1、主要內容計算機網絡的應用計算機網絡的分類與構成計算機網絡的體系結構計算機網絡的參考模型TCP/IP模型網絡和網絡服務Uses of Computer NetworksUses of Computer Networks資源共享的需要資源共享的需要電子商務的需要電子商務的需要(E-commerce)信息訪問的需要信息訪問的需要(WWW,Email)信息通信的需要信息通信的需要(即時消息、即時消息、P2P)信息娛樂的需要信息娛樂的需要(Vod、Network Games)面向家庭的廣義電子商務的需要面向家庭的廣義電子商務的需要移動用戶的需要移動用戶的需要商業應用商業應用-資源共享資源共享Busine

2、ss Applications- resource sharing資源共享的目標是使得網絡上所有的程序、設備，資源共享的目標是使得網絡上所有的程序、設備，特別是數據對任何人都完全可用，而不不管資源和特別是數據對任何人都完全可用，而不不管資源和使用者在網絡的任何地方。使用者在網絡的任何地方。最明顯和廣泛的例子是同一個辦公室的人員共享打最明顯和廣泛的例子是同一個辦公室的人員共享打印機。實際上，人們一般不需要私有打印機，使用印機。實際上，人們一般不需要私有打印機，使用網絡打印機是更廉價、快速、便宜，易于管理。網絡打印機是更廉價、快速、便宜，易于管理。客戶客戶/服務器服務器架構架構Client/Ser

3、ver ArchitectureC/S模型(Client/Server Architecture)客戶客戶/服務器服務器架構架構Client/Server Architectureclient-server 模型是廣泛使用的最基本的網絡架構。典型應用是處于兩地的計算機設備，一方(client)需要訪問另一方(server)的資源. 比如，一個在家的人訪問World Wide Web，也使用client-server 模型。remote Web server就是server端，而用戶計算機則client端.在大多數情況下，一個server能夠處理大量clients.client-server模型

4、的實現細節模型的實現細節we see that two processes are involved, one on the client machine and one on the server machine. Communication takes the form of the client process sending a message over the network to the server process. The client process then waits for a reply message. When the server process gets th

5、e request, it performs the requested work or looks up the requested data and sends back a reply.計算機網絡的構成資源子網組成：服務器，客戶計算機通信子網一、基本組成：通信線路 ( 或稱通道 ) 網絡互連設備 ( 路由器、交換機、HUB等 )二、基本結構：1. 點到點通道基本特點：一條線路連接二臺網絡互連設備，一般情況下，二臺計算機的連接要經過多臺網絡互連設備 一般情況下，采用存儲轉發方式進行信息傳輸關鍵技術：路由選擇 ( Routing )計算機網絡的硬件構成：兩級結構的計算機網絡： 資源子網 (

6、或用戶子網 ) ，通信子網中心中心處理機處理機總線型總線型樹型樹型星型星型環型環型拓撲是研究點拓撲是研究點和線組成的幾和線組成的幾何圖形的特性何圖形的特性的學科的學科按網絡拓撲結構分類按網絡拓撲結構分類網狀結構網狀結構 終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端節點節點節點節點節點節點節點節點按網絡拓撲結構分類按網絡拓撲結構分類傳輸介質傳輸介質終端終端調制解調器調制解調器前置處理機前置處理機集中器集中器網絡接口卡網絡接口卡工作站工作站服務器服務器服務器服務器工作站工作站網絡結構示意網絡結構示意工作站工作站工作站工作站網絡硬件網絡硬件調制解調器調制解調器內置式內置式

7、外置式外置式PC卡式卡式數字信號數字信號模擬信號模擬信號數字信號數字信號與模擬信與模擬信號轉換號轉換電話網電話網調制解調器調制解調器(MODEM)調制解調器調制解調器計算機網絡計算機網絡系統的組成系統的組成重要指標重要指標傳輸速率傳輸速率，即每秒傳送的即每秒傳送的位數位數，單位是，單位是bit/s，簡寫為，簡寫為bps。目前常用。目前常用19.2Kbps 、33.6Kbps、56Kbps.MODEM計算機網絡-廣播通道基本特點：多臺計算機共享一條通信線路；任一臺計算機發出的信息可以直接被其它計算機接收典型拓撲結構： bus, ring關鍵技術：通道分配 靜態分配：分時間片特點：控制簡單，通道利

8、用率低動態分配 ：各站點動態使用通道特點：控制復雜，通道利用率高通道分配方法： 集中式：只有一個仲裁機構 分布式：各站點均有仲裁機構網絡分類從地域范圍角度：1. 局域網絡 ( Local Area Networks ) 主要采用廣播通道技術2. 城域網絡 ( Metropolitan Area Networks )3. 廣域網絡 ( Wide Area Networks )主要采用點到點通道技術采用局域網，傳采用局域網，傳輸速率較高，誤輸速率較高，誤碼率較低。組網碼率較低。組網方便，技術簡單。方便，技術簡單。傳輸距離遠，傳輸傳輸距離遠，傳輸速率較低，誤碼率速率較低，誤碼率較高。機制復雜。較高。

9、機制復雜。局域網局域網 指十幾公里的指十幾公里的地理范圍內將計算機、地理范圍內將計算機、外設和通信設備互連在外設和通信設備互連在一起的網絡系統。一起的網絡系統。廣域網廣域網 涉及的范圍涉及的范圍較大，通常可以達較大，通常可以達到幾十公里、幾百到幾十公里、幾百公里，甚至更遠。公里，甚至更遠。局域網和廣域網局域網和廣域網網絡分類從采用技術角度： 1. 無線網絡 ( Wireless Networks )優點：方便、靈活缺點：速率低（1-2Mbps），誤碼率高，易受干擾antennas, cellular telephone, CDPD(Cellular Digital Packet Data)2.

10、 衛星網絡 3. ATM網絡 .雙絞雙絞線線同軸電纜同軸電纜光纖光纖衛星通信衛星通信微波微波網絡硬件網絡硬件-傳輸介質傳輸介質計算機網絡功能的要求計算機網絡功能的要求計算機網絡的基本功能：是為地理位置不同的計算機用戶之間提供訪問通路。下述功能是必須提供的：1. 連接源結點和目的結點的物理傳輸線路，可以經過中間結點；2. 每條線路兩端的結點利用波形進行二進制通信；3. 無差錯的信息傳送4. 多個用戶共享一條物理線路5. 按照地址信息，進行路由選擇6. 信息緩沖和流量控制7. 會話控制8. 滿足各種用戶的訪問要求三個顯著特點：三個顯著特點：1. 上述功能必須同時滿足一對用戶；上述功能必須同時滿足一

11、對用戶；2. 用戶之間的通信功能是相互的；用戶之間的通信功能是相互的；3. 這些功能分散在各個網絡設備和用戶設備中。這些功能分散在各個網絡設備和用戶設備中。一般人們采用一般人們采用“層次結構層次結構”的方法來描述計算機的方法來描述計算機網絡，即：網絡，即：計算機網絡中提供的功能是分成層次的計算機網絡中提供的功能是分成層次的。計算機網絡的協議與層次計算機網絡的協議與層次1最初的計算機網絡設計主要考慮的是硬件，其次考慮的才是軟件。這種策略現在已經行不通了。現在的網絡軟件是高度結構化的；為了降低網絡設計的復雜性，絕大多數網絡都是組織成一堆相互疊加的層(Layer或Level)，每一層都建立在下一層的

12、基礎之上。不同的網絡，其層的數目、各層的名字、內容與功能也不盡相同。每一層的目的都是向上一層提供特定的服務，而把實現細節對上層隱藏起來。計算機網絡的協議與層次計算機網絡的協議與層次2一臺機器上的第n層與另一臺機器上的第n層進行對話，對話中用到的規則和約定合起來稱為第n層協議。不同機器上包含對應層的實體稱為對等體(peer)，如對等硬件、對等進程等。每一對相鄰層之間是接口(Interface)，接口定義了下層向上層提供哪些原語操作和服務。協議與標準協議與標準在計算機網絡中，通信發生在不同系統的實體之間。實體就是能夠發送和接收信息的任何東西。協議( Protocol )就是一組控制數據通信的規則。

13、也即計算機網絡同等層次中，通信雙方進行信息交換時必須遵守的規則。 標準標準標準能夠給網絡設備廠商創建和維護一個開放和競爭的市場，并確保數據、電信的技術和處理方面在國內及國際上的互操作性。標準的兩大類:事實上的標準(TCP/IP)合法的標準(OSI)計算機網絡的體系結構計算機網絡的體系結構1計算機網絡的體系結構是從功能的角度描述計算機網絡的結構計算機網絡的體系結構：對計算機網絡及其部件所完成功能的比較精確的定義。即從功能的角度描述計算機網絡的結構。是層次和協議的集合。計算機網絡的體系結構計算機網絡的體系結構2計算機網絡的體系結構 = 層次+協議的集合注意: 僅僅定義了網絡及其部件通過協議應完成的

14、功能；不定義協議的實現細節和各層協議之間的接口關系。網絡功能的分層 協議的分層 體系結構的分層計算機網絡的體系結構3一個特定的系統所使用的一組協議（每一層一個協議）稱為協議棧(protocol stack)學習計算機網絡的精髓就是掌握網絡體系結構、協議棧以及相關的協議。協議分層易于協議的設計、分析、實現和測試。協議和協議的分層結構協議的定義和組成層次結構的計算機網絡功能中，最重要的功能是通信功能；這種通信功能主要涉及同一層次中通信雙方的相互作用；位于不同計算機上進行對話的第N層通信各方可分別看成是一種進程，也稱為對等（同等）進程。協議的分層和層間結構協議的分層原則 (layering prin

15、ciple)： 1. Layer N software on the destination computer must receive exactly the message sent by layer N software on the sending computer. Mathematically, if the sender applies a transformation T, the receiver must apply the inverse T-1. 2. 協議分層要保證整個通信系統功能完備、高效。每一相鄰層之間有一個接口（Interface），它定義了下層向上層提供的原語

16、操作和服務。協議的分層和層間結構對于第N層協議來說，它有如下特性：1. 不知道上、下層的內部結構；2. 獨立完成某種功能；3. 為上層提供服務；4. 使用下層提供的服務。基本術語與分層結構接口：定義了下層向上層提供的原語操作和服務。協議：計算機網絡同等層次中，通信雙方進行信息交換時必須遵守的規則。服務：層間交換信息時必須遵守的規則。服務和協議的關系服務提供者，服務用戶協議三要素：語法、語義和同步語法(syntax)就是數據的結構或格式，以及數據出現的順序的意義，即以二進制形式表示的命令和相應的結構；語義(semantics)就是發送和接收信息的比特流每一個部分的涵義，也即由由發出的命令請求，完

17、成的動作和回送的響應組成的集合；同步(定時關系, timing) ：有關事件順序的說明，通常是通信實體之間傳輸數據的發送時間與速度的約束。基本術語與分層結構(續1)服務訪問點SAP（Service Access Point）任何層間服務是在接口的SAP上進行的；每個SAP有唯一的識別地址；每個層間接口可以有多個SAP。接口數據單元IDU（Interface Data Unit）IDU是通過SAP進行傳送的層間信息單元；IDU由上層的服務數據單元SDU（Service Data Unit）和接口控制信息ICI（Interface Control Information）組成；協議數據單元PDU（

18、Protocol Data Unit）第N層實體通過網絡傳送給它的對等實體的信息單元；PDU由上層的服務數據單元SDU或其分段和協議控制信息PCI（Protocol Control Information)組成；基本術語與分層結構基本術語與分層結構-分段和重組各層設計的共同問題地址編址機制(addressing)錯誤控制(error control)流量控制(flow control)多路復用(multiplexing)多路解復用(demultiplexing)服務分類 基于連接的服務和無連接服務基于連接的服務當使用服務傳送數據時，首先建立連接，然后使用該連接傳送數據。使用完后，關閉連接。特點

19、：順序性好。無連接服務 直接使用服務傳送數據，每個包獨立進行路由選擇。 特點：順序性差。注意注意：連接并不意味可靠，可靠要通過確認、重傳等機制來保證。服務原語(primitives)服務在形式上是由一組接口原語（或操作）來描述的。服務原語可分為四種類型：請求（Request），指示（Indication），響應（Response），確認（Confirm）C/S通信結構的原語LISTENCONNECTRECEIVESENDDISCONNECT服務質量QoS每個服務都可以用服務質量(quality of service)來表述其特征。特征：可靠性實時性穩定性計算機網絡的標準化計算機網絡的標準化-電

20、信標準電信標準電信標準1865年成立國際電信聯盟ITU（International Telecommunication Union）1947年 ITU 成為聯合國的一個組織，由三部分組成：ITU- R：無線通信ITU- T：電信標準，1956 - 1993 年稱為CCITT ，下設許多研究組SG，研究組下設專題，例如：Q42/SG VII 專門研究 OSI 參考模型。 ITU- D：開發計算機網絡的標準化計算機網絡的標準化-國際標準國際標準國際標準 1946年成立的國際標準化組織 ISO 負責制定各種國際標準，ISO 有89個成員國家，85 個其他成員。ISO 有200 多個技術委員會TC，每

21、個技術委員會下設若干分委員會SC，每個分委員會由由若干工作組WG 組成。TC97 - 計算機和信息處理TC97/SC21/WG1 - OSI 體系結構、概念性方案和形式描述一個國際標準的形成：CD (Committee Draft) - DIS (Draft International Standard) - IS (International Standard)其它標準化組織：ANSI：美國國家標準研究所，ISO 的美國代表NIST：美國國家標準和技術研究所，美國商業部的標準化機構IEEE：發表行業標準。例如IEEE 802，后成為ISO 8802。ATM Forum：ATM論壇OIF（Op

22、tical Internetworking Forum）值得注意的是，ITU - T 和 ISO 之間有很好的合作和協調。Internet 標準Internet 的標準特點，是自發而非政府干預的，稱為RFC （Request For Comments)。1969 年ARPANET 時就開始發布RFC，至今已超過3000個。1983年成立IAB（Internet Activities Board）1989年在IAB 下又成立了IRTF 和 IETF，IETF的各工作組負責組織提出相應的RFC 建議。OSI參考模型 -(Open System Interconnection) 1983年ISO 的

23、 OSI 模型正式成為國際標準。1.物理層（The Physical Layer）在物理線路上傳輸原始的二進制數據位（基本網絡硬件）。2.數據鏈路層（The Data Link Layer）在有差錯的物理線路上提供無差錯的數據傳輸（Frame）。3.網絡層（The Network Layer）控制通信子網提供源點到目的點的數據傳送（Packet）。4.運輸層（The Transport Layer）為用戶提供端到端的數據傳送服務。5.會話層（The Session Layer）為用戶提供會話控制服務（安全認證）。token management and synchronization (ins

24、ert checkpoints into the data stream)6.表示層（The Presentation Layer）為用戶提供數據轉換和表示服務。7.應用層（The Application Layer）OSI7層模型設計的基本原則應該在需要一個不同抽象體的地方創建一層應該在需要一個不同抽象體的地方創建一層每一層都應該執行一個明確定義的功能每一層都應該執行一個明確定義的功能每一層功能的選擇應該向定義國際標準化協議的目標每一層功能的選擇應該向定義國際標準化協議的目標看齊看齊層與層邊界的選擇應該使跨越接口的信息流最小層與層邊界的選擇應該使跨越接口的信息流最小層數應該足夠多，保證不同的

25、功能不會被混雜在同一層數應該足夠多，保證不同的功能不會被混雜在同一層中，但同時層數又不能太多，以免體系結構變得過層中，但同時層數又不能太多，以免體系結構變得過于龐大于龐大OSI模型中的層次物理層物理層協調在物理媒介中傳送比特流所需的各種功能。物理層涉及到接口和傳輸媒體的機械的和電器的規約，定義了這些物理設備和接口為所發生的傳輸所必須完成的過程和功能。物理層協議涉及的內容接口和媒體的物理特性比特的表示(1、0如何轉換為電、光信號)數據率(一個比特的持續時間)比特的同步(時鐘同步)線路配置物理拓撲傳輸方式(單工、雙工)10101001011L2數據從數據鏈路層物理層傳輸媒介10101001011L

26、2數據到數據鏈路層物理層OSI模型中的層次數據鏈路層數據鏈路層將物理層轉換為可靠的鏈路，它使物理層對上層(網絡層)看起來好像是不產生差錯的。數據鏈路層協議涉及的內容成幀物理編址流控制差錯控制接入控制L3數據從網絡層數據鏈路層L2數據T2H2幀L3數據到網絡層數據鏈路層L2數據T2H2幀到物理層從物理層OSI模型中的層次網絡層網絡層負責將分組從源站交付到目的站，其間可能要跨越多個網絡（或鏈路）。數據鏈路層是同一網絡（鏈路）上的兩個系統之間分組的交付，而網絡層則是確保每一個分組能夠從其起點到達目的地。網絡層協議涉及的內容邏輯編址：跨越網絡邊界的全網邏輯編址路由選擇：對獨立網絡或鏈路互聯的網絡，分組

27、選擇傳輸路徑或交換的方法。L4數據從傳輸層網絡層L3數據H3分組L4數據到傳輸層L3數據H3網絡層分組到數據鏈路層從數據鏈路層OSI模型中的層次傳輸層傳輸層負責將完整的報文進行從源到目的(端到端)的交付。網絡層監督單個分組端到端的交付，但是不考慮分組之間的關系。它獨立的處理每一個分組。傳輸層要確保整個報文原封不動的按需到達，監督從源到目的這一級別的差錯控制和流量控制。傳輸層協議涉及的內容服務點編址：計算機上特定實體的邏輯編址分段與重組連接控制流量控制差錯控制L5數據從會話層傳輸層L4數據H4分組到會話層L5數據H4H4L4數據L4數據到網絡層傳輸層L4數據H4分組H4H4L4數據L4數據從網絡

28、層OSI模型中的層次會話層會話層是網絡的對話控制器，它建立、維持通信系統之間的交換，并使這些通信系統同步。會話層責任：對話控制同步令牌控制L6數據從表示層會話層L5數據到表示層到傳輸層H5從傳輸層synL6數據會話層L5數據H5synOSI模型中的層次表示層表示層考慮的是網絡通信雙方所交換信息的語法和語義。表示層責任：信息變換加密信息壓縮L7數據從應用層會話層L6數據到應用層到會話層H6從會話層數據的編碼、加密和壓縮L7數據會話層L6數據H6數據的解碼、解密和解壓OSI模型中的層次應用層應用層使用戶接入到網絡。應用層給用戶提供接口和服務。應用層服務：網絡虛擬終端文件傳送、存取和管理電子郵件名錄

29、服務TCP/IP 參考模型以 TCP/IP 協議為核心的 Internet 網絡體系結構。1.物理層：在物理線路上傳輸原始的二進制數據位。2.數據鏈路層：在有差錯的物理線路上提供無差錯的數據傳輸。TCP/IP 參考模型把第1層和第2層合起來稱為：Host-to- Network3.Internet層（網絡層）：控制通信子網提供源點到目的點的 IP 包傳送。4.運輸層：提供端到端的數據傳送服務。TCP 和 UDP5.應用層：提供各種 Internet 管理和應用服務功能。TCP/IP版本版本4：IPV4缺陷：32位編址、地址分類版本5：基于OSI模型提出；由于代價很高，始終停留在建議階段。版本6

30、：IETF設計的IPV6特點：128位IP地址，分組格式簡化，支持網絡層的鑒別、數據完整性和保密性，支持實時數據，能夠處理擁塞和發現路由。OSI的歷史經驗和教訓OSI是80年代計算機網絡技術，網絡體系結構的主流OSI網絡體系結構的核心和貢獻：分層模型服務、接口、協議Andrew S. Tanenbaum 在 “Computer Networks”第三版中評價OSI：Bad timing（too late）Bad technology（both the model and the protocol are flawed）Bad implementations（huge，unwieldy，and

31、slow）Bad politics（government and organizations bureaucrats）Internet 的標準化特點IAB（Internet Architecture Board）IRTF（Internet Research Task Force）IETF（Internet Engineering Task Force）Internet SocietyRFC（Request For Comments）1969年產生RFC0001，1997.1.3產生RFC2069，2000.9產生RFC2921Internet 標準化名言（David Clark of MIT）

32、：“We reject kings, presidents, and voting；we believe in rough consensus and running code”結論：Internet 與 ITU - T和ISO 的標準化過程完全不同Novell NetWare在PC機中應用廣泛，client-server結構參考模型Based on the old Xeror Network System, XNS, but with various modifications.網絡層協議，IPX：不可靠無連接協議，與IP類似，地址長度不同：IPX，10字節（4字節網絡號，6字節機器號（MA

33、C地址）；IP，4字節。傳輸層協議，NCP/SPX/TCP：面向連接協議。Novell NetWare工作過程Server：使用SAP（service advertising protocol）協議，每分鐘廣播一個包，告知地址和提供的服務；Router：接收服務器的廣播包，構造數據庫；接收客戶機的請求，查詢數據庫，將查詢結果（服務器信息）告知客戶機；Client：啟動時廣播請求，查詢最近的服務器，得到路由器的回答后，與服務器建立NCP連接，協商參數，訪問服務。ARPANET產生背景：60年代中期，冷戰高峰，DoD想建設一個核戰爭情況下的網絡，傳統電路交換網絡太脆弱，不滿足要求。ARPA（Adv

34、anced Research Projects Agency）負責研制，采用分組交換，subnet 和 host computer兩極結構。由 稱為IMP（Interface Message Processors）的小型計算機和線路組成；存儲轉發模式1968年12月，BBN公司負責建網，采用改進的Honeywell DDP-316小型機作為IMP，IMP間用 56Kbps租用電話線連接。軟件分為兩部分：subnet和 host， 1969年12月，建成四個節點的網絡，發展迅速ARPANET網絡的發展暴露出協議軟件的不足，1974年，TCP/IP模型和協議誕生。TCP/IP協議軟件被集成進Berkeley UNIX中，并開發出socket接口。TCP/IP便于LAN接入ARPANET1983年，ARPA將ARPANET交給DCA（Defense Communica-tions Agency），DCA將軍用部分分離出來，構成MILNET。80年代，網絡規模擴大，出現DNS（Domain Naming System）1990年，ARPANET停止運行，MILNET仍在工作。NSFNETn二十世紀七十年代末，大學通過網絡進行研究的需要促使NSF（U.