第二章 网络基本概念

第二章网络基本概念2.1.1计算机网络阶段计算机网络发展的四个阶段：1.20世纪50年代，计算机技术与通信技术开始结合；2.20世纪60年代，美国的ARPANET与分组交换技术；3.20世纪70年代，各种网络迅速发展，ISO出现；4.20世纪90年代，Internet的广泛应用，各种技术研究与发展。

2.1.2计算机网络的形成新技术出现的必须具备两个条件：1.强烈的社会需求；2.前期技术的成熟2.1.3 网络体系结构与协议标准化2.1.4 互联网的应用与高速网络技术发展1.互联网高速发展2.信息高速公路建设1993年9月，美国公布国家信息基础设施（NII）计划,NII被形象地称信息高速公路1995年2月，全球信息基础设施委员会成立，目的是推动与协调各国信息技术与信息服务的发展与应用3.基于Web技术的互联网应用的发展4.基于P2P技术的网络应用发展P2P（Peer-to-Peer），以“非中心化”的方式使得更多的用户计算机同时身兼客户机与服务器的双重身份，被评价为“改变互联网的新一代网络技术”5.网络安全技术的发展2.1.5 宽带城域网的发展要满足大规模互联网接入和提供多种互联网服务，电信运营商必须提供全程、全网、端到端、可灵活配置的宽带城域网早期城域网的首选技术是光纤环网，产品是光纤分布式数据接口（FDDI）。

设计FDDI 的目的是为了实现高速、高可靠性和大范围局域网连接FDDI采用光纤作为传输介质，具有双环结构和快速自愈能力，传输速率为100Mbps，可以用于100km范围内的局域网互联，能够适应城域网主干网建设的需要宽带城域网的出现使传统的通信网络在概念与技术上都发生很大的变化宽带城域网应用包括核心交换网与接入网可以形象地将家庭、机关、企业的计算机接入地区主干网的问题称为信息高速公路的“最后一千米”问题。

接入网技术解决的是最终用户接入地区性网络的问题可以作为用户接入网的主要有3类：计算机网络、电信通信网与广播电视网。

互联网的用户接入方式主要分为5类：地面有线通信系统、无线通信和移动通信网、卫星通信网、有线电视网和地面广播电视网。

计算机局域网被归为地面有线通信系统，被称为用户连入信息高速公路的5条车道2.1.6 我国互联网的发展2.2 计算机网络的基本概述2.2.1 计算机网络定义的基本内容计算机网络定义可以分为3类：广义的观点、资源共享的观点与用户透明性的观点资源共享的观点将计算机网络定义为“以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合”2.2.2 计算机网络的分类按覆盖的地理范围划分，计算机网络可以分为3类1.局域网（1）有限的地理范围，适用于机关、校园、工厂（2）高速数据传输速率（10Mbps-10G bps）、低误码率的数据传输环境（3）属于一个单位，易于建立、维护与扩展（4）从介质访问的控制方法的角度来看，局域网可以分为共享局域网与交换局域网）2.城域网设计目标是满足几十千米范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网的互联需求，以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息传输3.广域网覆盖的地理范围从几十公里到几千公里。

广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，将分布在不同地区的计算机系统互连起来，以达到资源共享的目的2.2.3计算机网络的拓扑结构1.计算机网络拓扑的定义网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，以反映网络中各个实体之间的结构关系。

拓扑设计是建设计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础。

计算机网络拓扑主要是通信子网的拓扑构型。

2.网络拓扑的分类根据通信子网中通信信道的类型，网络拓扑可以分为两类：广播信道通信子网的拓扑与点对点线路通信子网的拓扑广播信道通信子网中，一个公共的通信信道被多个网络结点共享。

其基本拓扑构型有4种：总线型、树型、环型、无线通信与卫星通信型。

在采用点对点线路的通信子网中，每条物理线路连接两个结点。

其基本拓扑构型有4种：星型、环型、树型与网状型。

3.点对点线路通信子网的拓扑（1）星型拓扑：结构简单，易于实现，便于管理。

但是，网络的中心结点是全网可靠性的瓶颈，中心结点的故障可能造成全网瘫痪（2）环形拓扑：结构简单，传输延时确定，但是环中每个结点与连接结点之间的通信线路都会成网络可靠性的瓶颈。

环维护处理比较复杂（3）树型拓扑结点按层次进行连接，信息交换主要在上、上结点之间进行，相邻及同层结点之间一般不进行数据交换或数据交换量小，可以看成星形的扩展，适用于汇集信息的应用要求。

（4）网状型拓扑结点之间的连接是任意的，没有规律。

网状型拓扑的主要优点是系统可靠性高，但是网状型拓扑的结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法。

目前实际存在与使用的广域网基本上都采用网状型拓扑构型2.2.4 描述计算机网络传输特性的参数（数据传输速率与误码率）1.数据传输速率在数值上等于每秒种传输构成数据代码的二进制比特数S＝1/T （bps）常用的数据传输速率单位有Kbps、Mbps、Gbps、Tbps奈奎斯特就推导出具有理想低通矩形特性的信道在无噪声情况下的最高速率与带宽关系的关系，奈奎斯特定理指出：最大数据传输速率约等于信道带宽的2倍香农定理中，提出信噪比。

误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于Pe=Ne/N，N为传输的二进制码元总数，Ne为被传错的码元数。

误码率不是越低越好2.3 分组交换技术的基本概念2.3.1 电路交换的基本概念在早期，采用的方法基本可以分为两类：电路交换、存储转发交换。

存储转发交换又可以分为两类：报文存储转发交换和报文分组存储转发交换电路交换方式与电话交换的工作过程类似。

电路交换的通信过程分为3个阶段1.线路建立阶段2.数据传输阶段3.线路释放阶段电路交换方式的优点是：通信实时性强，适用于交互式会话类通信。

电路交换方式的缺点是：对突发性通信不适应，系统效率低；不具务存储数据的能力，不能平滑通信量；不具务差错控制能力，无法发现和纠正传输过程中发生的差错2.3.2 存储转发交换的特点存储转发交换与电路交换的区别表现在两个方面：（1）发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元进入通信子网（2）通信子网的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路径选择和转发功能。

存储转发交换方式可以分为两类：报文交换与报文分组交换利用存储转发交换原理传送数据时，被传送的数据单元相应可以分为两类：报文与报文分组如果在发送数据时可以不管数据长度，而只是将它当做一个逻辑单元，则可以在数据中加上目的地址，源地址与控制信息，并按照一定格式打包后组成一个报文。

另一种方法是限制数据的最大长度分组交换成为当前计算机网络中基本的交换技术2.3.3 数据报方式与虚电路方式1.数据报方式分组交换技术可以分类两类：数据报与虚电路数据报是报文分组存储转发的一种形式。

在数据报方式中，分组传输前不需要预先在源主机与目的主机之间建立“线路连接。

”源主机发送的每个分组都可以独立选择一条传输路径，每个分组在通信子网中可能通过不同的传输路径到达目的主机特点：1.同一报文的不同分组可以经过不同的传输路径通过通信子网。

2.同一报文的不同分组到达目的结点时能出现乱序、重复和丢失现象。

3.每个分组在传输过程中都必须带有目的地址和源地址 4.数据报方式传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信2.虚电路方式试图将数据报与电路交换结合。

数据报方式在分组发送前，发送方与接收方之间不需要预先建立连接。

虚电路方式在分组发送前，在发送方和接收方需要建立一条逻辑连接的虚电路。

虚电路方式的工作过程分为3个阶段：虚电路建立阶段、数据传输阶段与虚电路拆除阶段特点：1.在每次分组传输之前，需要在源主机与目的主机之间建立一条逻辑连接2.一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送，因此分组不必带目的地址、源地址等信息。

分组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象3.分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要进行差错校验，而不需要进行路由选择4.通信子网中的每个结点可以与任何结点建立多条虚电路连接虚电路方式与电路交换方式的区别：虚电路是在传输分组时建立逻辑连接，称之为“虚电路”是因为这种电路不是专用。

每个结点可以同时与多个结点之间具有虚电路，每条虚电路支持这两个结点之间的数据传输2.4 网络体系结构与网络协议的基本概念2.4.1 网络体系结构的基本概念为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议。

网络协议由3个要素组成：语法、语义、时序（1）语法，规定用户数据与控制信息的结构和格式（2）语义，规定需要发出何种控制信息以及完成的动作与做出的响应（3）时序，即对事件实现顺序的说细说明计算机网络体系结构是指计算机网络层次结构模型和各层协议的集合采用层次结构的好处：1.各层之间相互独立2.灵活性好3.各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不影响其他层4.易于实现和维护5.有利于促进标准化世界上第一个网络体系结构是IBM公司于1974年提出的SNA（系统网络体系结构）2.4.2 ISO/OSI参考模型1.OSI参考模型的基本概念在OSI中，采用了三级抽象，即体系结构、服务定义和协议规格说明OSI参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包括的可能的服务OSI参考模型并不是一个标准，而只是一个在制定标准时所使用的概念性的框架2.OSI参考模型的结构与各层的主要功能ISO将整个通信功能划分为7个层次，原则如下：（1）网中各结点都有相同的层次（2）不同结点的同等层具有相同的功能（3）同一结点内相邻层之间通过接口通信（4）每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务（5）不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信各层的主要功能如下：（1）物理层：物理层位于最低层。

主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明地传送比特流（2）数据链路层：在通信的实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，并且采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路（3）网络层：是通过路由选择算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。

网络层要实现路由选择、拥塞控制与网络互连等功能（4）传输层：是向用户提供可靠的端到端服务，透明地传送报文。

它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因而是计算机通信体系结构中最关键的一层（5）会话层：组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换（6）表示层：主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。

它包括数据格式交换、数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能（7）应用层：应用层将确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要。