第一章 计算机网络体系结构
计算机网络体系结构
2023
Computer Network Architecture
目录
1 OSI参考模型 2 TCP/IP参考模型
1
OSI参考模型
国际标准化组织（ISO）于1984年制定了著名的开放式系统互联 参考模型，简称OSI。
1.1 OSI参考模型
OSI参考模型将网络通信按功能分为7个层次，并定义了各层的功能、 层与层之间的关系、相同层次的两端如何通信等，软、硬件厂商可根据 此标准开发其产品，以便不同厂商的产品互相通信。
7 应用层(Application Layer) 6 表示层(Presentation Layer) 5 会话层(session Layer) 4 传输层(transport Layer) 3 网络层(Network Layer) 2 数据链路层(Data Link Layer) 1 物理层(Physical Layer)
2.4 TCP/IP参考模型各层涉及的主要协议
TCP/IP参考模型
应用层
传输层 网际层 网络接口
网络层的主要协议有4个：IP（网际协议）、 ARP（地址解析协议）、RARP（反向地址解 析协议）和ICMP（网际控制报文协议），其中 最核心的是IP协议。
2.4 TCP/IP参考模型各层涉及的主要协议
处理网络应用 数据表示 主机间通信 端到端的连接 寻址和最短路径 介质访问（接入） 二进制传输
OSI参考模型
1.2 OSI参考模型各层功能
பைடு நூலகம்
应用层
07
主要为用户的应用程序提供网络
表示层
模
通信服务。
型 各
会话层
05
建立、管理和中止不同机器上
层
计算机网络各章框架图
第一章计算机网络体系结构第二章物理层物理层信源、信道、信宿、宽带、码元、波特、速率产生和发送信息的设备或计算机信号的传输媒质，分为有线信道和无线信道接收和处理信息的设备或计算机代表不同离散数值的基本波形连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率码元传输速度的单位，1波特表示每秒传送1个码元码元传输率奈奎斯特定理(无噪声)：C max=2f×log2N (其中f表示带宽)香农定理（有噪声）: C max = W × log2（1+ S/N）（b/s）其中W为信道的带宽调制编码基带调制：改变波形，调制后仍然是基带信号带通调制：搬移频段，三种方式：调幅、调频、调相模拟数据编码技术：振幅键控、移频键控、移相键控数字数据编码：非归零码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码脉冲编码调制：采样（参考采样定理）、量化和编码数据交换方式电路交换报文交换分组交换虚电路数据报传输介质：1.双绞线2.同轴电缆3.光纤4.无线传输介质交互方式1.单工2.半双工3.全双工设备：1.转发器2.集线器课本19页第三章数据链路层数据链路层功能设备差错控制流量控制与可靠传输1.检错2.纠错1.单帧滑动窗口与停止等待协议2.多帧滑动窗口与后退N帧协议3.多帧滑动窗口与选择重传协议广域网局域网介质访问控制轮询随机信道令牌传递协议1.ALOHA协议2.CSMA协议3.CSMA/CD协议4.CSMA/CA协议1.频分2.时分3.波分4.码分链路控制1.HDLC2.PPP以太网拓扑无线局域网1.星形2.环形3.总线4.树形IEEE802.11IEEE802.3交换机网桥源选径网桥透明网桥原理算法生成树算法第四章 网络层网络层功能设备路由与转发异构网络互联路由器组成功能拥塞控制IP 地址移动IPIP 组播IPV6IPV4地址协议1.CIDR2.表示法3.三类地址4.NAT1.ARP2.DHCP3.ICMP协议算法动态路由静态路由分层次路由自治系统链路状态路由算法距离-向量路由算法域间路由域内路由BGPOSPF RIP移动IP 的通信过程第五章 传输层传输层服务寻址与端口功能面向连接服务无连接服务TCPUDP数据报校验流量和拥塞控制可靠传输连接管理快重传和快恢复慢开始和拥塞避免连接：3次释放：4次应用层客户服务器模型p2p 模型FTPDNS WWW电子邮件1.层次域名空间2.域名服务器3.域名解析过程1.概念2.组成结构3.HTTP 协议1.组成结构2.电子邮件格式3.协议（MIME 、SMTP 、POP3）1.原理2.连接（包括控制连接和数据连接）第六章应用层应用层客户服务器模型p2p模型FTPDNS WWW电子邮件1.层次域名空间2.域名服务器3.域名解析过程1.概念2.组成结构3.HTTP协议1.组成结构2.电子邮件格式3.协议（MIME、SMTP、POP3）1.原理2.连接（包括控制连接和数据连接）。
《计算机网络（第7版）谢希仁著》第一章概述要点及习题总结
《计算机⽹络（第7版）谢希仁著》第⼀章概述要点及习题总结1. ⽹络分类：电信⽹络、有线电视⽹络、计算机⽹络、移动互联⽹2. 互联⽹的两个重要基本特点：连通性和共享性3. ⽹络由若⼲节点和连接这些节点的链路组成4. ⽹络之间可以通过路由器互连起来，这就构成了⼀个覆盖范围更⼤的计算机⽹络。
这样的⽹络称为互连⽹，习惯上，与⽹络相连的计算机称为主机5. 互联⽹的基础结构发展过程（三个阶段）： 第⼀阶段：1969年美国国防部创建第⼀个分组交换⽹ARPARNET。
1983年TCP/IP协议栈成为ARPANET上的标准协议，使得异构⽹络互联，因此⼈们把1983年作为互联⽹的诞⽣时间 第⼆阶段：1985年美国国家科学基⾦会NSF围绕六个⼤型计算机中⼼建设计算机⽹络，分成了三级⽹络：主⼲⽹，区域⽹，校园⽹（企业⽹） 第三阶段：1993年，Albert Gore（时任美国副总统）提出NII（“国家信息基础设施”）计划，旨在以因特⽹为雏形，建⽴“信息⾼速公路”，⾄此，由美国政府资助的NSFNET逐渐被若⼲个商⽤的互联⽹主⼲⽹替代，政府机构不再负责互联⽹的运营和管理，逐渐由互联⽹服务提供商（ISP）接⼿，ISP是进⾏商业活动的公司，ISP向互联⽹管理机构申请很多IP地址，同时拥有通信线路，任何机构和个⼈只要向某个ISP交纳规定的费⽤，就可以通过ISP接⼊互联⽹ 6.互联⽹和互连⽹ 互连⽹：通⽤名词，泛指由多个计算机⽹络互连⽽成的计算机⽹络 互联⽹：专⽤名词，它指当前全球最⼤的、最开放的、由众多⽹络相互连接⽽成的特定互连⽹，它采⽤TCP/IP协议栈作为通信的规则，且其前⾝是美国的ARPANET 7.万维⽹ 互联⽹的迅猛发展始于20世纪90年代，由欧洲原⼦核研究组织CER开发的万维⽹WWW（World Wide Web）被⼴泛应⽤在互联⽹上 8.互联⽹的标准化 1992 年由于互联⽹不再归美国政府管辖，因此成⽴了⼀个国际性组织叫做互联⽹协会 (Internet Society，简称为 ISOC) [W-ISOC]，以便对互联⽹进⾏全⾯管理以及在世界范围内促进其发展和使⽤。
王道计算机网络第一章计算机网络体系结构思维导图脑图
数据通信
联网计算机之间的各种信息的传输
计算机网络的功能
信息传递 分布式管理
同一个计算机网络上的其他计算机可使用某台计算机的计算机资源的行为，可共 享硬件、软件、数据
多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分
提高可靠性
负载均衡
计算机网络的发展
第一阶段 第二阶段
网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络连接在一起，因特网是世 界上最大的互联网
Ethernet PPP
协议
数据链路层
比特传输
物理层
五层参考模型
数据封装与解封装
规定传输数据的格式
语法
协议【水平】
规定所要完成的功能
语义
三大要素
规定各种操作的顺序
同步
上层使用下层服务的入口
接口（访问服务点SAP）
下层为相邻上层提供的功能调用
服务【垂直】
为什么要分层 分层的基本原则
分层结构、协议、接口、服务
为完成用户所要求的功能而应传送的数据 控制协议操作的信息
对等层次之间传送的数据单位
星型
按拓扑类型
环型
网状型
常用于广域网
...
按传输技术
广播式网络 点对点网络
共享公共通信信道 使用分组存储转发和路由选择机制
速率
速率即数据率或称数据传输率或比特率 连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率
带宽
表示网络的通信线路传输数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的某一点到 另一点所能通过的“最高数据率”，单位是“比特每秒”
C/S方式 P2P方式 为边缘部分服务 实现数据通信
通信子网
应用层 表示层
功能组成
第一章概论计算机网络笔记学堂在线1.4网络体系结构和协议
第⼀章概论计算机⽹络笔记学堂在线1.4⽹络体系结构和协议1 分层对每⼀层进⾏定义： 下⼀层为本层提供的服务 本层为上⼀层提供的服务 本层需要完成的功能对相邻层之间接⼝进⾏定义： n层通过接⼝发出服务请求，n-1 层通过接⼝提供服务响应。
只要n层与n-1 层之间的接⼝不变，其它层的变化不会对n层实现过程产⽣影响分层的原则： 每⼀层的功能相对独⽴，相邻层之间功能划分清晰 功能层越多，功能层实现越简单，但⽹络运⾏效率越低，必须综合考虑实现难度与运⾏效果分层结构实例： PC结构：操作系统 --> BIOS --> 主板（不同主板提供的接⼝不同，但是BIOS给操作系统的接⼝只有⼀个）2 ⽹络体系结构与协议对等层：在两端分层结构中处于同⼀地位，起相同作⽤的功能层。
协议：两端对等层之间的约定和规范协议的三个要素： 语法：相互交换的信息的结构和格式 语义：相互交换的信息种类，接受⽅应该做出的反应 时序：各个事件发⽣顺序⽹络体系结构：（⽹络体系结构是分层结构和协议的集合） 垂直⽅向的分层结构 ⽔平⽅向两端功能相同层之间的协议3 OSI⽹络体系结构OSI是国际标准化组织最早定义的⽹络体系结构，全称是开放体系互连/参考模型（OSI/RM）其把⽹络功能划分为7层：（从底层开始向上）1 物理层：实现⼆进制位流的传输过程。
(物理层有软件有硬件)2 数据链路层：实现差错控制，封装数据成分组。
3 ⽹络层：核⼼功能是路由，也就是为分组选择正确的传输路径4 传输层：实现进程之间的通信。
数据携带进程标识符5 会话层：⽤于管理两个进程会话的过程6 表⽰层：同⼀通信双⽅描述传输信息所使⽤的语义和语法7 应⽤层：PDU：对等层传输的数据单位。
Protocol Data UnitSDU：上层协议数据单元提交给下层，作为下层的服务数据单元。
Service Data UnitOSI体系结构的特点： 1 其实分层结构，基于特定⽹络环境定义每⼀层的功能 2 每⼀层只定义了功能，没有系统指定对等层之间的协议。
第一章 计算机网络体系结构(题目)
第一章计算机网络体系结构【例 1.1】计算机网络可以被理解为（）A．执行计算机数据处理的软件模块B．由自主计算机互连起来的集合体C．多个处理器通过共享内存实现的紧耦合系统D．用于共同完成一项任务的分布式系统【例 1.2】广域网中广泛采用的拓扑结构是（）A．树型 B.网状 C星型 D.环型【例 1.3】局域网与广域网之间的差异不仅仅在于它们所能覆盖的地理范围不同，而且还在于（）A.所使用的传输介质不同B.所提供的服务不同C.所能支持的通信量不同D.所使用的协议不同【例 1.4】OSI参考模型中，网络层、数据链路层和物理层传输的协议数据单元（PDU）分别称为（）A. 报文（message）、帧（frame）、比特（bit）B. 分组（packet）、报文（message）、比特（bit）C. 分组（packet）、帧（frame）、比特（bit）D. 数据报（datagram）、帧（frame）、比特（bit）【例 1.5】在TCP/IP协议簇的层次中，解决计算机之间通信问题的是（）A．网络接口层 B.网络层 C.运输层 D.应用层【例 1.6】在OSI参考模型中，服务原语可划分为4类，包括请求、指示、响应和（）A.答复B.确认C.应答D.接收【例 1.7】一个系统的协议结构有N层，应用程序产生M字节长的报文，网络软件在每层加上h字节的协议头，网络带宽中有多大比率用于协议头信息的传输？【例 1.8】请描述OSI模型中数据流动的过程。
精选试题练习【题 1.1】计算机网络可以被看成是自治的计算机系统的集合，其中“自治的计算机”主要指（）A.可以独立运行的计算机B.网络计算机C.裸机D.网络终端【题 1.2】将计算机与计算机之间连接起来实现资源共享和数据通信，属于计算机网络发展的（）A.联机系统阶段B.计算机网络阶段C.标准化网络阶段D.网络互连和高速网络阶段【题 1.3】计算机网络中可以共享的资源包括（）A.客户机和服务器B.硬件、软件和数据C.主机、CPU、内存和外部设备D.计算机和传输介质【题 1.4】一下不属于协议的三要素的是（）A.语法B.语义Ｃ．时序 Ｄ．异步【题1.５】通信协议包括了对通信过程的说明，规定了应当发出哪些控制信息，完成哪些动作以及做出哪些应答，并对发布请求、执行动作以及返回应答予以解释。
计算机网络体系结构
协议
面向连接的协议:在使用时用户首先要建立连接，连接建立 再传输数据，数据传送完后，拆分连接。连接的建立和拆分都
是通过控制报文完成的。 无连接的协议：每个报文带有完整的目标地址,并且每个报文 都是单独发送的,经由系统选定的线路传递. 无连接服务只有传输数据阶段,无连接的建立和拆分阶段
区分“面向连接服务”和“无连接服务”的概念：
打电话和寄信：两个人如果要通电话，必须先建立连接 ——拨号，等待应答后才能相互传递信息，最后还要释 放连接——挂电话。 寄信就没有那么复杂了，地址姓名填好以后直接往邮筒 一扔，收信人就能收到。
（4）分组: 在网络通信中,每一层都要对上一层传来的数据报文进行 处理,由于硬件、操作系统、协议规定等原因规定了本层 每一次能处理的数据报文的最大长度限制，必然要对上 层传来的大的数据报文进行拆分，再将每一段封装成新 的数据报文发送给下一层。 运输层有拆分和拼装数据的功能，拆分得到的段称为分 组（或称为：包）
一、计算机网络通信协议
计算机网络通信协议是用来定义并实现网络通信的一组规则
和参数。
由于计算机之间的通信涉及的因素多而复杂，包括：通信线 路、传输技术、计算机硬件、软件、应用业务、安全等，所 以对计算机网络中的协议采用分层划分和管理。
分层的优点：将复杂的网络通信问题分解为多个可在不同层 次上处理的部分；提供了模块化的设计，对部分层的修改、 增加不影响其他层。
协议是通信双方达成的一致约定。简单地 说，协议是系统之间横向的约定。 两个实体 要想成功的通信，它们之间交流什么、怎样交 流及何时交流，都必须遵从彼此约定的一些规 则，这些规则的集合称为协议.
接口是一个系统内部两个相邻层间的一组 约定，反映了相邻层之间的关系。用于相邻层 之间按照一定规则交换信息 .简单地说，接口 是系统内部纵向的约定，包括下一层向上一层 提供哪些服务，而上一层如何使用这些服务。
计算机网络复习考试资料(范围)
第一章计算机网络体系结构一、习题1、比特的传播时延与链路带宽的关系（）。
A．没有关系 B. 反比关系C. 正比关系D. 无法确定2、计算机网络中可以没有的是（）。
A. 客服机B. 操作系统C. 服务器D. 无法确定3、在OSI参考模型中，提供流量控制的层是第（1）层；提供建立、维护和拆除端到端连接的层是（2）；为数据分组提供在网络中路由功能的是（3）；传输层提供（4）的数据传送；为网络层实体提供数据发送和接收功能和过程的是（5）。
（1）A. 1、2、3 B. 2、3、4 C. 3、4、5 D. 4、5、6（2）A. 物理层 B. 数据链路层 C. 会话层 D. 传输层（3）A. 物理层 B. 数据链路层 C.网络层 D. 传输层（4）A. 主机进程之间 B. 网络之间 C. 数据链路层 D. 物理线路层（5）A. 物理层 B. 数据链路层 C. 会话层 D. 传输层4、计算机网络的基本分类方法主要有两种：一种是根据网络所使用的传输技术；另一种是根据（）。
A. 网络协议B. 网络操作系统C. 覆盖范围与规模D. 网络服务器类型与规模5、计算机网络从逻辑功能上可分为（）。
Ⅰ.资源子网Ⅱ.局域网Ⅲ.通信子网Ⅳ.广域网A. Ⅱ、ⅣB.Ⅰ、ⅢB. Ⅰ、Ⅳ D. Ⅲ、Ⅳ6、计算机网络最基本的功能是（）。
Ⅰ. 流量控制Ⅱ.路由选择Ⅲ. 分布式处理Ⅳ. 传输控制A. Ⅰ、Ⅱ、ⅣB. Ⅰ、Ⅲ、ⅣC. Ⅰ、ⅣD. Ⅲ、Ⅳ7、世界上第一个计算机网络是（）。
A. ARPANETB. 因特网C. NSFnetD. CERNET8、物理层、数据链路层、网络层、传输层的传输单位（或PDU）分别是（）。
Ⅰ.帧Ⅱ. 比特Ⅲ.报文段Ⅳ.数据报A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅲ B. Ⅱ、Ⅰ、Ⅳ、ⅢC.Ⅰ、Ⅳ、Ⅱ、ⅢD. Ⅲ、Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ9、设某段电路的传播时延是10ms，带宽为10Mbit/s，则该段电路的时延带宽积为（）。
A. 2×105 bitB. 4×105 bitC. 1×105 bitD. 8×105 bit时延带宽=传播时延×信道带宽时延带宽积=10×10 ×10×10 bit=1×10 bit10、在OSI参考模型中，第N层与它之上的第N+1层的关系是（）。
chap1_计算机网络体系结构
• 计算机网络体系结构与参考模型
– 计算机网络分层结构 – 计算机网络协议、接口、服务等概念 计算机网络协议、接口、 – ISO/OSI参考模型和 参考模型和TCP/IP模型 参考模型和 模型
9
计算机网络的作用
• 21 世纪的重要特征就是数字化、网络化和 世纪的重要特征就是数字化、 信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。 信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。 • 网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经 济的重要基础。 济的重要基础。 • 网络是指“三网”，即电信网络、有线电视 网络是指“三网” 即电信网络、 网络和计算机网络。 网络和计算机网络。 • 发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。 发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。
2
考查目标
• 掌握计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法； 掌握计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法； • 掌握计算机网络的体系结构和典型网络协议，了解 掌握计算机网络的体系结构和典型网络协议， 典型网络设备的组成和特点， 典型网络设备的组成和特点，理解典型网络设备的 工作原理； 工作原理； • 能够运用计算机网络的基本概念、基本原理和基本 能够运用计算机网络的基本概念、 方法进行网络系统的分析、设计和应用。 方法进行网络系统的分析、设计和应用。
5
参考教材3 参考教材
• Andrew S. Tanenbaum. 计算 机网络（ 机网络（第4 ）．潘爱民 版）．潘爱民 北京： 译．北京：清华 大学出版社， 大学出版社， 2004
6
第1章 章 计算机网络体系结构
内容提要
• 计算机网络概述
– 计算机网络的概念、组成与功能 计算机网络的概念、 – 计算机网络的分类 – 计算机网络与互联网的发展历史 – 计算机网络的标准化工作及相关组织
计算机网络复习题
第一章计算机网络体系结构一、单项选择1、计算机网络中可以没有的是___D___。
A 客户机B 服务器C 操作系统D 数据库管理系统2、下列说法正确的是____D__。
A 在较小范围内布置的一定是局域网，而在较大范围内布置的一定是广域网B 城域网是连接广域网而覆盖园区的网络C 城域网是为淘汰局域网和广域网而提出的一种网络技术D 局域网是基于广播技术发展起来的网络，广域网是基于交换技术发展起来的网络3、计算机网络最重要的功能是______。
A 数据通信B 资源共享C 节省费用D 提高可靠性4、局域网和广域网之间的差异不仅在于他们所能覆盖的范围不同，而且还在于他们的_____不同。
A 所使用的介质不同B 所使用的协议C 所支持的通信量D 所提供的服务5、下面的选项中，网格型网络的特点____。
A 不容易配置B 不太稳定C 扩展性不好D 容易发生故障6、相对于OSI的7层参考模型的低4层，TCP/IP模型内对应的层次有__B___。
A 传输层、互联网层、网络接口层和物理层B 传输层、互联网层、网络接口层C 传输层、互联网层、ATM层和物理层D传输层、网络层、数据链路层和物理层7、下述说法正确的是_____。
A 网络层的协议是网络层内部处理数据的规定B 接口实现的是人与计算机之间的交互C 在应用层与网落层之间的接口上交换的是包D 上一层的协议数据单元就是下一层的服务数据单元8、以下说法正确的是__B____。
A PDU的长度越大越好B PDU的长度越小越好C PDU的长度不要太大，但也不能太小D PDU的长度没有规定，可随便定9、在OSI参考模型中，表示层提供的功能是_____。
A 交互管理B 透明传输C 死锁管理D 文本压缩10、在OSI参考模型中，第n层与它之上的第n+1层的关系是______。
A 第n层为第n+1层提供服务B 第n+1层为从第n层接收的报文添加一个报头C 第n层使用第n+1层提供服务D 第n层和第n+1层提供服务互不影响11、在OSI参考模型中，自下而上第一个提供端到端服务的层次是_____。
计算机网络的体系结构
只看这两个文件传送模块 好像文件及文件传送命令 是按照水平方向的虚线传送的
主机 2 文件传送模块
把文件交给下层模块 进行发送
把收到的文件交给 上层模块
再设计一个通信服务模块
主机 1 文件传送模块
通信服务模块
只看这两个通信服务模块 好像可直接把文件 可靠地传送到对方
主机 2 文件传送模块
通信服务模块
实体、协议、服务 和服务访问点（续）
●本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的 协议。
●下面的协议对上面的服务用户是透明的。
●协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间 通信的规则。
●服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过 层间接口提供的。
●同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为 服务访问点 SAP (Service Access Point)。
● 但最下面的网络接口层并没有具体内容。 ● 因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一
种只有五层协议的体系结构 。
五层协议的体系结构
5 应用层 4 运输层 3 网络层 2 数数据据链链路路层层 1 物理层
● 应用层(application layer) ● 运输层(transport layer) ● 网络层(network layer) ● 数据链路层(data link layer) ● 物理层(physical layer)
著名的协议举例
【例1-1】
占据东、西两个山顶的蓝军1和蓝军2与驻扎在 山谷的白军作战。其力量对比是：单独的蓝军1 或蓝军2打不过白军，但蓝军1和蓝军2协同作战 则可战胜白军。现蓝军1拟于次日正午向白军发 起攻击。于是用计算机发送电文给蓝军2。但通 信线路很不好，电文出错或丢失的可能性较大 （没有电话可使用）。因此要求收到电文的友 军必须送回一个确认电文。但此确认电文也可 能出错或丢失。试问能否设计出一种协议使得 蓝军1和蓝军2能够实现协同作战因而一定（即 100 %而不是99.999…%）取得胜利？
《计算机网络》第1章：计算机网络体系结构
《计算机⽹络》第1章：计算机⽹络体系结构第1章计算机⽹络体系结构1.1计算机⽹络概述计算机⽹络是⼀个将分散的、具有独⽴功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。
计算机⽹络是互连的、⾃洽的计算机系统的集合。
⼀个完整的计算机⽹络主要由硬件、软件、协议三⼤成分组成，缺⼀不可。
硬件由主机（端系统）、通信链路（双绞线、光纤）、交换设备（路由器、交换机）、通信处理机（⽹卡）等组成。
计算机⽹络由通信⼦⽹和资源⼦⽹组成。
计算机⽹络的功能：数据通信、资源共享、分布式处理、提⾼可靠性、负载均衡计算机⽹络的分类按分布范围分：⼴域⽹（WAN）、城域⽹（MAN）、局域⽹（LAN）、个⼈区域⽹（PAN）。
按交换技术分：电路交换⽹络、分组交换⽹络、报⽂交换⽹络。
按拓扑结构分：星形⽹络、总线型⽹络、环形⽹络、⽹状形⽹络按传播技术分：⼴播式⽹络、点对点⽹络按使⽤者分：公⽤⽹、专⽤⽹按传输介质分：有线⽹、⽆线⽹RFC（Request For Comments）上升为因特⽹正式标准需经过以下四个阶段：因特⽹草案、建议标准（这个阶段开始成为RFC⽂档）、草案标准、因特⽹标准。
计算机⽹络的性能指标：带宽：⽹络的通信线路所能传送数据的能⼒，单位是『⽐特每秒（b/s）』时延：指数据（⼀个报⽂或分组）从⽹络（或链路）的⼀段传送到另⼀端所需要的总的时间。
n 发送时延：节点将分组的所有⽐特推向（传输）链路所需的时间。
也称传输时延。
发送时延=分组长度/信道宽度n 传播时延：电磁波在信道中传播⼀定的距离需要花费的时间。
传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速度n 处理时延：数据在交换节点为存储转发⽽进⾏的⼀些必要的处理所花费的时间。
n 排队时延：等待输⼊队列和输出队列处理所需时间。
总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延 //排队时延和处理时延⼀般忽略不计⾼速链路提⾼的仅是数据发送速率⽽不是⽐特在链路上的传播速度。
计算机网络基础——第1章
一些互相连接的、自治的计算机的集合。
计算机网络与分布式计算机系统
分布式计算机系统最主要的特点：
整个系统中的各个计算机对用户都透明。
计算机网络和分布式计算机系统的 区别主要是软件的不同 计算机
计算机网络的功能
资源共享 数据通信 分布式信息处理 提高计算机系统的可靠性和可用性 网络管理 节省投资
“开放” —— 只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位 于世界上任何地方的，也遵循OSI标准的其他任何系统进 行通信。 “系统” —— 在现实的系统中与互连有关的各个部分。
应用层
应用层
表示层
表示层
会话层
会话层
传输层
传输层
网络层
网络层
数据链路层
数据链路层
物理层
物理层
通过各种控制协议，将有差错的物理 向两个表示层提供建立和使用连接的 处理信息编码、数据格式转换和加密 通过路由选择算法，通过通信子网为 物理层、数据链路层、网络层 为用户提供可靠的端到端的差错和流 透明的传送比特流 直接向用户提供服务 信道变为无差错的、能可靠传输数据 方法。 解密。 报文或分组选择最恰当的路径。 量控制，保证报文的正确传输。 和传输层主要是提供电信传输 物理层的功能： 帧的数据链路。 应用层的功能： 会话层的功能： 表示层的功能： 网络层的功能： 传输层的功能： 确定与传输媒介的接口的一些特性。 功能，以节点到节点之间的通 介质访问控制层 (MAC)，用于解决共 1. 作为用户应用程序与网络间的接口； 1. 允许用户之间建立、维持和终止会 1. 协商和建立数据交换的格式，解决 提供路由选择、拥塞控制，通过路 1. 提供建立、维护和拆除传输连接的 机械特性：指明接口所用接线器的形 信为主。 享型网络中多用户对信道竞争的问题。 2. 话，并对会话进行有效的管理； 使用户的应用程序能够与网络进行 各应用程序之间在数据格式表示上的 径选择将信息从最合适的路径由发送 状和尺寸、引线数目和排列、固定和 功能，使用面向连接的数据传输； 逻辑链路控制子层 (LLC)，建立和维护 交互式联系。 锁定装置等。 差异； 端传送到目的端； 2. 提供会话流量控制与交叉会话功能； 2. 提供可靠的端到端的数据传输、差 网络连接，执行差错校验、流量控制 电气特性：指明在接口电缆的各条线 2. 使用远程地址建立连接。 处理字符集和数字的转换，即负责 2. 将数据转换成数据包； 错和流量控制； 3. 和链路控制。 上出现的电压的范围。 设备之间所需要的字符集或数字转换； 3. 建立和管理网络连接； 3. 监控服务质量。 会话层、表示层、应用层则以 数据链路层的功能： 功能特性：指明某条线上出现的某一 3. 向传输层指出未恢复的差错，根据 负责数据压缩与恢复，以减少数据 4. 提供使用者和应用程序之间的 1. 电平的电压表示何种意义。 数据链路的建立、维护与释放 传输量； 传输层的要求选择服务质量。 处理功能为主。 2. 规程特性：指明对于不同功能的各种 数据帧的装配与分解 4. 数据的加密和解密。 可能事件的出现顺序。 3. 数据帧传输顺序的控制 4. 差错检测与控制
计算机网络体系结构
包括所有应用方面的协议。
如：Web服务，上传、下载网页，信息分
别如何组织。
不同的系统之间的文件传输的方式不
同，但表示的形式必须一致。
OSI模型的数据传输
发送进程 接收进程
7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层
应用协议 表示协议 会话协议 传输协议 网络协议 DH NH TH SH PH
传输层将把高层要求传输的数据分成若干个报文。 报文与桢不一样，桢只有桢标志（起始标记、结束 标记），而报文有信源和信宿的地址及端口，报文 的顺序号，确认号等。
底三层的通信对象通常是路由器；传输层是端到端
的，必须考虑报文怎样才能从源端正确的传递到目 的端。而源端和目的端通常都是主机。
会话层
第一章 计算机网络基础（二）
本章主要内容
网络体系结构的相关概念 OSI参考模型 TCP/IP参考模型 实际使用的参考模型
网络的体系结构的相关概念
网络的体系结构就是为了完成计算机间的通信， 把计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，规 定了同层次实体通信的协议及相邻层之间的接口服 务。简单的说，将这些同层实体通信的协议及相邻 层接口统称为网络体系结构。
TCP/IP 是网络互联协议，只考虑网络之间的
互联。
TCP/IP参考模型
OSI参考模型
应用层 表示层
TCP/IP参考模型
应用层 模型中 不存在 传输层 互联网层
会话层
传输层 网络层
数据链路层
物理层
网络接口层
五层协议的体系结构
5 4 3 应用层 运输层 网络层
数据链路层 数据链路层
计算机网络第一章概述
04
CATALOGUE
计算机网络体系结构
网络协议与层次结构
网络协议
为进行网络中的数据交换而建立的规 则、标准或约定。网络协议由语法、 语义和同步三个要素组成。
层次结构
将计算机网络体系结构的通信协议划 分为多个层次，每个层次实现一部分 相对独立的功能，各层之间相互配合 ，完成数据交换的全过程。
OSI七层模型
每台计算机都连接到网络中，但 信息传输是点对点进行的，即一 台计算机发出的信息只被指定的 另一台计算机接收。
按拓扑结构分类
星型拓扑
总线型拓扑
所有计算机都连接到一个中心节点上，中 心节点控制全网的通信，任何两台计算机 之间的通信都要通过中心节点。
所有计算机都连接在一条公共传输线路上 ，信息在这条线路上传输，且能被所有计 算机接收。
中继器
中继器的作用
中继器是网络物理层的一种连接设备，对网络上的信号进行放大和整形，以扩展网络的传输距离。
中继器的特点
中继器只工作在物理层，对高层协议完全透明；中继器只能连接两个相同网络的网段，不能连接不同 网络的网段。
集线器
集线器的功能
集线器是一种特殊的中继器，作为网络传输介质的中央节点，克服了介质单一通道的缺 陷。
计算机网络第一章 概述
目录
• 计算机网络基本概念 • 计算机网络的分类 • 计算机网络的发展历程 • 计算机网络体系结构 • 计算机网络硬件设备 • 计算机网络软件设备
01
CATALOGUE
计算机网络基本概念
计算机网络的定义
计算机网络是由多台地理上分散的、 具有独立功能的计算机通过通信设备 和线路连接起来，在相应软件支持下 实现数据通信和资源共享的系统。
计算机网络的功能
计算机网络学习笔记（一）之计算机网络体系结构
计算机⽹络学习笔记（⼀）之计算机⽹络体系结构正在学习计算机⽹络，为了⽅便⽇后回忆，在此记录⾃⼰的学习笔记。
先放上思维导图！⽅便记忆1.1⽹络的⽹络计算机⽹络：结点+链路互连⽹：通过路由器把⽹络互连起来，构成计算机⽹络互联⽹：特指Internet，是全球最⼤的、开放的、采⽤通⽤协议进⾏众多⽹络相连的特定计算机⽹络。
特点：连通性和共享主机：与⽹络相连的计算机1.2互联⽹基础结构发展的三个阶段第⼀阶段：从单个⽹络ARPANET向互联⽹发展得过程第⼆阶段：建成三级结构的互联⽹第三阶段：逐渐形成了多层次ISP结构的互联⽹ISP：互联⽹服务提供商1.3互联⽹的组成边缘部分+核⼼部分1.边缘部分由所有连接在互联⽹上的主机（端系统）组成端系统之间的通信：主机A的某个进程与主机B的另⼀个进程进⾏通信两种通信⽅式：（1）客户端/服务端⽅式（C/S⽅式）：进程之间的服务与被服务（2）对等⽅式（P2P⽅式）：不区分服务与被服务关系⽤户直接使⽤来进⾏通信和资源共享2.核⼼部分重要⼯作者：路由器路由器：实现分组交换，转发收到的分组疑问：什么是分组交换？数据交换是实现数据通过⽹络核⼼从源主机到另⼀个主机!1.为什么需要数据交换？1).链路问题 2).连通性 3).⽹络规模2.什么是交换？动态转接——把⼀条电话线转接到另⼀条电话线，使之连通动态分配传输路线的资源3.数据交换的类型数据交换类型注：计算机交换⽅式绝⼤多数是分组交换，极少数是电路交换，绝不可能是报⽂交换1.4计算机⽹络的类别1.按⽹络作⽤范围：⼴域⽹、城域⽹、局域⽹、个⼈区域⽹2.按⽹络的使⽤者：公⽤⽹、专⽤⽹3.⽤来把⽤户接⼊互联⽹的⽹络1.5计算机性能计算机⽹络的性能速率：数据的传送速度（单位：bit/s）带宽：在单位时间内⽹络中的某信道所能通过的“最⾼数据率”吞吐量：在单位时间内通过某个⽹络的数据量时延：数据从⽹络的⼀端传送到另⼀端所需的时间包括：1）发送时延2）传播时延3）处理时延4）排队时延总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延时延带宽积：传播时延 x 带宽往返时间RTT：从发送⽅到接收⽅总共经历的时间利⽤率：分为信道利⽤率和⽹络利⽤率1.6计算机⽹络的体系结构体系结构=层+协议（协议是⽔平的、服务是垂直的）⽹络协议：为进⾏⽹络的数据交换⽽建⽴的规则（标准或约定）协议三要素：语法、语义、同步（1）语法：数据与控制信息的结构或格式。
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第一章计算机网络体系结构【例1.1】计算机网络可以被理解为（）A．执行计算机数据处理的软件模块B．由自主计算机互连起来的集合体C．多个处理器通过共享内存实现的紧耦合系统D．用于共同完成一项任务的分布式系统【例1.2】广域网中广泛采用的拓扑结构是（）A．树型 B.网状C星型 D.环型【例1.3】局域网与广域网之间的差异不仅仅在于它们所能覆盖的地理范围不同，而且还在于（）A.所使用的传输介质不同B.所提供的服务不同C.所能支持的通信量不同D.所使用的协议不同【例1.4】OSI参考模型中，网络层、数据链路层和物理层传输的协议数据单元（PDU）分别称为（）A.报文（message）、帧（frame）、比特（bit）B.分组（packet）、报文（message）、比特（bit）C.分组（packet）、帧（frame）、比特（bit）D.数据报（datagram）、帧（frame）、比特（bit）【例1.5】在TCP/IP协议簇的层次中，解决计算机之间通信问题的是（）A．网络接口层 B.网络层 C.运输层 D.应用层【例1.6】在OSI参考模型中，服务原语可划分为4类，包括请求、指示、响应和（）A.答复 B.确认 C.应答 D.接收【例1.7】一个系统的协议结构有N层，应用程序产生M字节长的报文，网络软件在每层加上h字节的协议头，网络带宽中有多大比率用于协议头信息的传输？【例1.8】请描述OSI模型中数据流动的过程。
精选试题练习【题1.1】计算机网络可以被看成是自治的计算机系统的集合，其中“自治的计算机”主要指（）A.可以独立运行的计算机B.网络计算机C.裸机D.网络终端【题1.2】将计算机与计算机之间连接起来实现资源共享和数据通信，属于计算机网络发展的（）A.联机系统阶段B.计算机网络阶段C.标准化网络阶段D.网络互连和高速网络阶段【题1.3】计算机网络中可以共享的资源包括（）A.客户机和服务器B.硬件、软件和数据C.主机、CPU、内存和外部设备D.计算机和传输介质【题1.4】一下不属于协议的三要素的是（）A.语法B.语义Ｃ．时序Ｄ．异步【题 1.５】通信协议包括了对通信过程的说明，规定了应当发出哪些控制信息，完成哪些动作以及做出哪些应答，并对发布请求、执行动作以及返回应答予以解释。
这些说明描述了协议的（）A.语法B.语义Ｃ．时序Ｄ．异步【题1.６】下列不是网络模型进行分层的目标的是（）Ａ．提供标准语言Ｂ．定义标准界面Ｃ．定义功能执行的方法Ｄ．增加功能之间的独立性【题1.７】ＴＣＰ／ＩＰ协议簇中的协议主要定义的层次是（）Ａ．物理层和数据链路层Ｂ．网络层Ｃ．运输层Ｄ．网络层以上【题1.８】ＴＣＰ／ＩＰ协议簇中属于网络层协议的是（）A.ARP、IP、ICMPB.TCP、UDPC.TCP、IPD.SMTP、DNS【题1.9】下列属于应用层协议的是（）A.IP、TCP和UDPB.ARP、IP和UDPC.FTP、SMTP和TELNETD.ICMP、RARP和ARP【题1.10】能够实现可靠的端到端通信服务的层次是（）A.数据链路层B.网络层C.运输层D.应用层【题1.11】相邻层间交换的数据单元称之为（）A.SDUB.IDUC.PDUD.ICI【题1.12】Interner是一个（）A.国际组织B.软件集合C.网络集合D.计算机网络【题1.13】在计算机网络的不同系统中位于相同层的实体称为（）A.同等体B.同等层C.对等层D.对等实体【题1.14】网络体系结构可以定义为（）A.一种计算机网络的实现B.执行计算机数据处理的网络系统C.建立和使用通信硬件和软件的一套规范D.由国际标准化组织指定的一个标准【题1.15】OSI模型的物理层负责（）A.格式化报文B.定义连接到介质的特征C.提供远程文件访问能力D.为数据选择通过网络的路由【题1.16】下列能够最好地描述OSI模型数据链路层的是（）Ａ．提供用户和网络的借口Ｂ．处理信号通过介质的传输Ｃ．控制报文通过网络的路由选择Ｄ．保证数据正确的顺序和完整性【题1.1７】在ＯＳＩ中，能够决定使用哪条路径通过子网的层次是（）A.数据链路层B.网络层C.运输层D.应用层【题1.18】下列属于表示层提供的功能的是（）A.文本压缩B.通明传输C.拥塞控制D.路由选择【题1.19】在OSI中，处于数据链路层与传输层之间的是（）A.物理层B.网络层C.会话层D.表示层【题1.20】在不同网络结点的对等层之间实现通信需要使用（）A.模块借口B.对等层协议C.电信号D.传输介质【题1.21】在OSI中，同层对等实体间进行信息交换时必须遵守的规则称为（）A.协议B.借口C.服务D.会话【题1.22】在OSI中，相邻层间进行信息交换时必须遵守的规则称为（）A.协议B.借口C.服务D.会话【题1.23】在OSI中，相邻层间进行信息交换时使用的一组操作原语称为（）A.协议B.借口C.服务D.会话【题1.24】无证实的服务包含的服务原语是（）A.请求与响应B.请求与证实C.请求与指示D.请求与应答【题1.25】在计算机网络中，分层和协议的集合称为计算机网络的（）A.基本功能B.组成结构C.体系结构D.参考模型【题1.26】在计算机网络中，分层和协议的集合称为计算机网络的（）Ａ．因特网标准的形式Ｂ．一种网络协议C．一种网络文件格式Ｄ．一种网络技术【题1.2７】ＴＣＰ／ＩＰ模型的网络层中用于实现体制转换的协议有（）A.ARPB.ICMPC.UDPD.TCP【题1.28】ARPNET是Internet的前身，它是一种（）A.电路交换网络B.报文交换网络C.分组交换网络D.混合交换网络【题1.29】ISP是一个机构，它掌握着I\nternet的（）A.服务B.请求C.协议D.借口【题1.30】设有如下差错：噪声使传输链路上的一个0变成1或一个1变成0。
该差错发生在（）Ａ．物理层Ｂ．数据链路层Ｃ．网络层Ｄ．应用层【题1.３１】设有如下差错：一个分组被传送到错误的目的地。
该差错发生在（）Ａ．物理层Ｂ．数据链路层Ｃ．网络层Ｄ．应用层【题1.３２】设有如下差错：收到一个序号错误的帧。
该差错发生在（）Ａ．物理层Ｂ．数据链路层Ｃ．网络层Ｄ．应用层【题1.３3】在OSI模型中，N层提供的服务是如何与对等层实体交换信息来实现的（）A.利用N+1层提供的服务以及按N层协议B.利用N层提供的服务以及按N+1层协议C.利用N-1层提供的服务以及按N层协议D.利用N层提供的服务以及按N-1层协议【题1.３4】下列能够正确描述OSI参考模型中数据封装过程的是（）Ａ．数据链路层在分组上增加了源ＭＡＣ地址和目的ＭＡＣ地址Ｂ．传输层将数据流封装成数据帧，并增加了可靠性和流量控制信息Ｃ．网络层将高层协议产生的数据流封装成分组，并增加了ＩＰ地址和控制信息Ｄ．表示层将高层协议产生的数据分割成数据段，并增加了源端口和目的端口信息【题1.３５】下列对计算机网络体系结构中协议所做的描述中错误的是（）Ａ．网络协议的三要素是语法、语义和同步Ｂ．协议是控制两个对等层实体之间通信的规则的集合Ｃ．协议规定了对等层实体之间所交换的信息的格式和含义Ｄ．在ＯＳＩ中，要实现第ｎ层协议，需要使用ｎ＋１层提供的服务【题 1.３６】在一个ｎ层的层次型网络系统结构中，每层协议分别要求加上长为Ｈｎ字节的报头。
如果应用进程生成的数据长度为Ｄ字节，则在物理传输介质的带宽中有多大的比例是用来传输有效应用数据的？【题1.３７】广播式网络中是否需要设置网络层？为什么？【题1.３８】简述ＯＳＩ服务与协议之间的关系及区别。
【题1.３９】简述面向连接服务与无连接服务的特点。
【题 1.４０】在现代分组交换网中，源主机将长的应用层报文分段为较小的分组并向网络发送，接收方则将这些分组重新装配为最初的消息，我们称这个过程为报文分段。
考虑一个报文是７．５ＭＢ长，在图４－１－４中从源发送到目的地。
假定在该图中的每段链路是１０５Ｍｂｉｔ／ｓ。
忽略传播时延、排队时延和处理时延。
源——分组交换机——分组交换机——目的图４－１－４题1.40的图（１）考虑从源到目的地无报文分段地发送该报文。
从源主机到第１台分组交换机移动第１个分组需要多长时间？注意，每台交换机使用“存储转发”分组转换，从源主机到目的主机移动该报文需要多长时间？（２）现在假定该报文被分为５０００个分组，每个分组长１．５ＫＢ。
何时第１个分组从第１台交换机发送到第２台交换机？何时第２个分组从源主机发送到第１个交换机？（３）当使用报文分段时，从源主机向目的主机移动该文件需要多长时间？将该结果与（１）小题答案进行比较并解释之。
例题答案：【例1.1】B【例1.2】B【例1.3】D【例1.4】C【例1.5】B【例1.6】B【例1.7】（N*h/(N*h+M)）×100%精选例题练习答案：⑴A ⑵B ⑶B ⑷D ⑸B ⑹A ⑺D ⑻A ⑼C ⑽C ⑾A ⑿C ⒀D ⒁C ⒂Ｂ⒃Ｄ⒄Ｂ⒅Ａ⒆Ｂ⒇Ｂ（２１）Ａ（２２）Ｂ（２３）Ｃ（２４）Ｃ（２５）Ｃ（２６）Ａ（２７）Ａ（２８）Ｃ（２９）Ｄ（３０）Ａ（３１）Ｃ（３２）Ｂ（３３）Ｃ（３４）Ｃ（３５）Ｄ。