網絡基礎課件NET02第1章：計算機網絡概論VIP

復習上次主要內容1、網絡定義？不同地理位置、獨立工作能力的計算機通過通信線路、通信設備連接起來配置網絡協議軟件、網絡服務軟件以資源共享為目的1可編輯版復習上次主要內容2、網絡功能？數據通信資源共享進行數據信息的集中和綜合處理進行均衡負載和分布式處理提高系統(tǒng)的可靠性和可用性2可編輯版復習上次主要內容3、網絡分類？網絡覆蓋范圍LAN、WAN、MAN、AN網絡數據傳輸技術廣播式網絡、點到點網絡網絡傳輸介質有線網、無線網網絡數據傳輸和系統(tǒng)擁有者公用網、專用網企業(yè)管理下網絡互聯Internet(國際互聯網)Intranet(企業(yè)內聯網)Extranet(企業(yè)外聯網)3可編輯版復習上次主要內容4、網絡的發(fā)展？一階段：20世紀50年代數據通信技術的研究與發(fā)展二階段：20世紀60年代ARPAnet與分組交換技術的研究與發(fā)展三階段：20世紀70年代網絡體系結構與協議標準化的研究，廣域網、局域網與分組交換技術的研究與應用四階段：20世紀90年代Internet技術的廣泛應用，網絡計算技術的研究與發(fā)展，寬帶城域網與接入網技術的研究與發(fā)展，網絡與信息安全技術的研究與發(fā)展4可編輯版1.3.計算機網絡的組成與結構計算機網絡的組成有兩種典型的分法，分別從不同的角度來看。一個是從邏輯功能上來分；一個是從系統(tǒng)要素來組成，不論采用哪種組成，其實質內容是一樣的。1.3.1從邏輯功能上來組成通信子網資源子網1.3.2從系統(tǒng)物理要素來組成網絡硬件系統(tǒng)網絡軟件系統(tǒng)網絡信息5可編輯版1.3.1網絡按邏輯功能組成計算機網絡主要完成數據通信和數據處理兩大類基本功能，邏輯結構上必分為兩部分：負責數據處理的計算機和終端；負責數據通信的通信控制處理機(CCP)與通信線路。典型的可分為通信子網和資源子網。6可編輯版通信子網通信子網由通信處理機、通信線路與其他通信設備組成。完成網絡數據傳輸、轉發(fā)等通信處理任務。組成要素:通信控制處理機（CCP）又稱網絡節(jié)點，也有稱網絡結點的。既作為與資源子網的主機、終端連接的接口，將主機和終端連入網內。又作為通信子網中的分組存貯轉發(fā)節(jié)點，完成分組的接收、校驗、存貯和轉發(fā)功能，實現源主機報文準確發(fā)送到目的主機的作用。通信線路為節(jié)點與節(jié)點之間、節(jié)點與主機之間提供通信信道。主要有電話線、雙絞線、同軸電纜、光纖、無線通信信道、微波與衛(wèi)星通信信道。信號變換設備A/D，D/A，MODEM，無線通信收發(fā)器，光纖收發(fā)器等。7可編輯版資源子網資源子網由主機、終端、終端控制器、連網外設、各種軟件資源與信息資源組成。負責全網的數據處理業(yè)務，并向網絡用戶提供各種網絡資源和網絡服務。組成要素有:1、主機網絡中的主機可以是各種計算機：大、中、小、微型計算機、工作站等。為本地用戶訪問網絡中其他主機設備及資源提供服務。為網絡遠程用戶提供本地資源共享服務。2、終端控制器連接一組終端，負責這些終端與主機進行信息通信，或直接作為網絡節(jié)點。終端是直接面向用戶的交互設備，可以是鍵盤和顯示器組成的簡單終端，現在通常是微機。3、計算機外設網絡中一些共享設備，可以是大型的硬盤機、高速打印機、大型繪圖儀。8可編輯版資源子網組成要素（續(xù)）4、網絡軟件網絡軟件是實現網絡功能必不可少的軟件環(huán)境。主要有：網絡操作系統(tǒng)（NOS）：實現系統(tǒng)資源共享，管理用戶的應用程序對不同資源的訪問。如：WINDOWS、UNIX、LINUX、NetWare等。網絡協議軟件：實現網絡協議功能，如：TCP/IP、NetBIOS、NetBEUI、IPX/SPX等。網絡通信軟件：實現網絡中各種設備之間進行通信的軟件等。網絡管理軟件：對網絡資源進行管理和維護。網絡應用軟件：為網絡用戶提供網絡服務的軟件。5、數據資源網絡中提供的各種數據倉庫、各種海量數據庫6、網絡服務網絡中形形色色的服務，如：WWW、FTP、EMAIL、DOWNLOAD、DNS、DHCP、VOD、MP3、手機彩鈴、網絡電視、網絡電話、VOIP等等9可編輯版1.3.2網絡按系統(tǒng)要素組成

INTERNET網是全球最大的網絡系統(tǒng)，也可認為是全球最大的計算機網絡系統(tǒng)，作為一個系統(tǒng)，計算機網絡也可由系統(tǒng)要素來進行組成，由三部分組成：1、網絡硬件系統(tǒng)2、網絡軟件系統(tǒng)3、網絡信息10可編輯版1、網絡硬件系統(tǒng)1）.計算機或終端設備微型計算機、大型計算機、巨型計算機、網絡打印機、網絡掃描儀、繪圖儀等2）.網絡傳輸介質雙絞線、同軸電纜、光纖、通信衛(wèi)星、微波3）.網絡互聯設備中繼器、集線器、網橋、交換機、路由器、調制解調器4）.網絡連接件網絡適配器、傳輸介質接頭11可編輯版網絡互聯設備中繼器：工作在OSI模型的物理層，起到整形放大信號電流，延長傳輸距離的作用。集線器：簡稱為HUB，是多口中繼器，工作在物理層網橋：工作在數據鏈路層，用于隔離網絡和實現數據包的過濾與轉發(fā)。交換機：工作在數據鏈路層，用于連接子網以及實現虛擬網的劃分，有傳統(tǒng)交換機和三層交換機兩種。路由器：工作在網絡層，用于實現協議轉換和路由選擇，實現與廣域網的互聯。調制解調器：用于實現數字信號與模擬信號的相互轉換。12可編輯版2、網絡軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件包括網絡操作系統(tǒng)、網絡協議等。應用軟件主要是指便于網絡應用的各種軟件，如瀏覽器軟件、文件傳輸軟件、文件下載軟件、電子郵件軟件等。數據庫軟件包括各種數據庫系統(tǒng)軟件13可編輯版3、網絡信息網絡信息：在計算機網絡上存儲、傳送的信息稱為網絡信息。網絡信息通過各種網絡服務表現出來管理維護：網絡信息是計算機網絡中最重要的資源，它存在于服務器上，由網絡系統(tǒng)軟件對其進行管理和維護。14可編輯版1.3.3計算機網絡結構的變化隨著微型計算機的廣泛應用，大量的微型計算機是通過局域網連入廣域網，而局域網與廣域網、廣域網與廣域網的互連是通過路由器實現的；在Internet中，用戶計算機需要通過校園網、企業(yè)網或ISP聯入地區(qū)主干網，地區(qū)主干網通過國家主干網聯入國家間的高速主干網，這樣就形成一種由路由器互聯的大型、層次結構的網際網的Internet網絡結構。15可編輯版Internet網絡結構示意圖16可編輯版1.4

計算機網絡的拓撲結構1.4.1計算機網絡拓撲的定義計算機網絡拓撲是通過網中結點與通信線路之間的幾何關系表示網絡結構，反映出網絡中各實體間的結構關系;定義：計算機網絡的拓撲結構是網絡中通信線路和節(jié)點（計算機或網絡設備）特定的物理、邏輯或虛擬的幾何排列形式;計算機網絡拓撲主要是指通信子網的拓撲構型;

網絡的拓撲結構僅由節(jié)點間的連接配置來決定。節(jié)點間的距離、實體間的連接、傳輸率和/或信號類型并不能影響網絡的拓撲結構。17可編輯版1.4.2計算機網絡拓撲的分類網絡拓撲—按通信子網中通信信道類型分類

通信信道類型：廣播信道點-點線路廣播信道的特點：一個公共的通信信道被多個網絡結點共享；廣播信道通信子網4種基本拓撲構型：總線型環(huán)型樹型無線通信與衛(wèi)星通信型18可編輯版點-點線路的通信子網基本拓撲構型點-點線路的特點：每條物理線路連接一對結點點-點線路的通信子網4種基本拓撲構型：星型環(huán)型樹型網狀型

混合型（4種基本構型混合）19可編輯版

點對點線路通信子網的拓撲構型示意圖

20可編輯版總線型拓撲示意圖局域網上的所有節(jié)點都通過一條被稱為共享媒介的線性電纜進行連接。這段電纜上的每個節(jié)點都能收到該電纜上每一個其它工作站向外傳輸的信息。數據總線的每一端都安裝了終結器，其中一端必須接地，能夠吸收任何信號，從而使它們從總線中消失。21可編輯版總線拓撲的特點及優(yōu)缺點優(yōu)點：1)總線結構所需電纜數量少；2)結構簡單又是無源工作，有較高的可靠性；3)易于擴充，增減用戶方便。缺點：1)傳輸距離有限，通信范圍受到限制；2)故障診斷和隔離困難；3)分布式協議不保證信息及時傳送，不具實時功能。站點必須是智能的，要有媒體訪問控制功能，增加站點軟件和硬件的開銷。22可編輯版星型拓撲示意圖網絡中的所有節(jié)點都被連接到中心節(jié)點因此所有的外圍節(jié)點都是通過向中心節(jié)點傳送或從中心節(jié)點接收信息的方式進行相互通信。23可編輯版星形拓撲的特點及優(yōu)缺點優(yōu)點：1)控制簡單；2)故障診斷和隔離容易；3)方便服務；缺點：1)電纜長度和安裝工作量可觀；2)中央節(jié)點負擔較重，形成瓶頸；3)各站點的分布處理能力較低。

24可編輯版環(huán)型拓撲示意圖每個網絡節(jié)點都與兩條導線相連接并形成一個圓環(huán)。若圓環(huán)上有一個節(jié)點發(fā)生故障，那么整個環(huán)形連接就被斷開，因而不能工作。雙環(huán)型拓撲結構中，有四條導線與每一個節(jié)點相連接，因此很難發(fā)生故障。25可編輯版環(huán)形拓撲的特點及優(yōu)缺點優(yōu)點：1)電纜長度短；2)增減工作站時只需簡單連接；3)可用光纖。缺點：1)節(jié)點故障會引起全網的故障；2)故障難檢測；3)媒體訪問協議都用令牌傳遞方式，在負載很輕時，信道利用率較低。26可編輯版樹型拓撲示意圖網絡節(jié)點呈樹狀排列，就像一組互相連接的星型拓撲結構網絡一樣，因為單個的外圍節(jié)點必須僅向一個其它節(jié)點或僅從它接收信息，且不要承擔轉發(fā)或刷新的功能。跟星型網絡不同的是，中心節(jié)點的功能可以為分布式的。27可編輯版樹形拓撲的優(yōu)缺點樹形拓撲：從總線拓撲演變而來，像一棵倒置的樹，頂端是樹根，樹根以下帶分支，每個分支還可帶子分支。樹根接收各站點發(fā)送的數據，然后再廣播發(fā)送到全網。優(yōu)點：1)易于擴展；2)故障隔離較容易。缺點：節(jié)點對根依賴性太大，若根發(fā)生故障，則全網不能正常工作。28可編輯版網狀拓撲示意圖設備通過網絡節(jié)點間冗余復雜的導線進行連接。網絡節(jié)點可以為路由器、交換機等設備。網狀拓撲結構中，若有導線或節(jié)點發(fā)生故障，還有許多其它的通道可供兩個節(jié)點間進行通信。全連通對網絡中的任何一個節(jié)點都通過導線和其它每一個節(jié)點進行連接就可產生全網狀拓撲結構半連通僅對網絡中一部分節(jié)點采取全網狀連接的方案，其余每一個節(jié)點僅與網絡中一兩個其它節(jié)點相連，這樣形成的網絡就是半網狀拓撲結構網絡在實際的組建過程中常采用這種結構，它擁有一定的可靠性，而且不算太復雜。29可編輯版網狀拓撲的特點及優(yōu)缺點優(yōu)點：1)應用廣泛；2)不受瓶頸問題和失效問題的影響。缺點：結構較復雜網絡協議也復雜建設成本高。30可編輯版混合拓撲示意圖(星、樹、總線)兩種或多種網絡拓撲結構雜合在一起，最終形成的網絡與任何標準拓撲結構都不相同。例如：樹型拓撲結構的網絡與同種結構的網絡連接在一起的時候仍是樹型結構網絡。兩個星型網絡連接在一起的時候就呈現出混合拓撲結構。當兩種不同的基本網絡相互連接的時候，往往會產生混合拓撲結構。如：星型樹、星型環(huán)、星型總線等等31可編輯版混合拓撲的特點及優(yōu)缺點混合拓撲特點:將兩種單一拓撲結構混合起來，取兩者的優(yōu)點構成的拓撲。優(yōu)點：1)故障診斷和隔離方便；2)易于擴展；3)安裝方便缺點：1)需用帶智能的集中器；2)集中器到各站點的電纜長度會增加。32可編輯版1.5

分組交換技術的基本概念廣域網中的數據交換技術線路交換（circuitexchanging）存儲轉發(fā)（store-and-forwardexchanging）交換存儲轉發(fā)交換技術

報文（messageexchanging）報文分組交換（packetexchanging），簡稱分組交換

33可編輯版1.5.1線路交換方式線路交換是面向連接的服務；兩臺計算機通過通信子網進行數據交換之前，首先要在通信子網中建立一個實際的物理線路連接；線路交換在數據傳輸過程中要經過建立連接、數據傳輸與釋放連接的三個階段；線路交換方式的優(yōu)點是：通信實時性強，適用于交互式會話類通信；線路交換方式的缺點是：對突發(fā)性通信不適應，系統(tǒng)效率低，系統(tǒng)不具有存儲數據的能力，不能平滑通信量。34可編輯版線路交換過程示意圖35可編輯版1.5.2存儲轉發(fā)交換方式存儲轉發(fā)交換方式與線路交換方式的主要區(qū)別：發(fā)送的數據與目的地址、源地址、控制信息按照一定格式組成一個數據單元（報文或報文分組）進入通信子網；通信子網中的結點是通信控制處理機，它負責完成數據單元的接收、差錯校驗、存儲、路選和轉發(fā)功能。

36可編輯版存儲轉發(fā)方式的優(yōu)點由于通信子網中的通信控制處理機（CCP）可以存儲分組，多個分組可以共享通信信道，線路利用率高；通信子網中CCP有路由選擇功能，可以動態(tài)選擇報文分組通過通信子網的最佳路徑；可以平滑通信量，提高系統(tǒng)效率；分組在通過通信子網中的每個CCP時，均要進行差錯檢查與糾錯處理，因此可以減少傳輸錯誤，提高系統(tǒng)可靠性；通過CCP可以對不同通信速率的線路進行轉換，也可以對不同的數據代碼格式進行變換。37可編輯版報文與報文分組數據通過通信子網傳輸時可以有報文（message）與報文分組（packet）兩種方式；報文傳輸：不管發(fā)送數據的長度是多少，都把它當作一個邏輯單元發(fā)送；報文分組傳輸：限制一次傳輸數據的最大長度，如果傳輸數據超過規(guī)定的最大長度，發(fā)送結點就將它分成多個報文分組發(fā)送。38可編輯版報文和報文分組結構

由于分組長度較短，在傳輸出錯時，檢錯容易并且重發(fā)花費的時間較少；限定分組最大數據長度，有利于提高存儲轉發(fā)結點的存儲空間利用率與傳輸效率；公用數據網采用的是分組交換技術。39可編輯版1.5.3數據報方式

數據報是分組存儲轉發(fā)的一種形式；在數據報方式中，分組傳送之間不需要預先在源主機與目的主機之間建立“線路連接”；源主機所發(fā)送的每一個分組都可以獨立地選擇一條傳輸路徑；每個分組在通信子網中可能是通過不同的傳輸路徑到達目的主機。40可編輯版數據報方式的工作原理示意圖

41可編輯版數據報工作方式的特點同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網；同一報文的不同分組到達目的結點時可能出現亂序、重復與丟失現象；每一個分組在傳輸過程中都必須帶有目的地址與源地址；數據報方式報文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長報文、會話式通信。

42可編輯版1.5.4虛電路方式

虛電路方式試圖將數據報方式與線路交換方式結合起來，充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點，以達到最佳的數據交換效果;數據報方式在分組發(fā)送之前，發(fā)送方與接收方之間不需要預先建立連接。虛電路方式在分組發(fā)送之前，需要在發(fā)送方和接收方建立一條邏輯連接的虛電路;虛電路方式與線路交換方式相同，整個通信過程分為以下三個階段：虛電路建立、數據傳輸與虛電路釋放階段。

43可編輯版虛電路方式原理示意圖44可編輯版虛電路的特點在每次分組發(fā)送之前，必須在發(fā)送方與接收方之間建立一條邏輯連接。這是因為不需要真正去建立一條物理鏈路，連接發(fā)送方與接收方的物理鏈路已經存在；一次通信的所有分組都通過這條虛電路順序傳送，因此報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息。分組到達目的結點時不會出現丟失、重復與亂序的現象；分組通過虛電路上的每個結點時，結點只需要做差錯檢測，而不需要做路徑選擇；通信子網中每個結點可以和任何結點建立多條虛電路連接。45可編輯版虛電路方式與線路交換方式的不同之處虛電路是在傳輸分組時建立起來的邏輯