计算机网络技术教案文档格式.docx

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1、网络接口功能：

实现资源子网和通信子网的接口功能

2、存储/转发功能：

对进入网络传输的数据信息提供转发功能

3、网络控制功能：

为数据提供路径选择、流量控制等功能

包括通信处理机通信设备与通信线路

1.2.3开放的计算机网络

一、网络体系结构的标准化

IBM的SNA（系统网络结构）-1974

DEC的DNA（分布型网络的数字网络体系）-1975

ISO的OSIRM（开放系统互连参考模型）-1977/1983

IEEE的IEEE802标准-1980年，

二、网络的高速发展：

ETHERNET（以太网）

Internet

三、发展方向

高速：

带宽的增加达到Gbps

互连：

IntranetExtranetInternet/InternetⅡ

智能：

服务（QoS）管理

1.3计算机网络的分类

一、计算机网络有多种分类标准，如按传输技术（广播、点对点）、通信介质（有线、无线）、按数据交换方式（报文、分组、虚拟分组）、通信速率（宽带、窄带）和使用范围（私有、公有）等。

最普遍的是按地理范围划分：

局域网（Localareanetworks，LANs）

广域网（Wideareanetworks，WANs）

城域网（Metropolitanareanetworks，MANs）

1、典型的局域网技术举例:

•Ethernet•Token-Ring•FDDI

2、典型的广域网技术有：

Modems

ISDN（IntegratedServicesDigitalNetwork）

DSL（DigitalSubscriberLoop）•Framerelay

ATM（AsynchronousTransferMode）

T-CarrierSeries（T1,T3,etc.）

SONET（SynchronousOpticalNetwork）

1.4计算机网络的功能和应用

一、计算机网络的功能

1、资源共享：

程序、打印机

2、快速传输信息：

E-MAIL

3、数据信息的集中和综合处理：

网络数据库应用系统

4、资源的可用性与可靠性：

平衡负载、后备

5、任务的分布处理

二、计算机网络的应用

1、信息检索

2、现代化的通信方式

3、办公自动化

4、管理信息系统

5、电子商务

6、远程教育与E-Learning

7、远程医疗

8、生活娱乐

1.5计算机网络的组成与结构

见前面

重点反复强调

1.6计算机网络拓朴结构

一、数学中的图论

二、网络的拓朴结构：

将通信子网中的具体设备视为“点或线”采用拓朴学的方法抽象出的关于节点与链路的几何构型

三、常见的网络拓朴结构

•总线型•星型•树型•环型•网状型

为什么要研究网络的拓朴结构

网络拓朴结构是决定网络性能的主要因素。

构造网络时，首先要选择采用何种网络拓朴结构来物理连接所有的节点与计算机。

1、线性总线

（Ethernet）

所有节点直接连到一条物理链路上，除此之外节点间不存在任何其他连接。

每一个节点可以收到来自其他任何节点所发送的信息

优点：

简单、易于实现

缺点：

可靠性和灵活性差、传输延时不确定

2、环型结构

（Token-Ring）

节点与链路构成了一个闭合环，每个节点只与相邻的两个节点相连。

每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点。

简单、易于实现，传输延时确定。

维护与管理复杂

双环

（FDDI）

两个非相连的独立同心环

主环+备用环（同一时刻只有一个环在使用）

在单环之上增加了高度的可靠性。

维护与管理复杂，投资大

3、星型（Ethernet）

网络由各节点以中央节点为中心相连接，各节点与中央节点以点对点方式连接。

节点之间的数据通信要通过中央节点

结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。

中心节点成为全网可靠性的关键

4、扩展星型

（campus-based）

星型结构的重复（中央星型拓朴上的节点是另一个星型拓朴的中心节点）.

减少了链路与设备的投资

在星型的优点之外，更富于层次，从而可隔离某些网络流量

5、层次结构（LAN/WAN）又称树型结构

数据流具有明显的层次性

6、网状结构（广域网）

又称无规则型。

结点间的连接是任意的，不存在规律。

是目前

数据的传输有赖于所采用的网络设备

多条链路提供了冗余连接

结构复杂

7、完全网状结构

每一个节点均与其他每一个节点直接相连。

链路随着节点数目的增加呈指数增长。

Homework

复习本章内容p171，2，3，4.3，4.4

预习下一章（计算机网络的体系结构）

为什么要分层？

体系结构中的相关术语和概念

OSI的各层及功能

TCP/IP及其与OSI的比较

第二章计算机网络体系结构

计算机网络体系结构的概念

ISO/OSIModel

TCP/IP

ISO/OSIModel和TCP/IP的比较

重点与难点

计算机网络体系结构（层，服务，接口，协议）

ISO/OSI模型（物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层）

数据封装（APDU，PPDU，SPDU，分段，分组或包，帧，比特）

2.1计算机网络体系结构概述

一、网络通信的一般模型

计算机网络所采用的一般模型为层次模型.

二、为什么要分层?

以文件传输为例说明网络传输的复杂性

●线路质量问题

●寻址问题

●选路问题

●传输中错误问题

●拥塞问题

●速度匹配问题

●文件系统不同问题

●多用户问题

分层的目的是为了降低复杂性，提高灵活性----“分而治之，各个击破”

以邮件传递为例说明分层的好处：

三、分层的原则

●分层是根据功能的抽象分层

●每个层次所要实现的功能或服务均有明确的规定

●不同的系统分成相同的层次，对等层次具有相同功能。

●每层功能的选择应有利于标准化

●高层使用下层提供的服务时，下层服务的实现是不可见的

●层次的数目要适当（太少功能不明确，太多体系结构过于庞大）

与层次模型相关的若干术语

1、源和目标

源：

通信过程中，数据的发送方

目标：

通信过程中，数据的接收方

2、实体与对等实体

Entity（实体）：

每一层上的活动元素，包括实现该层功能的所有硬件与软件

Peer-peerentity（对等实体）：

相互通信的两个不同机器上的同一层次

4、服务与接口

Service（服务）：

每一层为上一层所提供的功能称为服务。

N层使用N-1层所提供的服务，向N+1层提供更高的服务。

Interface（接口）：

定义下层向其相邻的上层提供的服务及原语操作，但服务的实现细节对上层是透明的（不可见的）。

5、协议与协议数据单元

●协议（Protocols）和N层协议

●协议可以使通信更有效地进行。

●从源到目标还会出现数据传送的混乱

定义:

为网络通信所制定的一组规则、约定和标准。

网络通信是一种层到层的对等通信，第N层上的通信规则或约定称为N层协议

6、协议的三大要素

语法：

定义数据和控制信息的格式

语义：

规定协议语法成分的含义

时序：

协议语法成分的顺序和速度匹配关系

关于协议要素的比喻

例1：

信封的格式由语法来定义，而格式的含义由语义来规定。

例2：

老师讲课：

中文语法规则

语意：

有意义的中文，含有一定的信息量，言之有物

老师先讲，同学提问

7、数据单元（PDU）

●按每层协议所采用的数据格式，被对等实体用于执行其相同的协议

●网络中所传送的数据的逻辑组成单元

●从高层到下层，存在数据的封装过程

●从下层到高层，存在数据的拆封过程

四、计算机网络的体系结构

1、定义：

网络功能分层结构与各层协议的统称。

不同的网络体系结构中分层的数量、各层的名称、内容与功能会有所不同。

网络体系结构的例子：

DEC的DNA（分布型网络的数字网络体系）-1975

2、网络体系结构的标准化

●Early1980’s---Mid1980’s

●计算机网络规模与数量的急剧增长

●许多不同规格与实现的网络产品之间难以进行互操作

●专用系统的严重阻碍了计算机网络的发展

3、专用技术与开放技术的对比

专用（Proprietary）：

个别厂商开发、拥有并控制一个公司或一个公司集团掌握了整个技术

开放（Open）:

技术的免费使用是对公众开放的，不同厂商的网络产品可以互相兼容，进行互操作.

五、ISO的计算机网络体系结构模型

1、通过对当时已有的计算机网络体系结构进行研究，借鉴其精华之处，于1984年公布了一个标准（文件ISO7048）。

2、OSIRM（OpenSystemInterconnectingReferenceMode）l

一个概念模型，并未确切描述用于各层的协议和服务，所以并不是严格意义上的体系结构

目前在计算机网络通信中的主流模型

3、OSI模型的意义

Interoperable能共同操作的（0）能共同使用的

Facilitate促进

4、OSI中的数据传输

数据流从源的上层逐层流向下层，在目的端则由下层逐层流向上层

源–数据封装:

APDU->

PPDU->

SPDU->

Segments->

Packet->

Frame->

Bits

目的–数据的拆封:

Bits->

frame->

Segment->

APDU

数据封装的例子

5、OSI模型各层的名称和功能

Layer7:

应用层

Layer6:

表示层

Layer5:

会话层

Layer4:

传输层

Layer3:

网络层

Layer2:

数据链路层

Layer1:

物理层

1、物理层的功能

负责实际或原始的数据“位（BIT）”传送，通过传输介质将比特流由一个节点传向另一个节点。

节点通常分为DTE与DCE两大类。

DTE为用户端接设备，DCE为数据控制设备。

该层协议的功能是定义网络物理设备DTE/DCE的接口。

物理层协议具有四个特性：

机械特性：

设备接插件的规格、尺寸、引脚数量和排列等

电气特性：

信号电平的高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制等

功能特性：

物理接口上各信号线的功能

规程特性：

利用各信号线传输二进制位流的一组操作规程，即各信号线工作的规则和先后顺序。

如何建立与拆除物理连接、全双工或半双工、同步还是异步传输。

2、数据链路层的功能

●实现两个相邻的机器间的无差错的传输。

通过对物理层提供的原始比特流传输服务的加强，向网络层提供服务

●成帧：

规定数据链路层最小的数据传送逻辑单位——帧的类型和格式。

将从网络层接收的信息分组组成帧后传送给物理层，由物理层传送到对方的数据链路层。

●物理寻址和对网络拓朴的存取

●差错控制：

在信息帧中带有校验字段，当接收方收到帧时，按照选定的差错控制方法进行校验，在发现差错时进行差错处理。

●流量控制：

协调发送方与接收方的数据流量，使发送速率不要超过接收方速率。

●共享介质环境中的介质访问控制

●链路管理：

建立、维持与释放数据链路。

3、网络层的功能

●涉及将源端发出的数据（分组）经各种途径送到目的端，从源端到目的端可能要经过许多的中间节点---互连和路径选择（源网络-目标网络）

●通信子网的最高层，但是处理端到端（主机—主机）数据传输的最低层。

●信息分组的类型和格式

●逻辑寻址

●路由和转发

●拥塞控制

4、传输层的功能

●为高层数据传输建立、维护与拆除传输连接，实现透明的端到端的传输（主机-主机）

●真正意义上的从源到目标的“端到端”层，源端的某程序与源端的“类似”程序进行对等通信

●屏蔽了上三层（面向应用）和下三层（面向数据传输）之间的界限，弥补网络所提供的服务质量的不足，提供可靠的网络服务

●信息的分段（源端）和合并（目标端）

●流量控制和差错恢复

●多路复用

5、会话层的功能

●建立、管理和终结不同机器上的应用程序或进程间的会话

●为表示层提供服务

●会话（Dialogue）的管理：

令牌（Token）

●会话的同步检查点（Checkpoint）

6、表示层的功能

●表示层以下各层只关心可靠的数据传输，而表示层关心的是所传送数据的语法和语义。

完成语法格式的转换

●不同的计算机可能有不同的内部数据表示（抽象语法），表示层收到应用层传过来的某种语法形式的数据后，将其转换成适合在网络实体间传送的公共语法（传送语法）表示的数据。

包括数据表示格式和转换、数据压缩、加密与解密、协议转换等

●与接收方协商所采用的公共语法类型

●表示层对等实体间连接的建立、数据传送与连接释放。

7、应用层的功能

●OSI的最高层，也是离用户最近的层，是计算机网络与用户之间的界面

●由若干的应用进程或程序组成。

网络通过应用层为用户提供多种网络服务。

●常见应用层服务：

目录服务

电子邮件

文件传输

虚拟终端

前面我们说的通信子网指的就是1、2、3层。

2.3TCP/IP模型

一、TCP/IP与Internet

20世纪70年代中期：

ARPA实现异种网互连，TCP/IP出现

1980年前后：

ARPA将ARPA上的所有机器转向该协议，并资助开发用于UNIX的TCP/IP协议

1985年：

NFS涉及TCP/IP协议的研究与开发，其所资助的所有网络机构均采用该协议

NOW：

若干协议组成的完整的协议簇/一个网络协议体系。

二、异种网络互连的唯一协议体系，适用于不同机型（从PC到巨型机）、不同类型的网络（从局域网到广域网）。

2.3.2TCP/IP模型中的各层主要协议

1、主要协议的名称

FTP:

filetransportprotocol

DNS:

domainnameservice

HTTP:

hypertexttransferprotocol

SMTP:

simplemailtransportprotocol

TFTP:

trivialfiletransportprotocol

TCP：

transportcontrolprotocol

UDP:

userdatagramprotocol

IP：

internetprotocol

2、关于TCP/IP的说明

●TCP/IP是OSI模型之前的产物，所以两者间不存在严格的对应关系。

●不存在与OSI中的物理层与数据链路层相对应的部分。

因为TCP/IP用于异构网络的互连，支持各种网络拓朴结构，所以在该两层无限定。

●最主要的协议是TCP协议与IP协议。

两者可联合使用，也可单独与其他协议配合使用。

3、两种模型的对比：

A、类似之处

●均为层次结构

●存在可比的传输层和网络层

●均有应用层，但其所提供的服务有所不同

●均是一种基于协议数据单元的包交换网络

●作为概念上的模型和事实上的标准，具有同等的重要性

B、不同之处

●TCP/IP将OSI中的上三层合并成了一个应用层

●TCP/IP将OSI中的下地层合并成了一个网络存取层

●TCP/IP由于层次更少显得比OSI更简洁

●TCP/IP作为从INTERNET上发展起来的协议，已成了网络互连的事实标准，但目前还没有按OSI实现的网络产品。

●OSI仅作为理论的参考模型被广泛使用。

复习本章内容

在常规的复习总结之外，分析考虑如下问题：

OSI模型或TCP/IP模型如何与你所知道的INTERNET上的数据传输联系起来？

举例说明。

预习下一章的部分内容（数据通信基础）

有哪些相关的术语？

数据通信要解决什么问题？

有哪些数据编码方式？

第三章物理层

数据通信的基础知识

传输介质

物理层的网络互连设备

物理接口

重点和难点

信息/数据/信号

模拟通信和数字通信信道，介质，）

基带传输/数字数据编码（NRZ，曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码）

频带传输/模拟数据编码（调制，解调，幅移键控，频移键控，相移键控）

信道带宽/数据传输速率

单工通信、半双工通信、全双工通信

串行通信/并行通信

3.1数据通信基础

一、基本概念

1、信息、数据和信号

●信息：

不同形式表达的知识，通信的目的是交换信息

●数据：

信息的载体，可以是数字、文字、声音、图形与图象等形式。

在计算机中，以二进制代码表示。

同学们所熟悉的数据编码系统有EBCDIC和ASCII码

●信号：

数据在传输过程中的电磁波表示形式

●三者关系：

数据是信息的载体，信息涉及数据的内容和解释，信号则是数据在传输过程中的电磁波表示形式

在计算机网络系统中，计算机系统关心的是信息所采用的编码体制（如用ASCII还是EBDIC来表达字母和数字，采用GIF或BMP表达图像等）或数据形式；

而数据通信系统则关注如何将表示数据的二进制比特序列转换成适合于通信系统传送的信号，包括数据如何用电信号表示以及如何传输信号。

例子：

信息：

NETWORK

数据：

（用ASCII码表示）

1001110100010110101001010111100111110100101001011

信号：

用脉冲信号表示的方波图

2、模拟信号和数字信号

●模拟信号：

连续变化---是关于时间的连续函数

●数字信号：

离散的脉冲信号，关于时间的非连续函数

3、通信系统

●介质与信道

1.传输介质：

泛指计算机网络中用于连接各个计算机的物理媒体，特指用来连接各个通信处理设备的物理介质。

包括无线与有线两大类。

2.通信信道：

传送信号的一条通道，其建立在传输介质之上，但包括了传输介质和通信设备。

同一传输介质上可提供多条信道，一条信道允许一路信号通过。

●信道的类型

3.模拟信道与数字信道

按相应的数据在传输过程中采用的信号方式划分。

2．信道与无线信道

按信道所基于实现的传输介质划分。

●数字通信系统

●模拟通信系统

问题一：

●数据如何用电信号表示？

●基带传输与数字数据编码

●频带传输与模拟数据编码

VocabularyandTerm

●模拟通信和数字通信（信道、介质）

●基带传输/数字数据编码（NRZ，曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码）

●频带传输/模拟数据编码（调制，解调，幅移键控，频移键控，相移键控）

3.2基带传输

●基带信号：

矩形脉冲信号是二进制比特的典型表达方式，按傅利叶分析，其由直流、低频、高频的多个成分组成。

在其频谱中，从零开始的能量集中的一段频率范围称为基本频带，简称基带。

基频等于脉冲信号的固有频率。

与基带对应的数字信号称为基带信号。

●基带传输：

在数字信道上直接传送数据的基带信号

●特点：

1.抗噪声能力强，成本低，传输速率高

2.信号衰减严重，只能利用有线介质近距离传输

3.基带信号频带宽，传输时要占用整个传输介质的带宽

一、数字数据编码

数字数据编码的任务是如何将二进制比特转换成适合在数字信道上传送的数字信号：

●不归零（NRZ，Non-ReturntoZero）编码

●Manchester编码

●差分Manchester编码

A、NRZ编码：

规则：

以高电平表示逻辑“1”，低电平表示逻辑“0”。

特点：

由于不能判断位的开始与结束，收发双方不能保持同步，需要用另一个信道同时传送同步信号。

B、Manchester编码

将每比特周期T分为前T/2和后T/2；

前T/2传送该比特的反码，后T/2传送该比特的原码。

任何两次电平跳变的时间间隔是T/2或T，提取电平跳变信号可作为收发双方的同步信号，不需要另外的同步信号。

即“自含时钟编码”。

C、差分Manchester编码

对Manchester编码的改进,保留每比特中间的跳变作同步之用；

每比特的值则根据其开始处是否出现电平的跳变来决定，有跳变者为“0”，无跳变者为二进制“1”

特点：

电路复杂，抗干扰能力强。

示例：

见P36图3-4

二、目前常用的数字编码

ManchesterandNRZ编码在基于铜缆的网络中较为普遍arepopularoncopper-basednetworks.

Manchesterand4B/5B，甚至8B/10B编码则在基于光纤的网络中被广泛使用

3.3频带传输

●频带传输：

由于基带传输的近距离限制，在远距离传输中通常采用模拟信道。

利用模拟信道，传输二进制数据的方法称为频带传输。

●关键技术问题：

如何将计算机中的数字信号转化为适合模拟信道传输的模拟信号。

●解决方案

将要传送的数字数据“寄载”在载波上，利用数字数据对载波的某些特性（振幅、频率、相位）进行控制，使载波特性发生了变化，然后将变化了的载波送往线路进行传输

●调制与解调

1.调制：

在数据发送端，将数字数据寄载在载波上的过程称为调制（modulation）

2.解调：

在接收端，当携带数据信号的载波到达时，将数字信号从中分离出来的过程称为解