計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與Internet應(yīng)用課件第1章 計算機網(wǎng)絡(luò)概述

第1章

計算機網(wǎng)絡(luò)概述

計算機網(wǎng)絡(luò)的定義和功能計算機網(wǎng)絡(luò)的分類及體系結(jié)構(gòu)TCP/IP參考模型計算機網(wǎng)絡(luò)的組成及主要性能指標(biāo)三種數(shù)據(jù)交換方式：電路交換、報文交換、分組交換

1．具有通信功能的單機系統(tǒng)2．具有通信功能的多機系統(tǒng)3．計算機—計算機網(wǎng)絡(luò)1.1.1計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的歷史階段4.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展方向局域網(wǎng)技術(shù)

三網(wǎng)合一:電話通信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和計算機通信網(wǎng)

把分布在不同地理位置上的具有獨立功能的多臺計算機、終端及其附屬設(shè)備在物理上互連，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相互通信，以共享硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源為目標(biāo)的系統(tǒng)稱作計算機網(wǎng)絡(luò)。

1.1.2

計算機網(wǎng)絡(luò)的定義和功能

（1）數(shù)據(jù)通信1）傳輸文件網(wǎng)絡(luò)能快速地、不需要交換軟盤就可在計算機與計算機之間進(jìn)行文件拷貝。2）使用電子郵件（E-mail）用戶可以將計算機網(wǎng)絡(luò)作為郵局，向網(wǎng)絡(luò)上的其他計算機用戶發(fā)送備忘錄、報告和報表等。2.計算機網(wǎng)絡(luò)的功能

資源共享指的是網(wǎng)上用戶能夠部分或全部地使用計算機網(wǎng)絡(luò)資源，使計算機網(wǎng)絡(luò)中的資源互通有無、分工協(xié)作。分為：

共享硬件資源

共享軟件資源

共享數(shù)據(jù)

（2）資源共享

3．計算機系統(tǒng)可靠性和可用性的提高4．易于進(jìn)行分布處理

1.1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

計算機網(wǎng)絡(luò)首先是把分布在不同地理位置上的具有獨立功能的多臺計算機、終端及其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在物理上互連，那么所連接的設(shè)備形成的計算機網(wǎng)絡(luò)在規(guī)模大小上千差萬別，而且差別非常的懸殊。一般來說，局域網(wǎng)都是用在一些局部的、地理位置相近的場合，廣域網(wǎng)則與局域網(wǎng)相反，它可以用于地理位置相差甚遠(yuǎn)的場合，局域網(wǎng)中包含的計算機數(shù)目一般相當(dāng)有限，廣域網(wǎng)中包含的機器數(shù)目則可高達(dá)幾百萬臺。廣域網(wǎng)是由多個局域網(wǎng)組成的局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的區(qū)別：l

校園網(wǎng)（CompusNetwork）把地理上分散的建筑物連為一體，使用的傳輸媒體一般是高速骨干線，如光纖、干線電纜等。在它所連接的建筑物的里面，可能有很多的局域網(wǎng)。l

城域網(wǎng)（MAN，MetropolitanAreaNetwork）城域網(wǎng)的作用范圍介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間。它可能覆蓋一組鄰近的公司辦公室和一個城市，既可能是私有的也可能是公用的。在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)類型之間還有一些有意思的變種①

按建設(shè)計算機網(wǎng)絡(luò)的屬性來分：公用網(wǎng)和專用網(wǎng)。②

按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來分：星形、總線形、環(huán)形、樹形、全互連形和不規(guī)則形。按信息的交換方式來分：電路交換、報文交換和報文分組交換。另外計算機網(wǎng)絡(luò)還可以有其的劃分方法。如

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

全互連型拓?fù)?.2

計算機網(wǎng)絡(luò)的組成及性能指標(biāo)

1.2.1計算機網(wǎng)絡(luò)組成計算機網(wǎng)絡(luò)要完成數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)通信兩大基本功能，其組成從宏觀上看主要包括：計算機系統(tǒng)、通信鏈路

和

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；從邏輯上看主要包括：資源子網(wǎng)

和

通信子網(wǎng)，其中資源子網(wǎng)由負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理的主計算機（HOST）與終端組成；

1．資源子網(wǎng)

子網(wǎng)概念的提出主要是基于網(wǎng)絡(luò)是由計算機和通信系統(tǒng)組成的這個網(wǎng)絡(luò)的基本定義，其中負(fù)責(zé)信息處理的子網(wǎng)稱為資源子網(wǎng)。資源子網(wǎng)由負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理的主計算機（HOST）與終端組成。資源子網(wǎng)的主要功能是提供資源共享所需的硬件、軟件及數(shù)據(jù)等資源，提供訪問計算機網(wǎng)絡(luò)和處理數(shù)據(jù)的能力2．通信子網(wǎng)

通信子網(wǎng)由負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信處理的通信控制設(shè)備與通信介質(zhì)（或稱通信線路）組成網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的連接，主要包括路由器、局域網(wǎng)中的交換機、網(wǎng)橋、集線器以及網(wǎng)絡(luò)連線等。1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1.傳輸速率⑴調(diào)制速率調(diào)制是將基帶數(shù)字脈沖信號變換為適合在線路上傳輸?shù)哪骋活l率載波信號的過程。調(diào)制過程中，單位時間內(nèi)調(diào)制波形的變換次數(shù)（即單位時間內(nèi)能進(jìn)行的調(diào)制次數(shù)）叫做調(diào)制速率（也稱為波特率）。如果單位調(diào)制信號波的時間長度為T（秒），則調(diào)制速率如下：

RB=1/T

（波特）1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)⑵帶寬

在計算機網(wǎng)絡(luò)中，帶寬用來表示網(wǎng)絡(luò)的通信線路所能傳送數(shù)據(jù)的能力，因此網(wǎng)絡(luò)帶寬表示在單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)中的某一個結(jié)點到另一點所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”，在這種意義上的帶寬單位是比特每秒，記為bit/s。

1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)2.誤碼率在接收端收到數(shù)據(jù)的差錯程度是數(shù)據(jù)通信質(zhì)量最重要的指標(biāo)，一般用誤碼率Pe表示。

1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)3.可靠性可靠性通常用來表示系統(tǒng)在給定時間間隔內(nèi)能正常工作的概率。影響系統(tǒng)可靠性的因素很多，如系統(tǒng)設(shè)備的可靠性、信道的質(zhì)量、操作人員的素質(zhì)與狀態(tài)等。

1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)4.功率利用率和頻帶利用率⑴

功率利用率以比特差錯小于某一規(guī)定值時所要求的最低歸一化信噪比（每比特的信號能量和噪聲單邊功率譜密度的比值）衡量。所要求的信噪比越低，則功率利用率越高。

1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)4.功率利用率和頻帶利用率⑴

功率利用率以比特差錯小于某一規(guī)定值時所要求的最低歸一化信噪比（每比特的信號能量和噪聲單邊功率譜密度的比值）衡量。所要求的信噪比越低，則功率利用率越高。

1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)⑵

頻帶利用率頻帶利用率是描述數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬之間關(guān)系的一個指標(biāo)，也是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有效性的指標(biāo)，是單位頻帶內(nèi)所能傳輸?shù)男畔⑺俾?/p>

1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)5.時延時延是指一個數(shù)據(jù)包從一個網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時間，其主要由發(fā)送時延、傳播時延、處理等待時延組成。（1）發(fā)送時延

發(fā)送時延

＝

數(shù)據(jù)塊長度（比特）／信道帶寬（比特/秒）1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)5.時延（2）傳播時延是指電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。

傳播時延

=信道長度（米）／信號在信道上的傳播速率（米/秒）1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)（3）處理時延是指交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費的時間。

數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時延就是以上三種時延之和：

總時延

=傳播時延

+發(fā)送時延

+排隊時延計算機網(wǎng)絡(luò)是由多種計算機和各類終端通過通信線路連接起來的復(fù)合系統(tǒng)。1974年，美國的IBM公司宣布了它研制的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA開放系統(tǒng)互連基本參考模型OSI/RM（OpenSystemsInterconnectionReferenceModel），簡稱為OSI1.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成

OSI開放劃分成七個層次，這七層由低至高分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。好處：（1）各層之間是獨立的。（2）靈活性好。（3）結(jié)構(gòu)上可分割開。（4）易于實現(xiàn)和維護(hù)。（5）能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。

1.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成

在計算機網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，就必要遵守一些事先約定好的規(guī)則，這些為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定即稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（networkprotocol）2.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個要素組成：（1）語法，即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式；（2）語義，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應(yīng)；（3）同步，即事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明2.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

1.物理層物理層傳輸數(shù)據(jù)的單位是比特。

物理層主要關(guān)心的是在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)的比特流。物理層在設(shè)計時涉及的主要問題有哪些？物理層提供為建立、維護(hù)和拆除物理鏈路所需要的機械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性。1.3.2OSI的參考模型

2.數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層傳輸數(shù)據(jù)的單位是幀，數(shù)據(jù)幀的幀格式中包括的信息有：地址信息部分、控制信息部分、數(shù)據(jù)部分、校驗信息部分。

1.3.2OSI的參考模型

數(shù)據(jù)鏈路層的主要作用是通過數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議（即鏈路控制規(guī)程），在不太可靠的物理鏈路上實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

數(shù)據(jù)鏈路層還要解決如下一些主要問題：

（1）代碼透明性的問題。

（2）流量控制的問題。

（3）幀重復(fù)問題。

1.3.2OSI的參考模型

3.網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層傳送的數(shù)據(jù)單位是報文分組或數(shù)據(jù)包。

網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是要選擇最佳的路由，使發(fā)送站的運輸層所傳下來的報文能夠正確無誤地按照目的地址找到目的站，并交付給目的站的運輸層。

網(wǎng)絡(luò)層還要解決擁塞控制問題。

1.3.2OSI的參考模型

4.運輸層

運輸層信息的傳送單位是報文。運輸層的基本功能是從會話層接收數(shù)據(jù)報文，并且當(dāng)所發(fā)送的報文較長時，先要在運輸層里把它分割成若干個報文分組，然后再交給它的下一層（即網(wǎng)絡(luò)層）進(jìn)行傳輸。

分流技術(shù)

復(fù)用技術(shù)

1.3.2OSI的參考模型

5.會話層

用戶和網(wǎng)絡(luò)的接口，這是進(jìn)程到進(jìn)程之間的層次。會話層的主要功能歸結(jié)為：允許在不同主機上的各種進(jìn)程間進(jìn)行會話。1.3.2OSI的參考模型

6.表示層

表示層管理抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且在計算機內(nèi)部表示和網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)表示法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也即表示層關(guān)心的是數(shù)據(jù)傳送的語義和語法兩個方面的內(nèi)容。表示層的另一功能是數(shù)據(jù)的加密和解密表示層所提供的功能還有文本的壓縮功能1.3.2OSI的參考模型

7.應(yīng)用層應(yīng)用層是OSI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的頂層，是計算機網(wǎng)絡(luò)與最終用戶的界面，為網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信提供專用的程序。應(yīng)用層的另一個功能是文件傳輸協(xié)議FTP。1.3.2OSI的參考模型

1.3.3TCP/IP參考模型

1.網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口層不是TCP/IP協(xié)議的一部分，但它是TCP/IP賴以存在的與各種通信網(wǎng)之間的接口。TCP/IP對網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有給出具體的規(guī)定。

1.3.3TCP/IP參考模型

網(wǎng)際層網(wǎng)際層有5個主要的協(xié)議：網(wǎng)際協(xié)議IP、Internet組管理協(xié)議IGMP、Internet控制報文協(xié)議ICMP、地址解析協(xié)議APR和反向地址解析協(xié)議RARP。IP、IGMP、ICMP、ARP、RARP協(xié)議的主要作用？網(wǎng)際層的主要功能是使主機可以把分組發(fā)往任何網(wǎng)絡(luò)并使分組獨立地傳向目標(biāo)（可能經(jīng)由不同的網(wǎng)絡(luò)）。

1.4.3TCP/IP參考模型1.3.3TCP/IP參考模型

3.運輸層TCP/IP的運輸層提供了兩個主要的協(xié)議，即傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP，運輸層的功能是使源主機和目的主機的對等實體之間可以進(jìn)行會話。面向連接與面向無連接的區(qū)別？

1.4.3TCP/IP參考模型