計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程 第1章

普通高等院校計(jì)算機(jī)類專業(yè)系列教材

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程

石美紅

西安電子科技大學(xué)出版社

目錄

第1章緒論

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

第3章理層

第4章數(shù)據(jù)鏈路層

第5章網(wǎng)絡(luò)層

第6章局域網(wǎng)技術(shù)

第7章廣域網(wǎng)技術(shù)

第8章傳輸層

第9章高層協(xié)議

第10章網(wǎng)絡(luò)工程

第1章緒論

L1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

L2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念

L3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

思考題與習(xí)題

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1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

1.1.1通信網(wǎng)絡(luò)的概念

電話網(wǎng)絡(luò)是人們最為熟悉和最常用的一種用來傳

輸聲音的通信網(wǎng)絡(luò)，并且在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信中也發(fā)揮

著重要的作用。計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的密切結(jié)合，

使人們的思維有了很大的突破，以數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)為信

息傳輸通路，以計(jì)算機(jī)為通信終端的通信網(wǎng)絡(luò)越來越

多。由于計(jì)算機(jī)功能的不斷擴(kuò)大，使得當(dāng)今的通信網(wǎng)

絡(luò)已經(jīng)不再只是提供交換信息的工具。

目前，世界上規(guī)模最大的通信網(wǎng)絡(luò)--Internet就是通信

網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，它已成為人們生活中不可缺少

的工具。

通信網(wǎng)絡(luò)是為在不同空間位置的用戶之間交換信

息而構(gòu)架的硬件和軟件環(huán)境。其中，交換的信息可能

是文字、數(shù)字等數(shù)據(jù)信息，也可能是語音、視頻圖像

等多媒體信息。一個(gè)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的基本模型結(jié)構(gòu)

如圖1-1所示，它由一系列用戶終端和具有信息處理與

交換功能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)及結(jié)點(diǎn)間的傳輸線路組成。從功

能上講，計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)由用戶子網(wǎng)和通信子網(wǎng)組成。

用戶子網(wǎng)包括終端、前端處理器、主機(jī)等；通信子網(wǎng)由

協(xié)議轉(zhuǎn)換器（如網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)等）、交換機(jī)、調(diào)制

解調(diào)器、多路復(fù)用器及集中器等一系列通信設(shè)備組成。

為了減少傳輸錯(cuò)誤，現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)大都采用數(shù)字傳

輸技術(shù)，即在傳輸信息之前，先由發(fā)送端將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為

便于遠(yuǎn)程傳輸?shù)亩M(jìn)制電信號(hào)或光信號(hào)（更準(zhǔn)確地說是

電磁波），然后再利用通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到接收端，最后由

接收端將收到的二進(jìn)制信號(hào)還原成發(fā)送的數(shù)據(jù)。

目前，通信網(wǎng)絡(luò)正朝著傳統(tǒng)的電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、

Internet這三大網(wǎng)絡(luò)相互滲透、相互融合（即所謂三網(wǎng)合

一）的方向發(fā)展，因此，現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)不僅可用于通

信，還可以提供其他許多功能。

圖1-1計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的基本模型

1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生

原始傳遞信息的最基本方法是依靠人的聽覺和視

覺來實(shí)現(xiàn)的。1838年，SamuelMorse發(fā)明了電報(bào)，這

使得通過一根銅線上的電脈沖來傳遞信息成為可能。

報(bào)文的每一字符被轉(zhuǎn)換成一串或長或短的電脈沖（通俗

地講，就是點(diǎn)和戈U）傳輸出去。1876年，Alexander

GrahamBell發(fā)明了電話，可把人的聲音轉(zhuǎn)換為電信號(hào)

而通過一對(duì)導(dǎo)線傳遞出去。這一發(fā)明不僅改變了人們

的工作方式，而且為人們迅速傳遞信息提供了方便。

由此，拉開了近代電信事業(yè)的序幕。

從20世紀(jì)30年代開始，電子技術(shù)的發(fā)展不僅推動(dòng)

了通信技術(shù)的進(jìn)步，也加速了計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展。

1946年世界上出現(xiàn)了第一臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)。當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)

和通信并沒有什么關(guān)系，直到1954年，人們開始使用

一種叫做收發(fā)器的終端，將穿孔卡上的數(shù)據(jù)通過電話

線路發(fā)送到遠(yuǎn)地的計(jì)算機(jī)（或稱主機(jī)）。后來，用戶可在

終端設(shè)備--電傳打字機(jī)上輸入程序，并發(fā)送到遠(yuǎn)地計(jì)

算機(jī)去執(zhí)行，經(jīng)運(yùn)算處理后，其結(jié)果又可從遠(yuǎn)地計(jì)算

機(jī)傳送到本地電傳打字機(jī)去打印。由此開始了計(jì)算機(jī)

與通信結(jié)合的歷程。

早期計(jì)算機(jī)的功能很有限，價(jià)格也很昂貴，為了

充分利用計(jì)算機(jī)的寶貴資源，一臺(tái)計(jì)算機(jī)常常連接著

若干個(gè)遠(yuǎn)程終端，計(jì)算機(jī)僅具有批處理信息的能力。

由于通信線路傳遞的是模擬話音信號(hào)，而計(jì)算機(jī)處理

的是數(shù)字信號(hào)，為此，在通信線路的兩端必須設(shè)置調(diào)

制解調(diào)器，以實(shí)現(xiàn)模/數(shù)或數(shù)/模的轉(zhuǎn)換。另外，通信線

路采用的是串行傳輸技術(shù)，而計(jì)算機(jī)采用的是并行傳

輸技術(shù)，加之遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸難免會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。

因此，在計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端之間還需要配置一個(gè)

接口電路，即線路控制器，用于實(shí)現(xiàn)串行傳輸與并行

傳輸間的轉(zhuǎn)換以及簡(jiǎn)單的差錯(cuò)控制。隨著遠(yuǎn)程終端數(shù)

量的增多，使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)連接多個(gè)線路控制器的系

統(tǒng)難以管理和維護(hù)，從而出現(xiàn)了多重線路控制器。這

種由分布在各處的終端通過通信設(shè)備和線路與單一計(jì)

算機(jī)相連的聯(lián)機(jī)系統(tǒng)就是早期最原始的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)--

面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（如圖1-2所示）。其中，計(jì)算機(jī)

是網(wǎng)絡(luò)的中心和控制者，主要的任務(wù)是遠(yuǎn)程批處理。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)性能有了很大的

改善，功能也得到了加強(qiáng)，計(jì)算機(jī)用戶的數(shù)量也隨之

迅猛增長。這時(shí)，采用原有的線路控制器不僅難以適

應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和終端的變化，而且也給主機(jī)帶來了很大的負(fù)

擔(dān)。為此，人們提出了另一種具有智能通信功能的硬

件設(shè)備——通信處理機(jī)（也稱為前端處理機(jī)FEP,Front

EndProcessor）o在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，前端處理機(jī)完成

全部的數(shù)據(jù)通信任務(wù)，包括數(shù)據(jù)信號(hào)的檢測(cè)、收發(fā)以

及串并數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換等，而計(jì)算機(jī)專門進(jìn)行數(shù)據(jù)的處

理（如圖1-3所示）。

這樣大大提高了面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能。直到

目前為止，由大型計(jì)算機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)仍使用前端處理

機(jī)，而在局域網(wǎng)中使用的網(wǎng)卡在工作原理上與早期前

端處理器的功能相當(dāng)。為了充分利用通信線路，常常

在遠(yuǎn)程終端較密集處配置一個(gè)集中器(Concentrator)或

多路復(fù)用器(Multiplexor),以降低通信線路的費(fèi)用。

圖1-2面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

終端O

n

o

圖1-3配有前端處理機(jī)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的緊密結(jié)合、相互促進(jìn)、

共同發(fā)展，最終產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。從結(jié)構(gòu)組成上

講，一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)該由網(wǎng)絡(luò)硬件和網(wǎng)

絡(luò)軟件兩大部分組成。其中，網(wǎng)絡(luò)硬件包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

器、網(wǎng)絡(luò)工作站、網(wǎng)絡(luò)接口卡（又稱為網(wǎng)絡(luò)接口適配

器，簡(jiǎn)稱網(wǎng)卡）、各種網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備及傳輸介質(zhì)等。網(wǎng)

絡(luò)服務(wù)器的功能是為網(wǎng)絡(luò)工作站上的用戶提供共享資

源、管理網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)、處理網(wǎng)絡(luò)通信、提供網(wǎng)絡(luò)打

印服務(wù)以及響應(yīng)工作站上的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求等。

從應(yīng)用功能的角度來看，常用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器有文件服

務(wù)器、通信服務(wù)器、計(jì)算服務(wù)器、打印服務(wù)器、數(shù)據(jù)

庫服務(wù)器等。一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)至少要有一臺(tái)服務(wù)

器，也可有多臺(tái)。通常用小型計(jì)算機(jī)、PC系列的專用

服務(wù)器或高檔微機(jī)作網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)工作站的功

能是提供人機(jī)交互的接口、向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請(qǐng)

求、從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上接收傳送給用戶的數(shù)據(jù)等。網(wǎng)絡(luò)

工作站可以是具有獨(dú)立、自治功能的計(jì)算機(jī)，也可以

是終端設(shè)備。它是通過網(wǎng)絡(luò)接口卡連接到網(wǎng)絡(luò)上的。

網(wǎng)絡(luò)接口卡的功能是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送、完

成數(shù)據(jù)格式與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換等，它提供了計(jì)

算機(jī)與通信介質(zhì)的接口。按照網(wǎng)卡的總線類型，可以

將其分為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)ISA(IndustrialStandard

Architecture)總線接口卡、微通道結(jié)構(gòu)MCA(Micro

ChannelArchitecture)總線接口卡、擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)

EIES(ExtendedIndustrialStandardArchitecture)總線接口

卡、外圍設(shè)備互連PCI(PeripheralComponent

Interconnect)總線接口卡等。

=5^

從功能上講，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)

組成（如圖1-4所示）。主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)通過相應(yīng)的通信

網(wǎng)卡與傳輸線路進(jìn)行連接。主機(jī)之間傳輸?shù)男畔t被

劃分為相應(yīng)的數(shù)據(jù)分組（所謂分組就是一段數(shù)據(jù)加上發(fā)

送端和接收端的地址以及由傳輸網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算機(jī)處理用

的控制信息組成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），并按照一定的通信協(xié)議

進(jìn)行傳輸和處理。資源子網(wǎng)的主要功能是負(fù)責(zé)全網(wǎng)數(shù)

據(jù)業(yè)務(wù)的處理，提供所需要共享的硬件、軟件和數(shù)據(jù)

等資源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。它主要包括所有計(jì)算機(jī)、終端、

I/O設(shè)備以及各種系統(tǒng)軟件（包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)

據(jù)庫管理系統(tǒng)及各種應(yīng)用協(xié)議軟件等）和數(shù)據(jù)庫。

r

通信子網(wǎng)的主要功能是完成數(shù)據(jù)傳輸、交換和通信控制。

它由網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)（簡(jiǎn)稱結(jié)點(diǎn)）、通信鏈路和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（簡(jiǎn)

稱網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）組成。其中網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)是指提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳

輸、交換等功能的設(shè)備，它可以是一個(gè)用于通信控制的

小型處理計(jì)算機(jī)，也可以是網(wǎng)絡(luò)的互連設(shè)備（如交換機(jī)、

網(wǎng)橋、路由器和網(wǎng)關(guān)等）及其他通信設(shè)備（如集中器、多

路復(fù)用器、報(bào)文分組裝/卸設(shè)備等）；鏈路就是連接各設(shè)

備的傳輸介質(zhì)（包括有線介質(zhì)和無線介質(zhì)）；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是

支持互聯(lián)網(wǎng)中各計(jì)算機(jī)之間的信息交換的規(guī)則。

圖1-4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本模型r

值得一提的是，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是構(gòu)成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信

的核心技術(shù)之一。這是因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男?/p>

息是通過編碼方式加載到數(shù)字信號(hào)上的，相同的數(shù)字

信號(hào)可以攜帶不同的信息。這就意味著，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)

絡(luò)中，通信雙方之間的信息傳輸不僅需要建立一條傳

輸數(shù)字信號(hào)的硬件通道，而且還要利用通信雙方事先

確定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)法恢復(fù)數(shù)字信號(hào)所攜帶的信息（即解

碼）。通過后面的學(xué)習(xí)，我們可以看到，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

中，到處都運(yùn)行著協(xié)議。

比如，路由器中運(yùn)行的協(xié)議是確定分組從源端到目的

端的路徑；擁塞控制協(xié)議控制的是發(fā)送端與接收端間

分組的傳送速率；物理上連接著的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)中的網(wǎng)

絡(luò)接口卡實(shí)現(xiàn)的協(xié)議控制的是這兩臺(tái)計(jì)算機(jī)間連線上

的位流，等等。這也就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容的很大篇幅

是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的原因。

1.1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程大致經(jīng)歷了四個(gè)階段。

第一階段：（20世紀(jì)60年代）以單個(gè)計(jì)算機(jī)為中心的

面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是以批處

理信息為主要目的。它的缺點(diǎn)是：如果計(jì)算機(jī)的負(fù)荷

較重，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間過長；單機(jī)系統(tǒng)的可靠性

一般較低，一旦計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系

統(tǒng)的癱瘓。

4

第二階段：（20世紀(jì)70年代）以分組交換網(wǎng)為中心的多

主機(jī)互連的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。為了克服第一代計(jì)算機(jī)

網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性，人們開始

研究如何將多臺(tái)計(jì)算機(jī)相互連接的方法。人們首先借

鑒了電信部門的電路交換的思想。所謂“交換”，從通

信資源的分配角度來看，就是由交換設(shè)備動(dòng)態(tài)地分配

傳輸線路資源或信道帶寬所采用的一種技術(shù)。電話交

換機(jī)采用的交換技術(shù)是電路交換（或線路交換），它的主

要特點(diǎn)是：

①在通話的全部時(shí)間內(nèi)用戶獨(dú)占分配的傳輸線路

或信道帶寬，即采用的是靜態(tài)分配策略；②通信雙方

建立的通路中任何一點(diǎn)出現(xiàn)了故障，就會(huì)中斷通話，

必須重新?lián)芴?hào)建立連接，方可繼續(xù)，這對(duì)十分緊急而

重要的通信是不利的。顯然，這種交換技術(shù)適應(yīng)模擬

信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸。然而在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中還可以傳輸數(shù)

字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)通信與模擬信號(hào)通信的本質(zhì)區(qū)別在

于數(shù)字信號(hào)的離散性和可存儲(chǔ)性。這些特性使得它在

數(shù)據(jù)傳輸過程中不僅可以間斷分時(shí)發(fā)送，而且可以進(jìn)

行再加工、再處理。

③計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生往往是“突發(fā)式”的，比如當(dāng)用戶用

鍵盤輸入數(shù)據(jù)和編輯文件時(shí)，或計(jì)算機(jī)正在進(jìn)行處理而

未得出結(jié)果時(shí)，通信線路資源實(shí)際上是空閑的，從而造

成通信線路資源的極大浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在計(jì)算機(jī)間的數(shù)

據(jù)通信中，用來傳送數(shù)據(jù)的時(shí)間往往不到10%甚至1%。

另外，由于各異的計(jì)算機(jī)和終端的傳輸數(shù)據(jù)的速率各不

相同，采用電路交換就很難相互通信。為此，必須尋找

出一種新的適應(yīng)計(jì)算機(jī)通信的交換技術(shù)。

1964年，巴蘭(Baran)在美國蘭德(Rand)公司“論分布式

通信”的研究報(bào)告中提出了存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)(storeandforward)

的概念。1962—1965年，美國國防部的高級(jí)研究計(jì)劃

署(AdvancedResearchProjectsAgency,ARPA)和英國

的國家物理實(shí)驗(yàn)室(NationalPhysicsLaboratory,NPL)

都在對(duì)新型的計(jì)算機(jī)通信技術(shù)進(jìn)行研究。英國NPL的

戴維德(David)于1966年首次提出了“分組”(Packet)這一

概念。1969年12月，美國的分組交換網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中傳送的

信息被劃分成分組(packet),該網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)

ARPANET(當(dāng)時(shí)僅有4個(gè)交換點(diǎn)投入運(yùn)行)。

ARPANET的成功，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)入了一

個(gè)新紀(jì)元?，F(xiàn)在大家都公認(rèn)ARPANET為分組交換網(wǎng)之

父，并將分組交換網(wǎng)的出現(xiàn)作為現(xiàn)代電信時(shí)代的開始。

分組交換網(wǎng)是由若干節(jié)點(diǎn)交換機(jī)和連接這些交換

機(jī)的鏈路組成（如圖1-5所示），每一結(jié)點(diǎn)就是一個(gè)小型

計(jì)算機(jī)。它的工作機(jī)理是：首先將待發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào)文劃

分成若干個(gè)大小有限的短數(shù)據(jù)塊，在每個(gè)數(shù)據(jù)塊前面

加上一些控制信息（即首部），包括諸如數(shù)據(jù)收發(fā)的目的

地址、源地址，數(shù)據(jù)塊的序號(hào)等，形成一個(gè)個(gè)分組，

然后各分組在交換網(wǎng)內(nèi)采用“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”機(jī)制將數(shù)據(jù)從

源端發(fā)送到目的端。

由于節(jié)點(diǎn)交換機(jī)暫時(shí)存儲(chǔ)的是一個(gè)個(gè)短的分組，而不

是整個(gè)的長報(bào)文，且每一分組都暫存在交換機(jī)的內(nèi)存

中并可進(jìn)行相應(yīng)的處理，這就使得分組的轉(zhuǎn)發(fā)速度非

?？?。由此可見，通信與計(jì)算機(jī)的相互結(jié)合，不僅為

計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳遞和交換提供了必要的手段，而

且也大大提高了通信網(wǎng)絡(luò)的各種性能。

圖1-5分組交換網(wǎng)的示意圖

由此可見，采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換技術(shù)，實(shí)質(zhì)上

是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信過程中動(dòng)態(tài)分配傳輸線路或信道

帶寬的一種策略。值得說明的是，分組交換技術(shù)所采用

的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理并不是一個(gè)全新的概念，它是借鑒了電

報(bào)通信中基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理的報(bào)文交換的思想。它們的

關(guān)鍵區(qū)別在于通信對(duì)象發(fā)生了變化?；诜纸M交換的數(shù)

據(jù)通信是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與人之間的

通信，其通信過程需要定義嚴(yán)格的協(xié)議；而基于報(bào)文交

換的電信通信則是完成人與人之間的通信，因而雙方之

間的通信規(guī)則不必如此嚴(yán)格定義。所以，分組交換盡管

采用了古老的交換思想，但實(shí)際上已變成了一種嶄新的

交換技術(shù)。表1-1列出了分組交換網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)。

表1-1分組交換網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)采取的手段

提高了線路的利用率節(jié)點(diǎn)間的線路可以被多個(gè)分組動(dòng)態(tài)共享

協(xié)調(diào)主機(jī)間的處理速率采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)

網(wǎng)狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和智能的計(jì)算機(jī)，使得當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞或少數(shù)節(jié)點(diǎn)、

靈活、可靠鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，可靈活地改變轉(zhuǎn)發(fā)的路徑而不致引起通信中斷或

全網(wǎng)癱瘓

與電路交換相比，分組交換的不足之處是：①每

一分組在經(jīng)過每一交換節(jié)點(diǎn)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一定的傳輸延

時(shí)，考慮到節(jié)點(diǎn)處理分組的能力和分組排隊(duì)等候處理

的時(shí)間，以及每一分組經(jīng)過的路由可能不等同，使得

每一分組的傳輸延時(shí)長短不一。因此，它不適用于一

些實(shí)時(shí)、連續(xù)的應(yīng)用場(chǎng)合，如電話話音、視頻圖像等

數(shù)據(jù)的傳輸；②由于每一分組都額外附加一個(gè)頭信

息，從而降低了攜帶用戶數(shù)據(jù)的通信容量；

③分組交換網(wǎng)中的每一節(jié)點(diǎn)需要更多地參與對(duì)信

息轉(zhuǎn)換的處理，如在發(fā)送端需要將長報(bào)文劃分為若干

段分組，在接收端必須按序?qū)⒚總€(gè)分組組裝起來，恢

復(fù)出原報(bào)文數(shù)據(jù)等，從而降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省１M

管如此，分組交換技術(shù)的出現(xiàn)，不僅大大推動(dòng)了當(dāng)時(shí)

的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，而且也是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

■

第三階段：（20世紀(jì)80年代）具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)

構(gòu)，遵循國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)絡(luò)系

統(tǒng)日漸成熟。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及和應(yīng)用推廣，越

來越多的用戶都希望將自己的計(jì)算機(jī)連網(wǎng)。然而實(shí)現(xiàn)

不同系列、不同品牌的計(jì)算機(jī)互連，顯然并不是一件

容易的事情。因?yàn)橄嗷ネㄐ诺挠?jì)算機(jī)必須高度協(xié)調(diào)工

作，而這種協(xié)調(diào)是相當(dāng)復(fù)雜的。為了降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的

復(fù)雜性，早在當(dāng)初設(shè)計(jì)ARPANET時(shí)，就有專家提出了

層次模型。分層設(shè)計(jì)的基本思想就是將龐大而復(fù)雜的

問題轉(zhuǎn)換為若干個(gè)較小的子問題進(jìn)行分析和研究。

隨著ARPANET的建立，各個(gè)國家甚至大公司都

建立了自己的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，如IBM公司研制的分層

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA(SystemNetworkArchitecture),DEC

公司開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)DNS(DigitalNetwork

Architecture)。這些網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，使得一個(gè)公

司生產(chǎn)的各種類型的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以非常方便

地進(jìn)行互連。但是，由于各個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)都不相

同，協(xié)議也不一致，使得不同系列、不同公司的計(jì)算

機(jī)網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。這為全球網(wǎng)絡(luò)的互連、互通帶

來了困難。

20世紀(jì)80年代開始，人們著手尋找統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體

系結(jié)構(gòu)和協(xié)議的途徑。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織

ISO(InternationalStandardOrganization)于1977年成立了

專門機(jī)構(gòu)研究該問題，并于1984年正式頒布了開放系

統(tǒng)互連參考模型OSI-RM(OpenSystemsInterconnection

ReferenceModel,簡(jiǎn)稱OSI)。所謂''開放〃,就是指只

要遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)模型的任何系統(tǒng)，不論位于何地，都可

以進(jìn)行互連、互通。這一點(diǎn)非常像世界范圍的電話和

郵政系統(tǒng)。這里的''開放系統(tǒng)〃，是指在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

中與互連有關(guān)的各個(gè)部分。它也是對(duì)當(dāng)時(shí)各個(gè)封閉的

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言的。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的進(jìn)程中，另一個(gè)重要的里程

碑就是出現(xiàn)了局域網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)可使得一個(gè)單位或一

個(gè)校園的微型計(jì)算機(jī)互連在一起，互相交換信息和共

享資源。由于局域網(wǎng)的距離范圍有限、連網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)

構(gòu)規(guī)范、協(xié)議簡(jiǎn)單，使得局域網(wǎng)連網(wǎng)容易，傳輸速率

高，使用方便，價(jià)格也便宜。所以很受廣大用戶的青

睞。因此，局域網(wǎng)在20世紀(jì)80年代得到了很大的發(fā)

展，尤其是1980年2月份美國電氣和電子工程師學(xué)會(huì)組

織頒布的IEEE802系列的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)局域網(wǎng)的發(fā)展和普及

起到了巨大的推動(dòng)作用。

第四階段：（20世紀(jì)90年代）網(wǎng)絡(luò)互連與高速網(wǎng)絡(luò)。

自O(shè)SI參考模型推出后，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一直沿著標(biāo)準(zhǔn)化的

方向在發(fā)展，而網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化的最大體現(xiàn)是Internet的飛

速發(fā)展。Internet是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最輝煌的成就，它已成

為世界上最大的國際性計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)，并已影響著人

們生活的各個(gè)方面。由于Internet也使用分層次的體系

結(jié)構(gòu)，即TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，使得凡遵循TCP/IP的

各種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都能相互通信。進(jìn)入20世紀(jì)90年代

后，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步向著開放、高速、高性能方向發(fā)展。

由于Internet還存在著技術(shù)和功能上的不足，加上

用戶數(shù)量猛增，使得現(xiàn)有的Internet不堪重負(fù)。1993年

美國政府提出了''NGII(NextGenerationInternet

Initiative)行動(dòng)計(jì)劃〃，該計(jì)劃的目標(biāo)是：開發(fā)規(guī)模更大、

速度更快的下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使之端到端的數(shù)據(jù)傳輸

速率超過100Mb/s甚至10Gb/s；提供更為先進(jìn)、實(shí)時(shí)

性更高的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)，如遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、高

性能的全球通信、環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)等，NGII計(jì)劃將使

用超高速全光網(wǎng)絡(luò)，能實(shí)現(xiàn)更快速的交換和路徑選

擇；保證網(wǎng)絡(luò)信息的可靠性和安全性。

1.1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展

我國在20世紀(jì)80年代初期已經(jīng)有一部分高校和企

業(yè)建立了局域網(wǎng)，并引入了國外的局域網(wǎng)產(chǎn)品。1989

年我國第一個(gè)公用分組交換網(wǎng)CNPAC正式運(yùn)行，

CNPAC分組交換網(wǎng)由3個(gè)分組節(jié)點(diǎn)交換機(jī)，8個(gè)集中器

和一個(gè)雙機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)管理中心所組成。1993年該網(wǎng)

擴(kuò)充成層次結(jié)構(gòu)的全國網(wǎng)CHINAPAC,由國家主干網(wǎng)

和各省、區(qū)、市的省內(nèi)網(wǎng)組成。主干網(wǎng)的覆蓋范圍由

原來的10個(gè)城市擴(kuò)大到2300個(gè)市、縣及以下鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在

北京、上海設(shè)有國際出入口。1993年我國又開始啟動(dòng)”

金”字工程，即金橋、金卡、金關(guān)--三金〃工程，使

我國網(wǎng)絡(luò)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期。

自20世紀(jì)90年代起，由于Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展

和普及，我國陸續(xù)建造了基于Internet技術(shù)的，可以與

Internet互連的四個(gè)全國范圍的公用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，即中

國公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)CHINANET、中國金橋信息網(wǎng)

CHINAGBN、中國教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)CERNET、中

國科學(xué)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)CSTNET。其中，中國教育和科研計(jì)

算機(jī)網(wǎng)CERNET是我國第一個(gè)完全依靠自己的科研人

員設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行的全國性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。它是一個(gè)

三層次結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，包括主干網(wǎng)（用速率64kb/s

的DDN專線連接）、地區(qū)網(wǎng)（共分8個(gè)地區(qū)）、校園網(wǎng)，網(wǎng)

絡(luò)中心設(shè)在清華大學(xué)。

■

到2000年已連接全國大部分高等學(xué)校入網(wǎng)，并將

主干網(wǎng)的速率提高到2Mb/s以上，同時(shí)提供了豐富的

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用資源。中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng)CSTNET是中國科學(xué)

院負(fù)責(zé)建設(shè)和管理的網(wǎng)絡(luò)，是我國最早完成與Internet

相連接的互連網(wǎng)絡(luò)。它主要包括三大部分：北京中關(guān)

村地區(qū)教育與科研示范網(wǎng)（CSTNET的核心部分）；中科

院院網(wǎng)（即在北京中科院院網(wǎng)的基礎(chǔ)上延伸到全國25個(gè)

城市的120多個(gè)科研機(jī)構(gòu)的百所大聯(lián)網(wǎng)）；用微波、衛(wèi)

星等公用線和專線連接有關(guān)部委和地區(qū)的一批接入網(wǎng)

和用戶電話撥號(hào)入網(wǎng)的對(duì)外科技界網(wǎng)絡(luò)部分?，F(xiàn)在我

國的''中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心CNNIC〃就是在CSTNET

和中科院網(wǎng)絡(luò)信息中心的基礎(chǔ)上成立的。

盡管我國在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面有了較快的發(fā)展，但與

發(fā)達(dá)國家相比，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化方面仍有很大的差距。

未來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要特征是：高速的計(jì)算機(jī)

網(wǎng)絡(luò)、高速信息網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、骨干網(wǎng)協(xié)議的統(tǒng)一和

綜合智能的網(wǎng)絡(luò)管理。

WBack

—

1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念

1.2.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義和功能

什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)？它能為用戶提供哪些服務(wù)？

它有哪些功能？這是人們學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)普遍關(guān)心

的問題。

到目前為止，關(guān)于什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)還沒有一個(gè)

科學(xué)統(tǒng)一的定義。這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一門新興的

科學(xué)技術(shù)，它隨著科技的發(fā)展而不斷地完善和充實(shí)。

我們根據(jù)當(dāng)前普遍公認(rèn)的看法，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義為:

將地理位置不同、具有自治的多個(gè)計(jì)算機(jī)通過通信設(shè)

備和通信介質(zhì)連接起來的、由功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件控

制而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享的系統(tǒng)。

其中，自治的計(jì)算機(jī)意指具有獨(dú)立管理和控制能

力的系統(tǒng)。它可以是巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)或工作

站、PC機(jī)以及筆記本電腦或其他具有CPU處理器的智

能設(shè)備。這些設(shè)備在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中具有唯一的可供計(jì)

算機(jī)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別和處理的通信地址。通信設(shè)備包括網(wǎng)卡、

路由器、交換機(jī)、集線器、調(diào)制解調(diào)器及其他設(shè)備。

其中路由器或ATM交換機(jī)是構(gòu)成廣域網(wǎng)絡(luò)的主要通信

設(shè)備，而交換機(jī)和集線器則是構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)的主要通

信設(shè)備（有關(guān)局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的概念將在后續(xù)的章節(jié)中

討論）。

這些設(shè)備都可看作是一種專用的計(jì)算機(jī)。通信介質(zhì)可

以是電話線路、有線電纜（包括數(shù)據(jù)傳輸電纜、有線電

視信號(hào)傳輸電纜等）、光纖、無線電、微波、衛(wèi)星等，

這些通信介質(zhì)把通信設(shè)備連接起來組成相應(yīng)的通信子

網(wǎng)（或稱通信系統(tǒng)）。以上是構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件

基礎(chǔ)。

4

然而，只有硬件的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)無腦的

軀體，必須配有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)軟件。與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有關(guān)

的軟件包括操作系統(tǒng)核心軟件、通信控制協(xié)議軟件、

管理軟件（包括安全、記賬、出錯(cuò)、配置等）、交換與路

由軟件以及應(yīng)用軟件。操作系統(tǒng)核心軟件是網(wǎng)絡(luò)軟件

系統(tǒng)的基礎(chǔ)。一般來說，和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接的主機(jī)或

交換設(shè)備所使用的操作系統(tǒng)必須是多任務(wù)的，否則將

無法處理來自不同計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)的收發(fā)任務(wù)。這也是

UNIX操作系統(tǒng)從一開始就成為Internet主要操作系統(tǒng)的

原因。協(xié)議軟件則是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中通信各部分之間所

必須遵守的規(guī)則的集合，它定義了通信各部分交換信

息時(shí)的語法、語義、同步等規(guī)則。

■

協(xié)議軟件是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件中最重要、最核心的

部分。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)都是由協(xié)議決定的。而

且，網(wǎng)絡(luò)管理軟件、交換與路由軟件以及應(yīng)用軟件等

的功能都是基于協(xié)議軟件實(shí)現(xiàn)的。管理軟件管理計(jì)算

機(jī)網(wǎng)絡(luò)的用戶與網(wǎng)絡(luò)的接入、認(rèn)證，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安

全以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，并負(fù)責(zé)計(jì)費(fèi)等工作。而交換與

路由軟件則負(fù)責(zé)為通信各部分之間建立和維護(hù)傳輸信

息所需的路徑。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通過應(yīng)用軟件為用戶提供

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，即信息資源的傳輸和共享。應(yīng)用軟件可分

為兩類，一類是由網(wǎng)絡(luò)軟件廠商開發(fā)的通用應(yīng)用軟件

工具，包括電子郵件、Web服務(wù)器及相應(yīng)的瀏覽搜索

工具等。

例如使用電子郵件軟件傳遞信件，使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器查

詢Web服務(wù)器上的各類信息等。另一類應(yīng)用軟件則依

賴于不同的用戶業(yè)務(wù)。例如網(wǎng)絡(luò)上的金融、電信管理、

制造廠商的分布式控制與操作。與操作系統(tǒng)為開發(fā)用

戶程序提供系統(tǒng)調(diào)用功能一樣，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也為應(yīng)用

軟件的開發(fā)提供相應(yīng)的接口和服務(wù)。人們往往把這一

類應(yīng)用軟件的開發(fā)與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)一起稱為系統(tǒng)集成

(systemintegration)或系統(tǒng)整體解決(systemsolution)o

4

綜上所述，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)由不同傳輸介質(zhì)和

通信設(shè)備互連而構(gòu)成的通信子網(wǎng)、與這個(gè)通信子網(wǎng)連

接的多臺(tái)地理上分散的具有唯一網(wǎng)絡(luò)地址標(biāo)識(shí)的計(jì)算

機(jī)系統(tǒng)而構(gòu)成的資源子網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)軟件所組成的傳輸

和共享信息的系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)通信（如E-mail、

IP電話、計(jì)算機(jī)協(xié)同式操作CSCW（ComputerSupported

Co-operativeWork等）、資源共享（包括硬件資源的共

享，如打印機(jī)、大容量磁盤、CD-ROM等；軟件資源

的共享，如程序、數(shù)據(jù)等）、增強(qiáng)可靠性（避免了某一臺(tái)

計(jì)算機(jī)或交換機(jī)的失效對(duì)用戶產(chǎn)生的影響）、提高系統(tǒng)

處理能力等。針對(duì)具體業(yè)務(wù)研制開發(fā)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)軟件

的功能就很豐富了，如網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)交談、網(wǎng)絡(luò)游戲、網(wǎng)

上教學(xué)、網(wǎng)上書店、網(wǎng)上購物、網(wǎng)上訂票、網(wǎng)上電視

直播、網(wǎng)上醫(yī)院、網(wǎng)上證券交易、虛擬現(xiàn)實(shí)以及電子

商務(wù)等。

1.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

從不同的角度，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有不同的分類結(jié)果,

表1-2列出了常見的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類。

—

表1-2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

分類方法類另1」說明

電路交換

報(bào)文交換其中，幀中繼交換是分組交換的一種協(xié)議簡(jiǎn)化的交換

按交換方式分組交換方式；信元交換采用的是一種時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)的交

幀中繼交換換方式

信元交換

其中，集中式網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)信息流必須經(jīng)過中央

集中式網(wǎng)絡(luò)處理機(jī)或網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)（如星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）；分布式網(wǎng)絡(luò)

按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分散式網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都至少和其他兩個(gè)節(jié)點(diǎn)直接相

分布式網(wǎng)絡(luò)連（如網(wǎng)狀形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)），是主干網(wǎng)常采用的一種結(jié)構(gòu)；

分散式網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是星形網(wǎng)和網(wǎng)狀形網(wǎng)的混合網(wǎng)

其中，廣域網(wǎng)的作用范圍為幾十至兒千公里，又稱為

廣域網(wǎng)(WAN)遠(yuǎn)程網(wǎng)；局域網(wǎng)的作用范圍常限制在一個(gè)單位或一個(gè)

按作用范圍局域網(wǎng)(LAN)校園(1km)內(nèi)，但數(shù)據(jù)傳輸速率高(10Mb/s以上)；城

城域網(wǎng)(MAN)域網(wǎng)常介于廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間，局限在一個(gè)城市

(5?50km)內(nèi)

其中，公用網(wǎng)都是由國家的電信部門建造和控制管理

公用網(wǎng)的；專用網(wǎng)是某個(gè)單位或部門為本系統(tǒng)的特定業(yè)務(wù)需

按使用范圍

專用網(wǎng)要而建造的，不對(duì)單位或部門以外的人員開放。

1.2.3關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的若干術(shù)語

1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)路的主要區(qū)別是：前

者以網(wǎng)絡(luò)資源共享為主要目的，網(wǎng)絡(luò)資源都是由系統(tǒng)

來管理和控制的，網(wǎng)絡(luò)的使用對(duì)用戶是完全透明的（即

不可見的）；后者以數(shù)據(jù)通信為主要目的，網(wǎng)絡(luò)資源共

享程度低，資源管理和網(wǎng)絡(luò)使用對(duì)用戶不透明。由于

它們各自應(yīng)用的目的不同，所以在網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)（包括硬

件和軟件）組成上也有一定的差異。

2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要區(qū)別是：分

布式系統(tǒng)中的各個(gè)計(jì)算機(jī)對(duì)用戶是透明的，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)

用戶而言就好像是一個(gè)計(jì)算機(jī)那樣。當(dāng)用戶通過鍵盤鍵

入命令后，操作系統(tǒng)就為用戶選擇一個(gè)最合適（即依據(jù)

功能要求、當(dāng)前系統(tǒng)的負(fù)荷等情況來決定）的計(jì)算機(jī)去

運(yùn)行其程序，并將運(yùn)行的結(jié)果傳送到合適的地方。

這些都不需要用戶的干預(yù)，用戶也不知道最終哪個(gè)計(jì)算

機(jī)為他運(yùn)行程序。而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)則不同，用戶必須先登

錄到網(wǎng)上。然后，根據(jù)計(jì)算機(jī)地址，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將

程序傳送到要運(yùn)行它的計(jì)算機(jī)上。最后，根據(jù)用戶的命

令將運(yùn)行的結(jié)果傳送到指定的計(jì)算機(jī)中。它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)組

成上的主要差別是高層軟件的配置不同。一般來說，分

布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)特例。

3.通信子網(wǎng)、廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)

通信子網(wǎng)作為廣域網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，通常

由傳輸信道（包括傳輸設(shè)備）和轉(zhuǎn)接設(shè)備（又稱接口信息

處理器，如路由器、網(wǎng)關(guān)等）組成。它的主要任務(wù)是利

用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)將數(shù)據(jù)從子網(wǎng)的源端傳遞到子網(wǎng)的目

的端。通信子網(wǎng)和主機(jī)結(jié)合就構(gòu)成了廣域網(wǎng)，對(duì)于局

域網(wǎng)來說，它僅由網(wǎng)卡、傳輸信道（或傳輸介質(zhì)）和主機(jī)

組成，它無通信子網(wǎng)，這是由于局域網(wǎng)覆蓋的距離范

圍有限，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很規(guī)范，不存在網(wǎng)絡(luò)路徑的選擇和

網(wǎng)絡(luò)擁塞等控制問題，所以，數(shù)據(jù)通信的處理和控制

由網(wǎng)卡和局域網(wǎng)的協(xié)議來完成。

互聯(lián)網(wǎng)僅涉及不同網(wǎng)絡(luò)的連接技術(shù)問題，如局域

網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間的連接、局域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的連接

以及廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間的連接。值得注意的是，互

聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)互連是有區(qū)別的，盡管它們都反映了利用

互連設(shè)備及相關(guān)協(xié)議技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)或兩個(gè)以上網(wǎng)

絡(luò)的連接，但是，網(wǎng)絡(luò)互連含有連接''動(dòng)作〃之意，而

互聯(lián)網(wǎng)則側(cè)重于連接成型的網(wǎng)絡(luò)''狀態(tài)〃。

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1.3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1.3.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義

早在20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者就提出了

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念。它是指從整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)

絡(luò)系統(tǒng)的角度研究網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征。具體來說，就是

研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)和功能的分配。其目的是

為了使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠在統(tǒng)一的原則下進(jìn)行設(shè)計(jì)、

建造、互連、使用和發(fā)展。

它提出的問題并不是針對(duì)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品或部件，也不

涉及某個(gè)具體的網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)，以及具體技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)

細(xì)節(jié)，而僅僅從概念上和功能上抽象和概括計(jì)算機(jī)網(wǎng)

絡(luò)的結(jié)構(gòu)框架。由于它從全局的觀點(diǎn)研究、探討計(jì)算

機(jī)網(wǎng)絡(luò)，所以對(duì)促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的合理化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、

高性能化將產(chǎn)生重要影響和作用。

目前，常見的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)實(shí)例有IBM公司的

SNA(SystemsNetworkArchitecture),DEC公司的

DNS(DigitalNetworkArchitecture),美國國防部的

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)等。由于不同的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)互

不兼容，使得各種體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不能互連，

這給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶來了很多困難。

這一問題受到了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的重視，該組

織于1977年3月召開的第九次全會(huì)上決定成立一個(gè)新的

技術(shù)委員分會(huì)ISO/TC97/SC16專門研究此課題。經(jīng)過幾

年的努力，1983年ISO/TC97/SC16提出了開放系統(tǒng)互連

參考模型OSI-RM,即著名的ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)。它采

用了抽象化、虛擬化和分層化的方法研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

的各層功能、接口及協(xié)議。其中，采用抽象化的方法

給出了OSI的參考模型、服務(wù)定義和協(xié)議規(guī)范；

----------------------------------------

基于虛擬化的方法，提出了邏輯通道、虛擬電路、虛

擬終端等高度概括與理想的產(chǎn)物，而并未具體到某一

器件、裝置、程序和組件，這為研究網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)找

到了目標(biāo)和對(duì)象；用分層化的方法定義了OSI的七層模

型，為進(jìn)一步開發(fā)OSI標(biāo)準(zhǔn)提供了共同的框架。

狹義地講，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層

及其協(xié)議集合，網(wǎng)絡(luò)上每一層的功能都是由該層的協(xié)

議和服務(wù)來實(shí)現(xiàn)的。具體地說，就是為完成計(jì)算機(jī)之

間的通信合作，把每個(gè)計(jì)算機(jī)互連的功能劃分成定義

明確的層次，規(guī)定出同等層進(jìn)程間的通信協(xié)議和相鄰

層之間的接口及服務(wù)，將這些分層模型、同等層進(jìn)程

通信協(xié)議規(guī)范和相鄰層接口服務(wù)規(guī)范等的集合統(tǒng)稱為

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

需要強(qiáng)調(diào)的是，由于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)只是精確定義

了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的邏輯構(gòu)成及所應(yīng)完成的功能，至于

這些功能究竟是用何種硬件或軟件實(shí)現(xiàn)的，并未說明。

這樣做，是為了促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)互連的發(fā)展，促進(jìn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)

絡(luò)技術(shù)的提高，而又不帶來副作用。所以，體系結(jié)構(gòu)

只是抽象的，而實(shí)現(xiàn)則是具體的，是需要硬件和軟件

來完成的。

1.3.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的幾個(gè)重要概念

1.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中要做到計(jì)算機(jī)之間的信息傳輸，

就必須遵循它們事先約定好的信息交換規(guī)則。這是因

為相同的數(shù)字信號(hào)可攜帶不同的信息。我們把在計(jì)算

機(jī)網(wǎng)絡(luò)中為進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的一系列規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)

或約定稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。具體地講，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括語法、

語義和同步三要素，其中，語法約定了數(shù)據(jù)和控制信

息的格式或結(jié)構(gòu)、編碼及信號(hào)電平等；語義是為協(xié)調(diào)

完成某種動(dòng)作或操作而規(guī)定的控制和應(yīng)答信息；同步

是對(duì)事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明，指出事件的順序以及

速度匹配。

為了減少網(wǎng)絡(luò)協(xié)議涉及的復(fù)雜性，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者并

不是為所有形式的通信設(shè)計(jì)一個(gè)單一、巨大的協(xié)議，

而是采用協(xié)議分層方法設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。所謂''協(xié)議分層〃

就是按照信息的流動(dòng)過程將網(wǎng)絡(luò)通信的整體功能分解

為一個(gè)個(gè)的功能層，位于不同系統(tǒng)上的同等功能層之

間按相同的協(xié)議進(jìn)行通信，而同一系統(tǒng)上的相鄰功能

層之間按接口進(jìn)行信息傳遞。

為了便于理解協(xié)議分層的概念，我們以在兩個(gè)計(jì)

算機(jī)之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳遞郵件為例進(jìn)行說明。如果

按協(xié)議分層結(jié)構(gòu)的方法，可以將這項(xiàng)工作劃分為三個(gè)

層次(如圖l-6(a)所示)。

面向應(yīng)用協(xié)議

應(yīng)用層應(yīng)用層

進(jìn)程間信道協(xié)議

傳輸層傳輸層

通

通

信

網(wǎng)際協(xié)議信

子

網(wǎng)絡(luò)層子網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)

網(wǎng)

訪問通信子網(wǎng)協(xié)議

(b)通信協(xié)議層次劃分

圖1-6協(xié)議層次劃分

第一層次：提供郵件發(fā)送服務(wù)。為了保證該服務(wù)

的實(shí)現(xiàn)，在這一層次上必須首先約定好通信雙方郵件

的格式、郵件內(nèi)容所采用的語言文字（即字符）等，以便

通信雙方能夠知道是誰寫的信，信中的內(nèi)容是什么

等，我們稱此規(guī)定的內(nèi)容為郵件協(xié)議。如果兩個(gè)計(jì)算

機(jī)所采用的郵件格式或語言文字不同，則郵件發(fā)送服

務(wù)程序必須提供完成郵件格式及文字轉(zhuǎn)換的功能模塊。

這一層上只保證郵件的發(fā)送和接收，以及彼此雙方郵

件的識(shí)別，我們用郵件收發(fā)模塊來實(shí)現(xiàn)。至于郵件能

否可靠地傳遞到對(duì)方，則由下一層來保證。

r

第三層次：網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。由于通信服務(wù)的實(shí)現(xiàn)

是建立在通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上。所以，該層負(fù)責(zé)完成與

通信網(wǎng)絡(luò)的接口功能。為此，在這一層次上必須約定

好與通信網(wǎng)絡(luò)連接接口的機(jī)械特性、電氣特性、功能

特性和規(guī)程特性等，我們稱此規(guī)定的內(nèi)容為連接接口

協(xié)議。

顯然，采用協(xié)議分層結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)是：①層的獨(dú)

立性和封裝性。由于每一層都是相對(duì)獨(dú)立的功能模塊，

只要彼此相鄰間的接口所提供的服務(wù)不變，那么至于各

層的模塊如何實(shí)現(xiàn)以及如何發(fā)生變化或修改，都不會(huì)影

響其他各層。它不僅將整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度降低了，

而且為系統(tǒng)的維護(hù)和管理提供了方便，同時(shí)也為在硬件

和軟件方面適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展和更新提供了靈活性；②

其二，利于促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化。因?yàn)槊恳粚拥墓δ芏加芯_的

定義和說明，所以有利于促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化。

圖l-6(b)給出了一般網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議層次劃分及兩主機(jī)

間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的協(xié)議間的關(guān)系。從圖中可以看

出，在通信的應(yīng)用服務(wù)層間需要一種面向應(yīng)用的協(xié)

議，以協(xié)調(diào)兩個(gè)應(yīng)用模塊的行動(dòng)，并統(tǒng)一雙方間通信

的語法和語義；在傳輸服務(wù)層間的通信要遵循面向進(jìn)

程的協(xié)議，以處理和控制諸如信息的流量和差錯(cuò)之類

的事務(wù)；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層間的通信將涉及到通信子網(wǎng)訪問

協(xié)議以及通信子網(wǎng)間的網(wǎng)際協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的

傳遞。

2.網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

由上述分析可知，網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議是作用在不同系統(tǒng)

中的同等層間的。為了使同等層間具有通信的能力，

在網(wǎng)絡(luò)的每一層中至少有一個(gè)實(shí)體。它泛指能夠發(fā)送

和接收信息的任何東西，它既可以是軟件實(shí)體（如進(jìn)

程），也可以是硬件實(shí)體（如某一接口芯片）。不同系統(tǒng)

上的同一層實(shí)體叫對(duì)等實(shí)體（或同等實(shí)體）。在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

的控制下，兩個(gè)對(duì)等實(shí)體間的通信使得本層能夠向它

相鄰的上一層提供服務(wù)。所以，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是指彼此相

鄰的兩層間下層向上層提供通信能力或操作而屏蔽其

細(xì)節(jié)的過程。其中下層是服務(wù)提供者，上層是接受服

務(wù)的用戶（簡(jiǎn)稱服務(wù)用戶）。

由于網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)中的單向依賴關(guān)系，使得網(wǎng)絡(luò)

的底層總是向它的上層提供服務(wù)，且每一層的服務(wù)又

都是借助于它的下層以及以下各層的服務(wù)能力。服務(wù)

的表現(xiàn)形式是服務(wù)原語(比如庫函數(shù)或系統(tǒng)調(diào)用等)，即

上層是利用下層提供的服務(wù)原語通過層間接口的信息

交換來使用下層的服務(wù)，共有請(qǐng)求、指示、響應(yīng)、證

實(shí)四種類型服務(wù)原語。其中請(qǐng)求原語類型(request)用以

使服務(wù)用戶能從服務(wù)提供者那里請(qǐng)求一定的服務(wù)，比

如建立連接、發(fā)送數(shù)據(jù)、釋放連接、報(bào)告狀態(tài)等；指

示原語類型(indication)用以使服務(wù)提供者能向服務(wù)用戶

提示某種狀態(tài)，如連接指示、輸入數(shù)據(jù)、釋放連接指

示等；

響應(yīng)原語類型(response)用以使服務(wù)用戶能響應(yīng)先前的

指示原語，如接受連接或釋放等；證實(shí)原語類型

(confirmation)用以使服務(wù)提供者能報(bào)告先前請(qǐng)求原語

請(qǐng)求成功與否。它們相互作用的關(guān)系如圖1-7所示。

值得注意的是，協(xié)議和服務(wù)在概念上是有很大區(qū)

別的。首先協(xié)議的實(shí)現(xiàn)保證了該層能夠向它相鄰的上

一層提供服務(wù)，服務(wù)用戶只能看見服務(wù)提供者提供的

服務(wù)而看不見它的協(xié)議，即協(xié)議對(duì)服務(wù)用戶是透明

的，這就意味著，協(xié)議是提供服務(wù)的重要基礎(chǔ)，而服

務(wù)是協(xié)議實(shí)現(xiàn)的最終體現(xiàn)；其次，協(xié)議是''水平〃的，

而服務(wù)是''垂直〃的。從圖1-7中也可以看出它們間的聯(lián)

系和區(qū)別。

4

請(qǐng)

指

響

主機(jī)1證主機(jī)2

求

示

應(yīng)

實(shí)

原

原

原

原

語

語

語

服務(wù)用戶語服務(wù)用戶

服務(wù)提供者Reque命令服務(wù)提供者

AC喻令

圖1-7服務(wù)原語間的關(guān)系

在同一系統(tǒng)中，相鄰層間的實(shí)體進(jìn)行信息交換的地方

通常稱為服務(wù)訪問點(diǎn)SAP(ServiceAccessPoint)oSAP

實(shí)際上就是一個(gè)邏輯接口，更具體地說，就是為實(shí)現(xiàn)

層間接口的通信所定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它有唯一地址加

以標(biāo)識(shí)。

在網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)中，同等層間或相鄰層間的

數(shù)據(jù)交換是按數(shù)據(jù)單元進(jìn)行傳遞的，即約定：同等層

間按協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU(ProtocolDataUnit)通信；相鄰

層間按接口數(shù)據(jù)單元IDUQnterfaceDataUnit)通信；服

務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU(ServeDataUnit)是服務(wù)用戶交給服務(wù)

提供者所傳遞的數(shù)據(jù)單位，它只需在同等層的服務(wù)用

戶之間保持一致，而不管在傳輸過程中經(jīng)過什么變化。

它們間的聯(lián)系和區(qū)別如圖1-8所示。

從圖中可以看到，(N)層實(shí)體為了將服務(wù)用戶的

(N+1)SDU傳遞到對(duì)等層——(N)層實(shí)體的服務(wù)用戶

中，首先給(N+1)SDU外加一些協(xié)議控制信息，使之變

換成(N+1)PDU,這是因?yàn)閷?duì)等層實(shí)體是按協(xié)議數(shù)據(jù)單

元通信的。由于實(shí)際數(shù)據(jù)的流向是穿過發(fā)送端系統(tǒng)的

各層，并通過對(duì)接的傳輸介質(zhì)傳遞到接收端系統(tǒng)中的

最底層(即物理層)，然后再由底層逐層傳遞，直到與發(fā)

送端對(duì)接的同等層為止。所以，還必須在(N+1)PDU上

外加一些接口控制信息，使之變換成(N)IDU,以便通

過相鄰層間的接口SAP傳遞至(N)層。當(dāng)數(shù)據(jù)傳遞到(N)

層后，接口控制信息的作用已經(jīng)完成。

此時(shí)，(N)層最終接受的數(shù)據(jù)又作為(N—l)層的服

務(wù)用戶數(shù)據(jù)，即(N)SDU,并借助(N—1)層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

將數(shù)據(jù)繼續(xù)向下層傳遞(這一傳遞過程常常稱為打包過

程)，即按各同等層間的協(xié)議組裝數(shù)據(jù)，直到網(wǎng)絡(luò)的最

底層--物理層后，通過傳輸介質(zhì)傳送到接收端。接收

端再按相反的方向由底層向上層逐層傳遞接收的數(shù)據(jù)

(這一傳遞過程常常又稱為解包過程)，即各同等層間按

協(xié)議解釋數(shù)據(jù)，直到與發(fā)方對(duì)接的同等層為止。至此

完成了通信雙方間的數(shù)據(jù)傳遞。

值得注意的是，各類數(shù)據(jù)單元的大小都是有一定

限制的。所以，在各類數(shù)據(jù)單元之間的轉(zhuǎn)換過程中，

常常需要在發(fā)送端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分段或分塊，而在接收

端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合段或合塊。圖1-8僅給出了一對(duì)一的轉(zhuǎn)

換關(guān)系圖。

圖1-8各數(shù)據(jù)單元間的聯(lián)系

3.面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)

從通信的角度看，各層所提供的服務(wù)可分為面向

連接服務(wù)和無連接服務(wù)兩種。

1）面向連接服務(wù)

所謂''連接〃是指在同等層的兩個(gè)對(duì)等實(shí)體間所設(shè)

定的邏輯通路。利用建立的連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方式

稱為面向連接的數(shù)據(jù)傳輸。

■

面向連接服務(wù)的過程類似于電話通信中電路交換

的過程，即需要經(jīng)歷連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放

這三個(gè)階段。在網(wǎng)絡(luò)層中該服務(wù)類型稱為虛電路服務(wù)。

其中“虛”表示在兩個(gè)服務(wù)用戶的通信過程中并沒有自

始至終占用一條端到端的完整物理線路。

這是因?yàn)椴捎梅纸M交換時(shí)，通信的鏈路是按信道逐段

占用的，但對(duì)服務(wù)用戶來說，卻好像一直占用了一條

完整的通信電路。顯然，面向連接服務(wù)比較適合數(shù)據(jù)

量大、實(shí)時(shí)性高的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用場(chǎng)合。若兩個(gè)服務(wù)用

戶之間需要經(jīng)常進(jìn)行頻繁的數(shù)據(jù)通信時(shí)，則可建立永

久虛電路，類似于建立的專用電話線路，這樣可以免

除每次通信時(shí)的連接建立和連接釋放。

4

—

2）無連接服務(wù)

無連接服務(wù)的過程類似于郵政系統(tǒng)中的信件通信,

其特點(diǎn)是：通信前，同等層的兩個(gè)對(duì)等實(shí)體間不需要事

先建立連接，通信鏈路資源完全在數(shù)據(jù)傳輸過程中動(dòng)態(tài)

地進(jìn)行分配。此外，通信過程中，雙方并不需要同時(shí)處

于激活（或工作）狀態(tài)，如同在信件傳遞過程中，收件人

沒有必要當(dāng)時(shí)位于目的地一樣。顯然，無連接服務(wù)的優(yōu)

點(diǎn)是靈活方便，信道的利用率高，特別適合于短報(bào)文的

傳輸。但是，由于通信前事先未建立連接，所以，傳遞

的每個(gè)分組信息必須標(biāo)明源地址和目的地址。

根據(jù)服務(wù)的質(zhì)量，無連接服務(wù)可分為數(shù)據(jù)報(bào)、證

實(shí)交付、請(qǐng)求回答三種類型。其中，數(shù)據(jù)報(bào)是一種不

可靠的服務(wù)，通信過程類似于一般平信的投遞，其特

點(diǎn)是不需要接收端做任何響應(yīng)；證實(shí)交付是一種可靠

的服務(wù)，它要求每一報(bào)文的傳輸都有一個(gè)證實(shí)應(yīng)答給

發(fā)送方的服務(wù)用戶，不過這個(gè)證實(shí)來自于接收方的服

務(wù)提供者而不是服務(wù)用戶，這就意味著這種證實(shí)只能

保證報(bào)文已經(jīng)發(fā)給目地站，但并不能保證目的站的服

務(wù)用戶已收到該報(bào)文；請(qǐng)求應(yīng)答也是一種可靠的服

務(wù)，它要求接收方的服務(wù)用戶每收到一個(gè)報(bào)文就向發(fā)

送方的服務(wù)用戶發(fā)送一個(gè)應(yīng)答報(bào)文。

1.3.3ISO/OSI的參考模型

ISO/OSI作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型和開發(fā)協(xié)議

標(biāo)準(zhǔn)的框架，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)劃分為了七個(gè)層次（如圖1-9

所示）。它不僅是不同系統(tǒng)互連的體系結(jié)構(gòu)，而且要求

支持OSI標(biāo)準(zhǔn)的各大公司按OSI標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，

以便實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互連。ISO/OSI的七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)既

復(fù)雜又不實(shí)用，但其概念清晰，其各層次的主要功能

簡(jiǎn)述如下。

r

■

通信子網(wǎng)邊界

系統(tǒng)A發(fā)送進(jìn)程同等層間按協(xié)議通信系統(tǒng)瞰收進(jìn)程

相

相n應(yīng)用層應(yīng)用層

Vo

鄰

鄰

n表示層表示層o

層

V層

間

n會(huì)話層會(huì)話層o間

V

按

按

n傳輸層傳輸層o

接

V接

口

u網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層o口

通

通

O數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路層O

信

信

物理

物理層物理層

每一層向相鄰的上層提供服務(wù)

?------>數(shù)據(jù)比特流的物理傳輸?-------：

圖1-9ISO/OSI的七層參考模型

1.物理層

物理層處于OSI模型的最底層，它完成相鄰節(jié)點(diǎn)之

間原始比特流的傳輸。向它的相鄰層--數(shù)據(jù)鏈路層提

供物理連接建立和數(shù)據(jù)比特流的透明傳輸服務(wù)。其

中，''透明〃是對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層而言的，意指數(shù)據(jù)比特流

經(jīng)過哪些實(shí)際電路傳輸，又是如何傳輸?shù)冗^程細(xì)節(jié)，

數(shù)據(jù)鏈路層是一概不知或看不見的。

物理層協(xié)議關(guān)心的典型問題是：使用什么樣的物

理信號(hào)來表示數(shù)據(jù)''1〃和''0〃；一位信號(hào)的持續(xù)時(shí)間多

長；是否可同時(shí)在兩個(gè)方向上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；初始的

物理連接如何建立以及完成通信后如何終止物理連

接；物理層與傳輸介質(zhì)的連接接口（插頭和插座）有多少

引腳以及各引腳的功能和動(dòng)作時(shí)序。

物理層的設(shè)計(jì)主要涉及物理層接口的機(jī)械、電氣、

功能和規(guī)程特性，以及物理層接口連接的傳輸介質(zhì)等

問題。

—

物理層由兩個(gè)主要部分組成：傳輸介質(zhì)和連接策

略。典型的傳輸介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜、光纖、衛(wèi)

星、微波和無線電波等。連接策略共有三種形式：電

路交換、報(bào)文交換和分組交換。

2.數(shù)據(jù)鏈路層

1）鏈路和數(shù)據(jù)鏈路

鏈路是一條無源的點(diǎn)到點(diǎn)的信道或物理線路。數(shù)

據(jù)鏈路由信道和控制傳輸?shù)膮f(xié)議組成，如圖1-10所示。

數(shù)據(jù)鏈路層最重要的作用就是通過數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，

在不太可靠的物理介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

數(shù)據(jù)傳輸

圖1-10鏈路與數(shù)據(jù)鏈路

2）數(shù)據(jù)鏈路層的功能

數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能有：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路的建立、

維持和釋放的鏈路管理；從收到的比特流中區(qū)分一幀

的開始和結(jié)束的成幀功能；控制發(fā)送數(shù)據(jù)的速率使之

與接收方接收數(shù)據(jù)的速率相匹配，即數(shù)據(jù)的流量控

制；數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)控制；在多點(diǎn)連接的情況下，

保證每一幀都能傳輸?shù)酵ㄐ诺膶?duì)方，并被對(duì)方所識(shí)別

的尋址功能。這樣，數(shù)據(jù)鏈路層就把一條有可能出差

錯(cuò)的實(shí)際鏈路轉(zhuǎn)變成為讓網(wǎng)絡(luò)層看起來好像是一條無

差錯(cuò)的鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層的控制傳輸協(xié)議分為面向字

符型協(xié)議和面向位（比特）型協(xié)議，后者是數(shù)據(jù)鏈路層的

主要協(xié)議。

3.網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層又稱為通信子網(wǎng)層，它為傳輸層提供端節(jié)

點(diǎn)間的可靠通信服務(wù)。它的主要功能是為端節(jié)點(diǎn)間的

數(shù)據(jù)傳輸尋找最佳路徑，避免擁塞，以便讓傳輸層可

以專注于自己的工作，而不必關(guān)心兩主機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸

過程中的具體細(xì)節(jié)。對(duì)于由廣播信道構(gòu)成的通信子

網(wǎng)，不存在路徑選擇和擁塞控制問題，因此這種子網(wǎng)

的網(wǎng)絡(luò)層非常簡(jiǎn)單，甚至可以沒有。由于在計(jì)算機(jī)網(wǎng)

絡(luò)中進(jìn)行通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間可能要經(jīng)過許多個(gè)節(jié)

點(diǎn)和鏈路，也可能要經(jīng)過若干個(gè)通過路由器互連的不

同通信子網(wǎng)，

所以，網(wǎng)絡(luò)層的傳輸控制協(xié)議規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和信道

間的標(biāo)準(zhǔn)接口，完成虛擬線路的建立、拆除和網(wǎng)絡(luò)通

信管理。網(wǎng)絡(luò)層一般給傳輸層提供兩種類型的接口：

虛電路和數(shù)據(jù)報(bào)。其中，虛電路提供的是面向連接服

務(wù)，數(shù)據(jù)報(bào)提供的是面向無連接服務(wù)。

4

4.傳輸層

傳輸層位于通信子網(wǎng)之上的主機(jī)之中，它的主要

功能是依據(jù)通信子網(wǎng)的特性最佳地利用網(wǎng)絡(luò)資源，為

兩端主機(jī)的進(jìn)程之間提供可靠、透明的報(bào)文傳輸服務(wù)。

由于傳輸層為上層提供可靠、有效的網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)

傳輸服務(wù)，所以使得上面的三個(gè)層次不再考慮數(shù)據(jù)的

傳輸問題。正因?yàn)槿绱?，傳輸層成為?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系

結(jié)構(gòu)中非常重要的一層。

r

■

5.會(huì)話層

會(huì)話層不再參與具體的數(shù)據(jù)傳輸控制，但它卻對(duì)

數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行管理，包括在兩個(gè)端用戶間建立、組織

和協(xié)調(diào)一個(gè)連接或會(huì)話所必需的協(xié)議。會(huì)話層的連接

建立在傳輸層連接的基礎(chǔ)上，一個(gè)傳輸連接一次只為

一個(gè)會(huì)話服務(wù)，如果傳輸連接由于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)故障而中

斷，會(huì)話層將請(qǐng)求另一個(gè)傳輸連接，從而使會(huì)話不至

于被中斷。

為了便于會(huì)話管理，會(huì)話層提出了令牌控制、會(huì)

話同步和事務(wù)等方法。比如會(huì)話層通過交換數(shù)據(jù)令牌

管理全雙工和半雙工的通信，只有獲得數(shù)據(jù)令牌的用

戶才有權(quán)進(jìn)行發(fā)送；在會(huì)話過程中，若發(fā)生了錯(cuò)誤，

會(huì)話層用戶通過在數(shù)據(jù)流中定義主同步點(diǎn)和次同步

點(diǎn)，使得會(huì)話實(shí)體可返回到一個(gè)定義的同步點(diǎn)處，從

而避免大的損失；通過會(huì)話事務(wù)的引入，保證一個(gè)會(huì)

話的完整性和一致性。

6.表示層

表示層主要解決用戶信息的語法表示（代碼和格式）

問題，消除網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各個(gè)實(shí)體間的語義差異。它將預(yù)

交換的數(shù)據(jù)從適合于某一用戶的抽象語法轉(zhuǎn)換為適合

于OSI系統(tǒng)內(nèi)部使用的傳送語法，為執(zhí)行通用數(shù)據(jù)交換

功能提供公共通信服務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用接口，如終端格式

轉(zhuǎn)換（行長、顯示特性、字符集等）、數(shù)值計(jì)算的通解、

正文壓縮、數(shù)據(jù)的加密和解密等，以便使應(yīng)用層不必

關(guān)心信息的表示問題。

4

7.應(yīng)用層

應(yīng)用層是OSI參考模型的最高層，直接面向用戶。

它為用戶訪問OSI提供手段和服務(wù)。值得注意的是，

OSI的應(yīng)用層并不是要把各種應(yīng)用進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，它所標(biāo)

準(zhǔn)化的是一些應(yīng)用進(jìn)程經(jīng)常使用的功能，以及執(zhí)行這

些功能所要使用的協(xié)議。具體地說，它對(duì)應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)

行了抽象，只保留應(yīng)用層中與進(jìn)程間交互有關(guān)的那些

部分，為網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信提供專用的服務(wù)，并建

立相關(guān)的一系列應(yīng)用協(xié)議。

經(jīng)過抽象后，應(yīng)用層將應(yīng)用服務(wù)分為公共應(yīng)用服

務(wù)元素CASE(CommonApplicationServiceElement)和

特定應(yīng)用服務(wù)元素SASE(SpecialApplicationService

Element)兩大部分。其中，CASE為各應(yīng)用進(jìn)程提供公

共的服務(wù)，其本身由聯(lián)系控制服務(wù)元素、可靠傳輸服

務(wù)元素、遠(yuǎn)程操作服務(wù)元素和委托、并發(fā)與恢復(fù)元素

組成；SASE完成某一方面的特定應(yīng)用，如文件傳輸、

訪問和管理、虛擬終端、作業(yè)傳送與操作、報(bào)文處理

系統(tǒng)和目錄服務(wù)等。

綜上所述，ISO/OSI參考模型七層的主要功能可歸

納為如表1-3所示。

—

表1-30sl參考模型各層的主要功能

層次功能

應(yīng)用層為應(yīng)用進(jìn)程提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的接口服務(wù)，如電子郵件服務(wù)、文件傳輸服務(wù)等

表示層數(shù)據(jù)的公共表示、數(shù)據(jù)的加密和解密

會(huì)話層會(huì)話管理、會(huì)話同步和錯(cuò)誤的恢復(fù)

傳輸層向上層提供可靠、透明的傳輸服務(wù)

網(wǎng)絡(luò)層通信子網(wǎng)中的路由選擇、擁塞控制、計(jì)費(fèi)信息管理等

數(shù)據(jù)鏈路層成幀、流量控制、差錯(cuò)控制

物理層為數(shù)據(jù)比特流的傳輸提供機(jī)械特性、電氣特性、規(guī)程特性和功能特性

1.3.4TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1.TCP/IP協(xié)議分層

由于Internet已經(jīng)得到了全世界的承認(rèn)，所以

Internet所使用的TCP/IP協(xié)議集已成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

領(lǐng)域中使用最廣泛的互連網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，而OSI參考模

型成為對(duì)通信功能進(jìn)行分類的標(biāo)準(zhǔn)模型。TCP/IP協(xié)議

分層結(jié)構(gòu)如圖1-11所示，在Internet所使用的各種協(xié)議

中，最重要和最著名的協(xié)議是傳輸控制協(xié)議

TCP(TransmissionControlProtocol)>用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議

UDP(UserDataProtocol)和網(wǎng)際協(xié)議IP(InternetProtocol)o

這三種協(xié)議一般由網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)內(nèi)核來實(shí)現(xiàn)，用戶往

往感受不到它的存在。

從圖中可見，TCP/IP協(xié)議分層與OSI協(xié)議分層的明

顯區(qū)別有兩點(diǎn)：①無表示層和會(huì)話層。這是因?yàn)樵趯?shí)

際應(yīng)用中所涉及的表示層和會(huì)話層功能較弱，所以，

將其內(nèi)容歸并到應(yīng)用層；②無數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，

但有網(wǎng)絡(luò)接口層。這是因?yàn)門CP/IP模型建立的首要目

標(biāo)是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)的互連，所以，在該模型中并未涉及

底層網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，而是通過網(wǎng)絡(luò)接口層屏蔽底層網(wǎng)絡(luò)

之間的差異，向上層提供統(tǒng)一的IP報(bào)文格式，以支持

不同物理網(wǎng)絡(luò)之間的互連、互通。

圖i-nTCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

2.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1）網(wǎng)絡(luò)接口層

網(wǎng)絡(luò)接口層負(fù)責(zé)接收從IP層提交來的IP數(shù)據(jù)報(bào)，

并將IP數(shù)據(jù)報(bào)通過底層網(wǎng)絡(luò)（即凡支持TCP/IP高層協(xié)議

的物理網(wǎng)絡(luò)，如以太網(wǎng)、高速局域網(wǎng)、FDDKX.25、

ATM等）發(fā)送出去，或者從低層物理網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)

幀，抽出IP數(shù)據(jù)報(bào)，交給互連網(wǎng)層。

網(wǎng)絡(luò)接口有兩種類型：設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，如局域網(wǎng)

的網(wǎng)絡(luò)接口；含自身數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的復(fù)雜子系統(tǒng)，如

X.25中的網(wǎng)絡(luò)接口。

2)互連網(wǎng)層

互連網(wǎng)層在TCP/IP參考模型中占有非常重要的地

位。它作為通信子網(wǎng)的最高層，負(fù)責(zé)相鄰節(jié)點(diǎn)之間分

組數(shù)據(jù)報(bào)的傳送，提供不可靠、面向無連接的傳輸服

務(wù)。它的主要協(xié)議是無連接的IP協(xié)議。與其配合使用

的協(xié)議有Internet控制報(bào)文協(xié)議ICMP(InternetControl

MessageProtocol)>地址解析協(xié)議ARP(Address

ResolutionProtocol)>逆地址解析協(xié)議RARP(Reverse

AddressResolutionProtocol)。

(1)IP協(xié)議。

IP層的不可靠性在于不能保證IP數(shù)據(jù)報(bào)能成功地

傳遞到達(dá)目的地。如果發(fā)生某種錯(cuò)誤時(shí)，如某個(gè)路由

器暫時(shí)用完了緩沖區(qū)，IP協(xié)議的一個(gè)簡(jiǎn)單錯(cuò)誤處理方

法是丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)，然后發(fā)送ICMP消息報(bào)告給信源端。

若要求可靠的傳輸服務(wù)，則必須由上層即傳輸層來保

證(如TCP協(xié)議)?！懊嫦驘o連接(connectionless)”意指IP

層對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的處理是相互獨(dú)立的，即為每個(gè)數(shù)據(jù)

報(bào)獨(dú)立地進(jìn)行路由選擇，這就意味著IP數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸

并不保序。

比如，如果某一信源向相同的信宿發(fā)送兩個(gè)連續(xù)的數(shù)

據(jù)報(bào)（先是A,然后是B）時(shí)，有可能B先A到達(dá)目的地。

但是這種服務(wù)方式也有顯著的優(yōu)點(diǎn)：靈活性和健壯性。

它對(duì)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的限制很少，可以動(dòng)態(tài)選擇路由和分配

帶寬，相對(duì)面向連接的服務(wù)方式，它有效地解決了靜

態(tài)路由選擇易產(chǎn)生沖突以及傳輸路由的失效易造成連

接失敗的缺陷。這種服務(wù)方式非常類似于郵政部門的

信件投遞過程。

(2)ICMP協(xié)議。