1、第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 n计算机网络的定义和功能计算机网络的定义和功能n计算机网络的分类及体系结构计算机网络的分类及体系结构nTCP/IP参考模型参考模型n计算机网络的组成及主要性能指标计算机网络的组成及主要性能指标n三种数据交换方式：电路交换、报文交换、三种数据交换方式：电路交换、报文交换、分组交换分组交换 1具有通信功能的单具有通信功能的单机系统机系统2具有通信功能的多具有通信功能的多机系统机系统3计算机计算机计算机计算机网络网络1.1.1 计算机网络发展的历史阶段计算机网络发展的历史阶段4.网络技术的发展方向网络技术的发展方向n局域网技术 n三网合一:电话通信网、有线电
2、视网和计算机通信网 把分布在不同地理位置上的具有独立功能的多台计算机、终端及其附属设备在物理上互连，按照网络协议相互通信，以共享硬件、软件和数据资源为目标的系统称作计算机网络。1.1.2 计算机网络的定义和功能计算机网络的定义和功能（1）数据通信）数据通信1）传输文件）传输文件 网络能快速地、不需要交换软盘就可在计算机网络能快速地、不需要交换软盘就可在计算机与计算机之间进行文件拷贝。与计算机之间进行文件拷贝。2）使用电子邮件（）使用电子邮件（E-mail）用户可以将计算机网络作为邮局，向网络上用户可以将计算机网络作为邮局，向网络上的其他计算机用户发送备忘录、报告和报表等。的其他计算机用户发送备
3、忘录、报告和报表等。2.计算机网络的功能计算机网络的功能 资源共享指的是网上用户能够部分或全部地使用计算机网络资源，使计算机网络中的资源互通有无、分工协作。分为：共享硬件资源共享硬件资源 共享软件资源共享软件资源共享数据共享数据 （2）资源共享）资源共享 3计算机系统可靠性和可用性的提高计算机系统可靠性和可用性的提高4易于进行分布处理易于进行分布处理 1.1.3 计算机网络的分类计算机网络的分类 计算机网络首先是把分布在不同地理位置上的具有独立功能的多台计算机、终端及其网络设备在物理上互连，那么所连接的设备形成的计算机网络在规模大小上千差万别，而且差别非常的悬殊。一般来说，局域网都是用在一些局
4、部的、地理位置相近的场合，广域网则与局域网相反，它可以用于地理位置相差甚远的场合，局域网中包含的计算机数目一般相当有限，广域网中包含的机器数目则可高达几百万台。广域网是由多个局域网组成的局域网与广域网的区别：l 校园网（Compus Network）把地理上分散的建筑物连为一体，使用的传输媒体一般是高速骨干线，如光纤、干线电缆等。在它所连接的建筑物的里面，可能有很多的局域网。l 城域网（MAN，Metropolitan Area Network）城域网的作用范围介于局域网和广域网之间。它可能覆盖一组邻近的公司办公室和一个城市，既可能是私有的也可能是公用的。在局域网和广域网两种网络类型之间还有一
5、些有意思的变种 按建设计算机网络的属性来分：公用网和专用网。按网络的拓扑结构来分：星形、总线形、环形、树形、全互连形和不规则形。按信息的交换方式来分：电路交换、报文交换和报文分组交换。另外计算机网络还可以有其的划分方法。如集线器 星型拓扑结构图 总线型拓扑结构环型拓扑结构 令牌环全互连型拓扑 1.2 计算机网络的组成及性能指标计算机网络的组成及性能指标 1.2.1 计算机网络组成计算机网络组成计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能，其组成从宏观上看主要包括：计算机系统、通信链路 和 网络节点；从逻辑上看主要包括：资源子网 和 通信子网，其中资源子网由负责数据处理的主计算机（HOST）与
6、终端组成；1资源子网资源子网 子网概念的提出主要是基于网络是由计算机和子网概念的提出主要是基于网络是由计算机和通信系统组成的这个网络的基本定义，其中负责通信系统组成的这个网络的基本定义，其中负责信息处理的子网称为资源子网。信息处理的子网称为资源子网。资源子网由负责数据处理的主计算机（资源子网由负责数据处理的主计算机（HOST）与终端组成。与终端组成。资源子网的主要功能是提供资源共享所需的硬件、资源子网的主要功能是提供资源共享所需的硬件、软件及数据等资源，提供访问计算机网络和处理软件及数据等资源，提供访问计算机网络和处理数据的能力数据的能力 2通信子网通信子网 通信子网由负责数据通信处理的通信控
7、制设备与通信子网由负责数据通信处理的通信控制设备与通信介质（或称通信线路）组成通信介质（或称通信线路）组成 网络连接设备负责网络的连接，主要包括路由器、网络连接设备负责网络的连接，主要包括路由器、局域网中的交换机、网桥、集线器以及网络连线局域网中的交换机、网桥、集线器以及网络连线等。等。1.2.2 计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标1.1.传输速率传输速率调制速率调制速率调制是将基带数字脉冲信号变换为适合在线路上调制是将基带数字脉冲信号变换为适合在线路上传输的某一频率载波信号的过程。调制过程中，传输的某一频率载波信号的过程。调制过程中，单位时间内调制波形的变换次数（即单位时间内单位时间内
8、调制波形的变换次数（即单位时间内能进行的调制次数）叫做调制速率（也称为波特能进行的调制次数）叫做调制速率（也称为波特率）。如果单位调制信号波的时间长度为率）。如果单位调制信号波的时间长度为T T（秒），则调制速率如下：（秒），则调制速率如下：R RB B=1/T=1/T （波特）（波特）1.2.2 计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标带宽带宽 在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一个结点到另一点所能通过时间内从网络中的某一个结点到另一点所能通
9、过的的“最高数据率最高数据率”，在这种意义上的带宽单位是，在这种意义上的带宽单位是比特每秒，记为比特每秒，记为bit/sbit/s。1.2.2 计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标2.2.误码率误码率在接收端收到数据的差错程度是数据通信质量最在接收端收到数据的差错程度是数据通信质量最重要的指标，一般用误码率重要的指标，一般用误码率P Pe e表示。表示。1.2.2 计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标3.3.可靠性可靠性可靠性通常用来表示系统在给定时间间隔内能正可靠性通常用来表示系统在给定时间间隔内能正常工作的概率。影响系统可靠性的因素很多，如常工作的概率。影响系统可靠性的因素很多，如
10、系统设备的可靠性、信道的质量、操作人员的素系统设备的可靠性、信道的质量、操作人员的素质与状态等。质与状态等。1.2.2 计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标4.4.功率利用率和频带利用率功率利用率和频带利用率 功率利用率功率利用率 以比特差错小于某一规定值时所要求的最低归以比特差错小于某一规定值时所要求的最低归一化信噪比（每比特的信号能量和噪声单边功率一化信噪比（每比特的信号能量和噪声单边功率谱密度的比值）衡量。所要求的信噪比越低，则谱密度的比值）衡量。所要求的信噪比越低，则功率利用率越高。功率利用率越高。1.2.2 计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标4.4.功率利用率和频带利用率功
11、率利用率和频带利用率 功率利用率功率利用率 以比特差错小于某一规定值时所要求的最低归以比特差错小于某一规定值时所要求的最低归一化信噪比（每比特的信号能量和噪声单边功率一化信噪比（每比特的信号能量和噪声单边功率谱密度的比值）衡量。所要求的信噪比越低，则谱密度的比值）衡量。所要求的信噪比越低，则功率利用率越高。功率利用率越高。1.2.2 计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标 频带利用率频带利用率频带利用率是描述数据传输速率和带宽之间关系频带利用率是描述数据传输速率和带宽之间关系的一个指标，也是衡量数据通信系统有效性的指的一个指标，也是衡量数据通信系统有效性的指标，是单位频带内所能传输的信息速率
12、标，是单位频带内所能传输的信息速率 1.2.2 计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标5.5.时延时延时延是指一个数据包从一个网络的一端传送到另时延是指一个数据包从一个网络的一端传送到另一端所需要的时间，其主要由发送时延、传播时一端所需要的时间，其主要由发送时延、传播时延、处理等待时延组成。延、处理等待时延组成。（1 1）发送时延）发送时延 发送时延发送时延 数据块长度（比特）信道带宽（比特数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒）秒）1.2.2 计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标5.5.时延时延（2）传播时延是指电磁波在信道中需要传播一定的距）传播时延是指电磁波在信道中需要传播一定的距离
13、而花费的时间。离而花费的时间。传播时延传播时延=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）秒）1.2.2 计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标（3 3）处理时延是指交换结点为存储转发而进行一些必要的）处理时延是指交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。处理所花费的时间。数据经历的总时延就是以上三种时延之和：数据经历的总时延就是以上三种时延之和：总时延总时延=传播时延传播时延+发送时延发送时延+排队时延排队时延计算机网络是由多种计算机和各类终端通过通信线路连接起来的复合系统。1974年，美国的IBM公司宣布了它研制的系统网络体系结构SN
14、A 开放系统互连基本参考模型OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model），简称为OSI OSI开放划分成七个层次，这七层由低至高分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。好处：（1）各层之间是独立的。（2）灵活性好。（3）结构上可分割开。（4）易于实现和维护。（5）能促进标准化工作。在计算机网络中进行数据交换，就必要遵守一些事先约定好的规则，这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议（network protocol）2.网络协议网络协议网络协议主要由以下三个要素组成：（1）语法，即数据与
15、控制信息的结构或格式；（2）语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；（3）同步，即事件实现顺序的详细说明2.网络协议网络协议1.物理层物理层 物理层传输数据的单位是比特。物理层主要关心的是在连接各种计算机的传输媒体上传输数据的比特流。物理层在设计时涉及的主要问题有哪些？物理层提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性。2.数据链路层数据链路层 数据链路层传输数据的单位是帧，数据帧的数据链路层传输数据的单位是帧，数据帧的帧格式中包括的信息有：地址信息部分、控制信帧格式中包括的信息有：地址信息部分、控制信息部分、数据部分、校验信息部分。息部分、数据
16、部分、校验信息部分。数据链路层的主要作用是通过数据链路层数据链路层的主要作用是通过数据链路层协议（即链路控制规程），在不太可靠的物理链协议（即链路控制规程），在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。路上实现可靠的数据传输。数据链路层还要解决如下一些主要问题：数据链路层还要解决如下一些主要问题：（1）代码透明性的问题。）代码透明性的问题。（2）流量控制的问题。）流量控制的问题。（3）帧重复问题。）帧重复问题。3.网络层网络层网络层传送的数据单位是报文分组或数据包。网络层传送的数据单位是报文分组或数据包。网络层的任务就是要选择最佳的路由，使发送站网络层的任务就是要选择最佳的路由，使发送站的运输层
17、所传下来的报文能够正确无误地按照目的运输层所传下来的报文能够正确无误地按照目的地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。的地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。网络层还要解决拥塞控制问题。网络层还要解决拥塞控制问题。4.运输层运输层 运输层信息的传送单位是报文。运输层信息的传送单位是报文。运输层的基本功能是从会话层接收数据报文，并运输层的基本功能是从会话层接收数据报文，并且当所发送的报文较长时，先要在运输层里把它且当所发送的报文较长时，先要在运输层里把它分割成若干个报文分组，然后再交给它的下一层分割成若干个报文分组，然后再交给它的下一层（即网络层）进行传输。（即网络层）进行传输。分流技术分流技
18、术 复用技术复用技术 5.会话层会话层 用户和网络的接口，这是进程到进程之间的层次。用户和网络的接口，这是进程到进程之间的层次。会话层的主要功能归结为：允许在不同主机上的会话层的主要功能归结为：允许在不同主机上的各种进程间进行会话。各种进程间进行会话。6.表示层表示层 表示层管理抽象数据结构，并且在计算机内部表表示层管理抽象数据结构，并且在计算机内部表示和网络的标准表示法之间进行转换，也即表示示和网络的标准表示法之间进行转换，也即表示层关心的是数据传送的语义和语法两个方面的内层关心的是数据传送的语义和语法两个方面的内容。容。表示层的另一功能是数据的加密和解密表示层的另一功能是数据的加密和解密
19、表示层所提供的功能还有文本的压缩功能表示层所提供的功能还有文本的压缩功能 7.应用层应用层 应用层是应用层是OSI网络协议体系结构的顶层，是计算网络协议体系结构的顶层，是计算机网络与最终用户的界面，为网络用户之间的通机网络与最终用户的界面，为网络用户之间的通信提供专用的程序。信提供专用的程序。应用层的另一个功能是文件传输协议应用层的另一个功能是文件传输协议FTP。1.网络接口层网络接口层网络接口层不是网络接口层不是TCP/IP协议的一部分，但它是协议的一部分，但它是TCP/IP赖以存在的与各种通信网之间的接口。赖以存在的与各种通信网之间的接口。TCP/IP对网络接口层并没有给出具体的规定。对网
20、络接口层并没有给出具体的规定。2.网际层网际层网际层有网际层有5个主要的协议：网际协议个主要的协议：网际协议IP、Internet组管理协议组管理协议IGMP、Internet控制报文协议控制报文协议ICMP、地址解析协议、地址解析协议APR和反向地址解析协和反向地址解析协议议RARP。IP、IGMP、ICMP、ARP、RARP协议的主要作协议的主要作用？用？网际层的主要功能是使主机可以把分组发往任何网际层的主要功能是使主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标（可能经由不同网络并使分组独立地传向目标（可能经由不同的网络）。的网络）。3.运输层运输层TCP/IP的运输层提供了两个主要的协
21、议，即传输控制的运输层提供了两个主要的协议，即传输控制协议协议TCP和用户数据报协议和用户数据报协议UDP，运输层的功能是使源主机和目的主机的对等实体之间运输层的功能是使源主机和目的主机的对等实体之间可以进行会话。可以进行会话。面向面向连接连接与面向无与面向无连接连接的区别？的区别？4.应用层应用层应用层包含所有的高层协议，如虚拟终端协议应用层包含所有的高层协议，如虚拟终端协议（TELNET）、文件传输协议（）、文件传输协议（FTP）、简单邮件）、简单邮件传送协议（传送协议（SMTP）和域名服务（）和域名服务（DNS）等等。）等等。（1）了解计算机网络出现的历史背景和物质基础（2）理解计算机网络的组成和衡量计算机网络性能的主要技术指标（3）理解计算机网络参考模型本章小结本章小结
