第5章-计算机网络技术课件.ppt
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1、第5章计算机网络技术第第5章计算机网络技术章计算机网络技术5.1 计算机网络概述计算机网络概述5.2 计算机网络的结构计算机网络的结构5.3 局域网技术局域网技术5.4 广域网技术广域网技术5.5 网络互联技术网络互联技术*5.6 计算机网络的安全与管理计算机网络的安全与管理5.7 Internet概述概述小结小结 习题习题第5章计算机网络技术现代管理信息系统要求, 不同地理位置的信息管理系统既能进行本地处理, 又能彼此互联, 进行数据交换和资源共享。 物理上的分散性和逻辑上的统一性, 使企业既能“运筹帷幄”, 又能“决胜千里”, 这就必须使管理信息系统建立在计算机网络平台的基础之上, 并实现
2、文本、 视频、 音频等多媒体信息的交互、 处理和传输。 本章主要介绍计算机网络的基本概念、 功能和主要理论技术。 第5章计算机网络技术5.1计算机网络概述计算机网络概述5.1.1计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展计算机网络是计算机技术和通信技术不断发展和结合的结果, 它们互相渗透, 互相融合, 促进了计算机网络的发展。 第5章计算机网络技术1. 以单计算机为中心的联机网络以单计算机为中心的联机网络20世纪60年代中期以前, 计算机主机造价昂贵, 而通信线路和通信设备价格相对便宜, 为了共享主机资源和实现信息的采集与综合处理, 连机终端网络是一种重要的系统结构, 如图5-1所示。 第5
3、章计算机网络技术图 5-1单处理机联机系统结构图第5章计算机网络技术单处理机联机网络是一个分时多用户系统。 这种结构的主机负荷较重, 既要承担通信工作, 又要承担数据处理, 主机效率低。 另外, 通信线路的利用率低, 尤其在远距离传输时, 如果让多个终端用户都单独占用一条通信线路, 造价就很高。 所以, 在终端集中的地方, 采用了远程线路集中器, 以尽量减少通信费用。 这种结构采用集中控制方式, 可靠性较低。 为了减轻主机的负荷, 提高主机效率, 可以在主机与通信线路之间设置通信控制器(Communication Control Processor, CCP)专门处理与终端的通信。 如图51中
4、虚线所示。第5章计算机网络技术2. 计算机计算机计算机网络计算机网络利用通信线路将多个计算机连接起来, 为用户提供服务, 形成以多处理器为中心的网络。 最直接的形式是将多个主计算机通过通信线路连接起来, 如图5-2所示。 这种形式, 主机既承担数据处理又承担通信控制。 为了减轻主机的工作, 第二种形式是将通信功能从主机分离出来, 设置通信控制处理器CCP, 主机间的通信通过CCP间接进行。 如图5-3所示。 第5章计算机网络技术图5-2主机直接互联的网络第5章计算机网络技术图5-3具有通信子网的计算机网络第5章计算机网络技术这种形式的计算机网络, 在逻辑上可划分为两部分。 通信控制处理机负责网
5、上各主机间的通信控制和通信处理, 它们组成的传输网络称为通信子网, 是网络的内层; 网上主机负责数据处理, 是计算机网络软、 硬件资源的拥有者, 它们组成了网络的资源子网, 是网络的外层。 资源子网上用户间的通信是建立在通信子网的基础上。 通信子网和资源子网的结合, 组成了实现数据通信和资源共享的计算机网络。 第5章计算机网络技术若将网络通信子网建成公共数据通信网, 或利用已有的公共数据网, 就成为社会公有的计算机通信网, 如图5-4所示。 广域网, 特别是国家级各部门建立的计算机网络大多是这种形式。 这种网络允许异种机入网, 兼容性好, 通信线路效率高, 是广域网的基本形式。第5章计算机网络
6、技术图5-4具有公用数据通信网的计算机网络第5章计算机网络技术为了实现用户之间的互联, 如果在所有用户之间直接进行连接, 这对通信线路资源是极大的浪费。 用户之间的互联是通过交换机实现的。 在通信子网中, 每个通信结点(CCP)都有数据存储和处理的功能, 通过对数据的存储/转发实现数据的传输(交换)。 一个通信网络由许多交换结点互联而成。 交换结点转发信息的方式就是交换方式。 交换方式可以分为线路交换、 报文交换和分组交换。 其中线路交换是电话通信网电话交换机的传统工作方式。第5章计算机网络技术这种工作方式在通话的全部时间内, 通话双方始终占用端到端的固定传输带宽(交换机之间的一个话路)。 由
7、于计算机之间通信的突发性, 不需要在两个通信结点之间建立专用通路, 而是将数据组织成报文或分组, 通过计算机通信结点进行存储/转发, 极大地提高了通信子网的效率。 分组相对报文而言, 数据长度较短而且固定。 分组交换技术又可分为数据报交换和虚电路交换。 第5章计算机网络技术3. 体系结构标准化网络体系结构标准化网络为了方便计算机连网以及网络互联, 实现计算机数据通信和资源共享, 必须建立标准。 随着网络技术的发展, 提出了网络体系结构标准化的概念。 国际标准化组织ISO在研究、 吸收各计算机厂家网络体系结构标准化经验的基础上, 制定了计算机“开放系统互联参考模型”(Open Systems I
8、nterconnection/Reference Moden, OSI/RM)。 作为国际标准, OSI规定了可以互联的计算机系统之间的通信协议, 遵循OSI协议的网络通信产品都是所谓的开放系统。 这种统一的、 标准化的产品互相竞争的市场给网络技术的发展带来了更大繁荣。第5章计算机网络技术4. 国际互联网(国际互联网(Internet)从20世纪80年代末期以来, 起源于美国的国际互联网(或称因特网)飞速发展, 已成为世界上最大的国际性计算机互联网络。 Internet对世界的冲击, 已渗入到人们生活的各个方面。Internet仍然遵从分层的体系结构思想, 称为TCP/IP体系结构。 现在,
9、计算机网络得到最广泛应用的不是国际标准OSI, 而是Internet的TCP/IP结构。 这样, TCP/IP常常成为事实上的国际标准。 但是, 应当承认, OSI网络体系结构的思想在计算机网络发展过程中的重要贡献。 第5章计算机网络技术5.1.2计算机网络的定义计算机网络的定义计算机网络在不同的发展阶段或从不同的观点有着不甚相同的定义。 综合起来, 比较统一的定义是: “地理上分散的多台独立自主的计算机通过软、 硬件设备互联, 在协议控制下以实现资源共享和信息交换的系统”。 这个定义的含义, 可以从以下几点理解: (1) 计算机网络中的计算机(工作站)是独立的。 它拥有自己的软、 硬件资源,
10、 完成一定的处理任务。 (2) 网络上的计算机, 在协议控制下互联, 实现数据通信。 (3) 网络上的计算机, 由于遵循统一的体系结构标准而成为开放系统, 从而实现资源共享。 第5章计算机网络技术计算机通信网是与计算机网络类似的概念。 计算机通信网以传输信息为主要目的, 所研究的是通信传输协议、 对通信设备的控制和管理、 数据传输的高效、 可靠。 另一个类似的概念是分布式系统。 分布式系统在计算机网络的基础上为用户提供了透明的集成应用环境, 是计算机网络在功能上的延伸。 分布式系统中的多台计算机除了可以相互通信和共享资源外, 还能协同工作, 以实现一个既定的功能。 第5章计算机网络技术多机系统
11、也是与计算机网络类似的另一种系统。 多机系统是指同一机柜中或集中在同一地点的紧密耦合的多处理机系统或并行处理系统。 并行处理系统通过互联网络实现多台计算机之间的连接, 以适应高速并行计算的需要。 而计算机网络中计算机之间的互联是相当有限的, 它们是通过各种交换技术实现计算机之间的连接。 可见, 计算机网络与并行处理系统, 分布式系统以及计算机通信网既是互相联系又是不尽相同的概念。 第5章计算机网络技术5.1.3计算机网络体系结构标准化及其组织计算机网络体系结构标准化及其组织网络上连接的各个计算机系统, 要实现资源共享和数据通信, 必须使用相同的语言并遵守双方都能接受的规定或约定, 以控制数据交
12、换。 这些规则或约定的集合称为协议。 在计算机网络中, 各个主机系统为了实现一定的功能, 都划分为不同的功能层次。 这些功能层次, 在网络体系结构中称为(某一层)实体。 第5章计算机网络技术也就是说, 一个主机系统由不同层次的实体组成, 主机向对应层次的通信是虚拟的, 它通过调用下层的功能和为上层提供的服务实现。 那么, 系统如何分层, 各层次完成的功能或服务, 以及采用的通信协议都应当明确定义, 而且应当统一, 即标准化, 以保证不同厂商设备或系统之间实现互相通信。 计算机网络中, 这种层次的划分和功能的定义, 就是网络的体系结构。 世界上一些主要的标准化组织在这方面已做了许多卓有成效的工作
13、, 研究和创造了一系列有关数据通信和计算机网络的标准, 有的已作为国际标准, 极大地推动了计算机网络技术的发展。第5章计算机网络技术计算机网络标准化及其组织主要有: 国际标准化组织(ISO)制定的开放系统互联(OSI)参考模型; 国际电信联合会(ITU)(原为国际电报电话咨询委员会 CCITT)的X系列、 V系列以及I系列建议书; 美国电气电子工程师学会(IEEE)的IEEE 802 LAN局域网标准以及美国电子工业协会(EIA)的RS系列标准等。 第5章计算机网络技术1. 国际标准化组织国际标准化组织ISO的的OSI参考模型参考模型国际标准化组织ISO成立于1947年, 是世界上最大的国际性
14、标准化专门机构, 我国是该组织的成员国。 ISO提出的开放系统互联参考模型, 定义了异构计算机网络标准的框架结构。 OSI标准为面向分布式应用的“开放”系统提供了基础。 “开放”就是指任何两个系统只要遵守参考模型和有关标准, 都能实现互联。 ISO/OSI标准将任一个系统都划分为七层, 即物理层、 数据链路层、 网络层、 传输层、 会话层、 表示层和应用层, 作为异构系统互联的体系结构, 提供了互联系统通信规则的标准框架。 第5章计算机网络技术2. IEEE 802局域网标准局域网标准美国电气与电子工程师协会1980.2成立了局域网标准委员会, 现已形成了IEEE 802.1802.13各项标
15、准, 对规范局域网产品的开发, 推动局域网技术的应用起到了极大的促进作用。 在IEEE 802局域网标准中, 只定义了物理层和数据链路层两层, 并由于共享信道将数据链路层划分为逻辑链路控制(Logical Link Control, LLC)和介质访问控制(Medium Access Control, MAC)两个子层, 加强了数据链路层的功能, 把网络层的寻址、 排序、 流控和差错控制等功能放在LLC子层来实现。 第5章计算机网络技术3. ITU建议建议国际电信联合会(ITU)是专门制定有关数据通信和公用数据网(广域网)的国际标准化组织。 其中ITUT是ITU下属的标准化分部。 原国际电报电
16、话咨询委员会(Consultative Committee International Telegraph and Telephone, CCITT)现在已统一为国际电信联合会, 它是国际条约组织, 主要由各成员国的邮政、 电话、 电报部门组成。 第5章计算机网络技术 该组织为国际通信用的各种通信设备及规程的标准化分别制定了一系列的建议。 在数据通信方面, ITU有两种系列建议, 即V系列与X系列建议书。 V系列建议是在数据通信发展初期, 在电话网和用户电报网上进行数据传输而制定的, 每个建议针对一个专题。 为了适应用于数据通信的公用数据通信网的发展, 20世纪70年代初又逐步形成了公用数据交
17、换网的X系列建议书。 其中X.21、 X.25和X.75同计算机密切相关。 在X.25建议书中, 将一个公共分组交换数据网分成物理层, 链路层和分组层等3层, 与ISO/OSI低3层对应。 第5章计算机网络技术 为了适应综合业务数字网(Integrated Services Digital Network, ISDN)的发展, ITU又制定了ISDN网的标准, 即I系列建议。 I.100系列描述了ISDN一般概念和基本原则; I.200系列提供了ISDN所支持的电信业务分类和描述方法; I.300系列说明网络状况; I.400系列为用户/网络接口; I.500系列为网络间的接口。 CCITT与
18、ISO密切合作, 目前已采纳OSI体系结构, 并将其制定的已趋成熟的数据通信标准融进OSI七层模型中。 我国也是ITU成员国之一。 第5章计算机网络技术4. TCP/IP协议协议有了上述的局域网和广域网协议, 并不是说就能构造出一个完整的网络系统, 还必须要有高层协议提供更加完善的网络服务。 一般来说, 网络的低层协议决定了一个网络系统的传输特性, 与网络系统的硬件关联。 高层协议则提供了与网络硬件结构无关的, 更加完善的网络服务和应用环境, 通常是由网络操作系统实现的。 最通用的高层协议是TCP/IP协议, 它是一个协议集, 定义了网络接口层、 网际层、 传送层和应用层等4个层次。第5章计算
19、机网络技术其中网络接口层定义了TCP/IP与各种物理网络如Ethernet、 TokenRing、 FDDI及其他网络的网络接口; 网际层相当于OSI参考模型的网络层; 传送层对应传输层; 应用层则包含了OSI参考模型的会话层、 表示层和应用层功能。 类似的高层协议还有SPX/IPX等。 5. 中国国家标准局中国国家标准局是我国有关工程和技术标准的法律制定机构, 它颁布有关的标准。 我国已决定在计算机与通信领域采用相应的国际标准, 因此, 国家标准局的主要工作是将有关国际标准采纳为国家标准。 第5章计算机网络技术5.2计算机网络的结构计算机网络的结构计算机网络的结构, 从不同的角度划分为网络的
20、体系结构、 拓扑结构、 逻辑结构和物理结构。 网络的体系结构是网络通信和信息处理功能层次的描述, 是概念上的抽象。 拓扑结构是从几何的角度对网络结构的抽象, 即抽象为结点和连线的集合。 网络的逻辑结构是从网络工作原理考虑的逻辑组成, 即内层是通信子网, 外层是资源子网。 网络的物理结构则是网络的物理实现。 第5章计算机网络技术5.2.1体系结构体系结构所谓网络体系结构, 就是为了完成计算机间的数据通信和信息处理, 把每个计算机的功能划分为定义明确的层次, 规定了同层次进程通信的协议以及相邻层之间的接口和服务。 将划分的层、 同层进程通信的协议以及相邻层接口统称为网络体系结构。 体系结构是系统功
21、能层次的划分, 是系统功能的抽象。 第5章计算机网络技术1. ISO开放系统互联参考模型的概念开放系统互联参考模型的概念国际标准化组织ISO制定了计算机网络标准模型, 及开放系统互联参考模型OSI/RM, 它为开放系统互联提供了一种功能结构的框架, 作为开发各种网络协议标准的基础。 该模型将每个连入网络的开放型计算机按通信和信息处理功能划分为7层, 如图5-5所示。第5章计算机网络技术图5-5ISO/OSI 七层参考模型、 协议和接口第5章计算机网络技术该模型中, 连入网络的计算机中每一个层次都称之为实体, 两个计算机同一层次实体之间的通信, 称为对等层协议通信, 执行对等层协议规范。 同一层
22、次实体之间的通信则通过上下层之间的接口, 上一层依次调用下一层的功能和下层依次为上一层提供服务而实现。 对等层之间的通信是虚拟的, 真正的通信实际是在计算机之间通过物理信道实现的。 第5章计算机网络技术2. 七层功能概述七层功能概述(1) 应用层。 这是OSI体系结构的最高层。 这一层的协议直接为端用户服务, 是开放系统与应用进程的接口, 提供分布式信息处理环境。 应用层管理开放系统互联, 包括系统的启动、 维持和终止, 并保持应用进程间建立连接所需的数据记录, 其他层都是为支持这一层的功能而存在的。 第5章计算机网络技术应用层协议已经定义的协议主要有: 电子邮件协议, 提供电子邮件服务功能。
23、文件传输协议, 提供各种文件类型(包括远程数据库文件)访问功能。目录服务协议, 提供分布式数据库功能。虚拟终端协议, 提供不同类型终端兼容功能。公共管理信息协议和公共管理信息服务, 提供对网络中的资源、 交通和安全管理功能, 还有许多其他应用服务协议正处于制定和标准化的过程中。 第5章计算机网络技术(2) 表示层。 表示层的功能是解决用户信息的语法表示, 它将要交换的数据从适合于某一用户的抽象语法转换为适合OSI内部使用的传送语法, 即完成信息的格式转换。 使得应用实体不必要关心信息在“公共” 表示方面的问题, 为应用层提供语法的独立性。 应用层实体可以使用任何语法, 表示层提供这些语法与应用
24、实体通信所需要的公共语法之间的转换。 第5章计算机网络技术各种计算机内部数据表示可能不同, 例如整数、 浮点数的格式可能不同, 字节的顺序(高位字节与低位字节的位置)可能不同, 这些方面的差别在网络传输时需要统一。 这可以类似于用基本数据类型构造复杂数据结构的方法, 用一种抽象语法表示用户的数据, 应用层的协议数据单元向下传送到表示层时, 表示层用抽象语法表示它的结构, 传送到对方的表示层时, 也用同样的抽象语法解释它。 表示层提供的服务有: 统一的数据编码(整数、 浮点数的格式, 以及字符编码等)、 数据压缩格式、 加密技术等, 后两种是数据传输过程所需要的。 第5章计算机网络技术(3) 会
25、话层。 会话层提供两个表示层实体之间交互时组织和同步它们的会话过程, 以及为管理它们的数据交换提供必要的手段。 它提供的会话服务可分为两类: 会话管理服务, 把两个表示实体结合在一起, 或者把它们分开。 控制两个表示实体间的数据交换过程, 即对话服务。 例如, 分界、 同步等。第5章计算机网络技术(4) 传输层。 传输层的功能是在两个端系统之间可靠、 透明地传送报文。 当会话实体要求建立一条传输连接时, 传输层就为其建立一个对应的网络连接。 如果要求较高的吞吐率, 传输层可能为其建立多个网络连接(分流)。 如果要求的传输速率不很高, 单独创建和维持一个网络连接不合算, 则传输层就可以把几个传输
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