第1章 計算機網(wǎng)絡基礎(chǔ)PPT課件.ppt

1、第1章 計算機網(wǎng)絡概述,本章主要內(nèi)容： 什么是計算機網(wǎng)絡 網(wǎng)絡的分類 網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu) OSI七層協(xié)議模型 TCP/IP協(xié)議模型 數(shù)據(jù)通信技術(shù) IP地址,1.1 什么是計算機網(wǎng)絡1.1.1 計算機網(wǎng)絡的定義,為了實現(xiàn)計算機之間的通信、資源共享和協(xié)同工作，利用傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡通信設(shè)備，將地理位置分散的、在功能上獨立的一組計算機，按照某種結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，并通過網(wǎng)絡操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡通信協(xié)議對這組互聯(lián)的計算機進行管理，這就是計算機網(wǎng)絡。 兩臺計算機用雙絞線互連可組成一個網(wǎng)絡，校園中所有計算機互連在一起所組成的校園網(wǎng)也是一個網(wǎng)絡，Internet也是一個網(wǎng)絡，它是網(wǎng)絡的集合，通過衛(wèi)星、光纜、路由器、TCP/IP協(xié)

2、議等將全世界不同的網(wǎng)絡連接在一起。 形成計算機網(wǎng)絡，有以下特點： 互連的計算機和各種網(wǎng)絡設(shè)備； 計算機及網(wǎng)絡設(shè)備之間可以通信； 互連的、自主的計算機集合，互連使計算機之間可以相互交換信息，自主使各計算機在功能上獨立。,1.1.2 計算機網(wǎng)絡的功能 資源共享； 交互通信； 協(xié)同工作。 1.1.3 計算機網(wǎng)絡的組成要素 計算機網(wǎng)絡是由各種硬件組件和軟件組件組成。 硬件組件包括：包含網(wǎng)卡的計算機和服務器，打印機、繪圖儀、MODEN等各種外部設(shè)備，中繼器、集線器、交換機、網(wǎng)橋、路由器、無線AP或無線路由等中間設(shè)備，同軸電纜、雙絞線、光纖、衛(wèi)星天線等傳輸介質(zhì)。 軟件組件包括：網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡和通信協(xié)議

3、、各種應用軟件等。,結(jié)點類包括： 計算機的特點： 計算機網(wǎng)絡中的最基本節(jié)點 具有獨立工作的能力 插有網(wǎng)卡或無線網(wǎng)卡 安裝了網(wǎng)絡協(xié)議如TCP/IP協(xié)議 能使自己的資源在網(wǎng)絡中共享 服務器的特點： 允許網(wǎng)絡中的其它計算機使用它的資源 相對其它計算機節(jié)點其功能更加強大 擁有增強的處理速率 擁有各種存儲設(shè)備,打印機、繪圖儀等網(wǎng)絡中共享資源 連接在某一網(wǎng)絡中或計算機或服務器上 被網(wǎng)絡中所有節(jié)點或用戶所共享使用 MODEN 是調(diào)制解調(diào)器或ADSL MODEN 單臺計算機或小型網(wǎng)絡接入大型網(wǎng)絡的一種設(shè)備 傳輸速率較低 傳輸介質(zhì)類包括： 雙絞線電纜： 價格便宜且易于安裝 傳輸速率在 1 至 100 Mbps

4、之間 兩節(jié)點之間的最大距離不能超過 100 米,同軸電纜： 可靠，帶寬比雙絞線電纜寬 兩根導線共享同一根軸 很好的 EMI 屏蔽且彈性很好 價格較高，安裝過程復雜 光纖電纜： 使用光導玻璃纖維或塑料纖維制成，外層包有一層保護鞘和一層耐磨的外部鞘 以光的形式傳送數(shù)據(jù) 需要昂貴的接口設(shè)備 數(shù)據(jù)傳輸速率介于 100 Mbps 和 2 Gbps 之間 有效傳輸距離為 2 至 25 Km 可以安全地應用于各種高電壓、強電磁場等環(huán)境中,紅外線 采用小于1微米波長的紅外線作為傳輸媒體 有較強的方向性 具有很高的背景噪聲，受日光、環(huán)境照明等影響較大 紅外信號要求視距傳輸，竊聽困難，對鄰近區(qū)域的類似系統(tǒng)不會產(chǎn)生

5、干擾 無線電波 使用直序擴頻調(diào)制方法時，具有很強的抗干擾抗噪聲能力、抗衰落能力 使用的頻段主要是ISM頻段（2.4GHz 2.4835GHz）,不會對人體健康造成傷害 無線電波的覆蓋范圍廣，應用廣泛,中間設(shè)備 中繼器 對傳遞的信號進行放大 連接網(wǎng)絡段所用介質(zhì)相似時效率更高 拓展了局域網(wǎng)的物理長度 物理層設(shè)備 集線器 多口中繼器 共享式設(shè)備 物理層設(shè)備 交換機 具有集線器的功能 工作在數(shù)據(jù)鏈路層 用于連接不同的網(wǎng)段 各端口能獨立地進行數(shù)據(jù)傳輸，從而拓展了網(wǎng)絡帶寬,網(wǎng)橋 用于連接多個局域網(wǎng) 可以根據(jù)MAC地址過濾通信量 工作在數(shù)據(jù)鏈路層 對高層協(xié)議透明 路由器 連接兩個或多個不同的網(wǎng)絡 工作在網(wǎng)絡

6、層 隔離廣播 吞吐量通常不及網(wǎng)橋 具有防火墻的功能 軟件組件 網(wǎng)絡操作系統(tǒng) 是一組控制和管理計算機的軟件程序 管理程序的執(zhí)行 解釋鍵盤輸入信息 在屏幕上顯示信息,文件的輸入和輸出 控制和管理外設(shè) 網(wǎng)絡通信協(xié)議 是一系列規(guī)則和約定 遵守網(wǎng)絡通信協(xié)議的網(wǎng)絡設(shè)備能夠相互通信 TCP/IP協(xié)議，是Internet的標準協(xié)議 網(wǎng)卡驅(qū)動程序 將計算機中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡上其它設(shè)備能夠識別的格式 將網(wǎng)絡中各種介質(zhì)傳輸過來的信號轉(zhuǎn)換成計算機中的數(shù)據(jù) 各種應用軟件 網(wǎng)絡安全軟件 網(wǎng)絡管理軟件 信息管理軟件 數(shù)據(jù)庫管理軟件,包括各網(wǎng)絡硬件組件的計算機網(wǎng)絡示意圖如圖1-1所示：,圖1-1 包括各硬件組件的計算機網(wǎng)絡,

7、1.2 網(wǎng)絡的分類,按通信方式分：交換網(wǎng)和廣播網(wǎng) 從網(wǎng)絡的使用者分：公眾網(wǎng)和專用網(wǎng) 按傳輸介質(zhì)分：有線網(wǎng)和無線網(wǎng) 按服務方式分：客戶機/服務器網(wǎng)絡和對等網(wǎng)絡 從網(wǎng)絡的覆蓋范圍來分：局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng) 對分組交換網(wǎng)，又分為：通信子網(wǎng)、資源子網(wǎng),1.3 網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)是指用傳輸媒體互連各種網(wǎng)絡設(shè)備的物理布局。網(wǎng)絡拓撲圖給出了網(wǎng)絡中各節(jié)點相互間的連接圖。 網(wǎng)絡拓撲的基本結(jié)構(gòu)有星型結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)；還有其他混合型拓撲結(jié)構(gòu)：樹型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、蜂窩狀結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)等。 1.3.1 總線型拓撲結(jié)構(gòu) 總線型拓撲結(jié)構(gòu)采用單根數(shù)據(jù)傳輸線作為通信介質(zhì)（稱為總線），所有的節(jié)點都通過相應的硬

8、件接口直接連接到通信介質(zhì)上，而且能被所有其他的節(jié)點接受。圖1-2所示為總線型拓撲結(jié)構(gòu)示意圖,圖1-2 總線型拓撲結(jié)構(gòu),由于所有的節(jié)點共享一條公用的傳輸鏈路，所以一次只能由一個設(shè)備傳輸。這樣就需要某種形式的訪問控制策略，以決定下一次哪一個節(jié)點可以發(fā)送。一般情況下，總線型網(wǎng)絡采用載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）控制策略。 總線型網(wǎng)絡信息發(fā)送的過程為：網(wǎng)中的各個計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，首先要進行載波監(jiān)聽，當媒體空閑時，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，所有的計算機都能偵聽到數(shù)據(jù)，但只有目標地址相同的計算機才會接收，其它計算機放棄。當兩個以上的計算機同時監(jiān)聽到媒體空閑并同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，就會產(chǎn)生沖突現(xiàn)象，發(fā)送隨即

9、宣告失敗。然后這兩個計算機隨機等待一段時間后，再重新爭用媒體，重發(fā)未完成的數(shù)據(jù)。 總線型拓撲結(jié)構(gòu)在局域網(wǎng)中得到廣泛的應用，主要優(yōu)點有： 布線容易、電纜用量小。 易于擴充。 易于安裝。 總線型拓撲結(jié)構(gòu)雖然有許多優(yōu)點，但也有自己的局限性： 故障診斷困難。 故障隔離困難 。 中繼器配置問題。,通信介質(zhì)或中間某一接口點出現(xiàn)故障，整個網(wǎng)絡隨即癱瘓。 傳輸距離有限，通信范圍受到限制。 分布式協(xié)議不保證信息及時傳送，不具實時功能。 終端必須是智能的。 1.3.2 星型拓撲結(jié)構(gòu) 星型拓撲結(jié)構(gòu)是中央節(jié)點和通過點到點鏈路連接到中央節(jié)點的各節(jié)點組成。工作站到中央節(jié)點的線路是專用的，不會出現(xiàn)擁擠的瓶頸現(xiàn)象。一旦建立了

10、通道連接，可以沒有延遲地在連通的兩個節(jié)點之間傳送數(shù)據(jù)。圖1-3所示為星型拓撲結(jié)構(gòu)圖。,圖1-3 星型拓撲結(jié)構(gòu),星型拓撲結(jié)構(gòu)中，中央節(jié)點為集線器（HUB）或交換機，其他外圍節(jié)點為服務器或工作站或其它設(shè)備等；通信介質(zhì)為雙絞線或光纖。 星型拓撲結(jié)構(gòu)被廣泛地應用于必須通過中心結(jié)點的場合。由于所有節(jié)點的往外傳輸都必須經(jīng)過中央節(jié)點來處理，因此，對中央節(jié)點的要求比較高。 星型拓撲結(jié)構(gòu)信息發(fā)送的過程為：某一工作站有信息發(fā)送時，將向中央節(jié)點申請，中央節(jié)點響應此工作站，并將該工作站與目的工作站或服務器建立會話。此時，就可以進行無延時的會話。 星型拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點為： 可靠性高。在星型拓撲的結(jié)構(gòu)中，每個連接只與一個設(shè)

11、備相連，因此，單個連接的故障只影響一個設(shè)備，不會影響全網(wǎng)。 網(wǎng)絡延遲時間較小，傳輸誤差較低。 方便服務。 故障診斷容易。,星型拓撲結(jié)構(gòu)雖有許多優(yōu)點，但也有缺點： 擴展困難、安裝費用高。 對中央節(jié)點的依賴性強。 各站點的分布處理能力較低。 1.3.2 環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu) 環(huán)型結(jié)構(gòu)一般使用電纜和光纖連接環(huán)路上的各節(jié)點，它所有的節(jié)點上通過環(huán)路接口分別聯(lián)接到它相鄰的兩個節(jié)點上，從而形成的一種首尾相接的閉環(huán)通信網(wǎng)絡。圖1-4為環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)。,圖1-4 環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu),環(huán)型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)發(fā)送的過程為：一般情況下，環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡采用令牌環(huán)（Token Ring）的介質(zhì)訪問控制。環(huán)路上的各個計算機均可以請求發(fā)送信息，請求

12、一旦被批準（拿到空令牌），計算機就可以向環(huán)路發(fā)送數(shù)據(jù)，并采用單向傳輸。只有當傳送信息的目的地址與環(huán)路上某臺計算機的地址相符合時，才被該計算機的環(huán)接口所接受，否則，信息將傳至下一臺計算機的環(huán)接口。當目標計算機收到數(shù)據(jù)后，做好標記，并繼續(xù)下傳，到源發(fā)送計算機為止，在判斷發(fā)送正確后才被丟棄，并產(chǎn)生新的令牌下傳。 環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點： 電纜長度短。 信息流在網(wǎng)中是沿著固定方向流動的，兩個節(jié)點僅有一條道路，故簡化了路徑選擇的控制，且傳輸時間固定。 當有旁路電路時，某個節(jié)點發(fā)生故障可以自動旁路。 環(huán)路上各節(jié)點都是自舉控制，故控制軟件簡單。 適用于光纖。 無差錯傳輸。,環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)的缺點為： 可靠性差

13、。 故障診斷困難。 調(diào)整網(wǎng)絡比較困難。 由于信息源在環(huán)路中是串行地穿過各個節(jié)點，當環(huán)中節(jié)點過 多時，勢必影響信息傳輸速率，使網(wǎng)絡的響應時間延長。 媒體訪問協(xié)議都用令牌傳遞方式，在負載很輕時，信道利用率較低。 1.3.4 其它網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu) 混合型拓撲結(jié)構(gòu) 混合型拓撲結(jié)構(gòu)是一種綜合性的拓撲結(jié)構(gòu)。組建混合型拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡有利于發(fā)揮網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，克服某一種拓撲結(jié)構(gòu)的局限性。圖1-5、圖1-6均為一個混合型拓撲結(jié)構(gòu)?；旌闲屯負浣Y(jié)構(gòu)沒有一定的規(guī)則，其節(jié)點的地理位置比較分散，主要考慮的因素是通信線路，因而采用沒有規(guī)則的混合型。,對總線與星型拓撲結(jié)構(gòu)來說：單臺計算機出故障不影響網(wǎng)絡的正常運行；如果連接組

14、件出故障，那么網(wǎng)絡將斷成兩段，相互不能通信。 對環(huán)型與星型拓撲結(jié)構(gòu)來說：單臺計算機出故障不影響網(wǎng)絡的正常運行；由于采用令牌傳送數(shù)據(jù)的機制，各個計算機的通信機會均等，所以環(huán)型與星型網(wǎng)絡的通信能力比總線與星型的通信能力強。 混合形拓撲：將兩種單一拓撲結(jié)構(gòu)混合起來，取兩者的優(yōu)點構(gòu)成的拓撲結(jié)構(gòu)。,圖1-5總線與星型相結(jié)合的混合型拓撲結(jié)構(gòu),圖1-6 環(huán)型與星型相結(jié)合的混合型拓撲結(jié)構(gòu),樹型結(jié)構(gòu) 樹型結(jié)構(gòu)是分級的集中控制式網(wǎng)絡，與星型相比，它的通信線 路總長度短，成本較低，節(jié)點易于擴充，尋找路徑比較方便，但 除了葉節(jié)點及其相連的線路外，任一節(jié)點或其相連的線路故障都 會使系統(tǒng)受到影響。如圖1-7、圖1-8所示

15、。,樹形拓撲：從總線拓撲演變而來，像一棵倒置的樹，頂端是樹根，樹根以下帶分支，每個分支還可帶子分支。樹根接收各站點發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后再廣播發(fā)送到全網(wǎng)。,圖1-7樹型拓撲結(jié)構(gòu),圖1-8 星型樹型拓撲結(jié)構(gòu),網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu) 在網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)（有時也稱為分布式結(jié)構(gòu)）中，網(wǎng)絡的每臺 設(shè)備之間均有點到點的鏈路連接，因此任兩個節(jié)點之間的鏈路 都有多條，這種連接成本很高，只有每個設(shè)備都要頻繁地向鄰 近的設(shè)備發(fā)送信息時才使用這種方法。它的安裝也復雜，但系 統(tǒng)可靠性高，容錯能力強。如圖1-9所示。,圖1-9網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu),蜂窩拓撲結(jié)構(gòu) 蜂窩拓撲結(jié)構(gòu)是無線局域網(wǎng)中常用的結(jié)構(gòu)，如圖1-10所示。 當?shù)匦螐碗s地區(qū)，架設(shè)有線通信

16、介質(zhì)比較困難，可利用無線傳輸 介質(zhì)（微波、衛(wèi)星、無線電、紅外等）點到點和多點傳輸?shù)奶?征，組成無線網(wǎng)絡。蜂窩拓撲結(jié)構(gòu)由圓形區(qū)域組成，每一區(qū)域都 有一個節(jié)點（基站），區(qū)域中沒有物理連接點，只有無線介質(zhì)。 適用于城市網(wǎng)、校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)，更適合于移動通信。,圖1-10 蜂窩拓撲結(jié)構(gòu),(a) 室內(nèi)點到點拓撲結(jié)構(gòu),(b) 室外點到點拓撲結(jié)構(gòu),(c) 室內(nèi)點到多點拓撲結(jié)構(gòu),(d) 室外點到多點拓撲結(jié)構(gòu),1.3.5 網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的選擇,在選擇網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)時，應考慮的因素有下列幾點： 可靠性。 費用。 靈活性。 響應時間和吞吐量。 可操作性。,1.4 OSI七層協(xié)議模型 1.4.1 什么是OSI,OSI是一個

17、協(xié)議，將網(wǎng)絡通信按功能分為7個層次。上面3層定義了中斷系統(tǒng)中的應用程序間彼此通信，以及如何與用戶通信等相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，下面4層定義了怎樣進行端到端的數(shù)據(jù)傳輸。OSI還定義了各層的功能以及層與層之間的關(guān)系，相同層次的兩端如何通信等。OSI七層協(xié)議模型如圖1-11所示。,圖1-11 OSI七層協(xié)議模型,1.4.2 應用層,應用層是OSI模型的最高層，是應用進程訪問網(wǎng)絡服務的窗口。負責應用程序間的通信，是應用程序交換數(shù)據(jù)的協(xié)議。這一層直接為網(wǎng)絡用戶或應用程序提供各種各樣的網(wǎng)絡服務，它是計算機網(wǎng)絡與最終用戶間的界面。 應用層的主要功能： 公共應用服務提供最基本的服務，主要為應用進程通信、 分布系統(tǒng)實現(xiàn)

18、提供基本的控制機制。 特定應用服務則要滿足一些特定服務，如文件傳送、訪問 管理、作業(yè)傳送、銀行事務、訂單輸入等。這些將涉及到虛擬 終端、作業(yè)傳送與操作、文件傳送及訪問管理、打印服務、報文 服務、目錄服務、網(wǎng)絡管理、遠程數(shù)據(jù)庫訪問、圖形核心系統(tǒng)、 開放系統(tǒng)互連管理等等。,1.4.3 表示層,表示層提供的服務包括數(shù)據(jù)語法的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的傳送、翻譯數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)加密等，為高層用戶提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和信息的語法表示形式。 表示層主要功能： 表示層保證了通信設(shè)備之間的互操作性。該層的功能使得 兩臺內(nèi)部數(shù)據(jù)表示結(jié)構(gòu)都不同的計算機能實現(xiàn)通信。它提供了一 種對不同控制碼、字符集和圖形字符等的解釋，而這種解

19、釋是使 兩臺設(shè)備都能以相同方式理解相同的傳輸內(nèi)容所必需的。 表示層還為數(shù)據(jù)安全性提供加密與解密措施，為提高傳輸 效率提供必需的數(shù)據(jù)壓縮及解壓等。,1.4.4 會話層,會話層是網(wǎng)絡對話控制器，在應用程序間建立、管理、終止會話。它建立、維護、同步通信設(shè)備之間的交互操作，保證每次會話都正常關(guān)閉而不會突然斷開。會話層建立和驗證用戶之間的連接，包括口令和登錄確認；它也控制數(shù)據(jù)的交換，決定以何種順序?qū)υ拞卧獋魉偷絺鬏攲?，以及在傳輸過程的哪一點需要接收端的確認等。 會話層主要功能： 建立和維持兩端之間的會話、使會話同步，并負責數(shù)據(jù)的傳送。例如：兩節(jié)點在正式通信前，需要協(xié)商好雙方所使用的通信協(xié)議，通信方式（

20、全雙工或半雙工），如何糾錯和復原，以及如何結(jié)束通信等內(nèi)容，面向會話是大多數(shù)主機通信的標準（會話控制在局域網(wǎng)中不常用，因為局域網(wǎng)被認為是高可靠的）。 會話層使用校驗點可使通信會話在通信失效時從校驗點繼續(xù)恢復通信（這種能力對于傳送大的文件極為重要）。,1.4.5 傳輸層,傳輸層為高層用戶提供端到端的可靠傳輸；進行端到端的差錯控制，負責錯誤的檢查與修復以確保傳送的質(zhì)量；進行流量控制和擁塞控制；在發(fā)送端將較長的數(shù)據(jù)分割成較小的單位（信息分段）后再傳送，在接收端排序組裝后恢復原信息。 傳輸層數(shù)據(jù)傳輸方式是報文。 傳輸層服務一般要經(jīng)歷建立連接階段，數(shù)據(jù)傳送階段，釋放連接3個階段才算完成一個完整的服務過程。

21、可以滿足對傳送質(zhì)量、傳送速度、傳送費用的各種不同需要。 傳輸層主要功能： 采用分流/合流、復用/分時復用技術(shù)來調(diào)節(jié)不同的通信子網(wǎng)之間的差異，提供性能恒定的界面給會話層。 傳輸層還要具備差錯恢復，流量控制等功能，以此對會話層屏蔽通信子網(wǎng)在這些方面的細節(jié)與差異。傳輸層面對的數(shù)據(jù)對象不是網(wǎng)絡地址和主機地址，而是與會話層的界面端口。,1.4.6 網(wǎng)絡層,網(wǎng)絡層主要用于解釋網(wǎng)絡層地址，并把數(shù)據(jù)引導給目標網(wǎng)絡 上，即根據(jù)網(wǎng)絡地址在源和目標之間建立網(wǎng)絡連接、路由切換、交通堵塞的疏導與控制等。 網(wǎng)絡層負責數(shù)據(jù)包經(jīng)過多條鏈路、由信源到信宿的傳遞過程，并保證每個數(shù)據(jù)包能夠成功和有效地從出發(fā)點到達目的地。 網(wǎng)絡層提

22、供了兩種服務：線路交換和路由選擇。 網(wǎng)絡層傳輸?shù)幕締挝皇欠纸M（或數(shù)據(jù)包）。網(wǎng)絡層將數(shù)據(jù)按固定大小分組。 目前市場上銷售的網(wǎng)絡層硬件設(shè)備主要有網(wǎng)關(guān)和路由器。 網(wǎng)絡層主要功能： 路由選擇和中繼。靜態(tài)路由：固定路徑，動態(tài)路由：根據(jù)網(wǎng)絡負載選擇路由。 激活、終止網(wǎng)絡連接。,在一條數(shù)據(jù)鏈路上復用多條網(wǎng)絡連接，采取分時復用技術(shù)。 差錯檢測與恢復。 排序，流量控制，防止擁塞。 服務選擇。 網(wǎng)絡管理。 1.4.7 數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層從網(wǎng)絡層接收數(shù)據(jù)，并加上有意義的比特位形成頭和尾部（用來攜帶地址和其他控制信息）。這些附加信息的數(shù)據(jù)單元稱為幀。數(shù)據(jù)鏈路層負責將數(shù)據(jù)幀無差錯地從一個站點送達下一個相鄰站點，即

23、通過一些數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議完成在不太可靠的物理鏈路上實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。 數(shù)據(jù)鏈路層包括LLC 邏輯鏈路控制子層（從網(wǎng)絡層接收并發(fā)送到MAC層），MAC 媒體訪問控制子層（管理包到目的地的傳送過程）。,最常見的鏈路層硬件產(chǎn)品有網(wǎng)卡、網(wǎng)橋、交換機。 鏈路層的主要功能： 鏈路連接的建立，拆除，分離 。 將bit 流分組組成幀，加上幀同步、幀定界和檢錯碼。 順序控制。 流量控制。 差錯檢測和恢復。還有鏈路標識，流量控制等等。 1.4.8 物理層 物理層是OSI的最低層，是整個開放系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它建立在物理通信介質(zhì)的基礎(chǔ)上，作為系統(tǒng)和通信介質(zhì)的接口，為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連裝置，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路

24、實體間透明的比特（bit）流傳輸提供可靠的環(huán)境。 物理層包括網(wǎng)絡接口卡、網(wǎng)絡連接和網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)。 最常見的物理層硬件產(chǎn)品有中繼器、集線器 。,物理層的主要功能： 在物理媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流 在物理媒體上建立、維持和終止傳輸比特流的物理連接。 編碼，即用什么樣的脈沖信號來表示數(shù)字“0”和“1”。 規(guī)定脈沖的寬度 。 傳輸是雙工還是單工。 通信如何建立和結(jié)束。 物理接插口的各項機械、電氣和光學性能等 。,TCP/IP協(xié)議，是一組不同層次上的多個協(xié)議的集合，它能實現(xiàn)不同機器、不同網(wǎng)絡之間的互聯(lián)。 TCP/IP協(xié)議有以下特點： 使完全不同的操作系統(tǒng)之間互相通信。 是一個真正的開放系統(tǒng)。 是Inter

25、net的基礎(chǔ)。 是一個協(xié)議族,一組不同層次上的多個協(xié)議的組合。 開放的協(xié)議標準，免費使用，且與計算機硬件或操作系統(tǒng)無關(guān)。 獨立于任何一種網(wǎng)絡，可用于局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)。 統(tǒng)一的網(wǎng)絡地址分配方案，所有的通信設(shè)備在網(wǎng)絡中具有唯一的地址。 標準化的高層協(xié)議，提供了豐富可靠的用戶服務。,1.5 TCP/IP協(xié)議模型 1.5.1 什么是TCP/IP協(xié)議,通常TCP/IP是一個分為四層的協(xié)議系統(tǒng)，圖1-12顯示了TCP/IP分層模型中的四個層次、與OSI七個層次之間的對應關(guān)系、以及每一層中主要的協(xié)議。,1.5.2 TCP/IP協(xié)議的參考模型,圖1-12 TCP/IP參考模型及協(xié)議簇,每一層的功能： 主

26、機到網(wǎng)絡層，負責接收從網(wǎng)際層送來的IP數(shù)據(jù)報，并將IP數(shù)據(jù)報通過底層物理網(wǎng)絡中傳輸介質(zhì)上發(fā)送出去，或者從底層物理網(wǎng)絡上接收物理信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)幀，并抽出其IP數(shù)據(jù)報，交給網(wǎng)際層。 網(wǎng)際層，處理分組（數(shù)據(jù)包）在網(wǎng)絡中的活動，例如分組的選路等。 傳輸層主要為兩臺主機上的應用程序提供端到端的通信。 應用層負責處理相關(guān)的應用程序細節(jié)。 1.5.3 TCP/IP的封裝 圖1-13 顯示了從應用程序開始發(fā)送數(shù)據(jù)到比特流的傳輸之間的數(shù)據(jù)的封裝過程。,TCP傳給IP的數(shù)據(jù)單元稱為TCP報文段或簡稱為TCP段（TCP Segment）； UDP傳給IP的信息單元稱作UDP數(shù)據(jù)報（UDP datagram）。,圖1

27、-13 TCP/IP中數(shù)據(jù)的封裝過程,1.6 數(shù)據(jù)通信技術(shù)1.6.1 數(shù)據(jù)通信中的基本概念與理論基礎(chǔ),信息、數(shù)據(jù)、信號 信息是客觀事物的屬性和相互聯(lián)系特性的表現(xiàn)，它反映了客觀事物的存在形式和運動狀態(tài)等。 數(shù)據(jù)一般可以理解為“信息的數(shù)字化形式”或“數(shù)字化的信息形式”。 信號是數(shù)據(jù)在傳輸介質(zhì)中的表示形式，在通信系統(tǒng)中有電信號、電磁信號、光信號、載波信號、脈沖信號、調(diào)制信號等。 有模擬信號和數(shù)字信號兩種。 數(shù)據(jù)傳輸 模擬傳輸 數(shù)字傳輸,信道、帶寬、信道容量 信道：傳送信號的通路。分為：模擬信道（傳輸模擬信號的信道）、數(shù)字信道（傳輸數(shù)字信號的信道）。 帶寬：對模擬信號，是傳輸過程中最高頻率與最低頻率的

28、差值。對數(shù)字信號，是傳輸中的最高傳輸速率。 信道容量：信道的傳輸能力有一定限制，某個信道傳輸數(shù)據(jù)的速率有一個上限，叫作信道的最大傳輸速率。 碼元與信息量：碼元是承載信息的基本信號單位。如用脈沖信號表示數(shù)據(jù)時，一個單位脈沖就是一碼元。一碼元的信息量是由碼元所能表示的有效狀態(tài)值個數(shù)決定，若一碼元有00、01、10、11共4個有效狀態(tài)值，則一碼元能攜帶2bit的信息。 波特率（調(diào)制速率）和比特率（數(shù)據(jù)傳輸速率） 波特率：單位時間內(nèi)傳輸?shù)牟ㄐ螖?shù)，單位為baud。B=1/T 其中T 表示單位脈沖寬度。 比特率：單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，單位為比?秒，簡稱bps。,數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸（基帶傳輸） 不歸零制

29、碼（NRZ） 曼徹斯特碼 差分曼徹斯特碼 逢“1”變化的NRZ碼 逢“0”變化的NRZ碼,1.6.2 數(shù)據(jù)編碼技術(shù),圖1-14 基帶傳輸方式,數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬傳輸（頻帶傳輸） 振幅鍵控（ASK） 移頻鍵控（FSK） 移相鍵控（PSK）,圖1-15 頻帶傳輸方式,模擬數(shù)據(jù)數(shù)字傳輸（ PCM ） PCM（脈沖編碼調(diào)制）技術(shù)就是在發(fā)送端通過對發(fā)送信號進行取樣，量化和編碼三個步驟，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的技術(shù)。 取樣是指用每隔一定時間的信號樣值序列來代替原來在時間上連續(xù)的信號，也就是在時間上將模擬信號離散化。 量化是用有限個幅度值近似原來連續(xù)變化的幅度值，把模擬信號的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的

30、離散值。 編碼則是按照一定的規(guī)律，把量化后的值用二進制數(shù)字表示，然后轉(zhuǎn)換成二值或多值的數(shù)字信號流。 寬帶傳輸：是指比音頻帶寬更寬的頻帶，它包括大部分電磁波的頻譜。使用寬帶傳輸可同時傳輸多個信號。寬帶傳輸系統(tǒng)一般被分為多個信道，每個信道6MHz，可以用作模擬電視信道、高質(zhì)音頻信道或數(shù)字信道。因而，寬帶傳輸要使用多路復用技術(shù)。,頻分多路復用（FDM）,1.6.3 多路復用技術(shù),圖1-16 頻分復用示意圖,波分多路復用（WDM）,時分多路復用（TDM） 碼分多路復用,圖1-17波分復用示意圖,單雙工通信 單工通信 半雙工通信 全雙工通信,1.6.4 通信線路的通信方式,圖1-18 通信方式(a) 單

31、工通信；(b) 全雙工通信；(c) 半雙工通信,數(shù)據(jù)傳輸模式 串行和并行傳輸,圖1-19串行傳輸,圖1-20 并行傳輸,異步和同步傳輸,1-21 異步傳輸數(shù)據(jù)幀,圖1-22 同步傳輸數(shù)據(jù)幀,電路交換 電路交換的優(yōu)點： 數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速（傳輸延遲小，實時性好）； 數(shù)據(jù)不會丟失且保持原來的序列。 電路交換的缺點： 電路連接時間長；線路故障需要重新建立連接； 通信雙方占有一條信道后，即使不傳送數(shù)據(jù)其他用戶也不能使用，造成信道容量的浪費（線路利用率低）； 當傳輸時間短時，電路建立和拆除所用的時間就得不償失； 當用戶終端或網(wǎng)絡節(jié)點負荷過重時，可能不能建立電路連接。,1.6.5 通信交換技術(shù),報文交換

32、報文交換的優(yōu)點： 電路利用率高。由于許多報文可以分時共享兩個節(jié)點之間的電路，所以對于同樣的通信量來說，對電路的傳輸能力要求較低； 在報文交換網(wǎng)絡上，通信量大時仍然可以接收報文，只是傳送延遲會增加； 報文交換系統(tǒng)可以把一個報文發(fā)送到多個目的地，而電路交換網(wǎng)絡很難做到這一點； 報文交換網(wǎng)絡可以進行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。 報文交換的缺點： 不能滿足實時或交互式的通信要求，報文經(jīng)過網(wǎng)絡的延遲時間長而且時間不定； 有時交換節(jié)點收到過多的數(shù)據(jù)而無空間存儲或不能及時轉(zhuǎn)發(fā)時，就不得不丟棄報文。,分組交換 分組交換的優(yōu)點： 高效：在分組傳輸?shù)倪^程中動態(tài)分配傳輸帶寬； 靈活：每個結(jié)點均有智能，可根據(jù)情況決定路由和對數(shù)

33、據(jù)做必要的處理； 迅速：以分組作為傳送單位，只有出錯的分組才會被重發(fā)，因此大大降低了重發(fā)的比例和開銷，提高了交換速度； 在每個結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)，節(jié)點所需要的存儲量低； 可靠：完善的網(wǎng)絡協(xié)議；分布式多路由的通信子網(wǎng)。 分組交換有虛電路分組交換和數(shù)據(jù)報分組交換兩種。,在TCP/IP網(wǎng)絡上，每個主機都有唯一的地址，它是通過IP協(xié)議來實現(xiàn)的。 IP協(xié)議要求主機每次與IP網(wǎng)絡連接時，必須為這次連接分配一個唯一的IP地址。此IP地址不僅可以用來識別主機，而且隱含識別此主機所屬的網(wǎng)絡。 目前，大多使用的是32位的IPv4地址，它由兩部分組成，網(wǎng)絡號和主機號。 IP地址采用點分十進制記法。 Internet的IP

34、地址分為五大類，即AE類。具體分類規(guī)則如表1.5所示。 IP地址的尋址規(guī)則： 網(wǎng)絡地址必須唯一 主機標識在同一網(wǎng)絡內(nèi)必須唯一,1.7 IP地址 1.7.1 IP地址概述,1.7.2 一些特殊類型的IP地址和私有IP地址 特殊類型的IP地址 255.255.255.255為廣播地址，是當前子網(wǎng)的廣播地址，叫做有限廣播地址； 主機號全為1：代表向本網(wǎng)絡的所有主機進行廣播，是直接廣播地址；,網(wǎng)絡標識的第一個字節(jié)不能為255。第一個字節(jié)為255作為廣播地址，如255.1.1.1； 網(wǎng)絡標識的第一個字節(jié)不能為“0”，“0”表示該地址是本地網(wǎng)絡，不能作為網(wǎng)絡號進行傳送，如0.12.16.1非法； 主機號全

35、為0：代表本地網(wǎng)絡，而不對應本地網(wǎng)絡中的任一主機，如：202.12.16.0； 127.0.0.1到127.255.255.254為本地環(huán)回（loopback），也稱測試地址，用于網(wǎng)絡軟件測試以及本地主機進程間的通信，無論什么程序，一旦使用回送地址發(fā)送數(shù)據(jù)，協(xié)議軟件立即返回，不進行任何網(wǎng)絡傳輸； 凡IP地址中的第一個字節(jié)以“1110”開始的地址（D類）都叫多點廣播地址。因此，任何第一個字節(jié)大于223小于240的IP地址都是多點廣播地址； IP地址中凡是以“11110”的地址（E類）都留著將來作為特殊用途使用。,私有IP地址 10.0.0.0/8含義為網(wǎng)絡號為10的一個A類網(wǎng)絡。主機IP地址范圍為10.0.0.11