计算机网络的层次化结构

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1、深入理解计算机网络的层次化结构的概念深入理解计算机网络的层次化结构的概念理解和体会每一层的具体功能分工理解和体会每一层的具体功能分工掌握掌握TCP/IP体系结构模型体系结构模型了解了解ISO/OSI七层标准模型七层标准模型 凡是通过计算机网络可以相互访问的计算机系统就叫作凡是通过计算机网络可以相互访问的计算机系统就叫作“开放式系统开放式系统”。开放式系统互连是一个很复杂的问题。开放式系统互连是一个很复杂的问题。 基于功能分层的网络体系结构，是一种基于功能分层的网络体系结构，是一种对复杂系统对复杂系统的分层化设计技术的分层化设计技术。利用这种技术，可以将不易处。利用这种技术，可以将不易处理的复杂

2、而庞大的设计问题转化成为一些较容易研理的复杂而庞大的设计问题转化成为一些较容易研究和处理的局部问题，即究和处理的局部问题，即“单层单层”设计问题。设计问题。我们要掌握如下几个重要方面：我们要掌握如下几个重要方面：认识计算机间通信过程是分层的进行的；认识计算机间通信过程是分层的进行的；了解如何构建一种分层的网络体系结构；了解如何构建一种分层的网络体系结构；了解分层的多和少对计算机网络的性能和实现有何影响？了解分层的多和少对计算机网络的性能和实现有何影响？计算机网络中，不管是用户间的应用操作还是网络计算机网络中，不管是用户间的应用操作还是网络系统本身的运作过程，最基本的活动是计算机之间系统本身的运

3、作过程，最基本的活动是计算机之间的机间通信。的机间通信。剖析计算机间通信的真实过程，是构建和理解网络剖析计算机间通信的真实过程，是构建和理解网络体系结构的基础。体系结构的基础。从简单的普通电话、电报通信到复杂的计算机通信，从简单的普通电话、电报通信到复杂的计算机通信，通信过程及其功能分布都剖析成为逻辑上分层地进通信过程及其功能分布都剖析成为逻辑上分层地进行的综合过程。行的综合过程。 请看下面的实例：请看下面的实例：发报人收报人报文认知与理解规则报文编码报文译码报文的编码/译码规则发报局收报局电报局间通信规则电报通信网发报机收报机数据传输规则主机A文件存储器主机B文件存储器文件传输进程文件接收进

4、程文件进程间通信协议通信服务设施主机-主机间通信协议数据通信网络网络接入协议网络内部各种通信协议网络接入协议几个基本概念：一、比特率 数字通信的内容是以二进制数的形式发送的，每个二进制数占一个二进制位（比特），每秒传送的比特数就是信道传输的比特率。二、协议 协议指的是两台通信设备之间管理数据交换的一整套规则。简单的说即为共同遵守的规则三、同等层协议( Peer Protocol ) 层次化结构的网络中，每一层的功能都有明确的定义，计算机之间的通信是通过两个节点的同等层的协议实现的。四、层间服务与接口 每一个上面功能层的工作都是依托它的下一层所提供的支撑来运行的，这个支撑就是“服务服务”。每一层

5、对上层提供透明的服务。每一层对上层提供透明的服务。五、主/从的概念主动发送通信请求主被动聆听从主/主的概念结论：结论： 任一对应用实体（每一层中活跃的元素，可任一对应用实体（每一层中活跃的元素，可以是进程或硬件）之间的通信，实际上是同时在以是进程或硬件）之间的通信，实际上是同时在不同层次上不同层次上“对等实体对等实体”的各自协调工作的各自协调工作(即分层即分层通信过程通信过程)来配合完成的，是所有各功能层上通信来配合完成的，是所有各功能层上通信过程的总效果。过程的总效果。 基于系统分层功能的通信概念，即形成了基于系统分层功能的通信概念，即形成了网络系统的分层体系结构网络系统的分层体系结构(La

6、yered architecture)六、单工通信和双工通信的概念单工通信单工通信半双工通信半双工通信双工通信双工通信最高层最高层较低层较低层最低层最低层传 输 介 质实线表示：物理通信虚线表示：虚拟通信u在现实的通信系统中，真实的数据传递关系必须在现实的通信系统中，真实的数据传递关系必须是是“物理通信物理通信”。（图中纵向的信息流是真实的信息传输途径（图中纵向的信息流是真实的信息传输途径 ）u网络体系结构中的一对同层实体之间的通信过程，网络体系结构中的一对同层实体之间的通信过程，是同等层之间的是同等层之间的“虚拟通信虚拟通信”（物理层除外）。（物理层除外）。（图中横向的虚线信息流在同等层之间

7、的流动只是（图中横向的虚线信息流在同等层之间的流动只是一种一种“逻辑逻辑”上的概念）上的概念）应用层运输层网络层链路层物理层应用层运输层网络层链路层物理层传输介质原始的比特流数据帧数据包（报文分组） 报文（段）报文应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层应用层协议应用层协议表示层协议表示层协议会话层协议会话层协议运输层协议运输层协议物理层协议物理层协议物理层协议物理层协议网络层协议网络层协议链路层协议链路层协议网络层协议网络层协议链路层协议链路层协议通信通信子网子网应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层7应用层应用层6表示层表示层5会话层会话层4运输层运输层3网络层网络层2链路层

8、链路层通信子网层通信子网层电话网电话网X.25网网局域网局域网无线网无线网运输层协议运输层协议TCP应用层应用层网络层协议网络层协议IP OSI 体系模型体系模型 物理层是层次化模型中最低的一个功能层，它是开放物理层是层次化模型中最低的一个功能层，它是开放系统互连通信的物理基础，因为该层在以物理媒体为基础系统互连通信的物理基础，因为该层在以物理媒体为基础的数据线路上，完成数据码位的数据线路上，完成数据码位( (比特比特) )的真实传输过程，故的真实传输过程，故谓之谓之“物理层物理层”。物理层的任务：物理层的任务： 将信息用适合传输媒体的将信息用适合传输媒体的“物理物理”特性特性的方式传送到媒体

9、上去进行传输。的方式传送到媒体上去进行传输。 该层主要完成三个方面的功能：该层主要完成三个方面的功能： 1 1、物理连接物理连接的建立与拆除；的建立与拆除； 2 2、物理服务、物理服务数据单元传输数据单元传输； 3 3、物理层管理。、物理层管理。 传输媒体又称为通信介质或媒体，它的特性直接影响传输媒体又称为通信介质或媒体，它的特性直接影响通信的质量指标，如：通信的质量指标，如：信道容量信道容量、数据传输速率数据传输速率、误码误码率率、及、及线路费用线路费用等。等。可以从两大方面来了解传输介质的特性：可以从两大方面来了解传输介质的特性：l 物理特性物理特性物理结构、形态尺寸、覆盖范围、价格，物理

10、结构、形态尺寸、覆盖范围、价格，以及连通性与使用方便性等；以及连通性与使用方便性等；l 传输特性传输特性可用的信号带宽、原始误码率、传输损可用的信号带宽、原始误码率、传输损耗，以及抗干扰能力等。耗，以及抗干扰能力等。 网络中的传输介质有网络中的传输介质有电话线、同轴电缆、双绞线、光电话线、同轴电缆、双绞线、光导纤维电缆、无线与卫星通信信道。导纤维电缆、无线与卫星通信信道。u 光纤通过传递光脉冲来进行数字通信，有光脉冲相当于光纤通过传递光脉冲来进行数字通信，有光脉冲相当于传输传输“1”1”，而没有光脉冲相当于传输，而没有光脉冲相当于传输“0”0”。u 一根光纤中每秒传递几百个一根光纤中每秒传递几

11、百个“太太”位（位（10101212）的信息速）的信息速率，所以它是目前最理想的宽带传输介质。率，所以它是目前最理想的宽带传输介质。光纤作为传输介质，它具有许多优点，例如：光纤作为传输介质，它具有许多优点，例如：l 传输频带非常宽，因而通信容量大；传输频带非常宽，因而通信容量大；l 误码率极低，传输损耗小，无中继传输距离长；误码率极低，传输损耗小，无中继传输距离长；l 不受雷电和电磁干扰，本身也无相互串扰和辐射，所以不受雷电和电磁干扰，本身也无相互串扰和辐射，所以安全性和保密性好；体积小，重量轻。安全性和保密性好；体积小，重量轻。各种类型的光缆 双绞线有屏蔽型双绞线双绞线有屏蔽型双绞线STP和

12、无屏蔽型双绞线和无屏蔽型双绞线UTP两类，一般泛指两类，一般泛指无屏蔽型双绞线，常用的有无屏蔽型双绞线，常用的有UTP-3，UTP-5等，采用等，采用RJ-45头（头（8芯）。芯）。用于局域网中数据信号传输，用于局域网中数据信号传输，与集线器的距离最大为与集线器的距离最大为100100米，米，可用可用速率为速率为10Mb/s至至100Mb/s。特点：特点： 布线容易、接口便宜，布线容易、接口便宜，属于属于性能适中的经济实用型介质。性能适中的经济实用型介质。 TIA/EIA 568A或TIA/EIA 568B1 2 3 4 5 6 7 8 568A 568B1 白绿 白橙2 绿 橙3 白橙 白绿

13、4 蓝 蓝5 白蓝 白蓝 6 橙 绿7 白棕 白棕8 棕 棕电缆的两个末端一定需要电缆的两个末端一定需要1 1个终结器。个终结器。又称又称基带同轴电缆基带同轴电缆，广泛用于局域，广泛用于局域网中传输基带数字信号。可用距离在网中传输基带数字信号。可用距离在1 1公里以内，数据信号公里以内，数据信号传输速率上限可达传输速率上限可达50Mb/s 。又称又称宽带同轴电缆宽带同轴电缆，就是公用天，就是公用天线电视系统线电视系统CATV中的标准传输电缆，一般用于模拟传输系中的标准传输电缆，一般用于模拟传输系统，适于用在城域网中。在作数字传输应用时，必须将其统，适于用在城域网中。在作数字传输应用时，必须将其

14、数字信号转换成模拟信号在缆线上多路复用传输。数字信号转换成模拟信号在缆线上多路复用传输。 特点：特点：由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有较高的由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有较高的抗干扰能力，比较宽的可用频带；抗干扰能力，比较宽的可用频带；无中继传输距离比双绞无中继传输距离比双绞线略长，线略长，但是价格比双绞线贵，且但是价格比双绞线贵，且步线、连接、接口不方步线、连接、接口不方便，现应用已不是很多。便，现应用已不是很多。 数据传输速率数据传输速率 : 数字通信的内容是以二进制的方数字通信的内容是以二进制的方式发送的，每位二进制所含的信息量是式发送的，每位二进制所含的信息量是1比特，每秒可

15、以比特，每秒可以传输的比特数就是信道传输的比特率。传输的比特数就是信道传输的比特率。 带宽：带宽：带宽是指在一个物理信道内可以传输信号频率的带宽是指在一个物理信道内可以传输信号频率的范围。电话线的信号传输频率范围从范围。电话线的信号传输频率范围从 300 Hz 到到4000 Hz，带宽为带宽为3700Hz。带宽越宽，媒体的数据传输容量就越大。带宽越宽，媒体的数据传输容量就越大。 带宽不等同于数据传输速率，后者单位是比特每秒带宽不等同于数据传输速率，后者单位是比特每秒（bps）时延：时延： 信号不论是在何种媒体中传输，总要经过一定信号不论是在何种媒体中传输，总要经过一定时间，这就是时间，这就是“

16、时延时延”。一种媒体内，传输信号的时延值。一种媒体内，传输信号的时延值在信道长度固定了以后是不可变的，不可能通过减低时延在信道长度固定了以后是不可变的，不可能通过减低时延来增加容量。来增加容量。 带宽和时延是反映网络通信信道的两个主要参数带宽和时延是反映网络通信信道的两个主要参数。编码和解码（编码和解码（Coding and Decoding） 将计算机内部的二进制的将计算机内部的二进制的TTL电平脉冲转变成合适物理电平脉冲转变成合适物理媒体内传送的一种能量形式的代码，以便减少传输过程中的媒体内传送的一种能量形式的代码，以便减少传输过程中的能量损失，降低误码率，这就是能量损失，降低误码率，这就

17、是“编码编码”。将这个能量形式。将这个能量形式的信息转换回原来的数字信号，这就是的信息转换回原来的数字信号，这就是“解码解码”。 计算机网络中常用的有三种：计算机网络中常用的有三种：RS-232C异步串行异步串行ASCII码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。 调制与解调（调制与解调（Modulation and Demodulation） 对数字数据的模拟信号编码（更通常地称为对数字数据的模拟信号编码（更通常地称为“调制调制”）。）。调制就是利用一个固定频率的正弦波作调制就是利用一个固定频率的正弦波作载波载波，以要传送的数，以要传送的数字脉冲信号为字脉冲信号为

18、控制信号控制信号，让载波的某个物理特性（如振幅、，让载波的某个物理特性（如振幅、频率、相位等）按照该控制信号发生相应的变化；从调制后频率、相位等）按照该控制信号发生相应的变化；从调制后的载波信号中还原出数字信号的过程就是的载波信号中还原出数字信号的过程就是“解调制解调制”。 常用的调制方式有：常用的调制方式有： 1 1、幅度调制（调幅、幅度调制（调幅AM） 2 2、频率调制（调频、频率调制（调频FM） 3 3、相位调制（调相、相位调制（调相PM） 在数据通信系统中大多以在数据通信系统中大多以载波调幅传输载波调幅传输为主。为主。SDH技术（技术（同步数据传输系统同步数据传输系统） SDH技术它是

19、一种可以方便的提供时分复用的基础网技术它是一种可以方便的提供时分复用的基础网络通信技术，利用络通信技术，利用SDH的复用设备，可以将光纤的带宽按照的复用设备，可以将光纤的带宽按照需要的传输速率来分割，每一条分割出的信道都可以用来作需要的传输速率来分割，每一条分割出的信道都可以用来作为单独的通信电路通到用户的计算机上去。在为单独的通信电路通到用户的计算机上去。在SDH系统系统上分上分割出的专线业务称为割出的专线业务称为DDN ( (Digital Date Network) )。ATM技术（技术（异步传输模式异步传输模式） 它比它比SDH在分配在分配光纤的带宽方面具有更大的灵活性。而光纤的带宽方

20、面具有更大的灵活性。而且它同时支持且它同时支持DDN专线业务和电信部门的传统的业务。专线业务和电信部门的传统的业务。直接在光纤上传直接在光纤上传IP的技术的技术用户的网络接入技术用户的网络接入技术 1、综合业务数字网（、综合业务数字网（ISDN） 2、高速数字接入设备（、高速数字接入设备（ADSL，xDSL）。ADSL（非（非对称数字用户线环路）是一种非对称的对称数字用户线环路）是一种非对称的DSL技术，所谓非对称是指用技术，所谓非对称是指用户线的上行速率与下行速率不同，上行速率低，下行速率高，特别适户线的上行速率与下行速率不同，上行速率低，下行速率高，特别适合传输多媒体信息业务，如视频点播、

21、多媒体信息检索和其他交互式合传输多媒体信息业务，如视频点播、多媒体信息检索和其他交互式业务。业务。ADSL能够提供下行能够提供下行8Mbps/上行上行1Mbps的最高独占带宽的最高独占带宽,现有的现有的ADSL Modem是是10M以太网连接方式，以太网连接方式， ADSL是点到点连接是点到点连接,保密性好保密性好, 3、同轴电缆宽带调制解调器（、同轴电缆宽带调制解调器（Cable Modem）Cable Modem能够提供下行能够提供下行36Mbps/上行上行10Mbps的最高共享带宽。的最高共享带宽。实际情况是为了对付线路的问题实际情况是为了对付线路的问题 (噪声噪声/损耗损耗/干扰干扰.

22、)也有都采用也有都采用QPSK调制，使得上下行都是调制，使得上下行都是10Mbps的理论速度。（共享带宽）的理论速度。（共享带宽） 4、局域网（、局域网（LAN） 5、无线接入（、无线接入（Wireless） WIFI与与WPA本地异步通信接口本地异步通信接口RS-232C RS232-C被用于计算机与被用于计算机与Modem、键盘或终端之类、键盘或终端之类的设备之间传输字符。的设备之间传输字符。 RS-232C协议是以字节为单位的信协议是以字节为单位的信息的传送协议。息的传送协议。 它允许发送者在任何时刻发送一个字符，而且它允许发送者在任何时刻发送一个字符，而且在发送一个字符后进入任意等待状

23、态。由于采用异步方式，发送在发送一个字符后进入任意等待状态。由于采用异步方式，发送方与接收方不需要就发送和接收信息进行交互与合作。方与接收方不需要就发送和接收信息进行交互与合作。 RS232-C规定了详细的机械特性、电气特性和功能规定了详细的机械特性、电气特性和功能特性。特性。 接口线的信号电平规定接口线的信号电平规定-5-15伏代表逻辑伏代表逻辑“1”和和“断断开开”，+5+15伏代表逻辑伏代表逻辑“0”和和“接通接通”。标准还规定。标准还规定用用7个个比特表示一个字符比特表示一个字符 等。等。RS-232C 传输一个字符时的波形传输一个字符时的波形 1 1 0 0 1 0 015V+15V

24、起始比特起始比特终止比特终止比特接口标准接口标准RS-232C（续）（续） RS-232采用符合采用符合ISO 2110标准的标准的25芯连接器。标准还规芯连接器。标准还规定连接器的阳面定连接器的阳面(带插针的一头带插针的一头)安装在安装在DTE一侧，阴面一侧，阴面(带带针孔的一头针孔的一头) 安装在安装在DCE一侧。标准还规定最大连接距离一侧。标准还规定最大连接距离不超过不超过15米。米。 RS-232定义了定义了21根接口线的功能，每根线具有一个功能。根接口线的功能，每根线具有一个功能。 TRGCTRGC数据数据数据数据接口标准接口标准RS-232C（续）（续）u机械特性标准：机械特性标准

25、：规定了数据终端设备（规定了数据终端设备（DTE）和数据）和数据终接设备（终接设备（DCE）之间的连接器形式，包括连接器规格指）之间的连接器形式，包括连接器规格指标、交换信号的插针排列、接插栓锁措施和安全措施等。标、交换信号的插针排列、接插栓锁措施和安全措施等。具体有：具体有：ISO 2110 、ISO 2593 、ISO 4902、ISO 4903 等。等。u电气特性标准：电气特性标准：规定了规定了DTE和和DCE之间的接口电路上之间的接口电路上信号发生器与接收器的电器特性。信号发生器与接收器的电器特性。u功能特性标准：功能特性标准：规定了规定了DTE和和DCE之间包括数据传送、之间包括数据

26、传送、控制、定时和接地等几类引线上的功能。控制、定时和接地等几类引线上的功能。u规程特性标准：规程特性标准：规定了规定了DTE和和DCE之间接口电路所使之间接口电路所使用的规程，即信号时序的应答关系和操作过程的规程。用的规程，即信号时序的应答关系和操作过程的规程。 具体内容见教材具体内容见教材 P78 - P79。几种常用传输介质的通信接口标准几种常用传输介质的通信接口标准 采用采用将来自多个输入线路的数据将来自多个输入线路的数据组合调制成一路复用数据，并将此数据信号送上高容量的数组合调制成一路复用数据，并将此数据信号送上高容量的数据链路；接收端接收复用的数据流，依照信道分离还原为多据链路；接

27、收端接收复用的数据流，依照信道分离还原为多路数据，并将它们送到适当的输出电路上。路数据，并将它们送到适当的输出电路上。 信道复用目的是为了提高对信道资源的利用率信道复用目的是为了提高对信道资源的利用率。是把信道的总通频带在频率域上进行了固是把信道的总通频带在频率域上进行了固定的划分而形成若干子信道，各路信号分别占用各自的子信定的划分而形成若干子信道，各路信号分别占用各自的子信道，道，如下图所示：如下图所示：u 信道复用技术信道复用技术是把一个宽的信道分成许多小时间片，让是把一个宽的信道分成许多小时间片，让每一个时间片分别传输一路信号；若干个小时间片组成一组，每一个时间片分别传输一路信号；若干个

28、小时间片组成一组，成为成为“帧帧”。这样按照时间先后顺序一帧一帧的传输。这样按照时间先后顺序一帧一帧的传输。广泛用于包括计算机网络在内的数广泛用于包括计算机网络在内的数字通信系统。字通信系统。输入输入复合复合过程过程输出输出分离分离过程过程就是将光纤可工作的有效波长划分为就是将光纤可工作的有效波长划分为多个波段（相当于频分复用中的频段），以不同的波长为多个波段（相当于频分复用中的频段），以不同的波长为载波来传递多路信号，类似频分复用，载波来传递多路信号，类似频分复用，主要用于全光纤网组成的通信系统。主要用于全光纤网组成的通信系统。原理是基于码型的分割信道。每个用户原理是基于码型的分割信道。每个

29、用户分配一个地址码，各个码型互不重叠，分配一个地址码，各个码型互不重叠，主要用于移动通信系统、笔记本电脑等移动主要用于移动通信系统、笔记本电脑等移动性计算机的连网通信。性计算机的连网通信。 数据链路是在一条数据线路基础上通过数据链路层协议数据链路是在一条数据线路基础上通过数据链路层协议建立起来的、具有它自己的数据传输格式建立起来的、具有它自己的数据传输格式(帧帧)和传输控制和传输控制功能的节点功能的节点-节点间节点间“逻辑联结逻辑联结”。 设置链路层的用意是要在物理层的基础上采用设置链路层的用意是要在物理层的基础上采用“协议协议”控制的方式来提供信息传输的保障。控制的方式来提供信息传输的保障。

30、链路层的任务：链路层的任务： 实现与实现与“相邻节点相邻节点”的无差错通信。的无差错通信。 该层主要完成六个方面的功能：该层主要完成六个方面的功能： 1、数据链路管理；、数据链路管理； 2、装帧与帧同步；、装帧与帧同步；3、流量控制、流量控制 4、差错控制；、差错控制； 5 、透明传输；、透明传输； 6、寻址、寻址 。 物理地址是可以由接口硬件计算机辅助识别的物理地址是可以由接口硬件计算机辅助识别的地址。物理地址的具体细节依赖于不同的网络地址。物理地址的具体细节依赖于不同的网络技术。技术。例如：例如：802标准为局域网上的每个站规定了一种标准为局域网上的每个站规定了一种48位的位的“物理地址物

31、理地址” 固化在网卡中的固化在网卡中的6个字节的个字节的MAC地地址址。厂家向。厂家向IEEE购买由前购买由前3个字节构成的一个号（地址个字节构成的一个号（地址块或块或“厂家代码厂家代码”），后），后3个字节由厂家自行分配。个字节由厂家自行分配。大家所熟悉的大家所熟悉的IP地址只是一种逻辑地址，它由地址只是一种逻辑地址，它由ARP协议协议将其翻译为物理地址。将其翻译为物理地址。 面向连接，面向连接，是指通信双方在进行通信之前，要事先在是指通信双方在进行通信之前，要事先在双方之间建立起一个完整的可以彼此沟通的通道，这个通双方之间建立起一个完整的可以彼此沟通的通道，这个通道就是道就是“连接连接”。

32、在整个通信过程中，连接的情况一直可。在整个通信过程中，连接的情况一直可以被实时的监控可管理。以被实时的监控可管理。 例如，例如， X.25协议是面向连接的，信息传输方式是协议是面向连接的，信息传输方式是“虚电路虚电路”；TCP协议也是面向连接的。协议也是面向连接的。 无连接的通信，无连接的通信，就不需要预先建立起一个连接，需要就不需要预先建立起一个连接，需要通信的时候，发送节点就直接往通信的时候，发送节点就直接往“网络网络”上送信息，让信上送信息，让信息自主的在网络上传输，一般在传输过程中不再加以监控。息自主的在网络上传输，一般在传输过程中不再加以监控。 例如，例如，IP协议是无连接的，信息传

33、输方式是协议是无连接的，信息传输方式是“数据报数据报”。附：数据报方式分组交换技术附：数据报方式分组交换技术采用数据报传输方式时，每个分组称为采用数据报传输方式时，每个分组称为“数据报数据报”。它们进入交换网后各自寻找最佳的路径传输，不必建它们进入交换网后各自寻找最佳的路径传输，不必建立端到端的固定数据通路。立端到端的固定数据通路。特点：快速、灵活，但报文重装处理麻烦。特点：快速、灵活，但报文重装处理麻烦。附：虚电路方式分组交换技术附：虚电路方式分组交换技术采用虚拟电路传输方式时，必须预先通过虚呼叫建立一采用虚拟电路传输方式时，必须预先通过虚呼叫建立一条虚线路（逻辑数据通路）。所有的报文分组都

34、必须沿条虚线路（逻辑数据通路）。所有的报文分组都必须沿着这条虚线路传输。着这条虚线路传输。特点：准确、可靠，但增加了建立线路的迟延，对网络特点：准确、可靠，但增加了建立线路的迟延，对网络故障较难适应。故障较难适应。通过虚呼叫建通过虚呼叫建立虚拟线路。立虚拟线路。数据帧：数据帧：在以在以TCP/IP技术为代表的计算机网络中，信息技术为代表的计算机网络中，信息的表示形式是以的表示形式是以“帧帧”的格式来表示的。的格式来表示的。 一个典型的帧由帧头、帧尾和正文三个部分组成。一个典型的帧由帧头、帧尾和正文三个部分组成。soh 帧的正文 CRC eot 帧头：帧头：包括帧的起始标记、收发双方的包括帧的起

35、始标记、收发双方的物理地址、传送时需要的相应控制信息；物理地址、传送时需要的相应控制信息；循环冗余校验码循环冗余校验码帧结束标志帧结束标志纠错技术：纠错技术： 在已经国际标准化的网络协议中，几乎都采在已经国际标准化的网络协议中，几乎都采用用循环冗余校验码循环冗余校验码（简称（简称CRC码码）。当循环冗余码校验发现）。当循环冗余码校验发现传输出错，就会要求发送端重发出错的帧。传输出错，就会要求发送端重发出错的帧。 流量控制流量控制 ：就是计算机网络上对两台相互通信的计算就是计算机网络上对两台相互通信的计算机之间在传送着的机之间在传送着的“帧帧”的调度行为，是协调链路两端的发的调度行为，是协调链路

36、两端的发送和接收站之间的数据流量，以保证双方的数据吞吐量达到送和接收站之间的数据流量，以保证双方的数据吞吐量达到平衡的一种技术。平衡的一种技术。“流控流控”的另一说法，叫的另一说法，叫“速度匹配速度匹配”。 流控制协议流控制协议 ：滑动窗口滑动窗口 为了提高信道的利用率，网络节点发送信息时每次发送为了提高信道的利用率，网络节点发送信息时每次发送一般都发送一批帧。网络技术中用一般都发送一批帧。网络技术中用“窗口大小窗口大小”来指每批发来指每批发送几个帧。下面的例子中，窗口大小为送几个帧。下面的例子中，窗口大小为4。12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 12 11 10 9 8 7

37、 6 5 4 3 2 1 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 窗口窗口窗口窗口窗口窗口未送出的帧未送出的帧已经确认的帧已经确认的帧 已经发出未得到已经发出未得到确认的帧确认的帧随着一组组的帧被发送出去，随着一组组的帧被发送出去，“窗口窗口”也向后也向后移。移。 窗口协议工作时，为每一个窗口协议工作时，为每一个留在窗口里的帧留在窗口里的帧设置一设置一个个软时钟软时钟，该帧信息发出的同时将属于它的时钟倒，该帧信息发出的同时将属于它的时钟倒计时，倒计时时间的长短应留有足够预余地，让信计时，倒计时时间的长短应留有足够预余地，让信息帧传到对方而且应答返回。息帧传到对方而且应答返回。因此

38、，正常的应答信号应当在时钟计时范围内回到因此，正常的应答信号应当在时钟计时范围内回到发送端，如果超出时间未有应答，则说明信息帧在发送端，如果超出时间未有应答，则说明信息帧在发出的路上已经丢失，这时就应该再次启动重发功发出的路上已经丢失，这时就应该再次启动重发功能。能。流控制协议流控制协议 ：对等实体之间的通信必须遵循基于某种传输与控制对等实体之间的通信必须遵循基于某种传输与控制的机制而建立的一套约定和规则的机制而建立的一套约定和规则数据链路控制数据链路控制规程（或协议）规程（或协议）两个最常用的标准实例：两个最常用的标准实例： 1、ISO的的HDLC（高级数据链路控制高级数据链路控制）规程）规

39、程 2、因特网的、因特网的PPP（点对点）协议（点对点）协议因特网中的点对点链路配置（因特网中的点对点链路配置（PPP的应用场的应用场合），请看下图合），请看下图PPP协议的帧格式协议的帧格式FACDATAFCSP帧标志帧标志（01111110）帧的开始帧的开始地址段（地址段（11111111）表明不存在寻址问题表明不存在寻址问题控制段（控制段（00000011）表明只有一种表明只有一种无编号帧无编号帧数据段（正文数据），数据段（正文数据），由上层递交来的服务由上层递交来的服务数据单元数据单元帧校验段（帧校验段（CRC校验码，校验码，16或或32比特），计算范比特），计算范围除围除F以外的所有

40、比特以外的所有比特帧标志（帧标志（01111110）表示一个帧的结束表示一个帧的结束F协议段协议段（1或或2字节）字节）标识标识DATA段段的协议类的协议类PPP协议是一个协议族，它包含协议是一个协议族，它包含 链路控制协议链路控制协议LCP IP控制协议控制协议IPCP 口令授权协议口令授权协议PAP 询问握手授权协议询问握手授权协议CHAP PPP协议的优点协议的优点 支持多种协议支持多种协议 错误检测错误检测 链路管理链路管理 可进行链路层授权可进行链路层授权 IP地址协商地址协商 PPP对物理层的要求对物理层的要求 PPP唯一的要求是必须提供全双工电路，不论是专用唯一的要求是必须提供全

41、双工电路，不论是专用的或交换式的，只要可以工作在异步或同步串行模式，而的或交换式的，只要可以工作在异步或同步串行模式，而且对且对PPP的链路层帧透明即可。的链路层帧透明即可。 网络层是通信子网范围内的最高层，这样就决定了该网络层是通信子网范围内的最高层，这样就决定了该层的主要功能是面向通信子网的，它代表整个网络通信环层的主要功能是面向通信子网的，它代表整个网络通信环境向端系统提供特定服务质量的网络服务，其中最核心的境向端系统提供特定服务质量的网络服务，其中最核心的是网络连结服务。是网络连结服务。 网络层的任务：网络层的任务： 保证在通信子网中端点到端点之间实现正确无误的信息传保证在通信子网中端

42、点到端点之间实现正确无误的信息传送送 该层主要完成以下几个方面的功能：该层主要完成以下几个方面的功能： 1、路由选择；、路由选择； 2、流量控制与拥塞控制、流量控制与拥塞控制 ； 3、传输确认、中断及故障恢复；、传输确认、中断及故障恢复； 4、网际互连、网际互连 q 因特网上的因特网上的IP地址地址 因特网技术就是在所有现成的物理网络上加上统一的功能因特网技术就是在所有现成的物理网络上加上统一的功能软件，以软件，以IP地址来确定在网际任何地方的通信双方计算机的地址来确定在网际任何地方的通信双方计算机的虚拟网络的做法。虚拟网络的做法。q 点分十进制表示法点分十进制表示法 01010010 101

43、01010 10101010 11101010 记为记为 。 IP地址的格式地址的格式 网络标识部分网络标识部分 + 主机标识部分主机标识部分网络地址网络地址组播地址组播地址保留保留网络地址网络地址网络地址网络地址0 7 8 15 16 23 24 31主机地址主机地址主机地址主机地址主机地址主机地址A类类B类类C类类D类类E类类0000011 11 1 11 1 1 1地址类型网络标识位数最大网络接入数主机标识位数网络中最大主机数地址首字节范围A类712624167772141-126B类14163821665534128-191C类2120971508254192-223u 特殊特殊IP地

44、址地址网络地址网络地址主机地址主机地址地址类型地址类型用途用途 全全0网络地址网络地址标识一个网络标识一个网络 全全1 直接广播地址直接广播地址在特定网上广播在特定网上广播全全1全全1有限广播地址有限广播地址在本地网上广播在本地网上广播全全0全全0本机地址本机地址启动时使用启动时使用127任意任意回送地址回送地址测试时使用测试时使用 可以采用可以采用“子网掩码子网掩码”将一个物理网再分成更小的子网将一个物理网再分成更小的子网来使用，子网划分的常用方法是：来使用，子网划分的常用方法是： 用主机号的高位来标识子网号，其余位表示主机号。用主机号的高位来标识子网号，其余位表示主机号。子子网地址扩展了网

45、地址扩展了IPIP地址中的网络地址部分，但却又减少了主机地址中的网络地址部分，但却又减少了主机地址的数量。地址的数量。 将子网掩码与将子网掩码与IPIP地址按位相地址按位相“与与”，就能够得到，就能够得到IPIP地址中地址中的网络地址段。的网络地址段。 子网掩码中所有的子网掩码中所有的1 1表示表示IPIP地址中的网络地址域和子网，所地址中的网络地址域和子网，所有的有的0 0表示表示IPIP地址中的主机地址域。地址中的主机地址域。 如果一个网络不设置子网，则为如果一个网络不设置子网，则为缺省子网掩码缺省子网掩码。 A A类网络类网络 缺省子网掩码为缺省子网掩码为 255.0.0.0 B B类网

46、络类网络 缺省子网掩码为缺省子网掩码为 255.255.0.0 C C类网络类网络 缺省子网掩码为缺省子网掩码为 255.255.255.0 IP地址子网掩码10.0.0.0到10.255.255.255255.0.0.0169.254.0.0到169.254.255.255255.255.0.0172.16.0.0到172.31.255.255255.255.0.0192.168.0.0到192.168.255.255255.255.255.0专用IP地址（PRIVATE IP）不能用于直接连接到Internet，用与组建企业内部网络。可以通过其它设备的帮助连接到Internet。网络层的功

47、能定义为从端节点到端节点的通信，从这一网络层的功能定义为从端节点到端节点的通信，从这一端点到那一个端点之间如何走的问题就是路由问题。端点到那一个端点之间如何走的问题就是路由问题。路路由选择是网络中所有节点共同协调工作的结果。由选择是网络中所有节点共同协调工作的结果。 静态路由：静态路由：对于对于简单网络简单网络，很容易写出所有结点的路，很容易写出所有结点的路由表，通过分组查找路由表找到下一站进行转发。由表，通过分组查找路由表找到下一站进行转发。动态路由：动态路由：对于对于大型广域网大型广域网，必须使用合适的路由，必须使用合适的路由算法。算法。 地址解析协议地址解析协议ARP(Address R

48、esolution Protocol)用于计算机的用于计算机的网络层地址（网络层地址（IP地址）地址）映映射为射为数据链路层地址（物理地址数据链路层地址（物理地址MAC）的协议；的协议；反向地址解析协议反向地址解析协议RARP（ Reverse Address Resolution Protocol ）用来将物理地址转换成）用来将物理地址转换成 IP地址。地址。 网络层的流控制是在整个通信子网的端点到端网络层的流控制是在整个通信子网的端点到端点之间进行的。链路层的流控制仅在相邻两节点之间进行的。链路层的流控制仅在相邻两节点之间进行。（流量控制）点之间进行。（流量控制） “整个通信网络整个通信网

49、络”内部的某一个局部范围甚至内部的某一个局部范围甚至全局范围内避免发生信息传输的堵塞的调度行全局范围内避免发生信息传输的堵塞的调度行为就是为就是“拥塞控制拥塞控制”。即与外界沟通，又保护信息与网络平台的安全。即与外界沟通，又保护信息与网络平台的安全。 网络互连最重要的方法就是用网络互连最重要的方法就是用IP协议的网络互连。协议的网络互连。 不同不同的网络传输技术都可以通过的网络传输技术都可以通过IP协议将它们连到一起。协议将它们连到一起。不同传输技术的网络根据自身特点管理自己网络内部的不同传输技术的网络根据自身特点管理自己网络内部的链路层地址，再由网络层的链路层地址，再由网络层的IP地址来贯通

50、全局。这样就地址来贯通全局。这样就实现了在不同产品之间的信息传递和应用互通。实现了在不同产品之间的信息传递和应用互通。 因特网的成功主要在于因特网的成功主要在于TCP/IP技术可以成功地用来把各技术可以成功地用来把各种类型的计算机网络都连接到一起。种类型的计算机网络都连接到一起。1.中继器（中继器（Repeater）:用来将信号用来将信号它的转发机构所操纵的对象是介质上传输的数据比它的转发机构所操纵的对象是介质上传输的数据比特信号。中继器有传播电子干扰和无效信号的缺点。特信号。中继器有传播电子干扰和无效信号的缺点。集线器（集线器（HUB），跟中继器类似，共享带宽，工作在物理），跟中继器类似，共

51、享带宽，工作在物理层。层。2.网桥（网桥（Bridge）:不仅仅中继放大信号，而且又有选不仅仅中继放大信号，而且又有选择的将带有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输择的将带有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质，并能有效的限制两个介质中无关紧要的通信。介质，并能有效的限制两个介质中无关紧要的通信。网桥网桥可以分隔两个网络之间的通信量，可用来划分可以分隔两个网络之间的通信量，可用来划分LAN网段以网段以降低数据降低数据“交通瓶颈交通瓶颈”（过滤帧）。（过滤帧）。3. 交换机（交换机（Switch）是是模拟用网桥连接各个网络的方模拟用网桥连接各个网络的方式工作的，每一台计算机通过一个端

52、口连在交换机上，每式工作的，每一台计算机通过一个端口连在交换机上，每个端口都相当于一个网段，独享带宽。个端口都相当于一个网段，独享带宽。 4.路由器路由器（Router）用来）用来在网络层上对设备实行互相连在网络层上对设备实行互相连接的接的，它具有判断网络地址和选择路径的功能。用于连接，它具有判断网络地址和选择路径的功能。用于连接多个逻辑上分开的网络。多个逻辑上分开的网络。5.网关（网关（Gateway）用来在高层（运输层和应用层）用来在高层（运输层和应用层）实现网络互连，实现网络互连，它能将协议进行转换，将数据重新分组，它能将协议进行转换，将数据重新分组，以便在两个不同类型的网络系统之间的通

53、信。以便在两个不同类型的网络系统之间的通信。 交换机中的电路为每台计算机提供了通过网桥连交换机中的电路为每台计算机提供了通过网桥连到其它网段的一个单独的局域网网段。到其它网段的一个单独的局域网网段。计算机计算机端口端口 IP向上提供无连接的、子网间向上提供无连接的、子网间的的数据报传输服务数据报传输服务。 “IP包包”的概念的概念 因特网上用因特网上用“包包”的格式来作为信息传递的统一单位。的格式来作为信息传递的统一单位。 IP数据报数据报（IP包）包）：包头部分包头部分+ 数据部分。数据部分。 IP 还有一个还有一个“小帮手小帮手”网间控制协议网间控制协议ICMP（Internet Cont

54、rol Message Protocol）。它协助）。它协助 IP 在互联层次上执行许多控制性操作。例如：报告差错情在互联层次上执行许多控制性操作。例如：报告差错情况，况， 控制数据报绕开拥挤的地区，控制数据报绕开拥挤的地区， 记录数据报传输路记录数据报传输路径的地址和时间，以及一些故障诊断措施等。径的地址和时间，以及一些故障诊断措施等。 IP包不管是包不管是控制信息包控制信息包还是还是数据信息包数据信息包，都具有上面的标头。，都具有上面的标头。新标准新标准IPv6IPv6的主要内容的主要内容IPv6是新版本的是新版本的IP协议，是协议，是IPv4的发展。的发展。IPv6与与IPv4的比较：的

55、比较：1、 IPv6将原来将原来IPv4的的32比特地址扩展到比特地址扩展到128比比特，提供一个更加有效的特，提供一个更加有效的“无限无限”IP地址空间；地址空间；2、 IPv6将将IP数据报报头由原来数据报报头由原来IPv4的的13个字段个字段减为减为7个，使路由器处理分组的数据更快，吞吐个，使路由器处理分组的数据更快，吞吐率提高。率提高。 由于网络层的传输是做成由于网络层的传输是做成无连接无连接的数据报格式的，在的数据报格式的，在支持具体应用时不太可靠，所以设置运输层的用意是通过它支持具体应用时不太可靠，所以设置运输层的用意是通过它填补应用层的要求和网络层所能提供的通信服务之间的空隙，填

56、补应用层的要求和网络层所能提供的通信服务之间的空隙，提供提供面向连接面向连接的可靠的服务。运输层是衔接上三层与下三层的可靠的服务。运输层是衔接上三层与下三层的功能层。的功能层。运输层的任务：运输层的任务： 提供网络上从一个终端端点到另一终端端点的可提供网络上从一个终端端点到另一终端端点的可靠的传输服务。靠的传输服务。(它与实际使用的网络无关）它与实际使用的网络无关） 网上的应用支持任务由运输层来实现，它所提供网上的应用支持任务由运输层来实现，它所提供的服务有：的服务有：1、建立和拆除运输层的连接；、建立和拆除运输层的连接；2、对点到点的通信实施控制；、对点到点的通信实施控制；3、实现全双工通信

57、控制并保证传输的可靠性。、实现全双工通信控制并保证传输的可靠性。 通过通过TCP协议能建立起运输层的连接，因此它能够支协议能建立起运输层的连接，因此它能够支持它的高层应用程序和另一端的计算机网络节点的高持它的高层应用程序和另一端的计算机网络节点的高层应用程序之间建立起连接，传送信息。层应用程序之间建立起连接，传送信息。由于这时候下面的通信子网并没有直接为网上的这种由于这时候下面的通信子网并没有直接为网上的这种应用提供通信服务，所以运输层通过软件实现的这种应用提供通信服务，所以运输层通过软件实现的这种连接叫做连接叫做“虚连接虚连接”。 运输层为保证建立连接和拆除连接的可靠性，运输层为保证建立连接

58、和拆除连接的可靠性，TCP协议采协议采用用“三方握手三方握手”的方法，即每次建立或拆除连接，都要在的方法，即每次建立或拆除连接，都要在收发双方之间交换三个报文。收发双方之间交换三个报文。 下图为三方握手拆除连接的下图为三方握手拆除连接的示意图：示意图： 主机主机1上的事件上的事件主机主机2上的事件上的事件发送发送 FIN+ACK 接收接收 FIN+ACK 发送发送FIN+ACK 接收接收 FIN+ACK 接收接收 ACK 发送发送 ACK u TCP协议采用协议采用“同步字段同步字段”（SYN）通知建立连接，而用）通知建立连接，而用“结束结束 字段字段”（FIN）来通知对方拆除连接。）来通知对

59、方拆除连接。 运输层也是采用窗口机制来实现流控制。运输层也是采用窗口机制来实现流控制。 当一个连接建立时，连接的两端都分配一个缓冲区来保当一个连接建立时，连接的两端都分配一个缓冲区来保持输入的数据。当数据到达时，接收方发送确认，其中持输入的数据。当数据到达时，接收方发送确认，其中包含了包含了自己剩余的缓冲区空间的数量自己剩余的缓冲区空间的数量（即（即窗口窗口）。）。 TCP协议窗口大小的单位是字节。而子网内链路层的协议窗口大小的单位是字节。而子网内链路层的流控中滑动窗口的单位是帧的数目。流控中滑动窗口的单位是帧的数目。 请看下面的例子请看下面的例子主机主机1上的事件上的事件主机主机2上的事件上

60、的事件确认确认1000，窗口，窗口=1500 发送发送 数据字节数据字节1-1000 发送发送 数据字节数据字节1001-2000 发送发送 数据字节数据字节2001-2500 确认确认2000，窗口，窗口=500 确认确认2500，窗口，窗口=0 接收接收 1000的确认的确认 接收接收 2000的确认的确认 接收接收 2500的确认的确认 应用读出应用读出2000字节字节通告窗口通告窗口= 2500确认确认2500，窗口，窗口=2000发送发送 数据字节数据字节2501-3500 发送发送 数据字节数据字节3501-4500 确认确认3500，窗口，窗口=1000 确认确认4500，窗口，

61、窗口=0 应用读出应用读出1000字节字节确认确认4500，窗口，窗口=1000接收接收 3500的确认的确认 接收接收 4500的确认的确认 接收接收 4500的确认的确认 TCP协议的拥塞控制方法：1、发现提出报文丢失，发一个仅含有一块数据的报文；2、收到应答，发送加倍数量的报文；3、若收不到应答，仍发送原有数量的报文；213456 TCP看网络层的工作，只是把它当作一个包传输系统来对看网络层的工作，只是把它当作一个包传输系统来对待。待。 IP协议在传输协议在传输TCP协议传来的信息时，并不去解释其意思，协议传来的信息时，并不去解释其意思，而是直接把它当作数据来传递，当传输较长的报文时，再

62、而是直接把它当作数据来传递，当传输较长的报文时，再把长报文拆成若干个包（报文分组）来分别传送。把长报文拆成若干个包（报文分组）来分别传送。TCP协议提供面向连接的可靠的通信服务，而协议提供面向连接的可靠的通信服务，而IP协议提供协议提供面向无连接的通信服务，面向无连接的通信服务， 从它们的字段格式中也可看出。从它们的字段格式中也可看出。UDP协议（用户数据报协议）协议（用户数据报协议）针对端口的无连接的数据报投递服务，不保证可靠投递。针对端口的无连接的数据报投递服务，不保证可靠投递。TCP格式与格式与IP格式对比格式对比 设置应用层的目的是为了向网络用户提供一设置应用层的目的是为了向网络用户提

63、供一个更方便、更有效的网络应用环境。个更方便、更有效的网络应用环境。应用层的所有内容围绕着各种高层服务和与之应用层的所有内容围绕着各种高层服务和与之相应的高层应用软件展开，介绍它们的原理、相应的高层应用软件展开，介绍它们的原理、接口、所有的技术和软件的结构。接口、所有的技术和软件的结构。 客户：客户： 提供服务请求提供服务请求 服务器：服务器： 提供服务提供服务客户客户运输层运输层互连网层互连网层网络接口层网络接口层服务器服务器运输层运输层互连网层互连网层网络接口层网络接口层 因特网因特网l域名域名（domain name）：HZRTVU.EDU.CN域名服务由域名服务器提供。域名服务由域名服

64、务器提供。域名服务器域名服务器DNS的作用是的作用是将域名翻译成将域名翻译成IPIP地址。地址。在层次化的域名系统中，域名服在层次化的域名系统中，域名服务器互相配合，协调一致的工作。务器互相配合，协调一致的工作。 电子邮件：电子邮件：SMTPE-mail地址地址 ：邮件用户在邮件服邮件用户在邮件服务器中的邮箱名务器中的邮箱名邮件服务器邮件服务器主机的域名主机的域名u 文件传输：文件传输：WWW（Word Wide Web）：因特网上最大的一项应用。因特网上最大的一项应用。Web的信息服务端运行的是的信息服务端运行的是Web服务器程序，在用户端运行服务器程序，在用户端运行浏览器程序（即浏览器程序

65、（即Browser / Server 方式）。方式）。Web服务器上的服务器上的信息以超文本的形式存放。这些多媒体的超文本信息是用超信息以超文本的形式存放。这些多媒体的超文本信息是用超文本标注语言文本标注语言 HTML来书写的。来书写的。 B/S 与与C/S模式模式： C/S是以具有图形用户接口（是以具有图形用户接口（GUI）的）的PC机为客户机，不同的操作系统或不同的网络操作系统对应机为客户机，不同的操作系统或不同的网络操作系统对应不同的语言和开发工具；不同的语言和开发工具； B/S是因特网上使用的模式，主要是因特网上使用的模式，主要特点是它与软硬件平台无关，把应用逻辑和业务处理规则放特点是它与软硬件平台无关，把应用逻辑和业务处理规则放在服务器一侧，主流语言在服务器一侧，主流语言Java，HTML。网络管理：网络管理：SNMP模型模型视频会议：视频会议：有利用通信专线连接的系统和利用因特网连有利用通信专线连接的系统和利用因特网连接的系统。视频传播的标准有接的系统。视频传播的标准有MPEG1、MPEG2等。等。网络安全：网络安全：网络安全防范往往结合防火墙技术来实现。网络安全防范往往结合防火墙技术来实现。