1.1-1.3计算机网络基础

数据链路层Data Link 物理层Physical
OSI/RM体系结构
OSI子模块（层）划分的原则 （1）各层（子模块）具有相对的独立性，层间 交互的信息最少； （2）各层（子模块）只能引用其下层提供的服 务（单向调用）； （3）在使用下层服务的基础上，各层完成特定 的通信功能（增值服务）。 基于分层原则的OSI特点： （1） 互连的系统必须具有相同的层次结构； （2） 只有相同层次的实体（功能的实施者）才 能进行有意义的通信，并且只能借助于其下层的服 务来实现。



2、总线形网络拓扑结构：所有入网设备共用一条 物理传输线路，所有的数据发往同一条线路，并 能够由附接在线路上的所有设备感知。入网设备 通过专用的分接头接入线路。总线网拓扑是局域 网的一种组成形式。总线网的特点：（1）多台 机器共用一条传输信道，信道利用率较高；（2） 同一时刻只能由两台计算机通信；（3）某个结 点的故障不影响网络的工作；（4）网络的延伸 距离有限，结点数有限。适用场合：局域网，对 实时性要求不高的环境。
企业网络技术
自动化学院 谷振宇 gzy@
一、计算机网络概述
主要内容： ⑴ 计算机网络概述
(2) 计算机网络体系结构
1.
计算机网络概述
1.1 计算机网络的定义
定义：在网络协议的控制下，以能够相互共享资源 的方式互连起来的自主计算机系统集合。 计算机网络定义的主要观点： 从应用的观点：以相互共享资源方式连接起来， 且各自具有独立功能的计算机系统的集合。 从物理的观点：在网络协议的控制下，由若干台 计算机和数据传输设备组成的系统。 观点3：利用各种通信手段，把地理分散的计算机 互联起来，能够互相通信且共享资源的系统。
网络层
路由 网络层功能 （1） 提供编址和路由技术，确保用户数 据可以进行端－端传输。 （2） 利用复用/解复用技术，使得多对用 户的数据可以交织在同一条数据链路上传 输。 （3）利用分组作为实体之间交换的一种 数据结构（数据块），提供分组/组装功能。
链路层的任务
两节点间可靠的数据传输
Ethernet, X.25, ATM, …
2.1 OSI/RM体系结构
OSI/RM的体系结构分为7层
7 应用层Application 表示层Presentation 会话层Session
为网络应用提供服务 数据表示 在用户间建立会话关系 不同主机进程间的通信 在主机间传输分组 在节点间可靠地传输帧 位流的透明传输
6
5 4 3 2 1
传输层Transport 网络层Network
1.3计算机网络的功能
（1）资源共享 （2）提供各种通信服务
电子邮件(E-mail) 传真(Fax) 远程数据交换(WWW、FTP、Telnet、HTTP) 多媒体会议(VC)、 讨论问题(USENET) 协同工作(CSCW) 交互式娱乐
1.4 计算机网络系统的组成

硬件
– 网络节点 端节点：计算机 中间节点：交换机、集中器、复用器、路由器、中继器 – 通信链路：信息传输的通道 物理：传输介质 逻辑：信道 类比——CATV的电缆和频道之间的关系

软件
– 通信软件（网络协议软件） – 网络操作系统 – 网络管理/安全控制软件、网络应用软件
1.5 计算机网络的分类
按拓扑结构分; 按作用范围分：LAN、MAN、WAN （metropolitan） 按使用范围分：公用网、专用网 按网络环境分：企业网、校园网 Internet、intranet、extranet 我国九大互联网：中国公用计算机网 （chinanet）、中国科技网（cstnet）、中国 教育科研网（cernet）、中国金桥网 （chinagbn）、中国联通网（uninet）中国 网通（cnc）中国国际经贸网（cietnet）、中 国移动网（cmnet）中国长城网（cgwnet）
计算机网络中，层、协议和层间接口的集合 被称为计算机网络体系结构。
换句话说：体系结构包括三个内容：分层结构与
每层的功能，服务与层间接口，协议。
最早的网络体系结构源于IBM的SNA；
其它的网络体系结构还有DEC的DNA等
由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构 国际标准是OSI/RM； 实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构
归纳与综合 计算机网络：相互联系的自治计算机的集合
自治：能独立运行，不依赖于其他计算机 联系：以任何可能的连接和通信
网络协议：为网络数据交换而制定的 规则、约定与标准。一个网 计算机网络的特征: 络协议主要由三个要素组成，即语法、 (1)计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共 语义与时序。 语法规定了用户数据与控制信息的 享； · 结构与格式 (2)互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的 · 语义规定了用户控制信息的意义、 以及完成控制的动作与响应 “自治计算机” · 时序是对事件实现顺序的详细说明 (3)联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议
环形网络拓扑结构：入网设备通过转发 器接入网络，每个转发器仅与两个相 邻的转发器有直接的物理线路。环形 网的数据传输具有单向性，一个转发 器发出的数据只能被另一个转发器接 收并转发。所有的转发器及其物理线 路构成了一个环状的网络系统。 环形网特点：（1）实时性较好（信息 在网中传输的最大时间固定）； （2） 每个结点只与相邻两个结点有物理链 路；（3）传输控制机制比较简单； （4）某个结点的故障将导致物理瘫 痪；（5）单个环网的结点数有限。
协议(标准)：规定了物理接口的各种特性,提供点－点
的比特流传输的物理链路；
机械：物理连接器的尺寸、形状、规格 电气：信号电平，信号的脉冲宽度和频率，数据传送速率，最大
传输距离等 功能：接口引（线）脚的功能和作用 规程：信号时序，应答关系，操作过程
功能：建立和拆除物理连接、位流传输、管理
2.2 TCP/IP体系结构
TCP/IP不是一个单个的协议，而是P和IP是该协议集中的两个最重要的核心协议。
TCP/IP是Internet上的标准通信协议集。 TCP/IP以“请求注释”（RFC）文档发布：
TCP [RFC 768], UDP [RFC793]
1. 计算机网络体系结构的定义
计算机网络中也采用了分层方法。——把复 杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部 问题，在不同层上予以解决。 网络的层次结构方法要解决的问题：
网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？
（分层与功能） 各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？ （服务与接口） 通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）
TCP/IP体系结构 五层体系结构 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
2.1 计算机网络体系结构
网络体系结构提出的背景——计算机网络的复杂性、 异质性
不同的通信介质——有线、无线、… …
不同种类的设备——主机、路由器、交换机、复用设
备、… … 不同的操作系统——Unix、Windows、… … 不同的软/硬件、接口和通信约定（协议） 不同的应用环境——固定、移动、… … 不同种类业务——分时、交互、实时、… … 宝贵的投资和积累——有形、无形、… … 用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏
通信接口 通信线路 通信软件
通信软件一般可分为三个部分：
网络应用程序 网络控制程序 通信接口程序
通信软件
通信接口程序
如网卡驱动程序，处于通信的低层，负责将计算机
的信息传输到线路上， 并从线路上接收信息传送 给计算机。
网络控制程序
处于通信的中间层，负责控制和监视通信进程使用
事实上的标准
层次结构方法的优点
独立性强——耦合程度低
上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务—黑箱方
法。
适应性强
只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。
易于实现和维护
把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子
单元：
使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。 使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。
网络资源的情况，具有建立通信链路、分配内存、 控制计算机与网络之间的信息流等功能，如TCP/IP 协议等。
网络应用程序
处于通信的高层，直接为用户提供应用服务，如文
件传输（FTP）、电子邮件（E—MAIL）、网络浏览 （WWW等）。
2 计算机网络体系结构
开放系统互联参考模型（OSI/RM）
IP
[RFC 791] DNS [RFC 1034, 1035], FTP [RFC 959, 1635]
TCP/IP的体系结构层次
TCP/IP协议栈
应用层
HTTP, FTP, SMTP, DNS, Telnet, …
PDU
Message（报文）
传输层
TCP, UDP
Segment（段）
网际(网络)层
网状网络拓扑结构： 利用专门负责数据通信和传输 的结点机构成的网状网络，入网 设备直接接入结点机进行通信。 网状网络通常利用冗余的设备和 线路来提高网络的可靠性，因此， 结点机可以根据当前的网络信息 流量有选择地将数据发往不同的 线路。
网络通信的基本结构
两台计算机通过网络进行通信，应包含以下三个 部分：
例：RS-232、RS-449、V.24、 V.35、G.703/G.704 数据终端设备（DTE），希望通过网络互连的设备（入
网设备），包括：计算机、终端等； 数据电路终接设备（DCE），网络中含有的通信设备 （网内设备），包括：通信处理机等；
链路
数据链路层
数据链路层功能： （1）提供数据链路：数据链路是指活动着 的物理连接，通信之前，收/发双方互相联系而 建立；传输完毕，双方协商而释放。 （2）提供流量控制。 （3）提供差错处理。 数据链路层服务： （1）标识和维护数据链路（建立和释放， 以及选择服务质量，差错处理机制等）。 （2）传输数据链路层数据单元，定义数据 帧格式；施行流量控制；进行差错通知（无法 处理的差错情况，告知上层用户）。