计算机网络工程概述.ppt

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1、第一章 计算机网络概述计算机网络工程（2007年春季）计算机网络的定义l计算机网络是利用通信线路和通信设备，把地理上分散、具有独立功能的多台计算机系统互相连接，按照网络协议进行数据通信，由功能完善的网络软件，实现资源共享的计算机系统的集合。2007年春季2计算机网络工程第一章 计算机网络概述计算机网络的本质l计算机网络的本质是把两台以上具有独立功能的计算机互连起来，以达到资源共享的目的。它是一个独立的计算机互连的集合体。l从用户的角度看，计算机网络是一个透明的数据传输机构。2007年春季3计算机网络工程第一章 计算机网络概述计算机网络的分类网络的覆盖范围网络的覆盖范围l局域网（LAN，Loca

2、l Area Network）将较小的地理区域内的计算机连接在一起的通信网络l城域网（MAN，Metropolitan Area Network）覆盖范围介于局域网和广域网之间，一般在几公里到几十公里网络的覆盖范围在一个城市内l广域网（WAN，Wide Area Network）覆盖的地理区域大，通常在几公里至几千、几万公里网络可跨越市、地区、省、国家、洲洋乃至全球局域网2007年春季4计算机网络工程第一章 计算机网络概述LAN与WAN的对比内容LANWAN范围概述较小范围计算机通信远程网或公用通信网网络覆盖范围20公里以内几公里几万公里，可跨国界、洲界数据传输速率1Mbps-16Mbps-1

3、Gbps9.6Kbps2Mbps45Mbps传输介质有线或无线传输介质：同轴电缆，双绞线，光纤有线或无线传输介质和公用数据网：PSTN、DDN、ISDN、光纤、卫星、微波信息误码率低高拓扑结构简单，总线、星型、环形、网状复杂，网状用户安全各单位专用无政府状态2007年春季5计算机网络工程第一章 计算机网络概述1.1 计算机网络工程概述第一章计算机网络概述计算机网络工程l计算机网络工程就是使用系统集成的方法，根据建设计算机网络的目标和网络设计原则将计算机网络的技术、功能、子系统结成在一起，为信息系统构建网络平台、传输平台和基本的网络应用服务l计算机网络的建设涉及网络的需求分析、设计、施工、测试、

4、维护和管理了解系统集成的一般规律理解计算机网络的体系结构、协议和标准掌握计算机网络的技术、发展的现状和趋势2007年春季7计算机网络工程第一章 计算机网络概述最早的计算机网络（工程）lNode 1:UCLA(30 August,hooked up 2 September)Function:Network Measurement Center System,OS:SDS SIGMA 7,SEX lNode 2:Stanford Research Institute(SRI)(1 October)Network Information Center(NIC)SDS940/GenielNode 3:

5、University of California Santa Barbara(UCSB)(1 November)Culler-Fried Interactive Mathematics IBM 360/75,OS/MVT lNode 4:University of Utah(December)Graphics DEC PDP-10,Tenex 2007年春季8计算机网络工程第一章 计算机网络概述计算机网络的世界历史lHobbes Internet Timeline v8.2Hobbes Internet Timeline v8.2 Hobbes Internet Timeline Copyri

6、ght(c)1993-2006by Robert H Zakonhttp:/www.zakon.org/robert/internet/timeline2007年春季9计算机网络工程第一章 计算机网络概述Internet用户的发展2007年春季10计算机网络工程第一章 计算机网络概述Internet WWW服务器的发展2007年春季11计算机网络工程第一章 计算机网络概述海底光缆（2007年1月）l全球海底光缆连接图2007年春季12计算机网络工程第一章 计算机网络概述计算机网络的中国历史l中国互联网络发展状况统计报告 中国互联网络信息中心（CNNIC）http:/每半年发布一次2007年1月

7、，CNNIC-第19次中国互联网络发展状况统计报告2007年春季13计算机网络工程第一章 计算机网络概述网络用户（中国大陆）l2007年1月网民总人数为13,700万人，95%置信度下的置信区间为【13,362万，14,038万】l2004年7月上网用户总人数为8,700万，95%置信度下的置信区间为【8,167万，9,233万】2007年春季14计算机网络工程第一章 计算机网络概述国际出口带宽（中国大陆）l国际出口带宽总量为256,696M，连接的国家有美国、俄罗斯、法国、英国、德国、日本、韩国、新加坡等l按运营商划分：中国公用计算机互联网（CHINANET）135,321M中国网络通信集团

8、（宽带中国CHINA169网）89,665M中国科技网（CSTNET）17,510M中国教育和科研计算机网（CERNET）4,796M中国移动互联网（CMNET）5,750M中国联通互联网（UNINET）3,652M中国国际经济贸易互联网（CIETNET）2M2007年春季15计算机网络工程第一章 计算机网络概述IPv4地址数量（中国大陆）l中国大陆IPv4地址总数为：98,015,744个，合5A+215B+154C单位名称单位名称地址量地址量折合数折合数中国电信集团公司36,090,8802A+38B+180C中国网络通信集团公司20,316,1601A+54B中国教育和科研计算机网12,

9、184,064185B+234C2007年春季16计算机网络工程第一章 计算机网络概述中国教育科研网CERNET2007年春季17计算机网络工程第一章 计算机网络概述北京大学网络介绍l（非公开文档）2007年春季18计算机网络工程第一章 计算机网络概述1.2 计算机网络体系结构第一章计算机网络概述协议l协议是通信双方关于通信如何进行达成的一致l协议是关于通信双方通信过程的一组约定和规则l协议就是计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合2007年春季20计算机网络工程第一章 计算机网络概述协议的三要素l语法（Syntax）数据与控制信息的格式、数据编码、信号电平l语义（Semantics）控制

10、信息的内容，需要做出的动作及响应l时序（Timing）事件先后顺序和速度匹配。控制什么时候交流信息、讲话顺序、讲话速度等2007年春季21计算机网络工程第一章 计算机网络概述OSI参考模型l1984年，ISO公布了“开放系统互连基本参考模型”的正式文件（国际标准ISO7498），称为OSI参考模型OSI/RM(Open System Interconnection/Reference Model)l历史1970年代末，CCITT和ISO分别开始研究1983年，CCITT和ISO分别发表 The Basic Reference Model for Open Systems Interconnec

11、tion，分别描述了“七层模型”1984年，CCITT和ISO达成共识2007年春季22计算机网络工程第一章 计算机网络概述OSI参考模型的几点说明lOSI是1983年ISO提出的关于如何把开放系统连接起来，使各种网络能够互连的建议lOSI是一种实现异构系统互连的分层结构，它是国际标准，可以使不同的系统、不同的网络、不同厂家的网络设备实现互连lISO只是提出一个概念性和功能性的框架，它本身并没有精确定义各层协议，只是描述各层的功能2007年春季23计算机网络工程第一章 计算机网络概述OSI七层模型应用层表示层会话层传输层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传输介

12、质52341672007年春季24计算机网络工程第一章 计算机网络概述OSI七层模型应用层物理层 数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层 数据链路层网络层传输层会话层表示层发送进程接收进程应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议物理层 数据链路层网络层主机A主机B路由器路由器物理层 数据链路层网络层通信子网物理介质物理介质2007年春季25计算机网络工程第一章 计算机网络概述物理层（第1层）l定义了电气的、机械的、有关程序的和功能的技术规范，目的是为了激活、维护和去激活终端系统之间的物理链接所有的数据传输介质物理连接器物理拓扑结构信号发送和编码方法数据传输设备物理接口错误信号检测方式应

13、用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层52341672007年春季26计算机网络工程第一章 计算机网络概述数据链路层（第2层）l提供物理链路上的可靠的数据传输。l数据链路层关心物理寻址、网络拓扑结构、线路规程、错误通告、帧的顺序传递和流量控制应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层52341672007年春季27计算机网络工程第一章 计算机网络概述数据链路层PDU数据帧lStart Frame Field标识起始的标识串lAddress Field源MAC地址/目标MAC地址lType/Length Field有些传输方式标识帧的类型/帧长度lData Field正常的数据/Pad

14、ding Bytes/LLC控制字节lFCS FieldFrame Check SequenceCRC（Cyclic Redundancy Check）lStop Frame Field标识终止的标识串2007年春季28计算机网络工程第一章 计算机网络概述数据链路层的子层l逻辑链路控制层（LLC，Logical Link Control）lIEEE建立了逻辑链路控制子层LLC，使得数据链路层的一部分可以从现有的传输技术中独立出来进行工作lLLC向上为网络层提供各种服务，向下与各种传输技术进行有效的通讯。l介质访问控制层（MAC，Media Access Control）l定义为了使主机能够访问

15、物理传输介质时所应该遵循的协议l确定在一个共享介质环境中（冲突域）哪台计算机可以允许进行数据的传输2007年春季29计算机网络工程第一章 计算机网络概述网络层（第3层）l提供两个终端系统之间的连接和路径选择l路由选择是在网络层发生的应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层52341672007年春季30计算机网络工程第一章 计算机网络概述网络层l路径选择发生在OSI的第三层l确定一条通向目的地址的路径l利用网络的拓扑结构信息进行路由选择l确定路由器应该从哪个端口进行转发数据2007年春季31计算机网络工程第一章 计算机网络概述传输层（第4层）l负责两个端节点之间的可靠网络通信l提供机制来

16、建立、维护和终止虚电路，保证数据传输的可靠性，传输错误的检测和恢复，以及信息流量控制应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层52341672007年春季32计算机网络工程第一章 计算机网络概述会话层（第5层）l此层建立、管理和终止应用程序的会话l管理表示层实体之间的数据交换l会话层在应用程序之间，建立会话、管理会话并终止会话l两台主机相互通讯的时候，负责两台主机的同步化，包括开始、停止和重新同步l两台主机通讯实际上是由很多的迷你会话组成（mini-conversations）l每一台主机扮演双重角色，既是要求服务的客户端，又是提供服务的服务器l判定某一台主机在某一时刻扮演的是什么角色，称

17、为对话控制（dialogue control）应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层52341672007年春季33计算机网络工程第一章 计算机网络概述表示层（第6层）l此层保证某系统应用层发出的信息能被另一系统的应用层读懂l主要功能是信息转换，信息压缩，加密，及数据格式和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52341672007年春季34计算机网络工程第一章 计算机网络概述数据的格式化l文字lEBCDIC Extended Binary Coded Decimal Interchange CodelASCIIAmerican Standard Code for Info

18、rmation Interchangel图像lTIFFlJPEGl声音和影像lMIDIlMPEGlQuickTime2007年春季35计算机网络工程第一章 计算机网络概述应用层（第7层）l不提供服务给OSI的其他层l为处于OSI模型之外的应用程序（如电子邮件、文件传输和终端仿真）提供服务l应用层是最接近用户的OSI层，它决定了是否存在足够的资源进行系统之间的通讯l应用层不向其他OSI各层提供服务，应用层为OSI模型范围以外的应用程序提供服务l应用层通过网络应用程序，如浏览器、电子邮件、FTP、Telnet，提供了一个可以直接访问OSI其他各层的界面l也可以通过重定向，提供一个间接访问的界面应用

19、层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层52341672007年春季36计算机网络工程第一章 计算机网络概述TCP/IP2007年春季37计算机网络工程第一章 计算机网络概述局域网模型2007年春季38计算机网络工程第一章 计算机网络概述IEEE电气和电子工程师协会Institute of Electrical and Electronics Engineersl计算机网络的标准是由IEEE制定的lIEEE标准（包括IEEE 802.3和IEEE802.5）是目前应用最广泛的LAN标准2007年春季39计算机网络工程第一章 计算机网络概述局域网模型（IEEE 802）802.10 安全与加密

20、802.1 局域网概述、体系结构、网络互连与网络管理802.2 逻辑链路控制 LLC802.3CSMA/CD物理层802.4令牌总线物理层802.5令牌环物理层802.6城域网物理层802.9语音数据综合局域网802.11无线局域网802.12100VG-AnyLAN802.7 宽带技术802.8 光纤技术数据链路层物理层2007年春季40计算机网络工程第一章 计算机网络概述IEEE 802标准lIEEE802.1局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联lIEEE802.2逻辑链路控制 LLClIEEE802.3CSMA/CD访问方法和物理层规范lIEEE802.3CSMA/CD10BASE-

21、5/10BASE-2/10BASE-F/10BASE-TlIEEE802.3u100Mbps快速以太网标准lIEEE802.3z 光纤介质1Gbps以太网标准规范lIEEE802.3ae 光纤介质10Gbps以太网标准规范2007年春季41计算机网络工程第一章 计算机网络概述IEEE 802标准lIEEE802.4Token Passing BUS（令牌总线）lIEEE802.5Token Ring（令牌环）访问方法和物理层规范lIEEE802.6城域网访问方法和物理层规范lIEEE802.7宽带技术咨询和物理层课题与建议实施lIEEE802.8光纤技术咨询和物理层课题lIEEE802.9综合

22、声音/数据服务的访问方法和物理层规范lIEEE802.10安全与加密访问方法和物理层规范2007年春季42计算机网络工程第一章 计算机网络概述IEEE 802标准lIEEE802.11无线局域网访问方法和物理层规范lIEEE802.12100VG-AnyLAN的按需优先（Demand priority）介质访问控制方法和物理层规范2007年春季43计算机网络工程第一章 计算机网络概述IEEE 802.11局域网协议协议层标准内 容MAC层802.11MACWLAN公共MAC机制802.11e增强802.11MAC机制，提供：QoS、服务类别，考虑增强DCF和PCF的效率。802.11f访问点间

23、协议(Inter-Access Point Protocol,IAPP)，规定访问点间必要的交换信息，以支持802.11分布式系统功能，并使不同厂商的访问点兼容。802.11i增强的安全和认证机制物理层802.11IR红外线传输802.11FHSS2.4GHz ISM频段跳频扩频802.11DSSS2.4GHz ISM频段直接序列扩频（Barker码）802.11b高速率扩展2.4GHz ISM频段DSSS(Barker码,CCK)，PBCC(可选)802.11a高速率扩展5GHz UNII频段OFDM802.11g高速率扩展2.4GHz ISM频段OFDMCCK,PBCC(可选)，DSSSO

24、FDM(可选)802.11d管制域更新。定义物理层需求(信道化、跳频模式等)和其它需求，以便802.11WLAN能在当前标准不支持的新管理区域(国家)工作802.11h增强802.11 MAC和802.11a物理层，包括频谱和发射功率管理，提供动态信道选择和发射功率控制机制(主要用于欧洲)802.11/WNG无线下一代研究，研究802.11标准与ETSI-BRAN和ARIB MMAC均接受的全球一致的WLAN公共接口其它802.11/RRM SG研究通过无线资源管理增强802.11标准的性能802.11/HT SG研究对802.11标准增强以提高吞吐率2007年春季44计算机网络工程第一章 计

25、算机网络概述1.3 网络的拓扑结构第一章计算机网络概述网络拓扑结构2007年春季46计算机网络工程第一章 计算机网络概述拓扑结构网状l网状拓扑各节点与其他节点连接l一般在要求较高、长距离连接的应用中使用l广域网中经常采用2007年春季47计算机网络工程第一章 计算机网络概述拓扑结构总线型l总线型结构采用一条单根的通信线路（总线）作为公共的传输通道l所有的节点都通过相应的接口直接连接到总线上l所有的节点通过总线进行数据传输2007年春季48计算机网络工程第一章 计算机网络概述拓扑结构环型l单一闭路环状结构，有节点和链组成，每个节点只连接两个相邻的节点l为了让数据流动，每个工作站都必须将数据传送到

26、相邻的工作站2007年春季49计算机网络工程第一章 计算机网络概述环型令牌环网l令牌环技术最初是在1969年提出的，IBM公司选择环网作为它的局域网l1985年IEEE802委员会以IBM令牌环网为模板制订了IEEE802.5环网标准l令牌环介质访问方法的基础是令牌(Token)2007年春季50计算机网络工程第一章 计算机网络概述拓扑结构星型/扩展星型l星型每个节点都有一条单独的链路与中心节点相连，信息的传输是通过中心节点的存储转发技术实现的，并且只能通过中心站点与其它站点通信l扩展星型每一个连接到中央节点的节点也是另一个星型结构的中心2007年春季51计算机网络工程第一章 计算机网络概述星型拓扑结构的特点l星型拓扑结构简单，便于管理和维护l易实现结构化布线l易扩充，易升级l通信线路专用，电缆成本高l网络由中心节点控制与管理，中心节点设备的可靠性决定了整个网络的可靠性l中心节点负担重，易成为信息传输的瓶颈，且一旦故障，全网瘫痪2007年春季52计算机网络工程第一章 计算机网络概述