《計算機網絡基礎》-項目一 計算機網絡概述

項目一

計算機網絡概述任務1互聯網概述任務2計算機網絡的分類和應用任務3計算機網絡體系結構任務1互聯網概述任務引入小明要從事網絡工程相關工作，計算機網絡基礎這門課是打開網絡之門的鑰匙。其中涉及的知識更是日后學習進階課程不可或缺的基石。但首先要明白，什么是網絡，什么是互聯網，及相關的的最基本的概念。知識準備一、網絡的網絡計算機網絡最簡潔的定義：計算機網絡就是一些互連的、自治的計算機系統的集合。廣義觀點的定義：計算機網絡是能實現遠程信息處理的系統或進一步能達到資源共享的系統。資源共享觀點的定義：計算機網絡是以能夠相互共享資源的方式互連起來的、自治的計算機系統的集合。網絡和互聯網絡的圖示如圖所示。二、互聯網發(fā)展的三個階段互聯網的發(fā)展大體上經歷了三個階段的演進。但這三個階段在時間劃分上并非截然分開而是有部分重疊的，這是因為網絡的演進是逐漸的，而并非在某個日期發(fā)生了突變。1．第一階段是從單個網絡ARPANET向互連網發(fā)展的過程。ARPAnet的主要特點如下。（1）資源共享；（2）分散控制；（3）分組交換；（4）采用專門的通信控制處理機；（5）分層的網絡協議。2．第二階段是計算機網絡標準化階段。3．第三階段是計算機網絡逐漸形成了多層次ISP結構的互聯網?；ヂ摼W服務提供商三、互聯網的組成互聯網的拓撲結構非常復雜，并且在地理位置上覆蓋了全球，從工作方式上可以劃分為以下兩大塊，如圖所示：（1）邊緣部分由所有連接在互聯網上的主機組成。（2）核心部分由大量網絡和連接這些網絡的路由器。1．互聯網的邊緣部分（1）客戶-服務器方式互聯網的組成客戶-服務器方式客戶程序：1）被用戶調用后運行，在通信時主動向遠地服務器發(fā)起通信（請求服務）。因此，客戶程序必須知道服務器程序的地址。2）不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統。服務器程序：1）是一種專門用來提供某種服務的程序，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。2）系統啟動后即自動調用并一直不斷地運行著，被動地等待并接受來自各地的客戶的通信請求。因此服務器不需要知道客戶程序的地址。3）一般需要有強大的硬件和高級操作系統支持?？蛻艉头掌鞅緛矶贾傅氖怯嬎銠C進程（軟件）。（2）對等連接方式對等連接方式2．互聯網的核心部分（1）電路交換(circuitswitching)若N部電話兩兩相連，需要N（N-1）/2對電線。（2）報文交換(messageswitching)當使用電路交換來傳送計算機數據時，其線路的傳輸效率往往很低。（3）分組交換分組交換采用存儲轉發(fā)技術，如圖所示。電路交換報文交換分組交換任務2計算機網絡的分類和應用任務引入小明已經對網絡和互聯網有了一定的了解，但計算機網絡是如何分類的和計算機網絡在那些方面進行應用呢？知識準備一、計算機網絡的類別計算機網絡有多種類別，下面進行簡單的介紹。1．按照網絡的作用范圍進行分類（1）廣域網WAN（WideAreaNetwork）廣域網的作用范圍通常為幾十到幾千公里，因而有時也稱為遠程網（longhaulnetwork）。（2）城域網MAN（MetropolitanAreaNetwork）城域網的作用范圍一般是一個城市，可跨越幾個街區(qū)甚至整個城市，其作用距離約為5~50km。（3）局域網LAN（LocalAreaNetwork）局域網一般用微型計算機或工作站通過高速通信線路相連（速率通常在10Mbits以上），但地理上則局限在較小的范圍（如1km左右）。（4）個人區(qū)域網PAN（PersonalAreaNetwork）個人區(qū)域網就是在個人工作的地方把屬于個人使用的電子設備（如便攜式電腦等）用無線技術連接起來的網絡，因此也常稱為無線個人區(qū)域網WPAN（WirelessPAN），其范圍很小，大約在10m左右。2．按照網絡的使用者進行分類（1）公用網（publicnetwork）這是指電信公司（國有或私有）出資建造的大型網絡?！肮谩钡囊馑季褪撬性敢獍措娦殴镜囊?guī)定交納費用的人都可以使用這種網絡。因此公用網也可稱為公眾網。（2）專用網（privatenetwork）這是某個部門為滿足本單位的特殊業(yè)務工作的需要而建造的網絡。這種網絡不向本單位以外的人提供服務。例如，軍隊、鐵路、銀行、電力等系統均有本系統的專用網。3．用來把用戶接入到互聯網的網絡這種網絡就是接入網AN（AccessNetwork），它又稱為本地接入網或居民接入網。二、計算機網絡的應用計算機網絡的應用涉及社會生活的各個方面。當前對經濟和文化生活影響最大的網絡應用列舉如下。（1）辦公自動化。（2）電子數據交換。（3）遠程教育。（4）電子銀行。（5）證券和期貨交易。（6）娛樂和在線游戲。任務3計算機網絡體系結構任務引入小明已經了解了計算機網絡的分類和應用情況，但網絡體系結構具體是怎么樣的呢？在計算機網絡的基本概念中，分層次的體系結構是最基本的。計算機網絡體系結構的抽象概念較多，在學習時要多思考。這些概念對后面的學習很有幫助。知識準備計算機網絡發(fā)展到今天，已經演變成一種復雜而龐大的系統。在計算機專業(yè)人員中，對付這種復雜系統的常規(guī)方法就是把系統組織成分層的體系結構，即把很多相關的功能分解開來，逐個予以解釋和實現。讀者以后會看到，在分層的體系結構中，每一層都是一些明確定義的相互作用的集合，即對等協議；層之間的界限是另外一些相互作用的集合，稱為做接口協議。下面首先通過一個簡單的例子說明計算機網絡應該提供的各種功能。一、計算機網絡的功能特性研究計算機網絡的基本方法是全面深入地了解計算機網絡的功能特性，即計算機網絡是怎樣在兩個端用戶之間提供訪問通路的。理解了計算機網絡的功能特性才能夠掌握各種網絡的特點，才能了解網絡運行的原理。用戶與應用程序通信的過程二、建立計算機網絡體系結構的必要性為了能夠使不同地理分布、且功能相對獨立的計算機之間組成網絡實現資源共享，計算機網絡系統需要涉及和解決許多復雜的問題，包括信號傳輸、差錯控制、尋址、數據交換和提供用戶接口等一系列問題。計算機網絡體系結構是為簡化這些問題的研究、設計與實現而抽象出來的種結構模型。1．計算機網絡的分層模型將上述分層的思想或方法運用于計算機網絡中，就產生了計算機網絡的分層模型。在實施網絡分層時要依據以下原則：（1）根據功能進行抽象分層，每個層次所要實現的功能或服務均有明確的規(guī)定。（2）每層功能的選擇應有利于標準化。（3）不同的系統分成相同的層次，對等層次具有相同功能。高層使用下層提供的服務時，下層服務的實現是不可見的。（4）層的數目要適當。層次太少功能不明確，層次太多體系結構過于龐大。圖給出了計算機網絡分層模型的示意圖2．實體與對等實體每一層中，用于實現該層功能的活動元素被稱為實體entity），包括該層上實際存在的所有硬件與軟件，如終端、電子郵件系統、應用程序、進程等。3．協議為了使兩個對等實體之間能夠有效地通信，對等實體需要就交換什么信息、如何交換信息等問題制定相應的規(guī)則或進行某種約定。4．服務與接口在網絡分層結構模型中，每一層為相鄰的上一層所提供的功能稱為服務。5．服務類型在計算機網絡協議的層次結構中，層與層之間具有服務與被服務的單向依賴關系，下層向上層提供服務，而上層調用下層的服務。6．服務原語相鄰層之間通過一組服務原語（ServicePrimitive）建立相互作用，完成服務與被服務的過程。三、OSI/ISO參考模型國際標準化組織ISO在1977年建立了一個分委員會來專門研究體系結構，提出了開放系統互連參考模型（OSI：OpenSystemInterconnectionReferenceMode），這是一個定義連接異種計算機標準的主體結構，OSI被認為是解決了已有協議在廣域網和高通信負載方面存在的問題?！伴_放”表示能使任何兩個遵守參考模型和有關標準的系統進行連接?！盎ミB”是指將不同的系統互相連接起來，以達到相互交換信息，共享資源，分布應用和分布處理的目的。1．OSI參考模型概述開放系統互連參考模型（OSI）采用分層的結構化技術，共分7層，從低到高為：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。SOI七層模型2．參考模型各層的功能（1）物理層（PhysicalLayer）（2）數據鏈路層（DataLinkLayer）（3）網絡層（NetworkLayer）（4）傳輸層（TransportLayer）（5）會話層（SessionLayer）（6）表示層（PresentationLayer）（7）應用層（ApplicationLayer）3．OSI參考模型中的數據傳輸過程（1）OSl的層間通信1）同一臺計算機之間相鄰層的通信如圖所示，是OSI類型通信的一個例子。2）不同計算機上同等層之間的通信第N層必須與另外一臺計算機上的第N層通信才能成功地實現該層的功能。如圖所示提供了同等層之間通信的概念模型。4．OSI參考模型中的數據封裝通常將數據放置在每一層的包頭后面（及包尾之前）的概念稱為封裝。OSI模型對等層通信發(fā)送方的數據的封裝過程5．解封裝（De-Encapsulation）當遠程設備順序接收到一串比特時，它會把它們傳送給數據鏈路層以組裝為幀。6．OSI模型每一層數據的名稱為了使數據分組從源主機傳送到目的主機，如圖中所示，源主機OSI模型的每一層要與目標主機的每一層進行通信。四、TCP/IP參考模型現在我們從OSI參考模型轉換到另一個參考模型，該參考模型不僅被所有廣域計算機網絡的鼻祖ARPANET所使用，也被ARPANET的繼承者——全球范圍內的Internet所使用。

接收方的數據的解封裝過程數據名稱1．TCP/IP參考模型的概念可以如下理解他們的作用：連接層：負責建立電路連接，是整個網絡的基礎。典型的協議包括以太網、ADSL等等；網絡層：負責分配地址和傳送二進制數據。主要協議有IP協議；傳輸層：負責傳送文本數據，主要協議有TCP協議；應用層：負責傳送最終各種形態(tài)的數據，是直接與用戶打交道的層。主要協議有HTTP、FTP等。2．TCP/IP參考模型各層的功能TCP/IP是應用在INTERNET上的非國際標準體系結構（國際標準：OSI），也就是說我平常的上網必須遵循這種TCP/IP協議集才可以上網。TCP/IP是采用分層體系結構，它與開放系統互連OSI模型的層次結構相似，它可分為四層，由低到高依次為：數據鏈路層，網絡層（既IP層），傳輸層（既TCP層）和應用層。（1）鏈路層（2）網絡層(IP層）（3）傳輸層協議（TCP協議）（4）應用層3．OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較TCPIP協議族的4層與OSI參考模型及常用協議的對應關系如圖所示。4．TCP/IP參考模型主要協議的層次關系圖TCP/IP參考模型主要協議的層次關系圖如圖所示。5．OSI參考模型的評價無論是OSI參考模型與協議，還是TCPIP參考模型與協議都是不完美的。造成OSI參考模型不能流行的主要原因是之是其自身的缺陷。會話層在大多數應用中很少用到表示層幾乎是空的。在數據鏈路層與網絡層