河北省秦皇岛市抚宁县驻操营学区初中信息技术 第5章 计算机网络教学设计 新人教版.doc

第5章 计算机网络5.1 计算机网络的功能和组成5.1.1什么是计算机网络？ 计算机网络是利用通信手段，把地理上分散的、能够以相互共享资源（硬件、软件和数据等）的方式有机地连接起来的、而各自又具备独立功能的计算机系统的集合。 一个计算机网络包含有三个主要的组成部分。 （1）若干个主机（host），它们可以是各种类型的计算机，大到巨型机，小到便携式电脑，用来向用户提供服务。 （2）一个通信子网，它由一些通信链路和结点交换机（也叫通信处理机）组成，用于进行数据通信。 （3）一系列的通信协议，这些协议是为主机与主机、主机与通信子网或通信子网中各结点之间通信用的。协议是通信双方事先约定好的和必须遵守的规则，它是计算机网络不可缺少的组成部分。5.1.2 计算机网络的功能 计算机网络至少应具有下列功能： （1）数据通信。它使分散在不同部门、不同单位、甚至不同省份、不同国家的计算机与计算机之间可以进行通信，互相传送数据，方便地进行信息交换。例如，使用电子邮件进行通信，在网上召开视频会议等。 （3）实现分布式的信息处理。由于有了计算机网络，许多大型信息处理问题可以借助于分散在网络中的多台计算机协同完成，解决单机无法完成的信息处理任务。特别是分布式数据库管理系统，它使分散存储在网络中不同系统中的数据，使用时就好像集中存储和集中管理那样方便。 （4）提高计算机系统的可靠性和可用性。网络中的计算机可以互为后备，一旦某台计算机出现故障，它的任务可由网中其它计算机取而代之。当网中某些计算机负荷过重时，网络可将新任务分配给较空闲的计算机去完成，提高了每一台计算机的可用性。5.1.3 计算机网络的发展 计算机网络是计算机与通信相结合的产物。最初的计算机网络是一台主机通过电话线连接若干个远程的终端，这种网络称为面向终端的计算机通信网，它是以单个主机为中心的星形网，效率不高，功能有限。 60 年代末期，美国建成了以arpanet为代表的第二代计算机网络，它以“通信子网”为中心，许多主机和终端设备在通信子网的外围构成一个“用户资源子网”。通信子网不再使用类似于电话通信的电路交换方式，而采用更适合于数据通信的分组交换方式，大大降低了计算机网络中通信的费用。 计算机网络是个非常复杂的系统，相互通信的计算机系统必须高度协调工作才行。为了设计这样复杂的系统，70年代，包括ibm在内的一些计算机公司纷纷提出了本公司的网络体系结构。但不同公司的网络产品很难互相连通。为此，国际标准化组织iso于1977年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，这就是著名的“开放系统互连参考模型”，简称osi/rm。从这以后，就开始了所谓第三代计算机网络。 80年代中期以来，计算机网络领域最引入注目的事件是美国internet网飞速发展。internet网也称互连网，或按音译为因特网，它仍属于第三代计算机网络，但它有自己的一套体系结构，没有完全使用osi体系结构。有关的情况在5.5中再作介绍。 进入90年代后，计算机网络的发展更加迅速，目前它正在向宽带综合业务数字网(b-isdn)的方向演变。这也就是人们常说的新一代或第四代计算机网络。1993年美国政府提出建设所谓“信息高速公路”的计划，其主要内容之一就是建设一个覆盖全美的宽带综合业务数字网。有关情况在5.5中再作介绍。从网络的控制方式进行分类网络的管理者则非常关心网络的控制方式。按网络的控制方式划分，可以分为：(l) 集中式网络；(2)分散式网络；(3)分布式网络。从网络的作用范围进行分类很多情况下人们经常从网络作用的地域范围对网络进行分类。例如： 广域网 (wide area network ，简称wan)，它的作用范围通常为几十到几千公里。广域网有时也称为远程网。 局域网 (local area network ，简称lan) ，一般通过专用高速通信线路把许多台计算机连接起来(速率一般在 l0 mbs以上)，但在地理上则局限在较小的范围(如 l km或几km左右)，一般是一幢楼房或一个单位内部。 还有一种网络，其作用范围在广域网和局域网之间，例如作用范围是一个城市。这种 网络就叫做城域网或市域网 man(metropolitan area network)。城域网的传送速率也在 1 mbs以上，但其作用距离约为550 km。 网络的分类方法还有其它一些。例如从网络的使用性质进行分类，可以划分为公用网和专用网；从网络的使用范围和环境可以分为企业网、校园网等；从网络的带宽和传输能力可分为窄带网和宽带网（多媒体网）等。 最近几年有一种称之为“内连网”(intranet) 的网络颇为流行。它是集 lan、 wan和数据服务为一体的一种网络，它采用 internet的相关技术（如tcp/ip协议，web服务器和浏览器技术等）将计算机连接起来，从而建立起企业内部网络。intranet有许多优点，例如简单易用、用户培训负担轻；系统建立容易，规模小的系统甚至数天即可完成；系统建立成本低；标准化程度高，容易集成各类信息系统等。目前，国内正处于开发管理信息系统（mis）和建网的热潮中， intranet应该是网络化 mis系统的优选方案之一。 5.2数据通信基础5.2.1数据通信的基本概念所谓数据通信是指通过计算机技术与通信技术的结合来实现信息的传翰、交换、存储和处理。现代数据通信系统实际上就是一个计算机网络，它由数据传输系统和数据处理系统两部分组成。数据传输系统也称通信子系统或通信子网，其主要任务是实现不同数据终端设备(dte)之间的数据传输；而数据处理系统也称为资源子系统或资源子网，它由许多数据终端设备（例如pc机、服务器、大型计算机、工作站、智能终端等）组成，它们是网络中信息传输的信源或信宿，负责提供信息和接收信息与处理信息。信宿传 输系 统接收器数据数据信号信号(dte)(dte)（通信子网）发送器信源图5.1 数据通信模型 数据传输系统中数据通信的模型如图5.1如示。为了将一个数据终端设备发出的数据传送到指定目标设备，通常不仅要经过很长的传输线路，而且也往往需要进行调制/解调、多路复用以及交换等处理。数据传输系统由下述几部分所组成： （1) 传输线路 它是信息的传输通路，由各种类型的传输介质和有关的中间通信设备所组成。 （2）调制解调器(modem) 由发送端的数据终端设备所发出的数据，通常并不以其原有形式直接进行传送，而是被转换成适合于传输的的电磁信号。当该信号传输到目标数据终端设备之前，也需要再把它转换成为适合数据终端设备接收的数据。调制解调器就是用来实现上述功能的。 （3）多路复用器为了提高传输线路的利用率，使多个终端设备共用一条物理信道来传输信息,所用的设备就是多路复用器。它将多个信源所发出的信号，有序地纳入一条物理信道中进行传输。到达目的地后，再将物理信道中的多路信号分别送入对应的目标数据终端设备。多路复用器有时也称为多路转换器。 （4）交换器 当许多终端设备(几百、几千甚至几万个) 要相互通信时，它们之间采用固定的连接是不现实的。一种可行的方法是在任意两个要进行通信的终端之间建立临时连接，然后通过该连接把源终端发出的信息转送至目标终端，通信结束后再拆除连接。交换器就是用来实现这种临时连接和传输信息的设备。数据传输中常用的一些基本概念简述如下。 信道：信号传输的通道，通常它是一种抽象的描述，与传输介质有着相似的含义。 数据传输速率：简称数据率(data rate)，是指单位时间内传送的二进制数据位数，通常用“千位/秒”(kb/s) 或“兆位/秒”(mb/s)作计量单位。 信道容量：信道允许的最大数据传输速率，是数据通信信道的主要性能参数之一。 误码率(error rate)：指数据传输中出错数据占被传输数据总数的比例，也是通信信道的主要性能参数。 5.2.2物理信道与传输介质 物理信道是数据通信系统中最基本的组成部分，它由各种类型的传输介质和中间设备组成。物理信道的类型可以从不同的角度进行分类：(1)按传输介质的类型可把信道分为有线信道和无线信道；(2)按传输信号的形式可把信道分成模拟信道和数字信道；(3)按使用方式则又分成专用信道和公用信道。下面按传输介质类型作简单阐述。 1有线信道 它由传输线和中继器组成，数据在导体中传播，这样不仅可获得较高的传输效率，且易于保证传输的正确性。属于有线信道的传输介质有双绞线、同轴电缆和光纤等。 （1）双绞线 双绞线由两根相互绝缘的导线组成，两根导线绞合成匀称的螺纹状，作为一条通信线路。将2根、4根或更多根这样的双绞线捆在一起，外面包上护套，构成双绞线电缆。它可以用于传输模拟信号，传输距离不大时也可以用于传输数字信号。双绞线有屏蔽双绞线(shielded twisted pair, stp) 和无屏蔽双绞线(unshielded twisted pair, utp) 两种，前者支持较远距离的数据传送，误码率低，但价格稍高；后者使用在lan中，3类线的传输速率达10mb/s，距离可达100150m。质量更高的5类线的传输速率可达100mb/s。双绞线价格便宜且安装方便。 双绞线容易受到外部高频电磁波的干扰，线路本身也会产生一定的噪声，误码率较高。如果用作数据通信网络的传输介质，每隔一定距离就要使用一台中继器或放大器。因此通常只用作建筑物内部的局部网通信介质。 （2）同轴电缆 同轴电缆的横截面是一组同心圆，最外圈是绝缘保护层，紧贴着的是一圈导体编织层，均匀地排列成网状，再里面是绝缘填料，用来分隔编织外导体与内导体，内导体可以用单股实心线，或者用多股绞合线。目前广泛使用的同轴电缆有基带同轴电缆（特征阻抗50）和宽带同轴电缆（特征阻抗75）两种。前者用于传输数字信号，采用基带传输方式，当距离不超过1km时，最高传输速率可达50mb/s；后者即常用的有线电视电缆，带宽可达300400mhz，既可用于传输模拟信号，也可用于传输数字信号。同轴电缆的最大传输距离随电缆型号和传输信号的不同而不同，一般可达几公里甚至几十公里。由于同轴电缆易受低频干扰，在使用时多将信号调制在高频载波上。（3）光导纤维（光缆） 用光纤做成的光缆由4部分组成：缆芯。可以是一股或多股光纤，光纤的直径约为10-100m，通常是超高纯的石英玻璃纤维；包层。这是在光纤外面包裹的一层，它对光的折射率低于光纤；吸收外壳。用于防止光的泄漏；防护层。对光缆起保护作用。 光纤有两类：单模光纤。这种光纤具有较宽的频带，传输损耗小，因此允许进行无中继的长距离传输（100km以上）。但由于这种光纤难于与光源耦合，连接较困难，价格也贵，故主要用作邮电通信中的长距离主干线；多模光纤。其频带较窄、传输衰减也大，因此允许的无中继传输距离较短，但其耦合损失较小、易于连接、价格便宜，故常用于中、短距离的数据传输网和局域网中。 由于光纤具有非常宽的频带，在 l公里距离内带宽可达1ghz以上，30公里内频带仍大于25mhz。它的误码率很低，在中继距离为68公里时可小于10-9，无中继的传输距离可长达68公里。此外还有不受电磁干扰、保密性好等一系列优点，使它愈来愈多地在各种通信系统中得到采用。 2无线信道 采用无线信道，使电磁波通过自由空间去传播数据，可省去线路的架设，也允许数字终端设备在一定范围内随意移动，因此，无线信道非常适合于那些难于铺设传输线的边远山区和沿海岛屿使用，也为大量的便携式计算机入网提供了条件。但电磁波通过自由空间时能量较分散，故传输效率低。另外，无线传输存在着易被窃听、易受干扰、易受气候因素影响等缺点。目前常用的无线信道有微波、红外线和激光，尤以微波通信（包括卫星通信）使用最为广泛。 5.2.3 调制解调器为了能利用现有的电话、有线电视等模拟传输系统传输数字信号，必须先将数字信号变换成模拟信号。调制器的基本职能是把从终端设备和计算机送出的数字信号变换为适合于在模拟信道上传输的模拟信号，解调器的基本职能是把模拟信号恢复成数字信号。通常都把调制器和解调器做在一起而称之为“调制解调器”(modem)。图5.2是利用模拟信道进行数据通信的方框图。计算机计算机modem计算机modem计算机模拟信道模拟信号图5.2 利用模拟信道进行数据通信 由于调制解调器的用途是使计算机数据能够在模拟信道上传输，且各类传输信道都各有自己的特点，因此便产生了不同类型的调制解调器。例如，modem按操作状态可分为2种：同步modem和异步modem。前者速度快、成本高，适用于连接高速通信线路。后者速度低、价格便宜，适用于连接低速通信线路。一般家庭通过电话线上网所使用的都是异步modem，其传输速率为9.6-19.2 kbps；高速modem的传输速率超过19.2 kbps，达到28.8,33.6 kbps,有的甚至达到56 kbps 。modem产品有外接式、内插式、pc卡式（用于笔记本电脑）和机架式（用于网络中心）等多种不同的形式，它们各有其不同的使用场合。 最近几年市场上出现了一种新型的电视电缆调制解调器（cable modem），它是通过有线电视(catv)网进行数据通信的设备，它一端与计算机相连，一端与墙上的catv插座相连。cable modem有对称型和非对称型两种，前者上行速率和下行速率相同（0.5-2mbps)，后者下行速率远大于上行速率，可达3-10mbps甚至更高，很适合于接入因特网作多媒体通信使用，但目前价格较高，且标准化问题还有待很好解决，普及使用尚需假以时日。 （1）电路交换电路交换又叫线路交换，这是一种在发送端和接收端之间实际地建立一条物理信道的交换方式。典型的例子是电话交换机，打电话者拨通对方号码后，在电话交换机中就有一条线路把两个号码对应的线路端点连接起来，构成一条专用通信通道。通话完毕挂机，交换机内的连线被拆除。电路交换的通信过程包括三个阶段：建立连接、传输数据、拆除连接。这种交换方式使用的设备及操作比较简单，特别适合远距离成批传输，建立一次连接就可以传送大量数据。缺点是线路的利用率非常低。 （2）报文交换 报文(message)是一种经过包装的数据，即把要发送的数据与发出地、目的地等有关信息结合在一起组成一个报文，每个报文按照去向不同送入通信网络中不同节点机的缓冲区去排队，当某一条链路空闲时，就从相应节点机的缓冲区中取出一个报文发送到下一节点，下一节点再进行转发，直至报文到达接收端。这种交换方式有不少优点，如线路利用率较高；收发双方不需同时工作，当接收方忙碌时，整个网络都可以作为它的缓冲；根据报文的长短或其他特征可以给报文建立优先级，使得一些短的、重要的报文能优先传递。它的缺点是延时长，不宜用于实时通信或交互通信。 （3）分组交换 报文交换方式产生较大时延的主要原因，除了报文在交换器要进行排队外，还由于报文传输是按串行方式进行的。通常，报文本身就可能很长，在传输过程中要先将报文存储起来，仅当报文的全部信息都已存入缓冲区后，才能对它们进行处理，再把它们转发给下一节点或目标终端。 分组交换的工作方式与报文交换大致相同，区别在于报文交换是以整个报文(数据块)为信息交换单位，而分组交换则是把大的数据块分割成若干小块，然后为每个小块数据加上有关地址信息及分组信息，组成一个数据包(称为“分组”或“包”)。数据包的长度有限，通常为几十到几百个字节。这些数据包按照类似于流水线的方式在网络中经过缓冲、转发而到达目的地。分组交换方式比报文交换有明显的优点，例如：(1)加速了信息在网络中的传输；(2)简化了缓冲器的管理；(3) 较短的信息分组减少了出错率和重发信息量，提高了通信线路的有效利用率；(4) 更适于采用优先权策略。70年代后期，ccitt发表了x.25建议书，规定了数据终端设备与分组交换网的接口。目前，国际上的分组交换网几乎都采用x.25来连接主机和通信子网，因此也称为x.25分组交换网，简称x.25网。 （4）帧中继(frame relay)交换多年来分组交换网一直是实现数据通信的较好方式，但进入80年代后，随着计算机的普及，网络用户的增加，网络上信息流量的急剧上升，分组交换网已经远远不能适应数据通信发展的需要。这是因为早期的分组交换网主要采用模拟信道，其质量较差、误码率较高。到80年代后期，通信用的主干线已逐步采用光缆，光缆不仅大幅度地提高了传输速率，而且使传输误码率降低了几个数量级。此外，网络中所用通信节点机的可靠性也显著提高，这些都使信息在传输过程中发生差错的几率减小，因此没必要再像 x.25分组交换网那样每经过一个节点都对数据包进行一次差错检测；也无需在每个交换器中设置功能较强的流量控制和路由选择机制。正是在这种背景下产生了帧中继交换。 帧中继是在 x.25分组交换的基础上，简化了差错控制(包括检测、重发和确认)、流量控制和路由选择功能，而形成的一种新型的交换技术。由于 x.25分组网和帧中继网很相似，因而很易于从 x.25网升迁到帧中继网。 帧中继网与x.25分组交换网相比，通信子网得到简化，传输速率从64kbps提高到2.048mbps，因而较容易接入atm骨干网。目前帧中继网正在成为国际和国内广域网业务服务的主流。 （5）异步转移模式（atm） atm技术是在分析了电路交换和分组交换的优缺点之后，吸取两者的长处而发展起来的。电路交换具有良好的实时性，缺点是信道带宽不能动态分配，线路的利用率很低。而分组交换虽然有带宽动态分配能力，但实时性很差。atm和帧中继一样也是一种快速分组交换技术，但帧中继中的分组（帧）的长度是可变的，而atm中的分组（称为“信元”） 长度是不变的。由于使用了固定长度（53个字节）的短信元， 一方面吸取了分组交换中标记复用方式的优点来提高信道利用率，另方面利用固定长度短信元便于采用高速硬件对信头进行识别和交换处理的优点，使传输控制大大简化，从而形成了一种崭新的高速交换技术。 由于 atm的高速交换特性，使文本、声音、图像和视频等能同时在 atm信道中传输，为实现多媒体数据通信创造了条件。5.3 网络体系结构osi/rm 和tcp/ip5.3.1 基本概念（1）网络的层次式结构。现代计算机网络都采用层次式结构，即一个计算机网络可分为若干层，其高层仅是利用其较低层次的接口所提供的功能，而不需了解其较低层次实现该功能时所采用的算法和协议；其较低层次也仅仅是使用从高层传送来的参数。这就使得一个层次中的模块用一个新的模块取代，只要新模块与老模块具有相同的功能和接口，即使它们执行着完全不同的算法和协议也无妨。（2）网络协议。在计算机网络中，为使各计算机之间或计算机与终端之间能正确地传送信息，必须在关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等方面有一组约定或规则，这组约定或规则即所谓的网络协议（protocol）。网络协议含有三个要素：第1是它的语义，第2是它的语法，第3是它的规则。协议的语义是指对协议含义的解释。实质上，网络协议是实体间通信时所使用的一种语言。 （3）网络体系结构计算机网络的层次及其协议的集合，就是所谓的网络体系结构。具体地说，网络体系结构是关于计算机网络应设置哪几层，每个层次又应提供哪些功能的精确定义。 自70年代以来，国外一些主要计算机生产厂商如ibm,dec等都先后推出了本公司的网络体系结构，但它们都属于专用性的。为使不同计算机厂家生产的计算机能相互通信，以便在更大范围内建立计算机网络，国际标准化组织信息处理系统技术委员会(iso tc97)于1983年春，正式批准“开放系统互连参考模型(osirm)”（iso 7492）作为网络体系结构的国际标准。5.3.2 开放系统互连参考模型(osi/rm) 为了实现计算机系统的互连，iso 开放系统互连参考模型把整个网络的通信功能划分为7个层次，每个层次完成各自的功能，通过各层间的接口和功能的组合与其相邻层连接，从而实现不同系统之间、不同结点之间的信息传输。表5.1是osi参考模型中7个层次的名称和它们的主要功能。表5.1 osi参考模型中的7个层次层号层的名称英文主要功能7应用层application layer与用户应用进程的接口，即相当于：做什么？6表示层presentation layer数据格式的转换，即相当于：对方看起来像什 么？5会话层session layer会话的管理和数据传输的同步，即相当于：轮到谁讲话和从何处讲？4运输层transport layer从端到端经网络透明地传输报文，即相当于：对方在何处？3网络层network layer分组传输和路由选择，即相当于：走哪条路可以到达该处？2数据链路层data link layer在链路上无差错地传送一帧一帧信息，即相当于：每一步应该怎么走？1物理层physical layer将比特流送到物理介质上传送，即相当于：对上一层的每一步该怎样利用物理介质？ 在iso和ccitt的共同努力下，这7个层次的许多标准都已制订出来了。遵循这些标准的产品也已部分开发成功。 图5.3是两个计算机经过数据通信网的两个交换结点进行通信的示意图。图中的交换结点只包含下3层。联网的计算机a和b进行信息传递的路线是：a机的应用进程apa从发送端的第7层向下依次传到第1层，然后通过网络的物理介质传送到第一个结点。从该结点的第1层上升到第3层，完成路由选择后，再下到第1层，然后通过网络传到由路由选择所决定的第2个结点。最后传到接收端（计算机b），从第1层上升到第7层后，到达应用进程apb。在互连过程中，每个用户（或它们的应用进程）能看见自己及自己所在系统的管理模块，也能通过第7层看见对方用户的映象，但其它层次的许多东西用户是看不见的（一般情况下也不需要看见）。图5.3 开放系统互连环境5.3.3 tcp/ip 除osi参考模型之外，在实际应用中还流行着一些其它网络体系结构，最有名的就是美国在internet网中使用的tcp/ip体系，简称tcp/ip。tcp/ip在计算机网络中占有非常重要的地位。这是因为尽管osi的体系结构理论上比较完整，但实际上完全符合各层协议的商用产品却很少进入市场，远远不能满足用户的需求。而使用tcp/ip协议的产品却大量涌入市场，这就使得tcp/ip成为计算机网络体系结构的事实上的标准，有人也称它为工业标准。 图5.4 tcp/ip的体系结构 tcp/ip与osi/rm有不少差别（图5.4）。它一共只有三个层次，最高的是应用层，相当于osi中的最高三层。接下来与osi运输层相当的是传输控制协议tcp，再下面与osi网络层相当的是互连网协议ip。tcp/ip标准中并没有对最低二层做出规定，这是因为在设计时考虑到要与具体的物理传输介质无关。tcp/ip一开始就考虑了多种异构网的互连问题，有较好的网络管理功能，这些都是它的优点。当前internet所使用的协议中最著名的就是运输层的tcp协议和网络层的ip协议。因此，现在人们常用tcp/ip表示internet所使用的体系结构。5.4 计算机局域网5.4.1 局域网的特点 从计算机网络的作用范围来看，它可以分成两大类：广域网wan（wide area network）和局域网lan（local area network）。广域网的作用范围通常为几十到几千公里，所以广域网有时也叫远程网；局域网在地域上仅局限在较小的范围（1公里或几公里）内，一般是一幢楼房或一个单位内的计算机互连成网。 局域网是在70年代后期开始发展起来的。它的主要特点是： 为一个单位所拥有，地理范围和站点数目均有限， 使用专用的通信线路，数据传输速率高， 通信时间延迟较低，可靠性较好， 能按广播方式或组播方式（一个站向多个站发送信息）进行通信。 局域网使用的数据传输介质有三类：一种是同轴电缆，它又有粗缆和细缆之分。另一种是光缆，它分成单模和多模两类。第三种是双绞线。目前以5类双绞线用得最多，它的成本低，性能较好，传输速率可达100mb/s。 局城网按其网络拓扑结构可以分成总线网（又称为“以太网”）、令牌环形网、星形网等几种，目前最为流行的是采用集线器（hub）和双绞线组成的总线网（图5.5）。从物理连接上看，它呈多级星形结构，而逻辑上它仍是一个总线网。图5.5 使用多个集线器组成的局域网5.4.2 局域网的体系结构 与 osi参考模型相比，局域网的参考模型只相当于 osi的最低两层。其中，物理层是必需的，因为物理连接以及按比特在媒体（介质）上传输都需要物理层。由于局域网的传输媒体与拓朴结构种类繁多，其媒体接入控制的方法各不相同，为了使局域网中的数据链路层不致过于复杂，因此将局域网的数据链路层划分为两个子层：媒体接入控制（或媒体访问控制） mac(medium access control)子层和逻辑链路控制llc(logical link contro1)子层。局域网不存在路由选择问题，因此局域网可以不要网络层(图5.6)。物 理 层媒体接入控制mac逻辑链路控制llc服务访问点osi/rmieee 802表 示 层应 用 层会 话 层运 输 层网 络 层数据链路层物 理 层图5.6 局域网的体系结构与osirm的对比 mac子层负责处理与接入各种传输媒体有关的问题，另外，它还负责在物理层的基础上进行无差错的通信。 数据链路子层llc的主要功能是：建立和释放数据链路层的逻辑连接；提供与高层的接口；差错控制；给帧加上序号等。 美国电气和电子工程师学会 ieee在制定局域网标准中起了很大的作用。许多 ieee 802标准已成为 iso国际标准。5.4.3 常用局域网技术简介 1总线局域网 总线局域网是最常用的一种局域网结构。在总线局域网中，所有的结点(计算机或其他设备)通过专门的网卡(网络适配卡)连接到一条总线上，并采用广播方式进行通信(网上所有结点都可以接收同一信息)，无需路由功能。 （1）载波侦听多路访问冲突检测(csmacd) csmacd是最常用的总线网工作方式之一。连接总线的各个结点通过竞争的方式，获得总线的使用权，只有获得使用权的结点才可以向总线发送信息帧，该信息帧将被连接总线的所有结点感知。 载波侦听是指发送结点在发送信息帧之前必须侦听，判断总线是否处于空闲状态。多路访问具有双重含义，既表示多个结点可以同时访问总线，也表示一个结点发送的信息帧可以被多个结点所接收。前者通过竞争确定占用总线的结点，后者通过地址(单地址访问、组地址访问和广播地址访问)来确定信息帧的接收者。csmacd采用竞争的方法抢占对总线的访问权，这种方法使网络维护方便，增删结点容易，轻负载(结点少，或者信息发送不频繁)时效率较高。重负载时，冲突概率增加，难以估计最坏情况下的发送延迟。统计表明，如果负载超过信道容量的60，网络性能将急剧下降。所以，csmacd方式并不适合实时性要求较高的环境。 （2）以太网(ethernet) 以太网是以csmacd方式工作的典型总线网。以太网技术发展很快，已出现了多种形式的以太网，不同的以太网具有不同的数据传输速率，支持不同的最大网段距离。 随着硬件技术的发展，出现了集线器(hub)方式连接的以太网。目前， hub有共享式hub、交换式hub等。共享式 hub是一种无源耦合器，它具有多个端口，支持结点通过双绞线接入 hub，形成星形拓扑结构。需要指出的是，这种 hub构成的局域网，物理上看上去虽然是星形结构，但实际的媒体访问控制方式仍然是总线方式，联结在总线上的所有设备共享该总线的带宽。交换式hub则不同，联结在总线（集线器）上的每一个设备，各自独享一定的带宽（10mbps或100 mbps） 快速以太网（称为100base-t）是为支持高速数据传输而设计的网络，原来的10mbps网络只要更换网卡和使用100mb/s的交换式集线器即可升级为100mb/s的网络，每个结点的传输速率可达100 mbps。千兆位以太网是近几年发展起来的技术，它使局域网的数据传输速率达到1000mbps，可作为局域网的主干部分使用。 2 光纤分布式数字接口(fddi) 网 fddi采用环形结构，利用光纤将多个结点环接起来，环上的结点依次获得对环路的访问权利。为提高可靠性，fddi采用双环结构(分别称为主/副环)，主环支持正常情况下的数据传输工作，副环作为种冗余设施，保证在主环故障或者结点故障时环路仍然可以正常地工作。fddi使用光纤作为传输介质，它的传输速率为100 mbps。由于光纤特有的低损耗特性，使得线路的不间断距离增大，可用于长距离通信。多模光纤可达2 km，单模光纤可达100 km。在网络构造方面，由于fddi采用双环结构，每个设备可以挂接到两个环路结点上，因此fddi具有高可靠性。加上光纤本身无幅射，因而增加了数据传输的保密性。 由于fddi网络可以覆盖较大的范围，可以支持较高的数据传输速率(100 mbps) ，实用中，fddi常用于构造主干网。但是由于 fddi的帧格式和其他常用的局域网帧格式不同，因此在和其他子网进行互连时，需要通过网桥或路由器才能实现。 最近几年，采用光纤作为传输介质，使用atm仿真局域网（atm lane）作为主干，并和快速以太网相结合，使局域网的性能和灵活性得到了进一步改善。5.5 广域网、因特网与信息高速公路5.5.1 广域网的构成 广域网也称远程网，因其覆盖的地域范围广而得名(通常可以覆盖一个城市，一个省，一个国家甚至全球)。同一部门不同地区、或不同部门不同地区之间的计算机网络互连，即构成广域计算机网。例如我国正在建设和使用的中国科技网（cstnet）、金桥网（chinagbn）、教育科研网（cernet）等都是典型的广域网。 一般讲，远程网的建设常常以电信部门提供的公共通信网络（称为“通信子网”）为基础。我国已建立了公共分组交换数据网(chinapac)、数字数据网(chinaddn) 、帧中继(frame relay)网、综合业务数字网(isdn)，并在其上开放了分组数据、租用电路等各种业务，为建设广域网创造了很好的条件。 （1）公共分组交换网 公共分组交换网支持 osi下三层服务，执行 ccitt x.25协议，因此又称为 x.25分组网。分组网提供可靠传送数据的永久虚电路(pvc)、交换虚电路(svc)基本业务以及众多的用户可选业务。 分组网最初主要建筑在模拟信道的基础上工作，由于其信道质量较差，所以其协议在纠正信道差错方面考虑周全，处理比较复杂，从而网络延迟较大，目前我国提供的用户端口速率一般小于64kbs，网络的分组平均延迟达1秒左右。分组网主要适用于交互式短报文、速度要求不高的通信业务，例如：金融业务、计算机信息服务、管理信息系统等，它不适用于多媒体通信。 分组网提供了多种接入方式。用户可以用 x.25专线方式或通过电话拨号方式接入分组网。目前，我国使用 x.25分组网的单位和部门很多，我国公用分组网已遍及全国县以上地区。 （2）数字数据网(ddn) ddn是电信部门向用户提供的一种高速数字通信业务。 ddn是利用数字通道提供半永久性的连接电路。它主要提供中高速率、高质量点到点和点到多点的数据专用电路，其线路的通信速率为nx64kbps(nl-32)。 ddn的数字信道主要是光纤传输系统，传输质量高，信道误码率10-7。 ddn向用户提供了一条高速的物理信道，本身并不提供任何通信协议的支持，在 ddn信道上使用何种通信协议由用户自行决定。 ddn主要适用于用户所需的中高速点到点和点到多点的专线场合，例如：用它作为用户专线或用它组成专用计算机网来传送数据、图像、语音、多媒体信息等。 目前，我国 ddn已遍及全国大部分县以上城市。 （3）帧中继(frame relay)网 帧中继(fr)是目前电信部门开展的又一新业务。它使用光纤作为通信媒体，执行 osi低二层(物理层、数据链路层)协议。由于使用光纤作为传输信道，信道的高可靠性可以简化 x.25协议，减少协议开销(如差错处理等)与传送延迟，提高信道的传送效率，速率可以达到2 mbps。 帧中继特别适合当前计算机通信的需求，国际上帧中继业务发展非常迅速。可以在ddn、分组交换网上增加帧中继功能，提供帧中继业务。目前，我国的 ddn网和分组网已部分具有帧中继功能，已能局部提供帧中继业务。 （4）综合业务数字网(isdn) isdn(integrated service digital network)是以提供端到端的全数字连接的综合数字电话网为基础发展而成的一种通信网络，可以支持包括语音及数据传输的多种业务。 isdn的目标是提供经济有效的、端到端的数字连接以支持广泛的服务，用户只需通过有限的网络连接及接口标准，在很大的区域范围内以至全球都可存取网络信息。 isdn设计的重点是用户网络的接口，利用一条用户线路来同时支持电话、传真、可视图文及数据通信等多种业务。isdn有窄带和宽带之分，我国目前已在局部地区开通使用窄带 isdn。宽带 isdn简称 b-isdn，其交换方式采用 atm，这是当前正在发展中的网络技术。 （5) 有线电视网我国有线电视在城镇居民中的覆盖率较高, 其用户比计算机网的用户多得多，目前正在建设大容量双向传输的广播电视光纤数字网，它的网络带宽高, 信息传输能力比目前的数据通信网强，特别适合传输多媒体信息 (如影视节目、游戏娱乐等)，很有希望成为一条真正意义上的信息高速通道。 5.5.2 因特网（internet） 目前世界上规模最大的计算机广域网是美国的internet。internet的原意是“网络的网络”，它起源于美国国防部arpanet计划，后来与国家科学基金会的科学教育网合并。九十年代，政府机构和公司的计算机也纷纷入网，并迅速扩大到全球约150个国家和地区。据估计，目前网上巳有几千万用户，每天新入网的计算机以千为单位。有人预测，到2000年时，全球将会有100万个网络、1亿台计算机、10亿个用户使用internet。1 因特网提供的服务internet网由主干网、地区网和校园网(企业网或部门网)三级组成。主干网的速率目前大多为45-155mb/s，用于连接地区网和超级计算中心，最终用户（一般为校园网或企业网）则通过地区网进入internet。1996年美国政府开始投资3亿美圆建造“下一代internet（ngi）”，并将于2002年建成。作为ngi计划的一部分，美国100多个大学和企业于1996年底联合发起internet 2（i2）计划，探索高速网络环境下新一代的网络应用，如远程教学，虚拟实验室和数字图书馆等。 internet上有大量的计算机和信息资源，包括超级计算中心、图书目录库、公共软件库、科学试验数据库、电子预印本库、地址目录库等。它能提供的服务主要有： 电子邮件（e-mail）。使用计算机起草、发送、接收、存储、管理、检索并利用网络传递电子邮件具有速度快、成本低、方便灵活等优点，邮件中除文字、图形之外还可以包含语言、音乐、动画等信息，这是internet最基本的一项服务。 专题讨论。网络上开辟了数学、物理、天文、地理、音乐、美术、宗教、哲学、钓鱼、高尔夫球等数以千计的各种各样的专题讨论组，用户可以自由参加讨论，发表观点，提出问题，寻求解答。 信息检索。internet网上有大量的数据库，如农业数据库提供每周天气情况、农作物长势等；生物数据库提供大量的生物基因、蛋白质信息等；计算机方面的数据库则提供各种免费软件、技术与产品资料等。此外，大学图书馆的藏书目录、报刊资料目录等也都可在internet网上进行查询，了解自己所需要的信息。 布告栏服务。网络上设置的布告栏，通过网络向用户发布有关金融、法律、市政建设、文化教育、社会安全、通路交通等方面的信息，出版商可发布新书预告、书评等消息，商场可发布商品消息等等。 远程登录。internet网上有许多超级计算中心，它们可免费或低价提供给大学、研究机构使用。用户可以把自己的机器暂时作为一台终端，通过internet网挂接到远程的大型或巨型机上，然后就可以作为它的用户使用它的硬件和软件资源。 www（world wide web）服务。有人把www译作万维网或环球网，或称web网、3w网，实际上它不过是网上的一种服务。它的正式提法是：“www是一种广域超媒体信息检索的原始规约，其目的是访问分散的巨量文档”。www给internet网络用户提供了一种非常简单、易用的手段，去查找和获取全球各种组织机构、大专院校、科研院所、公司厂商甚至个人所提供的供共享的信息。它使用了超媒体/超文本（hypermedia/hypertext）的信息组织和管理技术，各单位或个人需向外发布的或可共享的信息，以html的格式编排好，存放在各自的web服务器中。网上的用户需要信息时，可在自己的机器上启动一个“浏览器”软件，例如netscape navigator和microsoft explorer，于是就可以检索、查询各种信息。目前internet网上的www服务器已超过20万个，每天还在以数以百计的速度增加。其包含的信息涉及几乎所有的自然科学和社会科学领域。 由于internet的出现和发展，使世界各国的距离变得更短了。通过internet，人们一方面迅速地了解世界，一方面也被世界所了解。特别是对于从事科学技术和文化教育工作的人来说，不会利用internet所提供的巨大信息宝库，恐怕就无法胜任自己的工作。2 因特网的地址与域名系统整个internet是一个网络，为了实现internet网络中的计算机相互通信，必须为每个结点(入网的计算机，也称为主机)分配一个唯一的地址(简称 ip地址)。该地址必须表明结点所在的网络号（net-id）以及它在该网络中的主机号（host-id）。ip地址分为5类（a，b，c，d，e），每一个ip地址都用32个二进位（4个字节）表示。所以，ip地址由3部分构成： ip地址类型号 + 网络号(net-id) + 主机号(host-id)为了便于记忆，通常采用4个十进制数来表示一个ip地址，每个十进制数对应 ip地址中的一个字节，十进制数之间采用小数点“.”予以分隔。如：5是一个 internet地址。internet网络ip地址的5种类型是： a类地址。 a类地址用于拥有大量主机（16,777,214）的网络，只有少数几个网络可获得a类地址。a类ip地址的特征是最高位为“0”，例如：8。 b类地址。 规模适中（65,534台主机）的网络使用b类地址，b类ip地址的特征是最高2位为“10”，例如：8。 c类地址。 c类地址用于主机数量不超过254台的网络，其ip地址的特征是最高3位为“110”。例如：2表示一个 c类地址。 d类地址。用做组播地址，其特征是最高4位为“1110”。 e类地址。用做备用地址，其特征是最高5位为“11110”。用户的计算机要想进入 internet，必须获得 ip地址授权机构(称为网络信息中心，nic)分配的ip地址。实际上nic只是分配一个类型号和网络号，组网者再对网内的每一台主机指定一个主机号，从而构成了网络中每一台机器的ip地址。 ip地址不便于人们记忆，因此，每个入网的计算机有一个用符号来表示的易记的同时也是唯一的主机名，它与各自的ip地址对应。当用户访问网络中的某个主机时，只需按名访问，而无需关心它的 ip地址。例如：是南京大学的 www服务器主机名，internet用户只要使用该主机名，就可访问到该服务器。internet网络使用域名系统（dns）来进行主机名字与ip地址之间的自动转换。一般讲，每一个网络(如校园网或企业网)均要设置一个域名服务器，通过域名服务器来实现入网主机名字和