《計算機網(wǎng)絡基礎》-項目一 計算機網(wǎng)絡概述

項目一

計算機網(wǎng)絡概述任務1互聯(lián)網(wǎng)概述任務2計算機網(wǎng)絡的分類和應用任務3計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)任務1互聯(lián)網(wǎng)概述任務引入小明要從事網(wǎng)絡工程相關(guān)工作，計算機網(wǎng)絡基礎這門課是打開網(wǎng)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(wǎng)絡，什么是互聯(lián)網(wǎng)，及相關(guān)的的最基本的概念。知識準備一、網(wǎng)絡的網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡最簡潔的定義：計算機網(wǎng)絡就是一些互連的、自治的計算機系統(tǒng)的集合。廣義觀點的定義：計算機網(wǎng)絡是能實現(xiàn)遠程信息處理的系統(tǒng)或進一步能達到資源共享的系統(tǒng)。資源共享觀點的定義：計算機網(wǎng)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(tǒng)的集合。網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)絡的圖示如圖所示。二、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的三個階段互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展大體上經(jīng)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(wǎng)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(wǎng)絡ARPANET向互連網(wǎng)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(wǎng)絡協(xié)議。2．第二階段是計算機網(wǎng)絡標準化階段。3．第三階段是計算機網(wǎng)絡逐漸形成了多層次ISP結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)。互聯(lián)網(wǎng)服務提供商三、互聯(lián)網(wǎng)的組成互聯(lián)網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)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(lián)網(wǎng)上的主機組成。（2）核心部分由大量網(wǎng)絡和連接這些網(wǎng)絡的路由器。1．互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分（1）客戶-服務器方式互聯(lián)網(wǎng)的組成客戶-服務器方式客戶程序：1）被用戶調(diào)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(tǒng)。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(tǒng)啟動后即自動調(diào)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(tǒng)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(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，如圖所示。電路交換報文交換分組交換任務2計算機網(wǎng)絡的分類和應用任務引入小明已經(jīng)對網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)有了一定的了解，但計算機網(wǎng)絡是如何分類的和計算機網(wǎng)絡在那些方面進行應用呢？知識準備一、計算機網(wǎng)絡的類別計算機網(wǎng)絡有多種類別，下面進行簡單的介紹。1．按照網(wǎng)絡的作用范圍進行分類（1）廣域網(wǎng)WAN（WideAreaNetwork）廣域網(wǎng)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(wǎng)（longhaulnetwork）。（2）城域網(wǎng)MAN（MetropolitanAreaNetwork）城域網(wǎng)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(wǎng)LAN（LocalAreaNetwork）局域網(wǎng)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(wǎng)PAN（PersonalAreaNetwork）個人區(qū)域網(wǎng)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(shù)連接起來的網(wǎng)絡，因此也常稱為無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN（WirelessPAN），其范圍很小，大約在10m左右。2．按照網(wǎng)絡的使用者進行分類（1）公用網(wǎng)（publicnetwork）這是指電信公司（國有或私有）出資建造的大型網(wǎng)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(wǎng)絡。因此公用網(wǎng)也可稱為公眾網(wǎng)。（2）專用網(wǎng)（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(wǎng)絡。這種網(wǎng)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(tǒng)均有本系統(tǒng)的專用網(wǎng)。3．用來把用戶接入到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡這種網(wǎng)絡就是接入網(wǎng)AN（AccessNetwork），它又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)。二、計算機網(wǎng)絡的應用計算機網(wǎng)絡的應用涉及社會生活的各個方面。當前對經(jīng)濟和文化生活影響最大的網(wǎng)絡應用列舉如下。（1）辦公自動化。（2）電子數(shù)據(jù)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(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)任務引入小明已經(jīng)了解了計算機網(wǎng)絡的分類和應用情況，但網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)具體是怎么樣的呢？在計算機網(wǎng)絡的基本概念中，分層次的體系結(jié)構(gòu)是最基本的。計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡發(fā)展到今天，已經(jīng)演變成一種復雜而龐大的系統(tǒng)。在計算機專業(yè)人員中，對付這種復雜系統(tǒng)的常規(guī)方法就是把系統(tǒng)組織成分層的體系結(jié)構(gòu)，即把很多相關(guān)的功能分解開來，逐個予以解釋和實現(xiàn)。讀者以后會看到，在分層的體系結(jié)構(gòu)中，每一層都是一些明確定義的相互作用的集合，即對等協(xié)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(xié)議。下面首先通過一個簡單的例子說明計算機網(wǎng)絡應該提供的各種功能。一、計算機網(wǎng)絡的功能特性研究計算機網(wǎng)絡的基本方法是全面深入地了解計算機網(wǎng)絡的功能特性，即計算機網(wǎng)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(wǎng)絡的功能特性才能夠掌握各種網(wǎng)絡的特點，才能了解網(wǎng)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(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡實現(xiàn)資源共享，計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)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(shù)據(jù)交換和提供用戶接口等一系列問題。計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)是為簡化這些問題的研究、設計與實現(xiàn)而抽象出來的種結(jié)構(gòu)模型。1．計算機網(wǎng)絡的分層模型將上述分層的思想或方法運用于計算機網(wǎng)絡中，就產(chǎn)生了計算機網(wǎng)絡的分層模型。在實施網(wǎng)絡分層時要依據(jù)以下原則：（1）根據(jù)功能進行抽象分層，每個層次所要實現(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)是不可見的。（4）層的數(shù)目要適當。層次太少功能不明確，層次太多體系結(jié)構(gòu)過于龐大。圖給出了計算機網(wǎng)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(xiàn)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(tǒng)、應用程序、進程等。3．協(xié)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(wǎng)絡分層結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)中，層與層之間具有服務與被服務的單向依賴關(guān)系，下層向上層提供服務，而上層調(diào)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(jié)構(gòu)，提出了開放系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，OSI被認為是解決了已有協(xié)議在廣域網(wǎng)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(guān)標準的系統(tǒng)進行連接?！盎ミB”是指將不同的系統(tǒng)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(tǒng)互連參考模型（OSI）采用分層的結(jié)構(gòu)化技術(shù)，共分7層，從低到高為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)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(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）（3）網(wǎng)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(shù)據(jù)封裝通常將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)鏈路層以組裝為幀。6．OSI模型每一層數(shù)據(jù)的名稱為了使數(shù)據(jù)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(xiàn)在我們從OSI參考模型轉(zhuǎn)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(wǎng)絡的鼻祖ARPANET所使用，也被ARPANET的繼承者——全球范圍內(nèi)的Internet所使用。

接收方的數(shù)據(jù)的解封裝過程數(shù)據(jù)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(wǎng)絡的基礎。典型的協(xié)議包括以太網(wǎng)、ADSL等等；網(wǎng)絡層：負責分配地址和傳送二進制數(shù)據(jù)。主要協(xié)議有IP協(xié)議；傳輸層：負責傳送文本數(shù)據(jù)，主要協(xié)議有TCP協(xié)議；應用層：負責傳送最終各種形態(tài)的數(shù)據(jù)，是直接與用戶打交道的層。主要協(xié)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(jié)構(gòu)（國際標準：OSI），也就是說我平常的上網(wǎng)必須遵循這種TCP/IP協(xié)議集才可以上網(wǎng)。TCP/IP是采用分層體系結(jié)構(gòu)，它與開放系統(tǒng)互連OSI模型的層次結(jié)構(gòu)相似，它可分為四層，由低到高依次為：數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡層（既IP層），傳輸層（既TCP層）和應用層。（1）鏈路層（2）網(wǎng)絡層(IP層）（3）傳輸層協(xié)議（TCP協(xié)議）（4）應用層3．OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較TCPIP協(xié)議族的4層與OSI參考模型及常用協(xié)議的對應關(guān)系如圖所示。4．TCP/IP參考模型主要協(xié)議的層次關(guān)系圖TCP/IP參考模型主要協(xié)議的層次關(guān)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(xié)議，還是TCPIP參考模型與協(xié)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(shù)應用中很少用到表示層幾乎是空的。在數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡層