《計算機網絡原理與技術》教學配套課件

計算機網絡原理與技術什么是計算機網絡？將地理位置不同、具有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)通過通信設備和線路連接起來，以功能完善的網絡軟件實現(xiàn)資源共享的系統(tǒng)。分布式計算機系統(tǒng)是在分布式計算機操作系統(tǒng)支持下，進行并行計算和分布式數據處理的計算機系統(tǒng)；各互聯(lián)的計算機互相協(xié)調工作，共同完成一項任務。區(qū)別與聯(lián)系分布式計算機系統(tǒng)與計算機網絡系統(tǒng)在計算機硬件連接、系統(tǒng)拓撲結構和通信控制等方面基本一樣，都具有通信和資源共享等功能。計算機網絡系統(tǒng)中的計算機是獨立的，分布式計算機系統(tǒng)中的計算機是相互聯(lián)系、協(xié)調、有分工的。支持網絡的是網絡操作系統(tǒng)，支持分布式計算機系統(tǒng)的是分布式操作系統(tǒng)。計算機的連接網絡中的計算機不論性能、價格上的差異，地位都是平等的。任意兩臺計算機都要求能夠連接起來。直接連（兩兩相連）連線數量當n較大時，連線數量太多計算機的連接利用交換機連計算機直接連在交換機上，任何兩臺計算機的連通，由交換機幫助完成HHHH計算機的連接交換機和連接線構成連接網（網絡）通信設備，稱為節(jié)點，用圓圈表示通信鏈路，物理鏈路作用：連接節(jié)點。由一條物理鏈路連接的兩個節(jié)點稱為相鄰節(jié)點連接或表示網絡中的計算機計算機的連接交換機和連接線構成連接網（網絡）HHHH節(jié)點HHH：HOST，主機。構成資源子網通信子網計算機網絡在信息時代的作用21世紀是信息時代（數字化、網絡化、信息化）信息時代以網絡為物質基礎網絡：電信網絡，有線電視網絡，計算機網絡電信網絡傳送語音有線電視網絡傳送圖象、語音計算機網絡傳送數據三網中發(fā)展最快、起核心作用的是計算機網絡計算機網絡在信息時代的作用生活、工作、學習、交往、娛樂離不開計算機網絡計算機網絡作為工具，能發(fā)揮更大的作用計算機網絡的產生與發(fā)展計算機網絡的發(fā)展可分為四個階段：計算機技術與通信技術相結合，形成計算機網絡的雛形；在通信網絡基礎上，完成網絡體系結構與協(xié)議研究，形成了計算機網絡；在解決計算機連網與網絡互連標準化問題的背景下，提出開放式系統(tǒng)互連參考模型與協(xié)議，促進了符合國際標準的計算機網絡技術的發(fā)展；計算機網絡向互連、高速、智能化方向發(fā)展，并獲得廣泛應用第一階段：計算機網絡的雛形階段（1）

早期的計算機系統(tǒng)：一臺主機+多臺終端

主機終端終端終端終端：用戶輸入輸出接口主機：接收用戶指令，運算，返回運算結果。主機帶有存儲器、打印機等附屬設備。主機要負責運算和通信工作。和運算相比，通信工作效率極低，主機寶貴的CPU時間資源浪費極大。第一階段：計算機網絡的雛形階段（2）一臺主機+一臺輔機+多臺終端輔機終端終端終端主機輔機：低檔計算機，專門用來處理終端與主機的通信問題意義：出現(xiàn)了計算機與計算機之間的連接與通信第一階段：計算機網絡的雛形階段（3）世界上第一個正式的網絡：美國的ARPAnet主機終端終端終端終端主機終端終端終端終端主機終端終端終端終端主機終端終端終端終端四個節(jié)點：相距上百甚至上千公里節(jié)點：一個獨立的計算機系統(tǒng)第二階段：計算機網絡形成（1）美國國防部1969年開始發(fā)展的ARPAnet：用于軍事目的，主要是為了在戰(zhàn)爭的環(huán)境下，保持通信的暢通，但結果頗為豐富，ARPAnet可以發(fā)電子郵件（E-mail）、文件傳輸(FTP)、遠程登錄(Telnet)，成為了Internet的雛形。第二階段：計算機網絡形成（2）ARPA網是計算機網絡技術發(fā)展的一個重要的里程碑，它對發(fā)展計算機網絡技術的貢獻表現(xiàn)在以下幾方面：完成了對計算機網絡的定義、分類；提出了資源子網、通信子網的兩級網絡結構的概念；研究了報文分組交換的數據交換方法；采用了層次結構的網絡體系結構模型與協(xié)議體系。主要貢獻是公開了這些研究成果第二階段：計算機網絡形成（3）各大計算機公司、研究機構開始研究網絡技術，研制自己的計算機網絡，如美國加利福尼亞大學勞倫斯原子能研究所的OCTOPUS網、法國信息與自動化研究所的CYCLADES網、國際氣象監(jiān)測網WWWN、歐洲情報網EIN等。信息共享是推動力

同時還出現(xiàn)了一些研究試驗性網絡、公共服務網絡、校園網、網絡協(xié)議等研究成果特點：遍地開花，各自為政第三階段：開放式標準化網絡計算機網絡發(fā)展的第三階段是加速體系結構與協(xié)議國際標準化的研究與應用國際標準化組織ISO于1977年成立了專門機構，正式制訂并頒布了“開放系統(tǒng)互連基本參考模型”(OSI/RM，OpenSystemInterconnectionReferenceModel)。二十世紀八十年代，ISO與CCITT等組織為該參考模型的各個層次制訂了一系列的協(xié)議標準，組成了一個龐大的OSI基本協(xié)議集。首先應用在ARPAnet的TCP/IP協(xié)議經過不斷地改進與規(guī)范化，目前廣泛應用在Internet上，成為事實上的工業(yè)標準。第四階段：Internet時代美國政府看到計算機網絡巨大的應用前景，決定由軍用轉為民用，將ARPAnet技術轉交給國家科學基金委員會。美國國家科學基金委員會1986年開始建立基于TCP/IP協(xié)議的NSFnet：目的是發(fā)展實現(xiàn)信息共享的技術，民用，在科研與教育部門研究、應用，技術不保密，極大地推廣了網絡技術的發(fā)展。90年代初，美國政府和美國國家科學基金委員會（NSF）把NSFnet轉交給美國三家最大的電信公司，三家共同組建非贏利組織ANS，90年代在NSFnet基礎上建立ANSnet：目的是把成熟技術實用化，網絡技術走出象牙塔，走向社會各個領域?，F(xiàn)有的Internet是各種網絡與ANSnet互聯(lián)形成的。目前正在研制新一代Internet，特點是速度極大提高，IP地址由32位變成128位，地址空間幾乎無限計算機網絡與本專業(yè)的關系網絡GIS的前導課程，GIS專業(yè)基礎課今后的信息系統(tǒng)都以網絡為基礎，信息必須上網，否則作用不大攝影測量與遙感是獲取信息的重要手段，是信息系統(tǒng)的重要組成部分了解計算機網絡知識，有助于拓展應用領域因特網（互聯(lián)網）概述兩個概念：單一網絡，網際網單一網絡：通信子網與計算機通信子網：交換節(jié)點及其之間的連線組成，負責連通兩臺計算機。計算機連接在各個交換節(jié)點上。HHHH節(jié)點HHH：HOST，主機。構成資源子網通信子網因特網概述網際網：通信子網與網絡通信子網：交換節(jié)點及其之間的連線組成，負責連通兩個網絡。計算機連接在各個交換節(jié)點上。NNNN節(jié)點NN通信子網因特網是最大的網際網，覆蓋了全世界因特網發(fā)展的三個階段（1）第一階段：單個網絡互聯(lián)網HHHH節(jié)點HH通信子網NNNN節(jié)點NN通信子網因特網發(fā)展的三個階段（2）第二階段：三級結構HNNN節(jié)點NN通信子網主干網因特網發(fā)展的三個階段（2）第二階段：三級結構HNNN節(jié)點NN通信子網NHNH節(jié)點NN通信子網主干網地區(qū)網因特網發(fā)展的三個階段（2）第二階段：三級結構HNNN節(jié)點NN通信子網NHNH節(jié)點NN通信子網NHHN節(jié)點NH通信子網主干網地區(qū)網局域網因特網發(fā)展的三個階段（2）第二階段：三級結構RRRRRRASASASRIGP協(xié)議EGP協(xié)議核心主干網核心網關地區(qū)網地區(qū)網局域網因特網發(fā)展的三個階段（3）多層次ISP結構的因特網商業(yè)階段，ISP向網絡管理者購買IP地址資源，服從網絡管理者管理；ISP向下一級ISP和用戶出售IP地址資源，成為他的客戶的管理者超出了單一機構的控制范圍，無法事先規(guī)劃網絡結構。因特網的組成網絡網絡網絡網絡網絡因特網的結構很復雜將其看作兩部分：網絡部分，計算機部分路由器

虛擬互連網絡（互聯(lián)網）因特網的組成因特網由核心部分和邊緣部分構成。核心部分：網絡中連接計算機的部分，為信息的提供者和獲取者提供連接服務。邊緣部分：由所有計算機組成，它們是網絡信息的提供者和獲取者。因特網的邊緣部分計算機是網絡各部分的最終端網絡中的各種數據交換，都是計算機上的進程之間進行計算機上的進程之間的通信：端—端通信端—端通信方式：客戶/服務器，對等方式客戶/服務器通信方式通信總是由客戶端發(fā)起，而服務器端總是隨時等待客戶進程要求，響應并提供相應的進程服務客戶端提出網絡服務要求服務器端滿足客戶端網絡服務要求客戶端：主動方，關機不影響網絡服務服務器端：被動方，時刻等待八方來求對等方式兩臺主機進程地位相同，都可以成為服務的提供者和要求者常見的共享目錄的拷貝就是一種對等通信方式因特網的核心部分由交換節(jié)點和交換節(jié)點之間以及交換節(jié)點與主機之間的通信鏈路組成起到為端與端之間連通與轉發(fā)數據的作用交換節(jié)點的任務：進行分組交換交換節(jié)點的工作方式：存儲轉發(fā)為了說明因特網的分組交換，先說明一般網絡的電路交換和報文交換。電路交換類似于電話系統(tǒng)。傳輸數據前，在源主機和目的主機之間建立一條實際的物理通道，一直占用，直到數據傳輸完畢，釋放它。源主機目的主機源節(jié)點目的節(jié)點中間節(jié)點專用通道，數據交換速度塊建立通道需要較長時間；通道占用期間，其它通信不能使用該線路，利用率低。報文交換源主機將要傳輸數據（文件）組成一個報文，以報文為單位傳輸；節(jié)點采用“存儲—轉發(fā)”方式，即從上一個節(jié)點接受分組，存儲起來，找機會發(fā)給下一個更接近目的節(jié)點的節(jié)點。源主機目的主機源節(jié)點目的節(jié)點中間節(jié)點在報文存儲期間，其它通信進程可以使用所有線路；在報文傳輸期間，其它通信進程可以使用除本段線路之外的所有線路。提高了線路利用率。不同報文大小差異很大，給中間節(jié)點存儲報文帶來很大麻煩。分組交換源主機將要傳輸數據組成一個報文，將報文劃分成大小不超過上限的分組，以分組為單位傳輸；節(jié)點采用“存儲—轉發(fā)”方式，即從上一個節(jié)點接受分組，存儲起來，找機會發(fā)給下一個更接近目的節(jié)點的節(jié)點。源主機目的主機源節(jié)點目的節(jié)點中間節(jié)點分組大小有上限，中間節(jié)點的存儲可以放在內存中，大大縮短延遲時間，提高了速度在能力低下的中間節(jié)點處容易形成擁塞源主機需要分包，目的主機需要裝配計算機網絡的類別按照作用范圍分： 局域網，城域網，廣域網按照不同使用者分： 公用網，專用網計算機網絡性能指標數據傳輸率：每秒傳輸的比特數帶寬：網絡的最大數據傳輸率，是體現(xiàn)網絡性能的一個指標吞吐量：單位時間通過網絡的數據量時延：數據從源端到目的端所需要的時間。包括發(fā)送、傳播、處理、排隊時延時延帶寬積：通道所能容納的比特數往返時間：從源目的源的時延利用率：被利用的時間。信道利用率、網絡利用率計算機網絡體系結構前面介紹的都是粗粒度的網絡知識，計算機網絡如何完成數據傳送，具體細節(jié)應從網絡體系結構說起。計算機網絡的根本任務就是將信息從一臺計算機正確地傳輸到另一臺指定的計算機。信息包含在數據中，實際傳遞的是一組數據。所以，網絡的基本任務就是一組數據將從一臺計算機正確地傳輸到另一臺指定的計算機。計算機網絡體系結構任務艱巨，劃分成若干個相對容易的子任務。完成了多個容易的子任務，艱巨任務完成。子任務：在相鄰通信設備間傳輸數據；如何確保數據傳輸正確；如何選路徑；如何分組；數據傳輸出錯如何處理；……子任務如何組織，由誰來完成，先做什么、后做什么，……，也需要設計規(guī)定好。計算機網絡體系結構是對計算機網絡系統(tǒng)功能的一種劃分方法，劃分成若干個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)完成規(guī)定的子任務。計算機網絡體系結構計算機網絡體系結構是以

分層的方式

對計算機網絡系統(tǒng)進行功能劃分的，每個層次構成一個子系統(tǒng)。網絡體系結構：對網絡系統(tǒng)層次的劃分（分層模型），以及各層功能的精確定義。網絡系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)（層次）在實現(xiàn)自身功能的同時，與其它相關聯(lián)子系統(tǒng)（層次）相互配合，共同實現(xiàn)網絡系統(tǒng)功能。各個子系統(tǒng)（層次）如何配合、有何規(guī)律？與現(xiàn)代郵政系統(tǒng)的信件傳遞，任務類似，機構也類似。為了便于理解，先介紹現(xiàn)代郵政系統(tǒng)。郵政系統(tǒng)沒有郵政系統(tǒng)的信件傳輸：鴻雁傳書，捎口信。信件傳遞在古代很麻煩、很困難。建立了現(xiàn)代郵政系統(tǒng)，信件傳輸問題十分簡單：寫地址，貼郵票，投信箱簡單來源于龐大現(xiàn)代郵政系統(tǒng)的支持郵政系統(tǒng)郵政系統(tǒng)分成了三個層次，每個層次的任務都很簡單用戶子系統(tǒng)郵政子系統(tǒng)運輸子系統(tǒng)郵政系統(tǒng)每個層次只需要按照同層以及上下層之間的約定（協(xié)議）完成自己的工作各種約定都是為了達到將信件從一個源點送到某一個目的點這個目標而設計的。有了這些約定后，每個實體的工作變得簡單了。郵政系統(tǒng)的啟示信息交流是雙方的事，必須在信息交流的兩個實體之間建立必要的約定、規(guī)范（協(xié)議），以保證雙方不產生歧義。完成信息的正確交流；不同地方的系統(tǒng)分層劃分必須一致，即符合相同的規(guī)范要求；每個層次只與本地上下層、以及外地的同層存在信息交流，必須在這些實體之間建立通信協(xié)議；同層交流是雙向的，上下層之間的交流不是雙向的；下層為上層服務，下層為上層提供了服務接口，確定了規(guī)范要求；上層在服務接口處滿足了下層的要求，才能得到下層的服務。計算機網絡系統(tǒng)網絡系統(tǒng)借鑒了郵政系統(tǒng)的思想，即：將整個系統(tǒng)分層，每一層作為一個獨立實體都有各自的功能每一個層只與對方的同層以及本方的上下層打交道（通信）相應地，在同層之間，以及上下層之間需要做相應的約定。計算機網絡體系結構網絡體系結構：對網絡系統(tǒng)層次的劃分（分層模型）（如何分、分幾層），以及各層功能的精確定義（每一層干什么事）。計算機網絡系統(tǒng)是一個龐大、復雜的系統(tǒng)，將其劃分成若干個相對簡單的子系統(tǒng)，便于整個系統(tǒng)的實現(xiàn)。兩個遠程計算機之間的通信是一個十分龐大復雜的任務，將其劃分成若干個子任務，并由各個子系統(tǒng)來分別完成，有助于通信功能的實現(xiàn)。各個子系統(tǒng)可以看作一個獨立的實體，完成規(guī)定的子任務。 ISO/OSI參考模型通信子網資源子網資源子網計算機網絡協(xié)議兩個遠程計算機之間的通信需要通過許多中間實體的數據交換來完成。兩個獨立實體之間要實現(xiàn)正確的通信，必須遵循統(tǒng)一的信息交換標準或規(guī)約（約定），這些標準或規(guī)約就是協(xié)議。協(xié)議必須清晰，不會產生歧義。 但任何協(xié)議都不能100%地保證信息的正確交流。體系結構與網絡協(xié)議體系結構確定后，獨立實體（子系統(tǒng)）就確定了，它們之間的相互關系就確定了。相互關聯(lián)的實體之間必須制定協(xié)議。所有協(xié)議總和稱為協(xié)議集。根據協(xié)議集也可以確定體系結構，兩者是緊密相關的。體系結構加網絡協(xié)議就是常說的層次模型。體系結構與網絡協(xié)議為了便于信息交流，加入網絡的所有計算機系統(tǒng)都應該采用相同的層次模型。通信一方的任何實體，不僅要與本方的相關實體建立協(xié)議，還要與對方的同層次實體建立通信協(xié)議。網絡協(xié)議與體系結構網絡系統(tǒng)中同層次間、上下層次各個實體間所有的通信約定構成了網絡協(xié)議。通信約定根據“水平”、“垂直”兩個方向，分為兩類。其中,“水平”方向的通信約定稱為“協(xié)議”，“垂直”方向的通信約定稱為“服務”。協(xié)議和服務都是通信約定，但他們又有所不同。網絡協(xié)議與體系結構同層次的實體之間采用相同的協(xié)議，兩個實體是對等的，之間的通信是雙向的。上下層次的實體是不對等的，他們之間的關系是下層為上層提供服務，上層向下層傳輸的是服務要求，下層向上層傳輸的是服務結果。網絡協(xié)議與體系結構不同機器上的同等功能層之間采用相同的協(xié)議，同一機器上的相鄰功能層之間通過接口傳遞信息。網絡協(xié)議與體系結構服務(Service)這個術語在計算機網絡中是一個非常重要的概念。服務就是網絡中各層向其相鄰上層提供的一組操作，是相鄰兩層之間的界面。網絡協(xié)議與體系結構分層設計方法將整個網絡通信功能劃分為垂直的層次集合。在通信過程中，下層向上層隱蔽其實現(xiàn)細節(jié)。同一網絡內的計算機必須采用相同的網絡協(xié)議，通過網絡進行信息交換的兩臺計算機必須具有相同的體系結構。標準問題各單位有自己的模型，按照自己的模型建立了網絡。模型不同的網絡無法互連，模型必須標準化。標準之爭有巨大的商業(yè)利益。結束標準之爭：權威機構或超強者。權威機構：ISO推出OSI網絡體系結構。超強者：ARPAnet推出TCP/IP網絡體系結構。ISO/OSI參考模型（1）OSI/RM模型是國際標準化組織(ISO)提出的開放式系統(tǒng)互連參考模型。OSI參考模型是研究如何把開放式系統(tǒng)(即為了與其他系統(tǒng)通信而相互開放的系統(tǒng))連接起來的標準。OSI參考模型將計算機網絡分為七層ISO/OSI參考模型（2）通信子網資源子網資源子網ISO/OSI參考模型（3）OSI模型詳細地描述了一個計算機網絡模型，用這個模型可以很好地討論計算機網絡。OSI模型太細、太復雜，執(zhí)行效率低，不實用。OSI模型并未流行起來。TCP/IP體系結構（1）TCP/IP分層模型也被稱為互連網分層模型或互連網參考模型，TCP/IP參考模型及其兩個主要協(xié)議(TCP和IP)，就是為提高多個網絡無縫連接能力而設計的。TCP/IP體系結構（2）TCP/IP模型的層次結構與OSI模型有所不同，它由網絡接口層、互連網層、傳輸層和應用層組成。TCP/IP體系結構（3）TCP/IP協(xié)議事先并沒有描述模型，只是在對實際應用的協(xié)議進行總結、歸納后提出了一個模型。TCP/IP模型層次不分明，允許用戶應用層直接調用底層，不符合分層精神。但效率高，實用。TCP/IP模型被廣泛應用。

TCP/IP協(xié)議從未宣稱自己是標準，但成為事實上的國際標準。具有5層協(xié)議的體系結構（1）具有5層協(xié)議的體系結構（2）應用層：網絡與用戶的界面，接受用戶指令，對用戶數據服務，如加密、解密；壓縮、解壓縮；數據格式轉換等。向用戶反饋信息。應用層是由系統(tǒng)中的一些應用模塊構成的。具有5層協(xié)議的體系結構（3）傳輸層(TransmissionLayer)的主要功能是利用網絡層提供的主機到主機的數據傳輸服務，完成網絡中不同主機上的用戶進程之間可靠的數據通信。涉及端到端的通信。傳輸層的具體工作包括：報文劃分成報文分組或將報文分組組合成報文；進行傳輸錯誤的檢錯、糾錯工作。具有5層協(xié)議的體系結構（4）網絡層(NetworkLayer)的主要功能是完成網絡中源節(jié)點傳輸到目的節(jié)點間的數據傳輸。網絡層利用了數據鏈路層在兩個相鄰節(jié)點（一根通信線連接的兩個節(jié)點）之間傳輸數據幀的服務，將每個報文分組從源主機傳輸到目的主機。網絡層的另一個功能是為源節(jié)點和目的節(jié)點之間選擇最佳的路由通道。如果在子網中同時出現(xiàn)過多的報文分組，子網可能擁塞，必須加以避免，此類控制也屬于網絡層的內容。具有5層協(xié)議的體系結構（5）數據鏈路層(DatalinkLayer)的主要功能是如何確保在不可靠的物理鏈路上實現(xiàn)可靠的數據傳輸。為了保證數據傳輸的可靠性，發(fā)送方把用戶數據封裝成幀(Frame)，并按順序傳送各幀。具有5層協(xié)議的體系結構（6）發(fā)送方為每個數據塊計算出CRC(CyclicRedundancyCheck，循環(huán)冗余檢驗)檢錯碼并加入幀中，這樣，接收方就可以通過重新計算CRC來判斷數據接收的正確與否。數據鏈路層需要解決的另一個問題是防止發(fā)送方發(fā)送的高速數據把低速接收方“淹沒”。因此需要某種流量控制機制使發(fā)送方得知接收方當前還有多少緩存空間。具有5層協(xié)議的體系結構（7）數據鏈路層傳下來的幀在物理層中表現(xiàn)為0，1碼組成的比特流物理層的主要功能是完成相鄰節(jié)點之間原始比特流的傳輸。物理層協(xié)議關心的典型問題是：使用什么樣的物理信號來表示數據“0”和“1”；“0”或“1”持續(xù)的時間多長；數據傳輸是否可同時在兩個方向上進行；最初的連接如何建立和完成通信后連接如何終止；物理接口(插頭和插座)是什么形狀，有多少針以及各針的功能。各層中的數據流應用層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層應用進程A主機A主機B應用層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層物理傳輸介質應用進程B

數據

數據報文比特序列幀首部幀首幀尾第2章物理層物理層概念物理層的地位：OSI模型中的最低層，它是建立在通信介質的基礎之上，是計算機與通信介質之間的接口。物理層的作用：將計算機中應用的數據（比特流）變換成適合于通信介質的傳輸方式，通過通信介質將數據傳輸到其他節(jié)點。物理層概念實際網絡的數據傳輸方式與多種因素有關：物理連接方式：點對點，多點連接或廣播連接傳輸媒介的種類：雙絞線，同軸電纜，光纜，架空明線，對稱電纜，各個波段的無線信道傳輸模式：串行，并行，同步，異步等實際采用的傳輸方式種類繁多，差別巨大。這些差別由物理層負責解決，其他高層不必考慮這些差異。所以說，物理層對上層屏蔽（掩蓋）了實際網絡的差異。各種傳輸方式的實現(xiàn)主要由各種硬件接口完成物理層概念模型中定義的物理層特性是各種硬件接口共同具有的特性，是硬件接口生產商必須遵守的。物理層特性描述：(1)機械特性(2)電氣特性(3)功能特性(4)規(guī)程特性物理層特性描述機械特性：說明接口所用接線器的形式、尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置等。電氣特性：說明在接口線纜的哪條線上出現(xiàn)的電壓應在何種范圍之內，即什么樣的電壓表示1，什么樣的電壓表示0。主要考慮信號的大小和參數、電壓和阻抗的大小、編碼方式等。功能特性：主要考慮每一條信號線的作用和操作要求，說明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。規(guī)程特性：主要考慮利用接口傳送比特流的整個過程中，各種可能事件的執(zhí)行和出現(xiàn)的順序。對物理層概念的解釋物理層不是指連接計算機的具體物理設備和傳輸介質。數據鏈路層使用物理層提供的服務，而不必關心具體的物理設備和傳輸介質，只需考慮如何完成本層服務和協(xié)議。換言之，物理層在數據鏈路層和物理介質中間起到屏蔽和隔離作用。物理層標準并不完善。它不考慮物理實體、服務原語及物理層協(xié)議數據單元，而重點考慮物理層服務數據單元，即比特流、物理連接等。通信基礎知識（1）通信系統(tǒng)模型信源變換器信道反變換器信宿噪聲源信源：信息的發(fā)出者。信息：簡而言之就是一種要表達的意思和內容。變換器：將信息加載到信號中。信道：信號的傳送通道。反變換器：將信息從信號中提取出來。信宿：信息的接收者。通信系統(tǒng)中傳遞的實體是信息的載體信號，信源要傳遞的是信息，信息只能依靠信號進行傳遞。信號的種類：語言、文字、圖象、手勢、信號燈、信號彈、燈光、電信號等。狹義的通信系統(tǒng)以及計算機網絡中，傳遞的信號都是電信號。通信基礎知識（2）電信號分為模擬信號和數字信號模擬信號：在時間和幅度上都連續(xù)的信號。數字信號：在時間和幅度上都離散的信號。501234(b)數字信號(a)模擬信號圖2-1模擬信號和數字信號通信基礎知識（3）數字信號和模擬信號相比，具有抗干擾能力強、可以再生中繼、便于加密、易于集成化等一系列優(yōu)點。采用模擬信號的系統(tǒng)有：電話、廣播電臺、電視等，采用數字信號的系統(tǒng)有：數字通信、數字電視、計算機系統(tǒng)、計算機網絡等。早期發(fā)明的系統(tǒng)采用模擬信號，發(fā)明較晚的系統(tǒng)一般采用數字信號。隨著數字通信技術的成熟，越來越多的早期的系統(tǒng)也用數字技術進行改造。通信基礎知識（4）信號的頻譜與帶寬任何信號都有頻率分量，信號越復雜、波形越劇烈，頻率分量越多。將信號所有的頻率分量在頻率域列出，就得到信號的頻譜。將信號進行傅立葉變換，就可得到信號的頻譜函數信號最高頻率與最低頻率的差值就是信號帶寬AtAfB通信基礎知識（5）信道的截止頻率與帶寬信道是信號的傳送通道，但信道對信號不同頻率分量的傳送能力不同，對有些頻率分量不衰減，對有些頻率分量則衰減較大甚至完全衰減掉。信道對頻率分量的衰減是有規(guī)律的，一般為下面兩種情形fcf0.707Af2f1f0.707A(a)低通濾波器(b)帶通濾波器圖2-3信道截止頻率通信基礎知識（6）從最高點衰減到一定程度（0，最高點的0.5倍或0.707倍)所對應的頻率為（上、下）截止頻率。截止頻率與0或者上、下截止頻率的差值為信道帶寬。通信基礎知識（7）信道的最大數據傳輸率信道在單位時間內能傳輸的二進制位數被稱為數據傳輸率。數據傳輸率的提高意味著傳輸每一位所占用的時間的減小。信道的數據傳輸率相當于運輸工具的載重量，傳送的信號數據量相當于運輸工具所運的貨物。顯然一次所能運輸的貨物量受限于運輸工具的載重量；一次所能傳輸的信息量同樣受限于信道的最大數據傳輸率。通信理論已經證明，通信系統(tǒng)的最大數據傳輸率最理想的情況下，為信道帶寬的2倍，也就是每秒鐘可以傳遞2B個二進制位數。寬帶網絡B值遠高于一般網絡，所以寬帶網絡速度快。在實際應用中，由于達不到理想的情況，實際數據傳輸率達不到2B。傳輸介質傳輸介質通常分為有線介質(或有界介質)和無線介質(或無界介質)。有線介質將信號約束在一個物理導體之內，如雙絞線、同軸電纜和光纖等；無線介質則不能將信號約束在某個空間范圍之內。雙絞線（1）雙絞線(TwistedPair，TP)是目前使用最廣、相對廉價的一種傳輸介質。它是由兩條相互絕緣的銅導線組成，導線的典型直徑為1毫米(0.4～1.4毫米之間)。這兩條線扭絞在一起，可以減少對鄰近線對的電氣干擾。圖3-1雙絞線雙絞線（2）幾乎所有的電話機都是通過雙絞線接入電話系統(tǒng)雙絞線既可以傳輸模擬信號，又可傳輸數字信號。用雙絞線傳輸數字信號時，其數據傳輸率與電纜的長度有關。在幾公里的范圍內，雙絞線的數據傳輸率可達10Mbps，甚至100Mbps，因而可以采用雙絞線來構造價格便宜的計算機局域網。雙絞線（3）對于雙絞線的定義有兩個主要來源。一個是美國電子工業(yè)協(xié)會(ElectronicIndustriesAssociation，EIA)的遠程通信工業(yè)分會(TelecommunicationIndustriesAssociation，TIA)；另一個是IBM公司。EIA負責“Cat”(即“Category”)系列非屏蔽雙絞線(UnshieldedTwistedPair，UTP)標準。IBM負責“Type”系列屏蔽雙絞線標準，如IBM的Type1、Type2等。電纜標準本身并未規(guī)定連接雙絞線電纜的連接器類型，然而EIA和IBM都定義了雙絞線的專用連接器。對于Cat3、Cat4和Cat5來說，使用RJ-45(4對8芯)，遵循EIA-568標準；對于Type1電纜來說，則使用DB9連接器。大多數以太網在安裝時使用基于EIA標準的電纜，大多數IBM及令牌環(huán)網則使用符合IBM標準的電纜。同軸電纜（1）同軸電纜(CoaxialCable)中的內外導體等材料是共軸的，同軸之名由此而來。外導體是一個由金屬絲編織而成的圓形空管，內導體是圓形的金屬芯線。內外導體之間填充絕緣介質。同軸電纜（2）同軸電纜內芯線的直徑一般為1.2～5毫米，外管直徑一般為4.4～18毫米。內芯線和外導體一般采用銅質材料。同軸電纜可以是單芯的，也可以將多條同軸電纜安排在一起形成同軸電纜。廣泛使用的同軸電纜有兩種：一種是阻抗為50Ω的基帶同軸電纜，另一種是阻抗為75Ω的寬帶同軸電纜。同軸電纜（3）當頻率升高時，外導體的屏蔽作用加強，因而特別適用于高頻傳輸。一般情況下，同軸電纜的上限工作頻率為300MHz，有些質量高的同軸電纜的工作頻率可達900MHz。因此，同軸電纜具有很寬的工作頻率范圍。當用于數據傳輸時，數傳率可達每秒幾百兆比特。由于同軸電纜具有壽命長、頻帶寬、質量穩(wěn)定、外界干擾小、可靠性高、維護便利、技術成熟等優(yōu)點，而且其費用又介于雙絞線與光纖之間。同軸電纜在閉路電視傳輸系統(tǒng)中一直占主導地位。光纖（1）隨著光通信技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)在人們已經可以利用光導纖維來傳輸數據，以光脈沖的出現(xiàn)表示“1”，不出現(xiàn)表示“0”?？梢姽馑幍念l段為108MHz左右，因而光纖傳輸系統(tǒng)可以使用的帶寬范圍極大。目前的光纖傳輸技術可使人們獲得超過50000GHz的帶寬，且還在不斷地提高。當前實際使用的10Gbps限制是因為光/電以及電/光信號轉換的速度跟不上。今后將有可能實現(xiàn)完全的光交叉和光互連，即構成全光網絡，到那時網絡的速度將增長上萬倍。光纖（2）光傳輸系統(tǒng)利用了一個簡單的物理原理：當光線在玻璃上的入射角大于某一臨界值時，光線將完全反射回玻璃，而不會漏入空氣，這樣，光線將被完全限制在光纖中，而幾乎無損耗地傳播。光纖（3）光纖呈圓柱形，含有纖芯和包層，纖芯直徑約5~75微米，包層的外直徑約為100～150微米，最外層的是塑料，保護纖芯。纖芯的折射率比包層的折射率高1%左右，這使得光局限在纖芯與包層的界面以內，并保持向前傳播。光纖（4）任何以大于臨界值角度入射的光線，在介質邊界都將按全反射的方式在介質內傳播，而且不同的光線在介質內部將以不同的反射角傳播，即認為每一束光線都有不同的模式。如果纖芯的直徑較粗，則光纖中可能有許多種沿不同途徑同時傳播的模式，通常將具有這種特性的光纖稱為多模光纖(Multi-modeFiber)；如果將光纖纖芯直徑減小到光波波長大小的時候，光在光纖中的傳播沒有多次反射，這樣的光纖稱為單模光纖(Single-modeFiber)。光纖（5）光纖通信的優(yōu)點是頻帶寬、傳輸容量大、重量輕、尺寸小、不受電磁干擾和靜電干擾、無串音干擾、保密性強、原材料豐富、生產成本較低。因而，由多條光纖構成的光纜已成為當前主要發(fā)展和應用的傳輸介質。信號調制技術信號調制計算機及其網絡通信設備中使用的都是數字信號。數字信號傳輸距離很短，如打印機電纜一般為2米、3米，最多為5米。因此數字信號直接用來傳輸，距離有限。需要遠距離傳輸，在信號傳遞前要進行調制。一般，高頻信號能夠傳輸更遠的距離。調制是指將要傳輸的信號加載到一個被稱為載波的高頻信號中，形成調制信號。調制信號是高頻信號，能夠傳輸很遠。+=傳輸信號載波調制信號信號調制技術常用的調制技術有：調幅，調頻，調相。調幅：就是使載波信號的幅度值隨傳遞信號而變化。調頻：就是使載波信號的頻率隨傳遞信號而變化。調相：就是使載波信號的相位隨傳遞信號而變化。多路復用多路復用：多路信號同時使用同一線路多路復用的好處：提高線路利用效率。多路復用的方法：傳輸前，將多路信號合成為一路；傳輸后，將一路信號還原成多路信號。常見的方法有兩種：頻分多路復用時分多路復用頻分多路復用一般，信道帶寬遠大于信號帶寬。將信號帶寬用調制的辦法依次搬到高頻區(qū)域，占據信道帶寬的每一部分，形成一路寬帶信號進行傳輸，叫頻分多路復用。合成分解ffffffff電話系統(tǒng)的頻分多路復用一路電話的標準頻帶：0.3kHz~3.4kHz，超出該范圍的頻率分量被衰減掉每一路電話分配4kHz，利用頻率變換，將3路電話搬到頻段的不同位置，就形成了帶寬為12kHz的頻分多路復用信號目前，一根同軸電纜上實現(xiàn)了上千路電話的同時傳輸。電話系統(tǒng)的頻分多路復用CCITT建議：12路電話構成一個基群，占用60~108kHz頻段；5個基群構成一個超群，占用312~552kHz頻段；5個超群構成一個主群，占用812~2044kHz頻段；3個主群構成一個超主群，占用8516~12388kHz頻段；

4個超主群構成一個巨群，占用42612~59684kHz頻段；時分多路復用信道帶寬越大，單位時間內可傳輸的比特數越多，數據傳輸的越快，信道的空閑時間越多。將多路信號分時傳輸，可減少信道的空閑時間，提高信道利用率。這叫時分多路復用。111222333ttttttt123123電話系統(tǒng)的時分多路復用奈奎斯特準則：帶寬為B的模擬信號，每秒等間隔傳輸2B采樣點，接收方就可完全恢復模擬信號帶寬為4kHz的電話信號，每秒采樣8k次，采樣值用8位二進制數表示，則一路電話需要的數據傳輸率為8x8=64Kbps24路電話復用，依次傳輸，24個采樣點+一個間隔，共24x8+1=193比特，每秒采樣8k次，則24路電話需要的數據傳輸率為193x8k=1.544Mbps24路電話復用一條1.544Mbps主干線路被稱為T1標準電話系統(tǒng)的時分多路復用4個T1信道復用一個T2信道T2信道數據傳輸率6.312Mbps>4x1.544，額外的比特主要用于幀定界和時鐘同步6個T2流復用成一個T3線路7個T3流復用成一個T4線路第3章數據鏈路層數據鏈路層信道有兩種類型:點對點信道:節(jié)點到節(jié)點的一對一通信方式廣播信道:使用共享的信道廣播通信方式點對點方式是傳統(tǒng)網絡模型考慮的方式廣播方式是局域網出現(xiàn)后的新方式鏈路層的基本概念（1）什么是數據鏈路？ 每次通信都需要經過建立通信連接和拆除通信連接兩個過程。這種建立起來的數據收發(fā)關系就叫做數據鏈路。簡單地講，數據鏈路就是終端設備間的數據通道。 在進行數據傳輸過程中，除了必須有一條物理鏈路連接外，還必須有一些必要的規(guī)程或協(xié)議來控制數據的傳輸，把實現(xiàn)這些數據傳輸規(guī)程的物理硬件和軟件附加在物理鏈路上就構成了數據鏈路。鏈路層的基本概念(2)“鏈路”：物理鏈路和邏輯鏈路。物理鏈路就是用于連通物理設備的實際線路，而邏輯鏈路則在物理鏈路上附加必要的通信規(guī)程。一條物理鏈路上，可以由多條邏輯鏈路共享，因而可以構成多條邏輯鏈路。點對點通信方式及協(xié)議鏈路層位于模型的第二層，其功能是：利用物理層在相鄰節(jié)點之間傳輸比特流的功能，為網絡層在相鄰節(jié)點中傳輸數據幀。利用意味著鏈路層不必考慮底層物理網絡的組成情況，從鏈路層來看，相鄰節(jié)點之間傳輸的是數據幀。點對點通信方式及協(xié)議具備封裝幀,透明傳輸,差錯檢測等功能。數據鏈路層數據鏈路層數據包數據包物理層物理層數據幀數據幀網絡層點對點通信方式及協(xié)議具備封裝幀,透明傳輸,差錯檢測等功能。數據鏈路層數據鏈路層數據包數據包物理層物理層數據幀數據幀網絡層物理層如果是中間節(jié)點下一個相鄰節(jié)點之間的傳輸相鄰節(jié)點之間的傳輸PPP協(xié)議的幀格式PPP協(xié)議是點到點通信的典型協(xié)議，用來說明數據鏈路層的通信原理數據鏈路層中數據傳送的最小單元是幀，數據以幀的形式傳送。幀的概念：一種數據結構物理層，比特流，一串“0”、“1”碼比特流用幀的格式進行組織幀的格式：有很多不同的格式，PPP協(xié)議幀的格式標志地址控制數據校驗碼標志FACIFCSF協(xié)議PF：幀首、幀尾標志，8比特，特定的組合：01111110(7E)A：地址字段，固定為FF，沒有實際意義C：控制字段，固定為03，沒有實際意義P：協(xié)議字段，表示I字段是數據包，還是用來建立、配置、測試數據鏈路的LCP控制數據，或是用于不同網絡之間的不同協(xié)議信息交換的控制數據，總之，說明I字段的數據意義。

I：如果是來自網絡層的數據包，進入數據幀時，需要特殊處理，以保證F標志唯一性PPP協(xié)議的幀格式特殊處理：如果是同步傳輸，以比特流形式傳輸，如連續(xù)出現(xiàn)5個1，則插入一個0；如果是異步傳輸，以字節(jié)流形式傳輸，對原有的字節(jié)7E，變成7D5E,對原有的字節(jié)7D,變成7D5D,對原有的ASCII碼控制字符，用7D加上適當變換字符值代替。FCS：校驗碼，用于本幀檢錯。

PPP協(xié)議發(fā)現(xiàn)錯誤幀，則丟棄該幀，但不會要求源端重傳，重傳要求由傳輸層或應用層提出。

PPP協(xié)議只檢錯，不糾錯。是不可靠傳輸。這是因為網絡質量的提高，使錯誤發(fā)生率大幅降低，省略糾錯可提高效率。PPP協(xié)議的幀格式局域網概述計算機局域網技術在計算機網絡中占有非常重要的地位。它具有覆蓋的地理范圍比較小、數據傳輸率高、傳輸延時短、誤碼率低、屬于單一組織擁有等特點。由局域網互連而成的廣域網使得人們獲取信息的范圍更加廣闊，得到的服務也日趨便捷。局域網概述局域網是指較小區(qū)域范圍內(如一棟辦公樓)各種數據通信設備及計算機連接在一起的通信網絡。局域網的特點是所有權屬于一個單位。局域網產生于二十世紀七十年代，由于微型計算機的發(fā)明和迅速流行、計算機應用的迅速普及與技術提高和計算機網絡應用的不斷深入和擴大，以及人們對信息交流、資源共享和高帶寬的迫切需求等因素，直接推動著局域網的發(fā)展。局域網的拓撲結構局域網的拓撲結構主要有總線型、環(huán)型和星型三種服務器工作站工作站工作站工作站服務器工作站工作站工作站服務器工作站工作站工作站中心設備三種拓撲結構的特點總線型特征：在網中廣播信息，每個工作站幾乎可以同時收到每一條信息?？偩€型的優(yōu)點是：價格低廉，用戶入網靈活，一個站點失效不影響其它站點。環(huán)型特點：信息在環(huán)中沿著每個節(jié)點單方向傳輸，數據傳輸時間確定。星型特點：系統(tǒng)通過中心節(jié)點控制全局，方便了網絡的維護和調試。缺點是中心節(jié)點失效會導致全網無法工作。總線型、星型網常用于政府、公司、高校等辦公環(huán)境，環(huán)型網常用于工業(yè)控制等企業(yè)中。數據鏈路層的結構

數據鏈路層邏輯鏈路控制(LLC)介質訪問控制(MAC)ISO/OSI模型IEEE802標準ISO/OSI模型數據鏈路層沒有考慮到局域網的這些特點，后來頒布的IEEE802標準，進行了補充，將數據鏈路層劃分成LLC、MAC兩個子層局域網的體系結構IEEE802參考模型在二十世紀八十年代初期，IEEE802委員會首先制定出局域網的體系結構，即著名的IEEE802參考模型。許多802標準現(xiàn)已成為ISO的國際標準。局域網802參考模型與OSI的模型對比圖。應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層傳輸媒體（）物理層媒體接入控制MAC邏輯鏈路控制LLC應用SAP應用SAPOSI參考模型IEEE802參考模型數據鏈路層IEEE802參考模型的范圍邏輯鏈路控制LLC功能為上層提供服務訪問點(LLCSAP)兩端主機的兩個進程利用兩端的一對SAP進行通信SAP為進程提供網絡通信服務一臺計算機有多個SAP，所以計算機上的多個進程可以同時進行網絡通信。一個SAP一次只能為一個進程提供服務。介質訪問控制MAC功能發(fā)送時，數據裝配成幀；接收時，從幀中取出數據。確定介質訪問控制方式。24位24位0000.0c12.3456廠家代碼序列號ROMRAMMAC地址MAC地址固化在網卡的ROM中，任何控制信號只能通過物理地址（硬件地址）找到有關設備在數據幀中使用的地址，包括源地址、目的地址都是MAC地址介質訪問控制方式廣域網：站點數量龐大，一般用點--點傳輸方式：兩個站點之間建立鏈路進行數據交換。局域網：站點數量少，采用廣播方式：源站點通過共享傳輸介質向所有其他站點發(fā)數據，只有目的站點接收該數據，其他站點不接收數據。局域網所有站點都有權發(fā)送數據，但任一時刻只能有一個站點使用傳輸介質發(fā)送數據。介質訪問控制進行公用傳輸介質管理，是局域網數據鏈路層的重要功能。介質訪問控制方式主要有兩種：競爭方式和令牌方式。競爭方式：常用于總線型網絡中。局域網中的每一個站點都有同等的權力使用傳輸總線，誰搶先占用傳輸總線，誰就可以發(fā)送數據，其他站點必須等待，直到總線空閑才能使用。令牌方式：局域網中的站點必須持有令牌，才有權使用傳輸介質，發(fā)送數據。令牌：一種特殊的幀，在網絡站點中循環(huán)游蕩，欲發(fā)送數據的站點必須先捕捉令牌，不發(fā)送數據的站點則將其傳給下一個站點。介質訪問控制方式競爭方式的典型代表是CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問/碰撞檢測）介質訪問控制方式工作原理：

1、每個工作站都能探測到總線上是否有數據在傳遞。要發(fā)送數據時，若探測到總線中無數據在發(fā)送，就立即發(fā)出自己的數據，否則，邊探測邊等待。

2、一旦有了一個以上的節(jié)點同時發(fā)出數據（碰撞），轉而發(fā)送一個強干擾信號，以強化碰撞，目的是讓所有的節(jié)點都知道發(fā)生了碰撞。

3、而后退避一段時間，試著重發(fā)。

4、只要有信息在傳遞，每個工作站都能接收到數據幀，所有工作站對幀中的目的地址字段進行檢查，若是發(fā)給自己的就接收該幀，否則就忽略該幀。以太網及其標準IEEE802.3標準：描述基于CSMA/CD總線的物理層和介質訪問控制子層協(xié)議。該標準的基礎是20世紀70年代美國施樂（Xeror）公司研制的以太網，經改進后以IEEE802.3標準公布。由于IEEE802.3標準是依以太網而制定的，因此IEEE802.3標準也稱以太網標準。以太網及其標準1975年，施樂(Xerox)公司研制成功一種基帶總線局域網，速度2.94Mb/s，命名為以太網(Ether)1980年，DEC、Intel、Xerox聯(lián)合提出10Mb/s以太網規(guī)約DIXV11980年又修改為第二版規(guī)約：DIXV2。是第一個局域網產品規(guī)約1983年IEEE802委員會制定第一個IEEE以太網標準，編號為802.3,，它與DIXV2差別極小，DIXV2與802.3常?；煊脟栏竦刂v，以太網是指符合DIXV2標準的局域網。以太網及其標準以太網是廣泛應用的三大局域網之一以太網采用總線型、星型拓撲結構和CSMA/CD協(xié)議，具有組網簡單、擴展容易、速度快、價格相對便宜的優(yōu)點，是辦公環(huán)境組建局域網的首選。缺點是如果網上用戶太多，通信沖突加劇，網絡速度將大幅度下降IEEE802.3標準（1）IEEE802.3標準規(guī)定了下列以太網：

10Base-5，10Base-2，10Base-T，10Base-F，10BROAD36等

10：速度為10M/sBase：基帶傳輸

5，2，36：電纜的最大長度可達500米，200米，3600米。

T：中心集線器F：光纖

BROAD：寬帶傳輸IEEE802.3標準具體內容就是對這些網絡技術參數的具體規(guī)定。IEEE802.3標準（2）10BASE5粗同軸電纜以太網，最大長度500米，最大工作站數目10010BASE2細同軸電纜以太網，最大長度200米，最大工作站數目30，價格低廉10BASET雙絞線，采用中心集線器，工作站距集線器最大距離100米IEEE802.3標準（3）IEEE802.3標準對以太網所使用的幀結構也進行了規(guī)定應用在以太網上的硬件設備必須按照上述格式處理數據幀。令牌環(huán)網及其標準最有影響的令牌環(huán)網是IBM公司的TokenRing。它于70年代研制成功。令牌環(huán)網采用環(huán)型拓撲結構和令牌方式進行介質訪問控制，具有節(jié)點訪問延遲確定，速度快（16M/s)，大數據量傳輸環(huán)境下效率高等優(yōu)點。缺點是維護復雜，設備成本高。令牌環(huán)網的組建技術要求由IEEE802.5標準規(guī)定，它是由IBM公司制定。IEEE802.5標準IEEE802.5標準規(guī)定的拓撲結構和工作方式IEEE802.5標準定義了25種介質訪問控制幀令牌總線網及其標準令牌總線網（TokenBus），拓撲結構為總線型，介質訪問控制采用令牌方式。集中了以太網和令牌環(huán)網的優(yōu)點，組網簡單，延遲時間確定，大數據量傳輸時效率高。缺點，管理復雜。令牌總線網由IEEE802.4標準規(guī)定。IEEE802.4標準令牌總線網工作原理：網絡上所有站點依次編號令牌在網絡中依編號在各站點中依次傳遞持令牌的站點才能發(fā)數據局域網擴展一個單位往往擁有多個局域網，通常需要將這些局域網互連起來，以實現(xiàn)局域網間的通信。常用的局域網擴展方式有集線器擴展、交換機擴展和網橋擴展。集線器介紹集線器是一種中心設備，是組建以太網的常用設備。由集線器構成的局域網在物理結構上是星型結構，在邏輯上仍然是總線型結構。只是將總線隱藏在集線器內部。集線器一個端口連接一臺工作站或另一臺集線器在一個端口上發(fā)數據，所有的端口都能收到。集線器的端口數有8，12，16，24不等。集線器主要按傳輸速度分為：10M，100M，10M/100M自適應集線器。

用集線器擴展局域網在辦公環(huán)境下，工作站往往集中在幾個辦公室中。在每個辦公室中用一臺集線器連接所有工作站，再將幾臺集線器連接起來就共成一個較大的局域網。集線器局域網也存在一些缺陷：多個子級的局域網組成一個大的局域網，其沖突域也相應地擴大到了多個局域網中。在任意時刻仍然只能有一臺主機發(fā)送數據。局域網交換機介紹局域網交換機是以太網中心連接設備，它也有若干個端口，節(jié)點通過傳輸介質接在端口上，組成局域網。整個網絡構成一個星型結構。它的工作原理類似于電話交換機，是在交換機中將一對欲通信的節(jié)點連接起來。交換式局域網不再是“共享介質”工作方式，它可以實現(xiàn)多對數據并發(fā)，避免了碰撞，提高了網絡的效率。交換機主要按傳輸速度分為：10M交換機，100M交換機，10M/100M自適應交換機。也可具有多種速率的端口組合。用交換機擴展局域網一種組合方式交換機實現(xiàn)虛擬局域網(VirtualLAN，VLAN)不同地域的工作站由交換機連成一個網絡用網橋擴展局域網網橋：擴展局域網的硬件設備，通常由一臺專門的計算機擔任。網橋把兩段局域網連接起來，并把一段局域網上傳輸過來的完全無誤的幀增強后傳輸到另一段上。網橋只在必要而且可行的情況下才轉發(fā)幀。網橋連接的局域網可以并行工作。網橋工作原理網橋中設置了站表，記錄工作站的對應端口網橋檢查每一個數據幀的目的地址，以過濾--轉發(fā)的方式工作過濾：目的工作站與源工作站在同一網絡，丟棄幀轉發(fā)：目的工作站與源工作站不在同一網絡，將幀發(fā)往目的工作站對應端口幾種常用的網橋根據站表的形成方法可將網橋分成幾類：透明網橋生成樹網橋源路由選擇網橋透明網橋初始站表為空，網橋采用廣播方法發(fā)送幀，即向幀來源以外的所有端口轉發(fā)幀逆向學習：網橋在發(fā)送幀的同時，查看幀的源地址就可知道通過哪個端口可以查找源工作站，信息記錄進站表網橋定期地掃描站表，清除時間早于當前時間若干分鐘的全部表項，避免站表溢出優(yōu)點：自動化，勿需人工干預缺點：若在拓撲結構中產生了回路，引發(fā)無限循環(huán)（廣播風暴），導致網絡中大量數據幀在網絡中作無效傳輸，網絡效率下降。生成樹網橋網橋自動生成樹結構，避免廣播風暴。生成樹結構過程：每個網橋首先假設自己是根網橋每個網橋廣播自己的產品序列號每個網橋選擇產品序列號最小的網橋作為根網橋按照根網橋到每個網橋的最短路徑構造生成樹按照樹結構傳送幀，即每個非根網橋將幀傳送給根網橋，由根網橋按照樹結構傳送到目的網橋源路由選擇網橋發(fā)送方事先掌握了發(fā)送路徑對于發(fā)送幀，在目的地址設置標記，并將發(fā)送路徑加進此幀網橋只處理設置了標記的幀，如果按照路徑，此幀確實是發(fā)給自己的（路徑上有本網橋的編號），則按照路徑指示，將幀發(fā)往指定的端口；否則丟棄此幀。發(fā)送方在發(fā)送數據前要廣播一個小的發(fā)現(xiàn)幀，通過多個發(fā)現(xiàn)幀上記錄的路徑，選擇一個最佳的路徑，加進數據幀。缺點：查找?guī)啵档土司W絡的效率。高速局域網新技術、新材料、新設備應用于經典局域網，出現(xiàn)了一些新型的高速局域網常見的高速局域網有： 快速以太網

FDDI網絡 千兆位以太網FDDI網絡(1)在令牌環(huán)網的基礎上作了改進。拓撲結構：環(huán)狀，雙環(huán)，一個正向，一個反向。傳輸介質：光纖。提高了信道帶寬和傳輸速度和可靠性。介質訪問控制：多個令牌，多個工作站可同時發(fā)送數據。容錯：在線路或節(jié)點故障的情況下，自動利用雙環(huán)構成新環(huán)路。主要用于一些局域網絡之間的主干網，不再是傳統(tǒng)意義下的局域網絡。FDDI網絡(2)快速以太網在經典以太網上作了改進，拓撲結構主要采用星型、樹型，以發(fā)揮高速中心設備的優(yōu)勢使用高速集線器、高速交換機、新型網卡設備將數據傳輸率從10M提高到100M。使用多路電纜取代一路電纜。多路電纜含發(fā)數據專線、收數據專線（點-點方式），提高了速度。管理軟件、應用軟件、數據格式均不變。優(yōu)點：網絡升級簡單。千兆位以太網在經典以太網上作了改進新設備要求數據傳輸率達到1000M。增加了光纖通道物理層協(xié)議，以更好地利用光纖。引入了載波擴展、分組猝發(fā)技術。增加點到點專線連接，降低了沖突發(fā)生概率。第四章網絡層本章主要討論問題：網絡互連及相關協(xié)議，重點討論網際協(xié)議IP。對TCP/IP協(xié)議族介紹，深入理解目前使用廣泛的Internet是如何工作的。目前較流行的多種網絡互連方案及模式介紹了Internet的路由策略及路由選擇協(xié)議。網絡層中的服務模式網絡層的任務：在源節(jié)點和目的節(jié)點之間傳輸數據包面向連接的服務：虛電路服務源主機先發(fā)送一個通信連接請求（虛呼叫），尋找一系列路由器構成一條通往目的主機的最優(yōu)路徑；目的主機返回同意消息，然后在源與目的主機之間建立一條連接通路，也就是虛電路；在這條通路上進行數據的傳輸與通信；通信完畢而釋放虛電路。網絡層中的服務模式虛電路是邏輯電路，一條物理線路可以建立幾條邏輯電路，它們斷斷續(xù)續(xù)共同使用物理線路。虛電路服務適合大數據量的傳輸，一批發(fā)送的n個數據包，每個只要攜帶較短的標記路徑的編號，不用攜帶較長的目的地址。由于只有一個通道，目的主機接收數據包的順序與源主機的發(fā)送順序一致。如果有一個數據包發(fā)生錯誤，包括該包在內的所有后續(xù)數據包要重新發(fā)送。網絡層中的服務模式無連接的服務：數據報服務 主機發(fā)送的一批數據包，每一個都攜帶目的地址，由交換節(jié)點（路由器）根據該地址決定每個路段的傳輸路徑數據報服務適合小數據量的通信網絡層中的服務模式后發(fā)的數據包可能先到，即目的主機接收數據包的順序與源主機的發(fā)送順序不一致（錯序）。只有錯誤的數據包需要重發(fā)。源主機實行超時重傳，對同一個數據包，目的主機可能接收多次（重復）。錯序和重復等傳輸錯誤要由目的主機來糾正。因特網網絡層服務模式為數據報服務因特網網絡層傳遞的數據單元是數據包（數據分組，IP包）；每個數據包都帶有完整的源、目的IP地址；交換節(jié)點（路由器）采用存儲-轉發(fā)方式傳遞數據包，即先從上一個節(jié)點接受數據包，存儲起來，加入排隊序列，等待處理；然后根據數據包的目的IP地址，通過路由算法，選擇一條通向目的計算機的、當前最好的下一個節(jié)點將數據包轉發(fā)過去；因特網網絡層服務模式為數據報服務每個數據包都在交換借點的支持下，獨立地完成從源計算機到目的計算機的數據傳輸過程，這意味著從同一源計算機出發(fā)、到同一目的計算機的各個數據包走的路徑可能不一樣，因而到達目的計算機的順序和離開源計算機的順序不一樣（錯序）。網絡層不負責錯序數據包的重新排序，對數據包首部進行檢查，如果有錯，整個數據包被扔掉（丟失），對于被扔掉的數據包，網絡層不會通知源主機，因此網絡層數據包服務是不可靠傳輸。源主機采用超時重傳方式避免丟失數據包的損失，這又會造成重復錯誤。因特網網絡層傳輸會造成錯序、丟失、重復錯誤。網絡互連協(xié)議IP是互連網絡協(xié)議的簡稱，它具有良好的網絡互連功能。IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議體系中最重要的兩個協(xié)議之一，它與地址解析協(xié)議、逆向地址解析協(xié)議和差錯控制報文協(xié)議等共同規(guī)范網絡層的數據交換格式和過程。通過IP協(xié)議可以將許多計算機網絡互連起來。網絡互連概述（1）什么是網絡互連？ 將不同類型的物理網絡連接在一起構成一個統(tǒng)一的網絡為什么要進行網絡互連？解決網絡長度的物理限制實現(xiàn)更廣泛的資源共享實現(xiàn)不同網絡之間的連接提高網絡的效率和管理的方便性不同類型網絡如何能夠連接？ 在某個層次數據格式相同（互相識別）網絡互連概述（2）網絡互連要解決的問題是什么？ 不同類型的網絡可能有很多差異：提供的服務，應用的協(xié)議，尋址方式，分組大小，出錯處理、流量控制、擁塞控制等方式等等 網絡互連要解決的問題就是由互連設備在網絡接口處消除這些差異的影響，使各個網絡能夠按照自己的方式正常運行目前，網絡互聯(lián)最普遍、規(guī)模最大、影響最大的是互聯(lián)網（Internet）?；ヂ?lián)網對聯(lián)入網絡的最基本要求是網絡運行采用TCP/IP協(xié)議，即在網絡層、傳輸層處理方式相同。網絡互聯(lián)層次物理層互連：要求兩個網絡使用的設備相同，控制、數據信號相同數據鏈路層互連：要求兩個網絡使用的幀格式相同網絡層互連：要求兩個網絡使用的數據包格式相同，使用的協(xié)議相同高層互連：兩個完全不同的網絡，主要是使用的協(xié)議不同應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層中繼器網橋路由器網關傳輸介質網絡互連設備（1）物理層互連設備 通常稱為轉發(fā)器(Repeater)，主要以比特的形式轉發(fā)數據包。將數據包以比特的形式從一種介質轉換到另一種介質或從一段介質轉換到相同的另一段介質。物理層的互連設備主要有中繼器和集線器。數據鏈路層互連設備 通常稱為橋接器。數據鏈路層的橋接設備以數據幀為單位進行數據轉發(fā)。它可以將從一條鏈路上收到的數據幀，經檢查鏈路層協(xié)議的幀頭后傳送到另一條鏈路上。數據鏈路層上實現(xiàn)互連的設備主要有網橋和交換機。網絡互連設備（2）網絡層互連設備 通常稱為路由器。網絡層互連主要解決路由選擇、擁塞控制、差錯處理和分段等技術問題。高層互連設備 在網絡層以上各層間進行的互連一般統(tǒng)稱為高層互連，實現(xiàn)高層互連的設備統(tǒng)稱為網關和應用網關。網關的主要作用是協(xié)議翻譯?；ミB起來的網絡可以看成一個整體，稱為虛擬互連網絡，即邏輯上可以彼此異構，但從網絡層來看好象是一個整體。計算機通過這個網連接截起來。互連網絡與虛擬互連網絡網絡網絡網絡網絡網絡(a)互連網絡(b)虛擬互連網絡路由器

虛擬互連網絡（互聯(lián)網）IP地址IP地址是為每個網絡連接（網卡）分配一個在全世界范圍內惟一的標識。報文頭中的源IP地址、宿IP地址分別表示源主機、目的主機的IP邏輯地址。IP地址長度為32比特，由網絡號、主機號組成，為了方便記憶，將32比特分成四個字節(jié)、每個字節(jié)用一個十進制數表示，十進制數之間用圓點分割，它是IP地址的十進制表示。如04

網絡號主機號32位8位1728位168位1228位204...以“.”間隔十進制表示IP地址的分類（1）按32位IP地址基本格式的第一個字節(jié)的前幾位將IP地址分為A、B、C、D和E五類地址。IP地址的分類（2）A、B、C類地址為單目傳送(Unicast)地址，而D類地址為組播(Multicast)地址，E類地址為保留地址，以備特殊用途。IP地址類格式目標最高位地址范圍網絡位/主機位最大主機數保留地址AN,H,H,H較大組織0～547/2416777214BN,N,H,H中型組織1,0～5414/1665534CN,N,N,H相對小的組織1,1,0

～54

21/8254DN/A多廣播組1,1,1,0

～55N/AN/AEN/A高級1,1,1,1～55N/AN/A特殊的IP地址廣播地址主機地址部分全為“1”的地址是廣播地址，將向指定網絡的所有主機發(fā)數據。IP地址全為“1”的地址（55)是有限廣播地址，將向本網絡的所有主機發(fā)數據?！傲恪钡刂?/p>

主機號為“0”的IP地址表示該網絡本身。網絡號為“0”的IP地址表示本網絡上的某臺主機?！啊贝肀局鳈C自己。回送地址 任何一個以數字127開頭的IP地址。當任何程序用回送地址作為目的地址時，計算機上的協(xié)議軟件不會把該數據報向網絡上發(fā)送，而是把數據直接返回給本主機。地址空間保留地址A類IP地址空間(231)IP地址10進制表示00000000,xxxxxxxx,xxxxxxxx,xxxxxxxx0.x.x.x（不可用）00000001,00000000,00000000,00000000（不可用）00000001,00000000,00000000,00000001（可用）………………~53（主機號全0全1者不可用）01111110,11111111,11111111,1111111054（可用）01111110,11111111,11111111,1111111155（不可用）01111111,xxxxxxxx,xxxxxxxx,xxxxxxxx127.x.x.x（不可用）地址空間保留地址B類IP地址空間(230)IP地址10進制表示10000000,00000000,xxxxxxxx,xxxxxxxx128.0.x.x（不可用）10000000,00000001,00000000,00000000（不可用）10000000,00000001,00000000,00000001（可用）………………~53（主機號全0全1者不可用）10111110,11111111,11111111,1111111054（可用）10111111,11111110,11111111,1111111155（不可用）10111111,11111111,xxxxxxxx,xxxxxxxx191.255.x.x（不可用）地址空間保留地址C類IP地址空間(229)IP地址10進制表示11000000,00000000,00000000,xxxxxxxx192.0.0.x（不可用）11000000,00000000,00000001,00000000（不可用）11000000,00000000,00000001,00000001（可用）………………~53（主機號全0全1者不可用）11011111,11111111,11111110,1111111054（可用）11011111,11111111,11111110,1111111155（不可用）11011111,11111111,11111111,xxxxxxxx223.255.255.x（不可用）子網和掩碼在一個網絡內部，將本網絡劃分成若干小規(guī)模的網絡，稱為子網絡(或子網)。子網絡效率更高，更好管理。子網是通過對主機號空間進行劃分實現(xiàn)的經典地址格式劃分子網地址格式網絡號主機號網絡號子網號主機號子網掩碼：掩碼與IP地址對應，有32位數字。掩碼的位取值1或0。通過掩碼可以把IP地址中的主機號再分為兩部分：子網號和主機號。掩碼中為1的位相對應的部分為子網號，為0的位則表示的是主機號。接口的IP地址和接口上的掩碼相“與”運算，得到該接口所在網絡的子網地址，而把地址和掩碼的反碼進行“與”運算，即可得到主機地址。

11111…...1111111000000子網掩碼IP地址的分配方法IP地址是由網絡管理機構提供給用戶的。IP地址綁定在網卡上，一個網卡通常有一個接口連接電纜，它是網絡的物理接口。IP地址綁定IP地址的分配方法一個IP地址表示一個網絡連接，是一個網絡接口。一臺主機可以插入多個網卡，所以可以有多個物理接口；一個網卡可以綁定多個IP地址，所以可以有多個網絡接口。一個網站應該有多個服務器，如Web服務器、Ftp服務器、Email服務器和DNS服務器，它們可安裝在一臺或多臺主機，每個服務器需要有獨立的IP地址。IP報文格式（1）44816版本頭部長度服務類別數據報長度20字節(jié)IP報文頭標識標志段偏移生存時間協(xié)議頭部校驗和源IP地址宿IP地址任選項(0/多項)填充項數據(可變長度)…上表所示是IP協(xié)議所規(guī)定的數據包格式

其中，數據項是上層所交付的要傳遞的數據，最大長度為65535個字節(jié)報文頭是網絡層為傳遞數據所加的各種控制信息IP報文格式（2）版本號：VERS分組長度（HLEN）：報文頭部的字數（字長=32bits）業(yè)務類型（TypeofService）：分組的處理方式總長度（TotalLength）：分組頭部和數據的總長度（字節(jié)數）標識（Identification）、標記（Flags）、片偏移（FragOffset）：對分組進行

分片，以便允許網上不同MTU時能進行傳送生存時間（TTL）：規(guī)定分組在網上傳送的最長時間（秒），防止分組無休止地要求網絡搜尋不存在的目的地址；協(xié)議（Protocol）：發(fā)送分組的上層協(xié)議號（TCP=6，UDP=17）

校驗和（HeaderChecksum）：分組頭校驗和源和目IP地址（SourceandDestinationIPAddres