通信导论第8章-计算机网络与宽带IP技术

第八章计算机网络与宽带IP技术华北电力大学通信技术研究所NCEPU28.1计算机网络技术8.2计算机网络体系结构与协议8.3计算机局域网8.4网络互连8.5下一代通信网NGN第八章计算机网络与宽带IP技术NCEPU38.1.1计算机网络的定义1970年美国信息学会对计算机网络地定义是：计算机网络是把地理位置上分散的以能够相互共享资源（硬件、软件、信息）的方式而连接起来，并且具有独立功能的计算机系统之集合。8.1计算机网络技术NCEPU48.1.2计算机网络的基本组成1、计算机系统：至少两台具有独立功能的计算机系统2、通信线路和通信设备3、网络协议4、网络软件NCEPU58.1.3计算机网络的发展•（一）面向终端的计算机通信网络NCEPU6（二）以共享资源为目的的计算机网络资源子网提供访问网络和数据处理以及管理和分配共享资源的能力。通信子网提供网络的通信功能，专门负责计算机间通信的控制和处理，为资源子网提供信息传输服务。ccpccpccpccpHTTHHH资源子网通讯子网NCEPU7（三）标准化网络各计算机公司研发自己的计算机网络体系结构和协议，没有统一标准，造成不同厂家生产的计算机及网络产品难以实现互连。1977年ISO为实应网络标准化的发展趋势，专门成立了一个委员会研究“开放系统互连”问题，并于1984年公布了OSI/RM——开放系统互连参考模型NCEPU88.1.4计算机网络的功能与应用计算机网络的功能共享硬件共享软件共享信息通信功能高可靠性均衡负荷计算机网络的应用应用广泛，为人们的生活带来咱新的通信手段和变化。应用领域：工业自动控制、辅助决策、远程教学、网管、购物、电子商务、电视会议、过程控制等。NCEPU98.1.5计算机网络的拓扑结构总线型结构环形结构星型结构树型结构网状结构混合型结构NCEPU108.1.6计算机网络的分类按网络覆盖的地理分类:局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)按网络的拓扑结构分类:按网络协议分类：以太网、令牌环网、ATM网…按使用的传输介质分类：双绞线网络、光纤网络、卫星数据通信网…按使用的网络操作系统分类：Netware网、UNIX网、WindowsNT网…按传输技术分类：广播式网络、点到点网络NCEPU11（一）协议协议：网络中实体之间有关通信规则约定的集合。协议三要素：语法、语义、时序语法：数据与控制信息的格式、数据编码等。语义：控制信息的内容，需要做出的动作及反应。时序：事件先后顺序和速度匹配。8.2计算机网络体系结构与协议NCEPU12减少复杂性标准化接口便于模块化设计便于协作开发促进网路发展方便学习和推广为什么分层？我们希望退货他们要退货???我们希望退货尊敬的XX:由于我们希望退货尊敬的XX:由于我们希望退货尊敬的XX:由于E-MailTO:我们希望退货尊敬的XX:由于E-Mail:（二）协议的层次性NCEPU13（三）OSI参考模型网络应用处理Application7数据表示、加密、解密与解压缩Presentation6主机间会话进程的通信Session5端到端的连接Transport4网络地址和路由选择Network3介质访问控制DataLink22进制数据传输Physical1应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层OpenSystemsInterconnectionNCEPU14（四）TCP/IP参考模型OSI与TCP/IP参考模型的对照关系432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网络接口层1NCEPU158.3.1局域网概述8.3.2局域网体系结构与IEEE802标准8.3.3以太网Ethernet8.3.4交换式以太网SwitchingEthernet8.3计算机局域网NCEPU16背景：1969年，远程分组交换网ARPANET产生，资源共享和近距离高速通信的要求；1973年，以太网出现；70年代末，IEEE802局域网标准化工作委员会成立；1981年，IEEE802.3分委员会成立，制订了IEEE802.3以太网标准（10BASE-5）1983年，光纤高速网标准FDDI，使局域网速度提高到了100M；1985年制定了令牌环标准IEEE802.5；1995通过了100BASE-T标准IEEE802.3u；以上均是共享式局域网；随后，交换技术使局域网进入了交换网络阶段，并相继推出了ATM和千兆以太网等技术。8.3.1局域网概述--局域网的产生和发展NCEPU17局域网的特点覆盖范围小速度高延时小出错率低单一组织拥有NCEPU18局域网的组成网络硬件网络软件计算机系统通信系统网络服务器：网络工作站：又被称为客户机。网络设备：集线器、中继器、交换机、网桥、路由器等。网络接口卡：传输介质：通信双方交流信息的物理通道。介质连接设备：各种转换接头等。网络系统软件网络应用软件网络通信、软硬件资源提供、文件管理、网络应用服务、Internet服务、网络管理等完成物理层与链路层的大部分功能，包括与介质的物理连接、介质访问控制、数据帧的拆装、帧的发送与接收、错误校验、数据信号的编/解码、数据的串并行转换等。网络操作系统网络协议软件NCEPU19应用层表示层回话层传输层网络层数据链路层物理层传输媒体局域网参考模型高层协议LLC子层LLC子层MAC子层MAC子层物理层物理层传输媒体IEEE802标准范围8.3.2局域网体系结构与IEEE802标准IEEE802局域网参考模型NCEPU208.3.2局域网体系结构与IEEE802标准（续）一、物理层：传输介质与传输特性、物理接口的特性、传输信号的编码方案、错误校验以及同步信号的产生与删除、传输速率、拓扑结构以及热物理信令。二、MAC子层：主要功能是进行合理地信道分配，解决信道竞争问题。介质访问控制方法决定了局域网的主要性能，它对局域网的响应时间、吞吐量和网络利用率等都有十分重要的影响。三、LLC子层：与传输介质无关，独立于介质访问控制方法，隐藏了802各种网络之间的差别，向网络层提供一个统一的格式和接口。作用是在MAC子层提供的介质访问控制和物理层提供的比特服务的基础上，将不可靠的信道处理为可靠的信道，确保数据帧的正确发送。具体功能包括：数据帧的组装与拆卸、帧的收发、差错控制、数据流控制和发送顺序控制等功能并为网络层提供面向连接和无连接的服务。NCEPU21IEEE802各分委员会结构关系与局域网标准图802.1局域网概述、体系结构、网络互连域网络管理802.7宽带技术802.10安全与加密802.2逻辑链路控制LLC802.12100VG-ANYLAN802.11无线局域网802.9语音数据综合局域网802.6城域网802.5令牌环802.4令牌总线802.3CSMA/CD物理层物理层物理层物理层802.8光纤技术物理层数据链路IEEE802局域网标准NCEPU228.3.3以太网PSTN拨号服务器TotalControl网络中心交换机服务器组代理计费、数据库、Mail(Smtp)、视频、OA…...院内及移动用户各二级交换机……NCEPU23介质访问控制局域网是一个基于冲突的网络，在冲突的介质中需要进行访问控制；介质访问控制方法的不同决定了各种局域网的特性。NCEPU24CSMA/CD工作原理准备发送站监听信道1传输数据并监听信道4按Backoff策略等待发送JAM信号5传输完成无冲突信道空闲2信道忙3检测到冲突1．CSMA（载波监听多路访问）2．CD（冲突检测）3．CSMA/CD的工作流程图NCEPU25一、以太网的技术特性1.以太网是基带网，它采用基带传输技术。2.以太网的标准是IEEE802.3，它使用CSMA/CD介质访问控制方法，对单一信道的访问进行控制、分配介质的访问权，以保证同一时间只有一对网络站点使用信道，避免发生冲突。3.以太网是一种共享型网络，网络上的所有站点共享传输媒体和带宽4.以太网是广播式网络。5.以太网的数字信号采用曼彻斯特编码方案，快速以太网采用4B/5B编码方案。6.以太网所支持的传输介质类型有50基带同轴电缆（粗同轴电缆和细同轴电缆）、无屏蔽双绞线和光纤。7.以太网所构成的拓扑结构主要是总线型和星型。8.有多种以太网标准，它们支持不同的传输速率（10Mb/s、100Mb/s和1000Mb/s），最高可达1Gbps。9.以太网是可变长帧，长度为：64Bytes~1518Bytes。10.以太网技术先进，但很简单，这是它获得成功的主要原因。11.以太网技术成熟，价格低廉、易扩展、易维护、易管理。NCEPU26以太网的帧结构先导字段7Byte10101011数据字段长度2ByteSourceAddr.6BytesData数据0-1500ByteDest.Addr.6Bytes填充字段0-46Bytes检查和4Byte帧开始标记1Byte均为10101010NCEPU278.3.4交换式以太网(SwitchingEthernet)PresentationApplicationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalPresentationApplicationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalDataLinkPhysicalSwitchNCEPU28以太网交换机可堆叠的第二层以太网交换机以太网汇聚交换机第三层核心路由交换机NCEPU298.4网络互连WhichPath?WhichPath?路由器的主要功能：路由选择和数据转发。NCEPU30IP数据包格式版本号(4)目的IP地址(32)可选项(0或多个)数据(0~64K)位0位15位16位31头长度(4)服务类型(8)总长度(16)标识符(16)标志(3)段偏移值(13)生存时间(8)协议类型(8)头校验和(16)源IP地址(32)20字节NCEPU31DestinationNetworkLAN-to-LANRoutingNetwork1.0Network3.0E0E1To0Host5Host4Network2.0RoutingTableFromLANtoLAN802.3Net2.0,Host5TokenRing802.5Net2.0,Host5OutgoingPortE0To0E11.02.03.0NCEPU32LAN-to-LANRouting（续）HostAHostB192.30.10.2008-00-2B-00-76-10193.40.10.1000-00-A2-00-00-B1193.40.10.2008-00-2B-00-52-01HeaderSA:192.30.10.20DA:193.40.10.20TokenRingFrameIPDatagram802.2SNAPDASASDACFCFCSFSED00-00-A2-00-80-0108-00-2B-00-76-10HeaderSA:192.30.10.20DA:193.40.10.20EthernetIIFrameIPDatagramDASA00-00-A2-00-45-6700-00-A2-00-00-21HeaderSA:192.30.10.20DA:193.40.10.20EthernetIIFrameIPDatagramDASA08-00-2B-00-52-0100-00-A2-00-00-B1PREPRETypeTypeCRCCRCRouterARouterB195.60.10.2000-00-A2-00-45-67195.60.10.1000-00-A2-00-00-21192.30.10.1000-00-A2-00-80-01NCEPU33XYABCApplicationPresentationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalApplicationPresentationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalABCXYNetworkDat