1、第第1章章 概述概述1.1 计算机网络的基本模型1.开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型 （1）物理层物理层（Physical Layer）的主要功能是完成相邻结点之间原始比特流的传输。（2）数据链路层数据链路层（Data Link Layer）控制网络层与物理层之间的通信，在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间建立数据链路连接，以帧为单位传送数据信息，通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路。（3）网络层网络层（Network Layer）主要功能是完成网络中主机间的报文传输，通过路由算法，为分组选择最佳路径。（4）传输层传输层（
2、Transport Layer）的主要功能是向用户提供可靠的端到端(End-to-End)服务，透明地传送报文。（5）会话层会话层（Session Layer）主要功能是组织和同步不同的主机上各种进程间的通信(也称为对话)。（6）表示层表示层（Presentation Layer）为上层用户提供共同的数据或信息的语法表示变换。（7）应用层应用层（Application Layer）直接为最终用户服务。其主要功能是为软件提供接口以使程序能使用网络服务。2. TCP/IP（1）网络接口层）网络接口层网络接口层与OSI参考模型的数据链路层和物理层相对应，它是TCP/IP的最低层。TCP/IP对网络接
3、口层并没有给出具体的规定，它负责数据帧的接收并发送至选定的网络。网络接口层不是TCP/IP协议的一部分，但它是TCP/IP赖以存在的与各种通信网之间进行通信的接口。（2）网络层网络层负责相邻计算机之间通信，包括处理来自传输层的发送分组请求，检查并转发数据报，并处理与此相关的路径选择，流量控制及拥塞控制等问题。（3）传输层传输层提供可靠的点对点数据传输，确保源主机传送分组到达并正确到达目标主机。TCP/IP的传输层提供了两个主要的协议，即传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）和用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）。（4
4、）应用层应用层提供各种网络服务。在TCP/IP体系结构中，应用层包含所有的高层应用协议，如超文本传输协议（Hypertext Transfer Protocol，HTTP），远程登录协议（Telnet）、文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）、简单邮件传送协议（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP）和域名服务（Domain Name System，DNS）等。1.2 计算机网络软件系统计算机网络软件系统1.2.1 网络操作系统网络操作系统(1)Windows(2)NetWare(3)Unix系统(4)Linux1.2.2 网络协议网
5、络协议协议是指通信双方共同遵守的守则。网络协议是网络软件系统中最核心的部分。不同的网络有不同的体系结构和协议，同一网络体系下的不同网络层其协议也不同，因此网络协议软件的种类繁多。1.2.3 网络服务器软件网络服务器软件1.web服务器软件2.FTP服务器软件3.文件服务器软件4.数据库服务器软件5.邮件服务器软件1.2.4 网络应用软件网络应用软件1.网络浏览器软件2.上传下载软件3.及时通信软件4.网络安全类软件5.网络管理类软件1.3 计算机网络硬件系统计算机网络硬件系统1.计算机系统计算机系统通信网络中的计算机系统根据其在网络中的用途可分为服务器和工作站。服务器作为通信网络系统中的核心部
6、分，主要负责数据处理和网络控制，并向系统内的其他各种网络设备提供服务。工作站是负责用户进行网络操作及人机交互的工具，是网络数据的主要产生场所和使用场所。用户通过工作站使用网络资源并完成特定的任务。2.数据通信系统数据通信系统数据通信系统主要包括通信控制处理机、网络互连设备和通信线路。通信控制处理机是主计算机与通信线路单元间设置的专用计算机。网络互连设备主要用来实现网络中主机与主机、网络与网络之间的连接、数据信号的变换以及路由选择等功能。通信线路用来连接主机、通信处理机和通信控制器等各部分，形成通信网络。1.4 常见通信接口常见通信接口1.4.1 串行通信接口串行通信接口（1）RS-232-C接
7、口RS-232-C接口也称标准串口，是目前最常用的一种串行通信接口。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。传统的RS-232-C接口标准有22根线，采用标准25芯D型插头座。目前PC上使用的是简化了的9芯D型插座。（2）RS-422接口为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kbps时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准
8、。（3）RS-485接口为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。1.4.2 并行通信接口并行通信接口（1）Normal并口Normal并口分为4bit、8bit、半8bit等几类。Normal是一种低速的并口模式。4bit口一次可以输出8bit数据，但是一次只能输入4bit数据。8bit和半8bit口次可以输出和输入8bit。（2）Epp并口（Enhanced-Parallel Port）EP
9、P并口，即增强并行口，它由Intel等公司开发，允许8位双向数据传送，可以连接各种非打印机设备，如扫描仪、LAN适配器、磁盘驱动器和CD-ROM驱动器等。（3）ECP口（Extended-Capabilities Port）ECP口，即扩展并行口，由Microsoft、HP公司开发，它具有和EPP一样高的速率和双向通信能力，它能支持命令周期、数据周期和多个逻辑设备寻址，在多任务环境下可以使用DMA（直接存储器访问）。1.4.3 USB和和IEEE1394接口接口1.USBUSB（Universal Serial BUS），即通用串行总线，它是应用在PC领域的接口技术。USB是在1994年底由英
10、特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。USB自从1996年推出后，已成功替代串口和并口，并成为当今个人计算机和大量智能设备的必配的接口之一。USB用一个4针插头作为标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，最多可以连接127个外部设备，并且不会损失带宽。USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。USB具有传输速度快（USB 1.1的传输速率为12Mbps，USB 2.0的传输速率为480Mbps），使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点，可以连接鼠标、键盘等支持USB接口的外部设备。2IEEE1394IEEE1394接口是Apple和TI公
11、司开发的高速串行接口标准，Apple称之为FireWire(火线)，Sony称之为i.Link，Texas Instruments称之为Lynx,中文译名为火线接口（FireWire）。IEEE1394支持外设热插拔，可为外设提供电源，省去了外设自带的电源，能连接多个不同设备，支持同步数据传输。IEEE1394分为两种传输方式：Backplane模式和Cable模式。Backplane模式的传输速率分别为12.5 Mbps 、25 Mbps 、50 Mbps，可以用于多数的高带宽应用。Cable模式是速度非常快的模式，传输速率分为100 Mbps 、200 Mbps .400 Mbps和800
12、Mbps几种，在200Mbps/s下即可传输不经压缩的高质量数据电影。1.5 有线传输介质有线传输介质1.5.1 双绞线双绞线1.屏蔽双绞线屏蔽双绞线外面包有一层屏蔽用的金属网，它的抗干扰性能强于非屏蔽双绞线。屏蔽双绞线的屏蔽作用只有在整个电缆均有屏蔽装置，并且两端正确接地的情况下才起作用。它要求整个系统全部是屏蔽器件，包括电缆、插座、水晶头和配线架等，同时建筑物需要有良好的地线系统。如图是一根屏蔽双绞线。 2.非屏蔽双绞线（UTP）非屏蔽双绞线没有配套的屏蔽层，相对屏蔽双绞线，它的价格较低，安装也较为方便，在面向桌面的网络连接中，非屏蔽双绞线最常见。如图1-4是一根非屏蔽双绞线。（1）一类线
13、铜线无缠绕，支持低于100KHz的频率，用于模拟电话。只能传声音，不能传数据。（2）二类线铜线无缠绕，包含4对线，支持4Mbps的数据传输，用于语音、综合业务数字网等。（3）三类线铜线有缠绕，支持10Mbps的传输速率，是10M以太网的标准用线，绞合程度为每0.305m3绞。（4）四类线铜线有缠绕，且较紧密，支持16Mbps的传输速率，一般用于16Mbps的令牌环网。（5）五类线铜线有缠绕，且紧密，绞合程度为每0.025m3绞，支持100Mbps的数据传输，是100M以太网的标准用线。 （6）超五类线高质量的铜线和高紧密度缠绕，性能比五类线更高，目前广泛应用于数据传输和语音通信领域。支持100
14、Mbps的数据传输，是100M以太网的标准用线。超五类非屏蔽双绞线采用8条芯线和1条抗拉线，芯线颜色分别为橙白、橙、绿白、绿、蓝白、蓝、棕白和棕。（6）六类线高质量的铜线和高紧密度缠绕，性能比超五类线更高。支持1000Mbps的传输速率，目前应用于服务器机房的布线，以及准备升级至千兆以太网的综合布线系统中。3.双绞线的特性双绞线的特性（1）物理特性：铜质线芯，传导性能良好。直径一般是0.4mm-0.65mm，常用的是0.5mm。（2）传输特性：可用于传输模拟信号和数字信号，对于模拟信号，约5-6公里需要一个放大器；对于数字信号，约2-3公里需要一个中继器。双绞线的带宽达268kHz。（3）连通
15、性：可用于点到点连接或多点连接，普遍用于点-点连接。（4）地理范围：对于局域网，速率100Kbps,可传输1Km；速率10Mbps-100Mbps,可传输100m。（5）抗干扰性：低频(10kHz以下)抗干扰性能强于同轴电缆，高频(10-100kHz)抗干扰性能弱于同轴电缆。（6）相对价格：比同轴电缆和光纤便宜得多。4.双绞线的采购双绞线的采购双绞线的采购首先要仔细查看线缆的箱体，查看包装是否完好。其次要查看绞合密。另外，每对缠绕的线缆都应该是一根纯色，配合一根混合色，混合色对应和白色搭配。5.RJ-45水晶头的选购水晶头的选购双绞线的两端必须都安装RJ-45插头，以便插在网卡、集线器或交换机
16、的RJ-45端口上。水晶头的质量直接关系到线缆电气信号的连通。因此，选购水晶头尤为重要。选购水晶头时应注意以下几个方面：（1）标识：名牌产品在塑料弹片上都有厂商的标注。（2）透明度：质量好的产品晶莹透亮。（3）可塑性：用线钳压制时可塑性差的水晶头会发生碎裂等现象。（4）弹片弹性：质量好的水晶头用手指拨动弹片会听到铮铮的声音，将弹片向前拨动到90度，弹片也不会折断，而且会恢复原状并且弹性不会改变，将做好的水晶头插入集线器或网卡中的时候能听到清脆的“咔”的响声。 6.双绞线的制作双绞线的制作 EIA/TIA 568A的线序定义依次为绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕。EIA/TIA 568B指
17、的是线序的定义依次为橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕。（1）直通线的做法标准做线方法：双绞线的两端都按568A或568B标准定义的针脚进行做线。非标准做线方法：由用户自己定义一端的序号，另一端完全按照和前面相同的序号排列。（2）交叉线的做法标准做线方法：双绞线一端按568A排线，另一端按568B来排线。非标准做线方法：先按照直通线的方式定义两端的线序，然后将另一端的序号调整即可，保证一端的橙色和另一端的绿色搭配，橙白色和绿白色搭配。（3）做线步骤剥线使用剥线钳将双绞线的外层剥掉，注意将剥线钳轻轻压下，然后环绕双绞线转动一圈，不能用力过猛，防止将线缆的内层割掉。排线定义双绞线的线序和做线方
18、式，将线缆的内层8根线序摆平，按照要求的线序排列。剪线使用剥线钳将线缆的头部剪齐。插线把剪好的线序插入水晶头（注意，水晶头的接口应该面向用户），保持用力均衡，要让线序保持一致，都完整的插到水晶头的底部。压线把插好线的水晶头移入压线钳下面对应的压线口下，查看刚才的插线位置时否被移动，线序是否插到水晶头底部，确认无误后，使用压线钳压线，压线成功后，水晶头的8个弹簧片将都被切在对应的线序上面。双绞线的两头都应该按照上面描述的序列进行。测试将做好的线缆两头分别插入测线仪，观察测线仪指示灯的闪动情况，由此判断线缆是否制作成功。1.5.2 同轴电缆同轴电缆 同轴电缆(coaxial cable)的结构是中
19、心有根导线，导线外面是绝缘层，绝缘层的外面是屏蔽金属，金属屏蔽层可以是密集形的，也可以是网状的，用于屏蔽电磁干扰和辐射，电缆的最外层又包了一层绝缘材料，如图所示。1.基带和宽带基带和宽带根据传送不同类型的信号，同轴电缆分为基带同轴电缆、宽带同轴电缆。基带同轴电缆用在符合IEEE802.3标准的以太网环境中，它的阻抗为50，只用于数字信号的发送，同一时间内只能传送一路信号。基带同轴电缆传输距离是几公里，传输速率在10Mbps左右，使用更长的电缆,使用中间放大器，实现方式较为简单。宽带同轴电缆用于频分多路复用（FDM）的模拟信号系统，阻抗为75，它可以传送不同频率的模拟信号。2.粗缆和细缆粗缆和细
20、缆粗缆适用于大型网络使用,它的标准距离长、可靠性高。粗缆连接时两端需接终端器。粗缆与外部收发器相连，收发器与网卡之间用AUI电缆相连，网卡必须有AUI接口，每段连接距离为500m，100个用户，4个中继器可达2500m，收发器之间最小2.5m，收发器电缆最大50m。粗缆安装时不需要切断电缆，因此可以根据需要灵活调整计算机的入网位置。但粗缆网络必须安装收发器和收发器电缆，安装难度大，所以总体造价高。细缆传输距离短，用T型头与BNC网卡相连，两端安装50欧终端电阻。每段185m，4个中继器，最大925m，每段30个用户，T型头之间最小0.5m。细缆安装简单，造价低，但由于安装过程要切断电缆，两头须
21、装上基本网络连接头(BNC)，然后接在T型连接器两端，所以当接头多时容易产生接触不良的隐患。为了保持同轴电缆的正确电气特性，电缆屏蔽层必须接地。同时两头要有终端器来削弱信号反射作用。3.相关网络连接器相关网络连接器（1）T型连接器和BNC接头T型连接器与BNC接头是细同轴电缆的连接器，它对网络的可靠性有着至关重要的影响。同轴电缆与T型连接器是依赖于BNC接头进行连接的，BNC接头有手工安装和工具型安装之分，用户可根据实际情况和线路的可靠性进行选择。如图是常见的T型连接器和BNC接头。（2）终端匹配器终端匹配器,也称终端适配器,它通常安装在同轴电缆（粗缆或细缆）的两个端点上，它的作用是防止电缆无
22、匹配电阻或阻抗不正确。无匹配电阻或阻抗不正确，则会引起信号波形反射，造成信号传输错误。如图1-7是常见的终端匹配器。4.同轴电缆的特性同轴电缆的特性（1）物理特性：单根同轴电缆直径约为1.02-2.54cm，可在较宽频率范围工作。（2）传输特性：基带同轴电缆仅用于数字传输，阻抗为50，并使用曼彻斯特编码，数据传输速率最高可达10Mbps。宽带同轴电缆可用于模拟信号和数字信号传输，阻抗为75，对于模拟信号，带宽可达300-450MHz。（3）连通性：可用于点到点连接或多点连接。（4）地理范围：基带同轴电缆的最大距离限制在几Km，宽带电缆的最大距离可以达几十Km。（5）抗干扰性：能力比双绞线强。（
23、6）相对价格：比同轴电缆贵，比光纤便宜。5.同轴电缆的制作同轴电缆的制作（1）将BNC接头的金属套环套到电缆线上。（2）利用剥线钳将同轴电缆的外皮剥下一小段，长度稍小于BNC接头的长度，注意不要切断金属丝网。（3）将金属丝拨开，露出绝缘体。（4）用剥线钳将绝缘体剥下一小段，长度稍小于BNC接头中铜制针头后段较粗的部分。（5）将铜制针头套到同轴电缆最里边的导体芯上，为避免松动，用烙铁将铜制针头与导体芯焊牢。（6）将铜制针头插入BNC接头的金属套头中。（7）将套到电缆上的金属套环向BNC接头方向推到底，金属丝网太长时，要加以修剪，以不露出金属套环为宜。（8）用三用电表测试铜制针头与BNC接头的外壳
24、是否短路。如果短路，要重新制作，直到正常为止。（9）用压线钳将金属环套夹紧在金属套环上，再执行上一步骤以确认无短路现象，到此一个BNC接头制作成功。另外一个接头的做法同上。（10）将做好的同轴电缆线分别插在对应的计算机上，设置网络，测试是否连通。1.5.3 光纤光纤 1.光纤的结构光纤的结构光纤是一种由石英玻璃(Sio2)、塑料等对光透明的材料制成的能传输光波的纤维，光纤通常制成横截面很小的双层同心圆柱体，这种圆柱体称为纤芯。在纤芯外围再加一层包层，便形成裸光纤。纤芯的折射率较高，包层的折射率较低。如图表示的是裸光纤的剖面示意图。2.单模光纤和多模光纤单模光纤和多模光纤（1）单模光纤如果光纤导
25、芯的直径小到只有一个光的波长，光纤就成了一种波导管，光线则不必经过多次反射式的传播，而是一直向前传播，这种光纤称为单模光纤。单模光纤芯的直径为8mm-10mm。单模光纤只提供一条光路。但它的直径小，加工复杂，传输频带宽，传输容量大。一般用于远距离通信传输，所用的光源是激光。如图显示的是光束在单模光纤中的传输过程。（2）多模光纤根据光在光纤中折射率的不同，多模光纤又可以分为突变型多模光纤和渐变型多模光纤。（1）突变型多模光纤（Step Index Fiber,SIF）突变型多模光纤也称为跳变式光纤，由于制作光芯的材料光密度一致，纤芯的折射率和保护层的折射率都是一个常数。这种光纤中，光线以折线形状
26、沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。带宽只有10-20MHz/km，一般用于小容量短距离系统。如图1-10显示的是光束在跳变式光纤中的传输过程。（2）渐变型多模光纤（Graded Index Fiber, GIF）渐变式光纤也称为级率多模光纤。光纤内芯的材料从纤心向外，光密度逐渐变小，在纤芯和保护层的交界面,折射率呈阶梯型变化，纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小,在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线。这种光纤中，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。渐变型多模光纤的带宽可达1-2GHz/km，适用于中等容量（34-140Mbps
27、），中等距离（10-20km）系统。如图是光束在渐变式光纤中的传输过程。3.光纤的特性光纤的特性（1）物理特性：在计算机网络中均采用两根光纤(一来一去)组成传输系统。（2）传输特性：光纤通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号，内部的全反射可以在任何折射指数高于包层媒体折射指数的透明媒体中进行。 （3）连通性：采用点到点连接。（4）地理范围：可以在6-8公里的距离内不用中继器传输，因此光纤适合于在几个建筑物之间通过点到点的链路连接局域网。（5）抗干扰性：不受噪声或电磁影响，适宜在长距离内保持高数据传输率，而且能够提供良好的安全性。（6）价格：就目前而言，价格比同轴电缆和双绞线都贵。4.光纤连
28、接方法光纤连接方法（1）直接端接干燥箱固化的环氧树脂型端接预装环氧树脂型端接冷固化环氧树脂型端接（2）接合端接机械接合熔断接合预先端接5.光纤弯曲和打磨光纤弯曲和打磨光纤弯曲和打磨的方法很多。常见的机械弯曲法是把光纤固定在清洁光纤套圈中，使用机械夹具把光纤“弯曲”到相应位置，然后剪掉光纤，再进行打磨。另外，还有带预打磨套圈的机械弯曲方法，这种连接器的套圈带有一小段出厂时已经打磨好的光纤，这段光纤后面有一定填充了与光折射率相符的凝胶的空间。应用该方法进行光纤弯曲和打磨时，首先剥掉光纤，进行清洁，将光纤剪成预定的长度，然后将光纤直接插入套圈中，弯曲到正确位置，最后剪掉光纤，进行打磨即可。6.光纤熔
29、接光纤熔接(1)剥开光缆一端，长度约1mm左右，将油膏擦拭干净，将光缆穿入光纤连接器，用钢丝固定时一定要压紧，不能有松动；否则，可能造成光缆打滚折断纤芯。(2)将不同束管、不同颜色的光纤分开穿过保护光纤熔接头的热缩管。(3)打开光纤熔接机电源，采用预置的自动熔接程序进行熔接，熔接过程中注意及时去除熔接机中的粉尘和光纤碎未。(4)用专用的剥线钳剥去涂覆层，用酒精棉在裸纤上擦拭几次，用力要适度，然后用精密光纤切割刀切割光纤，0.25mm光纤切割长度约为8mm-16mm，0.9mm光纤切割长度只能是16mm。(5)将光纤放在熔接机的V形槽中，压上光纤压板和光纤夹具，根据光纤切割长度设置光纤在压板中的位置，关上防风罩，约需11秒，即可自动完成熔接。(6)打开防风罩，把光纤从熔接机上取出，再将热缩管放在裸纤中心，放到加热炉中加热。加热器可使用20mm微型热缩套管和40mm及60mm一般热缩套管，20mm热缩管约需40秒，60mm热缩管约需85秒。(7)将熔接好的光纤盘到光纤收容盘上，在盘纤时，盘圈的半径越大，弧度越大，整个线路的损耗就越小。(8)将光纤连接器密封好，防止进水，然后套上不锈钢挂钩并挂在吊线上。至此，光纤熔接完成。1.6 无线传输介质无线传输介质1.无线电波无线电波2.微波微波（1）地面微波（2）卫星微波3.红外系统红外系统（1）点到点红外系统（2）广播式红外系统
