計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第1章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述

張基溫編著中國(guó)人民大學(xué)出版社〔第2版〕計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)根底第1章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的根本概念1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信介質(zhì)1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中間結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)1.5網(wǎng)絡(luò)協(xié)議1.6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的根本概念1.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概貌2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義3.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單模型T：終端設(shè)備通信子網(wǎng)CCPCCPCCPHOSTHOSTHOST資源子網(wǎng)TTTTTTTTTHOST：主機(jī)CCP：通信控制處理機(jī)1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類1.按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類2.按覆蓋地域分類3.其他分類方法1.按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類中央結(jié)點(diǎn)外圍結(jié)點(diǎn)ABEDC轉(zhuǎn)發(fā)器計(jì)算機(jī)2.按覆蓋地域分類(1)廣域網(wǎng)(wideareanetwork,WAN)：又稱遠(yuǎn)程網(wǎng)，一般是跨地區(qū)甚至延伸到整個(gè)國(guó)家或全世界城域網(wǎng)(metropolitanareanetwork,MAN)：城域網(wǎng)指地理覆蓋范圍大約為一個(gè)城市的網(wǎng)絡(luò)(2)局域網(wǎng)(localareanetwork,LAN)：通信距離通常限于中等規(guī)模的地理區(qū)域內(nèi)(一般在20km范圍內(nèi))微微網(wǎng)〔piconet〕個(gè)人局域網(wǎng)〔personalareanetwork，PAN〕

3.其他分類方法1.帶寬帶寬指的是可以傳輸?shù)男盘?hào)的頻率范圍，單位為Hz或kHz、MHz等。2.時(shí)延處理部分，產(chǎn)生處理（排隊(duì)）時(shí)延發(fā)送器，產(chǎn)生發(fā)送時(shí)延傳輸介質(zhì)，產(chǎn)生傳播時(shí)延A點(diǎn)：發(fā)送B點(diǎn)：接收接收器3.效勞質(zhì)量1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信介質(zhì)1.2.1有線傳輸介質(zhì)1.2.2無(wú)線傳輸介質(zhì)1.2.1有線傳輸介質(zhì)1.雙絞線電纜2.同軸電纜3.光纜1.雙絞線電纜

〔a〕非屏蔽雙絞線電纜〔b〕屏蔽雙絞線電纜〔c〕RJ-45頭外貌

名稱ISO標(biāo)準(zhǔn)ANSI/EIA/TIA傳輸頻率最大傳輸速率說(shuō)明1類(Categoryv1)568A僅用于語(yǔ)音通信2類(Categoryv2)ISO2類/A568A1MHz4Mb/s用于令牌網(wǎng)3類(Categoryv3)ISO3類/B568A16MHz10Mb/s10BASE-T以太網(wǎng)4類(Categoryv4)ISO4類/C568A20MHz16Mb/s用于令牌網(wǎng)5類(Categoryv5)ISO5類/D568A100MHz100Mb/s用于CDDI和快速以太網(wǎng)超5類(Category

excess5)ISO5類/D568B.1100MHz100Mb/s串?dāng)_、衰減和信噪比等有較大改善6類(Categoryv6)ISO6類/E568B.2200~250MHz1Gb/s用于百兆/千兆以太網(wǎng)超6類(Category

excess6)ISO6類/E568B.2200~250MHz1Gb/s串?dāng)_、衰減和信噪比等有較大改善7類(Categoryv7)ISO7類/F500MHz10Gb/s屏蔽雙絞線，用于萬(wàn)兆以太網(wǎng)2.同軸電纜

光纜連接器光纜3.光纜光纖的主要參數(shù)工作波長(zhǎng)紫外光纖可觀光纖近紅外光纖紅外光纖〔0.85pm、1.3pm、1.55pm〕。傳輸模式折射率分布光纖的傳輸模式光纖的折射率分布包層包層1.2.2無(wú)線傳輸介質(zhì)1.微波通信2.衛(wèi)星通信1.微波通信微波通信是一種利用0.3GHz～300GHz頻段的電磁波，在對(duì)流層的視距范圍內(nèi)以微波接力的方式進(jìn)行信息傳遞的無(wú)線電通信方式。微波通信系統(tǒng)由兩個(gè)終端站和假設(shè)干個(gè)中間站組成。終端站、中間站之間通過(guò)成對(duì)的天線、饋線系統(tǒng)互相傳遞信息。2.衛(wèi)星通信1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)1.3.1計(jì)算機(jī)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的作用1.在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中2.在以效勞器為核心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中1.3.2網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)1.3.3網(wǎng)卡1.3.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用戶1.3.1計(jì)算機(jī)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的作用1.在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中，每臺(tái)計(jì)算機(jī)都處于平等地位。2.在以效勞器為核心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中在以效勞器為核心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)算機(jī)被分為兩大類：效勞器和客戶機(jī)。(1)工作站/效勞器模式在工作站/效勞器〔sercer/workstation〕模式中，工作站是具有獨(dú)立處理能力的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以不連接到外部環(huán)境獨(dú)立地完成某種作業(yè)；它在獲取效勞器各種資源的同時(shí)也可以幫效勞器分流計(jì)算等任務(wù)，即工作站從效勞器中取出程序和數(shù)據(jù)后，用自己的CPU和內(nèi)存進(jìn)行計(jì)算處理，處理結(jié)果再回送到效勞器中。(2)客戶機(jī)/效勞器模式在這種模式中，應(yīng)用程序被分為兩局部：客戶機(jī)程序和效勞器程序，前者也稱前臺(tái)局部〔frontend〕，后者也稱后臺(tái)局部〔backend〕或守護(hù)程序〔daemon〕。守護(hù)進(jìn)程運(yùn)行在后臺(tái)，隨時(shí)接受客戶連接以提供效勞；客戶軟件就是應(yīng)用程序的用戶接口，用戶通過(guò)它使用效勞器上的資源。(3)瀏覽器/效勞器模式瀏覽器/效勞器〔browser/server，B/S〕模式與C/S模式的主要區(qū)別在于其客戶端運(yùn)行的是瀏覽器軟件。因此用戶不需要了解更多的計(jì)算機(jī)操作知識(shí)，只需要使用鼠標(biāo)就能進(jìn)行相應(yīng)的操作。1.3.2網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(networkoperationsystem，NOS)是網(wǎng)絡(luò)用戶與通信網(wǎng)絡(luò)之間的接口。典型的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：·硬件獨(dú)立。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)可以在不同的網(wǎng)絡(luò)硬件上運(yùn)行?！ぶС志W(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備工作?！ぶС侄嘤脩艄ぷ?。在多用戶環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)給應(yīng)用程序及其數(shù)據(jù)文件提供了足夠的、標(biāo)準(zhǔn)化的保護(hù)。·網(wǎng)絡(luò)管理。支持網(wǎng)絡(luò)實(shí)用程序及其管理功能，如系統(tǒng)備份、平安管理、容錯(cuò)和性能控制等?！て桨残院痛嫒】刂?。對(duì)用戶資源進(jìn)行控制，并提供控制用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的方法?！び脩艚缑?。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)為用戶提供豐富的界面功能，具有多種網(wǎng)絡(luò)控制方式。1.3.3網(wǎng)卡1.網(wǎng)絡(luò)接口卡及其功能網(wǎng)絡(luò)接口卡(networkinterfacecard，NIC，網(wǎng)卡；也稱networkinterfaceAdapter,NIA，網(wǎng)絡(luò)適配器)，是一種使網(wǎng)上設(shè)備(如工作站、效勞器等)與網(wǎng)上的傳輸介質(zhì)進(jìn)行通信效勞的電路板，效勞器、工作站等都需使用網(wǎng)絡(luò)接口卡和傳輸介質(zhì)進(jìn)行連接。2.網(wǎng)卡的接口〔1〕RJ-45接口。?！?〕BNC/AUI接口。〔3〕光纖接口?！?〕無(wú)線接口?！?〕組合接口。3.網(wǎng)卡的選擇〔1〕網(wǎng)卡的速率。如10Mbps、100Mbps、1Gbps等?！?〕網(wǎng)卡的總線類型?！?〕網(wǎng)卡的接口類型?！?〕網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)程序?！?〕網(wǎng)卡的使用環(huán)境。1.3.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用戶1.用戶賬戶包含：用戶名、密碼、用戶權(quán)限和環(huán)境設(shè)置。2.用戶組3.網(wǎng)絡(luò)管理員任務(wù)是：·管理協(xié)調(diào)用戶，如把用戶分組、分類等；·管理文件系統(tǒng)；·網(wǎng)絡(luò)用戶的管理及授權(quán)；·系統(tǒng)的平安管理。1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中間結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)·中繼結(jié)點(diǎn)只起信號(hào)放大和再生，以擴(kuò)大傳輸距離的結(jié)點(diǎn)，相應(yīng)的設(shè)備是中繼器和集線器?！そ粨Q結(jié)點(diǎn)位于多路信道的交匯點(diǎn)上，可以將從某一路到來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到其他一路或多路信道中繼續(xù)傳輸，或者將幾條信道中傳輸來(lái)的信號(hào)聚集到另外一路信道中傳輸，相應(yīng)的設(shè)備稱為交換機(jī)?！ぢ酚山Y(jié)點(diǎn)位于幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)的邊界處，是一種特殊的交換結(jié)點(diǎn)，主要作用是為到達(dá)的信號(hào)選擇一條可以到達(dá)目的地的路徑，相應(yīng)的設(shè)備稱為路由器。1.4.1中繼器和集線器原波形再生前波形再生后波形中繼器→→

集線器〔HUB〕是一通多的中繼器或稱多端口的中繼器1.4.2交換機(jī)AB交換機(jī)的分類交換機(jī)的連接單交換機(jī)組網(wǎng)交換機(jī)級(jí)聯(lián)〔a〕Uplink口與普通口連接〔b〕用交叉線將兩臺(tái)交換機(jī)的普通口連接交換機(jī)堆疊堆疊〔stack〕是通過(guò)廠家提供的一條專用連接線纜，從一臺(tái)交換機(jī)的“UP〞堆疊端口直接連接到另一臺(tái)交換機(jī)的“DOWN〞堆疊端口。相應(yīng)的端口一般在交換機(jī)的反面，具有唯一性，并不會(huì)出現(xiàn)連接錯(cuò)誤的情況。堆疊的目的是擴(kuò)展端口，提升交換機(jī)的性能。不過(guò)，在堆疊的過(guò)程中，需要使用同一品牌的交換機(jī)。1.4.3路由器路由選擇洪泛算法熱土豆算法固定路由算法集中式路由選擇算法采用集中式路由選擇算法的網(wǎng)絡(luò)要設(shè)置一個(gè)路由控制中心(routingcontrolcenter，RCC)，用于定期收集每個(gè)結(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息。分布式路由算法分布式路由算法是各結(jié)點(diǎn)間周期地交換網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，不斷根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的新?tīng)顟B(tài)更新路由選擇表。1.5網(wǎng)絡(luò)協(xié)議1.5.1協(xié)議及其內(nèi)涵1.5.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的內(nèi)容與層次性1.5.1協(xié)議及其內(nèi)涵1.協(xié)議的概念任何一項(xiàng)特定的任務(wù)，當(dāng)需要兩個(gè)或多個(gè)參與者共同完成時(shí)，就必須預(yù)先制定參與者之間要共同遵守的規(guī)那么、標(biāo)準(zhǔn)和約定。這些規(guī)那么、標(biāo)準(zhǔn)和約定就稱為協(xié)議(protocol)。2.協(xié)議的內(nèi)涵協(xié)議的功能是維護(hù)通信的有效性、完整性和公平性。為此，協(xié)議應(yīng)當(dāng)包含信號(hào)〔信息〕格式〔語(yǔ)法〕語(yǔ)義時(shí)序協(xié)議的語(yǔ)法IP首部0…3478…1516…1819…232431版本頭標(biāo)長(zhǎng)服務(wù)類型總長(zhǎng)標(biāo)識(shí)標(biāo)志片偏移生存時(shí)間協(xié)議報(bào)頭校驗(yàn)和源IP地址目的IP地址IP分組選項(xiàng)填充數(shù)據(jù)IP數(shù)據(jù)包格式〔2〕語(yǔ)義在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有用戶信息和控制命令兩種。語(yǔ)義用來(lái)規(guī)定命令和應(yīng)答的含義，例如發(fā)送方向接收方發(fā)送了一個(gè)數(shù)據(jù)包，其中包含了對(duì)對(duì)方進(jìn)行計(jì)算或操作的請(qǐng)求。接收方收到這個(gè)數(shù)據(jù)包后，可首先按照語(yǔ)法格式進(jìn)行分析，得到某一局部是一條請(qǐng)求〔命令〕時(shí)，必須能理解該命令的含義。而命令的含義也是預(yù)先約定的，否那么接收方將無(wú)法執(zhí)行?！?〕時(shí)序任何通信都表現(xiàn)為一個(gè)特定的操作過(guò)程。這些特定的操作過(guò)程都需要按照一定的順序在一定的時(shí)間內(nèi)完成。例如，通信時(shí)的操作順序?yàn)椋孩僦鹘蟹较虮唤蟹桨l(fā)出請(qǐng)求〔撥號(hào)〕；②被叫方聽(tīng)到振鈴后拿起話筒或在上按接聽(tīng)鍵；③雙方通話。1.5.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的內(nèi)容與層次性1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的根本內(nèi)容〔1〕關(guān)于連接的約定。連接包括物理連接和邏輯連接。物理連接約定包括DTE—DCE之間的接口的機(jī)械特性〔尺寸、形狀、針/孔位置等〕、電氣特性〔電壓大小〕、功能特性〔每個(gè)針/孔所傳輸?shù)男盘?hào)的類型等〕和規(guī)程特性〔各信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)序關(guān)系〕，也包括DCE與通信介質(zhì)之間的接口特性。關(guān)于邏輯連接以后逐步介紹?！?〕傳輸數(shù)據(jù)的格式?！?〕傳輸過(guò)程控制。包括通信模式、同步方式、尋址方式、過(guò)失控制、流量控制、擁塞控制、平安保密機(jī)制、提高傳輸效率的方法等。2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的層次性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一種復(fù)雜系統(tǒng)，為了減少設(shè)計(jì)與構(gòu)建的復(fù)雜性，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)也采用了層次結(jié)構(gòu)。每一層承擔(dān)一局部通信功能，并且有相應(yīng)的通信規(guī)那么——協(xié)議。每一層的通信功能都在下一層的支持下進(jìn)行，在這個(gè)n層結(jié)構(gòu)中，每一層的協(xié)議用于規(guī)定相應(yīng)層的實(shí)體之間的通信規(guī)那么，即第i層協(xié)議用于規(guī)定第i層的實(shí)體之間的通信規(guī)那么；第n層在第n-1層效勞的支持下運(yùn)行。A端第i+1層協(xié)議第i層協(xié)議第i-1層協(xié)議第1層協(xié)議第2層協(xié)議第i+1層實(shí)體第i層實(shí)體第i-1層實(shí)體第2層實(shí)體第1層實(shí)體┇┇第i+1層實(shí)體第i層實(shí)體第i-1層實(shí)體第2層實(shí)體第1層實(shí)體B端┇┇第i層服務(wù)第i-1層服務(wù)1.6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)每一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)連同它們的協(xié)議，組成了一種特定的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。1.6.1OSI參考模型1.6.2TCP/IP模型1.6.3局域網(wǎng)參考模型1.6.4三種模型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系1.6.5幾種中間結(jié)點(diǎn)設(shè)備的工作層次1.6.1OSI參考模型應(yīng)用層〔applicationlayer〕表示層presentationlayer〕會(huì)話層〔sessionlayer〕傳輸層〔trasportlayer〕網(wǎng)絡(luò)層〔networklayer,NL〕數(shù)據(jù)鏈路層〔datalinklayer〕物理層〔phsicallayer〕資源子網(wǎng)通信子網(wǎng)〔1〕解決物理連接〔2〕在解決了物理連接的根底上，再來(lái)解決一條物理鏈路上二進(jìn)制數(shù)據(jù)的傳輸格式和根本控制問(wèn)題，——數(shù)據(jù)鏈路層?！?〕在解決了相鄰結(jié)點(diǎn)之間二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題的根底上，再來(lái)考慮一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題，即從一個(gè)源結(jié)點(diǎn)〔如A〕如何把數(shù)據(jù)傳送到目的結(jié)點(diǎn)〔如B〕〔4〕網(wǎng)絡(luò)層的問(wèn)題解決之后，就相當(dāng)于把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)看成一個(gè)鏈路，解決兩臺(tái)主機(jī)中的不同應(yīng)用〔進(jìn)程〕之間的數(shù)據(jù)傳輸在進(jìn)程之間通信問(wèn)題解決后，還要解決兩個(gè)問(wèn)題：〔5〕一是要進(jìn)一步考慮兩個(gè)進(jìn)程之間如何交互的問(wèn)題，這就是會(huì)話層；〔6〕二是要考慮所傳輸數(shù)據(jù)的格式，如加密、壓縮、編碼〔擴(kuò)展二進(jìn)制碼還是ASCII碼〕等問(wèn)題。這一層稱為表示層?！?〕網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)序問(wèn)題、語(yǔ)法問(wèn)題根本解決，剩下的就是語(yǔ)義問(wèn)題、如何對(duì)用戶效勞以及應(yīng)用管理的問(wèn)題了。這一層就是應(yīng)用層。OSI/RM各層中的數(shù)據(jù)格式1.6.2TCP/IP模型TCP/IP只規(guī)定了4層：〔1〕網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層TCP/IP最初考慮的是已有異構(gòu)網(wǎng)之間的互聯(lián)，所以沒(méi)有考慮具體網(wǎng)絡(luò)硬件，也沒(méi)有定義任何網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層的協(xié)議?！?〕網(wǎng)際層網(wǎng)際層提供路徑選擇功能。在這一層中，主要的協(xié)議是IP〔internetprotocol，網(wǎng)際協(xié)議〕?！?〕主機(jī)-主機(jī)層這一層負(fù)責(zé)維護(hù)不同計(jì)算機(jī)上的兩個(gè)進(jìn)程的通信，它的主要作用就是將應(yīng)用程