《计算机网络》教师教学PPT课件全编

第1章计算机网络概论1.1 计算机网络的发展1.1.1计算机网络的历程第一代计算机网络――面向终端的计算机网络改进后的面向终端的计算机联机系统第二代计算机网络――多台计算机相连的计算机网络第三代计算机网络――开放式标准化网络第四代计算机网络――网络互联阶段计算机网络的发展方向开放的体系结构、开放的接口标准各种服务和多媒体应用的高度集成高性能表现在网络应当提供高速的传输、高效的协议处理和高品质的网络服务智能化高效安全的网络管理手段应用系统的网络发展一体化分工协作1.1.2计算机网络的应用计算机网络在人类生活中的应用计算机网络在商业中的应用1.1.3中国互联网发展史中国公用计算机互联网（ChinaNet），由中国电信负责建设与经营管理；中国金桥信息网（ChinaGBNet），由原吉通通信有限公司建设与经营管理；中国联通公用计算机互联网（UNINet），由中国联合通信有限公司负责建设与经营管理；中国网通公用互联网（CNCNet），由中国网通通信有限公司负责建设与经营管理；中国移动互联网（CMNet），由中国移动通信集团公司负责建设与经营管理。1.1.4网络标准化组织简介国际标准化组织（ISO）美国国家标准协会（ANSI）及其所委任的标准委员会X.3电气电子工业协会IEEE和IEEE计算机学会国际电信联盟（ITU）美国电子工业联盟（EIA）Internet体系结构委员会（IAB）RFC(RequestforComments)文档1.2 计算机网络的定义、功能、类型1.2.1计算机网络的定义计算机网络是将分布在不同地理位置上的具有独立和自主功能的计算机、终端及其他附属设备，利用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件（如网络协议、网络操作系统、网络应用软件等）以实现信息交换和资源共享的一个复合系统。1.2.2计算机网络的功能快捷的数据通信有效地共享资源数据信息的集中处理和综合管理均衡负荷，相互协作，分布处理资源的可扩充性提高系统的可靠性、可扩展性和可用性1.2.3计算机网络的类型按通信介质可将网络分为有线网络和无线网络两大类。根据网络的通信传播方式分类为点对点传播方式网（Point-to-PointNetwork）和广播式传播方式网(BroadcastNetworks)两种类型。按照数据组织列式来分类，可将计算机网络划分为集中式计算机网络、分布式计算机网络以及分布集中式计算机网络。按网络的使用对象可分为公用网络和专用网络。按网络覆盖的地域范围划分可以分为局域网(LocalAreaNetwork，LAN)、城域网(MetropolitanAreaNetwork，MAN)、广域网(WideAreaNetwork，WAN)和互联网四类。按交换方式分类：电路交换、报文交换、分组交换、综合业务数字网。按采用的拓扑结构分类有总线网、环形网、星形网、树形网和网状网络结构。按信道的带宽分类有基带网和宽带网。按局域网的标准协议分类1.3计算机网络体系结构计算机网络体系结构为不同的计算机之间互连和互操作提供相应的规范和标准。计算机网络体系结构中相互有关的结构：物理结构、逻辑结构、软件结构。1.3.2计算机网络体系层次结构计算机网络体系层次结构计算机网络体系结构分层的优点各层之间是独立的灵活性好结构上可分割开易于实现和维护能促进标准化工作计算机网络体系结构分层的缺点1.4开放系统互连参考模型1.4.1OSI参考模型概述OSI参考模型分为物理层、数据链路层、网路层、传输层、会话层、表示层和应用层，共7层。通信子网和资源子网1.4.2ISO/OSI的一些基本概念实体与对等实体协议和协议数据单元服务、服务访问点和服务原语DCE和DTEOSI参考模型结构划分原则1.4.3物理层(PhysicalLayer)物理层是OSI参考模型的最底层，主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供连接，透明地传输比特流。1.4.4数据链路层(DataLinkLayer)数据链路层的任务是把物理层得到的原始比特流转换成网络层利用的帧流。并采用相应的方法使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。数据链路层向网络层提供一个定义良好的服务接口，处理传输错误，数据流控制，确保慢速的接受方不会被快速的发送方淹没。1.4.5网络层(NetworkLayer)网络层负责数据包经过多条链路、由信源到信宿的传递过程，并保证每个数据包能够成功和有效率地从出发点到达目的地。为实现端到端的传递，网络层提供了两种服务：线路交换和路由选择。1.4.6传输层(TransportLayer)传输层为应用进程提供传输服务，提供一条端到端的逻辑信道，应用层的应用进程是传输层的服务用户。1.4.7会话层(SessionLayer)会话层的功能是组织两个会话进程间的通信，并管理数据交换。会话层建立在传输层之上。由于利用传输层提供的服务，使得两个会话实体之间不考虑它们之间相隔多远，使用了什么样的通信子网等网络通信细节，进行透明的、可靠的数据传输。当两个应用进程进行相互通信时，希望有个作为第三者的进程能组织它们的通话，协调它们之间的数据流，以便使应用进程专注于信息交互。会话层允许在不同机器间建立对话控制，管理哪边发送、何时发送、占用多长时间等。1.4.8表示层(PresentationLayer)表示层主要用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式，它包括数据格式变换、数据加密、数据压缩与恢复等功能。表示层位于OSI参考模型的第六层。它以下的五层用于将数据从源主机传送到目的主机，而表示层则要保证所传输的数据经传送后其意义不改变。表示层要解决的问题是：如何描述数据结构，并使之与计算机无关。1.4.9应用层(ApplicationLayer)应用层是OSI参考模型中的最高层，应用层确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要，它在提供应用进程所需要的信息交换和远程操作的同时，还要作为应用进程的用户代理，来完成一些为进行信息交换所必需的功能。1.5TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)体系结构

TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)是一个协议集，其中最重要的是TCP协议与IP协议，因此通常将这诸多协议统称为TCP/IP协议集。或者称为TCP/IP体系结构。TCP/IP协议不是TCP和IP这两个协议的合称，而是指因特网整个TCP/IP协议族。1.5.1TCP/IP及其发展TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)是一个协议集，其中最重要的是TCP协议与IP协议，因此通常将这诸多协议统称为TCP/IP协议集。或者称为TCP/IP体系结构。TCP/IP协议不是TCP和IP这两个协议的合称，而是指因特网整个TCP/IP协议族。TCP/IP体系结构是开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。可以运行在局域网、广域网中，更适用于网络互连。TCP/IP具有统一的网络地址分配方案，使得网络中的每台主机都具有惟一的地址。TCP/IP具有标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。TCP/IP的发展要追溯到20世纪70年代中期。为了实现不同网络之间的互联，美国国防部在70年代末期推出了TCP/IP体系结构和协议规范。20世纪80年代初期，美国国防部支持的网络ARPANET上的所有机器都使用TCP/IP协议，并以此网络为主干建立了Internet。1.5.2TCP/IP体系结构TCP/IP体系结构自下而上分别为物理层、网络接口层、网际层（IP层）、传输层（TCP层）和应用层共五层体系结构。层与层之间的关系是，下层总是为上层服务，上层屏蔽下一层的服务细节。TCP/IP参考模型及各层协议相关协议，1.5.3传输协议数据单元--TPDU传输协议数据单元（TPDU）的结构是由数个8位组（即字节）构成的，字节的编号从1开始，并按它们进入一个网络服务数据单元（NetServeDataUnit，NSDU）的顺序递增。每个字节从1到8对比特进行编号，高位在右侧，低位在左侧。当用连续的字节表示二进制数或BCD码（二-十进制数）时，编号最小的字节为最高有效值。从整体上看，TPDU包含头部和Data(数据)字段，而头部又按顺序包含三部分内容：长度指示（LI）字段、固定部分、可变部分，1.5.4TCP/UDP端口为了标识不同的端口，每个端口都拥有一个叫做端口号(portnumber)的整数标识符，这很类似于文件描述符。由于TCP和UDP是完全独立的两个软件模块，它们的端口也相互独立，可以同号。比如，TCP有一个500号端口，UDP也可以有一个500号端口，它们并不冲突。TCP和UDP协议都规定使用16比特的端口号，均可以提供65536个端口。1.5.5传输层的多路复用和多路解复用传输层的TCP/UDP要和应用层的多个进程交互，使用端口标识了不同的进程，传输层通过端口机制提供复用(Multiplexing)和解复用(DemultipLexing)的功能。1.5.6OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较OSI参考模型与TCP/IP参考模型都采用了层次结构思想，其设计目标都是使网络协议与网络体系结构标准化，但二者在层次划分及协议使用上有很大区别。1.6计算机网络的组成和拓扑结构可以从不同的角度来研究计算机网络的构成：从网络研究者的角度关心的是计算机网络的几何构成。从网络设计者的角度关心的是计算机网络的物理构成。从网络用户的角度关心的是计算机网络的逻辑构成。1.6.1计算机网络基本组成——计算机网络的物理构成计算机系统数据通信系统网络软件1.6.2计算机网络拓扑结构——计算机网络的几何构成拓扑的概念常见的网络拓扑结构总线型网络结构环型网络结构星型网络结构树型网络结构网状网络结构混合型网络结构1.6.3计算机网络的逻辑构成资源子网：资源子网包括网络中的所有主计算机、I/O设备、网络操作系统和网络数据库等。它负责全网面向应用的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源和网络服务，实现网络的资源共享。通信子网：通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。第2章数据通信基础

2.1数据通信的基本概念信息传输可以传递各种形式的数据，例如符号、文字、话音、图片、图像等。根据所传输数据的不同形式。按照信息科学的理解，数据是信息的载体，信息传输中所负载的字母、数字、文字、语音、图形、图像、视频或它们的组合中，就是信息的表达。信息传输是把字母、数字、文字、语音、图形、图像、视频等编码成以“1”或“0”为基础的二进制序列，通过传输载体送达正确的接收方。数据是用二进制比特序列表示的文本、数字、图像、音频和视频，而信息是接收方对接收的二进制序列所表示意义的解释。信息、数据、信号、信源和信宿信息信息是人对现实世界事物存在方式和运动状态的某种认识，是对客观世界中各种事物的运动状态和变化的反映，是客观事物之间相互联系和相互作用的表征，表现的是客观事物运动状态和变化的实质内容。信息的载体是文字、语音、图形和图像等等。在信息技术领域，信息表现为二进制代码，因此，在信息的传输过程中，通常将信息中的每一个字符进行二进制编码。数据在网络中所传递的用于表示信息的二进制编码统称为数据。数据本身没有任何意义，但可以让使用它的人获得更多的信息。数据是把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述。信号信号是数据的具体的物理表现，具有确定的物理描述。信号是运载消息的工具，是消息的载体。信号是能够表示信息的数量变化或电脉冲。按照信息传输过程中的信号表现形式的不同，信号的频谱就是信号所包含的频率范围，信号的带宽就是频谱的宽度。信源和信宿

信源是在通信的过程中，产生信息并发送信息的设备或计算机，信源设备应将输入的信息转换为计算机或通信设备可以识别的数据，产生比特流，又称为信息的起点。信宿是在通信过程中，接收和处理信息的设备或计算机，信宿设备将信源发送来的数字比特流转换为人类可以理解的语言，并显示出来，又称为信息的终点。模拟信道和数字信道信道可以分为传送模拟信号的模拟信道和传输数字信号的数字信道两大类。模拟通信是指模拟信号作为载体来传输信息。数字通信是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。数字通信与模拟通信相比具有明显的优点：首先是抗干扰能力强，模拟信号在传输过程中和叠加的噪声很难分离，噪声会随着信号被传输、放大、严重影响通信质量。数字通信中的信息是包含在脉冲的有无之中的，只要噪声绝对值不超过某一阈值，接收端便可判别脉冲的有和无，以保证通信的可靠性。其次是远距离传输仍能保证质量，因为数字通信是采用再生中继方式，即随着传输线路的延长，传输信号会产生衰减，通过中继器，恢复信号的强度，这样能够消除噪音，再生的数字信号和原来的数字信号一样，可继续传输下去，通信质量便不受距离的影响，可高质量地进行远距离通信。此外，数字通信还具有适应各种通信业务要求(如电话、电报、图像、数据等)，便于实现统一的综合业务数字网，便于采用大规模集成电路，便于实现加密处理，便于实现通信网的计算机管理。时域信号和频域信号时域信号时域是描述数学函数或物理信号对时间的关系。例如：一个信号的时域波形可以表达信号随着时间的变化。从时域的角度定义模拟、数字信号和周期信号。周期信号的三个参数：振幅、频率和相位。频域信号频域是描述信号在频率方面特性时用到的一种坐标系。例如：对于一个信号来说，它有很多方面的特性。如信号强度随时间的变化规律（时域特性），信号是由哪些单一频率的信号合成的（频域特性）。频域（频率域）是自变量是频率，即横轴是频率，纵轴是该频率信号的幅度，也就是通常说的频谱图。频谱图描述了信号的频率结构及频率与该频率信号幅度的关系信号的频谱就是信号所包含的频率范围，信号的带宽就是频谱的宽度。数据编码技术振幅调制、频率调制、相位调制、不归零码、归零码、曼彻斯特码和差分曼彻斯特码数据编码技术数据通信时，数据的原始存在形式需要变换成某种适合于信道传输的信号形式，这一过程称为数据编码。数据编码技术包括模拟数据编码技术和数字数据编码技术。模拟数据编码技术包括：振幅调制、移频调制和移相调制。数字数据编码技术包括：不归零码、归零码、曼切斯特编码和差分曼切斯特编码。振幅调制振幅调制：当传输的基带信号为1时，载波信号的振幅保持不变，当传输的基带信号为0时，载波信号的振幅变为0，即没有载波信号发射。频率调制频率调制：当传输的基带信号为1时，载波信号的角频率为2πf1，当传输的基带信号为0时，载波信号的角频率变为2πf2。相位调制相位调制包括：绝对相移和相对相移。不归零码不归零码包括.单极性不归零码和双极性不归零码。单极性不归零码：在每一码元时间间隔内，有电流发出表示二进制1，无电流发出表示二进制0。双极性不归零码：在每一码元时间间隔内，发正电流表示二进制1，发负电流表示二进制0。正的幅值和负的幅值相等。归零码单极性归零码：在每一码元时间间隔内，有一半的时间发出正电流，而另一半时间则不发出电流表示二进制1。整个码元时间间隔内无电流发出表示二进制0。双极性归零码：在每一码元时间间隔内，当发1时，发出正的窄脉冲，当发0时，则发出负的窄脉冲。2.3

数据通信系统的性能指标2.3.1差错率和误码率2.3.2信息传输速率（Rb）和码元传输速率（RB）2.3.3带宽（Bandwidth）和宽带（Broadband）2.3.4时延2.3.1差错率和误码率衡量数据通信系统可靠性的主要指标是差错率。表示差错率的方法有误码率和误信率。2.3.2信息传输速率（Rb）和码元传输速率（RB）码元（Codecell）：在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为(二进制）码元。码元传输速率简称传码率，又称波特率或调制速率。它表示单位时间内（每秒）信道上实际传输码元的个数，单位是波特（Baud），用符号“B”来表示。信息传输速率，又称信息速率、比特率，它表示单位时间（每秒）内传输实际信息的比特数，单位为比特／秒，记为b/s或bps。2.3.3带宽（Bandwidth）和宽带（Broadband）带宽（Bandwidth）是指信号具有的频带宽度。宽带（Broadband）：从一般的角度理解，它是能够满足人们感观所能感受到的各种媒体在网络上传输所需要的带宽。宽带是一种相对的描述方式.2.3.4时延数据传输总的时延等于发送时延，传播时延和处理时延的总和。2.4数据传输方式2.4.1数据传输方式串行传输与并行传输同步传输和异步传输单工、半双工和全双工数据传输模拟传输和数字传输基带传输和宽带传输2.4.2信道复用技术多路复用技术有：频分多路复用、时分多路复用、波分复用技术、码分多址复用技术以及统计时分复用技术。2.5传输介质传输介质是通信网络中传输信息的物理通路，是不可缺少的物质基础。传输介质的性能对网络的通信、速度、距离、价格以及网络中的结点数和可靠性都有很大影响。双绞线

光纤无线传输微波通信通信卫星红外系统激光2.5数据交换技术广域网主要采用电路交换方式和存储转发交换，存储转发交换又分为报文交换方式和分组交换方式，分组交换方式又分为数据报方式和虚电路方式。2.6差错检验和差错控制能校验差错的编码称检错码（Error-DetectingCode），可以纠错的编码称为纠错码（Error-CorrectingCode）。常用的差错检验有奇偶检验、循环冗余检验以及校验和等.2.7流量控制技术数据链路层实现流量控制的一个重要方法是滑动窗口机制。2.8拥塞控制拥塞控制的通用原则是收集拥塞的信息，对问题加以控制。首先监视系统，检测到何时何地发生了拥塞；将信息传递到能够采取行动的地方；调整系统的运行，以改正问题。拥塞情况严重时，交换节点的缓冲队列溢出时，就必须丢弃分组。第3章网络互联技术IP(网际协议)是最普通的网络层协议，提供无连接的数据报传输机制。IP地址是标示每台Internet上每台主机和网络设备的唯一地址，IP地址标示的是主机和网络设备与网络的连接。与IP协议配套使用的协议时ARP协议、RARP协议、ICMP协议和IGMP协议等。3.1IPV4协议IPV4的地址32位长，由4个分段的十进制组成。分为网络号（网络ID）和主机号（主机ID）两部分构成。IP协议是Internet的核心，是最普通的网络层协议，提供无连接的数据报传输机制，负责在任意两个主机之间进行数据传送；采用的是无连接的数据报协议.IP地址分为A，B，C，D，E五类，其中D为多播地址，E类保留今后使用，用户使用的是A，B，C三类，称为基本类，每个IP数据报包含一个头部和一个正文部分。头部有一个20字节的定长部分和一个可选的变长部分首部格式。单播、组播、广播单播（Unicast)：是现在通常所采用的传播方式，基本特点是一对一地传输数据。单播时，数据发送方发出的每个信息包只能传送到一个接收方。如果要将同一信息发送给4个接收方，就必须重复发送4次。广播(Broadcast)方式的特点是由路由器或交换机将同一个信息包无条件地发信每一条分支路径，由接收方自行决定是接收下来还是将其丢弃。对发送方而言，无论接收方有多少，同一个信息包均只需发送一次，但对路由器或交换机而言，有多少分支，就要重复发送多少次，并且不考虑该分支上是否有该组用户。组播（Multicast)是一种允许一个或者多个发送方发送单一数据包到多个接收方的网络传输方式。3.2IPV6协议IPv6是下一版本的互联网协议，也可以说是下一代互联网的协议，它的提出最初是因为随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将妨碍互联网的进一步发展。

IPV6报文结构

IPV6地址长度4倍于IPV4地址，表达起来的复杂程度也是IPV4地址的4倍。IPV6地址的基本表达方式是X：X：X：X：X：X：X：X，其中X是一个4位十六进制整数（16位）。每一个数字包含4位，每个整数包含4个数字，每个地址包括8个整数，共计128位。3.3IP路由一个IP数据报从远端发送到目的端的过程中，通常要经历若干个路由器，而路由器的作用就是存储转发数据报，为每个IP报文寻找最优路径。IP路由表路由器维持一张通过本节点所能到达的网络的网络号及对应的输出端口和下一站路由器IP地址的路由表。当收到IP报文时，先根据IP包中目的IP地址中的网络号按一定的路由算法的查找路由表，即进行路由选择，找到能到达目的网络的适当的网络端口，将IP包转发到该网络端口所联的下一个路由器或目的主机。路由算法路由算法（RoutingAlgorithm）是网络层软件的一部分，它负责确定了一个进来的分组应该被传送到哪条输出线路上。路由算法在路由协议中起着至关重要的作用，采用何种算法往往决定了最终的寻径结果。路由算法种类为了实现动态建立、维护、更新路由表，需要采用专门的路由算法进行通信，路由算法可以分成两大类：非自适应的（静态路由）和自适应的（动态路由）。3.4网络控制协议Internet还有很多个用于网络层的控制协议，包括ICMP、ARP、RARP协议和IGMP等。通过ICMP网络控制报文协议来实现控制。ICMP协议不仅用于传输控制报文，而且还用于传输差错报文。地址解析协议(AddressResolutionProtocol，ARP)是以太网经常使用的映射方法，它充分利用了以太网的广播能力，将IP地址与物理地址进行动态绑定(DynamicBinding)。RARP协议可以实现MAC地址到IP地址的转换。工作站在启动时，只知道自己网络接口的MAC地址，而不知道自己的IP地址，它首先要使用RARP得到自己的IP地址后，才能和其他服务器通信。IP安全协议(通常自然数为IPSec)是在网络层提供安全的一组协议。在IPSec协议簇中有两个主要的协议：身份认证头（AuthenticationHead，AH)协议和封装安全负载（EncapsulationSecurityPayload，ESP)协议。组管理协议包括Internet组管理协议(InternetGroupManagementProtocol，IGMP)和Cisco专用的组管理协议（CGMP）。3.5UDP协议----用户数据报协议UDP是在IP层上提供无连接的数据报服务，主要增加了协议端口功能，提供不可靠的数据报（datagram）服务。UDP不支持报文分组；支持多路复用；不提供流量控制；数据的可靠性等问题由上层协议解决；服务效率高（没有建/拆链时间）；适合于在高可靠性、低延时的局域网上运行。UDP端口提供了用于发送消息的位置。每个端口由一个唯一的编号来标识。3.6TCP协议TCP/IP的主要功能有：面向连接的传输机制，这意味着在任何数据实施交换之前，TCP协议首先要在两台计算机之间建立连接进程。超时重传控制，可变滑动窗口流量控制和拥塞控制。传输控制协议TCP是传输层的重要协议，它是一个完整的传输协议的典范，除提供和UDP一样的进程通信能力外，其主要特点是可靠性高。TCP连接管理TCP使用了三次握手法。就是在连接建立和终止过程中，通信的双方需要交换3个报文。流量控制用来保证发方发送的数据在任何情况下都不会溢出接收方的接收缓冲区，而且还应使传输达到理想的吞吐率。收方知道自己接收缓冲区的状态，由收方控制发方的数据流量是计算机网络中流量控制的一个基本思路。TCP实现的是端到端（EndToEnd）的流量控制。第4章网络互联设备网络互联就是利用互联网设备将两个或者多个局域网络连接起来组成一个更大的网络。4.1网络接口层设备网络接口卡（网卡）是连接主机与网络的基本设备，工作在物理层和数据链路层。网卡不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等。网卡不能独立工作，必须依赖于宿主主机。中继器（RPrepeater）是物理层上对信号进行再生和还原的网络设备，是局域网环境下用来延长网络距离的最简单、最廉价的网络互联设备。中继器适用于完全相同的两类网络的互连，中继器的两端连接的是相同的媒体。中继器主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。集线器的英文称为“Hub”。“Hub”是“中心”的意思，把所有节点集中在以它为中心的节点上。集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，集线器是运作在OSI模型中的物理层。它可以视作多端口的中继器。集线器与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备。网桥也叫桥接器是工作在数据链路层，在网络互联中它起到数据接收、地址过渡以及数据转发的作用，用于实现多个网络系统之间的数据交换。网桥连接两个局域网的一种存储转发设备。它能将一个大的局域网分割为多个网段，或将两个以上的局域网互联为一个逻辑局域网，使局域网上的所有用户都可访问服务器。二层交换机可看作是多端口的高速网桥。交换机采用基于硬件的转发机制，完成帧的转发，其交换时延可以减少到μs量级。交换机（Switch）具有MAC地址学习功能，通过查找MAC地址表将接收到的数据传送到目的端口，可以分割冲突域，它的每一个端口相应的称为一个冲突域。但交换机下连接的设备依然在一个广播域中。4.2互联网络层设备路由器（Router）是工作在OSI参考模型第三层即网络层的互联设备。路由器是用于IP网络互联的设备，工作在网络层，用以实现不同网络间的地址翻译、协议转换和帧格式转换、路由选择等功能。第三层交换机本质上是一种高速的路由器。不如路由器灵活，容易控制和安全性好。第三层交换提供的主要功能有：分组转发，路由处理，安全服务，特殊服务。四层交换机是基于传输层数据包的交换过程，基于TCP/IP协议应用层的用户应用交换需求的交换机。四层交换机支持TCP/IP第四层以下的所有协议，可根据TCP/IP端口号来区分数据包的应用类型，从而实现应用层的访问控制和服务质量保证。所以，与其说四层交换机是硬件网络设备，还不如说它是软件网络管理系统。即四层交换机是以软件技术为主，以硬件技术为辅的网络管理交换设备。第5章局域网接入技术局域网LAN(LocalAreaNetwork)是一种在较小的地理范围内，用共享通信介质将大量计算机及各种IP设备连接在一起，实现数据传输和资源共享的计算机网络。局域网只涉及到相当于OSI参考模型的物理层和数据链路层，且大多数采用共享信道的技术，所以局域网通常不单独设立网络层。局域网体系结构中包含物理层、数据链路层（媒体访问控制子层和逻辑链路控制子层）。局域网体系结构中的逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层共同完成类似于OSI参考模型中数据链路层的功能，将数据组成帧进行传输，并对数据帧进行顺序控制、差错控制和流量控制，使不可靠的链路变为可靠的链路。IEEE802规定MAC地址可采用6字节（48bit）。每个MAC地址都是全球唯一的地址。从网络的拓扑结构看，LAN主要可以分为总线网(BusNetwork)、星型网(StarNetwork)和环型网（RingNetwork）。逻辑链路控制子层在IEEE802.6标准中定义，为IEEE802标准系列共用，而媒体访问控制子层协议则依赖于各标准自己规定的物理层。在IEEE802系列标准中规定两种类型的逻辑链路服务：即无连接逻辑链路控制和面向连接的逻辑链路控制。在无连接逻辑链路控制的操作中，链路服务是一种数据报报务，信息帧在逻辑链路控制实体间交换，无需在同等层实体间事先建立逻辑链路，对这种逻辑链路控制帧既不确认，也无任何流量控制或差错恢复，支持点对点、多点和广播式通信。在面向连接的逻辑链路控制的操作中，提供服务访问点之间的虚电路服务。在任何信息帧交换前，在一对逻辑链路控制实体间必须建立逻辑链路，在数据传送过程中，信息帧依次发送，并提供差错恢复和流量控制功能。5.2以太网媒体接入控制方式以太网采用随机接入的MAC技术，称为带冲突检测的载波监听多点接入(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，CSMA/CD)。它是由夏威夷大学早期研制的系统ALOHA以及改进的载波监听多点接入CSMA逐步发展起来的。CSMA的基本思想是站点在发送数据前，进行载波侦听，以判断目前是否有人在发送数据，然后再采取相应动作。载波侦听就是根据物理接口的电气特性，捕获信道上的脉冲信号，并与发送数据用的载波信号比较，以判断是否有人在发送数据的技术。从电子学的具体实现角度看，进行冲突检测可以有两种方法：比较法和编码违例判决法。CSMA/CD的工作流程为：发前监听信道，若空闲则发送，若信道忙，则一直监听直到信道空闲，开始发送数据。边发送边检测冲突，若没有检测到冲突，发送完成；若测得冲突，停止发送，并发出一个32比特的阻塞信号(JamSignal)，人为强化冲突，让所有的站点都知道发生了冲突。发完阻塞信号，等待一段随机时间，重新开始信道访问。5.3以太网以太网是局域网的主流网络。以太网的传输速率从10Mb/s发展到今天的100Mb/s、1000Mb/s、10Gb/s。传统以太网粗缆以太网10Base5的传输速率为10Mb/s，是最早的以太网802.3标准。10Base2细缆以太网（ThinWireEthernet，Thinnet）是继粗缆以太网之后于1988年推出的10Mb/s以太网，主要是为了降低安装10Base5的成本和复杂性。1990年9月，10BaseT10Mb/s双绞线以太网(TwistedPairEthernet)标准正式通过，其中的“T”表示传输媒体为双较线，一般是非屏蔽双绞线UTP（UnshieldedTwistedPair）。目前100BaseT基本上取代了10Base5和10Base2。10Mb/s光纤以太网10BaseF使用一对光纤作为传输媒体，它将电信号转变为光脉冲，高电平对应有光脉冲，低电平对应无光脉冲。快速以太网100Base-TX：使用两对5类双绞线，因使用情况不同可将以太网线分为标准网线和交叉网线两种。100Base-FX：使用62.5/125μm多模光纤，在一个完整的光缆段上必须选择同种型号的光缆，以免引起光信号不必要的损耗。100BASE-T4：使用四对3类非屏蔽双绞线。千兆以太网信息传输速率为1000Mb/s(1Gb/s)的以太网称为千兆以太网，又称为吉比特以太网(GigabitEthernet)。万兆以太网万兆位以太网传输速率为10Gb/s，只使用光纤（多模或单模）作为传输介质；支持两种物理层。万兆位以太网保留了802.3的帧格式、最大帧长度和最小帧长度；不再使用CSMA/CD协议；只能工作在全双工方式；只使用光纤介质。5.4虚拟局域网(VLAN)虚拟局域网（VLAN）使用网络分段可以减少每个网段中站点数量，使冲突概率减小，从而提高共享信道利用率。VLAN的划分方式基于端口(Port-Based)的划分方式基于MAC地址（MACaddress-based）的划分方式基于协议（protocol-based）的划分方式5.5非主流局域网令牌环物理上是环型拓扑结构，所有结点逐个邻接，形成的一个首尾相连的闭合环路。环路由许多称为环接口的网络设备相连，工作站接到环接口上。环接口也称为中继器。令牌总线网（TokenBusNetwork）简称令牌总线也是由IEEE802委员会定义的一种局域网，其标准是IEEE802.4。光纤分布数据接口（FDDI）FDDI是一种物理层和数据链路层标准，规定了基于令牌控制的双环网络技术，使用光纤达到100Mb/s的传输速率。5.6无线局域网无线局域网的便携站(PortableStation)和移动站(MobileStation)表示的意思不一样，便携站在工作时其位置是固定不变的。而移动站不仅能够移动，而且还可以在移动的过程中进行通信，正在进行的应用程序感觉不到计算机位置的变化，也不因计算机位置的移动而中断运行。5.7对等网P2PP2P是对等计算(Peer-to-Peer)的简称，又称为对等网。它是一种分布式网络，网络的参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源（处理能力、存储能力、网络连接能力、打印机等），这些共享资源需要由网络提供服务和内容，能被其它对等节点(Peer)直接访问而无需经过中间实体。第6章广域网接入技术广域网是指覆盖范围很广的长距离网络，由于广域网的造价很高，一般都是由较大的电信企业出资建造。广域网是因特网的核心部分，其任务是通过长距离运送主机所发送的数据。连接广域网各结点交换机的链路都是高速链路，其距离可以是几千公里的光缆线路，也可以是几万公里的点对点卫星链路。6.1公用电话交换网PSTNPSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)是公共交换电话网络，即我们日常生活中常用的电话网。公共交换电话网络是一种全球语音通信电路交换网络，包括商业的和政府拥有的。PSTN是一种以模拟技术为基础的电路交换网络。在众多的广域网互连技术中，使用PSTN的通信费用最低，但其数据传输质量及传输速度也最差，同时PSTN的网络资源利用率也比较低。6.2X.25协议X.25只是一个以虚拟电路服务为基础对公用分组交换网接口的规格说明。它动态地对用户传输的信息流配分带宽，能够有效地解决突发性、大信息流的传输问题。分组交换网络可以对传输的信息进行加密和有效的差错控制。虽然各种错误检测和发送方接受方相互之间的确认应答浪费了一些带宽，增加了报文传输延迟，当对早期可靠性较差的物理传输线路来说是一种提高报文传输可靠性的有效手段。6.3帧中继网络帧中继交换是在X.25的基础上发展起来的，可以说是X.25的第二代，它对X.25分组交换网的通信协议进行了简化和改进，结点的处理时间减少了一个量级。X.25网的信息传输速率一般为64kb/s，而帧中继一般是T1/E1的速率。其传输速率可达到2Mbps~45Mbps。6.4数字数据网DDN（DigitalDataNetwork)DDN（DigitalDataNetwork，数字数据网）是一种利用光纤、数字微波或卫星等数字传输通道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。它可以为用户提供各种速率的高质量数字专用电路和其他新业务，以满足用户多媒体通信和组建中高速计算机通信网的需要。DDN是一种利用数字信道提供数据通信的传输网，它主要提供点到点的数字专线通信服务。主要由通信介质、专线Modem、数字交叉连接设备等组成。6.5异步传输模式（ATM）宽带综合业务数字网(Broadband-ISDN，B-ISDN)主要用光纤作传输媒体，速率可达155.5Mb/s甚至622Mb/s。宽带综合业务数字网采用一种快速分组交换方式，称为异步传输模式。(AsynchronousTransferMode，ATM)。ATM是B-ISDN的核心技术。ATM是一种快速分组交换方式。ATM的传输单位是信元(Cell)。与ATM相对应的是同步传输模式(SynchronousTransferMode，STM)。ATM体系结构模型分为3个平面：用户平面，控制平面和管理平面。ATM网络适合用于高速、长距离的通信主干网，可以传送实时话音、视频和文件等多媒体信息，并提供传输的服务质量(QOS)，这是ATM网络的重要特点。6.6XDSL技术XDSL是数字用户线(DigitalSubscriberLine，DSL)技术的统称。数字用户线(DigitalSubscriberLine，DSL)技术利用电话网络在铜质双绞线上实现高速数字传输，保护电信公司对用户本地回路这一部分的巨大投资。模拟电话线路的传输带宽可达到1.1MHz以上。而普通电话业务只使用0-4KHz。DSL使用频分多路（FDM）方式充分挖掘了传统电话线路的带宽资源，利用电话线路的高频段传输数据。XDSL系统主要由局端设备（DigitalSubscriberLineAccessMultiplexer，DSLAM）和用户端设备（CPE）组成，局端由DSLAM接入平台、DSL局端卡、语音分离器、数据汇聚设备等组成。非对称数字用户环路（AsymmetricalDigitalSubscriberLoop，ADSL）是DSL中的一种，是非对称的DSL。ADSL技术提供下行大于上行的非对称传输速率。6.7混合光纤同轴电缆网络（HFC）我国的城市中有线电视网已普及，是光缆和同轴电缆的混合网（HybridFiberCoax，HFC），除提供原来的电视播送业务外，还能提供数据业务，进行Internet的宽带接入。单向的HFC只能传输电视信号，双向的HFC才能提供综合的传输业务服务。实际上，HFC指的是双向的HFC网络，单向的HFC属于CATV。如果要将有线电视网应用到Internet业务，则必须使用双向传输的HFC。6.8万兆以太网万兆以太网有以下特点：MAC子层仍使用IEEE802.3帧格式，与10Mb/s，100Mb/s和1Gb/s以太网的帧格式完全相同，维持其最大、最小帧长度。这就使用户在将其已有的以太网进行升级时，仍能和较低速率的以太网很方便地通信。万兆以太网标准定义了两种物理层：局域网物理层和广域网物理层，它们都使用光纤作传输媒体，不再使用双绞线。局域网物理层传输速率为10Gb/s，而广域网物理层标准是通过SONET/SDH链路支持以太网帧，与电信网络的SONET/SDH兼容，保护了原有的投资。万兆以太网与传统10Mb/ss，100Mb/s以太网的帧格式完全相同，维持其最大，最小的帧长度。第7章应用层按照ISO的OSI模型，应用层是最高层，而在TCP/IP模型中应用层同样也处在最高层。随着Internet技术的迅速发展，应用层协议正在不断丰富和完善。7.1应用层基本概念应用层协议可分为三类：依赖于面向连接的TCP：这一类包括远程登录协议TELNET，电子邮件协议SMTP和文件传输协议FTP等。依赖于无连接的UDP：这一类包括单纯文件传输协议TFTP，远程过程调用协议RPC等。既依赖于TCP又依赖于UDP的协议：这一类有域名系统协议DNS等。7.2域名系统DNS域名系统（DomainNameSystem：DNS）是Internet上主机名称的管理系统，它主要用途是把主机名和电子邮件地址映射为IP地址。DNS的核心是分级的、基于域的命名机制以及为实行这个命名机制的分布式数据库系统。实现域名与IP之间互相转化的系统称之为域名服务系统（DomainNameSystem，DNS），这个转换过程又称为域名解析（NameResolution）。DNS最顶层是顶级域，主要包含通用域和国家域。通用域一般用来表示组织的性质，主要有：com――

企业或商业

gov――

政府机构edu――

教育单位

net――

网络服务机构mil――

军事机构

org――

非盈利组织int――

国际性组织等；7.3文件传送协议FTP.FTP是FileTransferProtocol（文件传输协议）的缩写，用来在两台计算机之间互相传送文件。从远程主机拷贝文件到自己的计算机上，称之为“下载（download）”文件。若将文件从本地主机中拷贝至远程主机上，则称之为“上载（upload）”文件。用户通过一个支持FTP协议的客户机程序，连接到在远程主机上的FTP服务器程序。用户通过客户机程序向服务器程序发出命令，服务器程序执行用户所发出的命令，并将执行的结果返回到客户机。7.4电子邮件（E--Mai1）电子邮件是在邮件服务器中为每个合法用户开辟一个存储用户邮件的空间。用户拥有电子邮件帐号和密码，只有合法用户才能阅读邮箱中的邮件。电子邮件是通过惟一标识的地址来传递的。电子邮件有固定的地址格式：用户名@主机名，其中用户名是指用户在开设电子邮件帐号时所用的名字，主机名则是表示邮件服务器的名字。7.5远程登录协议TELNET远程登录就是某用户通过网络登录到远地计算机系统中，并使用远地计算机系统的所有资源。Telnet协议是TCP/IP协议的一部分，它精确地定义了本地客户机与远程服务器之间的交互过程。Telnet的优点之一是能够解决多种不同的计算机系统之间的互操作问题。它提供一种标准的键盘定义，用来屏蔽不同计算机系统对键盘输入的差异性。Telnet本地用户在本地终端上对远地系统进行远程登录，建立与服务器之间的TCP连接。将本地终端上的键盘输入传到远地机上的服务端。服务器接收并执行客户命令，然后将输出结果送回本地终端。7.6万维网WWW（WorldWideWeb）WWW是一种基于因特网的分布式信息查询和浏览系统，使用超文本和超媒体技术，采用网状结构组织信息，为用户提供一种交叉交互式查询和浏览信息的方式。WWW服务是基于C/S模型的，使用HTML编写Web页面，使用HTTP协议与浏览器进行交互，运用动态网页技术可以获得交互式动态页面。WWW服务的核心技术是超文本标记语言（HyperTextMarkupLanguage，HTML）、超文本传送协议（HyperTextTransferProtocol，HTTP）与超链接（Hyperlink）。超文本标记语言HTML（HyperTextMarkupLanguage）是一种专门用于WWW的编程语言，用于创建WWW的Web文档，对Web的内容、格式及Web页中的超级链接进行描述。浏览器就是用于读取Web网点上的HTML文档，显示相应的Web页面。超级文本传输协议HTTP（HyperTextTransferProtocol）则是浏览器与Web服务器之间进行通信的协议，就如同在Internet上进行文件传输时，客户程序与服务器之间要遵守文件传输协议FTP一样。WWW也是采用客户机／服务器工作方式，它的客户端软件是WWW浏览器，WWW服务器则运行着WWW服务器程序。用户使用浏览器向服务器发出查询请求，服务器则检索所有存储在服务器内的信息，如果所查询的信息没有存储在服务器上，那么这台服务器负责与其他服务器相连接，并把结果通知浏览器，显示给用户。每个服务器站点都有一个服务进程监听TCP80端口，看是否有从客户端（通常是浏览器）过来的连接。在连接建立起来后，每当客户发出一个请求，服务器就发回一个应答，然后释放连接。7.7即时通信系统即时通信是一种基于Internet的通信服务，它提供近实时的信息交换和用户状态跟踪。IMPP工作小组(InstantMessagingandPresenceProtocol)制订了RFC2778，描述了即时通令系统的功能，正式为即时通信系统勾勒出了模型框架。7.8BitTorrent（BT）BitTorrent的工作方式：分配器或文件的持有者将文件发送给其中一名用户，再由这名用户转发给其它用户，用户之间相互转发自己所拥有的文件部分，直到每个用户的下载都全部完成。这种方法可以使下载服务器同时处理多个大体积文件的下载请求，而无须占用大量带宽。7.9网络电视（IPTV）IPTV(InternetProtocolTelevision，互联网协议电视，简称为网络电视)它不但接收广播信号，也能实现用户与服务提供商的互动。IPTV采用TCP/IP协议，将以通信为导向的服务和以内容为导向的服务紧密联系在一起。IPTV有3个基本业务：视频点播、直播电视和时移电视。7.10IP电话VOIP（ViceoverIP)俗称IP电话（InternetProtocolPhone)是利用IP网络实现语音通信的一种先进通信手段，是基于IP网络的语音传输技术。它利用电话网关服务器将电话语音数字化，将数据压缩后打包成数据包，通过IP网络传输到目的地；目的地收到这一串数据包后，将数据重组、解压缩后再还原成声音。这样网络两端的人就可以听到对方的声音。7.11搜索引擎技术搜索引擎SearchEngine即信息查找的发动机，是帮助Internet用户查询信息的软件系统，它以一定的策略在WEB上搜集和发现信息，对信息进行理解、提取、组织和处理后，为用户提供WEB信息查询服务。从使用者角度来看，搜索软件系统提供了一个网页界面，让其通过浏览器提交一个词语或短语，然后很快反回一个可能和用户输入内容相关的信息列表。这个列表中的每一条目代表一篇网页，每个条目至少有3个元素：标题、URL、摘要。第8章计算机网络管理与安全8.1计算机网络管理在ISO的网络管理框架[ISO7498-4]中为OSI管理协议定义了系统管理、（N）层管理和（N）层操作三个结构，规定了网络管理信息的三种可能的形式。简单网络管理协议SNMPSNMP提供全方位的管理手段，具有统计、配置、测试、差错检测、恢复以及实时维护等功能。虽然SNMP是在TCP／IP基础上的网络管理协议，但可以扩展到其他类型的网络设备上。SNMP包括被管理对象自身的管理和管理中心的管理两部分。SNMP管理的网络有三个主要组成部分：管理设备、代理和网络管理系统。8.2网络管理模型网络管理功能是为网络管理员进行监视、控制和维护网络而设计的。在OSI网络管理标准中，将系统管理功能域分为配置管理、故障管理、性能管理、安全管理、计费管理。5个管理功能只是网络管理的基本功能，有些网络管理如网络规划、网络操作人员的管理等是不包括在这5个基本功能之内的。这些基本管理功能之间是相互制约的，其中某些功能的输出可以作为另外一种功能的输入，而且所有网络功能都是基于MIB来完成相应操作的。8.3计算机网络安全概述网络安全体系是保证信息安全的关键，包括计算机安全操作系统、各种安全协议、安全机制（数字签名、消息认证、数据加密等），直至安全系统等，只要存在安全漏洞便可以威胁全局安全。网络安全是指信息网络的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不受偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露，系统连续可靠正常地运行，信息服务不中断。信息安全主要包括以下五方面的内容，即需保证信息的保密性、真实性、完整性、未授权拷贝和所寄生系统的安全性。网络安全是一门涉及计算机科学、网络技术、通信技术、密码技术、信息安全技术、应用数学、数论、信息论等多种学科的综合性学科。8.4数据加密为防止他人的攻击，在数据传输过程中最基本的安全措施是对所传输的数据进行加密。对称加密又称私钥加密，即信息的发送方和接收方用同一个密钥去加密和解密数据。它的最大优势是加/解密速度快，适合于对大数据量进行加密，但密钥管理困难。如果进行通信的双方能够确保专用密钥在密钥交换阶段未曾泄露，那么机密性和报文完整性就可以通过这种加密方法加密机密信息、随报文一起发送报文摘要或报文散列值来实现。非对称加密又称公钥加密，使用一对密钥来分别完成加密和解密操作，其中一个公开发布（即公钥），另一个由用户自己秘密保存（即私钥）。信息交换的过程是：甲方生成一对密钥并将其中的一把作为公钥向其他交易方公开，得到该公钥的乙方使用该密钥对信息进行加密后再发送给甲方，甲方再用自己保存的私钥对加密信息进行解密。8.5防火墙技术防火墙是位于两个网络之间执行控制策略的、由软件或硬件，或者两者并用的系统，用来限制外部非法（未经许可）用户访问内部网络资源和内部非法向外部传递信息，而允许经授权的数据通过，如图8-3所示。它在内部与外部网络之间构筑一个屏障，防止偷窃或起破坏作用的恶意攻击。防火墙系统的安全防御能力很强，能抵抗各种进攻和渗透。防火墙应该提供以下服务：限定用户从一个特别的控制点进入或离开。保证对主机的应用安全访问。防止入侵者接近网络的其他防御设施。有效防止破坏者对客户机或服务器所进行的破坏。监视网络的运行。8.6信息安全管理信息安全管理体系（InformationSecurityManagementSystems）是组织在整体或特定范围内建立信息安全方针和目标，以及完成这些目标所用方法的体系。信息安全管理体系是直接管理活动的结果，是信息安全方针、原则、目标、方法、过程、核查表等要素的集合。BS7799-2（见BS7799体系）是建立和维持信息安全管理体系的标准，标准要求组织通过确定信息安全管理体系范围、制定信息安全方针、明确管理职责、以风险评估为基础选择控制目标与控制方式等活动建立信息安全管理体系；体系一旦建立组织应按体系规定的要求进行运作，保持体系运作的有效性；信息安全管理体系应形成一定的文件，即组织应建立并保持一个文件化的信息安全管理体系，其中应阐述被保护的资产、组织风险管理的方法、控制目标及控制方式和需要的保证程度。第9章计算机网络系统方案设计分析和投标计算机网络系统的设计原则有：保证计算机网络系统能够工作；尽可能使计算机网络系统简单；作出明确的选择；尽可能的模块化；期望具备异构性；避免使用固定不变的选择和参数；寻找一个好的设计，计算机网络系统不必是最完美的；对于发送操作一定要严格，而对于接受操作要由一定的容忍度；要考虑伸缩性；要考虑性能和代价。9.1网络规划网络规划就是为即将建设的网络系统提出一套完整的设想和方案，包括网络系统的可行性研究与计划、需求分析、软硬件设施的选择、系统结构的选择、投资预算、建立规范化的文档等。它是网络系统集成的整体规划，网络规划对建立一个功能完善、安全可靠、性能先进的网络系统至关重要。网络的需求分析网络需求分析的任务就是全面了解用户的具体要求，对用户目前的需求状况进行详细的调研。了解用户建网的目的、用户已有的网络基础和应用现状（包括综合布线、网络平台、己开展的网络应用等）。网络系统的规划设计网络的规划应符合现代技术发展的要求。网络系统结构、设备、操作系统及应用软件必须符合现代发展的需要，过于陈旧的东西不但功能差，也很难找到配套的设备和技术。网络系统应有较好的可扩展性和兼容性，易于升级和更新。在不影响技术先进性的情况下，要尽量选用同种类型、同种规格或体系结构的网络产品，以方便与原有网络及设备实现较畅通的互连和兼容。9.2网络结构设计在网络规划的前提下，网络系统的设计包括系统架构、网络方案中的设备选型、综合布线系统、网络服务器、软件选型以及网络安全设计等。网络拓扑架构网络拓扑结构是企事业建设网络信息系统首先要考虑的问