⑦處友鄭金大母

BEIJINGUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONS

計算機網絡與Internet技術

信息與通信工程學院

魏號i、9

JP1溫

提出問題

■若建立市場信息網絡系統，要做哪些工

作？……

?什么是計算機網絡？它如何構成？

?計算機網絡有哪些功能？為什么要使用網絡?

?什么是網絡協議？

?什么是網絡的體系結構？

《火號計算機基勒》

本單元要點

?了解計算機網絡的分類方式

-了解常用的計算機網絡傳輸介質，包括同

軸電纜、雙絞線、光纖和無線介質等

?理解網絡協議的概念

?了解網絡體系結構的概念

?了解局域網的概念

-了解常用類型的以太網，包括10Base5、

10Base2和10Base-T

《火號計算機基勒》

現實是

如今，我們都非常坦然地面對這樣的現實：

1）買火車票不用到車站去了，只要就近找一家預售

票處，或打個電話，就能預售到票；

2）出門攜帶大量現金會遇到種種不便，現在辦理一

張通存通兌卡，可以異地存取現金，極大方便了

外出旅行者；

3）網上大學，使得大學學習可以不受時間和空間的

限制，為愿意受教育者開辟了更廣闊的自由空間。

4）數字化……o

《火號計算機基勒》

什么是計算機網絡?

?一般地說，將分散的多臺計算機、終端和外部

設備用通信線路互連起來，實現彼此間通信，

且可以實現資源共享的整個體系叫做計算機網

絡。

?計算機網絡必須具備以下3個要素：

■至少有兩臺具有獨立操作系統的計算機系統；

■計算機之間要有通信手段將其互連（如用雙絞線、

電話線、同軸電纜或光纖等有線通信，也可以使用

微波、衛星等無線媒體）；

■網絡協議一系列通訊規則和約定，用以控制網絡中

設備之間進行信息交換。

《火號計算機基勒》

計算機網絡的功能

?主要功能：

①數據通彳旨(CommunicationMedium)計算機網絡最

基本的功能，是完成網絡中各計算機系統之間的通信。

②資源共享(ResourceSharing)網絡中所有用戶可

以共享網絡中的資源(硬件、軟件和信息資源)。

③分布處理(DistributionProcessing)指在網絡系

統中若干臺在結構上獨立的計算機可以互相協作完成

同一個任務的處理。在處理過程中，每臺計算機獨立

承擔各自的任務，使用各自的資源環境。

《火號計算機基勒》

計算機網絡的共享資源

?硬件資源是指在網絡系統中連接的各種硬件設備，例

如，大型計算機系統、海量存儲器、打印機、繪圖儀、數

字化掃瞄儀等。

?軟件資源通常將一些大型應用軟件安裝在軟件資源中

心的服務器上，用戶通過計算機網絡系統，申請調用服務

器上的這些應用軟件。

?信息資源是指在網絡計算機系統中存放的大量數據庫

和文件，它們提供諸如圖書資料、科技動態、股票行情、

經濟快訊、銀行儲戶信息、學校學籍信息等數據。

《火號計算機基勒》

計算機網絡的作用

1）實現系統資源共享提高資源利用率，節省大量重

復配備設備和資源的投資。

2）集中管理和分布處理相結合典型的應用是全國聯

網的預售飛機票管理系統。

3）均篌亍負荷可以在整體上實現資源的統一調度和管理。

4）高可靠性在網絡環境中，各計算機系統可以通過網絡

互為后備設備，當某系統不能正常工作時，可以使用后備

系統以應急。

5）綜合服務網絡應用的時代。

6）遠程通信計算機網絡環境下的遠程通信提供了一種快

速、方便、便宜的通信方式。

《火號計算機基勒》

計算機網絡的優越性

1）通信交流快捷發送電子郵件，很可能幾秒鐘后

就能被收信人接收。

2）傳遞信息方便足不出戶，輕輕點擊幾下鼠標或

鍵盤就可以將信息發送出去。

3）獲取信息容易利用搜索工具讓計算機自動去查

找并下載需要的信息。

4）共享網絡資源所有網絡用戶均可以平等的身份

享受網上信息資源。

《火號計算機基勒》

計算機網絡概述

?內容

-計算機網絡的發展

-計算機網絡的分類

-計算機網絡傳輸介質

-計算機網絡協議和體系結構

-OSI和TCP/IP參考模型

《火號計算機基勒》

計算機網絡的發展

?早期的計算機應用模式一單機

-大、中、小型機一龐大，昂貴，資源無

法共享

?計算機網絡產生始于19500發展動因：

—資源共享的需求（CPU、外設、軟件、

數據）

-大型項目的合作（進行工程項目協作）

-人與人之間的溝通（電子郵件、WWW）

《火號計算機基勒》

三代網絡

?從體系結構來觀察，其發展可分

為三個階段：

-以主機為中心的聯機終端系統

-以通信子網為中心的主機互連

-具有層次化體系結構的標準化網絡

《火號計算機基勒》

以主機為中心的聯機終端網絡系統

?特征——共享主機軟硬件資源

-單臺主機：執行計算和通信任務

-多臺終端：執行用戶交互

?連接方式——本地或遠程連接

一

終端集中器

?美國飛機訂票系統SABRE-1(至今仍在使用)

-1臺主機(HOST)

-2000終端(Terminal)

-通信線路(電話線路)

?缺點

-主機負荷重，數據處理+通信

-線路利用率低

-控制方式，可靠性低

?改進

-前端處理機(FrontEndProcessor,FEP),通信任務

分離

-終端集中器(近/遠距)

《火號計算機基勒》

以通信子網為中心的主機互連

?特征

-多個終端聯機系統的互聯，形成了多主機為中心的網

絡

-網絡結構從“主機一終端”轉變為“主機一主機”

《火號計算機基勒》

主機一主機網絡的演變

?演變階段1

-通信任務從主機中

分離，由通信控制

處理機（CCP）完

成

-CCP：處理主機之

間通信任務的專用

計算機

O

《火號計算機基勒》

兩層網絡概念的出現

?由CCP組成的傳輸網絡——通信子網，為主機提

供信息傳輸服務

?建立在通信子網基礎上的主機集合——資源子網,

提供計算資源

兩層網絡的概念結構

在通信子網上可有

多個資源子網，共

享通信子網的服務

資源子網

《火號計算機基勒》第18|90頁

演變階段2

?通信子網規模擴大h

-私有―社會公用1

■公用數據通信網

-PSTN（公用數據通―

信網）1V

-X.25T公用數據

?優點/

-降低用戶系統成本rvJBSl

-提高通信線路利用率⑴呼?

-兼容性好/\

0@

《火號計耳機基勒》

主機一主機網絡例子

?因特網的前身——ARPANET

-美蘇冷戰時期由美國軍方建立的實驗性網絡

-最初4個節點—70冶的60多個節點

-地域跨越美洲、歐洲

-具有現代網絡的許多特征，例如

?分組交換

?分層次的網絡體系

?較為完善的通信協議

?它的缺點是：

-網絡普及程度低

-標準不統一

-網絡體系結構的研究不成熟

《火號計算機基勒》

具有層次化體系結構的標準化網絡

?為什么需要標準化？

-不同網絡設備之間的兼容性和互操作

性是推動網絡體系結構的標準化的原

動力

?標準化的時機？

-各廠商、研究機構、大學在網絡技術、

方法、理論等方面的研究日趨成熟是

其基礎

《火號計算機基勒》

標準化過程的演變.

?廠商標準：舊M-SNA,DEC-DNA

-缺點：適用范圍：兼容性？

技術壟斷：競爭？

標準不統一：用戶利益?

?國際標準

-OpenSystemInterconnection/Recommended

Model(開放系統互聯參考模型，簡稱OSI參考模型)

-OSI參考模型是一種概念上的網絡模型

-規定了網絡體系結構的框架

-只說明了做什麼(WHATTODO)而未規定怎樣做

(HOWTODO)

?事實上的標準：TCP/IP(因特網的骨干協議)

《火號計算機基勒》

因特網時代的到來

?因特網的出現標志著網絡時代的到來

?因特網是全球性的網絡

?豐富的信息和便利的使用是其規模迅速增長的主

要驅動力

?截止到2000年，Internet的規模為

■網絡數105（以數十萬計），主機數107（以數

千萬計），用戶數108（以數億計），主干速

率為2.5Gbit/s

?美國政府資助的“下一代因特網計劃”目標是

?主干網的速率比現在的因特網高1000倍

?端到端的速率要達到100Mbit/s~10Gbit/s

《火號計耳機基勒》

計算機網絡的主要分類

按地域范圍分類

按拓撲結構分類

按通信傳播方式分類

《火號計算機基勒》

1.按地域范圍分類

?局域網(LocalAreaNetwork,LAN)

一范圍：小，＜20KM

-傳輸技術：基帶，10-1000Mbps,延遲低，出錯率低

(10-11)

-拓撲結構：總線，環

?城域網(MetropolitanAreaNetwork,MAN)

一范圍：中等，＜100KM

-傳輸技術：寬帶/基帶

-拓撲結構：總線

?廣域網(WideAreaNetwork,WAN)

-范圍：大，〉100KM

-傳輸技術：寬帶，延遲大，出錯率高

-拓撲結構：不規照釬懶鹿》

2.按拓撲結構分類

?網絡中計算機之間的連接是有形狀要求的。

?星形有一個中心節點,其它節點與其構成點到點連接。

?樹形一個根結點、多個中間分支節點和葉子節點構成。

?總線所有節點掛接到一條總線上,廣播式信道；需要有介

質訪問控制協議以防止沖突。

?環形所有節點連接成一個閉合的環,結點之間為點到點

連接。

?全連接點到點全連接,隨節點數的增長，建造成本急劇

增長，只適用于節點數很少的廣域網中。

?不規則點到點部分連接,多用于廣域網，由于連接的不完

全性，需要有交換節點。

《火號計算機基勒》

3.按通信傳播方式分類

■在網絡中信息傳播的方式是不同的。

?點對點傳播方式的網絡：

由一對對機器間的多條鏈路構成。這種網絡上的報文分組在

信源和信宿之間可能需通過一臺或多臺中間設備進行傳播。

旦-

■廣播方式網絡：

僅有一條通道,由網絡上所有的計算機共享。

一般來說，局域性網絡使用廣播方式；廣域性網

絡使用點對點方亮雞計耳機基砒》

三.計算機網絡傳輸介質

■計算機網絡中信息靠什么傳輸?

與電話、電報、電視的傳輸方式是一致的

■電話靠電信通信」

電視靠衛星和有線電視網（同軸電纜）

■電報靠無線電

?金屬導體

-雙絞線、同軸電纜

?光纖

?無蔑介質

-無線電、短波、微波、衛星、光波

《火號計算機基勒》

雙絞線

內導體芯線

絕緣

箔屏蔽

銅屏蔽

外泰

《火號計算機基勒》

返回

屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)

3類、5類

以箔屏蔽以減少雙絞線外沒有任何附加

屏蔽

干擾和串膏

返回

同軸電纜

■基帶

一條電纜只用于一個信

銅芯

道，50Q,用于數字傳輸

■寬帶絕緣層

一條電纜同時傳輸不同頻外導體

屏蔽層

率的幾路模擬信號，75Q

,用于模擬傳輸，300—

450MHz,100km,需要放保護套

大器

《丈考計算機基砒》

返回

光纖

單芯光纜

依靠光波承載信息

高傳送速率

通信容量大

傳輸損耗小

適合長距離傳輸

抗干擾性能好

多芯光纜

保密性好

輕便

O

砒被璃內芯璃封套

返回

使用電磁波

無需物理連接

基站粳蓋的無線電區域K

1定終端點（基站）和

，端之間是無線鏈路

（"良/）A

BS基站

[

1

1

H工用戶計算機和終端

《火號計算機基勒》

返回

地面微波接力

兩個地面站之間傳送

距離：50-100km地面站之間的立視線路

微波傳送塔

8if?-T-XRX?*■***〃

返回

衛星

《火號計算機基勒》

返回

地球同步衛星

與地面站相對定位置

使用3個衛星覆蓋全球

22,300

公里

地球

算機基勒》

返回

紅外線和毫米波

紅外線傳輸

用于短距離通信，如電視、錄象機等的遙控

也可用于無線LAN

缺點：不能穿透自

光波傳輸

應用：在屋頂用激光連接兩個建筑物的LAN

缺點：不能穿透雨和濃霧，易受天氣影響

《火號計算機基勒》

常用傳輸媒體的比較

傳輸介質傳輸速率傳輸距圈抗干擾性價格應用

雙絞線10-1000Mbps幾十千米可以低電話通信

50Q同軸電纜10Mbps3千米內較好較高局域網

75Q同軸電纜300-450MHz100千米較好較高閉路電視

光纖幾十Gbps30千米以上很好較高遠程通信

短波<50MHz全球較低沅程低速通信

微波中繼4-6GHz幾百千米好中等遠程通信

衛星500MHz18000千米很好與距離無關遠程通信

網絡協議及體系結構

■什么是協議？&除盤迷俗越

協議是一種約定，用以確保交流各方清晰地

表達思想。蝸寄的衩獻例

什么是」1絡協議?

網絡協議是定義并實現網絡通信的一組規則和參

數。計算機之間、Internet中所有的通信活動都

是由協議所控制。定義了網絡實體間或送和接收想女的

格式、喉本應及由傳送和接收消息時

■什么是通信協議？成束或將劭作

通信協議是一組規則和標準，用以確保計算機

之間互聯，并在盡可能少發生錯誤的前提下交

換信，電。《人考計算機基砒》

網絡協議三要素

7.語法數據與控制信息的結構或格式（解決“怎

么講”的問題）；

球作；利克表支網站，遑接嘴光角劭IE例寬器，在地址悝中按“IP池

祉”培K節國地征：http://WWW.XJTU.EDU.CN

2.語文控制信息的含義，需要做出的動作及響應

（解決“講什么”的問題）；

Connection:202,117.35.169

予規定了操作的執行順序（解決“什么時候"

做以及做的“先后順序”問題）。

逋邊魚人網站拔冏“計算機款等實險中芯”：

電逵接“魚大”，毒點擊"神裁中芯”網址，藏后匍見其他的客。

人的協議和網絡協議之間的對比

ITCPconnection

TCPconnection

reply.

Get/index.htm

<file>

time

《火號計算機基勒》

網絡體系結構

絡通信一步到位然簡單，但如果遇到不同類

型的網絡、不同類型的數據結構、不同的數據格

式怎么處理?

■也可以規定：凡遇到不一致的通信，統統都不處

理。那樣，豈不是受到太多的限制嗎？怎么辦？

■實際上，網絡之間的通信通常采用“分而治之”

方法，把網絡通信分解為多層通信結構。每一層

有相應的協議，各層之間規定有相應的接口標準。

耳辛，港立轄拘卷的

《火號計耳機基勒》

網絡通信的環境現狀

網絡的狀況是多樣性的

/多種通信媒介-----有線、天線、......

,不同種類的設備----通用、專用、......

/不同的操作系統----Unix、DOS、

Windows、.....

,不同的應用環境-----E3定、移動、.....

/不同種類業務-----分時、交互、實時、.....

它們互相交織，形成了非常復雜的系統應用環境。

這種狀態稱為網絡的異質“生。

《火號計算機基勒》

如何解決“異質環境通信”問題？

國網絡體系結構定義了一個框架，它使這些用不同

媒介連接起來的不同設備和網絡系統在不同的應

用環境下實現互操作性，并滿足各種業務的需求。

莖這個框架實際上構造了一種異質性的“生存空

間”——任何廠商的任何產品、以及任何技術只

要遵守這個空間的行為規則，就能夠在其中生存

并發展。

供網絡體系結構解決異質性問題采用的是分層方

法——把復雜的網絡互聯問題劃分為若干個較小

的、單一的問題，在不同層上予以解決。

《丈考計算機基砒》

網絡體系結構的幾個基本概念

■實體：任何可以發送或接收信息的硬件/軟件進程。

表示不同系統中同一層次的對等體。

■對等層：兩個不同系統的同名層次。

■對等實體：位于不同系統的同名層次中的兩個實體。

協議是對等實體之間互相交流所使用的語言。

■接口：相鄰兩層之間交互的界面，定義相鄰兩層之

間的操作及下層對上層的服務。

■服務：某一層及其以下各層的一種能力，通過接口

提供給其相鄰上層。

《丈考計算機基砒》

開放系統互聯參考模型(OSI/RM)

■OSI/RM國際標準的正式文本是ISO7498

-0SI體系結構將網絡的不同功能劃分為7層。

?處理網絡應用

數據表示

A

主機間通信

端到端的連接

?尋址和最短路徑

介質訪問(接入)

二進制傳輸

7層控制年據e處議的比較

OSI參考模型

層交換單元的名字

7Message

6PPDU

5SPDU

段

4(Segment)

分組

3

(Packet)

2

(Frame)

比特

1

(Bit)

TCP/IP參考模型

?OSI/RM太復雜，不實用

?TCP/IP起源于美國國防

部高級研究規劃署5應用層Application

(DARPA)的一項研究計4傳輸層transport

劃——實現若干臺主機3網絡層Network

之間的相互通信。2數據鏈路層DataLink

?現在TCP/IP已成為1物理層Physical

Internet上通信的標準。

?TCP/IP定義五層協議的

體系結構

《火號計算機基勒》

TCP/1P與OSI參考模型的對應關系

OSI參考模型TCP/IP概念層次

7應用層

6表示層>一—A應用層

TCP/IP支持

5會話層所有標準的數

4傳輸層傳輸層據鏈路層和物

理層協議

3網絡層一一A網絡層

2數據鏈路層網絡接口

（數據鏈路層Ethernet,802.3,

1物理層+物理層）802.5,FDDI等等

《火號計算機基勒》

TCP/IP與應用層

應用層協議支持了文件傳輸、電子郵件、遠程

登錄、網絡管理、Web瀏覽等應用。

文件傳輸

?FTP、TFTP、NFS

應用層電子郵件

?SMTP、POP3

WWW應用

?HTTP

傳輸層遠程登錄

?Telnet、rlogin

網絡層

網絡管理

數據鏈路層?SNMP

域名系統

物理層?DNS

《火號計算機寒砒》

傳輸層提供了兩種傳輸協議

TransmissionControlProtocol

傳輸控制協議

TCP

?UDP

UserDatagramProtocol無連接

用戶數據報協議

《丈考計算機基砒》

TCP/IP網際層的四個主要協議

*IP(internetProtocol)本層提供無連接的傳輸服務(不保證送達，不保序)

,本層的主要功能是尋找一條能婚把數據報送到目的地的路徑。

?網際層的PDU稱為IP數據報；

*ICMP(InternetControlMessageProtocol)提供控制和遞消息的功能；

ARP(AddressResolutionProtocol)為已知的IP地址確相的MAC址；

*-RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)4R據MAC^414lh確定^相^^的IP^tb^ho

數據封裝

一臺計算機要發送數據到另一臺計算機，數據首

先義須打包，打包的過程稱為望莖。

封裝就是在數據前面加上特定的協議頭部。

數據

協議頭數據

發送郵件的例子:信裝入寫有源地址和目的地址

的信封中發送,還要寫明用航空或掛號…。

《火號計算機基勒》

多層數據封裝

■網絡體系結構中每一層都要依靠下一層提供的服

務。為了提供服務，下層把上層的PDU作為本層的

數據封裝，然后加入本層的頭部（和尾部）。頭部

中含有完成數據傳輸所需的控制信息。

■數據自上而下遞交的過程實際上就是不斷封裝的

過程。到達目的地后自下而上遞交的過程就是不斷

拆封的過程。由此可知，在物理線路上傳輸的數據

,其外面實際上被包封了多層“信封”o

I某一層只能識別由對等層封裝的“信封”,而對

于被封裝在“信封”內部的數據僅僅是拆封后將其

提交給上層，本層不廣隼可處理。

'《火號什丹麥礎》

數據多層封裝

”數據

段

數據包

幀

比特

01110100001100001010010111

1010110

《々度好?初、1成》

電脈沖

V

---->

數鏈層幀頭IP頭TCP頭應用層數據幀尾

--->

《火號計算機基勒》

事

林船

制

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五.計算機局域網絡

?局域網的特點及關鍵技術

?信道共享技術

?以太網技術

《丈考計算機基砒》

1.局域網（LAN）概述

LAN的特點

置蓋范圍小

房間、建筑物等局部范圍

距離＜25km

高傳輸速率

1OMbps~1000Mbps

低誤碼率

10-8?i0-n

采用總線、星形、環形拓撲

雙線線、同軸電纜、光纖

為一個單位所擁有，自行建設，不對

外提供服務

《火號計耳機去一…

2.局域網的關鍵技術

?拓撲結構（邏輯、物理）

總線型、星型、環型

?介質訪問方法（解決沖突）

按協議實現信道共享：

CSMA/CD（載波偵聽多路訪問/沖突檢測）

Token-passing（令牌環傳送）

?信號傳輸形式

基帶（Base）、寬帶（Broad）

《火號計算機基勒》

LAN典型拓撲結構

■總線型：所有結點都直接連接到共享信道

星型：所有結點都連接到中央結點

■環型:結點通過點到點鏈路與相鄰結點連接

Ring

Star

LAN中采用的傳輸介質

?主要介質有：

-雙錢線

價格低廉、帶寬較大，使用廣泛

-同軸電纜

現在應用較少

-光纖

主要用于架設企業網或者校園主干網

-無線介質

《火號計算機基勒》

LAN中的介質訪問控制方法

局域網使用廣播信道（多路訪問信道,隨機訪問

信道），多個站