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,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,网络体系结构,Part III,3,学时,考试日期: 2012年5月26日报名时间：2012.3.6-4.10（网上报名，交费确认：3.26-4.1）,上午 9：0011：30基础知识,下午 2：004：30应用技术,大纲要求,（,7,）掌握计算机网络体系结构和网络协议的基本原理；,3.1,网络体系结构,3.1.1,网络拓扑结构,3.1.2,网络分类,LAN,、,MAN,、,WAN, 接入网、主干网,3.1.3 IS,O,OSI/RM,大纲要求,（,7,）掌握计算机网络体系结构和网络协议的基本原理；,3.2 TCP/IP,协议 应用层协议 传输层协议（,TCP,、,UDP,） 网络层协议,IP, 数据链路层协议,主要知识点,3.1,网络概念,3.2,网络分类,3.3,网络软件,3.4,OSI参考模型,3.5,TCP/IP,参考模型,3.6,OSI模型与TCP/IP模型的比较,3.7,协议栈,3.8,典型试题分析,3.1,网络的概念,计算机网络,(Network),是将处在,不同地理位置,且相互独立的,计算机,或,设备,，通过,传输介质,和,网络设备,按照特定的,结构,和,协议,相互连接起来，利用,网络操作系统,进行管理和控制，从而实现,信息传输,和,资源共享,的一种信息系统。,简单网络示意图,计算机网络的组成,将分组交换网称为通信子网。将用户的主机集合称为资源子网。,计算机网络的组成,资源子网,通信子网,3.2,网络的分类,3.2.1,网络拓扑结构分类,3.2.2,按照地理范围分类,3.2.3,按传输媒体分类,3.2.4,按电信网分类,3.2.1,网络拓扑结构,网络拓扑结构是指抛开网络电缆的物理连接来讨论网络系统的连接形式，是指网络电缆构成的几何形状，它能从逻辑上表示出网络服务器、工作站的网络配置和互相之间的连接。,网络拓扑结构按形状可分为：星型、环型、总线型、树型及总线,/,星型及网状拓扑结构。,1,、,总线拓扑,2,、 星形拓扑,3,、 环形拓扑,4,、 网状拓扑,5,、混合拓扑,3.2.2,按照网络的分布范围分类,LAN,MAN,WAN,a.,局域网,LAN,（,Local Area Network,）,局域网是将小区域内的各种通信设备互连在一起的网络，其分布范围局限在一个办公室、一幢大楼或一个校园内，用于连接个人计算机、工作站和各类外围设备以实现资源共享和信息交换。它的特点是分布距离近（通常在,1000m,到,2000m,范围内），传输速度高（一般为,1Mbps,到,20Mbps,），连接费用低，数据传输可靠，误码率低等。,b.,广域网,WAN,（,Wide Area Network,）,广域网也称远程网，它的联网设备分布范围广，一般从数公里到数百至数千公里。因此网络所涉及的范围可以是市、地区、省、国家，乃至世界范围。由于它的这一特点使得单独建造一个广域网是极其昂贵和不现实的，所以，常常借用传统的公共传输（电报、电话）网来实现。此外，由于传输距离远，又依靠传统的公共传输网，所以错误率较高。,c.,城域网,MAN,（,Metropolitan Area Network,）,城域网的分布范围介于局域网和广域网之间，其目的是在一个较大的地理区域内提供数据、声音和图像的传输。,3.2.3,网络的交换方式分类,电路交换网,报文交换网,分组交换网,a.,电路交换网,电路交换方式是在用户开始通信前，先申请建立一条从发送端到接收端的物理信道，并且在双方通信期间始终占用该信道。此方式类似于传统的电话交换方式。,b.,报文交换网,报文交换方式是把要发送的数据及目的地址包含在一个完整的报文内，报文的长度不受限制。报文交换采用存储,-,转发原理，每个中间节点要为途径的报文选择适当的路径，使其能最终到达目的端。此方式类似于古代的邮政通信，邮件由途中的驿站逐个存储转发一样。,c.,分组交换网,分组交换方式是在通信前，发送端先把要发送的数据划分为一个个等长的单位（即分组），这些分组逐个由各中间节点采用存储,-,转发方式进行传输，最终到达目的端。由于分组长度有限，可以比报文更加方便的在中间节点机的内存中进行存储处理，其转发速度大大提高。,三种交换的比较,P,1,P,2,P,3,P,4,P,1,P,2,P,3,P,4,P,3,P,4,报,文,报,文,报,文,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,连接建立,数据传送,报文,P,2,P,1,连接释放,数据传送,的特点,比特流直达终点,报文,报文,报文,分组,分组,分组,存储,转发,存储,转发,存储,转发,存储,转发,3.2,网络的分类,除了以上分类方法外，还可按采用的传输媒体分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网、无线网；按网络传输技术可分为广播式网络和点到点式网络；按信道的带宽分为窄带网和宽带网；按不同的用途分为科研网、教育网、商业网、企业网等。,3.3,网络软件,3.3.1,协议分层,3.3.2,接口与服务,3.3.3,服务与协议的关系,3.3.1,协议分层,1,、,协议,2,、,分层结构的优点,3,、,分层结构的工作原理,1,、 协 议,什么是协议,协议是网络中计算机或设备之间进行通信的,一系列规则的集合。,协议示例,以发送消息“,HELLO STUDENTS”,为例。,常用协议,IP,、,TCP,、,HTTP,、,POP3,、,SMTP,STX,H,E,L,L,O,S,T,U,D,E,N,T,S,ETX,2,、 分层结构的优点,各层间相互独立，某一层的变化,不会影响其他层,促进标准化工作,使网络易于实现和维护,3,、分层结构的工作原理,纵向通信,在分层结构中，低层服务为高层服务提供服务，高层服务使用低层服务提供的服务。,横向通信,分层结构中，对应的分层协同工作，以保证能够成功的完成通信。一台机器上的第,N,层与另一台机器上的第,N,层进行对话的规则就第,N,层协议。,3.3.2,接口与服务,对等实体,每一层中的活动元素通常被称为实体（,entity）。,实体可以是软件实体也可以是硬件实体。不同机器上的同一层实体叫做对等实体。,服务提供者和服务用户,N,层实体实现的服务为,N+1,层所利用。,N,层被称为服务提供者（,service provider），N+1,层被称为服务用户（,service user）。,服务是在服务接入点,SAP（service access point）,提供给上层使用的。,3.3.2,接口与服务,3.3.2,接口与服务,SAP,服务接入点,IDU,接口数据单元,SDU,服务数据单元,PDU,协议数据单元,ICI,接口控制信息,ICI,SDU,ICI,SDU,SDU,报头,SAP,IDU,n- PDU,第,n,1,层,接口,第,n,层,1,、 服务类型,连接类型,服务类型,应用例子,面向连接的服务,可靠的报文流,文件传输,可靠的字节流,远程登录,不可靠连接,数字化语音,无连接的服务,不可靠的数据报,电子邮件,有确认的数据报,挂号邮件,请求-应答,数据查询,2,、,服务原语,服务在形式上是由一组原语（,primitive）（,或操作）在描述的。这些原语供用户和其他实体访问该服务。这些原语通知服务提供者采取某些行动或报告某个对等实体的活动。,原语,含义,请求,一个实体希望得到完成某些操作的服务,指示,通知一个实体有某个事件发生,响应,一个实体希望响应一个事件,证实,返回对先前请求的响应,3.3.3,服务与协议的关系,服务是各层向它上层提供的一组原语（操作）。,服务定义了该层能够代表它的上层完成的操作，但没有涉及这些操作是如何完成的。,协议是定义同层对等实体之间交换的帧、分组和报文的格式及意义的一组规则。,实体利用协议来实现它们的服务定义。,3.4 OSI,参考模型,3.4.1,OSI,参考模型概述和各层,3.4.2,数据传输的封装和解封装,1.4.1 OSI,参考模型概述与各层,物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层,OSI/RM,模型层次结构,物理层,Physical,数据链路层,Data Link,网络层,Network,传输层,Transport,会话层,Session,表示层,Presentation,应用层,Application,由低层到高层,电气接口匹配,传输,比特流,帧同步、差错控制和流量控制,数据传输的基本单位是,帧,路由选择、拥塞控制,数据包的分片与重组,数据传输的基本单位是,分组,端到端连接、流量控制,差错检测和重传,基本单位是,报文,提供应用进程的独立性,提供访问和分布式信息服务,建立、管理、终止连接任务,1,、 物理层,(physical layer),主要作用,:,实现相邻节点之间比特数据流的透明传送,尽可能屏蔽具体传输介质和物理设备的差异,.,利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接,(,物理信道,),为数据链路层提供比特流服务,.,物理层,通过物理传输比特（,bit）,流,中继器和集线器,建立、维护和取消物理连接,2,、数据链路层,(Data link layer),主要任务是负责相邻节点之间的可靠传输,通过加强物理层传输原始比特的功能,使之网络层表现为一条无错线路,数据链路层的传输单元为帧,.,数据链路层,将比特信息加以组织封装成数据帧（,Frame）,通过使用接收系统的硬件地址或物理地址来寻址,硬件地址或物理地址（即,MAC,地址,）,帧同步、流量控制、差错检验,两个子层,媒体访问控制（,MAC）,逻辑链路控制（,LLC）,网卡、网桥和交换机,3,、 网络层,(Network layer),网络层的任务就是要选择合适的路由,使发送站传输层所传下来的数据能够正确无误地按地址送到目的站,.,网络层的传输单元被称为分组,(,或称包,).,执行路径选择算法,使分组在通信子网中有一条最佳路径,;,拥塞控制,.,防止子网中同时出现过多的分组而相互阻塞通路,形成瓶颈,;,记帐功能,;,异种网络互联,.,网络层,基于网络层地址进行不同网络系统间的路径选择网络层地址（,IP,地址,）,分割和重新组合,数据包,（,Packet）,包头差错检验和可能的修复,可能的数据传输拥塞控制,主要设备,:,路由器,:,三层交换机,4,传输层,(Transport layer)(,核心层,),主要任务,:,负责端到端节点间数据传输和控制功能,.,传输层是,OSI,中承上启下层,下三层面向网络通信,确保信息准确传输,;,上三层面向用户主机,为用户提供各种服务,.,传输层不涉及中间转发节点,即与使用的网络无关,.,主要功能,:,弥补网络层服务质量的不足,为会话层提供端,-,端的可靠数据传输服务,.,包括两端主机之间的流量控制,.,传输层,在不同物理节点上的应用程序间建立连接以传输数据,将数据组织成,数据段,（,Segment）,提供不同类型的连接服务,面向连接(,Connection-oriented),无连接(,Connectionless),提供流量控制、差错检测、超时重传等服务,用一个寻址机制来标识一个特定的应用程序,传输层地址（即,端口号,）,5,、 会话层,( Session layer),主要目的是组织和同步在两个通信的会话用户之间的对话,并管理数据的交换,.,会话层的功能是在两个节点间建立,维护和释放面向用户的连接,.,会话连接的建立是在传输连接的基础上进行的,.,6,、 表示层,(Presentation layer),主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式,.,它包括数据格式变换,数据加密与解密,数据压缩与恢复等功能,.,7,、 应用层,(Application layer),、,应用层是,OSI,的最高层,它为,OSI,模型以外的应用程序提供服务,.,应用层中包含大量的,人们普遍需要的协议,.,如网络虚拟终端,(VT,Virtual Terminal,文件 传输,电子邮件,目录服务,远程数据库访问等,.,常用设备,:,网关,7,、 应用层,(Application layer),、,常用设备,:,网关,网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备,.,在使用不同的通信协议,数据格式或语言,甚至体系结构完全不同的两种系统之间,网关是一个翻译器,.,与网桥只是简单地传达信息不同,网关对收到的信息要重新打包,以适应目的系统的需求,.,同时,网关也可以提供过滤和安全功能,.,大多数网关运行在,OSI 7,层协议的顶层,-,应用层,.,会话层,建立、管理和终止会话,表示层,系统的应用层送出的信息可被另一个系统的,应用层所读取,利用一种公用的信息表示格式翻译多种信息,数据表示、数据安全、数据压缩,应用层,网络服务与使用者应用程序间的一个接口,1.4.2,数据传输的封装和解封装,1.4.2,数据传输的封装和解封装,3.5 TCP/IP,参考模型,3.5 TCP/IP,参考模型,TCP/IP,模型是,Internet,事实上标准,.,统一的网络地址分配方案,使得整个,TCP/IP,设备在网络中都具有唯一的,IP,地址,.,标准化的高层协议,可以提供多种可靠的用户服务,.,TCP/IP,独立于特定的网络硬件,可以运行在局域网,广域网,更适用于互联网,.,OSI,参考模型与,TCP/IP,参考模型,应该指出,TCP/IP,是,OSI,模型之前的产物,所以两者间不存在严格的对应关系,.,1.5 TCP/IP,参考模型各层,第,1,层：网络接口层,(Network Interface),网络接口层对应,OSI,物理层和数据链路层并实现与它们相同的功能，其中包括,LAN,和,WAN,的技术细节。这一层也称为,主机到网络层,(Host-to-Network),。,1.5 TCP/IP,参考模型各层,第,2,层：互联网络层,(internet),互联网络层的目的是运送数据包，将数据从任何在相连的网络上送到目的地，而不在乎走的是哪个路径或网络。管理这层的特定协议称为互联网络协议,(IP),。最佳的路径选定和数据包交换都发生在这层。,1.5 TCP/IP,参考模型各层,第,3,层：传输层,(Transport),传输层负责处理有关服务质量等事项，如可靠度、流量控制和错误检测。该层可以提供不同服务质量、不同可靠性保证的传输服务，并且协议发送端和目标端的传输速度差异。这一层也称为,主机到主机层,(Host-to-Host),。,1.5 TCP/IP,参考模型各层,第,4,层：应用层,(Application),应用层包括会话层和表示层的功能，用来建立应用层来处理高层协议、有关表达、编码和会话控制。,TCP/IP,将所有应用程序相关的内容都归为一层，并保证为下层适当的将数据封装成数据包。,TCP/IP,的分层模型的分界线,1,、协议地址分界线：以区分高层和低层的寻址。高层使用,IP,地址，低层使用物理地址。以,IP,层作为分界。,2,、操作系统分界线：以区分系统与应用程序。协议集成到操作系统后，在协议低层的开销要小得多。,1.6,OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较,3.6,OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较,参考模型,OSI参考模型,TCP/IP参考模型,概念,明确区分服务、接口、协议,没有明确区分服务、接口、协议,层的数量,7,层,4,层,通信模式,网络层支持无连接和面向连接的通信,网络层只支持无连接通信,传输层仅支持面向连接的通信,传输层支持无连接和面向连接的通信,3.7,协议栈,3.7.1,协议栈概述,3.7.2,TCP/IP,协议栈,3.7.1,协议栈概述,什么是协议栈,在网络中，为了完成通信，必须使用多层上的多种协议。这些协议按照层次顺序组合在一起，构成了协议栈,(Protocol Stack),，也称为协议族,(Protocol Suite),。,常用的协议栈,TCP/IP,、,IPX/SPX,、,AppleTalk,3.7.1 TCP/IP,协议栈,TCP/IP,3.8,典型试题分析,在,ISO OSI/RM,中，,_(18)_,实现数据压缩功能。,A.,应用层,B.,表示层,C.,会话层,D.,网络层,【,参考答案,】 18.,B,2005,年下半年,1.8,典型试题分析,以太网中的帧属于,_(19)_,协议数据单元。,A.,物理层,B.,数据链路层,C.,网络层,D.,应用层,【,参考答案,】 19.,B,2005,年下半年,1.8,典型试题分析,在,OSI,参考模型中，数据链路层处理的数据单位是,_(64)_,。,A.,比特,B.,帧,C.,分组,D.,报文,【,参考答案,】 64.,B,2005,年下半年,1.8,典型试题分析,在,OSI,参考模型中，上层协议实体与下层协议实体之回的逻辑接口叫做服务访问点,(SAP),。在,Intenet,中，网络层的服务访问点是,（,21,）,。,A,MAC,地址,B,LLC,地址,C. IP,地址,D,端口号,【,参考答案,】 21.,C,2005,年上半年,1.8,典型试题分析,在,OSI,参考模型中，实现端到端的应答、分组排序和流量控制功能的协议层是,（,22,）,。,A,数据链路层,B,网络层,C,传输层,D,会话层,【,参考答案,】,21.C,2005,年上半年,1.8,典型试题分析,SNMP,POP3,UDP,TCP,IP,在,Intemet,上有许多协议，下面的选项中能正确表示协议层次关系的是,（22）,.,A,B,C,D,SNMP,POP3,TCP,ARP,IP,TCP,SSL,IP,UDP,ARP,SMTP,Telnet,【,参考答案,】 21.,A,TCP,UDP,IP,LLC,MAC,SMTP,Telnet,2005,年上半年,1.8,典型试题分析, 以太网交换机根据_(56)_转发数据包。,（56）,A.IP,地址,B.MAC,地址,C.LLC,地址,D.PORT,地址,【,参考答案,】,56.B,2004,年下半年,09上半年真题, HDLC协议是一种（17），采用（18）标志作为帧定界符。,（17）A面向比特的同步链路控制协议,B面向字节计数的同步链路控制协议,C面向字符的同步链路控制协议,D异步链路控制协议,（18）A10000001B01111110,C10101010D10101011,试题解析：,常识。,参考答案：（17）A（18）B, 在OSI参考模型中，物理层的功能是_（1）_。对等实体在依次交互作用中传送的信息单位称为_（2）_，它包括_（3）_两部分。上下邻层实体之间的接口称为服务访问点（SAP），网络层的服务访问点也称为_（4）_，通常分为_（5）_两部分。,（1） A建立和释放连接 B.透明地传输比特流,C在物理实体间传送数据帧 D.发送和接受用户数据,（2） A借口数据单元 B.服务数据单元,C协议数据单元 PDUD.交互数据单元,（3） A控制信息和用户数据B.接口信息和用户数据,C接口信息和控制信息,D.控制信息和校验信息,（4） A用户地址,B.网络地址,C.端口地址,D.网卡地址,（5） A网络号和端口号 B.网络号和主机地址,C超网号和子网号 D.超网号和端口地址,
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