計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類及體系結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義與發(fā)展軟件學(xué)院實(shí)訓(xùn)中心周建美目錄1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類按地理范圍局域網(wǎng)城域網(wǎng)廣域網(wǎng) 按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)按傳榆介質(zhì)同軸電纜雙絞線光纖無線按通信協(xié)議CSMAX.25TCP/IP《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類按地理范圍分類局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork）簡稱LAN，它是連接近距離計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍從幾米到數(shù)公里。例如辦公室或?qū)嶒?yàn)室的網(wǎng)、同一建筑物內(nèi)的網(wǎng)及校園網(wǎng)等。城域網(wǎng)（MetropolitanAreaNetwork）簡稱MAN，它是介于廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間的一種高速網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍為幾十公里，大約是一個(gè)城市的規(guī)模。廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork）簡稱WAN，其覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里，覆蓋一個(gè)國家、地區(qū)或橫跨幾個(gè)洲，形成國際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)容LANWAN范圍概述較小范圍計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)遠(yuǎn)程網(wǎng)或公用通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍20千米以內(nèi)幾千米到幾萬千米，可跨國界，洲界數(shù)據(jù)傳輸速率1Mbps~16Mbps~10Gbps9.6Kbps~2Mbps~45Mbps,10Gbps傳輸介質(zhì)有線介質(zhì)：同軸電纜，雙絞線，光纜。無線介質(zhì)：微波、衛(wèi)星有線或無線傳輸介質(zhì)和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)；PSTN、DDN、ISDN、光纜、衛(wèi)星、微波信息誤碼率低高拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、總線型、星型、環(huán)型、網(wǎng)狀復(fù)雜、網(wǎng)狀用戶安全各單位專用無政府狀態(tài)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是網(wǎng)絡(luò)的物理連接形式。如果不考慮實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的地理位置，把網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)看作一個(gè)節(jié)點(diǎn)，把通信線路看作一根連線，這就抽象出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有星型、總線型和環(huán)型三種。《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所有節(jié)點(diǎn)都直接連到一條主干電纜上，這條主干電纜就稱為總線。該類結(jié)構(gòu)沒有關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以通過主干電纜與連接到總線上的所有節(jié)點(diǎn)通信?？偩€型網(wǎng)是典型的廣播式網(wǎng)絡(luò)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以一臺(tái)設(shè)備作為中央節(jié)點(diǎn)，其他外圍節(jié)點(diǎn)都單獨(dú)連接在中央節(jié)點(diǎn)上。各外圍節(jié)點(diǎn)之間不能直接通信，必須通過中央節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)形成閉合的環(huán)，信息在環(huán)中作單向流動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)環(huán)上任意兩節(jié)點(diǎn)間的通信?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是總線型結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，它在總線網(wǎng)上加上分支，其傳輸分支可以有多條分支。有一定容錯(cuò)能力，一般一個(gè)分支和結(jié)點(diǎn)故障不會(huì)影響另外一分支結(jié)點(diǎn)的工作?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類混合結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)是將多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)連在一起而形成的?；旌贤?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)兼并了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類按傳榆介質(zhì)分類傳輸介質(zhì)就是指用于網(wǎng)絡(luò)連接的通信線路。目前常用的傳輸介質(zhì)有同軸電纜、雙絞線、光纖、衛(wèi)星、微波等有線或無線傳輸介質(zhì)，相應(yīng)地可將網(wǎng)絡(luò)分為同軸電纜網(wǎng)、雙絞線網(wǎng)、光纖網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)和無線網(wǎng)?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類按通信協(xié)議分類通信協(xié)議是指網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信所共同遵守的規(guī)則或約定。在不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用不同的通信協(xié)議。在局域網(wǎng)中，以太網(wǎng)采用CSMA協(xié)議，令牌環(huán)網(wǎng)采用令牌環(huán)協(xié)議，廣域網(wǎng)中的報(bào)文分組交換網(wǎng)采用X.25協(xié)議，Internet網(wǎng)采用TCP/IP協(xié)議，采用不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)可以稱為“×××協(xié)議網(wǎng)”《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與結(jié)構(gòu)概述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次與接口網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的提出OSI參考模型 OSI參考模型的產(chǎn)生OSI參考模型的概念OSI參考模型的結(jié)構(gòu)OSI參考模型的各層功能OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸TCP/IP參考模型TCP/IP參考模型的發(fā)展TCP/IP參考模型各層的功能《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)互連的結(jié)點(diǎn)組成的，結(jié)點(diǎn)之間需要不斷地交換數(shù)據(jù)與控制信息。要做到有條不紊地交換數(shù)據(jù)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都必須遵守一些事先約定好的規(guī)則。這些規(guī)則明確地規(guī)定了所交換數(shù)據(jù)的格式和時(shí)序。這些為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定與標(biāo)準(zhǔn)被稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個(gè)要素組成：（1）語法：用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式。（2）語義：需要發(fā)出何種控制信息，以及完成的動(dòng)作與做出的響應(yīng)。（3）時(shí)序：對(duì)事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明公用電話網(wǎng)InternetLAN用戶服務(wù)器LAN防火墻遠(yuǎn)程移動(dòng)用戶路由器主交換機(jī)部門交換機(jī)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的提出在1974年，IBM公司提出了世界上第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，這就是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（SNA，systemnetworkarchitecture）。此后，許多公司紛紛提出了各自的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。這些網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的共同之處在于它們都采用了分層技術(shù)，但層次的劃分、功能的分配與采用的技術(shù)術(shù)語均不相同。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連網(wǎng)和各種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的互連成為人們迫切需要解決的課題。OSI參考模型就是在這個(gè)背景下提出與研究的?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型的產(chǎn)生1974年，ISO發(fā)布了著名的ISO/IEC7498標(biāo)準(zhǔn).它定義了網(wǎng)絡(luò)互連的7層框架.也就是開放系統(tǒng)互連（OSI，OpenSystemInternetwork）參考模型。在OSI框架下，進(jìn)一步詳細(xì)規(guī)定了每一層的功能，以實(shí)現(xiàn)開放系統(tǒng)環(huán)境中的互連性（interconnection）、互操作性（interoperation）與應(yīng)用的可移植性（portability）?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型的產(chǎn)生1974年，ISO發(fā)布了著名的ISO/IEC7498標(biāo)準(zhǔn).它定義了網(wǎng)絡(luò)互連的7層框架.也就是開放系統(tǒng)互連（OSI，OpenSystemInternetwork）參考模型。在OSI框架下，進(jìn)一步詳細(xì)規(guī)定了每一層的功能，以實(shí)現(xiàn)開放系統(tǒng)環(huán)境中的互連性（interconnection）、互操作性（interoperation）與應(yīng)用的可移植性（portability）?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型的結(jié)構(gòu)根據(jù)分而治之的原則，ISO將整個(gè)通信功能劃分為7個(gè)層次。劃分層次的主要原則是：（1）網(wǎng)中各結(jié)點(diǎn)都具有相同的層次。（2）不同結(jié)點(diǎn)的同等層具有相同的功能。（3）同一結(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層之間通過接口通信。（4）每一層可以使用下層提供的服務(wù)，并向其上層提供服務(wù)。（5）不同結(jié)點(diǎn)的同等層通過協(xié)議來實(shí)現(xiàn)對(duì)等層之間的通信。《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)將信息從一層傳送到下一層是通過命令方式實(shí)現(xiàn)的，這里的命令稱為原語（primitive）。被傳送的信息成為協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU，protocoldataunit）。在PDU進(jìn)入下層之前.會(huì)在PDU中加入新的控制信息.這種控制信息稱為協(xié)議控制信息（PCI，protocolcontrolinformation）。接下來，會(huì)在PDU中加入發(fā)送給下層的指令，這些指令稱為接口控制信息（ICI，interfacecontrolinformation）。PDU、PCI與ICI共同組成了接口數(shù)據(jù)單元（IDU，interfacedataunit）。下層接收到IDU后，就會(huì)從IDU中去掉ICI。這時(shí)的數(shù)據(jù)包被稱為服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU，servicedataunit）。隨著SDU一層層向下傳遞，每一層都要加入自己的信息。《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型的結(jié)構(gòu)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)物理層定義了為建立、維護(hù)和拆除物理鏈路所需的機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性，其作用是使原始的數(shù)據(jù)比特流能在物理媒體上傳輸。具體涉及接插件的規(guī)格、“0”、“1”信號(hào)的電平表示、收發(fā)雙方的協(xié)調(diào)等內(nèi)容?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路層比特流被組織成數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元(幀)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制正確的傳輸。將不可靠的物理鏈路改造成對(duì)網(wǎng)絡(luò)層來說無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層還要協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率，即進(jìn)行流量控制，以防止接收方因來不及處理發(fā)送方來的高速數(shù)據(jù)而導(dǎo)致緩沖器溢出及線路阻塞?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(分組)為單位進(jìn)行傳輸。主要解決如何使數(shù)據(jù)分組跨越各個(gè)子網(wǎng)從源地址傳送到目的地址的問題，這就需要在通信子網(wǎng)中進(jìn)行路由選擇。另外，為避免通信子網(wǎng)中出現(xiàn)過多的分組而造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，需要對(duì)流入的分組數(shù)量進(jìn)行控制。當(dāng)分組要跨越多個(gè)通信子網(wǎng)才能到達(dá)目的地時(shí)，還要解決網(wǎng)際互連的問題?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)傳輸層傳輸層的主要任務(wù)是完成同處于資源子網(wǎng)中的源主機(jī)和目的主機(jī)之間的連接和數(shù)據(jù)傳輸，具體功能是：①為高層數(shù)據(jù)傳輸建立、維護(hù)和拆除傳輸連接，實(shí)現(xiàn)透明的端到端數(shù)據(jù)傳送。②提供端到端的錯(cuò)誤恢復(fù)和流量控制。③信息分段與合并，將高層傳遞的大段數(shù)據(jù)分段形成傳輸層報(bào)文。④考慮復(fù)用多條網(wǎng)絡(luò)連接，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝?。傳輸層主要關(guān)心的問題是建立、維護(hù)和中斷虛電路、傳輸差錯(cuò)校驗(yàn)和恢復(fù)以及信息流量控制等。它提供“面向連接”（虛電路）和“無連接”（數(shù)據(jù)報(bào)）兩種服務(wù)?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)會(huì)話層會(huì)話層的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)會(huì)話進(jìn)程間通信的管理和同步,允許不同機(jī)器上的用戶建立會(huì)話關(guān)系，允許進(jìn)行類似傳輸層的普通數(shù)據(jù)的傳輸。會(huì)話層的具體功能是：①提供進(jìn)程間會(huì)話連接的建立、維持和中止功能，可以提供單方向會(huì)話或雙向同時(shí)進(jìn)行會(huì)話。②在數(shù)據(jù)流中插入適當(dāng)?shù)耐近c(diǎn)，當(dāng)發(fā)生差錯(cuò)時(shí)，可以從同步點(diǎn)重新進(jìn)行會(huì)話，而不需要重新發(fā)送全部數(shù)據(jù)?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)表示層表示層的主要任務(wù)是完成語法格式轉(zhuǎn)換，在計(jì)算機(jī)所處理的數(shù)據(jù)格式與網(wǎng)絡(luò)傳輸所需要的數(shù)據(jù)格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。表示層的具體功能是：

①語法變換。表示層接收到應(yīng)用層傳遞過來的以某種語法形式表示的數(shù)據(jù)之后，將其轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合在網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間傳送的以公共語法表示的數(shù)據(jù)。具體包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換;字符集轉(zhuǎn)換；圖形、文字、聲音的表示；數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù);數(shù)據(jù)加密與解密；協(xié)議轉(zhuǎn)換等。②選擇并與接收方確認(rèn)采用的公共語法類型。③表示層對(duì)等實(shí)體之間連接的建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層應(yīng)用層是OSI模型的最高層,是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與用戶之間的界面，由若干個(gè)應(yīng)用進(jìn)程(或程序)組成，包括電子郵件、目錄服務(wù)、文件傳輸?shù)葢?yīng)用程序?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)TCP/IP參考模型的發(fā)展1974年Kahn定義了最早的TCP/IP參考模型，1985年Leiner等人進(jìn)一步對(duì)它開展了研究。1988年Clark在參考模型出現(xiàn)后對(duì)其設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了改進(jìn)。Internet上的TCP/IP協(xié)議之所以能夠迅速發(fā)展，不僅因?yàn)樗敲绹姺街付ㄊ褂玫膮f(xié)議，更重要的是它恰恰適應(yīng)了世界范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)通信的需要。TCP/IP協(xié)議具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以免費(fèi)使用，并且獨(dú)立于特定的計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)。（2）獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)，更適用于互聯(lián)網(wǎng)中。（3）統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得整個(gè)TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有惟一的地址。（4）標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務(wù)?！队?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與維護(hù)》2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)TCP/IP參考模型應(yīng)用層傳輸層互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層《計(jì)