网络基础培训教材

第1章 计算机网络基础,王玉,1.1 计算机网络的概念、功能1.2 计算机网络产生与发展 1.3 计算机网络的组成1.4 计算机网络的分类 1.5 常见网络技术1.6 扩展网络1.7 网络协议概念,1.1计算机网络的概念、功能,计算机网络是以相互共享资源方式而连接起来的自治的计算机系统的集合。通俗而言，计算机网络就是利用线路和通讯设备将位置不同、功能独立的多个计算机互连起来，用网络软件实现网络中资源共享和信息传递。,计算机网络的建立目的就是其应具有的功能，因此，它应当实现以下的基本功能：实现计算机之间和计算机用户之间的通信交往。实现资源共享，即实现计算机硬件资源、软件资源和数据与信息资源的共享。,1.2 计算机网络的产生及发展,1969年美国国防部研究计划局（ARPA）主持研制的ARPAnet计算机网络投入运行。随后世界各地计算机网络的建设迅速发展起来。其产生和演变过程经历了四个阶段：具有远程通信功能的单机系统；具有远程通信功能的多机系统；以资源共享为目的的-计算机网络；以Internet为代表的计算机网络系统。随着局域网技术发展成熟，出现光纤及高速网络技术，多媒体，智能网络，整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统，发展为以Internet为代表的互联网,1.3计算机网络的组成,分述如下：,计算机,根据用途的不同可将计算机分为服务器和网络工作站。,服务器：一般由功能强大的计算机担任，如小型计算机、专用PC服务器或高档微机。它向网络用户提供服务，并负责对网络资源进行管理。,网络工作站：是一台供用户使用网络的本地计算机。各工作站之间可以相互通信，也可以共享网络资源。,网络设备,网络设备是构成计算机网络的一些部件，如网卡、交换机、路由器等。,以太网卡,路由器,交换机,以太网卡,MAC地址,MAC,RAM Buffer,接口电路,编码解码电路,内收发器,BNC,AUI,RJ- 45,同轴电缆（细缆）,同轴电缆（粗缆）,双绞线,传输介质,传输介质是网络通信用的信号线路，它提供了数据信号传输的物理通道。,传输介质按其特征可分为有线通信介质和无线通信介质两大类，有线通信介质包括双绞线、同轴电缆和光缆等，无线通信介质包括无线电、微波、卫星通信和移动通信等。,双绞线,双绞线分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP），最大传输距离100米。目前，常用到的双绞线是非屏蔽双绞线（UTP），它又分:1类:用于传输语音(标准主要用于八十年代初之前的电话线缆),不用于数据传输 。2类：传输频率为1MHz，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输，常见于使用4Mbps规范令牌传递协议的旧令牌网。 3类:指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆。它的传输频率为16MHz,用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输，主要用于10base-T。 4类:该类电缆的传输频率为20MHz,用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T。5类:该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料,传输频率为100MHz,用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输,主要用于100base-T和10base-T网络。 超5类:其衰减更小,串扰更少,同时具有更高的衰减与串扰的比值(ACR)和信噪比(SRL)、更小的时延误差,性能得到了提高.不过现在市场上真正的超五类线很少,大部分都是假冒的.从电缆工艺上说,五类和超五类的主要区别是:五类的桔色绿色线对绞合紧,可通100M,蓝色棕色线对绞合松一些.而超五线四个线对绞合都紧,而且比五类还紧.这样五类和超五原则上都是100M,而实际上超五线性能远超过五类.,铜轴电缆,同轴电缆的结构，它的中央是铜质的芯线（单股的实心线或多股绞合线），铜质的芯线外包着一层绝缘层，绝缘层外是一层网状编织的金属丝作外导体屏蔽层，屏蔽层把电线很好地包起来，再往外就是外包皮的保护塑料外层了 。 目前经常用于局域网的同轴电缆有二种：一种是专门用在符合IEEE802.3标准以太网环境中阻抗为50的电缆，只用于数字信号发送，称为基带同轴电缆（细缆）；另一种是用于频分多路复用FDM的模拟信号发送，阻抗为75的电缆，称为宽带同轴电缆（粗缆）。,细缆结构的主要技术参数：最大的干线电缆长度：185m最大网络干线电缆长度：925m每条干线段支持的最大节点数：30BNC T型连接器之间的最小距离：0.5m每个以太网中最多可使用的中继器数：4粗缆结构的主要技术参数：最大的干线段电缆长度：500m最大网络干线电缆长度：2500m每条干线段支持的最大节点数：100收发器之间的最小距离：2.5m每个以太网中最多可使用的中继器数：4,光纤,光纤是一种细小、柔韧并能传输光信号的介质，一根光缆中包含有多条光纤。光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。光纤分为单模光纤和多模光纤两类（所谓“模”是指以一定的角度进入光纤的一束光）。光纤不仅具有通信容量非常大的特点，而且还具有其他的一些特点：抗电磁干扰性能好；保密性好，无串音干扰；信号衰减小，传输距离长；抗化学腐蚀能力强。正是由于光纤的数据传输率高（目前已达到1Gb/s），传输距离远（无中继传输距离达几十至上百公里）的特点，所以在计算机网络布线中得到了广泛地应用。但是光纤也存在一些缺点。这就是光纤的切断和将两根光纤精确地连接所需要的技术要求较高。,无线技术,无线技术在局域网中分为：红外线传输与窄带无线电传输两种。优点：机动性，便利性。成本底，空间较为弹性 红外线传输基于红外线的传输技术最近几年有了很大发展。目前广泛使用的家电遥控器几乎都是采用红外线传输技术。做为无线局域网的传输方式，红外线的最大优点是这种传输方式不受无线电干扰，且红外线的使用不受国家无线电管理委员会的限制。然而，红外线对非透明物体的透过性极差，这导致传输距离受限。 窄带无线电传输窄带方式占用频带少，频带利用率高。采用窄带方式的无线局域网一般选用专用频段，需要经过国家无线电管理部门的许可方可使用。当然，也可选用ISM频段(不必许可证的无线电频段,功率不能超过1W)，这样可免去向无线电管理委员会申请。但带来的问题是，当临近的仪器设备或通信设备也在使用这一频段时，会严重影响通信质量，通信的可靠性无法得到保障。同时也会受到钢铁和墙壁的干扰。,网络系统软件网络系统软件是控制和管理网络运行，提供网络通信，管理和维护共享资源的网络软件，它包括网络操作系统、网络通信和协议软件、网络管理软件和网络编程等。,网络应用软件,网络应用软件是指为某一应用目的而开发的网络软件，它为用户提供一些实际的应用。例如，以http协议为基础的浏览器软件、网络安全软件、数字图书馆、视频点播、Internet信息服务、远程教学和远程医疗等。,1.4 计算机网络的分类,1.4.1 根据网络中角色不同：对等网、基于服务器的网络1.4.2 根据网络的覆盖范围：局域网LAN 、城域网MAN 、广域网WAN 。1.4.3 根据网络的拓扑结构分为星型网络、环形网络、总线型网络、树型网络、网状形网络和混合形网络。 1.4.4 根据网络的使用范围分为公用网（Public Network）和专用网（Private Network）。 1.4.5 根据网络的传输介质分为有线网和无线网,1.4.1 根据网络中角色不同,对等网对等网也称工作组。在对等网络中，对等网上各台计算机的有相同的功能，无主从之分，网上任一节台计算机既可以作为网络服务器，其资源为其它计算机共享，也可以作为工作站，以分享其它服务器的资源。任一台计算机均可同时兼作服务器和工作站，也可只作其中之一。基于服务器的网络有专用的计算机充当服务器，处理来自客户机的请求。,对等网,主要有如下特点：（1）网络用户较少，一般在10台计算机以内，适合人员少，应用网络较多的中小企业；（2）网络用户都处于同一区域中；（3）对于网络来说，网络安全不是最重要的问题。它的主要优点有：网络成本低、网络配置和维护简单。它的缺点也相当明显的，主要有：网络性能较低、数据保密性差、文件管理分散、计算机资源占用大。,基于服务器的网络,主要有如下特点：1、安全性能好有专门的网络管理员，负责管理网络安全，制定用户策略。2、 共享资源的集中管理集中地管理和控制网络共享资源，容易查找和维护。3、 数据备份几乎所有的共享数据都存放在一个或多个服务器上，容易操作。4、 用户数量增多基于服务器的网络用户可以达到几千个。5、 冗余系统可以通过冗余复制并能保证可用性，即使存放数据的服务器出现故障，备份的数据也可以很好的继续为用户提供服务。,1.4.2 根据网络的覆盖范围,广域网（WAN）的覆盖范围可以是几十千米，也可以延伸到星际。数据传输速率为几Kbps到几Gbps。局域网（LAN）的覆盖范围从几米到几千米，数据传输速率一般在10M以上。城域网（MAN）的覆盖范围从几千米到几十千米。,局域网（LAN）,局域网是限定区域的网络局域网的线路是专用的 局域网具有较高的数据通信速率 局域网具有开放性 目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等方面还存在着许多不确定因素。,广域网（WAN）,一般，广域网是指作用在不同国家、地域、甚至全球范围内的远程计算机通信网络。用户构建的专用广域网的速率一般较低。,1.4.2 网拓扑结构,总线拓扑结构总线拓扑结构采用单根传输线作为传输介质,各站点均通过硬件接口直接联到传输介质上.如图所示.特点:1) 任何一站发送信号, 其他站都能接收.2) 一次只能由一个站点传输数据.需要访问控制策略.3) 接收站收到信息后,根据帧中的地址,判断是否是发给本站的.如果是,接收数据并进行处理;否则抛掉.优点:*) 电缆少,布线容易.*) 总线是无源元件,可靠性高.*) 易于扩充.*) 数据传输率高,大于10M.分组发送.缺点:*) 故障诊断,隔离困难.*) 站点应是智能的,有介质访问控制功能.*) 超过一定的站点,需要加中继器.,星型拓扑结构,由中央结点和通过点到点链路接到中央结点的各站点组成.如图所示.优点:*) 方便服务.可方便提供服务和网络重新配置.*) 单个连接的故障不影响全网.*) 故障容易检测与排除.*) 使用简单的访问协议 .缺点:*) 依赖于中心结点, 如果此结点出现故障,全网则瘫痪.*) 需要的电缆多,维护,安装量大.,环形拓扑结构,由一些中继器和连接中继器的点到点链路组成一个闭合环路.如图所示.特点:1) 只能在一个方向上传输数据.2) 多站点共享一个环,需要进行控制.如标记环(令牌,一串包含控制信息的比特流；唯一性).3) 点到点,结点到结点的数据传送.优点:*) 此结构简单,直观.*) 单方向传输,特别适合光纤.缺点:*) 任一结点故障,将引起全网瘫痪.故障诊断难.*) 扩充困难,需停掉全网.,网型拓扑结构,每个节点至少有二条链路与其它节点相连，任何一条链路出故障时，数据报文可由其它链路传输，可靠性较高。大型广域网均属于这种类型。,混合拓扑结构,混合方式比较常见的有星型/总线拓扑和星型环拓扑。1、星型/总线拓扑 综合星型拓扑和总线拓扑的优点，它用一条或多条总线把多组设备连接起来，而这相连的每组设备本身又呈星型分布。对于星型/总线拓扑，用户很容易配置和重新配置网络设备。,星型环拓扑结构,星型环拓扑是取星型和环型这两种拓扑的优点于一体。从电路上看，星型环结构完全和一般的环型结构相同，只是物理走线安排成星型连接。优点：故障诊断方便而且隔离容易；网络扩展简便；电缆安装方便。缺点:*) 需要智能集中器.*) 具有星型结构的电缆多,长的缺欠.,1.5 常见网络技术,以太网以太网是Xerox公司发明的基带LAN标准。它采用带冲突检测的载波监听多路访问协议（CSMACD），速率为10Mbps，传输介质为同轴电缆。以太网的发展经历了三个阶段，即以太网、快速以太网和千兆以太网。,在随机访问方式中，对任何工作站都没有预约发送时间，工作站的发送是随机的，它必须在网络上争用传输介质：若同一时刻有多个工作站向传输线路发送信息则引起这些信息在传输线路上相互混淆而遭到破坏，称之为“冲突”。为避免因争用总线引起的冲突，每个工作站在发送信息之前，都要监听传输线上是否有信息在发送，称之为“载波监听”。载波监听CSMA的控制方案是先听再讲，即在发送之前，先要监听总线状态，判断传输线上是否有其他站的信号在发送。若总线空闲，则可以发送数据；否则，等待一定间隔后重新监听。监听总线状态后，可以采用以下种CSMA坚持退避算法；由于传输介质上不可避免的传输延迟，有可能多个站同时监听到介质空闲，并同时开始发送，从而导致冲突。故每个工作站发送信息后，还需要继续监听线路，判断是否还有其他站正在与本站同时向传输线上发送信息，一旦发现，便终止当前发送，此过程称之为“冲突检测”。载波监听多路访问/冲突检测协议（CSMA/CD）已经广泛应用于局域网中，每个站点在发送帧期间，同时有检测冲突的能力。一旦检测到冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，通知总线上各站冲突已发生，避免线路堵塞和无效传输。,令牌环网：令牌环网的逻辑拓扑是环形结构，而物理拓扑是星型拓扑结构，网络上的所有计算机物理连接到集线器上。物理环通过叫做多站访问单元（MSAU）的集线器连接在一起。逻辑拓扑表示计算机之间的令牌路径，这条路径与环相似。在令牌环网中使用的访问方法为令牌传送，令牌环中的传输速度在4到16兆之间。,异步传输模式（ATM）：异步传输模式是一种包交换网络，在LAN或WAN上发送固定长度的数据包-信元（53字节），数据在LAN上进行，通过数字专用线到达ATM交换设备，进入ATM网络。数据通过ATM网络到达位于目的LAN的ATM交换机上。ATM网络使用点对点的访问方法，这种访问方法通过ATM交换设备从一台计算机到另一台计算机传输固定长度的数据包。ATM网络中的传输速度范围从数百K每秒到以数G每秒,并且正在随着技术进步而发展 。ATM的传输速度使得它能够完成声音、实时影像、CD质量的音频、图像等数据的传输。,光纤分布式数据接口（FDDI）：光纤分布式数据接口I（FDDI）网络为各种类型的网络提供高速连接。FDDI网络包括两个类似的数据流，以相反的方向流经两个环。一个环叫做主环，另一个叫做次环。如果主环有问题，比如环故障或线缆故障，该环通过向次环传输数据来重新配置自己，从而继续传输。FDDI网络中使用的访问方法为令牌传送。与令牌环网络的令牌传送不同，FDDI网络上的计算机在释放令牌之前在预先确定的时间内可以传输它能产生的任意多的数据包。当计算机完成传输，或预先确定的传输时间用完，该计算机才释放令牌。,1.6 扩展网络,中继器中继器是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络互连设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。一般来说，中继器两端的网络部分是网段，而不是子网。,集线器：集线器是对网络进行集中管理的最小单元，像树的主干一样，它是各分枝的汇集点。HUB是一个共享设备，其实质是一个中继器，而中继器的主要功能是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。正是因为HUB只是一个信号放大和中转的设备，所以它不具备自动寻址能力，即不具备交换作用。所有传到HUB的数据均被广播到之相连的各个端口，容易形成数据堵塞，因此有人称集线器为“傻HUB”。集线器有多种类型,各个种类具有特定的功能、提供不同等级的服务。依据总线带宽的不同,HUB分为10M、100M和10M/100M自适应三种；若按配置形式的不同可分为独立型、模块化和堆叠式三种；根据端口数目的不同主要有8口、16口和24口几种；根据工作方式可分为智能型和非智能型两种。依据工作方式区分有较普遍的意义,可以进一步划分为被动集线器、主动集线器、智能集线器和交换集线器四种。,被动无源集线器(passiveHUB)被动集线器只把多段网络介质连接在一起,允许信号通过,不对信号做任何处理,它不能提高网络性能,也不能帮助检测硬件错误或性能瓶颈,只是简单地从一个端口接收数据并通过所有端口分发,这是集线器可以做的最简单的事情。被动集线器是星型拓扑以太网的入门级设备。主动有源集线器(actiieHUB)主动集线器拥有被动集线器的所有性能,此外还能监视数据。在以太网实现存储转发功能中,主动集线器在转发之前检查数据,纠正损坏的分组并调整时序,但不区分优先次序。智能集线器(intelligentHUB)智能集线器比前两种提供更多的功能,可以使用户更有效地共享资源。除了主动集线器的特性外,智能集线器提供了集中管理功能。如果连接到智能集线器上的设备出了问题,可以很容易地识别、诊断和修补。,网桥：网桥是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。网桥的作用是扩展网络和通信手段，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离，同时又有选择地将有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质，并能有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信。例如把分布在两层楼上的网络分成每层一个网络段，用网桥连接。网桥同时起隔离作用，一个网络段上的故障不会影响另一个网络段，从而提高了网络的可靠性。,透明网桥 简单的讲，使用这种网桥，不需要改动硬件和软件，无需设置地址开关，无需装入路由表或参数。只须插入电缆就可以，现有LAN的运行完全不受网桥的任何影响。 源路由选择网桥 源路由选择的核心思想是假定每个帧的发送者都知道接收者是否在同一局域网（LAN）上。当发送一帧到另外的网段时，源机器将目的地址的高位设置成1作为标记。另外，它还在帧头加进此帧应走的实际路径。特点 过滤和转发 、选择性转发 、对多端口的支持、帧翻译、帧封装,网桥的存储和转发功能与中继器相比有优点也有缺点，其优点是：使用网桥进行互连克服了物理限制，这意味着构成LAN的数据站总数和网段数很容易扩充。网桥纳入存储和转发功能可使其适应于连接使用不同MAC协议的两个LAN。因而构成一个不同LAN混连在一起的混合网络环境。网桥的中继功能仅仅依赖于MAC帧的地址，因而对高层协议完全透明。网桥将一个较大的LAN分成段，有利于改善可靠性、可用性和安全性。网桥的主要缺点是：由于网桥在执行转发前先接收帧并进行缓冲，与中继器相比会引入更多时延。由于网桥不提供流控功能，因此在流量较大时有可能使其过载，从而造成帧的丢失。,交换机：交换机(Switch)也叫交换式集线器，是一种工作在OSI第二层(数据链路层，参见“广域网”定义)上的、基于MAC (网卡的介质访问控制地址)识别、能完成封装转发数据包功能的网络设备。它通过对信息进行重新生成，并经过内部处理后转发至指定端口，具备自动寻址能力和交换作用。交换机不懂得IP地址，但它可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。交换机上的所有端口均有独享的信道带宽，以保证每个端口上数据的快速有效传输。由于交换机根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地从源端口送至目的端口，而不会向所有端口发送，避免了和其它端口发生冲突，因此，交换机可以同时互不影响的传送这些信息包，并防止传输冲突，提高了网络的实际吞吐量。,路由器：路由器（Router）是一种负责寻径的网络设备，它在互连网络中从多条路径中寻找通讯量最少的一条网络路径提供给用户通信。路由器用于连接多个逻辑上分开的网络。对用户提供最佳的通信路径，路由器利用路由表为数据传输选择路径，路由表包含网络地址以及各地址之间距离的清单，路由器利用路由表查找数据包从当前位置到目的地址的正确路径。路由器使用最少时间算法或最优路径算法来调整信息传递的路径，如果某一网络路径发生故障或堵塞，路由器可选择另一条路径，以保证信息的正常传输。路由器可进行数据格式的转换，成为不同协议之间网络互连的必要设备。,路由器与网桥的不同之处网桥和路由器甚至对于具有局域网和广域网经验的工程师来说都是容易引起混淆的，这是因为看起来这两种设备好象是完成同样的工作：都在网络之间转发数据包，并通过广域网链路传递数据。最常见的一个问题是：怎样来决定什么时候应该使用网桥，什么时候应该使用路由器。网桥工作在OSI模型数据链路层的MAC子层，它只能够看见节点地址。更详细地说，就是网桥查看每个数据包中的节点的MAC层地址，如果网桥认识这个地址，那么就把这个数据包保留在本地分段，或者转发到正确的分段。如果网桥不认识这个地址，那么就把这个数据包转发到所有的分段，除掉数据包所来自的那个分段。,广播转发数据包是理解网桥并把网桥同路由器区分开来的关键。对于网桥来说，转发的广播数据从除数据包到达的那个端口以外的所有端口发送给每一台计算机，这就是说，网络上的每一台计算机（不包括产生广播的那个本地分段上的计算机）都接收这个广播的数据包。虽说在小型网络中可能不会产生太多的影响，但是，对于大型网络来说，即使筛选网络地址，这也将产生足够的广播通信量，从而导致网强性能的下降。路由器工作在网络层，它考虑的信息比网桥多，它不仅确定要转发的是哪些信息，还确定把这些信息发送到什么地方去。路由器不仅仅识别地址（这一点跟网桥一样），它同时还是一种协议类型。另外，路由器能够识别其他路由器的地址，并确定把哪些数据包向哪些路由器发送。多路径网桥只能识别网络之间的一条路径。路由器能够在多条活动路径之间进行搜索，并确定在某个特定的时刻进行数据传送的最佳路径。如果路由器A有一个传输任务需要发送到路由器D，那么它可以把这个消息发送到路由器C或者路由器B，然后，再由这两个路由器中的一个消息转发到路由器D。路由器能够对这两条路径进行评估，并确定哪条路径最适合于完成这个传输任务。,下面的4条关键信息能够帮助您区分路由器和网桥，并有助于您决策在一个给定的应用场合下应该使用哪种设备。网桥只识别本地的MAC子层地址，而路由器能够识别网络地址。网桥把它不认识的所有数据包都进行广播，并把它知道的所有地址转发，但只是从那个正确的端口进行。路由器只能够同可路由的协议一起工作。路由器对地址进行筛选，它把特定的协议转发到特定的地址（其他路由器）。,网关：在一个计算机网络中，当连接不同类型而协议差别又比较大的网络的时候，则要选用网关设备。网关，又叫协议转换器，可以支持不同协议之间的转换，实现不同协议网络之间的互连。网关的功能体现在OSI模型的高层，它将协议进行转换，将数据重新分组，以便在两个不同类型的网络系统之间通信。,公共交换电话网（PSTN ）：PSTN 即公共交换电话网，是一种全球语音通信电路交换网络，拥有多达8亿左右的用户。最初它是一种固定线路的模拟电话网，当前 PSTN 几乎全部采用数字电话网并且包括移动和固定电话。PSTN是最常用的通信方法，因为它使用了便宜的调制解调器。该方法支持最高速度为56K的模拟通信。公共交换电话网纸机与通信传输模拟语音数据的国际电话标准。这个标准设计用来传递仅仅能够区分人类声音的低频需要。因为PSTN不是设计用来进行数据传输的，对PSTN连接有最大数据传输速率的限制。另外，模拟通信容易受线路噪音干扰，导致在数据传输速率上的衰减。,综合服务数字网 （ISDN ）：ISDN是综合业务数字网的简称，它由电话综合数字网（IDN）发展而来。ISDN是数字交换和数字传输的结合，它以迅速、准确、经济、有效的方式提供目前各种通信网络中现有的业务，而且将通信和数据处理结合起来，开创了很多前所未有的新业务。 ISDN是一个全数字的网络，也就是说，不论原始信号是话音、文字、数据还是图象只要可以转换成数字信号，都能在ISDN网络中进行传输。在传统的电话网络中，实现了网络内部的数字化，但在用户到电话局之间仍采用模拟传输，很容易由于沿途噪声的积累引起失真。而对于ISDN来说，实现了用户线的数字化，提供端到端的数字连接，传输质量大大提高。,非对称数字用户线（ADSL）：ADSL技术是一种不对称数字用户线实现宽带接入互连网的技术，ADSL作为一种传输层的技术，充分利用现有的铜线资源，在一对双绞线上提供最大上行640kbps下行8Mbps的带宽，从而克服了传统用户在最后一公里的瓶颈，实现了真正意义上的宽带接入。,1.7 网络协议概念,协议的概念网络上的计算机要能正常进行数据和信息交换就必须安装相应的协议，协议是一组规则，用来规范网络计算机的通讯行为，也可以理解为网络计算机之间的通讯语言，所以，网络上的两台计算机之间要相互通讯的话，就必须安装一致的协议。1978年，国际标准化组织发布了OSI七层模型，归纳为七个层次。,OSI参考模型：OSI(Open System Interconnection)开放体系互连参考模型将计算机网络分为7层来讨论。,OSI采用这种层次结构可以带来很多好处。如：（1）各层之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层间的接口（即界面）所提供的服务。由于每一层只实现一种相对独立的功能，因而可将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题。这样，整个问题的复杂程度就下降了。（2）灵活性好。当任何一层发生变化时（例如技术的变化），只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响。（3）结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现。（4）易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理，因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统。（5）能促进标准化工作，因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。,物理层：物理层传输数据的单位是比特。物理层不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体是什么，因为它们的种类非常多，物理层的作用是尽可能的屏蔽这些差异，对它的高层即数据链路层提供统一的服务。所以物理层主要关心的是在连接各种计算机的传输媒体上传输数据的比特流。为了达到这个目的，物理层在设计时涉及的主要问题有：用多大的电压代表“1”或“0”，以及当发送端发出比特“1”时，在接收端如何识别出这是比特“1”而不是比特“0”确定连接电缆材质、引线的数目及定义、电缆接头的几何尺寸、锁紧装置等指出一个比特信息占用多长时间采用什么样的传输方式初始连接如何建立当双方结束通信如何拆除连接。综上所述，物理层提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性。物理层提供一个结点内数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间的接口,以满足在通信信道上传输原始比特的需求.例如,一方发送二过制数字1时,另一方收到的也应是1而不是0,数据链路层：数据链路层传输数据的单位是帧，数据帧的帧格式中包括的信息有：地址信息部分、控制信息部分、数据部分、校验信息部分。数据链路层的主要作用是通过数据链路层协议（即链路控制规程），在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。数据链路层把一条有可能出差错的实际链路，转变成为让网络层向下看起来好象是一条不出差错的链路。为了完成这一任务，数据链路层还要解决如下一些主要问题：（1）代码透明性的问题。由于物理层只是接收和发送一串比特流信息而不管其是什么含义。（2）流量控制的问题。在数据链路层还要控制发送方的发送速率必须使接收方来得及接收。当接收方来不及接收时，就必须及时地控制发送方的发送速率，即在数据链路层要解决流量控制的问题。 据链路层提供在相邻两结点间进行数据块可靠传输的功能,就是利用物理层所建立的链路,将报文从一个结点传到下一个结点.,网络层：网络层传送的数据单位是报文分组或包。在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能要经过许多个结点和链路，也可能还要经过好几个路由器所连接的通信子网。网络层的任务就是要选择最佳的路由，使发送站的运输层所传下来的报文能够正确无误地按照目的地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。这就是网络层的路由选择功能。路由选择的好坏在很大程度上决定了网络的性能，如网络吞吐量（在一个特定的时间内成功发送数据包的数量），平均延迟时间、资源的有效利用率等。路由选择是广域网和网际网中非常重要的问题，局域网则比较简单，甚至可以不需要路由选择功能。路由选择的定义是根据一定的原则和算法在传输通路上选出一条通向目的结点的最佳路径，一个好的路由选择应有以下特点：信息传送所用时间最短、使网络负载均衡、通信量均匀、路由选择算法应简单易实现，不致因拓扑的变化，影响报文正常到达目的结点。这里要强调指出，网络层中的“网络”二字，已不是我们通常谈到的网络的概念，而是在计算机网络体系结构模型中的专用名词。另外在网络层还要解决拥塞控制问题。在计算机网络中的链路容量、交换结点中的缓冲区和处理机等，都是网络资源。在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏。这种情况叫拥塞。网络层也要避免这种现象的出现。通常上Internet所采用的TCP/IP协议中的IP（网际协议）协议就是属于网络层。而登录NOVELL服务器所必须使用的IPX/SPX协议中的IPX（网际包交换协议）协议也是属于网络层。网络层关系到通信子网的运行控制,其主要功能 是实现整个网络系统内的连接.为传输层提供全网范围内两个终端用户之间数据传输的链路.,传输层：OSI（开放式系统互连）所定义的传输层正好是七层的中间一层，是通信子网（下面3层）和资源子网（上面3层）的分界线，它屏蔽通信子网的不同，使高层用户感觉不到通信子网的存在。它完成资源子网中两结点的直接逻辑通信，实现通信子网中端到端的透明传输。传输层信息的传送单位是报文。传输层的基本功能是从会话层接收数据报文，并且在当所发送的报文较长时，在传输层先要把它分割成若干个报文分组，然后再交给它的下一层（即网络层）进行传输。另外，这一层还负责报文错误的确认和恢复，以确保信息的可靠传递。传输层在高层用户请求建立一条传输的虚拟连接时，通过网络层在通信子网中建立一条独立的网络连接，但如果高层用户要求比较高的吞吐量时，传输层也可以同时建立多条网络连接来维持一条传输连接请求，这种技术叫“分流技术”。有时为了节省费用，对速度要求不是很高的高层用户请求，传输层也可以将多个传输通信合用一条通信子网的网络连接。这种技术叫“复用技术”。传输层除了有以上功能和作用外，它还要处理端到端的差错控制和流量控制的问题。通常上互连网所采用的TCP/IP协议中的TCP（传输控制协议）协议就是属于传输层。而登录NOVELL服务器所必须使用的IPX/SPX协议中的SPX（顺序包交换协议）协议也是属于传输层。传送层的主要功能,是为两个用户进程之间建立,管理和拆除可靠而有效的端到端连接,以及为会话层提供进程间连接的接口和服务.,会话层：如果不看表示层，在OSI开放式系统互连的会话层就是用户和网络的接口，这是进程到进程之间的层次。会话层允许不同机器上的用户建立会话关系，目的是完成正常的数据交换，并提供了对某些应用的增强服务会话，也可被用于远程登录到分时系统或在两个机器间传递文件。会话层对高层提供的服务主要是“管理会话”。一般，两个用户要进行会话，首先双方都有必须接受对方，以保证双方有权参加会话；其次是会话双方要确定通信方式，即会话允许信息同时双向传输或任一时刻仅能单向传输，若是后者，会话层将记录此刻由哪一个用户进程来发送数据，为了保证单向传输的正确性，即在某一个时刻仅能一方发送，会话层提供了令牌管理，令牌可以在双方之间交换，只有持有令牌的一方才可以执行发送报文这样的操作。会话层提供的另一种服务叫“同步服务”。综上所述，会话层的主要功能归结为：允许在不同主机上的各种进程间进行会话。会话层负责在应用进程之间建立,组织和同步会话,解决应用进程之间会话的一些具体问题,如会话活动管理等.,表示层：在计算机与计算机的用户之间进行数据交换时，并非是随机的交换数据比特流，而是交换一些有具体意义的数据信息，这些数据信息有一定的表示格式，例如表示人名用字符型数据，表示货币数量用浮点数数据等等。那么不同的计算机可能采用不同的编码方法来表示这些数据类型和数据结构，为让采用不同编码方法的计算机能够进行交互通信，能相互理解所交换数据的值，可以采用抽象的标准法来定义数据结构，并采用标准的编码形式。表示层管理这些抽象数据结构，并且在计算机内部表示和网络的标准表示法之间进行转换，也即表示层关心的是数据传送的语义和语法两个方面的内容。但其仅完成语法的处理，而语义的处理是由应用层来完成的。表示层的另一功能是数据的加密和解密，为了防止数据在通信子网中传输时敌意的窃听和篡改，发送方的表示层将要传送的报文进行加密后再传输，接收方的表示层在收到密文后，对其进行解密，把解密后还原成的原始报文传送给应用层。表示层所提供的功能还有文本的压缩功能，文本压缩的目的是为了把文本非常大的数据量利用压缩技术使其数据量尽可能的减小，以满足一般通信带宽的要求，提高线路利用率，从而节省经费。综上所述，表示层是为上层提供共同需要数据或信息语法的表示变换。表示层是为在应用进程之间传送的信息提供表示方法的服务,如数据的编码和文本压缩等等.可以这样说,表示 层以下的各层只关心从这里到那里可靠地传送比特,而表示层所关心的是所传信息的语法和语义.,应用层：应用层是OSI网络协议体系结构的最高层，是计算机网络与最终用户的界面，为网络用户之间的通信提供专用的程序。OSI的7层协议从功能划分来看，下面6层主要解决支持网络服务功能所需要的通信和表示问题，应用层则提供完成特定网络功能服务所需要的各种应用协议。应用层的一个主要解决是虚拟终端的问题。大家都知道世界上有上百种互不兼容的终端，要把它们组装成网络，即让一个厂家的主机与另一个厂家的终端通信，就不得不在主机方设计一个专用的软件包，以实现异种机、终端的连接。如果一个网络中有N种不同类型的终端和M种不同类型的主机，为实现它们之间的交互通信，要求每一台主机都得为每一种终端设计一个专用的软件包，最坏情况下，需要配置M x N个专用的软件包，显然这种方法实现起来很困难，为此，可采用建立一个统一的终端协议方法，使所有不同类型的终端都能通过这种终端协议与网络主机互连。这种终端协议就称为虚拟终端协议。应用层的另一个功能是文件传输协议FTP。计算机网络中各计算机都有自己的文件管理系统，由于各台机器的字长、字符集、编码等存在着差异，文件的组织和数据表示又因机器而各不相同，这就给数据、文件在计算机之间的传送带来不便，有必要在全网范围内建立一个公用的文件传送规则，即文件传送协议。应用层还有电子邮件的功能，电子邮件系统是用电子方式代替邮局进行传递信件的系统。信件泛指文字、数字、语音、图形等各种信息，利用电子手段将其由一处传递至另一处或多处。应用层为OSI用户访问OSI环境提供一种手段,将来自不同系统的信息转换成网络标准形式,以实现端点用户之间的信息交换.如不同的终端有不同的屏幕格式和操作转义符,全屏幕编辑时的困难情况是可想而知的.解决的办法是定义一个网络虚拟终端的标准模型,将虚拟终端的功能映射到实际的终端上去,使得不同的实际终端通过互连的开放系统,能够彼此理解和协调工作.,协议和数据传输：基于协议是否支持路由选择，协议可以分为“可路由协议”和“不可路由协议”。可路由协议：是指支持网络层路由协议，实现三层功能的协议，如IP，IPX，AppleTalk的DDP协议（数据报传送协议）不可路由协议：是指不支持网络层路由协议，不能实现三层功能的协议，如NETBEUI协议。,协议和数据传输：基于协议是否支持路由选择，协议可以分为“可路由协议”和“不可路由协议”。可路由协议：是指支持网络层路由协议，实现三层功能的协议，如IP，IPX，AppleTalk的DDP协议（数据报传送协议）不可路由协议：是指不支持网络层路由协议，不能实现三层功能的协议，如NETBEUI协议。,通过网络传输数据的方式有三种：单播、广播、多（组）播。三种类型的数据传输产生的网络流量不同，要理解每种传输类型如何影响网络流量，必须熟悉每种传输类型的特征。,单播：主机之间“一对一”的通讯模式，网络中的交换机和路由器对数据只进行转发不进行复制。如果10个客户机需要相同的数据，则服务器需要逐一传送，重复10次相同的工作。但由于其能够针对每个客户的及时响应，所以现在的网页浏览全部都是采用IP单播协议。网络中的路由器和交换机根据其目标地址选择传输路径，将IP单播数据传送到其指定的目的地。 单播的优点： 1. 服务器及时响应客户机的请求 2. 服务器针对每个客户不通的请求发送不通的数据，容易实现个性化服务。 单播的缺点： 1. 服务器针对每个客户机发送数据流，服务器流量客户机数量客户机流量；在客户数量大、每个客户机流量大的流媒体应用中服务器不堪重负。 2. 现有的网络带宽是金字塔结构，城际省际主干带宽仅仅相当于其所有用户带宽之和的5。如果全部使用单播协议，将造成网络主干不堪重负。现在的P2P应用就已经使主干经常阻塞，只要有5的客户在全速使用网络，其他人就不要玩了。而将主干扩展20倍几乎是不可能。,广播： 主机之间“一对所有”的通讯模式，网络对其中每一台主机发出的信号都进行无条件复制并转发，所有主机都可以接收到所有信息（不管你是否需要），由于其不用路径选择，所以其网络成本可以很低廉。有线电视网就是典型的广播型网络，我们的电视机实际上是接受到所有频道的信号，但只将一个频道的信号还原成画面。在数据网络中也允许广播的存在，但其被限制在二层交换机的局域网范围内，禁止广播数据穿过路由器，防止广播数据影响大面积的主机。 广播的优点： 1. 网络设备简单，维护简单，布网成本低廉 2. 由于服务器不用向每个客户机单独发送数据，所以服务器流量负载极低。 广播的缺点： 1.无法针对每个客户的要求和时间及时提供个性化服务。 2. 网络允许服务器提供数据的带宽有限，客户端的最大带宽服务总带宽。例如有线电视的客户端的线路支持100个频道（如果采用数字压缩技术，理论上可以提供500个频道），即使服务商有更大的财力配置更多的发送设备、改成光纤主干，也无法超过此极限。也就是说无法向众多客户提供更多样化、更加个性化的服务。 3. 广播禁止在Internet宽带网上传输。,组播： 主机之间“一对一组”的通讯模式，也就是加入了同一个组的主机可以接受到此组内的所有数据，网络中的交换机和路由器只向有需求者复制并转发其所需数据。主机可以向路由器请求