配套課件-計算機網(wǎng)絡(luò)(第四版)

1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的定義1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的類型1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)1.5計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1.6常見的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)1.7本章小結(jié)練習(xí)題第1章計算機網(wǎng)絡(luò)概述

1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程

1.1.1面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)

1．早期的“單機工作模式”

1946年，世界上第一臺數(shù)字電子計算機問世，在以后的幾年里，計算機與網(wǎng)絡(luò)并沒有什么關(guān)系。早期的計算機數(shù)量很少，并且價格昂貴。就像我國現(xiàn)今研制的銀河巨型機一樣，大多數(shù)放置在被稱為“計算中心”的房間里，主要處理成批的信息。用戶如果想使用計算機，必須前往機房，而且計算機要完成所有用戶提供給它的任務(wù)。當(dāng)有許多用戶都需要使用計算機時，就必須排隊等候，計算機按一定的優(yōu)先級算法(如：先來先處理或緊急的數(shù)據(jù)優(yōu)先處理)處理輸出結(jié)果，如圖1-1所示。圖1-1多個用戶使用計算機的“單機工作模式”單機工作模式的特點：

(1)用戶使用計算機時，獨占計算機的所有資源。

(2)早期是由用戶找計算機，而不是將計算機交給用戶。

(3)單機模式在某一段時間只能有一個用戶提交任務(wù)使用計算機，多個用戶使用單個計算機時，必須排隊等候，計算機按一定優(yōu)先級算法處理輸出。

2．具有通信功能的單機系統(tǒng)

計算機的主要作用仍是信息的處理，但已可以從遠(yuǎn)地收集信息來進(jìn)行處理了，我們稱之為具有通信功能的單機系統(tǒng)。如圖1-2所示。圖1-2具有通信功能的單機系統(tǒng)系統(tǒng)機制稱為多用戶分時系統(tǒng)，但它仍屬于具有通信功能的單機系統(tǒng)，如圖1-3所示。圖1-3采用多重線路控制器的具有通信功能的單機系統(tǒng)具有通信功能的單機系統(tǒng)的特點：

(1)主計算機除承擔(dān)數(shù)據(jù)的處理任務(wù)外，還承擔(dān)與遠(yuǎn)程終端的通信任務(wù)。

(2)當(dāng)采用分時系統(tǒng)與多個終端通信時，線路的利用率較低。例如，假設(shè)1臺主機通過多重線路控制器與10個遠(yuǎn)程終端相連，需要10條鏈路，如采用分時系統(tǒng)，將1秒鐘分成10個時間片，每個時間片為0.1s，即1s內(nèi)，每個終端只有0.1s的時間使用主機，每條鏈路有0.9s是閑置的，所以線路利用率不超過10%。

(3)由于有了遠(yuǎn)程終端，用戶通過終端就可以使用主計算機，這給遠(yuǎn)距離用戶帶來很大的方便。

3．具有通信功能的多機系統(tǒng)

一般我們把帶有前端處理機及集中器的系統(tǒng)稱為具有通信功能的多機系統(tǒng)，如圖1-4所示。圖1-4具有通信功能的多機系統(tǒng)具有通信功能的多機系統(tǒng)的特點：

(1)主計算機承擔(dān)數(shù)據(jù)處理任務(wù)，前端處理機負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程終端通信，系統(tǒng)中由于有了主計算機和前端處理機，因而稱為多機系統(tǒng)。

(2)集中器的使用，降低了系統(tǒng)中線路的總的連接長度，提高了線路的利用率。1.1.2分組交換網(wǎng)

1．電路交換技術(shù)

在撥號的過程中，電話網(wǎng)中的程控交換機建立物理通路的過程，稱為電路交換，如圖1-5所示。在這種工作模式下，通話雙方在通話過程中始終占有整個端到端的通路。圖1-5電路交換的工作模式

2．存儲/轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)

比如發(fā)往天津的信件則轉(zhuǎn)給天津市郵政局，如此轉(zhuǎn)發(fā)下去，最后甲發(fā)給乙的信件被傳遞到天津河西區(qū)郵政支局，由河西區(qū)郵政支局交給用戶乙，如圖1-6所示。圖1-6采用存儲/轉(zhuǎn)發(fā)工作模式的郵政通信在圖1-7中，主機H1要與H2通信，則H1可以將數(shù)據(jù)發(fā)給A，A節(jié)點收到數(shù)據(jù)后，如遇線路忙時先將數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)，當(dāng)線路空閑時發(fā)給C，在通信子網(wǎng)中，數(shù)據(jù)以同樣的方式，經(jīng)由節(jié)點C、D、E最后轉(zhuǎn)發(fā)至H2。顯然，發(fā)送的數(shù)據(jù)必須帶有目的地址。圖1-7以通信子網(wǎng)為中心的分組交換網(wǎng)

1)報文交換

報文交換類似于發(fā)送信件。在報文交換網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通常為一臺專用計算機。當(dāng)發(fā)送信息的計算機要發(fā)送數(shù)據(jù)時，以報文方式進(jìn)行，每個報文由傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和報頭組成，報頭中包含發(fā)送計算機的地址和接收信息的計算機的地址。通信子網(wǎng)根據(jù)報頭目的地址為報文進(jìn)行路徑選擇。通信子網(wǎng)為兩個通信的主機轉(zhuǎn)發(fā)信息時，是在兩個節(jié)點間的一段鏈路上逐段傳輸?shù)模恍枰趦蓚€主機間建立多個節(jié)點組成的電路通道。在圖1-7中，H3通過通信子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)報文給H5，它的通路選擇是B－D－E，而鏈路B－F－E是空閑的。

2)報文分組交換

(1)數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)報方式是通信子網(wǎng)將進(jìn)入子網(wǎng)的分組當(dāng)作“小報文”處理，每個分組在通信子網(wǎng)中獨自選擇路徑，被傳輸?shù)侥康牡?，如圖1-8所示。在圖1-8中，主機H1為了將報文發(fā)給主機H2，先將報文發(fā)給節(jié)點A，而報文在節(jié)點A分成了兩個分組1和2，這兩個分組在通信子網(wǎng)中分別經(jīng)過不同的路徑被轉(zhuǎn)發(fā)到E。分組１經(jīng)A－C－E，分組2經(jīng)A－B－F－E，最后轉(zhuǎn)發(fā)到H2，再組裝成報文，當(dāng)然也可在節(jié)點E組裝成報文，再轉(zhuǎn)給H2。數(shù)據(jù)報分組必須包含目的主機地址和源地址，且傳輸時延遲較大。圖1-8數(shù)據(jù)報傳輸分組交換

(2)虛電路。在虛電路方式中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)有信息發(fā)送時，由發(fā)送報文的主機事先發(fā)一個虛呼叫(用來選擇路徑的分組)給目的主機，并在通信子網(wǎng)中選擇一條路徑，然后將報文分成許多報文分組，按事先選好的路徑先后發(fā)送分組給目的主機。如圖1-9所示，主機H3與H5通信時，選擇的路徑為H3－B－D－E－H5，在通信過程中，H3發(fā)給H5的所有分組都應(yīng)按先后順序走這條通路。當(dāng)然，在這種方式下，通信子網(wǎng)中各節(jié)點及鏈路是公用的，它與電路交換獨占通路的方式不同。例如，主機H3與H5通信時通過的是H3－B－D－E－H5這條通路，而對于D－E鏈路，其他站點如H1與H2通信亦可使用D－E鏈路。圖1-9虛電路傳輸分組交換

3．三種交換方式比較

圖1-10為各種交換過程的事件時序比較，A和D是源節(jié)點和目的節(jié)點，B和C是通信子網(wǎng)的節(jié)點。圖1-10各種交換過程的事件時序比較(a)電路交換；(b)報文交換；(c)報文分組交換1.1.3開放式的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)參考模型

20世紀(jì)80年代中期，以O(shè)SI模型為參照，ISO以及CCITT、IEEE等機構(gòu)開發(fā)制定了一系列協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，形成了一個龐大的OSI基本標(biāo)準(zhǔn)機制。OSI標(biāo)準(zhǔn)確保了各廠商生產(chǎn)的計算機和計算機網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間的互聯(lián)，推動了OSI技術(shù)的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)的制定。1.1.4因特網(wǎng)的發(fā)展

從20世紀(jì)90年代開始，不僅局域網(wǎng)技術(shù)更加成熟，廣域網(wǎng)也有了長足的發(fā)展。由于光導(dǎo)纖維電纜的使用，極大地提高了計算機網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸速率。過去的十幾年是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)突飛猛進(jìn)的十幾年，互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)面貌發(fā)生了翻天覆地的變化。其中最為突出的特點是：基礎(chǔ)平臺在走向?qū)拵Щ耐瑫r，網(wǎng)絡(luò)智能水平不斷提高；應(yīng)用技術(shù)則趨于多元化、個性化，為各種業(yè)務(wù)的開展提供了廣闊的空間。1.1.5網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突飛猛進(jìn)、日新月異，網(wǎng)絡(luò)朝著高速化和高帶寬的方向發(fā)展，如快速分組交換技術(shù)、業(yè)務(wù)綜合化方向發(fā)展的三網(wǎng)合一技術(shù)、Web交互技術(shù)、視頻點播技術(shù)、全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和寬帶接入的xDSL技術(shù)、HFC技術(shù)，帶給我們一個全新的發(fā)展前景。

1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的定義

在計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程中，人們從不同側(cè)面對其提出了不同的定義，主要分以下三類：

(1)從強調(diào)信息傳輸?shù)膹V義觀點出發(fā)，人們把計算機網(wǎng)絡(luò)定義為“以傳輸計算機的信息為目的而連接起來，實現(xiàn)遠(yuǎn)程信息處理或進(jìn)一步達(dá)到資源共享的系統(tǒng)”。第一代計算機網(wǎng)絡(luò)面向終端，首次實現(xiàn)了通信技術(shù)與計算機技術(shù)的結(jié)合。

(2)從強調(diào)資源共享的觀點出發(fā)，人們把計算機網(wǎng)絡(luò)理解為“以能夠相互共享資源(硬件、軟件和數(shù)據(jù))的方式連接起來，并且各自具備獨立功能的計算機系統(tǒng)的集合體?！边@種定義方法是在Internet的原型網(wǎng)ARPAnet誕生不久，由美國信息處理學(xué)會聯(lián)合會在1970年春天舉行的聯(lián)合會上提出來的，以后在有關(guān)文獻(xiàn)中被廣為引用。

(3)從用戶透明性的角度出發(fā)，人們把計算機網(wǎng)絡(luò)定義為“由一個網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)自動管理用戶任務(wù)所需的資源，而使整個網(wǎng)絡(luò)就像一個對用戶透明的計算機大系統(tǒng)”。這里“透明”的含義是指用戶覺察不到在計算機網(wǎng)絡(luò)中存在多個計算機系統(tǒng)。所謂計算機網(wǎng)絡(luò)，簡單地說就是“通過通信線路連接起來的自治的計算機集合”。這句話包含了三個方面的含義：

(1)必須有兩臺或兩臺以上具有獨立功能的計算機系統(tǒng)相互連接起來，以達(dá)到共享資源為目的。這里的兩臺計算機系統(tǒng)的位置得有一定距離，且每個計算機系統(tǒng)能獨立地工作，能夠自我處理數(shù)據(jù)，而無需其他的系統(tǒng)幫助。如具有通信功能的單機系統(tǒng)只有一臺主機，不屬于網(wǎng)絡(luò)；并行機雖有多個處理器，但它不屬于兩個計算機系統(tǒng)，也不屬于網(wǎng)絡(luò)。

(2)兩臺或兩臺以上的計算機連接，互相通信交換信息，必須有一條通道。這條通道的連接是物理的，由物理介質(zhì)來實現(xiàn)。它們可以是銅線、光纖等“有線”介質(zhì)，也可以是微波、紅外線或衛(wèi)星等“無線”介質(zhì)。

(3)計算機系統(tǒng)之間的信息交換必須有某種約定和規(guī)則，這就是協(xié)議。這些協(xié)議可以由硬件或軟件來完成。

1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的類型

1.3.1按計算機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類

1.總線型結(jié)構(gòu)

如圖1-11所示，在總線型結(jié)構(gòu)中，各節(jié)點通過一個或多個通信線路與公共總線連接，總線結(jié)構(gòu)具有良好的擴展性，節(jié)點增刪容易。由于共用數(shù)據(jù)通道，信道的利用率高，但需解決多站爭用總線的問題。共用信道實現(xiàn)的算法比較復(fù)雜。圖1-11總線型網(wǎng)絡(luò)

2.星型結(jié)構(gòu)

如圖1-12所示，星型結(jié)構(gòu)的中心節(jié)點是主節(jié)點，其他節(jié)點都連接到中心節(jié)點上，任何兩個節(jié)點通信，都必須通過中心節(jié)點。中心節(jié)點可以使用功能很強的計算機，它具有數(shù)據(jù)處理和存儲轉(zhuǎn)發(fā)雙重功能，也可以為程控交換機或集線器，起各節(jié)點的連通作用。星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，建網(wǎng)容易，但可靠性差。中心節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，一旦出現(xiàn)故障則全網(wǎng)癱瘓。圖1-12星型網(wǎng)絡(luò)

3.樹型結(jié)構(gòu)

樹型結(jié)構(gòu)是星型結(jié)構(gòu)的擴展，樹型網(wǎng)絡(luò)是分層結(jié)構(gòu)，具有根節(jié)點和分支節(jié)點，如圖1-13所示?，F(xiàn)代的Internet基本上采用這種結(jié)構(gòu)，它適用于分級管理和控制系統(tǒng)。與星型結(jié)構(gòu)相比，通信線路的總長度短，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本低，易于推廣。圖1-13樹型網(wǎng)絡(luò)

4.環(huán)型結(jié)構(gòu)

環(huán)型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點計算機連成一個閉合環(huán)路，如圖1-14所示。環(huán)路上信息從一個節(jié)點單向發(fā)送到另一個節(jié)點，傳送路徑固定，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，傳輸時延確定，但是環(huán)中每個節(jié)點與連接點之間的通信線路都會成為通信的瓶頸。一般來說，任何兩節(jié)點間的通信都要繞環(huán)路一周才得以實現(xiàn)相互通信，故環(huán)上的任何節(jié)點的故障均導(dǎo)致環(huán)路不能正常工作，可靠性差，環(huán)的維護處理復(fù)雜。環(huán)節(jié)點的加入和撤出過程比較復(fù)雜。圖1-14環(huán)型網(wǎng)絡(luò)

5.全部互連

網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點間都有直接的通道相連，故其通信速度快、可靠性高，但建網(wǎng)投資大、靈活性差，主要應(yīng)用在節(jié)點少、可靠性要求高的軍事或工業(yè)控制場合。

6.不規(guī)則型

網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的連接沒有一定的規(guī)則，一般節(jié)點地理位置分散。因此，通信線路作為設(shè)計中的主要考慮因素時，多采用不規(guī)則型網(wǎng)絡(luò)。其主要缺點是通信算法實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，必須采用路由選擇算法與流量控制方法。廣域網(wǎng)和在特殊地理環(huán)境上構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)基本采用這種結(jié)構(gòu)。

7.無線蜂窩型

在地形比較復(fù)雜的區(qū)域架設(shè)有線通信介質(zhì)比較困難，這時可利用無線電、微波和衛(wèi)星等無線設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，例如移動電話，其英文有兩種名稱：Mobilephone(根據(jù)可攜帶的特性)和Cellularphone(根據(jù)通信的基站涵蓋范圍如同蜂窩組織的特性)，網(wǎng)絡(luò)也可以利用基站進(jìn)行無線通信，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)稱為無線蜂窩型，如圖1-15所示。圖1-15無線蜂窩型網(wǎng)絡(luò)1.3.2按計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)分類

1.點?-?點式網(wǎng)絡(luò)

如圖1-16所示，在該種類型網(wǎng)絡(luò)中，任何一段物理鏈路都惟一連接一對節(jié)點。如果不在同一段物理鏈路的一對節(jié)點要通信，必須通過其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。由于連接多臺計算機之間的線路結(jié)構(gòu)可能比較復(fù)雜，從源節(jié)點到目的節(jié)點可能存在多條路由。決定報文分組從通信子網(wǎng)源節(jié)點到目的節(jié)點的路由需要路由選擇算法。采用點?-?點通信信道的網(wǎng)絡(luò)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星型、樹型、環(huán)型、不規(guī)則型及全部互連等。圖1-16點?-?點式網(wǎng)絡(luò)

2.廣播式網(wǎng)絡(luò)

在廣播式網(wǎng)絡(luò)中只有一個公共通信信道，為所有節(jié)點共享使用，任一時刻只允許一個節(jié)點使用公用信道發(fā)送分組。當(dāng)一個節(jié)點利用公共通信信道發(fā)送數(shù)據(jù)分組時，必須攜帶源地址和目的地址，所有節(jié)點都能收到數(shù)據(jù)分組，接收到分組的每個節(jié)點都會檢查分組的目的地址與本節(jié)點地址是否相同，只有數(shù)據(jù)分組的目的地址與本節(jié)點地址符合的節(jié)點，才接收數(shù)據(jù)分組，否則將丟棄數(shù)據(jù)分組。常用的通信手段有總線結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)和環(huán)型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)、無線蜂窩網(wǎng)(無線電微波、衛(wèi)星通信)等，具體請參考圖1-17。圖1-17廣播式網(wǎng)絡(luò)1.3.3按計算機網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍分類

1.個人區(qū)域網(wǎng)(PAN，PersonalAreaNetwork)

2.局域網(wǎng)(LAN，LocalAreaNetwork)

3.廣域網(wǎng)(WAN，WideAreaNetwork)

4.城域網(wǎng)(MAN，MetropolitanAreaNetwork)

5.因特網(wǎng)(Internet)

6.無線網(wǎng)

1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

1.4.1計算機網(wǎng)絡(luò)的組成

1.通信子網(wǎng)

2.資源子網(wǎng)

1)主計算機(HOST)

2)通信處理機(IMP)

3)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備

4)通信線路

1.4.2計算機網(wǎng)絡(luò)的功能及應(yīng)用范圍

1.數(shù)據(jù)傳送服務(wù)

2.資源共享

3.提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性

4.容易進(jìn)行分布式處理

作為一般企業(yè)內(nèi)部管理作業(yè)，計算機網(wǎng)絡(luò)可以有如下的應(yīng)用：

(1)會計總賬系統(tǒng)：包含公司的應(yīng)收、應(yīng)付、人事工資、報稅等相關(guān)賬目的管理系統(tǒng)。

(2)采購、訂單系統(tǒng)：一般用于制造業(yè)，管理采購事項和訂單等相關(guān)問題。

(3)生產(chǎn)管理系統(tǒng)：適用于制造業(yè)，專門管理生產(chǎn)上的相關(guān)事項。

(4)業(yè)務(wù)開發(fā)系統(tǒng)：適用于各行各業(yè)，專門記錄客戶相關(guān)事項給業(yè)務(wù)人員參考。

(5)銷售管理系統(tǒng)：用來管理產(chǎn)品銷售情形。

(6)庫存管理系統(tǒng)：用來管理庫存產(chǎn)品的各項細(xì)節(jié)。

(7)圖書管理系統(tǒng)：適用于圖書管理相關(guān)行業(yè)，處理書籍相關(guān)事項。

(8)發(fā)行管理系統(tǒng)：適用于出版業(yè)，用來管理書籍、雜志等相關(guān)事項。

(9)?KTV管理系統(tǒng)：適用于娛樂界，可以進(jìn)行點歌及各項相關(guān)管理事項。

(10)醫(yī)療管理系統(tǒng)：適用于醫(yī)院、診所等相關(guān)行業(yè)，用來管理藥品、病人數(shù)據(jù)等相關(guān)事項。作為個人用戶，可通過計算機網(wǎng)絡(luò)獲取相關(guān)的信息服務(wù)，主要有以下三類：

(1)遠(yuǎn)程信息的訪問?？赏ㄟ^遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)訪問各類信息，如閱讀新聞、商業(yè)廣告、旅游、醫(yī)療、保健、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)上購物和資料查詢等。

(2)用戶之間的通信。可發(fā)送電子郵件、即時聊天、網(wǎng)絡(luò)電話和視頻會議等。

(3)家庭娛樂信息服務(wù)。寬帶網(wǎng)絡(luò)提供的交互電影、高清晰的虛擬現(xiàn)實游戲?qū)⒔o用戶帶來許多樂趣。

1.5計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)

1.速率

速率是數(shù)據(jù)的傳送速率，也被稱為數(shù)據(jù)率(datarate)或比特率(bitrate)，是計算機網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個性能指標(biāo)。位(比特,bit)是計算機中數(shù)據(jù)量的單位，一個位就是二進(jìn)制數(shù)字中的一個1或0。速率的單位是bit/s(比特每秒)(或b/s，有時寫作bps，即bitpersecond)。數(shù)據(jù)傳輸率較高時，可以用kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s表示。現(xiàn)在有時人們會用更簡單并且不嚴(yán)格的記法來描述網(wǎng)絡(luò)速率，如1000?M以太網(wǎng)，省略了單位中的b/s，意思是速率為1000?Mb/s的以太網(wǎng)。2.帶寬

“帶寬”(bandwidth)有兩種不同的意義。

(1)帶寬本來是指某個信號具有的頻帶寬度。信號的帶寬是指信號所包含的各種不

同頻率成分所占據(jù)的頻率范圍。例如，傳統(tǒng)的通信線路上傳送的電話信號的標(biāo)準(zhǔn)帶寬是

3.1?kHz(從300?Hz到3.4?kHz，即語音的主要成分的頻率范圍)。這種意義的帶寬的單位是赫茲(或千赫、兆赫、吉赫等)。表示通信線路允許通過的信號頻帶范圍就稱為線路的帶寬。

(2)計算機網(wǎng)絡(luò)中，帶寬用來表示網(wǎng)絡(luò)的通信線路所能傳送數(shù)據(jù)的能力，因此網(wǎng)絡(luò)帶寬表示在單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)中的某一點到另一點所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。這種意義的帶寬的單位是“比特每秒”，記為b/s。3.吞吐量

吞吐量(throughput)也稱為吞吐率，表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)(或信道、接口)的數(shù)據(jù)量，通常以位每秒(b/s)來表示

吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。帶寬規(guī)定了吞吐量的上限(用戶傳輸數(shù)據(jù)的速率不可能比硬件帶寬快)。例如，對于一個100?Mb/s的以太網(wǎng)，其典型的吞吐量可能只有70?Mb/s。由于在大多數(shù)技術(shù)中，每幀都有一個頭部，因此有效吞吐量比硬件帶寬低。但硬件帶寬常常用來近似表示網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。有時吞吐量還可用每秒傳送的字節(jié)數(shù)或幀數(shù)來表示。4.延遲

網(wǎng)絡(luò)中的延遲由以下幾個不同的部分組成。

(1)發(fā)送延遲。發(fā)送延遲也叫傳輸延遲，是主機或路由器將分組發(fā)送到通信鏈路上所需要的時間。即從發(fā)送分組的第一個比特算起，到該分組的最后一個比特發(fā)送到線路上所需要的時間。發(fā)送延遲的計算公式如下：

由計算公式可見，對于一定的網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送延遲并非固定不變，而是與發(fā)送的分組長度(單位是比特)成正比，與發(fā)送速率成反比。由于在分組交換中，計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)時總是以信道最高數(shù)據(jù)率發(fā)送數(shù)據(jù)，因此公式中的發(fā)送速率也可以用信道帶寬替代。(2)傳播延遲。傳播延遲是電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。傳播延遲的計算公式如下：

電磁波在自由空間中的傳播速率是光速，即3.0?×?108?m/s，在網(wǎng)絡(luò)傳播媒體中的傳輸速率比在自由空間中的要略低，在銅線電纜中的傳播速率約為2.3?×?108?m/s，在光纖中的傳播速率約為2.0?×?108?m/s。(3)處理延遲。處理延遲是由于主機或路由器在收到分組時要花費一定的時間進(jìn)行處理而產(chǎn)生的。例如，分析分組的首部、從分組中提取數(shù)據(jù)部分、進(jìn)行差錯檢驗或查找適當(dāng)?shù)穆酚傻取?/p>

(4)排隊延遲。分組在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸時，要經(jīng)過許多的路由器。但分組在進(jìn)入路由器后要先在輸入隊列中排隊等待處理。在路由器確定轉(zhuǎn)發(fā)接口后，還要在輸出隊列中排隊等待轉(zhuǎn)發(fā)。這樣就產(chǎn)生了排隊延遲。排隊延遲的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時的通信量，隨時間變化會很大。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的通信量很大時會產(chǎn)生隊列溢出，使分組丟失，相當(dāng)于排隊延遲為無窮大。5.丟包率

丟包率即分組丟失率，是指在一定的時間范圍內(nèi)，分組在傳輸過程中丟失的分組數(shù)量與總的分組數(shù)量的比。丟包率具體可分為接口丟包率、節(jié)點丟包率、鏈路丟包率、路徑丟包率、網(wǎng)絡(luò)丟包率等。

丟包率反映了網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況。一般無擁塞時路徑丟包率為0，輕度擁塞時丟包率為1%～4%，嚴(yán)重?fù)砣麜r丟包率為5%～15%。

6.利用率

利用率包括信道利用率和網(wǎng)絡(luò)利用率兩種。信道利用率表示某信道有百分之幾的時間是被利用的(有數(shù)據(jù)通過)，完全空閑的信道利用率為零；網(wǎng)絡(luò)利用率表示全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。信道利用率并非越高越好。因為根據(jù)排隊論，當(dāng)某信道的利用率增大時，該信道引起的延遲也會迅速增加。如同高速公路，當(dāng)公路上的車流量很大時，則可能在某些地方會出現(xiàn)堵塞，因此導(dǎo)致行車時間增加。網(wǎng)絡(luò)利用率也與此類似，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的通信量很少時，所產(chǎn)生的延遲并不大。但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信量不斷增大時，由于分組在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(交換機或路由器)進(jìn)行處理時需要排隊等候，引起的延遲就會增大。7.差錯率

差錯率是衡量計算機網(wǎng)絡(luò)可靠性的主要指標(biāo)。由于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是由離散的二進(jìn)制數(shù)字序列表示的，因此傳輸過程中，無論中間經(jīng)歷何種變換，只要在到達(dá)接收端時能正確地恢復(fù)出原始發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字序列，就達(dá)到了傳輸?shù)哪康?。常用的表示差錯率的方法包括誤碼率、誤字率、誤組率。通常采用誤碼率。誤碼率又稱碼元差錯率，是指在傳輸?shù)拇a元總數(shù)中錯誤接收的碼元數(shù)所占的比例。而碼元是指對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的一個編碼單元。

1.6常見的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

1.6.1UNIX系統(tǒng)簡介

UNIX操作系統(tǒng)是一種在時分操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多用戶、多任務(wù)的操作系統(tǒng)，支持多種處理器架構(gòu)。UNIX操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性非常好，已經(jīng)成為主要的工作站平臺和重要的企業(yè)操作平臺，多安裝在巨型計算機、大型機上作為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)使用，但由于它多數(shù)是以命令方式來進(jìn)行操作的，不容易掌握，因此，小型局域網(wǎng)基本不使用UNIX作為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。另外，相對于WindowsServer以及Linux而言其體系結(jié)構(gòu)不夠合理，在服務(wù)器操作系統(tǒng)方面不作為首選。1.6.2WindowsServer2012系統(tǒng)簡介

微軟公司的Windows系統(tǒng)不僅在個人操作系統(tǒng)中占有絕對優(yōu)勢，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中也占據(jù)著非常重要的位置。Windows操作系統(tǒng)在整個局域網(wǎng)配置中是最常見的，不過由于它對服務(wù)器的硬件要求較高，且穩(wěn)定性能不是很高，所以微軟的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)一般只是用在中低檔服務(wù)器中，高端服務(wù)器通常采用UNIX、Linux或Solairs等非Windows操作系統(tǒng)。在局域網(wǎng)中，微軟的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)主要有WindowsNT4.0Server、WindowsServer2000、WindowsServer2003以及最新的WindowsServer2008等。1.6.3Linux系統(tǒng)簡介

Linux是一套免費使用和自由傳播的類UNIX操作系統(tǒng)，它主要用于基于Intelx86系列CPU的計算機。該系統(tǒng)是由全世界各地成千上萬的程序員設(shè)計和實現(xiàn)的。其目的是建立不受任何商品化軟件版權(quán)制約的、全世界都能自由使用的UNIX兼容產(chǎn)品。

1.7本章小結(jié)

網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的工具，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展從單機系統(tǒng)經(jīng)過面向終端的計算機通信網(wǎng)、以通信子網(wǎng)為中心的計算機網(wǎng)絡(luò)、開放網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)參考模型，到高速度、寬帶的綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)以及網(wǎng)格技術(shù)等，目前正快速地向前發(fā)展。在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)該掌握構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的三個部分：不同位置的兩個以上獨立的計算機系統(tǒng)、通信的物理通道、功能完備的網(wǎng)絡(luò)軟件。聯(lián)網(wǎng)的目的是進(jìn)行信息交換和資源共享。

網(wǎng)絡(luò)硬件由轉(zhuǎn)接節(jié)點、訪問節(jié)點和通信電纜組成，節(jié)點主要由計算機、終端、通信處理機和通信設(shè)備等網(wǎng)絡(luò)單元組成。節(jié)點的位置和電纜的連接方法構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，任何一個網(wǎng)絡(luò)都可以分解成總線型、星型、環(huán)型、樹型、不規(guī)則型和全部互連型等幾種基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常用來描述通信子網(wǎng)，通信子網(wǎng)信道類型有點?-?點通信信道類型和廣播式通信信道類型。網(wǎng)絡(luò)中的兩個節(jié)點進(jìn)行信息交換時，必須有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件，其中網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)軟件的核心。目前UNIX、WindowsServer2008以及Linux是常見的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，可根據(jù)它們的特點和需要單獨或組合使用。

計算機網(wǎng)絡(luò)的分類標(biāo)準(zhǔn)很多，按網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的大小分為LAN、MAN、WAN和Internet，但聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步將會使LAN、MAN和WAN的界限變得模糊。

網(wǎng)絡(luò)通信通常采用報文分組交換方式，網(wǎng)絡(luò)通信和傳統(tǒng)的語音電話通信最大的不同在于網(wǎng)絡(luò)能使很多用戶同時使用通信線路和共享資源。練習(xí)題

一、基礎(chǔ)練習(xí)題

1.計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展分哪幾個階段？每個階段各有什么特點？

2.什么是計算機網(wǎng)絡(luò)？具有通信功能的單機系統(tǒng)是否是計算機網(wǎng)絡(luò)？具有通信功能的多機系統(tǒng)是否是計算機網(wǎng)絡(luò)？具有通信功能的多機系統(tǒng)中的多機指什么？

3.在具有通信功能的多機系統(tǒng)中，假設(shè)集中器通過一條9600b/s的高速線路和遠(yuǎn)程前端處理機相連，本地終端已經(jīng)有8臺通過300b/s的低速線路和集中器連接，請問如果還有一部分終端想通過900b/s的低速線路和集中器連接，最多還能連接多少臺終端？

4.試從多方面比較電路交換、報文交換、報文分組交換各有什么不同，請說出各自的特點。

5.假設(shè)兩個用戶之間的傳輸線路由3段組成(有兩個轉(zhuǎn)接節(jié)點)，每段的傳播延時為10-3?s，呼叫建立的時間(線路交換或虛電路)為0.2s，在這樣的線路上傳送3200bit的報文，分組的大小為1024bit，報頭的開銷為16bit，線路的數(shù)據(jù)速率是9600b/s。試分別計算在下列各種交換方式下端到端的延遲時間：

(1)電路交換；

(2)報文交換；

(3)數(shù)據(jù)報；

(4)虛電路。

6.什么是網(wǎng)格技術(shù)？它由哪幾部分組成？

7.計算機網(wǎng)絡(luò)可從哪幾方面分類？怎樣分類？

8.計算機網(wǎng)絡(luò)由哪幾部分組成？各部分的主要功能是什么？

9.計算機網(wǎng)絡(luò)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有哪幾種？各有什么特點？通信子網(wǎng)信道類型有哪幾種？它們的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有哪幾種？

10．通信子網(wǎng)的作用是什么？它是怎樣構(gòu)成的？

11．假設(shè)在網(wǎng)絡(luò)通信過程中信息沒有錯誤，請計算下列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中通信時每個信息走過的平均鏈路段數(shù)：

(1)總線型；

(2)星型；

(3)環(huán)型；

(4)全部互連。

12．在一個由2n-1個節(jié)點組成的集中式二叉樹網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中第i個節(jié)點和第j個節(jié)點進(jìn)行通信，必須先把信息發(fā)到樹的根節(jié)點，然后根節(jié)點再把信息發(fā)給j，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點對通信都類似，請推導(dǎo)n很大時每個信息的平均站段數(shù)的近似表達(dá)式。

13．按地理位置范圍可以將計算機網(wǎng)絡(luò)分為哪幾種？它們各自有什么特點？

14．計算機網(wǎng)絡(luò)有哪些功能？作為企業(yè)網(wǎng)有哪些應(yīng)用，作為個人用戶呢？

15．在網(wǎng)絡(luò)中為什么要使用網(wǎng)絡(luò)軟件？流行的局域網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有哪些？二、實踐題

請結(jié)合所在學(xué)校或單位進(jìn)行調(diào)查：所在單位是否聯(lián)網(wǎng)？若聯(lián)網(wǎng)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是哪種類型？畫出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；該網(wǎng)絡(luò)由哪些節(jié)點類型組成？屬于局域網(wǎng)還是廣域網(wǎng)？使用了什么網(wǎng)絡(luò)協(xié)議？安裝了哪些網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)？建設(shè)該網(wǎng)絡(luò)的目的是什么？有哪些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)？三、討論與思考題*

請學(xué)會通過Internet網(wǎng)絡(luò)查找資料，同時掌握計算機網(wǎng)絡(luò)論文書寫方法(論文應(yīng)包括：標(biāo)題、姓名、作者所在單位、100～300字左右的摘要、關(guān)鍵詞、引言、正文部分、總結(jié))，結(jié)合本章內(nèi)容寫一篇小結(jié)論文，論文內(nèi)容主要描寫你對計算機網(wǎng)絡(luò)的了解(應(yīng)包括計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、定義、分類、組成、功能及應(yīng)用等)和當(dāng)前計算機網(wǎng)絡(luò)中最新的云技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，字?jǐn)?shù)約1500～4500字。2.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.2計算機通信接口2.3網(wǎng)絡(luò)體系與層次結(jié)構(gòu)2.4ISO/OSI開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型2.5TCP/IP協(xié)議綜述2.6OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較2.7本章小結(jié)練習(xí)題第2章計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識

2.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

1.信息、數(shù)據(jù)和信號

信號(Signal)是數(shù)據(jù)的電編碼或電磁編碼。它分為兩種：模擬信號和數(shù)字信號。模擬信號是一種連續(xù)變化的電信號，它用電信號模擬原有消息。顯然，模擬信號的取值可以有無限多個，圖2-1?(a)?表示話音聲壓隨時間連續(xù)變化的消息，圖2-1(b)?表示與之相應(yīng)的電流幅度隨時間變化的電信號。圖2-1模擬信號

2．信道及信道的類型

1)物理信道和邏輯信道

在計算機網(wǎng)絡(luò)中，有物理信道和邏輯信道之分。物理信道是指用來傳送信號或數(shù)據(jù)的物理通路，它由傳輸介質(zhì)及有關(guān)通信設(shè)備組成。邏輯信道也是網(wǎng)絡(luò)上的一種通路，在信號的接收和發(fā)送之間不僅存在一條物理上的傳輸介質(zhì)，而且在此物理信道的基礎(chǔ)上，還在節(jié)點內(nèi)部實現(xiàn)了其他連接。通常這些“連接”被稱為邏輯信道。

2)有線信道和無線信道

根據(jù)傳輸介質(zhì)是否有形，物理信道可以分為有線信道和無線信道。有線信道包括電纜、雙絞線、同軸電纜、光纜等以各種有形線路傳遞信息的方式；無線信道包括無線電、微波和衛(wèi)星通信信道等以電磁波形式在空間傳播信息的方式。

3)模擬信道和數(shù)字信道

按照信道中傳輸不同類型的數(shù)據(jù)信號來分，物理信道又可以分為模擬信道和數(shù)字信道。模擬信道傳輸?shù)氖悄M信號，而數(shù)字信道直接傳輸二進(jìn)制數(shù)字脈沖信號。應(yīng)當(dāng)注意，數(shù)字信號在經(jīng)過數(shù)/模變換后就可以在模擬信道上傳輸，而模擬信號在經(jīng)過模/數(shù)變換后也可在數(shù)字信道上傳輸，比如要在模擬信道上傳輸計算機直接輸出的二進(jìn)制數(shù)字脈沖信號，就需要在信道兩邊分別安裝調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行信號變換。

4)專用信道和公共交換信道

如果按照信道的使用方式來分，又可以分為專用信道和公共交換信道。專用信道又稱專線，是一種連接用戶之間設(shè)備的固定線路，既可以是自行架設(shè)的專用線路，也可以向電信部門租用。專用線路一般用在距離較短或數(shù)據(jù)傳輸量較大的場合。公共交換信道是一種通過公共交換機轉(zhuǎn)接，為大量用戶提供服務(wù)的信道。顧名思義，采用公共交換信道時，用戶與用戶之間的通信通過公共交換機與交換機之間的線路轉(zhuǎn)接。公共電話交換網(wǎng)就屬于公共交換信道。

當(dāng)采用專用信道時有兩種連接方式，一種是點對點連接(點點連接)；另一種是點對多點式連接(多點連接)，參見圖2-2。圖2-2通信信道連接類型(a)點對點方式;(b)點對多點方式

3．?dāng)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

1)數(shù)據(jù)傳輸率S

數(shù)據(jù)傳輸率又稱比特率，是指數(shù)字信號的傳輸速率，表示單位時間內(nèi)所傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼的有效位(bit)數(shù)，單位為比特每秒，表示為b/s或bps。數(shù)據(jù)傳輸率S可用以下公式計算：

式中：T——信號脈沖重復(fù)周期。

n——?一個脈沖信號代表的有效狀態(tài)數(shù)，是2的整數(shù)倍。例如，二進(jìn)制的一個脈沖可表示“0”和“1”兩個狀態(tài)，故n=2。

lbn——單位脈沖能表示的比特數(shù)，如n?=?4時表示一個單位脈沖為2bit。

在實際應(yīng)用中，常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位有：kb/s、Mb/s、Gb/s和Tb/s。其中：

1kb/s?=?103b/s，1Mb/s?=?103kb/s，1Gb/s=103Mb/s，

1Tb/s?=?103Gb/s

2)波特率B

波特率是一種調(diào)制速率，也稱波形速率或碼元速率。它是模擬信號傳輸過程中，從調(diào)制解調(diào)器上輸出的調(diào)制信號每秒鐘載波調(diào)制狀態(tài)改變的次數(shù)?；蛘哒f，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，線路上每秒鐘傳送的波形個數(shù)就是波特率，其單位為波特?(Baud)。從調(diào)制速率的意義來理解，它是脈沖信號經(jīng)過調(diào)制后的傳輸速率，通常用于表示調(diào)制解調(diào)器之間傳輸信號的速率，若以T表示波形的持續(xù)時間，則調(diào)制速率B可以表示為：比特率和波特率之間有下列關(guān)系：

S?=?Blbn

其中，n為一個脈沖信號所表示的有效狀態(tài)數(shù)。在二進(jìn)制中，一個脈沖的“有”和“無”表示1和0兩個狀態(tài)。在二相調(diào)制中，n?=?2，故S?=?B，即比特率與波特率相等。但在更高相數(shù)的多相調(diào)制時，S與B就不相同。例如，在四相調(diào)制中，n?=?4，如果B?=?1200bit，則信號傳輸速率S?=?2400b/s。這一點，希望讀者使用時注意。

3)出錯率

出錯率是指數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下信息傳輸?shù)腻e誤率，也稱誤碼率。由于傳輸中信息的最小單位不同，可以是比特、碼元、碼字、一組碼字。因此，出錯率有以下幾種表示方法：

誤比特率Pb：接收的錯誤比特數(shù)占傳輸總比特數(shù)的比例，即：誤碼率Pe：接收碼元中錯誤碼元數(shù)占傳輸總碼元數(shù)的比例。即：

計算機網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，要求誤碼率低于10-6。誤字率Pw：實際應(yīng)用中，常由若干碼元組成一個碼字，因此衡量傳輸?shù)目煽啃砸灿谜`字率表示。誤字率指接收的錯誤碼字占傳輸總碼字的比例，即：

傳輸中，有時一個碼字中有兩個或更多個碼元出錯，這和錯一個碼元的效果一樣，因為它們都導(dǎo)致這個碼字出錯，兩種情況的誤字率相同，但誤碼率不同?？梢?，誤字率不一定等于誤碼率。誤組率PB：數(shù)據(jù)通信中，也可將傳輸?shù)男畔⑷舾蓚€字組成一組，一組一組地傳送，此時接收信息中的錯誤組數(shù)與傳輸中總組數(shù)之比稱誤組率，即：

4)信道容量

信道容量是指信道傳輸信息的最大能力，一般用帶寬來描述。

奈式準(zhǔn)則描述的是有限帶寬、無噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率與信道帶寬之間的關(guān)系。如考慮信道噪聲問題，可用香農(nóng)(Shannon)定律來表述，它描述了有限帶寬、有隨機熱噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率與信道帶寬、信號噪聲功率比之間的關(guān)系。

C?=?Wlb(1+S/N)

其中C為信道的最大信息傳輸速率，W為信道的帶寬(Hz)，S為信道內(nèi)所傳信號的平均功率，N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。2.1.2數(shù)據(jù)傳輸

1．?dāng)?shù)據(jù)傳輸方式

1)并行傳輸與串行傳輸

(1)并行傳輸。一個數(shù)據(jù)代碼由若干位組成。在數(shù)據(jù)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行近距離傳輸(?1米或數(shù)米之內(nèi))時，為了獲得高的數(shù)據(jù)傳輸速率，使每個代碼的傳輸延時盡量少，常采用并行傳輸方式，即數(shù)據(jù)的每一位各占一條信號線并行傳輸。如圖2-3所示，兩數(shù)據(jù)設(shè)備之間一次傳輸n位并行數(shù)據(jù)，每條連線對應(yīng)一條信道，用于傳輸代碼的對應(yīng)位，n條信道組成了n位并行信號。根據(jù)實際需要，并行信道的寬度不是一成不變的，如計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)總線就是并行傳輸?shù)囊粋€例子，有8位、16位、32位和64位等數(shù)據(jù)總線。圖2-3并行傳輸方式

(2)串行傳輸。串行傳輸是數(shù)據(jù)一位一位地在一條信道上傳輸。如圖2-4所示，數(shù)據(jù)源向數(shù)據(jù)接收端發(fā)出了“01001101”的串行數(shù)據(jù)。由于代碼采取了串行傳播方式，其傳輸速度與并行傳輸相比要低得多。但從圖中可以看出，其在硬件信號的連接上節(jié)省了信道，有利于遠(yuǎn)程傳輸，所以被廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸中，通信網(wǎng)和計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸都是以串行方式進(jìn)行的。圖2-4串行傳輸方式

2)數(shù)據(jù)傳輸方式

(1)單工通信。單工通信是指兩個通信終端間只能由一方將數(shù)據(jù)傳輸給另一方，即一方僅可為發(fā)送端，另一方僅為接收端。

(2)半雙工通信。半雙工通信是指兩個通信終端可以互傳信息，即通信雙方都可以發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但任一方都不能在同一時間既發(fā)送又接收，只能在同一時間一方發(fā)送、另一方接收。

(3)全雙工通信。全雙工通信是指兩個通信終端可以在兩個方向上同時進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)傳輸。

3)數(shù)據(jù)同步方式

(1)異步方式。異步方式規(guī)定在傳送字符的首末位置分別設(shè)置1位起始位和1位、1.5位或2位停止位，它們分別表示字符的開始和結(jié)束。起始位是低電平(數(shù)字“0”狀態(tài))，停止位為高電平(數(shù)字“1”狀態(tài))，字符可以是5位或8位。一般5位字符的停止位是1.5位，8位字符的停止位是2位。8位字符中包括1位校驗位，可以是奇校驗或偶校驗。同步方式中多采用偶校驗。圖2-5?(a)、(b)?分別給出5位字符和8位字符的異步方式結(jié)構(gòu)。

從圖2-5不難看出，異步方式中，每個字符所含比特數(shù)相同。傳送每個字符所用的時間為一固定值，由字符的起始位和終止位之間的時間間隔決定。起始位起到了字符內(nèi)的各比特同步的作用。由于各字符之間的間隔沒有規(guī)定可以任意長短，因此各字符間不同步。圖2-5異步方式字符結(jié)構(gòu)

(2)同步方式。在同步傳輸中，信息不是以字符而是以數(shù)據(jù)塊的方式傳輸?shù)摹Ｒ粋€數(shù)據(jù)塊往往包含有許多連續(xù)的字符。一般在傳送一組字符之前加入1個(8位)或2個(16位)同步字符SYN(Synchronous)。同步字符之后可以連續(xù)地發(fā)送任意多個字符，每個字符不需任何附加位，因此，同步字符表示字符傳送的開始，如圖2-6所示。圖2-6同步傳輸

2．?dāng)?shù)據(jù)傳輸類型

1)基帶傳輸

(1)非歸零編碼。非歸零編碼NRZ(Non-ReturntoZero)如圖2-7?(a)?所示。NRZ碼可以規(guī)定為：用負(fù)電壓代表“0”，正電壓代表“1”。當(dāng)然也可以有其他表示方法。

NRZ編碼的缺點是接收方和發(fā)送方無法保持同步。往往為了保證收、發(fā)雙方同步，必須在發(fā)送NRZ碼的同時，用另一個信道同時發(fā)送同步時鐘信號，見圖2-7(a)。另外，當(dāng)信號中包含的“0”和“1”的個數(shù)不相同時，便會出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中不希望存在的直流分量。計算機串口與調(diào)制解調(diào)器之間使用的就是基帶傳輸中的非歸零碼。圖2-7數(shù)字信號三種編碼波形

(2)曼徹斯特編碼。曼徹斯特(Manchester)編碼是目前廣泛使用的編碼方法之一。它的編碼規(guī)則是每比特的時鐘周期的1/2都有跳變，該跳變既可代表本地時鐘，也代表數(shù)字信號的取值；由高電位向低電位跳變代表“1”，由低電位向高電位跳變代表“0”。典型的曼徹斯特編碼波形如圖2-7(b)所示。這種稱為“自含時鐘編碼”信號的方法，在發(fā)送曼徹斯特編碼信號時，無需另外發(fā)送同步信號，因而通常稱為“自同步碼”，反之，如果同步方式需要單獨的同步信道發(fā)送同步信號，稱為“外同步碼”，如NRZ編碼。另外，這種編碼信號不含直流分量。10BASE-T以太網(wǎng)使用的就是基帶傳輸?shù)穆鼜厮固卮a。

曼徹斯特編碼的缺點是效率較低。

(3)差分曼徹斯特編碼。差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的改進(jìn)，其特點是每比特的中間都有跳變，該跳變僅做同步之用，也屬于“自同步碼”；在差分曼徹斯特編碼中，每比特的值根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來決定，若比特開始處出現(xiàn)電平跳變代表“0”，不發(fā)生跳變則代表“1”，其典型波形如圖2-7(c)所示。

2)頻帶傳輸

在調(diào)制過程中，選用的載波信號可以表示為：

y

=

A(t)cos(ωt

+j)

其中，振幅Α、角頻率ω、相位j是載波信號的三個電參量，是正弦波的控制參數(shù)，稱為調(diào)制參數(shù)。它們的變化將對正弦載波的波形產(chǎn)生影響，通過改變這三個參量可以實現(xiàn)對模擬數(shù)據(jù)信號的編碼。

(1)幅度調(diào)制。幅度調(diào)制又稱為“振幅鍵控”(ASK，Amplitude-ShiftKeying)。在幅度調(diào)制中，頻率和相位都是常數(shù)，振幅為變量，即載波的幅度隨發(fā)送的信號而變化，表示為：

圖2-8(a)是具有0、1兩個幅度值的調(diào)幅波形(二元制調(diào)幅波)，具有一定幅度的載波信號表示“1”，幅度等于0的載波信號表示“0”。為提高傳輸速度，可采用多幅度調(diào)制，即調(diào)制電平有4個、8個或更多個。

(2)頻率調(diào)制。頻率調(diào)制又稱“頻移鍵控”(FSK，F(xiàn)requency-ShiftKeying)。在頻率調(diào)制中，振幅和相位為常量，頻率為變量，表示為：

在二元制中，數(shù)字信號“0”和“1”分別用兩種不同頻率的波形表示，如圖2-8?(b)?所示，“1”調(diào)制為頻率為ω1的波，“0”調(diào)制為頻率為ω2的波。

調(diào)頻方式電路簡單，抗干擾能力強，頻帶利用率低，適用于傳輸較低速的數(shù)字信號。圖2-8三種調(diào)制方式波形

(3)相位調(diào)制。相位調(diào)制又稱“相移鍵控”(PSK，Phase-ShiftKeying)。在相位調(diào)制中，振幅、頻率為常量，相位為變量，其函數(shù)表達(dá)式為：

在二元制情況下，信號“0”和“1”分別用不同相位的波形表示，如圖2-8?(c)?所示。相位調(diào)制又分絕對相位調(diào)制和相對相位調(diào)制兩種。

3．多路復(fù)用技術(shù)

在數(shù)據(jù)傳輸時，為了高效合理地利用資源，通常采用多路復(fù)用技術(shù)，使多路數(shù)據(jù)信號共同使用一條線路進(jìn)行傳輸，如圖2-9所示。圖2-9多路復(fù)用技術(shù)

1)頻分多路復(fù)用技術(shù)(FDM)

頻分復(fù)用原理如圖2-10所示。圖2-10頻分復(fù)用技術(shù)

2)同步時分多路復(fù)用技術(shù)(STDM)

同步時分復(fù)用技術(shù)采用固定時隙分配方式，即將傳輸時間按特定長度連續(xù)地劃分成特定時間段(稱為幀)，再將每一幀劃分成固定長度的多個時隙(時間片)。各時隙以固定的方式分配給各路數(shù)字信號(如圖2-11所示)，即將這些時隙分配給固定的用戶終端，并且周期地重復(fù)分配每一幀。圖2-11同步時分復(fù)用技術(shù)

3)異步時分多路復(fù)用技術(shù)(ATDM)

異步時分復(fù)用技術(shù)又稱統(tǒng)計時分復(fù)用或智能時分復(fù)用(ITDM)技術(shù)，它能動態(tài)地按需分配時隙，避免每幀中出現(xiàn)空閑時隙。2.1.3數(shù)據(jù)差錯檢測與控制

1．差錯的檢測

下面介紹兩種提高傳輸質(zhì)量的方法：

(1)選擇好的通信線路，即改善通信線路的電氣性能，使誤差的出現(xiàn)概率降低到滿足系統(tǒng)的要求。

(2)在通信線路上，設(shè)法檢查錯誤，采取措施對錯誤進(jìn)行控制。差錯控制就是在數(shù)據(jù)傳輸時，采取一定的方法發(fā)現(xiàn)差錯，并糾正錯誤。

2．抗干擾編碼的控制方式

1)反饋重發(fā)糾錯

反饋重發(fā)糾錯簡稱ARQ。

2)前向糾錯

前向糾錯簡稱FEC。

3．幾種冗余校驗方法

1)垂直冗余校驗

垂直冗余校驗是以字符為單位的校驗方法。一個字符由8位組成，其中低7位是信息碼，最高位是冗余校驗位。校驗位可以使每個字符代碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù)或為偶數(shù)。若字符代碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù)，稱奇校驗；若“1”的個數(shù)為偶數(shù)，稱偶校驗。例如，一個字符的7位代碼為1010110，有4個“1”(偶數(shù)個)，若為奇校驗，則校驗位為1，即整個字符為：

同理，若為偶校驗，則校驗位應(yīng)為0，即整個字符為：01010110。

2)水平冗余校驗

水平冗余校驗是把數(shù)個字符組成一組，對一組字符的同一位(水平方向)進(jìn)行奇或偶校驗，得到一列校驗碼。發(fā)送時按字符一個接一個地發(fā)送，最后發(fā)送一列校驗碼。如：一組字符包括五個字符，如表2-1所示。每個字符的信息代碼是7位，傳送時先順序傳送0、1、2、3、4五個字符的b1～b7位，最后傳送校驗碼，假設(shè)水平校驗采用偶校驗。水平冗余校驗?zāi)馨l(fā)現(xiàn)長度小于字符位數(shù)(現(xiàn)在為7位)的突發(fā)性錯誤。

3)水平垂直冗余校驗

同時進(jìn)行水平和垂直冗余校驗就得到水平垂直冗余校驗。具體地說，就是將表2-1中5個字符均再增加一位校驗位b8。如表2-2所示，b8是垂直校驗位，每行的最右一位是水平校驗位。它們可以是奇校驗或偶校驗。表2-2均為偶校驗。水平垂直校驗碼也稱方陣碼，這種碼有較強的檢錯能力，它不但能發(fā)現(xiàn)所有一位、二位或三位的錯誤，而且能發(fā)現(xiàn)某一行或某一列上的所有奇數(shù)個錯誤。方陣碼廣泛用于計算機網(wǎng)絡(luò)通信及計算機的某些外部設(shè)備中。

4)循環(huán)冗余校驗

循環(huán)冗余校驗CRC(CyclicRedundancyCheck)是一種較為復(fù)雜的校驗方法。它是利用事先生成的一個二進(jìn)制校驗多項式g(x)去除(采用模2算術(shù)，運算時不進(jìn)位和借位)要傳送的二進(jìn)制信息多項式m(x)，得到的余式就是所需的循環(huán)冗余校驗碼，它相當(dāng)于一個n位長的二進(jìn)制串。信息編碼如圖2-12所示，它是在要傳送的信息位后附加若干校驗位。發(fā)送時，將信息碼和冗余碼一同傳送至接收端。接收時，先對傳送來的碼字用發(fā)送時的同一多項式去除，若能除盡，則說明傳輸正確；否則，說明傳輸出錯。圖2-12循環(huán)冗余校驗編碼方式校驗多項式g(x)有以下幾種：

2.2計算機通信接口

事實上，串口主要提供了三項轉(zhuǎn)換的功能：

·電氣特性的轉(zhuǎn)換：針對信號的電平(level)設(shè)定。

·機械特性的轉(zhuǎn)換：對接插件(connector)和插針(pin)的功能定義。

·數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換：將數(shù)據(jù)作適當(dāng)?shù)母袷睫D(zhuǎn)換。

串口標(biāo)準(zhǔn)有很多種，如RS-232、RS-499等，其中比較著名的是RS-232接口。2.2.1RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)

圖2-13為RS-232串口標(biāo)準(zhǔn)的典型應(yīng)用。圖2-13RS-232串口標(biāo)準(zhǔn)的典型應(yīng)用

1．RS-232的電氣特性

RS-232采用負(fù)邏輯，屬于不平衡型電氣特性(所有電路共用一個公共地)。邏輯0相當(dāng)于對信號地有?+3V或更高的電壓(一般在?+3～+15V之間)，而邏輯1相當(dāng)于對信號地有-3V或更低的電壓(一般在?-3～-15V之間)，-3～+3V為過渡區(qū)。邏輯0代表數(shù)據(jù)的“0”(空號)或控制線的“接通”狀態(tài)，邏輯1代表數(shù)據(jù)的“1”(傳號)或控制線的“斷開”狀態(tài)。實際應(yīng)用時，電源多采用±12V。未傳送數(shù)據(jù)之前，信號線保持在“1”的狀態(tài)，若信號線發(fā)生斷線情況，則信號線電壓為0V，即線路上沒有電流流過，由此便可判斷傳輸線路是否發(fā)生故障。

2．RS-232的機械特性

一般RS-232用的接插件是指25pin(引腳)的D型接插件，以其接頭的不同(針或孔)分為DB-25P(公接頭)與DB-25S(母接頭)，引腳分為上、下兩排，分別有13和12根引腳，如圖2-14所示，從左到右依次編號為1至13和14至15(引腳指向人時)。圖2-14RS-232用的25pin接插件

RS-232接口定義規(guī)定了25根引腳的電路連接，以及每個信號的含義。圖2-15描述了常用的10根引腳的作用，括號中的數(shù)字為引腳的編號。圖中引腳7為信號地，引腳2和引腳3分別是發(fā)送數(shù)據(jù)線和接收數(shù)據(jù)線(數(shù)據(jù)發(fā)送和接收都是針對DTE而言)。把圖中的保護地去掉，就變成了9pin接口。圖2-15RS-232接口信號定義

3．RS-232互連方式

在某些應(yīng)用場合，如同一機房內(nèi)的兩臺計算機或終端相互通信、交換數(shù)據(jù)時，可不需要Modem，通信雙方直接連接稱作“空Modem”接法．該接法省去了通信雙方的Modem(DCE)，仍用RS-232C連接方式，如圖2-16所示。圖2-16計算機?-?終端直接連接

4．RS-232的通信過程

現(xiàn)以終端通過Modem及電話線與遠(yuǎn)程計算機中心主機以半雙工方式通信為例說明通信過程，設(shè)終端先向遠(yuǎn)程主機發(fā)送數(shù)據(jù)。具體如下：

首先，當(dāng)終端接至線路上時，20號線(DTE就緒)為高電平(通狀態(tài))，表示通知Modem(DCE)要求與線路接通，Modem響應(yīng)，通過6號線(DCE就緒)發(fā)信號，以高電平回答，表示Modem(DCE)已準(zhǔn)備好，同時向遠(yuǎn)程Modem(遠(yuǎn)程DCE)發(fā)載波(數(shù)據(jù)通信連接建立)。然后，若終端想發(fā)送數(shù)據(jù)，就使4號線(請求發(fā)送線)處于通狀態(tài)，表示“請求發(fā)送”，并向?qū)Ψ桨l(fā)送載波。與終端連接的Modem收到發(fā)送請求，用5號線(允許發(fā)送)響應(yīng)，使其接通，表示準(zhǔn)備好發(fā)送，此時終端就可通過2號線(發(fā)送數(shù)據(jù)線)發(fā)送數(shù)據(jù)。與此同時，對方Modem(遠(yuǎn)程DCE)收到載波后通過8號線(載波檢測)向主機(遠(yuǎn)程DTE)發(fā)信號，表示已檢測到接收數(shù)據(jù)載波，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，并經(jīng)3號線(接收數(shù)據(jù)線)接收數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)通信階段)。

最后，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，4號線變?yōu)榈碗娖?斷開狀態(tài))，5號線也隨之變?yōu)榈碗娖剑謴?fù)成原始狀態(tài)(數(shù)據(jù)通信連接斷開)。2.2.2USB接口標(biāo)準(zhǔn)

如表2-3所示，相對USB1.1而言，USB2.0把外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸速率提高到了480Mb/s，是USB1.1的40倍，老式電腦大多數(shù)配備的是USB1.1接口，為了達(dá)到更高的速度，可通過升級主板或者添加USB2.0的PCI卡(分兩口和四口)兩種方法升級至USB2.0.目前最主流的是USB2.0接口，如表2-4所示，它主要有四條線，即兩條電源線和兩條數(shù)據(jù)線。

2.3網(wǎng)絡(luò)體系與層次結(jié)構(gòu)

2.3.1協(xié)議分層

1．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

簡單地說，協(xié)議就是通信雙方的約定。更進(jìn)一步講，一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個要素組成：

(1)語法，即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。

(2)語義，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種應(yīng)答。

(3)同步，即實體通信實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。

2．協(xié)議分層

如圖2-17(a)所示，外交官甲將要討論的外交事務(wù)通過英語告訴翻譯A，翻譯A將英語翻譯成法語(法語在這里成為了中間語言)再傳給翻譯B，翻譯B將法語翻譯成漢語再傳給外交官乙，外交官乙就明白了外交官甲的意思。值得注意的是：這里翻譯們只管翻譯語言，外交領(lǐng)域的事務(wù)并不需要知道，同樣外交官也不需要懂語言翻譯領(lǐng)域的事。

在這里，外交官只需懂外交領(lǐng)域的知識，翻譯員只需懂語言領(lǐng)域的知識，郵遞員只需探討郵遞方面的知識；外交官利用翻譯員的服務(wù)，翻譯員則利用郵遞員的服務(wù)。具體如圖2-17(b)所示。圖2-17“外交官”問題的層次結(jié)構(gòu)實際上，數(shù)據(jù)并不是在兩個對等實體間直接傳送，而是由發(fā)送方實體將數(shù)據(jù)逐次層層傳遞給它的下一層，直至最下層，通過物理介質(zhì)實現(xiàn)實際的通信，到達(dá)接收方；由接收方最下層逐次層層向上傳遞，直至對等實體，完成對等實體間的通信。因此，我們有必要區(qū)分虛擬通信和實際通信。圖2-18有助于我們理解這個問題。其中，實線表示實際通信路線，虛線表示虛擬通信路徑。圖2-18協(xié)議層次結(jié)構(gòu)

3．各層設(shè)計問題

在計算機網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中，有些問題顯得很關(guān)鍵，是各層或大多數(shù)層都需要解決的。我們簡述其中一些問題：

(1)每一層都必須有一個建立連接和拆除連接的機制，以便網(wǎng)絡(luò)中欲進(jìn)行通信的兩個進(jìn)程之間能彼此定位。

(2)由于物理通道和各層通常不會完全可靠，因此，差錯控制是另外一個重要問題。

(3)為避免高速發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)過快致使低速接收方難以應(yīng)付而丟失數(shù)據(jù)，甚至引起網(wǎng)絡(luò)死鎖，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)流量的控制。

(4)需確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞绞菃喂ねㄐ拧㈦p工通信，還是半雙工通信。

(5)當(dāng)源端與目標(biāo)端間存在多條通路時，必須從中選擇一條合適的路徑。

(6)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中分組很多時，就可能發(fā)生擁擠或阻塞現(xiàn)象，必須對網(wǎng)絡(luò)實行擁塞控制。無論哪一層都不可能接收任意長的信息，因此需要對信息進(jìn)行分割、封裝、傳送與重組。

(7)任何一層都可采用多路復(fù)用技術(shù)，以降低成本，提高效率。2.3.2服務(wù)與協(xié)議

1．服務(wù)類型

在計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)中，層與層之間具有服務(wù)與被服務(wù)的單向依賴關(guān)系，下層向上層提供服務(wù)，而上層則調(diào)用下層的服務(wù)。因此，我們可稱任意相鄰兩層的下層為服務(wù)提供者，上層為服務(wù)調(diào)用者。下層為上層提供的服務(wù)可分為兩類，分別是面向連接的服務(wù)(Connection-orientedService)和無連接服務(wù)(ConnectionlessService)。

2．服務(wù)原語

相鄰層之間通過一組服務(wù)原語(ServicePrimitive)建立相互作用，完成服務(wù)與被服務(wù)的過程。服務(wù)原語可被劃分為四類，分別是請求(Request)、指示(Indication)、響應(yīng)(Response)和確認(rèn)(Confirm)。由不同層發(fā)出的每條原語各自完成確定的功能，參見表2-5。

3．服務(wù)與協(xié)議

服務(wù)和協(xié)議是兩個不同的概念。服務(wù)描述兩層之間的接口，定義了該層能夠代表它的調(diào)用者所完成的操作。下層是服務(wù)提供者，上層是服務(wù)調(diào)用者。它們之間通過一組服務(wù)原語完成服務(wù)過程，但并不涉及如何實現(xiàn)操作的細(xì)節(jié)。

2.4ISO/OSI開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型

1．OSI參考模型層次劃分原則

OSI開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型如圖2-19所示。圖2-19OSI參考模型及協(xié)議網(wǎng)絡(luò)分層按下述規(guī)則進(jìn)行：

(1)根據(jù)不同層次的抽象分層。

(2)每層應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)一個定義明確的功能。

(3)每層功能的選擇應(yīng)該有助于制定網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的國際標(biāo)準(zhǔn)。

(4)各層邊界的選擇應(yīng)盡量減少跨過接口的通信量。

(5)層數(shù)應(yīng)足夠多，以避免不同的功能混雜在同一層中，但也不能太多，否則體系結(jié)構(gòu)會過于龐大，并將增加各層服務(wù)的開銷。

2.?OSI參考模型的七層協(xié)議及其功能

下面我們將從最下層開始，依次討論OSI參考模型各層的功能。

1)物理層(PhysicalLayer)

物理層涉及到通信在信道上傳輸?shù)脑急忍亓鳌ＴO(shè)計上必須保證一方發(fā)出二進(jìn)制“1”時，另一方收到的也是“1”而不是“0”。這里最典型的問題是：用多少伏電壓表示“1”，多少伏電壓表示“0”；一個比特持續(xù)多少微秒；傳輸是否在兩個方向上同時進(jìn)行；最初的連接如何建立和完成通信后連接如何終止；網(wǎng)絡(luò)接插件有多少針以及各針的用途。物理層主要處理與物理傳輸介質(zhì)有關(guān)的機械、電氣、功能特性和接口問題。物理層完成的主要功能：

(1)二進(jìn)制在線路上的表示和傳輸二進(jìn)制“位”信號。

(2)指定傳輸方式的要求。

(3)當(dāng)建立、維護與其他設(shè)備的物理連接時，提供需要的機械、電氣、功能特性和規(guī)程特性。

在物理層中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇潜忍?bit)。

2)數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)

數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)是加強物理層傳輸原始比特的功能，以幀(Frame)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使之對網(wǎng)絡(luò)層顯現(xiàn)為一條無差錯的鏈路。發(fā)送方把輸入的數(shù)據(jù)分裝在數(shù)據(jù)幀(DataFrame)里(一般一幀數(shù)據(jù)為幾百字節(jié)或幾千字節(jié))，按順序傳送各幀，并處理接收方回送的確認(rèn)幀(AcknowledgementFrame)。數(shù)據(jù)鏈路層完成的主要功能有：

(1)數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護與釋放。

(2)將傳輸數(shù)據(jù)增加的同步信息、校驗信息及地址信息封裝成數(shù)據(jù)幀。

(3)數(shù)據(jù)幀傳輸順序的控制。

(4)差錯檢測與控制。

(5)數(shù)據(jù)流量控制。

3)網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer)

網(wǎng)絡(luò)層關(guān)系到子網(wǎng)的運行與控制，其中一個關(guān)鍵問題是確定以分組或包為單位的數(shù)據(jù)從源端到目的端如何選擇路由。路由既可以選用網(wǎng)絡(luò)中固定的靜態(tài)路由表，也可以在每一次會話開始時決定(例如通過終端對話決定)，還可以根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載狀況，高度靈活地為每一個分組決定路由。網(wǎng)絡(luò)層完成的功能如下：

(1)通過路徑選擇將信息從最合適的路徑由發(fā)送端傳送到接收端。

(2)防止通信子網(wǎng)信息流量過大造成網(wǎng)絡(luò)阻塞。

(3)網(wǎng)絡(luò)連接的建立和管理。

4)傳輸層(TransportLayer)

傳輸層的主要任務(wù)就是負(fù)責(zé)主機中兩個進(jìn)程之間的通信，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菆笪亩?Segment)，傳輸層的基本功能是從會話層接收數(shù)據(jù)，并且在必要時把它分成較小的報文段單元傳遞給網(wǎng)絡(luò)層，并確保到達(dá)對方的各段信息正確無誤，而且，這些任務(wù)都必須高效率地完成。從某種意義上講，傳輸層使會話層不受硬件技術(shù)變化的影響。傳輸層完成的主要功能有：

(1)分割和重組報文。

(2)提供可靠的端到端的服務(wù)。

(3)傳輸層的流量控制。

(4)提供面向連接的和無連接數(shù)據(jù)的傳輸服務(wù)。

5)會話層(SessionLayer)

會話層允許不同機器上的用戶建立會話(Session)關(guān)系。會話層允許進(jìn)行類似傳輸層的普通數(shù)據(jù)的傳輸，并提供了對某些應(yīng)用有用的增強服務(wù)會話，也可被用于遠(yuǎn)程登錄到分時系統(tǒng)或在兩臺機器間傳遞文件。會話層完成的主要功能如下：

(1)允許用戶在設(shè)備之間建立、維持和終止會話。

(2)管理會話。

(3)使用遠(yuǎn)程地址建立連接。

6)表示層(PresentationLayer)

表示層主要完成某些特定的功能。同時，表示層為應(yīng)用層(或用戶進(jìn)程)提供服務(wù)，該服務(wù)可以解釋所交換數(shù)據(jù)的意義，進(jìn)行正文壓縮及各種變換，以便用戶使用，如代碼轉(zhuǎn)換、格式變換等。

綜上可知，表示層可提供以下的服務(wù)：

(1)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：編碼和字符集的轉(zhuǎn)換。

(2)格式變換：修改數(shù)據(jù)位的組合格式。

(3)語法選擇：根據(jù)所用的轉(zhuǎn)換形式進(jìn)行初始選擇和后繼修改。

針對這些，表示層有文本壓縮、安全與保密和虛擬終端等方面的協(xié)議。表示層完成的主要功能有：

(1)對數(shù)據(jù)編碼格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

(2)數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)。

(3)建立數(shù)據(jù)交換格式。

(4)數(shù)據(jù)的安全與保密。

(5)其他特殊服務(wù)。

7)應(yīng)用層(ApplicationLayer)

應(yīng)用層包含大量人們普遍需要的協(xié)議并提供許多應(yīng)用軟件包。例如，世界上有成百種不兼容的終端型號，如果希望一個全屏幕編輯程序能工作在網(wǎng)絡(luò)中許多不同的終端類型上，每個終端都有不同的屏幕格式、不同的插入和刪除文本的換碼序列、不同的光標(biāo)移動等，則其困難可想而知。應(yīng)用層完成的主要功能如下：

(1)作為用戶應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)間的接口。

(2)使用戶的應(yīng)用程序能夠與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互式聯(lián)系。

在OSI七層模型中，每一層都提供了一些明確的網(wǎng)絡(luò)功能。

3.?OSI模型的數(shù)據(jù)流向

圖2-20表示OSI模型的數(shù)據(jù)流向。發(fā)送端的發(fā)送進(jìn)程有數(shù)據(jù)要發(fā)送給接收進(jìn)程時，它把數(shù)據(jù)交給了應(yīng)用層，應(yīng)用程序在數(shù)據(jù)前面加上應(yīng)用報頭即AH(也可以是空的)，再把結(jié)果交給表示層。圖2-20OSI模型的數(shù)據(jù)流向

4.?OSI模型的缺陷

OSI模型仍處在幾個關(guān)節(jié)的結(jié)合階段，并沒有完全實現(xiàn)，這是因為：

(1)?OSI模型協(xié)議制定的時機較晚，OSI協(xié)議出現(xiàn)時，TCP/IP協(xié)議已大量應(yīng)用在大學(xué)和科研機構(gòu)。人們不會輕易改動協(xié)議。

(2)?OSI模型設(shè)計亦有一定缺陷。首先會話層在大多數(shù)應(yīng)用中很少用到，表示層幾乎是空的；而數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層功能太多，隨后又把它們分成了幾個子層，每個子層都有不同的功能。

(3)?OSI模型以及與其相關(guān)的服務(wù)定義和協(xié)議極其復(fù)雜，實現(xiàn)起來困難且操作效率不高。

2.5TCP/IP協(xié)議綜述

2.5.1開放的TCP/IP協(xié)議環(huán)境

各種計算機網(wǎng)絡(luò)都有各自特定的通信協(xié)議，如Novell公司的IPX/SPX、IBM公司的SNA、DEC公司的DNA(DECnet)等，這些通信協(xié)議相對于自己的網(wǎng)絡(luò)都具有一定的排它性。而在很多情況下，需要把不同的系統(tǒng)連接在一起，以提高不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信能力。但上面的通信協(xié)議由于其專用性，使得不同系統(tǒng)之間的連接變得十分困難。2.5.2TCP/IP協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)和作用

TCP/IP協(xié)議也采用了層次體系結(jié)構(gòu)，所涉及的層次包括網(wǎng)絡(luò)接口層、傳輸層、網(wǎng)間網(wǎng)層和應(yīng)用層。每一層都實現(xiàn)特定的網(wǎng)絡(luò)功能，其中TCP負(fù)責(zé)提供傳輸層的服務(wù)，IP協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)間網(wǎng)層的功能。這種層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)遵循著對等實體通信原則，即Internet上兩臺主機之間傳送數(shù)據(jù)時，都以使用相同功能進(jìn)行通信為前提，這也是Internet上主機之間地位平等的一個體現(xiàn)。TCP/IP協(xié)議模型如圖2-21所示。圖2-21TCP/IP協(xié)議模型

1．網(wǎng)絡(luò)接口層

TCP/IP協(xié)議對這一層描述得很少，一般網(wǎng)絡(luò)接口層提供了TCP/IP協(xié)議與各種物理網(wǎng)絡(luò)的接口，為數(shù)據(jù)報的傳送和校驗提供了可能。這些物理網(wǎng)絡(luò)包括各種局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，如Ethernet、TokenRing、X.25公共分組交換網(wǎng)等。網(wǎng)絡(luò)接口層也為在其之上的網(wǎng)間網(wǎng)層提供服務(wù)。

2．網(wǎng)間網(wǎng)層(InternetLayer)

網(wǎng)絡(luò)接口層只提供了簡單的數(shù)據(jù)流傳送服務(wù)，而在Internet中網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸主要依賴于網(wǎng)間網(wǎng)層中的IP協(xié)議(InternetProtocol)。

IP構(gòu)成網(wǎng)間網(wǎng)層的一個主要部分。IP負(fù)責(zé)Internet上主機與主機之間的通信，即將數(shù)據(jù)報由一臺主機傳輸?shù)搅硪慌_主機。具體地講，IP的功能包括如下三項。

1)管理Internet中的地址

(1)?IPv4地址。IP地址具有固定、規(guī)范的格式。當(dāng)前Internet使用的IPv4地址(IP地址的第4個版本，以下簡稱IP地址)由32位二進(jìn)制數(shù)組成，分成四段，其中每8位構(gòu)成一段，一般用十進(jìn)制數(shù)表示，段與段之間用“.”隔開。例如，某臺計算機的IP地址為5。

IP地址根據(jù)適用范圍的不同分為五類：A類地址、B類地址、C類地址、D類地址和E類地址，主要劃分依據(jù)是網(wǎng)絡(luò)號和主機號的數(shù)量，如圖2-22所示。圖2-22基本的IP地址

(2)子網(wǎng)掩碼。IP地址中的“主機號”字段可繼續(xù)劃分為“子網(wǎng)號”字段和“主機號”字段。一般來說，當(dāng)一個單位分配到的IP地址中主機數(shù)量很大時(比如一個B類地址