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网络工程技术第一章计算机网络发展历史及分类本章内容1.计算机网络的产生和发展2.计算机网络的概念3.计算机网络的功能4.计算机网络的分类一、计算机网络的产生和发展早期的计算机应用模式——单机•大、中、小型机—庞大，昂贵，资源无法共享•计算机构成了一个个的信息“孤岛”计算机网络产生始于1950’s，产生的原因：•资源共享的需求（计算能力、外设、软件、数据）•大型项目的合作（进行工程项目协作）•人与人之间的信息沟通（数据通信）从体系结构来观察，计算机网络的发展可分为三个阶段（三代网络）：1.以主机为中心的联机终端系统“计算机－终端”系统2.以通信子网为中心的主机互连“计算机－计算机”网络3.体系结构标准化网络层次化结构，并对每层进行了精确定义1.以主机为中心的联机终端系统特征：终端(Terminal)共享主机(Host)的软硬件资源•单台主机：执行计算和通信任务•多台终端：执行用户交互•(终端集中器/终端服务器)连接方式：本地或远程TSTTTTTTHOST通信线路T例子：飞机订票系统HOST(航空公司总部)Terminals(订票点)通信线路(电话线路)缺点主机负荷重——数据处理＋通信线路利用率低集中控制方式，可靠性低2.以通信子网为中心的主机互连特征多个终端联机系统互联，形成了多主机互联网络网络结构从“主机－终端”转变为“主机－主机”主机－主机网络的演变演变阶段1通信任务从主机中分离，由通信控制处理机（CCP）完成CCP：处理主机之间通信任务的专用计算机CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTHOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路两层网络概念的出现由CCP组成的传输网络——通信子网，提供信息传输服务建立在通信子网基础上的主机集合——资源子网，提供计算资源两层网络的概念结构演变阶段2•通信子网规模逐渐扩大私有→社会公用•公用数据通信网PSTN(公共电话交换网）X.25（分组交换网）•优点降低用户系统建设成本提高通信线路利用率兼容性好CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子网CCCHHH资源子网通信子网在通信子网上可有多个资源子网，共享通信子网的服务HH例子•因特网的前身——ARPANET美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络最初4个节点→70’s的60多个节点地域跨越美洲、欧洲具有现代网络的许多特征，例如•分组交换•分层次的网络体系•较为完善的通信协议3、计算机网络的概念计算机网络定义的主要观点：•从应用的观点：以相互共享资源方式连接起来，且各自具有独立功能的计算机系统的集合。•从物理的观点：在网络协议的控制下，由若干台计算机和数据传输设备组成的系统。•观点3：利用各种通信手段，把地理分散的计算机互联起来，能够互相通信且共享资源的系统。•归纳与综合•计算机网络：相互连接的自治计算机的集合自治：能独立运行，不依赖于其他计算机“主控-从属”类型的系统是计算机网络吗？“主机-终端”系统（第一代网络）呢？互连：以任何可能的通信连接方式有线方式：铜线、光纤无线方式：红外、无线电（微波）、卫星公用数据通信网HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT4、计算机网络能做什么（功能）数据通信(CommunicationMedium)•文件传输、IP电话、email、视频会议、信息发布、交互式娱乐、音乐资源共享(ResourceSharing)•软件、硬件、数据（数据库）提供高可靠性服务(HighReliability)•利用可替代的资源，提供连续的高可靠服务节省投资(SavingMoney)•替代昂贵的大中型机系统分布式处理(DistributedProcessing)5、计算机网络系统的组成硬件•网络节点端节点：计算机中间节点：交换机、集中器、复用器、路由器、中继器•通信链路：信息传输的通道物理：传输介质逻辑：信道类比——CATV的电缆和频道之间的关系软件•通信软件（网络协议软件）•网络操作系统•网络管理/安全控制软件、网络应用软件6、计算机网络的分类按地域范围分类•局域网(LocalAreaNetwork，LAN)范围：小，＜20KM传输技术：基带，10-1000Mbps，延迟低，出错率低（10-11）拓扑结构：总线，环•城域网(MetropolitanAreaNetwork，MAN)范围：中等，＜100KM传输技术：宽带/基带拓扑结构：总线•广域网(WideAreaNetwork，WAN)范围：大，＞100KM传输技术：宽带，延迟大，出错率高拓扑结构：不规则，点到点通信网络计算机系统计算机系统按拓扑结构分类•星形有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连接•树形一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成按拓扑结构（续）总线所有节点挂接到一条总线上，广播式信道需要有介质访问控制规程以防止冲突环形所有节点连接成一个闭合的环，结点之间为点到点连接按拓扑结构分类（续）全连接点到点全连接，连接数随节点数的增长迅速增长（N(N-1)/2），使建造成本大大提高，只适用于节点数很少的广域网中不规则（网状）点到点部分连接，多用于广域网，由于连接的不完全性，需要有交换节点因特网的拓扑结构点：端接系统（PC、服务器、PDA等）交换/节点设备（路由器、集中器、交换机等）边：通信链路（光纤、线缆、无线链路等）因特网服务提供商(ISP)提供网络接入全连接拓扑不规则拓扑环形拓扑总线形拓扑按通信传播方式分类：–点对点传输方式的网络：由一对对机器间的多条传输链路构成。–信源与信宿之间的通信需经过一台和多台中间设备进行传输。–网状、环形、树形、星形–广播方式网络：一台计算机发送的信息可被网络上所有的计算机接收。–总线形、无线（微波、卫星）局域网络通常使用广播方式，广域网络通常使用点对点方式(也有例外)。7、通信协议人际交流的协议:•人类之间•“我有一个问题.”•“现在几点了?”…说明发送的消息…说明接收到某消息后所应采取的行动…说明动作的次序通信协议:计算机之间网络中所有的通信活动都是由协议所控制协议：定义网络实体间发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和接收消息时应采取的行动。localISPcompanynetworkregionalISPBackbone人相互交流的协议和通信协议之间的对比第2章相关网络技术基础知识2.1OSI参考模型OSI参考模型(OSI/RM):开放式互联参考模型(OpenSystemInter-connectionReferenceModel,OSI/RM)，它是由国际标准化组织（ISO）提出的一个网络系统互联模型。和tcp/ip协议栈模型相比,OSI参考模型实际应用不大,但对其的理解可以帮助我们认识网络协议,现实网络中TCP/IP协议栈应用更广泛.2.1.1OSI参考模型的分层结构1.每一层都为上一层提供服务并为其上一层提供一个访问接口.2.不同主机相同层称为对等层.3.对等层之间通信要遵守一定的规则,如通信内容,通信方式,这个规则称为协议.4.主机上运行的多个协议的集合称为协议栈.主机之间利用其接收和发送数据.2.1.2OSI参考模型中各层的作用1．物理层（PhysicalLayer）规定了激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性。为上层协议提供了一个传输数据的物理介质。数据单位为比特（bit）典型规范代表：EIA/TIARS-232，RJ-45HiHiWhat’sthetime?2:00请求连接传送文件：xxxxx.xxx文件time连接确认应用层表示层会话层传输层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应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议网络层协议数据链路层协议物理层协议主机A主机B2．数据链路层（DataLinkLayer）数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。作用有：物理地址寻址、数据的成帧、流量的控制、数据的检错、重发等。数据单位为帧（frame）典型的协议：SDLC、PPP、STP、帧中继等。3．网络层（NetworkLayer）负责对子网间的数据包进行路由选择。还实现拥塞控制、网际互连等功能。数据单位为数据包（packet）典型的协议有：ipx、ip等。4．传输层（TransportLayer）第一个端到端，即主机到主机的层次。负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠传输，同时还处理差错控制和流量控制。数据单位为段典型的协议有：tcp、udp、spx等。5．会话层（SessionLayer）管理主机之间的会话进程，负责建立、管理、终止进程间的会话。典型的协议有:NETBIOS、ZIP等。6．表示层（PresentationLayer）对上层数据或信息进行变换以保证一个主机的应用层信息可以被一个主机的应用层程序理解，该层的数据转换包括数据的加密、业所、格式转换等。典型的协议有：ASCII、ASN。JPEG、MPEG等。7．应用层（ApplicationLayer）为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。典型的协议有：telnet、ftp、http、snmp等。2.1.3OSI参考模型中的数据封装过程AH：ApplicationheaderPH：PresentationHeaderSH：SessionHeaderTH：TrasportHeaderNH：NetworkHeaderDH：DatalinkHeaderDT：DatalinkTrailer图1-1-2OSI参考模型中的数据封装过程应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层DATAAHDATAAHDATAPHAHDATAPHSHAHDATAPHSHTHAHDATAPHSHTHNHAHDATAPHSHTHNHDTDH比特流应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层封装数据发送端数据接收端2.2TCP/IP参考模型图1-2-1TCP/IP参考模型2.2.1TCP/IP参考模型的层次结构图1-2-2TCP/IP参考模型的层次结构1.主机到网络层协议栈中没有真正描述这一层的功能实现，只是要求能够提供网络互连层一个访问接口，因此具体实现随网络的不同而不同。2.网络互连层TCP/IP协议栈的核心。①将分组发往目标网络或主机。②定义了分组格式和协议，即IP协议③由于分组发送可能沿不同的路径进行，因此要求上一层具备分组的排序功能。④路由功能。⑤异构网络的互连。⑥拥塞控制功能。3、传输层使源端主机和目的端主机上的对等实体进行会话。定义两种服务质量不同的协议。①TCP-传输控制协议TCP协议是一种可靠的、面向连接的协议。它将上层发出的字节流无差错的发往互联网上的其他主机。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络互连层主机到网络层OSI参考模型TCP/IP参考模型数据段数据包数据帧比特FTP、TELNET、HTTPTCPUDPIP802.3以太网802.2EIA/TIA-232，449、V.35、V.21HDLC、PPP、FRAME-RELAY令牌环网SNMP、TFTP、NTP主机到网络层网络互连层传输层应用层⑴发送端负责将上层传送下来的字节流分成报文段传递给下层。⑵接收端负责将受到的报分进行重组后递交给上层。⑶发送端处理端到端的流量控制，避免缓慢的接收端由于没有足够的缓冲区接收发送方发送的大量数据。②UDP－用户数据报协议一个不可靠的、无连接协议，适用于不需要对报文进行排序和流量控制的场合。4、应用层TCP/IP模型将OSI参考模型中的会话层和表示层的功能合并到应用层实现。应用层面向不同的网络应用引入了不同的应用层协议。基于TCP的协议，如：文件传输协议（FTP）、虚拟终端协议（TELNET）、超文本传输协议（HTTP），基于UDP的协议，如：简单网络管理协议（SNMP）、简单文件传输协议（TFTP）、网络时间传输协议（NTP）等。2.2.3套接字概述在每个TCP、UDP数据段中都包