2-网络技术基础

三级网络技术第2章网络基本概念2.1计算机网络的形成与发展2.1计算机网络的形成与发展20世纪50年代20世纪60年代20世纪70年代中期开始20世纪90年代至今2.1计算机网络的形成与发展(续)Internet的发展Internet是通过路由器实现多个广域网和局域网互连的大型网际网更高性能的Internet2正在发展之中。局域网技术的发展高速Ethernet：10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps宽带网络的发展宽带骨干网宽带接入网2.2计算机网络的定义2.2.1计算机网络定义的基本内容三层含义：2.2.2计算机网络的基本结构及其特点1．早期计算机网络结构结构上：包括主机、终端、CCP与通信线路逻辑功能上：包括资源子网、通信子网主机通信控制处理机资源子网通信子网2.2.2计算机网络的基本结构及其特点(续)2．现代网络结构的特点微型计算机通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网的互联是通过路由器实现的Internet：由路由器互联的大型、层次结构的互联网络国家级骨干网地区宽带网校园网或机关、企业网2.3计算机网络的分类2.3.1网络分类方法网络分类方法有很多，如：最主要的分类方法有两种：传输技术网络规模2.3.1网络分类方法1．根据网络所使用的传输技术分类广播式所有计算机共享一个通信信道，一台计算机发送的数据，所有计算机都可以接收到每个消息中都有目的地址和源地址局域网大多是广播式网络点到点需要使用分组的存储转发和路由选择技术，数据通过专门的存储转发设备(如路由器)选择路径广域网大多是点到点网络2.3.1网络分类方法2．根据其覆盖的地理范围进行分类是最能反映网络技术本质特征和最常见网络分类方法按网络的分布距离来分类，可分为：广域网（WAN）局域网（LAN）城域网（MAN）2.3.2广域网WAN作用范围:几十到几千公里，可覆盖一个国家、地区、或横跨几个洲通信子网：可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网广域网的主要特点有：适应大容量与突发性通信的要求；适应综合业务服务的要求；开放的设备接口与规范化的协议；完善的通信服务与网络管理。拥塞控制计算机的数据传输具有“突发性”，广域网需要进行拥塞控制几种常见广域网技术分组交换网X.25建立在原有的速率较低、误码率较高的电缆传输介质之上为保证数据的可靠性，X.25协议包括了差错控制、流量控制、拥塞控制等功能帧中继X.25的简化版本传输介质光纤化、通信设备的数字化智能化，使数据传输的差错率降低到可以忽略不计将流量控制、差错控制等功能全部交由智能终端设备处理几种常见广域网技术(续)宽带综合业务数据网B-ISDN和异步传输模式ATM宽带综合业务数字网（B-ISDN）：提供64Kbit/s~150Mbit/s、甚至到600Mbit/s的各种信息速率业务技术基础：ATMATM技术以信元为单位综合了以往电路交换方式和分组交换方式的优点对各种媒体信息，进行一元化的处理、加工、传递和交换，大大提高网络效率服务质量QoS（QualityofService）多媒体网络应用及实时通信要求网络传输的高速率与低延迟2.3.3局域网LAN作用范围：一般在10公里以内，以一个单位或一个部门的范围为限，由这些单位或部门单独组建主要技术以太网、令牌总线、令牌环交换式局域网10Mbps到桌面100Mbps以太网、1Gbps以太网作主干2.3.4城域网MAN2.4计算机网络拓扑构型2.4.1计算机网络拓扑的定义抽象“点”：工作站、服务器、通信设备等“线”：通信介质网络拓扑结构通过网络中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中个实体间的结构关系。拓扑的重要性对网络的性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响主要指通信子网的拓扑构型2.4.2网络拓扑分类方法采用点-点线路的通信子网星型、环型、树型与网状型不可能存在总线型采用广播信道的通信子网总线型、树型、环型、无线通信与卫星通信型2.4.2网络拓扑分类方法1．星型拓扑结点通过点-点通信线路与中心结点连接，中心结点控制全网的通信优点：容易在网络中增加新的站点，易于实现和管理缺点：中心节点的故障会引起整个网络瘫痪。2．环型拓扑结点通过点-点通信线路连接成闭合环路优点：容易安装和监控缺点：容量有限，网络建成后，难以增加新的站点3．环型拓扑星型拓扑的扩展结点按层次进行连接，信息交换主要在上、下结点之间进行，相邻及同层结点之间一般不进行数据交换或数据交换量小汇集信息的应用要求4．网状拓扑结点之间的连接是任意的，没有规律优点：系统可靠性高，缺点：结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法广域网基本上都是采用网状拓扑构型2.5数据传输速率与误码率2.5.1数据传输速率的定义1．数据传输速率在数值上等于每秒钟传输的构成数据代码的二进制比特数，又称比特率单位为比特/秒，记作b/s、bit/s或bps对于二进制数据，数据传输速率可定义为：S=1/T常用的数据传输速率的单位还有Kbps、Mbps、Gbps和Tbps。换算关系：1Kbps=1×103bps1Mbps=1×106bps1Gbps=1×109bps1Tbps=1×1012bps2.5.1数据传输速率的定义(续)2．带宽与数据传输速率关系带宽：某个信号具有的频率宽度，单位是赫兹（Hz）。“带宽”和“速率”几乎成了同义词通信信道最大传输速率与信道带宽之间存在着明确的关系：奈奎斯特准则香农定理2.5.1数据传输速率的定义(续)奈奎斯特准则描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系二进制数据信号的最大数据传输速率Rmax与通信信道带宽（B=f，单位HZ）的关系为：例如，对于二进制数据，若B=3000Hz，则最大数据传输速率Rmax=6000bps。fR2max2.5.1数据传输速率的定义(续)香农定理描述了有限带宽、有随机热噪声信道时，最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系：其中：Rmax:数据最大传输速率，单位是bpsB:信道带宽，单位是HzS/N:信号与噪声功率比例如：信道带宽B=3000Hz，S/N=1000，那么Rmax≈30kbps。香农定理给出了一个有限带宽、有热噪声信道的最大数据传输速率的极限值)/1(log2maxNSBR2.5.2误码率的定义定义：二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，定义为:Pe=Ne/N其中：N：传输总码元数；Ne：传输出错的码元定义的理解：（1）误码率是衡量正常状态下传输可靠性的参数（2）对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说，误码率越低越好。误码率越低，设备则越复杂，价格越贵（3）误码率是二进制的比值。误码率的测试是一种统计数字，测试的值越多，越接近精确值计算机网络中，误码率通常要求低于10-6，通信系统达不到，需要进行差错控制。2.6网络体系结构与网络协议的基本概念2.6.1网络体系结构的基本概念1．网络协议定义：为网络数据交换而制定的规则、约定与标准三要素：语法：用户数据与控制信息的结构和格式；语义：需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应；时序：对事件实现顺序的详细说明。2.6.1网络体系结构的基本概念(续)2．网络体系结构定义：计算机网络层次结构模型和各层协议的集合体系结构是抽象的，实现是具体的3．层次结构模型结构化设计方法层次结构模型优点：各层之间是独立的设计灵活结构上可分割开易于实现和维护能促进标准化工作第一个计算机网络体系结构：IBM公司的SNA2.6.2ISO/OSI参考模型OSI/RM—OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel，开放系统互连基本参考模型分层的体系结构、三级抽象：第一级抽象：体系结构第二级抽象：服务定义第三级抽象：协议规格说明OSI/RM并不是一个标准，而只是一个概念性的框架ISO划分七层结构的基本原则网中各结点都具有相同的层次；不同结点的同等层具有相同的功能；同一结点内相邻层之间通过接口通信；每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。OSI参考模型的结构OSI参考模型的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传输介质传输介质传输介质主机CCP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主机CCP网络层数据链路层物理层OSI参考模型各层的功能物理层（Physicallayer）利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接；透明地传送比特流。数据链路层（Datalinklayer）在通信的实体之间建立数据链路连接；传送以“帧”为单位的数据；采用差错控制、流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。网络层（Networklayer）通过路由算法，为分组通过通信子网选择一条最佳路径；网络层要实现路由选择、拥塞控制与网络互连等功能。OSI参考模型各层的功能(续)传输层（Transportlayer）向用户提供可靠的端到端（End-to-End）服务，透明地传送报文；向高层屏蔽了下层数据通信的细节；计算机通信体系结构中最关键的一层。会话层（Sessionlayer）组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换OSI参考模型各层的功能(续)表示层（Presentationlayer）处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。应用层（Applicationlayer）为应用程序提供了网络服务；应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步；建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。2.6.3TCP/IP参考模型与协议1．TCP/IP参考模型与协议的发展过程TCP/IP——TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，传输控制协议/互联网协议最早在ARPANET中使用TCP/IP特点：开放的协议标准，可以免费使用独立于特定的网络硬件统一的网络地址分配方案标准化的高层协议TCP/IP参考模型与层次应用层会话层传输层网络层数据链路层物理层表示层主机-网络层互连层传输层应用层OSI参考模型TCP/IPTCP/IP参考模型与层次(续)主机-网络层（Host-to-Networklayer）与OSI的数据链路层和物理层相对应功能：负责接收IP数据报并通过网络发送之从网络口接收物理帧，装配成IP数据报上交给互连层TCP/IP中并没有定义这一部分可以连接不同的网络类型局域网：如以太网、令牌环网、令牌总线网公共数据网：如X.25、帧中继、DDN等TCP/IP参考模型与层次(续)互连层（Internetlayer）相当于OSI参考模型网络层的无连接网络服务主要功能：处理来自传输层的分组发送请求；处理接收的数据报；处理互连的路径选择、流量控制与拥塞控制等问题。主要协议：IP协议：互连层的核心协议；ICMP：因特网控制报文协议，用于差错控制；IGMP：Internet组管理协议；ARP：地址解析协议，负责将IP地址转换为物理地址；RARP反向地址解析协议，负责将物理地址转换IP地址。TCP/IP参考模型与层次(续)互连层（Internetlayer）相当于OSI参考模型网络层的无连接网络服务主要功能：处理来自传输层的分组发送请求；处理接收的数据报；处理互连的路径选择、流量控制与拥塞控制等问题。主要协议：IP协议：互连层的核心协议；ICMP：因特网控制报文协议，用于差错控制；IGMP：Internet组管理协议；ARP：