配套课件-网络设备配置与管理.ppt

1、第第1章章 计算机网络基础知识计算机网络基础知识 1.1 计算机网络概述 1.2 计算机网络拓扑结构 1.3 计算机网络分类 本章小结 练习与思考 1.1 计算机网络概述计算机网络概述计算机网络是计算机技术和通信技术结合的产物。通信技术是一门古老的技术，早在19世纪30年代就发明了电报，19世纪70年代发明了电话，20世纪中叶发明了计算机。但计算机技术和通信技术的真正结合却是近几十年的事情。最初，人们将一台计算机与多个终端互连而形成的多用户分时系统称为计算机网络，这和我们现在所说的计算机网络的概念是不同的。1.1.1 计算机网络的定义计算机网络的定义所谓计算机网络，就是将分散的计算机，通过通信

2、线路有机地结合在一起，形成可相互通信、软/硬件资源共享的综合系统。网络由多台计算机组成，这些计算机通过一定的通信介质互连在一起。计算机之间的互连是指它们彼此之间能够交换信息。互连通常有两种方式：一是计算机间通过双绞线、同轴电缆、电话线、光纤等有形通信介质连接；二是计算机间通过激光、微波、地球卫星通信信道等无形介质互连。随着计算机技术的迅猛发展，计算机的应用逐渐渗透到各个技术领域和整个社会的各个方面。社会信息化、分布数据处理、计算机资源共享等各种应用要求都推动着计算机技术朝着群体化方向发展，促使计算机技术与通信技术紧密结合。计算机网络属于多机系统的范畴，是计算机和通信这两大现代技术相结合的产物，

3、它代表着当前计算机体系结构发展的一个重要方向。计算机网络通常分为三大类：多机系统、局域网络和广域网络(或称远程网络)。以微机为主组成的局域网络是当今计算机应用中的一个空前活跃的领域。计算机网络从20世纪60年代开始萌芽，经过70年代的大发展，80年代走向成熟化，而90年代则是其技术更趋成熟、光纤开始发展、应用大量普及的阶段。1.1.2 计算机网络的功能计算机网络的功能计算机网络最重要的功能是资源共享。可共享的资源包括数据、软件和硬件，硬件资源包括计算机的处理能力、存储能力以及网络信道带宽。资源共享打破了地理位置上的约束，使用户使用千里之外的资源就像使用本地资源一样方便。在计算机网络中存在着可替

4、代的资源，例如文件可在网络中有几个备份。如果一台计算机出了故障，别的计算机就可以承担它的任务，使系统的可用性和可靠性都有所提高。利用计算机网络可以实现数据传输和集中管理，从而提高了管理水平和经济效益。同时，在生产、经营等经济领域的数据管理所经历的由电子数据处理、管理信息系统、决策支持系统到电子数据交换和电子商务的发展过程，都离不开计算机网络的支持。随着Internet的广泛应用，社会信息服务得到了长足的发展。人们利用Internet 可以访问远端的程序，可以远程查询数据库，可以作为通信媒介传递信件和打IP(Internet Point)电话。可以说，社会信息服务是计算机网络的最大用武之地。计算

5、机技术与现代通信技术的结合产生了计算机网络。计算机网络使人类处理信息的能力发展到了一个空前的高度，并且还将继续发展下去。有无全国性的高速安全的计算机网络，已经成为衡量一个国家科学技术水平和综合国力的重要标志。而能否经Internet与世界沟通，则决定了一个国家从整个世界获取资源的能力。1.1.3 计算机网络的组成计算机网络的组成计算机网络早期是联机系统，随着ARPANET(Advanced Research Projects Agency Net)的研究和发展产生了分组交换网，分组交换网才是真正意义上的计算机网络。随着技术的进步，计算机网络也在不断发展变化，但所采用的交换方式仍然以分组交换为主

6、。分组交换网由通信子网和资源子网两部分组成，如图1-1所示。图1-1 计算机网络的组成通信子网由分组交换结点及连接这些结点的链路组成，负责在主机(Host)间传输分组。在ARPANET中，将分组交换结点称为接口报文处理机(Interface Message Processor，IMP)，在Internet中则称为网关(Gateway)，也可称为路由器(Router)。需要注意的是，在互联网中，连接路由器的链路是一个网络，但是已抽象成了一条链路。资源子网由连接在网上的主机构成。资源子网向全网的用户提供共享的资源，提供用户入网的途径。在局域网中，连网的每台主机都通过网络接口连接到共享介质上，网络接

7、口负责经共享介质在各个主机间发送和接收分组数据，显然，网卡和共享介质构成了局域网的通信子网，资源子网则由除去网卡的各台主机构成。1.2 计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑结构1.2.1 计算机网络拓扑结构的概念计算机网络拓扑结构的概念拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来的。拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究点、线、面之间的关系。所谓计算机网络拓扑就是通过网中结点与通信线路之间的几何关系来表示网络结构，反映网络中各实体间的结构关系。计算机网络的拓扑结构是指网络中通信线路、计算机以及其他组件的物理布局。选择何种拓扑结构与具体的网络需求相关，网络拓扑

8、结构主要影响网络设备的类型、设备的能力、网络的扩张潜力、网络的管理模式等等。拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。1.2.2 计算机网络拓扑结构的类型计算机网络拓扑结构的类型计算机网络的拓扑结构是组建各种网络的基础。不同的网络拓扑结构涉及不同的网络技术，一般将计算机网络的拓扑结构分为总线型、环型、星型、树型和分布型。1总线型网络总线型网络用一条称为总线的主电缆将工作站连接起来的布局方式称为总线型拓扑结构，如图1-2所示。图1-2 总线型网络拓扑结构总线型网络上的计算机都通过相应的硬件接口直接连在总线上，任何一个结点的信息都可以沿着总线向两个方向传输扩散，并且能被总线中任何一个结

9、点所接收。由于其信息向四周传播，类似于广播电台，故总线型网络也被称为广播式网络。总线上传输信息通常多以基带形式串行传递，每个结点上的网络接口板硬件均具有收、发功能。接收器负责接收总线上的串行信息将其转换成并行信息送到微机工作站；发送器将微机工作站的并行信息转换成串行信息广播发送到总线上。当总线上发送信息的目的地址与某结点的接口地址相符合时，该结点的接收器便接收信息。总线只有有限的负载能力，因此总线长度有一定限制，一条总线也只能连接一定数量的结点。总线布局的特点是：结构简单灵活，非常便于扩充；可靠性高，网络响应速度快；设备量少、价格低、安装使用方便；共享资源能力强，便于广播式工作，即一个结点发送

10、所有结点都可接收。在总线两端连接的器件称为端结器(或终端匹配器)，主要与总线进行阻抗匹配，最大限度地吸收传送端部的能量，避免信号反射回总线而产生不必要的干扰。总线型网络结构是目前广泛使用的结构，也是最传统的一种主流网络结构，适用于信息管理系统、办公自动化系统领域的应用。2环型环型网络环型网络中各结点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环型通信线路中，环路上任何结点均可以请求发送信息。请求一旦被批准，便可以向环路发送信息。环型网络中的数据主要是单向传输，也可以双向传输。由于环线公用，一个结点发出的信息必须穿越环中所有的环路接口，信息流中目的地址与环上某结点地址相符时，信息被该结点的环路接口所接收，

11、而后信息继续流向下一环路接口，一直流回到发送该信息的环路接口结点为止，如图1-3所示。图1-3 环型网络拓扑结构环型网的特点是：信息在网络中沿固定方向流动，两个结点间仅有唯一的通路，大大简化了路径选择的控制；当某个结点发生故障时，可以自动旁路，可靠性较高；由于信息串行穿过多个结点环路接口，当结点过多时，影响传输效率，使网络响应时间变长，但当网络确定时，其延时固定，实时性强；由于环路封闭故扩充不方便。环型网也是微机局域网络常用拓扑结构之一，适合信息处理系统和工厂自动化系统。1985年，IBM公司推出的令牌环型网(IBM TOKENRING)是其典范。在FDDI(Fiber-Distributed

12、 Data Interface)得以应用推广后，这种结构会进一步得到采用。3星型网络星型网络星型网络是以中央结点为中心，与各结点连接组成的网络结构。各结点与中央结点通过点到点的方式连接，如图1-4所示。中央结点(又称中心转接站)执行集中式通信控制策略，因此中央结点相当复杂，其负担比各站点重得多。现有的数据处理和声音通信的信息网大多采用星型网络，目前流行的PBX(Private Brareh eXchange)就是星型网拓扑结构的典型实例。图1-4 星型网络拓扑结构在星型网络中，任何两个结点要进行通信都必须经过中央结点控制。中央结点的主要功能有以下三项：(1)为需要通信的设备建立物理连接。要求通

13、信的站点发出通信请求后，控制器要检查中央转接站是否有空闲的通路、被叫设备是否空闲，从而决定能否建立双方的物理连接。(2)在两台设备通信过程中要维持这一通路。(3)当通信完成或者不成功要求拆线时，中央转接站应能拆除上述通路。由于中心结点与多机连接，线路较多，为便于集中连线，目前多采用一种称为集线器(Hub)的硬件用于星型结构。集线器主要起到一个信号的再生转发功能，它通常有8个以上的连接端口，每个端口之间在电路上相互独立，某一端口的故障不会影响到其他端口状态，可以同时连接粗缆、细缆和双绞线。星型网络的特点是：网络结构简单，便于管理；控制简单，建网容易；网络延迟时间较短，误码率较低；网络共享能力较差

14、；通信线路利用率不高；中央结点负荷太重等。4树型网络树型网络树型网络结构是总线型网络结构的扩展，它是在总线网上加上多条分支形成的，但不形成闭合回路，如图1-5所示。树型网是一种分层网，其结构可以对称分布，联系固定，具有一定容错能力。通常，一个分支和结点的故障不影响其他分支和结点工作，任何一个结点发送出的信息都可以遍及整个传输介质，也属于广播式网络。一般树型网络中的链路相对而言具有一定的专用性，无需对原网做任何改动就可以扩充工作站。图1-5 树型网络拓扑结构5分布型网络分布型网络分布型网络也叫网状网络，它是由分布在不同地点的计算机系统互连而成的，网中无中心结点。通信子网是封闭式结构，通信控制功能

15、分布在各结点上。分布型网络的特点是：可靠性高；网内结点共享资源容易；可改善线路的信息流量分配；可选择最佳路径，传输延时小；控制复杂，软件复杂，线路费用高，不易扩充。1.3 计算机网络分类计算机网络分类由于计算机网络的广泛应用，目前在世界上已出现了各种形式的计算机网络，因此对网络的分类方法也很多。从不同的角度划分网络，有利于全面了解各种网络系统的特性。1.3.1 按网络的覆盖范围分类按网络的覆盖范围分类1局域网局域网局域网(Local Area Network，LAN)一般限定在较小的区域内(小于10 km的范围)，通常采用有线的方式连接。局域网是一个通信网络，从协议层次的观点看，它包含传输层、

16、网络层和链路层的功能。将链接到局域网的数据通信设备加上高层协议和网络软件组成为计算机网络，我们称之为计算机局域网。这里所说的数据通信设备是广义的，包括计算机、终端、各种外围设备等；而小区域可以是一个建筑物内、一个校园甚至大至几十千米直径范围内的一个区域。2城域网城域网城域网(Metropolis Area Network，MAN)规模局限在一座城市区域内(10100 km的范围)。城域网是地域性宽带网络的简称，它通过对现有计算机网络技术的使用，在10100 km范围内构建一个高速的计算机网络。目前，城域网的核心技术分为两类：IP和ATM(Asynchronous Transfer Mode)。

17、基于IP的宽带城域网技术有POS和GE。ATM则是对传统分组交换协议(X.25)的大大简化，它实现了硬件级交换，是一种支持面向连接功能的统计复用技术。MPLS融合了IP路由和ATM交换的特点，是目前骨干网的发展方向。解决宽带接入的最终途径是FTTH(Fiber To The Home)，就是现在说的“光纤到家”，但这似乎离现实还很遥远，目前切实可行的几种宽带接入技术有xDSL(xDigital Subscriber Line)、HFC(Hybric of Fiber and Coax)、Ethernet等，这些接入技术的使用有效地解决了FTTH的“最后一千米”问题。3广域网广域网广域网(Wid

18、e Area Network，WAN)跨越国界、洲界乃至全球范围。它一般是将不同城市之间的LAN或者MAN网络互联，其地理范围可从几百千米到几千千米。因为距离较远，信息衰减比较严重，所以这种网络一般是租用专线，通过IMP(Interface Message Processor)协议和线路连接起来，构成网状结构，以解决寻径问题。4互联网互联网互联网因其英文单词“Internet”的谐音，又称为“因特网”。在互联网应用快速发展的今天，它几乎已是我们每天都要打交道的一种网络，无论从地理范围，还是从网络规模来讲，它都是最大的一种网络。从地理范围来说，它可以是全球计算机的互联。这种网络的最大特点就是不定

19、性，即整个网络每时每刻随着计算机用户的接入在不断地变化着。当用户的计算机接入互联网的时候，算是互联网的一部分，一旦断开与互联网的连接，该计算机就不属于互联网了。互联网的优点是信息量大、传播广，无论你身处何地，只要接入互联网，就可以对任何联网的用户发出你的信函和广告。由于互联网所具有的复杂性，其实现的技术是非常复杂的。1.3.2 按网络工作模式分类按网络工作模式分类网络的工作模式取决于交换方式。交换实际就是转接。在通信网中，不可能在每对用户间都提供直通信道，只能经交换设备，在需要时为该对用户间提供数据传输的通道。主要的交换方式有电路交换、报文交换和分组交换，它们分别用于不同的交换网络。1电路交换

20、方式电路交换方式以电路连接为目的的交换方式是电路交换方式。电话网中采用的就是电路交换方式。打电话时，首先是摘下话机拨号；拨号完毕，交换机就知道了要和谁通话，并为双方建立连接；等一方挂机后，交换机就把双方的线路断开，为双方各自开始一次新的通话做好准备。由此，我们可以体会到，电路交换的动作，就是在通信时建立(即连接)电路，通信完毕时拆除(即断开)电路。至于在通信过程中双方传送信息的内容，与交换系统无关。2报文交换方式报文交换方式报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络结点根据报文上的目的地址信息，

21、把报文发送到下一个结点，一直逐个结点地转送到目的结点。每个结点在收到整个报文并检查无误后，就暂存这个报文，然后利用路由信息找出下一个结点的地址，再把整个报文传送给下一个结点。因此，端与端之间无需先通过呼叫建立连接。一个报文在每个结点的延迟时间，等于接收报文所需的时间加上向下一个结点转发所需的排队延迟时间之和。3分组交换方式分组交换方式分组交换方式是报文交换方式的一种改进。它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个结点所需的存储能力降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度。它适用于交互式通信，如终端与主机通信。分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种，它是计

22、算机网络中使用最广泛的一种交换技术。1.3.3 按网络的传输介质分类按网络的传输介质分类1有线网有线网顾名思义，有线网主要通过同轴电缆和双绞线来连接计算机。同轴电缆又分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。双绞线是用八条互相绝缘的铜线组成，两两拧在一起，分为四股。同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料，这层绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外覆盖一层保护性材料。同轴电缆比双绞线的屏蔽性好，在更高的速度上传输得更远。同轴电缆网比较经济，安装较为便利，传输率和抗干扰能力一般。双绞线网是目前最常见的联网方式，它价格便宜，安装方便，但易受干扰，传输率较低。2光纤网光纤网光纤网也是有线网的一种，由于其特殊性因而单

23、独列出。光的传输系统主要由三部分组成，即光源、传输介质和检测器。光纤网采用光导纤维作传输介质。光纤与同轴电缆相似，只是没有网状的屏蔽层。光纤的中心是光传播的玻璃芯。光纤传输距离长，传输率高(可达数千兆比特每秒)，抗干扰性强，不会受到电子监听设备的监听，是高安全性网络的最佳选择。光纤的价格较高，需要高水平的安装技术，因此现在并没有得到普及。3无线网无线网无线网就是采用空气作传输介质，用电磁波作载体来传输数据的网络。它适合无线场合对于计算机网络的应用需求，因此发展前景美好。本本 章章 小小 结结本章主要讲述了计算机网络的定义、基本功能、分类和组成，以及计算机网络的拓扑结构等，并对网络的不同交换方式

24、进行了说明。练练习习与与思思考考一、选择题一、选择题1一座大楼内的一个计算机网络系统属于()。APAN BLANCMAN DWAN2计算机网络中可以共享的资源包括()。A硬件、软件、数据、通信信道B主机、外设、软件、通信信道C硬件、程序、数据、通信信道D主机、程序、数据、通信信道3星型网是从()角度进行划分的网络类型。A通信性能B覆盖范围C使用范围D拓扑结构4在星型局域网结构中，连接文件服务器与工作站的设备是()。A调制解调器B交换器C路由器D集线器5若网络形状是由站点和连接站点的链路组成的一个闭合环，则称这种拓扑结构为()。A星型拓扑B总线型拓扑C环型拓扑D树型拓扑6第二代计算机网络的主要特

25、点是()。A.计算机计算机网络B.以单机为中心的联机系统C.国际网络体系结构标准化D.各计算机制造厂商网络结构标准化7在计算机网络中，所有的计算机均连接到一条通信传输线路上，在线路两端连有防止信号反射的装置，这种连接结构被称为()。A总线结构B环型结构C星型结构D网状结构8计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物，这种结合始于()。A20世纪50年代B20世纪60年代初期C20世纪60年代中期 D20世纪70年代二、问答题二、问答题1什么是计算机网络？它的功能是什么？为什么要建立计算机网络？2简述计算机网络的功能，并联系实际谈谈你对计算机网络的认识。3计算机网络的拓扑结构有哪几种？它们有何

26、区别？4计算机网络的交换方式有哪几种？它们有何区别？第第2章章 计算机网络体系与协议计算机网络体系与协议 2.1 计算机网络体系概述 2.2 OSI体系结构模型 2.3 TCP/IP体系结构模型 2.4 其他网络协议 本章小结 练习与思考 2.1 计算机网络体系概述计算机网络体系概述计算机网络通过不同的通信介质和通信设备将处在不同地理位置的计算机系统连起来，使人们不管在何时何地都能通过网络实现资源的共享和信息的交换，它已逐渐成为人们日常生活和工作中的重要组成部分。计算机网络起源于20世纪60年代，最初为美国军方研究所用，随着高等院校以及各个科研机构的介入，人们开始认识到计算机网络对科学研究的重

27、要价值，从而计算机网络技术也得到了发展和完善，现在已被广泛应用于各个领域。为了将地理位置分布各异的计算机通信结点连接起来，首先要有实际的连通信道，然后才能进行数据的传输。但是仅有物理上的连接是不够的，因为计算机网络是一个非常庞大和复杂的系统。在这个庞大的系统下，物理信道的连接方式各不相同，它们可以是不同的传输介质、不同厂商的通信设备，以及不同的数据传输技术。如果没有一种被大家所共同遵循的约定或规则，数据在计算机网络上的传输将会非常混乱，而通信双方将无法正确获取和理解通信数据的正确含义。另外，计算机网络还必须为计算机之间的通信提供各种公平、健全、高性能以及低成本的服务。以上因素都决定了计算机网络

28、需要网络软件(网络协议)系统的支持，并且这些网络软件也应具有很高的复杂性。也正是有了网络软件，这些不同的异构通信系统才真正实现了互联。网络软件系统无疑是一个功能庞大而又极其复杂的软件系统。为了实现这样的软件系统，网络设计者研究并制定了网络体系结构(Network Architecture)。网络的体系结构用于指导网络软件的设计和实现，当网络体系结构被设计出来后，就使得某个公司所生产的网络设备和开发的网络软件很容易形成特定结构的网络。如果网络体系结构具有通用性和标准性，那么各个公司的网络设备根据这样的网络体系就能很容易地实现互联。事实上，OSI(Open System Interconnecti

29、on)参考模型和TCP/IP(Transfer Control Protocol/Internet Protocol)参考模型正是这样的两个被广泛使用的网络体系模型。2.2 OSI体系结构模型体系结构模型OSI即开放系统互连，其基本参考模型是1981年在国际标准化组织(ISO)的建议下，为了解决不同网络系统的互联而提出的模型。在1984年，形成了ISO 7498国际标准(称为OSI/RM)，对应于我国的国标GB 9387。“开放系统”的含义是指任何异构的网络系统，只要共同遵守OSI的协议标准，就能够实现通信。OSI参考模型对网络进行了分层，并对各层的协议进行了标准化规范，其中所包含的详细信息用

30、于帮助将不同厂商的网络硬件设备和网络软件连接起来。2.2.1 OSI参考模型的表示参考模型的表示OSI参考模型是网络体系结构的一种描述模型，它属于逻辑层面上的参考模型。实际上，OSI参考模型并不构成网络体系结构的全部，因为它并没有对协议层间的接口和其所提供的服务进行完整的描述。OSI参考模型将计算机网络按功能划分为七层，每一层都代表了同层的对等实体的通信协议结构，如图2-1所示。图2-1 OSI参考模型将OSI参考模型划分为七层协议主要基于以下原则：(1)各层层次划分抽象，每层协议应该在逻辑上具备明显的区分度；(2)各协议层功能定义明确，而且应该有助于制定网络协议的标准化；(3)各协议层边界的

31、划分应尽量减少层间通信量；(4)各协议层次的划分应该适中，以避免层次划分太多而增加复杂性，而且各层的功能应尽量单一。在OSI参考模型中，各层协议之间并不是孤立的，它们在功能和实现上都存在着相互依存的关系，这和在网络体系结构中是一致的。邻接的协议层之间是紧密地联系在一起的，下一层的服务提供者所能提供的服务，将直接作用和影响上一层服务使用者所能完成的通信功能，在具体实现上更是要完成数据在邻接层间的传输。2.2.2 OSI参考模型的协议层分析参考模型的协议层分析1物理层物理层物理层处于OSI参考模型的最下层，它主要涉及对实际比特数据流的传输。物理层解决包括传输介质接口、数据信号编码、电压表示、接头尺

32、寸以及和比特数据流传输相关的各种内容。物理层有四个基本的特性：机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。机械特性规定电缆与网络接口卡的接头类型、形状、几何尺寸、插脚个数、引线排列方式以及引脚的连接方法等特征。电气特性规定传输过程中的信号电平、传输速率、电缆长度和匹配阻抗等内容。功能特性规定信道连接双方每对连线的具体作用和用法，比如数据线、控制线、接地线。过程特性则对通信双方的通信步骤或通信时序进行规定。物理层的各种协议规范是为了让通信发送设备实现将0/1的数据串通过物理传输介质传送到接收方。同样，也要让数据接收设备能从物理传输介质上获得这些数据串。在物理层上，比特数据流进行的是“透明”的传输过程

33、。在比特流的传输过程中，物理层的设备并不关心也不知道这些比特流实际所代表的数据意义(比如代表控制信息还是数据信息)。设备唯一需要做的就是完成这些比特流的传输，甚至不负责数据是否被正确传输到目的地。2数据链路层数据链路层数据链路层的功能是在物理层的比特流传输的基础上，加强数据传输的可靠性，也就是要在不可靠的物理链路之上建立可靠的数据传输。数据链路层负责实现在通信结点之间建立起数据链路的连接，比单纯的物理层传输增加了差错控制和比特数据流的处理功能。数据链路层将比特数据流组合成数据块，这种数据块在数据链路层中称为数据帧(Data Frame)。数据帧是数据链路层所处理的基本数据单位，数据发送方将要传

34、输的数据进行分装，形成多个数据帧，一个数据帧往往包含了几百或几千字节。这些数据帧在数据链路层的控制之下进行传输。数据链路层分为两个子层：MAC(Media Access Control，介质访问控制)层和LLC(Logical Link Control，逻辑链路控制)层。MAC层控制所有与传输介质有关的内容，并为LLC层提供接口服务。这样即使物理介质发生改变，也不会影响其上的高层协议。LLC层则向更高层的协议提供逻辑接口服务，比如为网络层提供数据报、虚电路控制以及多路复用技术等。3网络层网络层在OSI参考模型中，最底下的三层也被称为通信子网，主要实现数据通信的功能。网络层(Network La

35、yer)是这三层中最为复杂和关键的一层。网络层处于数据链路层和传输层之间，它的功能是实现通信结点之间端到端的数据传输。正是在网络层上，异构的物理网络设备可以实现互联。路由选择、拥塞控制以及流量控制是网络层中的重要技术。网络层所实现的通信结点之间端到端传输的含义不同于数据链路层上的帧传输。通信结点的源发送端到目的接收端之间会经过许多中间结点，网络层实现把这些数据分组独立地通过中间结点向目的地传输的功能。4传输层传输层传输层是用户资源子网和通信子网之间的桥梁。传输层彻底屏蔽了通信子网中的传输细节，实现了用户资源子网中通信结点间逻辑层面的通信。传输层负责管理发送端和接收端之间端口到端口的数据交换，保

36、证数据被完整无误地传输。传输层从更上一层的会话层接收用户数据，完成传输地址到网络地址的映射，并将数据转换为通信数据子网进行传输的数据格式，然后交给通信子网进行发送。传输层同时还提供序列控制、流控制和错误的检测恢复等功能。5会话层会话层会话层提供会话管理的功能，并允许在计算机上的不同用户之间建立会话关系。会话层建立在下层，即传输层提供的服务基础上，负责打开或者关闭会话。会话层在连接出现错误时试图进行恢复。如果会话层检测到一个连接长时间没有被使用，它即会关闭连接并在需要使用时再重新打开连接。这个连接的控制过程对于更上层的协议是完全透明的。6表示层表示层表示层负责对面向连接或无连接传输中的数据信息进

37、行处理。这一点和其他各层的协议很不相同，表示层关心的是数据信息的语法和语义，而其他各层协议关心的是对数据的传输控制。表示层中的一个典型示例就是标准的数据编码。传输的数据是有其内在意义的，它要表示一定的逻辑信息。不同通信结点对于数据的组织方式有可能并不相同，这就像中国人把姓放在前面，而西方人把姓放在后面一样。不同的计算机可能使用不同的代码来表示字符串，比如ASCII码和Unicode码。标准的数据编码就是把这些不同的编码表示统一起来，将机器的内部编码转换成标准的网络编码在网络上传输。这样，接收端的机器就能理解对方数据编码的含义，而只需再将标准的网络编码转换成自己的编码格式就可以进行内部的处理了。

38、表示层实际上就是对数据进行抽象的处理，制定出数据的语法表示和语义的转换。对于两个数据交换实体来说，它们之间要正确通信就必须对它们所使用的抽象语法集合进行商定。协商使用的抽象语法规则将确定数据的含义和表示的数据值，而在抽象语法规则商定之后的传输过程中将不再关心对数据的表示。在传输过程中对数据的表示和数据值含义的保持将由表示层负责，它会控制通信协议的转换、数据的翻译以及字符的转换等各种工作。另外，在表示层上还有两个比较重要的功能：数据的加密(用以解决数据安全问题)和对数据的冗余压缩(减少网络数据传输数据量)。7应用层应用层 应用层位于OSI参考模型的顶层，其主要功能是通过网络应用程序直接为用户提供

39、网络服务。在OSI参考模型中，应用层的逻辑抽象性最高，在这一层上开发了大量的常用协议，这些协议被各种网络应用程序实现以完成不同的网络服务功能。如文件的传输FTP、TFTP，远程访问控制TELNET，超文本传输服务HTTP等，电子邮件服务SMTP等。2.2.3 OSI参考模型的特点参考模型的特点从上面的分层描述中可以看出，OSI参考模型是一个设计详尽和完整的体系结构，每一层协议功能的划分和相关的服务都有很细致的定义，是一个结构化非常好的网络体系结构模型。因此，OSI参考模型主要具有以下特点：(1)标准化程度高。OSI参考模型是由国际化标准组织制定的，目的是为了提供异构网络的开放互联标准，以促进不

40、同结构网络的互联，因此标准化程度很高。(2)层次划分细致，结构化程度高。OSI参考模型的七层架构将每层协议的组织和实现功能都划分得很独立，层间耦合程度低，因此结构化程度很高，即使某层协议发生改动，对整个体系结构的影响也很小。(3)兼容性好。OSI参考模型支持开放互联，能实现多种平台和网路标准的异构系统的互联。(4)扩充性强。OSI参考系统采用了可变长地址的定义，能够支持大型的网络架构而不会有网络地址耗尽的问题。2.3 TCP/IP体系结构模型体系结构模型在网络体系结构模型中，TCP/IP是另外一个非常重要的体系结构模型，也是我们实际生活中接触最多的应用模型。TCP/IP协议是互联网实现的技术基

41、础。最初的TCP/IP协议的研究由美国国防部DOD在1967年发起，目的是为了发展军用计算机通信网络技术，1969年形成了ARPANET，到1978年开始正式使用TCP/IP这一名称。随着IAB(Internet Architecture Board)下的非盈利组织IETF(Internet Engineering Task Force)的介入，开发出了现在正在使用的大部分协议，也使得TCP/IP协议成为网络结点接入Internet的网络协议。TCP/IP协议在RFC(Reconstruction Finance Corporation)中经过设计、讨论和使用后，被IETF确认为最终的标准文档

42、，这些所有的文档都在网上公开并可以免费获取。2.3.1 TCP/IP参考模型的表示参考模型的表示TCP/IP参考模型的体系结构和OSI参考模型并不是完全匹配，并且对于TCP/IP层状模型的描述也不是非常统一。因为和OSI参考模型不一样，TCP/IP的模型实际上并不存在，但由于其协议被广泛使用，因而形成了事实上的标准。将这些协议按功能层进行组织，就形成了与OSI参考模型类似的TCP/IP层状参考模型。TCP/IP参考模型的一种划分是将网络体系结构分为五层，每一层结构都代表了同层的对等实体间的通信协议结构。TCP/IP参考模型中没有对协议层间的接口进行详细设定。图2-2是按五层体系结构模型对TCP

43、/IP的一种划分方式。图2-2 TCP/IP参考模型2.3.2 TCP/IP参考模型的协议层分参考模型的协议层分析析参照图2-2给出的TCP/IP参考模型，以下将按由低到高的次序对各层的功能和含义进行详细的介绍。1物理层物理层物理层主要是指网络接口设备，它是TCP/IP模型中的最底层，主要负责将上层协议的数据帧通过网络设备发送到网络，或者接收从网络到达的数据帧，再转交给上一层协议进行处理。2数据链路层数据链路层TCP/IP模型中的数据链路层也称为网络接口层(Network Interface)，它结合了OSI参考模型中的物理层和数据链路层的功能，定义了各种介质的物理连接特性，及其在不同介质上的

44、信息帧格式。数据链路层涵盖了各种物理介质层网络技术，可以支持任何一种数据链路技术，如以太网、令牌环、ATM、FDDI、帧中继等。3网络层网络层网络层是TCP/IP参考模型中非常重要的协议层，承担了路由和地址处理等核心的功能。在这一层，将实现主机之间的分组数据独立传送。在网络层上正式地对分组的格式和协议进行了定义，也就是我们常说的IP协议。在IP协议的基础上能够实现将IP分组发送到任何它所期望去的地方。网络层负责提供信息，使得网络访问能够把帧发送到本地的目的主机或路由器。它包括了地址解析协议(ARP)和反向地址解析协议(RARP)。网络层具有路由能力，使得数据可以经过互联网到达目的网络，故这层包

45、括路由选择协议(RIP)，RIP协议可以决定如何把数据包发送到目的地。网络层还可以让主机交换网络本身的信息，实现这种功能的协议叫做网际控制报文协议(ICMP)。本层还有支持组播的网际组管理协议(IGMP)。4传输层传输层传输层是计算机网络体系结构中很重要的一层，它的重要性主要体现在其基本功能是为信源结点和目的结点间的通信提供端到端的数据传输，而通信子网只能提供相邻结点之间的点到点传输。在这里，通信子网在TCP/IP体系结构中是指IP以下的各层。这种从“点到点”传输到“端到端”传输体现了服务质量的一个飞跃。TCP/IP的传输层对应于OSI的会话层和传输层。它的功能包括：格式化信息流(将数据流分段

46、)和提供可靠传输。它主要有两个协议：传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。TCP协议是一个面向连接的协议，它提供有序、无差错的字节流传输服务。因为是面向连接的方式，因此，TCP传输也要经过连接建立、数据传输和拆除连接的过程。UDP协议则是一个无连接的协议。UDP由IP数据报直接进行传输，UDP协议在接收端不对接收的报文进行错误检查，也不反馈报文的确认信息，发送方也没有数据重传的机制。因此，它是一种无连接、不可靠的数据传输服务。但是UDP传输数据时，不用创建连接或对连接进行维护，因此有较好的处理速度，比较适合一次性的快速数据传输的场合，特别是在多媒体传输中，适用于声音、图像等要求较小

47、的延迟而可靠性相对较低的应用。5应用层应用层应用层位于TCP/IP参考模型的最上层，它在传输层提供的服务基础上开发了大量的协议和应用程序。几乎各种不同的TCP/IP模型的实现都会提供下面这些大家所熟知的网络应用程序：HTTP：超文本传输协议；FTP/TFTP：文件/小文件传输协议；SMTP：简单邮件传输协议；TELNET：远程登录协议；SNMP：简单网络管理协议。2.3.3 TCP/IP协议簇协议簇TCP/IP实际上是指作用于计算机通信的一组协议，这组协议通常被称为TCP/IP协议簇。TCP/IP协议簇包括了地址解析协议(ARP)、反向地址解析协议(RARP)、Internet协议(IP)、网

48、际控制报文协议(ICMP)、用户数据报协议(UDP)、传输控制协议(TCP)、超文本传输协议(HTTP)、文件传输协议(FTP)、简单邮件传输协议(SMTP)、域名服务协议(DNS)、远程登录协议(TELNET)等众多的协议。协议簇的实现是以协议报文格式为基础，完成对数据的交换和传输的。图2-3是对TCP/IP协议簇层次结构的简单描述。1IP协议协议在TCP/IP协议簇中，最重要的协议层就是网络层。从图2-3可以看出，在TCP/IP模型的网络层上，可以实现对各种不同物理网络的支持。网络层上对等实体之间的数据交换是以IP数据报文为基础，当不同物理网络的通信结点进行通信时，它们在网络层实现了对数据

49、分组的统一IP协议格式，因此可以实现数据信息的交换。网络层的重要功能是实现IP分组报文的存储转发，IP分组报文是独立的被处理单位，网络层通过对IP分组报文的报头信息进行分析，可以得到IP报文分组的目的地址信息。因此，中间路由结点可以通过查找IP分组报文目标地址路由实现IP分组报文的下站传输线路的选择，通过这种方式最终将IP分组报文投递到目标地址。图2-3 TCP/IP协议簇IP协议在TCP/IP协议簇中占有非常重要的地位，正是在IP协议的基础上才能够实现Internet的互联。IP分组报文由报头信息部分和正文部分组成，图2-4是IP分组报文的格式信息。图2-4 IP报文格式(1)版本：表示此报

50、文采用哪种版本的协议进行解析，这里只有Ipv4和Ipv6两种。(2)首部长度：指的是首部占32比特的数目，包括任何选项。由于它是一个4比特字段，因此首部最长为64个字节。普通IP数据报(没有任何选择项)字段的值是5。(3)服务类型(TOS)：包括一个3比特的优先权子字段(现在已被忽略)、4比特的TOS子字段和1比特未用位(此位必须置0)。4比特的TOS分别代表最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。这4比特中通常只有一位置1，如果这4比特均为0，那么就意味着是一般服务。(4)总长度：指整个IP数据报的长度，以字节为单位。利用首部长度字段和总长度字段，就可以知道IP数据报中数据内容的起始位置