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八年级计算机教案(全案)(5)

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中间的传输层为面向应用的上3层屏蔽了跟网络有关的下3层的详细操作。从实质上讲,传输层建立在由下3层提供服务的基础上,为面向应用的高层提供网络无关的信息交换服务。 (2)OSI每层功能

<1>物理层(Physical layer)

物理层是OSI参考模型的最低层或第一层,它的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供建立、维护和取消物理连接,以便透明的传输比特流。 在物理层使用的设备主要有中继器(也叫放大器)和Hub。 <2>数据链路层

数据链路层在物理层和网络层之间提供通信,建立相邻节点之间的数据链路,传送以帧为单位的数据,采用差错控制、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。

OSI把数据链路层分为为两个子层:逻辑链路控制子层(LLC)和介质访问控制子层(MAC)。LLC子层为网络层的各种协议提供服务,MAC子层是为了和物理层通信而存在的。

在数据链路层使用的设备主要有网卡、网桥、交换机。 <3>网络层

网络层的主要任务是通过路由算法,为分组或包选择最适当的路径,并解决拥塞、流量控制和网际互联等,它提供不同网络系统间的连接和路由选择并定义了逻辑地址。该层的数据单元叫做数据包或分组(Packet)。

注意:所谓路由就是将数据包从一个网段转发到另一个网段的最佳路径。 在网络处理中用到两种地址,一种使用数据链路层的,另外一种使用网络层的网络地址即逻辑地址,IP地址就是网络层逻辑地址的例子。利用逻辑地址,网络层提供一个统一的寻址方案,因此它屏蔽了底层的技术细节,把各种网络统一到一个逻辑平台上来,从而保证了不同类型的网络之间的互联和互操作。 在网络层使用的设备主要有路由器、交换机(第三层交换)。 <4> 传输层

数据在传输层进行数据分割和数据重组为数据段(Segment),传输层的主要任务是负责准确可靠地将数据从网络一端传到另一端(提供可靠的端到端服务)。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。传输层还运用一种节点机制,负责在不同物理节点的应用程序间建立连接。 常见工作在传输层的一种可靠的、面向连接的服务是TCP/IP协议套中的TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议),另一项传输层的服务是UDP(User Datagram Protocl,用户数据报协议)它是一种不可靠、无连接的协议。

使用面向连接的网络服务时,首先是建立连接,然后使用连接进行数据传输,最后终止连接。面向连接的服务能够保证数据准确可靠的传送到目的地。 无连接服务就像我们寄信一样,我们填写收信人地址和邮政编码并封装好信件后,把它送到邮筒,发信人便完成了通信过程,而信件通过邮局和运输系统最终到达收信人的过程与发信人完全无关。发信人在同时刻发往同一收信人的不同信件,可能会出现晚发的早到情况。 <5>会话层

会话层的主要任务是组织两个会话进程之间的通信,并管理数据的交换。主要的功能是对话管理,数据流同步和重新同步。要完成这些功能,需要由大量的服务单元功能组合。 <6>表示层

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,保证一个系统的应用层送出的信息可被另一个系统的应用层所读取,如同应用程序和网络之间的翻译官。如果必要,表示层会利用一种公用的信息表示格式翻译多种信息表示。 表示层提供的关于数据表示方式的服务有:数据表示(格式变换)、数据安全(加密和解密)和数据压缩与恢复。 <7>应用层

应用层是将应用进程与远程应用进程交互时经常使用的功能以及实现这些功能所要使用的协议标准化,它包含了系统管理员管理网络服务所涉及的所有问题和基本功能。简单描述,用户通过应用层的协议去完成用户想要完成的任务。 常用的应用层协议有:

HTTP:超文本传输协议;FTP:文件传输协议;TELNET:远程登录; SNMP:简单网络管理协议;SMTP:简单邮件传输协议; NNTP:网络新闻组传输协议;DNS:域名解析协议 (3) 对等层通信 在OSI参考模型中,对等层之间经常需要交换信息单元,对等层协议之间需要交换的信息单元叫做协议数据单元(PDU,protocol data unit)。节点对等层之间的通信并不是直接通信(例如两个节点的传输层之间进行通信),它们需要借助于下层提供的服务来完成,所以,通常说对等层之间的通信是虚通信,如图所示。

数据在传输过程中,所经每一层都要对数据进行封装或解装,每一层封装或解装的PDU都不一样。如图1-19所示表示OSI模型每层传输的数据格式。 图1-20 OSI中数据的传输和封装格式 5.TCP/IP参考模型

在实际中完全遵从OSI参考模型的协议几乎没有。但OSI模型为人们考查其他协议各部分间的工作方式提供了框架和评估基础。TCP/IP出现于20世纪70年代,80年代被确定为因特网的通信协议。TCP/IP参考模型是将多个网络进行无缝连接的体系结构,其模型如下图1-21所示,图中加入了与OSI模型的对照。 1)应用层(Applicationlayer)。是TCP/IP参考模型的最高层,它定义了应用程序使用互联网的规程。它向用户提供一些常用应用程序,如电子邮件等。应用层包括了所有的高层协议,并且总是不断有新的协议加入。主要协议有:网络终端协议TELNET,用于实现远程登录功能;文件传输协议FTP,用于实现交互式文件传输功能;简单电子邮件协议SMTP,实现电子邮件发送功能;域名服务DNS,用于实现网络设备名字到IP地址映射的网络服务;网络文件系统NFS,用于网络中不同主机间的文件系统共享。

2)传输层(Transportlayer)也叫TCP层,主要功能是负责应用进程之间的端-端通信。传输层定义了两种协议:传输控制协议TCP与用户数据报协议UDP。 TCP协议是一种可靠的面向连接的协议,主要功能是保证信息无差错地传输到目的主机。 UDP协议是一种不可靠的无连接协议,它与TCP协议不同的是它不进行分组顺序的检查和差错控制,而是把这些工作交给上一级应用层完成。 3)网络层(Internetlayer)也叫IP层,负责处理互联网中计算机之间的通信,向传输层提

供统一的数据报。它的主要功能有以下三个方面:处理来自传输层的分组发送请求;处理接收的数据包;处理互联的路径。 4)物理链路层(Host-to-Networklayer)。物理链路层主要功能是接收IP层的IP数据报,通过网络向外发送,或接收处理从网络上来的物理帧,抽出IP数据报,向IP层发送。该层是主机与网络的实际连接层。 下面我们来看看两种模型的具体差异。其中显而易见的差异是两种模型的层数不一样:两者的另外一个差别是有关服务类型方面。ISO/OSI模型的网络层提供面向连接和无连接两种服务,而传输层只提供面向连接服务。TCP/IP模型在网络层只提供无连接服务,但在传输层却提供两种服务。 6.局域网标准IEEE802

IEEE(美国电子和电气工程师协会)。IEEE802是主要的局域网标准。局域网领带于共享介质,因此很多计算机连的共享介制裁上,并按照一定的顺序使用介质传送数据。

IEEE 802系列标准间的关系如图所示:

从上图中可以看出,LAN的数据链路层实际上被划分为两个子层:逻辑链路控制子层(LLC)和媒体访问控制子层(MAC),并且,LAN之间的差别主要体现在物理层和MAC子层。

LAN物理层主要定义结点和传输媒体的接口特性,包括机械特性、电气特性等;LAN的MAC子层则定义结点共享传输媒体时采用的访问控制技术,包括借助于物理层的无差错传输技术等;LAN的LLC子层屏蔽不同的MAC子层之间的差异,以便提供统一的接口;LAN的网络层功能被简化,在单个LAN设计时可以忽略,或者可以认为OSI/RM的更高层通过虚拟的网络层直接引用LLC子层的服务。 IEEE 802标准主要包括几项(这些标准在物理层和MAC子层有区别,但在逻辑链路子层是兼容的): 1、IEEE 802.1标准,定义了局域网体系结构、网络互联,以及网络管理与性能测试。 2、IEEE 802.2标准,定义了逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务。 3、IEEE 802.3标准,定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层和物理层规范。在物理层定义了4种不同介质的10Mb/s的以太网规范,包括10Base- 5(粗同轴电缆)、10Base-2(细同轴电缆)、10Base-F(多模光纤)和10Base-T(无屏蔽双绞线UTP)。另外,到目前为止IEEE 802.3工作组还开发了一系列标准,如下所示。 (1)、IEEE 802.3u标准,百兆快速以太网标准,现已合并到IEEE 802.3中。 (2)、IEEE 802.3z标准,光纤介质千兆以太网标准规范。 (3)、IEEE 802.3ab标准,传输距离为100m的5类无屏蔽双绞线千兆以太网标准规范。 (4)、IEEE 802.3ae标准,万兆以太网标准规范。 4、IEEE 802.4标准,定义了令牌总线(Token Bus)介质访问控制子层与物理层规范。 5、IEEE 802.5标准,定义了令牌环(Token Ring)介质访问控制子层与物理层规范。 6、IEEE 802.6标准,定义了城域网(MAN)介质访问控制子层与物理层规范。 7、IEEE 802.7标准,定义了宽带网络技术。 8、IEEE 802.8标准,定义了光纤传输技术。 9、IEEE 802.9标准,定义了综合语音与数据局域网(IVD LAN)技术。 10、IEEE 802.10标准,定义了可互操作的局域网安全性规范(SILS)。 11、IEEE 802.11标准,定义了无线局域网介质访问控制方法和物理层规范,主要包括以下几项。 (1)、IEEE 802.11a,工作在5GHz频段,传输速率为54M/ps的无线局域网标准。 (2)、IEEE 802.11b,工作在2.4GHz频段,传输速率为11Mb/s的无线局域网标准; (3)、IEEE

802.11g,工作在2.4GHz频段,传输速率为54Mb/s的无线局域网标

准; 12、IEEE 802.12标准, 定义了100VG-AnyLAN快速局域网访问方法和物理层规范。 13、IEEE 802.14标准,定义了交互式电视网(Cable Modem)技术。 14、IEEE 802.15标准,定义了无线个人局域网(WPAN)技术。 15、IEEE 802.16标准,定义了宽带无线局域网技术。 16、IEEE 802.17标准,正在制定的弹性分组环(RPR)标准。 17、IEEE 802.18标准,正在制定的宽带无线局域网标准规范。 7。局域网的拓朴结构 (1)基本构型

网络拓扑是是网络中各节点计算机和网络设备的地理分布和互连关系的几何结构。网络的拓扑结构按几何形状主

要有以下几种基本构型:星形拓扑型、总线拓扑型、环形拓扑型、树形拓扑型、网状拓扑型。

提示:所谓网络节点,就是指在网络中独立进行工作的设备。网络节点可能是诸如服务器、工作站等网络主机,也可能是诸如路由器、交换机、集线器、网卡等网络连接设备。

逻辑拓扑结构的选择往往与传输媒体的选择及媒体访问控制方法的确定紧密相

关。在选择网络逻辑拓扑结构时,应考虑的因素有下列几点: 1)可靠性。 2)费用。 3)灵活性。 4)响应时间和吞吐量。 (2)拓扑的分类

根据通信子网中通信信道类型,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。 在采用广播信道通信子网中,一个公共的通信信道被多个网络节点共享。采用广播信道通信子网的基本拓扑结构有四种:总线型、环型、树型、无线通信与卫星通信型。这一类主要以局域网的总线型拓扑结构为代表。在采用点对点线路通信子网中,每条物理线路连接一对节点。采用点对点线路通信子网的基本拓扑结构也有四种:网状型、星型、环型与树型。目前实际存在与使用的广域网结构,基本上都采用网状拓扑结构。 <1>总线型拓扑结构

总线型拓扑结构是局域网主要的拓扑结构之一。它采用单根数据传输线作为通信介质,所有的节点都通过相应的硬件接口(如网卡)直接连接到通信介质,而且能被所有其他的节点接受。图1-13所示为总线型拓扑结构示意图。

总线型网络结构中的节点为服务器或工作站,通信介质为同轴电缆或双绞线。 由于所有的节点共享一条公用的传输链路,所以一次只能由一个设备传输。这样就需要某种形式的访问控制策略,来决定下一次哪一个节点可以发送。一般情况下,总线型网络采用载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)控制策略。

总线型网络信息发送的过程为:发送时,发送节点对报文进行分组,然后一次一个地址依次发送这些分组,有时要与其他工作站传来的分组交替地在通信介质上传输。当分组经过各节点时,目标节点将识别分组的地址,然后将属于自己的分组内容复制下来。(学生尝试描述,教师总结) 图1-13 总线型拓扑结构

总线型拓扑结构在局域网中得到广泛的应用,其特点为结构简单,连接方便,可扩展性强,但容易造成信息堵塞,通信线路较长。 <2>星型拓扑结构

星型拓扑结构是中央节点和通过点到点链路连接到中央节点的各节点组成。利用星型拓扑结构的交换方式有电路交换和报文交换,尤以电路交换更为普遍。一旦建立了通道连接,可以没有延迟地在连通的两个节点之间传送数据。工作站到中央节点的线路是专用的,不会出现拥挤的瓶颈现象。图1-14所示为星型拓扑结构图。

星型拓扑结构中,中央节点为集线器(HUB)或局域网交换机,其他外围节点为服务器或工作站;通信介质为双绞线或光纤。

星型拓扑结构被广泛的应用于网络中智能主要集中于中央节点的场合。由于所有节点的往外传输都必须经过中央节点来处理,因此,对中央节点的要求比较高。 图1-14 星型拓扑结构

星型拓扑结构信息发送的过程为:某一工作站有信息发送时,将向中央节点申请,中央节点响应该工作站,并将该工作站与目的工作站或服务器建立会话。此时,就可以进行无延时的会话了。(学生尝试描述,教师总结) 在交换式局域网(switched LAN)出现后,才真正出现了物理结构与逻辑结构统一的星型拓扑。交换式局域网的中心节点是局域网交换机。在典型的交换式局域网中,节点可以通过点对点线路与局域网交换机连接。局域网交换机可以在多对节点之间建立并发连接。

星型拓扑结构的优点为: ① 可靠性高。② 方便服务。③ 故障诊断容易。 星型拓扑结构的缺点:① 扩展困难、安装费用高。② 对中央节点的依赖性强。 <3>环型拓扑结构

环型拓扑结构是一个像环一样的闭合链路,在链路上有许多中继器和通过中继器连接到链路上的节点。也就是说,环型拓扑结构网络是由一些中继器和连接到中继器的点到点链路组成的一个闭合环。在环型网中,所有的通信共享一条物理通道,即连接网中所有节点的点到点链路。图1-15为环型拓扑结构。 图1-15环型拓扑结构

环型拓扑结构的交换方式采用分组交换。由于多个工作站共享同一环,因此需要对此进行控制,以便决定每个站在什么时候可以把分组放在环上。一般情况下,环型拓扑结构网络采用令牌环(Token Ring)的介质访问控制。 信息发送的过程为:如果某一站点希望将报文发送到另一目的站点,那么它需要将这个报文分成若干个分组。每个分组包括一段数据再加上一些控制信息,其中控制信息包括目的站点的地址。发送信息的站点依次把每个分组放到环上之后,通过其他中继器进行循环;环中的所有中继器都将分组的地址与该中继器连接的节点的地址相比较,当地址符合时,该站点就接收该分组。(学生尝试描述,教师总结)

优点:① 电缆长度短。② 适用于光纤。③ 无差错传输。

缺点:① 可靠性差。② 故障诊断困难。③ 调整网络比较困难。 8.访问局域网的共享资源

输入\\\\主机名\\盘符名$,问问哪个同学收到了教师发送的文件?

为什么我们在一个教室里可以互相通信呢?正因为我们在同一个局域网里。 调动学生参与的积极性,激发学习的兴趣。 (1)网上邻居的作用 在生活小区里,我们有很多的邻居;在我们的机房网络里,电脑也有很多的邻居,在你的电脑中如何找到你的左邻右舍呢?又如何访问他们呢?

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