计算机网络教程课件

第一講電腦網絡概論1.1電腦網絡的形成與發展1.2電腦網絡的含義1.3電腦網絡的組成與結構1.4電腦網絡的分類1.5電腦網絡的應用1.6電腦網絡的應用帶來的社會問題

1.1電腦網絡的形成與發展通信與電腦的結合1946年第一台數字電子電腦剛問世的幾年裏，電腦和通信並沒有什麼聯繫。1954年人們開始使用一種叫做收發器(transceiver)的終端，將穿孔卡片上的數據從電話線發送到遠地地電腦，後來用戶可在遠地的電傳打字機上鍵入自己的程式，而電腦算出來的結果又可從電腦傳送到遠地的電傳打字機上列印出來，這樣電腦與通信的結合就這樣開始了。

■網路

始於50’s，近20年發展迅速。發展的動力：——資源共用的需求——大型專案的合作——人與人之間的溝通從體系結構來觀察，網路的發展可分為四個時代：

◆聯機終端系統

◆以通信子網為中心

◆採用標準化的層次體系結構

◆高速的綜合業務網路■單機

大、中、小型機——龐大，昂貴缺點——資源無法共用電腦網絡的形成與發展

一.以主機為中心的聯機終端網路系統■20世紀60’s以前……■特徵——共用主機資源單臺主機——計算、通信多臺終端——用戶交互本地、遠程連接■結構電腦網絡的形成與發展

■例子美國的飛機訂票系統SABRE-11HOST2000Terminal通信線路（電話線路）此結構的網路至今仍在使用■缺點主機負荷重，數據處理＋通信線路利用率低■改進多點通信，近距終端集中器，近/遠距前端處理機——通信任務分離電腦網絡的形成與發展

電腦網絡的形成與發展二.主機－主機網路■

20世紀60’s–20世紀70’s■特徵單主機終端網路的互聯，形成多主機為中心的網路網路結構從“主機－終端”轉變為“主機－主機”■結構HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信線路

主機－主機網路的演變■演變階段1通信任務從主機中分離CCP-通信控制處理機專門處理主機之間的通信任務CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT

■兩層網路概念的出現由CCP組成的傳輸網絡——通信子網，為資源子網提供資訊傳輸服務

主機的集合——資源子網，提供各種網路資源，建立在通信子網基礎上（可多系統並存）CCCHHHTTTTTTT資源子網通信子網TT

■演變階段2通信子網規模擴大，私有→社會公用公用數據通信網PSTNX.25優點降低用戶系統建設成本通信線路利用率高相容性好公用數據通信網HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT

■例子因特網的前身——ARPANET美國軍方建立的實驗性網路最初4個節點→70’s的60多個節點地域跨越美洲、歐洲具有現代網路的許多特徵，例如分組交換分層次的網路協議■第二代電腦網絡的不足之處網路普及程度低標準不統一網路體系結構的研究不成熟

三.體系結構標準化網路電腦網絡的形成與發展■20世紀70’s-至今■不同網路設備之間的相容性和互操作性是推動網路體系結構的標準化的原動力■各廠商、研究機構、大學在網路技術、方法、理論等方面的研究日趨成熟是其基礎■標準化過程的兩個階段廠商標準：IBM-SNA,DEC-DNA缺點：適用範圍：相容性？技術壟斷：競爭？標準不統一：用戶利益？標準制定問題標準化任務只能由不偏向於任何廠商的非盈利中立組織來制定例外——“事實上的標準”，如TCP/IP

國際標準：ISO-OSI/RMOpenSystemInterconnection/RecommendedModel（開放系統互聯參考模型，簡稱OSI參考模型）OSI參考模型是一種概念上的網路模型其標準保證了不同網路設備之間的相容性和互操作性規定了網路體系結構的框架只說明了做什麼（WHATTODO）而未規定怎樣做（HOWTODO）現在的電腦網絡均是在OSI/RM的框架下運作的PC導致了局域網的出現局域網的標準：IEEE802IEEE802也符合OSI/RM標準開始就建立在標準化的基礎上

1.2電腦網絡的含義■電腦網絡的定義以相互共用資源方式連接起來，且各自具有獨立功能的電腦系統的集合利用各種通信手段，把地理分散的電腦互聯起來，互相通信且共用資源的系統歸納：自主電腦的互連集合自主：不是主從關係主控－從屬主機－終端（終端網路）互連：以任何通信方式銅線、光纖紅外、鐳射、微波、衛星如果一臺電腦可以強制地啟動，停止或控制另一臺電腦，這些電腦就不是自主的。一臺主控機和多臺從屬機的系統不能成為網路。同樣，一臺帶有遠程印表機和終端的大型機也不是網路。

■類似系統終端分時系統多機系統分佈式系統■電腦網絡與終端分時系統從設備在系統中的地位進行比較

分時系統主機以分時方式為終端服務終端完全依賴於主機主機與終端是支配與被支配的關係，數據處理－用戶交互資源高度集中，由許多用戶共用終端之間無聯繫電腦網絡每臺電腦地位平等，互相共用每臺電腦都能獨立工作資源分佈

■電腦網絡與多機系統從耦合度和用途方面進行比較多機系統設備之間耦合度緊設備分佈近傳輸速度極快主要用途為科學計算電腦網絡網路設備之間耦合度松設備分佈相對較遠傳輸速度快主要用途為資源共用

■電腦網絡與分佈式系統從協調性和用途兩方面進行比較分佈式系統在分佈式OS統一調度下，各電腦協調工作，共同完成一項任務。如並行計算用戶面對的是一臺邏輯上的電腦，組成分佈式系統的各電腦怎樣協同工作，對用戶透明用途主要是科學計算和數據處理電腦網絡非協調性的各電腦對用戶非透明，用戶必須指定資源的位置用途主要是資源共用在分佈式系統中，多臺自主電腦的存在對用戶是透明的，或者說不可見的，不可覺察的，用戶可以輸入一條命令運行某個程式，分佈式系統便會運行它，操作系統會選擇合適的處理器，尋找所有的輸入檔，然後傳送給該處理器，並把結果放到合適的地方。換言之，分佈式系統的用戶覺察不到多個處理器的存在，用戶所面對的是一個虛擬的單處理器，為處理器分配任務，為磁片分配檔，把檔從存儲的地方傳送到需要的地方，以及其他所有的系統的功能都必須自動完成的。而在網路中，用戶必須明確地指定在哪一臺機器上登錄，明確地遠程遞交任務，明確地指定檔傳輸地源地址和目的地，並且要管理整個網路，在分佈式系統中，不需要指定，系統自己完成。這麼看來分佈式系統是建立在網路上軟體系統，它具有高度地整體性和透明性。因此網路和分佈式系統地區別更多地取決於軟體（尤其是操作系統），而不是硬體。但是二者之間也有許多共同之處，如都需要檔地傳送，區別在於是誰發起傳送，用戶還是系統。

1.3電腦網絡的組成與結構■網路硬體（三部分）端節點：電腦等轉接節點：交換機集中器路由器通信處理機等通信鏈路：電纜光纜無線（衛星、微波、紅外）■網路軟體網路協議（軟體）一系列規則和約定的規範性描述，它控制了網路中的設備之間如何進行資訊交換網路操作系統網路中軟硬體設備的控制程式網路管理及網路應用軟體對網路資源進行管理維護的軟體

1.4電腦網絡的分類按距離局域網(LAN,LocalAreaNetwork)範圍：小，＜20KM傳輸技術：基帶，10-1000Mbps，延遲低，出錯率低（10-11）拓撲結構：匯流排，環城域網(MAN,MetropolitanAreaNetwork)範圍：中等，＜100KM傳輸技術：寬頻/基帶拓撲結構：匯流排廣域網(WAN,WideAreaNetwork)範圍：大，＞100KM傳輸技術：寬頻，延遲大，出錯率高拓撲結構：不規則，點到點

按拓撲結構(圖)星形有一個中心節點，其他節點與其構成點到點連接中心節點可以是智能設備，也可以是非智能設備樹形一個根結點、多個中間分支節點和葉子節點構成可看成是多個星形的組合匯流排所有節點掛接到一條匯流排上廣播發送需要有介質訪問控制規程以防止衝突BusBCCABCAStarA

環形所有節點連接成一個閉合的環結點之間為點到點連接不規則點到點部分連接多用於廣域網全連接點到點全連接隨節點數的增長，建造成本急劇增長，所以只適用於節點數很少的廣域網中RingADCBT

按介質訪問控制方式以太網（Ethernet）令牌網（TokenRing）按NOS或協議(非正式)Novell網路WindowsNT網路TCP/IP網路按各站點地位對等(PeertoPeer)網基於伺服器的網路

1.5電腦網絡的應用◆檔和列印服務◆通信服務◆郵件服務◆Internet服務◆管理服務網路提供的功能通常都稱為服務，我們日常感觸最多是mail服務，檔服務等等。

◆檔和列印服務檔服務是指使用檔伺服器提供數據檔、應用（文字處理程式或電子錶格）和磁片空間共用的功能在一個中心位置存放共用的數據比把檔拷貝到磁片上，然後通過磁片傳送檔更容易和快捷，而且更容易實現數據備份，而不需依靠單個用戶分別做備份，而且減少購買檔的拷貝數，減少維護。共用印表機等網路設備，也可以節約資金。

◆通信服務借助於網路通信服務，遠程用戶可以連接到網路（通過電話線和modem）也稱為“訪問”服務，安全重要性突出商業公司和其他組織通常使用通信服務為遠離局域網的員工提供局域網訪問能力，（當建立廣域網連接辦公室太昂貴時）。除此之外，這些組織和商業公司還可以使用通信服務來使其他組織的員工（比如軟體或硬體提供商）幫助分析和解決問題。

◆郵件服務最常見的網路服務郵件服務可以保證網路上的用戶間電子郵件的保存和傳送用戶借助於電子郵件可以實現組織內外的快捷方便的通信可連接到Internet，也可以隔離在組織內功能的不斷擴展

◆

Internet服務服務包括廣泛的網路功能：WWW、FTP、DNS、ISP和安全（Firewall）等等使得人們衝破了LAN的束縛，促進了資訊的交流

◆管理服務集中管理網路可能包括以下方面：流量的監測和控制負載平衡硬體診斷和失效報警資產管理許可證跟蹤安全審計地址管理數據備份和數據恢復當網路規模小時，問題比較容易解決，比方說地址衝突，也許兩臺衝突的機器離得很近，地址很容易就修改過來。然而，隨著網路變得越來越龐大和複雜，網路會變得很難管理。為了跟蹤大型網路運行情況，就必須使用特殊的網路服務，網路服務可集中來管理網路

1.6電腦網絡的應用帶來的社會問題資訊洩漏完整性破壞拒絕服務非法使用竊聽業務流分析電磁/射頻截獲人員疏漏媒體清理

假冒旁路控制授權侵犯物理侵犯滲入

特洛伊木馬陷門業務欺騙

植入

竊取截獲/修改否認

資訊洩漏完整性破壞竊取重放

資源耗盡完整性破壞目前，網路安全已不再是軍方和政府要害部門的一種特殊需求。實際上，所有的網路應用環境包括銀行、電子交易、政府（無密級的）、公共電信載體和互聯/專用網路都有網路安全的需求。網路社會的道德與法律問題

■本講復習小結

◆電腦網絡的形成與發展

◆電腦網絡的含義

◆電腦網絡的組成與結構

◆電腦網絡的分類

◆電腦網絡的應用

◆電腦網絡的應用帶來的社會問題2.1基本概念數據(Data)：傳遞（攜帶）資訊的實體，資訊(Information)則是數據的內容或解釋。

--模擬(Analog)數據與數字(Digital)數據信號(Signal)：數據的物理量編碼（通常為電編碼），數據以信號的形式傳播。

--模擬信號與數字信號

--基帶(Baseband)與寬頻(Broadband)信號●一些術語通道(Channel)：傳送資訊的線路（或通路）。比特率(BitRate)：數據傳輸速率(bps，b/s)。碼元(CodeCell)：時間軸上的一個信號編碼單元t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號同步脈衝同步脈衝：用於碼元的同步定時，識別碼元的開始串列傳輸速率(Baud)：每秒傳送的碼元數(即信號傳送速率)。

1Baud=（log2M）bps

其中M是信號的編碼級數。也可以寫成

Rbit=Rbaudlog2M

例如：4級編碼（p23圖2.3b）

一個信號往往可以攜帶多個二進位位，所以在固定的資訊傳輸速率下，比特率往往大於串列傳輸速率。換句話說，一個碼元中可以傳送多個比特（bit）。

帶寬(Bandwidth)：信號或通道佔據的頻率範圍通道容量(Channelcapacity)：通道的最大數據率

誤碼率(Biterrorrate)：通道傳輸可靠性指標

P=錯誤的位數/傳輸的總位數 資訊編碼：將資訊用二進位數表示的方法。數據編碼：將數據用物理量表示的規則。

例如：字母‘A’的ASCII編碼為01000001，其數據編碼可能為01000001t●通信系統模型通信的三個要素：信源、信宿和通道任何一個通信系統都可以抽象為以下模型：雜訊信源編碼調製通道解調解碼信宿編碼器：數據

適合傳輸的信號——便於識別、糾錯調製器：信號

適合傳輸的形式——按頻率、幅度、相位解碼器：傳輸信號

原始數據解調器：接收波形

數字信號序列資訊→數據→信號→在介質上傳輸→信號→數據→資訊通信系統的任務資訊通過通信系統傳輸

把攜帶資訊的數據用物理信號形式通過介質傳送到目的地。

資訊和數據（0、1比特）不能直接在介質上傳輸。●通信系統的構成◆數據傳輸系統：

1）傳輸線路（包括傳輸介質和中繼設備）

2）傳輸設備：數據機、多路複用器、交換機、路由器等◆數據處理系統：主要是指電腦。●通信基本過程—包含兩項內容：數據傳輸和通信控制建立物理連接→建立邏輯連接→數據傳送→斷開邏輯連接→斷開物理連接（對比：打電話的過程）2.2通道及其主要特徵1.數字通道和模擬通道

數字通道：以數字脈衝形式（離散信號）傳輸數據的通道。

模擬通道：以連續模擬信號形式傳輸數據的通道。2.模擬信號和數字信號

模擬信號：時間上連續，包含無窮多個值

數字信號：時間上離散，僅包含有限數目的預定值tta)模擬信號b)數字信號3.週期信號和非週期信號

週期信號：信號由不斷重複的固定模式組成（如正弦波）

非週期信號：信號沒有固定的模式和波形迴圈（如語音的音波信號），能被分解成無數個週期信號的疊加。ttTTTTTT週期信號數字通信的優點

•抗雜訊（干擾）能力強

•可以控制差錯，提高了傳輸品質

•便於用電腦進行處理

•易於加密、保密性強

•可以傳輸語音、數據、影像，通用、靈活

僅在不得已的情況下，才會採用模擬通信。如用modem通過撥號線路傳輸數字信號。4.傳輸模式(通信方式)—數據流動的方向•單工：數據單向傳輸（無線電廣播）•半雙工：數據可以雙向傳輸，但不能在同一時刻雙向傳輸（對講機）•全雙工：數據可同時雙向傳輸（電話）

兩個方向的信號共用鏈路帶寬：

1）鏈路具有兩條物理上獨立的傳輸線路，或

2）將帶寬一分為二，分別用於不同方向的信號傳輸5.數字數據的傳輸方式•基帶傳輸：不調製，編碼後的數字脈衝信號直接在通道上傳送。

例如：以太網•頻帶傳輸：調製成模擬信號後再傳送，接收方需要解調

例如：通過電話模擬通道傳輸6.數據同步方式

目的是使接收端與發送端在時間基準上一致(包括開始時間、位邊界、重複頻率等)。有三種同步方法：

●位同步

●字元同步（非同步傳輸）

●幀同步（同步傳輸）位同步：目的是使接收端接收的每一位資訊都與發送端保持同步

●外同步——發送端發送同步時鐘信號，接收方用它來鎖定自己的時鐘脈衝頻率。

●自同步——通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），這些數據編碼信號包含了同步脈衝，接收方提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈衝頻率。字元同步：以字元為邊界實現字元的同步接收，也稱為起止式或非同步制——每兩個字元之間的間隔時間不固定。

每個字元的傳輸需要：（p30圖2-11）

1個起始位

5，6，7，8個數據位

1，1.5，2個停止位

—頻率的漂移不會積累，每個字元開始時都會重新同步

—增加了輔助位，所以效率低

例如，1個起始位、8個數據位、2個停止位時，其效率為8/11＜72％幀（Frame）——包含數據和控制資訊的數據塊（包）幀起始控制資訊數據幀結束校驗和0-n8bit8bit8-32m面向比特的——以特殊位序列（7EH）作為幀（起始）標誌來標識一個幀的開始，適用於任意數據類型的幀。面向字元的——以同步字元（SYN，16H）來標識一個幀的開始，適用於數據為字元類型的幀。幀同步：識別一個幀的起始和結束。通道最大數據傳輸率M最大數據率(C)26000bps412000bps818000bps1624000bps3230000bps6436000bpsC=2Wlog2MC=傳輸率，單位b/s或bpsW=帶寬，單位HzM=信號電平級數例如：話音級線路(3000Hz)的通道容量計算，如右圖所示。Nyquist公式為估算已知帶寬通道的最高速率提供了依據。Nyquist公式：用於理想低通信道非理想通道實際的通道上存在三類損耗：衰減、延遲、雜訊。a）衰減通道的損耗引起信號強度減弱，導致信噪比S/N降低。b）延遲信號中的各種頻率成分在通道上的延遲時間各不相同，在接收端會產生信號畸變。c）雜訊

熱雜訊：由導體內的熱擾動引起，又稱為白雜訊。

串擾：通道間產生的不必要的耦合。例：多對雙絞線

脈衝雜訊：非連續、隨機、振幅較大。多由外部電磁干擾造成（閃電、大功率電機啟動等）。雜訊將破壞信號，產生誤碼。持續時間0.01s的干擾可以破壞約560個比特（56Kbps）。Shannel公式：高斯雜訊干擾通道S/NdB

信噪比（dB分貝）的定義C=Wlog2(1+SN)S/NdB=10log10S/N例：通道帶寬W=3KHz，信噪比為30dB，則

C=3000*log2(1+1000)≈30KbpsC=傳輸率，單位b/sW=帶寬，單位Hz

即：Nyquist公式和Shannel公式的比較●C=2Wlog2M

此公式說明數據傳輸率C隨信號編碼級數增加而增加。●C=Wlog2(1+S/N)

無論採樣頻率多高，信號編碼分多少級，此公式給出了通道能達到的最高傳輸速率。原因：雜訊的存在將使編碼級數不可能無限增加。2.3傳輸媒體(介質)磁介質

高帶寬、低費用、高延時（小時）例：7GB/8mm，1000盤/50*50*50cm，24h可送到任何地方。總容量=7*1000*8Gbits，總時間=24*60*60=86400s

傳送速率=56000Gb/86400s=648Mb/s金屬導體雙絞線、同軸電纜(粗、細)光纖無線介質無線電、短波、微波、衛星、光波●雙絞線內導體芯線絕緣箔遮罩銅遮罩外套--螺旋絞合的雙導線，≈1mm--每根4對、25對、1800對--典型連接距離100m（LAN）--RJ45插座、插頭--優缺點：成本低密度高、節省空間安裝容易（綜合佈線系統）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離較短遮罩雙絞線(STP)非遮罩雙絞線(UTP)以鋁箔遮罩以減少干擾和串音3類、5類、6類（16M、155M、1200M）雙絞線外沒有任何附加遮罩●同軸電纜基帶同軸電纜

一條電纜只用於一個通道，50

，用於數字傳輸寬頻同軸電纜

一條電纜同時傳輸不同頻率的多路模擬信號，75

，用於模擬傳輸，300—450MHz，100km，需要放大器

銅芯絕緣層外導體遮罩層保護套

細同軸

--50

，D=1.02cm，10Mbps

--185m、4中繼、5段（925m）

--優缺點：價格低 安裝方便（T型連接器、BNC接頭、Terminator） 抗干擾能力強 距離短 可靠性差

粗同軸

--50

，D=2.54cm，10Mbps--500m、4中繼、5段（2500m）

--優缺點：價格稍高 安裝方便（收發器、收發器電纜、Terminator） 抗干擾能力強 距離中等 可靠性好

●光纖依靠光波承載資訊速率高，通信容量大

僅受光電轉換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長距離傳輸抗干擾性能極好，保密性好輕便光纖傳輸原理——利用了光的反射

光從一種介質入射到另一種介質時會產生折射。折射量取決於兩種介質的折射率。當入射角≥臨界值時產生全反射，不會洩漏。

光纖：纖芯-折射率高、玻璃包層-折射率低

亮度調製，有脈衝-1，無脈衝-0

光傳輸系統：光源、介質、光檢測器 光源:850nm/1300nm/1500nm

發光二極體/鐳射二極體 介質:光纖 光檢測器:光電二極體PIN/雪崩二極體APD

單向傳輸，雙向需兩根光纖●光纖傳送模式：MMF、SMF

多模MMF

輸入電信號輸出電信號單模SMF

波長:1300,1550nm波長:850,1300nmh2h1芯/封套特性h1h2光纖的直徑減小到一個光波波長多束光線以不同的反射角傳播單束光線沿直線傳播●典型的光纜玻璃封套塑膠外套玻璃內芯單芯光纜多芯光纜玻璃內芯塑膠外套玻璃封套外殼常見規格：玻璃內芯——50um緩變型MMF 62.5um緩變/增強型MMF 8.3um突變型SMF

玻璃包層——125um●高密度多芯光纜剖面結構芯封套外套加強芯光纖外鞘加強芯光纖束●無線介質使用電磁波或光波攜帶資訊無需物理連接適用於長距離或不便佈線的場合易受干擾無線電固定終端點（基站）和終端之間是無線鏈路BS基站

用戶電腦和終端BS基站覆蓋的無線電區域F2F3F1F2F3F1F2F3F1F2F2F3F1F1,F2,F3=使用的頻率地面微波接力兩個地面站之間傳送距離：50-100km地球地面站之間的直視線路微波傳送塔地球同步衛星與地面站相對固定位置使用3個衛星覆蓋全球傳輸延遲時間長22,300公里地球常用傳輸媒體的比較接入技術1一線通

一線通的正式學術名稱是窄帶綜合服務數字網N-ISDN(NarrowbandIntegratedServiceDigitalNetwork)。ISDN是產生於80年代利用單一網路提供語音、文字、數據和圖象等綜合傳輸服務的技術，相對於後來出現的速率高得多而被採用作為寬頻綜合服務數字網B-ISDN(BroadbandbandIntegratedServiceDigitalNetwork)的ATM技術而言，由於其速率低而被更明確地稱為窄帶綜合服務數字網。雖然它的速率用作為主幹網太低了，但用作為接入網還是可以的。

ADSL是非對稱數字用戶線(AsymmetricDigitalSubscriberLine)的英文首字母縮寫，是一種利用原有已到千家萬戶的電話線向用戶提供寬頻上網的技術。它利用數字信號處理的先進技術來消除回音和其他線路雜訊以提高速率，同時又充分利用了上網時上行通道(由用戶到網路)僅傳送少量數字或文字資訊，而下行通道(由網路到用戶)卻要傳送大量多媒體(數字、文字、圖形、圖象、動畫以至於音樂和視象)資訊的特點，在一對用戶線上上行通道只有16-640Kbps，而下行通道可高達640K-8Mbps的數據速率。具體可達到多少速率，既取決於所採用的ADSL設備和線路的品質，也和用戶到電信公司端局的距離有關。比如說，若在3000m的距離內下行通道可高達8.5Mbps，則6000m時就只有1.5Mbps了。2ADSL3HFCHFC是混合光纖—同軸電纜(HybridFiberCoax)的英文首字母縮寫。實際上，目前已連到千家萬戶的有線電視網就是一種HFC網，其主幹是光纖，而接到用戶端的則是同軸電纜。不過，原有的有線電視網是一種廣播網絡，除了受帶寬限制(如有些老的有線電視網帶寬只有300–450MHz)外，由於只能單向傳輸是不適於用作接入網的。但是，若將帶寬擴展到750–860MHz，並經過雙向改造後，由於它已接入千家萬戶，也成為了一種可供選擇的寬頻上網方式。4無線接入

隨著移動通信技術的發展，已從第1代的模擬網進入了第2代的GSM(Gl0balSystemforMobil)數字網。借助於無線應用協議WAP(WirelessApplicationProtocal)，雖然GSM手機已經可以上網了，但必竟速率太慢，實際使用價值不大。現在已經有號稱第2代半的移動通信技術可提供服務，通過它來上網可獲得較高的速率。大家都還在研究第3代的CDMA移動通信技術，一旦它投入使用則理論上最高的數據速率可達2Mbps，這時無線接入上網將會有更大的竟爭力。

2.4數據編碼數據：模擬數據、數字數據信號：模擬信號、數字信號通道：模擬通道、數字通道不同類型的信號在不同類型的通道上傳輸有4種組合，每一種相應地需要進行不同的編碼處理。

模擬傳輸和數字傳輸話音模擬傳輸模擬數字模擬模擬CODEC數字數字數字編碼數字模擬數據，模擬信號數字數據，模擬信號數字數據，數字信號模擬數據，數字信號10101010ModemEncoderDecoderModulatorDemodulator數字或模擬數字或模擬數字信號模擬信號g(t)m(t)px(t)s(t)g(t)m(t)數字或模擬數字或模擬P—調製參數編碼調製編碼和調製用數字信號承載數字或模擬數據——編碼用模擬信號承載數字或模擬數據——調製1.數字數據的數字信號編碼

不歸零制(NRZ，Non-ReturntoZero)

二進位數字0、1分別用兩種電平來表示。 常用＋5V表示1，－5V表示0。

缺點：存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器；不具備自同步機制，必須使用外同步。

曼徹斯特編碼(Manchestercode)

用電壓的變化表示0和1。

規定在每個碼元的中間發生跳變：高→低的跳變——0，低→高的跳變——1∵每個碼元中間都要發生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號，使接收端的時鐘與發送設備的時鐘保持一致。

∴曼徹斯特編碼也稱為自同步碼（Self-SynchronizingCode）。它具有自同步機制，無需外同步信號。缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數據速率的2倍）。

差分曼徹斯特編碼(DifferentialManchestercode)

與曼徹斯特編碼相同，在每個碼元的中間，信號都會發生跳變；不同之處在於：

用在碼元開始處有無跳變來表示0和1

：

碼元開始處有跳變——0

碼元開始處無跳變——101001100011

時鐘NRZManchester差分Manchester三種數字編碼的波形圖2.數字數據的調製編碼三種常用的調製技術：

1）幅移鍵控ASK(AmplitudeShiftKeying)，調幅

2）頻移鍵控FSK(FrequencyShiftKeying)，調頻

3）相移鍵控PSK(PhaseShiftKeying)，調相

基本原理：用數字信號對載波的不同參量進行調製。

載波S(t)=Acos(

t+

)S(t)的參量包括：幅度A、頻率

、相位

調製就是要使這三個參量隨數字基帶信號的變化而變化00110100010ASK調幅FSK調頻PSK調相ASK：用載波的兩個不同振幅表示0(0v)和1(+5v)FSK：用載波的兩個不同頻率表示0(1.2KHz)和1(2.4KHz)PSK：用載波的起始相位的變化表示0(同相)和1(反相)多級調製方法1-單參量多級調製0110000+90+180+27011數據率=信號速率xlog2M M：調製級數+900010000+270011+1800104-PSK多級調製方法2–多參量多級調製16-QAM(正交振幅調製):使用振幅和相位的16種組合04516-QAM的星座圖90180270135315225高速(56Kbps)MODEMD/AA/DA/DD/AD/AA/DV.34(28.8--33.6kbps)最大的雜訊來源於模數轉換的量化雜訊，通道容量極限值約35kbpsD/AA/DD/AV.90(56kbps)交換機1交換機2ISPV.34(28.8--33.6kbps)模擬模擬數字數字數字數字模擬上行仍需模數(A/D)轉換，速率最高為35kbps；下行則可達56Kbps3.模擬數據的數字信號編碼奈奎斯特定理（採樣定理）：

如果連續變化的模擬信號最高頻率為F，若以2F的採樣頻率對其採樣，則採樣得到的離散信號序列就能完整地恢復出原始信號。語音信號要在數字線路上傳輸，必須將語音信號轉換成數字信號。這需要經過三個步驟：

1）採樣——按一定間隔對語音信號進行採樣

2）量化——對每個樣本舍入到量化級別上

3）編碼——對每個舍入後的樣本進行編碼模擬話音採樣時鐘PAM信號PCM信號採樣電路量化和編碼

數位化聲音--話音通道帶寬<4KHz--採樣時鐘頻率：8KHz(>2倍話音最大頻率)--量化級數：256級(8位二進位碼表示)--數據率：8000次/s*8bit=64Kb/s∴每路PCM信號的速率=64000bps編碼後的信號稱為PCM（PulseCodedModulation）信號（脈碼調製信號）PCM轉換過程舉例 3.23.92.83.41.24.2343314011100011011001100

原始信號PAM脈衝PCM脈衝（有量化誤差）011100011011001100PCM輸出PCM轉換波形圖BACDABCD模擬話音採樣時鐘PAM信號PCM信號採樣電路量化和編碼數位化聲音通信系統的例子——電話系統公用電話交換網PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)-端到端的數據傳輸率：104b/s-幹線的數據傳輸率：1010b/s-總體誤碼率：<10-5

-通信幹線採用光纖或微波數字傳輸系統。優點：出錯率低、可傳輸語音/數據/圖像、速率高、成本低、維護容易構成：本地回路、交換局、幹線端局端局長途局中心局長途局本地回路准長途幹線高帶寬長途幹線准長途幹線本地回路光纖、微波、同軸雙絞線雙絞線本地回路編碼解碼器Codec編碼解碼器Codec用戶設備用戶設備ModemModem端局端局長途局數字幹線模擬線路（本地回路）模擬線路（本地回路）●絕大多數為模擬線路●電腦間傳輸：以模擬為主，所以信號要經過多次變換：數字→模擬→數字→模擬→數字•

複用——多個資訊源共用一個公共通道

为何要复用？线路成本DEMUX複用器解複用器共用通道MUX2.5多路複用技術複用類型FDM(頻分複用)WDM(波分複用)TDM(時分複用)1.頻分複用FrequencyDivisionMultiplexingCH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻後帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬複用f原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每個用戶佔用一個頻率通道。頻率通道之間留有防護頻帶。適用於模擬信號傳輸2.波分複用WaveDivisionMultiplexingF2F1F3

光譜F1F2F3共用光纖的光譜

光纖2光纖3光纖1共用光纖

採用無源設備，更可靠棱柱/衍射光柵原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長範圍，每個用戶佔用一個波長範圍來進行傳輸。3.時分複用TimeDivisionMultiplexing原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個通道（時隙），每個用戶佔用一個通道傳輸數據。

A2A1A3原始信號D2D1D3數位化信號MUX複用後數據時隙1234D3D2D1適用於數字信號傳輸

時間片統計(非同步)TDM——STDMABCD待發數據t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2週期1週期2同步TDM帶寬浪費A1B1C2B2週期1週期2統計TDM可用帶寬TDM的缺點：某用戶無數據發送，其他用戶也不能佔用該通道，將會造成帶寬浪費。改進：統計時分多路複用（STDM），用戶不固定佔用某個通道，有空槽就將數據放入。數字載波標準T-標準北美、日本E-標準歐洲、中國、南美用數字信號傳輸語音和數據的時分複用標準。

每125us為一個時間片，每時間片分為32個通道（供32個用戶輪流使用）。每通道佔用125us/32=3.90625us

每通道一次傳送8位二進位數據，即每個二進位位佔用0.48828125us，所以

E1速率=1/0.48828125=2.048Mb/s

E1標準也可以這樣計算E1速率

E1速率=(32x8bit)/125ms=2.048Mb/sE1-幀格式0121631125ms=32時隙=2.048Mbps幀同步信令通道30路話音數據通道+2路控制通道2.6交換技術為降低通信線路造價，大型網路主要採用部分連接的拓撲結構。兩個端節點之間的通信連接一般都要通過中間節點的轉接，中間節點要在它所連接幾條線路中選擇一條進行接續。就像電話交換機為通話雙方接續線路一樣，這個過程被稱為交換。

實現交換的方法主要有：電路交換、報文交換、分組交換。

電路交換交換設備在通信雙方找出一條實際的物理線路的過程。(最早的電路交換連接是由電話接線員通過插塞建立的，現在則由電腦化的程式控制交換機實現。)特點：數據傳輸前需要建立一條端到端的通路。

呼叫——建立連接——傳輸——掛斷

優缺點：建立連接的時間長；一旦建立連接就獨佔線路，線路利用率低；無糾錯機制；建立連接後，傳輸延遲小。報文交換整個報文作為一個整體一起發送。在交換過程中，交換設備將接收到的報文先存儲，待通道空閒時再轉發出去，一級一級中轉，直到目的地。這種數據傳輸技術稱為存儲-轉發。缺點：1）報文大小不一，造成緩衝區管理複雜。2）大報文造成存儲轉發的延時過長；3）出錯後整個報文全部重發。分組交換（包交換）將報文劃分為若干個大小相等的分組(Packet)進行存儲轉發。優點：1）存儲量要求較小，可以用記憶體來緩衝分組——速度快；2）轉發延時小——適用於互動式通信；3）某個分組出錯僅重發該分組——效率高；4）各分組可通過不同路徑傳輸，可靠性高。特點：1）數據傳輸前不需要建立一條端到端的通路。2）有強大的糾錯機制、流量控制和路由選擇功能。三種交換方式的事件順序呼叫請求呼叫應答數據ABCD分組1分組2分組3報文ABCDABCD尋路延遲排隊延遲線路交換報文交換分組交換非同步傳輸模式ATMATM是一種高速分組交換技術，採用了以信元（cell）為單位的存儲轉發方式，故又稱為信元交換。ATM將話音、數據和圖像等數據分解成長度固定的數據塊，並在各數據塊前裝配地址、優先順序等控制資訊構成信元。信元由信元頭部和有效載荷構成：信元頭部有效載荷5B48B在ATM網路中，空信元以一定的速率出現，發送站只要獲得空信元即可插入資訊發送。因資訊插入位置無週期性，故稱這種傳送方式為非同步傳輸模式。ATM特點：1)

面向連接（虛連接），按序遞交；2)

固定大小的信元，便於高速處理（可用硬體實現），傳輸速率≥622Mb/s；3)QoS特性保證了ATM可以即時地傳送語音和活動圖像。123456數據塊信元流2.7差錯控制產生差錯的原因：1）通道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位的畸變；2）信號反射；3）串擾；4）閃電、大功率電機的啟停等。線路傳輸差錯是不可避免的，但要儘量減小其影響。基本方法：接收方進行差錯檢測，並向發送方應答，告知是否正確接收。差錯檢測主要有兩種方法：1.奇偶校驗（ParityChecking）在原始數據字節的最高位增加一個附加比特位，使結果中1的個數為奇數(奇校驗)或偶數(偶校驗)。增加的位稱為奇偶校驗位。

例：原始數據=1100010，採用偶校驗。則增加校驗位後的數據為11100010若接收方收到的位元組奇偶結果不正確，就可以知道傳輸中發生了錯誤。奇偶校驗只能檢測出奇數個比特位錯，對偶數個比特位錯則無能為力。2.迴圈冗餘校驗（CRC,CyclicRedundancyCheck）一種通過多項式除法檢測錯誤的方法。

編碼思想：將位串看成係數為0或1的多項式檢錯思想：收發雙方約定一個生成多項式G(x)（其最高階和最低階係數必須為1），發送方在幀的末尾加上校驗和，使帶校驗和的幀的多項式能被G(x)整除。接收方收到後，用G(x)除多項式，若有餘數，則傳輸有錯。

校驗和計算方法

若G(x)為r階，原幀為m位，其多項式為M(x)，則在原幀後面添加r個0，幀成為m+r位，相應多項式xrM(x)

按模2除法用對應於G(x)的位串去除對應於xrM(x)的位串

按模2加法把xrM(x)的位串與餘數相加，結果就是要傳送的帶校驗和的幀的多項式T(x)T(x)=xrM(x)+[xrM(x)MOD2G(x)]

CRC校驗示例待校驗數據：1101,0110,11G(x)=x4+x+1,即10011

110101101100001001111000010101001110011100110000101101001110100100111110餘數∴傳送序列T(x)=1101,0110,1111,10差錯控制技術自動請求重傳AutomaticRepeatRequest(ARQ)停等ARQ

發送方每發完一幀必須等接收方確認後才能發下一幀。Go-back-NARQ

發送方可連續發送多幀。若前面某幀出錯，從該幀以後的各幀都需重發。（一般與流控結合使用）選擇重傳ARQ

發送方可連續發送多幀。若前面某幀出錯，只需重發該出錯的幀。發送方需要緩存前面所有未被確認的幀。思考與練習題一、選擇題（正確的選擇可能不止一個）1、數據傳輸速率最本質地是由________決定的。

A.通道長度 B.通道帶寬C.傳輸的數據類型D.通道利用率2、雙絞線的特點是________。

A.可以傳輸模擬信號B.可以傳輸數字信號C.可以用於點到點傳輸D.可以用於點到多點傳輸3、交換技術分為________。

A.線路交換 B.報文交換C.虛電路交換 D.數據包交換4、常用的數據通信服務包括________。

A.Internet B.幀中繼C.教育科研網 D.DDN5、________屬於內含時鐘的編碼。

A.曼徹斯特編碼 B.差分曼徹斯特編碼C.PCM D.NRZ6、利用模擬通道傳輸數字信號的方法叫做________。

A.基帶傳輸 B.調幅C.調頻 D.頻帶傳輸7、採用時分多路複用的是________。

A.T1 B.E3C.SONET D.ATM8、RS-232C定義了有關物理鏈路的________。

A.機械特性 B.電氣特性C.功能特性 D.規程特性9、Modem採用的調製技術有________。

A.調幅 B.調頻C.調相D.混合調製二、判斷對錯（正確的劃“V”，錯誤的劃“X”）_____通過改進編碼技術，可以無限提高數據傳輸速率。_____信號在介質上的傳播速度由通道帶寬決定。_____無線電、移動通信、衛星通信都屬於無線通信。_____單模光纖比多模光纖細，所以傳輸速率低。_____同軸電纜既可用於電腦通信，又可用於傳輸有線電視信號。_____光纖通信採用的多路複用技術叫做WDM。三、思考題1、如何理解數字通信模型？2、從通道容量定理可以得出什麽結論？3、列出四種以上常用傳輸介質。

電腦網絡體系結構與網路協議3.1網路體系結構的基本概念（分層和協議）3.2OSI（OSI/RM）體系結構3.3Internet（TCP/IP）體系結構3.4兩種體系結構的比較一個電腦網絡必須為大量電腦之間提供通用的、高效的、公平的、堅固的、高性能的連通性。但是似乎這還不夠，因為網路不是一成不變的，它必須適應基本技術和應用程式需求的變化。設計一個滿足這些需求的網路並非易事。為了幫助處理這種複雜性，網路設計者已經制定了通用的藍圖，稱為網路體系結構（networkarchitecture），用以指導網路的設計和實現。這一章介紹OSI和TCP/IP體系結構。可以說OSI是個失敗的例子，不過可也是學習網路概念的好教材。TCP/IP使用廣泛。

網路體系結構發展的背景——網路的狀況多種通信媒介——有線、無線。。。不同種類的設備——通用、專用。。。不同的操作系統——Unix、Windows。。。不同的應用環境——固定、移動。。。不同種類業務——分時、交互、即時。。。寶貴的投資和積累——有形、無形。。。用戶業務的延續性——不允許出現大的跌宕起伏它們互相交織，形成了非常複雜的系統應用環境。

3.1網路體系結構的基本概念（分層和協議）1協議分層2各層的設計問題3介面和服務4面向連接的服務和無連接的服務5服務和協議的關係1協議分層從最基本的硬體提供的服務開始，然後增加一系列的層，每一層都提供更高（更抽象）一級的服務高層提供的服務用底層提供的服務來實現。

圖分層網路系統當系統變得複雜時，系統設計者就會引入另一個抽象層。抽象的概念是定義一個能抓住系統的主要特徵的統一模型，並將這種模型封裝為一個對象，為系統其他部分提供一個可操作的介面，對象如何實現的細節對於對象的使用者來說是隱藏的，問題是如何抽象出可同時提供的一個服務，這個服務適用於大多數情況並且能在底層系統中有效實現。抽象很自然地導致分層，尤其是在網路系統中。一般地思想是，從最基本的硬體提供的服務開始，然後增加一系列的層，每一層都提供更高（更抽象）一級的服務。高層提供的服務用底層提供的服務來實現。分層的好處各層之間是獨立的，問題複雜程度降低靈活性好，可隨時修改甚至取消某層功能結構上可分離易於維護和實現能促進標準化工作

某一層並不需要知道它的下層是如何實現的，而僅僅需要知道該層通過層間的藉口所提供的服務。由於每一層只實現一種相對獨立的功能，因而可能將一個難以處理的複雜問題分解為若干個較容易處理的更小的問題，複雜程度降低。當任何一層發生變化時（例如，由於技術的變化），只要層間接口保持不變，則在這層之上或之下的各層均不受影響。此外還可對該層的服務內容進行修改。當不需要，甚至可取消。每層都可以採用最合適的技術來實現。分成多個子系統，維護和調試變得容易了。因為每一層的功能及所提供的服務都已有了精確的說明。層不能太多也不能太少！幾個概念一臺機器的第n層與另一臺機器的第n層進行對話，通話的規則就是第n層的協議（protocol）每一層中活動的元素通常稱為實體（entity）不同機器裏包含對應層的實體叫做對等實體（peerorpeerentity）某一系統所使用的協議列表，每層一個協議，被稱為協議棧（protocolstack）層和協議的集合被稱為網路體系結構（networkarchietecture）

協議基本上式通信雙方關於通信如何進行達成的一致。

協議：為進行網路中的數據交換（通信）而建立的規則、標準或約定。(=語義+語法+規則)不同層具有各自不同的協議。實體：任何可以發送或接收資訊的硬體/軟體進程。對等層：兩個不同系統的同名層次。對等實體：位於不同系統的同名層次中的兩個實體。

協議作用在對等實體之間。介面：相鄰兩層之間交互的介面，定義相鄰兩層之間的操作及下層對上層的服務。服務：某一層及其以下各層的一種能力，通過介面提供給其相鄰上層。

P3P2P1對等層通信的實質：

對等層實體之間虛擬通信下層向上層提供服務實際通信在最底層完成右圖給出了對等層通信更一般的抽象。21321物理通信線路3

N+1

N

N-1

N+1

N

N-1Pn-1PnPn+1系統A系統B消息圖協議圖

實際上數據不是從一臺機器的第n層直接傳到另一臺機器的第n層，而是每一層都把資訊和控制資訊交給它的下一層，知道最下層，物理層，它進行實際的通信。理解上圖的關鍵是要理解虛擬通信和實際通信之間的關係，以及協議和介面之間的區別。層的服務定義明確，層間的介面也要定義明確。封裝圖封裝

2各層的設計問題每一層都需要識別發送方和接受方的機制另一組設計決策與數據傳送的規則有關差錯控制先後順序如何避免高速發送方發送數據過快，使低速接受方難以應付的局面所有進程都應該能夠接受任意長的報文多路複用和解多路複用路由選擇

電腦網絡的某些關鍵問題，在好幾層的設計中都會出現，重點來看一下這些問題。網路中很多電腦，如何識別對方，就需要有某種尋址手段來指定特定的目標。單工通信（simplexcommunication）雙工通信（full-duplexcommunication）半雙工通信（half-）協議還需要確定每條連接對應多少條邏輯通道，他們的優先順序如何，一般提供2條，一條正常數據，一條緊急。物理通信線路並非完美無缺，所以差錯控制是另一個重要問題，已知的檢錯和糾錯方法有多種，雙方約定一種即可，另外，接受方應該通知發送方哪些報文已經正確地接受，哪些沒有。為了解決可能出現地順序錯誤，協議必須明確地保證接受方能夠把報文按原來地順序重新組合在一起，一個容易想到的方法就是資訊編號。高速問題在各層都要面臨解決：a接受方向發送方直接或間接地回饋接受方的當前狀態；b雙方以商定的速率發送。這一特徵要求我們能把報文分割、傳輸和重新組裝。與之相關的另一個問題是：當進程要傳送的數據單元太小時，發送的效率太低。這裏的解決方案是把幾個傳向同一個目標的短報文收集成一個長報文，然後在接受方再分解為原報文。當每一對通信進程建立一個獨立的連接不方便或者效率上不合算時，可以利用下一層的同一個連接為多個無關的對話服務。這就是多路複用（multiplexing）和解多路複用（de-）路由選擇有時候需要多層來決定。3介面和服務每一層的功能是為其上層提供服務的N層實體實現的服務為N+1層所利用，在這種情況下，N層稱為服務提供者（serviceprovider），N+1層為服務用戶（serviceuser）服務是在服務接入點（SAP，serviceaccesspoint）提供給上層使用的，N層SAP就是N+1層可以訪問N層服務的地方每個SAP都有一個唯一表明它的地址

SAP是標準電話插孔，SAP地址相當於所對應的電話號碼4面向連接的服務和無連接的服務面向連接的服務：首先要建立連接，使用連接，然後釋放連接，連接本質上像一個管道，順序不變無連接的服務：每個報文有完整的地址，並且每個報文獨立其他報文傳送，順序可能改變

下層能為上層提供兩種不同形式的服務：一個以電話為例，一個以郵政為例。

面向連接服務與無連接服務ConnectionOrientedServiceConnectionlessService參考模式電話系統郵政系統特點靜態分配資源；傳輸前需要建立連接動態分配資源可靠性提供可靠的報文流服務不能防止報文的丟失、損壞、重複和失序對目的地址的要求僅在連接階段需要完整的目的地址需要為每一個報文提供完整的目的地址適用場合在一段時間內向同一目的地發送大量報文;即時性要求少量零星報文分類及示例1.可靠消息流-檔傳輸2.可靠位元組流-遠程登錄3.不可靠連接-數位化聲音1.數據報-廣播/組播2.可靠的數據報-掛號郵件3.請求應答-資料庫查詢服務品質（QoS）用來評價服務的特性有兩種：可靠的和不可靠的面向連接的可靠服務：報文序列和位元組流面向連接的不可靠服務：數位化的聲音無連接的可靠服務：有確認的數據報無連接的可靠服務：數據報

5服務和協議的關係服務是各層向它上層提供的一組操作服務定義了兩層之間的介面協議定義同層對等實體之間交換的幀、分組和報文的格式及意義的一組規則

服務和協議式完全不同的概念，但二者常常被混淆在一起。儘管服務定義了各層能夠代表它的上層完成的操作，但絲毫也未涉及這些操作的具體實現。服務定義了兩層之間的介面，上層為服務用戶，下層為服務提供者。實體利用協議來實現他們的服務定義，只要不改變提供給用戶的服務，實體可以任意地改變他們地協議，這樣服務和協議就被完全的分開了。3.2OSI（OSI/RM）體系結構1.分層原則2.層的劃分

圖OSI體系結構ISO是最早形式化定義連接電腦的通用方法的組織之一。它們的體系結構，稱為開放系統互連參考模型（OSI/RM），它將網路按功能性劃分為7層，其中由一個或多個協議實現某層的功能。這只是一個參考的模型，並不是一個協議圖。ISO通常與另外一個標準化組織，國際電信聯盟（ITU）聯合，一起發佈一系列基於OSI體系結構的協議說明。這個系列通常叫做“X點”系列，因此協議命名為X.25、X.400、X.500等。已經有基於這些標準的一些網路，包括公共X.25網路和專用網路。1分層原則根據不同的層次的抽象分層每層應該實現一個定義明確的功能每層功能的選擇應該有助於制定網路協議的國際標準各層邊界的選擇應該儘量減少跨過介面的通信量層數足夠多，避免不同功能混在一層中，層也不能太多，否則體系結構過於龐大

OSI模型有7層。OSI模型本身不是網路體系結構的全部內容，這是因為它並未確切描述用於各層的協議和服務，它僅僅告訴我們每層應該做什麼。不過OSI各層制定了標準，但它們不是參考模型的一部分，作為獨立的國際標準，X.系列。2層的劃分物理層資料鏈路層網路層傳輸層會話層表示層應用層

應用層Application表示層Presentation會話層session傳輸層transport物理層Physical資料鏈路層DataLink網路層Network7654321處理網路應用數據表示主機間通信端到端的連接尋址和最短路徑介質訪問（接入）二進位傳輸OSI參考模型將網路的不同功能劃分為7層物理層physicallayer涉及到通信在通道上傳輸的原始比特流這層的設計主要是處理機械的、電氣的和過程的介面，以及物理層下的物理傳輸介質等問題。

設計上必須保證一方發出二進位“1”時，對方接受的也是“1”，而不是“0”。這裏典型的問題使用多少伏特的電壓表示“1”，多少伏特的電壓來表示“0”；一個比特持續多少微秒；傳輸是否在兩個方向上同時進行；最初的連接如何建立和完成通信後連接如何終止；網路接插件有多少針以及各針的用途。資料鏈路層datalinklayer主要任務：加強物理層傳輸原始比特的功能，使之對網路層顯現一條無錯的線路資料鏈路層要解決由於幀的破壞，丟失，重複所導致的問題流量調節的機制數據幀和確認幀的通道使用權問題

發送方把輸入數據分裝在數據幀（dataframe）中，按順序發送幀，並處理接受方回送的確認幀（acknowledgeframe），因為物理層僅僅接受和傳送比特流，並不關心它的意義和結構，所以只能依賴各鏈路層來產生和識別幀邊界。可以通過在幀的前面或者後面附加上特殊的二進位編碼模式來達到這一目的。傳輸線路上突發的雜訊干擾可能把幀完全破壞掉，在這種情況下，發送方機器上的資料鏈路層軟體必須重傳幀。資料鏈路層要解決的另外一個問題（在大多數層也存在），是防止高速的發送方的數據把低速的接受方“淹沒”。因此需要有某種流量調節機制，使發送方知道當前接受方還有多少緩存空間。通常流量調節和出錯控制同時完成。即從A到B的數據幀的確認幀將同從B到A的數據幀爭奪線路的使用權。網路層networklayer確定分組從源端到目的端的路由選擇擁塞控制記帳功能（log）異型網路互聯

網路層關係到子網的運行控制，其中一個關鍵問題是確定分組從源端到目的端如何選擇路由。路由既可以選用網路中固定的靜態路由表，幾乎保持不變，也可以在每一次會話開始時決定（例如通過終端對話決定），還可以根據當前網路的負載情況，高度靈活地為每一個分組決定路由。如果子網中出現過多地分組，它們將相互阻塞通路，形成瓶頸。此類擁塞控制也屬於網路層的範圍。因為擁有子網的人總希望他們提供的子網服務能夠得到報酬，所以網路層通常設有記帳功能當分組不得不跨越一個網路以到達目的地時，新的問題又會產生。第二個網路的尋址方法可能和第一個網路完全不同，第二個網路可能由於分組太常而無法接收；這些都是需要網路層解決的。傳輸層transportlayer傳輸層使會話層不受硬體技術變化的影響要求傳輸層的多路複用對會話層透明傳輸層最終決定服務類型真正“端到端”的層區別報文來自哪條連接必須解決跨越網路連接的建立和拆除

傳輸層的基本功能是從會話層接受數據，並且在必要時把它分成小的單元，傳遞給網路層，並確保到達對方的資訊正確無誤，而且，這些任務都必須高效地完成，從某種意義上講，傳輸層是會話層不受硬體技術變化的影響。通常，會話層每請求建立一個傳輸連接，傳輸層就為其創建一個獨立的網路連接。如果資訊吞吐量大，則傳輸層為之建立多個連接。如果小，就把幾個傳輸連接複用到一個網路連接上，以降低費用，任何情況下，都要求傳輸層使得多路複用對會話層透明。傳輸層也要決定會話層，最終向網路用戶提供什麼樣的服務。最流行的傳輸連接是一條無錯的，按發送順序傳輸報文或位元組的點到點的通道。但是，還有的傳輸服務不能保證傳輸次序的獨立報文傳輸和多目標廣播。採