計算機網絡的定義與發展軟件學院實訓中心周建美目錄1計算機網絡的分類2計算機網絡的體系結構《計算機網絡應用與維護》《計算機網絡應用與維護》1計算機網絡的分類按地理范圍局域網城域網廣域網 按拓撲結構星型拓撲結構 總線型拓撲結構環型拓撲結構樹型拓撲結構按傳榆介質同軸電纜雙絞線光纖無線按通信協議CSMAX.25TCP/IP《計算機網絡應用與維護》1計算機網絡的分類按地理范圍分類局域網（LocalAreaNetwork）簡稱LAN，它是連接近距離計算機的網絡，覆蓋范圍從幾米到數公里。例如辦公室或實驗室的網、同一建筑物內的網及校園網等。城域網（MetropolitanAreaNetwork）簡稱MAN，它是介于廣域網和局域網之間的一種高速網絡，覆蓋范圍為幾十公里，大約是一個城市的規模。廣域網（WideAreaNetwork）簡稱WAN，其覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里，覆蓋一個國家、地區或橫跨幾個洲，形成國際性的遠程網絡。內容LANWAN范圍概述較小范圍計算機通信網遠程網或公用通信網網絡覆蓋的范圍20千米以內幾千米到幾萬千米，可跨國界，洲界數據傳輸速率1Mbps~16Mbps~10Gbps9.6Kbps~2Mbps~45Mbps,10Gbps傳輸介質有線介質：同軸電纜，雙絞線，光纜。無線介質：微波、衛星有線或無線傳輸介質和公用數據網；PSTN、DDN、ISDN、光纜、衛星、微波信息誤碼率低高拓撲結構簡單、總線型、星型、環型、網狀復雜、網狀用戶安全各單位專用無政府狀態《計算機網絡應用與維護》1計算機網絡的分類按拓撲結構分類拓撲結構就是網絡的物理連接形式。如果不考慮實際網絡的地理位置，把網絡中的計算機看作一個節點，把通信線路看作一根連線，這就抽象出計算機網絡的拓撲結構。局域網的拓撲結構主要有星型、總線型和環型三種。《計算機網絡應用與維護》1計算機網絡的分類總線型拓撲結構所有節點都直接連到一條主干電纜上，這條主干電纜就稱為總線。該類結構沒有關鍵性節點，任何一個節點都可以通過主干電纜與連接到總線上的所有節點通信。總線型網是典型的廣播式網絡《計算機網絡應用與維護》1計算機網絡的分類星型拓撲結構以一臺設備作為中央節點，其他外圍節點都單獨連接在中央節點上。各外圍節點之間不能直接通信，必須通過中央節點進行通信。《計算機網絡應用與維護》1計算機網絡的分類環型拓撲結構各節點形成閉合的環，信息在環中作單向流動，可實現環上任意兩節點間的通信。《計算機網絡應用與維護》1計算機網絡的分類樹型拓撲結構樹型拓撲結構是總線型結構的擴展，它在總線網上加上分支，其傳輸分支可以有多條分支。有一定容錯能力，一般一個分支和結點故障不會影響另外一分支結點的工作。《計算機網絡應用與維護》1計算機網絡的分類混合結構混合結構是將多種拓撲結構的局域網連在一起而形成的。混合拓撲結構的網絡兼并了不同拓撲結構的優點。《計算機網絡應用與維護》1計算機網絡的分類按傳榆介質分類傳輸介質就是指用于網絡連接的通信線路。目前常用的傳輸介質有同軸電纜、雙絞線、光纖、衛星、微波等有線或無線傳輸介質，相應地可將網絡分為同軸電纜網、雙絞線網、光纖網、衛星網和無線網。《計算機網絡應用與維護》1計算機網絡分類按通信協議分類通信協議是指網絡中的計算機進行通信所共同遵守的規則或約定。在不同的計算機網絡中采用不同的通信協議。在局域網中，以太網采用CSMA協議，令牌環網采用令牌環協議，廣域網中的報文分組交換網采用X.25協議，Internet網采用TCP/IP協議，采用不同協議的網絡可以稱為“×××協議網”《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構網絡協議與結構概述網絡協議層次與接口網絡體系結構的提出OSI參考模型 OSI參考模型的產生OSI參考模型的概念OSI參考模型的結構OSI參考模型的各層功能OSI環境中的數據傳輸TCP/IP參考模型TCP/IP參考模型的發展TCP/IP參考模型各層的功能《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構網絡協議計算機網絡是由多個互連的結點組成的，結點之間需要不斷地交換數據與控制信息。要做到有條不紊地交換數據，每個結點都必須遵守一些事先約定好的規則。這些規則明確地規定了所交換數據的格式和時序。這些為網絡數據交換而制定的規則、約定與標準被稱為網絡協議。網絡協議主要由以下三個要素組成：（1）語法：用戶數據與控制信息的結構與格式。（2）語義：需要發出何種控制信息，以及完成的動作與做出的響應。（3）時序：對事件實現順序的詳細說明公用電話網InternetLAN用戶服務器LAN防火墻遠程移動用戶路由器主交換機部門交換機《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構網絡體系結構的提出在1974年，IBM公司提出了世界上第一個網絡體系結構，這就是系統網絡體系結構（SNA，systemnetworkarchitecture）。此后，許多公司紛紛提出了各自的網絡體系結構。這些網絡體系結構的共同之處在于它們都采用了分層技術，但層次的劃分、功能的分配與采用的技術術語均不相同。隨著信息技術的發展，各種計算機系統連網和各種計算機網絡的互連成為人們迫切需要解決的課題。OSI參考模型就是在這個背景下提出與研究的。《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構OSI參考模型的產生1974年，ISO發布了著名的ISO/IEC7498標準.它定義了網絡互連的7層框架.也就是開放系統互連（OSI，OpenSystemInternetwork）參考模型。在OSI框架下，進一步詳細規定了每一層的功能，以實現開放系統環境中的互連性（interconnection）、互操作性（interoperation）與應用的可移植性（portability）。《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構OSI參考模型的產生1974年，ISO發布了著名的ISO/IEC7498標準.它定義了網絡互連的7層框架.也就是開放系統互連（OSI，OpenSystemInternetwork）參考模型。在OSI框架下，進一步詳細規定了每一層的功能，以實現開放系統環境中的互連性（interconnection）、互操作性（interoperation）與應用的可移植性（portability）。《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構OSI參考模型的結構根據分而治之的原則，ISO將整個通信功能劃分為7個層次。劃分層次的主要原則是：（1）網中各結點都具有相同的層次。（2）不同結點的同等層具有相同的功能。（3）同一結點內相鄰層之間通過接口通信。（4）每一層可以使用下層提供的服務，并向其上層提供服務。（5）不同結點的同等層通過協議來實現對等層之間的通信。《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構將信息從一層傳送到下一層是通過命令方式實現的，這里的命令稱為原語（primitive）。被傳送的信息成為協議數據單元（PDU，protocoldataunit）。在PDU進入下層之前.會在PDU中加入新的控制信息.這種控制信息稱為協議控制信息（PCI，protocolcontrolinformation）。接下來，會在PDU中加入發送給下層的指令，這些指令稱為接口控制信息（ICI，interfacecontrolinformation）。PDU、PCI與ICI共同組成了接口數據單元（IDU，interfacedataunit）。下層接收到IDU后，就會從IDU中去掉ICI。這時的數據包被稱為服務數據單元（SDU，servicedataunit）。隨著SDU一層層向下傳遞，每一層都要加入自己的信息。《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構OSI參考模型的結構《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構物理層定義了為建立、維護和拆除物理鏈路所需的機械的、電氣的、功能的和規程的特性，其作用是使原始的數據比特流能在物理媒體上傳輸。具體涉及接插件的規格、“0”、“1”信號的電平表示、收發雙方的協調等內容。《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構數據鏈路層比特流被組織成數據鏈路協議數據單元(幀)進行傳輸，實現二進制正確的傳輸。將不可靠的物理鏈路改造成對網絡層來說無差錯的數據鏈路。數據鏈路層還要協調收發雙方的數據傳輸速率，即進行流量控制，以防止接收方因來不及處理發送方來的高速數據而導致緩沖器溢出及線路阻塞。《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構網絡層數據以網絡協議數據單元(分組)為單位進行傳輸。主要解決如何使數據分組跨越各個子網從源地址傳送到目的地址的問題，這就需要在通信子網中進行路由選擇。另外，為避免通信子網中出現過多的分組而造成網絡阻塞，需要對流入的分組數量進行控制。當分組要跨越多個通信子網才能到達目的地時，還要解決網際互連的問題。《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構傳輸層傳輸層的主要任務是完成同處于資源子網中的源主機和目的主機之間的連接和數據傳輸，具體功能是：①為高層數據傳輸建立、維護和拆除傳輸連接，實現透明的端到端數據傳送。②提供端到端的錯誤恢復和流量控制。③信息分段與合并，將高層傳遞的大段數據分段形成傳輸層報文。④考慮復用多條網絡連接，提高數據傳輸的吞吐量。傳輸層主要關心的問題是建立、維護和中斷虛電路、傳輸差錯校驗和恢復以及信息流量控制等。它提供“面向連接”（虛電路）和“無連接”（數據報）兩種服務。《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構會話層會話層的主要任務是實現會話進程間通信的管理和同步,允許不同機器上的用戶建立會話關系，允許進行類似傳輸層的普通數據的傳輸。會話層的具體功能是：①提供進程間會話連接的建立、維持和中止功能，可以提供單方向會話或雙向同時進行會話。②在數據流中插入適當的同步點，當發生差錯時，可以從同步點重新進行會話，而不需要重新發送全部數據。《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構表示層表示層的主要任務是完成語法格式轉換，在計算機所處理的數據格式與網絡傳輸所需要的數據格式之間進行轉換。表示層的具體功能是：

①語法變換。表示層接收到應用層傳遞過來的以某種語法形式表示的數據之后，將其轉變為適合在網絡實體之間傳送的以公共語法表示的數據。具體包括數據格式轉換;字符集轉換；圖形、文字、聲音的表示；數據壓縮與恢復;數據加密與解密；協議轉換等。②選擇并與接收方確認采用的公共語法類型。③表示層對等實體之間連接的建立、數據傳輸和連接釋放。《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構應用層應用層是OSI模型的最高層,是計算機網絡與用戶之間的界面，由若干個應用進程(或程序)組成，包括電子郵件、目錄服務、文件傳輸等應用程序。《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構OSI環境中的數據傳輸《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構TCP/IP參考模型的發展1974年Kahn定義了最早的TCP/IP參考模型，1985年Leiner等人進一步對它開展了研究。1988年Clark在參考模型出現后對其設計思想進行了改進。Internet上的TCP/IP協議之所以能夠迅速發展，不僅因為它是美國軍方指定使用的協議，更重要的是它恰恰適應了世界范圍內的數據通信的需要。TCP/IP協議具有以下幾個特點：（1）開放的協議標準，可以免費使用，并且獨立于特定的計算機硬件與操作系統。（2）獨立于特定的網絡硬件，可以運行在局域網、廣域網，更適用于互聯網中。（3）統一的網絡地址分配方案，使得整個TCP/IP設備在網中都具有惟一的地址。（4）標準化的高層協議，可以提供多種可靠的用戶服務。《計算機網絡應用與維護》2計算機網絡體系結構TCP/IP參考模型應用層傳輸層互聯網絡層主機-網絡層《計