第1章 从计算机网络到无线网络

1、目目 录录1.1 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述1.2 1.2 计算机网络的协议体系计算机网络的协议体系1.3 1.3 无线通信和无线网络简史无线通信和无线网络简史1.4 1.4 无线网络分类无线网络分类1.5 1.5 计算机网络和无线网络应用计算机网络和无线网络应用1.6 1.6 计算机网络技术进展计算机网络技术进展1.7 1.7 相关标准化和权威组织相关标准化和权威组织第第1 1章章 从计算机网络到无线网络从计算机网络到无线网络 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述p计算机网络计算机网络（Computer Network ）是是计算机技术计算机技术与与通信技术通信技术

2、紧密结合的产物紧密结合的产物。1.1.1 计算机网络的功能计算机网络的功能 计算机网络的主要功能可计算机网络的主要功能可归纳为以下几点归纳为以下几点： 1. 1. 信息通信信息通信 2. 2. 资源共享资源共享 3. 3. 分布式处理分布式处理 4. 4. 提高计算机的可靠性和可用性提高计算机的可靠性和可用性 5. 5. 提高性能提高性能/ /性价比性价比 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述1. 1. 信息通信信息通信 信息通信是计算机网络的最基本的功能之一，用来实现计算机与计算机之间信息的传信息通信是计算机网络的最基本的功能之一，用来实现计算机与计算机之间信息的传送，使分散在不同地

3、点的生产单位和业务部门可以进行集中控制盒管理。送，使分散在不同地点的生产单位和业务部门可以进行集中控制盒管理。2. 2. 资源共享资源共享 资源共享是整个网络的核心，它包括程序共享、数据共享、文件共享、设备共享、处资源共享是整个网络的核心，它包括程序共享、数据共享、文件共享、设备共享、处理器共享、进程共享等，用户能在自己的位置上部分或全部地使用网络中的资源。理器共享、进程共享等，用户能在自己的位置上部分或全部地使用网络中的资源。3. 3. 分布式处理分布式处理 分布式输入：分布式输入： 将大量的数据分散在多个计算机上进行输入，以解决数据输入的将大量的数据分散在多个计算机上进行输入，以解决数据输

4、入的“瓶颈瓶颈”问题。问题。 分布式处理：分布式处理： 对于一些大型的综合性问题，通过一些算法分交给不同计算机进行处理，使用户根据对于一些大型的综合性问题，通过一些算法分交给不同计算机进行处理，使用户根据需要，合理地选择网络中的资源，快速地进行运算。需要，合理地选择网络中的资源，快速地进行运算。 分布式输出：分布式输出： 将需要输出的大型任务，选择网络中的空闲输出设备进行输出，提高了设备利用率。将需要输出的大型任务，选择网络中的空闲输出设备进行输出，提高了设备利用率。 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述p4. 4. 提高计算机的可靠性和可用性提高计算机的可靠性和可用性 可靠性表现在计

5、算机网络中的各台计算机可以通过网络彼此互为后备机，一旦可靠性表现在计算机网络中的各台计算机可以通过网络彼此互为后备机，一旦某台计算机出现故障，故障机的任务就可由其他计算机代为处理，避免了单机无后备某台计算机出现故障，故障机的任务就可由其他计算机代为处理，避免了单机无后备使用情况下，一台计算机故障导致系统瘫痪的现象，大大提高了系统的可靠性。提高使用情况下，一台计算机故障导致系统瘫痪的现象，大大提高了系统的可靠性。提高计算机可用性是指当网络中一台计算机负担过重时，网络可将新的任务转交给网中较计算机可用性是指当网络中一台计算机负担过重时，网络可将新的任务转交给网中较空闲的计算机完成，这样就能均衡各台

6、计算机的负载，提高了每台计算机的可用性。空闲的计算机完成，这样就能均衡各台计算机的负载，提高了每台计算机的可用性。p5. 5. 提高性能提高性能/ /价格比价格比 提高系统的性能提高系统的性能/ /价格比是互联网的出发点之一，也是资源共享的结果，比如在价格比是互联网的出发点之一，也是资源共享的结果，比如在一个网络中不必为每个计算机配备一台打印机，可通过打印机共享让多台计算机共用一个网络中不必为每个计算机配备一台打印机，可通过打印机共享让多台计算机共用一台打印机，从而节省成本。一台打印机，从而节省成本。 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述p1.1.2 计算机网络的发展计算机网络的发展

7、第一阶段：第一阶段：产生阶段产生阶段 2020世纪世纪5050年代中后期，许多系统都将地理年代中后期，许多系统都将地理上分散的多个上分散的多个无处理能力无处理能力的终端通过通信线的终端通过通信线路连接到一台中心计算机上，这样就出现了路连接到一台中心计算机上，这样就出现了第一代计算机网络第一代计算机网络一直到一直到2020世纪世纪6060年代中期，第一代计算机网络都是以单个计算机为中心的远程联机系统年代中期，第一代计算机网络都是以单个计算机为中心的远程联机系统成功的应用：成功的应用：6060年代美国年代美国20002000个终端的飞机票订票系统个终端的飞机票订票系统特点：特点：是是“终端终端-

8、-计算机计算机”通信，彼此之间有明显的主从关系通信，彼此之间有明显的主从关系 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述2020世纪世纪6060年代中期至年代中期至7070年代的第二代计算机网络是年代的第二代计算机网络是以多个以多个有独立处理能力有独立处理能力的主机不直接用线路连接，的主机不直接用线路连接，而通过接口报文处理机而通过接口报文处理机IMPIMP转接后互联，转接后互联，IMPIMP通过通通过通信线路互联起来，形成了信线路互联起来，形成了通信子网通信子网，通信子网互联，通信子网互联的主机运行程序，提供资源共享，组成了的主机运行程序，提供资源共享，组成了资源子网资源子网。形成了现在意

9、义的计算机网络。形成了现在意义的计算机网络。典型代表是美国的典型代表是美国的ARPANETARPANET划时代的划时代的分组交换分组交换 第二阶段：第二阶段：形成阶段形成阶段特点：特点：是是“计算机计算机- -计算机计算机”的通信，没有主从关系；但体系结构的通信，没有主从关系；但体系结构差异较大，不利于互联，以通信为主要目的差异较大，不利于互联，以通信为主要目的 1.1 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述 第三阶段：第三阶段：互联互通阶段互联互通阶段2020世纪世纪7070年代末至年代末至9090年代的第三代年代的第三代计算机网络是具有统一的网络体系计算机网络是具有统一的网络体系结构

10、并遵循国际标准的开放式和标结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络，不同的网络软件、硬准化的网络，不同的网络软件、硬件实现互联。件实现互联。典型代表：典型代表：ISO/OSIISO/OSI和和TCP/IPTCP/IP局域网络局域网络时代开启时代开启特点：特点：全网具有统一的体系结构，以资源共享为主要目的全网具有统一的体系结构，以资源共享为主要目的 1.1 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述 第四阶段：第四阶段：高速网络阶段高速网络阶段2020世纪世纪9090年代末到年代末到2121世纪前世纪前1010年的第四年的第四代计算机网络，伴随局域网技术发展成代计算机网络，伴随局域网技术发展成

11、熟，出现光纤及高速网络技术、多媒体熟，出现光纤及高速网络技术、多媒体网络、智能网络等，整个网络就像一个网络、智能网络等，整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统，发展为对用户透明的大的计算机系统，发展为以以InternetInternet为代表的互联网。为代表的互联网。 第五阶段：第五阶段：无线网络和物联网阶段无线网络和物联网阶段2020世纪前世纪前1010年，无线网络、移动通信网络继续普及，而物联网、传感器技术更是将年，无线网络、移动通信网络继续普及，而物联网、传感器技术更是将网络延伸到传统信息领域之外的自然界，物流和交通等，应用前景更为广阔。网络延伸到传统信息领域之外的自然界，物流和交通

12、等，应用前景更为广阔。 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述p1.1.3 1.1.3 计算机网络的定义计算机网络的定义 把分布在不同地理位置计算机、终端、通过通信设备和线路连接起来，在网把分布在不同地理位置计算机、终端、通过通信设备和线路连接起来，在网络操作系统、管理软件及通信协议的管理协调下，实现资源共享和信息传递的完络操作系统、管理软件及通信协议的管理协调下，实现资源共享和信息传递的完整系统。网络中的每台计算机称作为一个节点。可见，计算机网络是多台计算机整系统。网络中的每台计算机称作为一个节点。可见，计算机网络是多台计算机彼此互连，以相互通信和资源共享为目标的计算机系统。彼此互连，

13、以相互通信和资源共享为目标的计算机系统。计算机网络定义的要点：计算机网络定义的要点：1. 1. 网络中的连接对象是功能独立的计算机，功能独立是指该计算机即使不连网网络中的连接对象是功能独立的计算机，功能独立是指该计算机即使不连网也具有信息处理能力。也具有信息处理能力。2. 2. 网络的连接方式是网络的连接方式是“利用通信设备和线路利用通信设备和线路”进行连接。进行连接。3. 3. 网络的作用是网络的作用是“实现网络中的资源的共享和信息传递实现网络中的资源的共享和信息传递” 网络中资源主要指计算机硬件、软件和数据资源。网络中资源主要指计算机硬件、软件和数据资源。4. 4. 网络的实现需要网络的实

14、现需要“功能完善的网络软件功能完善的网络软件” 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述p1.1.4 1.1.4 计算机网络的组成计算机网络的组成 组成计算机网络的要素组成计算机网络的要素（从技术角度上讲）：从技术角度上讲）： 1. 1.若干主机，若干主机，用来向使用者提供服务。用来向使用者提供服务。 2. 2.一个通信子网，一个通信子网，由通信设备和线路组成。由通信设备和线路组成。 3.3.网络协议，网络协议，用于主机间或主机和网络设备间的通信。用于主机间或主机和网络设备间的通信。 从逻辑功能上讲，可以把计算机网络分为从逻辑功能上讲，可以把计算机网络分为通信子网和资源子网通信子网和资源子

15、网。 通信子网通信子网主要由主要由网络节点和通信链路网络节点和通信链路组成，负责全网的信息传递。其中网络节点也组成，负责全网的信息传递。其中网络节点也称为转接节点或中间节点，他们的作用是控制信息的传输和在端节点之间转发信息。通称为转接节点或中间节点，他们的作用是控制信息的传输和在端节点之间转发信息。通信链路即传输信息的通道，它们可以使双绞线、同轴电缆、光纤、微波及卫星通信信道。信链路即传输信息的通道，它们可以使双绞线、同轴电缆、光纤、微波及卫星通信信道。 通信子网通信子网资源子网资源子网CCPCCPCCPCCPCCPCCP主机主机主机终端终端终端 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述

16、资源子网资源子网主要由提供资源的主机和请求资源的终端组成。它们都是信息传输的源节点主要由提供资源的主机和请求资源的终端组成。它们都是信息传输的源节点或宿节点，有时也称为端节点，负责全网的信息处理。或宿节点，有时也称为端节点，负责全网的信息处理。1.1.5 1.1.5 计算机网络的分类计算机网络的分类 1. 1. 按网络传输技术分类按网络传输技术分类 1 1）广播式网络）广播式网络p广播式网络仅有广播式网络仅有一条通信信道一条通信信道，网络上的所有计算机都共享这个通信信道。当一台计，网络上的所有计算机都共享这个通信信道。当一台计算机在信道上发送分组或数据包时，网络中的每台计算机都会接收到这个分组

17、，并且算机在信道上发送分组或数据包时，网络中的每台计算机都会接收到这个分组，并且将自己的地址与分组中的目的地址进行比较，如果相同，则处理该分组，否则将它丢将自己的地址与分组中的目的地址进行比较，如果相同，则处理该分组，否则将它丢弃。弃。p在广播式网络中，若某个分组发出以后，网络上的每一台机器都接收并处理它，则称在广播式网络中，若某个分组发出以后，网络上的每一台机器都接收并处理它，则称这种方式这种方式广播广播，若分组是发送给网络中的某些计算机，则被称为若分组是发送给网络中的某些计算机，则被称为多点播送或组播多点播送或组播，若若分组只发送给网络中的某一台计算机，则称为分组只发送给网络中的某一台计算

18、机，则称为单播单播。广播式网络会引起争用信道而产。广播式网络会引起争用信道而产生的介质访问冲突的问题。生的介质访问冲突的问题。 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述 2 2）点对点式网络）点对点式网络p在点到点网络中，两台计算机之间通过在点到点网络中，两台计算机之间通过一条物理线路一条物理线路连接。若两台计算机之间没连接。若两台计算机之间没有直接连接的线路，分组可能要通过有直接连接的线路，分组可能要通过一个或多个中间节点的接收、存储、转发一个或多个中间节点的接收、存储、转发，才能将分组能从信源发送到目的地。由于连接多台计算机之间的线路结构可能非才能将分组能从信源发送到目的地。由于连接多

19、台计算机之间的线路结构可能非常复杂，存在着多条路由，因此在点到点的网络中如何选择最佳路径显得特别重常复杂，存在着多条路由，因此在点到点的网络中如何选择最佳路径显得特别重要。要。广域网链路多采用点对点信道。广域网链路多采用点对点信道。p没有信道竞争，几乎不存在访问控制问题，但点到点信道浪费一些带宽。没有信道竞争，几乎不存在访问控制问题，但点到点信道浪费一些带宽。 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述2. 2. 按网络规模和覆盖范围分类按网络规模和覆盖范围分类1 1）局域网（）局域网（LANLAN） 指在局部区域范围内将计算机、外设和通信设备通过高速通信线路互连起来的网络系指在局部区域范围

20、内将计算机、外设和通信设备通过高速通信线路互连起来的网络系统，常见于一栋大楼、一个校园或一个企业内。统，常见于一栋大楼、一个校园或一个企业内。 特点：特点：覆盖范围窄，用户数量少，配置灵活，速度快，误码率低。覆盖范围窄，用户数量少，配置灵活，速度快，误码率低。 常见的局域网有常见的局域网有以太网，令牌环网以太网，令牌环网等。等。2 2）广域网（）广域网（WANWAN） 也称为远程网，其所覆盖的地理范围可从几十公里到几千公里，它一般是将不同城市也称为远程网，其所覆盖的地理范围可从几十公里到几千公里，它一般是将不同城市或不同国家之间的局域网互联起来或不同国家之间的局域网互联起来 特点：特点：覆盖范

21、围广，连接用户多，连接速度一般较低。覆盖范围广，连接用户多，连接速度一般较低。 常见的广域网有常见的广域网有X.25X.25网和帧中继网网和帧中继网等等 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述3 3）城域网（）城域网（MANMAN） 覆盖范围在局域网和广域网之间，一般来说是将一个城市范围内的计算机互联，这种覆盖范围在局域网和广域网之间，一般来说是将一个城市范围内的计算机互联，这种网络的连接距离约为网络的连接距离约为10100公里。公里。 分布式队列双总线分布式队列双总线是一种常见的城域网。是一种常见的城域网。 3. 3. 按网络拓扑结构分类按网络拓扑结构分类1 1）总线型）总线型 通过通

22、过一条通信线路一条通信线路将所有的入网计算机连接起来，将所有的入网计算机连接起来，从而形成一条共享的信道，这条从而形成一条共享的信道，这条共享信道就称为总线共享信道就称为总线。l优点：优点：结构简单、信道利用率高、价格便宜、安装容易、扩展方便。结构简单、信道利用率高、价格便宜、安装容易、扩展方便。l缺点：缺点：一个时刻只能有一个节点发送数据，网络的延伸距离以及网络所能容纳的总节一个时刻只能有一个节点发送数据，网络的延伸距离以及网络所能容纳的总节点数受到限制，并且总线上只要有一个节点出现连接故障，就会影响整个网络的正常点数受到限制，并且总线上只要有一个节点出现连接故障，就会影响整个网络的正常运行

23、运行 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述2 2）星形结构）星形结构 每一个入网计算机都每一个入网计算机都通过单一的通信线路与中心交换节点直接相连通过单一的通信线路与中心交换节点直接相连。其中，中心交换。其中，中心交换节点是唯一的转接节点。其他任何两个节点之间不能直接通信，它们之间的通信必须通过节点是唯一的转接节点。其他任何两个节点之间不能直接通信，它们之间的通信必须通过中心交换节点转发。中心交换节点转发。l星型拓扑具有一定的星型拓扑具有一定的集中控制功能集中控制功能，常用于常用于局域网局域网中。中。l优点：优点：结构简单、建网容易且易于管理、控制相对简单。结构简单、建网容易且易于管理

24、、控制相对简单。l缺点：缺点：采用集中控制，中心交换节点的处理负担过重，当其发采用集中控制，中心交换节点的处理负担过重，当其发 生故障时会导致全网瘫痪，可靠性差；另外，每一节点均生故障时会导致全网瘫痪，可靠性差；另外，每一节点均 通过专用线路与中心节点相连，线路利用率较低，信道容通过专用线路与中心节点相连，线路利用率较低，信道容 量浪费严重。量浪费严重。 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述 3 3）环形结构）环形结构 将入网计算机通过通信线路连接起来形成一个将入网计算机通过通信线路连接起来形成一个闭合的环闭合的环。在该拓扑中，线路在该拓扑中，线路是共用的，数据一般按是共用的，数据一般

25、按固定方向单向固定方向单向流动，每个收到数据包的节点都向它的下游流动，每个收到数据包的节点都向它的下游节点转发该数据包节点转发该数据包。l环型结构也多用于环型结构也多用于局域网局域网中。中。l优点：优点：传输控制机制较为简单，网络的最大传输时延固定，实时性强。传输控制机制较为简单，网络的最大传输时延固定，实时性强。l缺点：缺点：可靠性差，当环上的一个节点出现故障时就会终止全网的可靠性差，当环上的一个节点出现故障时就会终止全网的 运行。在某些网络中为了克服可靠性差的问题采用了双环运行。在某些网络中为了克服可靠性差的问题采用了双环 结构。结构。 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述4 4）

26、树型结构）树型结构 是星型结构的一种变形，采用了是星型结构的一种变形，采用了分层结构分层结构。该拓扑中除了最下层叶子节点之外的所有该拓扑中除了最下层叶子节点之外的所有根节点和子树节点都是转接节点，可以为其他节点转发数据。根节点和子树节点都是转接节点，可以为其他节点转发数据。l树型结构在树型结构在局域网和广域网局域网和广域网中均有使用。中均有使用。l它与星型结构相比，节省了通信线路，降低了建网成本，它与星型结构相比，节省了通信线路，降低了建网成本， 提高了可扩展性，但增加了网络的复杂性。提高了可扩展性，但增加了网络的复杂性。l缺点：缺点：对高层节点和链路的可靠性要求较高，一旦出现故障对高层节点和

27、链路的可靠性要求较高，一旦出现故障 将影响到其所在支路网络的正常工作。将影响到其所在支路网络的正常工作。 1.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述5 5）网状结构）网状结构 又称为又称为分布式结构分布式结构，是由分布在不同地点并且具有多个终端的节点机相互连接而成的。，是由分布在不同地点并且具有多个终端的节点机相互连接而成的。网状结构又分为网状结构又分为全连接网状结构和不完全连接网状结构全连接网状结构和不完全连接网状结构两种形式。两种形式。全连接网状结构：全连接网状结构：每一个节点与网中的其他节点均通过通信线路连接；每一个节点与网中的其他节点均通过通信线路连接； 不完全连接网状结构：不完全连

28、接网状结构：两个节点之间不一定有直接通信线路连接，它们之间的通信需两个节点之间不一定有直接通信线路连接，它们之间的通信需要通过其他节点转接要通过其他节点转接网状结构一般用于网状结构一般用于广域网广域网中。中。l优点：优点：节点之间存在多条路径，碰撞节点之间存在多条路径，碰撞或阻塞的可能性大大减少，局部的故障不或阻塞的可能性大大减少，局部的故障不会影响整个网络的正常工作，可靠性高，会影响整个网络的正常工作，可靠性高，网络扩充比较方便，主机入网比较灵活。网络扩充比较方便，主机入网比较灵活。l缺点：缺点：网络控制机制比较复杂，线路网络控制机制比较复杂，线路增多使建网成本增加。增多使建网成本增加。 1

29、.1 计算机网络技术概述计算机网络技术概述6 6）复合型结构）复合型结构 复合型结构是前面两种或两种以上拓扑结构的组合。复合型结构是前面两种或两种以上拓扑结构的组合。在实际组网中经常使用的一种复合型结构是将网状结构在实际组网中经常使用的一种复合型结构是将网状结构与树型结构或星型结构组合起来的组合与树型结构或星型结构组合起来的组合。4. 4. 按传输介质分类按传输介质分类1 1）有线网络：）有线网络：可用双绞线，同轴电缆和光纤可用双绞线，同轴电缆和光纤2 2）无线网络：）无线网络：采用空气等作为传输介质，以电磁波为载体来传输数据。采用空气等作为传输介质，以电磁波为载体来传输数据。 1.2 计算机

30、网络的协议体系计算机网络的协议体系 网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。扑提供标准。1.2.1 1.2.1 网络协议和层次结构网络协议和层次结构1. 1. 网络协议网络协议 通过通信设备和线路连接起来的计算机要想做到有条不紊地交换数据，就必须遵循事通过通信设备和线路连接起来的计算机要想做到有条不紊地交换数据，就必须遵循事先约定的一组规则。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。先约定的一组规则。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。 为进

31、行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，称为为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，称为网络协议网络协议。 一个网络协议由一个网络协议由三要素三要素组成：组成： 1 1） 语法：语法：即数据和控制信息的结构或者格式即数据和控制信息的结构或者格式（如何讲）（如何讲） 2 2） 语义：语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答（讲什么）（讲什么） 3 3） 定时：定时：数据和控制信息的收发同步和排序数据和控制信息的收发同步和排序（讲话次序）（讲话次序） 1.2 计算机网络的协议体系计算机网络的协议体系2. 2. 网络体

32、系结构及划分原则网络体系结构及划分原则 在在ARPANET设计时，提出了设计时，提出了“分层分层”思想，将庞大而复杂的问题分为若干较小的易思想，将庞大而复杂的问题分为若干较小的易于处理的局部问题。于处理的局部问题。 分层和协议分层和协议的集合就是网络的体系结构。的集合就是网络的体系结构。 协议：协议：实现这一层功能的方法实现这一层功能的方法 服务：服务：下层对上层提供的功能下层对上层提供的功能 接口：接口：上层调用下层通讯的通道上层调用下层通讯的通道。网络体系结构网络体系结构三要素三要素 表示层表示层接口接口服务服务 协协 议议业务逻辑应用层业务逻辑应用层业务规则层业务规则层数据访问层数据访问

33、层 1.2 计算机网络的协议体系计算机网络的协议体系 协议对于上层服务是协议对于上层服务是透明的透明的，协议的实现保证了能向上一层提供服务，上层的服务用户，协议的实现保证了能向上一层提供服务，上层的服务用户只能看到下层提供的服务，上层的服务用户只能看到下层提供的服务，无法看到下层用只能看到下层提供的服务，上层的服务用户只能看到下层提供的服务，无法看到下层用于实现这些服务的协议。于实现这些服务的协议。 协议是协议是水平的水平的，是控制对等实体间的通信规则，服务是，是控制对等实体间的通信规则，服务是垂直的垂直的，是由下层向上层通过层，是由下层向上层通过层间间接口接口SAPSAP（Service A

34、ccess PointService Access Point）提供的。）提供的。 并非在一个层内完成的全部功能都称为服务。只有能够被高一层实体并非在一个层内完成的全部功能都称为服务。只有能够被高一层实体“看得见看得见”的功能的功能才能称之为才能称之为“服务服务”。上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些。上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令在命令在OSIOSI中称为中称为服务原语服务原语。无关性：无关性：上层仅通过接口对调用下层的服务，并不需要下层实现的方法和采用的协议。系上层仅通过接口对调用下层的服务，并不需要下层实现的方法和采用的协议。系统改造时，

35、层内模块可以随意变化，只要保留上层的接口和为上层提供的服务即可，本层统改造时，层内模块可以随意变化，只要保留上层的接口和为上层提供的服务即可，本层实现服务的协议变化不影响体系。实现服务的协议变化不影响体系。3. 3. 实体、服务和服务访问点实体、服务和服务访问点 1.2 计算机网络的协议体系计算机网络的协议体系服务用户服务用户服务用户服务用户提供服务提供服务 服务提供者服务提供者服务服务原语原语服务服务原语原语SAPSAP上层上层下层下层协议协议u 在对等层实体间传送的数据的单位都称为该层的协议数据单元在对等层实体间传送的数据的单位都称为该层的协议数据单元PDU(Protocol Data U

36、nit)u 层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU(Service Data Unit) 1.2 计算机网络的协议体系计算机网络的协议体系 用户用户（写信人）（写信人） 用户用户（写信人）（写信人）用户间约定用户间约定 邮政局邮政局 邮政局邮政局邮局间约定邮局间约定 运输部门运输部门 运输部门运输部门运输部门间约定运输部门间约定甲地甲地乙地乙地用户子系统用户子系统邮政子系统邮政子系统运输子系统运输子系统用户用户/ /邮邮局约定局约定邮局邮局/ /运输运输部门部门约定约定 1.2 计算机网络的协议体系计算机网络的协议体系1.2.2 计算机网络协

37、议体系模型计算机网络协议体系模型1.ISO/OSI1.ISO/OSI模型模型 为使不同厂家的计算机能互相通信，以便在更大的网络范围内实现网络互联，国际标为使不同厂家的计算机能互相通信，以便在更大的网络范围内实现网络互联，国际标准化组织准化组织ISO(International Organization for Standardization)ISO(International Organization for Standardization)在在19831983年提出将年提出将OSI（Open System Interconnection Reference Mode）七层模型作为国际网络标准

38、七层模型作为国际网络标准：开放式系：开放式系统互联模型，当两台计算机通信时，任何一层的软件都假定和另一台计算机的同一层进行统互联模型，当两台计算机通信时，任何一层的软件都假定和另一台计算机的同一层进行通信，而开发人员并不关系该层如何通过此层服务实现功能。简化了网络结构，各种网络通信，而开发人员并不关系该层如何通过此层服务实现功能。简化了网络结构，各种网络设备也可以互相兼容，大大推动了网络通信的发展。设备也可以互相兼容，大大推动了网络通信的发展。各层的功能：各层的功能：1 1）物理层物理层：也称为物理层接口，其功能是：也称为物理层接口，其功能是控制计算机与传输媒体的连接控制计算机与传输媒体的连接

39、，即可以建立、，即可以建立、保持和断开这种连接，以保证比特流的透明传输。物理层传送的数据单位是比特，又称位。保持和断开这种连接，以保证比特流的透明传输。物理层传送的数据单位是比特，又称位。物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆等，不属于物理层。物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆等，不属于物理层。 1.2 计算机网络的协议体系计算机网络的协议体系2 2）数据链路层：数据链路层：它的任务是在两个相邻节点间的线路上它的任务是在两个相邻节点间的线路上无差错地传送数据无差错地传送数据。数据链路层。数据链路层就把一条有可能出错的实际链路，转变成让网络层向下看起来好像是一条不出错的链路，就把一条有可能出错的实际

40、链路，转变成让网络层向下看起来好像是一条不出错的链路，实现了在不可靠的实际链路上进行可靠的数据传输。数据链路层传输的数据单位是帧。实现了在不可靠的实际链路上进行可靠的数据传输。数据链路层传输的数据单位是帧。3 3）网络层：网络层：网络层的主要功能就是为网络层的主要功能就是为整个网络中的计算机进行编址，并自动根据地址找整个网络中的计算机进行编址，并自动根据地址找出两台计算机之间进行数据传输的通路出两台计算机之间进行数据传输的通路，也称为路由选择。网络层所选送的信息单位叫做，也称为路由选择。网络层所选送的信息单位叫做分组或包。分组或包。通信子网实际上由通信子网实际上由物理层、数据链路层和网络层物理

41、层、数据链路层和网络层这三个层次构成，主要完成数据传输的功这三个层次构成，主要完成数据传输的功能。能。4 4）运输层：运输层：有了运输层，高层用户就可利用运输的服务直接进行主机到主机的数据运输，有了运输层，高层用户就可利用运输的服务直接进行主机到主机的数据运输，根据通信子网的特性，最佳地利用网络资源，为两端的主机之间建立一条可靠地运输连接，根据通信子网的特性，最佳地利用网络资源，为两端的主机之间建立一条可靠地运输连接，透明地传送报文。运输层的任务就是透明地传送报文。运输层的任务就是负责主机中两个程序之间的通信负责主机中两个程序之间的通信。运输层数据传送的。运输层数据传送的单位是报文。单位是报文

42、。 1.2 计算机网络的协议体系计算机网络的协议体系5 5）会话层：会话层：任务就是提供一种有效的方法，以组织并协商两个表示层进程之间的会话，任务就是提供一种有效的方法，以组织并协商两个表示层进程之间的会话，并管理它们之间的数据交换。并管理它们之间的数据交换。6 6）表示层：表示层：主要解决主要解决用户数据的语法表示问题用户数据的语法表示问题，其功能是对数据格式和编码的转换，以，其功能是对数据格式和编码的转换，以及数据结构的转换。此外还解决数据加密问题。及数据结构的转换。此外还解决数据加密问题。7 7）应用层：应用层：是是OSIOSI参考模型的最高层，是参考模型的最高层，是直接向用户应用程序提

43、供服务的层次直接向用户应用程序提供服务的层次。应用层提。应用层提供的是特殊的网络应用服务，如邮件服务、文件传输服务等。供的是特殊的网络应用服务，如邮件服务、文件传输服务等。资源子网是由资源子网是由传输层、会话层、表示层和应用层传输层、会话层、表示层和应用层组成。主要完成数据处理的功能，并为用组成。主要完成数据处理的功能，并为用户提供与网络之间的接口户提供与网络之间的接口 1.2 计算机网络的协议体系计算机网络的协议体系pOSIOSI七层模型七层模型数据传输过程数据传输过程表示层表示层应用层应用层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层表示层表示层应用层应用层会话层会

44、话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层数据数据报头报头数据数据报头报头数据数据包头包头报头报头数据数据包头包头帧头帧头l 在应用层生产应用数据在应用层生产应用数据l 在传输层生产数据报文在传输层生产数据报文l 网络层根据网络默认包文网络层根据网络默认包文的大小，将数据重组为数据的大小，将数据重组为数据包，将报头中加入目的地址包，将报头中加入目的地址和源地址，以便路由转发。和源地址，以便路由转发。l 数据链路层把数据包封装数据链路层把数据包封装到帧中。到帧中。l物理层以比特流形态传输。物理层以比特流形态传输。 10101010100111 1.2 计算机网络的协议体系计算机

45、网络的协议体系2. TCP/IP模型模型1973年通过年通过ARPANET项目，项目，Vint. Cert和和Robert Kahn 发明发明TCP/IP参考模型。后成为参考模型。后成为Internet主要协议。主要协议。OSI 七层模型被定义为标准时，七层模型被定义为标准时，TCP/IP模型已成为事实行业标准。模型已成为事实行业标准。TCP/IP为保障网络不受硬件损失的影响，已建立的会话不会被取消，为保障网络不受硬件损失的影响，已建立的会话不会被取消，TCP/IP参考模型参考模型被设计为一种基于无连接的被设计为一种基于无连接的IP包交换网络。参考模型自底向上分为：网络接口层、网包交换网络。参

46、考模型自底向上分为：网络接口层、网络互联层、传输层和应用层。络互联层、传输层和应用层。TCP/IP体系结构中不包含数据链路层和物理层，这是因体系结构中不包含数据链路层和物理层，这是因为在设计时考虑为在设计时考虑TCP/IP应能用于各种网络的互连，使用其他网络的数据链路层和物理应能用于各种网络的互连，使用其他网络的数据链路层和物理层就可以了，因此将最低一层取名为网络接口层。层就可以了，因此将最低一层取名为网络接口层。网络接口层：网络接口层：定义各种网络互联的网络接口。因为定义各种网络互联的网络接口。因为IP协议与物理层无关，因此协议与物理层无关，因此TCP/IP参考参考模型并没有描述这一部分，仅

47、指出主机必须通过某种协议与网络互联。相当于模型并没有描述这一部分，仅指出主机必须通过某种协议与网络互联。相当于OSI中的中的数数据链路层和物理层。据链路层和物理层。 1.2 计算机网络的协议体系计算机网络的协议体系网络互联层：整个体系的关键部分。负责向上层（网络互联层：整个体系的关键部分。负责向上层（TCP）层提供无连接的不可靠的数）层提供无连接的不可靠的数据包传送服务。将数据包独立的发往各种网络目的地，到达后的顺序可能和发送时不同，据包传送服务。将数据包独立的发往各种网络目的地，到达后的顺序可能和发送时不同，需要上层协议重组。网络互联层的需要上层协议重组。网络互联层的协议族包括协议族包括：网

48、际协议：网际协议：负责主机与网络之间寻址和对数据包进行路由操作。负责主机与网络之间寻址和对数据包进行路由操作。互联网控制报文协议：互联网控制报文协议：发送控制消息，传送错误消息。发送控制消息，传送错误消息。地址解析协议和逆向地址解析协议地址解析协议和逆向地址解析协议：MAC地址和地址和IP地址的互相转换。地址的互相转换。类似于类似于OSI的的网络层网络层。 1.2 计算机网络的协议体系计算机网络的协议体系传输层：传输层：位于网络互联层之上，使源端和目的端对等实体可以进行会话，位于网络互联层之上，使源端和目的端对等实体可以进行会话，网络互联层不可网络互联层不可靠，需要由此层完成纠错与连接的管理，

49、靠，需要由此层完成纠错与连接的管理，定义了两个端到端的协议定义了两个端到端的协议：TCP(Transmission Control Protocol)协议协议：传输控制协议，面向连接的协议，允许一台：传输控制协议，面向连接的协议，允许一台机器的数据无差错的发往另一台机器。机器的数据无差错的发往另一台机器。 将需传送的字节流，分成报文段传给将需传送的字节流，分成报文段传给IPIP层，在接收方重新组织。层，在接收方重新组织。 流量控制，避免快速发送方向低速发送方发送过多报文而使对方无法接收。流量控制，避免快速发送方向低速发送方发送过多报文而使对方无法接收。UDP（User Datagram Pro

50、tocol）协议：用户数据包协议，不可靠的无连接协议，用于协议：用户数据包协议，不可靠的无连接协议，用于无需无需TCP排序和流量控制的数据传输。排序和流量控制的数据传输。类似于类似于OSI中的中的会话层和传输层功能会话层和传输层功能 1.2 计算机网络的协议体系计算机网络的协议体系应用层：应用层：处于模型最上层，处于模型最上层，包含所有高层协议包含所有高层协议，如：，如：虚拟终端连接协议虚拟终端连接协议Telnet: : 允许一台计算机上的用户远程登录到另一台计算机上远程工允许一台计算机上的用户远程登录到另一台计算机上远程工作。作。文件传输协议文件传输协议FTP: 有效的将书籍从一台机器传送到

51、另外一台机器的协议。有效的将书籍从一台机器传送到另外一台机器的协议。电子邮件传输协议：电子邮件传输协议：SMTP, POP域名系统服务域名系统服务DNS：把主机域名映射到网络地址上。：把主机域名映射到网络地址上。超文本传输协议超文本传输协议HTTP： 用于万维网上获取主页。用于万维网上获取主页。 1.2 计算机网络的协议体系计算机网络的协议体系pOSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较 1.1.OSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的参考模型的对照关系对照关系 TCP/IP参考模型的网络接口层并没有真正的意义，而参考模型的网络接口层并没有真正的意义，而OSI参

52、考模型分了两次；参考模型分了两次；TCP/IP的网际互联层相当于的网际互联层相当于OSI网络层的无连接网络服务。网络层的无连接网络服务。TCP/IP参考模型与参考模型与OSI参考模型的传输层基本类似。不同的是，参考模型的传输层基本类似。不同的是，TCP/IP传输层是建立传输层是建立在互联层上的，所以面向连结功能完全在在互联层上的，所以面向连结功能完全在TCP协议中实现。协议中实现。TCP/IP参考模型中没有会话层和表示层。参考模型中没有会话层和表示层。 2 2. .OSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的参考模型的比较比较 OSI参考模型的抽象能力高，适合于各种网络，但它是先定义，后去

53、定义每个层协议参考模型的抽象能力高，适合于各种网络，但它是先定义，后去定义每个层协议的。由于定义模型的时候对某些情况预计不足，造成了协议和模型脱节的情况。的。由于定义模型的时候对某些情况预计不足，造成了协议和模型脱节的情况。OSI参考模型的概念划分清晰，参考模型的概念划分清晰，TCP/IP在服务、接口和协议的区别不大清楚；在服务、接口和协议的区别不大清楚；TCP/IP的网络接口并不是真正的一层，事实证明是需要认真划分。的网络接口并不是真正的一层，事实证明是需要认真划分。OSI的缺点是层次的缺点是层次过多，事实证明会话层和表示层划分意义不大，反而增加了复杂性。过多，事实证明会话层和表示层划分意义

54、不大，反而增加了复杂性。1.41.4无线网络分类p1、4、1从覆盖范围分类p1 无线个域网 定义：指通过短距离的无线电，将一台计算机的各个部件连接起来蓝牙是一种典型短距离无线网络，将这此部件以无线的方式连接起来，多采用主从模式。除蓝牙外，传统的红外无线传输技术、家庭射频和目前最新的Zigbee、超宽带无线技术UWB都可以用无线系统内部互连，构建无线个域网2 无线局域网第一类是有固定基础设施的：802.11 WLAN第二类是无固定基础设施的：自组织网络（移动Ad hoc网络）p没有固定的路由器，网络中的节点可随意移动并能以任意方式相互通信。每一个节点都能实现路由器的功能而在网络中搜寻、维护到另一

55、个节点的路由。自组织网可用在事故的突发现场以及人们希望能迅速共享信息的会议、办公室等场所。p3 无线城域网p蜂窝电话所使用的无线电网络就是一个低带宽无线城域网系统的例子。p1G：模拟信号，只能传送语音，如大哥大p2G: 数字信号，只能传送语音，如语音手机：p2.5G、2.75G：数字信号，可以传送语音和数据，如GPRSp3G：数字信号，可以传送语音和数据，如CDMA2000p与局域网的区别：速度慢，距离远。从无线网络的应用角度看无线传感器网络无线Mesh网络无线穿戴网络这些网络一般是基于已有的无线网络技术，针对具体的应用而构建的无线网络。无线传感器网络无线传感器网络（WSN），综合了传感器技术

56、、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术。能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端。实现物理世界、计算世纪以及人类社会三元世界的连通。p无线Mesh网络p任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以传送和接收信号，每个节点都可以发送和接收信号每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。p若最近的AP流量过大导致拥塞，数据可自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依次类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行

57、传输，直到到达最终目的地。Internet就是一个典型的Mesh网络。p无线Mesh网络是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络，p基站设备大幅减小，为无线网络服务商减小70%多的营运、安装成本。扩大网络仅需要将设备接上电源。p如：手机网络p无线穿戴网络p无线穿戴网络是基于短距离无线通信技术（蓝牙和ZigBee技术等）与可穿戴式计算机技术、穿戴在人体上、具有智能收集人体和周围环境信息的一种新型个域网p人体传感器网络：脉搏、心跳监控等传送至手持设备p可穿戴的媒体播放：音乐媒体传送至无线耳朵p通信终端应用：个人实时数据传送至网络p视频流应用：采访摄像、药片照相机 1.5 计算机网络和无线网络应用

58、计算机网络和无线网络应用 1.6 计算机网络技术进展计算机网络技术进展1.6.1 高速以太网高速以太网u自七十年代早期自七十年代早期Xerox公司出现以来，以太网已经成为主要的网络协议。截至目前，公司出现以来，以太网已经成为主要的网络协议。截至目前，在所有网络协议中，以太网拥有最多的安装端口，并提供相对于令牌环网、光纤分布在所有网络协议中，以太网拥有最多的安装端口，并提供相对于令牌环网、光纤分布式数据接口和式数据接口和ATM桌面连接的最大成本性能。桌面连接的最大成本性能。快速以太网快速以太网将以太网的速度将以太网的速度从每秒从每秒10MB增加到增加到100MB（Mbps）甚至）甚至1000MB

59、，为主干网和服务器连接提供了一个简单、，为主干网和服务器连接提供了一个简单、成本有效的选项。成本有效的选项。1.6.2 IPv6和下一代因特网和下一代因特网 IPv6(Internet Protocol Version 6,IPv6(Internet Protocol Version 6,互联网协议版本号互联网协议版本号6)6)是是IETF（互联网工程任务（互联网工程任务组）设计的用于替代现行版本组）设计的用于替代现行版本IP协议（协议（IPv4）的下一代）的下一代IP协议。其协议。其主要特点有主要特点有：IPv6IPv6地址长度为地址长度为128128位，地址空间增大了位，地址空间增大了2

60、2的的9696次方倍。次方倍。灵活的灵活的IPIP报文头部格式。使用一系列固定格式的扩展头部取代了报文头部格式。使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPv4中可变长度的选中可变长度的选项字段。项字段。IPv6IPv6中选项部分的出现方式也有所变化，使路由器可以简单路过选项而不做中选项部分的出现方式也有所变化，使路由器可以简单路过选项而不做任何处理，加快了报文处理速度；任何处理，加快了报文处理速度； 1.6 计算机网络技术进展计算机网络技术进展IPv6IPv6简化了报文头部格式，字段只有简化了报文头部格式，字段只有8 8个，加快报文转发，提高了吞吐量；个，加快报文转发，提高了吞吐量；提高安全性。身