网络应用技术课件

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1、计算机网络应用技术第一章第一章 计算机网络基础计算机网络基础11计算机网络的发展12计算机网络的定义、功能及分类13计算机网络的组成和拓扑结构14数据通信基础15计算机网络体系结构16计算机网络的传输介质17计算机网络传输设备8/1/20241第二章第二章 局域网局域网21局域网概述22局域网的体系结构23Ethernet24非主流局域网25网络操作系统第第三三章章 广广域域网网与与InternetInternet31广域网的基本概念32Internet的基本概念33TCP/IP协议8/1/20242第四章第四章 综合布线系统综合布线系统4.1 布线系统设计42 结构化布线安装与测试第五章第五

2、章 应用实例应用实例参考书：参考书： 计算机网络实用技术，王洪、贾卓生等编著，人民邮电计算机网络实用技术，王洪、贾卓生等编著，人民邮电出版社。（出版社。（2525） 局域网与广域网的设计与实现，机械工业出版社。局域网与广域网的设计与实现，机械工业出版社。（3232） 数据通讯与网络，机械工业出版社。（数据通讯与网络，机械工业出版社。（4848） 计算机网络（第三版），清华大学出版社。计算机网络（第三版），清华大学出版社。8/1/20243个人介绍 王占杰 大连理工大学信息学院计算机系 网络与控制研究室 E-mail : 电话：4706002或4706003转8211研究方向：计算机网络、（实时

3、）分布式系统、 计算机控制与数据处理、数字化企业等。8/1/20244 第一章第一章 计算机网络基础计算机网络基础1 11 1 计算机网络的发展计算机网络的发展111 计算机网络的计算机网络的发展发展历史历史计算机网络的发展过程是计算机与通信（C&C,ComputerandCommunication）的融合过程。 60 60年代：年代：面向终端分布的计算机系统 计算机终端系统是计算机与通信结合的前驱，把多台远程终端设备通过公用电话网连接到一台中央计算机构成所谓面向终端分布的计算机系统、解决远程信息收集、计算和处理。根据信息处理方式的不同，它们还可分为实时处理连机系统、成批处理连机系统和分时处理

4、连机系统。计算机终端系统虽还称不上是计算机网络，但它提供了计算机通信的许多基本技术，而这种系统本身也成为以后发展起来的计算机网络的组成部分。因此，这种终端连机系统也称为面向终端分布的计算机通信网。8/1/20245计算机网络的计算机网络的发展发展历史历史 70 70年代：年代：分组交换数据网（PSDN）出现 以美国国防部高级研究计划局DARPA（Defense Advanced Research Project Agency ）的ARPANET为代表，采用崭新的“存贮转发分组交换”原理，它标志着计算机网络的兴起。ARPANET所采用的一系列技术，为计算机网络的发展奠定了基础。ARPANET中提

5、出的一些概念和术语至今仍被引用。因此，它有分组交换网之父的殊誉。而分组交换网的出现则被公认为现代电信时代的开始。此后，许多大学、研究中心、各企业集团、各主要工业国家纷纷研制和建立专用的计算机网和公用交换数据网。 ARPANET是由一种通信子网通信子网（Communication Subnet)和资资源子网源子网（Resource Subnet）组成的两级结构的计算机网络。8/1/20246计算机网络的计算机网络的发展发展历史历史 图给出了这种计算机网络的示意图。 由接口报文处理机IMP（Inter- face Message Processor）和通信 线路一起负责主机Host之间的通信任务，

6、构成了通信子网，实现信息传输与交换。由通信子网互连的主机组成资源子网，它负责信息处理、向网络用户提供可共享的软硬件资源。当主机（H1）要与远地另一主机（H2）通信。H1首先将信息送至本地相连的IMP暂存，通过通信线路沿着适当的路径（按一定原则静态或动态的选择的）转发至下一IMP暂存，依次经过中间的IMP中转，最终传输至远地的目的IMP，并送入与之直接相连的目的主机。如此，由IMP组成的通信子网，完成各IMP之间的存存贮转发（Store and forward）任务。 8/1/20247计算机网络的计算机网络的发展发展历史（历史（70年代） 采用这种方式，使通信线路不为某对通信双方所独占，大大提

7、高昂贵的通信线路的利用效率。ARPANET中存贮转发的信息基本单元是分组分组（Packet），它是将整个要交换的信息报文（Message）分成若干信息分组，对每个分组按存贮转发的方式在通信子网上传输，因此把这种以存贮转发方式传输分组的通信子网又称为分组交换数据网分组交换数据网（PSDN。 目前世界上运行的中低速远程通信网大都采用分组交换网。与此相应的公众交换电话网被称为公用数据网PDN（Public Data Network）或公用交换数据网PSDN。ARPANET中的IMP，在PSDN中也被称为分组交换节点（Packet Switch Node）。 70年代到80年代中，广域网WAN（Wid

8、e Area Network）得到迅速发展，它们也被称为第二代计算机网络。 8/1/20248计算机网络的计算机网络的发展发展历史（历史（8080年代）年代）*8080年代年代： LAN 、互连网 、综合业务数字网ISDN和智能网IN 70年代中期由于微电子和微处理机技术的发展及在短距离局部地理范围内计算机间进行高速通信要求的增长，计算机局域网LAN（Local Area network ）因运而生。进入80年代，LAN获得蓬勃发展。国际标准化组织ISO（International Standards Organiztion）于84年正式颁布了一个称为“开放系统互连基本参考模型”OSI（Ope

9、n System Interconnection Basic Reference Model）的国际标准ISO/OSI 7498。计算机网络开始走向国际标准化网络的时代。它支持各厂商生产的计算机系统可互连。随着计算机技术、通信技术的发展和应用领域的扩大，通信网络和计算机网络技术一直在迅速发展。综合业务数字网ISDN正是这一发展的体现。 8/1/20249计算机网络的计算机网络的发展发展历史（历史（9090年代）年代） 90 90年代：年代：现代网络技术 、协同计算 高速以太网(百兆、千兆 ),三层交换、ATM、VLAN。光纤技术的发展解决了线路传输速度慢的问题,共享型的10M速度的网络需要向更

10、高速的网络升级,因此出现了FDDI网络、 快速以太网、高速以太网和交换式以太网,以及ATM网络,在IP协议方面出现了三层交换等许多网络新技术. 我们把“计算机支持的协同工作”定义为：地域分散的一地域分散的一个群体借助计算机及其网络技术，共同协调与协作来完成一项个群体借助计算机及其网络技术，共同协调与协作来完成一项任务。任务。 把支持协同工作的计算机软件称为群件(Groupware)。 计算机协同工作将计算机技术、网络通信技术、多媒体技术以及各种社会科学紧密地结合起来，向人们提供了一种全新的交流方式。 8/1/202410计算机网络基础计算机网络基础112 计算机网络的前景计算机网络的前景 90

11、年代以后，以互联网为代表的计算机网络得到了飞速的发展，从最早的教育科学网络发展逐步发展为商业化的网络，并已成为仅次于全球电信网的世界第二大网络。互联网已经渗透到人类社会生活的方方面面，已经深刻地改变了人们的生活和工作方式。可以不夸张的说，互联网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。 面对飞速发展的计算机网络技术和互联网的巨大商机，各个国家纷纷制定了本国的网络发展计划和信息基础设施计划，这使得计算机网络的发展进入了一个崭新的历史阶段，已经成为当今世界最热门的学科之一。 我国也先后实施了一系列网络工程。中国公用互联网（ChinaNet）、金桥网、中国教育网（CerNet）、中国科学院网，并称为中国

12、“四大网络”。 8/1/202411共享通信线路的单机系统 具有通信功能的单机系统8/1/2024128/1/2024138/1/2024141 12 2 计算机网络的定义、功能及分类计算机网络的定义、功能及分类 1 12 21 1 计算机网络的定义计算机网络的定义 把分布在不同地点的多个计算机物理上互连，按照网络通把分布在不同地点的多个计算机物理上互连，按照网络通信协议相互通信，以共享硬件、软件和数据资源为目标的系统。信协议相互通信，以共享硬件、软件和数据资源为目标的系统。 这是一个广义的定义，它具有这样的一些特征：这是一个广义的定义，它具有这样的一些特征： 1 1 计算机算机网络网络是一互

13、是一互连的的计算机系算机系统的群体。的群体。这些些计算机系算机系统在地理上是在地理上是分布的，可能在一个房分布的，可能在一个房间内，在一个内，在一个单位里的楼群里，一个或几个城市里，位里的楼群里，一个或几个城市里，甚至在全国乃至全球范甚至在全国乃至全球范围。 2 2 这些些计算机系算机系统是自治的，即每台是自治的，即每台计算机是独立工作的，它算机是独立工作的，它们是在网是在网络协议控制下控制下协同工作的。同工作的。 3 3 系系统互互连要通要通过通信通信设施（网）来施（网）来实现。通信。通信设施一般都有通信施一般都有通信线路、路、相关的相关的传输、交、交换设备等等组成。成。 4 4 系统通过通

14、信设施执行信息交换，资源共享，互操作和协作处理，实现系统通过通信设施执行信息交换，资源共享，互操作和协作处理，实现各种应用要求。各种应用要求。 8/1/2024151 12 22 2 计算机网络的功能计算机网络的功能 不同的计算机网络是为不同的目的需求而设计和组建的，它们所提供的服务和功能也有所不同。 计算机网络所可能提供的功能如下： 1 数据通信：终端与计算机、计算机与计算机之间能够进行通信，互传数据，从而方便地进行信息收集、处理、交换。 2 资源共享：用户可以共享计算机网络范围内的系统硬件、软件、数据、信息等各种资源。 3 网络计算：提供分布处理和均衡计算机负荷的功能，降低软件设计复杂性，

15、提高系统效率。 4 集中控制：通过计算机网络可对地理上分布的系统进行集中控制，对网络资源进行集中的分配和管理。 5 提高系统的可靠性：借助冗余和备份的手段提高系统可靠性。 6 网络新服务：开辟大量新的应用服务项目。 8/1/2024161 12 23 3 计算机网络的分类计算机网络的分类 计算机网算机网络可以从地域范可以从地域范围、拓扑、拓扑结构、信息构、信息传输交交换方式或方式或协议、网、网络组建属性或用途等不同角度加以分建属性或用途等不同角度加以分类。 按地域范围分类按地域范围分类 从计算机系统之间互连距离和网络分布地域范围角度来从计算机系统之间互连距离和网络分布地域范围角度来看，有局域网

16、看，有局域网LANLAN、城域网、城域网MANMAN、广域网、广域网WANWAN等。等。 按拓扑结构分类按拓扑结构分类 网络拓扑结构是从网络拓扑的观点来讨论和设计网络的网络拓扑结构是从网络拓扑的观点来讨论和设计网络的特性。就是用所构成的网络几何构形，来体现网络各组成成特性。就是用所构成的网络几何构形，来体现网络各组成成分之间的结构关系，从而反映了整个网络的整体结构外貌。分之间的结构关系，从而反映了整个网络的整体结构外貌。实际上，考虑更多的是通信子网的拓扑结构问题。通信子网实际上，考虑更多的是通信子网的拓扑结构问题。通信子网可设计成两种通信（信道）类型：点对点通信（可设计成两种通信（信道）类型：

17、点对点通信（Point -to Point -to -Point-Point）和广播通信（）和广播通信（Broadcast Broadcast ）。）。 8/1/202417计算机网络的分类计算机网络的分类点对点信道： 其特点是一条线路连接一对节点。两台主机常常经过几个节点相连接。信息的传输采用存贮转发方式。这种信道成的通信子网常见的拓扑结构有：星形，树形，回路形，相交回路形，全连接形，不规则形式分布式。 8/1/202418计算机网络的分类计算机网络的分类广播信道：广播信道： 其特点是只有一条供诸结点共享的通信信道。任一结点所发出的信息报文可被所有其它结点接收。当然对信道需要有一定的访问控制

18、机制。由这种信道构成的通信子网的拓扑结构可有三种形式：总线性，环形，卫星或无线广播通信方式。 8/1/202419计算机网络的分类计算机网络的分类按信息传输交换方式分类按信息传输交换方式分类 根据信息在网内传输交换方式，可分为： 电路交换 ； 存贮转发交换 ：报文交换 ； 分组交换：数据报，虚电路。 按网络组建属性分类按网络组建属性分类一个计算机网络，根据其组建、经营和用户，特别是它的数据传输和交换系统的拥有性，可以分为公用网和专用网两类。公用网是由国家电信部门组建、经营管理、提供公众服务。专用网往往是由一个政府部门或一个公司等组建经营，未经许可，其他部门和单位不得使用。 8/1/202420

19、1 13 3 计算机网络的组成和拓扑结构计算机网络的组成和拓扑结构 1 13 31 1 计算机网络的组成计算机网络的组成 计算机网络主要由宿主计算机计算机网络主要由宿主计算机（HOSTHOST） 、终端（、终端（TerminalTerminal） 、通、通信处理机和通信设备等网络单元经通信处理机和通信设备等网络单元经通信线路连接组成。信线路连接组成。 该网络分为两层： 通信子网和资源子网。 通信子网由结点计算机和高速通信线路组成独立的，承担全网的数据传输、交换、加工等通信处理工作。资源子网包括宿主计算机、终端、通信子网接口设备和软件等，它负责全网的数据处理和为网络用户提供网络资源和网络服务。8

20、/1/2024211 13 32 2 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构 网络拓朴结构是计算机网络结点和通信链路所组成的几何形状。通常有总线结构、星形、树形、环形、全部互联和不规则形。 总线型结构： 总线型结构采用一条单根的通信线路（总线）作为公共的传输通道，所有的结点都通过相应的接口直接连接到总线上，并通过总线进行数据传输；总线型网络使用广播式传输技术，总线上的所有结点都可以发送数据到总线上，数据沿总线传播。但是，由于所有结点共享同一条公共通道，所以在任何时候只允许一个站点发送数据。 当一个结点发送数据，并在总线上传播时，数据可以被总线上的其他所有结点接收。各站点在接收数据后，分析目的

21、物理地址再决定是否接收该数据。 粗、细同轴电缆以太网就是这种结构的典型代表。8/1/202422 总线型拓扑结构有如下一些特点： （1）结构简单灵活，易于扩展。 （2）共享能力强，便于广播式传输。 （3）网络响应速度快，但负荷重时则性能迅速下降。 （4）局部站点故障不影响整体，可靠性较高。但是，总线出现故障，则影 响整个网络。 （5）易于安装、费用低。 （6）网络效率和带宽利用率低。 （7）采用分布控制方式，各结点通过总线直接通信。 （8）各工作站点平等，都有权争用总线，不受某站点仲裁。网络拓扑结构（网络拓扑结构（总线型）8/1/202423网络拓扑结构（网络拓扑结构（环型） 环型结构：环型结

22、构是各个网络结点通过环接口连在一条首尾相接的闭合环型通信线路中。环型结构有两种类型，即单环结构和双环结构。令牌环（Token Ring）是单环结构的典型代表，光纤分布式数据接口（FDDI）是双环结构的典型代表。 环型拓扑结构的特点如下： （1）在环型网络中，各工作站间无主从关系，结构简单。 （2）信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好。 （3）两个结点之间仅有唯一的路径，简化了路经选择。 （4）可靠性差，任何线路或结点的故障，都有可能引起全网故障，且故障检测困难。 （5）可扩充性差。8/1/202424网络拓扑结构（网络拓扑结构（星型） 星型结构：星型结构的每个结点都由一条点到点链路

23、与中心结点（公用中心交换设备，如：交换机、HUB等）相连。信息的传输是通过中心结点的存储转发技术实现的，并且只能通过中心站点与其它站点通信. 星型结构的主要特点是：(1）星型拓扑结构简单，便于管理和维护。(2）易实现结构化布线。(3）星型结构易扩充，易升级。 (4）通信线路专用，电缆成本高。(5）星型结构的网络由中心结点控制与管理，中心结点的可靠性基本上决定了整个网络的可靠性。(6）中心结点负担重，易成为信息传输的瓶颈，且一旦故障，全网瘫痪。8/1/202425网络拓扑结构（网络拓扑结构（树型）树型结构：树型结构是从总线型和星型结构演变来的，它有两种类型，一种是由总线型拓扑结构派生出来的，它由

24、多条总线连接而成。另一种是星型结构的变种，各结点按一定的层次连接起来，形状像一棵倒置的树，故得名树型结构。在树型结构的顶端有一个根结点，它带有分支，每个分支还可以再带子分支。 树型结构的主要特点是：（1）这种结构是天然的分级结构。（2）易于扩展。（3）易故障隔离，可靠性高。（4）电缆成本高。（5）根结点的依赖性大，一旦根 结点出现故障，将导致全网不能工作。8/1/202426网络拓扑结构（网络拓扑结构（网状结构） 网状结构： 网状结构是指将各网络结点与通信线路互连成不规则的形状，每个结点至少与其它两个结点相连，或者说每个结点至少有两条链路与其他结点相连。大型互联网一般都采用这种结构，如：我国的

25、教育科研示范网CERNET、国际互联网Internet的主干网都采用网状结构。 网状结构的主要特点是： （1）每个结点都有冗余链路，可靠性高。 （2）因为有多条路径，所以可以选择最佳路径，减少时延，改善流量分配，提高网络性能，但路经选择比较复杂。 （3）结构复杂，不易管理和维护。 （4）适用于大型广域网。 （5）线路成本高。8/1/202427网络拓扑结构（网络拓扑结构（混合型） 混合型结构： 混合型拓扑结构是由以上几种拓扑结构混合而成的，如：环星型结构，它是令牌环网和FDDI网常用的结构。 再如：总线型和星型的混合结构等。网络拓扑结构总结如下网络拓扑结构总结如下8/1/20242814 数据

26、通信基础 141 数据通信系统 数据通信系统的模型如下图所示. 其中,源源: : 产生要发送的数据的设备.发送器发送器: :对信号进行转换或编码以产生能在传输系统中传输的电磁信号.传输系统传输系统: :连接源和目的地的传输线或复杂的网络.接受器接受器: :从传输系统接受信号并转换成目的站设备能处理的信号.目的站目的站: :从接受器接受数据的设备.8/1/202429数据通信系统数据通信系统的作用和功能:数据通信系统的基本作用是在两个实体之间交换数据,数据通信系统要完成如下关键任务:u传输系统利用率:要有效的利用由很多通信设备共享的传输设施,需要采用多路复用技术、拥塞控制技术等.u接口:为了通信

27、,设备必须和传输系统接口,使产生的信号特性(如信号形式和信号强度)能适应传输系统传输,以及在接受端等对数据解释.u同步:传输系统和接受设备之间,发送器和接受器之间都需要同步,接受器必须确定信号何时开始,何时结束,以及每个信号的间距.u交换管理:在两个实体进行通信期间各种协调管理.u差错检测和校正:对通信中的差错检测并纠错,并需要流控.u寻址和路由:决定信号到达的目的地路径选择过程。u恢复:当因某种原因系统被中断,需要对系统恢复。u报文格式:两个对话实体进行协商使报文格式一致。u安全:保证正确地、完整地、不被泄露地将数据从源发到目的。u网络管理:对复杂的通信系统进行配置、监控、故障管理等管理。8

28、/1/202430数据通信系统(模拟数据传输和数字数据传输)一、几个基本术语:u数据:定义为有意义的实体，数据涉及到事物的形式，而信息涉及的是这些数据的内容。数据又分为模拟数据(连续)和数字数据(离散)u信号和信号发送:信号是数据的电磁或电子编码，信号发送是指沿传输介质传输信号的动作。信号又分为：模拟信号(连续变化的电磁波)和数字信号(0、1电压脉冲)u传输:指传播和处理信号的数据通信. 模拟数据和数字数据都可以用模拟信号和数字信号表示和传播.而模拟信号和数字信号都可以在合适的传输介质上传输.通常,将传输过程中使用模拟信号的传输方式称为模拟数据传输(可能需要调制解调器);将传输过程中使用数字信

29、号的传输方式称为数字数据传输(可能需要编解码)8/1/202431数据通信系统(数据通信方式) 数据通信方式是指数据在信道上传输所采取的方式.通常有如下三种分类方法:n按数据代码传输的顺序分为按数据代码传输的顺序分为: :串行传输和并行传输。串行传输和并行传输。n按数据传输的同步方式分为按数据传输的同步方式分为: :同步传输和异步传输。同步传输和异步传输。n按数据传输的流向和时间关系分为按数据传输的流向和时间关系分为: :单工、半双工和双工传输。单工、半双工和双工传输。 串行通信串行通信：数据流以串行方式在一条信道上传输.该方法的优点是实现简单,采用较多.缺点是:为解决收、发方码组或字符同步，

30、需要外加同步措施。 并行通信并行通信：将数据以成组方式在两条以上的并行信道上同时传输.并行传输不需要另外的措施就可实现收发双方的字符同步.缺点是:需要传输信道多、设备复杂、成本高，故较少采用。8/1/202432数据通信系统(串、并行传输串、并行传输)并行传输并行传输(parallel)(parallel)与串行传输与串行传输(serial)(serial) 并行传输：局域网并行传输：局域网 距离近，至少有距离近，至少有8 8位数据同时传输，位数据同时传输，如图如图(a)(a)。计算机内部的数据多是并行传输。计算机内部的数据多是并行传输。 串行传输：距离较远的情况，每次由源到目的传输的串行传输

31、：距离较远的情况，每次由源到目的传输的数据只有一位，如图数据只有一位，如图(b)(b)。成本因素，远距离通信一般采用。成本因素，远距离通信一般采用串行传输技术。串行传输技术。8/1/202433数据通信系统(同步传输同步传输)* 同步传输(synchronous)(synchronous)方式不是对每个字符单独进行同步，而是对一组字符组成的数据块进行同步对一组字符组成的数据块进行同步。同步的方法不是加一位停止位，而是在数据块前面加特殊模式的而是在数据块前面加特殊模式的位组合位组合( (如如01111110)01111110)或同步字符或同步字符(SYN)(SYN)，并且通过位填充或字符填充技术

32、保证数据块中的数据不会与同步字符混淆。8/1/202434数据通信系统(异步传输异步传输) 异步传输(asynchronous)(asynchronous)的工作原理是：每个字节作为一个单元独立传输，字节之间的传输间隔任意。为了标志字节的开始和结尾，在每个字符的开始加一位起始位，结尾加1位、1.5位或2位停止位，构成一个个的“字符”。这里的“字符”指异步传输的数据单元，不同于“字节”，一般略大于一个字节。如下图所示：8/1/202435特点： 同步传输:以固定时钟节拍来发送数据信号。在一个数据流中,各信号码元之间的相对位置都是固定的,接受端要从收到的数据码流中正确区分发送的字符,必须建立同步的

33、时钟。同步传输是以帧为单位发送数据,并有帧的起始和终止标志。 与异步传输相比,同步传输在技术实现上复杂,但不需要对每一个字符单独加起、止码元作为识别字符的标志，只是在一串字符的前后加上标志序列。因此,传输效率高,适合较高速率的数据通信系统(2.4kb/s以上)。8/1/202436数据通信系统(单工、双工)n单工数据传输：两站之间只能沿指定方向传输数据，反向传联络信号n半双工数据传输：两站之间可以沿两个方向传输数据，但两个方向不能同时传输n双工数据传输:两站之间可以同时两个方向传输数据8/1/202437数据通信基础二、数据通信1数据通信的结构 它由宿主计算机、终端设备、通信设备和信号变换器组

34、成。TTTTTM通通信信控控制制器器MMMMM计计算算机机MM通信网通信网集中器集中器专用线路专用线路调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器-终端设备子系统终端设备子系统-数据传输子系统数据传输子系统-数据处理子数据处理子系统系统- 8/1/202438数据通信基础2 数据通信的过程第第一一阶阶段段：建立通信线路。用户通过“拨号”将要通信的对方的地址告诉交换机，交换机查询对方终端线路，若空闲，则由交换机建立通信双方的物理通道。第第二二阶阶段段：建立数据传输链路。数据通信的双方建立同步联系，是通信双方处于正确的收发状态，通信双方验证对方地址。第三阶段第三阶段：数据传输。通信双方传输数据和控制信

35、号。第第四四阶阶段段：数据传输结束。通信双方通过有关的通信控制信息确认本次通信即将结束。第第五五阶阶段段：拆除链路。通信双方之一通知交换机，通信已结束，可以拆线，切断双方的逻辑链路。 8/1/202439数据通信基础* 3 数据通信系统的质量标准 衡量一个数据通信系统的性能，主要考虑数据传输的数量和质量。 传输速率，单位时间内传送的信息单元的数量。bit/s，baud/s；二者不同，但可互换。 出错率。误码率=接收出现差错的比特数/传输全部的比特数。 可靠性（正常工作时间/总工作时间）*100%，或平均无故障时间。 适应性。对外界环境变化的适应能力。 可维护性。维护方便程度。 标准化程度。衡量

36、设计水准，共享，开放。 经济性。性能价格比。 通信建立时效。同步性能的指标。 8/1/202440数据通信基础 1 14 42 2 数据传输原理数据传输原理 在数据通信系统中，数据传输时需要解决以下几个问题：信息的表示法、即信息编码问题；如何保证正确无误地传送信息，即接收和发送的同步问题；如何高效地利用通信线路传送信息，即多路复用问题。1信息交换代码 数据通信中传送的信息称为报文，既可以是数据信息，也可以是监控信息。报文是由一定意义的字符组成。字符又是由一定位数的二进制代码按一定规则编制而成，这些代码在数据传输中称为信息交换代码。在众多信息交换代码中，如ASCII码。 8/1/202441数据

37、通信基础（数据传输原理数据传输原理 ）2数据传输方式 数据的传输方式有两种：以数字信号方式传输，或经调制变换后以模拟信号方式传输。数字信号以原来的二进制数“0”、“1”原封不变地在信道内传输叫基带传输。数字信号经调制以后，转换为模拟信号在信道内传输叫频带传输。 计算机网络技术中把数据信道直接传输数字信号的传输方式叫做基带传输。 基带传输中二进制数据信号的方法主要有以下三种： (1)非归零编码(NRZ) 非归零编码是用低电平表示逻辑“0”，用高电平表示逻辑“1”的编码方式。非归零编码的缺点是：为了保持收发双方的时钟同步，需要额外传输同步时钟信号。8/1/202442数据通信基础（数据传输原理数据

38、传输原理 ）(2)曼彻斯特编码(Manchester) 每比特的中间有一次跳变，它有两个作用：一是作为位同步方式的内带时钟；二是用于表示二进制数据信号，可把“0”定义为由高电平到低电平的跳变，“1”定义为由低电平到高电平的跳变。该编码的优点：一是“自带时钟信号”，不必另发同步时钟信号，二是不含直流分量。(3)差分曼彻斯特编码(Difference Manchester) 每比特的中间有一次跳变，它只有一个作用，即作为位同步方式的内带时钟，不论由高电平到低电平的跳变，还是由低电平到高电平的跳变都与数据信号无关。“0”和“1”是根据两比特之间有没有跳变来区分的。如果下一个数据是“0”，则在两比特中

39、间有一次电平跳变；如果下一个数据是“1”，则在两比特中间没有电平跳变。 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码的缺点都是效率较低，在每个比特中间都有一次跳变，所以时钟频率是信号速率的2倍。如为了达到10Mbps的数据传输速率，要求时钟频率至少为20MHz。8/1/202443数据通信基础（数据传输原理数据传输原理 ）数字数据到数字信号的编码方法数字数据到数字信号的编码方法 （a)不归零编码，(b)曼彻斯特编码 (c)差分曼彻斯特编码8/1/202444数据通信基础（数据传输原理数据传输原理 ） 频带传输：在远距离传输中，经常采用电话线作为传输链路，由于电话线传输声音的频率范围（300-3400Hz）不

40、适合于直接传输数字信号，需先将数字信号转换为模拟信号，到达目的地之后，再将其还原为数字信号。将数字信号变换为模拟信号的过程为调制，将模拟信号还原为数字的过程为解调。有三种基本调制方式：幅度调制、频率调制和相位调制。 幅度调制：频率和相位不变，不同的振幅代表不同的数字（二进制）。 频率调制：振幅和相位不变，不同的频率代表不同的数字（二进制）。 相位调制：振幅和频率不变，不同的相位代表不同的数字（二进制）。8/1/202445数据通信基础（数据传输原理数据传输原理 ）* 3 多路复用技术 多路复用是在单一的通信线路，同时传输多个不同来源的信息，提高线路的利用率，降低成本。这就是所谓的多路复用(Mu

41、ltiplexing)。 多路复用分为两大类：频分多路复用(FDM)和时分多路复用(TDM)。A. 频分多路复用(FDM) 在介质上同时传输多路信号，每路信号以不同的载波频率进行调制，而且各个载波频率完全独立，即载波形成的信号不互相重叠，则各路信号可以成功地在介质上传输。(a)原始信道(b)频率提升(c)多路复用后的信道8/1/202446数据通信基础（数据传输原理数据传输原理 ）B. 时分多路复用(TDM) 时分多路复用(Time Division Multiplexing)是把时间分为若干个时间槽(Slot)，每个用户分得一个时间槽，在其占用的时间槽内，该用户可以独享信道的全部带宽。时间槽

42、的划分有交替性和周期性。交替性是指不会有连续的时间槽被单个用户连续占用，而是大家轮流占用各个时间槽；周期性是指时间槽的分配要有一定周期性地重复出现。 我们来看一下作为PCM传输标准之一的T1信道是如何复用多路话音信号的。T1是在北美和日本广泛使用的标准，T1载波有24个信道组成，如图。每帧数据有193个比特，传输一帧数据的时间位传输125微秒。每帧的第一个比特是帧开始位，用于帧同步目的。另外有24个8比特的信道，每个信道有7位数据位和一位校验位。8/1/202447数据通信基础（时分多路复用）*8/1/2024481 14 42 2 差错控制技术差错控制技术* 人们总是希望数据在通信线路中正确

43、无误地传输。但是，信道内外的干扰与噪声又是不可避免的。 传输出错：外来干扰。随机错（信号前后无关），突发错（出错位相关）。 纠正方法：电器性能，差错控制。 差错控制：检测，纠正，处理。 控制方法：时间冗余，设备冗余，数据冗余。 差错控制技术：奇偶校验、海明校验、循环码冗余校验等。 奇偶校验（垂直冗余校验奇偶校验（垂直冗余校验VRCVRC） 奇偶校验以字符为单位校验，一个字符由8位组成，低7位为信息字符的ASCII代码，最高位为“奇偶校验位”。 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 原理：接收端、发送端“字符”中“1”的个数；“奇奇”或“偶偶”。8/1/202449方块校验（水平垂直冗

44、余校验LRC） * 在垂直冗余校验VRC的基础上，在一批字符传输之后，另加一个称为“方块校验字符”的校验位字符。 奇偶校验位（VRC） 字符1 1 0 0 1 1 0 0 0 字符2 1 0 0 0 0 1 0 1 字符3 1 0 1 0 0 1 0 0 字符4 1 0 0 1 0 0 0 1 字符5 1 0 1 0 0 0 0 1 字符6 1 0 0 0 0 0 1 1 方块校验字符（LRC） 1 1 1 1 0 1 0 1上例是奇校验。 采用这种方法，若二进制传输错，不仅从横行中VRC反映出来，也可以从纵行中（LRC） 得到反映。有较强的校错能力，不仅能发现一位、二位或三位错，且可以自动纠

45、正，使 误码率降低2-4个数量级。 8/1/20245015 计算机网络体系结构 151 网络体系结构及计算机网络协议 计算机网络体系结构：计算机网络体系结构：计算机网络的层次、网络拓扑结计算机网络的层次、网络拓扑结构、各层次的功能划分以及每层协议与接口的总称。构、各层次的功能划分以及每层协议与接口的总称。 网络协议：网络协议：为完全不同的系统提供共同的用于通信的环境。为完全不同的系统提供共同的用于通信的环境。L A NL A N协议使得网络通信电缆上传递的简单的电子信号变得协议使得网络通信电缆上传递的简单的电子信号变得有意义。没有协议，网络通信是不可能存在的。为了让两个有意义。没有协议，网络

46、通信是不可能存在的。为了让两个工作站能够充分地进行通信，他们必须使用相同的协议，就工作站能够充分地进行通信，他们必须使用相同的协议，就像两个人如果使用相同的语言，才能够更好地进行交流。像两个人如果使用相同的语言，才能够更好地进行交流。8/1/202451 计算机网络体系结构是指网络的基本设计思想及方案，计算机网络体系结构是指网络的基本设计思想及方案，各个组成部分的功能定义。而层次结构是描述体系的基本方各个组成部分的功能定义。而层次结构是描述体系的基本方法，其特点是每法，其特点是每一层多建立在前一层基础上，低层为高层提多建立在前一层基础上，低层为高层提供服务。供服务。层次结构的优点：层次结构的优

47、点： 1 1、抽象化。、抽象化。每一个层次的内部结构对上下层均是不可见的。每一个层次的内部结构对上下层均是不可见的。 2 2、便于系统化和标准化。、便于系统化和标准化。 3 3、层次接口清晰、减少层次间传递的信息量，便于层次模、层次接口清晰、减少层次间传递的信息量，便于层次模块的划分和开发。块的划分和开发。 4 4、与实现无关，允许用等效的功能模块灵活地替代某层模、与实现无关，允许用等效的功能模块灵活地替代某层模块而不影响相邻层次的模块。块而不影响相邻层次的模块。 8/1/202452计算机网络体系结构与协议计算机网络体系结构与协议 计算机网络也是由硬件和软件组成的 硬件:传输介质、计算机或网

48、络设备、以及介质和计算机之间相连的接口等。 软件：控制信息传送的协议以及其他相应的网络软件。 现在网络软件是高度结构化的，网络软件的构造技术是问题的关键，它包括了网络体系结构以及各个相关的协议。 若干重要概念 1、 协议：实现计算机网络资源共享、信息交换，各实体之间经常要进行各种通信和对话。 把国际互连网络叫做信息高速公路，要想在上面实现共享资源、交换信息，必须遵循一些事先制定好的规则标准，这就是协议。否则为所欲为、各行其是，其结果肯定是乱作一团。 协议就是计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合。8/1/202453计算机网络体系结构与协议计算机网络体系结构与协议 协议有三个要素，即： 语

49、义（Semantics）：“讲什么”；控制信息的内容，需要做出的动作及响应； 语法（Syntax）：“怎么讲”；数据与控制信息的格式、数据编码等； 时序(Timing)：“序速控”；事件先后顺序和速度匹配。 以两个人打电话为例来说明协议的概念： 甲要打电话给乙，首先甲拨通乙的电话号码，对方电话振铃，乙拿起电话，然后甲乙开始通话，通话完毕后，双方挂断电话。 在在这这个个过过程程中中，甲甲乙乙双双方方都都遵遵守守了了打打电电话话的的协协议议。其中，电话号码就是“语法”的一个例子，一般电话号码由五到八位阿拉伯数字组成，如果是长途要加拨区号，国际长途还有国家代码等等； 甲拨通乙的电话后，乙的电话振铃，

50、振铃是一个信号，表示有电话打进，乙选择接电话，讲话；这一系列的动作包括了控制信号、响应动作、讲话内容等等，就是“语义”的例子8/1/202454计算机网络体系结构与协议计算机网络体系结构与协议 “时序”的概念更好理解，因为甲拨了电话，乙的电话才会响，乙听到铃声后才会考虑要不要接，这一系列事件的因果关系十分明确，不可能没有人拨乙的电话而乙的电话会响，也不可能在电话铃没响的情况下，乙拿起电话却从话筒里传出甲的声音。 2、分层 计算机网络是一个非常复杂的系统。 计算机、通信、材料、家电、应用不同，实现互连、互操作-开放性。 互连：互连：不同计算机之间，通过通信子网连接起来，进行数据通信； 互互操操作

51、作：不同计算机用户，能通过通信子网上计算机，使用相同的命令。 计算机网络体系结构，就是为不同计算机之间的互连、互操作提供相应的规范和标准的。 为了降低设计复杂性、便于维护、提高运行效率，网络设计一般都采用层次结构。8/1/202455层次结构的通信原理层次结构的通信原理 用此图的例子来说明层次结构的通信原理。 这两位经理都比较官僚，总之他们之间不能直接通话。他们每个人都有一位高级助理，负责起草公函、与贸易伙伴沟通的事务性工作。由于公司较大，业务繁忙，高级助理又有一些秘书负责打字、传真、接听电话等一般性工作。这样，公司就形成了三个层次的机构。 甲方经理对乙方的供货不满意，希望对乙方经理表达退货的

52、意思，于是他让自己的高级助理起草一份文件发送出去。这位助理先生领会了经理的意思后，按照业界的惯例写了一份正式公函，并加上了一些冠冕堂皇的理由，然后把它交给秘书发送出去。秘书拿到公函，按照公司通信录查到乙公司的传真号码，整理好后发给了乙公司。乙公司的秘书接到传真后将有用的公函部分呈交给高级助理，而高级助理经过分析后，将关键内容汇报给了经理。乙公司经理对公文格式、表面理由都不感兴趣，当然他更不会关心最初收到的信息是传真、电子邮件还是邮寄信函，他所关心的只是甲公司经理的意见。8/1/202456层次结构的通信原理层次结构的通信原理 这里，甲乙公司都可以看作是网络结点，而经理、助手和秘书是一个个的通信

53、实体。处于不同结点的相同层次的实体叫做对等实体。而协议实际上是对等实体之间的通信规则的约定。比如两个公司的秘书之间就有收发传真、和普通信函的协议，高级助理之间都遵照标准公函的协议，经理之间当然也有协议，不过那就是商人们的事情了。 通信系统采用了层次化的结构，有许多优点： 各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现细节，可以真正做到各司其职。 利于实现和维护，某个层次实现细节的变化不会对其他层次产生影响。 易于标准化。8/1/202457计算机网络体系结构与协议计算机网络体系结构与协议（分层原则）分层原则）8/1/202458系统、子系统、系统、子系统、N N层与实体层与实体 系系统统：网络中有自

54、治能力的计算机或交换设备，从拓扑学的角度，我们往往也把它叫做网络结点或简称结点。图中每一个垂直列表示一个开放系统。 子子系系统统：对每一个开放系统均可以有N个划分，每一划分称为一个子系统。显然，每一个子系统与其上、下子系统进行交互作用，它们是通过子系统间的边界进行的。 N N层层：指N个划分中，除去顶层和底层的任一层，通常称N层；与N层相连的上、下层次称为（N+1）层、（N-1）层。这种概念也适应于协议、服务、功能等。8/1/202459计算机网络体系结构计算机网络体系结构 系统、子系统、系统、子系统、N N层与实体层与实体 对对等等层层：在所有的开放系统中，位于同一水平（同层）上的子系统，构

55、成了对等层。对等层中的实体间能够发送和接收信息。 实实体体：开放系统中，能够发送和接收信息的软件（如进程）和硬件（如智能I/O芯片），称为实体。每层由多个实体组成。实体是系统中的活动元素。一个子系统可以包含一个或多个实体。位于不同系统中的同一层次的实体叫做对等实体。 8/1/202460协议栈（协议栈（Protocol StackProtocol Stack） 协议是关于同一层次的对等实体之间的概念，而协议栈是指特定系统中所有层次的协议的列表。 网络体系结构（网络体系结构（Network ArchitectureNetwork Architecture） 网络体系结构（Network Arch

56、itecture）是指层次结构与协议的集合。前面，我们已经介绍了协议和层次的概念，网络体系结构就是把他们组织在一起的有机的整体。由于有了网络体系结构的规范，网络开发人员就可以根据协议设计每一层的软件程序或是硬件设备。需要指出的是网络体系结构并不包括实现细节和接口规范，这些都是各个计算机系统设计者需要解决的问题。8/1/202461接口、服务、访问点接口、服务、访问点* 接口：相邻两层之间的边界，N层通过接口为（N+1）层提供服务；换句话说，上层通过接口使用低层提供的服务（调用）；上层叫作服务的使用者，低层叫作服务的提供者。 访问点：服务的使用者和提供者通过服务访问点直接联系。所谓服务访问点SA

57、P（Service Access Point)是指相邻两层实体之间通过接口调用服务或提供服务的联系点。 服务：N实体向N+1实体提供的N层服务是由下述三部分组成： （1）N实体自身提供的某些功能；（2）由（N-1）层及其以下各层及本地系统环境提供的服务；（3）与另一开放系统中的对等（N）实体的通信而提供的服务。 服务是同一开放系统中相邻层之间的操作；协议是不同开放系统的对等实体间虚拟通信所必须遵守的规定。8/1/202462服务原语服务原语 服务并不抽象，它由一系列的服务原语来描述。所谓原语，就是不可再细分的意思。在接口的服务访问点上，服务使用者看到的只是几个简单的原语。 关于原语是如何实现的

58、，完全是服务提供者自己层次内部的事情，在接口上完全不必考虑。常用原语有： 请求（Request）：表示某实体希望开始调用服务做事； 指示（Indication）：表示某实体被通知有事件发生； 响应（Response）：表示某实体对事件做出响应； 确认（Confirm）：表示对发回响应的确认。 以打电话为例说明服务原语： 甲和乙位于高层，是服务的使用者；电话机位于低层，是服务的提供者，为打电话的人提供上述四个服务原语。首先，甲在自己的电话机上拨乙的电话号码，发出“请求”；乙的电话机响铃，“指示”给乙有电话打进来；乙拿起电话，作为“响应”；甲的电话由振铃音变为通话音，甲就收到了可以通话的“确认”8

59、/1/202463数据单元数据单元 在OSI/RM中规定了下属数据单元： 服务数据单元（SDU）：相邻层实体间传送的数据单元；并将N+1层与N层传送信息的服务数据单元记为（N）SDU。 协议数据单元（PDU）：对等实体之间传送的数据单元；并将N层的协议数据单元记为（N）PDU。 （N）PDU由两部分组成：N用户数据单元（N）UD和N协议控制信息（N）PCI；如果某层协议控制单元只用于控制，则协议数据单元中的用户数据可省略。 接口数据单元（IDU）：相邻实体间通过层间服务访问点一次交互信息的数据单元，称为接口数据单元；并将之记为（N）IDU。（N）IDU由两部分组成：N与N+1层间的交互数据，称

60、为接口数据，记为（N）ID；另一部分是为了控制N与N+1层间的交互操作而附加的控制信息，记为（N）ICI。8/1/202464对等实体间的数据交换方式对等实体间的数据交换方式n面向连接的服务 面向连接的服务就象打电话，有一个明显的拨通电话、讲话、再挂断电话的过程，面向连接服务的提供者也要作建立连接、维护连接和拆除连接的工作，这种服务的最大好处就是可靠性高，而且保证数据顺序传输。n 无连接的服务 无连接的服务就像发电报，电报发出后你并不能马上确认对方已经收到，无连接的服务不需要维持连接的额外开销，但是可靠性较低，也不保证数据的传输顺序。8/1/2024651 15 52 2 国际标准化组织的国际

61、标准化组织的OSI/RMOSI/RM简介简介 由于计算机网络体系结构的实现方法不尽相同，为了把网络互连起来，达到信息相互交换、资源共享、分布应用的目的，国际标准化组织ISO (International Standands Organization)提出了开放系统互连参考模型OSI(Open Systems Interconnection)，后来便出现了ISO / OSI参考模型。 ISO / OSI参考模型定义了网络通讯的七个功能层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。并规定了每层的功能以及不同层的协调方法。8/1/202466OSIOSI参考模型示意图参考模型示意

62、图8/1/202467OSI/RMOSI/RM简介简介 1、物理层：通过物理链路来传送比特信息。 物理层协议的设计问题主要是建立、维护和释放物理链路所需的机械的、电气的/光学的、功能的和规程的特性。通常一个网络内可以有好几种不同的物理层类型，甚至一个节点也可能有多种不同的物理层类型，这是因为不同的技术要求各自的物理层。 2、数据链路层：（也称为链路层）通过物理链路来传输成块的信息。 它主要负责处理的任务：数据出错校验、协调共享媒体的使用以及编址（当多个系统都可以访问时，如在某个L A N中）。另外，不同的链路通常也由不同的数据链路层实现；而且，同一个节点可以支持几种不同的数据链路层协议，节点所

63、连的每一类链路都有自己的协议。 8/1/202468OSI/RMOSI/RM简介简介 数据链路层的主要功能是在物理层提供的比特服务基础上，在相邻结点之间提供简单的通信链路，传输以帧为单位的数据，同时它还负责数据链路的流量控制、差错控制。 数据链路层将物理层提供的比特流组成帧，即将发送方若干比特的数据组成一组，加上“开始”、“结束”标志和检错代码等，形成有固定格式的数据帧。需要指出的是，数据帧仅仅对数据链路层的通信实体有意义，只有该层的实体才知道哪些是帧的控制信息，哪些是高层的有效数据。数据帧最终要通过物理层，再经过传输介质才能发送和接收。对物理层来说，它看到的只有“0”信号和“1”信号，而没有

64、任何特殊的意义。 流量控制也是数据链路层的重要功能。 8/1/202469 3、网络层：使得网络中的任何一对系统间都可以相互通信。一个全互连的网络是指其中的每一个节点都和其他节点直接相连，但是这种拓扑结构不可能用于有很多节点的情况。比较典型的情况是，网络层必须找到一条通过一系列相连节点的路径，且路径上的每一个节点必须向适当的方向转发数据包。网络层处理的主要任务是：路由计算、数据包的分段和重组（当网络中的不同链路有不同的最大包大小限制时）和拥塞控制。 4、运输层：在两个系统之间建立一条可靠的通信链路。 它主要处理一些由网络层引起的错误，比如包丢失和重复包等错误，以及对包进行重新排序、分段和重装(

65、这样可以避免网络层进行低效的分段和重装)。另外，这也有助于运输层在网络发生拥塞时可以相应降低发送数据的速率。 8/1/202470 5、会话层： I S O认为会话层对于因特网体系来说并没有太大作用。I S O会话层提供的服务超出了运输层提供的简单全双工可靠通信流，比如对话控制（实现系统间的特殊通信模式）和链接（捆绑一组数据包，使得它们要么都发送，要么都不发送)。不管这一层是什么，它都跟下层的网络设备如网桥以及路由器等无关。 6、表示层：这一层的设计目的是为了对数据的表示取得一致，这样人们就可以定义自己的数据结构，而不必担心比特/字节顺序或者浮点数该如何表示之类的问题了。 7、应用层：为用户应

66、用进程访问OSI提供接口,并负责信息的语义表示。这些应用包括文件传输、虚拟终端及We b浏览等。在一个节点上通常有多个应用程序同时运行。8/1/2024711.5.3 OSI1.5.3 OSI参考模型中的数据传输参考模型中的数据传输8/1/202472OSIOSI参考模型中的数据传输参考模型中的数据传输 上图所示的是上图所示的是OSIOSI参考模型中数据的传输方式。参考模型中数据的传输方式。 所所谓谓数数据据单单元元是是指指各各层层传传输输数数据据的的最最小小单单位位。在在上上图图中中最最左左边边一一列列交交换换数数据据单单元元名名称称，是是指指各各个个层层次次对对等等实体之间交换的数据单元的

67、名称。实体之间交换的数据单元的名称。 PDU-PDU-协协议议数数据据单单元元，就就是是对对等等实实体体之之间间通通过过协协议议传传送的数据。送的数据。 APDU- APDU-应用层的协议数据单元。应用层的协议数据单元。 PPDU- PPDU-表示层的用户数据单元。表示层的用户数据单元。 直直到到网网络络层层的的协协议议数数据据单单元元，通通常常我我们们叫叫它它数数据据分分组组或或数数据据包包（PacketPacket），数数据据链链路路层层是是数数据据帧帧（FrameFrame），物理层是比特。物理层是比特。 图中自上而下的实线表示的是数据的实际传送过程图中自上而下的实线表示的是数据的实际传

68、送过程。8/1/202473OSIOSI参考模型中的数据传输参考模型中的数据传输 发发送送进进程程需需要要发发送送某某些些数数据据到到达达目目标标系系统统的的接接收收进进程程，数数据据首首先先要要经经过过本本系系统统的的应应用用层层，应应用用层层在在用用户户数数据据前前面面加加上上自自己己的的标标识识信信息息（H7H7），叫叫做做头头信信息息。H7H7加加上上用用户户数数据据一一起起传传送送到到表表示示层层，作作为为表表示示层层的的数数据据部部分分，表表示示层层并并不不知知道道哪哪些些是是原原始始用用户户数数据据、那那些些是是H7H7，而而是是把把它它们们当当作作一一个个整整体体对对待待。同同

69、样样，表表示示层层也也在在数数据据部部分分前前面面加加上上自自己己的的头头信信息息H6H6，传传送送到到会会话话层层，并并作作为为会会话话层层的的数数据据部部分分。这这个个过过程程一一直直进进行行到到数数据据链链路路层层，数数据据链链路路层层除除了了增增加加头头信信息息H2H2以以外外，还还要要增增加加一一个个尾尾T2T2，然然后后整整个个作作为为数数据据部部分分传传送送到到物物理理层层。物物理理层层不不再再增增加加头头/ /尾尾信信息息，而而是是直直接接将将二二进进制制数数据据通通过过物物理理介介质质发发送送到到目目的的结结点点的的物物理理层层。目目的的结结点点的的物物理理层层收收到到该该数

70、数据据后后，逐逐层层上上传传到到接接收收进进程程，其其中中数数据据链链路路层层负负责责去去掉掉H2H2和和T2T2，网网络络层层负负责责去去掉掉H3H3，一一直直到到应应用用层层去去掉掉H7H7，把把最最原原始始用用户户数据传递给了接收进程。数据传递给了接收进程。8/1/202474OSIOSI参考模型中的数据传输参考模型中的数据传输 这个在发送结点自上而下逐层增加头（尾）信息，而在目的结点又自下而上逐层去掉头（尾）信息的过程叫做封装（encapsulation），封装是在网络中很常用的手段。 协议数据单元主要用于描述同一层次中的对等实体之间的虚连接，如上图中的横向带箭头虚线所示。 纵向传输的

71、数据用接口数据单元（IDU）表示。接口数据单元指相邻层次之间通过接口传递的数据，它分为两部分，即接口控制信息和服务数据单元，其中接口控制信息只在接口局部有效，不会随数据一起传递下去，而服务数据单元，是真正提供服务的有效数据，它的内容基本上与协议数据单元一致。8/1/202475153 TCP/IP协议简介协议简介 T C P是为同一个网络上的计算机之间进行点到点通信而设计的；而I P是为连接在不同网络或者WA N上的计算机之间能够相互通信而设计的。自从在2 0世纪7 0年代早期被引入之后， T C P/ I P协议已经被广泛使用在全世界的网络上。在P C、U N I X工作站、小型机、M a

72、c i n t o s h计算机、大型机以及用于连接客户机和主机的网络设备上都可以使用T C P / I P。通过T C P / I P，成千上万个公共网络和商业网络连接到了I n t e r n e t上，使得大量用户可以对之进行访问。 8/1/202476TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型 TCP/IP参考模型给出了一种灵活的、可靠的、能够对异种网络实现无缝连接的体系结构。如图。如图所示，TCP/IP模型包含了一族网络协议，TCP和IP是其中最重要的两个协议。 TCP/IP参考模型中的各个协议在RFC文档中都有详细的定义。RFC的全称是Internet Request For Com

73、ments，主要是关于国际互联网协议标准以及建议草案等的介绍，它由两千多个较为独立的文档组 成，目前数量还在不断增 加。这些文档有些是建议， 有些是对早期文档的补充， 有些已经形成了标准。8/1/202477TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型（网络接口层） 网络接口层（Host-to-network Layer），也有翻译成主机网络层的。在TCP/IP参考模型中并没有详细定义这一层的功能，只是指出通信主机必须采用某种协议连接到网络上，并且能够传输网络数据分组。具体使用那种协议，在本层里并没有规定。 互连层（Internet Layer）的主要功能是负责在互连网上传输数据分组。互连层是TC

74、P/IP参考模型中最重要的一层，它是通信的枢纽： 从底层来的数据包，要由互连层来选择继续传给其他网络结点或是直接交给传输层；对从传输层来的数据包，要负责按照数据分组的格式填充报头，选择发送路径，并交由相应的线路发送出去。 在互连层，主要定义了互连协议（IP）以及数据分组的格式。它的主要功能是路由选择和拥塞控制。另外，本层还定义了地址解析协议ARP和反向地址解析协议RARP以及ICMP协议。 互连层与OSI参考模型的网络层相对应。8/1/202478TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型（传输层（传输层） 传输层（Transport Layer）的主要功能是负责端到端的对等实体之间进行通信。

75、它与OSI参考模型的传输层功能类似，也对高层屏蔽了低层网络的实现细节，同时它真正实现了源主机到目的主机的端到端的通信。TCP/IP参考模型的传输层完全是建立在包交换通信子网基础之上的。 TCP/IP的传输层定义了两个协议：传输控制协议（Transport Control Protocol），简称TCP；用户数据报协议（User Datagram Protocol），简称UDP。 TCP协议是可靠的、面向连接的协议。 UDP是一种不可靠的、无连接协议。需要可靠数据传输保证的应用应选用TCP协议；相反，对数据精确度要求不是太高，而对速度、效率要求很高的环境，如声音、视频的传输，应该选用UDP 协议

76、。8/1/202479TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型（应用层（应用层） 应用层（Application Layer）是TCP/IP协议族的最高层。它包含了所有OSI参考模型中会话层、表示层和应用层这些的高层的协议的功能。到目前为止，互连网络上建在应用层的协议有下面几种： 电子邮件协议（SMTP），负责互联网中电子邮件的传递。 超文本传输协议（HTTP），提供WWW服务。 网络终端协议（TELNET），实现远程登录功能，我们常用的电子公告牌系统BBS使用的就是这个协议。 文件传输协议（FTP），用于交互式文件传输，下载软件就是使用这个协议。8/1/202480TCP/IPTCP/IP参

77、考模型参考模型（应用层（应用层） 网络新闻传输协议（NNTP），为用户提供新闻订阅功能，它是网上特殊的一种功能强大的新闻工具，每个用户既是读者又是作者。 DNS，负责机器名字到IP地址的转换 SNMP，负责网络管理 RIP/OSPF，负责路由信息的交换 其中，网络用户经常直接接触的协议是SMTP、HTTP、TELNET、FTP、NNTP；另外，还有许多协议是最终用户不 需 直 接 了 解 但 又 必 不 可 少 的 ， 如 DNS、 SNMP、RIP/OSPF等。随着计算机网络技术的发展，还不断有新的协议加入。8/1/202481TCP/IP TCP/IP 网络互连的透明性网络互连的透明性 通

78、过 TCP/IP 实现的网际互连隐藏了网络的细节（包括底层网络技术、拓扑结构等），提供通用的一致性的网络服务。互联网或 Internet 在逻辑上是一个统一的、整体的虚拟网络。用户完全可将其看作是一个单一的网络。GNGNGHHHHInternetNHHHHHHInternet8/1/2024821 15 54 OSI/RM4 OSI/RM与与TCP/IPTCP/IP的比较的比较 TCP/IP各层和OSI的分层模型存在对应关系(见图)。随着TCP/IP的演变，TCP/IP中的某些部分变得和OSI模型更为类似。例如，TCP/IP的物理层和数据链路层与以太网、令牌环、令牌总线、FDDI以及ATM都可

79、以兼容。在物理层，TCP/IP支持同轴电缆、双绞线和光纤介质。在数据链路层，TCP/IP和IEEE802.2逻辑链路控制标准以及MAC编址兼容。在TCP/IP中，与网络层等价的部分为IP。另外一个兼容的协议层为传输层，TCP和UDP都运行在这一层。OSI模型的高层与TCP/IP的应用层协议是对应的。例如，Telnet运行在会话层。SMTP和FTP运行在表示层和应用层。8/1/202483OSI/RMOSI/RM与与TCP/IPTCP/IP的对照关系的对照关系 如图所示，OSI参考模型与TCP/IP参考模型都采用了层次结构，但OSI采用的七层模型，而TCP/IP是四层结构。 如前所述，TCP/I

80、P中的网络接口层没有真正的定义，只是一些概念性的描述。而OSI参考模型不仅分了两层，而且每一层的功能都很详尽，甚至在数据链路层又分出一个介质访问子层，专门解决局域网的共享介质问题。8/1/202484OSI/RMOSI/RM与与TCP/IPTCP/IP的对照关系的对照关系 TCP/IP的互连层相当于OSI参考模型网络层中的无连接网络服务。 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的传输层功能基本类似，都是负责为用户提供真正的端到端的通信服务，也对高层屏蔽了底层网络的实现细节。所不同的是TCP/IP参考模型的传输层是建立在互连层基础之上的，而互连层只提供无连接的服务，所以面向连接的功能完全在TCP协

81、议中实现，当然TCP/IP的传输层还提供无连接的服务，如UDP； 相反OSI 参考模型的传输层是建立在网络层基础之上的，网络层既提供面向连接的服务，又提供无连接服务，但传输层只提供面向连接的服务。 在TCP/IP参考模型种，没有会话层和表示层，事实证明，这两层的功能确实很少用到。因此，OSI中这两个层次的划分显得有些画蛇添足。8/1/202485OSI/RMOSI/RM与与TCP/IPTCP/IP的比较的比较 OSI/RM与TCP/IP它们各自不同的优缺点: OSI参考模型的抽象能力高，适合于描述各种网络，它采取的是自顶向下的设计方式，先定义了参考模型，才逐步去定义各层的协议，由于定义模型的时

82、候对某些情况预计不足，造成了协议和模型脱节的情况；TCP/IP正好相反，它先有了协议之后，人们为了对它进行研究分析，才制定了TCP/IP，当然这个模型与TCP/IP的各个协议吻合地很好，但不适合用于描述其他非TCP/IP网络。 OSI参考模型的概念划分清晰，它详细地定义了服务、接口和协议的关系，好处是概念清晰，普遍适应性好，缺点是过于繁杂，实现起来很困难，效率低；TCP/IP在服务、接口和协议的区别上不清楚，功能描述和实现细节混在一起，因此TCP/IP参考模型对采取新技术设计网络的指导意义不大，也就使它作为模型的意义逊色很多。8/1/202486OSI/RMOSI/RM与与TCP/IPTCP/

83、IP的比较的比较 TCP/IP的网络接口层并不是真正的一层，在数据链路层和物理层的划分上基本是空白，而这两个层次的划分是十分必要的； OSI的缺点确实层次过多，事实证明会话层和表示层的划分意义不大，而增加了复杂性。 总之，OSI参考模型虽然一直被人们所看好，但由于没有把握好时机，技术不成熟，实现起来很困难，迟迟没有一个成熟的产品推出，大大影响了它的发展；相反，TCP/IP虽然有许多不尽人意的地方，但近30年的实践证明它还是比较成功，特别是近年来国际互连网络的飞速发展，也是它获得了巨大的支持。8/1/2024878/1/202488思考与练习题思考与练习题1 1、 计算机网络可以从哪几方面分类？

84、计算机网络可以从哪几方面分类？2 2、 按网络覆盖的范围，计算机网络可以分为哪几类？它们各按网络覆盖的范围，计算机网络可以分为哪几类？它们各 自的特点是什么？一般一个校园网属于哪类网络自的特点是什么？一般一个校园网属于哪类网络3 3、 什么是计算机网络的拓扑结构？计算机网络有哪些种拓扑什么是计算机网络的拓扑结构？计算机网络有哪些种拓扑 结构？结构？4 4、 画出计算机网络的每种拓扑结构图，并说明它们各自的特画出计算机网络的每种拓扑结构图，并说明它们各自的特 点是什么？点是什么？5 5、选择题（正确的选择可能不止一个）、选择题（正确的选择可能不止一个）(1)(1)、协议的三要素是、协议的三要素是

85、_。 A. A.语义语义 B.B.语法语法 C. C.层次层次 D. D.时序关系时序关系(2)(2)、相邻层次之间传输的数据单元叫做、相邻层次之间传输的数据单元叫做_。 A.PDU B.IDU C.SDU A.PDU B.IDU C.SDU D.SAP D.SAP8/1/2024896、_属于内含时钟的编码。A.曼彻斯特编码 B.差分曼彻斯特编码 C.PCM D.NRZ7、利用模拟信道传输数字信号的方法叫做_。 A.基带传输B.调幅 C.调频D.频带传输8/1/202490 T C P / I P也是一种分层协议，这一点与O S I协议层次有些类似，但是并不完全相同。T C P / I P大

86、约包含近1 0 0个非专有的协议，通过这些协议，可以高效和可靠地实现计算机系统之间的互连。T C P / I P协议簇中的核心协议主要有： 传输控制协议( T C P )。 用户数据报协议( U D P )。 网际协议( I P )。 8/1/202491 对主要协议起补充作用的协议有五个，它们是通过T C P / I P提供的五个应用服务： 文件传输协议( F T P )。 远程登录协议( T E L N E T )。 简单邮件传输协议( S M T P )。 域名服务( D N S )。 简单网络管理协议( S N M P )和远程网络监测( R M O N )。8/1/202492一、传

87、输控制协议( T C P )TCP可以在网络用户启动的软件应用进程之间建立通信会话。TCP通过控制数据流量可以提供可靠的端到端数据传送。网络结点可以就数据传输的“窗口”大小达成一个协议，该窗口大小规定了将要发送的数据字节数。传输窗口可以根据当前的网络流量进行即时调整。TCP的基本功能和OSI传输层的功能有些类似，具体包括：监测会话请求、和另外一个TCP结点建立会话、传输和接收数据、关闭传输会话等。TCP帧包含头和负载数据两个部分，称为一个TCP段。 8/1/202493TCP帧图 8/1/202494三、网际协议三、网际协议( I P )( I P ) I P的基本功能是提供数据传输、包编址、

88、包寻径、分段和简单的包错误检测。通过I P编址约定，可以成功地将数据传输和路由到正确的网络或者子网。每个网络结点具有一个3 2位的I P地址，它和4 8位的M A C地址一起协作，完成网络通信。该地址不但标识了一个既定的网络，而且还指明了是该网络上的哪个结点(在后面会进行详细的阐述)。尽管在设计上并没有和O S I兼容，但是事实上I P工作在O S I模型的第三层网络层，它具有第三层的路由功能特征。 I P也是一种无连接的协议，因为其主要任务是提供网络到网络的寻址以及路由信息，当信息包从一个网络到达另外一个网络时，改变包的大小，例如，从一个以太网到F D D I，或者相反。 8/1/20249

89、5IPIP包图包图 IP包头由如下的域(或者称之为字段)组成： 版本：该字段包含的是IP的版本号。当前，IP的版本为4(Ipv4)，该版本形成于80年代早期，在许多网络上使用的都是该版本的IP协议。IP版本6(IPv6)是一个新出现的标准，它主要面向Internet和多媒体。 8/1/202496 总长度：该字段用以指示整个I P包的长度，最长为65 535个字节。 标识符：当包在不同的网络之间进行传输时， I P可以将包从一种尺寸转换为另外一种尺寸。例如，以太网包的长度范围为6 4到1 5 1 8个字节，而F D D I包最大可以为4 4 7 2个字节，1 6 M b p s的令牌环包在长度

90、上可以达到17 800个字节。I P可以将包传输到不同类型的网络，在包尺寸不匹配时通过分段操作做到正确传输，例如可以把一个F D D I包进行分段，使分段后的包可以满足以太网上1 5 1 8个字节的包长度限制。当I P对包进行分段的时候，它将给所有的段分配一组编号，然后将这些编号放入标识符字段，保证分段不会被错误地进行重组。 8/1/202497 I P包头长度( I H L )：I P包头最短为2 0个字节，但是其长度是可变的，具体长度取决于选项字段的长度。 服务类型( TO S )：该域指示的是包内容的优先权或者优先级。路由协议(例如O S P F等)可以根据该域的值按照代价进行计算后确定

91、发送该包的路径类型。例如，一个正常的数据包和一个多媒体包在吞吐率上的要求是不相同的。TO S规定了一系列的优先级，根据TO S域中不同位置上的比特值，将优先级别分为了常规、低延迟、高吞吐率、代价最小和高可靠性等。例如，如果指示的是常规路由，那么可能选择一个1 0 M b p s的路径，而不管在到达目的结点之前需要经过多少个结点。如果指示的是代价最小而且要求具有较高的吞吐率，则需要选择1 0 0 M b p s并且经过的路由器个数最少的那条路径。8/1/202498 标志：标志和分段一起被用来传递信息，例如，对当前的包不能进行分段(当该包从一个以太网发送到另外一个以太网时)，或者(当一个包被分段

92、后)用以指示在一系列的包片段中，最后一个片段是否发出了。 段偏移量：段偏移量中包含的信息指示的是在一个分段组序列中如何将各片段重新连接起来。 生命周期( T T L )：该字段包含的信息可以防止一个包在网络中无限地循环转发下去。T T L值的意义是一个包可以经历的最大周转时间(s)。该包经过的每一个路由器都会检查该字段中的值，当T T L的值为0的时候，该包将被丢弃。路由器的时候，该路由器将减少T T L中的值，减少的值取决于路由器或者根据由网络管理员设置的值。8/1/202499 协议：该字段用以指示在I P包中封装的是哪一个协议， T C P还是U D P。 校验和：该校验和是一个1 6位

93、的循环冗余校验码，其值等于I P头内每一个字段中包含的所有值的和。I P校验和的计算方法和T C P校验和的计算方法相同，使用的都是布尔取补的计算方法，但是，在计算中不包含数据报中负载数据字段( T C P段)中的值。校验和用于确定I P头在传输中没有发生错误。I P包所经过的每个路由器都会检查该校验和的值，就像接收结点所做的那样。当一个包被一个路由器检查的时候，校验和将被更新，因为其T T L字段中的值发生了变化。 源地址：这是一个网络地址，指的是发送该包的设备的网络地址。 8/1/2024100 目标地址：该字段中包含的也是网络地址，但指的是接收结点的网络地址。 选项：可以和I P一起使用的选项有多个。例如，可以输入创建该包的时间，对于军队和政府的数据可以实现特殊的安全。 填充：因为I P头的长度必须能够被3 2整除，所以当没有足够的数据可以填满所分配的区域时，需要用填充符填满选项字段。 I P包中的负载数据其实就是T C P (或者对于完全的无连接服务，使用的是U D P而不是T C P )头和应用数据。8/1/2024101