計算機網(wǎng)絡與安全 第一章 計算機網(wǎng)絡概述

第1章

計算機網(wǎng)絡概述

批注[LISA1]:把基礎修改為概述E

本章主要內容:

?計算機網(wǎng)絡的定義與組成。

?計算機網(wǎng)絡的發(fā)展與分類。

?計算機網(wǎng)絡體系結構的基本概念。

批注[LISA2]:去掉ISO/更常用

?OSI開放系統(tǒng)互連參考模型。

?TCP/IP體系結構。

?數(shù)據(jù)的封裝與解封裝。

本章理論要求:

?了解計算機網(wǎng)絡的定義、分類、發(fā)展和組成。

?理解層次化的設計思想及數(shù)據(jù)封裝與解封裝的過程。

?掌握OSI參考模型和TCP/IP的層次化結構及各層的主要功能和主要特點。

1.1計算機網(wǎng)絡概述

1.1.1初識計算機網(wǎng)絡

1.最簡單的計算機網(wǎng)絡（如圖1-1所示）

圖1-1最簡單的計算機網(wǎng)絡

計算機網(wǎng)絡技術與應用

2

這是一個最簡單的計算機網(wǎng)絡，兩臺具有網(wǎng)卡的計算機通過一條特殊網(wǎng)線（交叉線）連接起

來，再對這兩臺計算機進行一定的設置，它們之間就可以彼此共享資源（比如：把一臺計算機上

的文件傳到另一臺計算機），安裝上具有通信功能的軟件后，也可以進行一定的通信，具備了網(wǎng)絡

的特點和功能。

2.典型的計算機網(wǎng)絡（如圖1-2所示）

人事部服務器

圖1-2典型的計算機網(wǎng)絡

這是一個較典型的計算機網(wǎng)絡，一個公司由多個部門組成，各部門戶的計算機通過交換機相

連，交換機之間再通過特殊的網(wǎng)線進行級聯(lián)，然后交換機再通過路由器連入因特網(wǎng).

3.復雜的計算機網(wǎng)絡（如圖1-3所示）

圖1-3復雜的計算機網(wǎng)絡

這是一個較復雜的計算機網(wǎng)絡，一所學?；蛞粋€較大一些單位的網(wǎng)絡組成如圖1-3所示，也

就是一個單位有若干棟大樓，一棟大樓內又有若干臺計算機，樓內的計算機通過普通交換機互連，

所有樓宇的交換機又匯聚到一臺處理能力更強的交換機上，然后通過防火墻，再通過路由器連入

因特現(xiàn)

4.無線方式組建的計算機網(wǎng)絡（如圖1-4所示）

a

圖1-4無線方式組建的計算機網(wǎng)絡

這是一個通過無線方式組建的計算機網(wǎng)絡，當前一個家庭或一個辦公室常采用這種方式來訪

為網(wǎng)珞用戶提供資源共享和網(wǎng)絡服務。它們的結合主要體現(xiàn)在兩個方面：一是通信網(wǎng)絡為計算機

之間的數(shù)據(jù)傳遞和信息交換提供了必要的手段；二是計算機技術的發(fā)展?jié)B透到通信技術中，

又提高了通信網(wǎng)絡的性能。

1.1.3計算機網(wǎng)絡組成的四要素

由計算機網(wǎng)絡的定義可知，從物理上看，計算機網(wǎng)絡的組成包括四個主要部分，即計算機網(wǎng)

絡組成的四要素，分別是：計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡協(xié)議與網(wǎng)絡應用軟件。

(1)計算機系統(tǒng)

計算機系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)信息的收集、存儲、處理和輸出任務，并提供各種網(wǎng)絡資源。

(2)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要由通信控制處理機、傳輸介質和網(wǎng)絡連接設備等組成，主要負責網(wǎng)絡互連

和數(shù)據(jù)交換。

(3)網(wǎng)絡協(xié)議

網(wǎng)絡協(xié)議是實現(xiàn)計算機之間、網(wǎng)絡之間相互識別并正確進行通信的一組標準和規(guī)則，它是計

算機網(wǎng)絡工作的基礎，部分重要協(xié)議的功能實現(xiàn)都集成于操作系統(tǒng)中，隨著網(wǎng)絡版操作系統(tǒng)的安

裝，一些網(wǎng)絡協(xié)議對應的軟件也隨之安裝，所以我們平時在使用網(wǎng)絡的過程中已經(jīng)在使用它們而

我們幾乎感覺不到，它們在默默為我們的網(wǎng)絡通信提供服務。

(4)網(wǎng)絡應用軟件

網(wǎng)絡應用軟件是基于網(wǎng)絡協(xié)議開發(fā)的一些具有特定功能的軟件，以方便我們的特定網(wǎng)絡服務，

比如：網(wǎng)絡聊大用的微信、QQ軟件、手機淘寶，阿里吐吐等都屬于網(wǎng)絳應用軟件。

計算機網(wǎng)絡技術與應用

6

1.2計算機網(wǎng)絡的發(fā)展

1969年，美國國防部研究計劃局（ARPA）主持研制的ARPANET計算機網(wǎng)絡投入運行。

ARPANET的問世，標志著以資源共享為目標的計算機網(wǎng)絡的誕生。

計算機網(wǎng)絡的發(fā)展經(jīng)歷了一個從簡單到復雜，又到簡單（指入網(wǎng)容易、使用簡單、網(wǎng)絡應用

大眾化）的過程。從發(fā)展歷程上來看，計算機網(wǎng)絡的發(fā)展基本經(jīng)歷了四個階段。

1.2.1計算機網(wǎng)絡發(fā)展階段的劃分

1.第一階段一面向終端的計算機網(wǎng)絡

面向終端的計算機網(wǎng)絡可以追溯到20世紀50年代，它是由具有通信功能的主機系統(tǒng)和若

干不具有處理能力的終端計算機組成，也稱為聯(lián)機系統(tǒng)。是計算機網(wǎng)絡發(fā)展的第一階段，也被稱

為第一代計算機網(wǎng)絡。

20世紀60年代初，美國建成了全國性航空飛機訂票系統(tǒng)，用一臺中央計算機連接2000

多個遍布全國各地的終端，用戶通過姿端進行操作。這些應用系統(tǒng)的建立，構成了計算機網(wǎng)

絡的雛形。

在第一代計算機網(wǎng)絡中，計算機是網(wǎng)絡的中心和控制者，終端圍繞中心計算機分布在不同的

地理位置，而計算機的任務是進行成批處理。

面向終端的計算機網(wǎng)絡采用多路復用器（Multiplexer,簡稱MUX）、線路集中器、前端控

制器等通信控制設備連接多個終端，使昂貴的通信線路為若干個分布在同一遠程地點的用戶提供

分時共享的服務。各終端設備通過低速的網(wǎng)絡線路連接到集中器上，集中器匯集終端信息后通過

高速線路傳輸?shù)街行挠嬎銠C的前端處理機，在此進行排隊等待處理，計算機處理結束，基本按相

反的通信過程，把處理后的結果反饋給終端。

2.第二階段一以共享資源為目的的計算機網(wǎng)絡

以共享資源為目的的計算機網(wǎng)絡可以從20世紀60年代末期談起，它是將多臺主計算機通過

通信淺路連接起來，聯(lián)網(wǎng)的計算機之間相互共享資源。

第二階段計算機網(wǎng)絡的典型代表是ARPA網(wǎng)（ARPANET1ARPA區(qū)的建成標志著現(xiàn)代計算

機網(wǎng)洛的誕生，是計算機網(wǎng)絡技術發(fā)展中的一個里程牌，它的研究成果對促進網(wǎng)絡技術的發(fā)展起

到了重要的作用，并為Internet的形成奠定了基礎。

3.第三階段——標準化的計算機網(wǎng)絡

標準化的計算機網(wǎng)絡可以從20世紀70年代中期談起，20世紀70年代后，局域網(wǎng)得到了

迅速發(fā)展.美國XEROX（施樂）、DEC和Intel三公司聯(lián)合推出了以CSMA/CD（CarrierSense

MultipleAccesswithCollisionDetection,帶沖突監(jiān)測的載波偵聽多路訪問）介質訪問技術為

基礎的以太網(wǎng)（Ethernet）產(chǎn)品。其他大公司也紛紛推出自己的產(chǎn)品。但各家網(wǎng)絡產(chǎn)品在技術、

結構等方面存在著很大差異，沒有統(tǒng)一的標準，因而給用戶帶來了很大的不便。

1974年IBM公司宣布了網(wǎng)絡標準按分層方法研制的系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結構SNA（Systems

NetworkArchitecture）0網(wǎng)絡體系結構的出現(xiàn)，使得一個公司所生產(chǎn)各種網(wǎng)絡產(chǎn)品都能夠很容

易的互連成網(wǎng)，而不同公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，由于網(wǎng)絡體系結構不同，則很走相互連通。

1984年，國際標準化組織（ISO）正式頒布了一個使各種計算機互連成網(wǎng)的標準框架一開

放系統(tǒng)互連參考模型（OpenSystemInterconnectionReferenceModel,OSI/RM或OSI）0

OSI標準確保了各廠家生產(chǎn)的計算機和網(wǎng)絡產(chǎn)品之間的互聯(lián)，推動了網(wǎng)絡技術的應用和發(fā)展。對

網(wǎng)絡理論體系的形成及網(wǎng)絡技術的發(fā)展起到了重要的作用，但它同時也面臨著TCP/IP的產(chǎn)峻挑

計算機網(wǎng)絡技術與應用

8

戰(zhàn)。

4.第四階段——國際化的計算機網(wǎng)絡

國際化的計算機網(wǎng)絡可以從20世紀90年代談起，由于局域網(wǎng)技術發(fā)展成熟，出現(xiàn)光纖及高

速網(wǎng)洛技術，多媒體網(wǎng)絡，智能網(wǎng)絡，整個網(wǎng)絡就像一個對用戶透明的大的計算機系統(tǒng)，發(fā)展為

以Internet為代表的互聯(lián)網(wǎng)。

Internet最初起源于ARPANET,由ARPANET研究而產(chǎn)生的一項非常重要的成果就是

TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol,傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)，使

得連接到網(wǎng)上的所有計算機能夠相互交流信息。1986年，由美國國家科學基金會(National

ScienceFoundation,NFS)建立的美國國家科學基金會網(wǎng)絡NSFNET是Internet的一個里程

碑。從1993年開始，由美國政府資助的NSFNCT逐漸被若干個商用的因特網(wǎng)主干網(wǎng)(即因特網(wǎng)

服務提供者網(wǎng)絡)所替代，用戶通過因特網(wǎng)服務提供商來達到上網(wǎng)的目的。

隨著時代的發(fā)展和人們需求的不斷增長，計算機網(wǎng)絡技術也在持續(xù)發(fā)展，出現(xiàn)了方便網(wǎng)民上

網(wǎng)的無線接入技術，推動了移動互聯(lián)網(wǎng)在各行各業(yè)中的廣泛應用，而且路由器和交換機等實現(xiàn)網(wǎng)

批注[LISA3]:這部分內容梳理不6

絡互連的核心設備的快速發(fā)展為人們高速上網(wǎng)提供了保障.

于時間太緊，顧不上自己推敲和研3

好，可以考慮部分內容放在計算機F

1.2.2計算機網(wǎng)絡在中國的發(fā)展

計算機網(wǎng)絡在中國的發(fā)展以1987年通過中國學術網(wǎng)CANET向世界發(fā)出第一封E-mail為標

志。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，形成了四大主流網(wǎng)絡體系。分別是(1)中科院的科學技術網(wǎng)CSTNET;

(2)國家教育部的教育和科研網(wǎng)CERNNET;(3)原郵電部的CHINANET;(4)原電子部的金

橋網(wǎng)CHINAGBN。

計算機網(wǎng)絡在中國的發(fā)展歷程可以粗略地劃分為三個階段：

1.第一階段---研究試驗階段，時間段為1987年至1993年。在此期間中國一些科研部門和

高等院校開始研究Internet技術,并開展了科研課題和科技合作工作。1990年4月，我國啟動

中關對地區(qū)教育與科研示范網(wǎng)（NCFC）1992年建成該網(wǎng)絡，實現(xiàn)了中國科學院與北京大學、清華

大學三個單位的互連.但這個階段的網(wǎng)絡應用主要是小范圍內的電子部件服務.

2.第二階段---起步階段，時間段為1994年至1996年。1994年4月，中關村地區(qū)教育與

科研示范網(wǎng)絡工程（NCFC）通過美國SPRINT公司的國際專線以64kbps的速率接入Internet,

實現(xiàn)了與Internet的全功能連接，從比中國被國際上正式承認為有Internet的國家。1994年

10月，CERNNET網(wǎng)絡工程啟動，1995年12月完成建設任務。之后，CHINANELCSTNET、

CHINAGBNET等多個Internet網(wǎng)絡項目在全國范圍內相繼啟動,Internet開始進入公眾生活，

并在中國得到了迅速發(fā)展。至1996年底,中國Internet用戶數(shù)已達20萬，利用Internet開展

的業(yè)務與應用逐步增多。

3.第三階段---快速發(fā)展階段，時間段為1997年至今。這個時期是Internet在我國發(fā)展最

為快速的階段，國內Internet用戶數(shù)97年以后基本保持每半年翻一番的增長速度。據(jù)中國互聯(lián)

網(wǎng)絡信息中心（CNNIC）2019年8月28日公布的第44次"中國互聯(lián)網(wǎng)絡發(fā)展狀況統(tǒng)計報告"

可知，截止2019年6月，中國網(wǎng)民數(shù)量達到8.54億，互聯(lián)網(wǎng)的普及率為61.2%。

1.2.3計算機網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢

1.開放化和標準化

開放化是指計算機網(wǎng)絡可以支持不同計算機、不同操作系統(tǒng)、不同數(shù)據(jù)庫、不同網(wǎng)絡的互連。

計算機網(wǎng)絡技術與應用

10

在這絲異構的平臺上，各類應用可以相互移植、相互操作，使它們有機地集成為一個整體。標準

化是發(fā)展計算機網(wǎng)絡開放性的一項基本措施。

2.一體化和多媒體化

"一體化"的基本含義是，從系統(tǒng)整體出發(fā)，對系統(tǒng)進行重新設計、構建，以達到進一步增強

系統(tǒng)功能、提高系統(tǒng)性能、降低系統(tǒng)成本和方便系統(tǒng)使用的目的。

科學技術的發(fā)展使得人們對計算機網(wǎng)絡技術的要求不斷提升，計算機網(wǎng)絡技術應該要實現(xiàn)集

成多媒體應用以及服務的功能，這樣才能確保功能和服務的多元化。電信網(wǎng)、電視網(wǎng)和計算機網(wǎng)

的"三網(wǎng)合一”也在更高層次上體現(xiàn)了多媒體計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。計算機網(wǎng)絡必定是融

合包后電信、電視等更廣泛功能，滲入到千千萬萬家庭的多媒體計算機網(wǎng)絡。

3.高速化和移動化

快節(jié)奏的社會發(fā)展步伐使得人們對網(wǎng)絡傳輸?shù)乃俣纫笠苍絹碓礁?，而且當前與因特網(wǎng)連接

的無線設備的數(shù)量也在與日俱增，因而無線網(wǎng)絡的發(fā)展更加重要，為實現(xiàn)便捷上網(wǎng)以及突破環(huán)境

的限制，計算機網(wǎng)絡必定朝著高速化和移動化的方向發(fā)展。

4.實現(xiàn)以應用服務為主導的人性化發(fā)展

計算機網(wǎng)絡技術的應用就是為了滿足人們的實際生活和工作需求，所以，未來的計算機網(wǎng)絡

應該更加人性化，以提高人們的生活和工作質量。

5.網(wǎng)絡管理的高效化和安全化

網(wǎng)絡管理系統(tǒng)已成為計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。計算機網(wǎng)絡的管理應著眼于

網(wǎng)絡系統(tǒng)整體功能和性能的管理，趨于采用適應大系統(tǒng)特點的集中與分布相結合的管理體制。而

且，計算機網(wǎng)絡的未來發(fā)展中，為了避免用戶個人信息泄露導致用戶信息丟失，網(wǎng)絡資源的安全

性開發(fā)，也是網(wǎng)絡資源管理結構中必不可少的部分。

6.網(wǎng)絡應用的智能化

隨著社會科研的逐步推進，基于現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，逐步建立計算機系統(tǒng)資源管

理與智能化發(fā)展，即計算機網(wǎng)絡可以*魏用戶輸入的語音或圖片自動進行系統(tǒng)信息的檢索，同時

又結合智能化系統(tǒng)的發(fā)展，實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡信息查詢范圍的進一步擴大。而且，計算機網(wǎng)絡的未

來發(fā)展將擴展虛擬網(wǎng)絡平臺的應用，逐步實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬視頻、虛擬桌面系統(tǒng)等等，使計算機網(wǎng)絡

的信息應用范圍得到獷展。

未來的計算機網(wǎng)絡將是人工智能技術和計算機網(wǎng)絡技術更進一步融合的網(wǎng)絡系統(tǒng)，它將使社

會信息網(wǎng)絡更加有序化，更加智能化。

1.3計算機網(wǎng)絡的功能

計算機網(wǎng)絡以資源共享和數(shù)據(jù)通信為主要目標，它的功能主要體現(xiàn)在以下四個方面。

1.數(shù)據(jù)通信

數(shù)據(jù)通信即數(shù)據(jù)傳送，我們常用的微信和QQ等都是該功能的具體體現(xiàn)，它是計算機網(wǎng)絡的

最基本功能。

2.資源共享

資源共享包括硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源的共享，它是計算機網(wǎng)絡最有吸引力的功能。它使網(wǎng)絡

用戶能夠部分或全部地使用計算機網(wǎng)絡資源，使計算機網(wǎng)絡中的資源互通有無、分工協(xié)作，從而

大幅提高各種硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源的利用率。

3.提高計算機系統(tǒng)的可靠性和可用性

計算機網(wǎng)絡技術與應用

12

計算機系統(tǒng)可靠性的提高主要表現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡中每臺計算機都可以依賴計算機網(wǎng)絡相互

為后備機，一旦某臺計算機出現(xiàn)故障，其它計算機可以馬上承擔起原先由該故障機所擔負的任務，

避免了系統(tǒng)的癱瘓，使得計算機系統(tǒng)的可靠性得到了大幅提高。

計算機系統(tǒng)可用性的提高是指當計算機網(wǎng)絡中某一臺計算機負載過重時，計算機網(wǎng)絡能夠進

行智能的判斷，并將新的任務轉交給計算機網(wǎng)絡中較空閑的計算機去完成，這樣就能均衡每一臺

計算機的負載，提高了每一臺計算機的可用性。

4.提高計算機進行分布式處理的能力

在計算機網(wǎng)絡中，每個用戶可根據(jù)情況合理選擇計算機網(wǎng)絡內的資源，以就近原則進行快

速處理。對于較大型的綜合問題，通過一定的算法將任務分配給不同的計算機，從而達到均衡

網(wǎng)絡資源，實現(xiàn)分布處理的目的。此外，利用計算機網(wǎng)絡技術，能將多臺計算機連成具有高性

能的計算機系統(tǒng)，以并行的方式共同來處理一個復雜的問題，這就是當今稱之為協(xié)同式計算機

的一種網(wǎng)絡計算模式。

1.4計算機網(wǎng)絡的分類

計箕機網(wǎng)絡的分類標準很多，可以依據(jù)網(wǎng)絡惹蓋范圍、網(wǎng)絡拓撲結構、網(wǎng)絡通信方式和工作

模式等劃分.

1.4.1根據(jù)網(wǎng)絡覆蓋的范圍分類

計算機網(wǎng)絡在覆蓋范圍上千差萬別，小的如兩臺計算機用級聯(lián)線纜直接相連，大的如

Internet把全世界范圍的難以計數(shù)的計算機互連起來。計算機網(wǎng)絡按覆蓋范圍可分為三類：局域

網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)。

1.局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork,LAN)

局域網(wǎng)也稱局部網(wǎng)，是在一個有限的地理范圍(十幾千米以內)內將計算機、外部設備和網(wǎng)

絡互連設備連接在一起的網(wǎng)絡系統(tǒng)，常用于一座大樓、一所學?；蛞粋€單位內。其主要特點是：

(1)覆蓋的地理范圍較小，一般為10m~10km,通常為一個單位所擁有;(2)具有較高的數(shù)

據(jù)傳輸率(常用局域網(wǎng)的速率為100Mbps);(3)具有較低的傳輸時延和誤碼率(誤碼率一般

在UH到10山之間工

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

城域網(wǎng)有時又稱之為城市網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)、都市網(wǎng)，是在一個城市或地區(qū)范圍內連接起來的網(wǎng)絡

系統(tǒng)，城域網(wǎng)與局域網(wǎng)相比獷展的距離更長，連接的計算機數(shù)量更多，在地理范圍上可以說是局

域網(wǎng)的延伸。這種網(wǎng)絡的連接距離可以在10?100km,由于城域網(wǎng)中弓入了光纖連接，所以使

城域網(wǎng)中高速的局域網(wǎng)互連成為可能。

3.廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork,WAN)

廣域網(wǎng)也稱為遠程網(wǎng)，所覆蓋的范圍可以從幾百千米到幾千千米，甚至上萬千米，可以是一

個地區(qū)，一個國家，甚至是全世界。最大的廣域網(wǎng)是因特網(wǎng)(Internet工

1.4.2根據(jù)網(wǎng)絡的拓撲結構分類

計算機網(wǎng)絡的拓撲結構引用拓撲學中研究與大小，形狀無關的點和線之間關系的方法，把

網(wǎng)絡中的計算機和通信設備抽象為一個點，把傳輸介質抽象為一條線，莊點和線組成的幾何圖形

就是計算機網(wǎng)絡的拓撲結構。網(wǎng)絡的拓撲結構反映網(wǎng)絡中各實體的結構關系，是建設計算機網(wǎng)絡

的第一步，是實現(xiàn)各種網(wǎng)絡協(xié)議的基礎，它對網(wǎng)絡的性能，系統(tǒng)的可靠性與通信費用都有較大影

響。計算機網(wǎng)絡的拓撲結構乂分為邏輯拓撲和物埋拓撲兩大類，網(wǎng)絡的物埋拈撲主要是表現(xiàn)網(wǎng)絡

計算機網(wǎng)絡技術與應用

14

中各結點的連接方式，即體現(xiàn)網(wǎng)絡中的各計算機和各網(wǎng)絡設備是如何連接的。網(wǎng)絡的邏輯拓撲是

指信號在網(wǎng)絡中的實際傳輸路徑，它所描述的是信號怎樣在網(wǎng)絡中流動。任何一個網(wǎng)絡都既有邏

輯拓撲又有物理拓撲，有些網(wǎng)絡其物理拓撲和邏輯拓撲一樣，有些則不同，例如：以太網(wǎng)，其邏

輯拓撲是總線型，而物理拓撲是樹型（或拓展星型X沒有特殊說明本教材介紹的拓撲結構指計算

機網(wǎng)絡的邏捐拓撲結構.根據(jù)信號在網(wǎng)絡中的傳遞方式，計算機網(wǎng)絡的邏輯拓撲分為星型、總線

型、環(huán)型、樹型、網(wǎng)狀型、混合型和蜂窩型等。

1.星型

星型結構是一種以中央結點為中心，把若干個外圍

結點連接起來的輻射式互連結構，中央結點對各設備間

的通信和信息交換進行集中控制和管理。其模型如圖1-

6所示。

星型結構的主要特點為：中央結點可以方便地控制和

管理網(wǎng)絡，并及時發(fā)現(xiàn)和處理系統(tǒng)故障；只要中央結點圖＞6星型拓撲結構

不出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的可靠性較高；容易擴充；如果中央結點出現(xiàn)故障，則整個網(wǎng)絡癱瘓。

2.總線型

總線型是用一根總線連接若干個結點構成總線的互連結構，網(wǎng)絡中的各結點通過總線進行信

息傳輸。其模型如圖1-7所示。

III

>>

圖1-7總線形拓撲結構

總線型結構的主要特點為：結構簡單、擴充性較好、可靠性較高、響應速度快、共享資源能

力強、網(wǎng)絡建設的成本低、安裝使用方便等。

3.環(huán)型

環(huán)型結構中各結點通過一條首尾相連的通信線路連接起來形成一個封閉的環(huán).其模型如圖1-

8所示.

環(huán)形結構的主要特點是網(wǎng)絡結構簡單、各計算機地位平等、建網(wǎng)容易等，該結構的網(wǎng)絡能實

現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的實時控制，但網(wǎng)絡的可靠性較差，在使用中一般采用雙環(huán)結構。

4.樹型

樹型結構是從星型結構派生出來的，各結點按一定層次連接起來，形狀像一棵倒置的樹，頂

計算機網(wǎng)絡技術與應用

16

端只有一個結點。其模型如圖1-9所示。

圖1-9樹型拓撲結構

在樹型結構的網(wǎng)絡中有多個中心結點，形成一種分級管理的集中立網(wǎng)絡。樹型結構的優(yōu)

點是連接容易、管理簡單、維護方便，缺點是共享能力差、可靠性低。

5.網(wǎng)狀型

網(wǎng)狀型結構中各結點通過傳輸線相互連接起來，并且任何一個結點都至少與其他兩個結

點相連，所以網(wǎng)狀型結構的網(wǎng)絡具有較高的可靠性，常用于對網(wǎng)絡可靠性要求特別高的場合，

如集群服務器之間的互連。該結構的網(wǎng)絡實現(xiàn)起來費用高、結構復雜、不易管理和維護。也

是目前大多數(shù)廣域網(wǎng)采用的拓撲結構,

6.混合型

混合型的網(wǎng)絡拓撲往往是星型結構和總線型結構的網(wǎng)絡結合在一起的“星-總”式拓撲結構及

星型結構和環(huán)型結構結合在一起的“星-環(huán)"式拓撲結構?；旌闲屯負浣Y構的網(wǎng)絡故障診斷和隔離

較為方便，容易擴展用戶，而且安裝方便.

7.蜂窩型

蜂窩型拓撲結構是以無線傳輸介質(微波、衛(wèi)星等)點到點和點到多點傳輸為特征，是無線

局域網(wǎng)中常用的結構，適用于城市網(wǎng)、校園網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)，更適用于移動通信。

1.4.3根據(jù)網(wǎng)絡的通信方式分類

網(wǎng)絡中信息的傳輸技術與現(xiàn)實生活中人與人的交流方式比較相似，如在課堂上讓"張三"站

起來回答問題，可以高聲喊"張三"，其他的同學也都能聽到，不過只有"張三"站起來回答問題；

也可以走到"張三"面前悄悄地告訴他站起來回答問題,這時其他同學都聽不知道.但無論哪種

方式都達到了讓"張三"站起來回答問題的目的。在通信技術中，通信信道的類型有兩類：廣播

通信信道與點到點通信信道。在廣播通信信道中，多個結點共享一個通信信道.而在點到點通信

信道中，一條通信線路只能連接一對結點，如果兩個結點之間沒有直接連接的線路，那么它們只

能通過中間結點轉接.網(wǎng)絡要通過通信信道完成數(shù)據(jù)傳輸，因此網(wǎng)絡所采用的傳輸技術也有兩類,

即廣播(broadcast)方式和點到點(pointtopoint)方式。所以計算機網(wǎng)絡按信息傳輸?shù)哪Ｊ?/p>

可分為兩類：廣播式網(wǎng)絡和點到點網(wǎng)絡。

1.廣播式網(wǎng)絡(也叫共享式網(wǎng)絡)

在廣播式網(wǎng)絡(broadcastingnetwork)中，所有連網(wǎng)的計算機共享一個通信信道。當一臺

計算機利用共享通信信道發(fā)送報文分組時，網(wǎng)內的其他計算機都會接收到這個分組。由于發(fā)送的

分組中帶有目的地址與源地址，接收到該分組的計算機將檢查目的地址是否與本計算機的地址相

同。如果該分組的地址與本計算機的地址相同，則接收該分組，否則就丟棄該分組.以太網(wǎng)和令

牌環(huán)網(wǎng)都屬于廣播式網(wǎng)絡，其傳輸方式有三種：

①單播(unicast):發(fā)送的信息中包含明確的目的地址，在廣播式網(wǎng)絡中，所有結點都能收

計算機網(wǎng)絡技術與應用

18

到該信號，所有結點檢查該地址。如果與自己的地址相同，則處理該信息，如果不同，則忽略該

信息，

②組播(multicast):發(fā)送的信息中的目的地址是組播地址，在廣播式網(wǎng)絡中，所有結點都

能收到該信號，所有結點檢查該地址，如果是發(fā)給自己組的，則處理該信息，如果不是，則忽略

該信息.

③廣播(broadcast):發(fā)送的信息中的目的地址是廣播地址，發(fā)給本網(wǎng)的所有計算機，本

網(wǎng)中的計算機收到該信息后，都處理該信息。

2.點到點網(wǎng)絡(也叫交換式網(wǎng)絡)

在點到點網(wǎng)絡(pointtopointnetwork)中,每條物理線路連接一對計算機。假如兩臺計

算機之間沒有直接相連的線路，那么它們之間的分組傳輸就要通過中間的結點接收、存儲和轉發(fā)，

直至目的計算機。由于連接多臺計算機之間的線路結構可能很復雜，因此從源計算機到目的計算

機可能存在多條路徑,ATM(AsynchronousTransferMode,異步傳輸模式)網(wǎng)和幀中繼網(wǎng)都

屬于點到點網(wǎng)絡。

1.4.4根據(jù)網(wǎng)絡的工作模式分類

按照計算機網(wǎng)絡工作模式的不同，計算機網(wǎng)絡可分為三種，分別是對等模式網(wǎng)絡、客戶機/

服務器(Client/Server,C/S)模式網(wǎng)絡和瀏覽器/服務器(Browser/Server,B/S)模式網(wǎng)絡。

目前常用的APP其實就是一種C/S模式的網(wǎng)絡，該模式的缺點較明顯，移動應用走向B/S模式

也是一種必然趨勢。

1.對等模式網(wǎng)絡

在對等模式網(wǎng)絡（peertopeer）中，所有計算◎00

機地位平臺，沒有從屬關系，也沒有專用的服務器和

00

客戶機。網(wǎng)絡中的資源分散在每臺計算機上的,每一

圖1-10對等網(wǎng)

臺計算機都有可能成為服務器也以可能成為客戶

機。網(wǎng)絡的安全驗證在本地進行，一般對等網(wǎng)絡中的用戶小于或等于10臺，如圖1-10所示.對

等網(wǎng)能夠提供靈活的共享模式，組網(wǎng)簡單、方便，但難于管理，安全性能較差.它可滿足一般數(shù)

據(jù)傳諭的需要，所以一些小型單位在計算機數(shù)量較少時可選用“對等網(wǎng)"結構.

2.客戶機/服務器模式（ClienVSe*ver,C/S）網(wǎng)絡

為了使網(wǎng)絡通信更方便、更穩(wěn)定、更安全，引入了

基丁客戶機/服務器的網(wǎng)絡（簡稱C/S）,如圖1-11所

示。網(wǎng)絡中的計算機被分為服務器與客戶機兩種，服務

器負責為全體客戶提供有關服務（如WWW服務、郵件服務、FTP服務等），而客戶機負責向服務

器發(fā)去服務請求并處理相關的事務.在C/S模式中用戶請求的任務由服務器端程序與客戶端應用

程序共同完成，不同的任務要安裝不同的客戶端軟件.

3.瀏覽器/服務器模式（Browser/Server,B/S）網(wǎng)絡

該類網(wǎng)絡其實是客戶機/服務器模式網(wǎng)絡的特例，在該模式下客戶端只需安裝瀏覽器（如正

瀏覽器、Google瀏覽器、360瀏覽器和UC瀏覽器登），用戶通過瀏覽器向服務器發(fā)出請求，然

后服務器接收并處理該請求，再將處理后的結果（往往以網(wǎng)頁形式）返回給瀏覽器。因特網(wǎng)上用

戶通過瀏覽器訪問網(wǎng)站（實際是訪問WWW服務器）即是一種標準的B/S模式。

計算機網(wǎng)絡技術與應用

20

在C/S模式中，用戶請求的任務由服務器端程序與客戶端應用程序共同完成，不同的任務要

安裝不同的客戶端軟件。近些年人們廣泛使用的APP采用的就是移動互聯(lián)網(wǎng)下的客戶機/服務器

模式，如聊天用的微信、導航用的高德地圖、打車用的滴滴出行和購物用的多點及手機淘寶等都

是該模式下的應用。其缺點是客戶端不統(tǒng)一，用戶在使用之前需要先下載該APP的客戶端，然后

再安裝該APP的客戶湍，這樣不僅占用手機的存儲空間還要占用手機界面上的位置空間，這是

該模式最大的缺點。為了克服該缺點，就需要有通用的客戶端，瀏覽器就是一種較通用的客戶端，

所以計算機網(wǎng)絡的工作模式發(fā)展到了瀏覽器/服務器（Browse/Server,簡稱B/S）模式.其實B/S

模式是C/S模式的特例，用戶只需要安裝瀏覽器就可以訪問常用服務，大大減少了客戶端的下載

及安裝的工作量，更節(jié)省了存儲空間和屏幕上的位置空間，方便了用戶的使用。

目前APP百花齊放，但大部分APP最終也會被通用客戶端所替代，只有應用頻次較高，功

能差異較大的APP才有開發(fā)的價值。事實上，騰訊公司已意識到該問題，并給出了一定的解決辦

法，徵信小程序就是APP客戶端通用化的產(chǎn)物，未來可能會有更加成熟，更加通用的移動客戶端

軟件，但是通用客戶端有其應用的局限性，不可能替代所有的APP客戶端,APP客戶端是一種

定制軟件，具有個性化和靈活性的優(yōu)點。

1.5計算機網(wǎng)絡體系結構

計算機網(wǎng)絡體系結構和計算機網(wǎng)絡協(xié)議是計算機網(wǎng)絡中兩個最基本的概念，也是初學者較難

理解的概念.

1.5.1計算機網(wǎng)絡體系結構的基本概念

計算機網(wǎng)絡體系結構是指整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的邏輯組成和功能分配，它定義和描述了一組用于計

算機及其通信設施之間互相通信的標準和規(guī)范。它采用結構化的設計思想和分層化的實現(xiàn)機制，

結構化的設計思想是將一個復雜的系統(tǒng)設計問題分解成一個個容易處理的子問題，并協(xié)調好各個

子問迓之間的關系，最終完成系統(tǒng)的整體規(guī)劃和設計，這種結構化的思想最終通過層次化的機制

來進行實現(xiàn).也就是，把計算機與計算機之間和計算機與網(wǎng)絡設備之間的互連和通信的整個系統(tǒng)

設計成了層次結構，每層都有一個清晰、明確的任務，實現(xiàn)相對獨立的功能，而各層之間相互獨

立，高層并不需要知道低層是采用何種技術實現(xiàn)的，而只需知道低層通過接口能提供哪些服務。

這樣的實現(xiàn)思路和方法具有靈活性好，易于實現(xiàn)和維護，并且也易于促進標準化的特點。靈

活性好主要體現(xiàn)在當任何一層發(fā)送變化時（如技術的更新），只要層間接口保持不變，則其它各層

都不會受到影響。另外，當某層的服務不再被其它層需要時，可以在這層直接取消.

該設計思想類似于各單位的管理體系，比如：學生有事找輔導員，輔導員處理不了該事情時

再找系主任，系主任處理不了該事情時，再找分管的院領導，院領導處璉不了該事情時再找校長

等。而公司的管理機制也是如此：員工到部門經(jīng)理，部門經(jīng)理再到總經(jīng)理等，員工有事直接越過

部門經(jīng)理直接找總經(jīng)理是不合適的。

總之，計算機網(wǎng)絡體系結構的整體設計思想是將網(wǎng)絡互連和通信的整體功能分為幾個相對獨

立的子功能層，各個功能層次間進行有機的連接，下層通過接口為其上一層提供必要的功能服務。

1.網(wǎng)絡協(xié)議的概念

計算機網(wǎng)絡是由多個互連的計算機或網(wǎng)絡設備（計算機或網(wǎng)絡設備也叫做網(wǎng)絡結點，簡稱結

點）組成，結點之間需要不斷地交換數(shù)據(jù)和控制信息。要使它們之間能夠有條不紊地互相交換數(shù)

計算機網(wǎng)絡技術與應用

22

據(jù)，每個結點都必須要遵守一些事先約定好的規(guī)則，這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換數(shù)據(jù)的格式和時

序。

例如，人們進行思想交流的前提是要有共同的語言,否則很難進行溝通。比如一個不懂法語

的英國人和一個不懂英語的法國人是無法進行對話的。同樣，在公路上行駛的各種交通工具，需

要遵守交通規(guī)則，這樣才能減少交通阻塞，有效避免交通事故的發(fā)生.因此，計算機之間進行通

信也必須有它們共同的語言，這種語言也可以理解為網(wǎng)絡協(xié)議。網(wǎng)絡協(xié)議（networkprotocol）

簡稱協(xié)議，是指為進行網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定的集合。

網(wǎng)絡協(xié)議主要由語法、語義和同步（也稱時序）三個要素組成。語法規(guī)定了通信雙方“如何

講"。即確定用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結構與格式，也就是解決"怎么說"的問題。語義規(guī)定了通信

的雙方準備"講什么"，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答，也就是解決

"說C么"的問題。同步規(guī)定了通信雙方"何時進行通信"，即事件實現(xiàn)順序的詳細說明，也就是

解決"何時說"的問題。

2.網(wǎng)絡協(xié)議的分層

當我們遇到復雜的問題時，一般會想到采用"大而化小，小而化了”的思想.計算機網(wǎng)絡是

一個非常復雜的系統(tǒng)，網(wǎng)絡通信也比較復雜，不僅涉及到網(wǎng)絡硬件設備：如計算機、物理線路、

網(wǎng)絡設備等），還要涉及到各種各樣的軟件，所以計算機網(wǎng)絡在設計時也采用層次化的解決辦法.

其核心思想是將系統(tǒng)模塊化，并按層次組織各模塊。計算機網(wǎng)絡的層次結構可用圖1-12表示。

圖1-12計算機網(wǎng)絡的層次化模型

圖1-12中的實體可以理解為計算機或網(wǎng)絡設備,該圖所表達的含義主要是要實現(xiàn)網(wǎng)絡通信，

需要在計算機和網(wǎng)絡設備上安裝相應協(xié)議對應的軟件，以實現(xiàn)網(wǎng)絡通信的功能。網(wǎng)絡通信的實現(xiàn)

需要多層相互配合，每層實現(xiàn)其特定的具體功能，下層通過接口函數(shù)為其直接上層提供服務。注

意：服務和協(xié)議是兩個完全不同的概念，服務是下層能為上層做什么的思想，但是沒有設計這些

操作是如何完成的，即服務只定義了相鄰兩層之間下層面向上層的接口。協(xié)議是定義同層對等實

體（對等實體是指不同機器上位于同一層次、完成相同功能的實體）之間交換數(shù)據(jù)的格式及意義

方面的一組規(guī)則的集合。也就是說，服務涉及層與層之間的接口，而協(xié)議涉及對等實體同層之間

發(fā)送數(shù)據(jù)的格式、意義和時間的集合。

1.5.2OSI參考模型

在計算機網(wǎng)絡產(chǎn)生之初，每個計算機廠商都有一套自己的網(wǎng)絡體系結構，它們之間互不相容。

為使不同計算機廠家的計算機能夠互相通信，以便在更大的范圍內建立計算機網(wǎng)絡，有必要建立

一個國際范圍的網(wǎng)絡體系結構標準。

國際標準化組織（￡。）在1979年成立了一個分委員會，專門研究一種用于開放系統(tǒng)互連

的體系結構，并于1981年正式推薦了一個網(wǎng)絡系統(tǒng)結構——七層參考模型，稱為開放系統(tǒng)互連

計算機網(wǎng)絡技術與應用

(OpenSystemInterconnection,OSI)參考模型。"開放"指只要遵循OSI標準，一個系統(tǒng)就可

以和々于世界上任何地方的也遵循同一標準的其他任何系統(tǒng)進行通信，即它能夠實現(xiàn)異構網(wǎng)絡之間

的互連。

1.OSI參考模型分層的目的

OSI參考模型分層的目的主要是：

①便于不同廠商生產(chǎn)的設備相互兼容。

②設備可專注于某一層的功能。例如，交換機工作在第二層，路由器工作在第三層。

③方便網(wǎng)絡故障排錯，因為每一層定義了不同的功能。

④不用過多考慮物理接口等物理層的設置。

2.OSI參考模型分層的原則

OSI參考模型對各個層次的劃分遵循下列原則：

①網(wǎng)中各結點都有相同的層次，相同的層次具有相同的功能。

②同一結點內相鄰層之間通過接口通信。

③每一層使用下層提供的服務，并向其上層提供服務。

④不同結點的同等層按照協(xié)議實現(xiàn)對等層之間的通信。

⑤層次數(shù)應該適中，不可太多，否則匯集各層的開銷太大；不可太少，否則不易管理。

3.OSI參考模型各層之間的關系

OSI參考模型將整個網(wǎng)絡通信的功能劃分為七個層次，每層完成一定的功能，如圖1-13所

示。它們由低到高分別是物理層(Physical)，主要負責比特流的傳輸；數(shù)據(jù)鏈路層(Datalink),

主要負責介質訪問及鏈路的管理；網(wǎng)絡層(Network),主要負責尋址及路由選擇；傳輸層

(Transport),主要負責端到端的連接；會話層

(Session),主要負責建立、維護及管理會話；表示層

(Presentation),主要負責數(shù)據(jù)格式的轉換；應用層

(Application),主要是提供應用程序間的通信。參與通

主機A主機B

圖1-13OSI參考模型

信的各臺計算機都必須安裝一致的協(xié)議，如圖1-13中，

參與通信的主機A和主機B都安裝了該七層協(xié)議對應的軟件，同等層之間是水平的關系，各自能

夠相互理解。它們的相互理解類似于兩個正在商務談判的公司，兩個公司的總經(jīng)理彼此對等交流，

能夠理解對方的意思，兩個公司的秘書之間用的語言彼此能夠理解，兩個公司的具體辦事員彼此

能夠相互理解其所用術語。同一臺計算機的上下層之間是服務的關系，即下層通過接口直接為其

上層提供服務，也就是第〃層為第〃+1層提供服務。就像辦事員要給秘書提供服務，秘書要給總

經(jīng)理提供服務一樣。

OSI參考模型試圖達到一種理想境界，即全世界的計算機網(wǎng)絡都遵循這一標準，所有的計算

機都能方便的互連和通信。然而由于OSI標準制定周期長、協(xié)議實現(xiàn)過分復雜及OSI的層次劃

分不太合理等原因。20世紀90年代初期，雖然整套的0SI標準都已制定出來但當時的Internet

在全世界的范圍已形成規(guī)模，因此網(wǎng)絡體系結構得到廣泛應用的并不是國際標準的0SI,而是應

用在Internet上的非國際化的標準TCP/IP體系結構。

4.0SI參考模型各層的主要功能

(1)物理層(主要是解決"如何利用物理媒體走每一步”的問題)

物理層(Physicallayer)是OSI的第一層，其主要任務是確定與傳輸媒體接口的一些特性。

計算機網(wǎng)絡技術與應用

物理層不同于物理介質，物理介質是有形的硬件設備，如：網(wǎng)線、網(wǎng)絡設備等；物理層是無形的，

主要是確定與傳輸媒體相關的一些特性，是對物理層設備的設計與生產(chǎn)提出要求和提供依據(jù)0基

于物理層的物理設備主要有：傳輸介質連接器（如網(wǎng)線上用的水晶頭等1調制解調器（用于家庭

用傳統(tǒng)電話線上網(wǎng)的設備I中繼器和集線器（基本已淘汰的網(wǎng)絡設備工

（7）數(shù)據(jù)鏈路層（主要解決"每步如何走"的問題）

數(shù)據(jù)鏈路層（Datalinklayer）位于物理層和網(wǎng)絡層之間，主要功能是將物理層傳來的0、

1信號按照幀（frame）的格式組成幀，并能將不可靠的傳輸媒體，變成可靠的傳輸通路提供給

網(wǎng)絡層。對于發(fā)送數(shù)據(jù)的一方，該層主要完成對發(fā)送數(shù)據(jù)的最后封裝；京于接收數(shù)據(jù)的一方，該

層主要完成對接收數(shù)據(jù)的首次檢直。該層還負責在傳送過程中的錯誤檢查和一定的錯誤恢復.它

將糾錯碼加到即將發(fā)送的數(shù)據(jù)幀中，并對收到的數(shù)據(jù)幀計算其校驗和，不完整或有缺陷的數(shù)據(jù)幀

在該層都將被丟棄。如果能夠判斷出有缺陷的數(shù)據(jù)幀來自何處，將給發(fā)送數(shù)據(jù)的源主機返回一個

包含有錯誤原因的數(shù)據(jù)包。

基于數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議設計和開發(fā)的網(wǎng)絡設備主要是網(wǎng)卡和交換機。注意：網(wǎng)卡可以理解為既

是物理層的設備也是數(shù)據(jù)鏈路層的設備，物理層和數(shù)據(jù)鏈接層的功能它都具備。

（3）網(wǎng)絡層（主要解決"走哪條路可到達目的地"的問題）

網(wǎng)絡層（Networklayer）是0SI參考模型的第三層，介于數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層之間，網(wǎng)絡

層最主要的功能是實現(xiàn)對數(shù)據(jù)包的路由選擇，以便數(shù)據(jù)包能夠從發(fā)送方主機經(jīng)過一條較優(yōu)的路徑

傳輸?shù)侥康闹鳈C。除了路由選擇的功能外，網(wǎng)絡層還有擁塞控制和網(wǎng)絡互連等功能。網(wǎng)絡層能夠

根據(jù)傳輸層的要求選擇服務質量，還能向傳輸層報告未恢復的差錯。

基于網(wǎng)絡層協(xié)議設計和開發(fā)的網(wǎng)絡設備主要是路由器和具有路由功能的三層交換機。

(4)傳輸層(主要解決"對方具體在何處”的問題)

傳輸層(Transportlayer)位于OSI參考模型的第四層，主要功能是提供端到端傳輸數(shù)據(jù)的

機制，能為端到端連接提供可靠的傳輸服務，能為端到端連接提供流量控制、差錯控制和服務質

量(QualitynfService,QoS)等管理服務.網(wǎng)絡層能把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)定位到具體的計算機，而傳

輸層能把數(shù)據(jù)定位到具體計算機的具體程序。

(5)會話層(主要解決"輪到誰講話和從何處講”的問題)

會話層(Sessionlayer)也稱會晤層，主要負責建立、管理和終止詼結點應用程序之間的會

話。咧如，兩結點在要正式通信前，需要先協(xié)商好雙方所使用的通信協(xié)議、通信方式(全雙工或

半雙工)、如何檢錯和糾錯，以及如何結束通信等內容。大部分下載工具具有斷點續(xù)傳的功能，該

功能是會話層實現(xiàn)的功能之一。

(6)表示層(主要解決"對方看起來像什么"的問題)

表示層(Presentationlayer)確保一個系統(tǒng)應用層發(fā)送的信息能夠被另外一個系統(tǒng)的應用

層識別。如果有必要，表示層還可以使用一個通用的數(shù)據(jù)表示格式在多種數(shù)據(jù)格式之間進行轉換。

表示層的主要功能包括：完成應用層所用數(shù)據(jù)的任何所需的轉換，能夠將數(shù)據(jù)轉換成計算機或系

統(tǒng)程序所能讀懂的格式。數(shù)據(jù)壓縮和解壓縮以及加密和解密可以在表示層進行，當然，數(shù)據(jù)加密

和壓潴也可由運行在OSI應用層以上的用戶應用程序來實現(xiàn)。

(7)應用層(主要解決"做什么"的問題)

應用層(Applicationlayer)處十最高層，也是最靠近用戶的一層,為用戶的應用程序提供網(wǎng)絡

計算機網(wǎng)絡技術與應用

28

服務.應用層雖然不為OSI模型七層協(xié)議中的任何其他層提供服務，但卻為OSI模型外的應用程序

提供服務。如Web服務、文件服務、電子郵件服務等。

為了使數(shù)據(jù)分組從源主機傳送到目的主機，源主機OSI模型的每一層要與目標主機的每一層進

行通信，常用Peer-to-peerCommunications（對等實體間通信）表示源主機與目的主機對等層間

的通信。

1.5.3TCP/IP體系結構

TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol,傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）

是一個協(xié)議系列，包含100多個協(xié)議。TCP和IP是其中兩個最基本和最重要的協(xié)議，因此用這

兩個協(xié)議來代表整個協(xié)議系列，基本上是Internet協(xié)議的代名詞，也可看作Internet上的"世

界語1它是Internet上的計算機在通信時所要遵守規(guī)范的描述.它可以在各種硬件和操作系統(tǒng)

上實現(xiàn)，并且TCP/IP已成為建立計算機局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的首選協(xié)議，并將隨著網(wǎng)絡技術的進步

和信息高速公路的發(fā)展而不斷完善。

TCP/IP的開發(fā)工作始于20世紀70年代，早于0SI參考模型，故不完全符合0SI參考模

型的標準。大致來說，TCP對應于OS】參考模型的傳輸層，IP對應于0SI參考模型的網(wǎng)絡層。

雖然0SI參考模型是計算機網(wǎng)絡協(xié)議的標準，但由于它實現(xiàn)難度大，運行起來開銷大等原因，

因此現(xiàn)實中并沒有真正符合該標準的協(xié)議。TCP/IP則不然，由于它簡潔、實用，得到了廣泛應

用，可以說，TCP/IP已成為事實上的工業(yè)標準和國際標準。

1.TCP/IP體系結構及各層的主要功能

為化難為易，TCP/IP也采用分層的體系結構，有些書上介紹它是四層模型，從上到下分別是

應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層和網(wǎng)絡接口層，但

是事實上它只定義了上三層的具體功能，

網(wǎng)絡接口層的具體內容并沒有定義。這里

的網(wǎng)絡接口層對應于OST參考模型的數(shù)據(jù)

鏈路層和物理層，不同的局域網(wǎng)這兩層的

實現(xiàn)不同.也就是說,TCP/IP強調的是高

圖1-14TCP/IP體系結構

層的互連，把底層的具體實現(xiàn)留給了各個

局域河。無論使用何種計算機，無論該計算機通過何種方式連網(wǎng)，只要計算機上安裝了TCP/IP就

能上網(wǎng)，它是事實上的工業(yè)標準。它的上下層之間也是一種服務的關系,因此其順序不能改變。

TCP/IP的體系結構及各層的主要協(xié)議如圖1-14所示.TCP/IP體系結構與OSI參考模型相比，

簡化了會話層和表示層的功能，將其融合到了應用層，使得通信的層次減少，提高了通信效率.

TCP/IP各層的主要功能簡述如下.

(1)網(wǎng)絡接口層

網(wǎng)絡接口層是TCP/IP的最低層，也稱網(wǎng)絡訪問層。該層對應著OSI參考模型的物理層和數(shù)

據(jù)鏈珞層。其功能是接收和發(fā)送IP數(shù)據(jù)包，并負責與網(wǎng)絡中的傳輸介質打交道。它包括多種邏輯

鏈路控制和媒體訪問協(xié)議，如以太網(wǎng)的介質訪問控制協(xié)議CSMA/CD等。對于發(fā)送數(shù)據(jù)的源主

機，網(wǎng)絡接口層的功能是接收IP數(shù)據(jù)包并通過特定的網(wǎng)絡進行傳輸；對于接收數(shù)據(jù)的目的主機

來說，網(wǎng)絡接口層的功能是從網(wǎng)絡上接收數(shù)據(jù)流，抽取出1P數(shù)據(jù)包并轉交給網(wǎng)絡層。

計算機網(wǎng)絡技術與應用

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(2)網(wǎng)絡層

網(wǎng)絡層是整個體系結構的關鍵部分，它的主要功能是把IP數(shù)據(jù)包發(fā)送到它應該去的地方。

分組路由和避免擁塞是網(wǎng)絡層需要解決的問題。該層包括以下幾個主要協(xié)議：IP(Internet

Protocol,網(wǎng)際協(xié)議XICMP(InternetControlMessageProtocol,因特網(wǎng)控制消息協(xié)議\

ARP(AddressResolutionProtocol,地址解析協(xié)議).RARP(RpvprseAddrpssRpsolution

Protocol,反向地址解析協(xié)議1在網(wǎng)絡層，ARP用于將IP地址轉換成物理地址,RARP用于將

物理地址轉換成IP地址，ICMP協(xié)議用于報告差錯和傳送控制信息，IP在TCP/IP協(xié)議簇中處于

核心地位。

(3)傳輸層

傳輸層解決的是"端到端”的通信問題，即應用程序之間的通信，主要功能是數(shù)據(jù)格式化、

數(shù)據(jù)確認和丟失重傳等。它定義了兩個端到端的協(xié)議，第一個是傳輸控制協(xié)議(Transmission

ControlProtocol,TCP),它是一個面向連接的協(xié)議，允許從一臺計算機發(fā)出的字節(jié)流無差錯地

發(fā)給因特網(wǎng)上的其他計算機。第二個協(xié)議是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UserDatagramProtocol,UDP),

它是一個不可靠的無連接協(xié)議。TCP和UDP都建立在IP的基礎上。

(4)應用層

應用層是TCP/IP協(xié)議的最高層，對應著0SI參考模型的會話層、表示層和應用層。它負責

向用戶提供一組常用的應用程序，如電子郵件、遠程登錄和文件傳輸?shù)?。應用層包含所有的高?/p>

協(xié)議，例如：

①遠程登錄協(xié)議(lelnetProtocol),使用基于該協(xié)議開發(fā)的應用程序登錄到網(wǎng)上其他計算

機后，操作自己的鍵盤就好像在操作網(wǎng)上該機器的鍵盤一樣，主要用于故障診斷。

②文件傳輸協(xié)議(FileTransferProtocol,FTP),用于網(wǎng)絡上文件的上傳與下載。

③簡單郵件傳送協(xié)議(SimpleMailTransferProtocol,SMTP),該協(xié)議負責互聯(lián)網(wǎng)中電

子郵件的傳遞。

④郵局協(xié)議(PostOfficeProtocol3,POP3)，該協(xié)議負責從郵件服務上接收郵件.

⑤域名系統(tǒng)(DomainNameSystem,DNS),能夠實現(xiàn)IP地址與域名的雙向轉換。

⑥簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議(SimpleNetworkManagementProtocol,SNMP),能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡的

管理力能。

應用層協(xié)議一般可分為三類，一類是基于TCP的協(xié)議，如超文本傳輸協(xié)議HTTP(HyperText

TransferProtocol\文件傳輸協(xié)議FTP等；一類是基于UDP的協(xié)議，如簡單的文件傳輸協(xié)議TFTP

(TrivialFileTransferProtocol)和簡單的網(wǎng)絡管理協(xié)議SNMP等;還有一類則是既基于TCP又基

于UDP,如域名系統(tǒng)DNS協(xié)議，當DNS服務器之間傳輸數(shù)據(jù)時基于TCP,當計算機與DNS服務

器之間傳輸數(shù)據(jù)時基于UDP。

局域網(wǎng)中的計算機之間迸行通信時可選擇使用NetBEUI協(xié)議，也可選擇使用TCP/IP,但相

互通信的計算機必須使用相同的協(xié)議才能通信。

2.TCP/IP存在的問題及解決辦法

近年來，隨著Internet的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡多媒體技術的廣泛應用(如電視會議系統(tǒng)、網(wǎng)絡電

話、視頻點播系統(tǒng)以及虛擬現(xiàn)實技術等)，采用TCP/IP的Internet/Intranet網(wǎng)絡系統(tǒng)不斷出現(xiàn)

問題，主要是：

計算機網(wǎng)絡技術與應用

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(1)通信線路擁擠

通信線路擁擠主要由Internet的高速發(fā)展引起的，網(wǎng)絡用戶急劇增加。另外，網(wǎng)上業(yè)務的多

元化，如多媒體應用和電子商務等，對網(wǎng)絡帶寬提出了更高的要求。

(2)數(shù)據(jù)到達時間的抖動

在多媒體應用中，所傳數(shù)據(jù)一到達接收端，就立刻進行"再生"處理。當檢測到數(shù)據(jù)丟失和

錯誤時，要求重新發(fā)送，引起發(fā)送端和接收端的時間間隔不同步。如果數(shù)據(jù)到達接收端的時間抖

動得非常嚴重，將對電視和視頻點播等實時多媒體應用產(chǎn)生不利影響.

為了解決上述問題，在TCP/IP上開發(fā)了支持實時多媒體通信的RTP/RTCP(RealTime

TransportProtocol/RealTi