第二章-计算机网络的层次化结构要点课件.ppt

1、教育部人才培养模式改革和开放教育试点教材教育部人才培养模式改革和开放教育试点教材中央广播电视大学出版社临 夏 电 大 教师：马 俊 清 本章以计算机网络的层次化结构的概念为牵线，引导出一个体系结构，通过它可以将繁杂的计算机网络的知识穿在一起，使读者可以从中得到一个较为清晰的计算机网络的整体概念。学习本章的内容，请大家尽量自觉的遵循层次化的思想，将大量繁杂的有关计算机网络的知识进行分解，按照在各个层次中的位置及其应有的功能各个“击破”。能想象出计算机网络的整体架构来，从而达到能够在自己的头脑中“抽象”出计算机网络的每一层的功能以及层与层之间的关系。还要指出的是，在学习过程中应非常重视结合实验指导

2、书的学习，比较判断实际上的设备和操作与所学知识的直接联系，达到遇到某个软硬件产品，就能够判断出它在计算机网络体系结构中的位置，并根据该设备的结构来判断怎样正确地应用。 本章的内容将沿着下列思路来讲述：本章的内容将沿着下列思路来讲述： 计算机网络为什么要分层次。 网络分层次的原则。 网络层次模型的构成。 每一层的功能和相关标准。通过本章的学习，应该做到：通过本章的学习，应该做到：熟练掌握开放式系统的概念，网络互连模型的两种主要划分方式。掌握协议概念及一些重要的计算机网络通信协议。熟练掌握协议实体、服务和接口的概念。熟练掌握横向控制流和纵向信息流的概念。掌握面向连接和无连接的概念。掌握网络地址的概

3、念。掌握路由选择、流控制，差错检测和纠正等内容。第一层第二层第二层第一层服务服务图层次和服务的概念第四层第三层第二层第一层第一层第二层第三层第四层服务服务服务服务服务服务原始比特流对象消息字符集合图层次化模型图应用层运输层网络层链路层链路层网络层运输层应用层原始比特流对象消息字符集合图信息流信息流图n以箔屏蔽以减少 n干扰和串音n3类、5类n双绞线外没有任何附加屏蔽计算机计算机计算机距离d距离d.带宽和时延的概念带宽：是指在一个物理信道内可以传输频率的范围。个信道的带宽越宽，则在单位时间内能够传输的信息量就越大。在各种传输媒体中，光纤的带宽就很宽，所以光纤的数据传输容量就很大。注意带宽和数据传

4、输速率的概念是不同的，不要理解为一码事。数传率的单位是每秒传输的比特数（bps）。它只是与带宽有密切关系。 时延：时延的概念很好理解。信号不论是在何种传输媒体中传输，总要经过一定的时间。就拿太阳光来说，从太阳传到地球也要6分多钟。所以就有所谓的时间的延迟的概念。同一种媒体内传输信号的时延值在信道长度固定了以后是不可变的，不可能通过减低时延来增加容量。而惟一可行的方法只能是增加信道的带宽.物理传输信息编码和调制技术编码和解码的概念l编码：把脉冲信号转变成适合物理传输介质传送的一种能量的形式代码。l解码：当某种能量的形式的信号到达传输介质另一端时，把这个能量形式的信息转换回数字信号的过程。.调制技

5、术介绍l调制：模拟信号转换为数字信号。l解调：数字信号转换为模拟信号。.物理接口标准和信道复用技术.本地异步通信接口.信道复用技术p时分复用把一个宽的信道分成许多小时间片，让每一个小时间片分别传输一路信号；若干个小时间片组成一组，这个组有一个专业名词叫“帧”。这样按时间顺序一帧一帧的传输，就可以周而复始地用来支持多路信号的传输了。p频分复用将一个信道内可以传输的带宽按其频谱划分成许多更小的频段，每一个频段用来传递一路信号，用这种方式共享一个较大带宽的信道的技术称为频分复用。p波分复用用于光纤带宽的一种技术。它在光纤中以不同的波长为载波来传递多路信号，从而实现共同传输大量信息的频分复用。.基本传

6、输技术介绍.技术是同步数据传输系统的英文缩写。.技术是异步传输模式的英文缩写。.直接在光纤上传的技术.接入技术介绍p综合业务数字网()p高速数字接入设备()p同轴电缆带调治解调器(able Modem)p局域网(LAN)p无线接入(Wireless)路由器路由器 LAN 1LAN 3路由器路由器 LAN 4路由器路由器 LAN 2路由器路由器 路由器路由器 文件服务器文件服务器集线器集线器Host A集线器集线器Host B路由器路由器 LAN 1LAN 3路由器路由器 LAN 4路由器路由器 LAN 2路由器路由器 路由器路由器 文件服务器文件服务器集线器集线器Host A集线器集线器Hos

7、t B信息包信息包1信息包信息包2帧与报文帧与报文帧帧起始标志 接收站标识控制段帧校验序列数据数据帧帧InternetInternet链路层协议链路层协议-PPP-PPP标 志7E地 址FF控 制03协 议标 志7E信 息IP数 据 报字 节1112小 于 1500字 节帧 校验 FCS21固定不变固定不变建立鉴别通信终止网络静止协商选项鉴别成功NCP配置通信结束失败载波停止失败检测到载波1位7位24位0网络ID主机IDl 第一字节的值：1127间的整数l 网络部分占一个字节l 主机部分占三个字节0 第 一 字 节 第 二 字 节 第 三 字 节 第 四 字 节l 第一字节取值范围：l 最小：

8、0000,0000l 最大：0111,1111 ；十六进制=7F；十进制=7*16+15=127l 最多网络数：126l 每网络中最多主机数：约1600万 2位14位16位10网络ID主机IDl 第一字节的值：128191间的整数l 网络部分占二个字节l 主机部分占二个字节1 0 第 一 字 节 第 二 字 节 第 三 字 节 第 四 字 节l 第一字节取值范围：l 最小：1000,0000；80H；十进制=8*16+0=128l 最大：1011,1111；BFH；十进制=11*16+15=191l 最多网络数：16000l 每网络中最多主机数：约65000个3位21位8位110网络ID主机I

9、Dl 第一字节的值：192223间的整数l 网络部分占三个字节l 主机部分占一个字节1 1 0 第 一 字 节 第 二 字 节 第 三 字 节 第 四 字 节l 第一字节取值范围：l 最小：1100,0000；C0H；十进制=12*16+0=192l 最大：1101,1111；DFH；十进制=13*16+15=223l 最多网络数：约200万l 每网络中最多主机数：254个地址类别高位字节最高字节范围可支持的网络数目每个网络支持的主机数A0-112612616777214B10-1281911638465534C110-1922232097152254IPIP地址分类比较地址分类比较文件服务器

10、文件服务器集线器集线器Host A集线器集线器Host B路由器路由器 路由器路由器 202.207.124.21800-02-3F-AE-0F-6D202.207.124.100-90-4B-0A-8A-8360.10.124.102-00-4C-4F-4F-5060.10.124.302-00-4C-3F-4F-80202.207.124.21600-02-3F-BE-3F-6DA-文件服务器1.A发送ARP请求包，目的IP地址为202.207.124.126，目的MAC地址FF.FF.FF.FF.FF.FF2.广播域中所有其它主机将收到ARP报文中A的MAC和A的IP对应关系记入本机AR

11、P缓存。3.然后对比目的IP地址，如果发现是对自己IP的请求，则发送响应包，在源地址中填上自己的MAC地址，目的地址填上A的MAC地址。文件服务器文件服务器集线器集线器Host A集线器集线器Host B路由器路由器 路由器路由器 202.207.124.21800-02-3F-AE-0F-6D202.207.124.100-90-4B-0A-8A-8360.10.124.102-00-4C-4F-4F-5060.10.124.302-00-4C-3F-4F-80202.207.124.21600-02-3F-BE-3F-6DA-B1.A准备发送信息给B，发现B和自己不在一个网段上，则将信息发

12、送给本机所配默认网关。2.如果不知道默认网关的MAC，则采用和本地网络同样的方法，发送ARP请求报文。3.路由器收到解析请求，则将自己的MAC地址返回主机A。4.在对端，路由器收到数据报后，同样要根据IP地址查找对应的主机B。p将MAC地址绑定到IP地址。p发送数据的源设备（主机或者网络设备）知道自己的MAC地址，可是不知道自己的IP地址。p源设备发送RARP请求：目的MAC为全1，源MAC为自己的MAC。p网络上的RARP服务器接收到该请求，从映射表中查出该设备的IP地址，然后将该IP写入RARP响应分组返回。2.4.5流控制2.4. 拥塞控制p定义：当通信子网中有太多分组时，其性能降低，这

13、种情况称为拥塞。p 拥塞控制原理开环 在通信开始时就设计如何处理网络中的分组，使网络不会发生拥塞闭环当拥塞发生时，根据链路反馈信息，对拥塞进行处理实现：监测通信子网何时何地发生了拥塞将拥塞信息传送到可采取行动的地方调整系统操作更正问题p 解决拥塞的办法：增加资源、降低载荷.防火墙防火墙防火墙（Firewall）是一个系统（或一组系统），它能增强机构内部网络的安全性。防火墙系统决定了哪些内部服务可以被外界访问；外界的哪些人可以访问内部的特定的服务，以及哪些外部资源可以被内部人员访问。要使一个防火墙有效，所有进入和外出的信息都必须经过防火墙，接受防火墙的检查。防火墙必须只允许授权的数据通过，并且防

14、火墙本身也必须能够免于渗透。但不幸的是，防火墙系统一旦被攻击者突破或迂回，就不能提供任何的保护了。 防火墙的实现方式包括包过滤路由器和应用层网关。包过滤路由器可以过滤协议（ICMP、UDP、TCP等），只允许特定的协议通过；应用层网关就是我们常说的代理服务器，它可以提供比路由器更严格的安全策略，我们平时的各种限制就是在应用层实现的 单位内部网络防火墙防火墙.中继器（RP repeater）是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络

15、的长度。.网桥（ Gate Bridge)网桥(Gate Bridge)是工作在OSI第二层(数据主连路层)上的，有在不同网段之间再生信号的功能，它可以有效地联接两个局域网，使本地通信限制在本网段内，并转发相应的信号至另一网段，网桥通常用于联接数量不多的、同一类型的网段。3.交换机(Switch) 也叫交换式集线器，是一种工作在OSI第二层(数据链路层)上的、基于MAC (网卡的介质访问控制地址)识别、能完成封装转发数据包功能的网络设备。 4.路由器（Router)路由器是工作在网络层的重要设备。它是用来在网络层上对设备实行相互连接。路由器的任务主要用来实现协议转换和路由选择。5.网关（Gat

16、eway)p 能够进行高层(网络层之上)协议转换的网络连接设备p 一些常用的路由器在路由功能基础上增加了协议转换功能，可以实现网关的功能p 网关也可以利用计算机加上网关软件实现p Windows网络连接属性中的默认网关实际上是指默认路由文件服务器文件服务器集线器集线器Host A集线器集线器Host B路由器路由器 路由器路由器 应用层应用层传输层传输层网络层网络层IP以太网以太网应用层应用层传输层传输层网络层网络层IP以太网以太网网络层网络层IP以太网以太网广域网广域网网络层网络层IP以太网以太网广域网广域网.运输层的作用运输层就是完成从终端点到另一终端点的可靠的传输服务。p利用网络层提供的

17、服务向其用户（一般是应用层的进程）提供有效、可靠且价格合理的服务。p从实现网络传输的有效性考虑：公用电信网络一般只会实现从物理层到网络层的功能。网络层之上的层次，由通信的两端，即主机来实现。就象传统邮政通信，信件只送到某个通信单位，而不会打开信，检查信件内容是否出现错误。.传输控制协议用户数据报协议UDPnUDP协议的特征 不可靠 面向非连接n不使用确认数据报n不排序数据报.协议TCP实现可靠传输的方法使用“窗口”技术实现流量控制u通信开始前通过“3次握手”交换以下信息：通信窗口大小的调整范围发送端发送信息的序号接收端序号u通信过程中使用TCP头中的窗口值调整窗口大小。面向连接通信前通信两端通

18、过“3次握手”，保证通信的两端计算机都已经准备好通信所用的资源：u缓冲区u端口号等通信结束后“优雅关闭”出错重发主机主机A A主机主机B B发送连接请求发送连接请求（A A初始发送序号初始发送序号=N=N）接收（接收（A A初始发送序号初始发送序号=N=N）连接请求连接请求发送连接确认发送连接确认（B B初始发送序号初始发送序号=M=M确认确认A A发送序号发送序号=N=N）1 12 2接收连接确认接收连接确认（B B初始发送序号初始发送序号=M=M，确认序号确认序号=N=N）发送数据发送数据（A A发送序号发送序号=N=N确认确认B B序号序号=M=M）3 3接收数据接收数据（接收（接收A

19、A序号序号=N=N，确认序号确认序号=N=N）三次握手三次握手ClientServer发送拆除连接请求接收到拆除请求发送拆除连接应答接收到拆除连接应答发送拆除连接确认源端口目标端口发送包的序列号接收包的序列号头部长度未用字段代码位窗口选项(如果有的话)数据区起始 在TCP协议字段中，源端口和目标 端口是用来指明发送和接收两个端点的位置。第二行的序号是指发送包的编号。第三行是对于对方发过来信息的应答信息。2.6.1应用层环境 应用层是网络模型的最高层，是用户应用程序与网络的接口。应用进程通过应用层协议为用户提供最终服务。所谓应用进程是指在为用户解决某一类应用问题时在网络环境中相互通信的进程。应用

20、层协议是规定应用进程在通信时所遵循的协议。2.6.2客户/服务器交互环境 客户机/服务器这个名词虽然近年来报刊杂志上经常出现，但对这一术语至今尚无统一的定义。首先，客户机/服务器可以被理解为是一个物理上分布的逻辑整体，它是由客户机、服务器和连接支持部分组成。其中客户机是体系结构的核心部分，是一个面向最终用户的接口设备或应用程序。它是一项服务的消耗者，可向其他设备或应用程序提出请求，然后再向用户显示所得信息；服务器是一项服务的提供者，它包含并管理数据库和通信设备，为客户请求过程提供服务；连接支持是用来连接客户机与服务器的部分，如网络连接、网络协议、应用接口等。客户机 / 服务器具有以下特点： （

21、1）可实现资源共享。（2）可实现管理科学化和专业化。（3）可快速进行信息处理。（4）能更好地保护原有的资源。2.6.3 域名系统-域名系统诞生的原因IP不易理解记忆 与 61.178.193.115-互联网命名机制要解决的问题全局唯一名字便于管理高效进行映射2.6.4 电子邮件 电子邮件（电子邮件（E-mailE-mail）是Internet上使用最为广泛的一种服务之一。欲使用电子邮件的人员可到ISP网站注册申请邮箱，获得电子邮件账号（电子邮件地址）及口令，就可通过专用的邮件处理程序接、发电子邮件了。邮件发送者将邮件发送到邮件接收者的ISP邮件服务器的邮箱中，接收者可在任何时刻主动地通过Int

22、ernet查看或下载邮件。电子邮件可以在两个用户间交换，也可以向多个用户发送同一封邮件，或将收到的邮件转发给其它用户。电子邮件不仅包含文本信息，还可包含声音、图像、视频、应用程序等各类计算机文件。电子邮件地址格式： 用户名服务器域名。 用户名表示邮件信箱、注册名或信件接收者的用户标识，符号后是你使用的邮件服务器的域名。可以读成“at”，也就是“在”的意思。整个电子邮件地址可理解为网络中某台服务器上的某个用户的地址。 2.6.5 文件传输（FTP） FTP服务是由FTP服务器提供服务的。FTP服务器是指运行TCP/IP协议的网络上存储大量文件和数据的计算机主机，它设有公共账号，有公开的资源供用户

23、下载及使用。公用的FTP服务器都支持匿名登录，任何用户都可使用“anonymous”为账号登录到FTP服务器，使用该服务器提供的服务。 2.6.6 W W W 万维网WWW（World Wide Web）正如其名字一样，是一个遍布Internet的信息储藏所，是一种特殊的应用网络。它通过超级链接，将所有的硬件资源、软件资源、数据资源连成一个网络，用户可从一个站点轻易地转到另一个站点，非常方便地获取丰富的信息。万维网的出现，极大地推动了Internet的发展。 HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）超文本传输协议是万维网客户端进程与服务器端进程交互遵守的协议，它是一

24、个应用层的协议，使用TCP连接进行可靠的传输。HTTP是万维网上资源传送的规则，是万维网能正常运行的基础保障。 HTTP的思想非常简单：客户给服务器发送请求，服务器向客户发送响应，在客户和服务器之间的HTTP事务有两种类型：请求和响应。2.6.7 网络管理网络管理系统的组成交换机（A）智能集线器（A）工作站（A）路由器（A）桌面交换机（A）工作站（A）服务器（A）网络管理工作站（M）MIBInternet（A）：被管代理进程。（M）：管理进程。 简单网络管理协议SNMP（Simple Net-work Management Protocol）是一个基于TCP/IP协议簇的网络管理标准协议，SN

25、MP的基本功能包括监视网络性能、检测分析网络差错和配置网络。在网络正常工作时，SNMP可以实现统计、配置、测试等功能。当网络出现故障时，可以实现差错检测和恢复功能。SNMP最大的优点是简易性与可扩展性，它体现了网络管理系统的一个重要准则，即网络管理功能的实现不能影响网络的正常功能，不给网络附加过多的开销。2.6.8 视频会议2.6.9 网络安全 随着Internet迅猛发展和网络社会化的到来，网络已经无所不在地影响着社会的政治、经济、文化、军事、意识形态和社会生活等各个方面。同时在全球范围内，针对重要信息资源和网络基础设施的入侵行为和企图入侵行为的数量仍在持续不断增加，网络攻击与入侵行为对国家安全、经济和社会生活造成了极大的威胁。因此，网络安全已成为世界各国当今共同关注的焦点。 网络安全是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不受偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露，确保系统能连续可靠正常地运行，网络服务不中断。