計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與Internet應(yīng)用課件第1章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述

第1章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義和功能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類及體系結(jié)構(gòu)TCP/IP參考模型計(jì)算機(jī)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(bào)文交換、分組交換

1．具有通信功能的單機(jī)系統(tǒng)2．具有通信功能的多機(jī)系統(tǒng)3．計(jì)算機(jī)—計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1.1.1計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)通信網(wǎng)

把分布在不同地理位置上的具有獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)、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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

1.1.2

計(jì)算機(jī)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(pán)就可在計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行文件拷貝。2）使用電子郵件（E-mail）用戶可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為郵局，向網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)用戶發(fā)送備忘錄、報(bào)告和報(bào)表等。2.計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的資源互通有無(wú)、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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)首先是把分布在不同地理位置上的具有獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)、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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在規(guī)模大小上千差萬(wàn)別，而且差別非常的懸殊。一般來(lái)說(shuō)，局域網(wǎng)都是用在一些局部的、地理位置相近的場(chǎng)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(chǎng)合，局域網(wǎng)中包含的計(jì)算機(jī)數(shù)目一般相當(dāng)有限，廣域網(wǎng)中包含的機(jī)器數(shù)目則可高達(dá)幾百萬(wàn)臺(tái)。廣域網(wǎng)是由多個(gè)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(gè)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的屬性來(lái)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(lái)分：星形、總線形、環(huán)形、樹(shù)形、全互連形和不規(guī)則形。按信息的交換方式來(lái)分：電路交換、報(bào)文交換和報(bào)文分組交換。另外計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成及性能指標(biāo)

1.2.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信鏈路

和

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；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(jì)算機(jī)（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(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)組成的這個(gè)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(jì)算機(jī)（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(wèn)計(jì)算機(jī)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(jī)、網(wǎng)橋、集線器以及網(wǎng)絡(luò)連線等。1.2.2計(jì)算機(jī)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(hào)變換為適合在線路上傳輸?shù)哪骋活l率載波信號(hào)的過(guò)程。調(diào)制過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)調(diào)制波形的變換次數(shù)（即單位時(shí)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(hào)波的時(shí)間長(zhǎng)度為T(mén)（秒），則調(diào)制速率如下：

RB=1/T

（波特）1.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)⑵帶寬

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，帶寬用來(lái)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(shí)間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)中的某一個(gè)結(jié)點(diǎn)到另一點(diǎn)所能通過(guò)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(jì)算機(jī)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(cuò)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)3.可靠性可靠性通常用來(lái)表示系統(tǒng)在給定時(shí)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(jì)算機(jī)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(cuò)小于某一規(guī)定值時(shí)所要求的最低歸一化信噪比（每比特的信號(hào)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(jì)算機(jī)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(cuò)小于某一規(guī)定值時(shí)所要求的最低歸一化信噪比（每比特的信號(hào)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(jì)算機(jī)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(gè)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)5.時(shí)延時(shí)延是指一個(gè)數(shù)據(jù)包從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時(shí)間，其主要由發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延、處理等待時(shí)延組成。（1）發(fā)送時(shí)延

發(fā)送時(shí)延

＝

數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度（比特）／信道帶寬（比特/秒）1.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)5.時(shí)延（2）傳播時(shí)延是指電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費(fèi)的時(shí)間。

傳播時(shí)延

=信道長(zhǎng)度（米）／信號(hào)在信道上的傳播速率（米/秒）1.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)（3）處理時(shí)延是指交換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費(fèi)的時(shí)間。

數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時(shí)延就是以上三種時(shí)延之和：

總時(shí)延

=傳播時(shí)延

+發(fā)送時(shí)延

+排隊(duì)時(shí)延計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由多種計(jì)算機(jī)和各類終端通過(guò)通信線路連接起來(lái)的復(fù)合系統(tǒng)。1974年，美國(guó)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(kāi)放系統(tǒng)互連基本參考模型OSI/RM（OpenSystemsInterconnectionReferenceModel），簡(jiǎn)稱為OSI1.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成

OSI開(kāi)放劃分成七個(gè)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(yùn)輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。好處：（1）各層之間是獨(dú)立的。（2）靈活性好。（3）結(jié)構(gòu)上可分割開(kāi)。（4）易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。（5）能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。

1.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成

在計(jì)算機(jī)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(gè)要素組成：（1）語(yǔ)法，即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式；（2）語(yǔ)義，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)；（3）同步，即事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)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(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)的比特流。物理層在設(shè)計(jì)時(shí)涉及的主要問(wèn)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(jī)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(yàn)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(guò)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(shí)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(wèn)題：

（1）代碼透明性的問(wèn)題。

（2）流量控制的問(wèn)題。

（3）幀重復(fù)問(wèn)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(bào)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(yùn)輸層所傳下來(lái)的報(bào)文能夠正確無(wú)誤地按照目的地址找到目的站，并交付給目的站的運(yùn)輸層。

網(wǎng)絡(luò)層還要解決擁塞控制問(wèn)題。

1.3.2OSI的參考模型

4.運(yùn)輸層

運(yùn)輸層信息的傳送單位是報(bào)文。運(yùn)輸層的基本功能是從會(huì)話層接收數(shù)據(jù)報(bào)文，并且當(dāng)所發(fā)送的報(bào)文較長(zhǎng)時(shí)，先要在運(yùn)輸層里把它分割成若干個(gè)報(bào)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(huì)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(huì)話層的主要功能歸結(jié)為：允許在不同主機(jī)上的各種進(jìn)程間進(jìn)行會(huì)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(jì)算機(jī)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(yǔ)義和語(yǔ)法兩個(gè)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(jì)算機(jī)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(gè)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(duì)網(wǎng)絡(luò)接口層并沒(méi)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(gè)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(bào)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(jī)可以把分組發(fā)往任何網(wǎng)絡(luò)并使分組獨(dú)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(yùn)輸層TCP/IP的運(yùn)輸層提供了兩個(gè)主要的協(xié)議，即傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP，運(yùn)輸層的功能是使源主機(jī)和目的主機(jī)的對(duì)等實(shí)體之間可以進(jìn)行會(huì)話。面向連接與面向無(wú)連接的區(qū)別？

1.4.3TCP/IP參考模型