计算机网络工程课件整理

计算机网络信息管理与信息系统2007181014鲁俊1计算机网络工程第1章概述1.1计算机网络工程与信息系统集成1.1.1计算机信息系统的结构信息系统应用软件：OA、MIS、VOD、VOIP、电子商务、远程教育、电视会议等系统管理安全管理系统平台应用服务软件：DBMS、群件、开发工具、DNS、FTP、、E-mail等传输平台系统软件：OS、TCP/IP协议栈等网络平台LAN、WAN、网络设备、Internet接入等综合布线系统、传输媒体等1.1.2信息系统的集成基本概念集成：把各个独立的部分组合成具有全新功能的、高效和统一的整体的过程系统集成：是指在系统工程学的指导下，提出系统的解决方案，将部件或子系统综合集成，形成一个满足设计要求的自治整体的过程信息系统的集成：提供整体解决方案、提供整套软硬件设备、提供全面服务信息系统集成的对象：各部件和子系统系统集成的任务：应用功能的集成、支撑系统的集成、技术集成、产品集成应用功能的集成将用户的实际需求和应用功能在同一系统中实现在系统需求分析、系统设计、应用软件开发等阶段完成通过应用软件和支撑环境来实现支撑系统的集成为实现用户的应用需求和功能而必须建立的支撑环境的集成举例：远程查询服务解决远程访问的通信手段，建立供查询使用的查询信息库和相应的服务器系统应建立三个支持系统：网络平台、数据库平台和服务器平台，三个平台共同组成了远程查询服务的支撑平台支撑环境两大部分：直接为应用软件的开发提供开发工具和环境的软件开发平台用于实现数据处理、数据传输和数据存储，即由以下平台共同构建的基础支撑平台服务器平台、网络平台、数据库平台技术集成技术之间的集成是基础，是系统集成的核心局域网技术、广域网技术数据通信技术、多媒体通信技术10Mbps、100Mbps、1Gbps以太网技术交换以太网技术、ATM技术C/S为主的结构和B/S访问方式Unix、Linux、Windows等产品集成系统集成最终、最直接的体现形式把不同类型、不同厂商，能实现不同应用目的的计算机设备和软件依照设计要求有机地组合在一起计算机网络信息管理与信息系统2007181014鲁俊2建立在上述三个层次集成的调查、设计的基础上；对所集成的设备或产品有深入、透彻的了解掌握各种厂商的产品的特点和能力，增强系统集成能力1.1.3计算机网络工程的特点计算机网络工程使用系统集成的方法，根据建设目标和设计原则将计算机网络的技术、功能、子系统集成在一起，为信息系统构建网络平台、传输平台和提供基本的网络应用服务网络工程是信息系统集成的一部分、基础，网络的集成技术是网络工程的核心技术计算机网络的建设涉及网络的需求分析、设计、施工、测试、维护和管理等方面网络设计是网络建设能否成功的关键计算机网络的子系统网络结构、网络设备、网络服务器、网络工作站、综合布线、网络操作系统、网络数据库设计目标指出网络系统需要达到的功能和性能网络能提供的服务以及服务形式网络的规模、站点数、覆盖范围等指出网络应采用的体系结构和协议栈，如TCP/IP模型等指定网络的正常运转要求，应达到的速度和处理的数据量等工程的近期目标和远期目标1.2计算机网络体系结构计算机网络计算机网络是由多台独立的计算机和各类终端通过传输媒体连接起来相互交换数据信息的复杂系统，相互通信的计算机系统必须高度协调地工作计算机网络体系结构从整体角度抽象定义计算机网络的构成及各个网络部件之间的逻辑关系和功能，给出协调工作的方法和计算机必须遵守的规则1.2.1网络的体系结构和协议结构化方式设计：分层层次，每一层次在逻辑上相互独立，且都具有特定的功能每一层的目的是向上一层提供一定的服务不同网络体系结构中层的数量、名字、功能均有所不同实体（Entity）：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程协议：控制两个对等实体进行通信的规则的集合（同层次间的通信）协议三要素：语法、语义、定时关系接口：相邻层次的通信1.2.2OSI参考模型ISO：国际标准化组织OSI/RM：开放系统互连参考模型开放：所谓开放就是指遵循OSI标准后，一个系统就可以和其它也遵循该标准的系统进行通信OSI的七层网络系统结构76543211231234567应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层物理媒体物理媒体开放系统A开放系统B中继系统1.2.3TCP/IP模型计算机网络信息管理与信息系统2007181014鲁俊3OSI参考模型与TCP/IP模型之比较网络接口层（NetworkAccess）严格来说只是一个接口而不是一个层次TCP/IP在设计时考虑到要与具体的网络无关TCP/IP协议簇中也没有数据链路层和物理层的协议网际层（Internet）负责将报文分组从源主机发送到目的主机，实现不同网络之间的报文转发IP协议传输层（Transport）负责在源端和目的端主机上的对等实体间建立的端到端的数据传输TCP协议和UDP协议思考：数据链路层负责谁与谁之间的数据传输？相邻主机的数据传输RFC文档RFC:RequestsForComments，为TCP/IP协议的标准文档RFC文档下载地址：InternetDraft（RFC草案）：协议数据单元（ProtocolDataUnit）应用层PDUTCP段（Segment）IP数据报（Packet）或者IP分组以太网帧（Frame）位流（BitsStream）封装、分片、重组1.2.4局域网参考模型局域网（LAN）局域网是一种局限在较小范围内（通常在1000m内）提供通信服务的网络，采用适宜于小范围内信号传送的技术，能为计算机网络应用提供基本的数据传输服务局域网作为通信网络不涉及第三层以上的内容，底下两层也与OSI的有很大差别思考：计算机网络可以分为哪两个部分？通信子网和资源子网局域网参考模型与OSI参考模型的关系应用层表示层会话层运输层物理层链路层物理层OSI/RM物理层媒体接入控制子层逻辑链路控制子层SAPIEEE802计算机网络信息管理与信息系统2007181014鲁俊4物理层用于物理连接以及按位在媒体上传输数据分为：描述与传输媒体有关的物理特性的较低子层、描述与传输媒体无关的物理特性的较高子层物理特性：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性数据链路层媒体接入控制（MediumAccessControl，MAC）子层逻辑链路控制（LogicalLinkControl，LLC）子层数据链路层MAC子层负责对物理媒体的使用进行控制主要功能将上层交下来的数据封装成帧进行发送（接收时进行相反的过程，将帧拆卸）实现和维护MAC协议（控制使用网络媒体的时间和方法、处理帧的控制信息）位差错的检测寻址（MAC地址）数据链路层LLC子层面向数据帧的传输控制层主要功能建立和释放数据链路层的逻辑连接提供与高层的接口差错控制给帧加上序号服务访问点（ServiceAccessPoint，SAP）局域网没有按照OSI的观点将网络的SAP设置在网络层，而是设置在LLC子层与高层的交界面上局域网不含网络层，不承担路由选择IEEE802委员会专门研究和制定有关局域网的各种标准网址：最初的IEEE802委员会共有6个分委员会，其编号分别为802.1～802.6目前已经有22个分委员会当前活跃的分委员会802.1、802.3、802.11、802.15、802.16802.17－容错性分组环网802.18－无线电调整技术指导小组802.19－共存技术指导小组802.20－移动宽带无线访问技术（MBWA）802.21－异种局域网切换802.22－无线区域网（WRAN）当前不活跃的分委员会：802.2、802.5、802.12当前已经解散的分委员会：802.4、802.6、802.7、802.8、802.9、802.10、802.14LLCPDU和MACPDU的关系1.3网络的拓扑结构网络的拓扑结构定义：网络中节点之间物理的或逻辑的连接方式计算机网络信息管理与信息系统2007181014鲁俊5物理连接与物理拓扑逻辑连接与逻辑拓扑分类：网状、星形、树形、总线型、环形第2章以太网2.1以太网的基本技术：媒体访问控制技术、数据帧格式、曼彻斯特编码技术2.1.1媒体访问控制技术以太网采用共享媒体方式传输数据信息总线收发数据网络上的任何站点都是独立的，存在争用总线的问题以太网采用CSMA/CD技术解决独立站点共享总线引起的问题CSMA协议CarrierSenseMultipleAccess，即载波侦听多路访问数据帧以广播方式在整个总线上传输所有连接在总线上的站点都能收听到该数据帧总线状态：“空闲”和“忙”每个站点在使用总线发送数据帧前侦听总线，根据总线状态来决定自己发送帧的时间CD协议CollisionDetection，冲突检测协议冲突：发生两个以上站点同时使用总线的现象一个站点已经在使用总线，其它站点再去使用总线：CSMA可以避免产生这种类型的冲突两个站点同时开始使用总线：CSMA无法避免此种冲突的发生，需要由CD协议来弥补要求数据帧发送站点在发送帧的同时要检测是否产生了冲突一旦发现冲突，立即停止当前数据帧的发送，并发出一个特殊的冲突信号以通知总线上的其它站点发生了冲突冲突时间：从数据开始发送到冲突信号在总线上传输给每个站点所花的时间冲突时间决定了网络直径或总线长度2.210M以太网2.2.1、10M以太网的连接种类以太网的传输媒体：粗缆、细缆、非屏蔽双绞线（UTP）、屏蔽双绞线（STP）、光纤10M以太网媒体特性10Base-5以太网（粗缆总线连接方式）传输媒体：直径为1cm的粗同轴电缆，RG-8(50Ω)计算机网络信息管理与信息系统2007181014鲁俊6铜芯线绝缘层屏蔽层塑料保护外层10Base-5以太网（粗缆总线连接方式）连接部件：收发器（MAU）、AUI电缆、分接头、终端器10Base-5以太网（粗缆总线连接方式）终端器：用于对信号进行吸收，防止信号在总线的端点产生反射AUI电缆：有15条连接线，采用D型插口和插头（也称为DB-15连接器）以半双工方式工作缺点：网络的组建、安装和维护不方便，成本也较高10Base-2以太网（细缆总线连接方式）10Base-T以太网（双绞线连接方式）对应IEEE802.3i标准传输媒体：双绞线根据电气性能指标分为6种类型，最为常用的是5类线根据电缆上是否有屏蔽层分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线10Base-T以太网（双绞线连接方式）连接器：RJ-45标准：EIA/TIA568A、EIA/TIA568B、AT&T等EIA/TIA568B实际通信时通常只使用1/2（发送信号）、3/6（接收信号）10Base-T以太网（双绞线连接方式）直通双绞线和交叉双绞线通常直通线用于不同类型设备间互连（如：网卡与集线器），交叉线用于同种类型设备间互连（如：网卡与网卡）10Base-T以太网（双绞线连接方式）优点：可靠性高、易于安装和维护、成本低缺点：在相同的传输速率下，网络覆盖范围小于同轴电缆10BASE-F光纤以太网光纤分为单模光纤和多模光纤。什么区别？单模光纤速度快，容量大。多模光纤速度慢，容量小。多模光纤要比单模光纤来的便宜。如果对传输距离或传送数据的速率要求不严格，那么，多模光纤在大多情况下都可以表现得很好。单模光纤虽然成本高，但是具有散射小的特点，可以应用在长距离传输或者需要高速数据速率的场合。2.3集线器集线器的工作原理收发器分接头粗缆终端器终端器分接头AUI电缆计算机网络信息管理与信息系统2007181014鲁