计算机网络的分类、协议与体系结构下载

计算机通信与网络技术前言0.1计算机网络在信息时代的作用21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。知识经济的两个重要特点就是信息化和全球化。三网：电信网络、有线电视网络、计算机网络。20世纪90年代以来，以因特网(Internet)为代表的计算机网络的发展迅速。计算机网络已经全面贯穿于人类的生活和工作之中，网络的应用无处不在。0.2该课程在专业体系中的作用电气专业或工业控制等领域，网络的应用和互联成为大趋势。数据远传和共享变得越来越重要。随着软硬件技术的发展，统一和标准的网络协议逐渐成熟起来。系统集成是我们所要面对的任务之一，通信是非常关键的一部分。本课程主要教学内容：一．计算机网络的分类、协议与体系结构二．物理层及数字通信基础三．数据链路控制及其协议四．局域网五．广域网六．网络互连七．路由协议八．运输层九．应用层协议一○．网络安全对该课程的学习要求掌握计算机网络的基本概念，熟悉计算机网络的基本技术，理解计算机网络的工作原理。面对高速发展的网络技术，具有积极动手、主动跟踪、继续学习的基础和能力。对该课程的学习要求掌握计算机网络的基本概念，熟悉计算机网络的基本技术，理解计算机网络的工作原理。面对高速发展的网络技术，具有积极动手、主动跟踪、继续学习的基础和能力。对该课程的学习要求掌握计算机网络的基本概念，熟悉计算机网络的基本技术，理解计算机网络的工作原理。面对高速发展的网络技术，具有积极动手、主动跟踪、继续学习的基础和能力。课程进度安排1周——16周，34个讲授课时，8个实验课时,4个习题课时，2个考试课时教材：《计算机网络教程》黄永峰参考：《计算机网络教程》（第二版），谢希仁考核方式：闭卷考试70%，实验20%，作业10%实验一网络基本知识了解网络基本配置中包含的协议、服务和基本参数；掌握WindowsXP系统网络组件的安装和卸载方法；掌握WindowsXP系统共享目录的设置和使用方法；学会制作两种类型的RJ-45接头直通线、交叉线；掌握使用双绞线作为传输介质的网络连接方法；掌握测线仪的使用方法。实验题目实验二网络应用实验了解常用的网络应用；掌握IIS的安装和配置；掌握IP地址和TCP端口（SOCKET）的配置；熟悉CRC校验的原理,掌握CRC校验的实现方法。实验题目实验三网络协议分析熟悉网络分析软件，学习捕捉数据的方法；分析数据帧和报文，掌握以太网数据帧和IP数据报的结构；按照协议类型分析数据包的各个首部的字段含义的方法；初步尝试用软件编写解析IP数据报首部的字段含义的方法。实验题目实验四转发表与路由算法熟悉广域网络的转发机理，理解转发表的作用；理解路由算法的基本思路。实验题目实验四转发表与路由算法熟悉广域网络的转发机理，理解转发表的作用；理解路由算法的基本思路。实验题目第1讲计算机网络基础知识1.1计算机网络的分类1.1.1计算机网络的定义计算机网络的精确定义并未统一。关于计算机网络的最简单的定义是：一些互相连接的、自治的计算机的集合。更准确的定义：凡是将地址位置不同，并具有独立功能的计算机系统通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件实现在网络中资源共享和信息交换的系统，称为计算机网络系统。1.1.2计算机网络的几种分类方法电路交换：用模拟信道的连接在线路上传输信息电路交换要求在通信的双方之间建立一条实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被独占。这种联网方式称为面向连接的（connection-oriented），过程为“建立连接、通信、释放连接”。缓冲存储信息处理和转发输入输出存储交换：数字化网络；存储-转发方式标志：表示帧的开始和结束地址：包括源地址和目的地址控制：报文类型和功能信息：传送的数据FCS：帧校验码标志地址信息控制FCS标志报文（帧Frame）报文交换每次是无需通过物理连接而建立通信信道的。这种联网方式称为无连接的（connectionless）。报文交换：不定长报文为单位存储转发报文的优点信道利用率高。多报文共享“节点－节点”信道接收方和发送方无需同时工作。节点暂存报文可同时向多个目标发送同一报文。在网络上实现报文的差错控制和纠错处理。分组交换（包交换）：定常报文为单位分组传输10100111010……………10110101011欲发送的整块数据：报文首部首部首部分组分组分组发送在前数据数据数据分组（packet）又称为“包”，是在计算机网络中传送的数据单元。分组交换时在传送数据之前可不必先建立一条连接，即使用无连接（connectionless）方式，亦可使用面向连接方式。因为分组的首部（header）也称为“包头”，包含了诸如目的地址和源地址等重要信息，使每个分组能够在分组交换网中独立地选择路由，故分组交换的特征是基于标记（label-based）。分组交换优点灵活：为每一个分组独立地选择转发路由；迅速：以分组为传送单位，传输出错时重传的是小的分组；可不先建立连接，分组暂存于内存；网络使用高速链路；可靠：完善的网络协议，分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性。高效：传输过程中动态分配传输带宽，对通信链路逐段独占；分组交换缺点分组在各结点存储转发时需要排队，尤其通信量过大时，时延可能很大。分组携带的控制信息增加了开销，且需要专门的管理控制机制。集中式（星型结构）分布式（网状结构）1.1.2计算机网络的几种分类方法互联网internet内部网Intranet外部网Extranet因特网Internet1.2计算机网络的主要性能指标1.2.1带宽（bandwidth）“带宽”本来的意思是指某个信号具有的频带宽度。带宽的单位是赫兹(Hz)、千赫(kHz)、兆赫(MHz)等。对于数字信道，“带宽”是指在信道上(或一段链路上)能够传送的数字信号的速率，即数据率或比特率。比特(bit)是计算机中的数据的最小单元，它也是信息量的度量单位。带宽的单位就是比特每秒(bit/s)。带宽有时也称为吞吐量。1.2.2时延（delay）时延(delay或latency)是指一个报文或分组从一个网络(或一条链路)的一端传送到另一端所需的时间。总时延=传播时延+发送时延+排队时延三类时延的计算方法传播时延=信道长度/信道上电磁波的传播速率(路)发送时延=数据块长度/信道带宽（口）排队时延：取决于网络通信量（多信源）数据流量的强度=La/RR=链路带宽(b/s)L=分组长度(bits)a=平均分组到达速率三种时延在实际中的产生示意1.2.3时延带宽积和往返时延时延带宽积=(传播时延)×(带宽)。链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。传播时延20ms，带宽10Mbit/s,时延带宽积=20×10-3×10×106=2×105bit在链路上有20万个bit以bit为单位的链路长度1.2.3时延带宽积和往返时延往返时延RTT(Round-TripTime)也是一个重要的性能指标，它表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认，总共经历的时延。往返时延带宽积的意义1.3计算机网络的协议1.3.1网络协议的概念计算机系统互相通信是需要规则的规则的制定：从SNA到OSI/RM规则的推广：TCP/IP协议簇成为事实上的国际标准重要的规则（协议）制定者美国国家标准协会（ANSI）国际电工委员会（IEC）国际电信联盟（ITU）电子工业协会（EIA）电气和电子工程师协会（IEEE）国际标准化组织（ISO）国家标准和技术协会（NIST）国际商用机器公司（IBM）什么是协议?人际交往的协议和计算机网络协议:HiHiGotthetime?2:00TCPconnectionreq.TCPconnectionreply.Get一.计算机协议的概念为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议。一个网络协议主要由以下三个要素组成：（1）语法，即数据与控制信息的结构或格式；（2）语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；（3）同步，即事件实现顺序的详细说明。二.协议protocol的特点1.分层layering网络系统体系结构是有层次的，通信协议也被分为多个层次，在每个层次内又可分成若干子层次，协议各层次有高低之分。1层N-1NN+1外层二.协议的特点2.协调配合每一层和相邻层有接口，较低层通过接口向它的上一层提供服务，但这一服务的实现细节对上层是屏蔽的。较高层又是在较低层提供的低级服务的基础上实现更高级的服务。1.4计算机网络的原理体系结构1.4.1原理体系结构（因特网协议栈）应用层:支持网络应用ftp,smtp,http传输层:主机进程间的数据传递tcp,udp网络层:将数据报从信源传递到信宿ip,路由选择协议链路层:数据在网络上的相邻结点间的传输ppp,ethernet物理层:信道上传送的位流applicationtransportnetworklinkphysical数据传递过程1.4.2实体、协议、服务和服务访问点实体entity：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。协议protocol：“水平的操作”，控制两个对等实体进行通信的规则集合。服务service：“垂直的操作”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。服务访问点SAP：在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方。协议数据单元PDU：对等层peerlayers之间传送的数据单位服务原语服务原语primitive：供上下层之间联络使用。请求：上层实体要求下层服务进行何种操作指示：下层实体告知上层实体某事件发生响应：上层实体表示对某事件的响应确认：下层实体回复关于它收到的请求确认服务：“请求”“指示”“响应”“确认”无确认服务：“请求”“指示”分层:逻辑通信applicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysical每个层次:分布的运行“实体”在每个节点上实现该层的功能实体实现动作,与对等实体交换信息分层:逻辑通讯，如传输层从应用层取得数据加上地址,校验信息形成“数据报”向对等实体(peer)发送数据报等待对等体在接收后的应答比喻:邮局服务applicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicaldatadatadatatransporttransportack分层:物理通信applicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicaldatadata协议分层和数据的封装每个层次都从上层取得数据加上首部信息形成新的数据单元将新的数据单元传递给下一层次applicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalsourcedestinationMMMMHtHtHnHtHnHlMMM