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言,本书主要面向高等职业教育、成人教育以及计算机网络技术爱好者的计算机网络教材，能让您在学习中一步一步走进神奇的计算机网络世界，让你了计算机网络的基本结构，应用及发展，让你有能力从事小型网络的建设和维护。,本书本着企业应用为主，强调实际动手能力，在讲解网络基本知识的同时，加入知识在实际网络的应用，使您对网络的基本工作原理和应用和一个较为直观的认知。,本书一共分为以下几部分：,第一大部分主要讲解了网络基本的知识：主要讲解了网络的基本概念、发展、协议以及局域网组网技术。,下一页,返回,上一页,前 言,第二大部分主要讲解了网络的一般应用，包括其于2003的互联网服务的应用和配置，基于无线网络的应用，以及一个校园网的工程案例。,本书在编写过程中参考了许多相关的文献资料，并在实际中做了大量的实践，力求做到全书知识实用，语言通俗易懂，层次分明，即能让读者轻松的学习，又能让读者把知识较为容易的应用到实际当中去，希望本书对您将来的工作带来一定的帮助。,本书的辑写过程中，得到了许多朋友的关心和支持，特别感谢苏传芳主任给予的指导和帮助，特别感谢王海璐给予的支持和帮助，特别感谢马建先生给予的关心和支持。,返回,上一页,下一页,下一页,返回,目 录,第1章 计算机网络概述,1.1 计算机网络的初步认识,1.2 计算机网络的组成,1.3 计算机网络的体系结构,第2章 局域网组建技术（提醒：含一点无线局域网）,2.1 局域网的标准,2.2 架设局域网的硬件设备,2.3 局域网的组建,上一页,下一页,返回,目 录,第3章 网络层地址及协议,3.1 IP地址及TCP/IP协议简述,3.2 IP地址概述,3.3 IP地址的结构及表示方法,3.4 IP地址的分类,3.5 特殊的IP地址,3.6 Ipv6地址概述,上一页,下一页,返回,目 录,3.7 子网的划分,3.8 子网规划与划分实例,3.9 网络层协议,上一页,下一页,返回,目 录,第4章 路由原理及路由协议,4.1 路由器（Router）简介,4.2 路由的基本原理,4.3 静态路由与动态路由,4.4 路由协议,上一页,下一页,返回,目 录,第5章 传输层协议,5.1 传输层的基本功能,5.2 传输层采用的两大协议TCP、UDP,5.3 传输控制协议 TCP,5.4 流量控制,5.5 拥塞控制,5.6 用户数据报协议 UDP协议,5.7 常用协议及端口,上一页,下一页,返回,目 录,第6章 Internet服务应用,6.1 DNS服务器,6.2 DHCP服务器,6.3 IIS服务器,6.4 FTP服务器,上一页,下一页,返回,目 录,第7章 网络安全,7.1 网络安全概述,7.2 计算机病毒与木马,7.3 防火墙,7.4 数字加密与数字签名,上一页,下一页,返回,目 录,第8章 Internet接入技术,8.1 接入Internet的基本原理,8.2 拨号上网的实施,8.3 专线入网的实施,8.4 宽带接入技术,8.5 网络连接测试,上一页,下一页,返回,目 录,第9章 无线局域网组网技术,9.1 无线网络概述,9.2 IEEE 802.11b无线网络概述,9.3 IEEE 802.11标准中的物理层,9.4 IEEE 802.11安全,上一页,下一页,返回,目 录,第10章 网络故障,10.1 网络故障成因,10.2 网络故障分类,10.3 网络故障的排除方法,上一页,返回,目 录,第11章 组网方案实例,11.1 方案的目的与需求,11.2 需求分析,上一页,第1章 计算机网络概述,1.1 计算机网络的初步认识,1.2 计算机网络的组成,1.3 计算机网络的体系结构,计算机网络是众多计算机借助通讯线路连接形成的结果。计算机通过连接的线路相互通讯，从而使得位于不同地方人借助电脑可以互相沟通。由于计算机是一种独立性很强的智能化机器系统，因此网络中的多个计算机可以协作沟通共同完成某项工作。由此可见计算机网络是计算机技术与通讯技术紧密结合的产物。,111 什么是计算机网络,计算机网络是将位于不同地理位置并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路系统连接起来，并配以完善的网络软件（网络协议，信息交换方式以及网络操作系统等）来实现网络通讯和软、硬件资源共享的计算机集合。,1.1 计算机网络的初步认识,下一页,返回,图1.1,为计算机网络简化的示意图。,建立计算机网络的作用就是为了使得在不同地方的人能够利用计算机网络相互交流和协作，从而共同创造资源和共享资源。,在计算机网络的定义中我们需要强调的是，计算机网络一定是计算机的集合。计算机网络除了通讯设备和线路系统外，其末端都是一台独立的计算机。网络末端设备我们通常称为终端。而终端并不一定都是能够独立处理信息的智能化很强的计算机，比如超市里最后为我们计算总价并开票的机器和购买体育彩票时所用的,“,电脑,”,都不能算做一台计算机。它们尽管被通讯设备和线路系统连接，但它们本身并不独立，只能算做是一个信息输入输出系统。,1.1 计算机网络的初步认识,下一页,返回,上一页,这种哑终端的数据处理实际上通过网络中的中央计算机进行的（如,图1.3,）。哑终端把已经输入的信息传输给中央计算机，中央计算机进行处理，然后把处理好的数据交给哑终端显示，由于中央计算机的性能很好，处理速度很快，所以感觉这些数据是哑终端自己处理一样。有的哑终端甚至只有显示器和键盘。所以网络的终端是计算机的才能被称为计算机网络，而这样的网络不属于计算机网络。,112 计算机网络的分类,计算机网络有很多种类，其划分标准也有不同。比如按照技术分类，计算机网络可分为以太网，令牌环网，X.25网，ATM网等。按照交换功能分类，可分为报文交换网络，,1.1 计算机网络的初步认识,下一页,返回,上一页,分组交换网络，混合交换网络等。按照网络使用者分类有专用网和公用网等等。随着网络技术的高速发展，很多种类的网络已经被市场淘汰，我们现在用的网络都是以太网，数据交换方式为分组交换。因此对于网络种类的划分最常用的是按照其覆盖的地理范围。,按照地理覆盖范围，计算机网络可分为广域网，城域网，局域网和接入网。,1广域网WAN（Wide Area Network）,广域网的作用范围通常是几十公里到几千公里以上，是覆盖范围最大的一种网络。它可以把不同省份，不同国家，不同地域的计算机或计算机网络连接起来，形成国际性的计算机网络。,1.1 计算机网络的初步认识,下一页,返回,上一页,广域网也是因特网的核心，其任务是通过长距离运送主机所发送的数据。由于传送距离过长，广域网的通讯设备和线路都有能够高速传输大量信息的特点。广域网一般由国家和大规模的通讯公司利用卫星，海底光缆，公用网络等组建。,2城域网MAN（Metropolitan Area Network）,城域网的覆盖范围仅次于广域网，作用范围是几十公里以内的大量的企业，学校，机关等等。一般我们认为它可以横跨一座城市，可以是属于一个城市的公用网。当然一个城市的多个教育机构或者多家企业也可以拥有自己的城域网。,1.1 计算机网络的初步认识,下一页,返回,上一页,3局域网LAN（Local Area Network）,局域网的作用范围很有限，只有1KM左右。一般只能作用于一个社区，一个企业，一个校园，甚至一栋大楼和一间房子。一个单位可拥有多个局域网。我们平时所说的校园网，企业网都属于局域网。局域网也是我们日常生活最常见，应用最广泛的计算机网络，本书第二章将详细讲述局域网技术。,4接入网AN（Access Network）,接入网又称为本地接入网或居民接入网，它也是近年来由于用户对高速上网需求的增加而出现的一种网络技术。如电信和网通提供给我们接入因特网的ADSL接入技术，,1.1 计算机网络的初步认识,下一页,返回,上一页,还有将来会实现的FTTX（比如，FTTH光纤到家，FTTZ光纤到社区，FTTC光纤到路边）技术。如,图1.5,，接入网是个人计算机，局域网和城域网之间的接口，它提供的高速接入技术使用户接入到因特网的瓶颈得到某种程度的解决。本书第八章将会详细论述因特网接入技术。,全球最大的网络是因特网，它被称为,“,网络的网络,”,。因为因特网本身就是由全球数不清的各种计算机网络通过通讯设备互连而成，而且接入因特网的计算机网络的数量每天都在增加。其中混合了局域网，城域网，广域网等网络。,1.1 计算机网络的初步认识,下一页,返回,上一页,113 计算机网络的发展与作用,网络发展最初可以追溯到20世纪50年代。这个时期，计算机技术正处于第一代电子管计算机向第二代晶体管计算机过渡期。当时人们尝试把分别独立发展的通信技术和计算机技术联系起来。例如美国的半自动地面防空系统（SAGE）。在SAGE系统中把远程距离的雷达和其他测控设备的信息经由线路汇集至一台IBM计算机上进行集中处理与控制。这个时候的通信技术经过几十年的发展已经初具雏形了。这些都奠定了今后网络发展的基础，为网络的出现做好了前期的准备。,1.1 计算机网络的初步认识,下一页,返回,上一页,有了第一阶段的理论基础，网络进入第二个发展阶段，即上个世纪的六十年代。正值冷战时期，美国为了防止其军事指挥中心被苏联摧毁后出现瘫痪，于是开始设计一个由许多指挥点组成的分散指挥系统。这种指挥系统网络将这些指挥点连接，并保证当其中一个指挥点被摧毁后，不至于出现全面瘫痪的现象。符合这种条件的网络于1969年诞生于美国国防部高级研究计划管理局（ARPA ），它就是基于分组交换技术的 ARPANET网络。ARPANET的出现是计算机网络发展中的一个里程碑，是Internet出现的基础。而分组交换技术也是六十年代网络发展的重要标志之一。,1.1 计算机网络的初步认识,下一页,返回,上一页,二十世纪七十年代中期，网络发展进入了第三个阶段。随着计算机技术的快速发展，出现了个人电脑，计算机网络得到了一定的运用，促使计算机生产厂商也开始开发自己的计算机网络系统，各种局域网、广域网迅猛发展。1974年ARPA的鲍勃,凯恩和斯坦福的温登,泽夫合作，提出了著名的TCPIP协议。,八十年代可以说是网络发展中非常重要的一个十年，也是网络发展的第四个阶段。首先是1983年，现代计算机网络的灵魂,TCP/IP协议，作为BSD UNIX操作系统的一部分，得到了广泛的认可与应用，并逐步流行起来。1985年，美国科学家基金会（NSF）组建NSFNet，,1.1 计算机网络的初步认识,下一页,返回,上一页,美国的许多大学和政府资助的研究机构甚至一些私营的研究机构纷纷把自己的局域网并入NSFNet中，使得其迅速扩大。1986年，NSFNet网络取代ARPANET网络成为internet主干网，当时其速度是56Kb p s。随着internet的不断成熟，出现了最早的internet服务提供商（ISP），全球广域网和世界上第一个超文本浏览器也孕育而生。,上个世纪90年代至今，internet被广泛的应用于商业，internet的商业化成为internet发展的一剂催化剂，使得它以空前的速度迅速发展。主干网的速度不断大幅度提升，连入网络的计算机数目与网民的增长进入,“,雪崩,”,期，,1.1 计算机网络的初步认识,下一页,返回,上一页,各种商业服务蜂拥进入internet，眼球经济让世界掌声响起。计算机网络实现了第二次飞跃。,中国的因特网起始于1991年。在中美高能物理年会上，美方发言人怀特,托基提出把中国纳入互联网络的合作计划。三年后，中国正式加入因特网。1995年5月，张树新创立第一家互联网服务供应商,瀛海威，中国的普通百姓开始进入互联网络。2000年，中国三大门户网站搜狐、新浪、网易成功在美国纳斯达克挂牌上市。时隔两年，搜狐率先宣布盈利，标志着中国互联网的春天已经来临。,今天的Internet已经演变成了一个开发和使用信息资源的覆盖全球的信息海洋。,1.1 计算机网络的初步认识,下一页,返回,上一页,Internet使世界变的越来越小，人们足不出户就可以在全世界范围内，进行网上购物，浏览新闻，在线视频，查看股市，了解天气，阅读书籍甚至游玩名胜古迹等。在Internet 从事的商业服务包括了媒体，广告，航空，生产，艺术，旅游，书店，化工，通信，计算机，咨询，娱乐，财贸，各类商店，旅馆等等100多类，覆盖了社会生活的方方面面，俨然构成了一个信息社会的缩影。,1.1 计算机网络的初步认识,返回,上一页,121 计算机网络的硬件组成,现在我们用的计算机网络都是以太网（Ethernet）,其他类型的网络都逐渐被市场淘汰。以下的网络设备均为以太网设备，而集线器，调制解调器，交换机，路由器，网线属于定义所说的通讯设备。,1网卡,网卡又名网络适配器（Network Interface Card），简称NIC。它是计算机和网络线缆之间的物理接口，是一个独立的附加接口电路。任何的计算机要想连入网络就必须确保在主板上接入网卡。,1.2 计算机网络的组成,下一页,返回,因此，网卡是计算机网络中最常见也是最重要的物理设备之一。网卡的作用是将计算机要发送的数据整理分解为数据包，转换成串行的光信号或电信号送至网线上传输；同样也把网线上传过来的信号整理转换成并行的数字信号，提供给计算机。,2网线,计算机网络中计算机之间的线路系统由网线组成。网线有很多种类，我们日常用的有双绞线和光纤两种。其中双绞线一般用于局域网或计算机间少于100m的连接。光纤一般用于传输速率快，传输信息量大的计算机网络（如城域网，广域网等）。光纤的传输质量好速度快，但造价和维护费用昂贵；相反双绞线简单易用，,1.2 计算机网络的组成,下一页,返回,上一页,造价低廉，但只适合近程通讯。计算机的网卡上有专门的接口供网线接入。,3集线器,集线器的英文称为,“,Hub,”,。它的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。集线器工作在网络最底层，不具备任何智能，它只是简单的把电信号放大，然后转发给所有接口。集线器一般只用于局域网，需要加电，可以把数个电脑用双绞线连接起来组成一个简单的网络。,1.2 计算机网络的组成,下一页,返回,上一页,4调制解调器,调制解调器（Modem），是计算机与电话线之间进行信号转换的装置，它可以完成计算机的数字信号与电话线的模拟信号的互相转换。使用调制解调器可以让计算机接入电话线，并利用电话线接入因特网。由于电话的使用远远早于因特网，所以电话线路系统早已渗入千家万户，并且非常完善和成熟。如果利用现有的电话线上网，可以省去因特网线路系统的费用，这样可节省大量的资源。因此现在大多数人在家都利用调制解调器接入电话线上网，比如ADSL接入技术等。,1.2 计算机网络的组成,下一页,返回,上一页,5交换机,交换机（Switch）又称为网桥。在外形上交换机和集线器很相似，且都应用于局域网，但是交换机是一个拥有智能和学习能力的设备。交换机接入网络后可以在短时间内学习掌握此网络的结构以及与它相连计算机的相关信息，并且可对接收到的数据进行过滤，而后将数据包送至与目的主机相连的接口。因此交换机比集线器传输速度更快，内部结构也更加复杂。,6路由器,路由器（ROUTER）是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行,“,翻译,”,，,1.2 计算机网络的组成,下一页,返回,上一页,以使它们能够相互,“,读,”,懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。因此路由器多用于互连局域网与广域网。路由器比交换机更加的复杂，功能更加强大，它可以提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙，并且可以进行性能管理、容错管理和流量控制。,7服务器,通常在计算机网络中都有部分用于或专门用于服务其它主机的计算机，我们把它们叫做服务器。其实服务器并不能说它是一台计算机，准确的说它是一个计算机中用于服务的进程。因为一个计算机里可以同时运行多个服务进程和客户端进程，,1.2 计算机网络的组成,下一页,返回,上一页,它服务别的主机的同时也可以接受服务，所以很多时候对服务器是很难界定的。当然，我们大多数的时候一定会在计算机网络当中选择几台硬件性能不错的计算机专门用于网络服务，这就是我们通常意义上所说的服务器。,8计算机网络终端,按照定义，计算机网络的终端一定是一台独立的计算机。其实随着硬件技术的飞速发展，除了1.1.1节所提到的哑终端外，已经有很多终端虽然不是计算机，但有了智能，比如手机，我们有很多昂贵的手机不仅可以听音乐，发短信，而且都拥有了自己的操作系统，可以阅读文挡，拍照，录象，上网，大容量存储，,1.2 计算机网络的组成,下一页,返回,上一页,甚至新型的3G手机可以视频对话，观看电影，语音输入。因此，未来,“,终端,”,和,“,独立的计算机,”,可能会逐渐失去严格的界限，很可能会有许多的智能设备出现在未来的计算机网络中。,122 计算机网络的软件组成,计算机网络除了硬件外，还必须有软件的支持才能发挥作用。如果网络硬件系统是计算机网络的躯体，那么网络软件系统则是计算机网络的灵魂。计算机网络软件系统就是来驾驭和管理计算机网络硬件资源，使得用户能够有效利用计算机网络的软件集合。在计算机网络软件系统中，网络协议是网络软件系统中最重要最底层的内容，,1.2 计算机网络的组成,下一页,返回,上一页,有了网络协议的支持才有了网络操作系统和其它网络应用软件。,1网络协议,协议是通信双方为了实现通信而设计的约定或对话规则。网络协议则是网络中的计算机为了相互通讯和交流而约定的规则。现在最流行的因特网协议是TCP/IP协议，以及我们上网用最多的HTTP协议，FTP协议等等。网络协议是计算机网络软件系统的基础，网络没有了协议就好像比赛失去了规则一样，会失去控制。一台计算机只有在遵守网络协议的前提下，才能在网络上与其他计算机进行正常的通信。,1.2 计算机网络的组成,下一页,返回,上一页,2网络操作系统,网络操作系统（NOS，Network operating System）是计算机网络的心脏。它是负责管理整个网络资源，提供网络通讯，并给予用户友好的操作界面，为网络用户提供服务的操作系统。简单的说，网络操作系统就是用来驾驭和管理计算机网络的平台，就像单机操作系统是用来管理和掌控单个计算机的一样。只要在网络中的一台计算机上装入网络操作系统，我们就可以通过这个平台管理和控制整个网络资源。一般的网络操作系统是在计算机单机操作系统的基础上建立起来的，只不过是加入了强大的网络功能。,1.2 计算机网络的组成,下一页,返回,上一页,3其他网络软件,对于计算机网络软件系统来说，网络操作系统只是一个使用平台。要想真正的驾驭网络硬件、利用网络资源，还必须在网络操作系统这个平台里装入网络应用软件。这就好比单个计算机装入windows XP后，还是不能制表格，看动画，上网听音乐等，我们必须要装入office,flash等应用软件才可以真正的利用计算机来做我们想要完成的事情。,1.2 计算机网络的组成,返回,上一页,131 计算机网络协议与分层,计算机网络体系结构将网络的所有部件可完成的功能精确定义后，进行独立划分，按照信息交换层次的高低分层，每层都能完整的完成多个功能，层与层之间互相支持又相互独立。因为网络中的计算机严格按照分层的规定进行数据处理，而在同一层次上不同的计算机执行相同的协议与标准，独立完成一样的网络任务，因此用户和计算机在同一层次进行信息交换与处理时可忽略其它层次的影响独立操作，这样使得复杂的网络信息的交换和处理大大简化，便于人们掌握和使用。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,我们之所以需要分层，是因为计算机网络是个非常复杂的系统，其复杂程度远远超过人们的想象。一般的，连接在网络上的两台计算机要互相传送文件需要在它们之间建立一条传送数据的通路。其实这还远远不够，至少还有以下的几件事情要完成：,（1）为用户提供良好的易于操作的界面，使其可方便的操作数据传输，并得知传输过程中的差错与细节。,（2）建立一条传送数据的通路，并对通路进行监控，使其断开后能够重新建立。要建立通路就必须要求网络中的多台计算机进行协商并且相互协作，而监控通路则需要全时段的跟踪守侯。,（3）数据发送方必须弄清楚，数据接收方是否已经做好数据接收和存储的准备。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,（4）因为计算机处理的是并行的数字信号，而网络中传输的是串行的光信号或电信号，这些信号需要在网络中相互转换。需要传输的文件很多格式不同，不能兼容，要想让文件接收方兼容识别文件，也需要格式转换。,（5）数据传输中会出现各种各样的差错，怎样应对差错，保证接收方计算机能够收到完整正确的数据，也是通讯双方需要做的。,计算机网络需要解决的通讯问题还远远不止以上所述。由此可见，相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种,“,协调,”,相当复杂。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,为了更好的说明分层的概念，我们将上述所提到的计算机网络通讯需要解决的问题进行归类分层（见,图1.14,）。第一层我们把它称为网络接入模块，这个模块的作用就是负责与网络接口有关的细节。在驾驭网络通讯硬件资源的基础上，我们提出第二层是通讯服务模块。这层的功能是负责建立通讯通路，保证以文件为单位传输的数据或文件传送命令可靠地在两个系统之间交换，也就是说这个模块必须有建立网络链路，差错检测，差错应对，差错更正等功能。同理，在这两层之上，第三层可为文件传送模块。这个模块是在下边两层提供的服务的基础之上，它为用户提供了良好的操作界面，使其以文件为单位操作数据传输，并得知传输过程中的差错与细节，同时也对文件的不同格式进行转换。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,在我们现有的分层网络体系结构中，每一层都被制定了很多的协议和标准，有的网络体系结构甚至是以网络协议的名字来命名的，比如TCP/IP体系结构，其核心就是TCP/IP协议。因此网络协议是计算机网络体系中一个非常重要的内容。,所谓计算机网络协议，是计算机网络中的计算机为了进行数据交换而建立的规则，标准或约定。这就好像我们竞技比赛中一定要制订比赛规则，这些规则对比赛过程进行约束，并形成某种标准对比赛结果等进行评判。计算机网络的协议则主要规定了所交换数据的格式以及有关同步与时序的问题。协议对计算机网络通讯的数据流和通讯全程进行约束，,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,网络同样也制订了计算机网络接口等一系列硬件设备的标准。网络协议主要由以下三个要素组成：,语法,规定通讯双方,”,如何讲,”,，即规定数据与控制信息的结构或格式。,语义,规定通信双方,“,讲什么,“,，即规定传输数据的类型以及通讯双方要发出什么样的控制信息，执行的动作以及作出何种响应。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,时序,规定了信息交流的顺序，即事件实现顺序的详细说明。,我们在计算机网络上做任何的事情都需要协议，例如从某个主机上下载文件，上传文件等。但在自己的电脑上存储打印文件是不需要任何协议的。,1.3.2 OSI参考模型,为了使不同体系结构的计算机网络都能够互连，国际标准化组织于1977年成立了专门的机构研究该问题。他们提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型ISO/OSI RM，简称OSI。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,这个开放系统互连基本参考模型的正式文件形成于1983年，即ISO 7498 国际标准，也就是所谓的七层协议的体系结构。OSI试图达到一种境界，即全世界的计算机网络都遵循这统一的标准，因而全世界的计算机都将能够很方便地进行互连和交换数据。考虑到计算机网络技术的高速发展，新的事物不断出现，各种标准可能会被不断的更新换代，OSI为此在各个角落都预留了很大的空间以便增加和修改。由此，OSI极其复杂，层次众多，一共有七层，从低到高依次为：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层和应用层。（,图1.15,）,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,物理层（physical layer）,物理层的主要任务是实现通信双方的物理连接，以比特流(bits)的形式透明地传送数据信息，并向数据链路层提供透明的传输服务（透明表示经过实际电路传送后，被传送的比特流没有发生任何变化，电路对其并没有产生任何影响）。所有的通信设备、主机等网络硬件设备都要按照物理层的标准与规则进行设计并通过物理线路互联，这些都构成了计算机网络的基础。物理层建立在传输介质的基础上，是系统和传输介质的物理接口，它是OSI模型的最低层。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,数据链路层(data link layer),数据链路层是在物理层提供的比特流服务的基础上，实现在相邻节点间点对点的传送一定格式的单位数据，即数据帧。本层建立了一套链路管理、帧同步、差错控制、流量控制的传输机制，有力的保障了透明、可靠的数据传输。根据网络规模的不同，数据链路层的协议可分为两类：一类是针对广域网（WAN）的数据链路层协议，如HDLC、PPP、SLIP等；一类是局域网（LAN）中的数据链路层协议，如MAC子层协议和LLC子层协议。,网络层(network layer),网络层是OSI体系结构中最重要的一层。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,通过这个层次里的协议与标准让我们可以把不同类型的计算机网络互连，而其中最主要的协议就是著名的IP协议。IP协议把上一层传下来的数据切割封装成IP数据包，并将其送入因特网进行传输，因此本层的信息传输单位是IP数据包。网络层的基本任务还包括路由选择，拥塞控制，网络互联等。,传输层（transport layer）,传输层也是整个网络体系结构中的关键层次之一。它可以提供建立、维护和拆除传输层连接，其服务对象是进程，可实现两个用户进程间端到端的可靠通信。它处在七层体系的中间，向下是通信服务的最高层，向上是用户功能的最低层。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,传输层可处理通信服务和用户服务之间的转换，并弥补它们的不足。本层还有提供错误恢复和流量控制等机制。,会话层（session layer）,会话层就是用来建立，管理和终止应用程序或进程之间的会话的。它是用户连接到网络的接口，基本任务是负责两主机间的原始报文的传输。功能包括：会话连接的流量控制，数据传输，会话连接恢复和释放，会话连接管理，差错控制等。,表示层（presentation layer）,表示层主要用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式。它是为在应用程序之间传送的信息提供表示方法的服务，,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,它关心的只是发出信息的语法与语义。表示层主要有不同的数据编码格式的交换，提供数据压缩，解压缩服务，对数据进行加密，解密。,应用层（application layer）,应用层是OSI参考模型中的最高层,是直接为应用进程提供服务的。它的作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时,完成一系列业务处理所需的服务。它也是用户与计算机网络之间的接口，为用户提供网络管理，文件传输，事务处理等服务，还可以为网络用户之间的通信提供专用的程序。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,按照OSI参考模型，接入计算机网络的每台计算机都可在理论上抽象为以上七个层次，这七个层次中每一层都通过层间接口与相邻层进行通信，它们分别利用层间接口来使用下层提供的服务，同时向其上层提供服务。不同计算机的同等层具有相同的功能，在理论上我们可忽略其他层次的影响独立讨论同等层之间的信息交换与处理。（,图1.16,）,133 TCP/IP体系结构与具有五层协议的体系结构,20世纪80年代是OSI参考模型如火如荼的时候，那个时候OSI刚刚提出，,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,许多大公司甚至很多国家政府都明确支持OSI。从表面上看，形势一片大好，将来OSI一定是国际标准。全世界都将会按照OSI制订的标准来构造自己的计算机。但是10年以后，OSI参考模型黯然失色，TCP/IP体系结构取代它成为事实上的国际标准。,经过市场化的洗礼，简单易用的TCP/IP体系结构已经成为事实上的国际标准，现在所有的设备都遵循这个标准。其实这个体系结构早期只是TCP/IP协议而已，它并没有一个明确的体系结构。后来因为TCP/IP协议的广泛使用并成为主流，使得人们开始对其进行归纳整理并形成了一个简单的四层体系结构，它包括：网络接口层，互联层，运输层，应用层。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,它把OSI冗繁的会话层，表示层，应用层合并为应用层；把数据链路层，物理层合并为网络接口层。TCP/IP体系结构与OSI参考模型的对应关系如,图1.17,所示。,虽然TCP/IP体系结构有很多优点，但它的理论结构并不明晰。因此在学习计算机网络层次结构的时候，一般采用折中的办法，将各个体系结构的优点集中，形成一种具有五层协议的体系结构（,图1.18,）。其层次结构为：物理层，数据链路层，网际层，运输层，应用层。,这种五层的体系结构只是在OSI七层模型的基础上，把表示层，会话层和应用层的功能合并成应用层。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,134 数据包在计算机网络中的封装与传递,在计算机网络体系结构中，我们可以把几乎所有的网络设备都抽象为层次模型。比如路由器，我们把它抽象为一个只有物理层，数据链路层，网际层的三层模型；交换机则是一个有物理层，数据链路层的两层模型；集线器的层次模型只有一层，即物理层。网络中的计算机拥有完整的层次结构，其层次模型（如图1.16）包括物理层，数据链路层，网际层，运输层（或传输层）和应用层。,网络体系结构除了分层外，还对传输数据单位与整个数据传输进行规范。那么它到底是怎么样进行规范的呢？我们的数据传输又是怎样进行的呢？下面我们来详细论述。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,网络设备在传输和处理数据时，由于每一层所用的协议不一样，使得所能够处理和传输的数据包或者数据单元都是不一样的，因此两个设备在相互通讯时只有对等层才能读取和处理对方的数据包，才能够相互沟通。由此整个信息交换过程比较复杂，我们把对等层之间需要交换和处理的信息单位叫做协议数据单元（PDU，protocol data unit）。如,图1.19,假如现在网络节点A与网络节点B要进行通讯，用户利用网络节点A中应用层软件向节点B发送信息。应用层首先对发送的大块信息进行处理分割成一个个独立的数据传输单位，并对其进行封装。所谓封装就是按照本层协议的规定将每个数据传输单位的头部（和尾部）加入特定的协议头（和协议尾）。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,（如,图1.20,）而协议头和协议尾里装入的内容则是对整个数据单位的系统性的描述。这里的封装就好像我们平时写完信后，一定要用信封对信进行封装，并在信封上写上这个信件的收发地址，发送人，收信人，邮编，日期等系统性的描述。封装完成后，所有的发送信息变成了许多待发送的应用层的协议数据单元，即A-PDU。而后将A-PDU通过层间接口透明的传入传输层。传输层中用户可使用TCP或UDP协议，A-PDU按照TCP或UDP协议的规则再次进行分组和封装，相当于在A-PDU的头部（和尾部）再次加入了TCP或UDP协议头（和TCP或UDP协议尾），从而形成了传输层的数据单元T-PDU。以此类推，网际层接收到传输层的T-PDU，便按照IP协议将其封装处理成N-PDU。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,数据链路层则把N-PDU整理封装成D-PDU，也称为数据帧。最终物理层把一个个数据帧转换成数字信号送入网线传输至网络节点B。网络节点B的物理层收到数字信号后将其转换成数据帧，并把数据帧交给数据链路层。数据链路层读取数据帧的协议头（和协议尾），并对其进行解封装，即把它还原为N-PDU。N-PDU是按照IP协议封装的，只有网际层才可读取。以此类推，网际层读取N-PDU的系统性描述后，将其再次解封装为T-PDU。最终数据传输单元（PDU）被一次次解封装，还原为原来网络节点A利用应用层软件发送的原始信息，从而使网络节点B的用户方便读取。,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,由此大家发现对等层才能够相互读取对方发送的数据，比如A和B的网络层只能读取和发送N-PDU，而传输层则只能读取和发送T-PDU等。而A的应用层发送了A-PDU，B的应用层而后接收到了A发送的A-PDU。虽然这个发送至接受的过程穿越了很多层，数据包被封装解封装了多次，但我们在讨论研究的时候可以把这个复杂的过程忽略，只认为A的应用层和B的应用层通过传送A-PDU为单位的数据进行通信。而这条通信链路是虚拟的，因此我们把这称为虚通信。同理，所有的对等层都可进行虚通信。,为了说明白这个复杂的问题，我们用一个现实中的事例进行类比说明。某个养老院有两座4层小楼（如,图1.21,所示），,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,每层通讯地址为图中数字与字母所标现层想与A层通信，便将写好的信塞于信封中（封装），约定信封地址左上角为寄信人，右下角为收信人（通信协议）。层把信传于层，层将信再塞入一个信封中并依然按照上边的约定写明收发地址，传给下层。以此类推，最后4层用同样的方法处理从上层收到的信，并按照地址寄于D层。D层剥开一层信封传给上层，C层核实地址，发现收信人是自己，于是拆开信封并交给B层，否则丢弃信件。以此类推,最终信安全寄到层。,如图1.20所示，所有对等层的协议都是一致的。因此从各层发信的地址看，1，2，3，4层的信都是寄给对等层的，,1.3 计算机网络的体系结构,下一页,返回,上一页,而A，B，C，D层都拿到了发给自己的信件（信封右下角为本层地址）。所以对等层通信完全可以不用考虑其他层的因素。（如,图1.22,）,1.3 计算机网络的体系结构,返回,上一页,图1.1 计算机网络简化的示意图,返回,图 1.3 哑终端网络,返回,中央计算机,哑终端,图1.5 接入网