数据通信网讲解课件

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1、第二部分第二部分 数据通信网数据通信网解决问题：IP地址是用来干什么？MAC地址是用来干什么的？路由器与交换机的区别？VLAN与子网的区别？物理端口和逻辑端口的区别？为什么要用七层模型？互联网是怎样运行的？2.1 互联网的组成互联网的组成 CHINANET的组成；接入网的组成2.2 OSI参考模型与数据通信参考模型与数据通信 OSI-RM七层及功能；各层的关系及数据通信过程；网络互连及设备2.3 网络层网络层协议协议网络层协议概述；IP；其他网络层协议2.4 传输层传输层协议协议传输层协议功能与端口；TCP；UDP与SCTP2.5 其他层其他层协议协议物理层；数据链路层；应用层 2.1互联网的

2、组成2024/6/25现代通信网技术（1）CHINANET的组成如何判断一个网络是广域网还是通信子网，取决于网络中是否含有主机。如果一个网络只含有中间转接站点（IMP），则该网络仅是一个通信子网；反之，如果网络中既包含IMP，又包含用户的主机，则该网络是一个广域网。图13.33就是一个互联网示意图，它是建立在不同硬件结构的MAC地址之上的虚拟网，用统一的IP地址实现网络的互联。CHINANET是中国公用计算机互联网，采用TCP/IP协议，并通过高速数字专线与国际Internet互联。CHINANET与国内的企业网，校园网和各种局域网互联，构成中国的Internet。2024/6/25现代通信网

3、技术2024/6/25现代通信网 （2）数据接入网）数据接入网 在通信网中，而接入网又大体分成有线和无线接入网两大类。现有的：用光纤接入的光纤接入网，如FTTB、FTTC、FTTH等；用铜线接入的铜缆接入网，如ADSL、HDSL、VDSL等；用光纤和同轴电缆接入的混合接入网，如HFC、CATV等；利用五类线接入的以太接入网，如LAN等；利用光纤、铜线或无线接入的电话接入网，如远端模块、远端用户单元等。2024/6/25现代通信网表6-1 FTTH与传统网络接入方式的比较表HFCADSL以太网FTTH全光网络传输载体同轴电缆普通电话线五类网线光纤传输距离3公里100米不限最高速率100Mb/s非

4、对称8Mb/s100Mb/s1000Mb/s以上IP视频流差差较好好互动电视优秀差一般较好高速上网较好一般一般好高清晰电视较好最差差较好长距离衰减一般差最差好2024/6/25现代通信网 图 光纤接入网2024/6/25现代通信网无源光网络在以太网已经广泛地应用于用户侧网络之中，可直接将以太帧封装到物理层。PON光纤接入网结构，如图所示。图 PON光纤接入网结构 2024/6/25现代通信网 铜缆接入也称为xDSL接入，这是利用充分利用埋在地下的铜线资源实现宽带接入。图6.4所示的是 xDSL接入结构。xDSL中的x是一种泛指的数字用户线(DSL)技术，其中x可以是A（即ADSL）、或H（即H

5、DSL）、或V（即VDSL）等。图6.4 xDSL接入结构Page 13lPassive Optical Network 无源光网络无源光网络OLTONUOptical Line Terminal 光线路终端Optical Network Unit 光网络单元Passive Optical Splitter 无源分光器PSTNInternetCATVONUONU PON是一种点到多点（是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络；）结构的无源光网络；PON由由光线路终端光线路终端OLT（Optical Line Terminal）、）、光网络单元光网络单元 ONU（Optical Network

6、 Unit）和无源分光器和无源分光器POS（Passive Optical Splitter）组成；）组成；Passive Optical Splitter 无源分光器Page 14GPON（Gigabit-capable Passive Optical Networks）三大优势：三大优势：1、更远的传输距离：采用光纤传输，接入层的覆盖半径、更远的传输距离：采用光纤传输，接入层的覆盖半径20KM；2、更高的带宽：对每用户下行、更高的带宽：对每用户下行2.5G/上行上行1.25G（物理层）；（物理层）；3、分光特性：局端单根光纤经分光后引出多路到户光纤，节省光纤资源。、分光特性：局端单根光纤经

7、分光后引出多路到户光纤，节省光纤资源。GPON支持支持Tripleplay业务，可提供全业务竞争方案可以有效解决双绞线接入的业务，可提供全业务竞争方案可以有效解决双绞线接入的带宽瓶颈，满足用户对高带宽业务的需求，如高清电视、实况转播等，带宽瓶颈，满足用户对高带宽业务的需求，如高清电视、实况转播等，GPON是是三网合一的上佳方案。三网合一的上佳方案。GPON标准完善，综合业务支持好，技术要求高标准完善，综合业务支持好，技术要求高全球大运营商的选择全球大运营商的选择1Mbps 3M8M25M100MADSL/ADSL2+Copper BasedVDSL/ADSL2+Copper BasedPONF

8、iber Based2002200320062010以后的时间以后的时间带宽带宽互联网视频会议远程控制接入技术业务需求VoD标清电视视频会议Game实况TVVoDHDTV3km2km1km20km覆盖半径为什么选择为什么选择GPON?Page 15lGPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输（强制）。l为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术：下行数据流采用广播技术；上行数据流采用TDMA技术。1490nm1310nmGPON原理原理-数据复用技术数据复用技术Page 16广播方式：广播方式：GPONGPON的下行帧长为固定的的下行帧长为固定的125us125us，

9、如：携带，如：携带1518B1518B，下行为广播方式，所，下行为广播方式，所有的有的ONUONU都能收到相同的数据，通过都能收到相同的数据，通过Gemport ID,ONUGemport ID,ONU来识别、区分和过滤属于自己来识别、区分和过滤属于自己的数据。的数据。GPON原理原理-下行数据下行数据Page 17GPON原理原理-上行数据上行数据TDMATDMA方式：方式：GPONGPON的上行是通过的上行是通过TDMATDMA（时分复用）的方式传输数据，上行链路被分成（时分复用）的方式传输数据，上行链路被分成不同的时隙，根据下行帧的不同的时隙，根据下行帧的upstream bandwid

10、th mapupstream bandwidth map字段来给每个字段来给每个ONUONU分配上行时隙，分配上行时隙，这样所有的这样所有的ONUONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了，不会产生为了争夺时隙而就可以按照一定的秩序发送自己的数据了，不会产生为了争夺时隙而冲突。冲突。2024/6/25现代通信网技术 综合布线系统由六个子系统组成，即建筑群布线子系统、建筑物垂直布线子系统、水平布线子系统、工作区布线子系统、设备区子系统、管理处子系统。大型布线系统需要用铜介质和光纤介质部件将六个子系统集成在一起。下图所示的是包含了其中主要四部分的模型图。2024/6/25现代通信网技术 图6.12

11、 综合布线模型 2.2 OSI参考模型与数据通信参考模型与数据通信2.2 OSI参考模型与数据通信参考模型与数据通信 ISO负责制定大型网络的标准，包括与Internet相关的标准，它提出的OSI RM（开放系统互连参考模型），描述了网络的工作机理，为数据通信网络构建了一个易于理解的模型。在数据通信中常用的TCP/IP协议栈与OSI七层参考模型关系是密不可分的。由于多种协议的并存，使得网络兼容已成为主要问题。因此，使得ISO早在1984年就提出的OSI RM成为数据通信的基础模型。图2.1 OSI七层参考模型及功能图2.1 OSI七层参考模型及功能（应用与传输）图2.1 OSI七层参考模型及功

12、能（封装方式）图2.1 OSI七层参考模型及功能（相互关系）图2.1 OSI七层参考模型及功能（服务方向）对等层传输的信息就称为数据协议数据单元（PDU）。相应地，应用层数据称为应用层协议数据单元（APDU），表示层数据称为表示层协议数据单元（PPDU），会话层数据称为会话层协议数据单元（SPDU）。（1）应用层。是OSI参考模型最靠近用户的一层，它为用户的应用进程访问OSI环境提供服务。应用层识别并验证目的通信方的可用性，使协同工作的应用程序之间同步。协议：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。（2）表示层。它提供数据格式转换服务，数据加密、数据表示标准服务等。该服务层处理的是通信双方

13、之间的数据表示问题，表示层的主要功能为：语法转换、传送语法的选择、常规功能等。协议有：数据结构标准的EBCDIC、ASCII；图像标准的JPEG、TIFF、GIF；视频标准的MIDI、MPEG、QuickTime等。（3）会话层。它通过执行多种机制在应用程序间建立、维持和终止会话。会话层机制包括计费、话路控制、会话参数协商等。会话层提供远程会话地址、会话建立后的管理，提供报文分组重新组的功能。协议：结构化查询语言（SQL）、网络文件系统（NFS）、远程过程调用（RPC）、网络基本输入/输出系统（NetBIOS）、Windows系统等。（4）传输层。它的主要设置目的就是在源主机和目的主机进程之间

14、提供可靠的端到端通信。主要功能为：连接管理；负责传输连接的建立、维护与释放，传输连接的建立过程称为“握手”；流量控制；传输层在发送本层数据分组时，还要确保数据的完整性；差错检测与恢复；提供用户要求的服务质量和端到端的可靠通信。协议：TCP、UDP、SCTP、SPX等。（5）网络层。可以通过路由选择协议来确定数据包从源端到目的端路由。网络层的主要功能是建立、维护和拆除网络连接，组包/拆包，路由选择，拥塞控制等。网络层有代表性的协议有：IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP和RARP等。（6）数据链路层。它的主要功能是负责数据链路信息从源点传输到目的点的数据传输与控制，保证将源端主机网络层的数据

15、包准确无误地传送到目的主机的网络层。数据链路层传输的基本单位是帧。数据链路层与物理地址、网络拓扑、线缆规划、错误校验和流量控制等有关。协议：SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。（7）物理层。第一层是物理层（physical layer），它涉及在通信信道（channel）上传输的原始比特流，实现传输数据所需要的机械、电气、功能特性及过程等手段。物理层涉及电压、电缆线、数据传输速率、接口等的定义。典型规范：EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-499、V.35、RJ-45等。我们可以将终端或网络设备之间平行相对应的层称为对等层或对应层。将终端或网络设备中上、下相接的层称为

16、相邻层对等层之间联系通过相同的协议，相邻层之间联系通过原语。关于上、下层的相邻层关系，我们还可以将它理解为用户和服务的关系，即上层是下层的用户，下层是为上层提供服务。每一层利用下一层提供的服务，使用自己的协议与对等层通信。而习惯上又将传输层数据称为段（segment），网络层数据称为数据包（packet），数据链路层数据称为帧（frame），物理层数据称为比特流（bit stream）。如：两个终端设备的对等传输层利用数据段进行通信，传输层的段成为网络层数据包的一部分，网络层数据包又成为数据链路层帧的一部分，最后转换成比特流传送到对端物理层，又依次到达对端数据链路层、网络层、传输层，实现了对等

17、层之间的通信。封装（encapsulation）是指网络节点（node）将要传送的数据用特定的协议头打包来传送数据，有时候，我们也可能在数据尾部加上报文，这些就是封装过程。封装就是以保证数据能够准确无误地到达目的地，被对端设备理解、执行。例题 用OSI七层模型的概念，概述数据从主机到服务器的传送过程。虚电路服务：在虚电路服务方式中，为了进行数据的传输，网络的源主机和目的主机之间先要建立一条逻辑通道。虚电路服务方式是网络层向传输层提供的一种使所有分组能按顺序到达目的主机的可靠的数据传送方式。也可以理解为在进行数据交换的两端主机之间存在着一条为它们提供服务的虚电路。数据报服务：数据报服务类似于邮政

18、系统的信件投递。每个分组都携带完整的源、目的节点的地址信息，独立地进行传输，每当经过一个中间节点时，都要根据目标地址和网络当前的状态，按一定的路由选择算法选择一条最佳的输出线，直至传输到目的节点。面向连接服务（Connect-oriented Service）。面向连接服务含义指在使用该服务之前用户首先要建立连接，而在使用完服务之后，用户应该释放连接，当被叫用户拒绝连接时，连接宣告失败。它适用于延迟敏感性应用。在建立连接阶段，在有关的服务原语以及协议数据单元中，必须给出源主机和目的主机的地址，建立虚电路连接；在数据传输阶段，可以使用一个连接标识符来表示上述这种连接关系。无连接服务（Connec

19、tionless Service）。无连接服务是指两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，因此其下层的有关资源不需要事先进行预定保留，这些资源是在数据传输时动态地进行分配的，它适用于延迟不敏感的应用。无连接服务就好比邮政系统，每个报文带有完整的目的地址，并且每一个报文都独立于其他报文，经由系统选定的路线传递。协议栈是指在OSI参考模型的所有层里，相互协作或作为一个组来通信的相关通信协议的集合，如TCP/IP协议栈、IPX/SPX协议栈等。TCP/IP协议栈如图所示，TCP/IP协议在报文转发过程中，封装和去封装也发生在各对等层之间。可以将OSI参考模型合并为5层：应用层、传输层、网络层、数据

20、链路层和物理层，而TCP/IP协议栈则体现在3个层：应用层、传输层和网络层，TCP/IP协议栈能支持所有标准的物理层和数据链路层协议 图2.2 TCP/IP协议栈对应协议 图2.2 TCP/IP协议栈对应连接图2.2 TCP/IP协议栈对应地址 图2.2 TCP/IP协议栈对应设备 图2.2 TCP/IP协议栈网络设备与OSI七层模型协议的对应关系如图1.3所示。以下对各设备做简单的介绍。图2.3 网络设备与OSI七层模型协议的对应关系网络设备与OSI七层模型协议的对应关系如图1.3所示。以下对各设备做简单的介绍。图2.3 网络设备与OSI七层模型协议的对应关系（1）转发器（repeater）

21、：也称中继器，指物理层互连设备。（2）网桥（bridge）：也称桥接器，指数据链路层互连设备，链路层的帧中继。（3）交换机（Switch）：数据链路层或网络层以上的互连设备。（4）路由器（Router）：指网络层互连设备。在网络层上实现网络的互连。（5）网关（Gateway）：指网络层以上互连设备。（6）四层交换机或会话交换机：是基于“数据流”的概念来进行数据报文的寻径转发的，（7）服务器（Server）：大多数服务器是网络的核心（当然对等网也可以没有服务器）。（8）网络适配器（Network Adapter）：指网卡等，它的主要作用是将计算机数据转换为能够通过介质传输的信号。（9）防火墙（F

22、ire Wall）：在互联网的子网（或专用网）与互连网之间设置的安全隔离设施，达到网络和信息安全的效果。（10）IP交换（IP Switching）：即IP交换机。IP交换机可以由ATM交换机和IP交换控制器组成。（11）IP电话（IP Phone）：在IP网上提供的具有一定服务质量的语音业务的终端设备。（12）（IP电话）网守（IP Phone）Gatekeeper：也称关守，是在IP电话网上提供地址解析和接入认证的设备。（13）网络终端（PC、支持数据通信的移动台等）：通常都具有由高层到低层的完备功能。（14）七层交换机或高层智能交换：第七层交换技术可以定义为数据包的传送不仅仅依据MAC地

23、址、IP地址以及TCP/UDP端口，而且可以根据内容进行传送。（15）Web交换机：高层交换技术的一个典型应用就是Web交换机。在目前Internet网站上的信息量和访问急剧增长的前提下，怎样使每个用户都可以得到QoS的保证是一个越来越重要的问题。2.3 网络层网络层协议协议 网络层利用数据链路层和物理层提供的服务来实现传输层的通信，将数据包从源网络发送到目的网络。通常网络层设备的每一个接口都有存在于OSI参考模型的第三层的网络层地址，又称协议地址或逻辑地址。被路由协议（routed protocol），也称网络层协议，是定义数据包内各个字段的格式和用途的网络层封装协议，该网络层协议允许将数据

24、包从一个网络设备转发到另外一个网络设备。路由选择协议（routing protocol），通过在路由器之间共享路由信息来支持可路由协议。路由信息在相邻路由器之间传递，确保所有路由器知道到其他路由器的路径。图2.4 计算机网络协议体系结构图2.4 计算机网络协议体系结构网络层为了保证数据包的成功转发，主要协议有：IP（Internet Protocol，互联网协议）、ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）、RARP（Reverse Address Resolution Protocol，反向地址解析协议）、ICMP（Internet Control Mes

25、sage Protocol，网际控制消息协议）和IGMP（Internet Group Management Protocol，网际组管理协议）。IP地址，又称逻辑地址，它用来标识每一台网络设备或接口。图2.5 IP地址类型A类IP地址的网络地址为第一个8位数组（octet），第一字节以“0”开始。因此，A类网络地址的有效位数为81=7位，第一字节为1126（127留做它用）。A类地址的主机地址位数为后面的3字节，共24位，地址的范围为1.0.0.0126.255.255.255，每一个A类网络共有224个A类IP地址。B类IP地址的网络地址为前两个8位数组，第一字节以“10”开始。因此，B类

26、网络地址的有效位数为162=14位，第一字节为128191。B类地址的主机地址位数为后面的两字节，共16位。B类地址的范围为128.0.0.0191.255.255.255，每一个B类网络共有216个B类IP地址。C类IP地址的网络地址为前3个8位数组，第一字节以“110”开始。因此，C类网络地址的有效位数为243=21位，第一字节为192223。C类地址的主机地址部分为后面的一字节，共8位。C类地址的范围为192.0.0.0223.255.255.255，每一个C类网络共有28=256个C类IP地址。InterNIC预留了以下网段作为私有IP地址：A类地址10.0.0.010.255.255

27、.255；B类地址172.16.0.0172.31.255.255；C类地址192.168.0.0192.168.255.255等。私有IP地址是由InterNIC预留的由各个企业内部网自由支配的IP地址。私有IP地址不能在公网上使用，当访问Internet时，需要利用网络地址转换（NAT）技术，把私有IP地址转换为Internet可识别的公有IP地址。IP地址主要特点概括如下。IP地址分等级（网络号+主机号）的好处：IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号（最开始按类，后来分子网）。路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组，这样就使得路由表中的项目数大幅度减少，从而减小路由表存储空间

28、。IP地址（或其中某个字段）和主机地理位置没有对应关系。IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号，实质是从地址管理机构到用户逐级提供路由支持。所有net-id都是平等的。同一局域网上的主机或路由器的IP地址中的网络号必须是一样的。2个路由器直接相连时，可以指明IP（最好只有2个IP地址），也可以不指明。在IP地址中，可以将主机字节的一部分作为子网号（subnet-id），这样可以增加网络灵活性，减少广播流量，优化网络性能，简化管理，易于扩展网络，解决IP地址不足等问题。划分子网时，要为每台设备指定子网掩码（Mask），掩码决定了第一部分网络地址的长度，具有相同子网掩码的设备就处于同一个子网

29、内。掩码为32个比特位，最前面部分连续二进制“1”的个数表示IP地址网络（含子网）位数；后面部分的连续二进制“0”的个数表示IP地址主机部分的位数。每一个网段会有一些IP地址不能用做主机IP地址，假设本网段的主机部分位数为n，那么可用的主机地址个数为2n2个。例如B类网段172.16.0.0有16个主机位，因此有216个IP地址，去掉一个网络地址172.16.0.0，一个广播地址172.16.255.255不能用做标识主机，那么共有2162个可用地址。例 图2.6所示是B类地址子网及子网掩码的划分。掩码最前面部分连续二进制“1”的个数为22位，表示网络地址为22位，则掩码为255.255.25

30、2.0，也就是子网地址（subnet-id）占用了6位主机地址（host-id）。如图2.7所示为十进制和二进制的地址转换表。图2.7 十进制和二进制数的转换IP数据报的格式如图1.8所示，所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输。数据报中各项的含义如下。版本：即所使用的IP的版本。首部长度：指的是首部占32bit的字段。TOS：即服务类型，字段包括一个3bit的优先权子字段（现在已被忽略）、4bit的TOS子字段和1bit未用位（但必须置0）。总长度：指整个IP数据报的长度，以字节为单位。标识：唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加1。该值

31、在数据报分片时被复制到每个片中。标志：用其中一个比特来表示“更多的片”。除了最后一片外，其他每个组成数据报的片都要把该比特置1。片偏移：指的是该片偏移原始数据报开始处的位置。TTL（Time To Live）：生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数。协议：指传输层使用何种协议，根据它可以识别传输层是哪个协议向IP传送数据。首部检验和：根据IP首部计算检验和码。它不对首部后面的数据进行计算。源IP地址和目的IP地址字段：分别标明了发送端和接收端的IP地址。数据报以前的一个字段是可选项。ICMP报文帧结构如图1-9所示，在每一层都要加一个头。ICMP的特点是：与携带用户信息的数据具有完全相

32、同的路由选择；不报告携带ICMP报文的数据报出现的误差；不具备可靠性和优越性，是不可靠的无连接服务。ICMP报文格式如图1.10所示，不同类型ICMP报文由类型字段（Type）和代码字段（Code）共同决定。具体定义由专表描述，表明ICMP报文是一份查询报文还是一份差错报文。因为对ICMP差错报文有时需要做特殊处理，因此我们需要对它们进行区分。IGMP报文能够让一个物理网络上的所有系统知道主机当前所在的多播组。正如ICMP一样，IGMP也被当做IP层的一部分。IGMP报文通过IP数据报进行传输，它有固定的报文长度，没有可选数据。当IP首部中协议字段值等于2时，即表明该IP数据报为IGMP报文。

33、IGMP报文的具体格式如图1-11所示。ARP为IP地址到对应的硬件地址之间提供动态映射。我们之所以用动态这个词是因为这个过程是自动完成的，一般应用程序用户或系统管理员不必关心。它为两种不同的地址形式提供映射：32bit的IP地址和数据链路层使用的任何类型的地址。ARP数据格式如图1.12所示。传输层协议规定在源节点和目的节点的两个进程实体之间，提供一种端到端的数据传输方式。本节主要介绍TCP和UDP两种协议。2.4 传输层协议传输层协议TCP：为应用程序提供可靠的面向连接的通信服务，适用于要求得到响应的应用程序。目前，许多流行的应用程序都使用TCP。UDP：提供了无连接通信，且不对传送数据包

34、进行可靠的保证。适用于一次传输小量数据，可靠性则由应用层来负责。TCP和UDP使用16位端口号（或者socket）来表示和区别网络中的不同应用程序，IP使用特定的协议号（TCP为6，UDP为17）来表示和区别传输层协议。常用的端口号，TCP有：HTTP为80，FTP为20/21，Telnet为23，SMTP为25，DNS为53；UDP有：DNS为53，BootP为67（server）/68（client），TFTP为69，SNMP为161等。Socket主要包括以下3种类型。流式套接字（SOCK_STREAM）：流式套接字提供可靠的、面向连接的通信流。数据报套接字（SOCK_DGRAM）：数据

35、报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输。原始套接字（SOCK_RAM）：原始套接字允许对底层协议如IP或ICMP直接访问。TCP是一个可控的传输层协议，负责流量控制和数据报排序，在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接，在一个TCP连接中，仅有两方彼此通信。所以广播和多播不能用于TCP。它的操作是由其报头中的数据来管理的，TCP把该报头添加到要传输的数据上。如图1.14所示的是TCP报文格式。UDP是一个不保证可靠性的协议，而将可靠性的问题交给应用程序去解决。UDP主要是面向请求/应答式的交易型应用，它应用于那些对可靠性要求不高，但要求网络的延迟较小的场合，如语音和视

36、频数据的传送。UDP尽管不保证数据报能到达目的地，但当消息较短或是要求广播和多播时，还要采用UDP。UDP报文格式如图1.15所示。2.5 其他层其他层协议协议 在数据通信中，物理层、数据链路层和应用层都有各自的功能和不可替代的作用。由于在TCP/IP协议栈中会话层和表示层都统一到应用层了，这里也就不再单独介绍。物理层是为数据通信提供实现透明传输的物理连接。物理层首先要建立或激活一个连接，然后在整个通信过程中保持这种连接，通信结束时再释放这种连接。为了达到数据传输的目的，物理层定义了电压、接口、电缆标准、传输距离等。物理层是承担数据传输的物理媒体（即通信通道），传输单位为比特。机械特性：指明接

37、口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围。功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。规程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源主机网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标主机网络层，也就是帮助位于不同主机上的应用进程相互进行通信。TCP/IP支持多种不同的网络接口层协议，这取决于网络所使用的硬件，如以太网、令牌环网、FDDI等。图1.16中，“物理链路”和“数据链路”是两个不同的概念，物理链路（简称链路）如同物理电路，是指相邻两节点

38、之间（期间没有任何交换节点）的一段传输线路。计算机网络中任意两台计算机之间的通信路径往往需要经过若干个交换节点转接，此时这两台计算机之间是由多条这样的链路串接而成的。高级数据链路控制（HDLC）是一种面向比特的控制协议，其最大特点是不需要数据必须是规定字符集，对任何一种比特流，均可以实现透明的传输。点对点协议（PPP）是面向字符的控制协议，是在SLIP（Serial Line IP）的基础上发展起来的，PPP具有比SLIP更丰富的特性集。由于SLIP只支持异步传输方式、无协商过程，它逐渐被PPP协议所替代。本章主要介绍链路层控制协议HDLC和PPP的原理及有关配置。HDLC（High-Leve

39、l Data Link Control）协议族中的协议都是运行于同步串行线路之上，HDLC传输控制功能与处理功能分离，具有较大灵活性。PPP（Point-to-Point Protocol）由LCP（Link Control Protocol）、NCP（Network Control Protocol）以及PPP扩展协议族组成，PPP支持同步和异步串行连接，支持多种网络层协议。早期的应用层有远程登录协议（Telnet）、文件传输协议（FTP）和简单邮件传输协议（SMTP）等。后来出现了一些新的应用层协议：如用于将网络中的主机的名字地址映射成网络地址的域名服务（DNS）；网络新闻传输协议（NNT

40、P）和用于从WWW上读取页面信息的超文本传输协议（HTTP）等。下面我们简单介绍常用的几种应用层协议。（1）文件传输。FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）是用于文件传输的Internet标准。FTP支持一些文本文件（例如ASCII、二进制等）和面向字节流的文件结构。FTP使用传输层协议TCP。TFTP（Trivial File Transfer Protocol，超文本文件传输协议）也是用于文件传输，但TFTP使用UDP提供服务，被认为是不可靠的、无连接的。（2）邮件服务。SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议）支

41、持文本邮件的Internet传输。POP3（Post Office Protocol 3，邮局协议第3版本）是一个流行的Internet邮件标准。（3）网络管理。SNMP（Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议）负责网络设备监控和维护，支持安全管理、性能管理等。（4）网络服务。HTTP协议支持WWW（万维网）和内部网信息交互，支持包括视频在内的多种文件类型。DNS（域名系统）把网络节点的易于记忆的名字转化为网络地址。WINS（Windows Internet命名服务器），此服务可以将NetBIOS名称注册并解析为网络上使用的IP地址。BootP（

42、引导协议）是使用传输层UDP协议动态获得IP地址的协议。2024/6/25现代通信网技术服务器（DNS），专门从事域名和IP地址之间的转换翻译工作。实际上域名服务器相当于一本电话簿，已知姓名就可以查到电话号码。域名地址本身是分级结构的，所以域名服务器也是分级的。域名服务器实际上是一个数据库，它存储着一定范围内的主机和网络的域名及相应的IP地址。Internet中的IP地址唯一确定了一台主机，但使用IP地址很不方便，因此Internet采用了一种字符型命名方法，即用表示一定意思的字符串来标识主机地址，两者相互对应，当然主机名也要保持全网统一。2024/6/25现代通信网技术域名管理系统（Doma

43、in Name System）是一个分层的名字管理、查询系统，主要提供Internet上主机IP地址和主机名相互对应关系的服务。域名系统要由中央管理机构（NIC）将主机名字空间划分为若干部分，并将各部分的管理权授予相应的机构，各管理机构可以将管辖内的名字空间进一步划分成若干子部分，并将子部分的管理权再授予相应的子机构，以完成所属主机名和主机IP地址的管理。而域名通常就指一个管理、维护一组主机和名字的系统，如图13.34所示。2024/6/25现代通信网技术2024/6/25现代通信网技术可见，Internet的域名系统主要有多级域名组成：无命名的根级、一级、二级及各子级域名。Internet的

44、名字空间为树状结构，树上的每一节点为一个确定指示的域。其中，根级：为一特殊、由NIC管理的域，未命名。一级域名：由根级（即NIC）授权管理。一级域名通常有两种命名方式：一是按行业命名，一是按国家和地区命名，如表13.15所示。2024/6/25现代通信网技术2024/6/25现代通信网技术其中3个字符表示的域名对应于各部门，2个字符是按国别、地理位置划分的国家域名，如cn表示中国。二级域名：是一级域名的进一步划分，如cn下又可参照一级域名中的行业分类再分为edu、com等。子级域名：子级域名是二级域名的进一步划分，子级域名，可小到管理一台主机，也可大到包含许多主机和进一步授权管理的子域，如郑州

45、大学域名zzu就是中国cn的教育机构edu下的一个子域。2024/6/25现代通信网技术一个完整的域名，就是从根级域到当前域的所有组织名从右到左由“.”分隔符连接。如郑州大学的完整域名为：，其中：cn为一级域名，edu为cn下的二级域名，zzu为的子级域名。当郑州大学申请到域名后，就可对郑州大学内所有主机的主机名进行管理，而完整的主机名应为：主机名.域名。例如，校内有两台叫做fred和cree的主机，分属于化学系（chem）和物理系（phy），其完整的主机名分别为：2024/6/25现代通信网技术机器名、域名全网必须唯一，但不同域名下可以使用相同的名字，如上例中两台机器都命名为fred，但分属化学系和物理系，这是可以的。例13.2 说明Internet中的通过域名的寻址过程，一个国外用户寻找一台叫的中国主机，其过程如图13.35所示。2024/6/25现代通信网技术路由器 路由器依据路由表来为报文寻径，路由表由路由协议建立和维护，路由协议的设计则是依据某种路由算法。路由表（Routing Tables）信息主要内容项如图5.1所示，标准的路由表表目是一个二维组（目的网络地址、下一站地址），其中不携带子网信息，不能满足子网寻径。交换机图6.2 交换机收到帧时的转发及学习过程