计算机网络技术课件

计算机网络技术1计算机网络技术1第一章 计算机网络基础1.1.网络的形成与发展 计算机网络的发展阶段1)20世纪50年代理论基础2)20世纪60年代APPANET与分组交换技术3)20世纪70年代ISO推进标准化建设4)90年代开始其它技术的兴起：internet与ATM2第一章 计算机网络基础1.1.网络的形成与发展2计算机网络的形成；三个阶段：三个阶段：面向终端的计算机网络面向终端的计算机网络计算机计算机计算机网络计算机网络开放标准化网络开放标准化网络(ISO)3计算机网络的形成；3计算机网络发展史计算机网络发展史计算机网络的产生和演变过程经历了从简单到复杂、从低计算机网络的产生和演变过程经历了从简单到复杂、从低级到高级、从单机系统到多机系统的发展过程，其演变过程级到高级、从单机系统到多机系统的发展过程，其演变过程可概括为三个阶段：具有远程通信功能的单机系统为第一阶可概括为三个阶段：具有远程通信功能的单机系统为第一阶段，这一阶段已具备了计算机网络的雏形；具有远程通信功段，这一阶段已具备了计算机网络的雏形；具有远程通信功能的多机系统为第二阶段，以资源共享为目的的计算机能的多机系统为第二阶段，以资源共享为目的的计算机-计算计算机网络为第三阶段，这一阶段的计算机网络才是今天意义上机网络为第三阶段，这一阶段的计算机网络才是今天意义上的计算机网络。的计算机网络。4计算机网络发展史 计算机网络的产生和演变过程经1具有远程通信功能的单机系统终端通信设备主机Data主机系统图1.1 具有远程通信功能的单机系统51具有远程通信功能的单机系统终端通信设备主机Data主机系具有远程通信功能的单机系统这种系统的主机具有通信功能这种系统的主机具有通信功能,将远端将远端用户的用户的I/O设备同主机相连设备同主机相连,这样用户就可这样用户就可以在远端录入程序和数据了以在远端录入程序和数据了,然后提交给主然后提交给主机进行处理机进行处理,然后再将结果反馈到客户端然后再将结果反馈到客户端.又又称为终端称为终端-计算机网络计算机网络,是早期计算机网络的是早期计算机网络的主要形式主要形式.6具有远程通信功能的单机系统 这种系统的主机具2具有远程通信功能的多机系统图图1-2 具有远程通信功能的多机系统具有远程通信功能的多机系统 72具有远程通信功能的多机系统 图1-2 具有远程通信功能具有远程通信功能的多机系统具有远程通信功能的多机系统这种系统是对以前系统的改良这种系统是对以前系统的改良,增加了增加了FEP(FrontEndProcessor),专门负责专门负责与终端的通信工作与终端的通信工作,且功能也增强且功能也增强,协助主协助主机对信息进行预处理机对信息进行预处理,提高了主机的数据处提高了主机的数据处理效率理效率.同时在用户增加了同时在用户增加了Concentrator.提高了提高了线路的利用率线路的利用率.8具有远程通信功能的多机系统这种系统是对以前系统的改良,增加了3 3具有统一体系结构、国际化标准具有统一体系结构、国际化标准协议的计算机网络协议的计算机网络图图1-3 计算机计算机-计算机网络计算机网络 93具有统一体系结构、国际化标准协议的计算机网络 图1-3 具有统一体系结构、国际化标具有统一体系结构、国际化标准协议的计算机网络准协议的计算机网络1.跨地域跨地域2.资源共享资源共享3.不同系统间的互联不同系统间的互联4.拒绝垄断拒绝垄断10具有统一体系结构、国际化标准协议的计算机网络1.跨地域101.2.1 1.2.1 计算机网络的定义计算机网络的定义 计算机网络：用通讯线路将分散在计算机网络：用通讯线路将分散在不同地点的具有独立自主的计算机不同地点的具有独立自主的计算机系统相互连接系统相互连接,并按网络协议进行并按网络协议进行数据通讯和实现资源共享的计算机数据通讯和实现资源共享的计算机集合集合,称为计算机网络。称为计算机网络。111.2.1 计算机网络的定义 计算机网络：用通讯线路将分散在1.3.1 1.3.1 网络功能网络功能硬件资源共享硬件资源共享软件资源共享软件资源共享用户间信息交换用户间信息交换121.3.1 网络功能硬件资源共享121.3.2 1.3.2 计算机网络的分类计算机网络的分类根据网络的传输技术进行分类根据网络的传输技术进行分类根据网络的覆盖范围进行分类根据网络的覆盖范围进行分类 按网络的拓扑结构分类按网络的拓扑结构分类 按传输介质分类按传输介质分类 按网络使用的目的分类按网络使用的目的分类 按服务方式分类按服务方式分类 按网络的使用范围分类按网络的使用范围分类131.3.2 计算机网络的分类 根据网络的传输技术进行分类13根据网络的传输技术进行分类根据网络的传输技术进行分类1广播式网络广播式网络在广播式网络中，所有联网计算机都共享一个公共通信道。在广播式网络中，所有联网计算机都共享一个公共通信道。数据在共用介质中传输。无线网和总线型网络属于这种类数据在共用介质中传输。无线网和总线型网络属于这种类型型 2 2点到点式网络点到点式网络与广播式网络相反，在点到点式网络中，每条物理线路连与广播式网络相反，在点到点式网络中，每条物理线路连接一对计算机。数据以点到点的方式在计算机或通信设备接一对计算机。数据以点到点的方式在计算机或通信设备中传输。星型网、环形网采用这种传输方式。中传输。星型网、环形网采用这种传输方式。14根据网络的传输技术进行分类1广播式网络14根据网络的覆盖范围进行分类1 1局域网局域网LAN(Location Area Network)LAN(Location Area Network)局域网用于将有限范围内（如一个实验室、一幢大楼、局域网用于将有限范围内（如一个实验室、一幢大楼、一个校园）的各种计算机、终端与外部设备互连成网，一个校园）的各种计算机、终端与外部设备互连成网，小于小于10km10km的范围，通常采用有线的方式连接起来的范围，通常采用有线的方式连接起来 2 2城域网城域网MAN(Metropolitan Area Networks)MAN(Metropolitan Area Networks)城市地区网络常简称为城域网。城域网是介于广域网城市地区网络常简称为城域网。城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络，与局域网之间的一种高速网络，1010100km100km的区域的区域 15根据网络的覆盖范围进行分类 1局域网LAN(Locati广域网广域网WAN(Wide Area Network)WAN(Wide Area Network)广域网也称为远程网。它所覆盖的地理范广域网也称为远程网。它所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里，网络跨越国界、围从几十公里到几千公里，网络跨越国界、洲界，甚至全球范围洲界，甚至全球范围目前局域网和广域网是网络的热点。局域目前局域网和广域网是网络的热点。局域网是组成其他两种类型网络的基础，城域网网是组成其他两种类型网络的基础，城域网一般都加入了广域网。广域网的典型代表是一般都加入了广域网。广域网的典型代表是InternetInternet网。网。16广域网WAN(Wide Area Network)16按网络的使用范围按网络的使用范围（1 1）公公用用网网:一一般般是是国国家家的的电电信信部部门门建建造造的的网网络络。公公用用网网也也可可称称为为公公众众网网。例：中国公用计算机互联网例：中国公用计算机互联网(CHINANET)(CHINANET)、中国金桥信息网、中国金桥信息网(CHINAGBN)(CHINAGBN)。（2 2）专专用用网网:是是某某个个部部门门为为本本系系统统的的特特殊殊业业务务工工作作的的需需要要而而建建造造的的网网络络。例：中国科技网例：中国科技网(CSTNET)(CSTNET)、中国教育和科研计算机网、中国教育和科研计算机网(CERNET)(CERNET)。分为：公用网、专用网。分为：公用网、专用网。17按网络的使用范围（1）公用网:一般是国家的电信部门建造的网络按传输介质分类按传输介质分类有线网有线网采用同轴电缆和双绞线来连接的计算机网络。采用同轴电缆和双绞线来连接的计算机网络。同轴电缆网是常见的一种连网方式。它比较经济，同轴电缆网是常见的一种连网方式。它比较经济，安装较为便利，传输率和抗干扰能力一般，传输安装较为便利，传输率和抗干扰能力一般，传输距离较短。距离较短。双绞线网是目前最常见的连网方式。它价格便宜，双绞线网是目前最常见的连网方式。它价格便宜，安装方便，但易受干扰，传输率较低，传输距离安装方便，但易受干扰，传输率较低，传输距离比同轴电缆要短。比同轴电缆要短。18按传输介质分类有线网 18光纤网光纤网光纤网也是有线网的一种，但由于其特殊性而单独光纤网也是有线网的一种，但由于其特殊性而单独列出，光纤网采用光导纤维作传输介质。光纤传输列出，光纤网采用光导纤维作传输介质。光纤传输距离长，传输率高，可达数千兆距离长，传输率高，可达数千兆bps，抗干扰性强，抗干扰性强，不会受到电子监听设备的监听，是高安全性网络的不会受到电子监听设备的监听，是高安全性网络的理想选择。理想选择。19光纤网光纤网也是有线网的一种，但由于其特殊性而单独列出，光纤无线网采用空气作传输介质，用电磁波作为载体来采用空气作传输介质，用电磁波作为载体来传输数据，目前无线网联网费用较高，还不传输数据，目前无线网联网费用较高，还不太普及。但由于联网方式灵活方便，是一种太普及。但由于联网方式灵活方便，是一种很有前途的连网方式。很有前途的连网方式。局域网通常采用单一的传输介质，而城域网局域网通常采用单一的传输介质，而城域网和广域网采用多种传输介质。和广域网采用多种传输介质。20无线网采用空气作传输介质，用电磁波作为载体来传输数据，目前无按网络使用的目的分类共享资源网：使用者可共享网络中的各种资源，如共享资源网：使用者可共享网络中的各种资源，如文件、扫描仪、绘图仪、打印机以及各种服务。文件、扫描仪、绘图仪、打印机以及各种服务。Internet网是典型的共享资源网。网是典型的共享资源网。数据处理网：用于处理数据的网络，例如科学计算数据处理网：用于处理数据的网络，例如科学计算网络、企业经营管理用网络。网络、企业经营管理用网络。数据传输网：用来收集、交换、传输数据的网络，数据传输网：用来收集、交换、传输数据的网络，如情报检索网络等。如情报检索网络等。目前网络使用目的都不是唯一的。目前网络使用目的都不是唯一的。21按网络使用的目的分类 共享资源网：使用者可共享网络中的各种资按服务方式分类客户机客户机/服务器网络（服务器网络（C/SC/S）服务器是指专门提供服务的高性能计算机或专用设备，客服务器是指专门提供服务的高性能计算机或专用设备，客户机是用户计算机。这是客户机向服务器发出请求并获得户机是用户计算机。这是客户机向服务器发出请求并获得服务的一种网络形式，多台客户机可以共享服务器提供的服务的一种网络形式，多台客户机可以共享服务器提供的各种资源。这是最常用、最重要的一种网络类型。不仅适各种资源。这是最常用、最重要的一种网络类型。不仅适合于同类计算机联网，也适合于不同类型的计算机联网，合于同类计算机联网，也适合于不同类型的计算机联网，如如PCPC机、机、MacMac机的混合联网。这种网络安全性容易得到保机的混合联网。这种网络安全性容易得到保证，计算机的权限、优先级易于控制，监控容易实现，网证，计算机的权限、优先级易于控制，监控容易实现，网络管理能够规范化。网络性能在很大程度上取决于服务器络管理能够规范化。网络性能在很大程度上取决于服务器的性能和客户机的数量。目前针对这类网络有很多优化性的性能和客户机的数量。目前针对这类网络有很多优化性能的服务器称为专用服务器。银行、证券公司都采用这种能的服务器称为专用服务器。银行、证券公司都采用这种类型的网络。类型的网络。22按服务方式分类 客户机/服务器网络（C/S）22对等网（Peer-Peer）对等网不要求文件服务器，每台客户机都可对等网不要求文件服务器，每台客户机都可以与其他每台客户机对话，共享彼此的信息以与其他每台客户机对话，共享彼此的信息资源和硬件资源，组网的计算机一般类型相资源和硬件资源，组网的计算机一般类型相同。这种网络方式灵活方便，但是较难实现同。这种网络方式灵活方便，但是较难实现集中管理与监控，安全性也低，较适合于部集中管理与监控，安全性也低，较适合于部门内部协同工作的小型网络。门内部协同工作的小型网络。23对等网（Peer-Peer）对等网不要求文件服务器，每台客户1.4 计算机网络的拓扑结构在在计计算算机机网网络络中中抛抛开开网网络络中中的的具具体体设设备备，把把象象工工作作站站、服服务务器器、交交换换机机等等网网络络单单元元抽抽象象为为“点点”，把把网网络络中中的的电电缆缆等等通通信信介介质质抽抽象象为为“线线”，然然后后从从拓拓扑扑学学的的观观点点看看计计算算机机和和网网络络系系统统，就就形形成成了了点点和和线线组组成成的的几几何何图图形形，从从而而抽抽象象出出了了网网络络系系统统的的具具体体结结构构。我我们们称称这这种种采采用用拓拓扑扑学学方方法法抽抽象象的的网网络络结结构构为为计计算算机机网网络络的的拓拓扑扑结结构构。计计算算机机网网络络拓拓扑扑是是通通过过网网中中节节点点与与通通信信线线路路之之间间的的几几何何关关系系表表示示网网络络结结构构，反反映映出出网网络络中中各各实实体体间间的的结结构构关关系系。拓拓扑扑设设计计是是建建设设计计算算机机网网络络的的首首步步，计计算算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型。机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型。241.4 计算机网络的拓扑结构 在计算机网络中抛开网络中的具体网路拓扑结构分类物理拓扑分类物理拓扑分类:总线型环型星型扩展星型树型网状型25网路拓扑结构分类物理拓扑分类:25网络拓扑结构分类总线型独立的主干网络所有的主机直接连接到主干总线两端要有终结器环形没有主干每一台主机直接连接邻居星形所有的网络设备连接到一个中心点星形的中心一般用HUB或者Switch26网络拓扑结构分类总线型26网络拓扑结构分类扩展星形把多个星形拓扑连接在一起星形的中间是HUB或者Switch扩展了网络的长度和大小树形类似于扩展星形网状形每一个主机到网络中的其他主机都有直接连接27网络拓扑结构分类扩展星形2728281.4.3 1.4.3 计算机网络数据交换方式计算机网络数据交换方式电路交换CSCircuit Switching类似电话系统：信道利用率低，但实时性、保密性好类似电话系统：信道利用率低，但实时性、保密性好报文交换MSMessage Switching其数据单元是要发送的一个完整报文，报文长度无限制，其数据单元是要发送的一个完整报文，报文长度无限制，采用存储采用存储转发原理。不要建立专用信道，信道利用转发原理。不要建立专用信道，信道利用率高，传输率高，但实时性差。率高，传输率高，但实时性差。分组交换PSPacket Switching即包交换。即包交换。291.4.3 计算机网络数据交换方式电路交换CSCircu1.5.1 1.5.1 我国计算机网络的发展我国计算机网络的发展1我国公用网的初步建立我国公用网的初步建立2大型国有企业、机关专用计算机网络的建立大型国有企业、机关专用计算机网络的建立3中小型企业、机关局域网的建立中小型企业、机关局域网的建立4我国我国“三金三金”工程的建成工程的建成5我国我国Internet的建立的建立301.5.1 我国计算机网络的发展 1我国公用网的初步建立我国公用网的初步建立1.1989年年11月我国第一个公用分组交换网月我国第一个公用分组交换网CNPAC(后为后为CHINAPAC)通过试运行和验收通过试运行和验收.达达到了开通业务的条件到了开通业务的条件,1993年年,端口数量达端口数量达13万个万个,通信速率达通信速率达64kbps.CHINAPAC是为适应计算机通信而建立的是为适应计算机通信而建立的,以以CCITTX.25协议为基础协议为基础,可以满足不同的需要可以满足不同的需要,实实现资源共享现资源共享.2.在在90年代年代,建成了建成了CHINADDN(中国数字数据中国数字数据网网),它是利用光纤数字电路传输和数字交叉复用节它是利用光纤数字电路传输和数字交叉复用节点组成的数字数据传输网点组成的数字数据传输网.它有较高的传输质量它有较高的传输质量,延延迟小迟小,可用带宽较大可用带宽较大,传输质量高传输质量高,可靠性高可靠性高.31我国公用网的初步建立1.1989年11月我国第一个公用分组交大型国有企业、机关专用计算机网络的建立我国较早在铁道部建立了自己的专用计算机我国较早在铁道部建立了自己的专用计算机网络网络,在在80年代后期年代后期,还有一些国民经济的还有一些国民经济的重要部门重要部门,如银行如银行,民航民航,海关海关,证券证券,卫生等卫生等部门也建立了自己的计算机网络部门也建立了自己的计算机网络.32大型国有企业、机关专用计算机网络的建立我国较早在铁道部建立了我国我国“三金三金”工程的建成工程的建成“三金三金”工程是工程是“金桥金桥”,“”,“金卡金卡”,“”,“金关金关”工程工程“金桥金桥”就是建设我国社会经济信息平台就是建设我国社会经济信息平台,即建设国家公即建设国家公用经济信息网用经济信息网.以光纤以光纤,卫星卫星,微波微波,程控程控,无线移动等多种无线移动等多种方式方式,与邮电部系统数据网互为备用与邮电部系统数据网互为备用,它是三金工程的基础它是三金工程的基础.“金卡金卡”是指电子货币工程是指电子货币工程,是银行信用卡支付系统工程是银行信用卡支付系统工程.它是金融电子化和商业流通现代化的重要组成部分它是金融电子化和商业流通现代化的重要组成部分.“金关金关”是指国家对外经济贸易信息网工程是指国家对外经济贸易信息网工程,当前主要推当前主要推广电子数据交换广电子数据交换(EDI),(EDI),实现无纸贸易实现无纸贸易.33我国“三金”工程的建成“三金”工程是“金桥”,“金卡”,“金我国我国InternetInternet的建立的建立20世纪世纪90年代年代,我国的互联网快速的发展我国的互联网快速的发展.主要的几大网络是主要的几大网络是:中国公用计算机互联网中国公用计算机互联网CHINAnet,中国电信计算机网中国电信计算机网CERnet,中国教育科研网中国教育科研网CSTnet,中国科学技术网中国科学技术网CHINAGBN,中国金桥信息网中国金桥信息网UNInet,中国联通计算机互联网中国联通计算机互联网34我国Internet的建立20世纪90年代,我国的互联网快速CHINAnet始建于始建于1995年年,该网是该网是Internet网网在中国的延伸在中国的延伸,是中国是中国Internet骨干网骨干网,由中国电由中国电信运营信运营,CHINAnet由核心层由核心层,用户层和网管中心三个用户层和网管中心三个层次构成层次构成,全国各地的用户可通过电话网全国各地的用户可通过电话网(PSTN),分分组网组网(CHINAPAC),数字数据网数字数据网(CHINADDN),等方式入等方式入网网,其主干网由各直辖市和各省会城市的网络节点构其主干网由各直辖市和各省会城市的网络节点构成成.目前主干网络速率达到目前主干网络速率达到2.5Gbps,35CHINAnet始建于1995年,该网是Internet网在CERnet始建于始建于1994年年,其目的是将各研其目的是将各研究所和有关大学通过究所和有关大学通过CERnet网连接起来网连接起来,为科研人员提供电子邮件工具为科研人员提供电子邮件工具,WWW以及各种以及各种信息检索等服务信息检索等服务.它是一个包括主干网它是一个包括主干网,地区地区网和校园网组成的三级结构网络网和校园网组成的三级结构网络,CERnet网网络中心设在清华大学络中心设在清华大学.36CERnet始建于1994年,其目的是将各研究所和有关大学通CSTnet是中国科学院负责建设和管理的网是中国科学院负责建设和管理的网络络,它是我国最早与因特网相连的互联网它是我国最早与因特网相连的互联网,目目前前,CSTnet已从已从94年北京中关村教育科研示年北京中关村教育科研示范网延伸到全国范网延伸到全国100多年中科院系统的科研多年中科院系统的科研院所院所.37CSTnet是中国科学院负责建设和管理的网络,它是我国最早与CHINAGBN是为国民经济住处化服务的网是为国民经济住处化服务的网络工程络工程,即金桥工程即金桥工程.由吉通通信有限责任公由吉通通信有限责任公司负责司负责,是一个利用卫星网和光纤网构成的是一个利用卫星网和光纤网构成的网络。网络。38CHINAGBN是为国民经济住处化服务的网络工程,即金桥工程UNInet是成立于是成立于1994年年7月的中国联通月的中国联通数据网数据网,它采用它采用ATM+IP组网模式组网模式,以以ATM信元交换为核心信元交换为核心,是一个具有电信级安全可是一个具有电信级安全可靠保证的运营网络靠保证的运营网络.39UNInet是成立于1994年7月的中国联通数据网,它采用A1.6 1.6 计算机网络的组成与结构计算机网络的组成与结构计算机网络要完成数据处理与数据通信两大计算机网络要完成数据处理与数据通信两大主要任务，在结构上分成两个部分：主要任务，在结构上分成两个部分：负责处理数据的主机与终端负责处理数据的主机与终端负责处理数据通信的通信控制处理机（负责处理数据通信的通信控制处理机（CCP）与）与通信线路通信线路从逻辑功能上分为：从逻辑功能上分为：资源子网与通信子网401.6 计算机网络的组成与结构计算机网络要完成数据处理与数据1.6.1 资源子网由计算机系统、终端、终端控制器、联网外由计算机系统、终端、终端控制器、联网外设、各种软件资源与信息资源组成设、各种软件资源与信息资源组成负责处理全网的数据处理业务，向网络用户负责处理全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。提供各种网络资源与网络服务。411.6.1 资源子网由计算机系统、终端、终端控制器、联网外设1.6.2 通信子网通信子网是计算机网络中负责数据通信的通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分，传输介质可以是架空明线、双绞线、部分，传输介质可以是架空明线、双绞线、同轴电缆、光纤等有线通信线路，也可以同轴电缆、光纤等有线通信线路，也可以是微波、通信卫星等无线通信线路。是微波、通信卫星等无线通信线路。硬硬件设备有路由器，交换机，傻交换设备等。件设备有路由器，交换机，傻交换设备等。421.6.2 通信子网通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分1.7 网络介质网络的介质是一种数据从中传输的材料，是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。常用介质如下:双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆光纤光纤 无线电短波通信无线电短波通信 地面微波接力通信地面微波接力通信 红外线和激光红外线和激光 卫星通信卫星通信 VSATVSAT卫星通信卫星通信 431.7 网络介质 网络的介质是一种数据从中传输的材料，是通双绞线双绞线由螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成。把两条导线双绞线由螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成。把两条导线按一定密度对扭在一起可以减少相互间的电磁干扰。按一定密度对扭在一起可以减少相互间的电磁干扰。双绞线和双绞线电缆双绞线芯一般是铜质的，能提供良好的传导率。双绞线一般双绞线芯一般是铜质的，能提供良好的传导率。双绞线一般分为非屏蔽双绞线（分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（）和屏蔽双绞线（STP）两种。）两种。(1)非屏蔽双绞线（非屏蔽双绞线（UTP）将一对或多对双绞线线对放将一对或多对双绞线线对放入一个绝缘套管。入一个绝缘套管。44双绞线双绞线由螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成。把两条导线按国际电器工业协会国际电器工业协会(EIA)为双绞线定义了为双绞线定义了1到到5类不同的质量级类不同的质量级别。计算机网络中常用的是别。计算机网络中常用的是3类和类和5类：类：3类类适用速率小于适用速率小于16Mbps的计算机网络，例如，的计算机网络，例如，10Mbps以太网以太网5类类支持支持快速以太网（100Mbps）超超5类类支持支持千兆以太网（1000Mbps）(2)屏蔽双绞线（屏蔽双绞线（STP）在一对或多对双绞线线对的外面在一对或多对双绞线线对的外面加上一个用金属丝编织成的屏蔽层，然后再放入一个绝缘套管。加上一个用金属丝编织成的屏蔽层，然后再放入一个绝缘套管。按屏蔽层设置的不同又分为外层屏蔽双绞线和全屏蔽双绞线按屏蔽层设置的不同又分为外层屏蔽双绞线和全屏蔽双绞线45国际电器工业协会(EIA)为双绞线定义了1到5类不同的质量级双绞线表表1-31-3是是UTPUTP电缆的常见类型，电缆的常见类型，10BaseT10BaseT局域网中主要局域网中主要使用使用3 3类和类和5 5类线，它们的有效传输距离一般在类线，它们的有效传输距离一般在100m100m左左右。另外还有超右。另外还有超5 5类双绞线电缆，通过对其类双绞线电缆，通过对其“信道信道”性能测试结果表明，与普通性能测试结果表明，与普通5 5类双绞线电缆比较，它类双绞线电缆比较，它的近端串扰、衰减和结构回波等主要性能指标都有很的近端串扰、衰减和结构回波等主要性能指标都有很大提高。大提高。46双绞线 表1-3是UTP电缆的常见类型，10BaseT局域网UTP电缆常见类型47UTP电缆常见类型47双绞线的54321规则48双绞线的54321规则48同轴电缆典型的同轴电缆（典型的同轴电缆（Coaxial CableCoaxial Cable）由一根内导体）由一根内导体铜质芯线外加绝缘层、密集网状编织导电金属屏蔽铜质芯线外加绝缘层、密集网状编织导电金属屏蔽层以及外包装保护塑橡材料组成，其结构如图层以及外包装保护塑橡材料组成，其结构如图1-71-7所所示。示。49同轴电缆典型的同轴电缆（Coaxial Cable）由一根内5050表表 1-41-4是是 在在 网网 络络 工工 程程 施施 工工 中中 常常 常常 用用 到到 的的 一一 些些IEEE802.3 10BaseTIEEE802.3 10BaseT系列网络拓扑经验，仅供参考。系列网络拓扑经验，仅供参考。51表1-4是在网络工程施工中常常用到的一些IEEE802.3 光纤52光纤52光纤光导纤维光导纤维是一种细小柔软并能传导光线的介质是一种细小柔软并能传导光线的介质光导纤维是通过内部的全反射来传输信号光光导纤维是通过内部的全反射来传输信号光损耗低、频带宽、传输速度快、抗电磁干扰性强，但损耗低、频带宽、传输速度快、抗电磁干扰性强，但价格偏贵价格偏贵53光纤光导纤维53光纤光纤分类光纤分类单模单模光纤光纤光纤在介质内部无反射，沿直线传播，传播距离更远。光纤在介质内部无反射，沿直线传播，传播距离更远。多模多模光纤光纤光纤在介质内部以不同的反射角度传播。光纤在介质内部以不同的反射角度传播。54光纤光纤分类54光纤的连接光纤的连接有两种方式：光纤的连接有两种方式：人工摩接人工摩接机器熔接机器熔接55光纤的连接光纤的连接有两种方式：55无线电短波通信 在在一一些些电电缆缆光光纤纤难难于于通通过过或或施施工工困困难难的的场场合合，例例如如，高高山山、湖湖泊泊或或岛岛屿屿等等，即即使使在在城城市市中中挖挖开开马马路路敷敷设设电电缆缆有有时时也也很很不不划划算算，特特别别是是通通信信距距离离很很远远，对对通通信信安安全全性性要要求求不不高高，敷敷设设电电缆缆或或光光纤纤既既昂昂贵贵又又费费时时，若若利利用用无无线线电电波波等等无无线线传传输输介介质质在在自自由由空空间间传传播播，就就会会有有较较大大的的机机动动灵灵活活性性，可可以以轻轻松松实实现现多多种种通通信信，抗抗自自然然灾灾害害能力和可靠性也较高。能力和可靠性也较高。56无线电短波通信 在一些电缆光纤难于通过或施工困难的场合，例如地面微波接力通信 无线电数字微波通信系统在长途大容量的数据通信中占有及无线电数字微波通信系统在长途大容量的数据通信中占有及其重要的地位，其频率范围为其重要的地位，其频率范围为300MHz300MHz300GHz300GHz。微波通信主。微波通信主要有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信。要有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信。微波在空间主要是直线传播，并且能穿透电离层进入宇宙空微波在空间主要是直线传播，并且能穿透电离层进入宇宙空间，它不像短波那样经电离层反射传播到地面上其他很远的间，它不像短波那样经电离层反射传播到地面上其他很远的地方，由于地球表面是个曲面，因此其传播距离受到限制且地方，由于地球表面是个曲面，因此其传播距离受到限制且与天线的高度有关，一般只有与天线的高度有关，一般只有50km50km左右，长途通信时必须建左右，长途通信时必须建立多个中继站，中继站把前一站发来的信号经过放大后再发立多个中继站，中继站把前一站发来的信号经过放大后再发往下一站，类似于往下一站，类似于“接力接力”，如果中继站采用，如果中继站采用100m100m高的天线高的天线塔，则接力距离可增大到塔，则接力距离可增大到100 km100 km。57地面微波接力通信 无线电数字微波通信系统在长途大容量的数据通红外线和激光红外线通信和激光通信就是把要传输的信号红外线通信和激光通信就是把要传输的信号分别转换成红外光信号和激光信号直接在自由分别转换成红外光信号和激光信号直接在自由空间沿直线进行传播，它比微波通信具有更强空间沿直线进行传播，它比微波通信具有更强的方向性，难以窃听、插入数据和进行干扰，的方向性，难以窃听、插入数据和进行干扰，但红外线和激光对雨雾等环境干扰特别敏感。但红外线和激光对雨雾等环境干扰特别敏感。58红外线和激光 红外线通信和激光通信就是把要传输的信号分别转换卫星通信卫星通信就是利用位于卫星通信就是利用位于3万万6千公里高空的人造地千公里高空的人造地球同步卫星作为太空无人值守的微波中继站的一种球同步卫星作为太空无人值守的微波中继站的一种特殊形式的微波接力通信。卫星通信可以克服地面特殊形式的微波接力通信。卫星通信可以克服地面微波通信的距离限制，其最大特点就是通信距离远，微波通信的距离限制，其最大特点就是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。且通信费用与通信距离无关。卫星通信的优点是卫星通信的优点是:卫星通信的频带比微波接力通卫星通信的频带比微波接力通信更宽，通信容量更大，信号所受到的干扰也较小，信更宽，通信容量更大，信号所受到的干扰也较小，误码率也较小，通信比较稳定可靠。误码率也较小，通信比较稳定可靠。卫星通信的缺点是：传播时延较长。卫星通信的缺点是：传播时延较长。59卫星通信 卫星通信就是利用位于3万6千公里高空的人造地球同步VSAT卫星通信VSAT（VerySmallApertureTerminal，甚甚小小口口径径地地球球终终端端）是是20世世纪纪80年年代代末末发发展展起起来来并并于于90年年代代得得到到广广泛泛应应用用的的新新一一代代数数字字卫卫星星通通信信系系统统。VSAT网网通通常常由由一一个个卫卫星星转转发发器器、一一个个大大型型主主站站和和大大量量的的VSAT小小站站组组成成，能能单单双双向向传传输输数数据据、语语音音、图图像像、视视频频等等多多媒媒体体综综合合业业务务。VSAT具具有有很很多多优优点点，如如：设设备备简简单单、体体积积小小、耗耗电电少少、组组网网灵灵活活、安安装装维维护护简简便便、通通信信效效率率高高等等，尤尤其其适适用用于于大大量量分分散散的的业业务务量量较较小小的的用用户户共共享享主主站站，所所以以许许多多部部门门和和企企业业多多使使用用VSAT网来建设内部专用网。网来建设内部专用网。60VSAT卫星通信 VSAT（Very Small Apert图图1-11 VSAT1-11 VSAT网络组成网络组成61图1-11 VSAT网络组成611.7 计算机网络体系结构1974年，美国年，美国IBM公司首先公布了世界上第一个公司首先公布了世界上第一个计算机网络体系结构（计算机网络体系结构（SNA，SystemNetworkArchitecture），凡是遵循），凡是遵循SNA的网的网络设备都可以很方便地进行互连。络设备都可以很方便地进行互连。1977年年3月，国际标准化组织月，国际标准化组织ISO的技术委员会的技术委员会TC97成立了一个新的技术分委会成立了一个新的技术分委会SC16专门研究专门研究“开放系统互连开放系统互连”，并于，并于1984年提出了开放系统年提出了开放系统互连参考模型，即著名的互连参考模型，即著名的ISO7498国际标准（我国际标准（我国相应的国家标准是国相应的国家标准是GB9387），记为），记为OSI/RM。621.7 计算机网络体系结构1974年，美国IBM公司首先公布1.7.1 1.7.1 网络术语网络协议（网络协议（Protocol）“protocols”(协议协议)指的是所有网络为了互相指的是所有网络为了互相交流而共同采用的规则。不同的协议描述了不同交流而共同采用的规则。不同的协议描述了不同的技术规范，它们使得计算机之间能够进行信息的技术规范，它们使得计算机之间能够进行信息的交换，而不管计算机的种类以及连接它们所采的交换，而不管计算机的种类以及连接它们所采用的技术是否相同。软件和硬件供应商都希望自用的技术是否相同。软件和硬件供应商都希望自己的产品能够应用于己的产品能够应用于Internet,因此他们将确保因此他们将确保这些产品能理解这些产品能理解Internet协议，并在其下正常协议，并在其下正常工作。工作。631.7.1 网络术语网络协议（Protocol）63协议协议ProtocolsProtocols ：算法编写出的规则，按最优方式表述：算法编写出的规则，按最优方式表述数据传输数据传输物理网络是怎样建立的计算机怎样被连接到网络传输的数据的格式是怎样的数据是怎样被传输的各种错误是怎样被处理的64协议Protocols：算法编写出的规则，按最优方式表述数协议三要素语法：是用户数据与控制信息的结构与格语法：是用户数据与控制信息的结构与格式式语义：是需要发出何种控制信息，以及要语义：是需要发出何种控制信息，以及要完成的动作与应做出的响应完成的动作与应做出的响应时序：是对事件实现顺序控制的时间时序：是对事件实现顺序控制的时间65协议三要素语法：是用户数据与控制信息的结构与格式65分层次是用于处理复杂问题而设置的结构和处理的是用于处理复杂问题而设置的结构和处理的方法，是根据功能进行划分的方法，是根据功能进行划分的特点：高层使用低层提供的服务，但并不需特点：高层使用低层提供的服务，但并不需要知道低层服务的具体方法，低层为上层提要知道低层服务的具体方法，低层为上层提供服务供服务66分层次是用于处理复杂问题而设置的结构和处理的方法，是根据功能接口接口(interface)是同一个结点或结点内相邻层之间交换信息是同一个结点或结点内相邻层之间交换信息的连接点的连接点67接口(interface)是同一个结点或结点内相邻层之间交换体系结构（Architecture）把网络层次结构模型与各层次协议的集合定把网络层次结构模型与各层次协议的集合定义为计算机网络体系结构，简称体系结构。义为计算机网络体系结构，简称体系结构。体系结构是抽象的，而实现是具体的，它是体系结构是抽象的，而实现是具体的，它是能够运行的一些硬件和软件能够运行的一些硬件和软件68体系结构（Architecture）把网络层次结构模型与各层提出网络体系结构的好处提出网络体系结构的好处各层之间相互独立各层之间相互独立灵活性好灵活性好各层都可采用最合适的技术来实现各层都可采用最合适的技术来实现易于实现设计与维护易于实现设计与维护有利于促进标准化有利于促进标准化69提出网络体系结构的好处各层之间相互独立69OSI/RM参考模型OSI（OpenSystemInterconnection）参考模型：由国际标准化组织（参考模型：由国际标准化组织（ISO）提出，目）提出，目的是实现异种机互连。的是实现异种机互连。“开放开放”：表示任何两个遵守：表示任何两个遵守OSI标准的系统可标准的系统可以互连以互连“系统系统”：指计算机、终端或外部设备等：指计算机、终端或外部设备等70OSI/RM参考模型OSI（Open System InteOSI模型应用层：与用户最接近的一层表示层：通用的数据格式，语法会话层：控制会话传输层：流控、保证可靠性网络层：路径选择、路由及逻辑选路数据链路层：帧、介质访问控制物理层：规定信号和介质71OSI模型应用层：与用户最接近的一层71表表1-1 OSI/RM七层协议模型七层协议模型72表1-1 OSI/RM七层协议模型72OSI/RM各层的功能(1)物理层物理层是物理层是OSI参考模型的最低层，它利用传输参考模型的最低层，它利用传输介质为数据链路层提供物理连接。为此，该层定义介质为数据链路层提供物理连接。为此，该层定义了物理链路的建立、维护和拆除有关的机械、电气、了物理链路的建立、维护和拆除有关的机械、电气、功能和规程特性。包括信号线的功能、功能和规程特性。包括信号线的功能、“0”和和“1”信号的电平表示、数据传输速率、物理连接器信号的电平表示、数据传输速率、物理连接器规格及其相关的属性等。物理层的作用是通过传输规格及其相关的属性等。物理层的作用是通过传输介质发送和接收二进制比特流。介质发送和接收二进制比特流。73OSI/RM各层的功能(1)物理层物理层是OSI参考数据链路层数据链路层是为网络层提供服务的，解决两个相邻数据链路层是为网络层提供服务的，解决两个相邻结点之间的通信问题，传送的协议数据单元称为数结点之间的通信问题，传送的协议数据单元称为数据帧。数据帧中包含物理地址（又称据帧。数据帧中包含物理地址（又称MAC地址）、地址）、控制码、数据及校验码等信息。该层的主要作用是控制码、数据及校验码等信息。该层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路转换成对网络层来说无差错的数据链路。此理链路转换成对网络层来说无差错的数据链路。此外，数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，外，数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控制，以防止接收方因来不及处理发送即进行流量控制，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。74数据链路层 数据链路层是为网络层提供服务的，解决两个相邻结点网络层网络层是为传输层提供服务的，传送的协议网络层是为传输层提供服务的，传送的协议数据单元称为数据包或分组。该层的主要作数据单元称为数据包或分组。该层的主要作用是解决如何使数据包通过各结点传送的问用是解决如何使数据包通过各结点传送的问题，即通过路径选择算法（路由）将数据包题，即通过路径选择算法（路由）将数据包送到目的地。另外，为避免通信子网中出现送到目的地。另外，为避免通信子网中出现过多的数据包而造成网络阻塞，需要对流入过多的数据包而造成网络阻塞，需要对流入的数据包数量进行控制（拥塞控制）。当数的数据包数量进行控制（拥塞控制）。当数据包要跨越多个通信子网才能到达目的地时，据包要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题还要解决网际互连的问题75网络层 网络层是为传输层提供服务的，传送的协议数据单元称为数传输层传输层的作用是为上层协议提供端到端的可传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。该层向高层屏蔽了下制和流量控制等问题。该层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，使高层用户看到的只是层数据通信的细节，使高层用户看到的只是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、可靠的数据通路。传由用户控制和设定的、可靠的数据通路。传输层传送的协议数据单元称为段或报文输层传送的协议数据单元称为段或报文76传输层 传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据会话层会话层主要功能是管理和协调不同主机上各会话层主要功能是管理和协调不同主机上各种进程之间的通信（对话），即负责建立、种进程之间的通信（对话），即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。会话层得管理和终止应用程序之间的会话。会话层得名的原因是它很类似于两个实体间的会话概名的原因是它很类似于两个实体间的会话概念。例如，一个交互的用户会话以登录到计念。例如，一个交互的用户会话以登录到计算机开始，以注销结束算机开始，以注销结束77会话层 会话层主要功能是管理和协调不同主机上各种进程之间的通表示层表示层处理流经结点的数据编码的表示方式表示层处理流经结点的数据编码的表示方式问题，以保证一个系统应用层发出的信息可问题，以保证一个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出。如果必要，该层被另一系统的应用层读出。如果必要，该层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据表示格式转换成网络通信中采部的多种数据表示格式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。示层可提供的转换功能之一。78表示层 表示层处理流经结点的数据编码的表示方式问题，以保证一应用层应用层是应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与参考模型的最高层，是用户与网络的接口。该层通过应用程序来完成网络网络的接口。该层通过应用程序来完成网络用户的应用需求，如文件传输、收发电子邮用户的应用需求，如文件传输、收发电子邮件等件等79应用层 应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与网络的接口。OSI参考模型中的数据传输过程在在OSI参考模型中，不同主机对等层之间按相应协参考模型中，不同主机对等层之间按相应协议进行通信，同一主机不同层之间通过接口进行通议进行通信，同一主机不同层之间通过接口进行通信。除了最低层的物理层是通过传输介质进行物理信。除了最低层的物理层是通过传输介质进行物理数据传输外，其他对等层之间的通信均为逻辑通信。数据传输外，其他对等层之间的通信均为逻辑通信。在这个模型中，每一层将上层传递过来的通信数据在这个模型中，每一层将上层传递过来的通信数据加上若干控制位后再传递给下一层，最终由物理层加上若干控制位后再传递给下一层，最终由物理层传递到对方物理层，再逐级上传，从而实现对等层传递到对方物理层，再逐级上传，从而实现对等层之间的逻辑通信之间的逻辑通信80OSI参考模型中的数据传输过程在OSI参考模型中，不同主机对1.8.2协议和服务的区别及相互关系协议和服务的区别及相互关系在开放系统互连参考模型在开放系统互连参考模型OSI/RM中采用了七层协议体系结中采用了七层协议体系结构，除最高层和最低层以外的任何一层，均可记为（构，除最高层和最低层以外的任何一层，均可记为（N），表），表示示“第第N层层”。在在OSI/RM模型中，协议和服务是两个非常重要的不同概念。模型中，协议和服务是两个非常重要的不同概念。控制两个（控制两个（N）层对等实体进行通信的规则的集合称为（）层对等实体进行通信的规则的集合称为（N）协）协议；两个（议；两个（N）层实体间的通信在（）层实体间的通信在（N）协议的控制下，能够使）协议的控制下，能够使（N）层向上一层提供服务，这种服务就称为（）层向上一层提供服务，这种服务就称为（N）服务，接受）服务，接受（N）服务的（）服务的（N）层服务用户是（）层服务用户是（N1）层实体。）层实体。上述关于协议和服务的基本概念及相互关系如图上述关于协议和服务的基本概念及相互关系如图1-1所示。所示。811.8.2 协议和服务的区别及相互关系 在开放系统互连参考图图1-1 协议与服务的概念协议与服务的概念82图1-1 协议与服务的概念821.8.2.2服务访问点服务访问点服服务务访访问问点点（SAP，ServiceAccessPoint）是是指指同同一一系系统统中中相相邻邻两两层层实实体体之之间间进进行行交交换换信信息息之之处处，即即（N）层层实实体体 和和（N 1）层层 实实 体体 之之 间间 的的 逻逻 辑辑 接接 口口，也也 称称 为为 插插 口口（Socket）或或端端口口（Port）。一一个个（N）层层服服务务是是由由一一个个（N）层层实实体体作作用用在在一一个个（N）层层SAP上上来来完完成成的的，虽虽然然两两层层之之间间可可以以允允许许有有多多个个SAP，但但一一个个（N）层层SAP只只能能被被一一个个（N）层层实实体体所所使使用用，并并且且也也只只能能为为一一个个（N1）层层实实体体所所使使用用；但但一一个个（N）层层实实体体却却可可以以向向多多个个（N）层层SAP提提供供服服务务，这这称称为为连连接接复复用用；一一个个（N1）层层实实体体也也可可以以使使用用多个（多个（N）层）层SAP，这称为连接分裂。，这称为连接分裂。831.8.2.2 服务访问点 服务访问点（SAP，Servi1.8.3数据封装数据封装 源的某一层进行的工作在目的地的对应层上作相反的工作。我们称源的工作叫做封装，目的地所作的工作叫做解封装应用层：应用层控制报头+数据数据1表示层：表示层控制报头+数据1数据2会话层：会话层控制报头+数据2数据3传输层：数据3 进行分段 data1+data2+传输层控制报头+data分段：形成报文网络层：网络层控制报头+报文数据分组：形成数据报（Pocket）数据链路层：链路层控制报头+数据报分帧：形成数据帧（Frame）841.8.3 数据封装 源的某一层进行的工作在目的地的对封装过程封装过程数据数据数据数据数据数据数据应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层数据数据数据分段分组分帧Bit流85封装过程数据数据数据数据数据数据数据应用层表示层会话层传输层数据在各层之间的传递过程主机主机A主机主机B应用进程应用进程A应用层应用层运输层运输层网际层网际层数据链路层数据链路层物理层物理层应用进程应用进程B应用层应用层运输层运输层网际层网际层数据链路层数据链路层物理层物理层物物 理理 传传 输输 媒媒 体体01100010 比比 特特 流流 10011100数据部分数据部分首部首部尾部尾部 数据部分数据部分首部首部 数据部分数据部分首部首部 数据部分数据部分首部首部应用程序数据应用程序数据86数据在各层之间的传递过程主机A主机B应用进程A应用层运输层网1.9 TCP/IP模型什么是什么是TCP/IP模型？模型？TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）是国际互联网络事实）是国际互联网络事实上的工业标准，上的工业标准，ARPANET最初设计的最初设计的TCP称为网络控制称为网络控制程序程序NCP，在上面传送的数据单位是报文（，在上面传送的数据单位是报文（Message），），实际上就是现在的实际上就是现在的TPDU。随着。随着ARPANET逐渐变成了逐渐变成了Internet，子网的可靠性也就下降了，于是，子网的可靠性也就下降了，于是NCP就演变就演变成了今天的成了今天的TCP。与。与TCP配合使用的网络层协议是配合使用的网络层协议是IP。特点：可路由性、一系列协议特点：可路由性、一系列协议目前异种网络通信使用的唯一协议体系目前异种网络通信使用的唯一协议体系TCP/IP协议在硬件基础上分为协议在硬件基础上分为4个层次个层次871.9 TCP/IP模型什么是TCP/IP模型？87 TCP/IP 体系结构应用层应用层表示层表示层会话层会话层运输层运输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层运输层运输层网际层网际层应用层应用层（各种应用层（各种应用层协议如协议如FTP,TELNET,SMTP等）等）网络接口层网络接口层(a)OSI体系结构体系结构(b)TCP/IP体系结构体系结构TCP/I