第1章 计算机网络基础

1、人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材1编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材2编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等本章主要内容本章主要内容：什么是计算机网络什么是计算机网络网络的分类网络的分类网络拓扑结构网络拓扑结构OSI七层协议模型七层协议模型 TCP/IP协议模型协议模型 数据通信技术数据通信技术 IP地址地址 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材3编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等1.1 什么是计算机网络什么是计算机网络1.1.1 计算机网络的定义计算机网络的定义 为了实现计算机之间的通信、

2、资源共享和协同工作，利用传输介质、为了实现计算机之间的通信、资源共享和协同工作，利用传输介质、网络通信设备，将地理位置分散的、在功能上独立的一组计算机，按网络通信设备，将地理位置分散的、在功能上独立的一组计算机，按照某种结构联系起来，并通过网络操作系统和网络通信协议对这组互照某种结构联系起来，并通过网络操作系统和网络通信协议对这组互联的计算机进行管理，这就是计算机网络。联的计算机进行管理，这就是计算机网络。两台计算机用双绞线互连可组成一个网络，校园中所有计算机互连两台计算机用双绞线互连可组成一个网络，校园中所有计算机互连在一起所组成的校园网也是一个网络，在一起所组成的校园网也是一个网络，Int

3、ernet也是一个网络，它是网也是一个网络，它是网络的集合，通过卫星、光缆、路由器、络的集合，通过卫星、光缆、路由器、TCP/IP协议等将全世界不同的协议等将全世界不同的网络连接在一起。网络连接在一起。 形成计算机网络，有以下特点：形成计算机网络，有以下特点：互连的计算机和各种网络设备；互连的计算机和各种网络设备；计算机及网络设备之间可以通信；计算机及网络设备之间可以通信；互连的、自主的计算机集合，互连使计算机之间可以相互交换信互连的、自主的计算机集合，互连使计算机之间可以相互交换信息，自主使各计算机在功能上独立。息，自主使各计算机在功能上独立。 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材

4、全国十一五规划教材4编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等1.1.2 计算机网络的功能计算机网络的功能 资源共享；资源共享；交互通信；交互通信；协同工作。协同工作。1.1.3 计算机网络的组成要素计算机网络的组成要素计算机网络是由各种硬件组件和软件组件组成。计算机网络是由各种硬件组件和软件组件组成。硬件组件包括：包含网卡的计算机和服务器，打印机、硬件组件包括：包含网卡的计算机和服务器，打印机、绘图仪、绘图仪、MODEN等各种外部设备，中继器、集线器、等各种外部设备，中继器、集线器、交换机、网桥、路由器、无线交换机、网桥、路由器、无线AP或无线路由等中间设或无线路由等中间设备，同轴电缆、双绞线、光纤、卫星

5、天线等传输介质。备，同轴电缆、双绞线、光纤、卫星天线等传输介质。软件组件包括：网络操作系统、网络和通信协议、各软件组件包括：网络操作系统、网络和通信协议、各种应用软件等。种应用软件等。 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材5编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等结点类包括：结点类包括：计算机的特点：计算机的特点：计算机网络中的最基本节点 具有独立工作的能力插有网卡或无线网卡安装了网络协议如TCP/IP协议能使自己的资源在网络中共享服务器的特点：服务器的特点：允许网络中的其它计算机使用它的资源相对其它计算机节点其功能更加强大拥有增强的处理速率拥有各种存储设备 人民邮电出版社人民

6、邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材6编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等打印机、绘图仪等网络中共享资源打印机、绘图仪等网络中共享资源连接在某一网络中或计算机或服务器上被网络中所有节点或用户所共享使用MODEN是调制解调器或ADSL MODEN单台计算机或小型网络接入大型网络的一种设备传输速率较低传输介质类包括：传输介质类包括：双绞线电缆：双绞线电缆：价格便宜且易于安装传输速率在 1 至 100 Mbps 之间两节点之间的最大距离不能超过 100 米人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材7编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等同轴电缆：同轴电缆：可靠，带宽比双绞线电缆宽两根导

7、线共享同一根轴很好的 EMI 屏蔽且弹性很好价格较高，安装过程复杂光纤电缆：光纤电缆：使用光导玻璃纤维或塑料纤维制成，外层包有一层保护鞘和一层耐磨的外部鞘以光的形式传送数据需要昂贵的接口设备数据传输速率介于 100 Mbps 和 2 Gbps 之间有效传输距离为 2 至 25 Km可以安全地应用于各种高电压、强电磁场等环境中人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材8编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等红外线红外线采用小于1微米波长的红外线作为传输媒体有较强的方向性具有很高的背景噪声，受日光、环境照明等影响较大红外信号要求视距传输，窃听困难，对邻近区域的类似系统不会产生干扰无线电

8、波无线电波使用直序扩频调制方法时，具有很强的抗干扰抗噪声能力、抗衰落能力使用的频段主要是ISM频段（2.4GHz 2.4835GHz）,不会对人体健康造成伤害无线电波的覆盖范围广，应用广泛 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材9编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等中间设备中间设备中继器中继器对传递的信号进行放大连接网络段所用介质相似时效率更高拓展了局域网的物理长度物理层设备集线器集线器多口中继器共享式设备物理层设备 交换机交换机具有集线器的功能工作在数据链路层用于连接不同的网段各端口能独立地进行数据传输，从而拓展了网络带宽人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十

9、一五规划教材10编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等 网桥网桥 用于连接多个局域网 可以根据MAC地址过滤通信量 工作在数据链路层 对高层协议透明 路由器路由器 连接两个或多个不同的网络 工作在网络层 隔离广播 吞吐量通常不及网桥 具有防火墙的功能 软件组件软件组件 网络操作系统网络操作系统 是一组控制和管理计算机的软件程序 管理程序的执行 解释键盘输入信息 在屏幕上显示信息人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材11编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等文件的输入和输出控制和管理外设网络通信协议网络通信协议是一系列规则和约定遵守网络通信协议的网络设备能够相互通信TCP/IP协议，是In

10、ternet的标准协议网卡驱动程序网卡驱动程序将计算机中的数据转换成网络上其它设备能够识别的格式将网络中各种介质传输过来的信号转换成计算机中的数据各种应用软件各种应用软件网络安全软件网络管理软件信息管理软件数据库管理软件人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材12编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等包括各网络硬件组件的计算机网络示意图如图1-1所示： 图1-1 包括各硬件组件的计算机网络人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材13编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等1.2 网络的分类网络的分类按通信方式分：交换网和广播网按通信方式分：交换网和广播网从网络的使用者

11、分：公众网和专用网从网络的使用者分：公众网和专用网 按传输介质分：有线网和无线网按传输介质分：有线网和无线网按服务方式分：客户机按服务方式分：客户机/ /服务器网络和对等网络服务器网络和对等网络从网络的覆盖范围来分：局域网、城域网和广域网从网络的覆盖范围来分：局域网、城域网和广域网对分组交换网，又分为：通信子网、资源子网对分组交换网，又分为：通信子网、资源子网 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材14编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等1.3 网络拓扑结构网络拓扑结构网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种网络设备的物理布局。网网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种网络设备的物理布局

12、。网络拓扑图给出了网络中各节点相互间的连接图。络拓扑图给出了网络中各节点相互间的连接图。网络拓扑的基本结构有星型结构、总线结构、环型结构；还有其网络拓扑的基本结构有星型结构、总线结构、环型结构；还有其他混合型拓扑结构：树型结构、网状结构、蜂窝状结构、分布式他混合型拓扑结构：树型结构、网状结构、蜂窝状结构、分布式结构等。结构等。 1.3.1 总线型拓扑结构总线型拓扑结构总线型拓扑结构采用单根数据传输线作为通信介质（称为总线），总线型拓扑结构采用单根数据传输线作为通信介质（称为总线），所有的节点都通过相应的硬件接口直接连接到通信介质上，而且所有的节点都通过相应的硬件接口直接连接到通信介质上，而且能

13、被所有其他的节点接受。图能被所有其他的节点接受。图1-2所示为总线型拓扑结构示意图所示为总线型拓扑结构示意图 图1-2 总线型拓扑结构人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材15编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等 由于所有的节点共享一条公用的传输链路，所以一次只能由一个设备传输。由于所有的节点共享一条公用的传输链路，所以一次只能由一个设备传输。这样就需要某种形式的访问控制策略，以决定下一次哪一个节点可以发送。这样就需要某种形式的访问控制策略，以决定下一次哪一个节点可以发送。一般情况下，总线型网络采用载波监听多路访问一般情况下，总线型网络采用载波监听多路访问/ /冲突检测（冲突

14、检测（CSMA/CD）控）控制策略。制策略。 总线型网络信息发送的过程为：网中的各个计算机在发送数据之前，首先总线型网络信息发送的过程为：网中的各个计算机在发送数据之前，首先要进行载波监听，当媒体空闲时，开始发送数据，所有的计算机都能侦听到要进行载波监听，当媒体空闲时，开始发送数据，所有的计算机都能侦听到数据，但只有目标地址相同的计算机才会接收，其它计算机放弃。当两个以数据，但只有目标地址相同的计算机才会接收，其它计算机放弃。当两个以上的计算机同时监听到媒体空闲并同时发送数据时，就会产生冲突现象，发上的计算机同时监听到媒体空闲并同时发送数据时，就会产生冲突现象，发送随即宣告失败。然后这两个计算

15、机随机等待一段时间后，再重新争用媒体，送随即宣告失败。然后这两个计算机随机等待一段时间后，再重新争用媒体，重发未完成的数据。重发未完成的数据。 总线型拓扑结构在局域网中得到广泛的应用，主要优点有：总线型拓扑结构在局域网中得到广泛的应用，主要优点有： 布线容易、电缆用量小。 易于扩充。 易于安装。 总线型拓扑结构虽然有许多优点，但也有自己的局限性：总线型拓扑结构虽然有许多优点，但也有自己的局限性： 故障诊断困难。 故障隔离困难 。 中继器配置问题。人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材16编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等通信介质或中间某一接口点出现故障，整个网络随即瘫痪。传

16、输距离有限，通信范围受到限制。分布式协议不保证信息及时传送，不具实时功能。 终端必须是智能的。 1.3.2 星型拓扑结构星型拓扑结构 星型拓扑结构是中央节点和通过点到点链路连接到中央节点的各星型拓扑结构是中央节点和通过点到点链路连接到中央节点的各节点组成。工作站到中央节点的线路是专用的，不会出现拥挤的节点组成。工作站到中央节点的线路是专用的，不会出现拥挤的瓶颈现象。一旦建立了通道连接，可以没有延迟地在连通的两个瓶颈现象。一旦建立了通道连接，可以没有延迟地在连通的两个节点之间传送数据。图节点之间传送数据。图1-3所示为星型拓扑结构图。所示为星型拓扑结构图。图图1-3 星型拓扑结构星型拓扑结构 人

17、民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材17编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等星型拓扑结构中，中央节点为集线器（星型拓扑结构中，中央节点为集线器（HUB）或交换机，其他外围或交换机，其他外围节点为服务器或工作站或其它设备等；通信介质为双绞线或光纤。节点为服务器或工作站或其它设备等；通信介质为双绞线或光纤。星型拓扑结构被广泛地应用于必须通过中心结点的场合。由于所有节星型拓扑结构被广泛地应用于必须通过中心结点的场合。由于所有节点的往外传输都必须经过中央节点来处理，因此，对中央节点的要求点的往外传输都必须经过中央节点来处理，因此，对中央节点的要求比较高。比较高。星型拓扑结构信息发送的

18、过程为：某一工作站有信息发送时，将向中星型拓扑结构信息发送的过程为：某一工作站有信息发送时，将向中央节点申请，中央节点响应此工作站，并将该工作站与目的工作站或央节点申请，中央节点响应此工作站，并将该工作站与目的工作站或服务器建立会话。此时，就可以进行无延时的会话。服务器建立会话。此时，就可以进行无延时的会话。星型拓扑结构的优点为：星型拓扑结构的优点为：可靠性高。在星型拓扑的结构中，每个连接只与一个设备相连，因此，单个连接的故障只影响一个设备，不会影响全网。网络延迟时间较小，传输误差较低。方便服务。故障诊断容易。人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材18编著：斯桃枝等编

19、著：斯桃枝等星型拓扑结构虽有许多优点，但也有缺点：星型拓扑结构虽有许多优点，但也有缺点：扩展困难、安装费用高。对中央节点的依赖性强。各站点的分布处理能力较低。1.3.2 环型拓扑结构环型拓扑结构环型结构一般使用电缆和光纤连接环路上的各节点，它所有的节点环型结构一般使用电缆和光纤连接环路上的各节点，它所有的节点上通过环路接口分别联接到它相邻的两个节点上，从而形成的一种上通过环路接口分别联接到它相邻的两个节点上，从而形成的一种首尾相接的闭环通信网络。图首尾相接的闭环通信网络。图1-4为环型拓扑结构。为环型拓扑结构。 图1-4 环型拓扑结构人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划

20、教材19编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等环型结构数据发送的过程为：一般情况下，环型拓扑结构网络采环型结构数据发送的过程为：一般情况下，环型拓扑结构网络采用令牌环（用令牌环（Token Ring）的介质访问控制。环路上的各个计算机的介质访问控制。环路上的各个计算机均可以请求发送信息，请求一旦被批准（拿到空令牌），计算机均可以请求发送信息，请求一旦被批准（拿到空令牌），计算机就可以向环路发送数据，并采用单向传输。只有当传送信息的目就可以向环路发送数据，并采用单向传输。只有当传送信息的目的地址与环路上某台计算机的地址相符合时，才被该计算机的环的地址与环路上某台计算机的地址相符合时，才被该计算机的环接口所

21、接受，否则，信息将传至下一台计算机的环接口。当目标接口所接受，否则，信息将传至下一台计算机的环接口。当目标计算机收到数据后，做好标记，并继续下传，到源发送计算机为计算机收到数据后，做好标记，并继续下传，到源发送计算机为止，在判断发送正确后才被丢弃，并产生新的令牌下传。止，在判断发送正确后才被丢弃，并产生新的令牌下传。 环型拓扑结构具有以下优点：环型拓扑结构具有以下优点：电缆长度短。信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有一条道路，故简化了路径选择的控制，且传输时间固定。当有旁路电路时，某个节点发生故障可以自动旁路。环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单。适用于光纤。无差错传输。人民邮电

22、出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材20编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等环型拓扑结构的缺点为：环型拓扑结构的缺点为： 可靠性差。 故障诊断困难。 调整网络比较困难。 由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过 多时，势必影响信息传输速率，使网络的响应时间延长。 媒体访问协议都用令牌传递方式，在负载很轻时，信道利用率较低。1.3.4 其它网络拓扑结构其它网络拓扑结构混合型拓扑结构混合型拓扑结构混合型拓扑结构是一种综合性的拓扑结构。组建混合型拓扑结构的网络有利于发挥网络拓扑结构的优点，克服某一种拓扑结构的局限性。图1-5、图1-6均为一个混合型拓扑结构。混合型拓扑结构没有

23、一定的规则，其节点的地理位置比较分散，主要考虑的因素是通信线路，因而采用没有规则的混合型。人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材21编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等对总线与星型拓扑结构来说：单台计算机出故障不影响网络的正常运行；如果连接组件出故障，那么网络将断成两段，相互不能通信。 对环型与星型拓扑结构来说：单台计算机出故障不影响网络的正常运行；由于采用令牌传送数据的机制，各个计算机的通信机会均等，所以环型与星型网络的通信能力比总线与星型的通信能力强。混合形拓扑：将两种单一拓扑结构混合起来，取两者的优点构成的拓扑结构。图1-5总线与星型相结合的混合型拓扑结构图1-6 环型

24、与星型相结合的混合型拓扑结构人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材22编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等树型结构树型结构树型结构是分级的集中控制式网络，与星型相比，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。如图1-7、图1-8所示。 树形拓扑：从总线拓扑演变而来，像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可带子分支。树根接收各站点发送的数据，然后再广播发送到全网。 图1-7树型拓扑结构 图1-8 星型树型拓扑结构 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十

25、一五规划教材23编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等网状拓扑结构网状拓扑结构 在网状拓扑结构（有时也称为分布式结构）中，网络的每台设备之间均有点到点的链路连接，因此任两个节点之间的链路都有多条，这种连接成本很高，只有每个设备都要频繁地向邻近的设备发送信息时才使用这种方法。它的安装也复杂，但系统可靠性高，容错能力强。如图1-9所示。图1-9网状拓扑结构人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材24编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等蜂窝拓扑结构蜂窝拓扑结构 蜂窝拓扑结构是无线局域网中常用的结构，如图1-10所示。当地形复杂地区，架设有线通信介质比较困难，可利用无线传输介质（微波、卫星、无线

26、电、红外等）点到点和多点传输的特征，组成无线网络。蜂窝拓扑结构由圆形区域组成，每一区域都有一个节点（基站），区域中没有物理连接点，只有无线介质。适用于城市网、校园网、企业网，更适合于移动通信。图1-10 蜂窝拓扑结构(a) 室内点到点拓扑结构 (b) 室外点到点拓扑结构 (c) 室内点到多点拓扑结构 (d) 室外点到多点拓扑结构 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材25编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等1.3.5 网络拓扑结构的选择网络拓扑结构的选择在选择网络拓扑结构时，应考虑的因素有下列几点：在选择网络拓扑结构时，应考虑的因素有下列几点： 可靠性。 费用。灵活性。响应时

27、间和吞吐量。 可操作性。 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材26编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等1.4 OSI七层协议模型七层协议模型 1.4.1 什么是什么是OSI OSI是一个协议，将网络通信按功能分为是一个协议，将网络通信按功能分为7个层次。上面个层次。上面3层定义层定义了中断系统中的应用程序间彼此通信，以及如何与用户通信等相了中断系统中的应用程序间彼此通信，以及如何与用户通信等相关的数据处理，下面关的数据处理，下面4层定义了怎样进行端到端的数据传输。层定义了怎样进行端到端的数据传输。OSI还定义了各层的功能以及层与层之间的关系，相同层次的两还定义了各层的功能以

28、及层与层之间的关系，相同层次的两端如何通信等。端如何通信等。OSI七层协议模型如图七层协议模型如图1-11所示。所示。 图1-11 OSI七层协议模型人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材27编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等1.4.2 应用层应用层应用层是应用层是OSI模型的最高层，是应用进程访问网络服务的窗口。模型的最高层，是应用进程访问网络服务的窗口。负责应用程序间的通信，是应用程序交换数据的协议。这一层负责应用程序间的通信，是应用程序交换数据的协议。这一层直接为网络用户或应用程序提供各种各样的网络服务，它是计直接为网络用户或应用程序提供各种各样的网络服务，它是计算机

29、网络与最终用户间的界面。算机网络与最终用户间的界面。 应用层的主要功能：应用层的主要功能：公共应用服务提供最基本的服务，主要为应用进程通信、分布系统实现提供基本的控制机制。特定应用服务则要满足一些特定服务，如文件传送、访问管理、作业传送、银行事务、订单输入等。这些将涉及到虚拟终端、作业传送与操作、文件传送及访问管理、打印服务、报文服务、目录服务、网络管理、远程数据库访问、图形核心系统、开放系统互连管理等等。 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材28编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等1.4.3 表示层表示层 表示层提供的服务包括数据语法的转换、数据的传送、翻译数表示层提供的

30、服务包括数据语法的转换、数据的传送、翻译数据格式、数据压缩、数据加密等，为高层用户提供统一的数据据格式、数据压缩、数据加密等，为高层用户提供统一的数据和信息的语法表示形式。和信息的语法表示形式。 表示层主要功能：表示层主要功能：表示层保证了通信设备之间的互操作性。该层的功能使得两台内部数据表示结构都不同的计算机能实现通信。它提供了一种对不同控制码、字符集和图形字符等的解释，而这种解释是使两台设备都能以相同方式理解相同的传输内容所必需的。表示层还为数据安全性提供加密与解密措施，为提高传输效率提供必需的数据压缩及解压等。人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材29编著：斯桃

31、枝等编著：斯桃枝等1.4.4 会话层会话层 会话层是网络对话控制器，在应用程序间建立、管理、终止会会话层是网络对话控制器，在应用程序间建立、管理、终止会话。它建立、维护、同步通信设备之间的交互操作，保证每次话。它建立、维护、同步通信设备之间的交互操作，保证每次会话都正常关闭而不会突然断开。会话层建立和验证用户之间会话都正常关闭而不会突然断开。会话层建立和验证用户之间的连接，包括口令和登录确认；它也控制数据的交换，决定以的连接，包括口令和登录确认；它也控制数据的交换，决定以何种顺序将对话单元传送到传输层，以及在传输过程的哪一点何种顺序将对话单元传送到传输层，以及在传输过程的哪一点需要接收端的确认

32、等。需要接收端的确认等。 会话层主要功能：会话层主要功能：建立和维持两端之间的会话、使会话同步，并负责数据的传送。例如：两节点在正式通信前，需要协商好双方所使用的通信协议，通信方式（全双工或半双工），如何纠错和复原，以及如何结束通信等内容，面向会话是大多数主机通信的标准（会话控制在局域网中不常用，因为局域网被认为是高可靠的）。会话层使用校验点可使通信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信（这种能力对于传送大的文件极为重要）。人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材30编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等1.4.5 传输层传输层 传输层为高层用户提供端到端的可靠传输；进行端到端的差

33、错传输层为高层用户提供端到端的可靠传输；进行端到端的差错控制，负责错误的检查与修复以确保传送的质量；进行流量控控制，负责错误的检查与修复以确保传送的质量；进行流量控制和拥塞控制；在发送端将较长的数据分割成较小的单位（信制和拥塞控制；在发送端将较长的数据分割成较小的单位（信息分段）后再传送，在接收端排序组装后恢复原信息。息分段）后再传送，在接收端排序组装后恢复原信息。传输层数据传输方式是报文。传输层数据传输方式是报文。传输层服务一般要经历建立连接阶段，数据传送阶段，释放连传输层服务一般要经历建立连接阶段，数据传送阶段，释放连接接3 3个阶段才算完成一个完整的服务过程。可以满足对传送质量、个阶段才

34、算完成一个完整的服务过程。可以满足对传送质量、传送速度、传送费用的各种不同需要。传送速度、传送费用的各种不同需要。传输层主要功能：传输层主要功能：采用分流/合流、复用/分时复用技术来调节不同的通信子网之间的差异，提供性能恒定的界面给会话层。 传输层还要具备差错恢复，流量控制等功能，以此对会话层屏蔽通信子网在这些方面的细节与差异。传输层面对的数据对象不是网络地址和主机地址，而是与会话层的界面端口。人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材31编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等1.4.6 网络层网络层 网络层主要用于解释网络层地址，并把数据引导给目标网络网络层主要用于解释网络层地址

35、，并把数据引导给目标网络 上，即根据网络地址在源和目标之间建立网络连接、路由切换、上，即根据网络地址在源和目标之间建立网络连接、路由切换、交通堵塞的疏导与控制等。交通堵塞的疏导与控制等。网络层负责数据包经过多条链路、由信源到信宿的传递过程，网络层负责数据包经过多条链路、由信源到信宿的传递过程，并保证每个数据包能够成功和有效地从出发点到达目的地。并保证每个数据包能够成功和有效地从出发点到达目的地。网络层提供了两种服务：线路交换和路由选择。网络层提供了两种服务：线路交换和路由选择。 网络层传输的基本单位是分组（或数据包）。网络层将数据按网络层传输的基本单位是分组（或数据包）。网络层将数据按固定大小

36、分组。固定大小分组。目前市场上销售的网络层硬件设备主要有网关和路由器。目前市场上销售的网络层硬件设备主要有网关和路由器。网络层主要功能：网络层主要功能：路由选择和中继。静态路由：固定路径，动态路由：根据网络负载选择路由。 激活、终止网络连接。人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材32编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等在一条数据链路上复用多条网络连接，采取分时复用技术。差错检测与恢复。排序，流量控制，防止拥塞。服务选择。网络管理。1.4.7 数据链路层数据链路层数据链路层从网络层接收数据，并加上有意义的比特位形成头数据链路层从网络层接收数据，并加上有意义的比特位形成头和尾部（

37、用来携带地址和其他控制信息）。这些附加信息的数和尾部（用来携带地址和其他控制信息）。这些附加信息的数据单元称为帧。数据链路层负责将数据帧无差错地从一个站点据单元称为帧。数据链路层负责将数据帧无差错地从一个站点送达下一个相邻站点，即通过一些数据链路层协议完成在不太送达下一个相邻站点，即通过一些数据链路层协议完成在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。 数据链路层包括数据链路层包括LLC 逻辑链路控制子层（从网络层接收并发送逻辑链路控制子层（从网络层接收并发送到到MAC层），层），MAC 媒体访问控制子层（管理包到目的地的传媒体访问控制子层（管理包到目的地的传

38、送过程）。送过程）。人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材33编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等最常见的链路层硬件产品有网卡、网桥、交换机最常见的链路层硬件产品有网卡、网桥、交换机。链路层的主要功能：链路层的主要功能：链路连接的建立，拆除，分离 。将bit 流分组组成帧，加上帧同步、帧定界和检错码。 顺序控制。 流量控制。差错检测和恢复。还有链路标识，流量控制等等。 1.4.8 物理层物理层物理层是物理层是OSI的最低层，是整个开放系统的基础。它建立在物的最低层，是整个开放系统的基础。它建立在物理通信介质的基础上，作为系统和通信介质的接口，为设备理通信介质的基础上，作为系统

39、和通信介质的接口，为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连装置，为实现数据链路之间的数据通信提供传输媒体及互连装置，为实现数据链路实体间透明的比特（实体间透明的比特（bit）流传输提供可靠的环境。）流传输提供可靠的环境。物理层包括网络接口卡、网络连接和网络的拓扑结构。物理层包括网络接口卡、网络连接和网络的拓扑结构。 最常见的物理层硬件产品有中继器、集线器最常见的物理层硬件产品有中继器、集线器 。人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材34编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等物理层的主要功能：物理层的主要功能：在物理媒体上传输数据比特流在物理媒体上建立、维持和终止传输比特流的物理连

40、接。编码，即用什么样的脉冲信号来表示数字“0”和“1”。规定脉冲的宽度 。传输是双工还是单工。 通信如何建立和结束。 物理接插口的各项机械、电气和光学性能等 。人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材35编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等TCP/IP协议，是一组不同层次上的多个协议的集合，它能实现协议，是一组不同层次上的多个协议的集合，它能实现不同机器、不同网络之间的互联。不同机器、不同网络之间的互联。TCP/IP协议有以下特点：协议有以下特点：使完全不同的操作系统之间互相通信。是一个真正的开放系统。是Internet的基础。是一个协议族,一组不同层次上的多个协议的组合。开放

41、的协议标准，免费使用，且与计算机硬件或操作系统无关。独立于任何一种网络，可用于局域网、广域网、互联网。统一的网络地址分配方案，所有的通信设备在网络中具有唯一的地址。标准化的高层协议，提供了丰富可靠的用户服务。1.5 TCP/IP协议模型协议模型 1.5.1 什么是什么是TCP/IP协议协议 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材36编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等通常通常TCP/IP是一个分为四层的协议系统，图是一个分为四层的协议系统，图1-12显示了显示了TCP/IP分层模型中的四个层次、与分层模型中的四个层次、与OSI七个层次之间的对应关系、以七个层次之间的对应关系、

42、以及每一层中主要的协议。及每一层中主要的协议。1.5.2 TCP/IP协议的参考模型协议的参考模型 图1-12 TCP/IP参考模型及协议簇人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材37编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等每一层的功能：每一层的功能： 主机到网络层，负责接收从网际层送来的IP数据报，并将IP数据报通过底层物理网络中传输介质上发送出去，或者从底层物理网络上接收物理信号转换成数据帧，并抽出其IP数据报，交给网际层。 网际层，处理分组（数据包）在网络中的活动，例如分组的选路等。 传输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。 应用层负责处理相关的应用程序细节。 1.

43、5.3 TCP/IP的封装的封装图图1-13 显示了从应用程序开始发送数据到比特流的传输之间的显示了从应用程序开始发送数据到比特流的传输之间的数据的封装过程。数据的封装过程。 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材38编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等 TCP传给传给IP的数据单元称为的数据单元称为TCP报文段或简称为报文段或简称为TCP段（段（TCP Segment）；）； UDP传给传给IP的信息单元称作的信息单元称作UDP数据报（数据报（UDP datagram）。）。 图1-13 TCP/IP中数据的封装过程人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规

44、划教材39编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等1.6 数据通信技术数据通信技术1.6.1 数据通信中的基本概念与理论基础数据通信中的基本概念与理论基础 信息、数据、信号信息、数据、信号 信息是客观事物的属性和相互联系特性的表现，它反映了客观事物的存在形式和运动状态等。数据一般可以理解为“信息的数字化形式”或“数字化的信息形式”。信号是数据在传输介质中的表示形式，在通信系统中有电信号、电磁信号、光信号、载波信号、脉冲信号、调制信号等。 有模拟信号和数字信号两种。 数据传输数据传输 模拟传输 数字传输 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材40编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等信道、带

45、宽、信道容量信道、带宽、信道容量 信道：传送信号的通路。分为：模拟信道（传输模拟信号的信道）、数字信道（传输数字信号的信道）。 带宽：对模拟信号，是传输过程中最高频率与最低频率的差值。对数字信号，是传输中的最高传输速率。 信道容量：信道的传输能力有一定限制，某个信道传输数据的速率有一个上限，叫作信道的最大传输速率。码元与信息量：码元与信息量：码元是承载信息的基本信号单位。如用脉冲信号表示数据时，一个单位脉冲就是一码元。一码元的信息量是由码元所能表示的有效状态值个数决定，若一码元有00、01、10、11共4个有效状态值，则一码元能携带2bit的信息。波特率（调制速率）和比特率（数据传输速率）波特

46、率（调制速率）和比特率（数据传输速率） 波特率：单位时间内传输的波形数，单位为baud。B=1/T 其中T 表示单位脉冲宽度。 比特率：单位时间内传输的信息量，单位为比特/秒，简称bps。人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材41编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等数字数据的数字传输（基带传输）数字数据的数字传输（基带传输） 不归零制码（NRZ） 曼彻斯特码 差分曼彻斯特码 逢“1”变化的NRZ码 逢“0”变化的NRZ码 1.6.2 数据编码技术数据编码技术 图1-14 基带传输方式人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材42编著：斯桃枝等编著：斯桃枝

47、等数字数据的模拟传输（频带传输）数字数据的模拟传输（频带传输） 振幅键控（ASK） 移频键控（FSK） 移相键控（PSK） 图1-15 频带传输方式人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材43编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等模拟数据数字传输（模拟数据数字传输（ PCM ） PCM（脉冲编码调制）技术就是在发送端通过对发送信号进行取样，量化和编码三个步骤，将模拟信号转换为数字信号的技术。取样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离

48、散值。编码则是按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示，然后转换成二值或多值的数字信号流。 宽带传输：宽带传输：是指比音频带宽更宽的频带，它包括大部分电磁波的频谱。使用宽带传输可同时传输多个信号。宽带传输系统一般被分为多个信道，每个信道6MHz，可以用作模拟电视信道、高质音频信道或数字信道。因而，宽带传输要使用多路复用技术。 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材44编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等频分多路复用（频分多路复用（FDM） 1.6.3 多路复用技术多路复用技术 图1-16 频分复用示意图人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材45编

49、著：斯桃枝等编著：斯桃枝等波分多路复用（波分多路复用（WDM）共享光纤光纤1光纤2光纤3光纤4光栅光栅功率波长共享光纤的波谱功率波长光纤1的波谱功率波长光纤2的波谱功率波长光纤3的波谱功率波长光纤4的波谱时分多路复用（时分多路复用（TDM）码分多路复用码分多路复用 图1-17波分复用示意图人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材46编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等单双工通信单双工通信 单工通信 半双工通信 全双工通信 1.6.4 通信线路的通信方式通信线路的通信方式 图1-18 通信方式(a) 单工通信；(b) 全双工通信；(c) 半双工通信 人民邮电出版社人民邮电出版社全

50、国十一五规划教材全国十一五规划教材47编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等数据传输模式数据传输模式 串行和并行传输 图1-19串行传输图1-20 并行传输人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材48编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等异步和同步传输 1-21 异步传输数据帧 图1-22 同步传输数据帧 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材49编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等电路交换电路交换 电路交换的优点：电路交换的优点：数据传输可靠、迅速（传输延迟小，实时性好）；数据不会丢失且保持原来的序列。电路交换的缺点：电路交换的缺点：电路连接时间长；线路故障需要重新建立

51、连接；通信双方占有一条信道后，即使不传送数据其他用户也不能使用，造成信道容量的浪费（线路利用率低）； 当传输时间短时，电路建立和拆除所用的时间就得不偿失； 当用户终端或网络节点负荷过重时，可能不能建立电路连接。 1.6.5 通信交换技术通信交换技术 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材50编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等报文交换报文交换 报文交换的优点：报文交换的优点：电路利用率高。由于许多报文可以分时共享两个节点之间的电路，所以对于同样的通信量来说，对电路的传输能力要求较低； 在报文交换网络上，通信量大时仍然可以接收报文，只是传送延迟会增加；报文交换系统可以把一个报文

52、发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点； 报文交换网络可以进行速度和代码的转换。 报文交换的缺点：报文交换的缺点：不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过网络的延迟时间长而且时间不定； 有时交换节点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文。 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材51编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等分组交换分组交换 分组交换的优点：分组交换的优点：高效：在分组传输的过程中动态分配传输带宽； 灵活：每个结点均有智能，可根据情况决定路由和对数据做必要的处理； 迅速：以分组作为传送单位，只有出错的分组才会被重发，因此大大降低了重发的比

53、例和开销，提高了交换速度； 在每个结点存储转发，节点所需要的存储量低； 可靠：完善的网络协议；分布式多路由的通信子网。分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种。分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种。 人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材52编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等在在TCP/IP网络上，每个主机都有唯一的地址，它是通过网络上，每个主机都有唯一的地址，它是通过IP协议来协议来实现的。实现的。IP协议要求主机每次与协议要求主机每次与IP网络连接时，必须为这次连接分配一个网络连接时，必须为这次连接分配一个唯一的唯一的IP地址。此地址。此IP地址不仅可以用来

54、识别主机，而且隐含识别地址不仅可以用来识别主机，而且隐含识别此主机所属的网络。此主机所属的网络。目前，大多使用的是目前，大多使用的是32位的位的IPv4地址，它由两部分组成，网络号地址，它由两部分组成，网络号和主机号。和主机号。IP地址采用点分十进制记法。地址采用点分十进制记法。Internet的的IP地址分为五大类，即地址分为五大类，即AE类。具体分类规则如表类。具体分类规则如表1.5所示。所示。IP地址的寻址规则：地址的寻址规则：网络地址必须唯一主机标识在同一网络内必须唯一1.7 IP地址地址 1.7.1 IP地址概述地址概述人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材53编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等1.7.2 一些特殊类型的一些特殊类型的IP地址和私有地址和私有IP地址地址 特殊类型的特殊类型的IP地址地址 255.255.255.255为广播地址，是当前子网的广播地址，叫做有限广播地址；主机号全为1：代表向本网络的所有主机进行广播，是直接广播地址；人民邮电出版社人民邮电出版社全国十一五规划教材全国十一五规划教材54编著：斯桃枝等编著：斯桃枝等网络标识的第一个字节不能为255。第一个字节为255作为广播地址，如255.1.1.1；网络标识的第一个字节不能为“0”，“0”表示该地址是本地网络，不能作为网络号进行传送，如0.12.16.