计算机网络体系结构（阅读）课件

《计算机网络体系结构（阅读）课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络体系结构（阅读）课件（86页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第一章计算机网络体系结构1.1 计算机网络概述1.1.1 计算机网络的定义计算机网络是利用通信设备和传输介质，将分布在不同地理位置上的具有独立功能的计算机相互联接，在网络协议控制下进行数据通信，实现资源共享。1.1 计算机网络概述l核心是具有“独立功能的计算机互联”。l计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物l计算机网络包括了网络硬件设备之间的互联，以及系统软件之间的互联。l计算机网络的目的在于实现数据通信和资源共享。l计算机网络是一种数据通信网络。1.1.2 计算机网络的产生与发展 计算机网络从形成、发展到广泛应用经历了近50年的历史，大致可以分为以下阶段。1）面向终端的计算机通信网络）

2、面向终端的计算机通信网络早期的计算机网络产生于20世纪50年代初。1.1.2 计算机网络的产生与发展 2）分组交换网）分组交换网 现代意义的计算机网络产生于20世纪60年代中期，网络基本结构如图所示。1.1.2 计算机网络的产生与发展 3）体系结构标准化的计算机网络）体系结构标准化的计算机网络 国际标准化组织（ISO）在1984年公布了OSI/RM（开放式系统互连参考模型）国际标准化网络体系结构，我们将这个时期的计算机网络称为第三代计算机网络。1.1.2 计算机网络的产生与发展 4）Internet时代时代 目前，计算机网络的发展处于第4阶段，这个时期计算机网络的特点是：互连、高速和商业化应用

3、。1.1.3 计算机网络系统的组成和功能计算机网络系统的组成和功能计算机网络一般包括计算机系统、通信线路和通信设备、网络协议和网络软件四个部分。计算机网络提供的各种功能称为服务，最常见的服务有Web网页服务、FTP文件传输服务、E-mail服务、文件共享服务等。1.1.3 计算机网络系统的组成和功能计算机网络系统的组成和功能1计算机网络系统的组成计算机网络系统的组成从网络逻辑功能的角度，可将计算机网络分为资源子网和通信子网。1.1.3 计算机网络系统的组成和功能计算机网络系统的组成和功能2计算机网络的功能计算机网络的功能 资源共享 信息通信 分布式处理。未来通信的目标是实现5W的个人通信。1.

4、1.4 计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络有多种不同的分类方法，最常用的分类方法是IEEE根据计算机网络地理范围的大小，将网络分为局域网、城域网和广域网。1.2 计算机网络体系结构计算机网络体系结构 计算机网络体系结构从整体角度抽象地定义了计算机网络的构成，说明了各个网络部件之间的逻辑关系和功能，规定了计算机网络协调工作的方法和必须遵守的规则。1.2.1 网络协议与网络体系结构网络协议与网络体系结构1网络协议网络协议在计算机网络中，用于规定信息的格式，以及如何发送和接收信息的一系列规则或约定称为网络协议。网络协议的三个组成要素是语法、语义和时序。打电话的人工协议与网络协议的对比打电话的

5、人工协议与网络协议的对比 1.2.1 网络协议与网络体系结构网络协议与网络体系结构2数据封装数据封装计算机网络进行通信时，数据必须进行封装（俗称为打包）。数据封装就是将用户原始数据进行分段，分段的大小由网络协议规定，然后在分段的用户数据前面加上网络协议规定的头部和尾部，这种数据分段称为“数据包”。1.2.1 网络协议与网络体系结构网络协议与网络体系结构2数据封装数据封装计算机网络进行通信时，数据必须进行封装（俗称为打包）。数据封装就是将用户原始数据进行分段，分段的大小由网络协议规定，然后在分段的用户数据前面加上网络协议规定的头部和尾部，这种数据分段称为“数据包”。1.2.1 网络协议与网络体系

6、结构网络协议与网络体系结构3网络协议的分层网络协议的分层为了减少网络协议的复杂性，专家们把网络通信问题划分为许多小问题，然后为每一个问题设计一个通信协议。这样使得每一个协议的设计、分析、编码和测试都比较容易。协议分层就是按照信息的传输过程，将网络的整体功能划分为多个不同的功能层，每一层都向它的上一层提供一定的服务。1.2.1 网络协议与网络体系结构网络协议与网络体系结构网络系统采用层次化结构有以下优点。网络系统采用层次化结构有以下优点。l各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现细各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现细节，可以做到各司其职。节，可以做到各司其职。l某个网络层次的变化不会对其他

7、层次产生影响，某个网络层次的变化不会对其他层次产生影响，因此每个网络层次的软件或设备可单独升级或改因此每个网络层次的软件或设备可单独升级或改造，利于网络的维护和管理。造，利于网络的维护和管理。l分层结构提供了标准接口，使软件开发商和设备分层结构提供了标准接口，使软件开发商和设备生产商易于提供网络软件和网络设备。生产商易于提供网络软件和网络设备。l分层结构的适应性强，只要服务和接口不变，层分层结构的适应性强，只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变。内实现方法可任意改变。1.2.1 网络协议与网络体系结构网络协议与网络体系结构4分层原则分层原则l网络协议层次的数量不能过多，真正需要时才能划分一

8、个层次。l网络协议层次的数量也不能过少，层次的数量应保证能够从逻辑上将功能分开，不同的功能不要放在同一层。功能类似的服务应当放在同一层。l在技术经常变化的地方可以适当增加层次。l层次边界的选择要合理，用于信号控制的额外信息流量要尽量少。1.2.1 网络协议与网络体系结构网络协议与网络体系结构5网络体系结构网络体系结构计算机网络层次模型和各层协议的集合称为计算机网络体系结构。常见的计算机网络体系结构有OSI/RM（开放系统互连参考模型）、TCP/IP（传输控制协议/网际协议）等。1.2.2 OSI/RM网络体系结构网络体系结构 ISO提出的OSI/RM将计算机网络体系结构划分为7个层次。1.2.

9、2 OSI/RM网络体系结构网络体系结构 1物理层物理层物理层处于OSI/RM的最低层，主要功能是为网络提供物理连接。该层将信息按比特（bit）一位一位地从一台主机经传输介质送往另一台主机，实现主机之间的比特流传送。物理层包括了传输介质和部分网络设备，以及信号从一个设备传输到另一个设备的规则。物理层的网络设备接口具有4个重要特性，即机械、电气、功能和规程特性。1.2.2 OSI/RM网络体系结构网络体系结构 2数据链路层数据链路层数据链路层的主要功能是保证两个相邻节点之间数据以“帧”为单位的无差错传输。帧是一段字符组成的信息块，它包括用户数据和一些必要的控制信息（帧头）、差错校验（帧尾）等。数

10、据链路层接收来自上层的数据，并且负责把帧转发到物理层，同时处理接收端的应答，重传出错和丢失的帧，保证按发送次序把帧正确地传送给对方。1.2.2 OSI/RM网络体系结构网络体系结构 3网络层网络层网络层的主要功能是为网络内任意两个设备之间的数据交换提供服务，并进行路由选择和流量控制。网络层传输的信息以报文分组为单位，分组是将较长的报文按固定长度分成若干段，且每个段按规定格式加上相关信息，如路由控制信息和差错控制信息等。网络层接收来自源主机的报文，并把它转换为分组，然后按路由选择算法，确定送到指定目标主机的路由，当分组到达目标主机后，再还原成报文。1.2.2 OSI/RM网络体系结构网络体系结构

11、 4传输层传输层传输层也称为运输层或传送层，它的主要功能是提供端到端的传输服务。在两个用户之间，网络连接可能是一条点对点的直接线路，也可能需要经过多种类型的通信节点，传输层的目的是屏蔽不同网络节点之间的差异，使源主机与目标主机之间的通信就像点对点连接一样。传输层信息传送单位是报文，它的工作是接收会话层送来的数据（报文），报文太长时，先把它分割成多个分组，再交给网络层，实现传输层数据的传送。1.2.2 OSI/RM网络体系结构网络体系结构 5会话层会话层会话层也称为对话层，它的任务是为不同网络中的两个用户进程建立会话连接，并管理它们在该连接上的对话，使它们之间按顺序正确地完成数据交换。会话层要为

12、用户提供可靠的会话连接。1.2.2 OSI/RM网络体系结构网络体系结构 6表示层表示层表示层主要解决用户数据格式和数据表示的问题。由于各种类型的计算机都有它们自己的内部数据格式，因此需要某种转换机制来确保它们之间的相互转换。表示层的主要任务是把源主机内部的数据格式，表示为适用于网络传输的格式；并且将接收到的数据译码为应用层所理解的内容。此外，该层还完成数据压缩与恢复、数据加密与解密等功能。1.2.2 OSI/RM网络体系结构网络体系结构 7应用层应用层应用层的任务是负责两个应用程序进程之间的通信，即为网络用户之间的通信提供专用的应用程序，如网页浏览、电子邮件、文件传输、数据库存取等。1.2.

13、3 TCP/IP网络体系结构网络体系结构 TCP/IP（传输控制协议/网际协议）由一系列网络协议组成，它广泛应用于Internet，也是目前惟一能进行不同网络互联的协议族。1.2.3 TCP/IP网络体系结构网络体系结构 1网络接口层网络接口层网络接口层是TCP/IP实现的物理基础，但是TCP/IP协议并没有详细定义网络接口层的具体内容。也正因为如此，它为多种不同的通信网络互联提供了良好的基础。1.2.3 TCP/IP网络体系结构网络体系结构 2网络层网络层网络层也称为“网际层”，它由IP（网际协议）、ARP（地址解析协议）、ICMP（因特网报文控制协议）等协议组成，IP是其中最重要的协议。I

14、P协议的主要功能是接收传输层送来的数据，并将它们封装成IP数据包，然后把它们转发到网络接口层；同时接收网络接口层送来的数据，去掉IP包头后，重新创建原来的数据，然后将它们发送到目的主机上。1.2.3 TCP/IP网络体系结构网络体系结构 3传输层传输层传输层由TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）两个协议组成，TCP提供可靠传输服务，但传输性能较低；UDP提供不可靠传输服务，但传输性能较高。1.2.3 TCP/IP网络体系结构网络体系结构 4应用层应用层应用层规定主机应用程序进程在通信时应当遵循的协议。由于TCP/IP提供的网络服务繁多，因此这层的网络协议也很多，常用的应用层协议有：

15、DNS（域名服务）协议；HTTP（超文本传输协议）；SMTP（简单邮件传送协议）；FTP（文件传输协议）；Telnet（远程登录）等。应用层的许多协议都是工作在客户机/服务器模式下。客户和服务器指网络通信中所涉及的两个应用程序进程，客户指网络服务的请求方，服务器指网络服务提供方。1.2.4 OSI/RM与与TCP/IP网络体系结构的比较网络体系结构的比较 1OSI/RM与与TCP/IP网络体系结构的比较网络体系结构的比较（1）OSI/RM网络体系结构分为网络体系结构分为7层，自下层，自下而上为物理层、数据链路层、网络层、传而上为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层；而输层

16、、会话层、表示层和应用层；而TCP/IP网络体系结构分为网络体系结构分为4层，自下而上层，自下而上为：网络接口层、网络层、传输层和应用为：网络接口层、网络层、传输层和应用层。层。1.2.4 OSI/RM与与TCP/IP网络体系结构的比较网络体系结构的比较 1OSI/RM与与TCP/IP网络体系结构的比较网络体系结构的比较（2）OSI/RM主要考虑用一种开放的公用网主要考虑用一种开放的公用网络标准将各种不同的网络互联在一起；而络标准将各种不同的网络互联在一起；而TCP/IP一开始就考虑到多种异构网络的互一开始就考虑到多种异构网络的互联问题。联问题。1.2.4 OSI/RM与与TCP/IP网络体系

17、结构的比较网络体系结构的比较 1OSI/RM与与TCP/IP网络体系结构的比较网络体系结构的比较（3）OSI/RM层次之间存在严格的调用关系，层次之间存在严格的调用关系，两个（两个（N）层之间的通信必须通过下一层）层之间的通信必须通过下一层（N-1），不能越级调用；而），不能越级调用；而TCP/IP可以可以越过紧邻的下一层，直接使用更低层次所越过紧邻的下一层，直接使用更低层次所提供的服务，因而减少了一些不必要的开提供的服务，因而减少了一些不必要的开销，提高了协议的效率。销，提高了协议的效率。1.2.4 OSI/RM与与TCP/IP网络体系结构的比较网络体系结构的比较 1OSI/RM与与TCP/

18、IP网络体系结构的比较网络体系结构的比较（4）OSI/RM早期偏重于面向连接的服务，早期偏重于面向连接的服务，后来才开始制定无连接的服务标准；而后来才开始制定无连接的服务标准；而TCP/IP一开始就考虑了面向连接和无连接一开始就考虑了面向连接和无连接的服务。的服务。1.2.4 OSI/RM与与TCP/IP网络体系结构的比较网络体系结构的比较 1OSI/RM与与TCP/IP网络体系结构的比较网络体系结构的比较（5）OSI/RM与与TCP/IP对可靠性的强调也不相同。对可靠性的强调也不相同。OSI/RM在数据链路层、网络层和传输层都要检在数据链路层、网络层和传输层都要检测和处理传输错误。而测和处理

19、传输错误。而TCP/IP认为，网络可靠认为，网络可靠性是端到端的问题，应由传输层来解决，因此它性是端到端的问题，应由传输层来解决，因此它允许单个链路或节点出现数据丢失或数据出错现允许单个链路或节点出现数据丢失或数据出错现象，网络本身不进行错误恢复，丢失或出错数据象，网络本身不进行错误恢复，丢失或出错数据的恢复在源主机和目的主机之间进行，由传输层的恢复在源主机和目的主机之间进行，由传输层完成这些工作。完成这些工作。1.2.4 OSI/RM与与TCP/IP网络体系结构的比较网络体系结构的比较 1OSI/RM与与TCP/IP网络体系结构的比较网络体系结构的比较（6）OSI/RM在网络层提供面向连接的

20、服务，在网络层提供面向连接的服务，将寻路、流量控制、顺序控制、确认、可将寻路、流量控制、顺序控制、确认、可靠性等带智能化问题，都纳入到网络层处靠性等带智能化问题，都纳入到网络层处理，留给末端主机的工作不多。相反，理，留给末端主机的工作不多。相反，TCP/IP则要求末端主机参与几乎所有的网则要求末端主机参与几乎所有的网络服务，对入网主机要求较高。络服务，对入网主机要求较高。1.2.4 OSI/RM与与TCP/IP网络体系结构的比较网络体系结构的比较 2五层网络体系结构教学模型五层网络体系结构教学模型1.3 网络的基本拓扑结构网络的基本拓扑结构在在计计算算机机网网络络中中，如如果果将将各各种种网网

21、络络设设备备或或子子网网抽抽象象成成为为节节点点，将将网网络络通通信信链链路路抽抽象象成成为为线线，这这些些点点与与线线互互连连的的结结果果就就是是网网络拓扑结构络拓扑结构。简简单单地地说说，网网络络拓拓扑扑结结构构就就是是网网络络设设备备与与链链路路的的互互连连。网网络络的的拓拓扑扑结结构构有有很很多多型型式，每种拓扑结构都有优点与缺点。式，每种拓扑结构都有优点与缺点。1.3.1 网络拓扑结构的类型网络拓扑结构的类型1点对点网络点对点网络点点对对点点（Peer to Peer）网网络络是是将将网网络络中中的的主主机机（如如计计算算机机、路路由由器器等等）以以两两两两相相连连的的方方式式连连接

22、接起起来来，网网络络中中的的主主机机通通过过单单独独的的链链路路进进行行数数据据传传输输，并并且且两两个个端端点点之间可能会有多条单独的链路之间可能会有多条单独的链路 1.3.1 网络拓扑结构的类型网络拓扑结构的类型1点对点网络点对点网络点对点网络拓扑结构有：点对点连接、线型网、环型网、网状型网等。1.3.1 网络拓扑结构的类型网络拓扑结构的类型2广播型网络广播型网络在在广广播播型型网网络络中中，信信号号从从发发送送主主机机向向共共享享电电缆缆的的两两端端传传播播，连连接接在在共共享享电电缆缆上上的的所有主机都可以接收到网络中的信号。所有主机都可以接收到网络中的信号。广广播播型型网网络络一一般

23、般采采用用CSMA/CD（载载波波监听多路访问监听多路访问/冲突检测）原理工作。冲突检测）原理工作。1.3.1 网络拓扑结构的类型网络拓扑结构的类型2广播型网络广播型网络广广播播型型网网络络有有三三种种信信号号传传输输方方式式：单单播播、多播和组播多播和组播 1.3.1 网络拓扑结构的类型网络拓扑结构的类型2广播型网络广播型网络广广播播型型网网络络拓拓扑扑结结构构有有：总总线线网网、星星型型网、蜂窝型网等。网、蜂窝型网等。局局域域网网大大多多采采用用广广播播传传输输方方式式，城城域域网网和广域网通常采用点对点传输方式。和广域网通常采用点对点传输方式。1.3.2 点对点型网络拓扑结构点对点型网络

24、拓扑结构 1线型网络拓扑结构线型网络拓扑结构线线型型网网络络拓拓扑扑结结构构由由两两个个或或多多个个节节点点串串联联在在一一条条线线路路上上，当当只只有有两两个个节节点点互互连连时时，这这种种网网络络就就是是点点对对点点网网络络，因因此此点点对对点点可可以看作是线型网的一种特殊情况。以看作是线型网的一种特殊情况。1.3.2 点对点型网络拓扑结构点对点型网络拓扑结构 1线型网络拓扑结构线型网络拓扑结构线型网络拓扑结构具有以下优点：线型网络拓扑结构具有以下优点：设备无关性设备无关性 独立性独立性 安全性安全性 非中心化非中心化 1.3.2 点对点型网络拓扑结构点对点型网络拓扑结构 1线型网络拓扑结

25、构线型网络拓扑结构线型网络拓扑结构具有以下缺点：线型网络拓扑结构具有以下缺点：网络可靠性不网络可靠性不好好 时延较长时延较长 1.3.2 点对点型网络拓扑结构点对点型网络拓扑结构 2环型网络拓扑结构环型网络拓扑结构在在环环型型拓拓扑扑结结构构网网络络（以以下下简简称称环环网网）中中，各各个个节节点点通通过过环环网网接接口口，连连接接在在一一条条首尾相接的闭合环型线路中。首尾相接的闭合环型线路中。1.3.2 点对点型网络拓扑结构点对点型网络拓扑结构 2环型网络拓扑结构环型网络拓扑结构环型网络拓扑结构具有以下优点：l信号在网络中沿环单向传输，传输时延固定，便于保证网络的QoS（服务质量）。l相对于

26、星型拓扑结构而言，环网所需的光缆较少，适宜于主干网络的长距离传输。l环网中各个节点的负载较为均衡，不会出现树型网络结构中根节点负载过大的问题。l双环或多环网络具有自愈功能。l环网的路由选择非常简单，不容易发生网络地址冲突等问题。1.3.2 点对点型网络拓扑结构点对点型网络拓扑结构 2环型网络拓扑结构环型网络拓扑结构环型网络拓扑结构具有以下缺点：l不适于多用户接入的网络（如局域网），主要适用于城域传输网和国家骨干网。l环网中增加新节点时，会导致路由跳数增加，使网络响应时间变长，加大传输时延。l难以进行故障诊断，需要对每个节点进行检测后才能找到故障点。l环网拓扑结构发生变化时，需要重新配置整个网络

27、。l环网的投资成本较高等。1.3.2 点对点型网络拓扑结构点对点型网络拓扑结构 3网状型网络拓扑结构网状型网络拓扑结构 网状型拓扑结构采用点对点连接方式，它分为半网状型拓扑结构和全网状型拓扑结构。在全网状拓扑结构中，网络中任何两个节点之间都有直达链路连接，在通信建立过程中，不需要任何形式的信号转接。1.3.2 点对点型网络拓扑结构点对点型网络拓扑结构 3网状型网络拓扑结构网状型网络拓扑结构 1.3.2 点对点型网络拓扑结构点对点型网络拓扑结构 3网状型网络拓扑结构网状型网络拓扑结构 网状型拓扑结构的优点如下：网状型拓扑结构的优点如下：l节点之间有直达链路，信号传输速度快。节点之间有直达链路，信

28、号传输速度快。l通信节点不需要交换功能，交换开销低，通信节点不需要交换功能，交换开销低，可改善链路流量分配，提高网络性能。可改善链路流量分配，提高网络性能。l由于存在冗余链路，因此网络可靠性高，由于存在冗余链路，因此网络可靠性高，其中任何一条链路发生故障时，可以通过其中任何一条链路发生故障时，可以通过其它链路保证通信畅通。其它链路保证通信畅通。1.3.2 点对点型网络拓扑结构点对点型网络拓扑结构 3网状型网络拓扑结构网状型网络拓扑结构 网状型拓扑结构的缺点如下：网状型拓扑结构的缺点如下：线路多，总长度长，基本建设和维护线路多，总长度长，基本建设和维护费用都很大。费用都很大。在网络工程设计中往往

29、采用半网状型在网络工程设计中往往采用半网状型拓扑结构，全网状型拓扑结构一般只用于拓扑结构，全网状型拓扑结构一般只用于网络核心层，而且节点一般不大于网络核心层，而且节点一般不大于4个。个。1.3.3 广播型网络拓扑结构广播型网络拓扑结构1总线型网络拓扑结构总线型网络拓扑结构总线型拓扑结构采用一条通信链路作总线型拓扑结构采用一条通信链路作为公共传输信道（总线），网络上所有节为公共传输信道（总线），网络上所有节点都通过相应的接口直接连接在总线上。点都通过相应的接口直接连接在总线上。1.3.3 广播型网络拓扑结构广播型网络拓扑结构1总线型网络拓扑结构总线型网络拓扑结构总线型结构网络具有以下优点：总线型

30、结构网络具有以下优点：l总线型拓扑结构网络不需要其它互连设备总线型拓扑结构网络不需要其它互连设备（如（如Hub、交换机），所有主机都通过一、交换机），所有主机都通过一条总线进行连接，因此组网费用极低。条总线进行连接，因此组网费用极低。l网络扩展灵活，扩展网络用户时，只需要网络扩展灵活，扩展网络用户时，只需要添加一个网络接头即可。添加一个网络接头即可。1.3.3 广播型网络拓扑结构广播型网络拓扑结构1总线型网络拓扑结构总线型网络拓扑结构总线型结构网络也具有以下缺点：总线型结构网络也具有以下缺点：l网络上所有主机共享同一总线带宽，因此网络上所有主机共享同一总线带宽，因此主机的增多会引起网络性能下降

31、，一般一主机的增多会引起网络性能下降，一般一个网段不能超过个网段不能超过30台主机。台主机。l总线型拓扑结构网络可靠性较差，总线一总线型拓扑结构网络可靠性较差，总线一但断开，整个网络或相应网段就会中断。但断开，整个网络或相应网段就会中断。1.3.3 广播型网络拓扑结构广播型网络拓扑结构2星型网络拓扑结构星型网络拓扑结构星型拓扑结构的每个节点都有一条单星型拓扑结构的每个节点都有一条单独的链路与中心节点（如独的链路与中心节点（如Hub、交换机）、交换机）相连，所有数据都要通过中心节点进行交相连，所有数据都要通过中心节点进行交换，因此中心节点是星型网络的核心。换，因此中心节点是星型网络的核心。1.3

32、.3 广播型网络拓扑结构广播型网络拓扑结构2星型网络拓扑结构星型网络拓扑结构星型拓扑结构是目前局域网中应用最为普遍的一种星型拓扑结构是目前局域网中应用最为普遍的一种结构，它具有以下优点：结构，它具有以下优点：l网络结构简单，一般采用双绞线作为传输介质，建设和网络结构简单，一般采用双绞线作为传输介质，建设和维护费用较低。维护费用较低。l通信节点一般采用交换机，这样集中了网络信号流量，通信节点一般采用交换机，这样集中了网络信号流量，提高了链路利用率。提高了链路利用率。l网络性能较高，目前单链路网络传输速率达到了网络性能较高，目前单链路网络传输速率达到了10Gbit/s。l网络扩展性好，节点扩展时，

33、只需从交换机等设备中插网络扩展性好，节点扩展时，只需从交换机等设备中插入一条双绞线即可。移动一个节点时，只需把相应节点入一条双绞线即可。移动一个节点时，只需把相应节点设备移到新节点即可。设备移到新节点即可。l维护容易，一个节点出现故障不会影响其它节点的连接，维护容易，一个节点出现故障不会影响其它节点的连接，可任意拆走故障节点。可任意拆走故障节点。1.3.3 广播型网络拓扑结构广播型网络拓扑结构2星型网络拓扑结构星型网络拓扑结构星型拓扑结构的网络也存在以下缺点：星型拓扑结构的网络也存在以下缺点：l网络可靠性低。若交换机节点发生故障，整个网网络可靠性低。若交换机节点发生故障，整个网络系统将瘫痪。络

34、系统将瘫痪。l中心节点负载较重。由于所有信号都需要经过交中心节点负载较重。由于所有信号都需要经过交换机，在网络负荷重时会导致中心节点成为数据换机，在网络负荷重时会导致中心节点成为数据传输的瓶颈。传输的瓶颈。l使用线缆较多。由于每个节点都需要一条单独的使用线缆较多。由于每个节点都需要一条单独的线路连接到交换机，因此需要线缆较多，导致布线路连接到交换机，因此需要线缆较多，导致布线成本较高，管理复杂。线成本较高，管理复杂。1.3.3 广播型网络拓扑结构广播型网络拓扑结构3蜂窝型网络拓扑结构蜂窝型网络拓扑结构蜂窝型拓扑结构由圆形或六边形（为蜂窝型拓扑结构由圆形或六边形（为了表示方便）区域了表示方便）区

35、域组成，每个区域中组成，每个区域中心都有一个独立的心都有一个独立的节点。蜂窝型拓扑节点。蜂窝型拓扑结构主要用于无线结构主要用于无线通信网络。通信网络。1.3.3 广播型网络拓扑结构广播型网络拓扑结构3蜂窝型网络拓扑结构蜂窝型网络拓扑结构蜂窝型拓扑结构使用频率复用的方法，同样蜂窝型拓扑结构使用频率复用的方法，同样的频率在分散的区域内可以被多次复用，以使有的频率在分散的区域内可以被多次复用，以使有限的带宽容纳大量的用户。如图限的带宽容纳大量的用户。如图1-21（a）所示，）所示，一共有一共有7个频率的蜂窝小区，每个蜂窝采用一段个频率的蜂窝小区，每个蜂窝采用一段不同的通信频率（不同的通信频率（AG）

36、，它们之间的通信就），它们之间的通信就不会产生干扰，这不会产生干扰，这7个频率之外的蜂窝又可以重个频率之外的蜂窝又可以重复这复这7个频率。因此，需要对这些蜂窝小区以智个频率。因此，需要对这些蜂窝小区以智能的方式分配信道，以避免同频干扰和邻频干扰。能的方式分配信道，以避免同频干扰和邻频干扰。1.3.3 广播型网络拓扑结构广播型网络拓扑结构3蜂窝型网络拓扑结构蜂窝型网络拓扑结构蜂窝型拓扑结构的优点是用户使用网蜂窝型拓扑结构的优点是用户使用网络方便，网络建设时间短，网络易于扩展。络方便，网络建设时间短，网络易于扩展。蜂窝型网络拓扑结构的缺点是信号在一个蜂窝型网络拓扑结构的缺点是信号在一个蜂窝内无处不

37、在，因此信号很容易受到环蜂窝内无处不在，因此信号很容易受到环境或人为造成的干扰；由于地理和距离上境或人为造成的干扰；由于地理和距离上的限制，使得有时信号接收非常困难；蜂的限制，使得有时信号接收非常困难；蜂窝结构的传输速率较低，投资成本较高。窝结构的传输速率较低，投资成本较高。1.3.3 广播型网络拓扑结构广播型网络拓扑结构4混合型网络拓扑结构混合型网络拓扑结构混混合合型型拓拓扑扑结结构构可可以以是是各各种种拓拓扑扑结结构构的的组组合合，这种复杂的结构主要出现在城域网和广域网中。这种复杂的结构主要出现在城域网和广域网中。局局域域网网中中的的混混合合拓拓扑扑结结构构主主要要是是由由交交换换机机层层

38、次次连连接接而而构构成成的的树树型型拓拓扑扑结结构构（星星型型+星星型型），以以及及由由交交换换机机与与路路由由器器连连接接构构成成的的树树型型拓拓扑扑结结构构（星型（星型+点对点）。点对点）。混混合合型型拓拓扑扑结结构构的的顶顶层层节节点点负负荷荷较较重重，属属于于核核心心层层，但但如如果果网网络络设设计计合合理理，可可以以将将一一部部分分负负载载分配给下一层节点。分配给下一层节点。一个典型的大学校园网结构图一个典型的大学校园网结构图 1.4 网络设计标准与规范网络设计标准与规范标标准准是是一一组组规规定定的的规规则则、条条件件或或要要求求。标标准准往往往往以以公公开开的的文文档档进进行行表

39、表述述。对对于于成成功功的的标标准准和和行行业业规规范范来来说说，最最重重要要的的因因素素在在于于是是否否能能够够满满足足用用户户的的实实际际需需求求，没没有有实际用途的标准是没有生存空间的。实际用途的标准是没有生存空间的。1.4.1 网络标准的制定网络标准的制定1标准制定的目的标准制定的目的原原因因之之一一是是目目前前网网络络工工程程所所使使用用的的硬硬件件、软软件件种种类类繁繁多多，如如果果没没有有标标准准，可可能能会会导导致致一一种种硬硬件件不不能能与与另另一一种种硬硬件件兼兼容容，或或者者一一个个应应用用程程序序不不能能与与另另一一个个应应用用程程序序进进行行数数据交换。据交换。原原因

40、因之之二二是是通通过过标标准准或或规规范范，不不同同的的生生产产厂厂商商可可以以确确保保产品、生产过程以及服务达到公认的规定品质。产品、生产过程以及服务达到公认的规定品质。原因之三是为了保护标准制定组织的利益。原因之三是为了保护标准制定组织的利益。原原因因之之四四是是降降低低系系统统集集成成商商的的开开发发成成本本，同同时时也也降降低低了了用户维护系统和扩展系统的成本。用户维护系统和扩展系统的成本。1.4.1 网络标准的制定网络标准的制定2标准制定过程中的利益群体标准制定过程中的利益群体标标准准的的制制定定往往往往源源于于利利益益集集团团的的需需求求，不不同同的的利益集团往往会推出不同的标准。

41、利益集团往往会推出不同的标准。最最典典型型的的标标准准组组织织是是ITU（国国际际电电信信联联盟盟）和和IEEE（电电气气与与电电子子工工程程师师协协会会），ITU为为联联合合国国官官方方组组织织，它它制制定定的的标标准准更更多多地地反反映映了了各各国国电电信信运运营营商商的的利利益益；IEEE是是世世界界上上最最大大的的民民间间工工程程师师组组织织，它它制制定定的的标标准准大大部部分分反反映映了了各各个个设设备备制制造厂商的利益。造厂商的利益。1.4.2 ITU-T通信网络标准通信网络标准ITU-T制制定定了了许许多多通通信信和和网网络络方方面面的的标标准准，这这些些标标准准称称为为“建建议

42、议”，标标准准分分为为很很多多系系列列，这这些些标标准准系系列列往往往往以以英英文文字字母母AZ开开头头作作为分类。为分类。标准系列标准系列标标 准准 内内 容容E系列建议网络运营、电话业务、业务运营。如E.750个人通信G系列建议传输系统、数字系统、网络系统。如G.703定义的E1接口标准H系列建议视频、音频和多媒体系统。如H.323定义的IP电话标准M系列建议电信管理网络。如M.3010电信管理网的原则T系列建议多媒体通信规范。如T.120多媒体数据会议系统V系列建议电话通信、调制解调器、模拟数据通信等。如V.34串行通信标准X系列建议通过公网进行数据传输。如X.25分组交换网，X.61定

43、义的7号信令标准Y系列建议IP网络规范。如Y.1231定义的IP接入网体系结构1.4.3 IEEE 802计算机网络标准计算机网络标准IEEE 802系系列列标标准准是是由由IEEE制制定定的的关关于于局局域域网网和和城城域域网网的的标标准准，IEEE 802标标准准已被接纳为已被接纳为ISO标准，并命名为标准，并命名为ISO 8802。1.4.4 IETF因特网标准因特网标准 因因特特网网技技术术标标准准主主要要由由IETF（国国际际因因特特网网工工程程小组）研究和开发。小组）研究和开发。绝绝大大部部分分因因特特网网标标准准的的制制定定都都是是以以RFC文文档档形形式式开开始始，经经过过大大

44、量量的的论论证证和和修修改改过过程程，最最后后由由IETF发布。发布。RFC文文档档包包含含了了关关于于因因特特网网的的所所有有重重要要标标准准，但但RFC所所收收录录的的文文档档并并不不都都是是正正在在使使用用或或为为大大家家所所公公认认的的标标准准，也也有有很很大大一一部部分分只只在在某某个个局局部部领领域使用，或并没有被工程实践所采用。域使用，或并没有被工程实践所采用。1.5 因特网的发展因特网的发展1.5.1 国外因特网的发展国外因特网的发展因因特特网网经经历历了了3个个阶阶段段的的发发展展，这这3个个阶阶段段在在时时间间上上并并非截然分开，而有部分重叠。非截然分开，而有部分重叠。19

45、69年年美美国国国国防防部部创创建建了了ARPANET（阿阿帕帕网网）。1983年年，TCP/IP成成为为ARPANET的的标标准准通通信信协协议议。在在1983年年1984年之间，形成了因特网的雏型。年之间，形成了因特网的雏型。1989年年 NSFNET主主 干干 网网 的的 传传 输输 速速 率率 提提 高高 到到 了了1.544Mbit/s。这这时时，ARPANET发发展展成成为为了了一一个个大大型型的的互联网络。互联网络。1991年年美美国国政政府府决决定定将将因因特特网网的的经经营营权权转转交交给给商商业业公公司，商业公司开始对接入因特网的企业收费。司，商业公司开始对接入因特网的企业

46、收费。1.5 因特网的发展因特网的发展1.5.1 国外因特网的发展国外因特网的发展现现在在因因特特网网已已经经成成为为世世界界上上规规模模最最大大和和增增长长速速度度最最快快的的计计算算机机网网络络，没没有有人人能能够够准准确确说说出出因因特特网网上上究究竟竟连连接接了了多多少少台台计计算算机机。由由于于因因特特网网用用户户数数量量的的猛猛增增，使使得得现现有有的的因因特特网网不不堪堪重重负负。1996年年美美国国一一些些研研究究机机构构和和34所所大大学学提提出出研研制制和和建建造造新新一一代代因因特特网网的的设设想想，并并计计划划实实施施“下下一一代因特网计划代因特网计划”（NGI计划）。

47、计划）。1.5.2 中国因特网的发展中国因特网的发展中国早期因特网的建设是国际合作项目的成功典范。中国早期因特网的建设是国际合作项目的成功典范。通过1983年到1986年多年努力，于1986年9月14日发出了第一封国际电子邮件。1988年3月底，中国计算机科技网（CANET）在北京建立。1995年5月中国和美国建立了直接的互联网连接后，.CN域名服务器落户回到中国。1.5.3 中国主要互联网中国主要互联网目目前前中中国国计计算算机机互互联联网网已已形形成成骨骨干干网网、大大区区网网和和省省市市网网的的三三级级结结构构。骨骨干干网网由由政政府府有有关关部部门门批批准准成成立立、拥拥有有独独立立国

48、国际际信信道道、在在全全国国拥拥有有一一级级网网络络的的“互互联联网网服服务务商商”建建立立。任任何何政政府府部部门门、企企业业、ISP（因因特特网网服服务务提提供供商商）、个个人人计计算算机机用用户户等等，如如果果希希望望进进行行网网络络远远程程互互连连或或接接入入因因特特网网，都都必必须须通通过过骨骨干干网网运运营营商商。我我国国国国家家批批准准的的大大型型骨骨干干网有网有9个。个。1.5.3 中国主要互联网中国主要互联网1ChinaNet（中国公用计算机互联网）（中国公用计算机互联网）2CNCNet（中国网通宽带网）（中国网通宽带网）3CERNet（中国教育和科研计算机网）（中国教育和科

49、研计算机网）4CSTNet（中国科技信息网）（中国科技信息网）5UNINet（中国联通计算机互联网）（中国联通计算机互联网）6CMNet（中国移动互联网）（中国移动互联网）7CSNet（中国卫星集团互联网）（中国卫星集团互联网）8CGWNet（中国长城网）（中国长城网）9CIETNet（中国国际经济贸易互联网）（中国国际经济贸易互联网）我国大型互联骨干网国际出口带宽我国大型互联骨干网国际出口带宽 骨干网名称骨干网名称中文名称中文名称国际出口带宽国际出口带宽说说 明明ChinaNet中国公用计算机互联网198Gbit/s商业网，信息产业部主管CNCNet中国网络通信集团138Gbit/s商业网，

50、信息产业部主管CERNet中国教育和科研计算机网9Gbit/s公益网，教育部主管CSTNet中国科技网8.8Gbit/s公益网，科技部主管UNINet中国联通互联网4.3Gbit/s商业网，信息产业部主管CMNet中国移动互联网8.2Gbit/s商业网，信息产业部主管CIETNet中国国际经济贸易互联网2Mbit/s公益网，商务部主管CRNET中国铁通互联网1.2Gbit/s信息产业部主管CSNet中国卫星集团互联网建设中信息产业部主管1.5.4 中国第二代互联网中国第二代互联网CERNet21CERNet基本情况基本情况CERNet（中中国国教教育育和和科科研研网网）是是我我国国教教育育信信

51、息息化化的的基础设施，也是国际上最大的国家级学术互联网。基础设施，也是国际上最大的国家级学术互联网。CERNet自自1994年年底底开开始始建建设设，截截止止到到2004年年12月月，CERNet骨骨干干网网络络已已连连通通全全国国36个个省省会会城城市市和和单单列列市市，包包括括一一个个国国家家网网络络中中心心、8个个地地区区网网络络中中心心和和28个个地地区区网网络主节点，通达全国络主节点，通达全国200多个城市。多个城市。CERNet与与国国内内其其他他网网络络保保持持高高速速互互连连，同同时时与与美美国国、英国、日本等国均保持高速互连。英国、日本等国均保持高速互连。1.5.4 中国第二

52、代互联网中国第二代互联网CERNet22CERNet2第第2代中国教育科研网代中国教育科研网CERNet2是是1998年年开开始始进进行行的的中中国国下下一一代代互互联联网网（CNGI）研研究究项项目目，项项目目由由中中国国工工程程院院负负责责，由由清清华华大大学学等等25所所大大学学联联合合承承担担设设计计建建设设工工作作。2003年年10月月，连连接接北北 京京、上上 海海 和和 广广 州州 三三 个个 核核 心心 节节 点点 的的CERNet2试验网开通，并投入试运行。试验网开通，并投入试运行。1.5.4 中国第二代互联网中国第二代互联网CERNet22CERNet2第第2代中国教育科研

53、网代中国教育科研网CERNet2是是目目前前世世界界上上最最大大规规模模的的IPv6网网络络，骨骨干干网网尽尽可可能能地地采采用用了了国国产产IPv6设设备备。并并进进行行了了以以下下应应用用研研究究：中中国国教教育育科科研研网网格格（ChinaGrid）、高高清清晰晰度度视视频频传传输输、无无线线移移动动技技术术、大大规规模模点点到到点点的多媒体通信系统等。的多媒体通信系统等。1.5.4 中国第二代互联网中国第二代互联网CERNet23CERNet2总体结构总体结构CERNet2分分 为为 骨骨 干干 网网 和和 用用 户户 网网。CERNet2骨骨干干网网由由网网络络中中心心和和分分布布在在全全国国20个个城城市市的的核核心心节节点点组组成成，用用户户网网包包括括高高校校、科科研研以以及及其其他他单单位位，CERNet2全全国国网网络中心位于清华大学内。络中心位于清华大学内。CERNet2网络拓扑结构网络拓扑结构 1.5.4 中国第二代互联网中国第二代互联网CERNet24CERNet2网络用户接入网络用户接入CERNet2骨骨干干网网采采用用纯纯IPv6协协议议，传传输输链链路路采采用用DWDM（密密集集波波分分复复用用）技技术术，支持支持IPv4和和IPv6的用户网接入。的用户网接入。本章结束