计算机网络课程

1计算机网络课程IntranetEthernetInternet高邮职业教育中心王莅2课程内容简介计算机网络的体系结构（OSI/RM和TCP/IP）数据通信基础计算机局域网络原理及其实现技术计算机广域网络原理及其实现技术互联网络及Internet原理及其实现技术网络管理与网络安全理论3课程学习方法总原则：课堂讲授、课外自学与上机实践相结合课堂讲授：基础理论的学习与部析课外自学：阅读参考书目及相关理论和实践方面的文章上机实践：分析网络解决方案，组建实验型局域网并与Internet互联，编程实现网络通信。4所需先行知识熟悉一种操作系统（Windows、Unix或Linux）熟悉一门编程语言（C语言或汇编语言）了解数据结构相关知识了解计算机体系结构相关知识了解数据通信相关理论5参考书目TCP/IP详解（1、2卷）（美）W.RichardStevens著，机械工业出版社计算机网络（第4版）谢希仁著、电子工业出版社计算机网络工程教程黄叔武杨一平著、清华大学出版社计算机网络教程彭澎著、机械工业出版社6第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系1.1协议的分层结构1.2OSI参考模型1.2.1模型结构1.2.2协议层1.2.3服务定义1.2.4协议描述1.2.4.1PDU定义1.2.4.2协议操作1.2.4.3协议描述方法7第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系1.3TCP/IP协议体系1.4一个基于OSI的修改模型8第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系计算机网络的产生产生的原因：资源共享与数据交换的要求。产生的基础：是计算机技术与通信技术相结合的产物。（1）通信网络为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段；（2）数字计算技术的发展渗透到通信技术中，又提高了通信网络的各种性能。9第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系计算机网络的发展过程1、具有通信功能的单机系统（终端－计算机网络）：将一台计算机经通信线路与若干台终端直接相连，如下图所示。美国20世纪50年代的半自动地面防空系统（SAGE）就属于该类网络。它把远距离的雷达和其它测量控制设备的信号通过通信线路送到一台旋风计算机进行处理和控制，首次实现了计算机技术与通信技术的结合。HTTTTH－HOST，主计算机T－终端10第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系缺点：（1）终端增多时，HOST负担重，效率下降；（2）每一终端要一线路，费用高2、具有通信功能的多机系统：为减轻承担数据处理的中心计算机的负载,在通信线路和中心计算机之间设置了一个前端处理机FEP(FrontEndProcessor)或通信控制器CCP(CommunicationControlProcessor),专门负责与终端之间的通信控制,从而出现了数据处理和通信控制的分工,更好地发挥了主计算机的数据处理能力。另外,在终端较集中处设置集中器（Concentrator),它首先通过低速线路将附近群集的终端连至集中器,然后通过高速通信线路与远程中心计算机的前端机相连，如下图所示。11第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系HCCPＣTTTT实例：20世纪60年代初，美国建成了全国性航空公司飞机票系统（SABRE），它用一台主计算机连接遍布全国各地的2000多个终端。3、计算机－计算机网络：即计算机网络，20世纪60年代中期发展了由若干计算机互联的系统，即利用通信线路将多台计算机连接起来，开始了计算机－计算机之间的通信。有两种结构形式，如下图所示：12第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系HHHTTTTTTTTaCCCCCCHTTTHTTHTTTb通信子网资源子网13第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系图a所示是主计算机通过通信线路直接互联的结构，主计算机同时承担数据处理和通信工作；图b所示是通过通信控制处理机（CC）间接地把各主计算机连接的结构，通信控制处理机负责网络中各主机间的通信处理和控制，主计算机则只负责数据处理。4、信息网络：1993年美国提出的国家信息基础设施NII计划。提出：高速信息网是国家信息基础结构的一个重要组成部分，也称“信息高速公路”；1994年，美国又提出建立全球信息基础结构GII的倡议，建议将各国的NII互边起来，组成世界范围的信息基础结构。14第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系计算机网络的定义：（没有一致的严格定义）从计算机与通信技术相结合的广义观点出发定义：计算技术与通信技术相结合，实现远程信息处理和进一步共享资源的系统。照此定义，五十年代的远程终端——计算机网，六十年代的计算机——计算机网以及目前发展的分布式计算机网均属于计算机网络。美国信息处理学会联合会（AFIPS）在1970年从共享资源角度出发定义：“以能够相互共享资源（硬件、软件和数据等）的方式连接起来，并各自具备独立功能的计算机系统的集合”。随着“远程终端——计算机”通信发展到“计算机——计算机”通信，后来人们又提出了计算机通信网的定义：在计算机之间以传输信息为目的连接起来的计算机系统的集合，称为计算机通信网。15第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系从物理结构上看，计算机网络又可定义为在协议控制下，由若干计算机、终端设备、数据传输设备和通信控制处理机等组成的系统集合。该定义强调计算机网是在协议控制下，通过通信系统实现计算机之间的连接，网络协议是区别计算网络与一般的计算机互连系统的标志。综上所述，根据目前流行的观点，可以把计算机网络定义为：按照网络协议，以共享资源为主要目的，将地理上分散且独立的计算机互相连接起来形成的集合体。通常根据人们所处环境和研究的着眼点不同，可采用不同术语。当着重研究网络资源共享问题时，可称作计算机网络；当着重研究和分析通信方面问题时，常称作计算机通信网络。我们对这两个术语将不加严格区分，一般都称作计算机网络。16第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系一个计算机网络应该有三个主要的组成部分：1、若干个主机，它们向各用户提供服务；2、一个通信子网，它由一些专用的结点交换机和连接这些结点的通信链路组成；3、一系列协议，为在主机之间或主机与子网之间的通信而用。17第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系实体与协议：网络中的通信是指在不同系统中的实体之间的通信。实体，是指能发送和接收信息的任何东西，包括终端、应用软件、通信进程等。协议：跟在人与人之间交流一样，实体之间通信需要一些规则和约定，例如，传送的信息块采用何种编码和怎样的格式？如何识别收发者的名称和地址？传送过程中出现错误如何处理？发送和接收速率不一致怎么办？简单地讲，通信双方在通信时需要遵循的一组规则和约定就是协议。协议的构成：协议主要由语义、语法和定时三部分组成，语义规定通信双方准备“讲什么”，亦即确定协议元素的种类；语法规定通信双方“如何讲”，确定数据的信息格式、信号电平等；定时则包括速度匹配和排序等。18第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系计算机网络的主要功能数据通信：即数据传送，用以实现计算机与终端或计算机之间传送各种信息，利用这一功能，地理位置分散的生产单位或业务部门可通过计算机网络连接起来，进行集中的控制和管理。资源共享：包括共享软件、硬件和数据资源，可以使网上用户都能部分或全部地享受这些资源，使网络中各地区的资源互通有无，分工协作，从而大大地提高系统资源的利用率。提高计算机的可靠性和可用性：19第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系提高可靠性表现在网络中各台计算机可以通过网络彼此互为后备机，一旦某台计算机出现故障，故障机的任务就可由其它计算机代为处理，避免了单机在无后备使用情况下，某些计算机故障导致系统瘫痪的现象，大大提高了可靠性。提高可用性指当网络中某台计算机负载过重时，网络可将新的任务转交给网中较空闲的计算机完成，这样就能均衡各计算机的负载，提高了每一台计算机的可用性。易于进行分布处理：各用户可根据情况合理选择网内资源，以就近、快速地处理。20第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系计算机网络的分类1、按距离分：局域网（LAN），城域网（MAN）和广域网（WAN）；2、按数据传输和系统的拥有者分：公用网和专用网。3、按交换方式分：包交换和电路交换。21第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系LAN22第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系MAN23第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系WAN24第一章OSI参考模型和TCP/IP协议体系Internetwork(Internet)251.1协议的分层结构分层的原因：两个系统中实体间的通信是一个十分复杂的过程，为了减少协议设计和调试过程的复杂性，大多数网络的实现都按层次的方式来组织，每一层完成一定的功能，每一层又都建立在它的下层之上。不同的网络，其层的数量、各层的名字、内容和功能不尽相同，然而在所有的网络中，每一层都是通过层间接口向上一层提供一定的服务，而把这种服务是如何实现的细节对上层加以屏蔽。261.1协议的分层结构271.1协议的分层结构更具体地讲，如图1-1所示，层次结构包括以下几个含义：第n层的实体在实现自身定义的功能时，只使用（n-1）层提供的服务。n层向（n+1）层提供服务，此服务不仅包括n层本身所执行的功能，还包括由下层服务提供的功能总和。最低层只提供服务，是提供服务的基础；最高层只是用户，是使用服务的最高层；中间各层既是下一层的用户，又是上一层服务的提供者。仅在相邻层间有接口，且下层所提供服务的具体实现细节对上层完全屏蔽。281.1协议的分层结构N层中的活动元素通常称为n层实体。不同机器上同一层的实体叫做对等实体。N层实体实现的服务为n+1层所利用。在这种情况下，n层被称为服务提供者，n+1层是服务用户。服务是在服务访问点（SAP）提供给上层使用的。N层SAP就是N+1层可以访问N层服务的地方。每个SAP都有一个能够唯一地标识它的地址。在同样的意义上，我们可以把电话系统中的电话插孔看成是一种SAP，而SAP地址就是这些插孔的电话号码。要想和他人通话，就必须知道他的SAP地址（电话号码）。类似地，在邮政系统中，SAP地址是街名和信箱。发一封信，必须知道收信人的SAP地址。291.1协议的分层结构相邻层之间要交换信息，在接口处也必须遵循一定的规则。如图1-2所示，在典型的接口上，n+1层实体通过SAP把一个接口数据单元（IDU）传递给n层实体。IDU由服务数据单元（SDU）和一些控制信息组成。SDU是将要跨越网络传递给远方对等实体，然后上交给远方n+1层的信息。控制信息被下层实体用来指导其功能任务的执行，但不是发送给远方对等实体的内容。301.1协议的分层结构311.1协议的分层结构为了传送SDU，n层实体可能把SDU分成几段，每一段加上一个头之后作为一个独立的协议数据单元（PDU）送出。PDU被对等实体用于执行对等协议。对等实体根据PDU头部的信息分辨哪些PDU包含数据，哪些PDU包含控制信息，以及哪些PDU提供顺序号和计数等。下层向上层提供的服务可以划分为面向连接的和无连接的两大类别。面向连接的服务类似于打电话。要和某个人通话，我们先拿起电话，拨号码，谈话，然后挂断。同样，在使用面向连接的服务时，用户首先要建立连接，传送数据，然后释放连接。连接本质上象个管道，发送者在管道的一端放入物体，接收者在另一端以同样的次序取出物体。321.1协议的分层结构相反，无连接服务类似于邮政系统中普通信件的投递。每个报文（信件）带有完整的目标地址，并且每一个报文都独立于其它报文，经由系统选定的路线传递。在正常情况下，当两个报文发往同一目的地时，先发的先收到。但是，也有可能先发的报文在途中延误了，后发的报文反而先收到。而这种情况在面向连接的服务中是绝不可能发生的。331.1协议的分层结构应该指出，服务和协议是完全不同的概念，但二者又常常被混淆在一起。它们之间的区别是如此重要，以致于我们在此必须再强调一次。服务是各层向它的上层提供的一组