01第一章 计算机网络的概述

计算机网络主讲：方睿[e-mail]2003年2月第2页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用教学目的掌握计算机网络的体系结构;各层的主要协议、工作原理;了解最新网络技术及发展动向。TelnetFTPSMTP…应用层TCPUDP传输层IP互连网层以太网FDDIX.25ATM网络接口层IEEE802.3CSMA/CDIEEE802.4令牌总线IEEE802.5令牌环网……2003年2月第3页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用第一章计算机网络的概述重点：–计算机网络的概念–计算机网络的组成–计算机网络的发展阶段–网络体系结构的概念–OSI的体系结构–TCP/IP的体系结构–多层通信的实质2003年2月第4页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用计算机网络的概念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，通过通信介质和网络设备按照特定的网络协议相互连接起来，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。2003年2月第5页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.1计算机网络在信息时代的作用计算机网络在信息时代的作用1993年9月15日美国政府发布“国家信息基础结构(NII)行动计划”；1994年9月美国又推出建立全球信息基础结构GII的倡议，建议将各国的NII互连起来；20世纪90年代以后，以Internet为代表的计算机网络得到了飞速的发展，Internet是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。“三网合一”的含义电信网络有线电视网络计算机网络所谓三网合一是指只用一种网络就可实现电信网络、有线电视网络和计算机网络这三种网络的功能。2003年2月第6页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.2计算机网络的发展过程（1）计算机网络的发展阶段1954年第一代计算机网络。图1-2-1即为计算机通过多重线路控制器与远程终端相连。1969年12月美国的分组交换网ARPANET投入运行。大家公认ARPANET是分组交换网之父。2003年2月第7页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.2计算机网络的发展过程(2)计算机网络的标准化一、电信标准1865年成立国际电信联盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）1947年ITU成为联合国的一个组织，由三部分组成：ITU-R：无线通信ITU-T：电信标准，1956-1993年称为CCITT，下设许多研究组SG，研究组下设专题，例如：Q42/SGVII专门研究OSI参考模型。ITU-D：开发二、国际标准1946年成立的国际标准化组织ISO负责制定各种国际标准，ISO有89个成员国家，85个其他成员。ISO有200多个技术委员会TC，每个技术委员会下设若干分委员会SC，每个分委员会由由若干工作组WG组成。2003年2月第8页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.2计算机网络的发展过程(3)–例如：TC97-计算机和信息处理TC97/SC21/WG1-OSI体系结构、概念性方案和形式描述–其它标准化组织：–ANSI：美国国家标准研究所，ISO的美国代表–NIST：美国国家标准和技术研究所，美国商业部的标准化机构–IEEE：发表行业标准。例如IEEE802，后成为ISO8802。–ATMForum：ATM论坛–OIF（OpticalInternetworkingForum）–值得注意的是，ITU-T和ISO之间有很好的合作和协调。2003年2月第9页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.2计算机网络的发展过程(4)三、Internet标准IAB因特网体系结构研究委员会IETF因特网工程部IRTF因特网研究部RFC文档草案、建议标准、草案标准、正式标准–Internet的标准特点，是自发而非政府干预的，称为RFC（RequestForComments)。–1969年ARPANET时就开始发布RFC，至今已超过2000个（2921）。–1983年成立IAB（InternetActivitiesBoard）–1989年在IAB下又成立了IRTF和IETF，IETF的各工作组负责组织提出相应的RFC建议。2003年2月第10页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.2计算机网络的发展过程（5）电路交换、报文交换和分组交换的比较电路交换：基于位置，面向连接的报文交换：基于存储转发的分组交换：基于标记，无连接的2003年2月第11页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.2计算机网络的发展过程（6）电路交换、报文交换和分组交换的比较2003年2月第12页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.3协议和体系结构(1)计算机网络的体系结构是从功能的角度描述计算机网络的结构。计算机网络的体系结构：对计算机网络及其部件所完成功能的比较精确的定义。即从功能的角度描述计算机网络的结构。是层次和协议的集合。注意:网络功能的分层——协议的分层——体系结构的分层协议分层易于协议的设计、分析、实现和测试。1.3.1计算机网络功能的分层–计算机网络的基本功能：是为地理位置不同的计算机用户之间提供访问通路。–下述功能是必须提供的：2003年2月第13页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.3协议和体系结构(2)1.连接源结点和目的结点的物理传输线路，可以经过中间结点；2.每条线路两端的结点利用波形进行二进制通信；3.无差错的信息传送4.多个用户共享一条物理线路5.按照地址信息，进行路由选择6.信息缓冲和流量控制7.会话控制8.满足各种用户的访问要求上述功能有三个显著特点：1.上述功能必须同时满足一对用户；2.用户之间的通信功能是相互的；3.这些功能分散在各个网络设备和用户设备中。一般人们采用“层次结构”的方法来描述计算机网络，即：计算机网络中提供的功能是分成层次的。2003年2月第14页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.3协议和体系结构(3)1.3.2协议和协议的分层结构一、协议的定义和组成层次结构的计算机网络功能中，最重要的功能是通信功能；这种通信功能主要涉及同一层次中通信双方的相互作用；位于不同计算机上进行对话的第N层通信各方可分别看成是一种进程，也称为对等（同等）进程。协议(Protocol)：–计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则。–协议的组成：–1.语法（syntax)：以二进制形式表示的命令和相应的结构–2.语义（semantics)：由发出的命令请求，完成的动作和回送的响应组成的集合–3.定时关系（timing)：有关事件顺序的说明2003年2月第15页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.3协议和体系结构(4)二、协议的分层和层间结构1.协议分层要保证整个通信系统功能完备、高效。每一相邻层之间有一个接口（Interface），它定义了下层向上层提供的原语操作和服务。2.对于第N层协议来说，它有如下特性：不知道上、下层的内部结构；独立完成某种功能；为上层提供服务；使用下层提供的服务。2003年2月第16页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.3协议和体系结构(5)1.3.3计算机网络的体系结构一、基本术语与分层结构接口：定义了下层向上层提供的原语操作和服务。协议：计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则。服务：层间交换信息时必须遵守的规则。服务和协议的关系P14(服务是“垂直”的，协议是“水平”的)服务提供者，服务用户对等实体之间虚拟通信;下层向上层提供服务;实际通信在最底层完成。多层通信的实质2003年2月第18页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.3协议和体系结构(6)实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程对等实体：处于对等层中的两个相关实体协议栈SDU（服务数据单元）2003年2月第19页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.3协议和体系结构(6)服务访问点SAP（ServiceAccessPoint）•任何层间服务是在接口的SAP上进行的；•每个SAP有唯一的识别地址；•每个层间接口可以有多个SAP。接口数据单元IDU（InterfaceDataUnit）•IDU是通过SAP进行传送的层间信息单元；•IDU由上层的服务数据单元SDU（ServiceDataUnit）和接口控制信息ICI（InterfaceControlInformation）组成；协议数据单元PDU（ProtocolDataUnit）•第N层实体通过网络传送给它的对等实体的信息单元；•PDU由上层的服务数据单元SDU或其分段和协议控制信息PCI（ProtocolControlInformation)组成；2003年2月第20页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.3协议和体系结构(7)二、服务分类和服务原语（primitives）1.基于连接的服务和无连接服务基于连接的服务当使用服务传送数据时，首先建立连接，然后使用该连接传送数据。使用完后，关闭连接。特点：顺序性好。无连接服务直接使用服务传送数据，每个包独立进行路由选择。特点：顺序性差。注意：连接并不意味可靠，可靠要通过确认、重传等机制来保证。2.服务原语服务在形式上是由一组接口原语（或操作）来描述的。服务原语可分为四种类型：请求（Request），指示（Indication），响应（Response），确认（Confirm）2003年2月第21页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.3协议和体系结构(8)1.3.4典型计算机网络的参考模型OSI(OpenSystemInterconnection)参考模型1983年ISO的OSI模型正式成为国际标准。–1.物理层（ThePhysicalLayer）在物理线路上传输原始的二进制数据位（基本网络硬件）。–2.数据链路层（TheDataLinkLayer）在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输（Frame）。–3.网络层（TheNetworkLayer）控制通信子网提供源点到目的点的数据传送（Packet）。–4.运输层（TheTransportLayer）为用户提供端到端的数据传送服务。–5.会话层（TheSessionLayer）为用户提供会话控制服务（安全认证）。–6.表示层（ThePresentationLayer）为用户提供数据转换和表示服务。–7.应用层（TheApplicationLayer）应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层2003年2月第22页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.3协议和体系结构(9)TCP/IP参考模型以TCP/IP协议为核心的Internet网络体系结构。1.物理层：在物理线路上传输原始的二进制数据位。2.数据链路层：在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输。–TCP/IP参考模型把第1层和第2层合起来称为：Host-to-Network3.Internet层（网络层）：控制通信子网提供源点到目的点的IP包传送。4.运输层：提供端到端的数据传送服务。TCP和UDP5.应用层：提供各种Internet管理和应用服务功能。应用层运输层网际层网络接口层2003年2月第23页成都信息工程学院——方睿仅供计算机2000级使用1.4计算机网络的分类(1)一、按照网络的交换功能1.电路交换基于位置，面向连接的2.报文交换基于存储转发的3.分组交换基于标记，无连接的混合交换是在一个数据网中同时采用电路交换和分组交换。网络采用动态时分复用技术，将一部分带宽分配给电路交换而将另一部分带宽分配给分组交换。这两种交换所占用的带宽比例是动态可调的，以便使这两种交换能充分