1、第2章 计算机网络基本概念2.1 计算机网络的形成与发展2.2 计算机网络的定义2.3 计算机网络的分类2.4 计算机网络的拓朴结构2.5 数据传输速率与误码率2.6 网络体系结构与协议2.7 典型的计算机网络2.8 网络计算机研究与应用的发展2.1 计算机网络的产生与发展第一阶段：20世纪50年代，完成数据通信技术与计算机通信网络的研究，为计算机网络的出现做好了技术准备。第二阶段：20世纪60年代，美国国防部的ARPANET与分组交换技术，是计算机网络技术发展中的一个里程碑，为Internet的形成奠定了基础。第三阶段：20世纪70年代中期开始，国际上各种广域网、局域网与公用分组交换网发展十
2、分迅速，网络体系结构与网络协议的国际标准化的研究有了重大发展，ISO研究的OSI对此产生了重要作用。第四阶段：Internet的广泛应用，高速网技术、网络计算与网络安全技术的研究与发展。计算机网络的形成 任何一种新技术的出现都必须具备两个条件：一是强烈任何一种新技术的出现都必须具备两个条件：一是强烈的社会需求，二是前期技术的成熟。计算机网络技术的的社会需求，二是前期技术的成熟。计算机网络技术的形成与发展也遵守了这个特点。形成与发展也遵守了这个特点。计算机刚出现时，计算机与通讯并没有直接联系。但在计算机刚出现时，计算机与通讯并没有直接联系。但在2020世纪世纪5050年代，美军半自动地面防空系统
3、需要把远程雷年代，美军半自动地面防空系统需要把远程雷达与其他测量设施通过电话线路和无线通信信道连接到达与其他测量设施通过电话线路和无线通信信道连接到IBMIBM主机，线路总长达到主机，线路总长达到241241万公里，实现分布的防空信万公里，实现分布的防空信息集中处理与控制。为此展开了长期和大量的专门研究。息集中处理与控制。为此展开了长期和大量的专门研究。人们在此基础上实验成功了面向终端的远程联机系统。人们在此基础上实验成功了面向终端的远程联机系统。形成了计算机网络的雏形。形成了计算机网络的雏形。ARPANET与分组交换技术与分组交换技术 随着计算机应用的快速发展，出现了多台计算机互连的强烈需求
4、。美国国防部高级研究计划局根据这种要求于1969年提出了ARPANET计划，将它资助的多个大学、公司和研究所的多台计算机互连。1969年连接4个结点，1973年达到40个结点，1983年则达到100多个。当时的计算机网络仅为广域网，由资源子网和通信子网构成，前者由各个用户自建，后者是由电信部门统一组建的公用数据网。早期的公用数据网是模拟信号的电话交换网，为了提高传输速度和安全可靠性，又研制了数字传输技术和分组交换网。70年代随着小型计算机的广泛应用，对小范围的多台电脑联网的需求日益强烈。一些单位为此进行了局域计算机网络的研究。其中以1976年美国XEROX公司的总线拓扑结构的Ethernet最
5、为著名，并一直使用到现在。网络体系结构与协议标准化 许多大计算机公司在开展计算机网络研究和产品开许多大计算机公司在开展计算机网络研究和产品开发中，纷纷提出各自网络体系结构和网络协议。如发中，纷纷提出各自网络体系结构和网络协议。如IBM提出提出SNA，DEC的的DCA，UNIVAC的的DCA等。等。这些成果丰富了网络技术。这些成果丰富了网络技术。随着这些不同网络体系结构的推出，人们发现这种随着这些不同网络体系结构的推出，人们发现这种网络体系结构和网络协议的不统一限制了网络的发网络体系结构和网络协议的不统一限制了网络的发展应用，网络体系和协议必须走国际标准化的道路。展应用，网络体系和协议必须走国际
6、标准化的道路。国际标准化组织成立计算机与信息处理标准化技术国际标准化组织成立计算机与信息处理标准化技术委员会（委员会（TC97），它又设立一个分会（），它又设立一个分会（SC16）研）研究网络体系结构和网络协议的国际标准化。并提出究网络体系结构和网络协议的国际标准化。并提出了了ISO开放系统互连（开放系统互连（OSI）参考模型，对推动网络）参考模型，对推动网络体系结构理论起到重大作用。而体系结构理论起到重大作用。而TCP/IP协议的研究协议的研究发展也对发展也对ARPANET和互联网的发展起到关键作用。和互联网的发展起到关键作用。成为业内公认的标准。成为业内公认的标准。互联网的应用与高速网络技
7、术的发展 互联网高速发展，其全球性与开放性使人们愿意在互联网上发布和获取信息，用户数迅速扩大，各种应用层出不穷。信息高速公路建设在全球信息化的浪潮下飞速发展，以以太网和ATM为代表的高速网络技术已发展到1Gbps和10Gbps甚至更高。基于Web技术的互联网应用的发展使得网站数量和网络通讯量呈指数增长，应用扩大。基于P2P技术的网络应用发展淡化了服务提供者和服务使用者的界限，以非中心化的方式使得更多用户计算机同时身兼客户机与服务器的双重身份。网络安全技术的发展，阻止网络攻击、计算机病毒、垃圾邮件与灰色软件，防止信息被非法窃取、破坏和泄露。宽带城域网的发展 20世纪世纪80年代后期，计算机网络的
8、划分中提出了城年代后期，计算机网络的划分中提出了城域网的概念，城域网以光纤为传输介质，其业务定域网的概念，城域网以光纤为传输介质，其业务定位在城市地区范围内大量局域网的互联上。位在城市地区范围内大量局域网的互联上。随着互联网应用的快速增长和三网融合的发展，要随着互联网应用的快速增长和三网融合的发展，要求通信网络满足用户的新需要，而通信新技术的出求通信网络满足用户的新需要，而通信新技术的出现又促进新的网络应用。现在城域网泛指网络运营现又促进新的网络应用。现在城域网泛指网络运营商在城市范围内提供各种信息服务业务的所有网络，商在城市范围内提供各种信息服务业务的所有网络，它以宽带光传输网为开放平台，以
9、它以宽带光传输网为开放平台，以TCP/IP协议为基协议为基础，通过各种网络互联设备，实现语音、数据、图础，通过各种网络互联设备，实现语音、数据、图像、视频、像、视频、IP电话、电话、IP接入和各种增殖业务服务与接入和各种增殖业务服务与智能业务。智能业务。我国互联网的发展我国目前正处于互联网应用高速发展的阶段。根据CNNIC2008年1月的数据：1.截止2007年12月，中国网民总人数2.1亿，仅次于美国的2.15亿，居世界第二位。（今年的数据已超过3亿，为世界第一）2.截止2007年12月，我国互联网普及率达16%，低于全球互联网普及率19.1%，与发达国家比差距更大（今年已超过20%）3.我
10、国35岁以下网民的比例占80%以上。4.截止2007年12月，我国通过手机接入互联网的人数达5千万以上，占网民的24%，标志手机与互联网应用的融合。（今年已超过8千万）5.我国互联网国际出口带宽逐年增长。截止2007年12月，带宽总量已达368.9Gbps。2.2 计算机网络的定义2.2.1 计算机网络定义的基本内容2.2.2 计算机网络的基本结构及特点 2.2.1 计算机网络定义的基本内容1.计算机网络是地理上分散的多台独立自主的计算机遵循通信协议，通过软、硬件互联以实现互相通信、资源共享、信息交换、协同工作及在线处理等功能的系统；2.三个特征 计算机网络中的计算机各自独立；遵循约定的通信协
11、议；实现互相通信、资源共享、信息交换、协同工作及在线处理等功能2.2.2 计算机网络的基本结构及特点1.早期计算机网络结构：广域网在结构上分成两个部分：负责数据处理的主机与终端和负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路。早期的计算机网络从逻辑功能上可分为资源子网和通信子网。2.现代网络结构的特点：通过路由器实现的网络互联。2.3 计算机网络的分类2.3.1 网络分类的方法2.3.2 广域网WAN2.3.3 局域网LAN2.3.4 城域网MAN2.3.1 网络分类的方法1.网络分类的方法最主要的是两种：根据网络所使用的传输技术分类；根据网络的覆盖范围与规模分类。2.在通信技术中，通信信道有两类
12、，即广播信道和点点信道。因此网络所采用的传输技术也只有两类：广播方式与点点方式。3.根据网络的覆盖范围与规模分类：局域网、城域网和广域网。2.3.2 广域网WAN1.广域网也称远程网，覆盖的范围从几十公里到几千广域网也称远程网，覆盖的范围从几十公里到几千公里。其通信子网主要使用分组交换技术。用分组公里。其通信子网主要使用分组交换技术。用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网实现互联。交换网、卫星通信网和无线分组交换网实现互联。2.数据通信环境的变化：原有电缆走向光纤；局域网数据通信环境的变化：原有电缆走向光纤；局域网的速率已达的速率已达10Gbps；用户设备性能大大提高。；用户设备性能大大提高
13、。3.广域网必须适应大数据、突发性传输的要求，提供广域网必须适应大数据、突发性传输的要求，提供很高的带宽。否则可能带来通信子网的拥塞。很高的带宽。否则可能带来通信子网的拥塞。广域网WAN（续）4.讨论广域网涉及到讨论广域网涉及到X.25、帧中继、帧中继、SMDS、B-ISDN与与ATM。X.25网是一种典型的公用分组交换网，网是一种典型的公用分组交换网，X.25协议是建立在原协议是建立在原有的速率较低误码率较高的电缆传输介质上。有的速率较低误码率较高的电缆传输介质上。帧中继网：帧中继网：X.25协议不能适应现在的局域网互联的需求，因协议不能适应现在的局域网互联的需求，因此推出在数据传输速率高、
14、误码率低的光纤上，使用简单协此推出在数据传输速率高、误码率低的光纤上，使用简单协议，必要的差错控制功能由用户的设备完成，这就是帧中继。议，必要的差错控制功能由用户的设备完成，这就是帧中继。B-ISDN：为实现通信业务的可视化、智能化和个人化，使国：为实现通信业务的可视化、智能化和个人化，使国际通信研究的热点转到宽带综合业务数据网际通信研究的热点转到宽带综合业务数据网B-ISDN ATM：是新一代的数据传输与分组交换技术。网络带宽、动：是新一代的数据传输与分组交换技术。网络带宽、动态分配、多媒体网络应用及实时通信等方面均能满足用户的态分配、多媒体网络应用及实时通信等方面均能满足用户的需求。它线路
15、交换实时性好，分组交换方式灵活，实现了了需求。它线路交换实时性好，分组交换方式灵活，实现了了两种方式的结合，因此两种方式的结合，因此B-ISDN选择选择ATM作为传输技术。作为传输技术。2.3.3 局域网LAN1.发展：发展：20世纪八、九十年代，以太网、令牌总线、世纪八、九十年代，以太网、令牌总线、令牌环原理的局域网产品三足鼎立，光纤分布式数令牌环原理的局域网产品三足鼎立，光纤分布式数据接口（据接口（FDDI）在高速网中的应用，传输介质、网）在高速网中的应用，传输介质、网络操作系统与机络操作系统与机/服务器应用的重要进展（如双绞服务器应用的重要进展（如双绞线），结构化布线技术的应用等。线），
16、结构化布线技术的应用等。2.目前局域网的技术特征：双绞线与光纤的普遍应用，目前局域网的技术特征：双绞线与光纤的普遍应用，目前双绞线传输速率已达目前双绞线传输速率已达100Mbps1Gbps；交换；交换式局域网概念的产生（通过交换机提高带宽）；小式局域网概念的产生（通过交换机提高带宽）；小范围局域网使用双绞线，远距离使用光线，移动使范围局域网使用双绞线，远距离使用光线，移动使用无线；桌面系统采用用无线；桌面系统采用10Mbps以太网，高速主干网以太网，高速主干网采用采用100M、1Gbps和和10Gbps以太网。以太网。2.3.4 城域网MAN(Metropolitan Area Network
17、)1.传统的城域网产品主要是光纤分布式数据接口。2.目前城域网建设的共同点有：传输介质采用光纤;交换结点采用基于IP交换的高速路由交换机或ATM交换机；在体系结构上采用核心交换层、业务汇聚层与接入层的三层模式。2.4 计算机网络的拓朴结构2.4.1 计算机网络拓朴的定义 2.4.2 网络拓朴结构的分类方法2.4.1 计算机网络拓朴的定义 1.计算机网络拓朴结构是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体之间的结构关系。2.拓扑学是几何学的一个分支，从图论演变过来，它首先将实体抽象成与其大小、形状武无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究点、线、面之间的关系。计算机
18、网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，以反映网络中各个实体间的结构关系。3.拓朴结构是建设计算机网络的第1步，是实现各种网络协议的基础，对网络性能、系统可靠性和通信费用有很大影响。2.4.2 网络拓朴结构的分类方法1.网络拓朴可根据通信子网中通信信道类型分为两类：点网络拓朴可根据通信子网中通信信道类型分为两类：点点线路拓朴和广播信道拓朴点线路拓朴和广播信道拓朴。2.采用点点线路的通信子网的基本拓朴结构有采用点点线路的通信子网的基本拓朴结构有4种类型：种类型：星型星型、环型、树型和、环型、树型和网状型网状型。3.采用广播信道通信子网的拓朴构型有采用广播信道通信子网的拓朴构型
19、有4种：种：总线总线、树型、树型、环型环型、无线通信与卫星通信型。、无线通信与卫星通信型。4.星型结构是中心点控制全网通信；环型拓朴通过点点星型结构是中心点控制全网通信；环型拓朴通过点点通信线路连接成闭合环路；树型拓朴中结点按层次连接，通信线路连接成闭合环路；树型拓朴中结点按层次连接，主要进行上、下结点通信；网状型也称无规则型，目前主要进行上、下结点通信；网状型也称无规则型，目前广域网采用的是网状拓朴结构。广域网采用的是网状拓朴结构。点点线路的通信子网的基本拓朴结构点点线路的通信子网的基本拓朴结构(a)星型拓扑星型拓扑(b)环型拓扑环型拓扑(c)树型拓扑树型拓扑(d)网状型拓扑网状型拓扑广播信
20、道通信子网的拓朴构型广播信道通信子网的拓朴构型(e)星型拓扑星型拓扑(f)环型拓扑环型拓扑同上同上(b)(h)无线与卫星通信型无线与卫星通信型(g)环型拓扑环型拓扑同上同上(c)2.5 数据传输速率与误码率描述数据通信的基本技术参数有两个：数据传输速率与误码率2.5.1 数据传输速率的定义2.5.2 误码率的定义2.5.1 数据传输速率的定义1.数据传输速率2.带宽与数据传输速率1.数据传输速率 数据传输速率在数值上等于每秒传输构成数据代码的数据传输速率在数值上等于每秒传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特二进制比特数，单位为比特/秒，记作：秒，记作：b/s或或bps.对于二进制数，数据传
21、输速率为对于二进制数，数据传输速率为：S=1/T 其中，其中，T为发送一个比特所需时间。为发送一个比特所需时间。常用单位：常用单位：Kbps、Mbps、Gbps、Tbps。其中：。其中：1Kbps=1103bps；1Mbps=1106bps；1Gbps=1109bps 例如：在通信信道上发送例如：在通信信道上发送1比特比特0、1信号所需要的时信号所需要的时间是间是0.001ms，信道的传输速率为，信道的传输速率为1 000 000bps（注意：这里（注意：这里m是毫秒，是毫秒，10-3；是微秒是微秒,10-6；是纳是纳(毫微毫微)秒秒(m)，10-9）。）。2.带宽与数据传输速率 奈奎斯特奈奎
22、斯特(Nyquist)准则和香农准则和香农(Shannon)定律从定量的定律从定量的角度描述了带宽与速率的关系。角度描述了带宽与速率的关系。奈奎斯特准则描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传奈奎斯特准则描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系。输速率与信道带宽的关系。对于二进制数据信号最大传输对于二进制数据信号最大传输速率速率Rmax与通信信道带宽与通信信道带宽B（B=f，单位，单位Hz）的关系可写）的关系可写为：为：Rmax2*f(bps)。香农定律则描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传香农定律则描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽信号噪声功率比之
23、间的关系。在有随机输速率与信道带宽信号噪声功率比之间的关系。在有随机热噪声信道的信道上传输数据信号时，数据传输热噪声信道的信道上传输数据信号时，数据传输速速率率Rmax与信道带宽与信道带宽B、信号与噪声功率比、信号与噪声功率比S/N的关系为：的关系为：RmaxB*log2(1+S/N)带宽与速率在网络技术中是同义词。带宽与速率在网络技术中是同义词。2.5.2 误码率的定义 误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，在数值上近似等于：Pe=Ne/N 其中，N为传输码元的总数，Ne为被传错的码元数。误码率就是传输可靠性的参数；在传输速率确定后，误码率越低越好，但传输系统设备就越复杂，造价也
24、越高；被测量的传输二进制码元数越大，才会越接近于真正的误码率值。分组交换技术的基本概念 在早期广域 网的通信子网数据交换方式中，可以采用的方法基本分为两类：电路交换和存储转发交换。后者又分为两类：报文存储转发交换和报文分组存储转发交换（简称为分组交换）。电路交换方式与电话交换的工作过程类似。两台计算机通过通信子网进行数据交换前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接。电路交换的通信过程分为3个阶段，即：线路建立阶段、数据传输阶段和线路释放阶段。存储转发交换的特点电路交换与存储转发交换的区别表现在两方面：电路交换与存储转发交换的区别表现在两方面：发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一
25、定发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网。网。通信子网中的结点是通信控制处理机，它完成数据单通信子网中的结点是通信控制处理机，它完成数据单元的接受、差错校验、存储、路径选择和转发功能。元的接受、差错校验、存储、路径选择和转发功能。这时会限制所发送的数据长度，把过长的数据切分为这时会限制所发送的数据长度，把过长的数据切分为若干份，每份按照一定格式与目的地址、源地址和控制若干份，每份按照一定格式与目的地址、源地址和控制信息一起打包发送。在传输出错时容易发现错误，重发信息一起打包发送。在传输出错
26、时容易发现错误，重发需要的时间短提高了传输效率。这种方法成为当前计算需要的时间短提高了传输效率。这种方法成为当前计算机网络中基本的交换技术。机网络中基本的交换技术。数据报方式在实际应用中，数据报（在实际应用中，数据报（DataGram）是两种分组交换技）是两种分组交换技术中的一种。在该方式中，分组传输前不需要预先在源主机术中的一种。在该方式中，分组传输前不需要预先在源主机与目的主机之间建立与目的主机之间建立“线路连接线路连接”。源主机发送的每个分组。源主机发送的每个分组数据都可以独立选择一条传输线路，每个分组在通信子网中数据都可以独立选择一条传输线路，每个分组在通信子网中可能通过不同的传输路径
27、到达目的主机。其特点如下：可能通过不同的传输路径到达目的主机。其特点如下：同一报文的不同分组可经过不同的传输路径通过通信子网同一报文的不同分组可经过不同的传输路径通过通信子网 同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序、重复同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序、重复和丢失。和丢失。每个分组在传输过程中都必须带有目的地址和源地址。每个分组在传输过程中都必须带有目的地址和源地址。本方式传输延迟大，适用于突发性通信。本方式传输延迟大，适用于突发性通信。虚电路方式虚电路方式试图将数据报与电路交换结合起来，发挥这两种方式各自的优点，以达到最佳的数据交换效果。虚电路方式在分组发送前，在发送和接收
28、方建立一条逻辑连接的虚电路。这与电路交换方式相同。虚电路方式的工作过程分为三个阶段：虚电路建立阶段、数据传输阶段和虚电路拆除阶段。在虚电路建立后，利用它以储存转发方式顺序传送分组。当所有数据传输完后，进入虚电路拆除阶段，按照建立时的反序逐段拆除。虚电路方式的特点 在每次分组传输前，需要在源主机和目的主机之间在每次分组传输前，需要在源主机和目的主机之间建立一条逻辑连接。由于连接两机的物理链路已经建立一条逻辑连接。由于连接两机的物理链路已经存在，因此不需要真正建立一条物理链路。存在，因此不需要真正建立一条物理链路。一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送，因此一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送，
29、因此分组不必带目的地址、源地址等信息，减少了数据分组不必带目的地址、源地址等信息，减少了数据量。分组到达时不会出现丢失、重复与乱序。量。分组到达时不会出现丢失、重复与乱序。分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要进行分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要进行差错校验，不需要进行路由选择。差错校验，不需要进行路由选择。通信子网中的每个结点可以与任何结点建立多条虚通信子网中的每个结点可以与任何结点建立多条虚电路连接。电路连接。2.6 网络体系结构与协议2.6.1 网络体系结构的基本概念2.6.2 开放系统互联参考模型2.6.3 TCP/IP 的参考模型与协议2.6.1 网络体系结构的基本概念计算
30、机网络中多个互连的结点要有效交换数据，必计算机网络中多个互连的结点要有效交换数据，必须遵守一些事先各方约定好的规则即协议。须遵守一些事先各方约定好的规则即协议。协议协议(Protocol)：为网络数据交换而制定的规则、为网络数据交换而制定的规则、约定与标准称为网络协议；约定与标准称为网络协议；协议的三个要素：语法、语义、时序协议的三个要素：语法、语义、时序；语法即用户数据与控制信息的结构和格式；语义即语法即用户数据与控制信息的结构和格式；语义即需要发出的控制信息及完成的动作与做出的响应；时需要发出的控制信息及完成的动作与做出的响应；时序即事件实现顺序的详细说明。序即事件实现顺序的详细说明。网络
31、中计算机之间相互通信的层次以及协议，称为网络中计算机之间相互通信的层次以及协议，称为网络体系结构。网络体系结构。计算机网络中的层次结构计算机网络中采用层次结构，具有如下的一些好计算机网络中采用层次结构，具有如下的一些好处：处：各层之间相互独立，各自独立完成自己的任务，各层之间相互独立，各自独立完成自己的任务，高层仅需知道低层通过层间接口所提供的服务。高层仅需知道低层通过层间接口所提供的服务。灵活性好。当任何一层发生变化时，只要接口不灵活性好。当任何一层发生变化时，只要接口不变，则各曾均不受影响。变，则各曾均不受影响。各层可以采用自己最合适的技术来实现。各层可以采用自己最合适的技术来实现。易于实
32、现和维护。整个系统已被分解为若干易于易于实现和维护。整个系统已被分解为若干易于处理的部分。每部分的维护改进工作量少。处理的部分。每部分的维护改进工作量少。有利于促进标准化。有利于促进标准化。2.6.2 开放系统互联参考模型1.OSI模型基本概念2.OSI模型的基本结构与各层的主要功能1.OSI模型基本概念 OSI参考模型参考模型(ISO/IEC7498)共有共有7层：物理层、数据链路层、层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。此框架下进一步详细规定了每一层的功能，以实现开放系统环此框架下进一步详细规定了每一层的功能，以实现开放系统
33、环境中的互联性、互操作性和应用的可移植性。境中的互联性、互操作性和应用的可移植性。OSI参考模型分层体系结构中采用了三级抽象，即体系结构、参考模型分层体系结构中采用了三级抽象，即体系结构、服务定义和协议规格说明。服务定义和协议规格说明。OSI参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包含的服务系及各层所包含的服务。OSI是一种异构系统互连的分层结构；提供了控制互连系统交是一种异构系统互连的分层结构；提供了控制互连系统交互规范标准框架；定义了一种抽象结构的描述；不同系统上的互规范标准框架；定义了一种抽象结构的描述；不同系统上的相
34、同层的实体为同等层实体；同等层实体之间通信由该层协议相同层的实体为同等层实体；同等层实体之间通信由该层协议管理；相邻层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服管理；相邻层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务；所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务；直务；所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务；直接数据传送仅在最低层实现；修改本层的功能不影响其他层。接数据传送仅在最低层实现；修改本层的功能不影响其他层。OSI不是一个标准，并设有提供可以实现的方法，而只是在制不是一个标准，并设有提供可以实现的方法，而只是在制定标准时所使用的概念性的框架。定标准时所使用的概念性的框架。应用
35、层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层主机主机A应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层主机主机B网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层路由器路由器网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层路由器路由器传输介质传输介质传输介质传输介质传输介质传输介质OSI网络参考模型的结构网络参考模型的结构2.OSI模型的基本结构与各层的主要功能 划分层次的原则 各层的主要功能划分层次的原则 各结点都有相同的层次；不同结点的同等层具有相同的功能；同一结点内相邻层之间通过接口通信；每一层使用下层提供的服
36、务，并向其上层提供服务；不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。根据以上原则制定的开放系统参考模型结构如图所示。开放系统参考模型结构应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层网 络 层数据链路层物 理 层网 络 层数据链路层物 理 层HOSTHOST传输介质传输介质传输介质OSI模型各层的主要功能模型各层的主要功能 物理层：是最低层。主要功能是利用物理传输介质为物理层：是最低层。主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明地传送比特流。数据链路层提供物理连接，以便透明地传送比
37、特流。数据链路层：在物理层提供比特流传输服务的基础上，数据链路层：在物理层提供比特流传输服务的基础上，在网络实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位在网络实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，采用差错控制、流量控制方法，使差错的物的数据，采用差错控制、流量控制方法，使差错的物理线路变成无差错的数据链路；理线路变成无差错的数据链路；网络层：主要功能是通过路由算法，为分组通过通信网络层：主要功能是通过路由算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。网络层要实现路由选择、拥子网选择最适当的路径。网络层要实现路由选择、拥挤控制、网络互联等功能；根据传输层的要求选择服挤控制、网络互联等功能；根据
38、传输层的要求选择服务质量；向传输层报告未恢复的错误；务质量；向传输层报告未恢复的错误；OSI模型各层的主要功能（续）模型各层的主要功能（续）传输层：传输层：主要任务是向用户可靠的端到端（主要任务是向用户可靠的端到端（End-ToEnd）服务，建立、维护和拆除传送链接；选择网络层提供的最合服务，建立、维护和拆除传送链接；选择网络层提供的最合适的服务；在系统之间提供可靠、透明的数据传送，提供端适的服务；在系统之间提供可靠、透明的数据传送，提供端到端的错误恢复和流量控制；是最关键的一层。到端的错误恢复和流量控制；是最关键的一层。会话层：主要任务是组织两个会话进程之间的通信，并管理会话层：主要任务是组
39、织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换。数据的交换。表示层：主要用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式；表示层：主要用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式；完成数据格式转换、数据加密与解密和数据压缩与恢复等工完成数据格式转换、数据加密与解密和数据压缩与恢复等工功能。功能。应用层：是最高层。提供用户服务，如事务处理程序、文件应用层：是最高层。提供用户服务，如事务处理程序、文件传送访问与管理、虚拟终端、远程数据库访问、目录服务和传送访问与管理、虚拟终端、远程数据库访问、目录服务和网络管理等网络管理等2.6.3 TCP/IP 参考模型与协议1.TCP/IP分层模式内容及特点2.TCP/IP分
40、层模式及与OSI各层的对应关系3.TCP/IP模型各层的功能4.TCP/IP模型各层的协议1.TCP/IP分层模式内容及特点1.TCP/IP分层模式分层模式包括两方面的内容：层次结构和包括两方面的内容：层次结构和各层功能的描述。各层功能的描述。2.TCP/IP分层模式分层模式的特点：的特点：开放的协议标准，独立于特定的计算机硬件与操开放的协议标准，独立于特定的计算机硬件与操作系统；作系统；独立于特定的网络硬件，可运行在局域网、广域独立于特定的网络硬件，可运行在局域网、广域网和互联网中；网和互联网中；统一的网络地址分配方案；统一的网络地址分配方案；标准化的高层协议，可提供多种可靠的服务。标准化的
41、高层协议，可提供多种可靠的服务。2.TCP/IP分层模式分层模式及与及与OSI各层的对应关系各层的对应关系（1)TCP/IP参考模型分为四层：应用层、传输层、参考模型分为四层：应用层、传输层、互联层与主机网络层互联层与主机网络层。（2)与与OSI参考模型的层次对应关系参考模型的层次对应关系：应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层传输层互连层主机网络层应用层3.TCP/IP模型各层的功能应用层：在最高层，用户通过调用应用程序访问应用层：在最高层，用户通过调用应用程序访问TCP/IPTCP/IP互联网络提供的多种服务；应用程序负责接收和发送数互联网络提供的多种服务；应用程序负责接收和发送数
42、据，选择需要的传送类型，将数据按要求格式传送给传据，选择需要的传送类型，将数据按要求格式传送给传输层。输层。传输层：传输层：提供端端通信提供端端通信。与。与OSIOSI的传输层功能类似。的传输层功能类似。互连层：处理机器之间的通信。处理来自传输层的分组互连层：处理机器之间的通信。处理来自传输层的分组发送请求；它还要处理接收到的数据报，检验其正确性，发送请求；它还要处理接收到的数据报，检验其正确性，决定是由本地接收还是路由至相应有目的站；它相当于决定是由本地接收还是路由至相应有目的站；它相当于OSIOSI中网络层的无连接网络服务。中网络层的无连接网络服务。主机网络层：是主机网络层：是TCP/IP
43、TCP/IP的最底层。负责接收的最底层。负责接收IPIP数据报数据报并发送至指定的网络；网络接口可以是一个设备驱动程并发送至指定的网络；网络接口可以是一个设备驱动程序，也可是一个复杂的、具有数据链路协议的子系统。序，也可是一个复杂的、具有数据链路协议的子系统。4.TCP/IP模型各层的协议1.应用层的协议主要有：依赖应用层的协议主要有：依赖TCP协议的有网络终端协议协议的有网络终端协议TELNET，用于互联网中的远程登录；文件传输协议，用于互联网中的远程登录；文件传输协议FTP；电；电子邮件协议子邮件协议SMTP；路由信息协议；路由信息协议RIP；网络文件系统；网络文件系统NFS，用于文件共享
44、；用于文件共享；HTTP协议等。依赖协议等。依赖UDP协议的有简单网络管协议的有简单网络管理协议理协议SNMP、简单文件传输协议、简单文件传输协议SFTP；域名服务；域名服务DNS既可既可使用使用TCP，也可使用，也可使用UDP。2.传输层协议：传输层协议：传输控制协议传输控制协议TCP(面向连接的协议面向连接的协议)；用户数据；用户数据报协议报协议UDP(是一种不可靠的无连接协议；是一种不可靠的无连接协议；可将字节流无差错可将字节流无差错地传送到目的主机；将应用层的字节流分成多个字节段一个地传送到目的主机；将应用层的字节流分成多个字节段一个个传送到互联层，发送到目的主机；同时完成流量控制个传
45、送到互联层，发送到目的主机；同时完成流量控制)。3.互连层协议：互连层协议：网际协议网际协议IP；还有介于物理层与；还有介于物理层与IP地址间的地址地址间的地址解析协议解析协议ARP/RARP。4.主机网络层协议：底层局域网与广域网协议主机网络层协议：底层局域网与广域网协议2.6.4 OSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较 共同之处是它们都采用了层次结构的概念。共同之处是它们都采用了层次结构的概念。它们都有成功的一面和不足的一面：它们都有成功的一面和不足的一面：OSI参考模参考模型由于要照顾各方面的因素，变得大而全，效率型由于要照顾各方面的因素，变得大而全，效率很低
46、，尽管这样，它的很多研究结果、方法，以很低，尽管这样，它的很多研究结果、方法，以及提出的概念对今后的网络发展还是有很高的指及提出的概念对今后的网络发展还是有很高的指导意义，但它没有流行起来；导意义，但它没有流行起来；TCP/IP参考模型参考模型应用广泛，但它的参考模型的研究却很薄弱，在应用广泛，但它的参考模型的研究却很薄弱，在服务、接口与协议的区别上就不是很清楚。而且服务、接口与协议的区别上就不是很清楚。而且其主机其主机-网络层本身不是实际的一层，定义了网网络层本身不是实际的一层，定义了网络层与数据链路层的接口，没能分开它们。络层与数据链路层的接口，没能分开它们。2.7 典型的计算机网络2.7
47、.1 ARPANET2.7.2 NSFNET2.7.3 Internet2.7.4 Internet22.7.1 ARPANET 最初的最初的ARPANET的主要研究内容是分组交换设备、的主要研究内容是分组交换设备、网络通信协议、网络通信与系统操作软件，它利用网络通信协议、网络通信与系统操作软件，它利用了无线分组交换网和卫星通信网。了无线分组交换网和卫星通信网。1980年年ARPANET引入引入TCP/IP协议，并分为两部分：协议，并分为两部分：一部分仍叫一部分仍叫ARPANET，另一部分成为著名的，另一部分成为著名的MILNET，用于非机密通信。，用于非机密通信。20世纪世纪80年代中期，使
48、用年代中期，使用TCP/IP连接到连接到ARPANET网络规模不断增大，使得网络规模不断增大，使得ARPANET成了成了Internet的主干网。的主干网。1990年年ARPANET被新的网络所代替。被新的网络所代替。2.7.2 NSFNET 美国国家科学基金会（美国国家科学基金会（NSF）认识到）认识到ARPANET对大学研究工作的重大影响，于对大学研究工作的重大影响，于1984年决定组建年决定组建NSFNET，该网从一开始就，该网从一开始就使用了使用了TCP/IP协议，成为第一个使用协议，成为第一个使用TCP/IP协议的广域网。协议的广域网。1990年，年，IBM等三家公司合作组建了等三家
49、公司合作组建了ANS公公司，接管了司，接管了NSFNET，构成，构成ANSNET。在美国发展在美国发展NSFNET同时，其他一些国家和同时，其他一些国家和地区也在建设与地区也在建设与NSFNET兼容的网络，这都兼容的网络，这都为最终为最终Internet的广泛应用奠定了基础。的广泛应用奠定了基础。2.7.3 Internet TCP/IP协议成为正式协议成为正式ARPANET的网络协议的网络协议标准后，大量网络和主机连入标准后，大量网络和主机连入ARPANET；当当NFSNET与与ARPANET互连后，很多地区互连后，很多地区性网络接入，并扩大到欧洲、加拿大与其他性网络接入，并扩大到欧洲、加拿
50、大与其他很多国家和地区。很多国家和地区。传统的传统的Internet应用主要有四类：应用主要有四类：E-mail、Telnet、FTP和和USENET。WWW改变了改变了Internet的应用方式，使其应的应用方式，使其应用达到一个新的高峰。用达到一个新的高峰。2.7.4 Internet2 1996年年10月，高级月，高级Internet开发大学合作组开发大学合作组（UCAID）承担了）承担了Internet2的研究项目。的研究项目。UCAID是一个非赢利组织，是由是一个非赢利组织，是由NSF、美国、美国能源部、能源部、110多所研究性大学和一些私人商业多所研究性大学和一些私人商业组织共同合
