计算机网络技术必背

1、计算机网络概述1.1 计算机网络的定义和发展历史1.1.1 计算机网络的定义计算机网络就是指将分布在不同地理位置、具有独立功能的多台计算机及其外部设备，用通信设备和通信线路连接起来，在网络操作系统和通信协议及网络管理软件的管理协调下，实现资源共享、信息传递的系统。所谓的网络资源包括硬件资源（例如大容量磁盘、光盘阵列、打印机等），软件资源（例如工具软件、应用软件等）和数据资源（例如数据文件和数据库等）。1.1.2 计算机网络的发展历史1969年12月，Internet的前身美国的ARPA NET投入运行，它标志着我们常称的计算机网络的诞生。1.2 计算机网络的功能和应用1.2.1 计算机网络的功

2、能计算机网络的功能主要体现在以下方面：a. 实现计算机系统的资源共享b. 实现数据信息的快速传递c. 提高可靠性d. 提供负载均衡与分布式处理能力e. 集中管理f. 综合信息服务1.2.2 计算机网络的应用计算机网络的应用主要体现在以下方面：a. 办公自动化b. 管理信息系统c. 过程控制d. Internet应用1.3 计算机网络的系统组成计算机网络是由网络硬件系统和网络软件系统构成的。从拓扑结构看计算机网络是由一些网络节点和连接这些网络节点的通信链路构成的；从逻辑功能上看，计算机网络则是由资源子网和通信子网组成的。1.3.1 网络节点和通信链路1. 网络节点计算机网络中的节点又称网络单元，

3、一般可分为三类：访问节点、转接节点和混合节点。访问节点又称端节点，是指拥有计算机资源的用户设备，主要起信源和信宿的作用，常见的访问节点有用户主机和终端等。转接节点又称中间节点，是指那些在网络通信中起数据交换和转接作用的网络节点，这些节点拥有通信资源，具有通信功能。混合节点又称全功能节点，是指那些既可以作为访问节点又可以作为转接节点的网络节点。2. 通信链路通信链路是指两个网络节点之间传输信息和数据的线路。链路可用各种传输介质实现。通信链路又分为物理链路和逻辑链路两类。物理链路是一条点到点的物理线路，中间没有任何交换节点。1.3.2 资源子网和通信子网从逻辑功能上可以把计算机网络分为两个子网：资

4、源子网和通信子网。1. 资源子网资源子网提供访问网络和处理数据的能力，由主机系统、终端控制器和终端组成。2. 通信子网通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分，主要完成数据的传输、交换以及通信控制。3. 通信子网有两种类型。（1） 公用型：为公共用户提供服务并共享其通信资源的通信子网。（2） 专用型：专门为特定的一组用户构建的通信子网。1.3.2 网络硬件系统和软件系统网络硬件系统是指构成计算机网络的硬件设备，包括各种计算机系统、终端及通信设备。网络软件系统主要包括网络通信协议、网络操作系统和各类网络应用系统。1.4 计算机网络的分类u 按照网络规模大小和通信距离远近划分（1）局域网(Loca

5、l Area Network，LAN) 地理覆盖范围一般为一个单位，网络速度快。 主要连接设备为交换机。（2）广域网(Wide Area Network，WAN) 地理覆盖范围一般为一个国家，网络速度慢。 网络连接方式多样，主要连接设备为路由器。（3）城域网(Metropolitan Area Network，MAN) 地理覆盖范围一般为一个城市，多家单位组成，网络速度适中。u 按照按网络的传输技术分类（1）广播式网络 在网络中只有一个单一的通信信道，由这个网络中所有的主机所共享。 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，

6、则称为单播。（2）点到点网络 在网络中可能存在多个通信信道，两台计算机之间通过一条物理线路连接。 点到点的网络中需要选择最佳路径u 按照网络中计算机所处地位划分（1）对等网络（Peer to Peer：P2P） 网络中计算机是平等的，同时担任客户机和服务器两种角色； 每个用户都管理自己机器上的资源。（2）基于客户机/服务器模式网络（Client/server system：C/S） 由一台或多台计算机为用户提供网络服务， 服务器负责整个网络的管理维护工作，实现网络资源和用户的集中式管理。u 按网络的使用范围分类（1）公用网 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

7、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（PSTN），数字数据网（DDN），综合业务数字网（ISDN）等。（2）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。如：金融、军队、铁路等行业都有自己的专用网。 u 按传输介质分类（1）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网络。（2）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。

8、 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。 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。u 按网络作用范围分类（1）内联网 （Intranet） 用因特网技术建立的可支持企事业内部业务处理和信息交流的综合网络信息系统，通常采用一定的安全措施与企事业外部的因特网用户相隔离。（2）外联网(Extranet) 不同单位间为了频繁交换业务信息，而基于互联网或其他公网设施构建的单位间专用网络通道。（2）互联网(Internet) 以一组通用的协议(TCP/IP)相连，形成逻辑上的全球性网络。u 按网络的交换功能分类（1）电路交换： 在数据传输期间，

9、源（发送点）与目的（接收点）之间构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。基本原理与报文交换相同。本章习题一、填空题1在20世纪50年代，(计算机)和 （通信）技术的互相结合，为计算机网络的产生奠定了理论基础。2.从资源共享的角度来定义计算机网络，计算机网络指的是利用 （通信线路）将不同地理位置的多个独立的计算机连接起来以实现（资源共享

10、）的系统。3.从逻辑功能上，计算机网络可以分成（资源子网）和（通信子网）两个部分。4.（ARPAnet）的诞生是计算机网络发展历史中的一个里程碑事件，为Internet 的形成奠定了理论和技术基础。5.Internet是由分布在世界各地的计算机网络借助于（路由器）相互联接而形成的全球性互联网。二、名词解析1计算机网络 就是以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合。2ARPAnet 对Internet的形成与发展起着奠基作用的计算机网络。3通信子网 计算机网络的一个组成部分，由各种通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，负责全网的通信处理任务。4资源子网 计算机网络的一个组成部

11、分，由主机、终端、终端控制器、联网外设、各种软件资源与信息资源组成，负责全网的数据处理业务三、选择题1.下列设备属于资源子网的是 (A)。 A、计算机软件 B、网桥 C、交换机 D、路由器2.Internet最早起源于(A)。 A、ARPAnet B、以太 网 C、NSFnet D、环状网 3.计算机网络中可共享的资源包括(C) 。 A、硬件、软件、数据和通信信道 B、主机、外设和通信信道 C、硬件、软件和数据 D、主机、外设、数据和通信信道 4.目前人们所使用的计算机网络是根据（A）观点来定义的。 A、资源共享 B、狭义 C、用户透明性 D、报文交换 数据通信基础2.1.1 数据通信的基本概

12、念1、信息： 信息是对客观事物的反映。 在数据通信领域中，信息是数据的集合、含义与解释，信息的交换是通信的目的。 信息的表现形式可以是数值、文字、图形、声音、图像和动画等。2、数据 数据是人们对客观事实进行描述与记载的物理符号。 数据可以分为： 模拟数据：连续变化的物理量； 数字数据：离散不连续的量；3、信号： 信号是数据的具体物理表现，具有确定的物理描述。信号也可以分为模拟与数字两种形式。 模拟信号是在一定的数值范围内可以连续取值的信号，是一种连续变化的信号。如语音信号、广播电视信号等。数字信号取几个不连续的物理状态来代表数字，计算机通信使用的离散数字是二进制数字0和1，它们分别由信号的两个

13、物理状态（如低电平和高电平）来表示。2.1.2 数据通信系统模型1、信源 信源就是信息的发送端。常用的信源设备有电话机的话筒、计算机等。 信源实现信息装换成原始信号。2、信号变换器/信号反变换器 将原始信号转换成传输的信号。例如，调制解调器。3、信道 信道是传送信号的路径，即连接发送设备和接收设备的线路，由传输介质及相应的附属设备组成。4、信宿 信宿也就是信息的接收端。5、码元 计算机网络中传输的每一个二进制数字称为码元，由码元组成的数字序列称为码字。数据从信源发出，通过信道被信宿接收的整个过程称为通信过程。 （1）建立通信线路 （2）建立数据传输链路 （3）数据传输 （4）传输数据结束 （5

14、）断开通信线路2.1.3 数据通信的主要技术指标1、传输速率 传输速率是指单位时间内传送的信息量。（1）比特率 比特率又称信息传输速率、信息速率。 单位时间内所传输的二进制代码的位（bit）数，单位为bit/s或bps。（2）波特率 波特率又称码元传输速率、传码率、符号速率、调制速率。 单位时间内信道上每秒钟传送的波形个数，单位为波特（Baud），简记Bd。 一般来说，比特率反映数字信号的传输速度，波特率反映调制速度。2、误码率 误码率又称差错率，它是指二进制码元被传输出错的概率。 误码率=被传错的码元数/传输的二进制码元总数。 在计算机网络中，误码率通常要求低于10-6。误码率越小，通信的可

15、靠性越高。3、信道容量 信道容量是指单位时间内信道传输信息的最大能力，通常传输速率表示。 实际上，信道容量应大于数据传输速率，保证通信质量，减少误码率。4、信道延迟 信道延迟是指信号在信道中从信源到达信宿所需要的时间。 电信号一般以接近光速的速度传播，但随介质的不同而略有差别。5、吞吐量 吞吐量是单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是字节/秒或位/秒。 在单信道总线型网络中，吞吐量=信道容量传输效率。6、信道带宽 信道带宽是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高频率减去最低频率之差。 带宽越大，所能达到的传输速率就越大，所以通道的带宽是衡量传输系统的一个重要指标。宽

16、带带宽网速（流量）带宽 又叫频宽，在数字设备中，频宽通常以bps表示，即每秒可传输位数。在模拟设备中，频宽通常以每秒传送周期或赫兹 (Hz)来表示。 带宽包括上行速率（upload）和下行速率（download），上行指客户发送信息，下行指客户接收信息。流量流量为发送和接收的数据量总和，单位为字节(Byte)。网速带宽/8，单位为字节/称，yte/s。宽带 以前是针对拨号上网速率的上限 56Kbps为分界，将 56Kbps及其以下的接入称为“窄带”，之上的接入方式则归类于“宽带”。 目前的宽带对家庭用户而言是指传输速率超过1M，可以满足语音、图像等大量信息传递的需求。2.1. 数据编码技术1、

17、数字数据的模拟传输(即数字数据的模拟信号编码)（1）调制： 由发送端将数字数据信号转换成模拟数据信号的过程称为“调制”（2）解调： 在接收端把模拟数据信号还原为数字数据信号的过程称为“解调”（3）调制的方法： 振幅调制(ASK)：“0”：用幅度值为0的载波表示； “1”：用具有一定幅度值的载波表示； 频率调制(FSK)：“0”：用频率为w的载波表示； “1”：用频率为2w的载波表示； 相位调制(PSK)：“0”：用相位180的载波表示； “1”：用相位0的载波表示。2、数字数据的数字传输(即数字数据的数字信号编码)（1）不归零编码： 用高电平表示“1”，用低电平表示“0”。（2）曼彻斯特编码：

18、每比特的1/2周期处要发生跳变，由高电平跳到低电平表示“1”，由低电平跳到高电平表示“0”。（3）差分曼彻斯特编码：每比特的1/2周期处要发生跳变，在每比特的起始位置发生跳变表示“0”，不发生跳变表示“1”。曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码的特点：编码复杂，内部自含同步时钟，抗干扰能力强。3、模拟数据的数字传输(即模拟数据的数字信号编码)（1）方法：脉码调制(PCM) 设备：编码解码器(CODEC)（2）调制过程：a.取样 b.量化 c.编码2.2.1 数据通信系统模型1、数据终端设备（DTE） 处理用户数据的网络端点设备，能够作为信源、信宿或同时为二者。如：计算机、路由器、协议翻译器以及多路分

19、解器等设备。2、数据线路端接设备（DCE） 网络中传输和接收DTE数据的设备。如：调制解调器和网络接口卡。2.2.2 数据线路的通信方式并行通信与串行通信并行通信：多个信道同时进行数据传输。 特点：速度快，近距离通信。串行通信：只有一个信道进行数据传输。 特点：速度慢，远距离通信。单工、半双工、全双工通信 按照数据在线路上的流向，串行数据通信可分为3种类型：单工通信、半双工通信和全双工通信。异步传输与同步传输异步传输方式：指在被传送的字符前后加上起止位，实现定时的传输方式。同步传输数据：以组（或称帧）为单位，通过传输特定的传输控制字符或同步序列来完成的传输方式。异步传输效率低，同步传输效率较高

20、。2.2.3 数字信号的传输方式基带传输 矩形脉冲信号（即数字信号）就叫做基带信号，直接传送基带信号的方法称为基带传输。频带传输 利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输。宽带传输 同时传输多个信号的方式称宽带传输。 调制解调器（modem）是频带传输中最典型的通信设备。 多路复用是利用一个物理信道同时传输多个信号，以提高信道利用率，使一条线路能同时由多个用户使用而互不影响。1、频分多路复用（FDM） 利用不同的频率传输不同的信号。2、时分多路复用（TDM） 利用不同的时间片传输不同的信号。 2.3 数据交换技术实现数据通信的交换网公用数据交换网一、线路交换方式（电路交换方式） 两台计算机通

21、过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接，然后再进行数据通信。u 通信子网中的节点是用电子或机电结合的交换设备来完成输入与输出线路的物理连接；u 交换设备与线路分为模拟通信与数字通信两类；u 通道在连接期间是专用的，线路利用率低；u 通信子网中的结点交换设备不能存储数据，不能改变数据内容，并且不具备差错控制能力；u 信息传输效率较高，延时少，对用户提供“透明”传输通路。一、线路交换方式（电路交换方式）（1）线路建立阶段：通过通信子网在通信主机之间建立线路连接。（2）数据传输阶段：通信主机之间实时、双向交换数据。（3）线路释放阶段：在数据传输完成后，通信主机发出“

22、释放请求包”和“释放应答包”，将建立的物理连接释放。 二、报文交换方式通信主机之间以报文方式由中间节点进行存储转发。u 线路效率较高，可以分时共享一条节点到节点的通道；u 接收方和发送方无需同时工作，网络节点可以暂存报文；u 能够在网络上实现报文的差错控制与纠错处理；u 报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地；u 报文交换网络能进行速度和代码转换。三、分组交换方式分组交换报文交换和线路交换基础上发展起来的技术，结合了两者的优点。通信主机之间以报文分组(packet)方式由中间节点进行存储转发。u 具有分段差错流量控制功能，传输质量高；u 对线路动态多路复用，传输效率高；u 可在不同种类的终

23、端之间通信；u 服务质量(QoS)可靠，经济性好；u 时延不固定，平均时延较长；u 分组头部增加开销，不适宜传送实时性要求高的数据。分组交换的基本原理：分组交换与报文交换的工作方式基本相同，形式上的主要差别在于，分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度,一般选128B。发送节点首先对从终端设备送来的数据报文进行接收、存储，而后将报文划分成一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。接收节点将接收到的分组重新组装成信息或报文。分组交换的实施方式（1）虚电路方式： 两个用户(DTE)在进行通信之前通过网络建立的逻辑上的连接。在同一条物理线路上可以同时建立多个虚电路。包括呼叫建立、数据传输和呼叫释

24、放阶段。（2）数据报方式： 每个分组单独传送，称为数据报，每个数据报都包含源节点和目的节点的地址信息。虚电路方式一般用于数据链路层，数据报方式一般用于网络层。虚电路方式数据报方式I、传输需连接建立和释放的过程；II、数据块中仅含少量的地址信息，用户的连续数据块沿着相同的路径，按序到达目的地；接受站点处理方便。III、如果虚电路中的某个结点或者线路出现故障，将导致虚电路传输失效。IV、虚电路方式较适合站点之间大批量的数据传输。I、传输无需连接建立和释放的过程；II、每个数据报中需带较多的地址信息；III、用户的连续数据块会无序地到达目的地；接受站点处理复杂。IV、当使用网状拓扑组建网络时，任一中

25、间结点或者线路的故障不会影响数据报的传输（可以选择不同的路径），可靠性较高。V、数据报较适合站点之间少量数据的传输。四、帧中继交换方式 帧中继是快速分组交换FPS技术的一种，可理解为尽量简化协议，只具有核心的网络功能，以提供高速、高吞吐量、低时延服务的交换方式。u 通过简化通信协议来减少中间节点对分组的处理时间，发展高速分组交换机，以获得高的分组吞吐量和小的传输时延，适应高速传输的需要 。u 由于数据链路层的数据单元一般称作帧，故称为帧方式。帧方式包括帧交换和帧中继两种类型 。u 帧中继交换机只进行检测，不纠错，省去了流控等功能；帧交换则保留有差错控制和流量控制功能。所以帧中继比帧交换更简化，

26、传输效率更高，所以广泛应用的是帧中继技术 。分组交换应用延时小、吞吐量大、适合突发性业务。主要用在公共或专用网上的局域网互联以及广域网连接。大多数公共电信局都提供帧中继服务。五、ATM交换方式 ATM以信元为基础的一种分组交换和复用技术，是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。 u 免除了差错控制和流量控制，简化了网络控制 ；u 面向连接的工作方式 ；u 简化了信元头功能，降低了时延 ；u 采用较小的固定长度信元，减少了排队时延和时延抖动。ATM交换有电路交换和存储交换两者的特点，应用面大，在电

27、信和网络中的应用很广。现在的综合业务数据网B-ISDN就是以它为交换技术的网络。ATM传送信息的基本载体是ATM信元。ATM信元采用53B的固定长度，其中48B为数据，另附加5B作为信头。 2.4 差错检验与校正1、差错的产生与控制 数据通信系统的任务是高效无误地传输数据信息，但是由于通信线路中噪声的出现，将可能导致传输的信息结果出现差错。 为了提高数据通信系统的容错性和可靠性，一定要采取措施来检验和纠正错误，将错误控制在允许的最小范围内，这种技术就是差错控制技术。差错的控制方法：在数据传输过程中加入差错控制编码2、差错控制编码（1）奇偶校验 在每一字节中加上一个奇偶校验位，并被传输，即每个字

28、节发送九位数据。数据传输以前通常会确定是奇校验还是偶校验，以保证发送端和接收端采用相同的校验方法进行数据校验。如果校验位不符，则认为传输出错。奇校验：如果每字节的数据位中“1”的个数为奇数，则校验位为“0”；若为偶数，则校验位为“1”。通常用于同步传输。偶校验：如果每字节的数据位中“1”的个数为奇数，则校验位为“1”；若为偶数，则校验位为“0”。常用于异步传输或低速传输。 奇偶校验法并不是一种安全的检错方法，其识别错误的能力较低。2、差错控制编码（2） 循环冗余校验法（CRC） 利用除法及余数的原理来作错误侦测。 循环冗余校验法是一种比较精确、安全的检错方法，能够以很大的可靠性识别传输错误，并

29、且编码简单，误判概率很低，但是这种方法不能够校正错误。循环冗余校验法在通信系统中得到了广泛的应用，特别适用于传输数据经过有线或无线接口时识别错误的场合。（3）海明码 海明码是一种可以纠正一位差错的编码。它是利用在信息位为k位，增加r位冗余位，构成一个n=k+r位的码字。3、差错控制方式（1）反馈纠错 发送端采用某种能发现传输差错的简单编码方法对所传信息进行编码，加入少量监督码元；接收端根据编码规则对收到的编码信号进行检查，如果检查到有错码，则向发送端发出询问的信号，要求重发。发送端收到询问信号时，立即重发已发生传输差错的那部分发信息，直到正确收到为止。适用于双向数据通信。（2）向前纠错 发送端

30、采用某种在解码时能纠正传输差错的较复杂的编码方法，使接收端在收到码组后，通过译码能够自动发现错码，并且纠正错码。适用于单向数字信号的传输，如广播数字电视系统。（3）混合纠错 少量纠错在接收端自动纠正，差错较严重，超出自行纠正能力时，就向发送端发出询问信号，要求重发。适用于环路延迟大的高速数据传输系统。计算机网络技术基础3.1 计算机网络的拓扑结构拓扑： 拓扑是几何学图论演变的一个数学概念。计算机网络的拓扑： 把网络节点画作点； 把网络节点之间的通信线路画作线； 由网络节点和链路所组成的几何图形，称为网络拓扑结构。网络节点：转换节点：转换和交换信息，如：交换机、路由器等。 访问节点：信息交换的源

31、和目标，如：主机、终端等。计算机网络拓扑结构的意义：u 反应了网络中各实体间的结构关系。u 反应了网络的基本特征。 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，它对网络的性能、系统可靠性、通信费用等都有重大影响。3.1.1 总线型拓扑结构结构： 一根线缆连接网络中所有的节点，所有节点通过相应的硬件连接到一根传输介质（总线）上。总线型拓扑结构采用CSMA/CD和令牌总线访问控制方式。优点：1、总线结构需要的电缆数量少，费用低。2、总线结构简单，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。缺点：1、总线的传输距离有限，通信范围受限制。2、故障诊断和隔离较困难。当接

32、口发生故障时，将影响全网。3、实时性不强。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，因此媒体访问的控制机制复杂。3.1.2 星型拓扑结构结构：网络中的节点通过点到点链路连接到中央节点。星型拓扑结构采用集中式控制策略。优点：1、简单的访问协议，任何连接只涉及中央节点和一个节点，控制访问方法简单。2、故障诊断和隔离容易。3、方便服务和网络配置。缺点：1、电缆长度和安装工作量大。2、扩展困难，增加新的节点，需要增加到中央节点的连接。3、对中央结点的可靠性和冗余度要求较高。中央结点的负荷较重，形成信息传输速率的瓶颈，中央结点一旦发生故障，将使全网瘫痪。3.1.3 环型拓扑结构结

33、构：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，环路网中的数据可以是单向也可以是双向传输。环型拓扑结构采用分散式控制策略。优点：1、电缆长度短。2、增减工作站时只需简单的连接操作。3、可使用光纤。缺点：1、结点故障会引起全网故障。2、故障检测困难。3、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，信道利用率相对来说就比较低。3.1.4 树型拓扑结构结构：树型拓扑结构属于一种分层结构，是在总线型拓扑加上分支演变而来。优点：1、容易扩展。2、故障隔离较容易。缺点：各个结点对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作。3.1.5 网状拓扑结构结构：星型和环型拓

34、扑混合起来的一种结构。也称星状环状拓扑结构。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。3.1.6 拓扑结构选择的原则可靠性；扩充性；费用。3.2 网络体系结构概念计算机网络的体系结构是从功能的角度描述计算机网络的结构，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，规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口及服务。网络体系结构：网络体系结构是计算机网络的分层、各层协议、功能和层间 接口的集合。目的是为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。（一）层次结构： 为了简化网络设计的复杂性，采用分层的结构。u 解决异种网络互连时

35、所遇到的兼容性问题 ；u 将服务、接口和协议这三个概念区分开来；u 使网络的不同功能模块分担起不同的职责 ；(1)减轻问题的复杂程度 (2)在各层分别定义标准接口，各层相对独立(3)能有效刺激网络技术革新 (4)便于研究和教学 （二）技术术语：1、实体每一层中的活动元素被称为实体。它是指能发送和接受信息的任何东西,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）。2、服务采取某些行动或报告某个对等实体的活动.有四类原语:请求,指示,响应,证实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，

36、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。（1）面向连接： 每一次完整的数据传输都必须经过建立连接、使用连接和拆除连接三个过程。如使用电话时的拨号、通话、挂断。（2）无连接：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。3、协议通信双方在数据传输的顺序、数据的格式及内容等方面有一个约定或规则称为协议。协议的三要素:(1) 语法(Syntax):通信数据所遵守的格式。(2) 语义 (Semantic):通信数据的内容。(3) 时序：通信同步规则。4、接口即服务接入点（SPA），用于相邻层之间按照一定规则交换信息。（三）标准化组织：1.

37、ISO国际标准化组织（International Organization for Standardization）是一个全球性的政府组织，总部设在瑞士日内瓦，ISO的任务是促进全球范围内的标准化及其有关活动的开展。ISO制定了网络通信的标准，即OSI（Open System Interconnection，开发系统互连参考模型）。2.ITU 国际电信联盟（ITU），总部设在瑞士日内瓦，是世界各国政府的电信主管部门协调节器电信事务方面的一个国际组织。ITU制订的标准有： V系列标准，例如V.32、V.33、V.42标准，对使用电话传输数据作了明确的说明； X系列标准，例如X.25、X.400、

38、X.500，为公用数字网上传输数据的标准； 电子邮件、目录服务、综合业务数字网ISDN和宽带ISDN等方面的内容。3.ITA 美国通信工业协会（TIA）是一个全方位的服务性国家贸易组织。 为美国和世界各地提供通信和信息技术产品、系统和专业技术服务，有能力制造供应现代通信网中应用的所有产品。此外，TIA还有一个分支机构多媒体通信协会（MMTA）。TIA还与美国电子工业协会（EIA）有着广泛而密切的联系。4. EIA美国电子工业协会（EIA）广泛代表了设计生产电子元件、部件、通信系统和设备的制造商以及工业界、政府和用户和利益，在提高美国制造商的竟争力方面起到了重要的作用。在信息领域，EIA在定义数

39、据通信设备的物理接口和电气特性等方面超到了巨大的贡献，尤其是数字设备之间串行通信的接口标准，例如EIA RS-232、EIA RS-449和EIA RS-530。5.IEEE电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）由1963年美国电气工程师学会（AIEE）和美国无线电工程师学会（IRE）合并开发的，是美国规模最大的专业学会。IEEE最大的成果是制定了局域网和城域网的标准，这个标准称为项目或802系列标准。（四）常用的网络体系结构： 目前使用得最多的是OSI参考模型、TCP/IP参考模型和ATM参考模型。

40、（五）ISO/OSI参考模型： 开放系统互连OSI(Open System Interconnect)模型。（1）是一种将异构系统互联的分层结构；（2）提供了控制互联系统交互规则的标准骨架；（3）定义了一种抽象结构，而并非具体实现的描述；（4）不同系统上的相同层的实体称为同等层实体；（5）同等层实体之间的通信由该层的协议管理；（6）相邻层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务；（7）所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务；（8）直接的数据传送仅在最低层实现；（9）每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其它层。OSI网络体系结构3.2.1 网络体系结构物理层物理层是OSI参考

41、模型的最低层，它向下直接与传输介质相连接，向上服务于数据链路层。物理层的主要作用是透明地传输各种数据的比特流。物理层数据单位：比特(bit)（一）物理层主要功能：1.物理连接的建立、维持和释放。为提供物理连接所需要的机械、电气、功能与规程的特性。2.在物理连接上传输二进制比特流。3.物理层管理。如何时发送和接受、异常情况处理、故障情况报告。（二）物理层主要设备：各种传输介质、DTE、DCE、中继器、集线器、调制解调器等。DTE数据终端设备DCE数据通信设备（三）物理层主要标准： RS-232是现在主流的串行通信接口之一，是1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算

42、机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。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”。 RS232标准采用一个25个脚的DB25连接器，后出现代替DB25的DB9接口。3.2.2 网络体系结构数据链路层数据链路层是OSI参考模型的第二层，以物理层为基础，为网络层提供透明的、正确的和有效的传输线路。数据链路层的主要作用是在两个相邻节点间可靠地传输数据。数据链路层数据单位：帧（frame)（一）数据链路层主要功能：1.数据链路建立、维护与释放的链路管理工作。2.组帧：帧封装，按顺序传送，处理返回的确认帧；3.帧的定界：区分数据信息与控制信息；

43、4.帧的同步：产生/识别帧边界；5.差错检测与控制：可靠的传输，CRC；6.流量控制：抑止发送方的传输速率，使接收方来得及接收。7.透明传输。 8.寻址：数据包含源地址和目标地址。（二）数据链路层主要设备：网卡、网桥、交换机等。有些人把Modem的某些功能认为是属于数据链路层。在局域网IEEE 802.3标准中，数据链路层分逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）。（三）数据链路层主要标准： 面向字符的：数据以字符为单位传输，用控制字符控制通信。如IBM的BSC规程。 面向比特的：数据以位为单位传输，用帧中的控制字段控制通信。如ISO的HDLC规程。3.2.3 网络体系结构网络层

44、网络层的主要作用是沿两端点间的最佳路由传输数据。网络层数据单位：分组/包(Packet)（一）网络层主要功能：（1）建立和拆除网络连接；（2）分段和组块；（3）有序传输和流量控制；（4）网络连接多路复用；（5）路由选择和中继；（6）差错的检测和恢复；（7）服务选择。（二）网络层提供的服务：（1）数据报服务：也称无连接服务，数据报经过中间节点进行存储转发。（2）虚电路服务：也称面向连接服务，建立虚电路后按序传送报文分级，通信完后拆除虚电路。（三）路由选择: 如何在多条通信路径中找一条最佳路径？ 依据：速度, 距离(步跳数), 价格, 拥塞程度 路由器路由表建立与维护 静态：人工设置，只适用于小型

45、网络 动态：运行过程中根据网络情况自动地动态维护 路由算法建立与维护路由表的方法3.2.3 网络体系结构物理层网络层主要设备：三层交换机、路由器、网关等。3.2.4 网络体系结构传输层传输层主要作用是实现两端点间可靠的透明数据传输。单位：段（Segment） 传输层主要功能： 地址映射：源端进程地址映射到网络地址，或反之； 多路复用与分割： 多个传输连接共用一条网络连接； 一条传输连接使用多个网络连接； 进行数据分段并在目的端重新组装； 传输连接的建立与释放； 提供“面向连接” 和“无连接” 两种服务： 传输差错校验与恢复； 流量控制，防止数据传输过载。面向连接无连接参考模式电话系统邮政系统特

46、点静态分配资源；传输前需要建立连接动态分配资源可靠性提供可靠的传输服务：无错、按序、无丢失/无重复不能防止报文的损坏、失序、丢失和重复对目的地址 的要求仅在连接阶段需要完整的目的地址需要为每一个报文提供完整的目的地址适用场合在一段时间内向同一目的地发送大量报文; 实时性要求少量零星报文分类及示例1.可靠消息流 - 文件传输2.可靠字节流 - 远程登录3.不可靠连接 - 数字化声音1.数据报 - 广播/组播2.可靠的数据报- 挂号邮件3.请求应答 - 数据库查询数据链路层、网络层、传输层的比较：1、功能不一样，数据传输单位不一样。数据链路层：为节点之间提供逻辑传输，数据帧（frame）网络层：为

47、主机之间提供逻辑传输，数据包（packet）传输层：为应用进程之间提供逻辑传输，数据段（Segment）2、相同之处连接的建立、维持与释放；数据传输；差错控制、流量控制；3.2.5 网络体系结构会话层会话层主要功能：（1）提供远程用户程序的会话地址；（2）会话管理：会话连接的建立与拆除；（3）会话隔离；（4）出错与恢复控制。3.2.6 网络体系结构表示层表示层主要功能：（1）数据转换与格式转换；（2）语法选择；（3）数据加密与解密；（4）文本压缩。3.2.7 网络体系结构应用层应用层任务：为用户的应用进程提供网络通信服务。应用层任务：（1）提供各种不同的应用协议以满足应用进程的需求；（2）识别

48、并证实目的通信方的可用性；（3）使协同工作的应用进程之间进行同步；（4）为通信过程申请资源。3.3 数据传输控制方式（一）具有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）：适用于局域网的逻辑总线型网络，Ethernet网卡均具备该功能。（二）令牌传递控制法（token passing）：适用于环状拓扑、基带传输的网络。（三）网络交换技术：适用于广域网、ATM网络。3.3.1 局域网标准网络标准是为了规定网络的通信标准、访问控制方式、传输介质等技术而制订的规则。局域网标准主要是由IEEE制定的IEEE 802系统标准（ISO 8802）。IEEE：电气和电子工程师协会（Institute of

49、Electrical and Electronics Engineers）的简称，IEEE组织主要负责有关电子和电气产品的各种标准的制定。其中IEEE 802委员会，专门研究和指定有关局域网的各种标准。 IEEE 802.1标准： 局域网体系结构、网络互连、以及网络管理和性能测试。 IEEE 802.2标准： 逻辑链路控制LLC子层功能与服务。 IEEE 802.3标准： CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范。 IEEE 802.4标准： 令牌总线（Token Bus）介质访问控制子层与物理层规范。 IEEE 802.5标准： 令牌环（Token Ring）介质访问控制子层与物理层规

50、范。 IEEE 802.6标准： 城域网MAN介质访问控制子层与物理层规范。 IEEE 802.7标准： 宽带网络技术。 IEEE 802.8标准： 光纤传输技术。 IEEE 802.9标准： 综合语音与数据局域网（IVD LAN）技术。 IEEE 802.10标准：可互操作的局域网安全性规范（SILS）。 IEEE 802.11标准：无线局域网技术。 IEEE 802.12标准：优先度要求的访问控制方法。 IEEE 802.13标准：未使用。 IEEE 802.14标准：定义了交互式电视网。 IEEE 802.15标准：定义了无线个人局域网（WPAN）的MAC子层和物理层规范。 IEEE 8

51、02.16标准：定义了宽带无线访问网络。3.3.2 局域网参考模型局域网参考模型主要对应于OSI层次结构中的数据链路层和物理层。 1.物理层 物理层提供在物理实体间发送和接收比特的能力.2.数据链路层（1）LLC子层：提供连接服务类型。具有帧发和帧收功能、帧顺序控制和流量控制等功能。 （2）MAC子层：控制对传输介质的访问。帧的封装与拆除、实现和维护MAC协议、比特差错检验和寻址等。3.3.3 以太网以太网(Ethernet)是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。1、CSMA/CD机制 CSMA/CD（

52、Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）称载波侦听多路访问/冲突检测。载波侦听：保证数据通信时没有其他节点和站在使用共享介质（先听后说）；冲突检测：以太网在传输过程中不断的监听信道，以检测碰撞冲突(边谈边听)；多路访问：时分方式传输多路数据。2、802.3协议802.3： 定义了CSMA/CD标准的媒体访问控制MAC和物理层规范；802.3u：定义100M的以太网技术标准；802.3z：定义1000M的以太网技术标准。以太网标准第一部分：数字表示传输速度，单位是“Mbps”。第二部分：传输方式，Base表示“基带”的意思，Broad代

53、表“宽带”。第三部分：数字表示单段网线长度（基准单位是100m），字母表示传输介质。10Base5 粗同轴电缆，最大网段长度为500m，基带传输方法；10Base2 细同轴电缆，最大网段长度为185m，基带传输方法；10BaseT 双绞线电缆，最大网段长度为100m，基带传输方法；10Broad36 同轴电缆（RG59U CATV），最大网段长度为3600m，宽带传输方式；10BaseF 使用光纤传输介质，基带传输方式。 543规则：5个网段，4台设备，5个网段中只有3个网段可以连接终端。 标准以太网（10M网络）（一）10base-510Base-5以太网使用粗同轴电缆和总线型拓扑结构。每个网段的最大传输距离为500米，每段最多站点数100个，网段内两站点间距离不小于2.5米，网络最大跨距2500米，最多通过4个中继器能连5个网段。（二）10base-210Base-2以太网使用细同轴电缆和总线拓扑结构。每个网段的最大传输距离为185米，每段最多站点数30个，网段内两站点间距离不小于0.5米，网络最大跨距925米，网络所有段上的节点总数不能超过1024个。（三）10base-