计算机操作系统(第三版)第8章

第八章网络操作系统第八章网络操作系统8.1计算机网络概述8.2网络体系结构8.3Internet与Intranet8.4客户/服务器模式8.5网络操作系统的功能8.6网络操作系统提供的服务第八章网络操作系统8.1计算机网络概述8.1.1计算机网络的拓扑结构1．星形和树形网络拓扑结构1)星形网络拓扑结构2)树形网络拓扑结构第八章网络操作系统图8-1星形和树形网络拓扑结构中心结点………………………(a)星形网络(b)树形网络终端多路器部门计算机中央计算机远程结点第八章网络操作系统2．公用总线形和环形网络拓扑结构1)公用总线形网络拓扑结构2)环形网络拓扑结构3．网状形网络拓扑结构第八章网络操作系统图8-2总线形和环形网络拓扑结构网络工作站公用总线网络服务(a)总线形网络网络工作站转发器环形线(b)环形网络第八章网络操作系统图8-3网状形网络拓扑结构PSEPSEPSEPSEPSEPSEPSEPSEHOSTHOSTHOSTHOSTHOSTHOST资源子网计算机通信子网第八章网络操作系统8.1.2计算机广域网络1．公用交换电话网1)交换方式的引入2)线路交换方式3)线路交换网第八章网络操作系统图8-4全互连和具有交换中心的连接………b1b2b3bna1a2a3anc1c2c3cn(a)全互连连接(b)具有交换中心的连接第八章网络操作系统图8-5线路交换方式示意图第八章网络操作系统2．分组交换网1)报文交换方式2)分组交换方式3)分组交换网第八章网络操作系统3．帧中继网1)帧交换方式的帧中继网2)信元交换方式的帧中继网第八章网络操作系统4．异步传输模式(ATM)1989年，CCITT在研究和综合了多种快速交换机的基础上，提出了一种新的传输模式，即异步传输模式ATM(AsynchronousTransferMode)，并为ATM规定了三方面的目标：①建造高速广域数字网络，所传输的可以是任何形式的数字信号；②不仅在广域网中采用ATM，还可在LAN和企业网中使用ATM，这样便可实现WAN和LAN之间的无缝连接；③ATM网必须能提供各种业务服务，并能满足用户对服务的合理要求。第八章网络操作系统1)ATM的传输原理2)ATM的交换3)ATM的优点①高传输速率。②极大的灵活性。第八章网络操作系统8.1.3计算机局域网络1．基本型局域网(1)以太网(Ethernet)。(2)令牌环(Token-Ring)网。2．快速局域网(1)FDDI光纤环网。(2)快速以太网100BASE-T。第八章网络操作系统3．交换式LAN4．千兆位以太网5．10Gb/s以太网第八章网络操作系统8.1.4网络互连1．网桥2．路由器3．网关第八章网络操作系统8.2网络体系结构8.2.1网络体系结构的基本概念1．何谓网络体系结构第八章网络操作系统2．开放系统互连参考模型OSI/RM1)开放系统定义及其互连参考模型(1)开放系统(OSI)的内容。(2)OSI/RM的组成第八章网络操作系统3．OSI七层模型物理介质物理层数据链路层网络层传输层会晤层表示层应用层主机系统物理层数据链路层网络层中继系统中继系统主机系统传输层协议会晤层协议表示层协议应用层协议第八章网络操作系统8.2.2OSI/RM中的低三层1．物理层(PhysicalLayer)2．数据链路层(Data-LinkLayer)3．网络层(NetworkLayer)第八章网络操作系统8.2.3OSI/RM中的高四层1．传输层(TransportLayer)2．会晤层(SessionLayer)3．表示层(PresentationLayer)4．应用层第八章网络操作系统8.2.4TCP/IP网络体系结构1．TCP/IP模型由网络互连协议IP和传输控制协议TCP一起，构成了著名的TCP/IP协议，它一直是Internet网络的核心协议，并已成为事实上的网络互连协议的标准，几乎所有的WAN和LAN都支持该协议。TCP/IP是一个协议族，其中包含了多种协议，由这些协议构成了TCP/IP的网络体系结构。虽然没有官方公布的TCP/IP的分层模型，但可根据已制定的许多协议而将TCP/IP模型分为四层(物理层不在模型中)。图8-10示出了TCP/IP模型与OSI模型的比较。第八章网络操作系统图8-10TCP/IP模型与OSI/RM的比较1物理层2数据链路层3网络层4传输层5会话层6表示层7应用层OSI/RM网络访问层网络互连层传输层(TCP，UDP)TCP/IP应用层(各种应用层协议，如TELNET，FIP，SMTP)第八章网络操作系统2．互联网协议IPV4和IPV61)IPV4协议IPV4是早期在Internet上使用的网络互连协议(亦称“互联网协议”)，可利用它来实现网络互连。为了能使IPV4数据报穿越由各种不同的网络互连所形成的互联网，IPV4协议主要应解决三个问题，即寻址、数据报的分段和重新组装、路由选择。第八章网络操作系统2)IPV6协议IPV6协议继承了IPV4协议的一切优点，而针对其不足之处做了以下几方面的修改，使之能更好地满足当今Internet网络的需要。(1)扩大了地址空间。IPV4协议的规定地址长度为4个字节，它只能提供232≈4×109个地址；而在IPV6协议中的地址长度已扩充到16个字节，其可提供的地址空间为2128≈3.4×1038个地址。(2)增设了安全机制。在IPV6协议中引入了认证技术，以保证被确认的用户仅能去做已核准他做的事。第八章网络操作系统(3)提高了路由的转发效率。IPV6协议规定仅由源端系统进行数据的分段，而途经的所有路由都不得对数据进行分段。(4)增强了协议的可扩充性。IPV6包含了一个可扩展的数据报头，增加了选择设定的灵活性。第八章网络操作系统3．传输层协议TCP和UDP1)传输控制协议TCP针对IP协议是提供面向无连接的、不可靠的数据报服务，TCP则提供了面向连接的、可靠的端—端通信机制。所谓面向连接，是指在端系统要传送数据前，应先进行端—端之间的连接；在数据传送完后，应拆除连接。而所谓可靠是指，即使网络层(通信子网)出现了差错，TCP协议仍能正确地控制连接的建立、数据的传输和连接的释放。第八章网络操作系统2)用户数据报协议UDP应当指出，虽然TCP协议提供了可靠的数据传输服务，但它却降低了传输效率，这对于早期通信网络不太可靠，而要传输的数据服务又非常重要，TCP协议是十分必要的；但如果所传输的数据并非很重要，仍采用TCP协议则会显得有些浪费，此时可考虑利用UDP协议来传输数据。第八章网络操作系统8.2.5LAN网络体系结构1．局域网参考模型LAN/RM图8-11示出了LAN的层次结构与OSI/RM层次结构间的对应关系。在IEEE802标准中，只定义了物理层和数据链路层两层，但802委员会在制定LAN/RM时，做出了一个关键性的决定，即将数据链路层分为两个子层：逻辑链路控制子层LLC和介质(媒体)访问控制子层MAC。正是由于这一关键性的划分，使LAN获得了LLC规程与具体的LAN所采用的介质访问方法与网络结构形式无关这一理想特性。第八章网络操作系统图8-11LAN/RM与OSI/RM的对应关系物理层介质访问控制子层逻辑链路控制子层IEEE802参考模型LAN/RM1物理层2数据链路层3网络层4传输层5会话层6表示层7应用层OSI/RM第八章网络操作系统2．逻辑链路控制LLC子层LLC(LogicalLinkControl)子层是数据链路层的顶部子层，其主要功能是在任何一个源LLC实体和目标实体之间进行信息传输。IEEE802.2标准对LLC子层所用的协议数据单元进行了定义，描述了任何两数据链路实体间的数据传输规程。在LLC子层中提供了两种类型的链路操作，其中类型1操作提供的是无连接服务，类型2操作提供的是面向连接的服务。相应地，在IEEE802.2标准中还规定了两种规程：第八章网络操作系统(1)LLC1型规程。该规程只支持类型1操作。类型1操作为无连接操作，即在双方通信之前，无需建立逻辑链路，其所传输的PDU既不被确认，也没有流量控制和出错恢复机制。它类似于以前介绍的“数据报”服务。(2)LLC2型规程。该规程既支持类型1操作，又支持类型2操作。该类操作规定，在两个LLC间交换PDU之前，必须先建立逻辑链路连接。在逻辑链路上的正常通信周期内，包括两种PDU，即由源LLC到目标LLC的带有信息的PDU和反向的确认PDU。在此类操作中，应按PDU的序号进行传输。在逻辑链路上所传输的信息PDU应受到流量控制。标准中还对LLC子层向高层提供的服务以及LLC子层请求MAC子层的服务做了描述。第八章网络操作系统3．介质访问控制MAC子层IEEE802委员会在讨论MAC(MediumAccessControl)方式时，出现了两种矛盾，一种是推荐CSMA/CD为MAC标准，另一种是推荐令牌传送。这两种方式各有其优点，都获得了很多委员的支持，因此，委员会决定把它们同时作为MAC推荐标准。由于令牌传送既可用于环形网，也可用于总线网，于是形成了三种局域网标准。下面列出了部分IEEE802标准。第八章网络操作系统IEEE802.1(A)局域和城域网络标准——概述和结构。IEEE802.1(B)寻址、网络互连和网络管理。IEEE802.2逻辑链路控制规范。IEEE802.3CSMA/CD访问方法和物理层规范。IEEE802.3u快速以太网标准。IEEE802.3z千兆位以太网标准。IEEE802.4令牌传送总线访问方法和物理层规范。IEEE802.5令牌传送环访问方法和物理层规范。IEEE802.6城域网(MAN)标准。第八章网络操作系统IEEE802.7宽带局域网标准。IEEE802.8光纤局域网标准。IEEE802.9语音和数字综合局域网标准。IEEE802.10可互操作的局域网安全标准。IEEE802.11无线局域网标准。IEEE802.12100VGAnyLAN(百兆位请求优先级标准)。IEEE802标准与OSI/RM之间的关系如图8-12所示。第八章网络操作系统图8-12IEEE802标准802.3CSMA/CD802.4令牌总线802.5令牌环802.6城域网802.9语音与数据综合局域网802.11无线局域网802.2逻辑链路控制子层802.10可互操作的局域网安全标准802.1体系结构与网络互连第八章网络操作系统8.3Internet与Intranet8.3.1Internet简介1．Internet的发展过程Internet的发展过程可分为三个阶段。第一阶段是从1969年至1988年，在此阶段是以美国的ARPA网络作为主干网，网上的主机数目由最初的4台发展到近10万台，主干网的传输速率由56kb/s提高到T1(1.544Mb/s)，并于1982年决定利用TCP/IP来取代以前在ARPA中所用的协议；第八章网络操作系统第二阶段是从1988年至1992年，在此阶段是以美国的NSFNET为主干网，网上的主机数目由近10万台发展到超过100万台，主干网的传输速率也由T1升级到T3(44.7Mb/s)。第三阶段是从1993年起至目前，网上的主机数在1997年已超过2000万台，并建立了一个具有更高传输速率的WAN－ANSNET，1996年时ANSNET又升级为Internet的主干网，传输速率增至155Mb/s，到本世纪初，不少干线的速率已达到2.4Gb/s。第八章网络操作系统Internet的应用已从以科学教育为主迅速扩展到社会的各个领域，使Internet进入了商业化阶段。在20世纪90年代后期，美国一些大学申请建立Internet2，为其成员组织服务，初始运行速率提高到10Gb/s；Internet2的应用领域可为多媒体虚拟图书馆、远程医疗、远程教学、视频会议、视频点播VOD、天气预报等领域。第八章网络操作系统2．Internet的特征Internet是当今世界上空前规模的特大型互连网络，并作为21世纪信息高速公路的雏型，它具有任何其它网络都没有的一系列特征，其中主要是广域性、广泛性、高速性