计算机导论第七章-计算机网络基础知识课件

第七章第七章 计算机网络基础知识计算机网络基础知识计算机计算机网络的基本概念网络的基本概念计算机计算机网络的产生与发展网络的产生与发展计算机计算机网络的功能网络的功能计算机网络的分类和拓扑结构计算机网络的分类和拓扑结构本章学习要点：本章学习要点：计算机网络体系结构与协议计算机网络体系结构与协议局域网基础知识局域网基础知识Internet基础知识基础知识 第七章 计算机网络基础知识 计算机网络的基本概念 7.1计算机网络的产生与发展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面向终端的通信网络阶段诞生于诞生于20世纪世纪50年代。由一台中央主机通过通信线路连接大量的地年代。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。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，如图这是计算机网络的雏形，如图7-1所示。所示。图图7-1远程联机系统远程联机系统7.1 计算机网络的产生与发展 计算机网络的发展大2.计算机网络阶段计算机网络阶段 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机的资源(硬件、软件硬件、软件)，所以称为面向终端的计算机网络。这种网络结，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。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，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世纪世纪60年年代中期，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。如图就可以通过通信线路，彼此之间交换数据、传递信息。如图7-2所示：所示：图图7-2计算机网络系统计算机网络系统 2.计算机网络阶段 远程联机系统最突出的特点是：终端3.计算机网络互联阶段计算机网络互联阶段1984年，国际标准化组织年，国际标准化组织ISO（InternationalStandardsOrganization）正式制订和颁布了正式制订和颁布了“开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型”，简称，简称OSIRM，即著名的即著名的OSI七层模型。七层模型。ISO/OSIRM已被国际社会所公认，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。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。是相互独立的，没有统一标准。3.计算机网络互联阶段 1984年，国际标准化组4.Internet与高速网络阶段与高速网络阶段 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。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。像通信服务等功能。5.云计算和物联网阶段云计算和物联网阶段 云计算的概念最早是由谷歌（云计算的概念最早是由谷歌（Google)Google)提出的，它描述的是一提出的，它描述的是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软、硬件资源种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软、硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。其核心思想是：将大和信息可以按需提供给计算机和其他设备。其核心思想是：将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。向用户按需服务。（1 1）云计算）云计算（CloudComputing）云计算技术目前已经衍生出了云计算技术目前已经衍生出了云存储云存储和和云安全云安全两大领域。两大领域。4.Internet与高速网络阶段 这一阶段计算机网络返回本章首页返回本章首页返回本节首页返回本节首页（2）物联网（）物联网（InternetofThings）物联网的概念最早是由麻省理工学院专家于物联网的概念最早是由麻省理工学院专家于19991999年提出的，年提出的，它的产生和发展跟计算机网络的发展、互联网应用的扩展、传感它的产生和发展跟计算机网络的发展、互联网应用的扩展、传感技术的发展、社会需求的驱动以及政府的支持都是分不开的，其技术的发展、社会需求的驱动以及政府的支持都是分不开的，其核心技术是核心技术是传感器技术传感器技术。物联网的定义虽然目前还存在较大争议，各个国家和地区对物联网的定义虽然目前还存在较大争议，各个国家和地区对于物联网的定义都不尽相同，但在过去的几年中，物联网技术已于物联网的定义都不尽相同，但在过去的几年中，物联网技术已经悄然走进了我们的生活，并且已经应用到了很多领域，如：家经悄然走进了我们的生活，并且已经应用到了很多领域，如：家庭生活、农业生产、医疗保健、建筑体监测、文物保护等。庭生活、农业生产、医疗保健、建筑体监测、文物保护等。返回本章首页返回本节首页（2）物联网（Internet of7.2计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念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、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。数据信息等资源。2.计算机网络包含的四个方面计算机网络包含的四个方面7.2.1什么是计算机网络什么是计算机网络1.计算机网络的定义计算机网络的定义7.2 计算机网络的基本概念 计算机网络是现代通信技l连接对象连接对象（主要指各种类型的计算机或其他数据终端设备）（主要指各种类型的计算机或其他数据终端设备）l连接介质连接介质（主要指双绞线、同轴电缆、光纤、微波等通信线和网（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）桥、网关、中继器、路由器等通信设备）l连接的控制机制连接的控制机制（主要指网络协议和各种网络软件）（主要指网络协议和各种网络软件）l连接方式连接方式（指网络所采用的拓扑结构，如星型、环型、总线型和（指网络所采用的拓扑结构，如星型、环型、总线型和网状型等）网状型等）7.2.2通信子网和资源子网通信子网和资源子网 计算机网络系统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，如下图子网组成两级网络结构，如下图7-3所示所示：连接对象（主要指各种类型的计算机或其他数据终端设备）7.2图图7-3计算机网络系统结构示意图计算机网络系统结构示意图图7-3 计算机网络系统结构示意图 通信子网由通信控制处理机（通信子网由通信控制处理机（CCP）、）、通信线路和其他网络通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。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、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。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章首页返回本节首页返回本节首页1.通信子网通信子网2.资源子网资源子网 通信子网由通信控制处理机（CCP）、通信线路和其他网络通7.3计算机网络的功能计算机网络的功能 计算机网算机网络与通信网的与通信网的结合合,可以使众多的个人可以使众多的个人计算机不算机不仅能能够同同时处理文字、数据、理文字、数据、图像、声音等信息像、声音等信息,而且而且还可以使可以使这些信息四通八达些信息四通八达,及及时地与全国乃至全世界的信息地与全国乃至全世界的信息进行交行交换。计算机网算机网络的主要功能的主要功能归纳起来主要有以下几点起来主要有以下几点：1.数据通信数据通信 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，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、例如发送电子邮件、远程登录、联机会议、WWW等。等。2.资源共享资源共享 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。和信息资源的利用率。7.3 计算机网络的功能 计算机网络与通信网的结合3.均衡负荷与分布式处理均衡负荷与分布式处理4.提高计算机系统的可靠性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。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。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章首页返回本节首页返回本节首页3.均衡负荷与分布式处理 4.提高计算机系统的可靠性 7.4计算机网络的分类和拓扑结构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、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（覆盖范围，按网络的覆盖范围可以将网络分为局域网（LAN）、）、广域网广域网（WAN）、）、城域网（城域网（MAN）和国际互联网（和国际互联网（Internet）。）。1.局域网局域网LAN（LocalAreaNetwork）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，通常在在10Mbit/s以上。但其覆盖范围有限，是一个小的地理区域（例如：办以上。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7-4所示：所示：7.4.1计算机网络的分类计算机网络的分类7.4 计算机网络的分类和拓扑结构 计算机网络分类图图7-4局域网结构示意图局域网结构示意图2.广域网广域网WAN（WideAreaNetwork）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，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。广域网结构如图如图7-5所示。所示。图7-4 局域网结构示意图2.广域网WAN（Wide Ar图图7-5广域网结构示意图广域网结构示意图图7-5 广域网结构示意图3.城域网城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）城城域域网网的的覆覆盖盖范范围围介介于于局局域域网网和和广广域域网网之之间间，它它可可能能是是覆覆盖盖一一组组邻邻近近的的公公司司、办办公公室室，也也可可能能是是覆覆盖盖一一座座城城市市，地地理理范范围围一一般般为为几几公公里里几十公里。城域网几十公里。城域网通常使用与通常使用与LAN相似的技术。相似的技术。4.国际互联网（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。技术。不同类型网络之间的比较如下表不同类型网络之间的比较如下表7-1所示所示3.城域网MAN（Metropolitan Area Ne表表7-1不同类型网络之间的比较不同类型网络之间的比较 表7-1 7.4.2计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构网络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站、服务器等网络单元抽象为“点点”，网络中的通信介质抽象为，网络中的通信介质抽象为“线线”，从而抽象出网络系统的具体结构。，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。型。1星型拓扑网络星型拓扑网络l各节点通过点到点的链路与中央节点连接，如图各节点通过点到点的链路与中央节点连接，如图7-6所示。所示。图图7-6星型拓扑结构星型拓扑结构7.4.2 计算机网络的拓扑结构 网络拓扑结构是指用传l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。机，此时具有数据处理和转接的功能。l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；性和优先级控制；l缺点：属于集中控制，对中央节点的依赖性大，一旦中心节缺点：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。点有故障就会引起整个网络的瘫痪。2环型拓扑网络环型拓扑网络l节点通过点到点通信线路连接成闭合环路，如图节点通过点到点通信线路连接成闭合环路，如图7-7所示，环中数所示，环中数据将沿一个方向单向传送。据将沿一个方向单向传送。图图7-7环型拓扑结构环型拓扑结构 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，l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。节点之间的通信线路出现故障，都会造成网络瘫痪。l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。比较复杂。3总线型拓扑网络总线型拓扑网络l所有节点共享一条数据通道，如图所有节点共享一条数据通道，如图7-8所示，一个节点发出的信所示，一个节点发出的信息可以被网络上的每个节点接收。息可以被网络上的每个节点接收。图图7-8总线型拓扑结构总线型拓扑结构 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l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。分配信道，以决定哪个节点可以优先发送数据。l优点是：网络结构简单，安装方便，成本低，并且某个站点自优点是：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。身的故障一般不会影响整个网络。l缺点是：实时性较差，总线上的故障会导致全网瘫痪。缺点是：实时性较差，总线上的故障会导致全网瘫痪。4树型拓扑网络树型拓扑网络l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，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，如图如图7-9所示，树中的各个节点通常都为主机。所示，树中的各个节点通常都为主机。图图7-9树型拓扑结构树型拓扑结构 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l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，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。的工作，如数据处理、命令执行等。l若树型拓扑结构只有两层，就变成了星型结构，因此，树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。型拓扑结构可以看作是星型拓扑结构的扩展结构。5网状型拓扑网络网状型拓扑网络l节点之间的连接是任意的，没有规律，如图节点之间的连接是任意的，没有规律，如图7-10所示。所示。l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。流量控制方法。广域网基本上都是采用网状型拓扑结构。图图7-10网状型拓扑结构网状型拓扑结构返回本章首页返回本章首页返回本节首页返回本节首页 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7.5网络体系结构与协议概述网络体系结构与协议概述7.5.1网络体系结构的概念网络体系结构的概念l网络体系结构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。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。l研究网络体系结构的研究网络体系结构的目的目的：定义计算机网络各个组成部分的功能，以：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。便在统一的原则指导下进行网络的设计、建造、使用和发展。7.5.2网络协议的概念网络协议的概念l网络协议网络协议就是为进行网络中的数据通信或数据交换而建立的规则、就是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。标准或约定。1.什么是网络协议什么是网络协议7.5 网络体系结构与协议概述7.5.1 网络体系结构的概念l连网的计算机以及网络设备之间要进行连网的计算机以及网络设备之间要进行数据数据与与控制信息控制信息的成功传的成功传递就必须共同遵守网络协议。递就必须共同遵守网络协议。2.网络协议的三要素网络协议的三要素l语法（语法（Syntax）语法规定了通信双方语法规定了通信双方“如何讲如何讲”，即确定用户数据与控制信息的，即确定用户数据与控制信息的结构与格式。结构与格式。l语义（语义（Semantics）语义规定通信的双方准备语义规定通信的双方准备“讲什么讲什么”，即需要发出何种控制信息，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完成何种动作以及做出何种应答l时序（时序（Timing）时序又可称为时序又可称为“同步同步”，规定了双方，规定了双方“何时进行通信何时进行通信”，即事件，即事件实现顺序的详细说明实现顺序的详细说明 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7.5.3网络协议的分层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。系统模块化，并按层次组织各模块。1.分层的好处分层的好处l各层之间可相互独立各层之间可相互独立l灵活性好，易于实现和维护灵活性好，易于实现和维护l有利于促进标准化有利于促进标准化7.5.3 网络协议的分层 计算机网络是一个非常复杂7.5.4OSI参考模型参考模型1.OSI参考模型的概念参考模型的概念l1984年，国际标准化组织（年，国际标准化组织（ISO）发表了著名的）发表了著名的ISO/IEC7498标标准，定义了网络互连的准，定义了网络互连的7层框架，这就是层框架，这就是开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型，即，即OSI参考模型参考模型，如图，如图7-11所示。所示。图图7-11OSI参考模型的结构参考模型的结构7.5.4 OSI参考模型 1.OSI参考模型的概念 l“开放开放”是指只要遵循是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上任标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循何地方、同样遵循OSI标准的其他任何系统进行通信。标准的其他任何系统进行通信。lOSI参考模型的最高层为应用层，面向用户提供网络应用服务；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。不存在直接的通信关系。2.OSI参考模型各层的功能参考模型各层的功能（1）物理层）物理层l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。心比特流的实际意义和结构，只是负责接收和传送比特流。l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：表有：EIA/TIARS-232、EIA/TIARS-449、V.35、RJ-45等。等。“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上l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，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。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l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（传送以帧（Frame）为单位的数据，并要产生和识别帧边界）为单位的数据，并要产生和识别帧边界。l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。路上传送的数据无差错。（3）网络层）网络层l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。达接收端，并在数据分组发生阻塞时进行拥塞控制。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，l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。型的网络中传输。（4）传输层）传输层l传输层从会话层接收数据，形成传输层从会话层接收数据，形成报文报文（Message），并且在必要时），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。将其分成若干个分组，然后交给网络层进行传输。l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。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。l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）。接起来的，相互之间有很多交换设备（如路由器）。（5）会话层）会话层 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l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），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。包括会话管理、传输同步以及数据交换管理等。（6）表示层）表示层l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。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。（7）应用层）应用层l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文件传输、电子邮件、网络管理和远程登录等7.5.5TCP/IP参考模型参考模型1.TCP/IP概述概述 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），lARPANET的运行经验表明，的运行经验表明，TCP/IP是一个非常可靠且实用的网是一个非常可靠且实用的网络协议。络协议。l20世纪世纪80年代末，美国国家科学会借鉴了年代末，美国国家科学会借鉴了ARPANET的的TCP/IP技技术建立了术建立了NSFNET。NSFNET使越来越多的网络互连在一起，最终使越来越多的网络互连在一起，最终形成了今天的形成了今天的Internet。TCP/IP也因此成为了也因此成为了Internet上广泛使用的上广泛使用的标准网络通信协议。标准网络通信协议。lTCP/IP标准由一系列的标准由一系列的文档定义文档定义组成，这些文档定义描述了组成，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。的内部实现机制，以及各种网络服务或服务的定义。lTCP/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可的文档才能最终成为Internet标准。标准。lTCP/IP实际上是一个实际上是一个协议簇协议簇。所有协议都包含在。所有协议都包含在TCP/IP簇的簇的4个个层次中，形成了层次中，形成了TCP/IP协议栈，如图协议栈，如图7-12所示：所示：ARPANET的运行经验表明，TCP/IP是一个非常可靠且图图7-12TCP/IP协议栈协议栈图7-12 TCP/IP协议栈2.OSI参考模型和参考模型和TCP/IP参考模型的对应关系参考模型的对应关系图图7-13OSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的层次对应关系参考模型的层次对应关系返回本章首页返回本章首页返回本节首页返回本节首页2.OSI参考模型和TCP/IP参考模型的对应关系图7-17.6局域网基础知识局域网基础知识1.什么是局域网？什么是局域网？2.局域网的发展历程局域网的发展历程局域网局域网（LAN）是计算机网络的一种，它是在一个较小的范围是计算机网络的一种，它是在一个较小的范围（一个办公室、一幢楼、一个学校等），利用通信线路将众多的计（一个办公室、一幢楼、一个学校等），利用通信线路将众多的计算机及外设连接起来，以达到资源共享、信息传递和远程数据通信算机及外设连接起来，以达到资源共享、信息传递和远程数据通信的系统。的系统。l60年代末至年代末至70年代初是局域网发展的萌芽阶段。年代初是局域网发展的萌芽阶段。l70年代中期是局域网发展的一个重要阶段，美国年代中期是局域网发展的一个重要阶段，美国Xerox公司推出公司推出的实验性以太网（的实验性以太网（Ethernet）和英国剑桥大学研制的剑桥环网和英国剑桥大学研制的剑桥环网（CambridgeRing）成为最初局域网的典型代表。成为最初局域网的典型代表。7.6.1局域网的基本概念局域网的基本概念7.6 局域网基础知识1.什么是局域网？2.局域网的发展l80年代初期是局域网走向大发展的时期，一些标准化组织开始年代初期是局域网走向大发展的时期，一些标准化组织开始致力于局域网的有关协议和标准的制定。到了后期，局域网的产致力于局域网的有关协议和标准的制定。到了后期，局域网的产品进入专业化生产和商品化的成熟阶段，获得了大范围的推广和品进入专业化生产和商品化的成熟阶段，获得了大范围的推广和普及。普及。l90年代以后，局域网步入了更高速的发展阶段，使用已相当普年代以后，局域网步入了更高速的发展阶段，使用已相当普遍。利用光导纤维作为通信介质构成的高速主干网，是目前许多遍。利用光导纤维作为通信介质构成的高速主干网，是目前许多局域网系统普遍采用的一种结构形式。局域网系统普遍采用的一种结构形式。7.6.2局域网的特点及其基本组成局域网的特点及其基本组成1.局域网的特点局域网的特点概括地讲，局域网主要具有以下一些特点：概括地讲，局域网主要具有以下一些特点：80年代初期是局域网走向大发展的时期，一些标准化组织开始致l覆盖的地理范围较小覆盖的地理范围较小 局域网主要用于单位内部联网，范围在一座办公大楼或集中的建局域网主要用于单位内部联网，范围在一座办公大楼或集中的建筑群内，一般在几公里范围内。筑群内，一般在几公里范围内。l传输速率高、时延小且误码率低传输速率高、时延小且误码率低局域网的传输速率一般为局域网的传输速率一般为10100Mbit/s，时延在几时延在几ms几十几十ms之之间。并且局域网两个站点间具有专用通信线路传输数据，因此误码间。并且局域网两个站点间具有专用通信线路传输数据，因此误码率很低，仅为率很低，仅为10-810-12。l便于安装、维护和扩充便于安装、维护和扩充局域网一般为一个单位或部门内部控制、管理、使用和维护，因局域网一般为一个单位或部门内部控制、管理、使用和维护，因此，无论从硬件系统还是软件系统来讲，网络的安装成本都较低，此，无论从硬件系统还是软件系统来讲，网络的安装成本都较低，周期短，维护和扩充都十分方便。周期短，维护和扩充都十分方便。l侧重于共享信息的处理，通常没有中央主机系统侧重于共享信息的处理，通常没有中央主机系统 覆盖的地理范围较小 局域网主要用于单位内部联网，范围l工作站工作站 工作站是网络各用户的工作场所，工作站是网络各用户的工作场所，用户通过它可以与网络交换用户通过它可以与网络交换信息，共享网络资源。工作站通过网卡、传输介质以及通信设备信息，共享网络资源。工作站通过网卡、传输介质以及通信设备连接到网络服务器，且仅对操作该工作站的用户提供服务。连接到网络服务器，且仅对操作该工作站的用户提供服务。l服务器服务器服务器是整个网络系统的核心，它为网络用户提供服务并管理服务器是整个网络系统的核心，它为网络用户提供服务并管理整个网络。根据服务器在网络中所承担的任务和所提供的功能不整个网络。根据服务器在网络中所承担的任务和所提供的功能不同，服务器可分为文件服务器、打印服务器和通信服务器。通常同，服务器可分为文件服务器、打印服务器和通信服务器。通常我们要求服务器具有较高的性能，包括较快的数据处理速度、较我们要求服务器具有较高的性能，包括较快的数据处理速度、较大的内存和较大容量的磁盘等。大的内存和较大容量的磁盘等。2.局域网的基本组成局域网的基本组成（1）局域网的硬件组成）局域网的硬件组成局域网硬件包括以下一些主要设备：局域网硬件包括以下一些主要设备：工作站 工作站是网络各用户的工作场所，用户通过它可以与网l网卡网卡网卡是局域网中最基本、最重要的连接设备，如图网卡是局域网中最基本、最重要的连接设备，如图7-14所示，计算所示，计算机通过网卡接入局域网络。网卡一方面要和主机交换数据；另一方面机通过网卡接入局域网络。网卡一方面要和主机交换数据；另一方面还要保证数据交换以网络物理数据的路径和格式来传送或接收。另外，还要保证数据交换以网络物理数据的路径和格式来传送或接收。另外，为防止数据的丢失，网卡上还需要缓存，以实现不同设备间的数据缓为防止数据的丢失，网卡上还需要缓存，以实现不同设备间的数据缓冲。网卡上的冲。网卡上的ROM芯片固化有控制通信软件，用来实现上述功能。芯片固化有控制通信软件，用来实现上述功能。图图7-14Realtek10/100M自适应网卡自适应网卡 网卡 网卡是局域网中最基本、最重要的连接设备，如图l集线器集线器集线器（集线器（HUB）是一种特殊的中继器，如图是一种特殊的中继器，如图7-15所示，其主要作用所示，其主要作用是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。集线器负是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。集线器负责对多个网络电缆进行中间转接，以便对网络进行集中管理。另外，责对多个网络电缆进行中间转接，以便对网络进行集中管理。另外，集线器还有利于故障的检测和提高网络的可靠性，能自动指示有故障集线器还有利于故障的检测和提高网络的可靠性，能自动指示有故障的工作站，并切除其与网络的通信。的工作站，并切除其与网络的通信。图图7-15集线器集线器HUBl传输介质传输介质局域网中常用的传输介质主要有同轴电缆、双绞线和光纤，如图局域网中常用的传输介质主要有同轴电缆、双绞线和光纤，如图7-16所示。所示。集线器 集线器（HUB）是一种特殊的中继器，如图7l外设外设外设主要是指网络上可供网络用户共享的外部设备，包括打印机、外设主要是指网络上可供网络用户共享的外部设备，包括打印机、绘图仪、扫描器、绘图仪、扫描器、MODEM等。等。（2）局域网的软件组成）局域网的软件组成图图7-16局域网中常用的传输介质局域网中常用的传输介质 外设 外设主要是指网络上可供网络用户共享的外部设备网络软件也是局域网系统中不可缺少的重要资源，根据它们所网络软件也是局域网系统中不可缺少的重要资源，根据它们所起作用的不同，可以将其分为以下五类：起作用的不同，可以将其分为以下五类：l协议软件协议软件协议软件主要用以实现网络协议功能，其种类较多，不同体系结构协议软件主要用以实现网络协议功能，其种类较多，不同体系结构的网络系统都有自身的协议软件，不同层次上的协议软件也不尽相同。的网络系统都有自身的协议软件，不同层次上的协议软件也不尽相同。l通信软件通信软件通信软件就是使用户能方便地对自己的应用程序进行控制，同时又通信软件就是使用户能方便地对自己的应用程序进行控制，同时又能与多个工作站进行网络通信，并对通信数据进行加工和管理。能与多个工作站进行网络通信，并对通信数据进行加工和管理。l管理软件管理软件管理软件的作用是帮助网络管理者便捷地解决网络中一些棘手的技管理软件的作用是帮助网络管理者便捷地解决网络中一些棘手的技术难题，保证整个网络系统的正常运转。术难题，保证整个网络系统的正常运转。网络软件也是局域网系统中不可缺少的重要资源，根据它们l网络操作系统网络操作系统网络操作系统网络操作系统(NOS)是用户和网络之间的接口，它具有处理机管理、是用户和网络之间的接口，它具有处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理以及网络管理等功能。目前较流行的存储管理、设备管理、文件管理以及网络管理等功能。目前较流行的局域网操作系统局域网操作系统Windows2000Server、WindowsServer2003，Novell公司的公司的Netware等等。l网络应用软件网络应用软件网络应用软件是专门为某一个应用领域而开发的软件，能为用户提网络应用软件是专门为某一个应用领域而开发的软件，能为用户提供一些实际的网络应用服务。它既可以用于管理和维护网络本身，也供一些实际的网络应用服务。它既可以用于管理和维护网络本身，也可用于一个业务领域。可用于一个业务领域。网络操作系统 网络操作系统(NOS)是用户和网络之间7.6.3局域网的主要技术局域网的主要技术局域网所涉及的技术很多，但决定局域网性能的主要技术有局域网所涉及的技术很多，但决定局域网性能的主要技术有传输传输介质介质、拓扑结构拓扑结构和和介质访问控制方法介质访问控制方法。1.局域网的传输介质局域网的传输介质l局局域域网网常常用用的的传传输输介介质质有有同同轴轴电电缆缆、双双绞绞线线、光光缆缆和和无无线线电电波波。早早期的传统以太网（期的传统以太网（10Base-5，10Base-2等）使用最多的是同轴电缆。等）使用最多的是同轴电缆。l随随着着技技术术的的发发展展和和价价格格的的不不断断降降低低，双双绞绞线线和和光光纤纤的的应应用用日日益益普普及及。双绞线依靠其低成本和高可靠性，在快速局域网中赢得了广泛地使用。双绞线依靠其低成本和高可靠性，在快速局域网中赢得了广泛地使用。l光光纤纤主主要要应应用用在在远远距距离离、高高速速传传输输数数据据的的网网络络环环境境中中。光光纤纤的的可可靠靠性性很很高高，具具有有许许多多双双绞绞线线和和同同轴轴电电缆缆无无法法比比拟拟的的优优点点，随随着着光光纤纤成成本本的不断降低，今后还将越来越广泛地应用于局域网。的不断降低，今后还将越来越广泛地应用于局域网。7.6.3 局域网的主要技术 局域网所涉及的技术很多，网络网络拓扑结构拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，它对整个是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，它对整个网络的设计、功能、可靠性和成本等方面有着重要的影响。目前局域网络的设计、功能、可靠性和成本等方面有着重要的影响。目前局域网使用的拓扑结构主要有以下网使用的拓扑结构主要有以下3种：种：（1）星型（）星型（Star）l星型拓扑结构中存在一个中央结点（如集线器或交换机）星型拓扑结构中存在一个中央结点（如集线器或交换机），其余，其余每个工作站结点通过点到点线路与中央节点相连。如图每个工作站结点通过点到点线路与中央节点相连。如图7-17所示：所示：图图7-17星型网络结构示意图星型网络结构示意图2.局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构 网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，它l星型网络中星型网络中结点的扩展和移动都很方便，当加入新的结点时只需要结点的扩展和移动都很方便，当加入新的结点时只需要从集线器或交换机等集中设备中拉一条线即可，而从集线器或交换机等集中设备中拉一条线即可，而一个一个结点出点出现故障故障不会影响其它不会影响其它结点的点的连接，可接，可直接将直接将故障故障结点点拆走，维护起来很容易。拆走，维护起来很容易。l星型网络对中央结点的可靠性要求很高，若中央结点发生故障，全星型网络对中央结点的可靠性要求很高，若中央结点发生故障，全网则趋于瘫痪。所以，通常都采用双机热备份，以提高系统的可靠性。网则趋于瘫痪。所以，通常都采用双机热备份，以提高系统的可靠性。l星型网络中，星型网络中，信息一般采用信息一般采用广播式广播式传送方式，任何一个结点发送的传送方式，任何一个结点发送的信息，整个网络中的其它结点都可以收到。信息，整个网络中的其它结点都可以收到。（2）环型（）环型（Ring）l环环型型网网络络是是用用一一条条传传输输链链路路（同同轴轴电电缆缆）将将一一系系列列结结点点连连成成一一个个封封闭闭的的环环路路，如如图图7-18所所示示。网网络络中中的的信信息息流流只只能能单单方方向向进进行行传传输输，每每个收到信息包的结点都向它的下游结点转发该信息包。个收到信息包的结点都向它的下游结点转发该信息包。星型网络中结点的扩展和移动都很方便，当加入新的结点时只需要图图7-18环型网络结构示意图环型网络结构示意图l环环网网的的传传输输速速度度较较快快，例例如如在在令令牌牌环环网网中中允允许许有有16Mbit/s的的传传输输速速度，这比传统的度，这比传统的10Mbit/s以太网要快。以太网要快。l环环网网中中各各结结点点间间是是直直接接串串联联，这这样样任任何何一一个个结结点点出出了了故故障障都都会会造造成成整整个个网网络络的的中中断断、瘫瘫痪痪，而而且且故故障障查查找找起起来来也也非非常常困困难难。另另外外，如如果果要要添添加加或或移移动动结结点点，就就必必须须中中断断整整个个网网络络，在在环环的的两两端端作作好好连连接接器器后后才能连接，比较麻烦。才能连接，比较麻烦。图7-18 环型网络结构示意图 环网的传输速度较快，例如（3）总线型（）总线型（Bus）l所所有有的的结结点点都都通通过过网网络络适适配配器器直直接接连连接接到到一一条条作作为为公公共共传传输输介介质质的的总总线线上上，总总线线可可以以是是同同轴轴电电缆缆、双双绞绞线线，也也可可以以是是光光纤纤。如如图图7-19所所示：示：图图7-19总线型网络结构示意图总线型网络结构示意图l总总线线型型网网络络采采用用广广播播通通信信方方式式，即即任任何何一一个个结结点点发发送送的的信信号号都都可可以以沿沿着着介介质质传传播播，而而且且能能被被网网络络上上其其他他所所有有结结点点所所接接收收，但但在在同同一一时时间间内，只允许一个结点发送数据。内，只允许一个结点发送数据。（3）总线型（Bus）所有的结点都通过网络适配器直接连接l总总线线作作为为公公共共传传输输介介质质为为多多个个结结点点共共享享，因因而而就就有有可可能能出出现现两两个个或或两两个个以以上上的的结结点点在在同同一一时时刻刻利利用用总总线线发发送送数数据据的的“冲冲突突”。总总线线型型网网络络必须要解决多个结点访问总线的必须要解决多个结点访问总线的介质访问控制介质访问控制问题。问题。l由由于于网网络络各各结结点点共共享享总总线线带带宽宽，因因此此，数数据据传传输输速速率率会会随随着着接接入入网网络络用用户户数数的的增增多多而而下下降降。另另外外在在总总线线型型网网络络中中，虽虽然然单单个个结结点点的的故故障障不不影影响响整整个个网网络络的的正正常常通通信信，但但如如果果总总线线一一旦旦发发生生故故障障，则则整整个个网网络络就断了。就断了。3.介质访问控制方法介质访问控制方法（1）什么是介质访问控制）什么是介质访问控制 介质访问控制介质访问控制，是指控制网上各工作站在适当的情况下发送数据，是指控制网上各工作站在适当的情况下发送数据，并在发送数据的过程中，及时发现问题以及出现问题后妥善处理问并在发送数据的过程中，及时发现问题以及出现问题后妥善处理问题的一整套管理方法。介质访问控制技术的优劣将对局域网的总体题的一整套管理方法。介质访问控制技术的优劣将对局域网的总体性能产生决定性的影响。性能产生决定性的影响。总线作为公共传输介质为多个结点共享，因而就有可能出现两个或（2）常用的媒体访问控制方法）常用的媒体访问控制方法 lCSMA/CD（带有碰撞检测的载波侦听多路访问）带有碰撞检测的载波侦听多路访问）lTokenRing（令牌环）令牌环）lTokenBus（令牌总线）令牌总线）7.6.4局域网体系结构与局域网体系结构与IEEE802标准标准1.局域网参考模型局域网参考模型lIEEE802标标准准遵遵循循ISO/OSI参参考考模模型型的的原原则则，主主要要解解决决最最低低两两层层（即即物物理理层层和和数数据据链链路路层层）的的功功能能以以及及与与网网络络层层的的接接口口服服务务。IEEE802参参考考模模型型中中不不再再设设立立网网络络层层，它它与与ISO/OSI参参考考模模型型的的对对应应关系如图关系如图7-20所示：所示：（2）常用的媒体访问控制方法 CSMA/CD（带有碰撞检测图图7-20IEEE802与与ISO/OSI参考模型的对应关系参考模型的对应关系图7-20 IEEE802与ISO/OSI参考模型的对应关lIEEE802局局域域网网参参考考模模型型中中的的物物理理层层的的功功能能是是：在在物物理理介介质质上上实实现现比比特特流流的的传传输输和和接接收收、同同步步前前序序的的产产生生与与删删除除，规规定定了了所所使使用用的的信信号号、编码、传输介质以及有关的拓扑结构和传输速率等。编码、传输介质以及有关的拓扑结构和传输速率等。l数数据据链链路路层层又又分分为为逻逻辑辑链链路路控控制制（LLC）和和介介质质访访问问控控制制（MAC）两两个个功功能能子子层层。这这种种功功能能划划分分主主要要是是为为了了将将数数据据链链路路功功能能中与硬件相关和无关的部分分开。中与硬件相关和无关的部分分开。lMAC子子层层的的主主要要功功能能是是控控制制对对传传输输媒媒体体的的访访问问。IEEE802标标准准制制定定了了多多种种介介质质访访问问控控制制方方法法，同同一一个个LLC子子层层能能与与其其中中任任一一种种访访问问方方法（如法（如CSMA/CD，T