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1、中国电信 客户网络维护与服务岗位认证教材第1章 IP专业1.1计算机网络基本原理1.1.1计算机网络的定义与特点在计算机网络出现的前期，计算机都是独立的设备，每台计算机独立工作，互不联系。计算机与通信技术的结合，对计算机系统的组织方式产生了深远的影响，使计算机之间的相互访问成为可能。不同种类的计算机通过同种类型的通信协议（protocol）相互通信，产生了计算机网络（computer network）。计算机网络的主要特点是：用通信信道把拥有信息、硬件资源的计算机相互连接起来，共享网上的各种资源。随着社会及科学技术的发展，对计算机网络的发展提出了更高的要求，同时也为其发展提供了更加有利的条件。
2、计算机网络与通信网的结合，可以使众多的个人计算机不仅能够同时处理文字、数据、图像、声音等信息，而且还可以使这些信息四通八达，及时地与全国乃至全世界的信息进行交换。 一般来说，计算机网络可以提供以下一些主要功能： (1)资源共享 (2)信息传输与集中处理 (3)均衡负荷与分布处理 (4)综合信息服务 通过计算机网络可以向全社会提供各种经济信息、科研情报和咨询服务。其中国际互联网Internet上的环球信息网(WWW World Wide Web)服务就是一个最典型也是最成功的例子。还例如，综合业务数字网络(ISDN)就是将电话、传真机、电视机和复印机等办公设备纳入 计算机网络中，提供了数字、语音
3、、图形图像等多种信息的传输。 计算机网络目前正处于迅速发展的阶段，网络技术的不断更新，进一步扩大了计算机网络的应用范围。除了前面提到的资源共享和信息传输等基本功能外，计算机网络还具有以下几个主要方面的应用。 (1)远程登录 计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机以及专门的外部设备利用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享信息资源。（注：我们给出一个如此广泛的定义是因为IT业迅速发展，各种网络互连终端设备层出不穷，像计算机、打印机、WAP（Wireless Application Protocol）手机、PDA（Personnal Dig
4、ital Assistate）、网络电话等等各种支持网络互连的设备。远程登录是指允许一个地点的用户与另一个地点的计算机上运行的应用程序进行交互对话。(2)传送电子邮件 计算机网络可以作为通信媒介，用户可以在自己的计算机上把电子邮件(Email)发送到世界各地，这些邮件中可以包括文字、声音、图形图像等信息。 (3)电子数据交换 电子数据交换(EDI)是计算机网络在商业中的一种重要的应用形式。它以共同认可的数据格式，在贸易伙伴的计算机之间传输数据，代替了传统的贸易单据，从而节省了大量的人力和财力，提高了效率。 (4)联机会议 利用计算机网络，人们可以通过个人计算机参加会议讨论。联机会议除了可以使用
5、文字外，还可以传送声音和图像。 总之，计算机网络的应用范围非常广泛，它已经渗透到国民经济以及人们日常生活的各个方面。 1.1.2 ISO/OSI网络体系结构OSI参考模型依层次结构来划分：第一层，物理层（Physical layer）；第二层，数据链路层（data link layer）；第三层，网络层（network layer）；第四层，传输层（transport layer） ；第五层，会话层（session layer）；第六层，表示层（presentation layer）；第七层，应用层（application layer）。 通常，我们把OSI参考模型第一层到第三层称为底层（lo
6、wer layer），又叫介质层(Media Layer)。这些层负责数据在网络中的传送，网络互连设备往往位于下三层。底层通常以硬件和软件相结合的方式来实现。OSI参考模型的第五层到第七层称为高层（upper layer），又叫主机层（host layer）。高层用于保障数据的正确传输，通常以软件方式来实现。如图21所示。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层1234567底层:负责网络数据传输高层:负责主机之间的数据传输图21 OSI参考模型七层OSI参考模型具有以下优点：1. 简化了相关的网络操作；2. 提供即插即用的兼容性和不同厂商之间的标准接口；3. 使各个厂商能够设计出互操作
7、的网络设备，加快数据通信网络发展；4. 防止一个区域网络的变化影响另一个区域的网络，因此，每一个区域的网络都能单独快速升级；5. 把复杂的网络问题分解为小的简单问题，易于学习和操作。需要注意的是，由于种种原因，现在还没有一个完全遵循OSI七层模型的网络体系，但OSI参考模型的设计蓝图为我们更好的理解网络体系，学习计算机通信网络奠定了基础。 各层介绍应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层123 456处理数据格式、数据加密等建立、维护和管理会话建立主机端到端连接寻址和路由选择提供介质访问、链路管理等比特流传输7提供应用程序间通信图22 OSI参考模型各层功能如图22所示，物理层涉及到在通
8、信信道（channel）上传输的原始比特流，它实现传输数据所需要的机械、电气、功能特性及过程等手段。物理层涉及电压、电缆线、数据传输速率、接口等的定义。物理层的主要网络设备为中继器、集线器等。数据链路层的主要任务是提供对物理层的控制，检测并纠正可能出现的错误，使之对网络层显现一条无错线路，并且进行流量调控（可选）。流量调控可以在数据链路层实现，也可以由传输层实现。数据链路层与物理地址、网络拓扑、线缆规划、错误校验、流量控制等有关。数据链路层主要设备为以太网交换机。网络层检查网络拓扑，以决定传输报文的最佳路由，其关键问题是确定数据包从源端到目的端如何选择路由。网络层通过路由选择协议来计算路由。存
9、在于网络层的设备主要有路由器、三层交换机等。 后面您将学习到更多关于网络层的知识。传输层的基本功能是从会话层接受数据，并且在必要的时候把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误。传输层建立、维护虚电路，进行差错校验和流量控制。会话层允许不同机器上的用户建立、管理和终止应用程序间的会话关系，在协调不同应用程序之间的通信时要涉及会话层，该层使每个应用程序知道其它应用程序的状态。同时，会话层也提供双工（duplex）协商、会话同步等等。表示层关注于所传输的信息的语法和意义，它把来自应用层与计算机有关的数据格式处理成与计算机无关的格式，以保障对端设备能够准确无误地理解发送端数据
10、。同时，表示层也负责数据加密等。应用层是OSI参考模型最靠近用户的一层，为应用程序提供网络服务。应用层识别并验证目的通信方的可用性，使协同工作的应用程序之间同步。物理层物理层的功能是在终端设备间传输比特流，是OSI参考模型的基础。为了达到数据传输的目的，物理层定义了电压、接口、电缆标准、传输距离等。目前，大家常用的数据信号传输介质主要有同轴电缆（coaxical cable）、双绞线（twisted pair）、光纤（fibre）、无线电波（wireless radio）等。本部分重点介绍双绞线和光纤。在线缆选择上，您应该综合考虑传输距离、价格、带宽需求、网络设备支持的线缆标准等选择恰当的线缆
11、。Xerox公司制定的以太网和IEEE 802.3 标准定义了以太网物理层常用的线缆标准。其中常用的接口线缆标准有：10Base-T、100Base-T、100Base-TX/FX、1000Base-T、1000Base-SX/LX。局域网物理层常见的网络设备有：中继器、集线器等。广域网物理层协议描述了数据终端设备（DTE，Data Terminal Equipment）和数据电路终端设备（DCE，Data Circuit Equipment）之间的接口。DTE指位于用户网络接口用户端设备；DCE提供到网络的物理连接口，提供了用于同步DTE和DCE设备之间数据传输的时钟信号。总之，DTE设备接
12、近用户侧，DCE设备接近网络侧。常用于DTE设备的有：终端主机、路由器；常用于DCE设备的有：广域网交换机、Modem、CSU/DSU（Channel Service Unit/Data Service Unit）。广域网物理层规定了以下常用接口：EIA/TIA-232，又称RS-232，是一个公共物理层标准，用来支持信号速率高达64kbps的非平衡电路。V.24标准：由ITU-T定义的DTE和DCE设备间的接口。 电缆可以工作在同步和异步两种方式下。V.35标准：为描述网络接入设备和分组网间通信的同步物理层协议而制定的标准。 V.35普遍用在美国和欧洲。 V.35 电缆传输（同步方式下）的公
13、认最高速率是2048000bps（2Mbps）。 数据链路层OSI参考模型的每一层为上一层提供服务。数据链路层的主要功能就是保证将源端主机网络层的数据包准确无误地传送到目的主机的网络层。数据链路层的帧使用物理层提供的比特流传输服务来到达目的主机数据链路层。为了保证数据传输的准确无误，数据链路层还负责网络拓扑、差错校验、流量控制等。数据链路层分为两个子层：逻辑链路控制子层（LLC，Logic Link Control sublayer），介质访问控制子层（MAC，Media Access Control sublayer）。逻辑链路控制子层提供了面向连接与面向无连接的网络服务环境的需要。该层用于
14、管理通过单一链路连接的两个系统间的通讯，它允许多个高层网络协议共享一条链路。LLC子层位于网络层和MAC子层之间，是上层和下一层的管理层，负责流量控制、同步等。LLC子层通过SSAP（源服务访问点，Source Service Access Point）和DSAP（目的服务访问点，Destination Service Access Point）负责底层协议与网络层协议的通信。MAC子层负责把物理层的“0”，“1”比特流组建成帧，并且通过帧尾部的CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验）子段进行错误检测。总之，MAC子层定义了网络对共享介质的访问。像每一个人都有一个
15、名字一样，每一台网络设备都用物理地址来标识自己，这个地址就是MAC地址。网络设备的MAC地址是全球唯一的。MAC地址由48个二进制位组成，通常我们用十六进制数字来表示。其中前6位十六进制数字由IEEE统一分配给设备制造商，后6位十六进制数由各个厂商自行分配。例如，华为的网络产品的MAC地址前六位十六进制数是0x00e0fc。网络接口卡（NIC，Network Interface Card），又称网卡，有一个固定的MAC地址。大多数网卡厂商把MAC地址烧入ROM中。当网卡初始化时，ROM中的MAC物理地址读入RAM中。如果把新的网卡插入计算机中，计算机的物理地址就变成了新的网卡的物理地址。值得注意的是，如果您的计算机插了两个网卡，那么就有两个MAC地址。所以有些网络设备可能有多个MAC地址。目前，我国应用最为广泛的LAN标准是基于IEEE802.3的以太网标准。在数据链路层常见的局域网设备有以太网交换机等。广域网常见的数据链路层标准有：HDLC（High-level Data Link Control，高级数据链路控制）、PPP（Point-to-Point Protocol，点到点协议）、ISDN（Intergated Service Data Network，综合业务数据网络）、X.25、帧中继（Frame Relay，FR）
