*理解计算机网络的基本概念 *了解计算机网络的基本功能
*理解LAN、MAN和WAN的组成和功能 *掌握常见的网络拓朴结构及特点 *理解OSI参考模型的基本结构 *理解TCP/IP模型的基本组成 主要学习内容 :
1.1 计算机网络的发展过程 1.2 计算机网络的组成 1。3 计算机网络的功能 1.4 计算机网络的分类
1。5 计算机网络的拓朴结构
1。6 计算机网络的标准及相关标准化组织 1。1 计算机网络的发展过程
计算机网络是计算机技术和通信技术的产物. 网络的雏形:多终端的大型机。 以共享资源为目的的计算机网络 : 基于个人计算机的局域网 :
标准化网络 :基于OSI/RM七层参考模型的网络
Internet简介 因特网的演进:
1969—1983 研究试验阶段
1983—1994 因特网在教育科研领域广泛使用的实用阶段 1994-现在 商业化发展阶段 重要历史事件 : 计算机网络定义 :
计算机网络是自主计算机的互联集合。
互联可以通过电缆(电话线、网线或光纤等)来实现,也可以采用无线连接,使用无线电信号、激光或红外技术、或者卫星传输.总之,两台计算机如果能互相交换信息即称为互联。 自主计算机其实就是指具有独立功能的计算机。如果一台计算机脱离了网络或其它计算机就不能工作,则不是自主的. 1.2 计算机网络的组成 计算机网络的硬件组成 : 通信子网和资源子网 :
在整个计算机网络中总会有一部分是用来对信息进行传递的,对于网络中的这部分我们称之为通信子网。
网络的另一个重要作用就是提供各种服务。在网络中由资源子网来完成这些功能。 1。3 计算机网络的功能 核心问题是资源共享。其目的是让网络上的用户无论资源的物理位置在哪里,都能使用网络中的程序、设备,尤其是数据。这样可以使用户解脱“地理位置的束缚”,同时带来经济上的好处。
第二个功能是依靠可替代的资源来提高可靠性. 网络的另一个目的是可扩充性,即当工作负荷加大时,只要增加更多的处理器,就能逐步改善系统的性能。
建立网络的另一个目的与技术没有太大的关系。计算机网络可以为分布在各地雇员提供强大的通信手段。
1.4 计算机网络的分类 分类标准:
LAN MAN WAN的距离标准 : 1.5 计算机网络的拓扑结构
计算机网络的拓扑结构 :是指计算机网络的硬件系统的连接形式即网络的硬件 布局,通常用不同的拓扑来描述对物理设备进行布线的不同方案。 最常用的网络拓扑有:
总线型、环型、星形、网状、混合型。 1。6 计算机网络体系结构简介 1.6。1 协议和体系结构的概念
协议原为外交辞令,据说是为了在国与国之间进行顺利交流而规定的约束事项(规则)。 例:我们平时进行交流时都要遵循一定的规则: *在法庭,双方必须按照一定的次序轮流发言; *开车时,转弯必须打出信号来通知周围的车辆;
*驾驶飞机时,飞行员遵照一种制定得非常详细的标准来和其他飞机通信,以维护空中的交通;
计算机网络中,协议的定义是计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合。协议有三个要素,即:
(1)语法(Syntax):数据与控制信息的格式、数据编码等。
(2)语义(Semantics):控制信息的内容,需要做出的动作及响应。 (3)时序(Timing):事件先后顺序和速度匹配。 1。6.2 ISO/OSI参考模型 分层的好处: 使网络变得更简单
将网络部件标准化 有利于模块化设计 保证不同类型部件的 互操作性
加快了技术发展的速度 简化了教育和学习 OSI参考模型:
ISO/OSI参考模型分层的原则: 网络中各结点都具相同的层次;
不同结点的相同层具有相同的功能; 同一结点内各相邻层之间通过接口通信;
每一层可以使用下层提供的服务,并向其上层提供服务; 不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信. PDU协议数据单元:
1。6。3 TCP/IP参考模型 TCP/IP与OSI/RM对照比较图
1。7 计算机网络协议相关的标准化组织
ISO(International Organization for Standard )
成立于1947年,是世界上最大的国际标准化专门机构,是联合国甲级咨询机构. 它的成员是89个成员国的国家标准化组织.
美国在ISO中的代表是ANSI,大家所熟悉的ASCII和C语言的工业界标准,就是由ANSI所制定的。
ISO在网络领域的最突出贡献就是提出OSI参考模型,该模型是网络发展史上的一个重要里程碑.
IETF(Internet Engineering Task Force) 是一个国际性团体。它主要的工作是制定关于因特网的各种标准。其成员包括网络设计者、制造商、研究人员以及所有对因特网的正常运转和持续发展感兴趣的个人或组织。因为因特网覆盖范围大,连接的成员很多,所以很多组织都希望通过加入IETF使技术向有利于自己的方向发展。
IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)
电气和电子工程师协会IEEE是世界上最大的专业技术团体,由计算机和工程学专业人士组成。它创办了许多刊物,定期举行研讨会,还有一个专门负责制定标准的下属机构。IEEE在计算机网络界的最大贡献就是制定了802标准系列,802标准将局域网的各种技术进行了标准化。 本章小结:
在这一章主要讲解了以下主要内容: 计算机网络的产生、发展; 计算机网络定义、基本功能;
计算机网络的组成、网络的常用分类; 网络常见拓扑结构的特点; 常用传输介质的特点与使用。 作业思考题:
1、什么是计算机网络,它主要涉及哪些方面? 2、试述计算机网络的主要功能和应用 3、计算机网络可从哪几个方面进行分类? 4、什么是资源子网?什么是通信子网?
5、常 见的局域网拓扑结构有哪几种?简述它们的主要特点. 6、计算机网络的硬件组成包括哪几部分? 7、网络协议的主要要素包括什么?
8、简述OSI参考模型中各层的主要功能.
上课时间 课题 教 学 目 的 教学方法 上课节次 4 课型 多媒体教学 第二章 数据通信基础 通过本章的学习,让学生了解计算机网络中数据通信原理,明白计算机网络分层的思想,理解OSI模型各层在数据通信过程中所起的作用.从而为后面学习计算机网络实用技能打下良好的理论基础. 以课堂讲授为主,对本章难点进行讨论 本章重点有: 1、数据的编码技术; 2、数据通信的同步技术 重 3、多路复用技术; 点 4、数据交换技术; 与 5、OSI模型 难 本章难点有: 点 1、各种数据编码原则; 2、多路复用技术的应用; 3、各种数据交换技术的特点与应用 4、OSI模型中各层主要功能 思考题 : 1。解释消息、数据、信号三者之间的区别。数据类型分为几种?信号类型有几种? 课 2.什么是模拟数据?什么是数字数据?它们之间的区别 外 3.何为频带传输?数字信号采用频带传输,有哪几种传输方式? 作 4。数据通信同步方式有几种?各自的优缺点是什么? 业 5。OSI/RM模型分为几层?各有什么作用? 与 6.调制的方法有几种?有什么区别? 要 7.数字数据的数字信号编码有几种方式?具体如何实现? 求 8。什么是单工、半双工、全双工? 9。多路复用有几种方式? 10。什么是数据交换?有几种交换方法? 第2章 数据通信基础 本章学习目标
*掌握信息、数据和信号的概念 *掌握模拟和数字的概念 *掌握数据传输的几种形式
*了解数据通信系统的构成及其各部件的作用 *掌握传输信号的几种编码形式及特点
*掌握多路复用技术的分类及各自的特点和用途 *理解检测传输位出错的几种差错控制码 主要学习内容:
2。1 数据通信系统组成 2.2 数据通信的基本概念 2。3 数据编码技术
2.4 数据通信的基本方式 2。5 多路复用技术 2。6 数据交换方式 2。7 差错检验和控制 2。1 数据通信系统组成
2.1。1 数据与信息
信息:是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。 数据:是把事件的某些属性规范化后的表现形式. 信号:是数据的具体的物理表现。 例子 :
信息:人对雪花和马的认识
数据:文字,二进制数,十进制数 信号:电压,光,磁场强度 2.1。2 信号与信号传输 两种不同类型的量:
A.时间、温度、电波、声音
信号中没有断开或不连续的的地方; B。字符,二进制数,电脉冲 信号仅取一些有限数目的值; 模拟与数字的特点 模拟:
波动性; 持续变化;
反映事物的本质; 在电信业已经被广泛; 使用超过100年; 数字:
离散性; 跃变性;
设备性能先进; 较为便宜;
(a)模拟信号 (b)数字信号 数据传输:
2。1.3 基本概念和术语
数据传输速率: bps (bit per second),用C表示 信号传输速率:波特(Baud),用B表示 两者关系:C=B×log2n n是调制电平数 带宽(Bandwidth )(HZ) 数据速率
奈奎斯特公式:
最大数据传输速率 C=2Hlog2L(bps) 香农公式:
最大数据传输速率 C=Hlog2(1+S/N)(bps) 2。2 数据通信系统的构成 数据通信系统模型 2。3 数据编码技术
2。3.1 数字数据用数字信号表示 不归零编码NRZ
(Non—Return-Zero) 曼彻斯特编码
(Manchester Encoding) 差(微)分曼彻斯特编码
(Differential Manchester Encoding) 2.3。2 数字数据用模拟信号表示 载波信号:Asin(2nft+Φ)
AM:幅移键控
(Amplitude Shift Keying—ASK) FM:频移键控
(Frequency Shift Keying-FSK) PM:相移键控
(Phase Shift Keying-PSK)
2。3。3 模拟数据用数字信号表示 1、脉冲编码调制(PCM) 2、增量调制(DM)
2。4 数据通信的基本方式 2。4.1 数据通信的操作方式 2。4。2 同步和异步传输 同步通信格式: 异步通信格式 : 2.5 多路复用技术:
用一条高速线路传送多条低速线路的数据. 分类:
频分多路复用
(FDM—Frequency Division Multiplexing) 时分多路复用
(TDM-Time Division Multiplexing) 波分多路复用
(WDM—Wavelength Division Multiplexing) 频分多路复用
(FDM—Frequency Division Multiplexing)
特点:信号被划分成若干通道(频道,波段),每个通道独立进行数据传递 应用:无线电广播,电视 时分多路复用
TDM—Time Division Multiplexing)
特点:多条低速线路轮流使用同一条高速线路进行数据传递. 应用:电话主干线路。 波分多路复用
(WDM—Wavelength Division Multiplexing) 应用:光缆线路. 2。6 数据交换方式 2。6。1 电路交换 特点:
1。有通话的建立过程;
2。通话建立以后源与目的间有一条专用的通路存在. 2。6.2 报文交换 特点:
1。无呼叫建立和专用通路;2。存储-转发式的发送技术。 2.6。3 分组交换 特点:
1。无呼叫建立和专用通路 2。存储-转发式的发送技术
3.将数据分成有大小限制的分组后发送 三种交换技术对比: 从线路利用率
A存在呼叫建立,专有线路上不传送数据时浪费资源 B没有呼叫建立,只有发送数据时才占用线路
C除了B的特点外,在接收分组时可以发送下一个分组 从传输速率
A固定的传输速率、会有呼叫阻塞
B,C能进行速率转换、虽会降速但不会阻塞可以使用优先级 从传输延时性 A实时性强
B,C存在时延和额外开销 2。7 差错检验和控制 2.7.1 差错类型 随机差错 突发差错
2。7。2 差错检测码 奇偶校验码 循环冗余校验码
水平奇偶校验例子: 循环冗余码(CRC)
前提:发送方和接受方必须事先商定一个二进制数G(x) (生成多项式).
发送端:计算校验和,将校验和加在数据末尾,使这个带校验和的数据能被G(x)除尽. 接收端:收到带校验和的数据后,用G(x)去除它,如果有余数,则传输出错。 实现:用简单的硬件(移位寄存器电路)即可。 循环冗余码(CRC)例子: 数据=1101011011
G(X)(生成多项式)=10011 传输码元=数据(移位后)
+余数11010110111110 本章小结:
在这一章主要讲解了以下主要内容: 信息、数据和信号的概念; 模拟和数字的概念; 数据传输的几种形式;
数据通信系统的构成及其各部件的作用; 传输信号的几种编码形式及特点;
多路复用技术的分类及各自的特点和用途; 解检测传输位出错的几种差错控制码。 作业思考题 :
1.解释消息、数据、信号三者之间的区别。数据类型分为几种?信号类型有几种? 2。什么是模拟数据?什么是数字数据?它们之间的区别
3.何为频带传输?数字信号采用频带传输,有哪几种传输方式? 4。数据通信同步方式有几种?各自的优缺点是什么? 5.OSI/RM模型分为几层?各有什么作用? 6。调制的方法有几种?有什么区别?
7。数字数据的数字信号编码有几种方式?具体如何实现? 8。什么是单工、半双工、全双工? 9。多路复用有几种方式?
10。什么是数据交换?有几种交换方法? 上课时间 课题 教 学 上课节次 4 课型 多媒体教学 第三章 物理层 通过本章学习,让学生掌握物理层的概念以及物理层的主要功能和各种接口规范。 目 的 教学方法 以课堂讲授为主,对本章难点进行讨论 本章重点有: 1、物理层的功能; 2、常用的传输介质 3、无线传输 4、ISDN及ATM简介。 本章难点有: 1、常用的传输介质 2、无线传输 思考题 : 1、物理层的功能是什么? 2、物理层接口有什么特性? 3、为什么双绞线是目前应用最广泛的传输媒体? 4、什么是ISDN? 5、什么是ATM? 6、计算机网络常用的传输介质有哪些? 7、UTP 是什么传输介质? STP 是什么? 8、同轴电缆分为几类?有什么特点? 9、光缆分几类,各有何特点? 10、在选择传输介质时需考虑的主要因素是什么? 重 点 与 难 点 课 外 作 业 与 要 求 第3章 物理层 本章学习目标
*掌握物理层的基本概念及四个特征
*熟练掌握各种传输媒体的特性与应用技术 *理解无线网络的工作原理及特点 *了解ISDN与ATM传输基本技术与特点 *掌握物理层标准的意义与功能 主要学习内容 : 3.1 物理层基本功能 3。2 常用的传输介质 3.3 无线传输
3.4 ISDN及ATM简介 3。5 物理层协议举例 3。1 物理层基本概念 机械特性
指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列方式,定义接插及锁紧方式等。 电气特性
指明在接口电缆的线路上出现的电压、电流等范围。 功能特性
指明某条线上出现的某一电平的电压信号表示何种意义,通信过程中完成何种功能。 规程特性
指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。是功能事件时序的描述。 3。2 物理层中的传输媒体 3。2。1 分类 有线:
同轴电缆、双绞线、光纤。
无线:
卫星、无线、红外通信、激光通信、微波。 双绞线 同轴电缆 光缆
3。3 无线网络 电磁波谱
无线局域网 PC—PC 无线局域网 PC-LAN 微波通信 卫星通信
低轨道卫星通信 3。4 ISDN与ATM
ISDN-—综合业务数字网
(Integrated Services Digital Network) ISDN的特性: 1、数字连接 2、综合业务 3、标准入网接口 ATM-—异步传输模式
(Asynchronous Transfer Mode) 主要特点:
固定信元、简化数据链路层功能、高效灵活的复用技术、能支持不同速率的各种业务、面向连接.
3.5 物理层协议举例 RS—232接口
RS—232接口——机械特性 RS—232接口—-功能特性
RS-232接口--信号功能与连接图 本章小结:
在这一章主要讲解了以下主要内容: 物理层的基本概念及四个特征; 各种传输媒体的特性与应用技术; 无线网络的工作原理及特点; ISDN与ATM传输基本技术与特点; 物理层标准的意义与功能。 作业思考题
1、物理层的功能是什么? 2、物理层接口有什么特性?
3、为什么双绞线是目前应用最广泛的传输媒体? 4、什么是ISDN? 5、什么是ATM?
6、计算机网络常用的传输介质有哪些? 7、UTP 是什么传输介质? STP 是什么? 8、同轴电缆分为几类?有什么特点? 9、光缆分几类,各有何特点?
10、在选择传输介质时需考虑的主要因素是什么? 上课时间 课题 上课节次 4 课型 多媒体教学 第四章 数据链路层 教 学 目 的 教学方法 通过本章的学习,让学生掌握数据链路层的各种协议,包括滑动窗口协议等,掌握面向比特的链路控制规程,掌握点对点协议。 以课堂讲授为主,对本章难点进行讨论 本章重点有: 1. 链路、数据链路的概念,数据链路层的功能 2. 停止等待协议的工作原理与过程 3. 数据链路层是如何进行差错控制的 4. 数据链路层流量控制的意义与方法 5. 面向比特数据链路层协议HDLC的帧结构与帧分类 6. PPP链路协议的工作过程 本章难点有: 1. 停止等待协议的工作原理与过程 2. 数据链路层是如何进行差错控制的 3. 数据链路层流量控制的意义与方法 4. 面向比特数据链路层协议HDLC的帧结构与帧分类 思考题 : 1、数据链路层的主要功能是什么? 2、建树滑动窗口协议的工作原理 3、建树HDLC帧各字段的意义以及如何实现透明传输? 4、PPP协议是如何工作的? 5、简述HDLC帧各字段的意义以及如何实现透明传输? 6、HDLC帧分为哪几类?各有什么作用? 7、简述HDLC帧发送序号和接收序号的作用。 重 点 与 难 点 课 外 作 业 与 要 求 第4章 数据链路层 本章学习目标
*链路、数据链路的概念,数据链路层的功能 *停止等待协议的工作原理与过程 *数据链路层是如何进行差错控制的 *数据链路层流量控制的意义与方法
*面向比特数据链路层协议HDLC的帧结构与帧分类 *PPP链路协议的工作过程 主要学习内容
4。1 数据链路层功能 4.2 停止等待协议 4。3 连续ARQ协议 4。4 流量控制
4。5 面向比特的链路控制规程HDLC 4。6 Internet的链路层协议 4。1 数据链路层功能
1、链路管理:当网络中的两个结点进行通信时,发送方必须确知接收方是否已处在准备接收状态.
2、帧同步:数据链路层,数据传送的单位是帧。 3、流量控制:协调发送方与接收方的工作.
4、差错控制:接收方可通过校验帧的差错编码,判断接收到的帧是否有差错。 5、透明传输:所谓透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组合,都应能够在链路上传送.
6、寻址:在多点连接的情况下,保证每一帧都能送到正确的目的站。 4。2 停止等待协议
两个结点数据链路层间的通信模型: 理想链路的通信。
实际链路的通信:采用停止等待协议保证数据通信双方的协调工作。 停止等待协议的工作原理: 4。3 连续ARQ协议 工作原理:
连续ARQ协议,即采用连续自动请求重传方案。发送方可以连续发送一系列信息帧,即不用等待前一帧被确认便可发送下一帧。这就需要在发送方设置一个较大的缓冲存储空间,用以存放若干待确认的信息帧.当发送方收到对某信息帧的确认帧后便可从帧缓存中将该信息帧删除,并继续发送数据帧.所以,连续ARQ协议使得信道利用率大大提高。 4.4 流量控制
4。4.1 XON/XOFF方案
XON/XOFF主要应用于面向字符通信中,使用一对控制字符来实现流量控制。其中XON采用ASCII字符集中的控制字符DC1,XOFF采用ASCII字符集中的控制字符DC3。在一次数据传输过程中,XOFF、XON的周期可重复多次.但这些操作对用户来说是透明的。许多异步数据通信软件包均支持XON/XOFF协议。 4。4。2 窗口机制
连续ARQ协议发送方是不能无限制地发送数据帧的,主要因为:
(1)由于发送的数据帧都未被确认,需要在发送方缓存中保留副本,以备重传。计算机的硬件资源是有限的,缓存容量不能无限制增加。
(2)发送数据帧过多,一旦有一帧出现错误,可能有很多帧需要重传,造成很大的浪费,增加了很多不必要的开销.
(3)为了对连续发送的大量数据帧进行编号,每帧的发送序号也要占用较多的比特,又增加了一定的开销。
因此需要对此协议中连续发送的未被确认的帧数做一定的限制,这就是滑动窗口协议。 4.5 面向比特的链路控制规程HDLC 4.5。1 HDLC概述
数据链路层协议标准,可分为两类,面向字符的与面向比特的链路控制协议。典型的面向字符的链路控制协议为IBM公司的BSC规程;面向比特的链路控制协议为HDLC协议.HDLC可适用于链路的两种基本配置,即非平衡配置与平衡配置。非平衡配置有两种数据传送方式:正常响应方式NRM和异步响应方式ARM。平衡配置则只有异步平衡方式ABM。 4。5。2 HDLC的帧结构
HDLC定义了三种类型的帧,即信息帧、监控帧与无编号帧。 4.6 Internet的链路层协议
用户接入Internet的一般方法有两种。
一种是用户通过电话线,拨号接入Internet,另一种是使用专线接入。不管使用哪一种方法,在传送数据时都需要有数据链路层协议。 全世界范围内使用最多的协议为:
点对点协议PPP(Point-to-Point Protocol)
而早期Internet使用的是非常简单的面向字符的协议SLIP(Serial Line Internet Protocol),但SLIP缺点很多。 PPP的帧格式与HDLC帧格式很相似: 其中:标志字段为7E(01111110),地址字段为FF(11111111),控制字段为03(00000110).这三各字段是固定不变的,所有PPP帧都应以07EFF03开始。协议字段占两个字节,当协议字段为0021时,PPP帧的信息就是IP数据报.若为C021,则信息字段是PPP链路控制数据.而8021表示这是网络控制数据。帧校验序列FCS与HDLC的相同。由于PPP不是面向比特的,因此帧的长度应为整数个字节。 PPP的工作过程:
PPP的工作过程状态图
本章小结:
在这一章主要讲解了以下主要内容:
链路、数据链路的概念,数据链路层的功能; 停止等待协议的工作原理与过程; 数据链路层是如何进行差错控制的; 数据链路层流量控制的意义与方法;
面向比特数据链路层协议HDLC的帧结构与帧分类; PPP链路协议的工作过程。 作业思考题 :
1、数据链路层的主要功能是什么? 2、建树滑动窗口协议的工作原理
3、建树HDLC帧各字段的意义以及如何实现透明传输? 4、PPP协议是如何工作的?
5、简述HDLC帧各字段的意义以及如何实现透明传输? 6、HDLC帧分为哪几类?各有什么作用? 7、简述HDLC帧发送序号和接收序号的作用。
上课时间 课题 教 学 目 的 教学方法 上课节次 5 课型 多媒体教学 第五章 网络层 通过本章学习,让学生掌握一门实用网络通信协议———TCP/IP协议知识:包括TCP/IP协议集中各层主要子协议的作用;让学生能够熟练的对网络主机IP地址的分配和子网划分;以及学会使用TCP/IP常用网络工具来管理和维护网络. 以课堂讲授为主,对本章难点进行讨论 本章重点有: 1、TCP/IP各层之间关系; 2、IP协议的功能; 3、ARP、RARP、TCP、UDP功能; 4、应用层各子协议功能。 本章难点有: 1、IP地址及子网划分的相关知识; 2、常用TCP/IP网络工具的使用. 思考题 : 1。网络协议的三个要素是什么? 2。什么是TCP/IP?TCP/IP的作用是什么? 3.TCP/IP分为几层?各层的作用是什么? 4。简述IP地址的分类。 5。什么是子网掩码?子网掩码的作用是什么? 6。概述UDP协议的特点。 7。 TELNET协议的工作原理是什么? 8。说明POP、SMTP协议的区别。 9。Ping 的作用什么? 10。概述Traceroute、Netstat、ipconfig命令作用. 重 点 与 难 点 课 外 作 业 与 要 求 第5章 网络层 本章学习目标
•了解广域网提供的两种类型的服务
•了解路由选择机制,路由选择算法及拥塞控制原理
•掌握IP地址的分类,IP地址与MAC地址的转换与ARP协议 •掌握IP地址的申请、分配管理与子网划分,子网掩码的运用 •了解IP数据报的格式与工作原理、ICMP的作用 •了解IPv6的机理和工作模式 主要学习内容
5。1 网络层所涉及的有关问题 5.2 路由选择机制 5。3 拥塞控制
5。4 INTERNET 网际协议IP 5.5 下一代网际协议IPv6
5.1 网络层所涉及的有关问题 5。1。1 广域网的概念
网络层是广域网涉及的概念。一般来说,物理层、数据链路层与网络层大部分可以由硬件来实现,而高层基本上是通过软件来实现的。假设应用进程A要与应用进程B交换数据。进程A与进程B分别处于计算机A与计算机B的本地系统环境中,即处于OSI环境之外。 它们进行通信的过程如下图所示: OSI模型的七层结构
5。1。2 网络层提供的服务
网络层向上所提供的服务可以有两大类: (1)无连接的网络服务¡ª数据报服务; (2)面向连接的网络服务¡ª虚电路服务.
数据报服务(Datagram):特点是:主机只要想发送数据就随时可发送,每个分组独立地选择路由。
虚电路服务(Virtual circuit):通信前主机要先发起一个虚呼叫(Virtual Call),即发送一个特定格式的呼叫分组到目的主机,要求进行通信,同时寻找一条合适的路由。 数据报和虚电路比较 5。2 路由选择机制
5.2。1 结点交换机中的路由表
广域网在给接入到网络的每一台计算机进行编址时,采用¡°层次结构的编址方案¡±。 最简单的层次编址方案就是把一个地址分成前后两部分。前一部分表示分组交换机,后一部分表示连接在分组交换机上的计算机。结点交换机的一个重要作用就是提供一个路由表,供转发分组时使用.路由表中没有源站地址。在专门研究广域网的路由问题时,可用图论中的¡°图¡±来表示整个广域网.用结点表示广域网上的结点交换机,用结点之间的连线表示广域网中的链路。在路由表中默认路由的目的站记为符号¡°*¡±。 5。2.2 路由选择的一般原理 1、理想的路由算法:
理想的路由算法应具备的条件: 算法必须是正确的和完整的。 算法在计算上应简单。
算法应能适应通信量和网络拓扑的变化。 算法应具有稳定性。 算法应是公平的。 算法应是最佳的。 2、路由算法的分类
根据路由算法能否随网络的通信量或拓扑自适应的进行调整变化来划分,分为: *非自适应路由选择策略 *自适应路由选择策略 (1)非自适应路由选择 固定路由算法 分散通信量法 洪泛法 随机走动法
(2)自适应路由选择 分布式路由选择策略 集中式路由选择策略 混合式路由选择策略 5.3 拥塞控制
5。3。1 拥塞控制的概念
当(一部分)通信子网中有太多的分组时,其性能降低.这种情况叫做拥塞.造成拥塞有若干因素。如果突然之间,分组流同时从3个或4个输入线到达,并且要求输出到同一线路,就将建立起队列.如果没有足够的空间来保存这些分组,有些分组就会丢失。处理器速度慢也能导致拥塞。拥塞会导致恶性循环。如果路由器没有空余缓冲区,它必须丢掉新到来的分组。拥塞控制和流量控制既有联系又有差异。 5。3。2 拥塞控制的基本原理
解决方案被分为两类:一类是开环,一类是闭环。
开环控制工具的功能包括决定何时接受新的通信,何时丢弃分组,以及丢弃哪些分组,还包括在网络的不同点作计划表。所有这些的共同之处在于,它们在做出决定时并不考虑当前网络的状况。
闭环的解决方案是建立在反馈环路的概念之上的。当用于拥塞控制时,这种方法有3个部分:
*监视系统,检测何时何地发生了拥塞; *将此信息传送到可能采取行动的地方; *调整系统操作以更正问题。 5.3.3 拥塞预防策略
5。4 INTERNET 网际协议IP 5。4.1 TCP/IP模型及协议栈
TCP/IP体系结构与协议栈之间的关系: 5。4。2 IP地址及其转换 1、IP地址及其表示方法:
IP地址是一个32bit的二进制数,采用点分十进制记法,例如:130。9。44。192。 IP地址的结构可以两部分:
网络号(net—id)和主机号(host—id). 对于常用的有A、B、C三类地址.
网络号字段:A类、B类和C类地址的网络号字段分别为1,2和3字节长.
主机号字段:A类、B类和C类地址的主机号字段分别为3,2和1字节长。 2、IP地址的转换
在网络层使用IP地址,但真正标志主机地址的是机器的物理地址,又称为MAC地址。MAC地址是集成在网卡上的,所以又叫做硬件地址。
MAC地址是一个6字节(48bit)二进制数,采用16进制表示法. 例如:09 E0 AC 00 9B 0D.
从IP地址到物理地址的转换是由地址解析协议ARP来完成。
例:新加入网络的主机A,如何完成IP地址到MAC地址的映射查找。
主机A新入网时,它的缓存是空的,此时主机A就自动运行ARP,按以下步骤找出主机B的物理地址。
(1)ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP请求分组,上面有主机B的IP地址; (2)在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组;
(3)主机B在ARP请求分组中见到自己的IP地址,就向主机A发送一个ARP响应分组,写入自已的物理地址; (4)主机A收到主机B的ARP响应分组后,就在其ARP高速缓存中写人主机B的IP地址到物理地址的映射。 RARP的工作过程: 为了使RARP能工作,在局域网上至少有一个主机要充当RARP服务器,无盘工作站先向局域网发出RARP请求分组(在格式上与ARP请求分组相似),并在此分组中给出自己的物理地址.
RARP服务器有一个事先做好的从无盘工作站的物理地址到IP地址的映射表,当收到RARP请求分组后.RARP服务器就从这映射表查出该无盘工作站的IP地址.然后写入RARP响应分组,发回给无盘工作站。无盘工作站用此方法获得自己的IP地址。 5。4。3 IP地址的分配与管理 1、IP地址的申请与管理
IP地址由Internet网络信息中心NIC(Network Information Center)来管理,NIC管理的是IP地址中的net—id字段,而host-id部分则由获得了地址的机构来管理. 2、子网划分
子网的划分纯属本单位内部的事,在本单位以外是看不见这样划分的.子网划分是靠子网掩码 (subnet mask) 来实现的。 例如:
IP地址:130.10.4。1
子网掩码:255。255.252。0 3。 动态IP地址
在IP地址资源较少,网络中的设备较多的情况下,无法给每一个设备分配一个固定的IP地址。此时可采用动态IP地址技术。
动态IP地址技术是指:在网络上设置有动态IP地址分配服务器,将若干IP地址配置在服务器上.当某台主机登录到网络上的时候,动态IP地址分配服务器查看当前是否有剩余的IP地址,如果有便分配给该主机,此时该主机便将所获得的IP地址作为自己的IP地址去构成数据报进行通信.当该主机退出网络时,便释放掉此IP地址,动态IP地址分配服务器将其收回,以便分配给其他登录到网络上的设备。 5。4.4 IP数据报的格式与工作原理 本章小结:
在这一章主要讲解了以下主要内容: 广域网提供的两种类型的服务;
路由选择机制,路由选择算法及拥塞控制原理;
IP地址的分类,IP地址与MAC地址的转换与ARP协议; IP地址的申请、分配管理与子网划分,子网掩码的运用; IP数据报的格式与工作原理、ICMP的作用; IPv6的机理和工作模式. 作业思考题 :
1.网络协议的三个要素是什么?
2.什么是TCP/IP?TCP/IP的作用是什么? 3。TCP/IP分为几层?各层的作用是什么? 4。简述IP地址的分类。
5。什么是子网掩码?子网掩码的作用是什么? 6。概述UDP协议的特点.
7. TELNET协议的工作原理是什么? 8.说明POP、SMTP协议的区别。 9。Ping 的作用什么?
10.概述Traceroute、Netstat、ipconfig命令作用. 上课时间 课题 教 学 目 的 教学方法 重 点 与 难 点 上课节次 4 第六章传输层 通过本章学习,掌握有关传输层的一些概念和基础知识,传输协议(transport protocol)是整个网络体系结构中的关键之一。位于网络层与应用层之间,主要功能是负责应用程序之间的通信,主要有连接端口管理、流量控制、错误处理、数据重发等工作。 以课堂讲授为主,对本章难点进行讨论 本章重点有: 1、掌握有关端口和插口的概念,作用和使用方法 2、掌握关于TCP协议的基础知识 3、了解UDP协议的基础知识 本章难点有: 1、端口的概念和原理 2、TCP协议和报文段的内容 课型 多媒体教学 课 思考题 : 外 1、请简单说明连接端口的功能? 作 2、传输层的作用是什么? 业 3、简述三次握手的过程. 与 4、简述UDP协议的特点. 要 5、简述TCP协议的特点。 求 第6章 传输层 本章学习目标
有关传输层的一些概念和基础知识,了解传输协议(transport protocol)是整个网络体系结构中的关键之一。位于网络层与应用层之间,主要功能是负责应用程序之间的通信,主要有连接端口管理、流量控制、错误处理、数据重发等工作。在本章的学习中要求重点掌握和理解以下内容:
*掌握有关端口和插口的概念,作用和使用方法 *掌握关于TCP协议的基础知识 *了解UDP协议的基础知识 主要学习内容
6。1 传输层提供的服务 6.2 传输控制协议TCP 6。3 用户数据协议UDP 6.1 传输层提供的服务 6。1.1 传输层概述
传输层位于网络体系结构的第四层,如果将其上的各层均作为应用层,则传输层直接与上层应用层进行数据通信,是整个网络体系结构的核心部分。需要注意的是在通信子网中没有传输层,它只存在于通信子网以外的各主机中,如果将整个网络体系结构从网络功能和用户功能角度来划分,传输层不包括在网络功能部分,而是属于用户功能层的最低层。传输层的位置如下图所示. 传输层位置图
6。1.2 提供给高层的服务
传输层的最终目标是利用网络层提供的服务向其用户(一般是应用层的进程),提供有效、可靠且价格合理的服务。其主要任务是:在优化网络服务的基础上,从源端机到目的端机提供可靠的、价格合理的数据传输,使高层服务用户在相互通信时不必关心通信子网实现的细节,即与所使用的网络无关。所以在通信子网内的各个交换节点以及连接各通信子网的路由器中,都没有传输层。
例:设两台计算机主机A和主机B要进行数据通信,如图6—2所示,在计算机A和计算机B上同时有两个应用程序在运行,每对应用程序需要通过两个互连的网络才能进行数据通信,如主机A上的应用程序AP1要和主机B上的应用程序AP3进行通信,数据传输的过程如图6-3所示:
图6-2 多进程通信情况
图6—3 应用程序进行数据通信的过程 两台主机间传送数据的过程:
在物理层上可以透明地传输数据的比特流;在数据链路层上使得各条链路能传送无差错的数据帧(数据帧按顺序、无丢失、不重复);在网络层上提供了路由选择和网络互连的功能,使得主机A发送的数据段能够按照合理的路由到达主机B.但是在这一过程中,到达主机B的数据并不一定是最可靠的,为了提高网络服务的质量,在传输层需要再次优化网络服务,并向高层用户屏蔽通信子网的细节,使高层用户看见的就好像在两个传输层实体之间有一条端到端的、可靠的、全双工的通信通路一样。
在整个通信的过程中,数据在传输层上,才是第一次实现真正意义的端到端的数据通信。 要想实现传输层的功能,必须在主机中装有传输层协议,此协议一般都可支持多个进程的连接.如上述例子中,它同时支持了两对应用进程进行通信.在传输层中完成传输功能的硬件
和软件被称为传输实体TSAP(Transport Service Access Point),通过传输实体,传输层可以向应用层提供传输服务,具体的过程如图6—4所示: 图6—4 传输层与其上下层之间的关系 6。1。3 TCP/IP协议中的传输层
在TCP/IP协议中有两个并列的协议:UDP和TCP。
UDP(User Datagram Protocol),用户数据报协议,是面向无连接的,即在进行数据传输之前不需要建立连接,而目的主机收到数据报后也不需要发回确认。这种协议提供了一种高效的传输服务。 TCP(Transmission Control Protocol),传输控制协议,是面向连接的,即在进行数据传输之前需要先建立连接,而且目的主机收到数据报后要发回确认信息。这种协议提供了一种可靠的传输服务。与UDP相比提供了较多的功能,但是相对的报文格式和运行机制也较为复杂。 6。1。4 端口
TCP/IP传输层可以通过协议端口(protocol port,简称端口)来标识通信的应用进程.传输层就是通过端口与应用层的应用程序进行信息交互的,应用层各种用户进程通过相应的端口与传输层实体进行信息交互.端口实际上是一个16Bit长的地址,范围可以从0至65535.将0至1023端口号称为熟知端口(Well—Known Port),其余1024至65535端口号称为一般端口或(动态)连接端口(Registered/Dynamic),在数据传输过程中,应用层中的各种不同的服务器进程不断地检测分配给它们的端口,以便发现是否有某个应用进程要与它通信。
各端口的意义
图6-6 通过SMTP进行通信的主机
为了使得多主机多进程通信时,不至于发生上述的混乱情况,必须把端口号和主机的IP地址结合起来使用,称为插口或套接字(Scoket).由于主机的IP地址是唯一的,这样目的主机就可以区分收到的数据报的源端机了。
插口包括IP地址(32位)和端口号(16位),共48位。如上图6—6所示:(124。33。13。55,200)和(126。45.21。51,25)就是一对插口,在整个Internet中,在传输层上进行通信的一对插口都必须是唯一的。在上述的例子中,使用的是TCP协议,若使用UDP协议,虽然在进行通信的进程间不需要建立连接,但是在每次传输数据时,都要给出发送端口和接收端口,因此同样也要使用插口。 6。2 传输控制协议TCP 6。2.1 TCP报文的格式 6。2。2 TCP的编号与确认
TCP将所要传送的整个报文段看成是由一个个字节组成的,对于每一个字节进行编号。在传送数据之前,通信双方要首先商定好起始序号,每一次传送数据时,都会将报文段中的第一个字节的序号放在报文段中的确认序号字段中。 在TCP报文段首部含有确认序号字段,通过它可以完成TCP报文的确认,具体的确认是对接收到的数据的最高序号进行确认,返回的确认序号是已经收到的数据的最高序号加1。由于TCP采用全双工的通信方式,因此进行通信的每一方都不必专门发送确认报文段,可以在传送数据的同时进行确认,这种方式称为捎带确认。 6。2。3 TCP的流量控制机制
两用户进程间的流量控制和链路层两相邻结点间的流量控制类似,都要防止快速的发送数据时超过接收者的能力,采用的方法都是基于滑动窗口的原理.但是链路层常采用固定窗口大小,而传输层则采用可变窗口大小和使用动态缓冲分配.在TCP报文段首部的窗口字段写入的数值就是当前设定的接收窗口的大小.假设发送端要发送的数据为8个报文段,每个报文段的长度为100个字节,而此时接收端许诺的发送窗口为400个字节,具体情况如下图6—9所示:
图6—9 滑动窗口机制
实际上实现流量控制并非仅仅为了使得接收方来得及接收而已,还要有控制网络拥塞的作用.比如接收端正处于较空闲的状态,而整个网络的负载却很多,这时如果发送方仍然按照接收方的要求发送数据就会加重网络负荷,由此会引起报文段的时延增大,使得主机不能及
时地收到确认,因此会重发更多的报文段,更加剧了网络的阻塞,形成恶性循环。为了避免发生这种情况,主机应该及时地调整发送速率。 发送端主机在发送数据时,既要考虑到接收方的接收能力,也要考虑网络目前的使用情况,发送方发送窗口大小应该考虑以下几点:
(1)通知窗口(advertised window):这是接收方根据自己的接收能力而确定的接收窗口的大小.
(2)拥塞窗口(congestion window):这是发送方根据目前网络的使用情况而得出的窗口值,也就是来自发送方的流量控制。 当中最小的一个最为适宜,即:
发送窗口=Min[通知窗口,拥塞窗口]
进行拥塞控制,Internet标准推荐使用三种技术,即慢启动(slow—start),加速递减(multiplicative decrease)和拥塞避免(congestion avoidance). 6。2。4 TCP的重发机制
重发机制是TCP协议中最重要和最复杂的问题之一.在这一过程中,关键在于如何设置定时器的时间,定时器的时间应该等于数据报文段往返时延,也就是等于从数据发出到收到对方确认所经历的时间。 TCP采用了一种自适应算法来计算重发超时时间。所有发送正确的报文段的往返时延进行加权平均,得到报文段的平均往返时延RT,而将TCP测量该往返时延所用的时间设为M,根据得到的时延,按照下列的公式进行计算修正的RT: RT=αRT+(1—α)M
α是修正因子,一般取值为7/8.
后来发现设为常量在程序中使用并不是很灵活.
1988年,Jacobson提出一种动态的确定超时重发时间的方法,他提出β的变化要与确认到达时间的概率密度函数的标准偏差大致成比例,并建议采用平均偏差作为对标准偏差的粗略估计。在这种算法中,需要保存另一个修正因子D(偏差值),按照下列公式进行新的计算: D=αD+(1—α)|RT—M|
此时,Phil Karn提出了一种简单的建议:对于已经重发的数据段不需要再修正它的超时重发时间,而是在每次传输失败时将超时时间加倍,直到该数据段传送成功为止.目前大多数TCP程的实现都是采用这种算法。 6。2。5 TCP的传输连接管理 1、TCP连接的建立
第一次握手:源端机发送一个带有本次连接序号的请求。
第二次握手:目的主机收到请求后,如果同意连接,则发回一个带有本次连接序号和源端机连接序号的确认. 第三次握手:源端机收到含有两次初始序号的应答后,再向目的主机发送一个带有两次连接序号的确认.
TCP协议中连接建立的过程 2、连接的释放
第一次握手:由进行数据通信的任意一方提出要求释放连接的请求报文段。
第二次握手:接收端收到此请求后,会发送确认报文段,同时当接收端的所有数据也都已经发送完毕后,接收端会向发送端发送一个带有其自己序号的报文段。
第三次握手:发送端收到接收端的要求释放连接的报文段后,发送反向确认。 TCP连接的释放过程
6。3 用户数据协议UDP 6。3。1 UDP数据报的格式 6.3.2 UDP的工作原理
由于UDP提供的是一种面向无连接的服务,它并不保证可靠的数据传输,不具有确认、重发等机制,而是必须靠上层应用层的协议来处理这些问题。UDP相对于IP协议来说,唯一增加的功能是提供对协议端口的管理,以保证应用进程间进行正常通信.它和对等的UDP实体在传输时不建立端到端的连接,而只是简单地向网络上发送数据或从网络上接收数据。并且,UDP将保留上层应用程序产生的报文的边界,即它不会对报文合并或分段处理,这样使得接收方收到的报文与发送时的报文大小完全一致。
此外,一个UDP模块必须提供产生和验证检验和的功能,但是一个应用程序在使用UDP服务时,可以自由选择是否要求产生检验和。当一个IP模块在收到由IP传来的UDP数据报后,首先检验UDP检验和。如果检验和为0,表示发送方没有计算检验和。如果检验和非0,并且检验和不正确,则UDP将丢弃这个数据报。如果检验和非0,并且正确,则UDP根据数据报中的目标端口号,将其送给指定应用程序等待排队。 本章小结:
在这一章主要讲解了以下主要内容: 有关传输层的一些概念和基础知识;
有关端口和插口的概念,作用和使用方法; 关于TCP协议的基础知识; UDP协议的基础知识. 作业思考题 :
1、请简单说明连接端口的功能? 2、传输层的作用是什么? 3、简述三次握手的过程. 4、简述UDP协议的特点。 5、简述TCP协议的特点。 上课时间 课题 教 学 目 的 教学方法 上课节次 4 第七章应用层 课型 多媒体教学 通过本章学习,让学生掌握应用层的基本概念以及应用层的各种协议,掌握DNS系统的工作原理,了解网页制作的脚本语言的结构,了解动态网页制作的原理. 以课堂讲授为主,对本章难点进行讨论 本章重点有: 1、应用层的基本概念、功能与作用 2、域名系统的组成与工作原理 3、电子邮件的基本组成及工作原理 重 4、文件传输系统工作原理与使用方法 点 5、理解与掌握万维网的工作原理及网站的建立方法 与 6、理解网络管理的含义与功能 难 本章难点有: 点 1、应用层的各种协议。 2、DNS系统的工作原理。 3、网页制作的脚本语言的结构。 4、动态网页制作的原理. 思考题 : 课 1、什么是C/S模式?其特点是什么? 外 2、Internet域名结构是什么样的? 作 3、FTP的作用是什么?其工作原理是什么? 业 4、什么是SNMP?其基本组成和特点是什么? 与 5、网络管理的功能域是什么? 要 6、互联网的域名结构是什么样的? 求 7、应用层协议主要实现的功能是什么? 第7章 应用层协议 本章学习目标
•应用层的基本概念、功能与作用 •域名系统的组成与工作原理 •电子邮件的基本组成及工作原理 •文件传输系统工作原理与使用方法
•理解与掌握万维网的工作原理及网站的建立方法 •理解网络管理的含义与功能
主要学习内容
7。1 应用层协议概述 7。2 域名系统DNS 7.3 文件传输协议FTP 7.4 简单邮件传输协议SMTP 7.5 万维网WWW
7。6 网络管理与SNMP 7。1 应用层协议概述
应用层是OSI网络模型的最高层,是用户应用程序与网络的接口。应用进程通过应用层协议为用户提供最终服务.所谓应用进程是指在为用户解决某一类应用问题时在网络环境中相互通信的进程。应用层协议是规定应用进程在通信时所遵循的协议。
在应用层协议工作时一般使用C/S模式。C/S模式即客户/服务器模式。这种模式描述了两个进程间的服务与被服务关系。
在两个进程进行通信时,请求服务方称为客户,而提供服务方称为服务器.比如在浏览网页时,当我们用鼠标点击某网站的超级链接时,所用的浏览器软件称为客户端软件,由它向远端主机发送浏览网站的请求,在远端主机运行着服务器软件,接收到客户端的请求后,将请求结果即网页传送到客户端,由客户端软件显示给用户。 7。2 域名系统DNS 7。2.1 域名
每台主机都属于某域的成员,或者说属于某一相同组织的计算机组中的一员。域是由域名来标识的。通常域名与公司或其他类型组织联系在一起.Internet将所有连网主机的名字空间划分为许多不同的域(domain)。树根下是最高一级的域,称为顶级域名. Internet采用层次结构的命名树来管理域名。其结构见图7-1所示。 目前Internet顶级域名分为三大类: 国家顶级域名:采用ISO 3166规定。 如cn表示中国,us表示美国等
国际顶级域名:采用int。国际性的组织可在int下注册. 通用顶级域名:如表7-1所列. 图7—1 域名树型结构 表7—1 通用项级域名 7.2。2 域名系统DNS 1、IP地址和域名的转换
在互联的网络中,网络只能识别IP地址,不能识别具有人性化的域名。需要有一种机制,在通信时,将域名转换成IP地址。早在ARPANET时期,网络依靠存储在主机中的ASCII码文件hosts文件来把主机名与IP地址联系起来,称为主机文件。在UNIX系统中文件为/etc/hosts文件,而在Windows系统中文件名为lmhosts。
Internet目前使用的是一种联机分布式数据库系统的域名系统DNS。
在DNS中由域名服务器(DNS Server)完成域名与IP地址的转换过程,这个过程称为域名解析.在Internet上,域名服务器系统是按域名层次来安排的。每个域名服务器不但能够进行域名解析,而且还必须具有与其他域名服务器连接的能力.当本身不能对某个域名解析时,可以自动将解析请求发送到其他域名服务器。 2、域名解析过程
下面我们以处于不同域的两个主机通信实例,说明域名的解析过程。域xyz。com主机A(域名为x.xyz.com)欲与d。abc.com域的主机B(域名为g。d。abc.com)通信。主机A不知道主机B的IP地址。首先向本地域名服务器(授权域名服务器dns。xyz。com)发出请求报文。本地域名服务器没有主机B的信息,向根域名服务器(dns。com)发出请求,若没有主机B的信息,由根域名服务器转发到另外的本地域名服务器(授权域名服务器
dns.abc.com)。依此类推,一直转发到最终的本地域名服务器(dns.d。abc.com)。若有主机B的信息,则将IP地址信息作为响应报文,按请求顺序传送到主机A.若没有主机B的信息,则将出错信息作为响应报文,传送到主机A。图7-3所示为整个域名的解析过程。 7.3 文件传输协议FTP 7。3.1 概述
文件传递协议FTP(File Transfer Protocol)是TCP/IP体系中的一个重要协议,它并不是针对某种具体操作系统或某类具体文件而设计的文件传输协议。它通过一些规程,利用网络低层提供的服务,来完成文件传输的任务。它屏蔽了计算机系统的细节。因此FTP就比较简单和容易使用,它只提供文件传送的一些基本的服务,可以在异构网中任意计算机间传送文件。
FTP服务是由FTP服务器提供服务的。FTP服务器是指运行TCP/IP协议的网络上存储大量文件和数据的计算机主机,它设有公共账号,有公开的资源供用户下载及使用。公用的FTP服务器都支持匿名登录,任何用户都可使用“anonymous”为账号,以自己的电子邮件地址为口令登录到FTP服务器,使用该服务器提供的服务。 7。3.2 FTP工作原理 1、基本概念
FTP使用TCP可靠传输,按C/S模式工作.一个FTP服务器进程可同时为多个客户进程提供服务.服务器进程主要分为两大部分:一个主进程,负责接受新的客户请求并启动相应的从属进程;若干从属进程,负责处理具体的客户请求. 2、工作过程
(1)在服务器端首先启动FTP主进程;
(2)客户端在命令提示符下输入 ftp 服务器名 并按回车;
(3)服务器主进程接收到客户请求,启动从属的“控制进程\"与客户端建立“控制连接\",并将响应信息传送给客户端。
(4)服务器主进程回到等待状态,继续准备接收其他客户的请求。 (5)客户端输入账号、口令、及文件读取命令后,通过“控制连接\"传送到服务器端的“控制进程”;
(6)服务器“控制进程\"创建“数据传送进程\",并通过端口20与客户端建立“数据传输连接” ;
(7)客户端通过建立的“控制连接”传送交互命令,通过“数据连接\"接收服务器传来的文件数据;
(8)传输结束,服务器端释放“数据连接”,“数据传输进程”自动终止; (9)客户端输入退出命令,释放“控制连接” ;
(10)服务器端“控制进程”自动终止.至此整个FTP会话过程结束。 3、FTP交互命令使用说明 7.4 简单邮件传输协议SMTP 7.4.1 概述
1、电子邮件基本概念
电子邮件(E—mail)是Internet上使用最为广泛的一种服务之一。欲使用电子邮件的人员可到ISP网站注册申请邮箱,获得电子邮件账号(电子邮件地址)及口令,就可通过专用的邮件处理程序接、发电子邮件了。邮件发送者将邮件发送到邮件接收者的ISP邮件服务器的邮箱中,接收者可在任何时刻主动地通过Internet查看或下载邮件。电子邮件可以在两个用户间交换,也可以向多个用户发送同一封邮件,或将收到的邮件转发给其它用户。电子邮件不仅包含文本信息,还可包含声音、图像、视频、应用程序等各类计算机文件. 2、协议支持
邮件的发送协议为SMTP,即简单电子邮件发送协议.邮件下载协议为POP、即邮局协议,目前经常使用的是第3版本,称为POP3协议。用户通过POP3协议将邮件下载到本地PC进行处理,ISP邮件服务器上的邮件会自动删除.IMAP因特网报文存取协议,也是邮件下载协议,但它与POP协议不同,它支持在线对邮件的处理,邮件的检索与存储等操作不必先下载到本地。用户不发送删除命令,邮件一直保存在邮件服务器上。常用的收发电子邮件的软件有Exchange、Outlook Express、Foxmail等,这些软件提供邮件的接收、编辑、发送及管理功能.
7.4.2 电子邮件的工作原理 1、电子邮件系统的组成
一个电子邮件系统发下几个部件组成。 2、工作过程
用户通过用户代理程序撰写、编辑邮件。在发送栏填入收件人的邮件地址。 邮件地址格式为:信箱名@邮件服务器域名
撰写完邮件后,点击发送按钮,准备将邮件通过SMTP协议传送到发送邮件服务器。 发送邮件服务器将邮件放入邮件发送缓存队列中,等待发送.
接收邮件服务器将收到的邮件保存到用户的邮箱中,等待收件人提取邮件。
收件人在方便的时候,使用POP3协议从接收邮件服务器中提取电子邮件,通过用户代理程序进行阅览、保存及其他处理。
7.4。3 简单电子邮件传送协议SMTP
协议实现的过程,是双方信息交换的过程。SMTP协议正是规定了进行通信的两个SMTP进程间是如何交换信息的.SMTP使用C/S模式工作,因此发送方为客户端(Client端),接收方为服务器端(Server端)。
SMTP规定了14条命令和21种响应信息。每条命令用4个字母组成,而响应信息一般由1个3位数字代码开始,后面附上简单说明。SMTP协议的工作过程可分为如下的三个过程: 1、建立连接 2、邮件传送 3、连接释放 7.5 万维网WWW 7。5。1 概述
万维网WWW(World Wide Web)正如其名字一样,是一个遍布Internet的信息储藏所,是一种特殊的应用网络。它通过超级链接,将所有的硬件资源、软件资源、数据资源连成一个网络,用户可从一个站点轻易地转到另一个站点,非常方便地获取丰富的信息。万维网的出现,极大地推动了Internet的发展,万维网WWW(World Wide Web)正如其名字一样,是一个遍布Internet的信息储藏所,是一种特殊的应用网络.它通过超级链接,将所有的硬件资源、软件资源、数据资源连成一个网络,用户可从一个站点轻易地转到另一个站点,非常方便地获取丰富的信息。万维网的出现,极大地推动了Internet的发展. 7。5。2 超文本传输协议HTTP
HTTP(HyperText Transfer Protocol)超文本传输协议是万维网客户端进程与服务器端进程交互遵守的协议.是一个应用层的协议,使用TCP连接进行可靠的传输.HTTP是万维网上资源传送的规则,是万维网能正常运行的基础保障。
HTTP采用C/S工作模式。万维网的每个站点都有一个服务进程,它不断监听TCP的80端口,等待客户端的TCP连接请求.在客户端需要运行用户与万维网的接口程序,一般是浏览器软件。
典型浏览器组成结构
网页的标识是通过URL统一资源定位符来标识的。 具体格式为:
<协议〉://〈主机〉:<端口〉/〈路径〉/<文档> 其中
协议:指访问URL的方式,可以是HTTP、FTP等; 主机:是被访问文档所在的主机的域名;
端口:是建立TCP连接的端口号,使用熟知端口可以忽略;
路径:是文档在主机上的相对存储位置; 文档:是具体的页面文件. 例如:
http://sohu.com.cn/sports/abc.htm ftp://rtfm.mit.edu
7。5。3 超文本标记语言HTML
HTML(Hyper Text Markup Language)超文本标记语言,是万维网上页面标准化的基础,是万维网页面制作的标准语言,是对超文本信息格式化输出的标记. 以下是在用户屏幕上显示“Welcome to HTML!”信息页面的HTML语言ASCII文件。 <!-—标记页面首部开始——>
〈p〉Welcome to HTML!
〈/body〉 〈!-—标记页面主体结束——> <!-—HTML万维网文档结束——〉 7.5。4 动态网页技术所谓动态文档是指文档的内容是在浏览器访问万维网服务器时,由存储在万维网服务器的应用程序动态创建的。当浏览器请求到达时,万维网服务器需要运行另外一个应用程序,并将控制权转移到此应用程序。该应用程序对浏览器发送来的数据进行处理,并输出HTML格式的文档。万维网服务器将此输出作为结果传送给浏览器.由于对浏览器每次请求的响应都是临时生成的,因此动态文档所看到的内容可根据需要不断变化。可见动态文档最大的优点即是可发布内容更新较快的信息。例如,可用动态文档发布股市行情、天气预报或民航售票等信息.
动态文档与静态文档的最大区别就在于服务器端,文档内容生成的方法不同。而对于浏览器端来说,两种文档都是一样的,都遵循HTML所规定的格式,浏览器只根据HTML标记显示文档内容。
要实现动态文档必须对万维网服务器的功能进行扩充。⑴应增加另外的应用程序,即通用网关接口程序CGI(Common Gateway Interface)程序,用来处理浏览器发来的数据,并生成文档内容。⑵需要增加通用网关接口CGI,用来使万维网服务器将浏览器发来的数据传送给CGI程序,同时能解释CGI程序的输出,并向浏览器返回HTML文档。CGI是一种标准,它规定了万维网服务器应如何与CGI程序交互,以实现动态文档. 7。6 网络管理与SNMP 7.6。1 网络管理的功能
1、故障管理(Fault Management).
2、计费管理(Accounting Management). 3、配置管理(Configuration Management)。 4、性能管理(Performance Management)。 5、安全管理(Security Management)。 7。6。2 网络管理系统的组成: 7。6.3 简单网络管理协议SNMP
SNMP的设计原则是简单性(Simplicity)和扩展性(Extensibility).扩展性主要是通过将管理信息模型与协议、被管理对象的详细规定(MIB)分离实现;简单性则是通过信息类型的限制、请求/响应机制而取得。 7。6。4 SNMP报文
SNMP是一种基于用户数据报协议(UDP)的应用层协议,其基本报文格式如下图所示。 SNMP 报文有三个域,版本(Version)、公共体(Community)和协议数据单元(SNMP PDU)。管理工作站和代理(Agent)之间的信息交换传递的就是SNMP 报文。而SNMP报文作为UDP的数据部分被封装在UDP数据报中,通过UDP端口161(162)传送。 版本域:表示SNMP协议的版本
公共体:是为增加系统的安全性而引入的,它的作用相当于口令。 协议数据单元:存放实际传送的报文 本章小结:
在这一章主要讲解了以下主要内容: 应用层的基本概念、功能与作用; 域名系统的组成与工作原理; 电子邮件的基本组成及工作原理; 文件传输系统工作原理与使用方法; 万维网的工作原理及网站的建立方法; 网络管理的含义与功能. 作业思考题 :
1、什么是C/S模式?其特点是什么? 2、Internet域名结构是什么样的?
3、FTP的作用是什么?其工作原理是什么? 4、什么是SNMP?其基本组成和特点是什么? 5、网络管理的功能域是什么?
6、互联网的域名结构是什么样的? 7、应用层协议主要实现的功能是什么? 上课时间 课题 上课节次 5 课型 多媒体教学 第八章 局域网技术 教 学 目 的 通过本章学习,让学生掌握局域网的应用场合、工作原理,局域网各组成部分的功能及特性,学会正确选择和使用局域网设备。掌握三种典型局域网的连接方法、技术参数等.了解几种高速局域网的基本常识。 教学方法 以课堂讲授为主,对本章难点进行讨论 本章重点有: 1、局域网的定义与特性; 重 2、典型局域网标准的工作原理。 点 3、局域网各组成元素的特性; 与 4、10BASE—2、 10BASE—5、 10BASE—T三个以太网的产品标准的连接材难 料、连接方法、技术参数 点 本章难点有: 正确使用网络互连设备。 思考题 : 1。什么是局域网?它有什么特点? 课 2。IEEE802局域网与OSI模型有何异同? 外 3.在CSMA/CD中,什么情况会发生信息冲突?怎么解决? 作 4.简述环网的特点和令牌环网的数据发送和接收过程。 业 5。令牌总线是一个什么结构的网络? 与 6.局域网由哪几部分组成?常用的联网设备有哪些? 要 7.简述中继器和网桥有什么作用? 求 8。集线器和交换机的作用各是什么? 9.路由器的作用什么?怎么配置路由器? 10。常见的高速网络有几种?各自有什么特点? 第8章 局域网体系结构 本章学习目标
* 理解计算机局域网的体系结构
* 了解常用的局域网标准:IEEE802。3、IEEE802.5各自的特点 * 理解载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)的工作过程 * 了解高速局域网和千兆位以太网的基本情况 主要学习内容 8。1 局域网概述 8.2 局域网的组成
8。3 局域网的体系结构
8.4 IEEE802。3标准:CSMA/CD
8。5 IEEE802。5标准:令牌环局域网 8。6 快速以太网与千兆以太网技术 8。1 局域网概述 8.1。1 局域网的概念、特点 1。局域网的定义与发展过程 在较小的地理范围内,利用通信线路将许多数据设备连接起来,实现彼此之间的数据传输和资源共享的系统称为局域网。 它的发展—般分为三个阶段:
(1)60年代末至70年代初是萌芽阶段 。
(2)70年代中期是局域网发展的一个重要阶段.
(3)80年代初期是局域网走向大发展的时期。利用光导纤维作为通信介质构成的高速主干环网,是目前许多局域网系统采用的一种结构形式,如清华大学和北京大学的校园网,都用光纤构成高速主干网. 2。局域网特点
(1)地理范围有限。(2)通信速率高。
(3)可采用多种通信介质。(4)可靠性较高。 一般说来,决定局域网特性的主要技术有三个方面: (1)局域网的拓扑结构.
(2)用以共享媒体的介质访问控制方法 (3)用以传输数据的介质。
由局域网本身的特点决定局域网具有以下优点:
(1)能够方便地共享网内资源,包括主机、外部设备、软件、数据; (2)便于系统扩展;
(3)提高了系统的可靠性、可用性、可维护性; (4)各设备位置可以灵活地调整和改变;
(5)有较快的响应速度(数据传输率较高). 8.1.2 局域网的应用 计算机局域网所具有的这些优点决定了它在社会各个领域有着广泛的应用,它可以用于办公自动化、工业生产自动化、企业管理信息系统、生产过程实时控制、军事指挥和控制系统、辅助教学系统、医疗管理系统、银行系统、软件开发系统和商业系统等方面,其中主要作用如下:
1。 办公自动化
2。 工业生产自动化 3。 应用于教育领域 4. 计算机协同工作技术 8。2 局域网的组成 8.2。1 服务器
网络使用一个专门的结点共享外围设备,该结点为网上所有的用户所共知,具有固定的地址,并为网上用户提供服务。这种提供服务的结点称为服务器(Server)。 常见的服务器类型有以下几种.
1。 文件服务器给用户提供了操作系统中文件系统的各种功能.
2。 打印服务器接有打印机,提供网络打印.
3。 终端服务器又称为终端集中器,终端到其他结点之间的通信都通过终端集中器。 8。2。2 工作站
工作站又称为客户机.工作站是指当一台计算机连接到局域网上时,这台计算机就成为局域网的一个工作站。工作站与服务器不同,服务器是为网络上许多网络用户提供服务以共享它的资源,而工作站仅对操作该工作站的用户提供服务。工作站是用户和网络的接口设备,用户通过它可以与网络交换信息,共享网络资源。工作站通过网卡、通信介质以及通信设备连接到网络服务器.现在的工作站都用具有一定处理能力的PC(个人计算机)机来承担。 8。2.3 网络适配器(NIC)
网络适配器NIC(Network Interface Card)也就是俗称的网卡.网卡是构成计算机局域网络系统中最基本的、最重要的和必不可少的连接设备,计算机主要通过网卡接入局域网络。网卡一方面负责接收网络上传过来的数据包,解包后,将数据通过主板上的总线传输给本地计算机;另一方面它将本地计算机上的数据打包后送入网络。网卡和计算机的连接是通过总线扩展槽,根据连接的扩展槽不同,可将网卡进行分类.一般分为ISA总线网卡和PCI总线网卡。
8.3 局域网的体系结构 8。3.1 局域网参考模型 1、IEEE802参考模型
IEEE802参考模型的最低层对应于OSI模型中的物理层,包括以下功能: 信号的编码/解码
前导的生成/去除(该前导用于同步) 比特的传输/接收
物理层之上的层次主要为局域网的用户提供相应的服务。它们的主要功能如下: 在传输时将要传输的数据组装成帧,帧中包含有地址和差错检测等字段; 在接收时,将接收到的帧解包,进行地址识别和差错检测; 管理和控制对于局域网传输媒体的访问; 为高层协议提供相应的接口,即一个或多个服务访问点(SAP),并且进行流量和差错控制. IEEE802参考模型的最低层对应于OSI模型中的物理层,包括以下功能: 信号的编码/解码
前导的生成/去除(该前导用于同步) 比特的传输/接收
物理层之上的层次主要为局域网的用户提供相应的服务.它们的主要功能如下: 在传输时将要传输的数据组装成帧,帧中包含有地址和差错检测等字段; 在接收时,将接收到的帧解包,进行地址识别和差错检测; 管理和控制对于局域网传输媒体的访问;
为高层协议提供相应的接口,即一个或多个服务访问点(SAP),并且进行流量和差错控制. IEEE802协议
此标准将数据链路层分为逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层,逻辑链路控制子层主要提供寻址、排序、差错控制和流量控制等功能。 8。3.2 逻辑链路控制LLC子层
1、LLC向高层提供的服务有四种类型: 面向连接的服务 确认无连接服务 不确认无连接服务 高速传送服务
2、逻辑链路控制子层的服务访问点LLC SAP
在一个主机的LLC子层上面应设有多个服务访问点,以便向多个进程提供服务。需用到两个地址:
(1)MAC(介质访问控制)地址. (2)SAP地址。 3、LLC协议
(1)LLC帧的说明 ①LLC帧的说明
没有分界符及校验字段;
LLC帧是MAC帧中的数据字段;
有源地址(源服务访问点),这样适应于点—点、点—多点及广播式通信。
②LLC帧控制字段和HDLC中的控制字段一样,控制字段将LLC帧分为信息帧、管理监控)帧、无编号帧,分别完成不同的功能. (2)LLC/MAC的接口
用服务原语实现:MA—DATA。request; MA—DATA.indication;MA—DATA.confirm. 8。3.3 媒体访问控制MAC子层 1、媒体访问控制策略
在所有的媒体访问控制技术中,最关键的参数是控制点和控制方法.集中方式具有以下的优点:
能提供除了对媒体访问外的其他更高级的功能,如优先级控制、可靠性等。 每个站点的访问控制逻辑简单 .
避免对等实体间进行分布合作可能带来的问题 缺点:
在整个网络中,如果控制点不能工作,则会导致整个网络瘫痪 ;
由于所有对共享媒体的访问要经过控制站点的允许,可能会形成瓶颈,降低效率. 分布式媒体访问控制方式的优缺点正好与之相反。 一般可以将访问控制技术分为两种:同步和异步。
在同步技术中,整个信道带宽被分割成许多部分,每一部分被分配给某一个站点。在电路交换中的频分多路复用(FDM)和时分多路复用(TDM)技术就属于这种同步机制。 异步技术分为三种:时间片轮转、预约和竞争。
在时间片轮转中,每个节点按照一定的时间顺序得到传输时间。 预约技术更适合于传输连续数据的情况。
对突发性的数据传输,竞争是最常用的机制。 2、MAC帧格式
由于采用不同的MAC协议,各MAC帧的确切定义不尽相同。但是所有的MAC帧的格式都大致类似。MAC帧各字段的含义如下:
MAC控制字段:包括所有实现媒体访问控制所必须的协议控制信息. DA和SA:目的地址和源地址,用于指示接收端和发送端的MAC地址. LLC:来自于LLC层的数据信息。 CRC:循环校验字段,用于差错控制. 8。4 IEEE802。3标准:CSMA/CD 8。4。1 802.3局域网概述
IEEE802。3标准规定了CSMA/CD访问方法和物理层技术规范。
最典型的网络是以太网(Ethernet).现在的以太网也采用星状拓扑。 1、组网方式
基于802.3的总线局域网通常有四种组网方式: (1)10Base5网络 (2)10Base2网络 (3)10BaseT网络 (4)10BaseF网络 2、帧结构
(1)前导码:用于收发双方的时钟同步。 (2)帧起始定界符:表示帧的开始. (3)目标地址和源地址。
(4)数据域长度:用于指明数据域的字节数。
(5)数据域:用于携带LLC PDU(协议数据单元)。
(6)填充域:必要时用于填充帧,使帧长达到最短有效长度。 (7)校验字段:4个字节,使用32位的CRC校验. 3、MAC子层功能说明
MAC子层有两个主要的功能,一是数据的封装与解封.包括组帧、寻址和错误检测;另一个是介质访问管理,包括介质分配和冲突解决。 8。4.2 CSMA/CD介质访问控制协议及以太网 1、载波侦听多路访问协议CSMA
载波侦听多路访问CSMA(Carrier Sense Multi Access)又称为“先听后说”,是减少冲突的主要技术.具体方法是网中各站在发送信息帧之前,先监听信道,看信道是忙或闲,如信道闲(即没有别的站往信道上发送信息帧)就发送信息帧;否则,就推迟自己的发送行动。推迟的时间,选择一种退避算法决定。根据退避算法,载波侦听多路访问可以分为三种类型: 非坚持型CSMA; 1-坚持型CSMA; P—坚持型CSMA。
2、载波侦听多路访问/冲突检测协议CSMA/CD CSMA/CD的规则如下:
(1)若信道空闲,则发送信息帧,否则转第(2)步; (2)若信道忙,一直监听直到信道空闲,然后立即传输; (3)若在传输过程中监听到冲突,则发出一个短小的人为干扰信号,让所有的站点都知识发生了冲突并停止传输;
(4)发完人为干扰信号后等待一个随机时间,再次尝试传输(从第(1)步开始重复)。 8。5 IEEE802。5标准:令牌环局域网 8。5。1 令牌环局域网络
IBM令牌环是一种星形—环形结构,即结构上呈星形,但将各工作站连成环。 IBM令牌环是一种星形-环形结构,即结构上呈星形,但将各工作站连成环.环站是计算机、文件服务器和终端设备,设备入网时均需要带一个适配器。环站是计算机、文件服务器和终端设备,设备入网时均需要带一个适配器.线集中器是一个连接设备,环站通过线集中器将传输介质构成环网.传输介质可以是双绞线、光纤或宽带电缆,或是它们的混合,形成多介质网络。网桥作为IBM令牌环之间的连接设备。信关实质上是一个网间连接器 。环形网络一直用于局域网和广域网中。
8.5。2 令牌环工作原理
8。5.3 令牌环MAC子层协议 1、IEEE802.5MAC帧格式 令牌帧格式
访问控制字段格式如下: 数据帧格式:
SD、AC和ED字段同令牌帧 FC:帧控制格式: DA:目的地址 SA:源地址
FCS:帧校验序列. FS:帧状态.
2、令牌环的媒体访问控制功能 (1)帧发送 (2)令牌发送 (3)帧接收 (4)优先权操作
8.5。4 令牌总线局域网 1、令牌总线网的工作原理:
(1)网络在启动后,只有获得令牌的站才能向网上发送数据。 (2)令牌在逻辑环上是根据地址传递的 .
(3)逻辑环上任何一个站保持令牌的时间是一定的 。
(4)逻辑环在稳定状态下的操作由数据传送和令牌传递两个阶段交替进行。 (5)令牌总线型网络具有优先级控制。
(6)在非稳定状态下,逻辑环上所有使用令牌的站有逻辑环的维护功能。 (7)总线上的站可以加入逻辑环,也可以不加入逻辑环。 2、令牌总线MAC子层协议 MAC帧格式如下:
3、令牌总线介质访问控制 控制方法主要包括: (1)逻辑环的初始化 (2)插入环算法 (3)退环算法 (4)故障控制。
8。6 快速以太网与千兆以太网技术 8。6.1 快速以太网
IEEE802。3委员会于1992年提出制定快速以太网标准。在IEEE802.3基础上,把传输速率从10Mbps提高到100Mbps,并于1995年6月,正式把它定为快速以太网标准IEEE802.3u。在IEEE802。3基础上,把传输速率从10Mbps提高到100Mbps,并于1995年6月,正式把它定为快速以太网标准IEEE802。3u。 包括:
100Base—TX 100Base-T4 100Base-Fx。
8。6。2 千兆位以太网 1、千兆位以太网 是IEEE802。3标准的扩展,在保持与以太网和快速以太网设备兼容的同时,提供1000Mbps的数据带宽。千兆位以太网的关键是利用交换式全双工操作部件构建主干网络,连接超级服务器和工作站。可有多种网络拓扑结构。它基于以太网结构,保留了IEEE802。3以太网标准帧格式以及IEEE 802。3的网络管理功能,且网络管理原理保持不变,现存的软件(如LAN协议)都可运行。 2、千兆以太网技术特点 *传输速率高
*有较高的网络带宽高
*仍然采用以太网标准,仅仅是速度快 *仍然采用CSMA/CD介质访问控制方法 *与以太网完全兼容 *技术简单
*依靠RSVP、IEEE802。1P、IEEE802.1Q技术标准,提供VLAN服务,提供质量保证,支持多媒体信息传输,
*有很好的网络扩充能力,易升级,易扩展 *对于传输数据(DATA)业务信息有极佳的性能 3、向千兆位以太网迁移 迁移方式一般有三种: 交换机到交换机的升级 交换机到服务器的升级 建筑物和园区主干网升级 8。6.3 交换式局域网
典型的交换式局域网是交换式以太网(Switched Ethernet),它的核心部件是以太网交换机(Ethernet Switch)。从共享型向交换型网络升级常采用以下几种方法。
用交换机取代原有的集线器,每个用户都有了专用带宽,从而消除了冲突的发生。
在服务器区中增加交换机,为服务器群中的每个服务器提供专用的带宽,来提供网络性能 。
升级网络主干,可以为LAN中的每个工作组带来性能的改善. 本章小结:
在这一章主要讲解了以下主要内容: 计算机局域网的体系结构;
常用的局域网标准:IEEE802。3、IEEE802。5各自的特点; 载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)的工作过程; 高速局域网和千兆位以太网的基本情况。 思考题 :
1。什么是局域网?它有什么特点?
2。IEEE802局域网与OSI模型有何异同?
3.在CSMA/CD中,什么情况会发生信息冲突?怎么解决? 4。简述环网的特点和令牌环网的数据发送和接收过程. 5。令牌总线是一个什么结构的网络?
6。局域网由哪几部分组成?常用的联网设备有哪些? 7.简述中继器和网桥有什么作用? 8.集线器和交换机的作用各是什么? 9.路由器的作用什么?怎么配置路由器? 10.常见的高速网络有几种?各自有什么特点? 上课时间 课题 教 学 目 的 上课节次 3 课型 多媒体教学 第九章 城域网技术 本章是与城域网有关的当前最新技术介绍,可将本章作为阅读的内容以扩展读者的知识面,把握与跟踪现代网络技术,为融入社会从事网络技术工作打下一定的基础。 教学方法 以课堂讲授为主,对本章难点进行讨论 重 点 与 难 点 本章重点有: 1、城域网的构成 2、城域网涉及的一些技术与标准 3、城域网络应用现状与前景 本章难点有: 1、城域网涉及的一些技术与标准 2、城域网解决方案 思考题: 1、城域网与局域网的不同? 2、城域网的主要技术有哪几种? 3、查资料加深对课本上两个例子的理解。 课 外 作 业 与 要 求 第9章 城域网技术 本章学习目标
本章是与城域网有关的当前最新技术介绍,可将本章作为阅读的内容以扩展读者的知识面,把握与跟踪现代网络技术,为融入社会从事网络技术工作打下一定的基础。 *了解城域网在当代技术条件下的新定义 *了解城域网的主要解决方案
*掌握城域网的基本构成
*理解城域网采用的SDI、WDM等技术 *了解城域网的发展趋势 主要学习内容
9。1 城域网技术概述 9.2 城域网的构成
9。3 城域网涉及的一些技术与标准 9。4 城域网络应用现状与前景 9.1 城域网技术概述 9。1.1 城域网的发展
二十世纪90年代初期,IEEE颁布了城域网(metropolitan area network—MAN)标准,即IEEE802。6(1993).标准描述了分布式队列双总线DQDB(distributed queue dual bus)。应用较多的城域网定义是:城域网是适用于城市的信息基础设施,是国家信息高速公路(NH)与城市广大用户的中间环节。建造城域网的目的是:提供单一、通用和公共的网络构架,藉以高速有效地传输数据、声音、图像和视频等信息,满足用户日新月异的需求。目前在世界许多发达国家,城域网正在和国家信息高速公路同步的发展着。城域网的范围平均在80km左右,一般局间中继距离大约为5—7km(依城市的大小而不同)。 9。1.2 城域网解决方案
城域网解决方案主要有四大类:
第一类是以SDH(同步数字系列)为基础的多业务平台;出发点是充分利用大家所熟悉和信任的SDH技术,加以改造以适应多业务应用,支持层2和/或层3的数据智能。 第二类是基于第二层交换和第三层选路的方案,主要指以太网解决方案; 第三类是城域网用WDM(波分复用)方案,即以WDM为基础的多业务平台; 第四类是以ATM(异步传输模式)为基础的多业务平台方案。 9。2 城域网的构成
城域网可分为业务网络层和传输网络层。传输网络层可分为核心层、汇聚层和接入层。 核心层采用以IP技术为核心的设备,包括大容量路由器、三层高端交换机、优选路由器等。 汇聚层对用户接入数据汇聚、流量控制和管理,这一层是城域网实施业务管理的主要层面.由网络数据库、网络服务器、计费服务器等构成网络的业务部分,负责处理业务逻辑。 接入层支持各类用户的快速接入,包括多业务接入集中器、话音接入网关、远端接入服务器等.
城域接入网建设的目标是: (1)开放的基础传送平台
(2)具备移动通信、数据、图像及话音的多种业务综合接入能力、数字化、宽带化、综合化的接入平台
(3)丰富的业务提供能力,满足集团用户、行业用户和商业用户及住宅用户不断增长的业务需求
(4)网络的管理能力和运营能力。 9。3 城域网涉及的一些技术与标准 9。3.1 同步数字光纤网络SDH
SDH(Synchronous Digital Hierarchy)同步数字光纤网络是由一些SDH网元(NE)组成的,在光纤上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络。它的特点是: (1)对网络节点接口(NNI)进行了统一的规范。
(2)SDH信号的基本模块是速率为155。520 Mbit/s的同步传输模的块第一级(STM-1)。 (3)SDH信号的基本传输模块可以容纳北美、日本和欧洲的现有数字系列。 (4)采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构 。
(5)SDH同步和灵活的复用方式也使数字交叉连接(DXC)功能的实现大大简化. (6)SDH的帧结构中安排了丰富的开销比特 。
(7)SDH设备是智能化设备,兼有终结、上/下复接和交叉连接功能。 (8)SDH不仅构成了世界性统一的NNI接口的基础,而且也与世界性统一的UNI接口协调 。 不足之处:
(1)频带利用率不如传统的PDH系统。 (2)技术和功能上的复杂性大大增加。
(3)在从PDH到SDH的过渡时期,会形成多个SDH“同步岛\"经由PDH互连的局面. (4)由于ADM/DXC的自选路由以及难以区分来历的不同的2.048 Mbit/s信号,使得网络同步的规划管理和同步性能的保证增加了相当难度.
(5)由于大规模地采用软件控制和将业务量集中在少数几个高速链路和交叉连接点上,使软件几乎可以控制网络中的所有交叉连接设备和复用设备。
(6)SDH网络管理成本比PDH有望下降,但对于维护管理人员的素质要求提高,对于环境条件的要求也提高了。
9.3。2 波分数字复用技术WDM
波分复用WDM(Wavelength Division Multiplexing)是光纤通信中的一种传输技术。它利用一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波特点,把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段,每个波段用作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。光波分复用的实质是在光纤上进行光频分复用,只是因为光波通常采用波长而不用频率来描述、监测与控制.WDM系统基本上由五部分组成:光发射部分、光接收部分、光传输部分(光纤和放大器)、光监控部分和网管部分。
下面看几个实际应用的例子 : 1. 点到点汇聚 2. 沿途上下业务 3. 环状结构
9.3.3 IP over SDH
IP over SDH以SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络。它使用链路及PPP协议对IP数据包进行封装,把IP分组根据RFC1662规范简单地插入到PPP帧中的信息段。然后再由SDH通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净荷中,然后向下,经过SDH传输层和段层,加上相应的开销,把净荷装入一个SDH帧中,最后到达光层,在光纤中传输。IP over SDH,也称Packet over SDH(PoS).SDH是基于时分复用的,在网管的配置下完成半永久性连接的网,在IP over SDH中,SDH只有一种工作方式。 IP over SDH具有以下优点:
对IP路由的支持能力强,具有很高的IP传输效率。 符合Internet业务的特点,如有利于实施多路广播方式。 能利用SDH技术本身的环路,故可利用自愈合(Self—healing Ring)能力达到链路纠错;同时又利用OSPF(开放最短通路优先)协议防止设备和链路故障造成的网络停顿,提高网络的稳定性。
省略了不必要的ATM层,简化了网络结构,降低了运行费用。 缺点:
仅对IP业务提供好的支持,不适于多业务平台.
不能像IP over ATM技术那样提供较好的服务质量保障(QoS)。 对IPX等其它主要网络技术支持有限. 9.3.4 IP over WDM
IP over WDM也称光因特网。就是直接在光纤上运行的因特网.其基本原理和工作方式是:在发送端,将不同波长的光信号组合(复用)送入一根光纤中传输,在接收端,又将组合光信号分开(解复用)并送入不同终端。IP over WDM的帧结构有两种形式:SDH帧格式和千兆以太网帧格式。
SDH帧格式:主要网络再生设备大多采用SDH帧格式.
千兆以太网帧格式:在局域网中主要采用千兆以太网帧结构。 IP over WDM具有以下的优点:
充分利用光纤的带宽资源,极大地提高了带宽和相对传输速率。 对传输码率、数据格式及调制方式透明.可以传送不同码率的ATM、SDH/Sonet和千兆以太网格式的业务。
不仅可以与现有通信网络兼容,还可以支持未来的宽带业务网及网络升级,并具有可推广性、高度生存性等特点。
缺点:目前,对于波长标准化还没有实现。
WDM系统的网络管理应与其传输的信号的网管分离。但在光纤上加上开销和光信号的处理技术还不完善,从而导致WDM系统的网络管理还不成熟。
目前WDM系统的网络拓扑结构只是基于点对点的方式,还没有形成“光网\". 9.3。5 动态IP分组传输技术DPT
Cisco公司提出了动态传输技术(DPT),其核心是空间再用协议(SRP),它是一种新的MAC层协议,DPT位于Cisco公司五步战略的第四步 。 1。 DPT环结构:
DPT环由两个反向循环的光纤环组成,每个环可同时传送数据和控制包。 2. DPT的主要技术
为了提高网络带宽的效率,DPT采用了以下儿种技术:空间再用(SRP)协议、SRP公平算法、双光纤和统计复用.
9。4 城域网络应用现状与前景
城域网所承载的业务不同的角度可有不同的描述.
第一:从电信运营的角度来说,城域网的业务指的是:城域网对用户所提供的服务。 按业务类型分,提供的业务可以分为三类:
1、传统的TDM业务,包括N x 64 Kbit/s:,N x 2 Mbit/s,N x 34 Mbit/s or 45 Mbit/s,N x 140 Mbit/s,N x 155 Mbit/s,N x 622 Mbit/s直到10 Gbit/s.既有交换机中继线、基站业务,也有传送图像的34/45M接口.
2、ATM业务,ATM业务既可以是34/ 45Mbit/s,155Mbit/s接口,也可以是VC4—XC级连接口,或者是IP over ATM over SDH方式;
3、IP业务,一般以10Mbit/s、100Mbit/s、1 Gbit/s为主。按用户类型分,分为企业集团用户、行业集团用户、SOHO和写字楼用户、智能化住宅小区、出租业务等. 在上述带宽能力的基础上,要求满足两类业务的需求: 一类是QoS要求较高的互连业务和实时视频业务。 另外一类是QoS要求较低的Internet上网业务。
第二:从用户的角度来说,城域网的业务是指用户在网上所能实现的功能。 本章小结:
在这一章主要讲解了以下主要内容: 城域网有关的当前最新技术介绍; 城域网在当代技术条件下的新定义; 城域网的主要解决方案; 城域网的基本构成;
城域网采用的SDI、WDM等技术; 城域网的发展趋势。 思考题:
1、城域网与局域网的不同? 2、城域网的主要技术有哪几种?
3、查资料加深对课本上两个例子的理解。
因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容