安徽工程大學計算機與信息學院1計算機網絡第1章計算機網絡概述安徽工程大學計算機與信息學院2計算機網絡課程1、課程的性質與內容（1）性質:(a)技術基礎；（b）專業課程（2）內容：（a）原理；（b）主流技術；（c）應用；2、與其它課程之間的關系（1）通信原理；（2）程序設計；（3）數據庫；（4）OS；（5）計算機組成原理等3、幾點要求（1）出席；（2）課堂筆記；（3）作業與實驗；（4）課內與課外；（5）理論與技術安徽工程大學計算機與信息學院3計算機網絡課程通過本課程的學習，可使大家對數據通信的基本概念和計算機網絡的基本原理，包括計算機網絡的體系結構、數據通信的基本方法和協議、計算機網絡的主要應用協議、計算機網絡系統的安全和管理知識有一個全面的理解。為從事計算機網絡的研究和應用打下堅實的基礎。授課教師嚴楠jiffyan@考核方式期末考試平時成績作業（課內、課外）考勤、課堂紀律實驗安徽工程大學計算機與信息學院4計算機網絡課程3、參考教材（1）《計算機網絡》（第五版）AndrewS.Tanenbaum著，潘愛民譯，清華大學出版社。（2）《計算機網絡教程》（第三版）.吳功宜.電子出版社（3）《網絡工程原理與實踐教程》，胡勝紅，人民郵電出版社。（4）《計算機網絡》（第五版）.謝希仁，電子工業出版社。安徽工程大學計算機與信息學院51.1計算機網絡的定義與類型1計算機網絡的定義通常采用的計算機網絡定義是：計算機網絡是用通信線路將分散在不同地點并具有獨立功能的多臺計算機系統互相連接，按照網絡協議進行數據通信，實現資源共享的信息系統。這里強調計算機網絡是在協議控制下進行計算機之間的數據通信，以實現資源的共享。網絡協議是區別計算機網絡與一般計算機互聯系統的標志。安徽工程大學計算機與信息學院62計算機網絡的類型（1）從網絡的交換功能可以把計算機網絡分為電路交換、報文交換、分組交換和混合交換（同時采用電路交換和分組交換）四種。（2）按通信媒體的不同可以分為有線網絡、無線網絡和混合網絡（有線和無線混合網絡）三種。（3）根據使用范圍的不同，可以將計算機網絡分為公用網、專用網和接入網三類。公用網（publicnetwork）是為公眾提供各種信息服務的網絡系統，如Internet，只要用戶能夠遵守網絡服務商的使用和管理規則，都可以申請使用。安徽工程大學計算機與信息學院72計算機網絡的類型專用網（privatenetwork）由組織、系統或部門根據實際需要自己投資建立，只為網絡擁有者提供服務。例如軍隊、公安、鐵路、電力等系統均擁有本系統的專用網。接入網AN(AccessNetwork)又稱為本地接入網或居民接入網。是一種比較特殊的計算機網絡。它既不屬于因特網的核心部分，也不屬于因特網的邊緣部分。只是起到讓用戶能夠與因特網連接的“橋梁”作用。安徽工程大學計算機與信息學院82計算機網絡的類型（4）根據網絡連接范圍的大小，可以將計算機網絡分為局域網、城域網、廣域網和個人區域網四種。局域網（LocalAreaNetwork，LAN）也稱為局部網絡，一般是將一個相對較多小區域（一般在幾百米到幾千米以內）內的計算機通過高速通信線路相連（現在傳輸速度一般在10Mbit/s以上）后所形成的網絡。城域網（MetropolitanAreaNetwork，MAN），基本上是一種大型的LAN，通常使用與LAN相同的技術。所以，目前在按連接范圍分類時可直接分為局域網和廣域網，而不再有城域網。

安徽工程大學計算機與信息學院92計算機網絡的類型廣域網（WideAreaNetwork，WAN）也稱為遠程網絡，指作用范圍通常為幾十千米到幾千千米的網絡。簡單地說，廣域網是將多個局域網互聯后所產生的范圍更大的網絡，各局域網之間既可以通過速度較低的電話線進行連接，也可以通過高速電纜、光纜、微波天線或衛星等遠程通信方式連接。個人區域網（PersonalAreaNetwork）就是在個人工作或者生活的地方把屬于個人使用的設備（如便攜式電腦、家用電器等）用無線技術連接起來的網絡，其范圍大約在10m左右。安徽工程大學計算機與信息學院101.2計算機網絡的組成與功能1計算機網絡的組成一般而論，計算機網絡有3個主要組成部分：若干個主機，它們各為用戶提供資源和服務；1個通信子網，它主要由結點交換機和連接這些結點的通信鏈路所組成；一系列的協議。這些協議是為在主機和主機之間、主機和子網之間、子網中各結點之間的通信而用的，它是通信雙方事先約定好的和必須遵守的規則。

安徽工程大學計算機與信息學院111計算機網絡的組成安徽工程大學計算機與信息學院121計算機網絡的組成主機分組交換網安徽工程大學計算機與信息學院13（1）通信子網通信子網為資源子網提供信息傳送服務，是支持資源子網上用戶之間相互通信的基本環境。它的組成如下：①交換機。不同網段之間的連接。工作在數據鏈路層；②集線器。同一網段不同計算機的連接，工作在物理層；。③路由器。用于實現各網絡之間的互聯。工作在網絡層；安徽工程大學計算機與信息學院14（2）資源子網

資源子網實現全網的面向應用的數據處理和網絡資源共享。它由客戶機和服務器組成。①客戶機。使用網絡資源。②服務器。提供資源。安徽工程大學計算機與信息學院15現代網絡結構

在Internet中，用戶計算機需要通過校園網、企業網或ISP聯入地區主干網，地區主干網通過國家主干網聯入國家間的高速主干網，這樣就形成一種由路由器互聯的大型、層次結構的互聯網絡。安徽工程大學計算機與信息學院162計算機網絡的拓撲結構拓撲結構是計算機網絡的重要特性。從拓撲學的觀點,網絡是由一組節點(node)和連接節點的鏈路(link)組成。在計算機網絡中，計算機作為節點，連接計算機的通信線路作為鏈路，形成計算機的地理分布和互連關系上的幾何排序（幾何構形）。反映出網絡中各實體間的結構關系;這種計算機與鏈路之間的拓撲關系，稱為計算機網絡的拓撲結構。計算機網絡拓撲主要是指通信子網的拓撲構型;拓撲設計對網絡性能、系統可靠性與通信費用都有重大影響。

安徽工程大學計算機與信息學院172計算機網絡的拓撲結構按照網絡中一條鏈路所能連接的計算機的臺數，可以把計算機網絡歸結為兩大類：鏈路型網絡（點到點的結構）和廣播型網絡（多點共享鏈路結構）。

（1）鏈路型網絡（點到點的結構）：每條物理線路連接一對結點。有：

星型；環型；樹型；網狀型。安徽工程大學計算機與信息學院182計算機網絡的拓撲結構

星型結構是一種以中央節點為中心，把若干外圍節點連接起來的輻射式互連結構，中央節點實施對全網的控制，并分別通過單獨的鏈路與各個外圍節點相連接。其拓撲特點是，中央節點與多條鏈路連接，其余節點只與一條鏈路連接。由于各外圍節點分別用線纜與中央節點直接連接，因而在星型結構中數據的傳輸不會在線路上發生碰撞，并且系統比較容易擴充，但中央節點會成為系統的“瓶頸”和可靠工作的最薄弱環節。（a）星型（a）星型安徽工程大學計算機與信息學院192計算機網絡的拓撲結構樹型結構由星型結構衍變而來。它實際上是多個星型結構的級聯組合。樹型結構的特點是網絡中有多個中心節點，但主要的數據流通是在網絡的各分支之間進行，形成一種分級管理的集中式網絡，適宜于各種管理部門進行分級數據傳送的場合。其拓撲特點是，多個中心節點與多條鏈路連接，其余節點（末端節點）只與一條鏈路連接。樹型結構的優點是連接容易、管理簡單、維護方便，缺點是共享能力差、可靠性低。安徽工程大學計算機與信息學院202計算機網絡的拓撲結構環型結構是把所有節點連接成環形。當網絡的總線首尾相連成閉合的環路時，這種總線型結構稱為環型總線結構。其拓撲特點是，每一個節點都與兩條鏈路連接。在這種結構中，任意兩點之間形成兩條路徑，當某一鏈路有故障時，還可以通過另一條路徑進行通信。（b）環型（b）環型安徽工程大學計算機與信息學院212計算機網絡的拓撲結構

網狀結構是所有節點具有兩個或兩個以上直接通路的拓撲結構。全互連結構是所有節點之間都有直接通路的拓撲結構。全互連結構是一種特殊的網狀結構，具有較高的可靠性，但網絡結構復雜，鏈路多，投資大。（e）網型（e）網型安徽工程大學計算機與信息學院222計算機網絡的拓撲結構（2）廣播型網絡廣播型網絡的特點是，通信線路為多個節點共享。這樣,一個節點發送的信息可以傳輸到其他所有的節點；而當有兩個以上節點同時發送信息時，便會引起沖突。類型有：

總線型環型無約束型安徽工程大學計算機與信息學院233計算機網絡的功能計算機網絡的主要目標是實現資源共享，應具有下述功能(1)數據通信。該功能用于實現計算機與終端、計算機與計算機之間的數據傳輸，這是計算機網絡最基本的功能，也是實現其他幾個功能的基礎。為實現數據傳輸，數據通信功能應包含下述幾項具體內容：①連接的建立和拆除。為使網絡中源主機和目標主機進行通信，通常應在它們之間先建立連接，建立一條由源主機到目標主機之間的邏輯鏈路，通信結束時拆除已經建立的連接。②數據傳輸控制。在通信雙方建立起連接之后，即可傳輸用戶數據。為使用戶數據能在網絡中正確傳輸，必須為數據配上報頭，其中含有用于控制數據傳輸的信息，如目標主機地址，源主機地址、報文序號等。用戶數據常稱為報文體，網絡根據報頭中的信息控制報文的傳輸。此外，傳輸控制還應對傳輸過程中出現的異常情況進行及時處理。安徽工程大學計算機與信息學院243計算機網絡的功能③差錯檢測。數據在網絡中傳輸時，難免會出現差錯，通常用誤碼率來度量信道的出錯程序。一般信道誤碼率為10-4～10-9。為了減少錯誤，網絡中必須具有差錯控制設施，既可檢錯，又可糾錯。④流量控制。進行數據傳輸時，應控制源主機發送數據流的速度，使之與目標主機接收數據流的速度相匹配，以保證目標主機能及時接收和處理所接收的數據流；否則，可能使接收方緩沖區中的數據溢出而丟失，嚴重時可以導致發生網絡擁擠和網絡死鎖的情況。⑤路由選擇。公共數據網中，由源站到目標站通常都有多條路徑。路由選擇指按一定策略，如傳輸路徑最短、傳輸時延最小或傳輸費用最低等，為被傳輸的報文選擇一條最佳傳輸路徑。安徽工程大學計算機與信息學院253計算機網絡的功能⑥多路復用。為提高傳輸線路的利用率，在現代計算機網絡中，都采用多路復用技術，即將一條物理鏈路虛擬為多條虛電路，使一條物理鏈路能為多個“用戶對”同時提供信息傳輸功能。(2)資源共享計算機網絡中的資源可分為數據、軟件、硬件三類。相應地，資源共享也分為以下三類。①數據共享。當今數據資源的重要性越來越大，在計算機網絡的計算機中普遍設置若干專門數據庫，如情報資料數據庫，機械制造技術和產品數據庫等等，可供全國乃至全世界的網絡用戶使用。②軟件共享。各種語言處理程序和各式各樣的應用程序是可供共享的軟件，實現軟件共享的方式也有兩種。③硬件共享。為發揮巨型機和特殊外圍設備的作用，并滿足用戶要求，計算機網絡也應具有硬件資源共享的功能。安徽工程大學計算機與信息學院263計算機網絡的功能

(3)負荷均衡和分布處理①負荷均衡。這是指網絡中的工作負荷均勻地分配給網絡中的各計算機系統。當某系統的負荷過重時，網絡能自動將該系統中的一部分負荷轉移至負荷較輕的系統中去處理。為此，網絡必須具有把本地作業傳送至其他計算機系統中的批處理系統、排隊等待處理、處理完后又把結果返回源系統的功能。②分布處理。對一個作業的處理可分為三個階段：提供作業輸入文件；對作業進行加工處理；把處理結果輸出。在單機環境下，上述三步都在本地計算機系統中進行。在計算機網絡環境下，根據分布處理的需要，可將作業分配給其他計算機系統進行處理。安徽工程大學計算機與信息學院274計算機網絡的性能（1）速率速率的單位是b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s等

（2）帶寬“帶寬”(bandwidth)本來是指信號具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。傳輸數字信號時，“帶寬”是數字信道所能傳送的“最高數據率(發送速率、傳輸速率)”的同義語，單位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)亦即在傳輸管道中可以傳遞數據的能力。在數字設備中，頻寬通常以bps表示，即每秒可傳輸之位數。計算機網絡的帶寬是指網絡可通過的最高數據率，即每秒多少比特.

安徽工程大學計算機與信息學院284計算機網絡的性能更常用的帶寬單位是千比每秒，即kb/s（103b/s）兆比每秒，即Mb/s（106b/s）吉比每秒，即Gb/s（109b/s）太比每秒，即Tb/s（1012b/s）請注意：在計算機領域，K=210=1024M=220,G=230,T=240。（3）吞吐量吞吐量(throughput)表示在單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的數據量。對于一個100Mbps的以太網，其額定速率是100Mbps，那么這個數值也是該以太網的吞吐量的絕對上限值。因此，對100Mbps的以太網，其典型的吞吐量可能也只有70Mbps。安徽工程大學計算機與信息學院294計算機網絡的性能（4）時延傳輸時延（發送時延）：發送數據時，數據塊從結點進入到傳輸媒體所需要的時間。也就是從發送數據幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發送完畢所需的時間。發送時延＝數據塊長度（比特）/信道帶寬（比特/秒）傳播時延：電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。信號傳輸速率（即發送速率）和信號在信道上的傳播速率是完全不同的概念傳播時延＝信道長度（米）/信號在信道上的傳播速率（米/秒）處理時延：換結點為存儲轉發而進行一些必要的處理所花費的時間安徽工程大學計算機與信息學院304計算機網絡的性能排隊時延：結點緩存隊列中分組排隊所經歷的時延。排隊時延的長短往往取決于網絡中當時的通信量。總時延=發送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延注意：通常說的“高速網絡鏈路”指的是數據發送速率較高（即帶寬較高）而不是比特在鏈路中的傳播速率較高。同樣的“高速光纖”指的是光纖信道的發送數據的速率可以很高，而光纖信道的傳播速率比銅線的傳播速率實際還要低一些（分別為每秒20.5萬公里、每秒23.1萬公里）。提高鏈路帶寬減小了數據的發送時延。比特的傳播速率與帶寬無關一般來說，小時延的網絡要優于大時延的網絡，在某些情況下，一個低速率，小時延的網絡很可能要優于一個高速率但大時延的網絡

安徽工程大學計算機與信息學院314計算機網絡的性能1011001…發送器隊列在鏈路上產生傳播時延結點

B結點

A在發送器產生發送時延(即傳輸時延)在隊列中產生處理時延數據從結點A向結點B發送數據鏈路安徽工程大學計算機與信息學院324計算機網絡的性能（5）時延帶寬積在數據通訊中，bandwidth-delayproduct指鏈路中容納的比特數時延帶寬積＝傳播時延×帶寬（6）往返時延

RTT(Round-TripTime)表示從發送端發送數據開始，到發送端收到來自接收端的確認（接收端收到數據后立即發送確認），總共經歷的時延。（傳播）時延鏈路帶寬安徽工程大學計算機與信息學院331.3數據交換技術1.31線路交換技術1工作過程：線路交換又稱為電路交換。通信的計算機之間必須事先建立物理線路（或者物理連接）。整個線路交換的過程包括建立線路、占用線路并進行數據傳輸、釋放線路三個階段。物理電路可以是真正的物理線路，也可以是一個復用信道，該物理電路一直保持到雙方通信結束后才釋放。安徽工程大學計算機與信息學院341線路交換技術A和B通話經過四個交換機通話在A到B的連接上進行(((交換機交換機交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA(安徽工程大學計算機與信息學院352線路交換的特點建立物理電路所需的時間比較長；建立連接后，傳輸延遲小，主要的延遲是物理信號的傳播延遲；一旦建立連接就獨占線路，線路利用率低；電路的帶寬是預先分配的，通信過程中固定不變；不會發生數據傳輸沖突；無糾錯機制；不適用于計算機通信：因為計算機數據具有突發性的特點，真正傳輸數據的時間不到10%。這種必須經過“建立連接－通信－釋放連接”三個步驟的連網方式叫作面向連接的。電路交換必定是面向連接的。安徽工程大學計算機與信息學院363線路交換的缺點、優點缺點計算機數據具有突發性，這導致通信線路的利用率很低。正在通信的電路中有一個交換機或有一條鏈路被炸毀，則整個通信電路就要中斷。如要改用其他迂回電路，必須重新建立連接，這將要延誤一些時間。優點如果連續傳送大量的數據，且傳送時間遠大于連接建立時間，則電路交換有傳輸速率較快的優點。安徽工程大學計算機與信息學院371.3.2存儲轉發技術電路交換是一種較早的交換技術，現在計算機網絡通信基本不采用電路交換，而采用存儲轉發技術。存儲轉發技術的基本原理是：每一個節點中都有一個緩沖區，當要進行轉發時，就將要傳遞的分組信息存放在該緩沖區中，當線路空閑時由交換機將分組信息傳輸到下一跳的緩沖區去。信息從數據源到目的地一般要進行多級轉發，即通過多個交換機進行傳遞。每經過一個交換機或路由器就稱為一“跳”，每跳都有緩沖區。存儲轉發技術的特點是：可靠性高，而且還可采用差錯控制技術和重發措施，使用不同的線路進行重發。存儲轉發技術又可分為報文交換和分組交換技術。安徽工程大學計算機與信息學院381結點交換機在結點交換機中的輸入和輸出端口之間沒有直接連線。結點交換機處理分組的過程是（存儲轉發）：把收到的分組先放入緩存（暫時存儲）；查找轉發表，找出到某個目的地址應從哪個端口轉發；把分組送到適當的端口轉發出去。主機是為用戶進行信息處理的，并向網絡發送分組，從網絡接收分組。結點交換機對分組進行存儲轉發，最后把分組交付給目的主機。安徽工程大學計算機與信息學院392.分組交換（PacketSwitching）發送端要發送的一條完整的信息叫做報文（message）先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數據段（報文段）。每一個數據段前面添加上首部構成分組。每一個分組的首部都含有地址等控制信息。安徽工程大學計算機與信息學院40分組交換的原理（1）.在發送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數據段。報文1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸安徽工程大學計算機與信息學院41分組交換的原理（2）每一個數據段前面添加上首部構成分組。數據數據數據報文首部首部首部分組

1分組

2分組

3請注意：現在左邊是“前面”安徽工程大學計算機與信息學院42分組交換的原理（3）分組交換網以“分組”作為數據傳輸單元。依次把各分組發送到接收端（假定接收端在左邊）。數據首部分組

1數據首部分組

2數據首部分組

3安徽工程大學計算機與信息學院43分組交換的原理（4）接收端收到分組后剝去首部還原成報文。數據首部分組

1數據首部分組

2數據首部分組

3收到的數據安徽工程大學計算機與信息學院44分組交換的原理（5）最后，在接收端把收到的數據恢復成為原來的報文。這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現差錯，在轉發時也沒有被丟棄。數據數據數據報文1101000110101010110101011100010011010010安徽工程大學計算機與信息學院45分組交換網的示意圖H1A分組交換網BDECH5H6H4H2H3H1向H5

發送分組H2向H6

發送分組注意分組路徑的變化！結點交換機主機安徽工程大學計算機與信息學院46注意分組的存儲轉發過程H1A分組交換網BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

發送分組結點交換機主機在結點交換機

A

暫存查找轉發表找到轉發的端口在結點交換機

C

暫存查找轉發表找到轉發的端口在結點交換機

E

暫存查找轉發表找到轉發的端口最后到達目的主機

H5安徽工程大學計算機與信息學院47分組交換的優點（1）線路利用率高。在一條物理線路上提供多條邏輯信道，極大地提高線路的利用率。使傳輸費用明顯下降。（2）不同種類的終端可以相互通信。數據以分組為單位在網絡內存儲轉發，使不同速率終端，不同協議的設備經網絡提供的協議變換功能后實現互相通信。（3）信息傳輸可靠性高。在網絡中每個分組進行傳輸時，在節點交換機之間采用差錯校驗與重發的功能，因而在網中傳送的誤碼率大大降低。而且在網內發生故障時，網絡中的路由機制會使分組自動地選擇一條新的路由避開故障點，不會造成通信中斷。（4）分組多路通信。由于每個分組都包含有控制信息，所以分組型終端可以同時與多個用戶終端進行通信，可把同一信息發送到不同用戶。（5）計費與傳輸距離無關。網絡計費按時長、信息量計費，與傳輸距離無關。安徽工程大學計算機與信息學院48分組交換帶來的問題分組在各結點存儲轉發時需要排隊，這就會造成一定的時延。分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。安徽工程大學計算機與信息學院493.報文交換（MessageSwitching）在20世紀40年代，電報通信也采用了基于存儲轉發原理的報文交換(messageswitching)。要傳輸的數據必須整體一次性進行存儲轉發。報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等。現在報文交換已經很少有人使用了。安徽工程大學計算機與信息學院50三種交換的比較P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文ABCDABCDABCD報文交換電路交換分組交換t連接建立數據傳送報文P2P1連接釋放安徽工程大學計算機與信息學院511.3.3虛電路方式

虛電路方式是指通信終端在收發數據之前，先在網絡中建立一條邏輯連接，在通信過程中，用戶數據按照順序沿著該邏輯連接到達終點。虛電路指的是一條邏輯連接而不是一條物理通路，同一條線路可能同時被多條虛電路使用。安徽工程大學計算機與信息學院5214網絡體系結構及協議1.4.1體系結構與協議1概述相互通信的兩個計算機系統必須高度協調工作才行，而這種“協調”是相當復雜的。“分層”可將龐大而復雜的問題，轉化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。層次是人們對復雜問題處理的基本方法；將總體要實現的很多功能分配在不同層次中；對每個層次要完成的服務及服務要求都有明確規定；高層使用低層提供的服務時，并不需要知道低層服務的具體實現方法。安徽工程大學計算機與信息學院531.4.1體系結構與協議2協議計算機網絡中的數據交換必須遵守事先約定好的規則。

為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定即網絡協議(networkprotocol)，簡稱為協議。計算機網絡體系結構：計算機網絡的各層及其協議的集合，或者說計算機網絡及其部件所應完成功能的精確定義。網絡協議的組成要素語法

數據與控制信息的結構或格式。語義

需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。同步

事件實現順序的詳細說明。安徽工程大學計算機與信息學院541.4.1體系結構與協議3計算機網絡的層次模型不同主機之間的相同層次稱為對等層。網絡協議對等層之間互相通信需要遵守一定的規則，如通信的內容、通信的方式。對等層上傳送數據的單位統稱為協議數據單元（ProtocolDataUnit,PDU）。安徽工程大學計算機與信息學院551.4.1體系結構與協議4分層結構有下列好處（1）各層之間是獨立的。某一層不需要知道它的下一層是如何實現的，只需要知道調用的接口。（2）靈活性好。任何一層的實現過程發生變化時，只要層間接口保持不變則不影響其它層次的實現。（3）結構上可分割開。各層都可以采用最適合的技術來實現。（4）易于實現和維護。“分而治之”的思想使得復雜系統變得易于設計與實現。（5）能促進標準化工作。層次結構應該對每一層的功能和服務都有精確的說明。安徽工程大學計算機與信息學院561.4.2ISO/OSI網絡參考模型1概述在制定計算機網絡標準方面，起著很大作用的兩大國際組織是：國際電報與電話咨詢委員會（CCITT）國際標準化組織（ISO）CCITT與ISO的工作領域不同：CCITT主要是考慮通信標準的制定；ISO主要是考慮信息處理與網絡體系結構。國際標準化組織（ISO）在1979年建立了一個分委員會來專門研究一種用于開放系統互連（OpenSystemsInterconnection,OSI）的體系結構，定義了連接異種計算機的標準框架。安徽工程大學計算機與信息學院571.4.2ISO/OSI網絡參考模型2ISO劃分七層結構的基本原則：網中各結點都具有相同的層次；不同結點的同等層具有相同的功能；同一結點內相鄰層之間通過接口通信；每層可以使用下層提供的服務，并向其上層提供服務；不同結點的同等層通過協議來實現對等層之間的通信。安徽工程大學計算機與信息學院583OSI參考模型的結構1.4.2ISO/OSI網絡參考模型安徽工程大學計算機與信息學院593OSI參考模型的結構（1）物理層(PhysicalLayer)物理層的任務就是為它的上一層提供一個物理連接，以及它們的機械、電氣、功能和過程特性。如規定使用電纜和接頭的類型，傳送信號的電壓等。物理層的任務就是透明的傳輸比特流。“透明的傳輸比特流”是指比特流經過物理層傳輸后不會發生變化，任意組合的比特流都可以通過物理層傳送。（2）數據鏈路層(DataLinkLayer)數據鏈路層負責在兩個相鄰結點間的線路上，無差錯的傳送以幀為單位的數據。

安徽工程大學計算機與信息學院603OSI參考模型的結構（3）網絡層(NetworkLayer)在計算機網絡中進行通信的兩個計算機之間可能會經過很多段數據鏈路。網絡層的任務就是選擇合適的網間路由和交換結點，確保數據及時傳送。網絡層負責網絡上主機間的通信。（4）傳輸層(TransportLayer)為兩個端系統（也就是源站和目的站）的會話層之間，提供建立、維護和取消傳輸連接的功能，負責可靠地傳輸數據。該層的主要任務是提供建立、維護和拆除傳輸連接的功能，監控服務質量，提供端到端可靠的透明的數據傳輸、差錯控制和流量控制。安徽工程大學計算機與信息學院613OSI參考模型的結構（5）會話層(SessionLayer)

這一層也可以稱為會晤層或對話層，在會話層及以上的高層次中，數據傳送的單位不再另外命名，統稱為報文。會話層不參與具體的傳輸，它提供包括訪問驗證和會話管理在內的建立和維護應用之間通信的機制。如服務器驗證用戶登錄便是由會話層完成的。（6）表示層(PresentationLayer)

這一層主要解決用戶信息的語法表示問題。它將欲交換的數據從適合于某一用戶的抽象語法，轉換為適合于OSI系統內部使用的傳送語法。即提供格式化的表示和轉換數據服務。數據的壓縮和解壓縮，加密和解密等工作都由表示層負責。安徽工程大學計算機與信息學院623OSI參考模型的結構（7）應用層(ApplicationLayer)

應用層確定進程之間通信的性質以滿足用戶需要以及提供網絡與用戶應用為了方便起見，我們常常把上面的七個層次分為低層與高層。低層為一~四層，是面向通信的，高層為五~七層，是面向信息處理的。安徽工程大學計算機與信息學院631.4.3TCP/IP模型1TCP/IP參考模型的發展在TCP/IP協議研究時，并沒有提出參考模型；1974年Kahn定義了最早的TCP/IP參考模型；80年代Leiner、Clark等人對TCP/IP參考模型進一步的研究；TCP/IP協議一共出現了6個版本，后3個版本是版本4、版本5與版本6；目前我們使用的是版本4，一般被稱為IPv4；IPv6被稱為下一代的IP協議。安徽工程大學計算機與信息學院641.4.3TCP/IP模型2TCP/IP協議的特點開放的協議標準;獨立于特定的計算機硬件與操作系統；獨立于特定的網絡硬件，可以運行在局域網、廣域網，更適用于互連網中；統一的網絡地址分配方案，使得整個TCP/IP設備在網中都具有唯一的地址；標準化的高層協議，可以提供多種可靠的用戶服務。安徽工程大學計算機與信息學院651.4.3TCP/IP模型3TCP/IP協議模型結構安徽工程大學計算機與信息學院661.4.3TCP/IP模型（1）主機-網絡層TCP/IP參考模型的最低層，負責通過網絡發送和接收IP數據報;允許主機連入網絡時使用多種現成的與流行的協議，例如局域網的Ethernet、令牌網、分組交換網的X.25、幀中繼、ATM協議等;當一種物理網被用作傳送IP數據包的通道時，就可以認為是這一層的內容;充分體現出TCP/IP協議的兼容性與適應性，它也為TCP/IP的成功奠定了基礎。安徽工程大學計算機與信息學院671.4.3TCP/IP模型（2）互連層相當OSI參考模型網絡層無連接網絡服務；處理互連的路由選擇、流控與擁塞問題；IP協議是一種無連接的、提供“盡力而為”服務的網絡層協議。安徽工程大學計算機與信息學院681.4.3TCP/IP模型（3）傳輸層主要功能是在互連網中源主機與目的主機的對等實體間建立用于會話的端-端連接；傳輸控制協議TCP是一種可靠的面向連接協議；用戶數據報協議UDP是一種不可靠的無連接協議。安徽工程大學計算機與信息學院691.4.3TCP/IP模型（4）應用層網絡終端協議Telnet文件傳輸協議FTP簡單郵件傳輸協議SMTP域名系統DNS簡單網絡管理協議SNMP超文本傳輸協議HTTP安徽工程大學計算機與信息學院701.4.3TCP/IP模型（5）TCP/IP協議棧安徽工程大學計算機與信息學院711.4.4OSI/RM和TCP/IP模型的區別1對OSI參考模型的評價層次數量與內容選擇不是很好，會話層很少用到，表示層幾乎是空的，數據鏈路層與網絡層有很多的子層插入；OSI參考模型將“服務”與“協議”的定義結合起來，使得參考模型變得格外復雜，實現困難；尋址、流控與差錯控制在每一層里都重復出現，降低系統效率；數據安全性、加密與網絡管理在參考模型的設計初期被忽略了；參考模型的設計更多是被通信的思想所支配，不適合于計算機與軟件的工作方式；嚴格按照層次模型編程的軟件效率很低。安徽工程大學計算機與信息學院721.4.4OSI/RM和TCP/IP模型的區別2對TCP/IP參考模型評價在服務、接口與協議的區別上不很清楚，一個好的軟件工程應該將功能與實現方法區分開，參考模型不適合于其它非TCP/IP協議族；TCP/IP參考模型的主機-網絡層本身并不是實際的一層；物理層與數據鏈路層的劃分是必要和合理的，但是TCP/IP參考模型卻沒有做到這點。安徽工程大學計算機與信息學院73

1概述網絡互連是目前網絡技術研究的熱點之一，并且已經取得了很大的進展。在諸多網絡互連協議中，傳輸控制協議/網際協議（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol,TCP/IP）是一個使用非常普遍的網絡互連標準協議。ISO制定的OSI參考模型的過于龐大、復雜招致了許多批評。而由技術人員自己開發的TCP/IP協議棧獲則得了廣泛的應用;但最下面的網絡接口層并沒有具體內容。因此往往采取折中的辦法，即綜合OSI和TCP/IP的優點，采用一種只有五層協議的體系結構。分別是物理層，數據鏈路層，網絡層，傳輸層，應用層，其中物理層和數據鏈路層對應TCP/IP四層結構的網絡接口層。1.4.5一種建議的參考模型安徽工程大學計算機與信息學院742五層協議體系結構安徽工程大學計算機與信息學院752五層協議體系結構應用層：規定應用進程在通信時所遵循的協議。應用層數據傳送的單位(協議數據單元PDU)稱為報文(message)運輸層：負責主機中兩個進程的通信。運輸層的PDU為報文段(segment)或用戶數據報(userdatagram)網絡層：實現分組交換網上不同主機間的通信。其PDU為IP數據報(IPdatagram)數據鏈路層：實現網絡上兩個相鄰結點間的通信，其PDU為幀(frame)物理層：透明的傳輸比特流，其PDU為bit五層協議體系結構的應用層對應了七層協議體系結構的應用層、表示層、會話層安徽工程大學計算機與信息學院761.4.6計算機網絡工作過程

5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2應用進程數據先傳送到應用層加上應用層首部，成為應用層

PDU報文計算機1向計算機2發送數據安徽工程大學計算機與信息學院77計算機

1

向計算機

2

發送數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2應用層PDU再傳送到運輸層分段，再加上運輸層首部，成為報文段安徽工程大學計算機與信息學院78計算機

1

向計算機

2

發送數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2運輸層報文再傳送到網絡層加上網絡層首部，成為IP數據報（或分組）安徽工程大學計算機與信息學院79計算機

1

向計算機

2

發送數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2IP數據報再傳送到數據鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數據鏈路層幀安徽工程大學計算機與信息學院80計算機

1

向計算機

2

發送數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2數據鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體安徽工程大學計算機與信息學院81計算機

1

向計算機

2

發送數據應用層(applicationlayer)5432154321物理傳輸媒體計算機

1AP2AP1電信號（或光信號）在物理媒體中傳播從發送端物理層傳送到接收端物理層計算機

2安徽工程大學計算機與信息學院82計算機

1

向計算機

2

發送數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2物理層接收到比特流，上交給數據鏈路層安徽工程大學計算機與信息學院83計算機

1

向計算機

2

發送數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2數據鏈路層剝去幀首部和幀尾部取出數據部分，上交給網絡層安徽工程大學計算機與信息學院84計算機

1

向計算機

2

發送數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2網絡層剝去首部，取出數據部分上交給運輸層安徽工程大學計算機與信息學院85計算機

1

向計算機

2

發送數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2運輸層剝去首部，取出數據部分上交給應用層安徽工程大學計算機與信息學院86計算機

1

向計算機

2

發送數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2應用層剝去首部，取出應用程序數據上交給應用進程安徽工程大學計算機與信息學院87計算機

1

向計算機

2

發送數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2我收到了

AP1

發來的應用程序數據！安徽工程大學計算機與信息學院88計算機

1

向計算機

2

發送數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2應用程序數據應用層首部H510100110100101比特流110101110101注意觀察加入或剝去首部（尾部）的層次應用程序數據H5應用程序數據H4H5應用程序數據H3H4H5應用程序數據H4運輸層首部H3網絡層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部安徽工程大學計算機與信息學院89計算機

1

向計算機

2

發送數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

210100110100101比特流110101110101計算機2的物理層收到比特流后交給數據鏈路層H2T2H3H4H5應用程序數據安徽工程大學計算機與信息學院90計算機

1

向計算機

2

發送數據H3H4H5應用程序數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2數據鏈路層剝去幀首部和幀尾部后把幀的數據部分交給網絡層H2T2H3H4H5應用程序數據安徽工程大學計算機與信息學院91計算機

1

向計算機

2

發送數據H4H5應用程序數據H3H4H5應用程序數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2網絡層剝去分組首部后把分組的數據部分交給運輸層安徽工程大學計算機與信息學院92計算機

1

向計算機

2

發送數據H5應用程序數據H4H5應用程序數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2運輸層剝去報文首部后把報文的數據部分交給應用層安徽工程大學計算機與信息學院93計算機

1

向計算機

2

發送數據應用程序數據H5應用程序數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2應用層剝去應用層PDU首部后把應用程序數據交給應用進程安徽工程大學計算機與信息學院94計算機

1

向計算機

2

發送數據5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2我收到了

AP1

發來的應用程序數據！安徽工程大學計算機與信息學院951.5計算機網絡的產生與發展

1面向終端的第一代計算機網絡

20世紀50年代：數據通信技術的研究與發展安徽工程大學計算機與信息學院962以分組交換為核心的第二代計算機網絡20世紀60年代：ARPAnet與分組交換技術的研究與發展第二代計算機網絡則強調了網絡的整體性，用戶不僅可以共享與之直接相連的主機的資源，而且還可以通過通信子網共享其他主機或用戶的軟、硬件資源。安徽工程大學計算機與信息學院973以OSI和TCP/IP為核心的第三代計算機網絡20世紀70年代：網絡體系結構與協議標準化的研究，廣域網、局域網與分組交換技術的研究與應用第三代計算機網絡的特點是制訂了統一的不同計算機之間互聯的標準，從而實現了不同廠家生產的計算機之間互聯成網。1977年前后，國際標準化組織（InternationalStandardizationOrganization，ISO）成立了一個專門機構，提出了一個各種計算機能夠在世界范圍內互聯成網的標準框架，即著名的開放系統互聯基本參考模型（OpenSystemInterconnect/ReferenceModel，OSI/RM），簡稱為OSI。OSI參考模型的提出，解決了不同廠家生產的計算機之間的互聯問題。安徽工程大學計算機與信息學院984以高速和多媒體應用為核心的第四代計算機網絡20世紀90年代：Internet技術的廣泛應用、網絡計算技術的研究與發展、寬帶城域網與接入網技術的研究與發展、網絡與信息安全技術的研究與發展

第四代計算機網絡是在進入20世紀90年代后，隨著數字通信的出現而產生的，其特點是綜合化和高速化。綜合化是指采用交換的數據傳送方式將多種業務綜合到一個網絡中完成。例如人們一直在使用一種與計算機網絡很不相同的電話網傳送語音信息，但是，現在已經可以將多種業務，如語音、數據、圖像等信息以二進制代碼的數字形式綜合到一個網絡之中進行傳送。網絡的高速化在近年來顯得非常突出。例如以太網的速率，在短短的十幾年間就從當初的10Mbit/s，發展到后來的100Mbit/s、1000Mbit/s，現在運行速率達到10000Mbit/s的萬兆以太網也得到了廣泛應用。安徽工程大學計算機與信息學院991.6因特網概述1.6.1因特網的發展Internet的全稱是InterNetwork，中文稱為“國際互連網”、“因特網”、“網際網”等。它將全世界不同國家、不同地區、不同部門和機構的不同類型的計算機及國家主干網、廣域網、城域網、局域網通過網絡互聯設備“永久性”地高速互聯，而不論其網絡規模的大小、主機數量的多少、地理位置的異同，因此是一個”網絡的網絡”。Internet的最早起源于美國國防部領導的高級研究計劃署ARPA（AdvancedResearchProjectsAgency）的前身ARPANET，該網于1969年投入使用。由此，ARPANET成為現代計算機網絡誕生