第7章計算機網絡技術一、計算機網絡的一般概念（一）、計算機網絡發展的歷史單機大、中、小型機—龐大，昂貴缺點:資源無法共享自主計算機autonomouscomputers計算機網絡指代自主計算機的互聯集合。網絡始于50’s，近20年發展迅速。發展的動力：資源共享的需求大型項目的合作人與人之間的溝通從體系結構來看，網絡的發展可分為三個時代：聯機終端系統（單機網絡）以通信子網為中心（計算機—計算機）采用標準化的層次體系結構1.以單處理機為中心的聯機終端網絡系統產生時間：20世紀60年代以前 1946年計算機的誕生特征：計算機體積大、價格昂貴、計算能力強1952年美國半自動化地面防空系統（SAGE）特征：以單處理機為中心的聯機網絡，集中式控制

60年代初美國航空公司飛機訂票系統(SABRE-1)

特征：以單處理機為中心的聯機網絡，集中式控制

缺點：主機負荷重，線路利用率低特征——共享主機資源單臺主機——

計算、通信多臺終端——用戶交互本地、遠程連接2.計算機－計算機網絡產生時間：20世紀60年代~20世紀70年代特征網絡結構從“主機－終端”轉變為“主機－主機”單主機終端網絡的互聯，形成多主機為中心的網絡HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信線路2.計算機－計算機網絡（續）主機－主機網絡的演變演變階段1通信任務從主機中分離CCP-通信控制處理機專門處理主機之間的通信任務引入CCP-通信控制處理機CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT兩層網絡概念的出現由CCP組成的傳輸網絡——通信子網，為資源子網提供信息傳輸服務主機的集合——資源子網，提供各種網絡資源，建立在通信子網基礎上演變階段2通信子網規模擴大公用數據通信網PSTN（公用服務電話網）X.25（公用數據分組網）優點降低用戶系統建設成本通信線路利用率高兼容性好公用數據通信網HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT公用數據通信網典型例子因特網的前身——ARPANET美國軍方建立的實驗性網絡最初4個節點→70’s的60多個節點地域跨越美洲、歐洲具有現代網絡的許多特征第二代計算機網絡的不足之處網絡普及程度低標準不統一網絡體系結構的研究不成熟3、因特網時代因特網的基礎結構大體上經歷了三個階段的演進。但這三個階段在時間劃分上并非截然分開而是有部分重疊的，這是因為網絡的演進是逐漸的而不是突然的。因特網發展的第一階段第一個分組交換網ARPANET最初只是一個單個的分組交換網。ARPA研究多種網絡互連的技術。1983年TCP/IP協議成為標準協議。同年，ARPANET分解成兩個網絡：ARPANET——進行實驗研究用的科研網MILNET——軍用計算機網絡1983~1984年，形成了因特網Internet。1990年ARPANET正式宣布關閉。因特網發展的第二階段1986年，NSF建立了國家科學基金網。NSFNET。它是一個三級計算機網絡：主干網地區網校園網1991年，美國政府決定將因特網的主干網轉交給私人公司來經營，并開始對接入因特網的單位收費。1993年因特網主干網速率提高到45Mb/s（T3速率）。三級結構的因特網各網絡之間需要使用路由器來連接。有時在結構圖中可不畫出路由器。校園網校園網校園網校園網校園網校園網國家主干網地區網地區網地區網路由器主機到主機的通信可能要經過多種網絡。校園網校園網校園網校園網校園網校園網國家主干網地區網地區網地區網因特網發展的第三階段從1993年開始，由美國政府資助的NSFNET逐漸被若干個商用的ISP網絡所代替。1994年開始創建了4個網絡接入點NAP(NetworkAccessPoint)，分別由4個電信公司經營。NAP就是用來交換因特網上流量的結點。在NAP中安裝有性能很好的交換設施。到本世紀初，美國的NAP的數量已達到十幾個。從1994年到現在，因特網逐漸演變成多級結構網絡。多級結構的因特網主機到主機的通信可能經過多種ISP。大公司地區ISP網絡接入點NAP（對等點）公司校園網主干服務提供者校園網校園網校園網校園網本地ISP地區ISP地區ISP地區ISP本地ISP本地ISP大公司大公司網絡接入點NAP（對等點）今日的多級結構的因特網大致上可將因特網分為以下五個接入級網絡接入點

NAP國家主干網（主干ISP）地區ISP本地ISP校園網、企業網或PC機上網用戶二、計算機網絡的分類1按距離劃分局域網(LAN，LocalAreaNetwork)

工作范圍：10m-1km，同一個樓房、校園城域網(MAN，MetropolitanAreaNetwork)

工作范圍：1km-幾十km,同一城市廣域網(WAN，WideAreaNetwork)

工作范圍：幾十km-幾千km,同一國家、州、全球接入網（AN，AccessNetwork）稱本地接入或居民接入2按拓撲結構劃分網絡的拓撲結構是指拋開網絡中的具體設備，用點和線來抽象出網絡系統的邏輯結構。星形環形總線型網狀3按傳輸技術劃分廣播式網絡：總線形網、環形網等。適用場合：小的、地理上處于本地的網絡。點到點網絡4按網絡使用者分類公用網：如CHINAPAC、Cernet專用網：如金融系統、鐵路系統的內部網絡5按交換方式劃分電路交換網（基于位置，面向連接的）如電話系統報文交換（基于存儲轉發的）

如電報分組交換（信元交換）（基于標記，無連接的）如因特網、ATM網絡

混合交換（電路＋分組）三、傳輸介質1、同軸電纜

同軸電纜包括由絕緣體包圍的一根中央銅線、一個網狀金屬屏蔽層以及一個塑料封套。在同軸電纜中，銅線傳輸電磁信號；網狀金屬屏蔽層一方面可以屏蔽噪聲，另一方面可以作為信號地；絕緣層通常由陶制品或塑料制品組成。同軸電纜存在許多不同規格，雖然在當前的使用中可能只見過2、3種類型的同軸電纜，每一種規格都被分配一個無線管理（RG）規格號。電纜類型之間的主要差異在于中心線所使用的材料上。

10base2細同軸電纜及BNC頭實物圖10base5粗同軸電纜實物圖同軸電纜的類型規格阻抗描述RG-58/U

50歐姆

細纜，固體實心銅線RG-58A/U

50歐姆

細纜，常稱為10Base2RG-58C/U50歐姆

細纜，RG-58A/U的軍用版本

RG-59

75歐姆

寬帶電纜，用于TV電纜RG-8

50歐姆粗纜，固體實心線，直徑大約為0.4英寸

RG-11

50歐姆粗纜，直徑大約為0.4英寸，標準實心線，常稱為1英寸RG-62

50歐姆用于ARCnet和IBM3270終端

1）粗纜（10Base5）

IEEE將粗纜命名為10Base5Ethernet。10代表10Mbps的吞吐量，Base代表是基帶傳輸，5代表粗纜的最大段長度為500米。特性如下?！裢掏铝浚焊鶕蘒EEE802.3標準，粗纜傳輸數據的最大速率是10Mbps。它使用基帶傳輸。●成本：粗纜比光纜便宜得多，但比其他類型的同軸電纜，如細纜，要昂貴得多?！襁B接器：粗纜需要一種轉接器（在線上穿孔的連接器）連接到收發器，再用一個下行電纜連接網絡設備。粗纜網絡連接●抗噪性：由于寬的直徑和較好的屏蔽物，使得粗纜具有最高的抗噪性。●尺寸和可擴展性：由于粗纜具有高抗噪性，因而與其他類型的電纜相比，它允許數據傳輸更遠的距離。它的最大段長度是500米，每段最大能夠容納100個節點。它的總最大網絡長度為1500米。為最小化站點之間的干擾的可能性，網絡設備應分隔2.5米。它的堅硬性使它難于處理和安裝。2）細纜（10Base2）

IEEE將細纜命名為10Base2Ethernet，其中10代表它的數據傳輸速率為10Mbps，Base代表它使用基帶傳輸，2代表它的最大段長度為185米（或粗略為200米）。細纜電纜直徑大約為0.64cm，也更易于處理和安裝。特性如下：●吞吐量：細纜傳輸數據的最大速率為10Mbps，使用基帶傳輸?！褓M用：細纜比粗纜和光纜便宜得多，但比雙絞線電纜昂貴。

●尺寸和可擴展性：細纜允許每個網絡段最長185米，細纜每段最多僅能容納30個節點，它的最大總網絡長度為550多米。為最小化干擾，細纜網絡中的設備應至少分隔0.5米?！襁B接器：細纜使用BNC-T型連接器將電纜與網絡設備相連。一個具有3個開放口的BNC連接器的T型底部連接到Ethernet的網絡接口卡上，兩邊連接細纜電纜，以便允許信號進出網絡接口卡。

●抗噪性：由于有絕緣體和屏蔽層，細纜比雙絞線電纜具有更強的抗噪能力，但不如粗纜抗噪能力強。細纜的主要優點是非常低的成本以及使用相對容易一些。

粗纜和細纜都能用于總線結構中。使用總線結構的網絡必須在兩端終結。因此，粗纜和細纜都需要一個50歐姆的電阻器以終結網絡的每一端。若沒有終結器，總線網絡上的信號將在網絡的兩端之間無休止地傳輸，這種現象稱為信號反射。

使用總線拓撲結構的同軸電纜網絡示意圖2雙絞線雙絞線（TP）電纜類似于電話線，由絕緣的彩色銅線對組成，每根銅線的直徑為0.4～0.8mm，兩根銅線互相纏繞在一起，雙絞線對中的一根電線傳輸信號信息，另一根接地并吸收干擾。雙絞線電纜能適應當前更快的網絡傳輸速率。由于雙絞線電纜的廣泛使用，它出現在傳輸速率更快的網絡中。所有的雙絞線電纜可以分為兩類：

1）屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線（STP）電纜中的纏繞電線對被一種金屬（如箔）制成的屏蔽層所包圍，而且每個電線對中的電線也是相互絕緣的。屏蔽雙絞線（STP）示意圖

2）非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線（UTP）電纜包括一對或多對由塑料封套包裹的絕緣電線對。UTP電纜中的10Base-T、100Base-T，其中“10”或“100”代表最大數據傳輸速率為10Mbps或100Mbps，Base代表采用基帶傳輸方法傳輸信號，T代表UTP。雙絞線電纜的標準是由TIA/EIA國際協會制定的。為管理網絡電纜，需要熟悉用于現代網絡的一些標準，特別是3類和5類UTP。

1類線（CAT1）：一種包括兩個電線對的UTP形式。1類線適用于語音通信，而不適用于數據通信。它每秒最多只能傳輸20千位（kbps）的數據。

2類線（CAT2）：一種包括四個電線對的UTP形式。數據傳輸速率可以達到4Mbps。但由于大部分系統需要更高的吞吐量，2類線很少用于現代網絡中。

3類線（CAT3）：一種包括四個電線對的UTP形式。在帶寬為16MHz時，數據傳輸速率最高可達10Mbps。3類線一般用于10Mbps的Ethernet或4Mbps的TokenRing。

4類線（CAT4）：一種包括四個電線對的UTP形式，它能支持高達10Mbps的吞吐量。CAT4可用于16Mbps的TokenRing或10Mbps的Ethernet網絡中。它可確保信號帶寬高達20MHz。與CAT1、2、3相比，它能提供更多的保護以防止串擾和衰減。

5類線（CAT5）：用于新網安裝及更新到快速Ethernet的最流行的UTP形式。CAT5包括四個電線對，支持100Mbps的吞吐量和100Mbps的信號速率。CAT5電纜支持其他快速聯網技術，如異步傳輸模式（ATM）。

6類線（CAT6）：包括四對電線對的雙絞線電纜。每對電線被箔絕緣體包裹，另一層箔絕緣體包裹在所有電線對的外面，同時一層防火塑料封套包裹在第二層箔層外面。箔絕緣體對串擾提供了較好的阻抗，從而使得CAT6能支持的吞吐量是常規CAT5吞吐量的6倍。

STP和UTP具有許多共同的特性，下面列出它們主要的相同和不同之處?！裢掏铝浚篠TP和UTP能以10Mbps的速率傳輸數據，CAT5UTP以及在某些環境下的CAT3UTP的數據傳輸速率可達100Mbps。●成本：STP和UTP的成本區別在于所使用的銅態級別、纏繞率以及增強技術。一般來說，STP比UTP更昂貴，但高級UTP也是非常昂貴的?！襁B接器：STP和UTP使用的連接器和數據插孔看上去類似于電話連接器和插孔。

●抗噪性：STP具有屏蔽層，因而它比UTP具有更好的抗噪性。但是，在另一方面，UTP可以使用過濾和平衡技術抵消噪聲的影響?！癯叽绾涂蓴U展性：STP和UTP的最大網段長度都是100米。它們的跨距小于同軸電纜所提供的跨距，這是因為雙絞線更易受環境噪聲的影響。雙絞線的每個邏輯段最多僅能容納1024個節點，整個網絡的最大長度與所使用的網絡傳輸方法有關。3、光纜光導纖維簡稱為光纜。它的中心部分包括一根或多根玻璃纖維，通過從激光器或發光二極管發出的光波穿過中心纖維進行數據傳輸。在光纖的外面是一層玻璃，稱之為包層。在包層外面，是一層塑料的網狀的Kevlar（一種高級的聚合纖維），以保護內部的中心線。最后一層塑料封套覆蓋在網狀屏蔽物上。光纜可分成兩大類：單模式和多模式。單模光纜攜帶單個頻率的光將數據從光纜的一端傳輸到另一端。通過單模光纜，數據傳輸速度更快，距離也更遠。相反，多模光纜可以在單根或多根光纜上同時攜帶幾種光波。光纜的不同層面示意圖光纜的特性總結如下：●吞吐量：光纜可以以每秒10GB以上的速度可靠地傳輸數據。純的玻璃纖維束每秒可接收高達1億個激光脈沖。它的高吞吐量能力也使它適用于擁有大量通信業務量的情形，如電視或電話會議。●連接器：光纜可以使用許多不同類型的連接器?！窨乖胄裕汗饫|的抗噪性很強。

●尺寸和可擴展性：由光纜組成的網絡段能跨越1000米。整個網絡的長度根據所使用的光纜類型的不同而不同。各種光尾纖連接器光纜有單模和多模之分，其特性比較如表所示：單模多模用于高速度，長距離用于低速度，短距離成本高成本低窄芯線，需要激光源寬芯線，聚光好耗散極小，高效耗散較大，低效

光纜的類型由模、材料、芯尺寸和外層尺寸決定，芯的尺寸大小決定光的傳輸質量。常用的光纜有：

8.3mm芯/125mm外層 單模

62.5mm芯/125mm外層 多模

50mm芯/125mm外層 多模

100mm芯/140mm外層 多模光纜在普通計算機網絡中的安裝是從用戶設備開始的。因為光纜只能單向傳輸，如要實現雙向通信，就必須成對出現，一個用于輸入，一個用于輸出。4、無線傳輸介質無線傳輸介質，簡稱無線（自由或無形）介質或空間介質。無線傳輸介質是指在兩個通信設備之間不使用任何物理的連接器，通常這種傳輸介質通過空氣進行信號傳輸。當通信設備之間由于存在物理障礙而不能使用普通傳輸介質時，可以考慮使用無線介質。

根據電磁波的頻率，無線傳輸系統大致分為廣播通信系統、地面微波通信系統、衛星微波通信系統和紅外線通信系統。因此，對應的3種無線介質是無線電波（30MHz～1GHz）、微波（300MHz～300GHz）、紅外線和激光。

1）無線電波通信無線電波通信主要用在廣播通信中。

2）紅外傳輸紅外網絡使用紅外線通過空氣傳輸數據，就好像電視遙控器發送穿過房間的信號。目前，紅外傳輸主要用于在同一房間中的設備間的通信。紅外傳輸在一個方向傳輸速率為16Mbps，多個方向不超過1Mbps。

3）衛星通信衛星通信是利用靜止的地球與同步衛星作為中繼站的通信系統。地面系統通常采用定向拋物天線。衛星通信系統具有通信容量大，傳輸距離遠，覆蓋范圍廣，特別適用于全球通信、電視廣播和地理環境惡劣的地區使用等優點。22,300公里地球無線電微波通信在數據通信中占有重要地位。微波的頻率范圍為300MHz～300GHz。微波在空間主要是直線傳播。由于微波會穿透電離層而進入宇宙空間，因此它不像短波那樣可以經電離層反射傳播到地面上很遠的地方。微波通信就有兩種主要方式：地面微波接力通信和衛星通信。地球1、總線型網絡拓撲結構總線結構是比較普遍采用的一種方式，它將所有的入網計算機均接入到一條通信線上，為防止信號反射，一般在總線兩端連有終結器匹配線路阻抗。四、網絡拓撲結構終結器終結器網段總線型網絡拓撲結構的特點主要表現在以下幾個方面：線路利用率高：由于多個節點共用一條傳輸線路，因此線路利用率較高。地理覆蓋范圍?。汗每偩€的長度受到一定的限制，通常小于幾千米，節點至總線的連接線也較短，因此一般局限于某個單位。傳輸速率高：可利用高速信道來連接多個節點，其傳輸速率可達到100Mbps或更高。網絡建造容易：由于網絡的物理結構簡單，將節點連接到總線上也容易，相應的傳輸控制機構也簡單。星型網絡拓撲結構是以一個節點為中心的處理系統，各種類型的入網機器均與該中心節點有物理鏈路直接相連，節點間不能直接通信，需要通過該中心節點轉發，因此中心節點必須有較強的功能和較高的可靠性。2、星型網絡拓撲結構Hub星型網絡拓撲結構的特點主要表現在以下幾個方面。功能高度集中：整個網絡的處理和控制功能高度集中在中心節點。響應時間與終端數目有關：當終端數目較少時，終端的請求能夠獲得及時響應，但隨著終端數目的增多，響應時間也隨之加長。線路利用率低：每條通信線路只連接一個終端，使該線路利用率不高。可擴充性差：星型網絡由于受到硬件接口和軟件功能的限制，因而可擴充性較差。3、環型網絡拓撲結構在環型網絡拓撲結構中，信號沿一個方向在閉合環路電纜中傳播。網上傳輸的數據中都賦有一個具體地址，該地址也是網上某站點的地址。環型網絡拓撲結構的特點主要表現在以下幾個方面。傳輸時延的確定性：從某源點發出的信息能在確定的時間內到達目標節點?？煽啃圆睿寒敪h路上任何一個轉發器或者兩個轉發器之間的連線發生故障時，將導致整個網絡的癱瘓，因此，基本環型網絡是不可靠的。靈活性差：無論在增加或是減少網絡節點時，都需要斷開原有環路，并對介質訪問控制進行調整。網絡建造容易：由于網絡中的每個轉發器都只與相鄰的兩個轉發器相連接，且介質訪問控制也不復雜。1.2.4網絡型網絡拓撲結構網狀網絡拓撲結構分為全連接網狀型和不完全連接網狀型兩種形式。在全連接網狀型中，每一個節點和網中其他節點均有鏈路連接。在不完全連接網型中，兩節點之間不一定有直接鏈路連接，它們之間的通信，可以依靠其他節點轉接。最能容錯的網絡拓撲結構是全連接網狀拓撲結構，在這種拓撲結構中，網絡中的每個節點都能連接到其他節點上。4、網狀網絡拓撲結構1.2.4網絡型網絡拓撲結構網絡型拓樸結構的最大優點是單一節點或者電纜區段的故障不會引起網絡崩潰。當某個電纜區段出現故障時，數據能夠通過其他節點重新確定線路，并到達最終的目的地。因而，這種拓撲結構具有較強的容錯（FaultTolerant）能力。網絡型拓撲實現起來成本非常高，布線也很麻煩。網絡型拓撲僅用于大型系統，例如幀中繼、ATM或者其他分組交換網絡中成本相對性能和容錯退居到次要位置。1.2.5混合型網絡拓撲結構在選擇拓撲結構時，主要考慮的因素有：安裝的相對難易程度、重新配置的難易程度、維護的相對難易程度、通信介質發生故障時受到影響的設備的情況等。銅纜或銅線連接到以太網的示意圖主機箱主機箱主機箱雙絞線集線器BNCT型接頭收發器電纜網卡插入式分接頭MAUMDI保護外層外導體屏蔽層內導體收發器DB-15連接器BNC連接器插口RJ-45插頭六、介質訪問方式1、帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問CSMA/CD2、令牌總線tokenbus3、令牌環tokenring1、CSMA/CD協議B向

D發送數據

C

D

A

E匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B發送的數據載波監聽多點接入/碰撞檢測CSMA/CDCSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection。“多點接入”表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上?！拜d波監聽”是指每一個站在發送數據之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發送數據，如果有，則暫時不要發送數據，以免發生碰撞?！拜d波監聽”就是用電子技術檢測總線上有沒有其他計算機發送的數據信號。1kmABt碰撞t=2

A檢測到發生碰撞

t=

B發送數據B檢測到發生碰撞

t=

t=0單程端到端傳播時延記為

1kmABt碰撞t=

B檢測到信道空閑發送數據t=

/2發生碰撞t=2

A檢測到發生碰撞

t=

B發送數據B檢測到發生碰撞

t=

ABABAB

t=0A檢測到信道空閑發送數據ABt=0t=

B檢測到發生碰撞停止發送STOPt=2

A檢測到發生碰撞STOPAB單程端到端傳播時延記為

2、令牌總線2、令牌總線環初始化

新結點加入環

結點從環中撤出環恢復

優先級

3、令牌環網 計算機網絡體系結構是層和協議的集合1)標準化組織

國際標準化組織（ISO) ISO-InternationalStandardOrganization ISO的主要活動是制定國際標準，協調世界范圍內的標準化工作。

ISO下設200個技術委員會，標準的制定過程經過4個階段：工作草案、建議草案、國際標準草案、國際標準七、

計算機網絡體系結構

國際電信聯盟（ITU)ITU-T—InternationalTelcommunicationUnionITU的宗旨是維護與發展成員國間的合作以改進和共享各種電信技術

ITU有4個常設機構： 總秘書處

國際頻率注冊委員會

國際無線電咨詢委員會

國際電報電話咨詢委員會（CCITT)

國際電信聯盟-電信標準部（ITU-T)

ITU-T—ITUTelecommunicationStandardizationSector

其前身是CCITT,是一個開發全球電信技術標準的國際組織,其宗旨是研究與電話、電報、電傳運作和關稅有關的問題，并對各種通信設備及通信規程的標準化的一系列建議

I系列建議-數字網,包括ISDNT系列建議-終端設備V系列建議-電話網上的通信，ModemX系列建議-數據通信網絡的建議X.25電器與電子工程師協會（IEEE)

IEEE—InstituteofElectricalandElectronicsEngineers

它是世界上最大的專業性組織，主要開發通信和局域網標準歐洲計算機制造商協會（ECMA)

ECMA—EuropeanComputerManufacturer’s Association

其宗旨是促進國家和國際機構間的合作，致力于數據處理系統的標準化和應用（OSI協議、數據網...）美國國家標準學會（ANSI) ANSI—AmericanNationalStandardsInstitute

研究物理層、數據鏈路層、局域網標準電子工業協會（EIA) EIA—ElectronicIndustriesAssociation

制定電氣標準的組織EIARS-232ES-4492)OSI參考模型

OSI-OpenSystemInterconnection

開放系統互聯參考模型

OSI是為不同開放系統的應用進程之間進行通信所定義的標準

OSI包含兩部分：

ISO/OSI/RM(ISO7498)

服務與協議

OSI參考模型應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層傳輸介質5234167

OSI參考模型

應用層物理層數據鏈路層網絡層傳輸層會話層表示層應用層物理層數據鏈路層網絡層傳輸層會話層表示層發送進程接收進程應用層協議表示層協議會話層協議傳輸層協議物理層數據鏈路層網絡層主機A主機B路由器路由器物理層數據鏈路層網絡層通信子網物理介質物理介質OSI參考模型示意圖OSI各特定層功能概述應用層Application表示層Presentation會話層session傳輸層transport物理層Physical數據鏈路層DataLink網絡層Network7654321處理網絡應用數據表示主機間通信端到端的連接尋址和最短路徑介質訪問（接入）二進制傳輸第7層：應用層(Application)為用戶的應用程序提供網絡通信服務識別并證實目的通信方的可用性使協同工作的應用程序之間進行同步判斷是否為通信過程申請了足夠的資源應用層協議的例子：遠程登錄協議Telnet、文件傳輸協議FTP、

超文本傳輸協議HTTP、域名服務DNS、

簡單郵件傳輸協議SMTP、郵局協議POP3等第6層：表示層(Presentation)處理被傳送數據的表示問題，即信息的語法和語義。如有必要，使用一種通用的數據表示格式在多種數據表示格式之間進行轉換。例如：在日期、貨幣、數值（特別是浮點數）等本地數據表示格式與標準數據表示格式之間進行轉換；數據的加解密、壓縮/解壓縮等本地表示1本地表示2公共表示公共表示表示層傳輸層第5層：會話層(Session)建立、管理和中止不同機器上的應用程序之間的會話。會話：完成一項任務而進行一系列相關的信息交換。同步（解決失敗后從哪里重新開始）設置檢查點——會話失敗后，恢復到最后一個檢查點處，而不用從頭開始。例如：數據送到打印服務器上打印。接收的數據已被確認，但打印機出現故障。這時沒必要再從頭開始打印，只要在每頁開始處設置檢查點，打印出錯時只需重傳最后一個檢查點以后的頁面。活動管理，保證活動的完整性和正確性?；顒樱合鄬Κ毩⒌囊唤M相關操作。

例如：一次會話傳送多個文件，其中每一個文件的傳送為一個活動?；顒?活動2會話文件1文件2第4層：傳輸層(Transport)為源端主機到目的端主機提供可靠的數據傳輸服務；屏蔽各類通信子網的差異，使上層不受通信子網技術變化的影響。進行數據分段并組裝成報文流；提供“面向連接”（虛電路）和“無連接”（數據報）兩種服務；傳輸差錯校驗與恢復；信息流控制，防止數據傳輸過載。數據報與虛電路的概念數據報：無連接的服務；虛電路：面向連接的服務數據報——每個分組作為一個獨立的信息單位傳送特征：不需要連接，也無需確認完整的網絡地址（源和目的）——信道利用率低不保證按序到達；每個分組均需進行路由選擇虛電路——傳輸前先建立一條邏輯連接，傳輸結束后拆除特征：需要建立連接僅在建立連接時需要全網地址，傳輸時用虛電路號按序到達；僅在建立連接時需要路由選擇兩類虛電路：永久虛電路——租用后便永久建立，退租后拆除。交換虛電路——需要通信時建立，通信結束便拆除。傳輸層的特點傳輸層以上各層：面向應用；以下各層：面向傳輸。傳輸層位于資源子網和通信子網的交界處，起著承上啟下的作用。與網絡層的部分服務有重疊交叉。如何平衡取決于兩者的功能劃分。真正意義上的從源到目標實現“端到端”連接的層。

1-3層：鏈接,中繼；4-7層：端到端第3層：網絡層(Network)在源端與目的端之間建立、維護、終止網絡的連接。功能和服務最佳路由選擇和數據包中轉流量控制和擁塞控制差錯檢測與恢復流量統計和記賬路由選擇如何在多條通信路徑中找一條最佳路徑？

依據：速度,距離(步跳數),價格,擁塞程度路由器－路由表建立與維護靜態：人工設置，只適用于小型網絡動態：運行過程中根據網絡情況自動地動態維護路由算法距離向量算法：RIP、CGP等鏈路狀態算法：OSPF等第2層：數據鏈路層(DataLink)在物理線路上提供可靠的數據傳輸，使之對網絡層呈現為一條無錯的線路。所關心的問題包括：物理地址、網絡拓撲；組幀：把數據封裝在幀中,按順序傳送,并處理返回的確認幀；定界與同步：產生/識別幀邊界；差錯恢復：采用重傳（ARQ）的方法；流量控制：收發雙方傳輸速率的匹配。廣播式信道問題(LANorWireless)：

涉及到如何控制對共享信道的訪問。將數據鏈路層劃分為邏輯鏈路控制(LogicalLinkControl,LLC)和介質訪問控制子層(MediaAccessControl，MAC)兩個子層。由MAC子層解決介質訪問控制問題，兩種主要的介質訪問控制方法： -CSMA/CD -TOKENPASSING：TokenRing\TokenBusMAC子層的地址網絡中的每臺主機都必須有一個48位(6Byte)的全局地址，它是該主機在全球范圍的唯一標識符，與其物理位置無關。(比較IP地址)

該全局地址稱為MAC地址，也稱為物理地址，通常固化在網卡上。當一臺計算機插上一塊網卡后，該計算機的物理地址就是該網卡的MAC地址。MAC地址的例子(以十六進制表示)： 02·60·8C·67·05·A2第1層：物理層(Physical)實現在物理媒體上透明地傳送原始比特流。定義了激活、維護和關閉終端用戶之間機械的、電氣的、過程的和功能的特性。

數據終端設備DTE、數據通信設備DCEDTE——用于處理用戶數據的設備。如計算機、路由器。DCE——用于把DTE發出的數字信號轉換成適合于在傳輸介質上傳輸的形式。如MODEM。物理層的特性包括：機械特性：物理連接器的尺寸、形狀、規格電氣特性：信號電平，脈沖寬度，頻率，數據傳送速率，最大傳送距離等功能特性：接口引腳的功能作用規程特性：信號時序，應答關系，操作過程TCP/IP與OSI體系結構的比較OSI參考模型中采用了七個層次的體系結構，TCP/IP協議的四層結構是：應用層、運輸層、網際層、網絡接口層。TCP/IP協議層次關系圖TCP/IP協議集TCP/IP協議也采用對等層通信的模式，封裝和解除封裝也在各層進行。發送方在發送數據時，應用程序將要發送的數據加上應用層頭部交給傳輸層，TCP或UDP再將數據分成大小一定的數據段，然后加上本層的報文頭。TCP/IP的數據封裝應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層Physical應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層TCP頭部數據IP頭部應用數據幀頭部IP數據包物理層◆OSI/RMTCP/IP數據傳輸過程.八、IP地址整個因特網可以看成為一個單一的、抽象的網絡。IP地址就是給每個連接在因特網上的主機（或路由器）分配一個在全世界范圍是惟一的32bit的標識符。IP地址由因特網名字與號碼指派公司ICANN(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers)進行分配。1.IP地址及其表示方法1）IP地址的編址方法分類的IP地址：這是最基本的編址方法，在1981年就通過了相應的標準協議。子網的劃分：這是對最基本的編址方法的改進，其標準[RFC950]在1985年通過。構成超網：這是比較新的無分類編址方法。1993年提出后很快就得到推廣應用。2）分類IP地址每一類地址都由兩個固定長度的字段組成，其中一個字段是網絡號net-id，它標志主機（或路由器）所連接到的網絡，而另一個字段則是主機號host-id，它標志該主機（或路由器）。兩級的IP地址可以記為：IP地址::={<網絡號>,<主機號>}::=代表“定義為”net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的網絡號字段和主機號字段

0A類地址host-id16bitB類地址C類地址011host-id8bitD類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

1

001net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的網絡號字段和主機號字段

0A類地址host-id16bitB類地址C類地址011host-id8bitD類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

1

001A類地址的網絡號字段net-id為1字節net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的網絡號字段和主機號字段

0A類地址host-id16bitB類地址C類地址011host-id8bitD類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

1

001A類地址的主機號字段host-id為3字節net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的網絡號字段和主機號字段

0A類地址host-id16bitB類地址C類地址011host-id8bitD類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

1

001B類地址的網絡號字段net-id為2字節net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的網絡號字段和主機號字段

0A類地址host-id16bitB類地址C類地址011host-id8bitD類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

1

001B類地址的主機號字段host-id為2字節net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的網絡號字段和主機號字段

0A類地址host-id16bitB類地址C類地址011host-id8bitD類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

1

001C類地址的網絡號字段net-id為3字節net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的網絡號字段和主機號字段

0A類地址host-id16bitB類地址C類地址011host-id8bitD類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

1

001C類地址的主機號字段host-id為1字節net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的網絡號字段和主機號字段

0A類地址host-id16bitB類地址C類地址011host-id8bitD類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

1

001D類地址是多播地址

net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的網絡號字段和主機號字段

0A類地址host-id16bitB類地址C類地址011host-id8bitD類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

1

001E類地址保留為今后使用

路由器轉發分組的步驟先按所要找的IP地址中的網絡號net-id把目的網絡找到。當分組到達目的網絡后，再利用主機號host-id將數據報直接交付給目的主機。按照整數字節劃分net-id字段和host-id字段，就可以使路由器在收到一個分組時能夠更快地將地址中的網絡號提取出來。3）點分十進制記法10000000000010110000001100011111機器中存放的IP地址是32bit二進制代碼10000000000010110000001100011111每隔8bit插入一個空格能夠提高可讀性采用點分十進制記法則進一步提高可讀性1128

11331將每8bit的二進制數轉換為十進制數4）常用的三種類別的IP地址IP地址的使用范圍

網絡最大第一個最后一個每個網絡類別網絡數可用的可用的中最大的網絡號網絡號主機數

A126(27–2)112616,777,214B16,384(214)128.0191.25565,534C2,097,152(221)192.0.0223.255.255254互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網在同一個局域網上的主機或路由器的IP地址中的網絡號必須是一樣的。圖中的網絡號就是IP地址中的net-id互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網在同一個局域網上的主機或路由器的IP地址中的網絡號必須是一樣的。圖中的網絡號就是IP地址中的net-id互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網在同一個局域網上的主機或路由器的IP地址中的網絡號必須是一樣的。圖中的網絡號就是IP地址中的net-id互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網在同一個局域網上的主機或路由器的IP地址中的網絡號必須是一樣的。圖中的網絡號就是IP地址中的net-id互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網路由器總是具有兩個或兩個以上的IP地址。路由器的每一個接口都有一個不同網絡號的IP地址。互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網路由器總是具有兩個或兩個以上的IP地址。路由器的每一個接口都有一個不同網絡號的IP地址。互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網路由器總是具有兩個或兩個以上的IP地址。路由器的每一個接口都有一個不同網絡號的IP地址?；ヂ摼W中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網兩個路由器直接相連的接口處，可指明也可不指明IP地址。如指明IP地址，則這一段連線就構成了一種只包含一段線路的特殊“網絡”?，F在常不指明IP地址。從1985年起在IP地址中又增加了一個“子網號字段”，使兩級的IP地址變成為三級的IP地址。這種做法叫作劃分子網(subnetting)

。劃分子網已成為因特網的正式標準協議。5）三級的IP地址子網（subnet）

將一個大的網絡劃分成幾個較小的網絡，而每一個網絡都有其自己的子網地址；超網（supernet）

將一個組織所屬的幾個C類網絡合并成為一個更大地址范圍的邏輯網絡。

1）子網子網是指在一個IP地址上生成的邏輯網絡，它使用源于單個IP地址的IP尋址方案，把一個網絡分成多個子網，要求每個子網使用不同的網絡ID，通過把主機號（主機ID）分成兩個部分，為每個子網生成唯一的網絡ID。一部分用于標識作為唯一網絡的子網，另一部分用于標識子網中的主機。劃分子網純屬一個單位內部的事情。單位對外仍然表現為沒有劃分子網的網絡。從主機號借用若干個比特作為子網號subnet-id，而主機號host-id也就相應減少了若干個比特。IP地址::={<網絡號>,<子網號>,<主機號>}劃分子網的基本思路凡是從其他網絡發送給本單位某個主機的IP數據報，仍然是根據IP數據報的目的網絡號

net-id，先找到連接在本單位網絡上的路由器。然后此路由器在收到IP數據報后，再按目的網絡號net-id和子網號subnet-id找到目的子網。最后就將IP數據報直接交付給目的主機?！?1014563所有到網絡的分組均到達此路由器我的網絡地址是R1R3R2網絡一個未劃分子網的B類網絡劃分為三個子網后對外仍是一個網絡01014563………子網子網子網所有到達網絡的分組均到達此路由器網絡R1R3R2當沒有劃分子網時，IP地址是兩級結構，地址的網絡號字段也就是IP地址的“因特網部分”，而主機號字段是IP地址的“本地部分”。劃分子網后IP地址就變成了三級結構。劃分子網只是將IP地址的本地部分進行再劃分，而不改變IP地址的因特網部分。劃分子網后變成了三級結構三級層次的IP地址是：網絡號.子網號.主機號；第一級網絡號定義了網點的位置；第二級子網號定義了物理子網；第三級主機號定義了主機和路由器到物理網絡的連接；三級層次的IP地址，一個IP分組的路由選擇的過程為三步：第一步轉發給網點，第二步轉發給物理子網，第三步轉發給主機。從一個IP數據報的首部并無法判斷源主機或目的主機所連接的網絡是否進行了子網的劃分。使用子網掩碼(subnetmask)可以找出IP地址中的子網部分。6)子網掩碼子網掩碼是一個32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以區別網絡ID和主機ID，即可以快速確定IP地址的哪部分代表網絡號，哪部分代表主機號；用來將網絡分割為多個子網；判斷目的主機的IP地址是在本局域網還是在遠程網。在TCP/IP網絡上的每一個主機都要求有子網掩碼。這樣當TCP/IP網絡上的主機相互通信時，就可用子網掩碼來判斷這些主機是否在相同的網段內。子網掩碼的概念

子網掩碼表示方法：網絡號與子網號置1，主機號置0。

net-idnet-idhost-id為全0net-id網絡地址A類地址默認子網掩碼網絡地址B類地址默認子網掩碼網絡地址C類地址默認子網掩碼111111111111111111111111000000000000000000000000111111111111111100000000000000001111111100000000host-id為全0host-id為全0A類、B類和C類IP地址的默認子網掩碼

IP地址的各字段和子網掩碼網絡號net-id主機號host-id兩級IP地址網絡號net-idhost-id三級IP地址主機號subnet-id子網號子網掩碼因特網部分本地部分因特網部分本地部分劃分子網時的網絡地址1111111111111111

1111111100000000net-idsubnet-idhost-id為全0(IP

地址)AND(子網掩碼)=網絡地址網絡號net-id主機號host-id兩級IP地址網絡號三級IP地址主機號net-idhost-idsubnet-id子網號子網掩碼因特網部分本地部分因特網部分本地部分劃分子網時的網絡地址1111111111111111

1111111100000000net-idsubnet-idhost-id為全0AND掩碼運算

二進制的IP地址與掩碼按位進行“與”運算的過程

子網掩碼運算

子網地址空間的劃分實例

劃分子網就是將一個大網分成幾個較小的網絡；A類、B類與C類IP地址都可以劃分子網；劃分子網是在IP地址編址的層次結構中增加了一個中間層次，使IP地址變成了三級層次結構。例：一個大型跨國公司的管理者從網絡管理中心獲得一個A類IP地址；需要劃分1000個子網。分析：該公司需要有1000個物理網絡，加上主機號全0和全1的兩種特殊地址，子網數量至少為1002；選擇子網號的位長為10，可分配的子網最多為1024，滿足要求。A類地址子網劃分后的結構

劃分子網后的地址范圍

劃分子網后的網點內部結構

如何根據主機的IP地址判斷是否屬于同一個子網

在劃分子網的情況下，判斷兩臺主機是不是在同一個子網中，看它們的網絡號與子網地址是不是相同。實例：主機1的IP地址為1主機2的IP地址為10子網掩碼為92判斷它們是不是在同一個子網上。主機1的IP地址與子網掩碼做與運算：主機2的IP地址與子網掩碼做與運算：結論:子網號都是0001101101，因此它們屬于同一個子網。6)特殊IP地址形式

直接廣播地址受限廣播地址“這個網的這個主機”地址

“這個網絡上的特定主機”地址回送地址.直接廣播地址A類、B類與C類IP地址中主機號全1的地址為直接廣播地址;用來使路由器將一個分組以廣播方式發送給特定網絡上的所有主機;只能作為分組中的目的地址;物理網絡采用的是點-點傳輸方式，分組廣播需要通過軟件來實現。.直接廣播地址.受限廣播地址網絡號與主機號的32位全為1的地址為受限廣播地址;用來將一個分組以廣播方式發送給本網的所有主機;分組將被本網的所有主機將接受該分組，路由器則阻擋該分組通過。.受限廣播地址.“這個網絡上的特定主機”地址主機或路由器向本網絡上的某個特定的主機發送分組；網絡號部分為全0，主機號為確定的值；這樣的分組被限制在本網絡內部。

.“這個網絡上的特定主機”地址.回送地址回送地址是用于網絡軟件測試和本地進程間通信；TCP/IP協議規定：

含網絡號為127的分組不能出現在任何網絡上；主機和路由器不能為該地址廣播任何尋址信息。.回送地址[RFC1918]指明的專用地址

到55

到55

到55這些地址只能用于一個機構的內部通信，而不能用于和因特網上的主機通信。專用地址只能用作本地地址而不能用作全球地址。在因特網中的所有路由器對目的地址是專用地址的數據報一律不進行轉發。7)IP地址與硬件地址TCP報文IP數據報MAC幀應用層數據首部首部尾部首部鏈路層及以下使用硬件地址硬件地址網絡層及以上使用IP地址IP地址HA1HA5HA4HA3HA6主機H1主機H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網局域網局域網通信的路徑H1→經過R1轉發→再經過R2轉發→H2查找路由表查找路由表HA1HA5HA4HA3HA6主機H1主機H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網局域網局域網IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機H1主機H2路由器R1IP層上的互聯網MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2

IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數據報從協議棧的層次上看數據的流動HA1HA5HA4HA3HA6主機H1主機H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網局域網局域網IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機H1主機H2路由器R1IP層上的互聯網MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2

IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數據報從虛擬的

IP

層上看

IP數據報的流動HA1HA5HA4HA3HA6主機H1主機H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網局域網局域網IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機H1主機H2路由器R1IP層上的互聯網MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2

IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數據報在鏈路上看

MAC幀的流動IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機H1主機H2路由器R1IP層上的互聯網MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2

IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數據報在IP層抽象的互聯網上只能看到IP數據報圖中的IP1→IP2

表示從源地址IP1

到目的地址IP2

兩個路由器的IP地址并不出現在IP數據報的首部中IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機H1主機H2路由器R1IP層上的互聯網MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2

IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數據報路由器只根據目的站的IP地址的網絡號進行路由選擇IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機H1主機H2路由器R1IP層上的互聯網IP2IP4IP3IP5路由器R2

IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2MAC幀從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數據報在具體的物理網絡的鏈路層只能看見MAC幀而看不見IP數據報IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機H1主機H2路由器R1IP層上的互聯網IP2IP4IP3IP5路由器R2

IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2MAC幀從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數據報IP層抽象的互聯網屏蔽了下層很復雜的細