计算机网络技术第1章ppt课件.ppt

计算机网络技术,主讲：,第一章 计算机网络概述,目录1.1 计算机网络概述1.2 网络的拓扑结构1.3 计算机网络体系结构及协议1.4 计算机网络的主要性能指标1.5 标准化组织1.6 数据通信基础,1.1 计算机网络概述,1.1.1 计算机网络的定义和功能1.1.1.1 计算机网络的定义 把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机，通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件运行下，以实现网络中资源共享为目标的系统。,1.1 计算机网络概述,1.1.1 计算机网络的定义和功能1.1.1.1 计算机网络的定义 其它人的定义：1、把分布在不同地理位置计算机、终端，通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件网络通信协议，信息交换方式及网络操作系统等），实现互相通信及网络资源共享的系统。2、计算机网络是一组自治计算机互联的集合。,1.1 计算机网络概述,1.1.1 计算机网络的定义和功能1.1.1.1 计算机网络的定义,1.1 计算机网络概述,1.1.1 计算机网络的定义和功能1.1.1.2 计算机网络的功能1、数据交换和通信2、资源共享3、系统的可靠性4、分布式网络管理和均衡负荷5、增加服务项目,1.1 计算机网络概述,1.1.2 计算机网络的应用和发展趋势1.1.2.1 计算机网络的应用1、文件服务 2、打印服务3、通信服务 4、邮件服务5、应用服务 6、数据库服务7、网络管理服务,1.1 计算机网络概述,1.1.2 计算机网络的应用和发展趋势1.1.2.2 计算机网络的发展趋势,1.1 计算机网络概述,1.1.3 计算机网络的组成1.1.3.1 计算机资源子网 资源子网为用户提供了访问网络的能力，它由主机系统、终端控制器、请求服务的用户终端、通信子网的接口设备、提供共享的软件资源和数据资源(如数据库和应用程序)构成。 （主计算机 终端 网络中的共享设备） 资源子网负责全网的数据处理业务，并向网络用户提供各种网络资源服务。,1.1 计算机网络概述,1.1.3 计算机网络的组成1.1.3.2 计算机通信子网 通信子网提供网络通信功能，能完成网络主机之间的数据传输、交换、通信控制和信号变换等通信处理工作，由通信控制处理机CCP、通信线路和其它通信设备组成的数据通信系统。 （网络节点 通信链路 信号变换设备）,1.1 计算机网络概述,1.1.3 计算机网络的组成1.1.3.3 网络硬件系统和软件系统1、网络硬件系统 主计算机、终端、通信控制处理机、调制解调器、多路复用器、通信线路、网络互连设备,1.1 计算机网络概述,1.1.3 计算机网络的组成1.1.3.3 网络硬件系统和软件系统2、计算机网络软件 网络操作系统、网络协议通信软件,1.1 计算机网络概述,1.1.4 计算机网络的分类1.1.4.1 按覆盖范围分为：局域网：LAN城域网：MAN广域网：WAN,1.1 计算机网络概述,1.1.4 计算机网络的分类1.1.4.2 按通信介质分为：有线网、无线网1.1.4.3 按传输技术分为：广播式、点到点式1.1.4.4 按使用对象分为：公用网、专用网1.1.4.5 按网络中计算机所处地位分为：对等网、基于服务器的网络,1.2 网络的拓扑结构,1.2.1 网络拓扑结构的概念 是指网络中的通信线路和节点间的几何排序，并用以表示网络的整体结构外貌，同时也反映了各个模块之间的结构关系。,1.2 网络的拓扑结构,1.2.2 常见的网络拓扑结构 1、总线型,1.2 网络的拓扑结构,1.2.2 常见的网络拓扑结构 2、环型,1.2 网络的拓扑结构,1.2.2 常见的网络拓扑结构 3、星型,1.2 网络的拓扑结构,1.2.2 常见的网络拓扑结构 4、树型,1.2 网络的拓扑结构,1.2.2 常见的网络拓扑结构 5、网状拓扑,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.1 网络协议和体系结构 1、网络协议 网络协议就是指网络中计算机、设备之间相互通信和进行数据处理及数据交换而建立的规则（标准或约定）。,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.1 网络协议和体系结构 1、网络协议 语法 如何讲 语义 讲什么 时序 讲话次序,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.1 网络协议和体系结构 2、网络体系结构分层结构的优点 分层原则 常见的网络体系结构 1.OSI/RM 2.TCP/IP 3.IEEE 802,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.2 OSI/RM参考模型 1.3.2.1 OSI参考模型概述 开放系统互联参考模型,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.2.1 OSI参考模型概述,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.2.2 OSI/RM各层功能简介物理层(Physical Layer，PH) 数据链路层(Data Link Layer，DL)网络层(Network Layer，N)传输层(Transport Layer，T)会话层(Session Layer，S)表示层(Presentation Layer，P)应用层(Application Layer，A),1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.2.2 物理层的作用和特性,1. 物理层提供的功能 l 保证数据按位传送的正确性，同时提供通信接口定义、控制信号、 数据传输速率、接口信号电平等；l物理层管理；l建立、维持和释放物理连接。,物理层的作用是在网络节点之间的物理媒体上提供线路的建立、维持和释放，实现二进制位流的透明传输，并进行差错检查等。物理层是对DTE和DCE之间通信接口的描述和规定,如图所示。,1.3 计算机网络体系结构及协议,2. 物理层的特性,l机械特性机械特性详细说明了接插式连接器的大小、形状、尺寸、引脚的排列方式锁定装置以及相应通信介质的参数和特性等。,l电气特性 电气特性规定了信号及有关电路的特性。,l功能特性功能特性规定了接口信号的来源、作用以及其它信号之间的关系。,l 规程特性 规程特性就是协议，定义了DTE和DCE接口进行二进制比特流传输前的控制步骤，包括各信号线的工作规程和时序。,1.3 计算机网络体系结构及协议,物理层协议（接口标准）举例 1. EIA-RS-232C接口标准 lEIA-RS-232C的机械特性 DB25针式（凸插座）和DB25引式（凹插座） 结构。另有一个9芯标准连接器简化标准。,l EIA-RS-232C的电气特性 逻辑“1”的电平范围是515V；逻辑“0”的电平范围是+5+15V。 l EIA-RS-232C的功能特性 20根信号线（其中2根地线、4根数据线、11根控制线、3根定时信 号线），剩下的5根线（9、10、11、18、25）做备用或末定义。 l DTE和DTE间近距离连接交叉跳接信号线接线方法 2. EIA的RS-449、RS-422和RS-423接口标准 3. 数据传输的DTE/DCE接口标准X.21,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.2.3 数据链路层,成帧和帧同步,l成帧成帧的目的是为了一旦在数据传输时出错，只重传或纠正有错的帧，而不必重发全部数据，从而提高效率。,l帧同步为了能在收到的比特流中明确区分出一帧，发送方必须建立和识别帧的边界，一般是在帧的开始和结束位置增加一些特殊的位组合来实现，这就是帧同步问题。,数据链路层的作用是利用物理层提供的位串传输功能，将物理层传输原始比特流时可能出错的物理连接，改造成为逻辑上无差错的数据链路，在相邻节点间实现透明的高可靠性传输，同时为网络层提供有效的服务。,1.3 计算机网络体系结构及协议,.,l常用的帧同步方法有下面几种： 1. 字节计数法 2. 使用字符填充的首尾定界符法 3. 使用比特填充的首尾定界符法 4. 违法编码法,差错处理流量控制,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.2.3 网络层 物理层和数据链路层考虑节点间直接相连的情形（LAN内），而网络层则考虑源和目的节点存在许多中间节点的情形（WAN内） ，如下图所示。网络层是通信子网的最高层，主要任务是提供路由，以及数据的交换方式、流量控制、阻塞与死锁处理和网际互联等问题。网络层数据单元称为分组或者叫包（Packet）。,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.2.3 网络层 网络层的主要作用 ：.建立网络连接，提供网络地址，提供寻址.实现网络数据单元（包）的传送.路由选择.拥塞控制.差错控制.消除通信子网的质量差异.确定网络层服务质量参数，如网络吞吐量、网络延迟等,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.2.3 网络层 网络层提供的服务：.数据报服务.虚电路服务,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.2.4 传输层 传输层处于通信子网和资源子网之间，起着承上启下的作用，它能在源和目的计算机之间提供可靠经济的数据传输服务，而且独立于所使用的网络（屏蔽各种通信子网的差异），同时向高层提供一个标准及完善的服务界面。,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.2.4 传输层 传输层的功能 传输层是OSI/RM的核心，它提供的服务类似于数据链路层。区别是数据链路层控制局域网中单条链路上“点到点”传输的情形，而“端到端”是指从源端到目的端，中间可以有一个或多个交换节点。传输层功能有下面几个： 端到端的传递 寻址 可靠传递 流量控制 复用 分段和重组,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.2.5 会话层 会话层功能有限，它们提供的服务主要有： 数据交换 隔离服务 与会话管理有关的服务 会话层与传输层的交互 同步点,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.2.6 表示层功能： 翻译 数据加密 认证 数据压缩,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.2.6 表示层功能： 翻译 数据加密 认证 数据压缩1.3.2.7 应用层,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.3 OSI参考模型中的数据传输,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.3 OSI参考模型中的数据封装,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.4 TCP/IP的体系结构1.3.4.1 TCP/IP的概述 TCP/IP 传输控制协议/网际协议,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.4 TCP/IP的体系结构1.3.4.2 层次结构及对应协议集 网络接口层Ethernet、ATM、FDDI、X.25、PPP、Token-Ring 网际层IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP 传输层TCP、UDP 应用层 HTTP、FTP、TFTP、SMTP、SNMP、Telnet、RPC、DNS、Ping,1.3 计算机网络体系结构及协议,1.3.4 TCP/IP的体系结构TCP/IP的数据封装,TCP/IP协议也采用对等层通信的模式，封装和解除封装也在各层进行。发送方在发送数据时，应用程序将要发送的数据加上应用层头部交给传输层，TCP或UDP再将数据分成大小一定的数据段，然后加上本层的报文头。TCP/IP的数据封装过程如图所示。,1.4 计算机网络的主要性能指标,1.4.1 带宽1.4.2 时延1.4.3 传输率,1.5 标准化组织,1.5.1 国际性标准化组织ISO 其它标准化组织国际电信联盟-电信标准化部（ITU-T） 美国国家标准化协会（ANSI）电气电子工程师协会（IEEE） 电子工业协会（EIA/TIA） 贝尔（Bell）中心 国际电子技术委员会（IEC） 国家标准和技术协会（NIST） Internet标准化组织,1.5 标准化组织,1.5.2 我国国家和行业标准化组织1、国家标准化组织SAC2、中国电子工业标准化组织CESA3、全国信息技术标准化技术委员会CITS4、计算机行业标准化网,1.6 数据通信基础,1.6.1 数据通信系统的基本概念1. 信息 以某种格式组织起来的数据。2.数据 分为模拟数据和数字数据两种。3. 信号 是数据的具体物理表现。分为模拟信号和数字信号两种，如图所示。,1.6 数据通信基础,1.6.1 数据通信系统的基本概念 4. 信道 传输信息时信号沿发送端到接收端的通路。 5. 通信和数据通信 通信是信息的传输与交换。数据通信是以传送数据为业务的通信。6. 数据通信网 是数据通信系统的网络形式 。7. 码元和码字 码元是一个信号编码单元。码字由若干码元组成的字符串序列。8. 数据分组把较大的数据块分成较小的数据段。不同的网络或层中，分组名称也不同，如 帧 (frame)、信元(cell)、IP数据报等。通常数据 分组也称为数据包。,1.6 数据通信基础,1.6.1 数据通信系统的基本概念9. 信道及信道的类型 物理信道和逻辑信道 有线信道和无线信道 模拟信道和数字信道 专用信道和公共交换信道,1.6 数据通信基础,1.6.2 数据通信系统模型1、信源与信宿2、信道3、信号变换器4、噪声,信源,信宿,1.6 数据通信基础,1.6.2 数据通信系统模型,1.6 数据通信基础,1.6.3 数据通信系统的主要技术指标1. 数据传输率：比特(bit)率S指单位时间内所传送的二进位序列的位（bit）数，是度量通信系统每秒传送的信息量。用每秒比特数（bit/s或bps）表示 。 常用的单位换算关系式如下： 1Kbps=1024bps；1Mbps=1024Kbps；1Gbps=1024Mbps 2. 波特(Baud)率B指数字信号经过调制后的传输速率，或者是说每秒传输的脉冲（波形）信号个数（通过信道传输的码元数）。 B=1/T；其中，T为每个脉冲（波形）信号的持续时间，单位为秒。 比特率和波特率的关系：S=B*log 2 n 3. 信道容量 指物理信道能达到的最大传输能力，用比特率S表示。,1.6 数据通信基础,1.6.3 数据通信系统的主要技术指标4. 误码率Pe 指数据位被传错的概率，也称出错率。 Pe=Ne/N；N 为传输的码元总数，Ne为接收码元中被传错的码元数。5. 吞吐量 单位时间内整个网络能够处理的信息总量。6. 丢包率 丢包率指网络中所丢失数据包数量占所发送数据包的比率。,1.6 数据通信基础,1.6.4.1 并行传输与串行传输1 并行传输 概念 并行传输是指数据以成组方式在多个并行的信道上同时传输，相应地需要若干根传输线。一般用于计算机内部或近距离设备的数据传输，如计算机和打印机之间的通信，一次传送一个字节的信号，所以传输信道需要根数据线，同时还需要其它的控制信号线。 优缺点 并行传输优点是速度快，缺点是费用高。因为并行传输需要一组传输线，所以并行传输一般用在短距离范围且传输速度要求高的场合。,1.6 数据通信基础,1.6.4.1 并行传输与串行传输2 串行传输 串行传输是指数据在信道上一位一位的逐个传输，从发送端到接收端只需一根传输线，成本少，易于实现，是计算机网络中普遍采用的传输方式。数据通信采用串行传输方式时，发送端需要通过并/ 串转换装置将并行数据位流变为串行数据位流，然后送到信道上传输，在接收端再通过串/并转换， 还原成位并行数据流。PC机和外界进行串行通信是通过串行端口（COM）完成的。 串行传输可以用两种方式进行： 同步传输 异步传输,1.6 数据通信基础,1.6.4.2 同步传输与异步传输1 同步传输 同步传输方式传输时是将一个大的数据块一起发送。传输时，需要在数据块前放上两个或以上的同步信号字符SYN，在数据块结束加上后同步信号。 同步传输线路利用率高，多用于字符信息块的高速传送。但这种方式收发双方控制复杂。,1.6 数据通信基础,1.6.4.2 同步传输与异步传输2 异步传输 异步传输也叫做起止式传输，它以字符为单位，在每个字符前增加一个起始位，字符代码后增加、1.5、位停止位。它允许码字之间存在不确定的空闲时间。 异步传输设备简单，费用不高，但速率较低。,1.6 数据通信基础,1.6.4.3 数据传输方向1.单工通信（双线制） 单工（simplex）通信只允许传送的信息始终向一个方向流动。实际应用中，单工通信的信道采用双线制。 例如，广播、电视系统；BP机；道路交通单行道。 2.半双工通信（双线制开关） 半双工（half duplex）通信允许信息流向两个方向的都可传输，但同一时刻只能朝一个方向传输。 例如，无线电对讲机就是半双工通信。 3.全双工通信（四线制） 全双工（full duplex）通信是指在同一时刻，能同时进行双向通信。 例如，常用的电话系统就是全双工通信。,1.6 数据通信基础,1.6.4.3 数据传输方向1.单工通信（双线制） 单工（simplex）通信只允许传送的信息始终向一个方向流动。实际应用中，单工通信的信道采用双线制。 例如，广播、电视系统；BP机；道路交通单行道。 2.半双工通信（双线制开关） 半双工（half duplex）通信允许信息流向两个方向的都可传输，但同一时刻只能朝一个方向传输。 例如，无线电对讲机就是半双工通信。 3.全双工通信（四线制） 全双工（full duplex）通信是指在同一时刻，能同时进行双向通信。 例如，常用的电话系统就是全双工通信。,1.6 数据通信基础,1.6.5 数据编码与传输技术 数字通信系统是比模拟通信系统费用低，抗干扰能力强，不易失真；但数字信号比模拟信号易衰减；模拟信号比数字信号传输距离要远。,1.6 数据通信基础,1.6.6 数字数据的数字信号1.不归零码1. 单极性不归零编码 (NRZ) 单极性不归零编码只使用一个电压值，用高电平表示1，没电压表示0。 2双极性不归零码 (BNRZ) 用正电平和负电平分别表示二进制数据的1和0，正和负的幅值相等 。,1.6 数据通信基础,1.6.6 数字数据的数字信号2.归零码1. 单极性归零编码 (NRZ) 2双极性归零码 (BNRZ) 使用了正、负和零三个电平，信号本身携带同步信息，解决了同步问题。缺点是编码一个比特，需要两次信号变化，增加了占用带宽，且线路上的平均电压值还不为零。,1.6 数据通信基础,1.6.6 数字数据的数字信号3.自同步码：双相位编码 信号在每个比特内部的中间发生改变，但不归零而是将电压变为相反。 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码,1.6 数据通信基础,1.6.7 数据编码技术1.6.7.1 模拟数据编码 1.幅移键控法（ASK） 2.频移键控法（FSK） 3.相移健控法（PSK ） 4.正交调幅（QAM）,(a)3振幅，12相位 (b)4振幅，8相位 (c)2振幅，8相位,1.6 数据通信基础,1.6.7 数据编码技术1.6.7.2 数字数据编码,1.6 数据通信基础,1.6.8 多路复用技术1、频分多路复用技术（FDM） FDM把信道的频谱分割成若干个互不重叠的子信道，各相邻子信道间留有保护带，每个子信道传送一路信号 。2、时分多路复用（TDM） TDM将物理信道按时间分成许多等长的时间片，轮流、交替地分配给多路信源。分为同步和异步TDM两种。,1.6 数据通信基础,1.6.9 数据交换技术1.6.9.1 数据交换基本概念 线路交换 存储-转发交换：报文交换 分组交换,1.6 数据通信基础,1.6.9 数据交换技术1.6.9.2 线路交换的原理和特点 线路交换（即电路交换） 电路交换的优点是数据以固定速度传输，传送快，延迟小，适用于实时传输、远程成批处理、发送大量数据和持续通信要求高的场合。缺点是整个连接过程的信道容量完全被通信双方占用，线路利用率不高。而且电路交换系统不具备差错控制能力，交换机也不具备数据存储能力。,1.6 数据通信基础,1.6.9 数据交换技术1.6.9.3 报文交换 报文交换采用存储转发交换技术，源于电报传输方式。它不需要通过呼叫建立物理通路，而是以接力方式，报文在网络节点之间逐段传送直到目的地。存储转发交换时，传输前先将需要发送的数据分割成一定大小的块（报文），一个报文被存储在节点上并不立即发送，而是等到信道或路由中的下一节点的缓冲器空闲时再发送出去。传输的路径可以是固定的，也可动态建立，这就充分利用了信道和转接设备的容量。,1.6 数据通信基础,1.6.9 数据交换技术1.6.9.4 分组交换 分组交换也称为包交换。在分组交换网络中，数据单元（包或分组）是大小可变的数据块，包或分组的长度由网络确定。 1、数据报方式数据报方式中，每个包在传输时都是一个独立的传输单元，传输时自己选择传输路径，即使若干个包可能属于同一个报文时也是如此。,1.6 数据通信基础,1.6.9 数据交换技术1.6.9.4 分组交换 2、虚电路方式 虚电路传输过程时，属于同一个报文的所有包之间的先后顺序被保留了下来，源节点和目的节点之间路径在会话开始的时候先被选中，即先建立一条逻辑通路。,1.6 数据通信基础,1.6.10 差错检测与控制1、差错类型2、误码率3、差错的控制方式 纠错码 检错码,1.6 数据通信基础,1.6.11 循环冗余校验CRC1、奇偶校验2、循环冗余校验,