《計算機網絡技術基礎與實戰(zhàn)（第二版）》課件 第1、2章 計算機網絡的“前世今生”;網絡怎樣讓“天涯若比鄰”

計算機網絡技術基礎與實戰(zhàn)(第二版)計算機網絡的“前世今生”01章節(jié)導讀

在過去的三百年中，每一個世紀都有一種技術占據主要的地位。18世紀伴隨著工業(yè)革命而來的是偉大的機械時代，19世紀是蒸汽機時代，20世紀的關鍵技術是信息的獲取、存儲、傳送和利用，而在21世紀的今天，人們進入了一個網絡時代，使我們的信息在高速的傳遞著。隨著計算機網絡技術的發(fā)展和辦公自動化的普及，計算機網絡已經成為社會生活中一種不可缺少的信息處理和通信工具，人們借助計算機網絡實現(xiàn)信息的交流和共享。那么計算機網絡究竟是什么呢？現(xiàn)在就讓我們一起來認識計算機網絡的“前世今生”。0504030201了解計算機網絡的發(fā)展歷史學習目標掌握計算機網絡的定義和功能掌握計算機網絡的分類了解計算機網絡的發(fā)展趨勢掌握利用visio繪制網絡拓撲圖的方法任務1.1初識計算機網絡1.1.1計算機網絡的產生與發(fā)展1997年，在美國拉斯維加斯的全球計算機技術博覽會上，微軟公司總裁比爾蓋茨先生發(fā)表了著名的演說，他在演說中提出的“網絡才是計算機”的精辟論點，充分體現(xiàn)出信息社會中計算機網絡的重要基礎地位。計算機網絡技術的發(fā)展越來越成為當今世界高新技術發(fā)展的核心之一，而它的發(fā)展歷程也曲曲折折，綿延至今。從1946年世界上第一臺計算機ENIAC的誕生到現(xiàn)在網絡的全面普及，計算機網絡的發(fā)展大體可以分為以下4個階段。第一代計算機網絡第二代計算機網絡第三代計算機網絡第四代計算機網絡誕生階段形成階段互聯(lián)互通階段高速網絡技術階段1.1.1計算機網絡的產生與發(fā)展誕生階段20世紀60年代中期之前的第一代計算機網絡是以單個計算機為中心的遠程聯(lián)機系統(tǒng)。終端是一臺計算機的外部設備包括顯示器和鍵盤，無CPU和內存。當時，人們把計算機網絡定義為“以傳輸信息為目的而連接起來，實現(xiàn)遠程信息處理或進一步達到資源共享的系統(tǒng)”，這樣的通訊系統(tǒng)已具備網絡的雛形。早期的計算機為了提高資源利用率，采用批處理的工作方式。為適應終端與計算機的連接，出現(xiàn)了多重線路控制器。11.1.1計算機網絡的產生與發(fā)展20世紀60年代初美國航空公司與IBM公司聯(lián)合研制的預訂飛機票系統(tǒng)，由1個主機和2000多個終端組成，是一個典型的面向終端的計算機網絡。但這種網絡系統(tǒng)存在著一些缺點：如果主機的負荷較重，會導致系統(tǒng)響應時間過長；而且單機系統(tǒng)的可靠性一般較低，一旦主機發(fā)生故障，將導致整個網絡系統(tǒng)的癱瘓。1.1.1計算機網絡的產生與發(fā)展形成階段為了克服第一代計算機網絡的缺點，提高網絡的可靠性和可用性，人們開始研究將多臺計算機相互連接的方法。興起于60年代后期，典型代表是美國國防部高級研究計劃局協(xié)助開發(fā)的ARPANET（阿帕網）。主機之間不是直接用線路相連，而是由接口報文處理機（IMP）轉接后互聯(lián)的。IMP和它們之間互聯(lián)的通信線路一起負責主機間的通信任務，構成了通信子網。通信子網互聯(lián)的主機負責運行程序，提供資源共享，組成資源子網。這個時期，網絡概念為“以能夠相互共享資源為目的而互聯(lián)起來的具有獨立功能的計算機集合體”，形成了計算機網絡的基本概念。21.1.1計算機網絡的產生與發(fā)展互聯(lián)互通階段阿帕網興起后，計算機網絡發(fā)展迅猛，但是，這一時期計算機之間的組網是有條件的，在同網絡中只能存在同一廠家生產的計算機，其他廠家生產的計算機無法接入。在此期間，各大計算機公司相繼推出自己的網絡體系結構及實現(xiàn)這些結構的軟硬件產品。由于沒有統(tǒng)一的標準，不同廠商的產品之間互聯(lián)很困難，人們迫切需要一種開放性的標準化實用網絡環(huán)境，于是誕生了兩種國際通用的最重要的體系結構，即TCP/IP體系結構和國際標準化組織的OSI體系結構。。31.1.1計算機網絡的產生與發(fā)展高速網絡技術階段第四代計算機網絡是從20世紀90年代末開始出現(xiàn)的。當時局域網技術已經逐步發(fā)展成熟，光纖、高速網絡技術及多媒體、智能網絡等技術相繼出現(xiàn)，整個網絡就像一個對用戶透明的大的計算機系統(tǒng)，發(fā)展為以Internet為代表的互聯(lián)網。20世紀90年代，微電子技術、大規(guī)模集成電路技術、光通信技術和計算機技術不斷發(fā)展，為網絡的發(fā)展提供了進一步有力的支持。4第四代計算機網絡的特點是：互連、高速、智能與更為廣泛的應用?，F(xiàn)在的計算機網絡成為將多個具有獨立工作能力的計算機系統(tǒng)通過通信設備和線路相連，并由功能完善的網絡軟件實現(xiàn)資源共享和數據通信的系統(tǒng)。計算機網絡正迅速朝著高速化、實時化、智能化、集成化和多媒體化的方向不斷深入，它的快速發(fā)展和廣泛應用對全球的經濟、教育、科技、文化的發(fā)展已經產生并且仍將發(fā)揮重要影響。1.1.2計算機網絡的定義在了解完計算機網絡的發(fā)展史后人們自然會想：究竟什么是計算機網絡呢？計算機網絡的定義沒有一個統(tǒng)一的標準。隨著計算機網絡本身的發(fā)展和計算機網絡體系結構的標準化，人們提出了不同的觀點。目前，比較認同的計算機網絡的定義為：將分布在不同地理位置上的、具有獨立功能的計算機及其外部設備，通過通信設備和通信線路連接起來，按照某種事先約定的規(guī)則(通信協(xié)議)進行信息交換，以實現(xiàn)資源共享的系統(tǒng)。三要素：兩個獨立的計算機之間必須用某種通信手段連接起來。至少有兩個具有獨立操作系統(tǒng)的計算機，且它們之間有相互共享某種資源的需求。網絡中各個獨立的計算機之間要能相互通信，必須制定相互可確認的規(guī)范標準或協(xié)議。1.1.3計算機網絡的主要功能計算機網絡自20世紀60年代末誕生以來，以異常迅猛的速度發(fā)展，被越來越廣泛地應用于政治、經濟、軍事、生產及科學技術的各個領域。計算機網絡的主要功能體現(xiàn)在如下幾個方面。1.資源共享3.集中管理2.數據通信4.分布處理5.均衡負荷1.1.3計算機網絡的主要功能硬件資源：包括各種類型的計算機、大容量存儲設備、計算機外部設備，如彩色打印機、經典繪圖儀等。

軟件資源：包括各種應用軟件、工具軟件、系統(tǒng)開發(fā)所用的支撐軟件、語言處理程序、數據庫管理系統(tǒng)等。數據資源：包括數據庫文件、數據庫、辦公文檔資料等。信道資源：通信信道可以理解為電信號的傳輸介質。通信信道的共享是計算機網絡中最重要的共享資源之一。資源共享11.1.3計算機網絡的主要功能組建計算機網絡的主要目的之一就是使分布在不同地理位置的計算機用戶能夠相互通信。在計算機網絡中，計算機與計算機之間，或計算機與終端之間可以快速、可靠地相互傳遞各種信息，如數據、程序、文件、圖形、圖像、聲音、視頻流等。利用計算機網絡的數據通信功能，人們可以使用網絡上的各種應用（也稱服務），如收發(fā)電子郵件、視頻點播、視頻會議、遠程教學、遠程醫(yī)療等。數據通信21.2計算機網絡的定義與功能在沒有聯(lián)網的條件下，每臺計算機都是一個“信息孤島”。在管理這些計算機時，必須分別管理。而計算機聯(lián)網后，可以在某個中心位置實現(xiàn)對整個網絡的管理。如數據庫情報檢索系統(tǒng)、交通運輸部門的訂票系統(tǒng)、軍事指揮系統(tǒng)等。分布處理是指把要處理的任務分散到各個計算機上運行，而不是集中在一臺大型計算機上。這樣，不僅可以降低軟件設計的復雜性，而且還可以大大提高工作效率和降低成本。分布處理4集中管理3均衡負荷5廣域網內包括很多子處理系統(tǒng)。當網絡內的某個子處理系統(tǒng)的負荷過重時，新的作業(yè)可通過網絡內的結點和線路分送給較空閑的子系統(tǒng)進行處理。任務1.2了解計算機網絡1.2.1計算機網絡的分類計算機網絡的分類標準很多，比如按通信介質、傳輸方式、使用對象等，但這些分類標準只給出了網絡某一方面的特征，并不能反映網絡技術的本質。按地理覆蓋范圍分類1目前比較公認的能反映網絡技術本質的分類方法是按計算機網絡的分布距離分類。按網絡覆蓋范圍的大小，可以將計算機網絡分為局域網（LAN）、城域網（MAN）、廣域網（WAN）。（1）覆蓋范圍小，結構簡單，容易實現(xiàn)。（4）局域網組網方便、實用靈活，是目前計算機網絡中最活躍的分支。（2）具有較高的帶寬和數據傳輸速率。（3）由于數據傳輸距離短，傳輸時延低且誤碼率低。局域網（LocalAreaNetwork，LAN）是指范圍在10km內的辦公樓群或校園內的計算機相互連接所構成的計算機網絡，局域網通常屬某單位所有，單位擁有自主管理權，以共享網絡資源為主要目的。局域網具有以下特征：1.2.1計算機網絡的分類1）局域網廣域網（WideAreaNetwork，WAN）通?？缃雍艽蟮牡乩矸秶?，可以是一個地區(qū)、一個省、一個國家甚至全球，地理范圍一般在100km以上，傳輸速率較低。廣域網主要指使用公用通信網所組成的計算機網絡，是互聯(lián)網的核心部分，其任務是長距離傳輸主機發(fā)送的數據，廣域網的特點是傳輸距離遠，傳輸速度慢，傳輸易出錯，成本高等。1.2.1計算機網絡的分類城域網（MetropolitanAreaNetwork，MAN）所采用的技術基本上與局域網相類似，只是規(guī)模上更大一些。城域網作用范圍為一個城市，地理范圍為十幾千米到幾十千米不等，傳輸速率在100Mb/s以上。城域網是對局域網的延伸，用于局域網之間的連接。2）城域網3）廣域網1.2.1計算機網絡的分類按通信傳播方式分類21）點對點傳播方式的網絡點對點傳播方式的網絡由機器間多條鏈路構成，每條鏈路連接一對計算機，兩臺沒有直接相連的計算機要通信，必須通過其他結點的計算機轉發(fā)數據。這種網絡上的轉發(fā)報文分組在信源和信宿之間需通過一臺或多臺中間設備進行傳播。2）廣播方式的網絡廣播方式的網絡僅有一條通道，由網絡上所有計算機共享。一般來說，局域性網絡使用廣播方式，廣域性網絡使用點對點方式。1.2.1計算機網絡的分類按網絡功能分類31）通信子網通信子網是計算機網絡中負責數據通信的部分，主要完成數據的傳輸、交換及通信控制，由網絡結點和通信鏈路組成。采用通信子網后，可使入網主機不用去處理數據通信，只需負責信息的發(fā)送和接收即可，減少了主機的通信開銷。除此之外，由于通信子網是按統(tǒng)一軟硬件標準組建的，可以面向各種類型的主機，因此方便了不同機型間的互聯(lián)，減少了組建網絡的工作量。1.2.1計算機網絡的分類按網絡功能分類32）資源子網資源子網用于訪問網絡和處理數據，由主機系統(tǒng)、終端控制器和終端組成。主機負責本地或全網的數據處理，可運行各種應用程序或大型數據庫，向網絡用戶提供各種軟硬件資源和網絡服務。終端控制器把一組終端連入通信子網，并負責對終端的控制及終端信息的接收和發(fā)送。終端控制器可以不經過主機直接和網絡結點相連。1.2.1計算機網絡的分類按拓撲結構分類4將計算機網絡中的各個結點及通信設備看成點，將通信線路看成線，由這些線把點連接起來構成的圖形稱為網絡拓撲結構。常見的網絡拓撲結構有總線型、星型、環(huán)型、樹型、星型和網狀型拓撲結構等。1.2.1計算機網絡的組成與拓撲結構總線型結構1圖1-5總線型拓撲結構總線型拓撲結構由單根電纜組成，該電纜連接網絡中所有節(jié)點。圖1-5就描繪了一種典型的總線型拓撲結構。在總線型拓撲結構中，所有節(jié)點共享總線的全部容量。網絡上的每個節(jié)點都被動地偵聽接收到的數據。當一個節(jié)點向另一個節(jié)點發(fā)送數據時，它先向整個網絡廣播一條警報消息，通知所有的節(jié)點它將發(fā)送數據，目標節(jié)點將接收發(fā)送給它的數據，在發(fā)送方和接收方之間的其他節(jié)點將忽略這條消息?？偩€型拓撲結構簡單、便于擴充、價格相對較低、安裝使用方便。但是由于單信道的限制，一個總線型網絡上的節(jié)點越多，網絡發(fā)送和接收數據的速率就越慢。另外，一旦總線出現(xiàn)故障，整個網絡將陷于癱瘓。總線結構是一種傳統(tǒng)的網絡結構，適合于信息管理系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)和廣播教學等。1.2.1計算機網絡的組成與拓撲結構星型結構2在星型結構中，每個節(jié)點都通過一條點對點鏈路與公共中心節(jié)點相連，如圖1-7所示。任意兩個節(jié)點之間都必須通過中心節(jié)點，并且只能通過中心節(jié)點進行通信。公共中心節(jié)點通過存儲—轉發(fā)技術實現(xiàn)兩個節(jié)點之間的數據幀的傳送，其設備可以是集線器，也可以是交換機。星型網絡的特點是結構簡單、組網容易，便于控制和管理，網絡延遲小。其缺點是中心節(jié)點負擔較重，容易形成系統(tǒng)的“瓶頸”，線路的利用率也不高。這種網絡被廣泛應用于學校實驗室或企業(yè)辦公室。圖1-7星型拓撲結構1.2.1計算機網絡的組成與拓撲結構環(huán)型結構3環(huán)型結構是由各節(jié)點首尾相連形成的閉合環(huán)型線路，如圖1-6所示。環(huán)型網絡中的數據傳送是單向的，即沿一個方向從一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點；每個節(jié)點都需安裝中繼器，以接收、放大信號。這種結構的優(yōu)點是結構簡單，建網容易，便于管理。其缺點是若單個工作站發(fā)生故障，則整個網絡癱瘓；并且當節(jié)點過多時，將影響數據傳輸效率，非常不利于擴展。圖1-6環(huán)型拓撲結構1.2.1計算機網絡的組成與拓撲結構樹型結構4樹型拓撲從總線型拓撲演變而來，形狀像一棵倒置的樹，如圖1-8所示，頂端是樹根，樹根以下帶分支，每個分支還可再帶子分支。它是總線型結構的擴展，是在總線網上加上分支形成的，其傳輸介質可有多條分支，但不形成閉合回路。樹型網是一種分層網，其結構對稱，具有一定的容錯能力，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，同時任何一個結點發(fā)出的信息都可以傳遍整個傳輸介質，這也是廣播式網絡。樹型拓撲的優(yōu)點是易于擴展，可以延伸出許多分支和子分支；故障隔離容易。其缺點是越靠近頂部的節(jié)點，處理能力越強，其可靠性要求就越高。由于對頂部節(jié)點的依賴性太大，所以如果頂部節(jié)點發(fā)生故障，則全網不能正常工作。圖1-8樹型拓撲結構1.2.1計算機網絡的組成與拓撲結構網狀結構5網狀拓撲又稱作無規(guī)則結構，結點之間的聯(lián)結是任意的，沒有規(guī)律。如圖1-9所示，就是將多個子網或多個局域網連接起來。網狀拓撲結構的網絡可靠性高，但其結構復雜，必須采用路由選擇算法和流量控制方法，線路成本高，不易管理和維護，這種拓撲結構適用于大型廣域網。在實際組網中，拓撲結構不是單一的，而是要根據具體需要和環(huán)境混用幾種結構。圖1-9網狀拓撲結構1.2.2計算機網絡的主要性能指標帶寬1帶寬(Bandwidth)本來是指信號具有的頻帶寬度，即信號占據的頻率范圍，單位是赫(或千赫、兆赫、吉赫等)?，F(xiàn)在的“帶寬”是數字信道所能傳送的“最高數據率”的同義語，單位是“比特每秒”或b/s。比特(bit)是計算機中數據的最小單元。帶寬是網速允許的最大值。注：b/s即bit/s，也有文獻資料寫成bps。往返時間2往返時間(Round-TripTime，RTT)表示從發(fā)送方發(fā)送數據開始，到發(fā)送方收到來自接收方的確認為止，總共經歷的時間。1.2.2計算機網絡的主要性能指標時延3時延(delay)是指數據從網絡的一端傳送到另一端所需的時間。時延是由以下幾個不同的部分組成的：1)發(fā)送時延：也叫傳輸時延或傳輸速率，是指發(fā)送數據所需要的時間。發(fā)送時延計算方式如下：發(fā)送時延=數據塊長度(b)/信道帶寬(b/s)2)傳播時延：電磁波在信道中傳播所需要的時間，計算方式如下：傳播時延=信道長度(m)/電磁波在信道上的傳播速率(m/s)3)處理時延：也叫排隊時延，是指數據在交換結點等候發(fā)送，在緩存的隊列中排隊所經歷的時延。數據經歷的總時延就是以上三種時延之和，即總時延=傳播時延+發(fā)送時延+排隊時延1.2.2計算機網絡的主要性能指標吞吐量4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。吞吐量經常用于表示現(xiàn)實世界中網絡容量的一種測量量，以便人們知道有多少數據量通過了網絡。最大吞吐量計算方式如下：最大吞吐量?=?帶寬*時間1.2.3計算機領域的標準化組織計算機網絡的標準化對計算機網絡的發(fā)展和推廣起到了極為重要的作用。國際上有很多標準化組織負責制定、實施相關網絡標準，其中常見的主要有以下幾種：國際標準化組織(InternationalStandardsOrganization，ISO)國際電信聯(lián)盟(InternationalTelecommunicationsUnion，ITU)國際電氣與電子工程師協(xié)會(InstituteofElectricandElectronicEngineer，IEEE)美國國家標準協(xié)會(AmericanNationalStandardInstitute，ANSI)美國電子工業(yè)協(xié)會(ElectronicIndustriesAssociation，EIA)任務1.3直面計算機網絡的應用與發(fā)展趨勢1.3.1計算機網絡的應用領域2018年11月16日，第三屆世界互聯(lián)網大會在中國浙江省烏鎮(zhèn)正式開幕，其主題是“創(chuàng)新驅動，造福人類—攜手共建網絡空間命運共同體”，從這里可以看出，今后互聯(lián)網的發(fā)展是要更好地造福人類。我們現(xiàn)在已經步入了信息化社會，在計算機網絡發(fā)展迅猛的今天，“網絡就是計算機”這句網絡名言被越來越多的人所接受，我們的生活越來越依賴計算機網絡，計算機網絡已經廣泛應用于各大領域。通過計算機網絡，人們可以開展廣泛的交流互助活動和進行多種工作。6.軍事應用3.政府應用2.個人應用4.教育應用5.醫(yī)療應用1.企業(yè)應用1.3.1計算機網絡的應用領域早期的計算機網絡就是各大公司企業(yè)的內部局域網和軍用網絡，所以計算機網絡在企業(yè)方面的應用是最成熟、最廣泛的。在Internet誕生之后，企業(yè)網中又出現(xiàn)了Intranet和Extranet兩個新的名詞，這兩個網絡名詞是伴隨著計算機網絡在企業(yè)中的廣泛應用而產生的，意思分別是企業(yè)內部網(Intranet)和企業(yè)外聯(lián)網(Extranet)。Intranet往往用于企業(yè)內部人員交流，通信便捷。Extranet則是為保障企業(yè)網接入Internet的安全性等一系列問題而應運而生的，它既保證了信息的流通，又保護了企業(yè)的信息資源不受威脅。企業(yè)應用11.3.1計算機網絡的應用領域隨著計算機網絡的發(fā)展，網民的數量不斷增加，越來越多的人已經離不開計算機網絡，他們利用計算機網絡進行學習、工作、消費、娛樂，乃至社交和婚姻都通過計算機網絡去解決。例如，我們可以借助微信、QQ等軟件與他人進行即時通信，也可以進行遠程協(xié)助，甚至可以進行簡單的遠程會議；網絡的一大功能就是資源共享，我們可以很輕松地查找到大量的信息資源、學習資源等；隨著人們消費意識的不斷進步，網店和網絡購物逐漸興起，足不出戶的購物模式為廣大網絡用戶帶來了極大的生活便利。個人應用21.3.1計算機網絡的應用領域正如在企業(yè)中的應用一樣，政府部門也可以借助計算機網絡辦公，并在網絡上發(fā)布信息，傳遞資源，這樣一來能夠大大提高工作效率及宣傳力度，例如各地的電子政務網。出于安全的需要，政府部門的計算機網絡分為內網和外網。政府內部系統(tǒng)辦公使用內網；而對外發(fā)布信息、進行政策宣傳就需要使用外網。政府應用3我們常常說的遠程教育就是基于計算機網絡實現(xiàn)的，以計算機網絡為基礎的網絡課件和其他學習資源為學生的學習和教師的教學活動提供了更多渠道，有利于因材施教。通過計算機網絡，最新的學術咨詢可以迅速傳播，成果可以及時共享，交流可以及時進行。教育應用41.3.1計算機網絡的應用領域利用互聯(lián)網，醫(yī)療網站可合理地配置醫(yī)療資源，跨越時間和地域的阻礙，使更多的患者能得到享有稀缺的醫(yī)療資源的權力，實現(xiàn)醫(yī)療資源的合理配置，有效地降低看病的成本。醫(yī)療應用5現(xiàn)代意義的網絡產生于20世紀60年代中期，是由美國國防部高級研究計劃局應美國軍方要求研制的阿帕網。任何一項新技術的出現(xiàn)，最初都是服務于軍方的，這個規(guī)律在近現(xiàn)代及當代非常明顯。隨著計算機網絡技術的發(fā)展，軍隊建設向信息化方向發(fā)展，現(xiàn)在的遠程指揮、戰(zhàn)場信息化及戰(zhàn)場信息共享都體現(xiàn)出了計算機網絡在此方面的應用。軍事應用61.3.2計算機網絡的發(fā)展趨勢如果從克蘭羅克在1961年首次發(fā)表“分組交換”理論的博士論文算起，互聯(lián)網已經走過了50多年的研究、建設和發(fā)展歷程?；ヂ?lián)網之所以能夠取得成功，除了在其發(fā)展過程中所采取的一系列重大決策的正確與及時，以及其管理機構的相對健全和運營機制的合理性等非技術因素以外，一個非常重要的原因就是得益于其體系結構的支持：靈活的分組交換技術、簡單的分層模型和開放的協(xié)議標準等。然而，自從20世紀90年代初WWW技術出現(xiàn)以及美國NSF解除互聯(lián)網上的商業(yè)限制以后，互聯(lián)網便進入了應用與服務的蓬勃發(fā)展階段，而傳統(tǒng)網絡體系結構的缺陷與不足也隨之逐漸顯露出來。計算機網絡的現(xiàn)狀11.3.2計算機網絡的發(fā)展趨勢

(1)傳統(tǒng)互聯(lián)網中過于簡單的網絡核心功能應該得到適當增強隨著分組交換技術基礎地位的確立及TCP/IP協(xié)議的設計成功和廣泛實現(xiàn)，早期互聯(lián)網便基本上奠定了“核心簡單，邊緣智能”的體系結構格局。

(2)從服務角度來研究下一代網絡為互聯(lián)網帶來的新的發(fā)展契機像互聯(lián)網這樣規(guī)模十分龐大的分布式系統(tǒng)，將不可避免地面臨異構性、開放性、安全性、并發(fā)性、可縮放性等方面的諸多挑戰(zhàn)，因此從位于核心網絡之上且分布于網絡邊緣的互聯(lián)網端系統(tǒng)入手，致力于研究互聯(lián)網如何為用戶提供各種各樣的服務，以及如何用這些服務來支持和開發(fā)各種特定網絡應用的分布計算技術，便逐漸成為了互聯(lián)網研究中的一個重要分支和領域。計算機網絡發(fā)展趨勢21.3.2網絡從業(yè)者應具備的職業(yè)道德觀念1)遵紀守法，尊重知識產權

由于計算機網絡最主要的功能是實現(xiàn)資源共享，因此很多人認為計算機網絡是一種完全開放型的狀態(tài)；只要愿意，可以在網上發(fā)表任何言論，或從網上下載文章、圖片及各種作品。但實際上計算機網絡只是信息資源的一種載體，其本質與報紙、電視等傳統(tǒng)媒體沒有任何區(qū)別，其上的文章、圖片及各種作品同樣擁有著作權，不能隨意轉載、摘抄。2)愛崗敬業(yè)，嚴守保密制度

計算機網絡從業(yè)人員應愛崗敬業(yè)，嚴守保密制度，保守相應的國家機密和商業(yè)機密。由于目前很多商業(yè)信息及其他信息都會在計算機系統(tǒng)上保存并通過計算機網絡傳輸，所以計算機網絡從業(yè)者必須采取相關措施，防止泄密的發(fā)生。3)團結協(xié)作、愛護設備

計算機網絡從業(yè)人員應做好設備的規(guī)范化和文檔化管理，及時寫好維護記錄，做好交接工作；負責所有設備的管轄和運行狀況的掌控，以最經濟的設備壽命周期費用，取得最佳的設備綜合效能，確保設備經常處于良好的技術狀態(tài)和工作狀態(tài)。任務1.4任務挑戰(zhàn)1.4.1使用Visio繪制網絡拓撲圖

OfficeVisio是Office軟件系列中負責繪制流程圖和示意圖的軟件，是一款便于IT和商務人員對復雜信息、系統(tǒng)和流程進行可視化處理、分析和交流的軟件。使用Visio可以繪制業(yè)務流程圖、組織結構圖、項目管理圖、營銷圖表、辦公室布局圖、網絡圖、電子線路圖、數據庫模型圖、工藝管道圖、因果圖和方向圖等。Visio安裝包是獨立的安裝軟件，不屬于Office軟件系統(tǒng)，但Visio軟件安裝后會存在于Office軟件菜單里。下面以MicrosoftVisio2013為例，來學習如何使用Visio繪制拓撲圖。1.4.1使用Visio繪制網絡拓撲圖(1)在Office軟件菜單下打開Visio軟件，如圖1-11所示，左側屬于“形狀”區(qū)域，右側網格部分屬于“繪圖”區(qū)域。圖1-11打開Visio軟件1.4.1使用Visio繪制網絡拓撲圖(2)在左側“形狀”區(qū)域中，依次選擇“更多形狀”—“網絡”—“服務器3D”，如圖1-12所示。圖1-12選擇服務器形狀1.4.1使用Visio繪制網絡拓撲圖(3)選擇“服務器3D”中的“文件服務器”圖標，將其拖曳到右側繪圖區(qū)域，如圖1-13所示。(4)在左側“形狀”區(qū)域中，依次選擇“更多形狀”—“網絡”—“網絡和符號3D”，并將交換機拖入右側繪圖區(qū)域，用連接線將服務器和交換機相連，并在服務器旁插入文本框，輸入相應服務器的名稱，如圖1-14所示。圖1-13拖拽服務器到繪圖區(qū)圖1-14連接服務器和交換機1.4.1使用Visio繪制網絡拓撲圖(5)依次在“形狀”區(qū)域選擇相應圖標，拖曳到繪圖區(qū)，繪制如圖1-15所示的拓撲圖。圖1-15繪制出的網絡拓撲圖1.4.1使用Visio繪制網絡拓撲圖在Visio文檔中打開“另存為”對話框，如圖1-16所示。在保存類型中選擇“JPEG文件交換格式(*.jpg)”，出現(xiàn)“JPG輸出選項”對話框，如圖1-17所示，設置完后單擊“確定”按鈕。圖1-16保存JPEG文件交換格式圖1-17“JPG輸出選項”對話框1.4.1使用Visio繪制網絡拓撲圖(5)依次在“形狀”區(qū)域選擇相應圖標，拖曳到繪圖區(qū)，繪制如圖1-15所示的拓撲圖。圖1-15繪制出的網絡拓撲圖1.4.1使用Visio繪制網絡拓撲圖這樣可在Word文檔中插入不可編輯的JPEG格式的圖片，如圖1-18所示。圖1-18插入JPEG格式圖片1.4.2查看因特網的作用任務步驟2下載安裝常見的網絡瀏覽器，并搜索計算機網絡的歷史、發(fā)展及應用等相關知識，并整理成檔。任務目的1（1）雙擊傲游瀏覽器安裝包，安裝傲游瀏覽器，如圖1-19所示圖1-19安裝傲游瀏覽器1.4.2查看因特網的作用(2)安裝完成后雙擊打開，在地址欄中輸入百度的網址并按回車，如圖1-20所示。圖1-20打開百度網頁1.4.2查看因特網的作用(3)搜索計算機網絡的應用，如圖1-21所示。然后進行文檔管理。圖1-21搜索計算機網絡的應用小結計算機網絡是現(xiàn)代通信技術與計算機技術緊密結合的產物，它的應用已經滲透到各個領域，對人類社會的進步做出了巨大貢獻。本章簡要介紹了計算機網絡的發(fā)展史，需要掌握計算機網絡的定義、功能以及分類，網絡的拓撲結構是一個很重要的基本概念，不同的拓撲結構具有不同的特點，對網絡的系統(tǒng)設計、功能、可靠性等方面都有著重要的影響。此外，本章著重介紹了使用Visio軟件繪制拓撲圖的方法，需要同學們勤加練習。謝謝觀看計算機網絡技術基礎與實戰(zhàn)(第二版)網絡怎樣讓“天涯若比鄰”02章節(jié)導讀曾幾何時，由于科技不發(fā)達、信息不對稱、城鄉(xiāng)差距大等等因素，相隔萬里的人們大都處于“老死不相往來”的狀態(tài)。而隨著互聯(lián)網的發(fā)展，這種狀態(tài)逐漸演變?yōu)椤半u犬之聲相聞”，實現(xiàn)了真正意義上的“天涯若比鄰”。通過了解網絡的“前世今生”，我們了解到網絡縮短了地域之間的差異，縮短了人與人之間的距離。那么網絡是如何將世界連為一體的呢？本項目我們就來學習網絡體系結構、網絡標準及網絡設備等方面的內容。0504030201理解協(xié)議的概念以及協(xié)議分層的原理學習目標熟悉計算機網絡體系結構掌握OSI參考模型以及TCP/IP參考模型的含義熟悉常見的網絡互聯(lián)設掌握PT6.0軟件的使用、交換機和路由器的簡單配置任務2.1了解網絡體系結構2.1.1網絡協(xié)議網絡體系結構是指為了實現(xiàn)計算機間的通信合作，把計算機互聯(lián)的功能劃分成有明確定義的層次，并規(guī)定同層次實體通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口服務。簡單地說，網絡體系結構就是網絡各層及其協(xié)議的集合。因此，要理解網絡體系結構，就必須了解網絡體系結構的分層設計原理和網絡協(xié)議。協(xié)議是為進行網絡中的數據交換而建立的規(guī)則、約定和標準，是計算機網絡中實體之間有關通信規(guī)則的集合，也稱為網絡協(xié)議或通信協(xié)議。簡單來說，協(xié)議就是計算機與計算機之間通過網絡實現(xiàn)通信時事先達成的一種“約定”。這種“約定”規(guī)定兩臺計算機之間必須能夠支持相同的協(xié)議，并遵循相同協(xié)議進行處理，才能實現(xiàn)相互通信。2.1.1網絡協(xié)議我們舉一個簡單的例子。有A、B、C三個人，A只會說漢語，B只會說法語，C既會說漢語又會說法語。此時，假如A與B或者A與C要聊天，他們之間應該如何溝通呢？對A與B來說，由于他們談話各自所用語言不同，因此雙方無法聊天；對A與C來說，兩人可以都約定使用漢語就可以聊天了。在這一過程中，我們可以將漢語和英語當作“協(xié)議”，將聊天當作“通信”，將說話的內容當作“數據”，因此，協(xié)議如同人們平常說話所用的語言。在計算機與計算機之間通過網絡進行通信時，可以認為是依據類似于人類的“語言”，實現(xiàn)了相互通信。2.1.1網絡協(xié)議協(xié)議的3要素是語義、語法和時序，其中：語義規(guī)定通信雙方彼此要“講什么”，即確定協(xié)議元素的類型；語法規(guī)定通信雙方彼此“如何講”，即確定協(xié)議元素的格式；時序又稱“同步”，用于規(guī)定事件實現(xiàn)順序的詳細說明，即通信雙方動作的時間、速度匹配和事件發(fā)生的順序等。2.1.2協(xié)議的分層為了便于理解分層設計的思想，我們以郵政系統(tǒng)的層次結構為例進行說明。如圖2-1所示，整個通信過程主要涉及三個層次，即用戶系統(tǒng)、郵局系統(tǒng)和運輸部門系統(tǒng)。郵政系統(tǒng)中的各種約定都是為了將信件從寫信人送到收信人而設計的，也就是說，它們是因信息的流動而產生的。這些約定可以分為兩種，一種是同等機構間的約定，如用戶之間的約定、郵政局之間的約定和運輸部門之間的約定；另一種是不同機構之間的約定，如用戶與郵政局之間的約定、郵政局與運輸部門之間的約定。圖2-1郵政系統(tǒng)的層次結構2.1.2協(xié)議的分層不同計算機同等層之間的通信規(guī)則就是該層使用的協(xié)議，如有關第N層通信規(guī)則的集合就是第N層的協(xié)議；而同一計算機不同功能層之間的通信規(guī)則稱為接口(Interface)。對于不同的網絡來說，它的分層數量、各層的名稱和功能以及協(xié)議都各不相同。在網絡中，對于第N層協(xié)議來說，它不知道上下層的內部結構，但可以獨立完成某種功能，并且為上層提供服務，使用下層提供的服務。2.1.3協(xié)議的分層分層的好處協(xié)議分層的好處有以下四個方面：(1)各層之間相互獨立。高層不需要知道底層是如何實現(xiàn)的，僅需知道該層通過層間的接口所提供的服務即可。(2)靈活性好。某層改變時，只要層間接口不變，則不影響上下層。(3)結構上可分割。各層都可采用最合適的技術來實現(xiàn)。(4)復雜性低，易于排錯，具有更好的互操作性。任務2.2

熟記計算機網絡標準2.2.1OSI參考模型隨著信息技術的發(fā)展，不同結構的計算機網絡互聯(lián)已成為迫切需要解決的問題。為此，許多標準化機構積極開展了網絡體系結構標準化方面的工作，其中最為著名的就是1984年國際標準化組織(InternationalStandardOrganization，ISO)提出的開放系統(tǒng)互連參考模型，即OSI參考模型(OpenSystemInterconnection，OSI)。該模型對通信系統(tǒng)進行了標準化，只要遵循OSI標準，一個系統(tǒng)就可以與位于世界上任何地方、同樣遵循同一標準的其他任何系統(tǒng)進行通信。2.2.1OSI參考模型OSI參考模型將計算機網絡的通信分成了易于理解的7層，其中上3層主要與網絡應用相關，負責對用戶數據進行編碼等操作；下4層主要是負責網絡通訊，負責將用戶的數據傳遞到目的地。如圖所示，從下往上依次為物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。2.2.1OSI參考模型

物理層的主要任務是實現(xiàn)通信雙方的物理連接，以比特流(bits)的形式透明地傳送數據信息，并向數據鏈路層提供透明的傳輸服務(透明表示經過實際電路傳送后，被傳送的比特流沒有發(fā)生任何變化，電路對其并沒有產生任何影響)。所有的通信設備、主機等網絡硬件設備都要按照物理層的標準與規(guī)則進行設計并通過物理線路互聯(lián)，這些都構成了計算機網絡的基礎。物理層建立在傳輸介質的基礎上，是系統(tǒng)和傳輸介質的物理接口，它是OSI模型的最低層。

物理層相關連接介質包括線纜、雙絞線、光纖、無線；典型設備包括中繼器、集線器。物理層2.2.1OSI參考模型比特流即一系列的“0”和“1”。這些比特流到底代表什么意思，物理層并不關心，只保證能傳輸比特即可。至于傳輸的內容和質量，由它的上一層負責，這也驗證了OSI分層的意義，每層都有每層的特定任務，每層的任務由該層的協(xié)議功能來確定。提示2.2.1OSI參考模型數據鏈路層可將物理層傳來的0、1信號組成數據幀的格式，在相鄰網絡實體之間建立、維持和釋放數據鏈路連接，并傳輸數據鏈路服務數據單元。該層負責在傳送過程中進行糾錯和恢復，它將糾錯碼添加到即將發(fā)送的幀中，并對收到的幀進行計算和校驗，不完整及有缺陷的幀在該層都將被丟棄。如果能夠判斷出有缺陷幀的來源，則返回一個錯誤幀。根據網絡規(guī)模的不同，數據鏈路層的協(xié)議可分為兩類：一類是針對廣域網的數據鏈路層協(xié)議，如HDLC、PPP等；一類是局域網中的數據鏈路層協(xié)議，如MAC子層協(xié)議和LLC子層協(xié)議。

數據鏈路層所傳輸的數據稱為“幀”，典型設備有網橋和二層交換機(“二層”就是指數據鏈路層)等。數據鏈路層2.2.1OSI參考模型網絡層是OSI參考模型中最重要的一層，主要功能是完成數據包的尋址和路由選擇。在數據鏈路層中，討論的是“鏈路”之間的通信問題，即兩臺相鄰設備之間的通信(相鄰是指兩設備之間沒有其他中間節(jié)點)。但是在實際中，兩臺設備可能相隔甚遠，中間可能包含很多段“鏈路”，網絡層負責解決由多條“鏈路”組成的通信子網的數據傳送問題。假設從節(jié)點A到節(jié)點B中間有多條鏈路，如A→M→B、A→C→D→E→B等。對于數據鏈路層來說，只用處理兩點間的鏈路，因此沒有路徑選擇的問題。而從A端到B端，實際存在多條路徑，那么應該如何選擇路徑呢？這就是網絡層要解決的“尋址和路由選擇”的問題。網絡層2.2.1OSI參考模型

網絡層的功能就是要選擇合適的路徑轉發(fā)數據包，使發(fā)送方的數據能夠正確無誤地按目的地址尋找到接收方的路徑，并將數據包交給接收方。

在網絡層，數據傳送的單位是包。網絡層有一個最重要的協(xié)議就是著名的IP協(xié)議。IP協(xié)議把上一層傳下來的數據切割封裝成IP數據包，并將其送入因特網進行傳輸。典型設備有路由器和三層交換機等。網絡層的功能2.2.1OSI參考模型傳輸層的功能是接收上一層發(fā)來的數據，并進行分段，建立端到端的連接，保證數據從一端正確傳送到另一端。它處于七層體系的中間，向下是通信服務的最高層，向上是用戶功能的最底層。傳輸層負責提供兩節(jié)點之間數據的可靠傳送。當兩節(jié)點的聯(lián)系確定之后，傳輸層負責監(jiān)督工作。傳輸層在網絡層的基礎上提供可靠的“面向連接”和不可靠的“面向無連接”的數據傳輸服務、差錯控制和流量控制。在具有傳輸層功能的協(xié)議中，最主要的兩個是TCP和UDP。傳輸層2.2.1OSI參考模型會話層（1）建立會話（2）保持會話A、B兩臺網絡設備之間要通信，要建立一條會話供其使用，在建立會話的過程中也會有身份驗證、權限鑒定等環(huán)節(jié)當數據傳遞完成后，OSI會話層不一定會立刻將兩者這條通信會話斷開，它會根據應用程序和應用層的設置對該會話進行維護。（3）斷開會話當應用程序或應用層規(guī)定的超時時間到期后，OSI會話層才會釋放這條會話。或者A、B重啟、關機、手動執(zhí)行斷開連接的操作時，OSI會話層也會將A、B之間的會話斷開。2.2.1OSI參考模型表示層電腦從網卡收到一串數據時，這些數據在電腦中都是二進制的格式，我們人類是看不懂二進制的，需要表示層幫忙將這些二進制轉換成我們能夠識別的數據。表示層的基本功能就是對數據格式進行編譯，對收到或發(fā)出的數據根據應用層的特征進行處理，如處理文字、圖片、音頻等，或對壓縮文件進行解壓縮、對加密文件進行解密等。2.2.1OSI參考模型應用層應用層提供各種各樣的應用層協(xié)議，這些協(xié)議嵌入在各種應用程序中，為用戶與網絡之間提供一個溝通的接口。例如我們要看網頁時，只需打開IE瀏覽器，輸入一個網址，就可進入相應的網站。這個IE瀏覽器就是用戶瀏覽網頁的應用工具，是基于HTTP協(xié)議開發(fā)的，HTTP是一個應用層的協(xié)議。2.2.2TCP/IP參考模型

OSI參考模型雖然是國際標準，但是它層次多，結構復雜，在實際中完全遵從OSI參考模型的協(xié)議幾乎沒有。目前流行的網絡體系結構是TCP/IP參考模型，它已成為計算機網絡體系結構事實上的標準，Internet就是基于TCP/IP參考模型建立的。

TCP/IP參考模型分為應用層、傳輸層、網絡互連層和網絡接口層四個層次，如圖所示。2.2.2TCP/IP參考模型網絡接口層網絡接口層是TCP/IP模型的最低層。實際上TCP/IP參考模型沒有真正描述這一層的實現(xiàn)，只是要求能夠提供給其上層—網絡互連層—一個訪問接口，以便在其上傳遞IP分組。由于這一層次未被定義，所以其具體的實現(xiàn)方法會隨著網絡類型的不同而不同。

這一層的作用是負責接收從網絡層傳來的IP數據包并將IP數據包通過低層物理網絡發(fā)送出去；或者從低層物理網絡上接收物理幀，然后抽出IP數據包交給網絡層。2.2.2TCP/IP參考模型網絡互連層網絡互連層與OSI參考模型中的網絡層相當，是整個TCP/IP協(xié)議棧的核心。它的功能是把分組發(fā)往目標網絡或主機。同時，為了盡快地發(fā)送分組，可能需要沿不同的路徑同時進行分組傳遞。因此，分組到達的順序和發(fā)送的順序可能不同，這就需要上層必須對分組進行排序。網絡互連層定義了分組格式和協(xié)議，即IP協(xié)議(InternetProtocol)。網絡互連層除了需要完成路由的功能外，還可以完成將不同類型的網絡(異構網)互連的任務。除此之外，網絡互連層還需要完成擁塞控制的功能。2.2.2TCP/IP參考模型傳輸層傳輸層的作用與OSI參考模型中傳輸層的作用是一樣的。在TCP/IP模型中，傳輸層的功能是在源結點和目的結點的兩個進程之間提供可靠的端到端的數據傳輸。傳輸層定義了兩種服務質量不同的協(xié)議。即傳輸控制協(xié)議(TransmissionControlProtocol，TCP)和用戶數據報協(xié)議(UserDatagramProtocol，UDP)。

2.2.2TCP/IP參考模型應用層

TCP/IP模型將OSI參考模型中的會話層和表示層的功能合并到應用層實現(xiàn)。應用層面向不同的網絡應用引入了不同的應用層協(xié)議，它主要為用戶提供多種網絡應用程序，如電子郵件、遠程登錄等。應用層包含了所有高層協(xié)議，早期的高層協(xié)議有虛擬終端協(xié)議(Telnet)、文件傳輸協(xié)議(FileTransferProtocol，F(xiàn)TP)、電子郵件傳輸協(xié)議(SimpleMailTransferProtocol，SMTP)。Telnet協(xié)議允許用戶登錄到遠程機器并在其上工作；FTP協(xié)議提供了有效地將數據從一臺機器傳送到另一臺機器的機制；SMTP協(xié)議用來有效和可靠地傳遞郵件。隨著網絡的發(fā)展，應用層又加入了許多其他協(xié)議，如用于將主機名映射到它們的網絡地址的域名服務(DNS)，用于搜索因特網上信息的超文本傳輸協(xié)議(HTTP)等。2.2.3OSI參考模型與TCP/IP參考模型比較模型對比

圖2-4

OSI和TCP/IP對比圖1)兩者層數不同

OSI參考模型有7層，而TCP/IP參考模型只有4層，但兩者都有網絡層、傳輸層和應用層。2)兩者服務類型不同

OSI模型的網絡層提供面向連接和無連接兩種服務，而傳輸層只提供面向連接服務；TCP/IP模型在網絡層只提供無連接服務，但在傳輸層卻提供面向連接和無連接兩種服務。2.2.3OSI參考模型與TCP/IP參考模型比較模型對比

圖2-4

OSI和TCP/IP對比圖3)概念區(qū)分不同

OSI參考模型明確區(qū)分了服務、接口和協(xié)議3個基本概念。

(1)服務。每一層都為其上層提供服務。服務的概念描述了該層所做的工作，并不涉及服務的實現(xiàn)以及上層實體如何訪問的問題。

(2)接口。層間接口描述了高層實體如何訪問低層實體提供的服務。接口定義了服務訪問所需的參數和期望的結果。同樣，接口仍然不涉及到某層實體的內部機制。

(3)協(xié)議。協(xié)議是某層的內部事務。只要能夠完成它必須提供的功能，對等層之間可以采用任何協(xié)議，且不影響到其他層。

而TCP/IP模型并不十分清晰地區(qū)分服務、接口和協(xié)議這些概念。相比TCP/IP模型，OSI模型中的協(xié)議具有更好的隱蔽性，在發(fā)生變化時也更容易被替換。2.2.3OSI參考模型與TCP/IP參考模型比較模型對比

圖2-4

OSI和TCP/IP對比圖4)通用性不同

OSI參考模型是在其協(xié)議被開發(fā)之前設計出來的。這意味著OSI模型并不是基于某個特定的協(xié)議集而設計的，因而它更具有通用性。但另一方面，也意味著OSI模型在協(xié)議實現(xiàn)方面存在某些不足。

TCP/IP模型正好相反。先有TCP/IP協(xié)議，而模型只是對現(xiàn)有協(xié)議的描述，因而協(xié)議與模型非常吻合。但是TCP/IP模型不適合其他協(xié)議棧。因此，它在描述其他非TCP/IP網絡時用處不大。

綜上所述，使用OSI參考模型可以很好地討論計算機網絡，但是OSI協(xié)議并未流行。TCP/IP模型正好相反，其模型本身實際上并不存在，只是對現(xiàn)存協(xié)議的一個歸納和總結，但卻被廣泛使用。2.2.3OSI參考模型與TCP/IP參考模型比較計算機網絡的通信過程

我們以發(fā)送郵件為例，分析計算機網絡的通信過程。1)應用程序處理(1)

A用戶啟動郵件應用程序，填寫收件人郵箱和發(fā)送內容，點擊“發(fā)送”，開始TCP/IP通信。(2)應用程序對發(fā)送的內容進行編碼處理，這一過程相當于OSI的表示層功能。(3)由A用戶所使用的郵件軟件決定何時建立通信連接、何時發(fā)送數據的管理，這一過程相當于OSI的會話層功能。(4)發(fā)送時建立連接，并通過TCP連接發(fā)送數據，其過程是首先將應用層數據發(fā)送給下一層的TCP，再做實際轉發(fā)處理。2.2.3OSI參考模型與TCP/IP參考模型比較計算機網絡的通信過程

2)

TCP模塊的處理

傳輸層TCP負責建立連接、發(fā)送數據以及斷開連接。TCP將應用層發(fā)來的數據可靠地傳輸至對端，需要在應用層數據前段加上TCP的首部(TCP首部包括源端口號、目標端口號、序列號、校驗和)，然后才可以將附加了TCP首部的包發(fā)送給IP模塊。3)

IP模塊的處理

IP層將上層傳來的附加了TCP首部的包當做自己的數據，在該數據前段加上自己的IP首部，生成IP包；然后參考路由表決定接受此IP包的路由或主機，依次發(fā)送到對應的路由器或主機網絡接口的驅動程序，實現(xiàn)真正地發(fā)送數據；最后將MAC地址和IP地址交給以太網的驅動程序，實現(xiàn)數據傳輸。4)發(fā)送端網絡接口的處理

數據鏈路層將上層傳來的IP包附加上以太網首部(該首部包括收、發(fā)端的MAC地址以及標志以太網類型的以太網數據協(xié)議)生成以太網數據包，通過物理層傳輸給接收端。此外，數據鏈路層還要對該以太網數據包進行發(fā)送處理，生成FCS(FrameCheckSequence)校驗序列，由硬件計算添加到包的后面，以判斷數據包是否由于噪聲而破壞。

之后就可以通過物理層傳輸了，即包的接收處理。2.2.3OSI參考模型與TCP/IP參考模型比較計算機網絡的通信過程

5)接收端網絡接口的處理

主機接收到以太網包以后，首先從包首部找到MAC地址判斷是否為發(fā)給自己的包，如果不是則丟棄數據。如果是發(fā)給自己的包，就查找包首部中的類型域，確定傳送過來的數據類型，傳給相應的子程序進行處理(若是IP類型作為傳給IP，若是ARP類型則傳給ARP處理)；若沒有對應的類型，則丟棄數據。6)

IP模塊的處理

IP模塊收到包以后，如果包首部的IP地址與自己的IP地址匹配，則接收數據并查找上一層協(xié)議。如果上一層是TCP就傳給TCP處理，如果是UDP則傳給UDP處理。7)

TCP模塊的處理

TCP模塊首先會計算校驗和，判斷數據是否被破壞；然后檢查是否按照序號接收數據；最后檢查端口號，確定具體的應用程序。

數據接收完畢后，接收端會發(fā)送一個“確認回執(zhí)”給發(fā)送端。如果該信息一直未到達，那么發(fā)送端會認為接收端沒有接收數據而一直反復發(fā)送。數據完整地接收以后，會傳給由端口號識別的應用程序。2.2.3OSI參考模型與TCP/IP參考模型比較計算機網絡的通信過程

8)應用程序的處理

接收端應用程序會直接接收發(fā)送的數據。如果接收正常，會返回“處理正?！钡幕貓?zhí)，否則會發(fā)送相應的錯誤信息。

現(xiàn)在，接收端主機B就可以閱讀郵件了。2.2.4電路交換、報文交換與分組交換計算機網絡的通信過程

在實際網絡中，不相鄰節(jié)點之間的通信只能通過中轉節(jié)點的轉接來實現(xiàn)。這些中轉的節(jié)點稱為交換節(jié)點，它們并不處理流經的數據，只是簡單地將數據從一個節(jié)點傳送給另一個節(jié)點，直至到達目的地。數據交換技術就是用來解決資源子網中的節(jié)點如何通過通信子網實現(xiàn)數據交換問題的。通常使用的數據交換技術有電路交換、報文交換和分組交換三種。2.2.4電路交換、報文交換與分組交換電路交換是以電路連接為目的的交換方式。電路交換是通信網中最早出現(xiàn)的一種交換方式，也是應用最普遍的一種交換方式，主要應用于電話通信網中，已有100多年的歷史。電路交換的基本過程可分為連接建立、通信和釋放連接三個階段。電路交換在通信之前要在通信雙方之間建立一條被雙方獨占的物理通路(由通信雙方之間的交換設備和鏈路逐段連接而成)；電路交換一旦建立，就占用一條中繼線路。即使我們不傳送信息，別人也不能使用。電路交換12.2.4電路交換、報文交換與分組交換優(yōu)點：傳輸延遲小，唯一的延遲是物理信號的傳播延遲。因為一旦建立物理連接，便不再需要交換開銷。一旦線路建立，通信雙方便獨享該物理線路，不會與其他通信發(fā)生沖突。電路交換12.2.4電路交換、報文交換與分組交換報文交換又稱存儲-轉發(fā)交換，報文整個地發(fā)送，一次一跳，是分組交換的前身。每一個結點都接收整個報文，檢查目標結點地址，然后根據網絡中的交通情況在適當的時候轉發(fā)到下一個結點；經過多次的存儲-轉發(fā)，最后到達目標，因而這樣的網絡叫存儲-轉發(fā)網絡。報文交換22.2.4電路交換、報文交換與分組交換優(yōu)點：不需要為通信雙方預先建立一條專用的通信線路，不存在連接建立時延，用戶可隨時發(fā)送報文，提高了通信線路的利用率；由于采用存儲-轉發(fā)的傳輸方式，在報文交換中便于設置代碼檢驗和數據重發(fā)設施，加之交換結點還具有路徑選擇，就可以做到某條傳輸路徑發(fā)生故障時，重新選擇另一條路徑傳輸數據，提高了傳輸的可靠性。報文交換22.2.4電路交換、報文交換與分組交換分組交換也稱為包交換,是一種較新的通信方式，從20世紀60年代后才開始逐漸被人們認可。我們所講的TCP/IP正是采用了分組交換技術，它將用戶通信的數據劃分成多個更小的等長數據段，在每個數據段的前面加上必要的控制信息(攜帶源、目的地址和編號信息)作為數據段的首部，每個帶有首部的數據段就構成了一個分組；首部指明該分組發(fā)送的地址，當交換機收到分組之后，將根據首部中的地址信息將分組轉發(fā)到目的地。這個過程就是分組交換。分組交換32.2.4電路交換、報文交換與分組交換在具有多個分組的報文中，分組交換中的中間交換設備在接收第二個分組之前，就可以轉發(fā)已經接收到的第一個分組，即各個分組可以同時在各個結點對之間傳送，減少了傳輸延遲，提高了網絡的吞吐量。分組交換除吞吐量較高外，還提供了一定程度的差錯檢測和代碼轉換能力。因此，計算機網絡常常使用分組交換技術，偶爾才使用電路交換技術，但決不會使用報文交換技術。三者的區(qū)別4任務2.3熟悉網絡互聯(lián)設備2.3.1中繼器和集線器由前面學到的知識可知，網絡的互連實質上是對應各層次的互連。根據OSI參考模型的層次結構，網絡互連的層次與相應的互連設備如圖2-11所示。中繼器(repeater)又稱為轉發(fā)器，是最簡單的網絡互連設備，適用于完全相同的兩類網絡的互連，主要功能是對數據信號進行再生和還原以及重新發(fā)送或者轉發(fā)，擴大網絡傳輸的距離。由于存在損耗，在線路上傳輸的信號功率會逐漸衰減，衰減到一定程度時將造成信號失真，因此會導致接收錯誤。中繼器就是為解決這一問題而設計的，它負責完成物理線路的連接，對衰減的信號進行放大，使接收信號與原數據相同。2.3.1計算機網絡的分類1）中繼器集線器(hub)也稱為集中器，它是一種特殊的多端口中繼器，用于連接多個設備和網段。集線器的主要功能是對接收到的信號進行再生、整形、放大，以擴大網絡的傳輸距離，同時把所有節(jié)點集中在以它為中心的節(jié)點上。2.3.1計算機網絡的分類2）集線器2.3.2網橋和二層交換機網橋11）網橋概述網橋像一個聰明的集線器。集線器是從一個網絡電纜里接收信號，放大它們，將其送入下一個電纜。相比較而言，網橋將兩個相似的網絡連接起來，并對網絡數據的流通進行管理。它工作于數據鏈路層，不但能擴展網絡的距離或范圍，而且可提高網絡的性能、可靠性和安全性。網橋可以是專門硬件設備，也可以由計算機加裝的網橋軟件來實現(xiàn)，只是需要計算機上安裝多個網絡適配器(網卡)。2.3.2計算機網絡的分類圖2-13所示是用一個網橋連接的兩個網絡，網橋的A端口連接A子網，B端口連接B子網。當有數據包進入端口A時，網橋從數據包中提取出源MAC地址和目的MAC地址，以源MAC地址更新轉發(fā)表；然后根據目的MAC地址查找轉發(fā)表，找到該地址所對應的端口號，進行轉發(fā)。2.3.2網橋和二層交換機2）網橋的功能和特點(1)網橋能將一個較大的局域網分割為多個較小的局域網，進而分隔較小局域網之間的廣播通信量，有利于提高互連網絡的性能與安全性。(2)網橋能將兩個以上相距較遠的局域網互連成一個大的邏輯局域網，使局域網上的所有用戶都可以訪問服務器，擴大網絡的范圍。(3)網橋可以互連兩個采用不同數據鏈路層協(xié)議、不同傳輸介質或不同傳輸速率的網絡，但這兩個網絡在數據鏈路層以上應采用相同或相兼容的協(xié)議。(4)網橋以“存儲-轉發(fā)”的方式實現(xiàn)互連網絡之間的通信。2.3.2網橋和二層交換機3）網橋的局限性(1)網橋互連的多個網絡要求在數據鏈路層以上的各層采用相同或相兼容的協(xié)議。(2)網橋要處理接收到的數據信息，需要先存儲，再查找MAC地址與端口的對應記錄表，因此增加了時延及數據的傳輸時間，降低了網絡性能。(3)網橋不能對廣播分組進行過濾，因此無法避免廣播風暴。(4)網橋沒有路徑選擇能力，不能對網絡進行分析并選擇數據傳輸的最佳路由。隨著先進的交換技術和路由技術的發(fā)展，網橋技術已經遠遠地落伍了。一般來說，現(xiàn)在很難再見到把網橋作為獨立設備的情況，而是使用二層交換機來實現(xiàn)網橋的功能。2.3.2網橋和二層交換機二層交換機21）二層交換機概述二層交換機工作于OSI參考模型的第二層，其本質是網橋，所以又可以稱為多端口網橋。但網橋一般只有兩個端口，而交換機通常有多個端口，如12口、24口、48口等。2.3.2計算機網絡的分類交換機也有一張“MAC-端口”對應表。和網橋不一樣的是，網橋的表是一對多的(一個端口號對多個MAC地址)，但交換機的表卻是一對一的，根據對應關系進行數據轉發(fā)，數據轉發(fā)時更加高效，工作原理如圖所示。2.3.2計算機網絡的分類例如，節(jié)點A要向節(jié)點C發(fā)送數據幀，那么該幀中目的地址DA=節(jié)點C的地址(30-61-2C-61-02-16)。當節(jié)點A通過交換機傳送數據幀時，交換機的交換控制中心根據“端口號/MAC地址映射表”的對應關系找出對應幀目的地址的輸出端口號(端口5)，就可以為節(jié)點A到節(jié)點C建立端口1到端口5的連接。這種端口之間的連接可以根據需要同時建立多條，也就是說可以在多個端口之間建立多個并發(fā)連接。2.3.2網橋和二層交換機2）交換機和集線器的區(qū)別(1)工作層次不同：集線器屬于OSI參考模型的物理層設備，而交換機屬于數據鏈路層設備。(2)工作方式不同：集線器采用的是廣播模式。當集線器的某個端口工作時，其他所有端口都會收到信息，容易產生廣播風暴。而交換機工作時，只有發(fā)出請求的端口和目的端口之間進行通信，并不會影響其他端口。這種方式隔離了沖突域，有效抑制了廣播風暴的產生。(3)端口帶寬使用方式不同：集線器的所有端口共享帶寬，在同一時刻只能有兩個端口傳送數據；而交換機的每個端口獨享自己的固定帶寬，既可以工作在半雙工模式下，也可以工作在全雙工模式下。2.3.3路由器和三層交換機路由器1路由器工作在OSI體系結構中的網絡層，能夠根據一定的路由選擇算法，結合數據包中的目的IP地址，確定傳輸數據的最佳路徑。路由器同樣有一張地址與端口的對應表，但與網橋和交換機的不同之處在于，網橋和交換機利用MAC地址來確定數據的轉發(fā)端口，而路由器利用網絡層中的IP地址來作出相應的決定。由于路由選擇算法比較復雜，路由器的數據轉發(fā)速度比網橋和交換機慢，主要用于廣域網之間或廣域網與局域網的互連。2.3.3路由器和三層交換機路由器1路由器的主要功能：

(1)路由選擇。路由是指路由器接收到數據時，選擇最佳路徑將數據穿過網絡傳遞到目標地址的行為。路由器為經過它的每個分組都進行路由選擇，尋找一條最佳的傳輸路徑將其傳遞到目的地址。

(2)連接網絡。路由器既可以將不同類型的網絡連接起來，又可以將局域網連接到Internet。

(3)劃分子網。路由器可以從邏輯上把網絡劃分成多個子網段，對數據轉發(fā)實施控制。

(4)隔離廣播。當大量的廣播幀同時在網絡中傳播時，就會發(fā)生數據包的碰撞而導致發(fā)送失敗。網絡為了改善這種情況就會重傳很多數據包，導致更大量的廣播流，進而使網絡可用帶寬減少，并最終使網絡失去連接而癱瘓。這一現(xiàn)象稱為廣播風暴。路由器可以自動過濾網絡廣播，避免“廣播風暴”。2.3.3路由器和三層交換機三層交換機2三層交換技術也稱為IP交換技術或高速路由技術。三層交換技術是相對于傳統(tǒng)的二層交換概念而提出的。簡單地說，三層交換技術等于在二層交換技術的基礎上增加了三層轉發(fā)技術。這是一種利用第三層協(xié)議中的信息來加強二層交換功能的機制。三層交換機實質上就是將二層交換機與路由器結合起來的網絡設備，但它是二者的有機結合，并不是簡單地把路由器設備的硬件及軟件疊加在二層交換機上。2.3.3路由器和三層交換機三層交換機2

三層交換機既可以完成數據交換功能，又可以完成數據路由功能，其工作過程如圖所示。2.3.3路由器和三層交換機三層交換機2(1)當某個信息源的第一個數據包進入三層交換機時，三層交換機需要分析、判斷該數據包中目的IP地址與源IP地址是否在同一網段內。(2)如果目的IP地址與源IP地址在同一網段，三層交換機會通過二層交換模式直接對數據包進行轉發(fā)。(3)如果目的IP地址與源IP地址分屬不同網段，三層交換機會將數據包交給三層路由模塊進行路由。三層路由模塊在收到數據包后，首先要在內部路由表中查看該數據包目的MAC地址與目的IP地址間是否存在對應關系，如果有，則將其轉回二層交換模塊進行轉發(fā)。(4)如果兩者沒有對應關系，三層路由模塊會在對數據包進行路由處理后，將該數據包的MAC地址與IP地址映射記錄添加至內部路由表中，然后將數據包轉回二層交換模塊進行轉發(fā)。2.3.3路由器和三層交換機路由器的主要功能是路由功能，它的優(yōu)勢在于選擇最佳路由、負荷分擔、鏈路備份及與其他網絡進行路由信息的交換等。其他功能只是其附加功能，其目的是使設備適用面更廣、實用性更強。三層交換機雖然同時具備了數據交換和路由轉發(fā)兩種功能，但它的主要功能仍是數據交換。在數據交換方面，三層交換機的性能要遠優(yōu)于路由器，但三層交換機接口非常簡單，只能支持單一的網絡協(xié)議，一般適用于數據交換頻繁的相同協(xié)議局域網的互連。而路由器的接口類型非常豐富，它的路由功能更多地體現(xiàn)在不同類型網絡之間的互連上，如局域網與廣域網之間的連接、不同協(xié)議的網絡之間的連接等。在實際應用中的典型做法是：同一個局域網中各個子網的互聯(lián)以及VLAN間的路由使用三層交換機；而局域網與公網之間的互聯(lián)則使用專業(yè)路由器。2.3.4網關網關(gateway)又稱網間連接器、協(xié)議轉換器，是用于將兩個或多個在OSI參考模型的傳輸層以上層次使用不同協(xié)議的網絡連接在一起，并在多個網絡間提供數據轉換服務的軟件和硬件一體化設備。在使用不同的通信協(xié)議、數據格式或語言，甚至體系結構完全不同的兩種系統(tǒng)之間，網關是一個翻譯器。2.3.4網關假設一套房子內部有三個房間、一個大門，房子可以比喻成電腦所在的局域網，三個房間可以比喻成你所在局域網中的三臺電腦，房子的大門可以比喻成網關。當你從房子內的一個房間進入另一個房間的時候，并不需要經過房子的大門。在局域網中也是一樣，處于同一局域網中的計算機進行通信的時候并不需要用到網關。當你需要到鄰居家去玩的時候需要從大門出去，相應地，不同局域網進行通信時，數據包必須要通過網關才可以到達。因此我們在通過路由器上網的時候，必須要把計算機中的默認網關設置成路由器LAN接口的地址，因為路由器的LAN接口就是你所在網絡的網關，電腦要上網必須經過網關。目前家用路由器一般使用和作為LAN接口的地址。任務2.4

任務挑戰(zhàn)2.4.1使用CiscoPacketTracer6.0軟件CiscoPacketTracer6.0的安裝1(1)下載CiscoPacketTracer6.0安裝包。雙擊CiscoPacketTracer6.0.exe文件，如圖2-19所示。圖2-19PT6.0安裝包(2)單擊“Next”，如圖2-20所示。圖2-20安裝過程2.4.1使用CiscoPacketTracer6.0軟件CiscoPacketTracer6.0的安裝1(3)單擊“Iaccepttheagreement”，接受協(xié)議約定，然后單擊“Next”進入下一步，如圖2-21所示。圖2-21協(xié)議許可2.4.1使用CiscoPacketTracer6.0軟件CiscoPacketTracer6.0的安裝1(4)安裝地址選擇C盤，然后單擊“Next”，如圖2-22所示。默認軟件名字為“CiscoPacketTracer”，單擊“Next”進入下一步，如圖2-23所示。

圖2-22路徑選擇

圖2-23設置名稱2.4.1使用CiscoPacketTracer6.0軟件CiscoPacketTracer6.0的安裝1

(5)在“Createadesktopicon”上打“√”，再單擊“Next”進入下一步，如圖2-24所示。圖2-24設置桌面圖標2.4.1使用CiscoPacketTracer6.0軟件CiscoPacketTracer6.0的安裝1

(6)單擊“Install”開始安裝，如圖2-25所示。(7)單擊“Finish”完成軟件安裝，如圖2-26所示。

圖2-25軟件安裝

圖2-26安裝完成2.4.1使用CiscoPacketTracer6.0軟件漢化CiscoPacketTracer6.0

2圖2-28漢化包

(1)把壓縮包里的漢化文件Chinese.ptl文件復制到安裝路徑下的languages目錄下面，如圖2-28所示。2.4.1使用CiscoPacketTracer6.0軟件漢化CiscoPack