准 也是软硬件厂商开发网络产品的标准 协议由语义、语法和时序三部分构成。语义规定通讯两方相互“讲什么”(含义语法例定“怎样讲”(格式 时序关系则规定了信息交流的序次 次序。实质上 生活中任何由两个人或两个集体一同达成的事件 都一定有“协议”(例 讲 话 赛跑廖鸿鹏建站指南“当一此中国人碰上一个日自己时 假如中国人说他的中文 日自己说他的日文那么唯恐两个人就是讲到天黑 都不会有什么结果 网络上各节点之间 若需要传递数据时 也要有一个
3、共通的语言 这就是通讯协议”。理论上只需有一套协议即可 但因为网络技术在不停发展应用领域在不停拓宽 加上的原由年月各大计算机企业在网络领域“诸侯盘据”,纷繁推出自己的网络通讯协议 既为网络技术的发展作出了贡献 亦造成协议品种杂多的场面 因此当前一套一致可用的网络协议。正如理论上人类只需一种语言就能够相互交流 但实质上却有许很多多的语言存在相同。学习网络的重要任务之一就是认识各样常用的通讯协议。关于网络开发 集成工程师 则需要深入理解甚至精晓工程中所波及到的各样协议。用于一般网络用户 则只需知道接见网络资源你的系统或机器上需要装备何种协议 而不必知道这些协议的详细含义。关闭的协议 协议内容 规范
4、不对民众宣布 开放的协议 协议内容对民众宣布 可同时拥有种协议 如同一个懂最常用的五国语言的人在世界各地旅 行 便畅行无阻。常用的网络通讯协议 有三个最具影响力的集体为网络通讯拟订了各自的协议 开放系统互连协议 国际标准化组织 年宣布 理论标准 从网络角度看 未连网的计算机都是所谓“信息孤岛”型的计算机系统 只按某一 企业厂商的网络通讯系统构造标准连网的属于相对关闭的网络系统而所有切合网络通讯系统构造的计算机系统能够在全世界范围内互联起来故称为“开放系统”。协议 电气和电子工程师学会 委员会年月成立拟订 其部分标准已被 正式确立为局域网的国际标准 网际互连 传输控制协议 美国防部高级计划研究局
5、年为“阿帕”网今发展为而开发 用于经过系统控制实现异种计算机网络的互连 乃好多大学 如斯坦福大学及研究所经多年研究及商业化后得出的结果 现为最的网际互连协议 亦为公认的工业标准。别的 在局域网中 常用还有网专用的通讯协议网际分组互换次序分组互换。网络通讯与分层构造 、分层的观点 能够将人与人的“通讯”分为三个有关的层次认识层、语言层、传输层。【例】假如让一莆田老妪与北京一科学家进行以下的“通讯”莆田老妪北京科学家结果用网络术语表达结果讨论内容莆田城内菜价计算机网络技术“不行理喻”认识层“协议”不兼容 所用语言莆田方言英语 “不知所云”语言层“协议”不兼容 通讯方式电话电脑没法联通传输层“协议”
6、不兼容 【例】假如让一莆田老妪与北京的莆田藉科学家林兰英进行以下的“通讯”莆田老妪林兰英院士结果用网络术语表达结果讨论内容莆田城市变化家乡状况 认识层“协议”兼容 所用语言莆田方言莆田方言 语言层“协议”兼容 通讯方式电话电话 传输层“协议”兼容 因此 人们为了能够相互交流思想 需借助一个分层次的通讯构造 其次 层次之间不是相互孤立的 而是亲密有关的 上层的功能是成立在基层的基础上 基层为上层供给某些服务 并且每层还应有必定的规则。网络通讯状况相同这样不过区分更细一些。、网络通讯分层的观点 计算机之间的通讯可概括为两种基本方式 点 点通讯相邻结点之间经过直抵通路的通讯 称“线路通讯”端 端通讯
7、不相邻结点之间经过中间结点链接起来所形成间接可达通路的通讯“链路通讯”点 点通讯是端 端通讯的基础 端 端通讯是点 点通讯的延长 点 点通讯的分层 两台相邻计算机经过直抵通讯线路通讯时 其所用通讯软件将自然分红两个相 对独立的模块 层用户服务层办理用户的通讯应用恳求 通服气务层经过通讯线路收发数据 分层的长处 用户服务层的模块设计可相对独立于详细的通讯线路和通讯硬件接口的差异 如铜线、同轴电缆、光纤等 而通服气务层的模块设计又可相对独立于详细用户应用要求的不一样 如文件传 输、电子邮件等。端 端通讯的分层 端 端通讯是把若干点 点相邻结点间的通讯线路经过中间结点链接起来 因此还需解决 中间结点
8、应拥有路由转接功能按报文所附目标地点转发 端结点应拥有启动、成立和保护端 端链路的功能 启动 发送端发送一个带目标端结点地点的联系控制报文 成立 目标端结点返回一个赞同通讯联系的报文 成立了两方的联系 保护 通讯过程差错控制、流量控制等 为此需在用户服务层和通服气务层之间增添一个新层 网络服务层 即通服气务层实现相邻结点间 的点 点通讯 网络服务层实现不相邻结点间的端 端链路通讯 用户服务层办理用户应用软件的通讯 恳求与服务。计算机网络协议协议采纳层次构造的长处 【网络系统构造】计算机网络的各层及其协议的会合 称为网络的系统构造 。系统即“系统”,中文中常用来描绘有比较显然层次构造的系统如科学
9、系统、政 治系统等。协议 教材 协议将网络通讯过程区分为七个相互独立的功能组 层次 并为每个层次制 定一个标准框架。上边三层 应用层、表示层、会话层与应用问题有关 而下边四层 传输层、网络层、数据链路层、物理层则主要办理网络控制和数据传输 接收问题。各层的功能单元用于规定 网络的用户接口 上网软件等 不一样系统数据格式变换加解密 进度履行中的程序间会话管理与会话同步“会话”即用户间 连结 报文的正确传输 报文的生成、收发、组合与差错检查 路由选择和流量控制选择间传输路径 帧的正确传输 帧的生成、收发与差错检查 数据比特流、的正确传输 比特流的生成、收发与差错检 查 七层模型表示图和各层主要功能
10、见 图。像之类的操作系统只会与 的顶层有关。协议仅给出一个框架构造 并无将其网络模型的每一层限制在一致的一 种协议中 也没有给出 协议的详细实现技术即未完好定型。故又称“参照模型”但它确立了 网络系统构造的基础成为今日设计和拟订网络协议标准最重要的参照模型和依 据。通讯两方 比喻 写信封 拆信和读信 发送 接收 封信、贴邮票 守信 投入邮筒 送达 分拣 分拣 决定路线 邮件分类 装入邮包 翻开邮包 装上邮车送出 从邮车接收邮包 邮路 公路、铁路等 从过程看 网络通讯的过程就是从用户的应用层处发出数据 经层层下传 最后经过物理层发到网 络的传输介质上 而用户经过物理层接收数据 经层层上传 最后由
11、应用层拿出。换言之 信息互换发生在平等的层之间 源系统中的每一层把目的系统同层所需的控制信息 数据头附带到数据中 封装后的信息单元 数据头和数据被传输到下一层而目的系统的每一层对收到的信息单元进行剖析 先读取系统附带的控制信息 数据头 而后去掉该数据头 将信息单元的余留部分传递给上一层。说明 、并不是所有网络通讯都一定经过完好的七层 实质上 假如在同一个内 直接经过物理地点传输通讯 往常只用到下两层和应用层 假如跨路由选择成为必需 则需要用到下边四层和应用层。两个节点有加密 解密的通讯要求时 可能用到表示层。、并不是现有的网络通讯都是按本模型分层 实质上一个也没有 、数据从上层往基层传递常常要
12、封装附带的信息如目的地点 错误检测等 数 据从基层往上层 传递 则须在对应层相应去除所封装的信息 复原。【封装】信息经过各层向下传达时 每层的软件负责加上它的报头信息 每层都要封装从高层来的信息。、每层可能对应有若干个详细协议 通讯两方同层协议一定相同或相互兼容 层间通讯的观点 同级关系 协议 如机的第四层与机的第四层对话 使用的规则和商定称为第四层协议。纵向关系 接口 每一层的最后是和另一台计算机的同层进行通讯 层传输到 但数据不可以直接从 机的第 机的第 层 而是先将数据和控制信息快速传达到下一层 而后一层层下传 直至 最低层 最 后将数据传传达到网络介质上。接收数据的计算机将数据和控制信
13、息一层层上传 直至第层。在相邻层间有定义好的接口 规定了基层为上层供给哪些服务 以及怎样获取这些服务。在网上发送和接收数据时 一台用于发送 一台用于接收。数据在发送时 被切割成带有附带传递头的小数据单元 帧 数据就是以帧的方式传递的。发送 当发送计算机发出通讯恳求时 应先成立数据帧。帧是在最高层上形成的 并经过相邻的基层向下逐渐传达。数据经过每一次时 该层的协议要加入该层的控制信息 作为头部或尾部。帧依据接口定义传递到下一层。最后 数据经过协议栈的所有 层 被传递到网络介质上。接收 在接收端 帧从低层向高层的传递也应切合接口的定义。每一层的协议只解说 发送端的同级放在帧的头部和尾部的信息。协议
14、将帧中的其余部分看作是数据单元 并负责将数据单元送到上一层。实质的网络传输过程能够用下列图表示 可见中转结点只需下边三层功能。协议与应用 从网络产品看 最下三层常常直接做在硬件 如网卡上 上边四层则一般由网络 操作系统控制。简单理解最下三层的作用 物理层 发送机器在此层将上层传来的和变换为传输介质上的电信号接收机器则在此层将传 输介质送来的电信号翻译成 和送往上层 传递的是比特流 数据链路层 发送机器在此层将上层送来的信息打包 创立带地点、控制和犯错校验信息的帧 并 变换为和形式的数据序传记向基层 接收机器则在此层将物理层送来的和数据序 列解说为帧进行解包而后向上层传递。打包成帧 传递的是帧
15、在这一层能够按硬件如网卡固有的地点地点寻址 查找本网络中硬件。网络层 可按人为设置的网际逻辑地点地点寻址 查找其余网络。将上层数据分组 即转 换成数据包。用的通讯协议为最下两层和拟订了个系列标准 至此中最常用的是以太网络。关于一般用户和局域网工程师协议的适企图义在于购置网络产品 网卡、软件 等时要注意它支 持何种协议 假如您买的网卡仅支持协议 令牌环 则在一般网络上不可以使用。关于地区网和工程师 常常需要较为详细地认识物理层、数据链路层和网络层的功 能及有关协议 以便科学地进行设施选型、配置和网络规划。比方有些设施属于“第层互换”,有些属于“第层互换”。前者往常是指利用第 层信息 如包头地点对
16、数据包进行转发 进而将数据包由源端互换到目的端。后者则依据第层 如地点及第层 可能还有信息对数据包进行转发。地点 好似建筑物的门牌 不随单位改变而改变由邮递员使用 地点 好似楼内办公室门号 逻辑意义上的编号 由收发人员使用 那些需要为网络的技术发展工作的专家 需要深入研究协议 熟习协议 拟订或修 改协议。网络的拓扑构造 【拓扑】及图 拓扑本是一个几何学名词 是一种研究与大小、形状没关的线和面特征的方 法。用拓扑方法研究计算机网络 能够使复杂的问题简单化 将设施定义为点 将它们间的线路定义为线 对这些点和线及其关系的研究就比实质网络的研究简单得多。网络拓扑构造指的是网络结点的互连构型 连结方式。
17、组网时 电缆、网卡的选择与所用网络的拓扑构造亲密有关。常用的拓扑构造有以下几种。总线拓扑 其变型为树型拓扑。特色 广播式传输 所有结点发送的信号均经过公共电缆 总线流传 并可被所有结点所接收。各结点收到信息时依据信息中所含的地点与本站地点能否一致 决定能否接收 之。构造最简单 造价最便宜 扩大简单 靠谱性好 应用最宽泛。总线型 赐教材图 树型 网络技术基础课程讲义年月 前言第一章 计算机网络系统构造与协议 第页 共页环型拓扑教材图特色 信息沿环路单向运转 注意环路形状不必定是圆环 路径固定 环路是一个含有有源零件的信道 环中每一个结点都拥有放大整形作用 负载能力 强 复盖面积大 对信道的接见控
18、制技术较简单 最大延不时间固定 远程控制必需 可用 光纤实现高速传输扩大不易 结点多时响应时间长 靠谱性较差 结点故障易惹起全网故障星型拓扑图赐教材图特色 信息经过中央结点转发 广播式 扩大简单 故障诊疗与隔绝简单 电缆长度和安装工作量可观 对中央结点靠谱性和冗余度要求很高 且线路利用 率低复合拓扑 派生拓扑 常有有星型总线 簇型等 以下列图所示星型总线 簇型 网络技术基础课程讲义 年月 前言第一章 计算机网络系统构造与 协议 第页 共页接见控制方法 在中 为了提升传输速率 往常采纳基带传输 即传输信号占用了传输电缆所赞同的整个频段 因此一定保证每 一时辰任何一段网络线路上最多只有一个信息流在
19、传输 防备信息丢掉或畸变 正确 靠谱的数据传输是网络的生命线为此拟订了接见控制的有关协 议的网卡和电缆系统往常是依据协议的规格参数 设计制造的 以保证网络传输的正确靠谱载波监听多路接见 矛盾检测 争用方式 教材 合用于总线型 树型网络和星型拓扑构造 基带传输系统其标准为协议原理 安闲 发送持续监听 发送中间检测到碰撞 网络电压高于正常传输电压时 发出 一串堵塞码到总线上 加重矛盾 通知各站点发生碰撞了 而后停止发 送长处 各站点同等竞争传递权功能可做在网卡中 技术实现简单 线路 利用率高 成本 最低弊端 不可以供给优先级控制 因争用 不可以知足远程控制所需要确实定延时 轻载时无延缓 重载时 严
20、重延缓和绝对靠谱的要求 不宜用于重载局域网 等候时间长 甚至致使崩溃令牌环 令牌传达方式 教材 古埃及法老王手中的 令牌合用于环型拓扑构造 基带传输系统其标准为协议原理 初始令牌由监控站点生成后 沿环路固定方向绕行 获取 空令牌的站点才能发送信息 其余只 能接收空令牌环行时获得令牌者将令牌并将欲传递的信息包附在令牌上环行地点符合的站点考贝信息包的数据同时在信息包上做应答标记 持续往下转发令牌及信息包令牌回到发送站点后不论发送成功与否均被开释并转给下一站点 若需持续发送必 须等候下一轮令牌的到来 即不得独占长处 无传递矛盾 可供给优先级控制 及时性最好 重载下效率反而更高主要长处 可调整性 确立
21、性 弊端 轻载延缓大效率低 等候令牌 有令牌保护要求 防止令牌丢掉或重复 控制电路较复杂主要弊端令牌保护复杂令牌 总线 轮询方式 教材 简单 靠谱 但矛盾严重时网络效 率降落 不行用于重载与远程控制及有及时传递 优 先级控制要求的场合 无传递矛盾 及时性好 但电路复杂 造价高令牌总线综合了两者的长处 总线型拓扑构造 令牌同时发给所有站点 与令牌中的目标地点符合 的站点获取令牌即发送权并转发令牌 令牌中的目标地点是按站址次序递减 形成所谓 逻辑环适 用于总线型 树型拓扑构造其标准为协议长处 重载效率高 在总线型拓 扑中实现无传递矛盾并供给了优先级控制功能 有必定及时性弊端 轻载延缓大效率低 等候令牌 网络管理比较复杂 令牌保护 在逻辑环中增 删站点 网络技术基础课程讲义年月 前言第一章 计算机网络系统构造与协议 第页 共页 作业题增补什么叫网络拓扑常用拓扑种类有哪几种将通讯过程分为几层此中哪些由硬件实现 哪些由软件实现什么是网络通讯协议常用网络通讯协议有哪些认识协议有什么适企图义网络术语的 中文意思是什么的接见控制方法有哪几种写出其合用的拓扑种类 并指出其所用的协议名称简述下三层协议的主要功能