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2第二讲 计算机网络的体系结构

发布时间:2019-05-29 06:28 来源:未知 编辑:admin

  《数据通信与计算机网络(第二版)》 电子教案 笫二讲 计算机网络的体系结构 本讲内容 ? 第一章 概述 1.2 计算机网络的体系结构 1.2.1 层次模型 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 1.2.3 因特网络参考模型 1.2.4 网络通信标准化组织 * 1.3 因特网的发展及其应用 1.4 计算机网络的分类 *是要求同学了解的,这些内容在本电子教案中并未讲解而是要求 同学自己阅读教材。 1.2.1 层次模型 图1.7 计算机网络的层次模型 1.2.1 层次模型(续) 要点归纳如下 除了在物理媒体上进行的是实通信外,其余 各对等层实体间进行的都是虚通信 对等层的虚通信必须遵循该层的协议。 n层的虚通信是通过n-1/n层间接口处n-1层 提供的服务以及n-1层的通信(通常也是虚通 信)来实现的。 1.2.1 层次模型(续) 如何分层有些主要的原则可以遵守。比如说: 每层的功能应是明确的,并且相互独立的。当某一 层具体实现方法更新时,只要保持层间接口不变, 不会对邻层造成影响 层间接口清晰,跨越接口的信息量应尽可能少 层数应适中。若太少,则层间功能划分不明确,多 种功能混杂在一层中,造成每一层的协议太复杂。 若太多,则体系结构过于复杂,各层组装时的任务 要困难得多 本讲内容 ? 第一章 概述 1.2 计算机网络的体系结构 1.2.1 层次模型 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 1.2.3 因特网络参考模型 1.2.4 网络通信标准化组织 * 1.3 因特网的发展及其应用 1.4 计算机网络的分类 *是要求同学了解的,这些内容在本电子教案中并未讲解而是要求 同学自己阅读教材。 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 OSI模型共分为七层 从下到上依次为物理层(physical layer)、数据 链路(data link)层、网络(network)层、运输 (data link) (network) (transport)层、会话(session)层、表示 (presentation)层和应用(application)层。 在主机中要有七层,但通信子网中的 IMP中却不一定要有七层,通常只有下三 层,甚至可以只有下两层 图1.8 ISO’s OSI层次模型 用英语首字母 缩写PH, DL, N,T,S,P 和A来代表从 下到上的物理 层、数据链路 层、网络层、 运输层、会话 层、表示层 和应用层七个 层次 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 (续) 各层功能 物理层:在物理媒体上传输原始的数据比特 流信号 ? EIA-RS-232C ? 物理层的功能是为在物理媒体上建立、维持和终 止传输数据比特流信号的物理连接提供机械、电 气、功能和过程的手段 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 (续) 数据链路层: ? 将比特组合成数据链路协议数据单元DL-PDU ? 帧(frame) :数据链路协议数据单元是OSI标准中 使用的术语,又称帧 ? 流量控制(flow control) ? 例子:高级数据链路控制HDLC (High-level Data Link Control)规程 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 (续) 网络层 ? 通信子网的运行控制,主要解决如何把网络协议 数据单元(通常我们称为分组)从源传送到目标 ? 通信子网中进行路由 路由(routing)选择 路由 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 (续) 运输层 ? 第一个端对端,也就是主机到主机的层次 ? 高层用户就可利用运输层的服务直接进行端到端 的数据传输,从而不必知道通信子网的存在 ? 分流 分流(splitting) : 用于提高吞吐量 ? 复用 复用(multiplexing) :将多个运输通信合用一条网 络连接 ? 处理端到端的差错控制和流量控制的问题 ? 总之,运输层为上层用户提供端对端的透明优化 的数据传输服务 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 (续) 会话层 ? 允许不同主机上各种进程之间进行会话 ? 运输层是主机到主机的层次,而会话层是进程到 进程之间的层次。会话层组织和同步进程间的对 话 ? 全双工或半双工 ? 提供同步服务 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 (续) 表示层 ? 为上层用户提供共同需要的数据或信息语法表示 变换 ? 为了让采用不同编码方法的计算机通信交换后能 相互理解数据的语义,可以采用抽象的标准方法 来定义数据结构,并采用标准的编码表示形式。 ? 管理这些抽象的数据结构,并把计算机内部的表 示形式转换成网络通信中采用的标准表示形式都 是由表示层来完成的。 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 (续) 应用层 ? 开放系统互连环境的最高层 ? 网络环境下不同主机间的文件传送、访问和管理 文件传送、 文件传送 FTAM(File Transfer, Access and Management); 网络环境下传送标准电子邮件的文电处理系统 文电处理系统 MHS(Message Handling System);方便不同类型 终端和不同类型主机间通过网络交互访问的虚拟 虚拟 终端VT(Virtual Terminal)协议等,都属于应用层 终端 的范畴 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 (续) 基本概念 服务访问点SAP(Service Access Point) :接口处提供 服务访问点 服务的地方 服务是通过一组服务原语 服务原语来执行的。OSI模型中, 服务原语 将服务原语划分为四类 ? 请求 请求(request): 由服务用户发往服务提供者,请求它完成 某项工作,如发送数据。 ? 指示 指示(indication): 由服务提供者发往服务用户,指示发生 了某些事件。 ? 响应 响应(response): 由服务用户发往服务提供者,作为对前 面发生的指示的响应。 ? 证实 证实(confirm): 由服务提供者发往服务用户,作为对前面 发生的请求的证实。 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 (续) 图1.9四类服务原语 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 (续) 服务原语的简单例子 ? 连接请求 呼叫方服务用户请求建立一个连接。 连接请求: ? 连接指示: 连接请求通过服务提供者的虚通信传到被叫方 连接指示 后,被叫方服务提供者向被叫方服务用户指示有建立连接 的请求。 ? 连接响应 若被叫方服务用户准备建立连接,则通过此原 连接响应: 语告诉本方服务提供者。 ? 连接证实 呼叫方服务提供者通过虚通信得知被叫方同意 连接证实: 建立连接后,由此原语告知呼叫方服务用户。 通过以上四步就建立了一条呼叫方与被叫方间的连 接,可在其中传输数据 ? 数据请求 呼叫方服务用户通过此原语请 数据请求: 求本方服务提供者将数据送给被叫方。 ? 数据指示 被叫方服务提供者收到对方送 数据指示: 来的数据后通知服务用户。 ? 断连请求 任何一方用户可通过此原语请 断连请求: 求释放连接,由服务提供者传至对等方。 ? 断连指示 对等方服务提供者通过此原语 断连指示: 告诉本方服务用户释放连接。 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 (续) 服务分证实和非证实 ? 证实:如连接服务,要使用请求、指示、响应和 证实四类原语 ? 非证实:数据传送服务和断连服务,只使用请求 和指示两类原语 图1.10 数据的实际传递过程 本讲内容 ? 第一章 概述 1.2 计算机网络的体系结构 1.2.1 层次模型 1.2.2 开放系统互连基本参考模型 1.2.3 因特网络参考模型 1.2.4 网络通信标准化组织 * 1.3 因特网的发展及其应用 1.4 计算机网络的分类 *是要求同学了解的,这些内容在本电子教案中并未讲解而是要求 同学自己阅读教材。 1.2.3 因特网络参考模型 图1.11 Internet 层次参考模型 1.2.3 因特网络参考模型(续) 基本概念 Internet 实际上不是一个单一的网络,网际网 互连网层:互连各种各样的通信子网,该层运行IP协议 Internet实际上并没有具体规定子网层运行的协议,任何一种 通信子网只要在其上的服务可以支持IP协议,都可接入 Internet,并通过它互连 通信子网在ISO’s OSI模型中对应于物理层、数据链路层和部 分网络层的功能 Internet层次模型中的互连网层大致对应于 ISO 8648中规定的网络层中子网无关汇合(Sub Network Independent Convergence, SNIC)子层和中继及路由(Relay & Routing, RR)子层,即ISO’s OSI模型网络层中高层子层的功 能。Internet中的运输层与ISO’s OSI中的运输层几乎是完全对 应的,在两个模型中都是第一个完成端到端数据传输的层次。 1.2.3 因特网络参考模型(续) TCP和UDP间的主要区别在于,前者提供的 是面向连接的服务 面向连接的服务(connection-oriented 面向连接的服务 service),而后者提供的是无连接的服务 无连接的服务 (connectionless service) 在OSI的网络层中同样允许有两种服务,即 提供面向连接的网络服务或者是无连接的网 络服务。但是,在Internet的互连网层提供的 仅是无连接的服务,这是它与OSI参考模型 的不同点之一 1.2.3 因特网络参考模型(续) Internet应用层中常用的三个协议的名称,即 文件传送协议FTP(File Transfer Protocol)、 文件传送协议 简单报文传送协议SMTP(Simple Message 简单报文传送协议 Transfer Protocol)和远程网络登录协议 远程网络登录协议 TELNET(TELecommunication NETwork) 1.2.3 因特网络参考模型(续) 图1.12 Internet 使用的协议及与OSI的关系 1.2.3 因特网络参考模型(续) OSI与因特网参考模型的相同点: 它们都是层次结构的模型; 其最低层都是面向通信子网的; 它们都有运输层,且都是第一个提供端到端 数据传输服务的层次,都能提供面向连接或 无连接两种运输服务; 其最高层都是向各种用户应用进程提供服务 的应用层等 1.2.3 因特网络参考模型(续) OSI与因特网参考模型的不同点: 两者所划分的层次数不同; Internet中没有表示层和会话层; Internet没有明确规定通信子网的协议,也不再区分 通信子网中的物理层、数据链路层和网络层; 还有,Internet中特别强调了互连网层,其中运行的 IP协议是Internet的核心协议,且互连网层向上只提 供无连接的服务,而不提供面向连接的服务 本讲内容 ? 第一章 概述 1.2 计算机网络的体系结构 1.3 因特网的发展及其应用 1.3.1 因特网的发展过程 1.3.2 Internet的主要功能 1.3.3 Internet的工作原理 1.4 计算机网络的分类 1.3.1 因特网的发展过程 历史: 前身ARPANET 研究如何将各种LAN和广域网(WAN)互连起来 ,非 常重要的成果就是称为网际协议IP和传输控制协议 TCP的两个使不同的计算机及网络可以相互通信的 约定,即协议 以这两个协议为核心、以ARPANET为主干网开始 将许多不同的网络互连在一起,构成了Internet的原 型,并对TCP/IP协议及技术进行试验 NSFNET:美国国家科学基金,(National Science 国家科学基金, 国家科学基金 Foundation) 1.3.1 因特网的发展过程(续) Internet的规模 不断地在扩 大,连接到 Internet上的 计算机的数 目也正在以 指数速率增 长。图1.13 给出了从 1984年到 2004年20年 间连到 Internet上计 算机的大致 数量。 2. 3E 00 10 24 28 17 250000000 200000000 150000000 100000000 61 70 80 72 7. 2E +0 7 50000000 0 1984 1986 1988 4 1990 1992 1994 1996 00 0 1998 2000 2002 图1.13 1984-2004年连到Internet上计算机的数量 2004 +0 8 本讲内容 ? 第一章 概述 1.2 计算机网络的体系结构 1.3 因特网的发展及其应用 1.3.1 因特网的发展过程 1.3.2 Internet的主要功能 的主要功能 1.3.3 Internet的工作原理 1.4 计算机网络的分类 1.3.2 Internet的主要功能 主要功能 远程登录 ? Telnet 文件传输 ? FTP ( File Transfer Protocol) 电子邮件 电子公告牌与网络新闻 ? bbs,网络新闻(network news) 1.3.2 Internet的主要功能(续) 查找文件 查找人员,Whois 以菜单方式浏览信息 按内容自动查找,WAIS(Wide Area Information Server) 全球范围的超媒体信息浏览服务 ? ? ? ? 超文本(hypertext) 超文本 ,万维网 万维网 浏览器(browser) 浏览器 超文本描述语言HTML(HyperText Makeup Language)、超 超文本描述语言 超 文本传输协议HTTP(HyperText Transmission Protocol)和统 文本传输协议 统 一的资源定位格式URL(Uniform Resource Locator) 一的资源定位格式 本讲内容 ? 第一章 概述 1.2 计算机网络的体系结构 1.3 因特网的发展及其应用 1.3.1 因特网的发展过程 1.3.2 Internet的主要功能 1.3.3 Internet的工作原理 的工作原理 1.4 计算机网络的分类 1.3.3 Internet的工作原理 工作方式(类似邮政) 信息封装成包(package), 又称分组 IP协议就是关于在Internet中传递的分组封装 格式的约定 分组在Internet中是通过若干路由器 路由器(router)间 路由器 转发来传递到目标点的 图1.14 Internet连接的一个例子 1.3.3 Internet的工作原理(续) Internet的地址是用数字来表示的,称为IP地 址。IP地址共含有四个字节,32个二进制位。 在书写时,通常每个字节都用十进制表示, 而字节之间用小圆点分隔开来 域名(domain name) 域名 1.3.3 Internet的工作原理(续) 域名中的最后一个域有时也称为顶级域名 顶级域名,以区分机构或组 顶级域名 织的性质。早期常用的有 ? ? ? ? ? edu com mil gov org 教育机构 商业机构 军事部门 政府机关 非盈利性组织 名字仅是为了帮助人们记忆和输入,在IP分组中使用的仍然是 IP地址。在Internet中有许多称为域名服务器 域名服务器DNS(Domain 域名服务器 Name Server)的系统可以帮助你自动地从域名来找到其相应的 IP地址 研究和试验新一代的IP协议,即第六版的IP v6(目前广泛采 用的是IPv4,即第四版的IP)。在IPv6中,地址已从32位扩展 到128位 本讲内容 ? 第一章 概述 1.2 计算机网络的体系结构 1.3 因特网的发展及其应用 1.4 计算机网络的分类 1.4.1 按拓扑构形分类 1.4.2 按地理范围分类 1.4.3 其它分类 1.4.1 按拓扑构形分类 按照网 络的物 理形状 或称为 拓扑构 形来对 网络进 行分类 图1.15网络的拓扑构形 1.4.1 按拓扑构形分类(续) 广域网 ? 不规则的网形 局域网 ? 星形 ? 总线形 ? 环形 本讲内容 ? 第一章 概述 1.2 计算机网络的体系结构 1.3 因特网的发展及其应用 1.4 计算机网络的分类 1.4.1 按拓扑构形分类 1.4.2 按地理范围分类 1.4.3 其它分类 1.4.2 按地理范围分类 若按计算机网络覆盖的地理范围来细致区分, 可分为: 局域网LAN (Local Area Network) 局域网 约0.1公里 校园网CAN (Campus Area Network) 校园网 约1公里 城域网MAN (Metropolitan Area Network)约10公 城域网 里 广域网WAN (Wide Area Network) 广域网 约100~1000公里 全球网GAN (Global Area Network) 全球网 >1000公里 图1.16 LAN,WAN和多处理机系统的比较 1.4.2 按地理范围分类(续) 存储区域网SAN(Storage Area Network) 存储区域网 ? 前面介绍的计算机网络是用來连接各种计算机的, 而存储区域网则主要是用來连接多个大容量存储 设备的, 两者作用完全不同 ? 可以看成计算机网络是前端网络, 而存储区域网 则为后端网络, 不是一回事 本讲内容 ? 第一章 概述 1.2 计算机网络的体系结构 1.3 因特网的发展及其应用 1.4 计算机网络的分类 1.4.1 按拓扑构形分类 1.4.2 按地理范围分类 1.4.3 其它分类 1.4.3 其它分类 从网络中用来传输信息的物理信道是用什么媒体 媒体 (medium,有时也译为介质)来区分, ? 是双绞线网、同轴电缆网、光纤网或无线网等。 可以从网络是通过点到点的信道通过不断转接或通 过共享的信道这两种传输技术来区分, ? 通常广域网是前者, 而局域网则是后者。 若从网络的使用范围来区分,则可划分为公用网和 专用网两大类。 ? 公用网是为全社会所有的人提供服务的,凡是愿意按规定 交纳费用的人都可以使用。 ? 专用网则是某个单位、部门或行业为特殊业务需要而组建 的网络。 练习题 1.6 简述开放系统互连参考模型及各层的主要功能。 1.12 比较OSI参考模型和Internet参考模型的异同点。 1.19 简述可以从几种不同角度来对计算机网络分类。 1.23 若某运载工具能以每小时80公里的速度一次传递10 盒8mm的磁带,每盒3盘带,每盘带容量为7GB。问在 什么距离范围内,该运载工具的数据传送速率比155M b/s的ATM网络要高?

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