1、 计算机是计算机是2020世纪人类最伟大的发明之一，计算机网络为提高世纪人类最伟大的发明之一，计算机网络为提高信息社会的生产力提供了一种全社会的、经济的、快速的存取信信息社会的生产力提供了一种全社会的、经济的、快速的存取信息的手段。息的手段。 计算机网络是计算机技术和通信技术紧密结合的产物，它涉计算机网络是计算机技术和通信技术紧密结合的产物，它涉及通信与计算机两个领域。及通信与计算机两个领域。 由计算机构成的通信网络，已成为各个国家经济竞争的战略由计算机构成的通信网络，已成为各个国家经济竞争的战略武器，我国也把建设国家信息基础设施做为基本国策，积极发展武器，我国也把建设国家信息基础设施做为基本
2、国策，积极发展和建设国家经济信息网络。计算机网络将成为人们日常生活中必和建设国家经济信息网络。计算机网络将成为人们日常生活中必不可少的工具不可少的工具计算机网络概述计算机网络概述1.1 计算机网络的发展和应用计算机网络的发展和应用1.1.1 1.1.1 计算机网络的发展计算机网络的发展一般来讲，计算机网络的发展可分为一般来讲，计算机网络的发展可分为4 4各阶段各阶段第一阶段：计算机技术与通信技术相结合，形成计算机网络的雏形。第一阶段：计算机技术与通信技术相结合，形成计算机网络的雏形。第二阶段：在计算机通信网络的基础上，完成网络体系结构与协议的研究，第二阶段：在计算机通信网络的基础上，完成网络体
3、系结构与协议的研究，形成计算机网络。形成计算机网络。第三阶段：在解决计算机联网与网络互联标准化问题的背景下，提出开放系第三阶段：在解决计算机联网与网络互联标准化问题的背景下，提出开放系统互联参考模型与协议，促进了符合国际标准的计算机网络技术的发展。统互联参考模型与协议，促进了符合国际标准的计算机网络技术的发展。第四阶段：计算机网络向互联、高速、智能化方向发展，并获得广泛的应用。第四阶段：计算机网络向互联、高速、智能化方向发展，并获得广泛的应用。第一代计算机网络第一代计算机网络 20世纪50年代中后期 地理上分散的多个终端 通过通信线路 连接到一台中心计算机上以传输信息为目的而连接起以传输信息为
4、目的而连接起来，使计算机系统实现远程来，使计算机系统实现远程信息处理或进一步达到资源信息处理或进一步达到资源共享共享第二代计算机网络第二代计算机网络20世纪60年代后期实现远程资源共享以通信子网为中心分组交换网络分层的网络协议1969年出现的ARPAnet是第一个现代意义上的计算机网络以能够相互共享资源为目的，互连起来具有独立功能的计算机的以能够相互共享资源为目的，互连起来具有独立功能的计算机的集合体集合体 第三代计算机网络第三代计算机网络网络应用越来越广泛、网络规模越来越大、通信更加复杂各大计算机公司纷纷制定了自己的网络技术标准1977年，ISO开始制定开放系统互联参考模型具有统一网络体系结
5、构，并遵循国际标准的开放式和标准化的网络具有统一网络体系结构，并遵循国际标准的开放式和标准化的网络 第四代计算机网络第四代计算机网络20世纪80年代末到现在以互联网为代表以太网的高速发展下一代计算机网络下一代计算机网络多种业务的融合统一协议、统一网络平台、统一管理计算机网络发展阶段计算机网络发展阶段 第一阶段为面向终端的计算机网络，特点是由单第一阶段为面向终端的计算机网络，特点是由单个具有自主处理功能的计算机和多个没有自主处理功个具有自主处理功能的计算机和多个没有自主处理功能的终端组成网络。第二阶段为计算机能的终端组成网络。第二阶段为计算机-计算机网络，计算机网络，特点是由具有自主处理功能的多
6、个计算机组成独立的特点是由具有自主处理功能的多个计算机组成独立的网络系统。第三阶段为开放式标准化网络，特点是由网络系统。第三阶段为开放式标准化网络，特点是由多个计算机组成容易实现网络之间互相连接的开放式多个计算机组成容易实现网络之间互相连接的开放式网络系统。网络系统。1.1.2 计算机网络的应用计算机网络的应用1、办公自动化、办公自动化2、电子数据交换、电子数据交换3、电子教育、电子教育4、电子银行、电子银行5、证券及期货交易系统、证券及期货交易系统6、信息检索、信息检索7、IP电话电话8、娱乐和在线游戏、娱乐和在线游戏1.2 计算机网络的功能和分类计算机网络的功能和分类1.2.1 计算机网络
7、的定义计算机网络的定义 利用通信设备和线路将地理利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计位置不同的、功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完善算机系统互联起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议和的网络软件（即网络通信协议和网络操作系统等）实现网络资源网络操作系统等）实现网络资源共享和信息传递的系统称为计算共享和信息传递的系统称为计算机网络。机网络。 一个计算机网络是由资源子一个计算机网络是由资源子网和通信子网构成的。资源子网网和通信子网构成的。资源子网负责信息处理，通信子网负责全负责信息处理，通信子网负责全网中的信息传递。网中的信息传递。通信子网通信子网资源子网资源子网CCP
8、CCPCCPCCPCCPCCP主机主机主机终端终端终端计算机网络主要由计算机系统（包括计算机和终端）、网络节点（通信处理机）和通信链路（通信线路和网络设备）等网络单元组成。从功能上可以将计算机网络分为资源子网和通信子网。1）通信子网不同类型的网络，其通信子网的物理组成各不相同。局域网最简单，它的通信子网由物理传媒介质和主机网络接板（网卡）组成。而广域网，除物理传媒介质和主机网络接板（网卡）外，必须靠通信子网的转接节点传递 信息。2）资源子网资源子网一般由主机系统、终端、相关的外部设备和各种软硬件资源、数据资源组成。介绍常用的几个网络单元及其在网络中的作用(1)主计算机主计算机是在计算机网络中承
9、担数据处理的计算机系统，可以是单机系统，也可以是多机系统。(2)通信处理机通信处理机也称节点计算机或前端处理机。它是主计算机与通信线路之间设置的计算机，负责通信控制和通信处理工作。(3)集中器集中器设置在终端较集中的地方，它把若干终端用低速线路先集中起来再与高速线路连接，以提高通信效率，降低通信费用。(4)调制解调器调制解调器提供计算机等数字信号与话音频带线路等模拟信号之间的转换。(5)通信线路通信线路主要用来连接网络各节点。计算机网络具有如下主要特征：计算机网络具有如下主要特征：1 1、计算机网络是个互联的计算机系统的群体，这些计算机系统在物理上是、计算机网络是个互联的计算机系统的群体，这些
10、计算机系统在物理上是分布的，可能在一个房间内，在一个单位里的楼群里，一个或几个城市分布的，可能在一个房间内，在一个单位里的楼群里，一个或几个城市里，甚至在全国乃至全球范围。里，甚至在全国乃至全球范围。2 2、这些计算机系统是自治的，即每台计算机是可以独立工作的，它们是在、这些计算机系统是自治的，即每台计算机是可以独立工作的，它们是在网络协议控制下协同工作的。网络协议是指为进行网络数据交换而建立网络协议控制下协同工作的。网络协议是指为进行网络数据交换而建立的规则、约定或标准。的规则、约定或标准。3 3、系统互联要通过通信设施（网）来实现。通信设施一般都由通信线路、系统互联要通过通信设施（网）来实
11、现。通信设施一般都由通信线路、传输、交换设备等组成。传输、交换设备等组成。4 4、系统通过通信设施执行信息交换、资源共享、互操作和协作处理，实现、系统通过通信设施执行信息交换、资源共享、互操作和协作处理，实现各种应用要求。各种应用要求。1.2.2 计算机网络的功能计算机网络的功能1、数据交换和通信、数据交换和通信 计算机网络中的计算机之间或计算机与终端之间，可以快速可靠地计算机网络中的计算机之间或计算机与终端之间，可以快速可靠地相互传递数据、程序或文件。例如：电子邮件、文件传输服务（相互传递数据、程序或文件。例如：电子邮件、文件传输服务（FTP）。）。2、资源共享、资源共享 充分利用计算机网络
12、中提供的资源（包括硬件、软件和数据）是计充分利用计算机网络中提供的资源（包括硬件、软件和数据）是计算机网络组成的主要目标之一。资源共享即可以使用户减少投资，又可算机网络组成的主要目标之一。资源共享即可以使用户减少投资，又可以提高这些计算机资源的利用率。以提高这些计算机资源的利用率。3、提高系统的可靠性、提高系统的可靠性 在一些用于计算机实时控制和要求高可靠性的场合，通过计算机网在一些用于计算机实时控制和要求高可靠性的场合，通过计算机网络实现的备份技术可以提高计算机系统的可靠性。当某一台计算机出现络实现的备份技术可以提高计算机系统的可靠性。当某一台计算机出现故障时，可以立即由计算机网络中的另一台
13、计算机来代替其完成所承担故障时，可以立即由计算机网络中的另一台计算机来代替其完成所承担的任务。的任务。4、分布式网络处理和负载均衡、分布式网络处理和负载均衡 对于大型的任务或当网络中某台计算机的任务负荷太重时，可将任对于大型的任务或当网络中某台计算机的任务负荷太重时，可将任务分散到网络中的其他计算机上进行，这样即可以处理大型的任务，使务分散到网络中的其他计算机上进行，这样即可以处理大型的任务，使得一台计算机不会负担过重，又提高了计算机的可用性，起到了分布式得一台计算机不会负担过重，又提高了计算机的可用性，起到了分布式处理和均衡负荷的作用。处理和均衡负荷的作用。 1.2.3 计算机网络的分类计算
14、机网络的分类1 1、按网络的覆盖范围分类、按网络的覆盖范围分类（1 1）局域网（）局域网（LANLAN）（2 2）城域网（）城域网（MANMAN）（3 3）广域网（）广域网（WANWAN）2 2、按网络的传输技术分类、按网络的传输技术分类（1 1）广播式网络）广播式网络 特点是仅有一条通信信息，网络上的所有计算机都共享这个通信信特点是仅有一条通信信息，网络上的所有计算机都共享这个通信信息。当一台计算机在信道上发送分组或数据时（分组和数据包实质上就息。当一台计算机在信道上发送分组或数据时（分组和数据包实质上就是一种短的信息，按照特定的数据结构组织而成），网络中的每台计算是一种短的信息，按照特定的
15、数据结构组织而成），网络中的每台计算机都会接收到这个分组，并且将自己的地址与分组中的目的地址进行比机都会接收到这个分组，并且将自己的地址与分组中的目的地址进行比较，如果相同，则处理该分组，否则将它丢弃。较，如果相同，则处理该分组，否则将它丢弃。 在广播网络中，若某个分组是发送给网络中的某些计算机，则被称在广播网络中，若某个分组是发送给网络中的某些计算机，则被称为多点播送或组播；若分组只发送给网络中的某一台计算机，则称为单为多点播送或组播；若分组只发送给网络中的某一台计算机，则称为单播。播。（2）点到点网络）点到点网络 点到点网络的特点是，两台计算机之间通过一条物理线路连接，若点到点网络的特点是
16、，两台计算机之间通过一条物理线路连接，若两台计算机之间没有直接连接的线路，分组可能要通过一个或多个中间两台计算机之间没有直接连接的线路，分组可能要通过一个或多个中间结点的接收、存储、转发，才能将分组从信源发送到目的地。由于连接结点的接收、存储、转发，才能将分组从信源发送到目的地。由于连接多台计算机之间的线路结构可能非常复杂，存在着多条路由。因此。在多台计算机之间的线路结构可能非常复杂，存在着多条路由。因此。在点到点的网络中如何选择最佳路径显得特别重要。点到点的网络中如何选择最佳路径显得特别重要。3、按网络的使用范围分类、按网络的使用范围分类（1）公用网）公用网 公用网由电信部门组建，一般由政府
17、电信部门管理和控制，网络内公用网由电信部门组建，一般由政府电信部门管理和控制，网络内的传输和交换装置可提供给任何部门和单位使用。公用网分为公共电话的传输和交换装置可提供给任何部门和单位使用。公用网分为公共电话交换网（交换网（PSTN），数字数据网（），数字数据网（DDN），综合业务数字网（），综合业务数字网（ISDN）等。）等。（2）专用网）专用网 专用网事由某个单位或部门组建的，不允许其他部门或单位使用。专用网事由某个单位或部门组建的，不允许其他部门或单位使用。如：金融、军队、铁路等行业都有自己的专用网。如：金融、军队、铁路等行业都有自己的专用网。4、按传输介质分类、按传输介质分类（1）有线
18、网）有线网 有线网是指采用双绞线、同轴电缆以及光纤作为传输介质的计算机有线网是指采用双绞线、同轴电缆以及光纤作为传输介质的计算机网络。网络。（2）无线网）无线网 无线网是指使用电磁波作为传输介质的计算机网络，它可以传送无无线网是指使用电磁波作为传输介质的计算机网络，它可以传送无线电波和卫星信号，无线网包括如下几种：线电波和卫星信号，无线网包括如下几种： 无线电话网：通过手机上网已成为新的热点，目前这种联网方式费无线电话网：通过手机上网已成为新的热点，目前这种联网方式费用较高、速率不高、但联网方式灵活方便。用较高、速率不高、但联网方式灵活方便。 语音广播网：价格低廉、使用方便，但保密性和安全性差
19、。语音广播网：价格低廉、使用方便，但保密性和安全性差。 无线电视网无线电视网:普及率高，但无法再一个频道上和用户进行实时交互。普及率高，但无法再一个频道上和用户进行实时交互。 微波通信网：通信保密性和安全性较好。微波通信网：通信保密性和安全性较好。 卫星通信网：能进行远距离通信，但价格昂贵。卫星通信网：能进行远距离通信，但价格昂贵。5、按网络作用范围分类、按网络作用范围分类（1）内联网）内联网（2）外联网）外联网（3）Internet6、按网络的交换功能分类、按网络的交换功能分类（1）电路交换：在数据传输期间，源（发送点）与目的（接收点）之间构）电路交换：在数据传输期间，源（发送点）与目的（接
20、收点）之间构成一条实际连接的专用物理线路。成一条实际连接的专用物理线路。（2）报文交换：不需要建立一条专用物理线路，信息分成报文一站一站地）报文交换：不需要建立一条专用物理线路，信息分成报文一站一站地从源地址送到目的地址。即存储从源地址送到目的地址。即存储-转发方式。报文长度不固定，有点像寄转发方式。报文长度不固定，有点像寄出一封信传送方式一样。出一封信传送方式一样。（3）分组交换：同样不需要建立一条专用物理线路，不过信息传送的单位）分组交换：同样不需要建立一条专用物理线路，不过信息传送的单位不是报文，而是分组。特征是其最大长度比报文短很多。基本原理与报不是报文，而是分组。特征是其最大长度比报
21、文短很多。基本原理与报文交换相同。文交换相同。1.3 计算机网络的拓扑和体系结构计算机网络的拓扑和体系结构1.3.1 1.3.1 计算机网络的拓扑计算机网络的拓扑 计算机网络拓扑反应了网络中各实体间的结构关系。拓扑设计是构计算机网络拓扑反应了网络中各实体间的结构关系。拓扑设计是构建计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络的性建计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络的性能、系统可靠性、通信费用等都有重大影响。能、系统可靠性、通信费用等都有重大影响。1 1、总线型拓扑结构、总线型拓扑结构2 2、星型拓扑结构、星型拓扑结构3 3、环型拓扑结构、环型拓扑结构4 4、混
22、合型拓扑结构、混合型拓扑结构5 5、树形拓扑结构、树形拓扑结构6 6、网型拓扑结构、网型拓扑结构1、总线型拓扑结构、总线型拓扑结构 优点：优点：1、总线结构需要的电缆数量少，费用低。、总线结构需要的电缆数量少，费用低。2、总线结构简单，、总线结构简单，又是无源工作，有较高的可靠性。又是无源工作，有较高的可靠性。3、易于扩充，数据端用户入网灵活。、易于扩充，数据端用户入网灵活。 缺点：缺点：1、总线的传输距离有限，通信范围受限制。、总线的传输距离有限，通信范围受限制。2、当接口发生、当接口发生故障时，将影响全网，且诊断和隔离较困难。故障时，将影响全网，且诊断和隔离较困难。3、一次仅能由一个端用户
23、、一次仅能由一个端用户发送数据，其他端用户必须等待，直到获得发送权，因此媒体访问的控发送数据，其他端用户必须等待，直到获得发送权，因此媒体访问的控制机制复杂。制机制复杂。2、星型拓扑结构、星型拓扑结构 目前使用最普遍的以太网星目前使用最普遍的以太网星型结构，其交换方式为报文交换，型结构，其交换方式为报文交换，处于中心位置的网络设备称为集处于中心位置的网络设备称为集线器（线器（Hub ），目前集线器逐渐），目前集线器逐渐被以太网交换机代替。被以太网交换机代替。 优点：优点：1、控制简单。、控制简单。2、故、故障诊断和隔离容易。障诊断和隔离容易。3、方便服务。、方便服务。 缺点：缺点：1、电缆长度
24、和安装工、电缆长度和安装工作量大。作量大。2、中央结点的负荷较重，、中央结点的负荷较重，形成信息传输速率的瓶颈。形成信息传输速率的瓶颈。3、对、对中央结点的可靠性和冗余度要求中央结点的可靠性和冗余度要求较高。中央结点一旦发生故障，较高。中央结点一旦发生故障，将使全网瘫痪。将使全网瘫痪。3、环型拓扑结构、环型拓扑结构 环型网中各结点通过环路接口连在一条首环型网中各结点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环路上任何结尾相连的闭合环形通信线路中，环路上任何结点均可以请求发送信息。请求一旦批准，便可点均可以请求发送信息。请求一旦批准，便可以向环路发送信息。环路网中的数据可以是单以向环路发
25、送信息。环路网中的数据可以是单向也可以是双向传输。由于环路公用，一个结向也可以是双向传输。由于环路公用，一个结点发出的信息必须穿越环中所有的环路接口，点发出的信息必须穿越环中所有的环路接口，信息流中的目的地址与环上某结点地址相符时，信息流中的目的地址与环上某结点地址相符时，信息被该结点环路接口所接收，而后信息急需信息被该结点环路接口所接收，而后信息急需流向下一环路接口，一直流回到发送该信息的流向下一环路接口，一直流回到发送该信息的环路接口结点为止。环路接口结点为止。优点：优点：1、电缆长度短。、电缆长度短。2、增减工作站时只需简单、增减工作站时只需简单的连接操作。的连接操作。3、可使用光纤。、
26、可使用光纤。缺点：缺点：1、结点故障会引起全网故障。、结点故障会引起全网故障。2、故障检测、故障检测困难。困难。3、环路拓扑结构的媒体访问控制协议都、环路拓扑结构的媒体访问控制协议都采用令牌传递的方式，在负载较轻时，信道利采用令牌传递的方式，在负载较轻时，信道利用率相对来说就比较低。用率相对来说就比较低。4、树型拓扑结构、树型拓扑结构 树型结构式总线型结构的扩展，它树型结构式总线型结构的扩展，它是在总线网上加上分支形成的，其传是在总线网上加上分支形成的，其传输介质可有多条分支，但不形成闭合输介质可有多条分支，但不形成闭合回路，树型网是一种分层网，其结构回路，树型网是一种分层网，其结构可以对称、
27、联系固定，具有一定容错可以对称、联系固定，具有一定容错能力，一般一个分支和结点的故障不能力，一般一个分支和结点的故障不影响另一个分支结点的工作，任何一影响另一个分支结点的工作，任何一个结点送出的信息都可以传遍整个传个结点送出的信息都可以传遍整个传输介质，也是广播式网络。一般树型输介质，也是广播式网络。一般树型网上的链路相对具有一定的专用性，网上的链路相对具有一定的专用性，无须对原网做任何改动就可以扩充工无须对原网做任何改动就可以扩充工作站。作站。优点：优点：1、容易扩展。、容易扩展。2、故障隔离较容易。、故障隔离较容易。缺点：缺点：1、各个结点对根的依赖性太大，、各个结点对根的依赖性太大，如果
28、根发生故障，则全网不能正常工如果根发生故障，则全网不能正常工作。作。笔记本IBM兼容机服务器苹果计算机打印机桌面计算机交换机设备交换机设备交换机设备5、网型拓扑结构、网型拓扑结构优点：不受瓶颈问题和失效问题的影响，可靠性高。优点：不受瓶颈问题和失效问题的影响，可靠性高。缺点：结构和协议复杂，成本也比较高。缺点：结构和协议复杂，成本也比较高。 网络拓扑结构是网络的基本要素，处于基础的地位，选择合适的网络拓扑结构很重要。 确定拓扑结构，要考虑联网的计算机数量、地理覆盖范围、网络结点变动的情况，以及今后的升级或扩展因素。 以上几种拓扑结构各有千秋，目前符合广播式布线系统的星型网络拓扑结构及其双绞线传
29、输介质将会成为21世纪局域网最流行的趋势。 在实际组建网络时，其拓扑结构不一定是单一的，通常是这些拓扑结构的综合。拓扑结构的选择拓扑结构的选择1.3.2 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构1 1、体系结构中的主要概念、体系结构中的主要概念 计算机网络的体系结构是从计算机网络的体系结构是从功能功能的角度描述计算机网络的角度描述计算机网络的结构。的结构。 计算机网络的体系结构：为了完成计算机间的通信合作，计算机网络的体系结构：为了完成计算机间的通信合作，把每个计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，规定把每个计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口
30、及服务。将了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口及服务。将这些同层进程通信的协议以及相邻层接口统称为网络体系这些同层进程通信的协议以及相邻层接口统称为网络体系结构。结构。（1）分层）分层 为了理解分层的含义，设甲乙两个外交人员准备讨论有关外交或其为了理解分层的含义，设甲乙两个外交人员准备讨论有关外交或其他问题，甲在中国，乙在英国，怎么进行讨论呢？他问题，甲在中国，乙在英国，怎么进行讨论呢？ 首先，讨论要能进行下去，甲乙双方需要有共同感兴趣的话题和相首先，讨论要能进行下去，甲乙双方需要有共同感兴趣的话题和相关知识。这样，双方才能听懂对方所谈的内容是什么。这实际上就是把关知识。这样，双方才能听懂
31、对方所谈的内容是什么。这实际上就是把双方的这种认识作为一层认识层（设为第三层）来处理。双方的这种认识作为一层认识层（设为第三层）来处理。 然后，甲方讲汉语，乙方讲英语，双方语言不通仍不能直接通话，然后，甲方讲汉语，乙方讲英语，双方语言不通仍不能直接通话，因此，双方都要借助于翻译，翻译成了双方都懂的第三国语言，如英语。因此，双方都要借助于翻译，翻译成了双方都懂的第三国语言，如英语。这是认识层下面的一层，称为语言层（设为第二层）。显然这个第二层这是认识层下面的一层，称为语言层（设为第二层）。显然这个第二层是向第三层提供语言翻译服务的。是向第三层提供语言翻译服务的。 至此，甲乙双方还是不能直接通话，
32、因此甲乙双方在两个国家，相至此，甲乙双方还是不能直接通话，因此甲乙双方在两个国家，相距甚远，无法面对面交谈。因此，还需要下面一层称为传送层（设为第距甚远，无法面对面交谈。因此，还需要下面一层称为传送层（设为第一层）来解决。在这一层，双方可以按事先约定的方式如电话、电报或一层）来解决。在这一层，双方可以按事先约定的方式如电话、电报或其他形式，将谈论的内容转化成电（或者光）信号，通过物理媒体传播其他形式，将谈论的内容转化成电（或者光）信号，通过物理媒体传播给对方，完成双方讨论这一任务。给对方，完成双方讨论这一任务。 上面的例子就说明了如何通过分层将复杂的问题分解成较简单的问上面的例子就说明了如何通
33、过分层将复杂的问题分解成较简单的问题，这样的分层做法，使每一层实现一种相对独立的功能，使问题简易。题，这样的分层做法，使每一层实现一种相对独立的功能，使问题简易。 在网络分层结构中，第N层是第N-1层的用户，同时是第N+1层的服务提供者，分层结构的好处： 独立性强 功能简单 适应性强 易于实现和维护 大多数的计算机网络都采用层次式结构，即将一个计算机网络分为若干层次，处在高层次的系统仅是利用较低层次的系统提供的接口和功能，不需了解低层实现该功能所采用的算法和协议；较低层次也仅是使用从高层系统传送来的参数，这就是层次间的无关性，层次间的每个模块可以用一种新的模块取代，只要新的模块与旧的模块具有相
34、同的功能和接口，而它们使用的算法和协议可以不一样。(2) 实体实体 计算机网络中不同系统的两实体间只有在通信的计算机网络中不同系统的两实体间只有在通信的基础上，才有可能相互交换信息，共享网络资源。一基础上，才有可能相互交换信息，共享网络资源。一般来说，实体是能发送和接收信息的任何东西，可以般来说，实体是能发送和接收信息的任何东西，可以指用户应用程序、文件传送包、数据库管理系统、电指用户应用程序、文件传送包、数据库管理系统、电子邮件设备和终端等，系统可包含一个或多个实体子邮件设备和终端等，系统可包含一个或多个实体（如主机和终端等）。（如主机和终端等）。(3) 服务服务 在服务网络协议的层次结构中
35、，层与层之间具有服务与被服务的单在服务网络协议的层次结构中，层与层之间具有服务与被服务的单向依赖关系，下层向上层提供服务，而上层则调用下层服务。因此，我向依赖关系，下层向上层提供服务，而上层则调用下层服务。因此，我们可称任意相邻两层的下层为服务提供者，上层为服务调用者，下层为们可称任意相邻两层的下层为服务提供者，上层为服务调用者，下层为上层提供的服务可分为两类，它们是面向连接的服务和无连接的服务。上层提供的服务可分为两类，它们是面向连接的服务和无连接的服务。 面向连接的服务类似电话系统的服务模式。每一次完整的数据传输面向连接的服务类似电话系统的服务模式。每一次完整的数据传输都必须经过建立连接、
36、使用连接和拆除连接三个过程。类似于使用电话都必须经过建立连接、使用连接和拆除连接三个过程。类似于使用电话时的拨号、通话、挂断，连接本质上像一根管道，发送者在管道的一端时的拨号、通话、挂断，连接本质上像一根管道，发送者在管道的一端发送数据，接受者在另一端取出数据，其特点是收发的数据不仅顺序一发送数据，接受者在另一端取出数据，其特点是收发的数据不仅顺序一致，而且内容相同。致，而且内容相同。 无连接的服务类似邮政系统的服务模式。传输数据的每个分组都携无连接的服务类似邮政系统的服务模式。传输数据的每个分组都携带完整的目标地址，各分组在系统中独立传送。由于它们可能经过了不带完整的目标地址，各分组在系统中
37、独立传送。由于它们可能经过了不同的路径，所以无法保证先发送的分组一定先到达。同的路径，所以无法保证先发送的分组一定先到达。 相邻层之间通过一组服务原语建立相互作用，完成服务与被服务的相邻层之间通过一组服务原语建立相互作用，完成服务与被服务的过程。服务原语可划分为四类，分别是请求、指示、响应和确认。由不过程。服务原语可划分为四类，分别是请求、指示、响应和确认。由不同层发出的每条原语完成各自确定的功能。同层发出的每条原语完成各自确定的功能。原语功能(含义)Request 请求服务调用者请求服务提供者提供某种服务Indication 指示服务提供者告知服务调用者某事件发生Response 响应服务调
38、用者通知服务提供者响应某事件Confirm 确认服务提供者告知服务调用者关于它的请求的答复四类服务原语（4） 协议协议 网络中的计算机与终端间要想正确地传送信息和数据，必须在数据网络中的计算机与终端间要想正确地传送信息和数据，必须在数据传输的顺序、数据的格式及内容等方面有一个约定或规则，这种约定或传输的顺序、数据的格式及内容等方面有一个约定或规则，这种约定或规则称作协议。网络协议主要有规则称作协议。网络协议主要有3个组成部分。个组成部分。 语义：是对协议元素的含义进行解释，不同类型的协议元素所规定语义：是对协议元素的含义进行解释，不同类型的协议元素所规定的语义是不同的。的语义是不同的。 语法：
39、将若干个协议元素和数据组合在一起用来表达一个完整的内语法：将若干个协议元素和数据组合在一起用来表达一个完整的内容所应遵循的格式，也就是对信息的数据结构作一种规定。容所应遵循的格式，也就是对信息的数据结构作一种规定。 时序：对事件实现顺序的详细说明。例如在双方经行通信时，发送时序：对事件实现顺序的详细说明。例如在双方经行通信时，发送点发出一个数据报文，如果目标点正确收到，则回答源点接收正确；若点发出一个数据报文，如果目标点正确收到，则回答源点接收正确；若接收到错误的信息，则要求源点重发一次。接收到错误的信息，则要求源点重发一次。 协议实质上市网络通信时所使用的一种语言。协议实质上市网络通信时所使
40、用的一种语言。 （5） 常用的网络体系结构常用的网络体系结构 目前使用得最多的是目前使用得最多的是OSI参考模型、参考模型、TCP/IP参考参考模型和模型和ATM参考模型。参考模型。网络分层模型网络分层模型解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题 将服务、接口和协议这三个概念区分开来将服务、接口和协议这三个概念区分开来使网络的不同功能模块分担起不同的职责使网络的不同功能模块分担起不同的职责 减轻问题的复杂程度 在各层分别定义标准接口，各层相对独立 能有效刺激网络技术革新 便于研究和教学 2、ISO/OSI参考模型参考模型 20世纪世纪80年代早期，年代早期，IS
41、O即开始致力于制定一套普遍适用的即开始致力于制定一套普遍适用的规范集合，以使得全球范围的计算机平台可进行开放通信。规范集合，以使得全球范围的计算机平台可进行开放通信。ISO创建了一个有助于开发和理解计算机的通信模型，即开放系统互创建了一个有助于开发和理解计算机的通信模型，即开放系统互联（联（OSI）模型。）模型。 OSI模型将网络结构划分为七层，即物理层、数据链路层、模型将网络结构划分为七层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层均有自己的网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层均有自己的一套功能集，并与紧邻的上层和下层交互作用。在顶端和底端之一套功能集，并
42、与紧邻的上层和下层交互作用。在顶端和底端之间的每一层均能确保数据以一种可读、无错、排序正确的格式被间的每一层均能确保数据以一种可读、无错、排序正确的格式被发送。发送。OSI七层参考模型七层参考模型开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型 4.4.传输层传输层 2. 2.数据链路层数据链路层3.3.网络层网络层1.1.物理层物理层5.5.会话层会话层 6. 6.表示层表示层面向用户应用面向数据传输 7. 7.应用应用层层（1） 物理层物理层 物理层上的协议也称为接口，它定义了为建立、维护和拆除物理链物理层上的协议也称为接口，它定义了为建立、维护和拆除物理链路所需要机械的、电气的、功能和规程的特性
43、，确保物理层能在相邻物路所需要机械的、电气的、功能和规程的特性，确保物理层能在相邻物理设备之间正确地收、发比特流信息，但对数据不做差错控制。理设备之间正确地收、发比特流信息，但对数据不做差错控制。 两个相邻并彼此通信的设备按两个相邻并彼此通信的设备按ISO得术语分别称为数据终端设备得术语分别称为数据终端设备（DTE）和数据电路终端设备（）和数据电路终端设备（DCE）。）。 DTE：是指用户端任何产生传输用数据的设备，通常是指一台计算：是指用户端任何产生传输用数据的设备，通常是指一台计算机或终端。机或终端。 DCE：是指在数据传输的源端和目的地端使通信得以实现的设备，：是指在数据传输的源端和目的
44、地端使通信得以实现的设备，它负责建立、维护并取消物理连接，并在传输介质和它负责建立、维护并取消物理连接，并在传输介质和DTE间进行信号转间进行信号转换和编码，也称数据通信设备，如调制解调器等。换和编码，也称数据通信设备，如调制解调器等。 物理层完成的主要功能：物理层完成的主要功能：1、二进制在线路上的表示和传输二进制、二进制在线路上的表示和传输二进制“位位”信号。信号。2、指定传输方式的要求。、指定传输方式的要求。3、当建立、维护和其他设备的物理连接时，提供需要的、当建立、维护和其他设备的物理连接时，提供需要的机械、电气、功能特性和规程特性。机械、电气、功能特性和规程特性。 在物理层中，数据传
45、输的单位为比特（在物理层中，数据传输的单位为比特（bit）。）。物理层物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备 包括激活物理连接、传送数据、终止物理连接这3个步骤 为数据传输提供可靠的环境为数据传输提供可靠的环境 正确地传输比特流常见协议常见协议 EIA/TIA 232（RS-232-C ）典型设备典型设备 中继器：连接两个（或多个）网段，对信号起中继放大作用 ，以此来延长网络的长度 集线器：可以将多台设备以星形的拓扑结构连接起来，组成共享型的网络 （2） 数据链路层数据链路层 数据链路层是控制网络层与物理层之间的通信，它的主要功数据链路层是控
46、制网络层与物理层之间的通信，它的主要功能是将从网络层接收到得数据封装成特定的可被物理层传输的帧能是将从网络层接收到得数据封装成特定的可被物理层传输的帧（Frame）。物理层的传输以比特位单位，而）。物理层的传输以比特位单位，而数据链路层则以帧数据链路层则以帧为单位为单位。帧是用来移动数据的结构包，它不仅包括原始（未加工）。帧是用来移动数据的结构包，它不仅包括原始（未加工）数据，还包括发送方和接收方的网络地址以及纠错和控制信息。数据，还包括发送方和接收方的网络地址以及纠错和控制信息。其中的地址确定了帧将发送到何处，而纠错和控制信息则确保帧其中的地址确定了帧将发送到何处，而纠错和控制信息则确保帧无
47、差错到达。无差错到达。 常见的数据链路层协议包括有：高级数据链路控制常见的数据链路层协议包括有：高级数据链路控制（HDLC）；同步数据连接控制（）；同步数据连接控制（SDLC）；局域网协议，如以）；局域网协议，如以太网、令牌环和光纤分布数据接口（太网、令牌环和光纤分布数据接口（FDDI）；广域网协议，如）；广域网协议，如帧中继和帧中继和ISDN。 数据链路层完成的主要功能有：数据链路层完成的主要功能有： 1、数据链路的建立、维护与释放的管理工作。、数据链路的建立、维护与释放的管理工作。 2、将传输数据增加的同步信息、校验信息及地址信息、将传输数据增加的同步信息、校验信息及地址信息封装成数据帧。
48、封装成数据帧。 3、数据帧传输顺序的控制。、数据帧传输顺序的控制。 4、差错控制。、差错控制。 5、数据流量控制。、数据流量控制。数据链路层数据链路层数据链路的建立、拆除数据链路的建立、拆除对数据进行检错、纠错对数据进行检错、纠错将数据分成帧，以数据帧为单位进行传输将数据分成帧，以数据帧为单位进行传输 典型设备典型设备 网桥：连接两个局域网，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离，有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信 交换机：按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发 ，转发延迟小，将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽 （3） 网络层网络层 网络层其主要功能是将网络地
49、址翻译成对应的物理地址，并决定如网络层其主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。网络层在发送数据时通过综合考虑发何将数据从发送方路由到接收方。网络层在发送数据时通过综合考虑发送优先权、网络拥堵程度、服务质量以及可选路由的花费来决定从一个送优先权、网络拥堵程度、服务质量以及可选路由的花费来决定从一个网络中结点网络中结点A到另一个网络中结点到另一个网络中结点B的最佳路径。由于网络层处理路由，的最佳路径。由于网络层处理路由，而路由器因为既连接网络各段，又智能指导数据传送，所以属于网络层。而路由器因为既连接网络各段，又智能指导数据传送，所以属于网络层。 网络层协
50、议还能补偿数据发送、传输以及接收的设备能力的不平衡网络层协议还能补偿数据发送、传输以及接收的设备能力的不平衡性。为完成这一任务，网络层对数据包进行分段和重组。分段既是指当性。为完成这一任务，网络层对数据包进行分段和重组。分段既是指当数据从一个能处理较大数据单元的网络段传送到仅能处理较小数据单元数据从一个能处理较大数据单元的网络段传送到仅能处理较小数据单元的网络段时，网络层减少数据单元的大小的过程。重组过程既是重构被的网络段时，网络层减少数据单元的大小的过程。重组过程既是重构被分段的数据单元。分段的数据单元。 网络层使用的通用协议包括有：网络层使用的通用协议包括有：1、X.25，这是一种面向连接
