计算机网络与通信课件

网络与通信技术基础刘恒涛13463203102北京交通大学海滨学院教材计算机网络与通信（第二版）佟震亚，人民邮电出版社计算机通信网基础周德新，机械工业出版社参考书胡道元《计算机局域网》清华大学出版社何莉《计算机网络概论》高等教育出版社林生《计算机通信网原理》西安电子科技大学出版社网络与通信技术第一章概述第二章物理层第三章数据链路层第四章局域网和广域网第五章网络层第六章传输层第七章应用层第八章网络安全与攻防技术第一章概述1.1计算机通信网1.2计算机通信网的分类1.3因特网（Internet）1.4协议和标准1.5网络模型学习目标•了解计算机通信网•掌握网络的分类•了解通信协议和标准•了解网络模型1.1计算机通信网一、计算机通信网计算机通信网即计算机网络。一个依靠通信技术互连的自主计算机（AutonomousComputers)的集合。计算机网络是两大技术的融合，即通信系统：信息传输（有线/无线）的能力；计算机系统：信息处理和存储（集中/分布）的能力；其效果是：信息处理/存储＋信息传输信息交换资源共享。功能：数据通信；资源共享；分布式处理；远程运输；集中管理；负载平衡。数据通信：基本功能，其它功能的基础，电子邮件、传真、远程数据交换。资源共享：包括构成系统的所有软硬件。分布式管理：拆分复杂任务，由不同地理位置的计算机协作并行完成，增强性能。远程传输：计算机单机向网络发展，科学计算向数据处理发展，互相传输信息、互相交流。集中管理：办公系统负载平衡：工作均匀分配发展趋势：开放和大容量；一体化和方便使用；多媒体网络；高效安全的网络管理；为应用服务；智能网络。现存的网络类型有：计算机网络以传输数据为主电话网包括固定电话和移动电话网以传输话音为主广播电视网以传输视频为主二、数据通信计算机网络的最基本的功能是信息交换，而数据是信息的表现形式，因此，数据通信是计算机通信网其它一切功能的基础。数据通信是指网络中任何两台设备通过通信线路交换数据的过程。数据通信系统的组成：报文、数据的发送者、数据的接收者、传输媒体和通信协议。数据类型文本：将文字编码产生的二进制数据。数字：用各种数字进位制编码产生的二进制数据。音频：把语音信号经过取样离散化后，再将每个语音信号量化并编码生成的二进制数据。视频：先将视频信号在时间上离散化为一帧一帧的图像序列，再将每一帧图像在行和列上抽样为像素，并对其量化编码，最终得到的二进制数据。通信方式单工：数据的传输是单方向的。半双工：既可以发送数据又可以接收数据，但不能同时进行发送和接收。全双工：数据的传输是双向的。发送者接收者协议协议报文传输媒体数据通信系统的组成三、计算机通信网的拓扑结构通常把网络中的计算机用通信链路（Link）连接的方式称之为网络的拓扑结构。目前共有4种拓扑形式：网状结构星型结构树形结构总线结构环型结构网状结构网状网络的特点：任何两台设备之间都有直接的通信链路；通信的可靠性高，不会造成通信延时；n台设备的网络需要n(n-1)/2条通信链路；互联网的骨干网部分往往采用网状结构；若空间距离大，代价大，安装困难。适用场合：要求高度可靠、且对链路带宽要求高的场合。星型结构集线器星型结构网络的特点计算机之间的数据传输经过集线器转发，集线器是从一个端口输入，从其余端口输出的中继设备；每台计算机只需要一条传输线路与集线器相连，n台计算机组成网络，只要n条传输线路；集线器发生故障则整个网络瘫痪。适用场合局域网基本上是采用星型结构；总线结构同轴电缆同轴电缆中心轴线是一条铜导线，外加一层绝缘材料，在这层绝缘材料外边是由一根空心的圆柱网状铜导体包裹，最外一层是绝缘层。它与双绞线相比，同轴电缆的抗干扰能力强、屏蔽性能好、传输数据稳定、价格也便宜。总线型网络的特点任何一个要发送数据的计算机只是将数据送到同轴电缆上进行传输，因此这个传输媒体称为“总线”；最节省传输线；存在数据碰撞；总线的故障将使整个网络失效；早期的局域网使用它。环型结构环型结构网络的特点数据在一个传输环上（顺时针或反时针）传送，单向传输，延时固定；每台计算机用很短的连接线连接到接口上，数据的发送/接收通过接口把数据送到/取自环；早期的局域网（如FDDI)和现在的光网络采用环型结构。1.2计算机通信网的分类对于网络可以用不同的准则来进行分类：从拓扑结构分类，有：网状、星型、总线型、环型网络从传输特性分类，有：有线网络，无线网络从网络的地理范围的大小分类，有：家庭网络（HomeNetwork)局域网LAN（LocalAreaNetwork)城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork)广域网WAN（WideAreaNetwork)互联网Internet移动网家庭网的特点新出现的成长中的网络，家庭内的网络。随着各项技术发展，家庭中的各种设备及仪表组成网络并接入internet，主人可以随时控制和实时监控。局域网的特点地理范围覆盖有限；拓扑形式简单多样化；高质量大容量传输介质；（双绞线、光纤）多采用共享信道实现传输。（多址切入）城域网的特点地理覆盖范围取决于城市的大小；拓扑结构简单单一化；（双总线双环）多功能多用途综合服务能力；无竞争共享信道。广域网•广域网的特点地理覆盖更宽广；服务不同，速率范围不同；网络组织形式复杂；多功能多用途综合服务能力；采用交换型的传输。互联网互联网的特点（网际网）基于协议互联；地理范围广，网络规模大；不确定性；开放性；多元化。我国互联网的发展情况网民人数、宽带网民数、国家CN域名数第一；手机上网；网民应用趋势分化；城乡差距、东西部差距逐步缩小。1.3因特网（Internet）简介世界上最大的互连网；它采用TCP/IP协议；它是在上个世纪六十年代从美国的ARPANET开始，在应用中不断发展而形成的网络；它是最先采用分组交换的网络。一、因特网的简要发展史20世纪60年代USA的DoD下属的ARPA提出建议：建立抗毁性强的网络；PualBaran的分组交换思想被采用，而此前的电话网采用的是电路交换网核心思想：1.存储转发2.每个结点连接两条以上的传输线路（见下图）最初的（1969年）ARPANET20世纪70年代末USA的NSF建立了NSFNET并与ARPANET互连互通1974年VintCerf和BobKahn两人发明了TCP/IP协议20世纪90年代初，由欧洲粒子物理研究所的物理学家TimBerners-Lee提出了超文本和超链接的概念，导致了万维网(WorldWideWeb)的出现与此同时，美国超级计算应用中心的MarcAndreeseen为Mosaic操作系统研制出浏览器。产生了用浏览器访问网页的方便方法二、Internet的体系结构ISP（InternetServiceProviders)因特网服务提供商NAP(NetworkAccessPoint)网络接入点1.4协议和标准一、协议（Protocol）支配数据通信正常进行的规则的集合，包含：语法（Syntax）语义(Semantics)定时(Timing)语法代表了被传输的数据结构和含义；语义表示每一字段的含义及网络设备应采取的动作；定时用来说明通信中相关操作的时间或次序的先后关系。二、标准（Standards）著名的标准化组织有：ISO(InternationalOrganizationforStandardization)国际标准化组织ITU-T(InternationalTelecommunicationUnion-TelecommunicationStandardsSector)国际电信联盟ANSI(AmericanNationalStandardsInstitute)美国国家标准协会IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)电气和电子工程师协会EIA(ElectronicIndustriesAssociation)电子工业协会Inetrnet的标准化组织IRTF（InetrnetResearchTaskForce）Internet研究任务组IETF（InetrnetEngineeringTaskForce）Internet工程任务组1.5网络模型一、网络的层次结构问题求解的方法：一个复杂并且大的问题的求解通常是将它变成若干简单并且相互联系的小问题的求解，从而得到整个问题的求解。举例：三层模型的邮政系统写信、装信封、投邮箱从邮箱取邮件、拆信封、读信从邮箱取邮件送邮局邮局把邮件送邮箱邮局打包送远输部门远输部门把邮包送邮局源到目的地邮件传输工具（火车/飞机/轮船）第3层内容通信第2层邮包通信第1层邮路通信AB横向通信纵向传递通信：关心的是内容传递：关心的是方法OSI（7层）Internet（4层）和混合模型（5层）主机－网络互连网层传输层应用层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应用层物理层数据链路层网络层传输层应用层数据在层间的交换过程数据在层间的交换过程（续）协议和服务二、OSI模型分层原则根据不同的层次抽象分层每层有一个定义明确的功能每层功能选择有助于标准的制定各层边界的选择应尽可能减少跨层通信层不能太少，以免每层功能复杂；反之结构复杂二、OSI模型•应用层（Application）•表示层（Presentation）•会话层（Session）•传输层（Transport）•网络层（Network）•数据链路层（DataLink)•物理层（Physical）物理层功能•设备与媒体的接口和物理特性；•数据比特的表示，即编码方式；•数据速率；•数据比特的同步；•线路链接方式；•物理拓扑结构；•传输方式。数据链路层功能•成帧；•物理地址；•流量控制；•错误控制；•访问控制。网络层功能•将数据分组从源主机传送到目的主机。传输层功能•端口地址；•分段和重组；•连接控制；•流量控制；•错误控制。会话层功能•会话控制•同步表示层功能•数据格式转换；•数据加密与解密；•数据压缩与解压缩。应用层功能•网络虚拟终端；•文件传输；•邮件服务；•目录服务；•因特网服务。三、TCP/IP协议栈四、网络模型的工作举例进程A进程B进程D进程CRP端口号57MM应用层MM5757传输层网络层RRPP5577MM数据链路层M57RP帧头帧尾Internet发送者接收者RP57M帧尾帧头小结结束