計算機網(wǎng)絡的分類及體系結構

計算機網(wǎng)絡的定義與發(fā)展軟件學院實訓中心周建美目錄1計算機網(wǎng)絡的分類2計算機網(wǎng)絡的體系結構《計算機網(wǎng)絡應用與維護》《計算機網(wǎng)絡應用與維護》1計算機網(wǎng)絡的分類按地理范圍局域網(wǎng)城域網(wǎng)廣域網(wǎng) 按拓撲結構星型拓撲結構 總線型拓撲結構環(huán)型拓撲結構樹型拓撲結構按傳榆介質同軸電纜雙絞線光纖無線按通信協(xié)議CSMAX.25TCP/IP《計算機網(wǎng)絡應用與維護》1計算機網(wǎng)絡的分類按地理范圍分類局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork）簡稱LAN，它是連接近距離計算機的網(wǎng)絡，覆蓋范圍從幾米到數(shù)公里。例如辦公室或實驗室的網(wǎng)、同一建筑物內的網(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，覆蓋范圍為幾十公里，大約是一個城市的規(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，覆蓋一個國家、地區(qū)或橫跨幾個洲，形成國際性的遠程網(wǎng)絡。內容LANWAN范圍概述較小范圍計算機通信網(wǎng)遠程網(wǎng)或公用通信網(wǎng)網(wǎng)絡覆蓋的范圍20千米以內幾千米到幾萬千米，可跨國界，洲界數(shù)據(jù)傳輸速率1Mbps~16Mbps~10Gbps9.6Kbps~2Mbps~45Mbps,10Gbps傳輸介質有線介質：同軸電纜，雙絞線，光纜。無線介質：微波、衛(wèi)星有線或無線傳輸介質和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)；PSTN、DDN、ISDN、光纜、衛(wèi)星、微波信息誤碼率低高拓撲結構簡單、總線型、星型、環(huán)型、網(wǎng)狀復雜、網(wǎng)狀用戶安全各單位專用無政府狀態(tài)《計算機網(wǎng)絡應用與維護》1計算機網(wǎng)絡的分類按拓撲結構分類拓撲結構就是網(wǎng)絡的物理連接形式。如果不考慮實際網(wǎng)絡的地理位置，把網(wǎng)絡中的計算機看作一個節(jié)點，把通信線路看作一根連線，這就抽象出計算機網(wǎng)絡的拓撲結構。局域網(wǎng)的拓撲結構主要有星型、總線型和環(huán)型三種?！队嬎銠C網(wǎng)絡應用與維護》1計算機網(wǎng)絡的分類總線型拓撲結構所有節(jié)點都直接連到一條主干電纜上，這條主干電纜就稱為總線。該類結構沒有關鍵性節(jié)點，任何一個節(jié)點都可以通過主干電纜與連接到總線上的所有節(jié)點通信。總線型網(wǎng)是典型的廣播式網(wǎng)絡《計算機網(wǎng)絡應用與維護》1計算機網(wǎng)絡的分類星型拓撲結構以一臺設備作為中央節(jié)點，其他外圍節(jié)點都單獨連接在中央節(jié)點上。各外圍節(jié)點之間不能直接通信，必須通過中央節(jié)點進行通信?！队嬎銠C網(wǎng)絡應用與維護》1計算機網(wǎng)絡的分類環(huán)型拓撲結構各節(jié)點形成閉合的環(huán)，信息在環(huán)中作單向流動，可實現(xiàn)環(huán)上任意兩節(jié)點間的通信?！队嬎銠C網(wǎng)絡應用與維護》1計算機網(wǎng)絡的分類樹型拓撲結構樹型拓撲結構是總線型結構的擴展，它在總線網(wǎng)上加上分支，其傳輸分支可以有多條分支。有一定容錯能力，一般一個分支和結點故障不會影響另外一分支結點的工作。《計算機網(wǎng)絡應用與維護》1計算機網(wǎng)絡的分類混合結構混合結構是將多種拓撲結構的局域網(wǎng)連在一起而形成的?；旌贤負浣Y構的網(wǎng)絡兼并了不同拓撲結構的優(yōu)點。《計算機網(wǎng)絡應用與維護》1計算機網(wǎng)絡的分類按傳榆介質分類傳輸介質就是指用于網(wǎng)絡連接的通信線路。目前常用的傳輸介質有同軸電纜、雙絞線、光纖、衛(wèi)星、微波等有線或無線傳輸介質，相應地可將網(wǎng)絡分為同軸電纜網(wǎng)、雙絞線網(wǎng)、光纖網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)和無線網(wǎng)?！队嬎銠C網(wǎng)絡應用與維護》1計算機網(wǎng)絡分類按通信協(xié)議分類通信協(xié)議是指網(wǎng)絡中的計算機進行通信所共同遵守的規(guī)則或約定。在不同的計算機網(wǎng)絡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)絡可以稱為“×××協(xié)議網(wǎng)”《計算機網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡協(xié)議與結構概述網(wǎng)絡協(xié)議層次與接口網(wǎng)絡體系結構的提出OSI參考模型 OSI參考模型的產生OSI參考模型的概念OSI參考模型的結構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《計算機網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡協(xié)議計算機網(wǎng)絡是由多個互連的結點組成的，結點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)，每個結點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)的格式和時序。這些為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定與標準被稱為網(wǎng)絡協(xié)議。網(wǎng)絡協(xié)議主要由以下三個要素組成：（1）語法：用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結構與格式。（2）語義：需要發(fā)出何種控制信息，以及完成的動作與做出的響應。（3）時序：對事件實現(xiàn)順序的詳細說明公用電話網(wǎng)InternetLAN用戶服務器LAN防火墻遠程移動用戶路由器主交換機部門交換機《計算機網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構《計算機網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構《計算機網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構的提出在1974年，IBM公司提出了世界上第一個網(wǎng)絡體系結構，這就是系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結構（SNA，systemnetworkarchitecture）。此后，許多公司紛紛提出了各自的網(wǎng)絡體系結構。這些網(wǎng)絡體系結構的共同之處在于它們都采用了分層技術，但層次的劃分、功能的分配與采用的技術術語均不相同。隨著信息技術的發(fā)展，各種計算機系統(tǒng)連網(wǎng)和各種計算機網(wǎng)絡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背景下提出與研究的?！队嬎銠C網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構OSI參考模型的產生1974年，ISO發(fā)布了著名的ISO/IEC7498標準.它定義了網(wǎng)絡互連的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，進一步詳細規(guī)定了每一層的功能，以實現(xiàn)開放系統(tǒng)環(huán)境中的互連性（interconnection）、互操作性（interoperation）與應用的可移植性（portability）?！队嬎銠C網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構OSI參考模型的產生1974年，ISO發(fā)布了著名的ISO/IEC7498標準.它定義了網(wǎng)絡互連的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，進一步詳細規(guī)定了每一層的功能，以實現(xiàn)開放系統(tǒng)環(huán)境中的互連性（interconnection）、互操作性（interoperation）與應用的可移植性（portability）?！队嬎銠C網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構OSI參考模型的結構根據(jù)分而治之的原則，ISO將整個通信功能劃分為7個層次。劃分層次的主要原則是：（1）網(wǎng)中各結點都具有相同的層次。（2）不同結點的同等層具有相同的功能。（3）同一結點內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，并向其上層提供服務。（5）不同結點的同等層通過協(xié)議來實現(xiàn)對等層之間的通信。《計算機網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構將信息從一層傳送到下一層是通過命令方式實現(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進入下層之前.會在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，就會從IDU中去掉ICI。這時的數(shù)據(jù)包被稱為服務數(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?！队嬎銠C網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構OSI參考模型的結構《計算機網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構物理層定義了為建立、維護和拆除物理鏈路所需的機械的、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”信號的電平表示、收發(fā)雙方的協(xié)調等內容?！队嬎銠C網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構數(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)進行傳輸，實現(xiàn)二進制正確的傳輸。將不可靠的物理鏈路改造成對網(wǎng)絡層來說無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層還要協(xié)調收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率，即進行流量控制，以防止接收方因來不及處理發(fā)送方來的高速數(shù)據(jù)而導致緩沖器溢出及線路阻塞。《計算機網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡協(xié)議數(shù)據(jù)單元(分組)為單位進行傳輸。主要解決如何使數(shù)據(jù)分組跨越各個子網(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)絡阻塞，需要對流入的分組數(shù)量進行控制。當分組要跨越多個通信子網(wǎng)才能到達目的地時，還要解決網(wǎng)際互連的問題。《計算機網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構傳輸層傳輸層的主要任務是完成同處于資源子網(wǎng)中的源主機和目的主機之間的連接和數(shù)據(jù)傳輸，具體功能是：①為高層數(shù)據(jù)傳輸建立、維護和拆除傳輸連接，實現(xiàn)透明的端到端數(shù)據(jù)傳送。②提供端到端的錯誤恢復和流量控制。③信息分段與合并，將高層傳遞的大段數(shù)據(jù)分段形成傳輸層報文。④考慮復用多條網(wǎng)絡連接，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝?。傳輸層主要關心的問題是建立、維護和中斷虛電路、傳輸差錯校驗和恢復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）兩種服務?！队嬎銠C網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構會話層會話層的主要任務是實現(xiàn)會話進程間通信的管理和同步,允許不同機器上的用戶建立會話關系，允許進行類似傳輸層的普通數(shù)據(jù)的傳輸。會話層的具體功能是：①提供進程間會話連接的建立、維持和中止功能，可以提供單方向會話或雙向同時進行會話。②在數(shù)據(jù)流中插入適當?shù)耐近c，當發(fā)生差錯時，可以從同步點重新進行會話，而不需要重新發(fā)送全部數(shù)據(jù)?！队嬎銠C網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構表示層表示層的主要任務是完成語法格式轉換，在計算機所處理的數(shù)據(jù)格式與網(wǎng)絡傳輸所需要的數(shù)據(jù)格式之間進行轉換。表示層的具體功能是：

①語法變換。表示層接收到應用層傳遞過來的以某種語法形式表示的數(shù)據(jù)之后，將其轉變?yōu)檫m合在網(wǎng)絡實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)格式轉換;字符集轉換；圖形、文字、聲音的表示；數(shù)據(jù)壓縮與恢復;數(shù)據(jù)加密與解密；協(xié)議轉換等。②選擇并與接收方確認采用的公共語法類型。③表示層對等實體之間連接的建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放?！队嬎銠C網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構應用層應用層是OSI模型的最高層,是計算機網(wǎng)絡與用戶之間的界面，由若干個應用進程(或程序)組成，包括電子郵件、目錄服務、文件傳輸?shù)葢贸绦颉！队嬎銠C網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸《計算機網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構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等人進一步對它開展了研究。1988年Clark在參考模型出現(xiàn)后對其設計思想進行了改進。Internet上的TCP/IP協(xié)議之所以能夠迅速發(fā)展，不僅因為它是美國軍方指定使用的協(xié)議，更重要的是它恰恰適應了世界范圍內的數(shù)據(jù)通信的需要。TCP/IP協(xié)議具有以下幾個特點：（1）開放的協(xié)議標準，可以免費使用，并且獨立于特定的計算機硬件與操作系統(tǒng)。（2）獨立于特定的網(wǎng)絡硬件，可以運行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)，更適用于互聯(lián)網(wǎng)中。（3）統(tǒng)一的網(wǎng)絡地址分配方案，使得整個TCP/IP設備在網(wǎng)中都具有惟一的地址。（4）標準化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務?！队嬎銠C網(wǎng)絡應用與維護》2計算機網(wǎng)絡體系結構TCP/IP參考模型應用層傳輸層互聯(lián)網(wǎng)絡層主機-網(wǎng)絡層《計