数据通信与计算机网络电子教案第2章 计算机网络与协议.docx

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数据通信与计算机网络电子教案第2章计算机网络与协议

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第22章计算机网络与协议计算机网络的功能2.2计算机网络的组成和分类2.3计算机网络的产生和发展2.1计算机网络的体系结构2.4计算机网络的产生和发展2.1计算机网络是现代计算机技术与通信技术密切结合的产物，是随着社会对信息共享和信息传递的要求发展起来的。

计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多台计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息传递的系统。

本章主要介绍计算机网络的发展、功能、组成，以及计算机网络的体系结构。

2.1计算机网络的产生和发展2.1.1计算机网络概念的出现1．远程终端访问时代2．计算机网络时代3．具有统一网络体系结构、遵循国际标准化协议的全球网络2.1.2Inter的发展2.1.3我国Inter的发展1．我国Inter的发展我国Inter的发展可分为下述两个阶段。

第一个阶段为1987年至1993年。

第二阶段从1994年开始至今，实现了与与Inter的连接，逐步开通了Inter的的全功能服务。

我国建造了下述9个基于Inter技技术并可以和Inter互连的全国范围的公用计算机网络。

（

（1）中国公用计算机互联网（CHINANET）。

（

（2）中国教育科研网（CERNET）。

（

（3）中国科学技术网（CSTNET）。

（

（4）中国国际经济贸易互联网（CIETNET）。

（

（5）中国联通互联网（UNINET）。

（

（6）中国移动互联网（CMNET）。

（

（7）中国长城互联网（CGWNET）。

（

（8）中国卫星集团互联网（CSNET）。

2．我国网民及Inter基础资源的发展图2.1中国网民规模与增长率2.2计算机网络的功能1．计算机网络的主要功能计算机网络为用户构造分布式的网络计算提供了基础，它的主要功能包括以下几方面。

（

（1）共享①①硬件共享用户可以使用网络中任意一台计算机所附接的硬件设备，利用其他计算机的中央处理器来分担用户的处理任务，比如同一网络中的用户共享打印机、共享硬盘空间等。

②②软件共享用户可以使用远程主机的软件（系统软件和用户软件），可以将相应软件调入本地计算机执行，也可以将数据送至对方主机，由对方主机运行相应软件，并返回结果。

（

（2）连通为分布在各地的用户提供强有力的通信手段，使得用户可以通过网络交换信息，比如传送电子邮件、发布新闻消息、进行文件传输、语音通信、视频会议等，极大地方便了用户，提高了工作效率。

2．计算机网络的其他功能（

（1）集中管理计算机网络技术的发展和应用，已使得现代办公、经营管理的方式发生了很大的变化。

（

（2）实现分布式处理通过计算机网络可以把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。

（

（3）负载平衡负载平衡是指工作被均匀地分配给网络上的各台计算机。

2.3计算机网络的组成和分类2.3.1计算机网络系统的组成（

（1）资源子网是网络中实现资源共享功能的设备及软件的集合，负责全网的数据处理，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。

（

（2）通信子网是计算机网络中实现网络通信功能的设备及软件的集合，包括传输线路、网络设备和网络控制中心等软硬件设施。

（

（3）通信协议协议是为了在网络中不同设备之间进行数据通信而预先制定的一整套通信双方共同遵守的格式和约定，不同的计算机网络使用不同的通信协议。

2.3.2网络的分类1．按照网络跨度划分

（1）广域网（WideAreaNetwork，WAN），也称为远程网，它的覆盖范围可从几百千米到几千千米，可以覆盖整个国家，甚至整个世界。

（2）局域网（LocalAreaNetwork，LAN）。

局域网的特点是连接范围较小、用户较少、配置容易、连接速率高。

（3）城域网（MetropolitanAreaNetwork，，MAN），也称市域网，覆盖范围一般是一个城市，介于局域网和广域网之间。

（4）个域网（PersonalAreaNetwork，，PAN）。

2．按照交换方式划分按照网络的交换方式不同主要可以分为电路交换和分组交换网络。

3．按照使用者划分（

（1）公用网（publicwork）。

（

（2）专用网（privatework）。

2.4计算机网络的体系结构为了完成计算机间的通信合作，人们把每台计算机的功能划分了明确的层次，并规定了同层次进程间通信的协议，以及相邻层之间的接口和服务。

这些层次结构、同层进程间的通信协议以及相邻层之间的接口就统称为网络体系结构。

2.4.1网络体系结构的分层原理1．分层原理图2.2计算机网络分层结构

（1）服务访问点（ServiceAessPoint，，SAP）SAP实际上就是一个逻辑接口，两相邻层次之间就是通过它进行通信的，第N层通过N-SAP向第N+1层实体提供服务，第N+1层实体通过N-SAP向第N层实体请求服务。

（2）服务原语（primitive）服务的请求与提供是通过在服务访问点SAP上发送或接收服务原语来实现的。

（3）协议（protocol）不同系统的对等层之间为了完成本层的功能而必须遵循的一系列通信规则和约定。

网络协议包括如下下3个要素。

①①语义（semantics）②②语法（syntax）③③定时（timing）2．层次划分原则系统划分应遵循的原则如下所示。

（1）各层功能明确。

（2）层间接口清晰。

（3）层数适中。

（4）网络中各结点都具有相同的层次；不同结点的同等层具有相同的功能。

2.4.2OSI参考模型1．OSI参考模型简介（

（1）七层结构（

（2）数据传递过程图2.3OSI七层参考模型①①OSI中使用的数据单元在OSI模型中用到的数据单元有下列3种。

—服务数据单元（ServiceDataUnit，SDU）指第N层中等待传送和处理的数据单元。

—协议数据单元（ProtocolDataUnit，，PDU）指同等层水平方向上传送的数据单元。

—接口数据单元（InterfaceDataUnit，，IDU）指在相邻层接口之间传送的数据单元，由SDU和一些控制信息组成。

②②数据传递过程图2.4OSI参考模型中的数据传递过程2．各层功能简介（

（1）物理层①①机械特性接口部件的尺寸、规格、插脚数和分布等，常见的各种规格的接插件都有严格的标准。

②②电气特性接口部件的信号电平、阻抗、传输速率等。

③③功能特性接口部件信号线（数据线、控制线、定时线等）的用途。

④④规程特性接口部件的信号线在建立、维持、释放物理连接和传输比特流的时序。

（

（2）数据链路层（

（3）网络层（

（4）传输层为了实现可靠的端到端数据传输，传输层主要采用了下列技术手段。

①分流技术利用多条网络连接来支持一条信道的数据传输，提高数据传输速率，使得具有低吞吐量、低速率和高传输延迟的网络能够满足高速数据的传输要求；②复用技术将多条信道上的数据汇集到一条网络连接上传输，使得具有高吞吐量、高速率和低传输延迟、且高费用的网络能够支持用户的低传输成本要求；③差错检测与恢复使差错率较高的网络能够满足用户对高可靠性数据传输的要求；④流量控制对连续传输的协议数据单元个数进行限制，避免网络拥塞。

（

（5）会话层（

（6）表示层（

（7）应用层2.4.3TCP/IP模型1．TCP/IP模型的基本概念TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InterProtocol）即传输控制/网际协议，又叫网络通信协议，是Inter的基础。

（

（1）接口层这是TCP/IP的最低层，负责对实际的网络媒体进行管理，负责接收上层传来的IP数据报并通过网络将其发送出去，同时要接收网络上传来的帧，剥离出IP数据报，交给IP层。

（

（2）网络层负责数据的转发和路由选择，保证数据报经过网络的传输能够到达目的主机。

（

（3）传输层负责端到端数据的传输，确定数据已被送达并接收。

（

（4）应用层向用户提供一组常用的应用程序。

2．与OSI参考模型的比较图2.5TCP/IP模型和OSI参考模型的比较2.4.4各层常用协议简介1．物理层物理层协议有很多种，其中得到广泛使用的有RS-232C、RS-

499、V.

35、、X.

21、X.21bis，以及各种局域网的物理层标准等。

2．数据链路层（

（1）面向字符的数据链路控制规程。

（

（2）面向比特型的数据链路控制规程。

（

（3）局域网数据链路协议。

TCP/IP协议簇中对应于数据链路层功能的协议还包括SLIP、PPP、ARP、、RARP等。

（1）串行线路Inter协议（SerialLineInterProtocol，SLIP）面向低速串行线路的协议。

现已逐渐被功能更优的点对点协议PPP所取代。

（2）点对点协议（PointtoPointProtocol，，PPP）这是Inter工程任务组（IETF）推出的在点对点类型线路上使用的数据链路层协议。

它解决了SLIP中存在的问题，并成为正式的Inter标准。

目前得到广泛的应用。

（3）地址解析协议（AddressResolutionProtocol，ARP）为已知的IP地址确定相应的MAC地址。

（4）反向地址解析协议（ReverseAddressResolutionProtocol，RARP）根据MAC地址确定相应的IP地址。

3．网络层

（1）X.25的分组层X.25协议是CCITT（现ITU-T）提出的，定义了计算机终端到分组交换网的连接。

X.25协议定义了与OSI下3层相对应的功能，如物理层的X.21协议，数据链路层的LAP-B协议（HDLC协议的一个子集），以及X.25的分组层协议。

X.25的分组层协议定义了通过分组交换网的可靠虚电路传输。

（2）Inter分组交换/顺序分组交换（InterworkPacketExchange/SequentialPacketExchange，IPX/SPX）协议Novell提出的用于客户/服务器连接的网络协议。

使用IPX/SPX协议能运行通常需要NetBEUI支持的程序，通过IPX/SPX协协议可以跨过路由器访问其他网络。

（3）网际协议（InterProtocol，IP）IP是TCP/IP的核心组成部分，也是网络层中最重要的协议，负责网络中的寻址和数据报的路由选择。

（4）网际控制报文协议（InterControlMessageProtocol，ICMP）提供控制和传递报文的功能。

（5）Inter组管理协议（InterGroupManagementProtocol，IGMP）运行于主机和与主机直接相连的多播路由器之间，是IP主机用来报告多址广播组成员身份的协议。

（6）路由信息协议（RoutingInformationProtocol，RIP）最早的路由协议之一，现在仍在广泛使用。

它是一种距离向量式路由协议，是内部网关协议的一种。

（7）开放最短路径优先协议（OpenShortestPathFirst，OSPF）由Inter工程任务组（（IETF）开发的一种内部网关协议，是一种链路状态协议。

（8）边界网关协议（BorderGatewayProtocol，BGP）管理不同自治系统路由器之间通信的外部网关协议。

4．传输层根据差错的性质，网络服务可以按质量分为以下3类。

（1）A类服务网络连接具有可接受的差错率和故障通知率，A类服务是可靠的网络服务，一般指虚电路服务。

（

（2）C类网络连接具有不可接受的差错率。

C类的服务质量最差，提供数据报服务或无线分组交换的网络均属此类。

（

（3）B类网络连接具有可接受的差错率和不可接受的故障通知率，B类服务介于前二者之间，广域网多提供B类服务。

传输层使用的主要协议包括TCP和UDP。

（1）传输控制协议（TransmissionControlProtocol，TCP）为应用程序提供可靠的通信连接。

适合于一次传输大批数据，以及要求得到响应的应用程序。

（2）用户数据报协议（UserDatagramProtocol，，UDP）提供无连接服务，不对传送的数据报提供可靠性保证。

适合于一次传输少量数据的情况，传输的可靠性由应用层协议负责。

5．应用层

（1）TELNET（TELetypeovertheNETwork）提供远程登录（终端仿真）服务，运行在TCP上。

（2）文件传输协议（FileTransferProtocol，，FTP）提供应用级的文件传输服务，即远程文件访问等服务，运行在TCP上。

（3）简单邮件传输协议（SimpleMailTransferProtocol，SMTP）用来发送电子邮件的协议，运行在TCP上。

（4）简单网络管理协议（SimpleNetworkManagementProtocol，SNMP）用于网络信息的收集和网络管理。

（5）域名服务（DomainNameService，DNS）提供域名和IP地址间的转换，用于完成地址查找、邮件转发等工作，运行在TCP和UDP上。

（6）超文本传输协议（HyperTextTransferProtocol，）传输用超文本标记语言（（HyperTextMarkupLanguage，HTML））编写的文件。

通过这个协议，可以浏览网络上的各种信息。

（

（7）安全超文本传输协议（HypertextTransferProtocoloverSecureSocketLayer,oroverSSLsecureversion，S）对网络中传输的数据进行加密，可以有效地防止用户的重要信息被非法窃取。

（8）网络时间协议（NetworkTimeProtocol，，NTP）用于网络同步，运行在UDP上。

本章小结计算机网络是利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多台计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息传递的系统。

计算机网络的发展经过了远程终端访问到简单计算机网络，目前形成了覆盖全球的世界性计算机网络—Inter。

计算机网络最主要的功能就是为用户提供端机间的通信，以及软硬件资源的共享。

由于计算机网络功能的复杂性，ISO推推出了开放系统互连参考模型（OSI/RM），具有7层模型结构，每层的功能相对独立，上层使用下层为其提供的服务，而下层提供服务的方式对上层来说则是透明的。

该模型还说明了源和目的进程之间的通信过程，并作为一个框架来协调各层协议的制定。

开放系统互连参考模型（OSI/RM））定义一个非常庞杂的系统结构，但并没有被完全实现。

目前使用的事实标准是TCP/IP的四层协议模型。

该协议模型将整个系统分成了4层，从上到下依次为应用层、传输层、网络层和网络接口层。

TCP/IP模型是在实践中逐步发展起来的，与Inter的发展相辅相成，现在不仅在Inter中，在局域网中也开始应用用TCP/IP。

内容仅供参考