计算机网络的层次化结构课件

计计算机网算机网络络的的层层次化次化结结构构深入理解深入理解计计算机网算机网络络的的层层次化次化结结构的概念构的概念理解和体会每一理解和体会每一层层的具体功能分工的具体功能分工掌握掌握TCP/IP体系体系结结构模型构模型了解了解ISO/OSI七七层标层标准模型准模型1a2-1 引引 言言 凡是通凡是通过计过计算机网算机网络络可以相互可以相互访问访问的的计计算机系算机系统统就叫作就叫作“开放式系开放式系统统”。开放式系。开放式系统统互互连连是一个很复是一个很复杂杂的的问题问题。基于功能分基于功能分层层的网的网络络体系体系结结构，是一种构，是一种对对复复杂杂系系统统的分的分层层化化设计设计技技术术。利用。利用这这种技种技术术，可以将不易，可以将不易处处理的复理的复杂杂而而庞庞大的大的设计问题转设计问题转化成化成为为一些一些较较容易研容易研究和究和处处理的局部理的局部问题问题，即，即“单层单层”设计问题设计问题。我我们们要掌握如下几个重要方面：要掌握如下几个重要方面：认识计认识计算机算机间间通信通信过过程是分程是分层层的的进进行的；行的；了解如何构建一种分了解如何构建一种分层层的网的网络络体系体系结结构；构；了解分了解分层层的多和少的多和少对计对计算机网算机网络络的性能和的性能和实现实现有何影响有何影响？2a2-1-1 计计算机算机间间的分的分层层通信通信计计算机网算机网络络中，不管是用中，不管是用户间户间的的应应用操作用操作还还是网是网络络系系统统本身的运作本身的运作过过程，最基本的活程，最基本的活动动是是计计算机之算机之间间的机的机间间通信。通信。剖析剖析计计算机算机间间通信的真通信的真实过实过程，是构建和理解网程，是构建和理解网络络体系体系结结构的基构的基础础。从从简单简单的普通的普通电话电话、电报电报通信到复通信到复杂杂的的计计算机通信，算机通信，通信通信过过程及其功能分布都剖析成程及其功能分布都剖析成为逻辑为逻辑上分上分层层地地进进行的行的综综合合过过程。程。请请看下面的看下面的实实例：例：3a普通普通电报电报通信的分通信的分层处层处理理过过程程发报人收报人报文认知与理解规则报文编码报文译码报文的编码/译码规则发报局收报局电报局间通信规则电报通信网发报机收报机数据传输规则4a计计计计算机算机算机算机间间间间通信的分通信的分通信的分通信的分层处层处层处层处理理理理过过过过程程程程（以以以以传传传传送送送送计计计计算机文件算机文件算机文件算机文件为为为为例）例）例）例）主机A文件存储器主机B文件存储器文件传输进程文件接收进程文件进程间通信协议通信服务设施主机-主机间通信协议数据通信网络网络接入协议网络内部各种通信协议网络接入协议5a2-1-1 计计算机算机间间的分的分层层通信（通信（续续）几个基本概念：一、比特率 数字通信的内容是以二进制数的形式发送的，每个二进制数占一个二进制位（比特），每秒传送的比特数就是信道传输的比特率。二、协议 协议指的是两台通信设备之间管理数据交换的一整套规则。简单的说即为共同遵守的规则6a2-1-1 计计算机算机间间的分的分层层通信（通信（续续）三、同等层协议(Peer Protocol)层次化结构的网络中，每一层的功能都有明确的定义，计算机之间的通信是通过两个节点的同等层的协议实现的。四、层间服务与接口 每一个上面功能层的工作都是依托它的下一层所提供的支撑来运行的，这个支撑就是“服服务务”。每一每一层对层对上上层层提供透明的服提供透明的服务务。五、主/从的概念主动发送通信请求主被动聆听从主/主的概念7a2-1-1 计计算机算机间间的分的分层层通信（通信（续续）结论结论：任一任一对应对应用用实实体（每一体（每一层层中活中活跃跃的元素，可的元素，可以是以是进进程或硬件）之程或硬件）之间间的通信，的通信，实际实际上是同上是同时时在在不同不同层层次上次上“对对等等实实体体”的各自的各自协调协调工作工作(即分即分层层通通信信过过程程)来配合完成的，是所有各功能来配合完成的，是所有各功能层层上通信上通信过过程的程的总总效果。效果。基于系基于系统统分分层层功能的通信概念，即形成了网功能的通信概念，即形成了网络络系系统统的分的分层层体系体系结结构构(Layered architecture)六、单工通信和双工通信的概念单单工通信工通信半双工通信半双工通信双工通信双工通信8a2-1-2 计计算机网算机网络络的分的分层层模型模型最高层最高层较低层较低层最低层最低层传 输 介 质实线表示：物理通信虚线表示：虚拟通信9au在在现实现实的通信系的通信系统统中，真中，真实实的数据的数据传递传递关系必关系必须须是是“物理通信物理通信”。（图图中中纵纵向的信息流是真向的信息流是真实实的信息的信息传输传输途径途径）u网网络络体系体系结结构中的一构中的一对对同同层实层实体之体之间间的通信的通信过过程，程，是同等是同等层层之之间间的的“虚虚拟拟通信通信”（物理（物理层层除外）。除外）。（图图中横向的虚中横向的虚线线信息流在同等信息流在同等层层之之间间的流的流动动只是只是一种一种“逻辑逻辑”上的概念）上的概念）10a2-1-3 网网络络模型模型应用层运输层网络层链路层物理层应用层运输层网络层链路层物理层传输介质原始的比特流数据帧数据包（报文分组）报文（段）报文11a2-1-4ISO/OSI 七七层标层标准模型准模型应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层应应用用层协议层协议表示表示层协议层协议会会话层协议话层协议运运输层协议输层协议物理物理层协议层协议物理物理层协议层协议网网络层协议络层协议链链路路层协议层协议网网络层协议络层协议链链路路层协议层协议通信通信子网子网应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层12a2-1-5 TCP/IP体系模型体系模型7应应用用层层6表示表示层层5会会话层话层4运运输层输层3网网络层络层2链链路路层层1物理物理层层通信子网通信子网层层电话电话网网X.25网网局域网局域网无无线线网网运运输层协议输层协议TCP应应用用层层网网络层协议络层协议IP OSI 体系模型体系模型13a2-2 物理物理层层 物理物理层层是是层层次化模型中最低的一个功能次化模型中最低的一个功能层层，它是开放，它是开放系系统统互互连连通信的物理基通信的物理基础础，因，因为该层为该层在以物理媒体在以物理媒体为为基基础础的数据的数据线线路上，完成数据路上，完成数据码码位位(比特比特)的真的真实传输过实传输过程，故程，故谓谓之之“物理物理层层”。物理物理层层的任的任务务：将信息用适合将信息用适合传输传输媒体的媒体的“物理物理”特性的特性的方式方式传传送到媒体上去送到媒体上去进进行行传输传输。该层该层主要完成三个方面的功能：主要完成三个方面的功能：1 1、物理物理连连接接的建立与拆除；的建立与拆除；2 2、物理服、物理服务务数据数据单单元元传输传输；3 3、物理、物理层层管理。管理。14a2-2-1 物理物理传输传输媒体媒体 传输传输媒体又称媒体又称为为通信介通信介质质或媒体，它的特性直接影响或媒体，它的特性直接影响通信的通信的质质量指量指标标，如：，如：信道容量信道容量、数据数据传输传输速率速率、误码误码率率、及、及线线路路费费用用等。等。可以从两大方面来了解可以从两大方面来了解传输传输介介质质的特性：的特性：l 物物理理特特性性物物理理结结构构、形形态态尺尺寸寸、覆覆盖盖范范围围、价价格格，以及以及连连通性与使用方便性等；通性与使用方便性等；l 传传输输特特性性可可用用的的信信号号带带宽宽、原原始始误误码码率率、传传输输损损耗，以及抗干耗，以及抗干扰扰能力等。能力等。网网络络中的中的传输传输介介质质有有电话线电话线、同、同轴电缆轴电缆、双、双绞线绞线、光、光导纤维电缆导纤维电缆、无、无线线与与卫卫星通信信道。星通信信道。15a一、光纤 用光用光传输传输数据数据 u 光光纤纤通通过传递过传递光脉冲来光脉冲来进进行数字通信，有光脉冲相当行数字通信，有光脉冲相当于于传输传输“1”1”，而没有光脉冲相当于，而没有光脉冲相当于传输传输“0”0”。u 一根光一根光纤纤中每秒中每秒传递传递几百个几百个“太太”位（位（10101212）的信息速）的信息速率，所以它是目前最理想的率，所以它是目前最理想的宽带传输宽带传输介介质质。光光纤纤作作为传输为传输介介质质，它具有，它具有许许多多优优点，例如：点，例如：l 传输频带传输频带非常非常宽宽，因而通信容量大；，因而通信容量大；l 误码误码率极低，率极低，传输损传输损耗小，无中耗小，无中继传输继传输距离距离长长；l 不受雷不受雷电电和和电电磁干磁干扰扰，本身也无相互串，本身也无相互串扰扰和和辐辐射，所以射，所以安全性和保密性好；体安全性和保密性好；体积积小，重量小，重量轻轻。16a各种类型的光缆各种光各种光各种光各种光缆缆缆缆各种光各种光各种光各种光缆缆缆缆内部内部内部内部结结结结构构构构光光光光纤纤纤纤跳跳跳跳线线线线ST-STST-ST光光光光纤纤纤纤跳跳跳跳线线线线ST-SCST-SC光光光光纤纤纤纤跳跳跳跳线线线线SC-SCSC-SC17a 双双绞线绞线有屏蔽型双有屏蔽型双绞线绞线STP和无屏蔽型双和无屏蔽型双绞线绞线UTP两两类类，一般泛指，一般泛指无屏蔽型双无屏蔽型双绞线绞线，常用的有，常用的有UTP-3，UTP-5等，采用等，采用RJ-45头头（8芯）芯）。用于局域网中数据信号用于局域网中数据信号传输传输，与集与集线线器的距离最大器的距离最大为为100100米，米，可用可用速率速率为为10Mb/s至至100Mb/s。特点：特点：布布线线容易、接口便宜，容易、接口便宜，属于属于性能适中的性能适中的经济实经济实用型介用型介质质。二、双绞线18aTIA/EIA 568A或TIA/EIA 568B1 2 3 4 5 6 7 8 568A 568B1 白绿 白橙2 绿 橙3 白橙 白绿4 蓝 蓝5 白蓝 白蓝 6 橙 绿7 白棕 白棕8 棕 棕19a三、同轴电缆：电缆电缆的两个末端一定需要的两个末端一定需要1 1个个终结终结器。器。50505050欧姆同欧姆同欧姆同欧姆同轴电缆轴电缆轴电缆轴电缆：又称又称基基带带同同轴电缆轴电缆，广泛用于局域，广泛用于局域网中网中传输传输基基带带数字信号。可用距离在数字信号。可用距离在1 1公里以内，数据信号公里以内，数据信号传输传输速率上限可达速率上限可达50Mb/s 。75 75 75 75欧姆同欧姆同欧姆同欧姆同轴电缆轴电缆轴电缆轴电缆：又称又称宽带宽带同同轴电缆轴电缆，就是公用天，就是公用天线电视线电视系系统统CATV中的中的标标准准传输电缆传输电缆，一般用于模，一般用于模拟传输拟传输系系统统，适于用在城域网中。在作数字，适于用在城域网中。在作数字传输应传输应用用时时，必，必须须将其将其数字信号数字信号转换转换成模成模拟拟信号在信号在缆线缆线上多路复用上多路复用传输传输。特点：特点：由于外由于外导导体屏蔽体屏蔽层层的作用，同的作用，同轴电缆轴电缆具有具有较较高的高的抗干抗干扰扰能力，比能力，比较宽较宽的可用的可用频带频带；无中无中继传输继传输距离比双距离比双绞绞线线略略长长，但是价格比双但是价格比双绞线贵绞线贵，且，且步步线线、连连接、接口不方接、接口不方便，便，现应现应用已不是很多。用已不是很多。20a四、无线通信 主要有：微波通信、微波通信、红红外通信、外通信、激光通信、激光通信、卫卫星通信。星通信。21a数据数据传输传输速率速率:数字通信的内容是以二数字通信的内容是以二进进制的方制的方式式发发送的，每位二送的，每位二进进制所含的信息量是制所含的信息量是1比特，每秒可以比特，每秒可以传输传输的比特数就是信道的比特数就是信道传输传输的比特率。的比特率。带宽带宽：带宽带宽是指在一个物理信道内可以是指在一个物理信道内可以传输传输信号信号频频率的率的范范围围。电话线电话线的信号的信号传输频传输频率范率范围围从从 300 Hz 到到4000 Hz，带宽为带宽为3700Hz。带宽带宽越越宽宽，媒体的数据，媒体的数据传输传输容量就越大。容量就越大。带宽带宽不等同于数据不等同于数据传输传输速率，后者速率，后者单单位是比特每秒位是比特每秒（bps）时时延：延：信号不信号不论论是在何种媒体中是在何种媒体中传输传输，总总要要经过经过一定一定时间时间，这这就是就是“时时延延”。一种媒体内，。一种媒体内，传输传输信号的信号的时时延延值值在信道在信道长长度固定了以后是不可度固定了以后是不可变变的，不可能通的，不可能通过过减低减低时时延延来增加容量。来增加容量。带宽带宽和和时时延是反映网延是反映网络络通信信道的两个主要参数通信信道的两个主要参数。2-2-2 传输传输中基本概念与技中基本概念与技术术22a编码编码和解和解码码（Coding and Decoding）将将计计算机内部的二算机内部的二进进制的制的TTL电电平脉冲平脉冲转变转变成合适物理成合适物理媒体内媒体内传传送的一种能量形式的代送的一种能量形式的代码码，以便减少，以便减少传输过传输过程中的程中的能量能量损损失，降低失，降低误码误码率，率，这这就是就是“编码编码”。将。将这这个能量形式个能量形式的信息的信息转换转换回原来的数字信号，回原来的数字信号，这这就是就是“解解码码”。计计算机网算机网络络中常用的有三种：中常用的有三种：RS-232C异步串行异步串行ASCII码码、曼、曼彻彻斯特斯特编码编码和差分曼和差分曼彻彻斯特斯特编码编码。调调制与解制与解调调（Modulation and Demodulation）对对数字数据的模数字数据的模拟拟信号信号编码编码（更通常地称（更通常地称为为“调调制制”）。）。调调制就是利用一个固定制就是利用一个固定频频率的正弦波作率的正弦波作载载波波，以要，以要传传送的数字送的数字脉冲信号脉冲信号为为控制信号控制信号，让载让载波的某个物理特性（如振幅、波的某个物理特性（如振幅、频频率、相位等）按照率、相位等）按照该该控制信号控制信号发发生相生相应应的的变变化；从化；从调调制后的制后的载载波信号中波信号中还还原出数字信号的原出数字信号的过过程就是程就是“解解调调制制”。23a常用的常用的调调制方式有：制方式有：1 1、幅度、幅度调调制（制（调调幅幅AM）2 2、频频率率调调制（制（调频调频FM）3 3、相位、相位调调制（制（调调相相PM）在数据通信系在数据通信系统统中大多以中大多以载载波波调调幅幅传输传输为为主。主。24aSDH技技术术（同步数据同步数据传输传输系系统统）SDH技技术术它是一种可以方便的提供它是一种可以方便的提供时时分复用的基分复用的基础础网网络络通信技通信技术术，利用，利用SDH的复用的复用设备设备，可以将光，可以将光纤纤的的带宽带宽按照按照需要的需要的传输传输速率来分割，每一条分割出的信道都可以用来作速率来分割，每一条分割出的信道都可以用来作为单为单独的通信独的通信电电路通到用路通到用户户的的计计算机上去。在算机上去。在SDH系系统统上分上分割出的割出的专线业务专线业务称称为为DDN(Digital Date Network)。ATM技技术术（异步异步传输传输模式模式）它比它比SDH在分配在分配光光纤纤的的带宽带宽方面具有更大的灵活性。而且方面具有更大的灵活性。而且它同它同时时支持支持DDN专线业务专线业务和和电电信部信部门门的的传统传统的的业务业务。直接在光直接在光纤纤上上传传IP的技的技术术25a用用户户的网的网络络接入技接入技术术 1、综综合合业务业务数字网（数字网（ISDN）2、高速数字接入、高速数字接入设备设备（ADSL，xDSL）。ADSL（非（非对对称数字用称数字用户线环户线环路）是一种非路）是一种非对对称的称的DSL技技术术，所，所谓谓非非对对称是指用称是指用户线户线的上行速率与下行速率不同，上行速率低，下行速率高，特的上行速率与下行速率不同，上行速率低，下行速率高，特别别适适合合传输传输多媒体信息多媒体信息业务业务，如，如视频视频点播、多媒体信息点播、多媒体信息检检索和其他交互式索和其他交互式业务业务。ADSL能能够够提供下行提供下行8Mbps/上行上行1Mbps的最高独占的最高独占带宽带宽,现现有的有的ADSL Modem是是10M以太网以太网连连接方式，接方式，ADSL是点到点是点到点连连接接,保密性好保密性好,3、同、同轴电缆宽带调轴电缆宽带调制解制解调调器（器（Cable Modem）Cable Modem能能够够提供下行提供下行36Mbps/上行上行10Mbps的最高的最高共享共享带宽带宽。实际实际情况是情况是为为了了对对付付线线路的路的问题问题(噪声噪声/损损耗耗/干干扰扰.)也有都也有都采用采用QPSK调调制，使得上下行都是制，使得上下行都是10Mbps的理的理论论速度。（共享速度。（共享带宽带宽）4、局域网（、局域网（LAN）5、无、无线线接入（接入（Wireless）WIFI与与WPA26a本地异步通信接口本地异步通信接口RS-232C RS232-C被用于被用于计计算机与算机与Modem、键盘键盘或或终终端之端之类类的的设备设备之之间传输间传输字符。字符。RS-232C协议协议是以字是以字节为单节为单位的信位的信息的息的传传送送协议协议。它允它允许发许发送者在任何送者在任何时时刻刻发发送一个字符，而且送一个字符，而且在在发发送一个字符后送一个字符后进进入任意等待状入任意等待状态态。由于采用异步方式，。由于采用异步方式，发发送送方与接收方不需要就方与接收方不需要就发发送和接收信息送和接收信息进进行交互与合作。行交互与合作。RS232-C规规定了定了详细详细的机械特性、的机械特性、电电气特性和功能特气特性和功能特性。性。接口接口线线的信号的信号电电平平规规定定-5-15伏代表伏代表逻辑逻辑“1”和和“断开断开”，+5+15伏代表伏代表逻辑逻辑“0”和和“接通接通”。标标准准还规还规定定用用7个比特表示一个比特表示一个字符个字符 等。等。2-2-3 物理接口物理接口标标准和信道复用技准和信道复用技术术27aRS-232C传输传输一个字符一个字符时时的波形的波形 1 1 0 0 1 0 015V+15V起始比特起始比特终终止比特止比特接口接口标标准准RS-232C（续续）28aRS-232采用符合采用符合ISO2110标标准的准的25芯芯连连接器。接器。标标准准还规还规定定连连接器的阳面接器的阳面(带带插插针针的一的一头头)安装在安装在DTE一一侧侧，阴面，阴面(带带针针孔的一孔的一头头)安装在安装在DCE一一侧侧。标标准准还规还规定最大定最大连连接距离接距离不超不超过过15米。米。RS-232定定义义了了21根接口根接口线线的功能，每根的功能，每根线线具有一个功能。具有一个功能。TRGCTRGC数据数据数据数据接口接口标标准准RS-232C（续续）29au机械特性机械特性标标准：准：规规定了数据定了数据终终端端设备设备（DTE）和数据和数据终终接接设备设备（DCE）之之间间的的连连接器形式，包括接器形式，包括连连接器接器规规格指格指标标、交、交换换信号的插信号的插针针排列、接插栓排列、接插栓锁锁措施和安全措施等。措施和安全措施等。具体有：具体有：ISO2110、ISO2593、ISO4902、ISO4903等。等。u电电气特性气特性标标准：准：规规定了定了DTE和和DCE之之间间的接口的接口电电路上路上信号信号发发生器与接收器的生器与接收器的电电器特性。器特性。u功能特性功能特性标标准：准：规规定了定了DTE和和DCE之之间间包括数据包括数据传传送、送、控制、定控制、定时时和接地等几和接地等几类类引引线线上的功能。上的功能。u规规程特性程特性标标准：准：规规定了定了DTE和和DCE之之间间接口接口电电路所使路所使用的用的规规程，即信号程，即信号时时序的序的应应答关系和操作答关系和操作过过程的程的规规程。程。具体内容具体内容见见教材教材P78-P79。几种常用几种常用传输传输介介质质的通信接口的通信接口标标准准30a 采采用用多多多多路路路路复复复复用用用用器器器器（MUXMUX）将将来来自自多多个个输输入入线线路路的的数数据据组组合合调调制制成成一一路路复复用用数数据据，并并将将此此数数据据信信号号送送上上高高容容量量的的数数据据链链路路；接接收收端端接接收收复复用用的的数数据据流流，依依照照信信道道分分离离还还原原为为多多路数据，并将它路数据，并将它们们送到适当的送到适当的输输出出电电路上。路上。信道复用目的是信道复用目的是为为了提高了提高对对信道信道资资源的利用率源的利用率。具体方式有：具体方式有：频频频频分分分分复复复复用用用用FDMFDM是是把把信信道道的的总总通通频频带带在在频频率率域域上上进进行行了了固固定定的的划划分分而而形形成成若若干干子子信信道道，各各路路信信号号分分别别占占用用各各自自的的子子信信道道，特特特特点点点点是是是是独独独独占占占占频频频频道道道道而而而而共共共共享享享享时时时时间间间间。广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用于于于于模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号的的的的传传传传输输输输。如下如下图图所示：所示：u 信道复用技信道复用技术术31a32a 时时时时分分分分复复复复用用用用TDMTDM是是把把一一个个宽宽的的信信道道分分成成许许多多小小时时间间片片，让让每每一一个个时时间间片片分分别别传传输输一一路路信信号号；若若干干个个小小时时间间片片组组成成一一组组，成成为为“帧帧”。这这样样按按照照时时间间先先后后顺顺序序一一帧帧一一帧帧的的传传输输。特特特特点点点点是是是是独独独独占占占占时时时时隙隙隙隙而而而而共共共共享享享享频频频频段段段段。广广泛泛用用于于包包括括计计算算机机网网络络在在内内的的数数字字通信系通信系统统。输输入入复合复合过过程程输输出出分离分离过过程程33a 波分复用波分复用波分复用波分复用WDMWDM，就是将光就是将光纤纤可工作的有效波可工作的有效波长长划分划分为为多个波段（相当于多个波段（相当于频频分复用中的分复用中的频频段），以不同的波段），以不同的波长为长为载载波来波来传递传递多路信号，多路信号，类类似似频频分复用，分复用，特点是独占特点是独占特点是独占特点是独占频频频频道而道而道而道而共享共享共享共享时间时间时间时间。主要用于全光主要用于全光纤纤网网组组成的通信系成的通信系统统。码码码码分复用分复用分复用分复用CDMCDM原理是基于原理是基于码码型的分割信道。每个用型的分割信道。每个用户户分配一个地址分配一个地址码码，各个，各个码码型互不重叠，型互不重叠，特点是特点是特点是特点是频频频频率和率和率和率和时间时间时间时间资资资资源都共享。源都共享。源都共享。源都共享。主要用于移主要用于移动动通信系通信系统统、笔、笔记记本本电脑电脑等移等移动动性性计计算机的算机的连连网通信。网通信。信道复用技信道复用技信道复用技信道复用技术术术术（续续续续）34a2-3 链链路路层层数数据据链链路路是是在在一一条条数数据据线线路路基基础础上上通通过过数数据据链链路路层层协协议议建建立立起起来来的的、具具有有它它自自己己的的数数据据传传输输格格式式(帧帧)和和传传输输控控制制功能的功能的节节点点-节节点点间间“逻辑联结逻辑联结”。设设置置链链路路层层的的用用意意是是要要在在物物理理层层的的基基础础上上采采用用“协协议议”控制的方式来提供信息控制的方式来提供信息传输传输的保障。的保障。链链路路层层的任的任务务：实现实现与与“相相邻节邻节点点”的无差的无差错错通信。通信。该层该层主要完成六个方面的功能：主要完成六个方面的功能：1、数据、数据链链路管理；路管理；2、装、装帧帧与与帧帧同步；同步；3、流量控制、流量控制4、差、差错错控制；控制；5、透明、透明传输传输；6、寻寻址址。35a物理地址是可以由接口硬件物理地址是可以由接口硬件计计算机算机辅辅助助识别识别的的地址。物理地址的具体地址。物理地址的具体细节细节依依赖赖于不同的网于不同的网络络技技术术。例如：例如：802标标准准为为局域网上的每个站局域网上的每个站规规定了一种定了一种48位的位的“物理地址物理地址”固化在网卡中的固化在网卡中的6个字个字节节的的MAC地址地址。厂家向厂家向IEEE购买购买由前由前3个字个字节节构成的一个号（地址构成的一个号（地址块块或或“厂家代厂家代码码”），后），后3个字个字节节由厂家自行分配。由厂家自行分配。大家所熟悉的大家所熟悉的IP地址只是一种地址只是一种逻辑逻辑地址，它由地址，它由ARP协议协议将其翻将其翻译为译为物理地址。物理地址。2-3-1 物理地址物理地址36a 面向面向连连接，接，是指通信双方在是指通信双方在进进行通信之前，要事先在行通信之前，要事先在双方之双方之间间建立起一个完整的可以彼此沟通的通道，建立起一个完整的可以彼此沟通的通道，这这个通个通道就是道就是“连连接接”。在整个通信。在整个通信过过程中，程中，连连接的情况一直可以接的情况一直可以被被实时实时的的监监控可管理。控可管理。例如，例如，X.25协议协议是面向是面向连连接的，信息接的，信息传输传输方式是方式是“虚虚电电路路”；TCP协议协议也是面向也是面向连连接的。接的。无无连连接的通信，接的通信，就不需要就不需要预预先建立起一个先建立起一个连连接，需要接，需要通信的通信的时时候，候，发发送送节节点就直接往点就直接往“网网络络”上送信息，上送信息，让让信息信息自主的在网自主的在网络络上上传输传输，一般在，一般在传输过传输过程中不再加以程中不再加以监监控。控。例如，例如，IP协议协议是无是无连连接的，信息接的，信息传输传输方式是方式是“数据数据报报”。2-3-2 面向面向连连接与无接与无连连接接37a附：数据附：数据报报方式分方式分组组交交换换技技术术采采用用数数据据报报传传输输方方式式时时，每每个个分分组组称称为为“数数据据报报”。它它们们进进入入交交换换网网后后各各自自寻寻找找最最佳佳的的路路径径传传输输，不不必必建建立立端到端的固定数据通路。端到端的固定数据通路。特点：快速、灵活，但特点：快速、灵活，但报报文重装文重装处处理麻理麻烦烦。38a附：虚附：虚电电路方式分路方式分组组交交换换技技术术采采用用虚虚拟拟电电路路传传输输方方式式时时，必必须须预预先先通通过过虚虚呼呼叫叫建建立立一一条条虚虚线线路路（逻逻辑辑数数据据通通路路）。所所有有的的报报文文分分组组都都必必须须沿沿着着这这条虚条虚线线路路传输传输。特特点点：准准确确、可可靠靠，但但增增加加了了建建立立线线路路的的迟迟延延，对对网网络络故故障障较难较难适适应应。通通过过虚呼叫建虚呼叫建立虚立虚拟线拟线路。路。39a数据数据帧帧：在以在以TCP/IP技技术为术为代表的代表的计计算机网算机网络络中，信息中，信息的表示形式是以的表示形式是以“帧帧”的格式来表示的。的格式来表示的。一个典型的一个典型的帧帧由由帧头帧头、帧帧尾和正文三个部分尾和正文三个部分组组成。成。2-3-2 成成帧帧、纠错纠错和流量控制和流量控制soh 帧的正文 CRC eot 帧头帧头：包括包括帧帧的起始的起始标记标记、收、收发发双方的双方的物理地址、物理地址、传传送送时时需要的相需要的相应应控制信息；控制信息；循循环环冗余校冗余校验码验码帧结帧结束束标标志志40a纠错纠错技技术术：在已在已经经国国际标际标准化的网准化的网络协议络协议中，几乎都采中，几乎都采用用循循环环冗余校冗余校验码验码（简简称称CRC码码）。当循）。当循环环冗余冗余码码校校验发现验发现传输传输出出错错，就会要求，就会要求发发送端重送端重发发出出错错的的帧帧。流量控制流量控制：就是就是计计算机网算机网络络上上对对两台相互通信的两台相互通信的计计算机算机之之间间在在传传送着的送着的“帧帧”的的调调度行度行为为，是，是协调链协调链路两端的路两端的发发送和送和接收站之接收站之间间的数据流量，以保的数据流量，以保证证双方的数据吞吐量达到平衡双方的数据吞吐量达到平衡的一种技的一种技术术。“流控流控”的另一的另一说说法，叫法，叫“速度匹配速度匹配”。流控制流控制协议协议：滑滑动动窗口窗口 为为了提高信道的利用率，网了提高信道的利用率，网络节络节点点发发送信息送信息时时每次每次发发送送一般都一般都发发送一批送一批帧帧。网。网络络技技术术中用中用“窗口大小窗口大小”来指每批来指每批发发送送几个几个帧帧。下面的例子中，窗口大小。下面的例子中，窗口大小为为4。41a12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 窗口窗口窗口窗口窗口窗口未送出的未送出的帧帧已已经经确确认认的的帧帧已已经发经发出未得到出未得到确确认认的的帧帧随着一随着一组组组组的的帧帧被被发发送出去，送出去，“窗口窗口”也向后移。也向后移。42a 窗口窗口协议协议工作工作时时，为为每一个每一个留在窗口里的留在窗口里的帧帧设设置一置一个个软时钟软时钟，该帧该帧信息信息发发出的同出的同时时将属于它的将属于它的时钟时钟倒倒计时计时，倒，倒计时时间计时时间的的长长短短应应留有足留有足够预够预余地，余地，让让信信息息帧传帧传到到对对方而且方而且应应答返回。答返回。因此，正常的因此，正常的应应答信号答信号应应当在当在时钟计时时钟计时范范围围内回到内回到发发送端，如果超出送端，如果超出时间时间未有未有应应答，答，则说则说明信息明信息帧帧在在发发出的路上已出的路上已经丢经丢失，失，这时这时就就应该应该再次启再次启动动重重发发功功能。能。流控制流控制协议协议：43a对对等等实实体体之之间间的的通通信信必必须须遵遵循循基基于于某某种种传传输输与与控控制制的的机机制制而而建建立立的的一一套套约约定定和和规规则则数数据据链链路路控控制制规规程（或程（或协议协议）两个最常用的两个最常用的标标准准实实例：例：1、ISO的的HDLC（高高级级数据数据链链路控制路控制）规规程程 2、因特网的、因特网的PPP（点点对对点）点）协议协议2-3-3 链链路路层层的通信的通信协议协议44a因因特特网网中中的的点点对对点点链链路路配配置置（PPP的的应应用用场场合），合），请请看下看下图图45aPPP协议协议的的帧帧格式格式FACDATAFCSP帧标帧标志志（01111110）帧帧的开始的开始地址段（地址段（11111111）表明不存在表明不存在寻寻址址问题问题控制段控制段（00000011）表明只有一种表明只有一种无无编编号号帧帧数据段（正文数据），数据段（正文数据），由上由上层递层递交来的服交来的服务务数据数据单单元元帧帧校校验验段（段（CRC校校验码验码，16或或32比特），比特），计计算范算范围围除除F以外的所有比特以外的所有比特帧标帧标志志（01111110）表示一个表示一个帧帧的的结结束束F协议协议段段（1或或2字字节节）标识标识DATA段段的的协议类协议类46aPPP协议协议是一个是一个协议协议族，它包含族，它包含 链链路控制路控制协议协议LCP IP控制控制协议协议IPCP 口令授口令授权协议权协议PAP 询问询问握手授握手授权协议权协议CHAP PPP协议协议的的优优点点 支持多种支持多种协议协议 错误检测错误检测 链链路管理路管理 可可进进行行链链路路层层授授权权 IP地址地址协协商商 PPP对对物理物理层层的要求的要求 PPP唯一的要求是必唯一的要求是必须须提供全双工提供全双工电电路，不路，不论论是是专专用用的或交的或交换换式的，只要可以工作在异步或同步串行模式，而式的，只要可以工作在异步或同步串行模式，而且且对对PPP的的链链路路层帧层帧透明即可。透明即可。47a 网网络络层层是是通通信信子子网网范范围围内内的的最最高高层层，这这样样就就决决定定了了该该层层的的主主要要功功能能是是面面向向通通信信子子网网的的，它它代代表表整整个个网网络络通通信信环环境境向向端端系系统统提提供供特特定定服服务务质质量量的的网网络络服服务务，其其中中最最核核心心的的是是网网络连结络连结服服务务。网网络层络层的任的任务务：保保证证在通信子网中端点到端点之在通信子网中端点到端点之间实现间实现正确无正确无误误的信息的信息传传送送 该层该层主要完成以下几个方面的功能：主要完成以下几个方面的功能：1、路由、路由选择选择；2、流量控制与、流量控制与拥拥塞控制塞控制；3、传输传输确确认认、中断及故障恢复；、中断及故障恢复；4、网、网际际互互连连 2-4 网网络层络层48aq 因特网上的因特网上的IP地址地址 因特网技因特网技术术就是在所有就是在所有现现成的物理网成的物理网络络上加上上加上统统一的功能一的功能软软件，以件，以IP地址来确定在网地址来确定在网际际任何地方的通信双方任何地方的通信双方计计算机的算机的虚虚拟拟网网络络的做法。的做法。IPIP（Internet ProtocolInternet Protocol）协议协议协议协议是网是网是网是网络层络层络层络层的的的的主要主要主要主要协议协议协议协议。IPIPIPIP协议标协议标协议标协议标准准准准为为为为因特网上每台主机都定因特网上每台主机都定因特网上每台主机都定因特网上每台主机都定义义义义了一个了一个了一个了一个3232位二位二位二位二进进进进制数作制数作制数作制数作为该为该为该为该主机的主机的主机的主机的IPIP协议协议协议协议地址地址地址地址，常常常常简简简简写写写写为为为为IPIP地址，地址，地址，地址，它它它它是每台主机唯一性的是每台主机唯一性的是每台主机唯一性的是每台主机唯一性的标识标识标识标识。q 点分十点分十进进制表示法制表示法 将将将将3232位数中的每位数中的每位数中的每位数中的每8 8位位位位为为为为一一一一组组组组，用十，用十，用十，用十进进进进制表示，利用点号分制表示，利用点号分制表示，利用点号分制表示，利用点号分割各个部分割各个部分割各个部分割各个部分 例如：例如：例如：例如：IPIP地址地址地址地址为为为为 01010010 10101010 10101010 11101010 记为记为 82.123.123.23482.123.123.234 。2-4-1 网网络络地址地址49a IP地址的格式地址的格式 网网络标识络标识部分部分+主机主机标识标识部分部分网网络络地址地址组组播地址播地址保留保留网网络络地址地址网网络络地址地址0781516232431主机地址主机地址主机地址主机地址主机地址主机地址A类类B类类C类类D类类E类类0000011 11 1 11 1 1 150a地址类型网络标识位数最大网络接入数主机标识位数网络中最大主机数地址首字节范围A类712624167772141-126B类14163821665534128-191C类2120971508254192-22351au 特殊特殊IP地址地址网网络络地址地址主机地址主机地址地址地址类类型型用途用途全全0网网络络地址地址标识标识一个网一个网络络全全1直接广播地址直接广播地址在特定网上广播在特定网上广播全全1全全1有限广播地址有限广播地址在本地网上广播在本地网上广播全全0全全0本机地址本机地址启启动时动时使用使用127任意任意回送地址回送地址测试时测试时使用使用52a 可以采用可以采用“子网掩子网掩码码”将一个物理网再分成更小的子网将一个物理网再分成更小的子网来使用，子网划分的常用方法是：来使用，子网划分的常用方法是：用主机号的高位来用主机号的高位来标识标识子网号，其余位表示主机号。子网号，其余位表示主机号。子网子网地址地址扩扩展了展了IPIP地址中的网地址中的网络络地址部分，但却又减少了主机地地址部分，但却又减少了主机地址的数量。址的数量。将子网掩将子网掩码码与与IPIP地址按位相地址按位相“与与”，就能，就能够够得到得到IPIP地址中地址中的网的网络络地址段。地址段。子网掩子网掩码码中所有的中所有的1 1表示表示IPIP地址中的网地址中的网络络地址域和子网，所地址域和子网，所有的有的0 0表示表示IPIP地址中的主机地址域。地址中的主机地址域。如果一个网如果一个网络络不不设设置子网，置子网，则为则为缺省子网掩缺省子网掩码码。A A类类网网络络 缺省子网掩缺省子网掩码为码为 255.0.0.0 B B类类网网络络 缺省子网掩缺省子网掩码为码为 255.255.0.0 C C类类网网络络 缺省子网掩缺省子网掩码为码为 255.255.255.0 53aIP地址子网掩码10.0.0.0到10.255.255.255255.0.0.0169.254.0.0到169.254.255.255255.255.0.0172.16.0.0到172.31.255.255255.255.0.0192.168.0.0到192.168.255.255255.255.255.0专用IP地址（PRIVATE IP）不能用于直接连接到Internet，用与组建企业内部网络。可以通过其它设备的帮助连接到Internet。54a网网络络层层的的功功能能定定义义为为从从端端节节点点到到端端节节点点的的通通信信，从从这这一一端端点点到到那那一一个个端端点点之之间间如如何何走走的的问问题题就就是是路路由由问问题题。路路由由选择选择是网是网络络中所有中所有节节点共同点共同协调协调工作的工作的结结果。果。静静态态路由：路由：对对于于简单简单网网络络，很容易写出所有，很容易写出所有结结点的路点的路由表，通由表，通过过分分组查组查找路由表找到下一站找路由表找到下一站进进行行转发转发。动态动态路由：路由：对对于于大型广域网大型广域网，必，必须须使用合适的路由算使用合适的路由算法。法。2-4-2 网网络层络层的路由的路由55a2-4-3 地址解析与反向地址解析地址解析与反向地址解析协议协议 地址解析地址解析协议协议ARP(Address Resolution Protocol)用于用于计计算机的算机的网网络层络层地址（地址（IP地址）地址）映映射射为为数据数据链链路路层层地址（物理地址地址（物理地址MAC）的的协议协议；反向地址解析反向地址解析协议协议RARP（Reverse Address Resolution Protocol）用来将物理地址）用来将物理地址转换转换成成 IP地址。地址。56a2-4-4 网网络层络层的流控制和的流控制和拥拥塞控制塞控制 网网络层络层的流控制是在整个通信子网的端点到端的流控制是在整个通信子网的端点到端点之点之间进间进行的。行的。链链路路层层的流控制的流控制仅仅在相在相邻邻两两节节点之点之间进间进行。（流量控制）行。（流量控制）“整个通信网整个通信网络络”内部的某一个局部范内部的某一个局部范围围甚至全甚至全局范局范围围内避免内避免发发生信息生信息传输传输的堵塞的的堵塞的调调度行度行为为就是就是“拥拥塞控制塞控制”。2-4-5 防火防火墙墙即与外界沟通，又保即与外界沟通，又保护护信息与网信息与网络络平台的安全。平台的安全。57a2-4-6 网网络络互互连连技技术术 网网络络互互连连最重要的方法就是用最重要的方法就是用IP协议协议的网的网络络互互连连。不同不同的网的网络传输络传输技技术术都可以通都可以通过过IP协议协议将它将它们连们连到一起。到一起。不同不同传输传输技技术术的网的网络络根据自身特点管理自己网根据自身特点管理自己网络络内部的内部的链链路路层层地址，再由网地址，再由网络层络层的的IP地址来地址来贯贯通全局。通全局。这样这样就就实现实现了在不同了在不同产产品之品之间间的信息的信息传递传递和和应应用互通。用互通。因特网的成功主要在于因特网的成功主要在于TCP/IP技技术术可以成功地用来把各可以成功地用来把各种种类类型的型的计计算机网算机网络络都都连连接到一起。接到一起。58a网网络络互互连设备连设备：1.中中继继器（器（Repeater）:用来将信号用来将信号中中中中继继继继放大以放大以放大以放大以传传传传到到到到更更更更远远远远。它的它的转发转发机构所操机构所操纵纵的的对对象是介象是介质质上上传输传输的数据比的数据比特信号。中特信号。中继继器有器有传传播播电电子干子干扰扰和无效信号的缺点。和无效信号的缺点。2.集集线线器（器（HUB），跟中），跟中继继器器类类似，共享似，共享带宽带宽，工作在物，工作在物理理层层。3.中中中中继继继继器不了解器不了解器不了解器不了解帧帧帧帧格式，工作在物理格式，工作在物理格式，工作在物理格式，工作在物理层层层层。2.网网桥桥（Bridge）:不不仅仅仅仅中中继继放大信号，而且又有放大信号，而且又有选选择择的将的将带带有地址的信号从一个有地址的信号从一个传输传输介介质发质发送到另一个送到另一个传输传输介介质质，并能有效的限制两个介，并能有效的限制两个介质质中无关中无关紧紧要的通信。要的通信。网网桥桥可以分隔两个网可以分隔两个网络络之之间间的通信量，可用来划分的通信量，可用来划分LAN网段以网段以降低数据降低数据“交通瓶交通瓶颈颈”（过滤帧过滤帧）。）。3.网网网网桥桥桥桥工作在数据工作在数据工作在数据工作在数据链链链链路路路路层层层层，将完整而且正确，将完整而且正确，将完整而且正确，将完整而且正确的的的的帧帧帧帧按照按照按照按照 MAC MAC 地址地址地址地址转发转发转发转发。59a3.交交换换机（机（Switch）是是模模拟拟用网用网桥连桥连接各个网接各个网络络的方式的方式工作的，每一台工作的，每一台计计算机通算机通过过一个端口一个端口连连在交在交换换机上，每个机上，每个端口都相当于一个网段，独享端口都相当于一个网段，独享带宽带宽。交交交交换换换换机工作在机工作在机工作在机工作在链链链链路路路路层层层层。4.路由器路由器（Router）用来用来在网在网络层络层上上对设备实对设备实行互相行互相连连接的接的，它具有判断网，它具有判断网络络地址和地址和选择选择路径的功能。用于路径的功能。用于连连接接多个多个逻辑逻辑上分开的网上分开的网络络。5.网关（网关（Gateway）用来在高用来在高层层（运（运输层输层和和应应用用层层）实实现现网网络络互互连连，它能将它能将协议进协议进行行转换转换，将数据重新分，将数据重新分组组，以，以便在两个不同便在两个不同类类型的网型的网络络系系统统之之间间的通信。的通信。网关的工网关的工网关的工网关的工作作作作实际实际实际实际上是在上是在上是在上是在计计计计算机上运行一个算机上运行一个算机上运行一个算机上运行一个转换软转换软转换软转换软件。件。件。件。60a交换机内部模拟网桥交交换换机中的机中的电电路路为为每台每台计计算机提供了通算机提供了通过过网网桥连桥连到其它网段的一个到其它网段的一个单单独的局域网网段。独的局域网网段。计计算机算机端口端口61a62a网网络络互互连连的几种可能的布局：的几种可能的布局：63a2-4-6 网网络层协议络层协议 IP向上提供无向上提供无连连接的、子网接的、子网间间“尽力尽力尽力尽力传递传递传递传递”的的数数据据报传输报传输服服务务。“IP包包”的概念的概念 因特网上用因特网上用“包包”的格式来作的格式来作为为信息信息传递传递的的统统一一单单位。位。IP数据数据报报（IP包包）：包包头头部分部分+数据部分。数据部分。IP 还还有一个有一个“小帮手小帮手”网网间间控制控制协议协议ICMP（Internet Control Message Protocol）。）。它它协协助助 IP 在互在互联层联层次上次上执执行行许许多控制性操作。例如：多控制性操作。例如：报报告差告差错错情况，情况，控制数据控制数据报绕报绕开开拥挤拥挤的地区，的地区，记录记录数据数据报传输报传输路径的地址和路径的地址和时间时间，以及一些故障，以及一些故障诊诊断措施等。断措施等。64aIP包不管是包不管是控制信息包控制信息包还还是是数据信息包数据信息包，都具有上面的，都具有上面的标头标头。65a新新标标准准IPv6的主要内容的主要内容IPv6是新版本的是新版本的IP协议协议，是，是IPv4的的发发展。展。IPv6与与IPv4的比的比较较：1、IPv6将原来将原来IPv4的的32比特地址比特地址扩扩展到展到128比比特，提供一个更加有效的特，提供一个更加有效的“无限无限”IP地址空地址空间间；2、IPv6将将IP数据数据报报头报报头由原来由原来IPv4的的13个字段个字段减减为为7个，使路由器个，使路由器处处理分理分组组的数据更快，吞吐的数据更快，吞吐率提高。率提高。66a 由于网由于网络层络层的的传输传输是做成是做成无无连连接接的数据的数据报报格式的，在格式的，在支持具体支持具体应应用用时时不太可靠，所以不太可靠，所以设设置运置运输层输层的用意是通的用意是通过过它它填填补应补应用用层层的要求和网的要求和网络层络层所能提供的通信服所能提供的通信服务务之之间间的空隙，的空隙，提供提供面向面向连连接接的可靠的服的可靠的服务务。运。运输层输层是是衔衔接上三接上三层层与下三与下三层层的功能的功能层层。运运输层输层的任的任务务：提供网提供网络络上从一个上从一个终终端端点到另一端端点到另一终终端端点的可端端点的可靠的靠的传输传输服服务务。(它与它与实际实际使用的网使用的网络络无关）无关）网上的网上的应应用支持任用支持任务务由运由运输层输层来来实现实现，它所提供，它所提供的服的服务务有：有：1、建立和拆除运、建立和拆除运输层输层的的连连接；接；2、对对点到点的通信点到点的通信实实施控制；施控制；3、实现实现全双工通信控制并保全双工通信控制并保证传输证传输的可靠性。的可靠性。2-5 运运输层输层67a2-5-1 运运输连输连接的建立、拆除与管理接的建立、拆除与管理 通通过过TCP协议协议能建立起运能建立起运输层输层的的连连接，因此它能接，因此它能够够支支持它的高持它的高层应层应用程序和另一端的用程序和另一端的计计算机网算机网络节络节点的高点的高层应层应用程序之用程序之间间建立起建立起连连接，接，传传送信息。送信息。由于由于这时这时候下面的通信子网并没有直接候下面的通信子网并没有直接为为网上的网上的这这种种应应用提供通信服用提供通信服务务，所以运，所以运输层输层通通过软过软件件实现实现的的这这种种连连接叫做接叫做“虚虚连连接接”。68a 运运输层为输层为保保证证建立建立连连接和拆除接和拆除连连接的可靠性，接的可靠性，TCP协议协议采采用用“三方握手三方握手”的方法，即每次建立或拆除的方法，即每次建立或拆除连连接，都要在收接，都要在收发发双方之双方之间间交交换换三个三个报报文。文。下下图为图为三方握手拆除三方握手拆除连连接的示接的示意意图图：主机主机1上的事件上的事件主机主机2上的事件上的事件发发送送FIN+ACK接收接收FIN+ACK发发送送FIN+ACK接收接收FIN+ACK接收接收ACK发发送送ACKuTCP协议协议采用采用“同步字段同步字段”（SYN）通知建立通知建立连连接，而用接，而用“结结束束字段字段”（FIN）来通知来通知对对方拆除方拆除连连接。接。69a 运运输层输层也是采用窗口机制来也是采用窗口机制来实现实现流控制。流控制。当一个当一个连连接建立接建立时时，连连接的两端都分配一个接的两端都分配一个缓缓冲区来保冲区来保持持输输入的数据。当数据到达入的数据。当数据到达时时，接收方，接收方发发送确送确认认，其中，其中包含了包含了自己剩余的自己剩余的缓缓冲区空冲区空间间的数量的数量（即（即窗口窗口）。）。TCP协议协议窗口大小的窗口大小的单单位是字位是字节节。而子网内。而子网内链链路路层层的流的流控中滑控中滑动动窗口的窗口的单单位是位是帧帧的数目。的数目。请请看下面的例子看下面的例子2-5-2 运运输层输层的流控制的流控制70a主机主机1上的事件上的事件主机主机2上的事件上的事件确确认认1000，窗口，窗口=1500发发送送数据字数据字节节1-1000发发送送数据字数