计算机网络原理
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2. 网络体系结构的定义
层 服务 协议
三、网络体系结构的描述( 1)
1. (N)层和(N)实体
• (N)层:指在网络体系结构中的某特定层 (N+1)层:指(N)层的相邻上层 (N-1)层:指(N)层的相邻下层 (N+1)层和(N-1)层的提出主要是研究 (N)层与其相 邻上层、下层的关系。 (N) 实体: (N) 层中具有数据收发能力的活动单元。 一般就是该层的软件进程或者实现该层协议的硬 件单元。 (N) 对等实体 ( 同等实体 ) :位于不同子系统的同一 层的实体间的互称。
1. 2. 3. 4. 5. 根据功能需要分层 每层的功能明确 每层的功能选择有利于制定国际标准 每层的接口信息量尽可能少 层数足够多:避免不同的功能混于同一层 层数不能太多:避免体系结构过于庞大
二、网络体系结构
1. 研究方法
按功能抽象分层 定义层间的接口和提供的服务 定义同层间通信的规则—协议
协议 protocol:计算机网络同等层次中,通信双
方进行信息交换时必须遵守的规则。
协议的组成: 1. 语法(syntax):以二进制形式表示的命令和 相应的结构 2. 语义(semantics):由发出的命令请求,完成 的动作和回送的响应组成的集合 3. 定时关系(timing):有关事件顺序的说明
(N)SDU
(N)PCI
(N)PCI
数据单元间关系
数据封装
服务分类和服务原语
1. 基于连接的服务和无连接服务 基于连接的服务 当使用服务传送数据时,首先建立连接,然 后使用该连接传送数据。使用完后,关闭连 接。 特点:可靠,顺序性好。 无连接服务 直接使用服务传送数据,每个包独立进行路 由选择。 特点:不可靠,顺序性差。
连接 connection
(N) 连接: (N+1) 实体利用 (N) 实体提供 的服务而建立的联系。 (N+1) 层对等实体要进行通信必须通过 相邻下层以及下面各层通信来完成,即 调用相邻下层的服务来完成。
协议与连接
系统A 系统B
(N+1)层实体 (N+1)层 (N)层 (N)层实体
(N+1)层实体
计算机网络原理
任课教师:陈妍
计算机系统结构与网络研究所
计算机网络原理
教师
陈妍 总学时56 (上课48+上机8+自学)
学时
联系方式 phone: 2668642(2668649)-8003 E-mail: chenyan@mail.xjtu.edu.cn
教材及参考书
使用教材: 《计算机网络》(第三版) Andrew S. Tanenbaum 著,清华大学 出版社
哲学家—翻译—秘书结构
分层优点
各层独立。每一层不需要知道下层是如何实现的,
只需要知道层间的接口和所提供的服务。
灵活性好。当任意层发生变化时,只要接口不变,
上下层均不受影响。
结构上分开。各层可采用最适合的技术。 易于实现和维护。 促进标准化。由于每一层及其提供的服务都有明确
的定义。
分层原则
从采用技术角度: 1. 无线网络 ( Wireless Networks ) 2. 卫星网络 3. ATM网络 ….
二、拓扑结构
1. 拓扑结构的定义
采用拓扑学的方法抽象的网络结构,研究计算 机网络中“点”和“线”构成的几何图形。
2. 几种主要的拓扑结构
1) 总线型拓扑结构 特点:由所有节点连接到一条传输介质上
(N)PDU与(N+1)PDU的关系
(N+1)PDU
(N) PCI
(N) 用户数据
接口数据单元 IDU
定义:在同一系统的相邻两层实体的一次交互中, 经过层间接口的信息单元,称为(N)接口数据单元。 (N)IDU的具体格式如下:
(N) ICI (N) 接口数据
–
(N)ICI 为(N)接口控制信息,协议在通过层间 接口时,需要加一些控制信息,如通过多少字 节、或要求的服务质量等。 – (N)ICI只对PDU 通过接口时有作用,进入下层 后丢弃。 – (N)接口数据为通过接口传送的信息内容。
HOST T
HOST TTT
2. 计算机—计算机网络(续1)
T
HOST
CCP 通信线路 CCP CCP
T
– 通信任务从主 机中分离
– CCP 通 信 控 制 处理机,专门 处理主机之间 的通信任务
T T
HOST
HOST
T T
T
T
2. 计算机—计算机网络(续2)
T
HOST
T
T
公用数据通信网
T
HOST
服务访问点SAP
服务访问点SAP(Service Access Point) • 任何层间服务是在接口的SAP上进行的; • 每个SAP有唯一的识别地址; • 每个层间接口可以有多个SAP。
数据单元 Data Unit
在网络中信息传送的单位,称为数据单元。 对等实体在协议的控制下交换信息 相邻层实体按服务交换信息 数据单元包括: 协议数据单元 接口数据单元 服务数据单元
总线型拓扑
优点: ·电缆长度短,布线容易
·易于扩充
缺点: ·节点发生故障将导致整个网络瘫痪—故障扩散 ·故障定位排除困难
星型拓扑
特点:由中央节点和通过点到点链路连接到中央节点的各节点 所组成。 优点: ·建网灵活 ·便于集中式控制 · 除中央节点外其它节点 发 生 故 障 不 扩 散 , 易定位排除 缺点: ·电缆长度长难安装 ·依赖于中央节点
T T
HOST
T T
T
T
网络分层思想 • 资源子网 服务器,客户计算机 • 通信子网 通信线路 网络互连设备(交换机 ,路由器,HUB等) 由CCP组成的传输网络 ——通信子网,为资源子 网提供信息传输服务。
3. 标准化网络
1970年代开始的标准化网络
厂商标准:IBM-SNA,DEC-DNA 国际标准:ISO-OSI/RM 事实标准:TCP/IP
终端 终端
源自文库
主 机 终端
终端
终端
特征:以单处理机为中心的联机网络,集中式控制 缺点:主机负荷重,线路利用率低
2. 计算机—计算机网络
典型代表:1969年 美国国防部高级计划研究局 ARPA网
T
T T T HOST
通信线路
T
– 分布式控制 • 单主机终端网 络的互联,形 成多主机为中 心的网络 T • 网络结构从 “主机-终端” 转变为“主机 -主机”
三. 计算机网络的应用
1. 用于企业的网络 • 资源共享 • 提高可靠性 • 节约经费 • 通信手段 2. 服务于公众的网络 • 访问远程信息 • 个人间通信 • 交互式娱乐
1.2 计算机网络的结构
一、网络分类
从地域范围角度: 1. 局域网络LAN ( Local Area Networks ) 2. 城域网络MAN( Metropolitan Area Networks ) 3. 广域网络WAN( Wide Area Networks )
服务数据单元SDU
定义:(N)服务用户所要求传递的逻辑数据单元称为 (N)服务数据单元。 (N)SDU与(N)PDU的用户数据部分的关系: 由于(N)PDU 的大小一般都有一定的长度要求。因 此, (N)PDU的用户数据部分可能是经过分段或合 并的(N)SDU。两者的关系为:1:1、1:N、N:1。
1.1 计算机网络的一般概念
一、计算机网络发展的历史
1946年 计算机的诞生 特征:计算机体积大、价格昂贵、计算能力强 1. 以单处理机为中心的多终端联机系统 1952年 美国半自动化地面防空系统(SAGE) 60年代初 美国航空公司飞机订票系统 (SABRE-1)
以单处理机为中心的多终端联机系统
PC出现和局域网的普及 Internet的飞速发展
二. 计算机网络的定义
1. 计算机网络的定义 • 物理结构:用通信线路和设备将地理上分散的计算 机连成一个整体 • 计算机网络的目的:共享资源 • 连接手段:在通信协议的控制下 2. 与分布式系统的区别 • LAN 以共享资源为主要目的,各计算机独立工作,向 用户呈现分散系统。 • 分布式系统以提高整体性能为主要目的, 强调多计算 机系统的整体性,各计算机协调自治工作,向用户呈 现整体系统
关键技术:
路由选择 ( Routing )
三、传输技术(续1)
2. 广播通道
基本特点:
多台计算机共享一条通信信道 任一台计算机发出的信息可以直接被其它计算机接收 两个以上节点同时发送会产生冲突
关键技术:介质访问控制方法
1.3 计算机网络体系结构
一、研究方法
协议分层
例子:两个哲学家讨论哲学问题 问题: 1. 两个哲学家使用不同的语言 2. 两个哲学家位于不同的国家 哲学 知识 翻译 通信
(N)协议
(N)层实体
(N)连接
服务提供者service provider和 服务用户service user
(N)服务提供者: 提供(N)服务的下一层实体。 直接的(N)服务提供者: (N)层实体。 间接的(N)服务提供者: (N)层及其以下各层的实体。 (N)服务用户: 接受(N)服务的上一层实体。 直接的(N)服务用户: (N+1)层实体。 间接的(N)服务用户: (N+1)层及其以上各层的实体。
主要教学内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 概述 物理层 数据链路层 介质访问子层 网络层 运输层 应用层 复习
作业、实验和考试
作业 (5%) 每次1分 实验 (15%) 考试 (80%) 期末,闭卷考试。
第一章 概 述
主要内容
计算机网络的一般概念 网络结构 网络体系结构 网络标准化组织 典型的参考模型
PDU IDU SDU
协议数据单元 PDU
定义:不同系统 (N) 对等实体为实现该层协议所交换 的信息单位,称为(N)协议数据单元(N)PDU。 (N)PDU的具体格式如下:
(N) PCI (N) 用户数据
–
(N)PCI 为(N)协议控制信息,是为实现(N)协议而 在传送的数据的首部或尾部加的控制信息,如: 地址、差错控制信息、序号信息等。 – (N) 用户数据为(N)层实体为提供(N)服务而传送的 信息。 – 考虑到协议的要求,如时延、效率等因素, (N)PDU的大小一般都有一定的长度要求。
网状型拓扑
在广域网中没有明晰的拓 扑结构,其特征为任两个节点 间的数据传送都要经过其它节 点或网络的转接;任两个节点 间都有两条以上的链路可供选 择。 优点: 可靠性高 缺点: ·通信线路冗余,浪费大 ·传输效率低
三、传输技术
1. 点到点通道
基本特点: 一条线路连接二台网络互连设备(点到点) 一般情况下,二台计算机的传输要经过多台网络互连 设备 一般情况下,二台计算机的传输有多条路径可供选择 一般情况下,采用存储转发方式进行信息传输
环型拓扑
特点:首尾相连的总线型拓扑结构 优缺点与总线型拓扑类似 优点: 适合采用光纤 缺点: 对环路的可靠性依赖性强
环形拓扑
树型拓扑
特点:形状为一棵倒置的树,由根和叶节点组成。 树形结 构是总结型结构的扩展,它是在总线网上加上分支形成的。
优点: 属于分层网,具有一 定容错能力,一般一个 分支和结点的故障不影 响另一分支结点的工作。 缺点: 属于集中式控制,对 上层节点倚赖。
• •
三、网络体系结构的描述( 2)
2. 服务、协议和连接
服务 Service : (N) 实体向 (N+1) 实体提供的相 互通信的能力 。是(N+1)实体能看见的(N)实 体提供的功能集合,包括: 1) (N)实体自己提供的某些功能。 2) 从(N-1)层及以下各层及本地系统得到的服 务。 3) 通过与对等实体通信而得到的功能
使用email答疑
课程的任务、目的和基本要求
了解计算机网络的基本概念
掌握计算机网络各层协议的基本工作原理及其所 采用的技术 学会计算机网络的一些基本设计方法 对典型常用计算机网络的特点和具体实现有初步 了解
为以后计算机网络及其应用的专题学习和研究打 下基础 实验课:掌握计算机网络协议的基本实现技术
主要参考书目:
1、《计算机网络原理》(第二版) 李增智、陈妍编著,西安交 通大学出版社 2、《计算机网络》(第二版) 谢希仁等著,电子工业出版社 3、《计算机网络-自顶向下方法与Internet特色》James F.Kurose 高等教育出版社
答 疑
时间:每周五 下午 7,8节课 答疑地点: 1-6周 西一楼432房间 答疑教师:王志文 7-18周西一楼447房间 答疑教师:朱海萍,陈妍