計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)電子教案.ppt

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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程,制作人：巢湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)系 盛凱,計(jì)算機(jī)是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為提高信息社會的生產(chǎn)力提供了一種全社會的、經(jīng)濟(jì)的、快速的存取信息的手段。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，它涉及通信與計(jì)算機(jī)兩個(gè)領(lǐng)域。 由計(jì)算機(jī)構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)，已成為各個(gè)國家經(jīng)濟(jì)競爭的戰(zhàn)略武器，我國也把建設(shè)國家信息基礎(chǔ)設(shè)施做為基本國策，積極發(fā)展和建設(shè)國家經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚墓ぞ?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述,1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用,1.1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 一般來講，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展可分為4各階段 第一階段：計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，形成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的雛形。 第二階段：在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，完成網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議的研究，形成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 第三階段：在解決計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化問題的背景下，提出開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型與協(xié)議，促進(jìn)了符合國際標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。 第四階段：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向互聯(lián)、高速、智能化方向發(fā)展，并獲得廣泛的應(yīng)用。,第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 20世紀(jì)50年代中后期 地理上分散的多個(gè)終端 通過通信線路 連接到一臺中心計(jì)算機(jī)上 以傳輸信息為目的而連接起來，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息處理或進(jìn)一步達(dá)到資源共享,通信線路,終端,主機(jī),通信裝置,通信裝置,第二代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 20世紀(jì)60年代后期 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程資源共享 以通信子網(wǎng)為中心 分組交換網(wǎng)絡(luò) 分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 1969年出現(xiàn)的ARPAnet是第一個(gè)現(xiàn)代意義上的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 以能夠相互共享資源為目的，互連起來具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)的集合體,,,,互聯(lián)設(shè)備,,,,工作站,NOS 服務(wù)器,打印機(jī),傳輸介質(zhì),第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用越來越廣泛、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大、通信更加復(fù)雜 各大計(jì)算機(jī)公司紛紛制定了自己的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1977年，ISO開始制定開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型 具有統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并遵循國際標(biāo)準(zhǔn)的開放式和標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò),第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 20世紀(jì)80年代末到現(xiàn)在 以互聯(lián)網(wǎng)為代表 以太網(wǎng)的高速發(fā)展 下一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 多種業(yè)務(wù)的融合 統(tǒng)一協(xié)議、統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺、統(tǒng)一管理,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展階段,第一階段為面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，特點(diǎn)是由單個(gè)具有自主處理功能的計(jì)算機(jī)和多個(gè)沒有自主處理功能的終端組成網(wǎng)絡(luò)。第二階段為計(jì)算機(jī)-計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，特點(diǎn)是由具有自主處理功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)組成獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。第三階段為開放式標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)，特點(diǎn)是由多個(gè)計(jì)算機(jī)組成容易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間互相連接的開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。,1.1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,1、辦公自動化 2、電子數(shù)據(jù)交換 3、電子教育 4、電子銀行 5、證券及期貨交易系統(tǒng) 6、信息檢索 7、IP電話 8、娛樂和在線游戲,1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能和分類,1.2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義 利用通信設(shè)備和線路將地理位置不同的、功能獨(dú)立的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)起來，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件（即網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)構(gòu)成的。資源子網(wǎng)負(fù)責(zé)信息處理，通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)全網(wǎng)中的信息傳遞。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（包括計(jì)算機(jī)和終端）、 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（通信處理機(jī)）和通信鏈路（通信線路和網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備）等網(wǎng)絡(luò)單元組成。從功能上可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng) 絡(luò)分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)。 1）通信子網(wǎng) 不同類型的網(wǎng)絡(luò)，其通信子網(wǎng)的物理組成各不相同。局 域網(wǎng)最簡單，它的通信子網(wǎng)由物理傳媒介質(zhì)和主機(jī)網(wǎng)絡(luò) 接板（網(wǎng)卡）組成。而廣域網(wǎng)，除物理傳媒介質(zhì)和主機(jī) 網(wǎng)絡(luò)接板（網(wǎng)卡）外，必須靠通信子網(wǎng)的轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)傳遞 信息。,2）資源子網(wǎng) 資源子網(wǎng)一般由主機(jī)系統(tǒng)、終端、相關(guān)的外部設(shè)備和各種軟硬件資源、數(shù)據(jù)資源組成。 介紹常用的幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元及其在網(wǎng)絡(luò)中的作用 (1)主計(jì)算機(jī) 主計(jì)算機(jī)是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中承擔(dān)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以是單機(jī)系統(tǒng)，也可以是多機(jī)系統(tǒng)。 (2)通信處理機(jī) 通信處理機(jī)也稱節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)或前端處理機(jī)。它是主計(jì)算機(jī)與通信線路之間設(shè)置的計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)通信控制和通信處理工作。 (3)集中器 集中器設(shè)置在終端較集中的地方，它把若干終端用低,速線路先集中起來再與高速線路連接，以提高通信 效率，降低通信費(fèi)用。 (4)調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制解調(diào)器提供計(jì)算機(jī)等數(shù)字信號與話音頻帶線路 等模擬信號之間的轉(zhuǎn)換。 (5)通信線路 通信線路主要用來連接網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有如下主要特征： 1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是個(gè)互聯(lián)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的群體，這些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在物理上是分布的，可能在一個(gè)房間內(nèi)，在一個(gè)單位里的樓群里，一個(gè)或幾個(gè)城市里，甚至在全國乃至全球范圍。 2、這些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是自治的，即每臺計(jì)算機(jī)是可以獨(dú)立工作的，它們是在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制下協(xié)同工作的。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是指為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、約定或標(biāo)準(zhǔn)。 3、系統(tǒng)互聯(lián)要通過通信設(shè)施（網(wǎng)）來實(shí)現(xiàn)。通信設(shè)施一般都由通信線路、傳輸、交換設(shè)備等組成。 4、系統(tǒng)通過通信設(shè)施執(zhí)行信息交換、資源共享、互操作和協(xié)作處理，實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用要求。,1.2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能,1、數(shù)據(jù)交換和通信 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與終端之間，可以快速可靠地相互傳遞數(shù)據(jù)、程序或文件。例如：電子郵件、文件傳輸服務(wù)（FTP）。 2、資源共享 充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中提供的資源（包括硬件、軟件和數(shù)據(jù)）是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成的主要目標(biāo)之一。資源共享即可以使用戶減少投資，又可以提高這些計(jì)算機(jī)資源的利用率。 3、提高系統(tǒng)的可靠性 在一些用于計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制和要求高可靠性的場合，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的備份技術(shù)可以提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)某一臺計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以立即由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的另一臺計(jì)算機(jī)來代替其完成所承擔(dān)的任務(wù)。 4、分布式網(wǎng)絡(luò)處理和負(fù)載均衡 對于大型的任務(wù)或當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某臺計(jì)算機(jī)的任務(wù)負(fù)荷太重時(shí)，可將任務(wù)分散到網(wǎng)絡(luò)中的其他計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，這樣即可以處理大型的任務(wù)，使得一臺計(jì)算機(jī)不會負(fù)擔(dān)過重，又提高了計(jì)算機(jī)的可用性，起到了分布式處理和均衡負(fù)荷的作用。,1.2.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類,1、按網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍分類 （1）局域網(wǎng)（LAN） （2）城域網(wǎng)（MAN） （3）廣域網(wǎng)（WAN） 2、按網(wǎng)絡(luò)的傳輸技術(shù)分類 （1）廣播式網(wǎng)絡(luò) 特點(diǎn)是僅有一條通信信息，網(wǎng)絡(luò)上的所有計(jì)算機(jī)都共享這個(gè)通信信息。當(dāng)一臺計(jì)算機(jī)在信道上發(fā)送分組或數(shù)據(jù)時(shí)（分組和數(shù)據(jù)包實(shí)質(zhì)上就是一種短的信息，按照特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織而成），網(wǎng)絡(luò)中的每臺計(jì)算機(jī)都會接收到這個(gè)分組，并且將自己的地址與分組中的目的地址進(jìn)行比較，如果相同，則處理該分組，否則將它丟棄。 在廣播網(wǎng)絡(luò)中，若某個(gè)分組是發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的某些計(jì)算機(jī)，則被稱為多點(diǎn)播送或組播；若分組只發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的某一臺計(jì)算機(jī)，則稱為單播。,（2）點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò) 點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是，兩臺計(jì)算機(jī)之間通過一條物理線路連接，若兩臺計(jì)算機(jī)之間沒有直接連接的線路，分組可能要通過一個(gè)或多個(gè)中間結(jié)點(diǎn)的接收、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)，才能將分組從信源發(fā)送到目的地。由于連接多臺計(jì)算機(jī)之間的線路結(jié)構(gòu)可能非常復(fù)雜，存在著多條路由。因此。在點(diǎn)到點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中如何選擇最佳路徑顯得特別重要。 3、按網(wǎng)絡(luò)的使用范圍分類 （1）公用網(wǎng) 公用網(wǎng)由電信部門組建，一般由政府電信部門管理和控制，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸和交換裝置可提供給任何部門和單位使用。公用網(wǎng)分為公共電話交換網(wǎng)（PSTN），數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN），綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）等。 （2）專用網(wǎng) 專用網(wǎng)事由某個(gè)單位或部門組建的，不允許其他部門或單位使用。如：金融、軍隊(duì)、鐵路等行業(yè)都有自己的專用網(wǎng)。,4、按傳輸介質(zhì)分類 （1）有線網(wǎng) 有線網(wǎng)是指采用雙絞線、同軸電纜以及光纖作為傳輸介質(zhì)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 （2）無線網(wǎng) 無線網(wǎng)是指使用電磁波作為傳輸介質(zhì)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它可以傳送無線電波和衛(wèi)星信號，無線網(wǎng)包括如下幾種： 無線電話網(wǎng)：通過手機(jī)上網(wǎng)已成為新的熱點(diǎn)，目前這種聯(lián)網(wǎng)方式費(fèi)用較高、速率不高、但聯(lián)網(wǎng)方式靈活方便。 語音廣播網(wǎng)：價(jià)格低廉、使用方便，但保密性和安全性差。 無線電視網(wǎng):普及率高，但無法再一個(gè)頻道上和用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。 微波通信網(wǎng)：通信保密性和安全性較好。 衛(wèi)星通信網(wǎng)：能進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，但價(jià)格昂貴。,5、按網(wǎng)絡(luò)作用范圍分類 （1）內(nèi)聯(lián)網(wǎng) （2）外聯(lián)網(wǎng) （3）Internet 6、按網(wǎng)絡(luò)的交換功能分類 （1）電路交換：在數(shù)據(jù)傳輸期間，源（發(fā)送點(diǎn)）與目的（接收點(diǎn)）之間構(gòu)成一條實(shí)際連接的專用物理線路。 （2）報(bào)文交換：不需要建立一條專用物理線路，信息分成報(bào)文一站一站地從源地址送到目的地址。即存儲-轉(zhuǎn)發(fā)方式。報(bào)文長度不固定，有點(diǎn)像寄出一封信傳送方式一樣。 （3）分組交換：同樣不需要建立一條專用物理線路，不過信息傳送的單位不是報(bào)文，而是分組。特征是其最大長度比報(bào)文短很多?；驹砼c報(bào)文交換相同。,1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浜腕w系結(jié)構(gòu),1.3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞磻?yīng)了網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。拓?fù)湓O(shè)計(jì)是構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的第一步，也是實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)，它對網(wǎng)絡(luò)的性能、系統(tǒng)可靠性、通信費(fèi)用等都有重大影響。 1、總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 2、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 3、環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 4、混合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 5、樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 6、網(wǎng)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),1、總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),優(yōu)點(diǎn)：1、總線結(jié)構(gòu)需要的電纜數(shù)量少，費(fèi)用低。2、總線結(jié)構(gòu)簡單，又是無源工作，有較高的可靠性。3、易于擴(kuò)充，數(shù)據(jù)端用戶入網(wǎng)靈活。 缺點(diǎn)：1、總線的傳輸距離有限，通信范圍受限制。2、當(dāng)接口發(fā)生故障時(shí)，將影響全網(wǎng)，且診斷和隔離較困難。3、一次僅能由一個(gè)端用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，其他端用戶必須等待，直到獲得發(fā)送權(quán)，因此媒體訪問的控制機(jī)制復(fù)雜。,2、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),目前使用最普遍的以太網(wǎng)星型結(jié)構(gòu)，其交換方式為報(bào)文交換，處于中心位置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備稱為集線器（Hub ），目前集線器逐漸被以太網(wǎng)交換機(jī)代替。 優(yōu)點(diǎn)：1、控制簡單。2、故障診斷和隔離容易。3、方便服務(wù)。 缺點(diǎn)：1、電纜長度和安裝工作量大。2、中央結(jié)點(diǎn)的負(fù)荷較重，形成信息傳輸速率的瓶頸。3、對中央結(jié)點(diǎn)的可靠性和冗余度要求較高。中央結(jié)點(diǎn)一旦發(fā)生故障，將使全網(wǎng)癱瘓。,3、環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),環(huán)型網(wǎng)中各結(jié)點(diǎn)通過環(huán)路接口連在一條首尾相連的閉合環(huán)形通信線路中，環(huán)路上任何結(jié)點(diǎn)均可以請求發(fā)送信息。請求一旦批準(zhǔn)，便可以向環(huán)路發(fā)送信息。環(huán)路網(wǎng)中的數(shù)據(jù)可以是單向也可以是雙向傳輸。由于環(huán)路公用，一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息必須穿越環(huán)中所有的環(huán)路接口，信息流中的目的地址與環(huán)上某結(jié)點(diǎn)地址相符時(shí)，信息被該結(jié)點(diǎn)環(huán)路接口所接收，而后信息急需流向下一環(huán)路接口，一直流回到發(fā)送該信息的環(huán)路接口結(jié)點(diǎn)為止。 優(yōu)點(diǎn)：1、電纜長度短。2、增減工作站時(shí)只需簡單的連接操作。3、可使用光纖。 缺點(diǎn)：1、結(jié)點(diǎn)故障會引起全網(wǎng)故障。2、故障檢測困難。3、環(huán)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的媒體訪問控制協(xié)議都采用令牌傳遞的方式，在負(fù)載較輕時(shí)，信道利用率相對來說就比較低。,4、樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),樹型結(jié)構(gòu)式總線型結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，它是在總線網(wǎng)上加上分支形成的，其傳輸介質(zhì)可有多條分支，但不形成閉合回路，樹型網(wǎng)是一種分層網(wǎng)，其結(jié)構(gòu)可以對稱、聯(lián)系固定，具有一定容錯(cuò)能力，一般一個(gè)分支和結(jié)點(diǎn)的故障不影響另一個(gè)分支結(jié)點(diǎn)的工作，任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)送出的信息都可以傳遍整個(gè)傳輸介質(zhì)，也是廣播式網(wǎng)絡(luò)。一般樹型網(wǎng)上的鏈路相對具有一定的專用性，無須對原網(wǎng)做任何改動就可以擴(kuò)充工作站。 優(yōu)點(diǎn)：1、容易擴(kuò)展。2、故障隔離較容易。 缺點(diǎn)：1、各個(gè)結(jié)點(diǎn)對根的依賴性太大，如果根發(fā)生故障，則全網(wǎng)不能正常工作。,5、網(wǎng)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),優(yōu)點(diǎn)：不受瓶頸問題和失效問題的影響，可靠性高。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)和協(xié)議復(fù)雜，成本也比較高。,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)的基本要素，處于基礎(chǔ)的地位，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很重要。 確定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，要考慮聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)數(shù)量、地理覆蓋范圍、網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)變動的情況，以及今后的升級或擴(kuò)展因素。 以上幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各有千秋，目前符合廣播式布線系統(tǒng)的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其雙絞線傳輸介質(zhì)將會成為21世紀(jì)局域網(wǎng)最流行的趨勢。 在實(shí)際組建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不一定是單一的，通常是這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的綜合。,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇,1.3.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu),1、體系結(jié)構(gòu)中的主要概念 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)是從功能的角度描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)：為了完成計(jì)算機(jī)間的通信合作，把每個(gè)計(jì)算機(jī)互聯(lián)的功能劃分成有明確定義的層次，規(guī)定了同層次進(jìn)程通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口及服務(wù)。將這些同層進(jìn)程通信的協(xié)議以及相鄰層接口統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。,（1）分層,為了理解分層的含義，設(shè)甲乙兩個(gè)外交人員準(zhǔn)備討論有關(guān)外交或其他問題，甲在中國，乙在英國，怎么進(jìn)行討論呢？ 首先，討論要能進(jìn)行下去，甲乙雙方需要有共同感興趣的話題和相關(guān)知識。這樣，雙方才能聽懂對方所談的內(nèi)容是什么。這實(shí)際上就是把雙方的這種認(rèn)識作為一層認(rèn)識層（設(shè)為第三層）來處理。 然后，甲方講漢語，乙方講英語，雙方語言不通仍不能直接通話，因此，雙方都要借助于翻譯，翻譯成了雙方都懂的第三國語言，如英語。這是認(rèn)識層下面的一層，稱為語言層（設(shè)為第二層）。顯然這個(gè)第二層是向第三層提供語言翻譯服務(wù)的。 至此，甲乙雙方還是不能直接通話，因此甲乙雙方在兩個(gè)國家，相距甚遠(yuǎn)，無法面對面交談。因此，還需要下面一層稱為傳送層（設(shè)為第一層）來解決。在這一層，雙方可以按事先約定的方式如電話、電報(bào)或其他形式，將談?wù)摰膬?nèi)容轉(zhuǎn)化成電（或者光）信號，通過物理媒體傳播給對方，完成雙方討論這一任務(wù)。 上面的例子就說明了如何通過分層將復(fù)雜的問題分解成較簡單的問題，這樣的分層做法，使每一層實(shí)現(xiàn)一種相對獨(dú)立的功能，使問題簡易。,在網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)中，第N層是第N-1層的用戶，同時(shí)是第N+1層的服務(wù)提供者，分層結(jié)構(gòu)的好處： 獨(dú)立性強(qiáng) 功能簡單 適應(yīng)性強(qiáng) 易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù) 大多數(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都采用層次式結(jié)構(gòu)，即將一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為若干層次，處在高層次的系統(tǒng)僅是利用較低層次的系統(tǒng)提供的接口和功能，不需了解低層實(shí)現(xiàn)該功能所采用的算法和協(xié)議；較低層次也僅是使用從高層系統(tǒng)傳送來的參數(shù)，這就是層次間的無關(guān)性，層次間的每個(gè)模塊可以用一種新的模塊取代，只要新的模塊與舊的模塊具有相同的功能和接口，而它們使用的算法和協(xié)議可以不一樣。,(2) 實(shí)體,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中不同系統(tǒng)的兩實(shí)體間只有在通信的基礎(chǔ)上，才有可能相互交換信息，共享網(wǎng)絡(luò)資源。一般來說，實(shí)體是能發(fā)送和接收信息的任何東西，可以指用戶應(yīng)用程序、文件傳送包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、電子郵件設(shè)備和終端等，系統(tǒng)可包含一個(gè)或多個(gè)實(shí)體（如主機(jī)和終端等）。,(3) 服務(wù),在服務(wù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)中，層與層之間具有服務(wù)與被服務(wù)的單向依賴關(guān)系，下層向上層提供服務(wù)，而上層則調(diào)用下層服務(wù)。因此，我們可稱任意相鄰兩層的下層為服務(wù)提供者，上層為服務(wù)調(diào)用者，下層為上層提供的服務(wù)可分為兩類，它們是面向連接的服務(wù)和無連接的服務(wù)。 面向連接的服務(wù)類似電話系統(tǒng)的服務(wù)模式。每一次完整的數(shù)據(jù)傳輸都必須經(jīng)過建立連接、使用連接和拆除連接三個(gè)過程。類似于使用電話時(shí)的撥號、通話、掛斷，連接本質(zhì)上像一根管道，發(fā)送者在管道的一端發(fā)送數(shù)據(jù)，接受者在另一端取出數(shù)據(jù)，其特點(diǎn)是收發(fā)的數(shù)據(jù)不僅順序一致，而且內(nèi)容相同。 無連接的服務(wù)類似郵政系統(tǒng)的服務(wù)模式。傳輸數(shù)據(jù)的每個(gè)分組都攜帶完整的目標(biāo)地址，各分組在系統(tǒng)中獨(dú)立傳送。由于它們可能經(jīng)過了不同的路徑，所以無法保證先發(fā)送的分組一定先到達(dá)。,相鄰層之間通過一組服務(wù)原語建立相互作用，完成服務(wù)與被服務(wù)的過程。服務(wù)原語可劃分為四類，分別是請求、指示、響應(yīng)和確認(rèn)。由不同層發(fā)出的每條原語完成各自確定的功能。,四類服務(wù)原語,（4） 協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)與終端間要想正確地傳送信息和數(shù)據(jù)，必須在數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞颉?shù)據(jù)的格式及內(nèi)容等方面有一個(gè)約定或規(guī)則，這種約定或規(guī)則稱作協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要有3個(gè)組成部分。 語義：是對協(xié)議元素的含義進(jìn)行解釋，不同類型的協(xié)議元素所規(guī)定的語義是不同的。 語法：將若干個(gè)協(xié)議元素和數(shù)據(jù)組合在一起用來表達(dá)一個(gè)完整的內(nèi)容所應(yīng)遵循的格式，也就是對信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作一種規(guī)定。 時(shí)序：對事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。例如在雙方經(jīng)行通信時(shí)，發(fā)送點(diǎn)發(fā)出一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文，如果目標(biāo)點(diǎn)正確收到，則回答源點(diǎn)接收正確；若接收到錯(cuò)誤的信息，則要求源點(diǎn)重發(fā)一次。 協(xié)議實(shí)質(zhì)上市網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)所使用的一種語言。,（5） 常用的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),目前使用得最多的是OSI參考模型、TCP/IP參考模型和ATM參考模型。,網(wǎng)絡(luò)分層模型,解決異種網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)所遇到的兼容性問題 將服務(wù)、接口和協(xié)議這三個(gè)概念區(qū)分開來 使網(wǎng)絡(luò)的不同功能模塊分擔(dān)起不同的職責(zé) 減輕問題的復(fù)雜程度 在各層分別定義標(biāo)準(zhǔn)接口，各層相對獨(dú)立 能有效刺激網(wǎng)絡(luò)技術(shù)革新 便于研究和教學(xué),2、ISO/OSI參考模型,20世紀(jì)80年代早期，ISO即開始致力于制定一套普遍適用的規(guī)范集合，以使得全球范圍的計(jì)算機(jī)平臺可進(jìn)行開放通信。ISO創(chuàng)建了一個(gè)有助于開發(fā)和理解計(jì)算機(jī)的通信模型，即開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）模型。 OSI模型將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分為七層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。每一層均有自己的一套功能集，并與緊鄰的上層和下層交互作用。在頂端和底端之間的每一層均能確保數(shù)據(jù)以一種可讀、無錯(cuò)、排序正確的格式被發(fā)送。,OSI七層參考模型,開放系統(tǒng)互連參考模型,,,,,,,4.傳輸層,,2.數(shù)據(jù)鏈路層,,3.網(wǎng)絡(luò)層,,,,,1.物理層,,,,,,,,,,5.會話層,6.表示層,面向用戶應(yīng)用,面向數(shù)據(jù)傳輸,,7.應(yīng)用層,（1） 物理層,物理層上的協(xié)議也稱為接口，它定義了為建立、維護(hù)和拆除物理鏈路所需要機(jī)械的、電氣的、功能和規(guī)程的特性，確保物理層能在相鄰物理設(shè)備之間正確地收、發(fā)比特流信息，但對數(shù)據(jù)不做差錯(cuò)控制。 兩個(gè)相鄰并彼此通信的設(shè)備按ISO得術(shù)語分別稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備（DCE）。 DTE：是指用戶端任何產(chǎn)生傳輸用數(shù)據(jù)的設(shè)備，通常是指一臺計(jì)算機(jī)或終端。 DCE：是指在數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑炊撕湍康牡囟耸雇ㄐ诺靡詫?shí)現(xiàn)的設(shè)備，它負(fù)責(zé)建立、維護(hù)并取消物理連接，并在傳輸介質(zhì)和DTE間進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換和編碼，也稱數(shù)據(jù)通信設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器等。,物理層完成的主要功能： 1、二進(jìn)制在線路上的表示和傳輸二進(jìn)制“位”信號。 2、指定傳輸方式的要求。 3、當(dāng)建立、維護(hù)和其他設(shè)備的物理連接時(shí)，提供需要的機(jī)械、電氣、功能特性和規(guī)程特性。 在物理層中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝粸楸忍兀╞it）。,物理層,為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連設(shè)備 包括激活物理連接、傳送數(shù)據(jù)、終止物理連接這3個(gè)步驟 為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境 正確地傳輸比特流 常見協(xié)議 EIA/TIA 232（RS-232-C ） 典型設(shè)備 中繼器：連接兩個(gè)（或多個(gè)）網(wǎng)段，對信號起中繼放大作用 ，以此來延長網(wǎng)絡(luò)的長度 集線器：可以將多臺設(shè)備以星形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接起來，組成共享型的網(wǎng)絡(luò),（2） 數(shù)據(jù)鏈路層,數(shù)據(jù)鏈路層是控制網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間的通信，它的主要功能是將從網(wǎng)絡(luò)層接收到得數(shù)據(jù)封裝成特定的可被物理層傳輸?shù)膸‵rame）。物理層的傳輸以比特位單位，而數(shù)據(jù)鏈路層則以幀為單位。幀是用來移動數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)包，它不僅包括原始（未加工）數(shù)據(jù)，還包括發(fā)送方和接收方的網(wǎng)絡(luò)地址以及糾錯(cuò)和控制信息。其中的地址確定了幀將發(fā)送到何處，而糾錯(cuò)和控制信息則確保幀無差錯(cuò)到達(dá)。 常見的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議包括有：高級數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）；同步數(shù)據(jù)連接控制（SDLC）；局域網(wǎng)協(xié)議，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)和光纖分布數(shù)據(jù)接口（FDDI）；廣域網(wǎng)協(xié)議，如幀中繼和ISDN。,數(shù)據(jù)鏈路層完成的主要功能有： 1、數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護(hù)與釋放的管理工作。 2、將傳輸數(shù)據(jù)增加的同步信息、校驗(yàn)信息及地址信息封裝成數(shù)據(jù)幀。 3、數(shù)據(jù)幀傳輸順序的控制。 4、差錯(cuò)控制。 5、數(shù)據(jù)流量控制。,數(shù)據(jù)鏈路層,數(shù)據(jù)鏈路的建立、拆除 對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢錯(cuò)、糾錯(cuò) 將數(shù)據(jù)分成幀，以數(shù)據(jù)幀為單位進(jìn)行傳輸 典型設(shè)備 網(wǎng)橋：連接兩個(gè)局域網(wǎng)，在各種傳輸介質(zhì)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)信號，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的距離，有效地限制兩個(gè)介質(zhì)系統(tǒng)中無關(guān)緊要的通信 交換機(jī)：按每一個(gè)包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉(zhuǎn)發(fā) ，轉(zhuǎn)發(fā)延遲小，將網(wǎng)絡(luò)分成小的沖突網(wǎng)域，為每個(gè)工作站提供更高的帶寬,（3） 網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層其主要功能是將網(wǎng)絡(luò)地址翻譯成對應(yīng)的物理地址，并決定如何將數(shù)據(jù)從發(fā)送方路由到接收方。網(wǎng)絡(luò)層在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)通過綜合考慮發(fā)送優(yōu)先權(quán)、網(wǎng)絡(luò)擁堵程度、服務(wù)質(zhì)量以及可選路由的花費(fèi)來決定從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)A到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)B的最佳路徑。由于網(wǎng)絡(luò)層處理路由，而路由器因?yàn)榧冗B接網(wǎng)絡(luò)各段，又智能指導(dǎo)數(shù)據(jù)傳送，所以屬于網(wǎng)絡(luò)層。 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議還能補(bǔ)償數(shù)據(jù)發(fā)送、傳輸以及接收的設(shè)備能力的不平衡性。為完成這一任務(wù)，網(wǎng)絡(luò)層對數(shù)據(jù)包進(jìn)行分段和重組。分段既是指當(dāng)數(shù)據(jù)從一個(gè)能處理較大數(shù)據(jù)單元的網(wǎng)絡(luò)段傳送到僅能處理較小數(shù)據(jù)單元的網(wǎng)絡(luò)段時(shí)，網(wǎng)絡(luò)層減少數(shù)據(jù)單元的大小的過程。重組過程既是重構(gòu)被分段的數(shù)據(jù)單元。 網(wǎng)絡(luò)層使用的通用協(xié)議包括有：1、X.25，這是一種面向連接的分組包交換協(xié)議。2、IP（網(wǎng)間互聯(lián)協(xié)議），這是互聯(lián)網(wǎng)上主要使用的協(xié)議。3、IPX（網(wǎng)間包交換協(xié)議），這是Novell NetWare的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸單位是分組或包。,網(wǎng)絡(luò)層完成的主要功能如下： 1、通過路徑選擇將信息從最合適的路徑由發(fā)送端傳送到接收端。 2、防止通信子網(wǎng)信息流量過大造成網(wǎng)絡(luò)阻塞。 3、網(wǎng)絡(luò)連接的建立和管理。 典型設(shè)備 路由器：決定最優(yōu)路由和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,（4） 傳輸層,物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及網(wǎng)絡(luò)層屬于通信子網(wǎng)的范疇，會話層、表示層及應(yīng)用層則屬于資源子網(wǎng)的范疇，傳輸層是資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)的界面與橋梁，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵部分，它利用通信子網(wǎng)提供的服務(wù)，完成資源子網(wǎng)中兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間（比如結(jié)點(diǎn)A與結(jié)點(diǎn)B，可能屬于不同的網(wǎng)段上）的直接邏輯通信，實(shí)現(xiàn)通信子網(wǎng)端對端通信的透明性。無論通信子網(wǎng)提供的服務(wù)有什么特點(diǎn)（面向連接的或無連接的），可靠性如何，經(jīng)傳輸層處理后，都應(yīng)表現(xiàn)為可靠地、順序提交的服務(wù)。 常用的傳輸層協(xié)議有：1、TCP/IP協(xié)議集中的傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）。2、SPX（有序包交換協(xié)議）。3、國際標(biāo)準(zhǔn)X.224（ISO 8073）。 傳輸層信息的傳送單位是報(bào)文。,傳輸層主要完成的功能有： 1、分割和重組報(bào)文。 2、提供可靠地端到端的服務(wù)。 3、傳輸層的流量控制。 4、提供面向連接的和無連接數(shù)據(jù)的傳輸服務(wù)。 實(shí)現(xiàn)端到端的可靠傳輸 進(jìn)行流量控制、差錯(cuò)控制、虛電路管理 在通信子網(wǎng)和高層之間起承上啟下的作用,（5） 會話層,在會話層及以上的高層次中，數(shù)據(jù)傳送的單位不再另外命名，統(tǒng)稱為報(bào)文。會話層不參與具體的傳輸，是在不同計(jì)算機(jī)上的進(jìn)程之間建立通信會話，功能包括建立、維護(hù)、同步、管理通信實(shí)體間的對話以及訪問身份驗(yàn)證等。如服務(wù)器驗(yàn)證用戶登錄便是由會話層完成的。 會話層主要功能有： 1、允許用戶在設(shè)備之間建立、維持和終止會話。 2、管理會話。 3、使用遠(yuǎn)程地址建立連接。,（6）表示層,表示層如同應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)之間的翻譯官，在表示層，數(shù)據(jù)將按照網(wǎng)絡(luò)能理解的方案經(jīng)行格式化，這種格式化也因所使用網(wǎng)絡(luò)的類型不同而不同。表示層管理數(shù)據(jù)的解密與加密，如系統(tǒng)口令的處理。此外表示層協(xié)議還對圖片和文件格式信息進(jìn)行解碼和編碼。 表示層完成的主要功能有： 1、對數(shù)據(jù)編碼格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 2、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)。 3、建立數(shù)據(jù)交換格式。 4、數(shù)據(jù)的安全與保密。 5、其他的特殊服務(wù)。,（7） 應(yīng)用層,應(yīng)用層負(fù)責(zé)對軟件提供接口以使程序能使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。應(yīng)用層提供的服務(wù)包括文件傳輸、文件管理以及電子郵電的信息處理。 應(yīng)用層完成的主要功能有： 1、作為用戶應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)間的接口。 2、使用戶的應(yīng)用程序能夠與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互式聯(lián)系。,OSI七層參考模型,允許接入網(wǎng)絡(luò)資源,應(yīng)用層,表示層,會話層,傳輸層,網(wǎng)絡(luò)層,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,建立、管理和終止會話,將分組從源端傳送到目的端； 提供網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),在媒體上傳輸比特； 提供機(jī)械的和電氣的規(guī)約,對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、 加密和壓縮,提供可靠的端到端的 報(bào)文傳輸和差錯(cuò)控制,將分組數(shù)據(jù)封裝成幀； 提供節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)方式的傳輸,,,,,,,,3、TCP/IP的體系結(jié)構(gòu),（1）TCP/IP概述 TCP/IP是20世紀(jì)70年代中期，美國國防部為其ARPANET廣域網(wǎng)開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。到80年代它被確定為因特網(wǎng)的通信協(xié)議。 TCP/IP是一組通信協(xié)議的代名詞，是由一系列協(xié)議組成的協(xié)議簇。它本身指兩個(gè)協(xié)議集：TCP為傳輸控制協(xié)議，IP為互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 TCP/IP雖不是國際標(biāo)準(zhǔn)，但它是為全世界廣大用戶和廠商接受的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。是目前最流行的商業(yè)化的協(xié)議，并被公認(rèn)為當(dāng)前的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或“事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)”。,TCP/IP協(xié)議特點(diǎn)： 1、開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以免費(fèi)使用； 2、獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)，更適用于互聯(lián)網(wǎng)中； 3、統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得整個(gè)TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有唯一的地址； 4、標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。,（2） TCP/IP層次結(jié)構(gòu),（1）網(wǎng)絡(luò)接口層 這是TCP/IP模型的最底層，負(fù)責(zé)接收從IP層（網(wǎng)際層）交來的IP數(shù)據(jù)報(bào)，并將IP數(shù)據(jù)報(bào)通過低層物理網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，或者從底層物理網(wǎng)絡(luò)上接收物理幀，抽取出IP數(shù)據(jù)報(bào)，交給IP層。 TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)并沒有定義具體的網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議，而是旨在提供靈活性，以適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)類型，這也說明了TCP/IP協(xié)議可以運(yùn)行在任何網(wǎng)絡(luò)之上。 （2）網(wǎng)際層 網(wǎng)際層是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基礎(chǔ)，它的主要功能是負(fù)責(zé)相鄰結(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳送，為要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息分配地址，進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的打包，并選擇合適的路徑將其發(fā)送到目的站點(diǎn)。在網(wǎng)際層中，最常用的協(xié)議是網(wǎng)際協(xié)議IP，其他一些協(xié)議用來協(xié)助IP的操作。,（3）傳輸層 傳輸層的作用是在源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)的兩個(gè)進(jìn)程實(shí)體之間提供可靠的端到端的數(shù)據(jù)傳輸。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，傳輸層協(xié)議規(guī)定接收端必須發(fā)回確認(rèn)，并且假定分組丟失，必須重新發(fā)送。傳輸層還要解決不通應(yīng)用程序的標(biāo)識問題，因?yàn)樵谝话愕耐ㄓ糜?jì)算機(jī)中，常常是多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)訪問互聯(lián)網(wǎng)。為區(qū)別各個(gè)應(yīng)用程序，傳輸層在每一個(gè)分組中增加識別信源和信宿應(yīng)用程序的標(biāo)記。另外，傳輸層的每一個(gè)分組均附帶校驗(yàn)碼，以便接收結(jié)點(diǎn)檢查接收到的分組的正確性。 （4）應(yīng)用層 在TCP/IP模型中，應(yīng)用程序接口是最高層，它與OSI模型中的高3層的任務(wù)相同，都是用于提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，比如文件傳輸、遠(yuǎn)程登錄、域名服務(wù)和簡單網(wǎng)絡(luò)管理等。,（3） TCP/IP協(xié)議集,TCP/IP協(xié)議時(shí)一個(gè)協(xié)議集，由多個(gè)子層協(xié)議分層組成。TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)包括4層，但是實(shí)際上只有3個(gè)層次包含協(xié)議，最底層網(wǎng)絡(luò)接口層不包含協(xié)議。 1、網(wǎng)際層協(xié)議 在TCP/IP協(xié)議集中，工作在網(wǎng)際層的協(xié)議主要有網(wǎng)際協(xié)議（IP）、網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議（ICMP）、網(wǎng)際主機(jī)組管理協(xié)議（IGMP）、地址解析協(xié)議（ARP）、逆向地址解析協(xié)議（RARP）。 （1）網(wǎng)際協(xié)議 網(wǎng)際協(xié)議（IP）的任務(wù)是對數(shù)據(jù)包進(jìn)行相應(yīng)的尋址和路由，并從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，IP協(xié)議在每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包前加入一個(gè)控制信息，其中包含了源主機(jī)的IP地址（IP地址相當(dāng)于OSI模型中網(wǎng)絡(luò)層的邏輯地址），目的主機(jī)的IP地址和其他一些信息。IP協(xié)議的另一項(xiàng)工作室分割和重編在傳輸層被分割的數(shù)據(jù)包。由于數(shù)據(jù)包要從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)所支持傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的大小不相同時(shí)，IP協(xié),議就要在發(fā)送端講數(shù)據(jù)包分割，然后再分割的每一段前加入控制信息進(jìn)行傳輸。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)包后，IP協(xié)議將所以得片段重新組合形成原始的數(shù)據(jù)。 IP是一個(gè)無連接的協(xié)議。無連接是指主機(jī)之間不建立用于可靠通信的端到端的連接，源主機(jī)只是簡單地講IP數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，而IP數(shù)據(jù)包可能會丟失、重復(fù)、延遲時(shí)間大或者次序會混亂。因此，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的可靠的傳輸，就必須依靠高層的協(xié)議或應(yīng)用程序，如傳輸層的TCP協(xié)議。 （2）網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議（ICMP） 網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議為IP協(xié)議提供差錯(cuò)報(bào)告。由于IP是無連接的，且不進(jìn)行差錯(cuò)檢測，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送錯(cuò)誤時(shí)它不能檢測錯(cuò)誤。向發(fā)送IP數(shù)據(jù)包的主機(jī)匯報(bào)錯(cuò)誤就是ICMP的責(zé)任。例如，如果某臺設(shè)備部能講一個(gè)IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它就向發(fā)送數(shù)據(jù)包的源主機(jī)發(fā)送一個(gè)信息，并通過ICMP解釋這個(gè)錯(cuò)誤。ICMP能夠報(bào)告的一些普通錯(cuò)誤類型有：目標(biāo)無法到達(dá)、阻塞、請求和應(yīng)答等。,（3）網(wǎng)際主機(jī)組管理協(xié)議（IGMP） IP協(xié)議只是負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)包傳輸，而點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)據(jù)包傳輸則要依靠網(wǎng)際主機(jī)組管理協(xié)議IGMP來完成。它負(fù)責(zé)報(bào)告主機(jī)組之間的關(guān)系，以便相關(guān)的設(shè)備（路由器）可支持多播發(fā)送。 （4）地址解析協(xié)議（ARP） 地址解析協(xié)議（ARP）的作用是將IP地址映射到物理地址。由于ARP是由TCP/IP控制的，所以應(yīng)用程序不能與其直接進(jìn)行通信。當(dāng)應(yīng)用程序希望與某臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信時(shí)，如果主機(jī)不知道對方的MAC地址，則不能完成數(shù)據(jù)幀的封裝。所以，主機(jī)的TCP/IP協(xié)議會發(fā)送ARP解析廣播去尋找對應(yīng)于目的IP地址的MAC地址。 （5）反向地址解析協(xié)議（RARP） 反向地址解析協(xié)議（RARP）用于完成從物理地址向IP地址的轉(zhuǎn)換，這個(gè)轉(zhuǎn)換的過程的地址解析協(xié)議的逆過程。,2、傳輸層協(xié)議 TCP/IP在傳輸層提供了兩個(gè)主要的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)協(xié)議（UDP），分別提供端到端可靠和不可靠的服務(wù)。 （1）傳輸控制協(xié)議（TCP） TCP協(xié)議是一種可靠的、面向連接的、端到端的傳輸協(xié)議。它利用IP層提供的不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，在將數(shù)據(jù)從一端發(fā)送到另一端時(shí)，為應(yīng)用層提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。 對于大量數(shù)據(jù)的傳輸，通常都采用TCP傳送。 TCP協(xié)議還具有完成流量控制、協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的發(fā)送與接收速度等功能，以達(dá)到正確傳輸?shù)哪康摹?（2）用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP） UDP協(xié)議提供的是無連接、不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)投遞服務(wù)。在傳輸過程，UDP報(bào)文有可能會出現(xiàn)丟失、重復(fù)及亂序現(xiàn)象，并且UDP協(xié)議不進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)。使用UDP協(xié)議的應(yīng)用層的應(yīng)用程序必須實(shí)現(xiàn)可靠性機(jī)制和差錯(cuò)控制，以保證端到端數(shù)據(jù)的正確性。由于不能提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，因此，UDP協(xié)議主要用于不要求分組順到達(dá)的傳輸中，分組傳輸順序檢查與排序由應(yīng)用層完成。 UDP常用于數(shù)據(jù)量較少的數(shù)據(jù)傳輸。面向連接的通信只能在兩個(gè)主機(jī)之間進(jìn)行，若要實(shí)現(xiàn)多個(gè)主機(jī)之間的一對多或多對多的數(shù)據(jù)傳輸，即廣播或多播，就需要使用UDP協(xié)議。,3、應(yīng)用層協(xié)議 （1）遠(yuǎn)程登錄協(xié)議（Telnet） 本地主機(jī)作為仿真終端登錄到遠(yuǎn)程主機(jī)上運(yùn)行應(yīng)用程序。 （2）文件傳輸協(xié)議（FTP） 實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間的文件傳送。 （3）簡單郵件傳輸協(xié)議（SMTP） 實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間電子郵件的傳送 （4）域名服務(wù)協(xié)議（DNS） 提供域名到IP地址的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的文字名字到IP地址的映射，允許對域名資源經(jīng)行分散管理。 （5）動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP） 是為大量客戶機(jī)提供快速、方便、有效分配IP地址的方法。它從一個(gè)地址池中吧IP地址分配給請求主機(jī)。 （6）超文本傳輸協(xié)議（HTTP） 用于WEB服務(wù)，為此建立客戶機(jī)和服務(wù)器之間的同學(xué)，實(shí)現(xiàn)圖文并茂的超文本的傳輸。,OSI模型的缺陷,OSI模型并沒有完全實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)椋?（1）OSI模型協(xié)議制定的時(shí)機(jī)較晚，OSI協(xié)議出現(xiàn)時(shí)，TCP/IP協(xié)議已大量應(yīng)用在大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)。人們不會輕易改動協(xié)議。 （2）OSI模型設(shè)計(jì)亦有一定缺陷。首先會話層對大多數(shù)應(yīng)用沒有用，表示層幾乎是空的；而數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層功能太多，隨后又把它們分成了幾個(gè)子層，每個(gè)子層都有不同的功能。 （3）OSI模型以及與其相關(guān)的服務(wù)定義和協(xié)議極其復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來困難且操作效率不高。,TCP/IP協(xié)議棧,,應(yīng)用層,表示層,會話層,傳輸層,網(wǎng)絡(luò)層,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,IP,ICMP,IGMP,RARP,ARP,UDP,TCP,各種應(yīng)用程序?qū)?SMTP,FTP,……,DNS,SNMP,NFS,TFTP,由底層網(wǎng)絡(luò)定義的協(xié)議,Ethernet,Token-Ring,FDDI,X.25,Wirless,ATM,1.4 小結(jié),復(fù)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述基礎(chǔ),第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的理論基礎(chǔ)。所謂數(shù)據(jù)通信，是指按照一定的通信協(xié)議，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)信息的傳輸、交換、存儲和處理的技術(shù)。本章將介紹數(shù)據(jù)通信方面的基礎(chǔ)知識，掌握這方面的知識將有助于加深對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工作原理的理解，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。,2.1 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識,2.1.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念 1、信息 信息是人們對現(xiàn)實(shí)世界事物的存在方式或運(yùn)動狀態(tài)的某種認(rèn)識。在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中，信息是數(shù)據(jù)的集合、含義與解釋，信息的交換是通信的目的。信息的表現(xiàn)形式多種多樣，可以是數(shù)值、文字、圖形、聲音、圖像和動畫等。 2、數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)是人們對客觀事實(shí)進(jìn)行描述與記載的物理符號。在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)是指能夠被計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字、字母和符號等具有一定意義的實(shí)體。 數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。連續(xù)變化的物理量是模擬數(shù)據(jù)，如聲音的大小、光線的強(qiáng)弱等。離散不連續(xù)的量是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，如電壓的有無、閉合回路的開關(guān)等。,3、信號 信號是數(shù)據(jù)的具體物理表現(xiàn)，具有確定的物理描述，如電壓、磁場強(qiáng)度等。 與數(shù)據(jù)相似，信號也可以分為模擬與數(shù)字兩種形式。模擬信號是在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可以連續(xù)取值的信號，是一種連續(xù)變化的信號。傳統(tǒng)的電話機(jī)輸出的語音信號、電視攝像機(jī)產(chǎn)生的圖像信號以及廣播電視信號等都是模擬信號。數(shù)字信號是一種離散的脈沖序列，它取幾個(gè)不連續(xù)的物理狀態(tài)來代表數(shù)字，計(jì)算機(jī)通信使用的離散數(shù)字是二進(jìn)制數(shù)字0和1，它們分別由信號的兩個(gè)物理狀態(tài)（如低電平和高電平）來表示。,模擬信號與數(shù)字信號波形,2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型,（1）信源 信源就是信息的發(fā)送端，是發(fā)出待傳送信息的人或設(shè)備。常用的信源設(shè)備有電話機(jī)的話筒、攝像機(jī)、傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)等。它們把各種可能的信息裝換成原始信號。 （2）信號變換器/信號反變換器 為了使信號能適合在信道上傳輸，就要通過各種變換器將原始信號轉(zhuǎn)換成需要的信號。例如，利用模擬傳輸系統(tǒng)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)就需要調(diào)制解調(diào)器。 同樣，在信號送達(dá)信宿之前，需要相應(yīng)的信號反變換器對信號再次進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以成為能被信宿識別的原始信號。 （3）信道 信道是傳送信號的路徑，是連接發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的線路，由傳輸介質(zhì)及相應(yīng)的附屬設(shè)備組成。 （4）信宿 信宿也就是信息的接收端，是接收傳送信息的人或設(shè)備。,2、數(shù)據(jù)通信過程 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，通信系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為中心，通過通信線路和分布遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接起來完成通信任務(wù)的。數(shù)據(jù)從信源發(fā)出，通過信道被信宿接收的整個(gè)過程稱為通信過程。 （1）建立通信線路 用戶通過撥號將要通信的對方地址告訴交換機(jī)，交換機(jī)查詢該地址終端，若同意通信，則由交換機(jī)建立通信雙方的物理通道。 （2）建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路 接收端按發(fā)送端發(fā)送的同步信號來校對自己的時(shí)鐘以便與發(fā)送端的發(fā)送取得一致，使雙方設(shè)備處于正確收發(fā)狀態(tài)，通信的雙方核對地址。 （3）數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)通信的主要階段。在建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路后，通信雙方傳輸單個(gè)或若干組數(shù)據(jù)，并傳輸通信控制信號來保證傳輸信息的正確性。 （4）傳輸數(shù)據(jù)結(jié)束 通信雙方通過有關(guān)的通信控制信號確認(rèn)通信即將結(jié)束。 （5）斷開通信線路 由雙方通知交換機(jī)，通信已結(jié)束，可以切斷物理通道。,2.1.3 數(shù)據(jù)通信的主要數(shù)據(jù)指標(biāo),1、傳輸速率 傳輸速率是指單位時(shí)間內(nèi)傳送的信息量，通常采用兩種不同的單位來度量：比特率和波特率。 （1）比特率 比特率又稱信息傳輸速率、信息速率。它便是單位時(shí)間內(nèi)所傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼的位（bit）數(shù)，單位為bit/s或bps。如果一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，每秒內(nèi)傳輸9600位，則它的比特率為9600bps。 （2）波特率 波特率又稱碼元傳輸速率、傳碼率、符號速率、調(diào)制速率。它表示單位時(shí)間內(nèi)信道上實(shí)際傳輸碼元的個(gè)數(shù)，單位為碼元/秒，又稱為波特（Baud），簡記Bd。例如，某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)每秒傳送9600個(gè)碼元，則該系統(tǒng)的波特率為9600Bd，如果系統(tǒng)是二進(jìn)制的，它的比特率是9600bps。,2、誤碼率 誤碼率又稱差錯(cuò)率，它是指二進(jìn)制碼元被傳輸出錯(cuò)的概率。誤碼率=被傳錯(cuò)的碼元數(shù)/傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總數(shù)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，誤碼率通常要求低于10-6。誤碼率越小，通信的可靠性越高。 3、信道容量 信道容量是指單位時(shí)間內(nèi)信道傳輸信息的最大能力，通常傳輸速率表示。信道容量是數(shù)據(jù)傳輸速率的極限。實(shí)際應(yīng)用中，信道容量應(yīng)大于數(shù)據(jù)傳輸速率，以保證通信質(zhì)量，減少誤碼率。 4、信道延遲 信道延遲是指信號在信道中從信源到達(dá)信宿所需要的時(shí)間，它與信道的長度及信號傳播速度有關(guān)。電信號一般以接近光速的速度傳播，但隨介質(zhì)的不同而略有差別。,2.2 數(shù)據(jù)編碼技術(shù),數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)在通過某一介質(zhì)進(jìn)行傳輸時(shí)需要進(jìn)行調(diào)制和編碼。無論是模擬數(shù)據(jù)還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，都需要經(jīng)過編碼變換成適合在介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?；接收端收到信號后還需要將其恢復(fù)成原來的模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。,2.2.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼,2.2.2 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制,2.3 數(shù)據(jù)通信方式,在計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件之間、計(jì)算機(jī)與各種外部設(shè)備之間、計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間，都是以通信的方式傳遞交換數(shù)據(jù)信息。本節(jié)將對通信方式進(jìn)行介紹。 2.3.1 并行通信與串行通信 并行傳輸優(yōu)勢在于速度，并行通信適用于近距離傳輸。 串行通信比并行通信傳輸速度慢，但串行通信節(jié)省了大量通信設(shè)備和通信線路，其更適合遠(yuǎn)距離通信。其在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中普遍采用。,2.3.2 單工、半雙工、全雙工通信,按照數(shù)據(jù)在線路上的流向，串行數(shù)據(jù)通信可分為3種類型：單工通信、半雙工通信和全雙工通信。,2.3.3 異步傳輸與同步傳輸,2.3.1 異步傳輸方式 異步傳輸方式是指在被傳送的字符前后加上起止為，實(shí)現(xiàn)定時(shí)的傳輸方式，因此又稱為起止式同步。它以一個(gè)個(gè)的字符為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并在每個(gè)字符代碼的前后分別附加上起始位和停止位，這些標(biāo)記數(shù)據(jù)起止的位又叫做成幀信息。 異步傳輸存在一個(gè)潛在的問題，即接收方步知道數(shù)據(jù)會在什么時(shí)候到達(dá)。在它檢測到數(shù)據(jù)并做出響應(yīng)之前，第一個(gè)比特已經(jīng)過去了。因此，每次異步傳輸?shù)男畔⒍家砸粋€(gè)起始位開頭，它通知接收方數(shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到了，這就給了接收方響應(yīng)、接收和緩存數(shù)據(jù)比特的時(shí)間；在傳輸結(jié)束時(shí)，一個(gè)停止位表示該次傳輸信息的終止。例如在鍵盤上按數(shù)字1，按照8bit的擴(kuò)展ASCII編碼，將發(fā)送00110001，同時(shí)需要在8bit的前面加一個(gè)起始位，后面加一個(gè)停止位。 異步傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)比較容易，由于每個(gè)信息都加上了“同步”信息，因此計(jì)時(shí)的漂移不會產(chǎn)生大的累積，但卻產(chǎn)生了較多的開銷。在上面的例,子，每8bit要多傳送2bit，總的傳輸負(fù)載就增加25%。因此異步傳輸常用于低速設(shè)備。這種傳輸方式的特點(diǎn)是同步實(shí)現(xiàn)簡單，收發(fā)雙方的時(shí)鐘信號不需要嚴(yán)格同步；缺點(diǎn)是對每一個(gè)字符都需要加入起、止碼元，使傳輸效率降低，。 2.3.2 同步傳輸方式 同步傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)送一般以組（或稱幀）為單位，一組數(shù)據(jù)包含多個(gè)字符收發(fā)之間的碼組或幀同步，是通過傳輸特定的傳輸控制字符或同步序列來完成的，傳輸效率較高。 同步傳輸?shù)谋忍胤纸M要大得多。它不是獨(dú)立發(fā)送每個(gè)字符（每個(gè)字符都有自己的開始位和停止位），而是把它們組合起來一起發(fā)送。通常將這些組合稱為數(shù)據(jù)幀，或簡稱為幀。 數(shù)據(jù)幀的第一部分包含一組同步字符。它是一個(gè)獨(dú)特的比特組合，類似于前面提到的起始位，用于通知接收方一個(gè)幀已經(jīng)到達(dá)，但它還同時(shí)能確保接收方的采樣速度和比特的到達(dá)速度保持一致，收收發(fā)雙方進(jìn)入同步。幀的最后一部分是一個(gè)幀的結(jié)束標(biāo)記。它與同步字符一樣，它也是一個(gè)獨(dú)特的比特串，類似于前面提到的停止位，用于表示在下一幀開始之前沒有別的即將到達(dá)的數(shù)據(jù)了。,同步傳輸通常要比異步傳輸速度快的多。接收方不必對每個(gè)字符進(jìn)行開始和停止的操作。一旦檢測到幀同步字符，它就在接下來的數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)接收它們。另外同步傳輸?shù)拈_銷也比較少。例如，一個(gè)典型的幀可能有500B（即4000bit）的數(shù)據(jù)，其中可能只含100bit的開銷。這時(shí)，增加的比特位使傳輸?shù)谋忍乜倲?shù)增加2.5%，這與異步傳輸中的25%的增加要小的多。 隨著數(shù)據(jù)幀中實(shí)際數(shù)據(jù)比特位的增加，開銷比特所占的百分比將相應(yīng)的減少。但是，數(shù)據(jù)比特位越長，緩存數(shù)據(jù)所需要的緩沖區(qū)也越來越大，這就限制了一個(gè)幀的大小。另外，幀越大，它占據(jù)傳輸媒體的連續(xù)時(shí)間也越長。在極端的情況下，這將導(dǎo)致其他用戶等待時(shí)間較長。,2.4 數(shù)字信號的傳輸方式,2.4.1 基帶傳輸 在數(shù)據(jù)通信中，表示計(jì)算機(jī)二進(jìn)制的比特序列的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號是典型的矩形脈沖信號;矩形脈沖信號的固有頻帶稱做基本頻帶,簡稱為基帶,矩形脈沖信號就叫做基帶信號;在數(shù)字通信信道上，直接傳送基帶信號的方法稱為基帶傳輸;在發(fā)送端，基帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過編碼器變換變?yōu)橹苯觽鬏數(shù)幕鶐盘?，例如曼徹斯特編碼或差分曼徹斯特編碼信號;在接收端由解碼器恢復(fù)成與發(fā)送端相同的矩形脈沖信號;基帶傳輸是一種最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式。 2.5.1頻帶傳輸 利用模擬信道傳輸數(shù)據(jù)信號的方法稱為頻帶傳輸； 調(diào)制解調(diào)器（modem）是頻帶傳輸中最典型的通信設(shè)備。,2.5 多路復(fù)用技術(shù),多路復(fù)用是指數(shù)據(jù)通信中信道的復(fù)用，即利用一個(gè)物理信道同時(shí)傳輸多個(gè)信號，以提高信道利用率，使一條線路能同時(shí)由多個(gè)用戶使用而互不影響。多路復(fù)用主要有頻分多路復(fù)用（FDM）和時(shí)分多路復(fù)用(TDM)。 1、頻分多路復(fù)用（FDM） 在物理信道的可用帶寬超過單個(gè)原始信號所需帶寬情況下,可將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)與傳輸單個(gè)信號帶寬相同(或略寬)的子信道,每個(gè)子信道傳輸一路信號,這就是頻分多路復(fù)用。多路原始信號在頻分復(fù)用前,先要通過頻譜搬移技術(shù)將各路信號的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段上,也即使信號的帶寬不相互重疊,這可以通過采用不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制來實(shí)現(xiàn)。頻分多路復(fù)用FDM的一個(gè)示例見圖,其中8個(gè)信號源輸入到一個(gè)多路復(fù)用器中,該多路復(fù)用器用不同的頻率(f1~f8)調(diào)制每一個(gè)信號,每個(gè)信號需要一個(gè)以它的載波頻率為中心的一定帶寬的通道。為了防止相互干擾,使用保護(hù)帶來隔離每一個(gè)通道,保護(hù)帶是一些不使用的頻譜區(qū)。,2.時(shí)分多路復(fù)用TDM 若媒體能達(dá)到的位傳輸速率超過傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率,則可采用時(shí)分多路復(fù)用TDM技術(shù),也即將一條物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片輪流地分配給多個(gè)信號使用。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號占用,而不像FDM那樣,同一時(shí)間同時(shí)發(fā)送多路信號。這樣,利用每個(gè)信號在時(shí)間上的交叉,就可以在一條物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號。這種交叉可以是位一級的,也可以是由字節(jié)組成的塊或更大的信息組進(jìn)行交叉。 時(shí)分多路復(fù)用TDM不僅僅局限于傳輸數(shù)字信號,也可以同時(shí)交叉?zhèn)鬏斈M信號。另外,對于模擬信號,有時(shí)可以把時(shí)分多路復(fù)用和頻分多路復(fù)用技術(shù)結(jié)合起來使用。一個(gè)傳輸系統(tǒng),可以頻分成許多條子通道,每條子通道再利用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)來細(xì)分。在寬帶局域網(wǎng)絡(luò)中可以使用這種混合技術(shù)。,2.5 數(shù)據(jù)交換技術(shù),第一節(jié) 數(shù)據(jù)交換概述 第二節(jié) 數(shù)據(jù)交換方式 第三節(jié) 幀中繼 第四節(jié) ATM技術(shù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的交換網(wǎng)有兩類：公用交換網(wǎng)和公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng) ? 利用公用交換網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 在公用電話網(wǎng)上只要附加一些呼叫或應(yīng)答裝置，即可實(shí)現(xiàn)用戶終端和計(jì)算中心設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。,通過公用電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,第一節(jié) 數(shù)據(jù)交換概述,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的交換網(wǎng)有兩類：公用交換網(wǎng)和公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng) ? 利用公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)要求本身可解決數(shù)據(jù)交換。在早期的廣域網(wǎng)中，數(shù)據(jù)通過通信子網(wǎng)的交換方式分為兩類： 線（電）路交換方式、存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。,第一節(jié) 數(shù)據(jù)交換概述,第二節(jié) 數(shù)據(jù)交換方式,一、線路交換方式（電路交換方式） 與電話交換方式的工作過程很類似； 兩臺計(jì)算機(jī)通過通信子網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前，首先要在通信子網(wǎng)中建立一個(gè)實(shí)際的物理線路連接，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)通信； 在通信中自始至終使用該條鏈路進(jìn)行信息傳輸，而不允許其它計(jì)算機(jī)和終端同時(shí)共享該條鏈路。,第二節(jié) 數(shù)據(jù)交換方式,一、線路交換方式（電路交換方式） ? 線路交換方式的通信過程 線路建立階段：如果主機(jī)H1要向主機(jī)H2傳輸數(shù)據(jù)，首先要通過通信子網(wǎng)在主機(jī)H1與主機(jī)H2之間建立線路連接。主機(jī)H1首先向通信子網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)A發(fā)送“呼叫請求包”，其中含有需要建立線路連接的源主機(jī)地址與目的主機(jī)地址。節(jié)點(diǎn)A根據(jù)目的主機(jī)地址，根據(jù)路選算法，如選擇下一個(gè)節(jié)點(diǎn)為B，則向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送“呼叫請求包”。其它節(jié)點(diǎn)動作基本類同。至此，從“主機(jī)H1-節(jié)點(diǎn)A-節(jié)點(diǎn)B-節(jié)點(diǎn)C-節(jié)點(diǎn)D-主機(jī)H2”的專用物理線路連接建立完成。,第二節(jié) 數(shù)據(jù)交換方式,一、線路交換方式（電路交換方式） ? 線路交換方式的通信過程 數(shù)據(jù)傳輸階段：在主機(jī)H1與主機(jī)H2通過通信子網(wǎng)的物理線路連接建立以后，主機(jī)H1與主機(jī)H2就可以通過該連接實(shí)時(shí)、雙向交換數(shù)據(jù)。 線路釋放階段：在數(shù)據(jù)傳輸完成后，就要進(jìn)入路線釋放階段。一般可以由主機(jī)H1向主機(jī)H2發(fā)出“釋放請求包”，主機(jī)H2同意結(jié)束傳輸并釋放線路后，將向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送“釋放應(yīng)答包”，然后按照節(jié)點(diǎn)C-節(jié)點(diǎn)B-節(jié)點(diǎn)A-主機(jī)H1次序，依次將建立的物理連接釋放。這時(shí)，此次通信結(jié)束。,第二節(jié) 數(shù)據(jù)交換方式,一、線路交換方式（電路交換方式） ? 線路交換方式的特點(diǎn) 通信子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)是用電子或機(jī)電結(jié)合的交換設(shè)備來完成輸入與輸出線路的物理連接； 交換設(shè)備與線路分為模擬通信與數(shù)字通信兩類； 線路連接過程完成后，在兩臺主機(jī)之間已建立的物理線路連接為此次通信專用，電路利用率低； 通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換設(shè)備不能存儲數(shù)據(jù)，不能改變數(shù)據(jù)內(nèi)容，并且不具備差錯(cuò)控制能力； 信息傳輸效率較高，對用戶提供“透明”傳輸通路。,第二節(jié) 數(shù)據(jù)交換方式,二、報(bào)文交換方式 ? 報(bào)文交換的基本原理 報(bào)文交換不事先建立物理電路，當(dāng)發(fā)送方有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，它把要發(fā)送的數(shù)據(jù)當(dāng)作一個(gè)整體交給中間交換設(shè)備，中間交換設(shè)備先將報(bào)文存儲起來，然后選擇一條合適的空閑輸出線將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)交換設(shè)備，如此循環(huán)往復(fù)直至將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的結(jié)點(diǎn)。 ? 報(bào)文的基本格式,第二節(jié) 數(shù)據(jù)交換方式,二、報(bào)文交換方式 ? 報(bào)文交換的特點(diǎn) 線路效率較高，因?yàn)樵S多報(bào)文可以分時(shí)共享一條節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的通道； 不需要同時(shí)使用發(fā)送器和接收器來傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)可以在接收器可用之前，暫時(shí)存儲這個(gè)報(bào)文； 在線路交換網(wǎng)上，當(dāng)通信量變得很大時(shí)，就不能接受某些呼叫； 報(bào)文交換系統(tǒng)可以把一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地； 根據(jù)報(bào)文的長短或其他特征能夠建立報(bào)文的優(yōu)先權(quán)，使得一些短的、重要的報(bào)文優(yōu)先傳遞，且可以進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。,第二節(jié) 數(shù)據(jù)交換方式,三、分組交換方式 ? 分組交換的基本原理 分組交換與報(bào)文交換的工作方式基本相同，形式上的主要差別在于，分組交換網(wǎng)中要限制所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位的長度,一般選128B。 發(fā)送節(jié)點(diǎn)首先對從終端設(shè)備送來的數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行接收、存儲，而后將報(bào)文劃分成一定長度的分組，并以分組為單位進(jìn)行傳輸和交換。接收節(jié)點(diǎn)將接收到的分組重新組裝成信息或報(bào)文。 ? 分組的基本格式,第二節(jié) 數(shù)據(jù)交換方式,三、分組交換方式 ? 分組交換的實(shí)現(xiàn)方式 虛電路方式：兩個(gè)用戶(DTE)在進(jìn)行通信之前通過網(wǎng)絡(luò)建立的邏輯上的連接。在同一條物理線路上可以同時(shí)建立多個(gè)虛電路。包括呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸和呼叫釋放階段。 數(shù)據(jù)報(bào)方式：每個(gè)分組單獨(dú)傳送，稱為數(shù)據(jù)報(bào)，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)都包含源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的地址信息。 二者之間的比較：,第二節(jié) 數(shù)據(jù)交換方式,三、分組交換方式 ? 分組交換的實(shí)現(xiàn)方式,第二節(jié) 數(shù)據(jù)交換方式,三、分組交換方式 ? 分組交換的特點(diǎn) 具有分段差錯(cuò)流量控制功能，傳輸質(zhì)量高； 對線路動態(tài)多路復(fù)用，傳輸效率高； 可在不同種類的終端之間通信； 服務(wù)質(zhì)量(QoS)可靠，經(jīng)濟(jì)性好； 時(shí)延不固定，平均時(shí)延較長； 分組頭部增加開銷，不適宜傳送實(shí)時(shí)性要求高的數(shù)據(jù)。,第二節(jié) 數(shù)據(jù)交換方式,四、三種交換方式的比較 ? 三種交換技術(shù)總結(jié)如下 線路交換：在數(shù)據(jù)傳送之前需建立一條物理通路，在線路被釋放之前，該通路將一直被一對用戶完全占有； 報(bào)文交換：報(bào)文從發(fā)送方傳送到接收方采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式； 分組交換：此方式與報(bào)文交換類似，但報(bào)文被分成組傳送，并規(guī)定了分組的最大長度，到達(dá)目的地后需重新將分組組裝成報(bào)文。,電路交換 報(bào)文交換 分組交換,第三節(jié) 幀中繼,快速分組交換 （FPS：Fast Packet Switching）可理解為盡量簡化協(xié)議，只具有核心的網(wǎng)絡(luò)功能，以提供高速、高吞吐量、低時(shí)延服務(wù)的交換方式。 一、幀中繼提出的原因 光纖信道的大量使用； 用戶終端的智能化； 用戶數(shù)量和用戶數(shù)據(jù)量的劇增。,二、幀中繼的基本原理 幀中繼的定義 幀中繼是快速分組交換FPS技術(shù)幀方式的一種 。 FPS的目標(biāo)是通過簡化通信協(xié)議