計算機網(wǎng)絡技術電子教案.ppt

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計算機網(wǎng)絡技術教程,制作人：巢湖職業(yè)技術學院計算機系 盛凱,計算機是20世紀人類最偉大的發(fā)明之一，計算機網(wǎng)絡為提高信息社會的生產(chǎn)力提供了一種全社會的、經(jīng)濟的、快速的存取信息的手段。 計算機網(wǎng)絡是計算機技術和通信技術緊密結合的產(chǎn)物，它涉及通信與計算機兩個領域。 由計算機構成的通信網(wǎng)絡，已成為各個國家經(jīng)濟競爭的戰(zhàn)略武器，我國也把建設國家信息基礎設施做為基本國策，積極發(fā)展和建設國家經(jīng)濟信息網(wǎng)絡。計算機網(wǎng)絡將成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚墓ぞ?計算機網(wǎng)絡概述,1.1 計算機網(wǎng)絡的發(fā)展和應用,1.1.1 計算機網(wǎng)絡的發(fā)展 一般來講，計算機網(wǎng)絡的發(fā)展可分為4各階段 第一階段：計算機技術與通信技術相結合，形成計算機網(wǎng)絡的雛形。 第二階段：在計算機通信網(wǎng)絡的基礎上，完成網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議的研究，形成計算機網(wǎng)絡。 第三階段：在解決計算機聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡互聯(lián)標準化問題的背景下，提出開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型與協(xié)議，促進了符合國際標準的計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展。 第四階段：計算機網(wǎng)絡向互聯(lián)、高速、智能化方向發(fā)展，并獲得廣泛的應用。,第一代計算機網(wǎng)絡 20世紀50年代中后期 地理上分散的多個終端 通過通信線路 連接到一臺中心計算機上 以傳輸信息為目的而連接起來，使計算機系統(tǒng)實現(xiàn)遠程信息處理或進一步達到資源共享,通信線路,終端,主機,通信裝置,通信裝置,第二代計算機網(wǎng)絡 20世紀60年代后期 實現(xiàn)遠程資源共享 以通信子網(wǎng)為中心 分組交換網(wǎng)絡 分層的網(wǎng)絡協(xié)議 1969年出現(xiàn)的ARPAnet是第一個現(xiàn)代意義上的計算機網(wǎng)絡 以能夠相互共享資源為目的，互連起來具有獨立功能的計算機的集合體,,,,互聯(lián)設備,,,,工作站,NOS 服務器,打印機,傳輸介質(zhì),第三代計算機網(wǎng)絡 網(wǎng)絡應用越來越廣泛、網(wǎng)絡規(guī)模越來越大、通信更加復雜 各大計算機公司紛紛制定了自己的網(wǎng)絡技術標準 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)絡體系結構，并遵循國際標準的開放式和標準化的網(wǎng)絡,第四代計算機網(wǎng)絡 20世紀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 下一代計算機網(wǎng)絡 多種業(yè)務的融合 統(tǒng)一協(xié)議、統(tǒng)一網(wǎng)絡平臺、統(tǒng)一管理,計算機網(wǎng)絡發(fā)展階段,第一階段為面向終端的計算機網(wǎng)絡，特點是由單個具有自主處理功能的計算機和多個沒有自主處理功能的終端組成網(wǎng)絡。第二階段為計算機-計算機網(wǎng)絡，特點是由具有自主處理功能的多個計算機組成獨立的網(wǎng)絡系統(tǒng)。第三階段為開放式標準化網(wǎng)絡，特點是由多個計算機組成容易實現(xiàn)網(wǎng)絡之間互相連接的開放式網(wǎng)絡系統(tǒng)。,1.1.2 計算機網(wǎng)絡的應用,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 計算機網(wǎng)絡的功能和分類,1.2.1 計算機網(wǎng)絡的定義 利用通信設備和線路將地理位置不同的、功能獨立的多個計算機系統(tǒng)互聯(lián)起來，以功能完善的網(wǎng)絡軟件（即網(wǎng)絡通信協(xié)議和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)等）實現(xiàn)網(wǎng)絡資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)稱為計算機網(wǎng)絡。 一個計算機網(wǎng)絡是由資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)構成的。資源子網(wǎng)負責信息處理，通信子網(wǎng)負責全網(wǎng)中的信息傳遞。,計算機網(wǎng)絡主要由計算機系統(tǒng)（包括計算機和終端）、 網(wǎng)絡節(jié)點（通信處理機）和通信鏈路（通信線路和網(wǎng) 絡設備）等網(wǎng)絡單元組成。從功能上可以將計算機網(wǎng) 絡分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)。 1）通信子網(wǎng) 不同類型的網(wǎng)絡，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)和主機網(wǎng)絡 接板（網(wǎng)卡）組成。而廣域網(wǎng)，除物理傳媒介質(zhì)和主機 網(wǎng)絡接板（網(wǎng)卡）外，必須靠通信子網(wǎng)的轉(zhuǎn)接節(jié)點傳遞 信息。,2）資源子網(wǎng) 資源子網(wǎng)一般由主機系統(tǒng)、終端、相關的外部設備和各種軟硬件資源、數(shù)據(jù)資源組成。 介紹常用的幾個網(wǎng)絡單元及其在網(wǎng)絡中的作用 (1)主計算機 主計算機是在計算機網(wǎng)絡中承擔數(shù)據(jù)處理的計算機系統(tǒng)，可以是單機系統(tǒng)，也可以是多機系統(tǒng)。 (2)通信處理機 通信處理機也稱節(jié)點計算機或前端處理機。它是主計算機與通信線路之間設置的計算機，負責通信控制和通信處理工作。 (3)集中器 集中器設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，降低通信費用。 (4)調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制解調(diào)器提供計算機等數(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)絡各節(jié)點。,計算機網(wǎng)絡具有如下主要特征： 1、計算機網(wǎng)絡是個互聯(lián)的計算機系統(tǒng)的群體，這些計算機系統(tǒng)在物理上是分布的，可能在一個房間內(nèi)，在一個單位里的樓群里，一個或幾個城市里，甚至在全國乃至全球范圍。 2、這些計算機系統(tǒng)是自治的，即每臺計算機是可以獨立工作的，它們是在網(wǎng)絡協(xié)議控制下協(xié)同工作的。網(wǎng)絡協(xié)議是指為進行網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、約定或標準。 3、系統(tǒng)互聯(lián)要通過通信設施（網(wǎng)）來實現(xiàn)。通信設施一般都由通信線路、傳輸、交換設備等組成。 4、系統(tǒng)通過通信設施執(zhí)行信息交換、資源共享、互操作和協(xié)作處理，實現(xiàn)各種應用要求。,1.2.2 計算機網(wǎng)絡的功能,1、數(shù)據(jù)交換和通信 計算機網(wǎng)絡中的計算機之間或計算機與終端之間，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（FTP）。 2、資源共享 充分利用計算機網(wǎng)絡中提供的資源（包括硬件、軟件和數(shù)據(jù)）是計算機網(wǎng)絡組成的主要目標之一。資源共享即可以使用戶減少投資，又可以提高這些計算機資源的利用率。 3、提高系統(tǒng)的可靠性 在一些用于計算機實時控制和要求高可靠性的場合，通過計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)的備份技術可以提高計算機系統(tǒng)的可靠性。當某一臺計算機出現(xiàn)故障時，可以立即由計算機網(wǎng)絡中的另一臺計算機來代替其完成所承擔的任務。 4、分布式網(wǎng)絡處理和負載均衡 對于大型的任務或當網(wǎng)絡中某臺計算機的任務負荷太重時，可將任務分散到網(wǎng)絡中的其他計算機上進行，這樣即可以處理大型的任務，使得一臺計算機不會負擔過重，又提高了計算機的可用性，起到了分布式處理和均衡負荷的作用。,1.2.3 計算機網(wǎng)絡的分類,1、按網(wǎng)絡的覆蓋范圍分類 （1）局域網(wǎng)（LAN） （2）城域網(wǎng)（MAN） （3）廣域網(wǎng)（WAN） 2、按網(wǎng)絡的傳輸技術分類 （1）廣播式網(wǎng)絡 特點是僅有一條通信信息，網(wǎng)絡上的所有計算機都共享這個通信信息。當一臺計算機在信道上發(fā)送分組或數(shù)據(jù)時（分組和數(shù)據(jù)包實質(zhì)上就是一種短的信息，按照特定的數(shù)據(jù)結構組織而成），網(wǎng)絡中的每臺計算機都會接收到這個分組，并且將自己的地址與分組中的目的地址進行比較，如果相同，則處理該分組，否則將它丟棄。 在廣播網(wǎng)絡中，若某個分組是發(fā)送給網(wǎng)絡中的某些計算機，則被稱為多點播送或組播；若分組只發(fā)送給網(wǎng)絡中的某一臺計算機，則稱為單播。,（2）點到點網(wǎng)絡 點到點網(wǎng)絡的特點是，兩臺計算機之間通過一條物理線路連接，若兩臺計算機之間沒有直接連接的線路，分組可能要通過一個或多個中間結點的接收、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)，才能將分組從信源發(fā)送到目的地。由于連接多臺計算機之間的線路結構可能非常復雜，存在著多條路由。因此。在點到點的網(wǎng)絡中如何選擇最佳路徑顯得特別重要。 3、按網(wǎng)絡的使用范圍分類 （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)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN），綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ISDN）等。 （2）專用網(wǎng) 專用網(wǎng)事由某個單位或部門組建的，不允許其他部門或單位使用。如：金融、軍隊、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)的計算機網(wǎng)絡。 （2）無線網(wǎng) 無線網(wǎng)是指使用電磁波作為傳輸介質(zhì)的計算機網(wǎng)絡，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)：通過手機上網(wǎng)已成為新的熱點，目前這種聯(lián)網(wǎng)方式費用較高、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，但無法再一個頻道上和用戶進行實時交互。 微波通信網(wǎng)：通信保密性和安全性較好。 衛(wèi)星通信網(wǎng)：能進行遠距離通信，但價格昂貴。,5、按網(wǎng)絡作用范圍分類 （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）與目的（接收點）之間構成一條實際連接的專用物理線路。 （2）報文交換：不需要建立一條專用物理線路，信息分成報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。報文長度不固定，有點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文，而是分組。特征是其最大長度比報文短很多?；驹砼c報文交換相同。,1.3 計算機網(wǎng)絡的拓撲和體系結構,1.3.1 計算機網(wǎng)絡的拓撲 計算機網(wǎng)絡拓撲反應了網(wǎng)絡中各實體間的結構關系。拓撲設計是構建計算機網(wǎng)絡的第一步，也是實現(xiàn)各種網(wǎng)絡協(xié)議的基礎，它對網(wǎng)絡的性能、系統(tǒng)可靠性、通信費用等都有重大影響。 1、總線型拓撲結構 2、星型拓撲結構 3、環(huán)型拓撲結構 4、混合型拓撲結構 5、樹形拓撲結構 6、網(wǎng)型拓撲結構,1、總線型拓撲結構,優(yōu)點：1、總線結構需要的電纜數(shù)量少，費用低。2、總線結構簡單，又是無源工作，有較高的可靠性。3、易于擴充，數(shù)據(jù)端用戶入網(wǎng)靈活。 缺點：1、總線的傳輸距離有限，通信范圍受限制。2、當接口發(fā)生故障時，將影響全網(wǎng)，且診斷和隔離較困難。3、一次僅能由一個端用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，其他端用戶必須等待，直到獲得發(fā)送權，因此媒體訪問的控制機制復雜。,2、星型拓撲結構,目前使用最普遍的以太網(wǎng)星型結構，其交換方式為報文交換，處于中心位置的網(wǎng)絡設備稱為集線器（Hub ），目前集線器逐漸被以太網(wǎng)交換機代替。 優(yōu)點：1、控制簡單。2、故障診斷和隔離容易。3、方便服務。 缺點：1、電纜長度和安裝工作量大。2、中央結點的負荷較重，形成信息傳輸速率的瓶頸。3、對中央結點的可靠性和冗余度要求較高。中央結點一旦發(fā)生故障，將使全網(wǎng)癱瘓。,3、環(huán)型拓撲結構,環(huán)型網(wǎng)中各結點通過環(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)路上任何結點均可以請求發(fā)送信息。請求一旦批準，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，一個結點發(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)上某結點地址相符時，信息被該結點環(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)路接口結點為止。 優(yōu)點：1、電纜長度短。2、增減工作站時只需簡單的連接操作。3、可使用光纖。 缺點：1、結點故障會引起全網(wǎng)故障。2、故障檢測困難。3、環(huán)路拓撲結構的媒體訪問控制協(xié)議都采用令牌傳遞的方式，在負載較輕時，信道利用率相對來說就比較低。,4、樹型拓撲結構,樹型結構式總線型結構的擴展，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)，其結構可以對稱、聯(lián)系固定，具有一定容錯能力，一般一個分支和結點的故障不影響另一個分支結點的工作，任何一個結點送出的信息都可以傳遍整個傳輸介質(zhì)，也是廣播式網(wǎng)絡。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充工作站。 優(yōu)點：1、容易擴展。2、故障隔離較容易。 缺點：1、各個結點對根的依賴性太大，如果根發(fā)生故障，則全網(wǎng)不能正常工作。,5、網(wǎng)型拓撲結構,優(yōu)點：不受瓶頸問題和失效問題的影響，可靠性高。 缺點：結構和協(xié)議復雜，成本也比較高。,網(wǎng)絡拓撲結構是網(wǎng)絡的基本要素，處于基礎的地位，選擇合適的網(wǎng)絡拓撲結構很重要。 確定拓撲結構，要考慮聯(lián)網(wǎng)的計算機數(shù)量、地理覆蓋范圍、網(wǎng)絡結點變動的情況，以及今后的升級或擴展因素。 以上幾種拓撲結構各有千秋，目前符合廣播式布線系統(tǒng)的星型網(wǎng)絡拓撲結構及其雙絞線傳輸介質(zhì)將會成為21世紀局域網(wǎng)最流行的趨勢。 在實際組建網(wǎng)絡時，其拓撲結構不一定是單一的，通常是這些拓撲結構的綜合。,拓撲結構的選擇,1.3.2 計算機網(wǎng)絡的體系結構,1、體系結構中的主要概念 計算機網(wǎng)絡的體系結構是從功能的角度描述計算機網(wǎng)絡的結構。 計算機網(wǎng)絡的體系結構：為了完成計算機間的通信合作，把每個計算機互聯(lián)的功能劃分成有明確定義的層次，規(guī)定了同層次進程通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口及服務。將這些同層進程通信的協(xié)議以及相鄰層接口統(tǒng)稱為網(wǎng)絡體系結構。,（1）分層,為了理解分層的含義，設甲乙兩個外交人員準備討論有關外交或其他問題，甲在中國，乙在英國，怎么進行討論呢？ 首先，討論要能進行下去，甲乙雙方需要有共同感興趣的話題和相關知識。這樣，雙方才能聽懂對方所談的內(nèi)容是什么。這實際上就是把雙方的這種認識作為一層認識層（設為第三層）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。這是認識層下面的一層，稱為語言層（設為第二層）。顯然這個第二層是向第三層提供語言翻譯服務的。 至此，甲乙雙方還是不能直接通話，因此甲乙雙方在兩個國家，相距甚遠，無法面對面交談。因此，還需要下面一層稱為傳送層（設為第一層）來解決。在這一層，雙方可以按事先約定的方式如電話、電報或其他形式，將談論的內(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。 上面的例子就說明了如何通過分層將復雜的問題分解成較簡單的問題，這樣的分層做法，使每一層實現(xiàn)一種相對獨立的功能，使問題簡易。,在網(wǎng)絡分層結構中，第N層是第N-1層的用戶，同時是第N+1層的服務提供者，分層結構的好處： 獨立性強 功能簡單 適應性強 易于實現(xiàn)和維護 大多數(shù)的計算機網(wǎng)絡都采用層次式結構，即將一個計算機網(wǎng)絡分為若干層次，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性，層次間的每個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) 實體,計算機網(wǎng)絡中不同系統(tǒng)的兩實體間只有在通信的基礎上，才有可能相互交換信息，共享網(wǎng)絡資源。一般來說，實體是能發(fā)送和接收信息的任何東西，可以指用戶應用程序、文件傳送包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、電子郵件設備和終端等，系統(tǒng)可包含一個或多個實體（如主機和終端等）。,(3) 服務,在服務網(wǎng)絡協(xié)議的層次結構中，層與層之間具有服務與被服務的單向依賴關系，下層向上層提供服務，而上層則調(diào)用下層服務。因此，我們可稱任意相鄰兩層的下層為服務提供者，上層為服務調(diào)用者，下層為上層提供的服務可分為兩類，它們是面向連接的服務和無連接的服務。 面向連接的服務類似電話系統(tǒng)的服務模式。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過程。類似于使用電話時的撥號、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。 無連接的服務類似郵政系統(tǒng)的服務模式。傳輸數(shù)據(jù)的每個分組都攜帶完整的目標地址，各分組在系統(tǒng)中獨立傳送。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。,相鄰層之間通過一組服務原語建立相互作用，完成服務與被服務的過程。服務原語可劃分為四類，分別是請求、指示、響應和確認。由不同層發(fā)出的每條原語完成各自確定的功能。,四類服務原語,（4） 協(xié)議,網(wǎng)絡中的計算機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?、?shù)據(jù)的格式及內(nèi)容等方面有一個約定或規(guī)則，這種約定或規(guī)則稱作協(xié)議。網(wǎng)絡協(xié)議主要有3個組成部分。 語義：是對協(xié)議元素的含義進行解釋，不同類型的協(xié)議元素所規(guī)定的語義是不同的。 語法：將若干個協(xié)議元素和數(shù)據(jù)組合在一起用來表達一個完整的內(nèi)容所應遵循的格式，也就是對信息的數(shù)據(jù)結構作一種規(guī)定。 時序：對事件實現(xiàn)順序的詳細說明。例如在雙方經(jīng)行通信時，發(fā)送點發(fā)出一個數(shù)據(jù)報文，如果目標點正確收到，則回答源點接收正確；若接收到錯誤的信息，則要求源點重發(fā)一次。 協(xié)議實質(zhì)上市網(wǎng)絡通信時所使用的一種語言。,（5） 常用的網(wǎng)絡體系結構,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)絡分層模型,解決異種網(wǎng)絡互連時所遇到的兼容性問題 將服務、接口和協(xié)議這三個概念區(qū)分開來 使網(wǎng)絡的不同功能模塊分擔起不同的職責 減輕問題的復雜程度 在各層分別定義標準接口，各層相對獨立 能有效刺激網(wǎng)絡技術革新 便于研究和教學,2、ISO/OSI參考模型,20世紀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算機平臺可進行開放通信。ISO創(chuàng)建了一個有助于開發(fā)和理解計算機的通信模型，即開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）模型。 OSI模型將網(wǎng)絡結構劃分為七層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。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、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)絡層,,,,,1.物理層,,,,,,,,,,5.會話層,6.表示層,面向用戶應用,面向數(shù)據(jù)傳輸,,7.應用層,（1） 物理層,物理層上的協(xié)議也稱為接口，它定義了為建立、維護和拆除物理鏈路所需要機械的、電氣的、功能和規(guī)程的特性，確保物理層能在相鄰物理設備之間正確地收、發(fā)比特流信息，但對數(shù)據(jù)不做差錯控制。 兩個相鄰并彼此通信的設備按ISO得術語分別稱為數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)電路終端設備（DCE）。 DTE：是指用戶端任何產(chǎn)生傳輸用數(shù)據(jù)的設備，通常是指一臺計算機或終端。 DCE：是指在數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑炊撕湍康牡囟耸雇ㄐ诺靡詫崿F(xiàn)的設備，它負責建立、維護并取消物理連接，并在傳輸介質(zhì)和DTE間進行信號轉(zhuǎn)換和編碼，也稱數(shù)據(jù)通信設備，如調(diào)制解調(diào)器等。,物理層完成的主要功能： 1、二進制在線路上的表示和傳輸二進制“位”信號。 2、指定傳輸方式的要求。 3、當建立、維護和其他設備的物理連接時，提供需要的機械、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,為設備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連設備 包括激活物理連接、傳送數(shù)據(jù)、終止物理連接這3個步驟 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 ） 典型設備 中繼器：連接兩個（或多個）網(wǎng)段，對信號起中繼放大作用 ，以此來延長網(wǎng)絡的長度 集線器：可以將多臺設備以星形的拓撲結構連接起來，組成共享型的網(wǎng)絡,（2） 數(shù)據(jù)鏈路層,數(shù)據(jù)鏈路層是控制網(wǎng)絡層與物理層之間的通信，它的主要功能是將從網(wǎng)絡層接收到得數(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)的結構包，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)絡地址以及糾錯和控制信息。其中的地址確定了幀將發(fā)送到何處，而糾錯和控制信息則確保幀無差錯到達。 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)進行檢錯、糾錯 將數(shù)據(jù)分成幀，以數(shù)據(jù)幀為單位進行傳輸 典型設備 網(wǎng)橋：連接兩個局域網(wǎng)，在各種傳輸介質(zhì)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)信號，擴展網(wǎng)絡的距離，有效地限制兩個介質(zhì)系統(tǒng)中無關緊要的通信 交換機：按每一個包中的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)絡分成小的沖突網(wǎng)域，為每個工作站提供更高的帶寬,（3） 網(wǎng)絡層,網(wǎng)絡層其主要功能是將網(wǎng)絡地址翻譯成對應的物理地址，并決定如何將數(shù)據(jù)從發(fā)送方路由到接收方。網(wǎng)絡層在發(fā)送數(shù)據(jù)時通過綜合考慮發(fā)送優(yōu)先權、網(wǎng)絡擁堵程度、服務質(zhì)量以及可選路由的花費來決定從一個網(wǎng)絡中結點A到另一個網(wǎng)絡中結點B的最佳路徑。由于網(wǎng)絡層處理路由，而路由器因為既連接網(wǎng)絡各段，又智能指導數(shù)據(jù)傳送，所以屬于網(wǎng)絡層。 網(wǎng)絡層協(xié)議還能補償數(shù)據(jù)發(fā)送、傳輸以及接收的設備能力的不平衡性。為完成這一任務，網(wǎng)絡層對數(shù)據(jù)包進行分段和重組。分段既是指當數(shù)據(jù)從一個能處理較大數(shù)據(jù)單元的網(wǎng)絡段傳送到僅能處理較小數(shù)據(jù)單元的網(wǎng)絡段時，網(wǎng)絡層減少數(shù)據(jù)單元的大小的過程。重組過程既是重構被分段的數(shù)據(jù)單元。 網(wǎng)絡層使用的通用協(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)絡層協(xié)議。 網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)傳輸單位是分組或包。,網(wǎng)絡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)絡阻塞。 3、網(wǎng)絡連接的建立和管理。 典型設備 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)絡層屬于通信子網(wǎng)的范疇，會話層、表示層及應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，是整個網(wǎng)絡體系結構中關鍵部分，它利用通信子網(wǎng)提供的服務，完成資源子網(wǎng)中兩個結點間（比如結點A與結點B，可能屬于不同的網(wǎng)段上）的直接邏輯通信，實現(xiàn)通信子網(wǎng)端對端通信的透明性。無論通信子網(wǎng)提供的服務有什么特點（面向連接的或無連接的），可靠性如何，經(jīng)傳輸層處理后，都應表現(xiàn)為可靠地、順序提交的服務。 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)報協(xié)議（UDP）。2、SPX（有序包交換協(xié)議）。3、國際標準X.224（ISO 8073）。 傳輸層信息的傳送單位是報文。,傳輸層主要完成的功能有： 1、分割和重組報文。 2、提供可靠地端到端的服務。 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。 實現(xiàn)端到端的可靠傳輸 進行流量控制、差錯控制、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)稱為報文。會話層不參與具體的傳輸，是在不同計算機上的進程之間建立通信會話，功能包括建立、維護、同步、管理通信實體間的對話以及訪問身份驗證等。如服務器驗證用戶登錄便是由會話層完成的。 會話層主要功能有： 1、允許用戶在設備之間建立、維持和終止會話。 2、管理會話。 3、使用遠程地址建立連接。,（6）表示層,表示層如同應用程序和網(wǎng)絡之間的翻譯官，在表示層，數(shù)據(jù)將按照網(wǎng)絡能理解的方案經(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)編碼格式進行轉(zhuǎn)換。 2、數(shù)據(jù)壓縮與恢復。 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。,（7） 應用層,應用層負責對軟件提供接口以使程序能使用網(wǎng)絡服務。應用層提供的服務包括文件傳輸、文件管理以及電子郵電的信息處理。 應用層完成的主要功能有： 1、作為用戶應用程序與網(wǎng)絡間的接口。 2、使用戶的應用程序能夠與網(wǎng)絡進行交互式聯(lián)系。,OSI七層參考模型,允許接入網(wǎng)絡資源,應用層,表示層,會話層,傳輸層,網(wǎng)絡層,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)絡互聯(lián),在媒體上傳輸比特； 提供機械的和電氣的規(guī)約,對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、 加密和壓縮,提供可靠的端到端的 報文傳輸和差錯控制,將分組數(shù)據(jù)封裝成幀； 提供節(jié)點到節(jié)點方式的傳輸,,,,,,,,3、TCP/IP的體系結構,（1）TCP/IP概述 TCP/IP是20世紀70年代中期，美國國防部為其ARPANET廣域網(wǎng)開發(fā)的網(wǎng)絡體系結構和協(xié)議標準。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。它本身指兩個協(xié)議集：TCP為傳輸控制協(xié)議，IP為互聯(lián)網(wǎng)絡協(xié)議。 TCP/IP雖不是國際標準，但它是為全世界廣大用戶和廠商接受的網(wǎng)絡互聯(lián)的事實標準。是目前最流行的商業(yè)化的協(xié)議，并被公認為當前的工業(yè)標準或“事實上的標準”。,TCP/IP協(xié)議特點： 1、開放的協(xié)議標準，可以免費使用； 2、獨立于特定的網(wǎng)絡硬件，可以運行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)，更適用于互聯(lián)網(wǎng)中； 3、統(tǒng)一的網(wǎng)絡地址分配方案，使得整個TCP/IP設備在網(wǎng)中都具有唯一的地址； 4、標準化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務。,（2） TCP/IP層次結構,（1）網(wǎng)絡接口層 這是TCP/IP模型的最底層，負責接收從IP層（網(wǎng)際層）交來的IP數(shù)據(jù)報，并將IP數(shù)據(jù)報通過低層物理網(wǎng)絡發(fā)送出去，或者從底層物理網(wǎng)絡上接收物理幀，抽取出IP數(shù)據(jù)報，交給IP層。 TCP/IP標準并沒有定義具體的網(wǎng)絡接口協(xié)議，而是旨在提供靈活性，以適應各種網(wǎng)絡類型，這也說明了TCP/IP協(xié)議可以運行在任何網(wǎng)絡之上。 （2）網(wǎng)際層 網(wǎng)際層是網(wǎng)絡互聯(lián)的基礎，它的主要功能是負責相鄰結點之間的數(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。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點和目的結點的兩個進程實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，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用程序的標識問題，因為在一般的通用計算機中，常常是多個應用程序同時訪問互聯(lián)網(wǎng)。為區(qū)別各個應用程序，傳輸層在每一個分組中增加識別信源和信宿應用程序的標記。另外，傳輸層的每一個分組均附帶校驗碼，以便接收結點檢查接收到的分組的正確性。 （4）應用層 在TCP/IP模型中，應用程序接口是最高層，它與OSI模型中的高3層的任務相同，都是用于提供網(wǎng)絡服務，比如文件傳輸、遠程登錄、域名服務和簡單網(wǎng)絡管理等。,（3） TCP/IP協(xié)議集,TCP/IP協(xié)議時一個協(xié)議集，由多個子層協(xié)議分層組成。TCP/IP的體系結構包括4層，但是實際上只有3個層次包含協(xié)議，最底層網(wǎng)絡接口層不包含協(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)際控制報文協(xié)議（ICMP）、網(wǎng)際主機組管理協(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）的任務是對數(shù)據(jù)包進行相應的尋址和路由，并從一個網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡，IP協(xié)議在每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包前加入一個控制信息，其中包含了源主機的IP地址（IP地址相當于OSI模型中網(wǎng)絡層的邏輯地址），目的主機的IP地址和其他一些信息。IP協(xié)議的另一項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)包要從一個網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡，當兩個網(wǎng)絡所支持傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的大小不相同時，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行傳輸。當接收到數(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是一個無連接的協(xié)議。無連接是指主機之間不建立用于可靠通信的端到端的連接，源主機只是簡單地講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、延遲時間大或者次序會混亂。因此，要實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的可靠的傳輸，就必須依靠高層的協(xié)議或應用程序，如傳輸層的TCP協(xié)議。 （2）網(wǎng)際控制報文協(xié)議（ICMP） 網(wǎng)際控制報文協(xié)議為IP協(xié)議提供差錯報告。由于IP是無連接的，且不進行差錯檢測，當網(wǎng)絡發(fā)送錯誤時它不能檢測錯誤。向發(fā)送IP數(shù)據(jù)包的主機匯報錯誤就是ICMP的責任。例如，如果某臺設備部能講一個IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡，它就向發(fā)送數(shù)據(jù)包的源主機發(fā)送一個信息，并通過ICMP解釋這個錯誤。ICMP能夠報告的一些普通錯誤類型有：目標無法到達、阻塞、請求和應答等。,（3）網(wǎng)際主機組管理協(xié)議（IGMP） IP協(xié)議只是負責網(wǎng)絡中點到點的數(shù)據(jù)包傳輸，而點到多點的數(shù)據(jù)包傳輸則要依靠網(wǎng)際主機組管理協(xié)議IGMP來完成。它負責報告主機組之間的關系，以便相關的設備（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，所以應用程序不能與其直接進行通信。當應用程序希望與某臺網(wǎng)絡設備通信時，如果主機不知道對方的MAC地址，則不能完成數(shù)據(jù)幀的封裝。所以，主機的TCP/IP協(xié)議會發(fā)送ARP解析廣播去尋找對應于目的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。 （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)報服務，在將數(shù)據(jù)從一端發(fā)送到另一端時，為應用層提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務。 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，以達到正確傳輸?shù)哪康摹?（2）用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP） UDP協(xié)議提供的是無連接、不可靠的數(shù)據(jù)報投遞服務。在傳輸過程，UDP報文有可能會出現(xiàn)丟失、重復及亂序現(xiàn)象，并且UDP協(xié)議不進行差錯檢驗。使用UDP協(xié)議的應用層的應用程序必須實現(xiàn)可靠性機制和差錯控制，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的傳輸中，分組傳輸順序檢查與排序由應用層完成。 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主機之間進行，若要實現(xiàn)多個主機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、應用層協(xié)議 （1）遠程登錄協(xié)議（Telnet） 本地主機作為仿真終端登錄到遠程主機上運行應用程序。 （2）文件傳輸協(xié)議（FTP） 實現(xiàn)主機之間的文件傳送。 （3）簡單郵件傳輸協(xié)議（SMTP） 實現(xiàn)主機之間電子郵件的傳送 （4）域名服務協(xié)議（DNS） 提供域名到IP地址的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)將網(wǎng)絡設備的文字名字到IP地址的映射，允許對域名資源經(jīng)行分散管理。 （5）動態(tài)主機配置協(xié)議（DHCP） 是為大量客戶機提供快速、方便、有效分配IP地址的方法。它從一個地址池中吧IP地址分配給請求主機。 （6）超文本傳輸協(xié)議（HTTP） 用于WEB服務，為此建立客戶機和服務器之間的同學，實現(xiàn)圖文并茂的超文本的傳輸。,OSI模型的缺陷,OSI模型并沒有完全實現(xiàn)，這是因為： （1）OSI模型協(xié)議制定的時機較晚，OSI協(xié)議出現(xiàn)時，TCP/IP協(xié)議已大量應用在大學和科研機構。人們不會輕易改動協(xié)議。 （2）OSI模型設計亦有一定缺陷。首先會話層對大多數(shù)應用沒有用，表示層幾乎是空的；而數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層功能太多，隨后又把它們分成了幾個子層，每個子層都有不同的功能。 （3）OSI模型以及與其相關的服務定義和協(xié)議極其復雜，實現(xiàn)起來困難且操作效率不高。,TCP/IP協(xié)議棧,,應用層,表示層,會話層,傳輸層,網(wǎng)絡層,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,IP,ICMP,IGMP,RARP,ARP,UDP,TCP,各種應用程序?qū)?SMTP,FTP,……,DNS,SNMP,NFS,TFTP,由底層網(wǎng)絡定義的協(xié)議,Ethernet,Token-Ring,FDDI,X.25,Wirless,ATM,1.4 小結,復習計算機網(wǎng)絡概述基礎,第二章 數(shù)據(jù)通信基礎,數(shù)據(jù)通信是計算機網(wǎng)絡的理論基礎。所謂數(shù)據(jù)通信，是指按照一定的通信協(xié)議，通過計算機技術與通信技術的結合來實現(xiàn)信息的傳輸、交換、存儲和處理的技術。本章將介紹數(shù)據(jù)通信方面的基礎知識，掌握這方面的知識將有助于加深對計算機網(wǎng)絡工作原理的理解，為進一步學習計算機網(wǎng)絡奠定基礎。,2.1 數(shù)據(jù)通信的基礎知識,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)實世界事物的存在方式或運動狀態(tài)的某種認識。在數(shù)據(jù)通信領域中，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)是人們對客觀事實進行描述與記載的物理符號。在數(shù)據(jù)通信領域中，數(shù)據(jù)是指能夠被計算機處理的數(shù)字、字母和符號等具有一定意義的實體。 數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(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、光線的強弱等。離散不連續(xù)的量是數(shù)字數(shù)據(jù)，如電壓的有無、閉合回路的開關等。,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)的電話機輸出的語音信號、電視攝像機產(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，它取幾個不連續(xù)的物理狀態(tài)來代表數(shù)字，計算機通信使用的離散數(shù)字是二進制數(shù)字0和1，它們分別由信號的兩個物理狀態(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備。常用的信源設備有電話機的話筒、攝像機、傳真機、計算機等。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)字數(shù)據(jù)就需要調(diào)制解調(diào)器。 同樣，在信號送達信宿之前，需要相應的信號反變換器對信號再次進行轉(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)送設備和接收設備的線路，由傳輸介質(zhì)及相應的附屬設備組成。 （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備。,2、數(shù)據(jù)通信過程 在計算機網(wǎng)絡中，通信系統(tǒng)是以計算機為中心，通過通信線路和分布遠地的數(shù)據(jù)終端設備連接起來完成通信任務的。數(shù)據(jù)從信源發(fā)出，通過信道被信宿接收的整個過程稱為通信過程。 （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，交換機查詢該地址終端，若同意通信，則由交換機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鐘以便與發(fā)送端的發(fā)送取得一致，使雙方設備處于正確收發(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)結束 通信雙方通過有關的通信控制信號確認通信即將結束。 （5）斷開通信線路 由雙方通知交換機，通信已結束，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,1、傳輸速率 傳輸速率是指單位時間內(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。它便是單位時間內(nèi)所傳輸?shù)亩M制代碼的位（bit）數(shù)，單位為bit/s或bps。如果一個數(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。它表示單位時間內(nèi)信道上實際傳輸碼元的個數(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個碼元，則該系統(tǒng)的波特率為9600Bd，如果系統(tǒng)是二進制的，它的比特率是9600bps。,2、誤碼率 誤碼率又稱差錯率，它是指二進制碼元被傳輸出錯的概率。誤碼率=被傳錯的碼元數(shù)/傳輸?shù)亩M制碼元總數(shù)。在計算機網(wǎng)絡中，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。實際應用中，信道容量應大于數(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信宿所需要的時間，它與信道的長度及信號傳播速度有關。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,數(shù)字數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)在通過某一介質(zhì)進行傳輸時需要進行調(diào)制和編碼。無論是模擬數(shù)據(jù)還是數(shù)字數(shù)據(jù)，都需要經(jīng)過編碼變換成適合在介質(zhì)上傳輸?shù)男盘枺唤邮斩耸盏叫盘柡筮€需要將其恢復成原來的模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字數(shù)據(jù)。,2.2.1 數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼,2.2.2 數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制,2.3 數(shù)據(jù)通信方式,在計算機內(nèi)部各部件之間、計算機與各種外部設備之間、計算機與計算機之間，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)省了大量通信設備和通信線路，其更適合遠距離通信。其在計算機網(wǎng)絡中普遍采用。,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，實現(xiàn)定時的傳輸方式，因此又稱為起止式同步。它以一個個的字符為單位進行數(shù)據(jù)傳輸，并在每個字符代碼的前后分別附加上起始位和停止位，這些標記數(shù)據(jù)起止的位又叫做成幀信息。 異步傳輸存在一個潛在的問題，即接收方步知道數(shù)據(jù)會在什么時候到達。在它檢測到數(shù)據(jù)并做出響應之前，第一個比特已經(jīng)過去了。因此，每次異步傳輸?shù)男畔⒍家砸粋€起始位開頭，它通知接收方數(shù)據(jù)已經(jīng)達到了，這就給了接收方響應、接收和緩存數(shù)據(jù)比特的時間；在傳輸結束時，一個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的擴展ASCII編碼，將發(fā)送00110001，同時需要在8bit的前面加一個起始位，后面加一個停止位。 異步傳輸?shù)膶崿F(xiàn)比較容易，由于每個信息都加上了“同步”信息，因此計時的漂移不會產(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，總的傳輸負載就增加25%。因此異步傳輸常用于低速設備。這種傳輸方式的特點是同步實現(xiàn)簡單，收發(fā)雙方的時鐘信號不需要嚴格同步；缺點是對每一個字符都需要加入起、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。它不是獨立發(fā)送每個字符（每個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。它是一個獨特的比特組合，類似于前面提到的起始位，用于通知接收方一個幀已經(jīng)到達，但它還同時能確保接收方的采樣速度和比特的到達速度保持一致，收收發(fā)雙方進入同步。幀的最后一部分是一個幀的結束標記。它與同步字符一樣，它也是一個獨特的比特串，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。接收方不必對每個字符進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)到達時接收它們。另外同步傳輸?shù)拈_銷也比較少。例如，一個典型的幀可能有500B（即4000bit）的數(shù)據(jù)，其中可能只含100bit的開銷。這時，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)幀中實際數(shù)據(jù)比特位的增加，開銷比特所占的百分比將相應的減少。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，這就限制了一個幀的大小。另外，幀越大，它占據(jù)傳輸媒體的連續(xù)時間也越長。在極端的情況下，這將導致其他用戶等待時間較長。,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，表示計算機二進制的比特序列的數(shù)字數(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備。,2.5 多路復用技術,多路復用是指數(shù)據(jù)通信中信道的復用，即利用一個物理信道同時傳輸多個信號，以提高信道利用率，使一條線路能同時由多個用戶使用而互不影響。多路復用主要有頻分多路復用（FDM）和時分多路復用(TDM)。 1、頻分多路復用（FDM） 在物理信道的可用帶寬超過單個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與傳輸單個信號帶寬相同(或略寬)的子信道,每個子信道傳輸一路信號,這就是頻分多路復用。多路原始信號在頻分復用前,先要通過頻譜搬移技術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行調(diào)制來實現(xiàn)。頻分多路復用FDM的一個示例見圖,其中8個信號源輸入到一個多路復用器中,該多路復用器用不同的頻率(f1~f8)調(diào)制每一個信號,每個信號需要一個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,使用保護帶來隔離每一個通道,保護帶是一些不使用的頻譜區(qū)。,2.時分多路復用TDM 若媒體能達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,則可采用時分多路復用TDM技術,也即將一條物理信道按時間分成若干個時間片輪流地分配給多個信號使用。每一時間片由復用的一個信號占用,而不像FDM那樣,同一時間同時發(fā)送多路信號。這樣,利用每個信號在時間上的交叉,就可以在一條物理信道上傳輸多個數(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行交叉。 時分多路復用TDM不僅僅局限于傳輸數(shù)字信號,也可以同時交叉?zhèn)鬏斈M信號。另外,對于模擬信號,有時可以把時分多路復用和頻分多路復用技術結合起來使用。一個傳輸系統(tǒng),可以頻分成許多條子通道,每條子通道再利用時分多路復用技術來細分。在寬帶局域網(wǎng)絡中可以使用這種混合技術。,2.5 數(shù)據(jù)交換技術,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,實現(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答裝置，即可實現(xiàn)用戶終端和計算中心設備的數(shù)據(jù)交換。,通過公用電話網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,第一節(jié) 數(shù)據(jù)交換概述,實現(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； 兩臺計算機通過通信子網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換之前，首先要在通信子網(wǎng)中建立一個實際的物理線路連接，然后再進行數(shù)據(jù)通信； 在通信中自始至終使用該條鏈路進行信息傳輸，而不允許其它計算機和終端同時共享該條鏈路。,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H1要向主機H2傳輸數(shù)據(jù)，首先要通過通信子網(wǎng)在主機H1與主機H2之間建立線路連接。主機H1首先向通信子網(wǎng)中節(jié)點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地址與目的主機地址。節(jié)點A根據(jù)目的主機地址，根據(jù)路選算法，如選擇下一個節(jié)點為B，則向節(jié)點B發(fā)送“呼叫請求包”。其它節(jié)點動作基本類同。至此，從“主機H1-節(jié)點A-節(jié)點B-節(jié)點C-節(jié)點D-主機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H1與主機H2通過通信子網(wǎng)的物理線路連接建立以后，主機H1與主機H2就可以通過該連接實時、雙向交換數(shù)據(jù)。 線路釋放階段：在數(shù)據(jù)傳輸完成后，就要進入路線釋放階段。一般可以由主機H1向主機H2發(fā)出“釋放請求包”，主機H2同意結束傳輸并釋放線路后，將向節(jié)點D發(fā)送“釋放應答包”，然后按照節(jié)點C-節(jié)點B-節(jié)點A-主機H1次序，依次將建立的物理連接釋放。這時，此次通信結束。,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 通信子網(wǎng)中的節(jié)點是用電子或機電結合的交換設備來完成輸入與輸出線路的物理連接； 交換設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)中的結點交換設備不能存儲數(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、報文交換方式 ? 報文交換的基本原理 報文交換不事先建立物理電路，當發(fā)送方有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，它把要發(fā)送的數(shù)據(jù)當作一個整體交給中間交換設備，中間交換設備先將報文存儲起來，然后選擇一條合適的空閑輸出線將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給下一個交換設備，如此循環(huán)往復直至將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的結點。 ? 報文的基本格式,第二節(jié) 數(shù)據(jù)交換方式,二、報文交換方式 ? 報文交換的特點 線路效率較高，因為許多報文可以分時共享一條節(jié)點到節(jié)點的通道； 不需要同時使用發(fā)送器和接收器來傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡可以在接收器可用之前，暫時存儲這個報文； 在線路交換網(wǎng)上，當通信量變得很大時，就不能接受某些呼叫； 報文交換系統(tǒng)可以把一個報文發(fā)送到多個目的地； 根據(jù)報文的長短或其他特征能夠建立報文的優(yōu)先權，使得一些短的、重要的報文優(yōu)先傳遞，且可以進行速度和代碼的轉(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)點首先對從終端設備送來的數(shù)據(jù)報文進行接收、存儲，而后將報文劃分成一定長度的分組，并以分組為單位進行傳輸和交換。接收節(jié)點將接收到的分組重新組裝成信息或報文。 ? 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 ? 分組交換的實現(xiàn)方式 虛電路方式：兩個用戶(DTE)在進行通信之前通過網(wǎng)絡建立的邏輯上的連接。在同一條物理線路上可以同時建立多個虛電路。包括呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸和呼叫釋放階段。 數(shù)據(jù)報方式：每個分組單獨傳送，稱為數(shù)據(jù)報，每個數(shù)據(jù)報都包含源節(jié)點和目的節(jié)點的地址信息。 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 具有分段差錯流量控制功能，傳輸質(zhì)量高； 對線路動態(tài)多路復用，傳輸效率高； 可在不同種類的終端之間通信； 服務質(zhì)量(QoS)可靠，經(jīng)濟性好； 時延不固定，平均時延較長； 分組頭部增加開銷，不適宜傳送實時性要求高的數(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 ? 三種交換技術總結如下 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； 報文交換：報文從發(fā)送方傳送到接收方采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式； 分組交換：此方式與報文交換類似，但報文被分成組傳送，并規(guī)定了分組的最大長度，到達目的地后需重新將分組組裝成報文。,電路交換 報文交換 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)絡功能，以提供高速、高吞吐量、低時延服務的交換方式。 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技術幀方式的一種 。 FPS的目標是通過簡化通信協(xié)議