计算机网络(第三版)课件(完整版)优质PPT.pptx

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传输路径固定，无路径选择问题，实现简单。

任何节点的故障都会导致全网瘫痪，可靠性较差。

网络的管理较复杂，投资费用较高。

需要调整时，需要将全网停下来重新配置，扩展性、灵活性差，维护困难。

1-2-1按网络的拓扑结构分类3星型拓扑结构,由一个中央节点和若干从节点组成。

中央节点可与从节点直接通信，从节点之间的通信必须经过中央节点的转接。

结构简单，建网容易，传输速率高。

每节点独占一条传输线路，消除了数据传送堵塞现象。

每台计算机及其接口的故障不会影响到网络，扩展性好，配置灵活，增删改一个站点容易实现，网络易管理和维护。

网络可靠性依赖于中央节点，一旦出现故障将导致全网瘫痪。

1-2-1按网络的拓扑结构分类4网状拓扑结构,每个节点与其他节点之间都有一条且多于一条的链路相连通。

优点：

容错能力强，如果网络中一个节点或一段链路发生故障，信息可通过其他节点和链路到达目的结点，可靠性高。

建网费用高，布线困难。

1-2-2按地理位置分类,1-2-3按计算机和设备在网络中的地位分类1基于服务器的网络,服务器：

为网络用户提供共享资源和服务功能的计算机或设备，运行服务器端软件客户机（工作站）：

接受服务或访问服务器资源的计算机，运行客户端软件工作模式工作站/文件服务器模式客户机/服务器（C/S）模式浏览器/服务器（B/S）模式2对等网络所有计算机平等，独自管理自己的资源，配置相同协议,1-2-4其他分类按网络的使用范围划分：

公用网、专用网按信息交换方式划分：

电路交换网、报文交换网、分组交换网,1.服务器,文件服务器打印服务器应用系统服器通信服务器,客户机网卡,双绞线4.通信介质光纤微波,中继器和集线,器5.通信处理设备网桥交换机路由器网关,1-3计算机网络的组成,1-3-1计算机网络的硬件组成调制解调器,1-3-2计算机网络的软件组成,包括网络操作系统和网络应用服务系统等。

网络应用服务系统针对不同的应用有不同的应用软件，下面只介绍网络操作系统。

网络操作系统的功能及组成功能：

操作系统功能、网络管理功能组成：

网络适配器（网卡）驱动程序子网协议应用协议几种常用的网络操作系统WindowsNTWindows2000系列UNIXLinux,本章小结,本章对计算机网络的基础知识进行了简单介绍。

通过本章的学习，应该了解计算机技术和通信技术的结合产生了计算机网络，进而了解计算机网络的发展历程。

理解什么是计算机网络，了解计算机网络的分类和组成等基本概念。

计算机网络（第3版）,第2章计算机网络体系结构,本章导读,计算机网络通信是一个非常复杂的过程，因此，采用分层的方法。

计算机网络系统是一个十分复杂的系统，要使其能协同工作实现信息交换和资源共享，它们之间必须具有共同约定，这就是网络协议。

网络体系结构要解决的问题是如何构建网络的结构，以及如何根据网络结构来制定网络通信的规范和标准。

主要内容,网络体系结构及协议开放系统互连参考模型TCP/IP参考模型,2-1网络体系结构及协议,2-1-1网络通信要解决的主要问题电话通信的过程电话通信的过程就是大家熟悉的一种网络通信过程计算机网络通信的主要功能传输的是数字信息，通信中用户无法直接感觉和控制数据的传输过程，要靠系统完成通信有多种通信方式：

点-点、多点、广播等。

2-1-1网络通信要解决的主要问题3计算机网络通信中的焦点问题,编码转换信息的表达同步问题数据安全,寻址差错控制流量控制分段及装配路由选择,2-1-2体系结构及网络协议的概念,采用分层式结构。

每一层关注和解决通信中的某一方面的规则。

1为什么采用分层结构,易于实现和维护能促进标准化工作,层之间是独立的灵活性好结构上可分割开2分层的原则,结构清晰，易于设计，层数应适中每层的功能应是明确的，并且是相互独立的同一节点相邻层之间通过接口通信，层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。

2-1-2体系结构及网络协议的概念,分层的原则每一层都使用下层的服务并为上层提供服务互相通信的网中各节点都有相同的层次，不同节点的同等层按照相同规则实现对等层之间的通信协议为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议网络协议主要由语法、语义和同步三要素组成,2-1-2体系结构及网络协议的概念,4网络的体系结构网络的体系结构就是计算机网络各层次及其协议的集合层次体系结构的要点网络的体系结构的特点网络体系结构中层次的划分是人为的，有多种划分的方法。

每一层功能也可以有多种协议实现。

2-1-3接口和服务通过接口和服务将各个层次的协议连接为整体，完成网络通信的全部功能接口接口就是上层实体和下层实体交换数据的地方，被称为服务访问点。

服务是通过接口完成的。

协议和服务的关系协议是“水平”的，即协议是不同系统对等层实体之间的通信规则。

服务则是“垂直”的，即服务是同一系统中下层实体向上层实体通过层间的接口提供的。

2-1-4网络通信协议的制定1制定网络通信协议和标准的主要组织IEEE-电气和电子工程师协会ISO-国际标准化组织ITU-国际电信联盟IEC-国际电子技术委员会EIA-电子工业协会ANSI-美国国家标准化局2模型的发展和类型,2-2开放系统互连参考模型,由ISO于1983年正式批准2-2-1OSI/RM结构1OSI/RM七层结构从下到上依次为：

物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层见图2-42层次间数据的传递见图2-5,图2-4,图2-5,2-2-2OSI/RM各层基本功能,物理层-为其上一层提供物理连接，透明地传送比特流。

数据链路层-数据链路上无差错地传送数据。

网络层-选择合适的路由和交换节点，实现源站点到目标站点的数据传输。

传输层-在两个端系统的会话层之间，建立一条传输连接，以透明地传送报文。

会话层-在两个互相通信的应用进程之间，建立、组织和协调其交互。

表示层-用户信息的语法表示问题。

应用层-使用户可以通过计算机访问网络资源，使用通过各种接口支持的各类服务。

2-3TCP/IP参考模型,TCP/IP历史因特网的管理机构,2-3-3TCP/IP模型采用4层的分层体系结构由下向上依次是：

网络接口层、网际层、传输层和应用层,2-3-4TCP/IP各层功能网络接口层-没有定义具体的协议，可适应各种网络类型。

网络层-消息寻址以及把逻辑地址和名称转换成物理地址。

传输层-提供从一个应用程序到另一个应用程序的通信，常称为端对端的通信。

应用层-相当于OSI参考模型的会话层、表示层和应用层3层的功能。

2-3-5TCP/IP和OSI/RM模型的比较,本章小结,本章涉及的内容是网络知识的基础和纲领。

开始学习的时候把这一章作为网络知识的摘要，当学完本书后再读这一章可作为网络知识的总结。

本章首先介绍了网络通信中的一些理论问题：

网络体系结构、网络协议及其分层的原则、方法，对等层逻辑连接和数据物理传递的概念等。

其次，介绍了两种主要的网络体系结构的模型，开放系统互连模型OSI和TCP/IP体系结构模型。

第3章网络接口层,计算机网络（第3版）,本章导读,TCP/IP模型的网络接口层实际上没有规定任何具体协议，各物理网络可以使用自己的物理层协议和数据链路层协议，仅仅提供一个各种网络和TCP/IP接口的要求。

网络接口层所涉及到的数据通信技术是建立计算机网络的重要基础。

本章将介绍数据通信技术的一些基础知识：

信号及信号传输方式、数据编码技术、同步技术、多路复用技术、数据交换技术和差错检验等。

并在此基础上介绍广泛应用的高级数据链路控制协议。

主要内容,数据、信号和编码数据传输传输介质差错校验流量控制HDLC,3-1数据、信号和编码,3-1-1数据和信号1.数据能被传输的、具有一定意义的实体。

数据可分为模拟数据、数字数据,3-1-1数据和信号,2.信号数据在信道中传输时的具体表现形式。

（1）模拟信号和数字信号,图3-1模拟信号,图3-2数字信号,3-1-1数据和信号,2.信号

（2）周期信号和非周期信号周期信号,（a）模拟信号非周期信号见图3-1和图3-2,（b）数字信号,3-1-1数据和信号3.数据传输形式模拟信道传输模拟数据模拟信道传输数字数据数字信道传输数字数据数字信道传输模拟数据,3-1-2数字调制技术,调制：

选取音频范围内某一频率的正（余）弦波作为载波，来运载需传输的数字数据。

载波信号：

y（t）=Asin（2ft+）其中：

f=1/T控制参数：

A，f,3-1-2数字调制技术,设载波信号为Asin2ft,1振幅调制,3相位调制,

（2）相对相位调制用前后两个信号单元相位的相对变化表示数字0和1,s（t）=,Asin2t0,当数字为1时当数字为0时,s（t）=,当数字为1时当数字为0时,2频率调制Asin21t,Asin22t,s（t）=,当数字为1时当数字为0时,

（1）绝对相位调制Asin2t,Asin（2t+）,（a）振幅调制,（b）频率调制绝对相位调制相对相位调制,3-1-2数字调制技术例：

将数字数据01001101按上述方法进行调制,3-1-3二进制数据编码技术单极性编码只使用一种极性（正或负）的电压脉冲，通常被指定为二进制1，而二进制0则由零电压表示。

极化编码采用两种极性（正和负）的电压脉冲非归零电平编码：

电压脉冲的一种极性被设计为1，另一种极性被设计为0,3-1-3二进制数据编码技术3双相位编码使用两种极性的电压，并在每个码元信号中间设置跳变（极性反转），用作同步信息。

曼彻斯特编码每个码元中间都产生跳变，既表示比特值又表示同步信息差分曼彻斯特编码每个码元中间的跳变仅用来表示同步信息。

根据每比特信号开始位置的电平是否发生变化来区分0和1。

3-1-3二进制数据编码技术例：

将数字数据01001101进行上述编码,（a）单极性编码,（b）非归零电平编码,曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码,3-2数据传输,3-2-1数据传输类型1基带传输和宽带传输根据数据在信道上的信号类型，数据传输可分为：

基带传输数字信道传输数字数据宽带传输模拟信道传输数字数据,3-2-1数据传输类型2.并行传输和串行传输,根据同时在信道上传输的数据位数，数据传输可分为：

（a）并行传输,（b）串行传输,3-2-2数据通信的同步技术同步技术保证发送方和接收方能够同时动作，实现数据的正确传输。

1异步传输模式以字符为单位传输，字符之间的时间间隔可以是随机的、不同步的。

但在传输一个字符的时段内，收发双方仍需依据比特流保持同步。

3-2-2数据通信的同步技术2同步传输模式,以数据块为传输单位，可以连续发送多个字符，每个字符不需添加附加位，接收方接收的每一位数据都要与发送方保持同步，字符间没有停顿。

自同步法：

同步信息可以从数据本身获得，例如曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。

外同步法：

在一组字符的前面附加1个（8位）或2个（16位）同步字符，表示该组字符传送的开始。

3-2-3数据传输方式按照信号传输方向与时间的关系，数据传输方式可分为3种方式：

单工通信信号在信道中只能按照一个方向传送，任何时候都不能改变传送方向。

半双工通信信号可以双向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传输。

采用二线制。

全双工通信可以同时进行双向信号传输。

采用四线制。

3-2-3数据传输方式,（a）单工通信,（b）半双工通信,（c）全双工通信,3-2-4多路复用技术在一条通信线路上，同时传输多个信号。

3-2-4多路复用技术1频分多路复用按照频率区分信号，即把传输介质的带宽划分为若干个窄频带，每一路信号占用一个窄频带。

在每个频段之间都要设置警戒频带，目的是防止各信号频带间的信号交叉干扰。

3-2-4多路复用技术2时分多路复用按照时间来分割信号，即将整个传输时间划分为多个时间片，每个时间片传输一路信号。

同步时分多路复用复用器在整个传输过程中，为各路信号分配固定的时间片。

异步时分多路复用只当某一路有数据要发送时，才将时间片分配给它。

同步时分多路复用,异步时分多路复用,3-2-4多路复用技术3波分多路复用按照光的波长区分信号,4码分多路复用各个用户使用经过特殊挑选的不同的码型进行通信,3-2-5数据交换技术交换又称转接，是在多节点网络中，利用交换机等转接设备，在节点间建立临时连接，完成通信的一种技术。

1线路交换在通信期间，发送方和接收方之间一直保持一条专用的物理通路，而通路中间经过了若干节点的转接。

建立线路传输数据拆除线路,3-2-5数据交换技术2报文交换存储转发原理：

数据在传输过程中，要由交换节点将输入数据存入节点的缓冲区内，一旦输出线路空闲，就将数据发送出去。

报文交换是基于存储转发原理的一种交换技术。

报文交换传输的信息单位是报文，其中包含收发站地址及控制等信息。

3-2-5数据交换技术3分组交换分组交换是基于存储转发原理的一种技术。

分组交换信息传输单位是分组。

分组格式比报文短，包括分组头部和数据两部分，头部包含收发站地址、分组编号和检验码等控制信息。

3-2-5数据交换技术,3分组交换分组交换有两种常用的方法：

数据报和虚电路

（1）数据报每个分组被独立传输，分组可能经由不同的路径到达接收站。

数据报方式会导致属于同一个报文的分组以乱序到达接收站，在到达接收站之后还需对数据报进行排序重组。

3-2-5数据交换技术3分组交换

（2）虚电路传输数据之前，需要建立一条发送站和接收站之间的路径（虚电路），所有分组都沿着这条虚电路按顺序传送。

3-3传输介质,3-3-1有线传输介质1双绞线双绞线价格低廉，是一种广泛使用的传输介质

（1）双绞线的结构,

（2）双绞线的分类屏蔽双绞线STP,非屏蔽双绞线UTP：

常用。

使用RJ-45接头连接网卡和交换机等通信设备。

非屏蔽双绞线,RJ-45接头,3-3-1有线传输介质,1双绞线（3）双绞线的线序,制作双绞线,注：

EIA/TIA-568A线序EIA/TIA-568B线序,12345678白绿绿白橙蓝白蓝橙白棕棕白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕,RJ-45插座排线顺序,交叉线线序,直连线线序,3-3-1有线传输介质2同轴电缆同轴电缆既可以传输模拟信号，又可以传输数字信号。

性能优于双绞线。

3-3-1有线传输介质3光导纤维简称光纤，通过传导光脉冲通信。

光线在核心部分进行多次全反射，达到传导光波的目的。

光纤是迄今传输速率最快的传输介质，主要用于铺设骨干网络。

3-3-2无线传输介质用于无线通信的介质为电磁波，根据其频谱可分为：

无线电波微波红外线激光,3-4差错校验,网络接口层中的数据链路层具有差错检验的功能。

常用冗余技术实现。

3-4-1奇偶校验奇检验通过附加奇偶检验位，使得所传输的信息中1的个数（包括奇偶检验位）是奇数。

偶检验通过附加奇偶检验位，使得所传输的信息中1的个数（包括奇偶检验位）是偶数。

奇偶检验可以检测出数据中奇数个错误，但不能检测出偶数个错误。

母的,排,行,列,3-4-2方块检验以表格的形式组织数据，在行和列两个方向上都采用奇检验或偶检验例：

发送方要发送字符“word”。

以一个字ASCII码为一组。

按字母顺序一列一列地列起来，形成右表。

传送时，既可以按照的顺序，也可以按照的顺序。

3-4-3循环冗余检验循环冗余检验方法是一种功能很强的检错技术，得到了广泛的应用。

循环冗余检验是将所传输的数据除以一个预先设定的除数，所得的余数作为冗余比特（CRC码），附加在要发送数据的末尾。

当整个数据传送到接收方后，接收方就利用同一个除数去除接收到的数据，如果余数为0，即表明数据传输正确，否则即意味着数据传输出现了差错。

3-4-3循环冗余检验二进制序列除法规则：

加法、减法运算进行异或运算，加法不进位，减法不借位。

计算方法在数据的末尾加上r个0，r等于除数的位数减1。

采用二进制除法规则，计算加长的数据除以预先设定的除数，得到的余数即为循环冗余检验码。

将循环冗余检验码替换数据末尾的r个0，即得出整个传输的数据,3-4-3循环冗余检验例：

求1011010的CRC编码，设除数为,10011。

100110101100000101101001101010000001010010011011100000011100100111111CRC检验码：

1111。

实际发送的比特串：

10110101111。

3-4-4海明码海明码是一种纠错码。

基本思想：

在数据中加入足够多的冗余位（满足2rm+r+1），将这些冗余位分别放置在2的幂的位置上，每个冗余位都是一组比特的奇偶检验位。

3-4-4海明码,例：

传输数据为1011010，构成海明码（采用偶检验）对于7位的数据，247+4+1，即取r=4个冗余位。

海明码共11位。

将这4个比特，分别放置在第1，2，4，8位上，记为r1，r2，r4，r8。

r1为位置的二进制表示的最低位是1的各位的检验，r2为位置的二进制表示的次低位是1的各位的检验，r4、r8依此类推。

数据：

1011010d7d6d5d4d3d2d1,位置：

11,10987654321海明码：

10101010000d7d6,d5r8d4d3d2r4d1r2r1,接收方接收到数据后，按照同样的规则进行奇偶检验。

得出新的r1，r2，r4，r8。

如果传输正确，对于偶检验来说，这4个新值都应为0。

假设第4位发生了错误，即接收到的数据为10101011000，接收方计算的结果是：

r1=0，r2=0，r4=1，r8=0，4位组合起来为0100，即表示,3-5流量控制,流量控制属于数据链路层控制协议的问题。

流量控制的关键是协调发送速度与接收速度，使得接收节点来得及接收发送节点发送的数据帧。

3-5-1非受限协议基本思路：

发送方只要有信息要发送，就可以不受限制地发送数据帧。

3-5-2停-等协议基本思想：

发送方每发送完一个数据帧，都要等待接收方的确认帧到来，然后再发送下一帧。

接收方每接收到一个数据帧后，都要向发送方发送一个正确接收到数据帧的确认帧。

接收方发现数据帧出现错误，返回一个数据帧出错的信息帧。

发送方重发出错的帧。

3-5-3滑动窗口协议,1滑动窗口协议的规定每一个发送的帧都包含一个序列号，范围从0到某个最大值；

最大值一般取2n-1，则序列号可以用n位（二进制）表示；

停-等滑动窗口协议的最大值取n=1，则序列号为0和1，其他滑动窗口协议的最大值不受限制。

滑动窗口协议中，有一个发送窗口，其中放置允许发送的帧；

一个接收窗口，对应于允许接收的帧。

发送窗口与接收窗口的最大值可以不同。

发送窗口中的序列号表示的是已经发送等待确认的帧的序列号；

接收窗口中的序列号是准备接收的帧的序列号，凡是到来的数据帧的序列号落在接收窗口内的都予以接收，序列号不在接收窗口内的拒绝接收。

发送窗口随着发送帧的被确认，从缓冲区删除而向前滑动；

接收窗口随着接收帧上交给网络层而向前滑动。

在发送方为发送的帧设置定时器，如果在规定的时间内没有收到确认帧，则认为超时。

这时发送方就要重传已经超时的帧,3-5-3滑动窗口协议2一位滑动窗口协议最大滑动窗口为1。

每发送一帧必须等待确认后，才能发送下一帧。

3-5-3滑动窗口协议3退后N帧协议,思路：

发送方在发送帧的过程中，如果某帧出错，发送方并不知道，仍然将发送窗口允许发送的帧发完。

接收方发现出错的帧，将出错的帧及其后续帧一起丢弃，并不对出错的帧发送确认帧。

发送方在超时后仍然收不到确认帧，需要从出错的帧开始重传所有已发送但未被确认的帧。

3-5-3滑动窗口协议4选择重传协议,思路：

接收方发现有出错的帧后，只把该出错的帧丢弃，其后续帧保存在接收方的缓存中，并向发送方发送对出错帧的非确认帧（NAK），通知发送方。

发送方只重传该出错帧。

接收方正确接收到重传的帧后，再按帧的序列号重组并向上一层提交。

3-5-4流量控制协议的约束条件设K为帧序列号的位数（二进制）退后N帧协议窗口大小的约束条件发送和接收窗口尺寸必须小于2k选择重传协议窗口大小的约束条件两个窗口尺寸相同：

两个窗口的尺寸都必须小于或等于2k-1。

两个窗口尺寸不同：

两个窗口尺寸之和小于或等于2k。

3-6高级数据链路协议HDLC,HDLC是一个典型的数据链路层协议，在世界范围内广泛使用。

HDLC是一个面向位的协议，它支持半双工和全双工通信。

3-6-1三种类型的工作站主站主站发送命令给其他站，并根据它们的响应管理数据流。

从站从站对主站的命令做出响应。

组合站组合站既扮演主站又扮演从站的角色。

图3-343种工作站,3-6-2三种响应模式1常规响应模式主站控制通信适用于点对点连接和多点连接，见图3-34（和（b）。

异步响应模式从站更独立，它在无明确指令或允许的情况下，能传送数据或控制信息给其他站。

适用于点对点连接，见图3-34（a）异步平衡模式每一个站都能发送数据、控制信息或命令。

适用于用连接组合站结构，见图3-34（c）,3-6-3帧格式,标志字段F用“01111110”来标记每一帧的开始和结束。

避免标志比特串在其他的字段中出现，使用“位填充”方法。

地址字段A从站地址3信息字段I用来存放要传输的数据信息，其长度可变。

4帧检验字段FCS采用CRC检验码，检测帧中的A、C和I段。

3-6-3帧格式5控制字段C,用来发送状态信息或发布命令，内容取决于帧的类型。

信息帧I,监控帧S,无编号帧U,0,1,0,1,1,M,M,P/F,P/F,P/F,N（R）,N（R）,N（S）,S,3-6-4帧类型1信息帧用来传输信息，并且使用退后n帧协议或选择重传协议控制流量。

N（S）表示本站已经发送而等待确认的帧序号N（R）表示本站正在等待接收的下一帧序号，也可以理解为所有号数小于等