第一章计算机网络概述

安徽工程大学计算机与信息学院1计算机网络第1章计算机网络概述安徽工程大学计算机与信息学院2计算机网络课程1、课程的性质与内容（1）性质:(a)技术基础；（b）专业课程（2）内容：（a）原理；（b）主流技术；（c）应用；2、与其它课程之间的关系（1）通信原理；（2）程序设计；（3）数据库；（4）OS；（5）计算机组成原理等3、几点要求（1）出席；（2）课堂笔记；（3）作业与实验；（4）课内与课外；（5）理论与技术安徽工程大学计算机与信息学院3计算机网络课程通过本课程的学习，可使大家对数据通信的基本概念和计算机网络的基本原理，包括计算机网络的体系结构、数据通信的基本方法和协议、计算机网络的主要应用协议、计算机网络系统的安全和管理知识有一个全面的理解。为从事计算机网络的研究和应用打下坚实的基础。授课教师严楠jiffyan@考核方式期末考试平时成绩作业（课内、课外）考勤、课堂纪律实验安徽工程大学计算机与信息学院4计算机网络课程3、参考教材（1）《计算机网络》（第五版）AndrewS.Tanenbaum著，潘爱民译，清华大学出版社。（2）《计算机网络教程》（第三版）.吴功宜.电子出版社（3）《网络工程原理与实践教程》，胡胜红，人民邮电出版社。（4）《计算机网络》（第五版）.谢希仁，电子工业出版社。安徽工程大学计算机与信息学院51.1计算机网络的定义与类型1计算机网络的定义通常采用的计算机网络定义是：计算机网络是用通信线路将分散在不同地点并具有独立功能的多台计算机系统互相连接，按照网络协议进行数据通信，实现资源共享的信息系统。这里强调计算机网络是在协议控制下进行计算机之间的数据通信，以实现资源的共享。网络协议是区别计算机网络与一般计算机互联系统的标志。安徽工程大学计算机与信息学院62计算机网络的类型（1）从网络的交换功能可以把计算机网络分为电路交换、报文交换、分组交换和混合交换（同时采用电路交换和分组交换）四种。（2）按通信媒体的不同可以分为有线网络、无线网络和混合网络（有线和无线混合网络）三种。（3）根据使用范围的不同，可以将计算机网络分为公用网、专用网和接入网三类。公用网（publicnetwork）是为公众提供各种信息服务的网络系统，如Internet，只要用户能够遵守网络服务商的使用和管理规则，都可以申请使用。安徽工程大学计算机与信息学院72计算机网络的类型专用网（privatenetwork）由组织、系统或部门根据实际需要自己投资建立，只为网络拥有者提供服务。例如军队、公安、铁路、电力等系统均拥有本系统的专用网。接入网AN(AccessNetwork)又称为本地接入网或居民接入网。是一种比较特殊的计算机网络。它既不属于因特网的核心部分，也不属于因特网的边缘部分。只是起到让用户能够与因特网连接的“桥梁”作用。安徽工程大学计算机与信息学院82计算机网络的类型（4）根据网络连接范围的大小，可以将计算机网络分为局域网、城域网、广域网和个人区域网四种。局域网（LocalAreaNetwork，LAN）也称为局部网络，一般是将一个相对较多小区域（一般在几百米到几千米以内）内的计算机通过高速通信线路相连（现在传输速度一般在10Mbit/s以上）后所形成的网络。城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN），基本上是一种大型的LAN，通常使用与LAN相同的技术。所以，目前在按连接范围分类时可直接分为局域网和广域网，而不再有城域网。

安徽工程大学计算机与信息学院92计算机网络的类型广域网（WideAreaNetwork，WAN）也称为远程网络，指作用范围通常为几十千米到几千千米的网络。简单地说，广域网是将多个局域网互联后所产生的范围更大的网络，各局域网之间既可以通过速度较低的电话线进行连接，也可以通过高速电缆、光缆、微波天线或卫星等远程通信方式连接。个人区域网（PersonalAreaNetwork）就是在个人工作或者生活的地方把属于个人使用的设备（如便携式电脑、家用电器等）用无线技术连接起来的网络，其范围大约在10m左右。安徽工程大学计算机与信息学院101.2计算机网络的组成与功能1计算机网络的组成一般而论，计算机网络有3个主要组成部分：若干个主机，它们各为用户提供资源和服务；1个通信子网，它主要由结点交换机和连接这些结点的通信链路所组成；一系列的协议。这些协议是为在主机和主机之间、主机和子网之间、子网中各结点之间的通信而用的，它是通信双方事先约定好的和必须遵守的规则。

安徽工程大学计算机与信息学院111计算机网络的组成安徽工程大学计算机与信息学院121计算机网络的组成主机分组交换网安徽工程大学计算机与信息学院13（1）通信子网通信子网为资源子网提供信息传送服务，是支持资源子网上用户之间相互通信的基本环境。它的组成如下：①交换机。不同网段之间的连接。工作在数据链路层；②集线器。同一网段不同计算机的连接，工作在物理层；。③路由器。用于实现各网络之间的互联。工作在网络层；安徽工程大学计算机与信息学院14（2）资源子网

资源子网实现全网的面向应用的数据处理和网络资源共享。它由客户机和服务器组成。①客户机。使用网络资源。②服务器。提供资源。安徽工程大学计算机与信息学院15现代网络结构

在Internet中，用户计算机需要通过校园网、企业网或ISP联入地区主干网，地区主干网通过国家主干网联入国家间的高速主干网，这样就形成一种由路由器互联的大型、层次结构的互联网络。安徽工程大学计算机与信息学院162计算机网络的拓扑结构拓扑结构是计算机网络的重要特性。从拓扑学的观点,网络是由一组节点(node)和连接节点的链路(link)组成。在计算机网络中，计算机作为节点，连接计算机的通信线路作为链路，形成计算机的地理分布和互连关系上的几何排序（几何构形）。反映出网络中各实体间的结构关系;这种计算机与链路之间的拓扑关系，称为计算机网络的拓扑结构。计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型;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。

安徽工程大学计算机与信息学院172计算机网络的拓扑结构按照网络中一条链路所能连接的计算机的台数，可以把计算机网络归结为两大类：链路型网络（点到点的结构）和广播型网络（多点共享链路结构）。

（1）链路型网络（点到点的结构）：每条物理线路连接一对结点。有：

星型；环型；树型；网状型。安徽工程大学计算机与信息学院182计算机网络的拓扑结构

星型结构是一种以中央节点为中心，把若干外围节点连接起来的辐射式互连结构，中央节点实施对全网的控制，并分别通过单独的链路与各个外围节点相连接。其拓扑特点是，中央节点与多条链路连接，其余节点只与一条链路连接。由于各外围节点分别用线缆与中央节点直接连接，因而在星型结构中数据的传输不会在线路上发生碰撞，并且系统比较容易扩充，但中央节点会成为系统的“瓶颈”和可靠工作的最薄弱环节。（a）星型（a）星型安徽工程大学计算机与信息学院192计算机网络的拓扑结构树型结构由星型结构衍变而来。它实际上是多个星型结构的级联组合。树型结构的特点是网络中有多个中心节点，但主要的数据流通是在网络的各分支之间进行，形成一种分级管理的集中式网络，适宜于各种管理部门进行分级数据传送的场合。其拓扑特点是，多个中心节点与多条链路连接，其余节点（末端节点）只与一条链路连接。树型结构的优点是连接容易、管理简单、维护方便，缺点是共享能力差、可靠性低。安徽工程大学计算机与信息学院202计算机网络的拓扑结构环型结构是把所有节点连接成环形。当网络的总线首尾相连成闭合的环路时，这种总线型结构称为环型总线结构。其拓扑特点是，每一个节点都与两条链路连接。在这种结构中，任意两点之间形成两条路径，当某一链路有故障时，还可以通过另一条路径进行通信。（b）环型（b）环型安徽工程大学计算机与信息学院212计算机网络的拓扑结构

网状结构是所有节点具有两个或两个以上直接通路的拓扑结构。全互连结构是所有节点之间都有直接通路的拓扑结构。全互连结构是一种特殊的网状结构，具有较高的可靠性，但网络结构复杂，链路多，投资大。（e）网型（e）网型安徽工程大学计算机与信息学院222计算机网络的拓扑结构（2）广播型网络广播型网络的特点是，通信线路为多个节点共享。这样,一个节点发送的信息可以传输到其他所有的节点；而当有两个以上节点同时发送信息时，便会引起冲突。类型有：

总线型环型无约束型安徽工程大学计算机与信息学院233计算机网络的功能计算机网络的主要目标是实现资源共享，应具有下述功能(1)数据通信。该功能用于实现计算机与终端、计算机与计算机之间的数据传输，这是计算机网络最基本的功能，也是实现其他几个功能的基础。为实现数据传输，数据通信功能应包含下述几项具体内容：①连接的建立和拆除。为使网络中源主机和目标主机进行通信，通常应在它们之间先建立连接，建立一条由源主机到目标主机之间的逻辑链路，通信结束时拆除已经建立的连接。②数据传输控制。在通信双方建立起连接之后，即可传输用户数据。为使用户数据能在网络中正确传输，必须为数据配上报头，其中含有用于控制数据传输的信息，如目标主机地址，源主机地址、报文序号等。用户数据常称为报文体，网络根据报头中的信息控制报文的传输。此外，传输控制还应对传输过程中出现的异常情况进行及时处理。安徽工程大学计算机与信息学院243计算机网络的功能③差错检测。数据在网络中传输时，难免会出现差错，通常用误码率来度量信道的出错程序。一般信道误码率为10-4～10-9。为了减少错误，网络中必须具有差错控制设施，既可检错，又可纠错。④流量控制。进行数据传输时，应控制源主机发送数据流的速度，使之与目标主机接收数据流的速度相匹配，以保证目标主机能及时接收和处理所接收的数据流；否则，可能使接收方缓冲区中的数据溢出而丢失，严重时可以导致发生网络拥挤和网络死锁的情况。⑤路由选择。公共数据网中，由源站到目标站通常都有多条路径。路由选择指按一定策略，如传输路径最短、传输时延最小或传输费用最低等，为被传输的报文选择一条最佳传输路径。安徽工程大学计算机与信息学院253计算机网络的功能⑥多路复用。为提高传输线路的利用率，在现代计算机网络中，都采用多路复用技术，即将一条物理链路虚拟为多条虚电路，使一条物理链路能为多个“用户对”同时提供信息传输功能。(2)资源共享计算机网络中的资源可分为数据、软件、硬件三类。相应地，资源共享也分为以下三类。①数据共享。当今数据资源的重要性越来越大，在计算机网络的计算机中普遍设置若干专门数据库，如情报资料数据库，机械制造技术和产品数据库等等，可供全国乃至全世界的网络用户使用。②软件共享。各种语言处理程序和各式各样的应用程序是可供共享的软件，实现软件共享的方式也有两种。③硬件共享。为发挥巨型机和特殊外围设备的作用，并满足用户要求，计算机网络也应具有硬件资源共享的功能。安徽工程大学计算机与信息学院263计算机网络的功能

(3)负荷均衡和分布处理①负荷均衡。这是指网络中的工作负荷均匀地分配给网络中的各计算机系统。当某系统的负荷过重时，网络能自动将该系统中的一部分负荷转移至负荷较轻的系统中去处理。为此，网络必须具有把本地作业传送至其他计算机系统中的批处理系统、排队等待处理、处理完后又把结果返回源系统的功能。②分布处理。对一个作业的处理可分为三个阶段：提供作业输入文件；对作业进行加工处理；把处理结果输出。在单机环境下，上述三步都在本地计算机系统中进行。在计算机网络环境下，根据分布处理的需要，可将作业分配给其他计算机系统进行处理。安徽工程大学计算机与信息学院274计算机网络的性能（1）速率速率的单位是b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s等

（2）带宽“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。传输数字信号时，“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率(发送速率、传输速率)”的同义语，单位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，频宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率，即每秒多少比特.

安徽工程大学计算机与信息学院284计算机网络的性能更常用的带宽单位是千比每秒，即kb/s（103b/s）兆比每秒，即Mb/s（106b/s）吉比每秒，即Gb/s（109b/s）太比每秒，即Tb/s（1012b/s）请注意：在计算机领域，K=210=1024M=220,G=230,T=240。（3）吞吐量吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。对于一个100Mbps的以太网，其额定速率是100Mbps，那么这个数值也是该以太网的吞吐量的绝对上限值。因此，对100Mbps的以太网，其典型的吞吐量可能也只有70Mbps。安徽工程大学计算机与信息学院294计算机网络的性能（4）时延传输时延（发送时延）：发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。发送时延＝数据块长度（比特）/信道带宽（比特/秒）传播时延：电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念传播时延＝信道长度（米）/信号在信道上的传播速率（米/秒）处理时延：换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间安徽工程大学计算机与信息学院304计算机网络的性能排队时延：结点缓存队列中分组排队所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延注意：通常说的“高速网络链路”指的是数据发送速率较高（即带宽较高）而不是比特在链路中的传播速率较高。同样的“高速光纤”指的是光纤信道的发送数据的速率可以很高，而光纤信道的传播速率比铜线的传播速率实际还要低一些（分别为每秒20.5万公里、每秒23.1万公里）。提高链路带宽减小了数据的发送时延。比特的传播速率与带宽无关一般来说，小时延的网络要优于大时延的网络，在某些情况下，一个低速率，小时延的网络很可能要优于一个高速率但大时延的网络

安徽工程大学计算机与信息学院314计算机网络的性能1011001…发送器队列在链路上产生传播时延结点

B结点

A在发送器产生发送时延(即传输时延)在队列中产生处理时延数据从结点A向结点B发送数据链路安徽工程大学计算机与信息学院324计算机网络的性能（5）时延带宽积在数据通讯中，bandwidth-delayproduct指链路中容纳的比特数时延带宽积＝传播时延×带宽（6）往返时延

RTT(Round-TripTime)表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。（传播）时延链路带宽安徽工程大学计算机与信息学院331.3数据交换技术1.31线路交换技术1工作过程：线路交换又称为电路交换。通信的计算机之间必须事先建立物理线路（或者物理连接）。整个线路交换的过程包括建立线路、占用线路并进行数据传输、释放线路三个阶段。物理电路可以是真正的物理线路，也可以是一个复用信道，该物理电路一直保持到双方通信结束后才释放。安徽工程大学计算机与信息学院341线路交换技术A和B通话经过四个交换机通话在A到B的连接上进行(((交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA(安徽工程大学计算机与信息学院352线路交换的特点建立物理电路所需的时间比较长；建立连接后，传输延迟小，主要的延迟是物理信号的传播延迟；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；电路的带宽是预先分配的，通信过程中固定不变；不会发生数据传输冲突；无纠错机制；不适用于计算机通信：因为计算机数据具有突发性的特点，真正传输数据的时间不到10%。这种必须经过“建立连接－通信－释放连接”三个步骤的连网方式叫作面向连接的。电路交换必定是面向连接的。安徽工程大学计算机与信息学院363线路交换的缺点、优点缺点计算机数据具有突发性，这导致通信线路的利用率很低。正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。如要改用其他迂回电路，必须重新建立连接，这将要延误一些时间。优点如果连续传送大量的数据，且传送时间远大于连接建立时间，则电路交换有传输速率较快的优点。安徽工程大学计算机与信息学院371.3.2存储转发技术电路交换是一种较早的交换技术，现在计算机网络通信基本不采用电路交换，而采用存储转发技术。存储转发技术的基本原理是：每一个节点中都有一个缓冲区，当要进行转发时，就将要传递的分组信息存放在该缓冲区中，当线路空闲时由交换机将分组信息传输到下一跳的缓冲区去。信息从数据源到目的地一般要进行多级转发，即通过多个交换机进行传递。每经过一个交换机或路由器就称为一“跳”，每跳都有缓冲区。存储转发技术的特点是：可靠性高，而且还可采用差错控制技术和重发措施，使用不同的线路进行重发。存储转发技术又可分为报文交换和分组交换技术。安徽工程大学计算机与信息学院381结点交换机在结点交换机中的输入和输出端口之间没有直接连线。结点交换机处理分组的过程是（存储转发）：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；把分组送到适当的端口转发出去。主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组。结点交换机对分组进行存储转发，最后把分组交付给目的主机。安徽工程大学计算机与信息学院392.分组交换（PacketSwitching）发送端要发送的一条完整的信息叫做报文（message）先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段（报文段）。每一个数据段前面添加上首部构成分组。每一个分组的首部都含有地址等控制信息。安徽工程大学计算机与信息学院40分组交换的原理（1）.在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。报文1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输安徽工程大学计算机与信息学院41分组交换的原理（2）每一个数据段前面添加上首部构成分组。数据数据数据报文首部首部首部分组

1分组

2分组

3请注意：现在左边是“前面”安徽工程大学计算机与信息学院42分组交换的原理（3）分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数据首部分组

1数据首部分组

2数据首部分组

3安徽工程大学计算机与信息学院43分组交换的原理（4）接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数据首部分组

1数据首部分组

2数据首部分组

3收到的数据安徽工程大学计算机与信息学院44分组交换的原理（5）最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。数据数据数据报文1101000110101010110101011100010011010010安徽工程大学计算机与信息学院45分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1向H5

发送分组H2向H6

发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机安徽工程大学计算机与信息学院46注意分组的存储转发过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

发送分组结点交换机主机在结点交换机

A

暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机

C

暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机

E

暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机

H5安徽工程大学计算机与信息学院47分组交换的优点（1）线路利用率高。在一条物理线路上提供多条逻辑信道，极大地提高线路的利用率。使传输费用明显下降。（2）不同种类的终端可以相互通信。数据以分组为单位在网络内存储转发，使不同速率终端，不同协议的设备经网络提供的协议变换功能后实现互相通信。（3）信息传输可靠性高。在网络中每个分组进行传输时，在节点交换机之间采用差错校验与重发的功能，因而在网中传送的误码率大大降低。而且在网内发生故障时，网络中的路由机制会使分组自动地选择一条新的路由避开故障点，不会造成通信中断。（4）分组多路通信。由于每个分组都包含有控制信息，所以分组型终端可以同时与多个用户终端进行通信，可把同一信息发送到不同用户。（5）计费与传输距离无关。网络计费按时长、信息量计费，与传输距离无关。安徽工程大学计算机与信息学院48分组交换带来的问题分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。安徽工程大学计算机与信息学院493.报文交换（MessageSwitching）在20世纪40年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(messageswitching)。要传输的数据必须整体一次性进行存储转发。报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。安徽工程大学计算机与信息学院50三种交换的比较P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放安徽工程大学计算机与信息学院511.3.3虚电路方式

虚电路方式是指通信终端在收发数据之前，先在网络中建立一条逻辑连接，在通信过程中，用户数据按照顺序沿着该逻辑连接到达终点。虚电路指的是一条逻辑连接而不是一条物理通路，同一条线路可能同时被多条虚电路使用。安徽工程大学计算机与信息学院5214网络体系结构及协议1.4.1体系结构与协议1概述相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。层次是人们对复杂问题处理的基本方法；将总体要实现的很多功能分配在不同层次中；对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定；高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务的具体实现方法。安徽工程大学计算机与信息学院531.4.1体系结构与协议2协议计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。

为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(networkprotocol)，简称为协议。计算机网络体系结构：计算机网络的各层及其协议的集合，或者说计算机网络及其部件所应完成功能的精确定义。网络协议的组成要素语法

数据与控制信息的结构或格式。语义

需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。同步

事件实现顺序的详细说明。安徽工程大学计算机与信息学院541.4.1体系结构与协议3计算机网络的层次模型不同主机之间的相同层次称为对等层。网络协议对等层之间互相通信需要遵守一定的规则，如通信的内容、通信的方式。对等层上传送数据的单位统称为协议数据单元（ProtocolDataUnit,PDU）。安徽工程大学计算机与信息学院551.4.1体系结构与协议4分层结构有下列好处（1）各层之间是独立的。某一层不需要知道它的下一层是如何实现的，只需要知道调用的接口。（2）灵活性好。任何一层的实现过程发生变化时，只要层间接口保持不变则不影响其它层次的实现。（3）结构上可分割开。各层都可以采用最适合的技术来实现。（4）易于实现和维护。“分而治之”的思想使得复杂系统变得易于设计与实现。（5）能促进标准化工作。层次结构应该对每一层的功能和服务都有精确的说明。安徽工程大学计算机与信息学院561.4.2ISO/OSI网络参考模型1概述在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际组织是：国际电报与电话咨询委员会（CCITT）国际标准化组织（ISO）CCITT与ISO的工作领域不同：CCITT主要是考虑通信标准的制定；ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构。国际标准化组织（ISO）在1979年建立了一个分委员会来专门研究一种用于开放系统互连（OpenSystemsInterconnection,OSI）的体系结构，定义了连接异种计算机的标准框架。安徽工程大学计算机与信息学院571.4.2ISO/OSI网络参考模型2ISO划分七层结构的基本原则：网中各结点都具有相同的层次；不同结点的同等层具有相同的功能；同一结点内相邻层之间通过接口通信；每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。安徽工程大学计算机与信息学院583OSI参考模型的结构1.4.2ISO/OSI网络参考模型安徽工程大学计算机与信息学院593OSI参考模型的结构（1）物理层(PhysicalLayer)物理层的任务就是为它的上一层提供一个物理连接，以及它们的机械、电气、功能和过程特性。如规定使用电缆和接头的类型，传送信号的电压等。物理层的任务就是透明的传输比特流。“透明的传输比特流”是指比特流经过物理层传输后不会发生变化，任意组合的比特流都可以通过物理层传送。（2）数据链路层(DataLinkLayer)数据链路层负责在两个相邻结点间的线路上，无差错的传送以帧为单位的数据。

安徽工程大学计算机与信息学院603OSI参考模型的结构（3）网络层(NetworkLayer)在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多段数据链路。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。网络层负责网络上主机间的通信。（4）传输层(TransportLayer)为两个端系统（也就是源站和目的站）的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责可靠地传输数据。该层的主要任务是提供建立、维护和拆除传输连接的功能，监控服务质量，提供端到端可靠的透明的数据传输、差错控制和流量控制。安徽工程大学计算机与信息学院613OSI参考模型的结构（5）会话层(SessionLayer)

这一层也可以称为会晤层或对话层，在会话层及以上的高层次中，数据传送的单位不再另外命名，统称为报文。会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。（6）表示层(PresentationLayer)

这一层主要解决用户信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩，加密和解密等工作都由表示层负责。安徽工程大学计算机与信息学院623OSI参考模型的结构（7）应用层(ApplicationLayer)

应用层确定进程之间通信的性质以满足用户需要以及提供网络与用户应用为了方便起见，我们常常把上面的七个层次分为低层与高层。低层为一~四层，是面向通信的，高层为五~七层，是面向信息处理的。安徽工程大学计算机与信息学院631.4.3TCP/IP模型1TCP/IP参考模型的发展在TCP/IP协议研究时，并没有提出参考模型；1974年Kahn定义了最早的TCP/IP参考模型；80年代Leiner、Clark等人对TCP/IP参考模型进一步的研究；TCP/IP协议一共出现了6个版本，后3个版本是版本4、版本5与版本6；目前我们使用的是版本4，一般被称为IPv4；IPv6被称为下一代的IP协议。安徽工程大学计算机与信息学院641.4.3TCP/IP模型2TCP/IP协议的特点开放的协议标准;独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。安徽工程大学计算机与信息学院651.4.3TCP/IP模型3TCP/IP协议模型结构安徽工程大学计算机与信息学院661.4.3TCP/IP模型（1）主机-网络层TCP/IP参考模型的最低层，负责通过网络发送和接收IP数据报;允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，例如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的X.25、帧中继、ATM协议等;当一种物理网被用作传送IP数据包的通道时，就可以认为是这一层的内容;充分体现出TCP/IP协议的兼容性与适应性，它也为TCP/IP的成功奠定了基础。安徽工程大学计算机与信息学院671.4.3TCP/IP模型（2）互连层相当OSI参考模型网络层无连接网络服务；处理互连的路由选择、流控与拥塞问题；IP协议是一种无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议。安徽工程大学计算机与信息学院681.4.3TCP/IP模型（3）传输层主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端-端连接；传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议；用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议。安徽工程大学计算机与信息学院691.4.3TCP/IP模型（4）应用层网络终端协议Telnet文件传输协议FTP简单邮件传输协议SMTP域名系统DNS简单网络管理协议SNMP超文本传输协议HTTP安徽工程大学计算机与信息学院701.4.3TCP/IP模型（5）TCP/IP协议栈安徽工程大学计算机与信息学院711.4.4OSI/RM和TCP/IP模型的区别1对OSI参考模型的评价层次数量与内容选择不是很好，会话层很少用到，表示层几乎是空的，数据链路层与网络层有很多的子层插入；OSI参考模型将“服务”与“协议”的定义结合起来，使得参考模型变得格外复杂，实现困难；寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现，降低系统效率；数据安全性、加密与网络管理在参考模型的设计初期被忽略了；参考模型的设计更多是被通信的思想所支配，不适合于计算机与软件的工作方式；严格按照层次模型编程的软件效率很低。安徽工程大学计算机与信息学院721.4.4OSI/RM和TCP/IP模型的区别2对TCP/IP参考模型评价在服务、接口与协议的区别上不很清楚，一个好的软件工程应该将功能与实现方法区分开，参考模型不适合于其它非TCP/IP协议族；TCP/IP参考模型的主机-网络层本身并不是实际的一层；物理层与数据链路层的划分是必要和合理的，但是TCP/IP参考模型却没有做到这点。安徽工程大学计算机与信息学院73

1概述网络互连是目前网络技术研究的热点之一，并且已经取得了很大的进展。在诸多网络互连协议中，传输控制协议/网际协议（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol,TCP/IP）是一个使用非常普遍的网络互连标准协议。ISO制定的OSI参考模型的过于庞大、复杂招致了许多批评。而由技术人员自己开发的TCP/IP协议栈获则得了广泛的应用;但最下面的网络接口层并没有具体内容。因此往往采取折中的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。分别是物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层，其中物理层和数据链路层对应TCP/IP四层结构的网络接口层。1.4.5一种建议的参考模型安徽工程大学计算机与信息学院742五层协议体系结构安徽工程大学计算机与信息学院752五层协议体系结构应用层：规定应用进程在通信时所遵循的协议。应用层数据传送的单位(协议数据单元PDU)称为报文(message)运输层：负责主机中两个进程的通信。运输层的PDU为报文段(segment)或用户数据报(userdatagram)网络层：实现分组交换网上不同主机间的通信。其PDU为IP数据报(IPdatagram)数据链路层：实现网络上两个相邻结点间的通信，其PDU为帧(frame)物理层：透明的传输比特流，其PDU为bit五层协议体系结构的应用层对应了七层协议体系结构的应用层、表示层、会话层安徽工程大学计算机与信息学院761.4.6计算机网络工作过程

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层

PDU报文计算机1向计算机2发送数据安徽工程大学计算机与信息学院77计算机

1

向计算机

2

发送数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2应用层PDU再传送到运输层分段，再加上运输层首部，成为报文段安徽工程大学计算机与信息学院78计算机

1

向计算机

2

发送数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为IP数据报（或分组）安徽工程大学计算机与信息学院79计算机

1

向计算机

2

发送数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2IP数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧安徽工程大学计算机与信息学院80计算机

1

向计算机

2

发送数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体安徽工程大学计算机与信息学院81计算机

1

向计算机

2

发送数据应用层(applicationlayer)5432154321物理传输媒体计算机

1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层计算机

2安徽工程大学计算机与信息学院82计算机

1

向计算机

2

发送数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2物理层接收到比特流，上交给数据链路层安徽工程大学计算机与信息学院83计算机

1

向计算机

2

发送数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层安徽工程大学计算机与信息学院84计算机

1

向计算机

2

发送数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层安徽工程大学计算机与信息学院85计算机

1

向计算机

2

发送数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层安徽工程大学计算机与信息学院86计算机

1

向计算机

2

发送数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程安徽工程大学计算机与信息学院87计算机

1

向计算机

2

发送数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2我收到了

AP1

发来的应用程序数据！安徽工程大学计算机与信息学院88计算机

1

向计算机

2

发送数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2应用程序数据应用层首部H510100110100101比特流110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应用程序数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部安徽工程大学计算机与信息学院89计算机

1

向计算机

2

发送数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

210100110100101比特流110101110101计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应用程序数据安徽工程大学计算机与信息学院90计算机

1

向计算机

2

发送数据H3H4H5应用程序数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应用程序数据安徽工程大学计算机与信息学院91计算机

1

向计算机

2

发送数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层安徽工程大学计算机与信息学院92计算机

1

向计算机

2

发送数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层安徽工程大学计算机与信息学院93计算机

1

向计算机

2

发送数据应用程序数据H5应用程序数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2应用层剥去应用层PDU首部后把应用程序数据交给应用进程安徽工程大学计算机与信息学院94计算机

1

向计算机

2

发送数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2我收到了

AP1

发来的应用程序数据！安徽工程大学计算机与信息学院951.5计算机网络的产生与发展

1面向终端的第一代计算机网络

20世纪50年代：数据通信技术的研究与发展安徽工程大学计算机与信息学院962以分组交换为核心的第二代计算机网络20世纪60年代：ARPAnet与分组交换技术的研究与发展第二代计算机网络则强调了网络的整体性，用户不仅可以共享与之直接相连的主机的资源，而且还可以通过通信子网共享其他主机或用户的软、硬件资源。安徽工程大学计算机与信息学院973以OSI和TCP/IP为核心的第三代计算机网络20世纪70年代：网络体系结构与协议标准化的研究，广域网、局域网与分组交换技术的研究与应用第三代计算机网络的特点是制订了统一的不同计算机之间互联的标准，从而实现了不同厂家生产的计算机之间互联成网。1977年前后，国际标准化组织（InternationalStandardizationOrganization，ISO）成立了一个专门机构，提出了一个各种计算机能够在世界范围内互联成网的标准框架，即著名的开放系统互联基本参考模型（OpenSystemInterconnect/ReferenceModel，OSI/RM），简称为OSI。OSI参考模型的提出，解决了不同厂家生产的计算机之间的互联问题。安徽工程大学计算机与信息学院984以高速和多媒体应用为核心的第四代计算机网络20世纪90年代：Internet技术的广泛应用、网络计算技术的研究与发展、宽带城域网与接入网技术的研究与发展、网络与信息安全技术的研究与发展

第四代计算机网络是在进入20世纪90年代后，随着数字通信的出现而产生的，其特点是综合化和高速化。综合化是指采用交换的数据传送方式将多种业务综合到一个网络中完成。例如人们一直在使用一种与计算机网络很不相同的电话网传送语音信息，但是，现在已经可以将多种业务，如语音、数据、图像等信息以二进制代码的数字形式综合到一个网络之中进行传送。网络的高速化在近年来显得非常突出。例如以太网的速率，在短短的十几年间就从当初的10Mbit/s，发展到后来的100Mbit/s、1000Mbit/s，现在运行速率达到10000Mbit/s的万兆以太网也得到了广泛应用。安徽工程大学计算机与信息学院991.6因特网概述1.6.1因特网的发展Internet的全称是InterNetwork，中文称为“国际互连网”、“因特网”、“网际网”等。它将全世界不同国家、不同地区、不同部门和机构的不同类型的计算机及国家主干网、广域网、城域网、局域网通过网络互联设备“永久性”地高速互联，而不论其网络规模的大小、主机数量的多少、地理位置的异同，因此是一个”网络的网络”。Internet的最早起源于美国国防部领导的高级研究计划署ARPA（AdvancedResearchProjectsAgency）的前身ARPANET，该网于1969年投入使用。由此，ARPANET成为现代计算机网络诞生