物流信息技术 第7章 计算机网络技术(2012)学习资料

第7章计算机网络技术一、计算机网络的一般概念（一）、计算机网络发展的历史单机大、中、小型机—庞大，昂贵缺点:资源无法共享自主计算机autonomouscomputers计算机网络指代自主计算机的互联集合。网络始于50’s，近20年发展迅速。发展的动力：资源共享的需求大型项目的合作人与人之间的沟通从体系结构来看，网络的发展可分为三个时代：联机终端系统（单机网络）以通信子网为中心（计算机—计算机）采用标准化的层次体系结构1.以单处理机为中心的联机终端网络系统产生时间：20世纪60年代以前 1946年计算机的诞生特征：计算机体积大、价格昂贵、计算能力强1952年美国半自动化地面防空系统（SAGE）特征：以单处理机为中心的联机网络，集中式控制

60年代初美国航空公司飞机订票系统(SABRE-1)

特征：以单处理机为中心的联机网络，集中式控制

缺点：主机负荷重，线路利用率低特征——共享主机资源单台主机——

计算、通信多台终端——用户交互本地、远程连接2.计算机－计算机网络产生时间：20世纪60年代~20世纪70年代特征网络结构从“主机－终端”转变为“主机－主机”单主机终端网络的互联，形成多主机为中心的网络HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路2.计算机－计算机网络（续）主机－主机网络的演变演变阶段1通信任务从主机中分离CCP-通信控制处理机专门处理主机之间的通信任务引入CCP-通信控制处理机CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT两层网络概念的出现由CCP组成的传输网络——通信子网，为资源子网提供信息传输服务主机的集合——资源子网，提供各种网络资源，建立在通信子网基础上演变阶段2通信子网规模扩大公用数据通信网PSTN（公用服务电话网）X.25（公用数据分组网）优点降低用户系统建设成本通信线路利用率高兼容性好公用数据通信网HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT公用数据通信网典型例子因特网的前身——ARPANET美国军方建立的实验性网络最初4个节点→70’s的60多个节点地域跨越美洲、欧洲具有现代网络的许多特征第二代计算机网络的不足之处网络普及程度低标准不统一网络体系结构的研究不成熟3、因特网时代因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。但这三个阶段在时间划分上并非截然分开而是有部分重叠的，这是因为网络的演进是逐渐的而不是突然的。因特网发展的第一阶段第一个分组交换网ARPANET最初只是一个单个的分组交换网。ARPA研究多种网络互连的技术。1983年TCP/IP协议成为标准协议。同年，ARPANET分解成两个网络：ARPANET——进行实验研究用的科研网MILNET——军用计算机网络1983~1984年，形成了因特网Internet。1990年ARPANET正式宣布关闭。因特网发展的第二阶段1986年，NSF建立了国家科学基金网。NSFNET。它是一个三级计算机网络：主干网地区网校园网1991年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。1993年因特网主干网速率提高到45Mb/s（T3速率）。三级结构的因特网各网络之间需要使用路由器来连接。有时在结构图中可不画出路由器。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器主机到主机的通信可能要经过多种网络。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网因特网发展的第三阶段从1993年开始，由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的ISP网络所代替。1994年开始创建了4个网络接入点NAP(NetworkAccessPoint)，分别由4个电信公司经营。NAP就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初，美国的NAP的数量已达到十几个。从1994年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。多级结构的因特网主机到主机的通信可能经过多种ISP。大公司地区ISP网络接入点NAP（对等点）公司校园网主干服务提供者校园网校园网校园网校园网本地ISP地区ISP地区ISP地区ISP本地ISP本地ISP大公司大公司网络接入点NAP（对等点）今日的多级结构的因特网大致上可将因特网分为以下五个接入级网络接入点

NAP国家主干网（主干ISP）地区ISP本地ISP校园网、企业网或PC机上网用户二、计算机网络的分类1按距离划分局域网(LAN，LocalAreaNetwork)

工作范围：10m-1km，同一个楼房、校园城域网(MAN，MetropolitanAreaNetwork)

工作范围：1km-几十km,同一城市广域网(WAN，WideAreaNetwork)

工作范围：几十km-几千km,同一国家、州、全球接入网（AN，AccessNetwork）称本地接入或居民接入2按拓扑结构划分网络的拓扑结构是指抛开网络中的具体设备，用点和线来抽象出网络系统的逻辑结构。星形环形总线型网状3按传输技术划分广播式网络：总线形网、环形网等。适用场合：小的、地理上处于本地的网络。点到点网络4按网络使用者分类公用网：如CHINAPAC、Cernet专用网：如金融系统、铁路系统的内部网络5按交换方式划分电路交换网（基于位置，面向连接的）如电话系统报文交换（基于存储转发的）

如电报分组交换（信元交换）（基于标记，无连接的）如因特网、ATM网络

混合交换（电路＋分组）三、传输介质1、同轴电缆

同轴电缆包括由绝缘体包围的一根中央铜线、一个网状金属屏蔽层以及一个塑料封套。在同轴电缆中，铜线传输电磁信号；网状金属屏蔽层一方面可以屏蔽噪声，另一方面可以作为信号地；绝缘层通常由陶制品或塑料制品组成。同轴电缆存在许多不同规格，虽然在当前的使用中可能只见过2、3种类型的同轴电缆，每一种规格都被分配一个无线管理（RG）规格号。电缆类型之间的主要差异在于中心线所使用的材料上。

10base2细同轴电缆及BNC头实物图10base5粗同轴电缆实物图同轴电缆的类型规格阻抗描述RG-58/U

50欧姆

细缆，固体实心铜线RG-58A/U

50欧姆

细缆，常称为10Base2RG-58C/U50欧姆

细缆，RG-58A/U的军用版本

RG-59

75欧姆

宽带电缆，用于TV电缆RG-8

50欧姆粗缆，固体实心线，直径大约为0.4英寸

RG-11

50欧姆粗缆，直径大约为0.4英寸，标准实心线，常称为1英寸RG-62

50欧姆用于ARCnet和IBM3270终端

1）粗缆（10Base5）

IEEE将粗缆命名为10Base5Ethernet。10代表10Mbps的吞吐量，Base代表是基带传输，5代表粗缆的最大段长度为500米。特性如下。●吞吐量：根据IEEE802.3标准，粗缆传输数据的最大速率是10Mbps。它使用基带传输。●成本：粗缆比光缆便宜得多，但比其他类型的同轴电缆，如细缆，要昂贵得多。●连接器：粗缆需要一种转接器（在线上穿孔的连接器）连接到收发器，再用一个下行电缆连接网络设备。粗缆网络连接●抗噪性：由于宽的直径和较好的屏蔽物，使得粗缆具有最高的抗噪性。●尺寸和可扩展性：由于粗缆具有高抗噪性，因而与其他类型的电缆相比，它允许数据传输更远的距离。它的最大段长度是500米，每段最大能够容纳100个节点。它的总最大网络长度为1500米。为最小化站点之间的干扰的可能性，网络设备应分隔2.5米。它的坚硬性使它难于处理和安装。2）细缆（10Base2）

IEEE将细缆命名为10Base2Ethernet，其中10代表它的数据传输速率为10Mbps，Base代表它使用基带传输，2代表它的最大段长度为185米（或粗略为200米）。细缆电缆直径大约为0.64cm，也更易于处理和安装。特性如下：●吞吐量：细缆传输数据的最大速率为10Mbps，使用基带传输。●费用：细缆比粗缆和光缆便宜得多，但比双绞线电缆昂贵。

●尺寸和可扩展性：细缆允许每个网络段最长185米，细缆每段最多仅能容纳30个节点，它的最大总网络长度为550多米。为最小化干扰，细缆网络中的设备应至少分隔0.5米。●连接器：细缆使用BNC-T型连接器将电缆与网络设备相连。一个具有3个开放口的BNC连接器的T型底部连接到Ethernet的网络接口卡上，两边连接细缆电缆，以便允许信号进出网络接口卡。

●抗噪性：由于有绝缘体和屏蔽层，细缆比双绞线电缆具有更强的抗噪能力，但不如粗缆抗噪能力强。细缆的主要优点是非常低的成本以及使用相对容易一些。

粗缆和细缆都能用于总线结构中。使用总线结构的网络必须在两端终结。因此，粗缆和细缆都需要一个50欧姆的电阻器以终结网络的每一端。若没有终结器，总线网络上的信号将在网络的两端之间无休止地传输，这种现象称为信号反射。

使用总线拓扑结构的同轴电缆网络示意图2双绞线双绞线（TP）电缆类似于电话线，由绝缘的彩色铜线对组成，每根铜线的直径为0.4～0.8mm，两根铜线互相缠绕在一起，双绞线对中的一根电线传输信号信息，另一根接地并吸收干扰。双绞线电缆能适应当前更快的网络传输速率。由于双绞线电缆的广泛使用，它出现在传输速率更快的网络中。所有的双绞线电缆可以分为两类：

1）屏蔽双绞线屏蔽双绞线（STP）电缆中的缠绕电线对被一种金属（如箔）制成的屏蔽层所包围，而且每个电线对中的电线也是相互绝缘的。屏蔽双绞线（STP）示意图

2）非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线（UTP）电缆包括一对或多对由塑料封套包裹的绝缘电线对。UTP电缆中的10Base-T、100Base-T，其中“10”或“100”代表最大数据传输速率为10Mbps或100Mbps，Base代表采用基带传输方法传输信号，T代表UTP。双绞线电缆的标准是由TIA/EIA国际协会制定的。为管理网络电缆，需要熟悉用于现代网络的一些标准，特别是3类和5类UTP。

1类线（CAT1）：一种包括两个电线对的UTP形式。1类线适用于语音通信，而不适用于数据通信。它每秒最多只能传输20千位（kbps）的数据。

2类线（CAT2）：一种包括四个电线对的UTP形式。数据传输速率可以达到4Mbps。但由于大部分系统需要更高的吞吐量，2类线很少用于现代网络中。

3类线（CAT3）：一种包括四个电线对的UTP形式。在带宽为16MHz时，数据传输速率最高可达10Mbps。3类线一般用于10Mbps的Ethernet或4Mbps的TokenRing。

4类线（CAT4）：一种包括四个电线对的UTP形式，它能支持高达10Mbps的吞吐量。CAT4可用于16Mbps的TokenRing或10Mbps的Ethernet网络中。它可确保信号带宽高达20MHz。与CAT1、2、3相比，它能提供更多的保护以防止串扰和衰减。

5类线（CAT5）：用于新网安装及更新到快速Ethernet的最流行的UTP形式。CAT5包括四个电线对，支持100Mbps的吞吐量和100Mbps的信号速率。CAT5电缆支持其他快速联网技术，如异步传输模式（ATM）。

6类线（CAT6）：包括四对电线对的双绞线电缆。每对电线被箔绝缘体包裹，另一层箔绝缘体包裹在所有电线对的外面，同时一层防火塑料封套包裹在第二层箔层外面。箔绝缘体对串扰提供了较好的阻抗，从而使得CAT6能支持的吞吐量是常规CAT5吞吐量的6倍。

STP和UTP具有许多共同的特性，下面列出它们主要的相同和不同之处。●吞吐量：STP和UTP能以10Mbps的速率传输数据，CAT5UTP以及在某些环境下的CAT3UTP的数据传输速率可达100Mbps。●成本：STP和UTP的成本区别在于所使用的铜态级别、缠绕率以及增强技术。一般来说，STP比UTP更昂贵，但高级UTP也是非常昂贵的。●连接器：STP和UTP使用的连接器和数据插孔看上去类似于电话连接器和插孔。

●抗噪性：STP具有屏蔽层，因而它比UTP具有更好的抗噪性。但是，在另一方面，UTP可以使用过滤和平衡技术抵消噪声的影响。●尺寸和可扩展性：STP和UTP的最大网段长度都是100米。它们的跨距小于同轴电缆所提供的跨距，这是因为双绞线更易受环境噪声的影响。双绞线的每个逻辑段最多仅能容纳1024个节点，整个网络的最大长度与所使用的网络传输方法有关。3、光缆光导纤维简称为光缆。它的中心部分包括一根或多根玻璃纤维，通过从激光器或发光二极管发出的光波穿过中心纤维进行数据传输。在光纤的外面是一层玻璃，称之为包层。在包层外面，是一层塑料的网状的Kevlar（一种高级的聚合纤维），以保护内部的中心线。最后一层塑料封套覆盖在网状屏蔽物上。光缆可分成两大类：单模式和多模式。单模光缆携带单个频率的光将数据从光缆的一端传输到另一端。通过单模光缆，数据传输速度更快，距离也更远。相反，多模光缆可以在单根或多根光缆上同时携带几种光波。光缆的不同层面示意图光缆的特性总结如下：●吞吐量：光缆可以以每秒10GB以上的速度可靠地传输数据。纯的玻璃纤维束每秒可接收高达1亿个激光脉冲。它的高吞吐量能力也使它适用于拥有大量通信业务量的情形，如电视或电话会议。●连接器：光缆可以使用许多不同类型的连接器。●抗噪性：光缆的抗噪性很强。

●尺寸和可扩展性：由光缆组成的网络段能跨越1000米。整个网络的长度根据所使用的光缆类型的不同而不同。各种光尾纤连接器光缆有单模和多模之分，其特性比较如表所示：单模多模用于高速度，长距离用于低速度，短距离成本高成本低窄芯线，需要激光源宽芯线，聚光好耗散极小，高效耗散较大，低效

光缆的类型由模、材料、芯尺寸和外层尺寸决定，芯的尺寸大小决定光的传输质量。常用的光缆有：

8.3mm芯/125mm外层 单模

62.5mm芯/125mm外层 多模

50mm芯/125mm外层 多模

100mm芯/140mm外层 多模光缆在普通计算机网络中的安装是从用户设备开始的。因为光缆只能单向传输，如要实现双向通信，就必须成对出现，一个用于输入，一个用于输出。4、无线传输介质无线传输介质，简称无线（自由或无形）介质或空间介质。无线传输介质是指在两个通信设备之间不使用任何物理的连接器，通常这种传输介质通过空气进行信号传输。当通信设备之间由于存在物理障碍而不能使用普通传输介质时，可以考虑使用无线介质。

根据电磁波的频率，无线传输系统大致分为广播通信系统、地面微波通信系统、卫星微波通信系统和红外线通信系统。因此，对应的3种无线介质是无线电波（30MHz～1GHz）、微波（300MHz～300GHz）、红外线和激光。

1）无线电波通信无线电波通信主要用在广播通信中。

2）红外传输红外网络使用红外线通过空气传输数据，就好像电视遥控器发送穿过房间的信号。目前，红外传输主要用于在同一房间中的设备间的通信。红外传输在一个方向传输速率为16Mbps，多个方向不超过1Mbps。

3）卫星通信卫星通信是利用静止的地球与同步卫星作为中继站的通信系统。地面系统通常采用定向抛物天线。卫星通信系统具有通信容量大，传输距离远，覆盖范围广，特别适用于全球通信、电视广播和地理环境恶劣的地区使用等优点。22,300公里地球无线电微波通信在数据通信中占有重要地位。微波的频率范围为300MHz～300GHz。微波在空间主要是直线传播。由于微波会穿透电离层而进入宇宙空间，因此它不像短波那样可以经电离层反射传播到地面上很远的地方。微波通信就有两种主要方式：地面微波接力通信和卫星通信。地球1、总线型网络拓扑结构总线结构是比较普遍采用的一种方式，它将所有的入网计算机均接入到一条通信线上，为防止信号反射，一般在总线两端连有终结器匹配线路阻抗。四、网络拓扑结构终结器终结器网段总线型网络拓扑结构的特点主要表现在以下几个方面：线路利用率高：由于多个节点共用一条传输线路，因此线路利用率较高。地理覆盖范围小：公用总线的长度受到一定的限制，通常小于几千米，节点至总线的连接线也较短，因此一般局限于某个单位。传输速率高：可利用高速信道来连接多个节点，其传输速率可达到100Mbps或更高。网络建造容易：由于网络的物理结构简单，将节点连接到总线上也容易，相应的传输控制机构也简单。星型网络拓扑结构是以一个节点为中心的处理系统，各种类型的入网机器均与该中心节点有物理链路直接相连，节点间不能直接通信，需要通过该中心节点转发，因此中心节点必须有较强的功能和较高的可靠性。2、星型网络拓扑结构Hub星型网络拓扑结构的特点主要表现在以下几个方面。功能高度集中：整个网络的处理和控制功能高度集中在中心节点。响应时间与终端数目有关：当终端数目较少时，终端的请求能够获得及时响应，但随着终端数目的增多，响应时间也随之加长。线路利用率低：每条通信线路只连接一个终端，使该线路利用率不高。可扩充性差：星型网络由于受到硬件接口和软件功能的限制，因而可扩充性较差。3、环型网络拓扑结构在环型网络拓扑结构中，信号沿一个方向在闭合环路电缆中传播。网上传输的数据中都赋有一个具体地址，该地址也是网上某站点的地址。环型网络拓扑结构的特点主要表现在以下几个方面。传输时延的确定性：从某源点发出的信息能在确定的时间内到达目标节点。可靠性差：当环路上任何一个转发器或者两个转发器之间的连线发生故障时，将导致整个网络的瘫痪，因此，基本环型网络是不可靠的。灵活性差：无论在增加或是减少网络节点时，都需要断开原有环路，并对介质访问控制进行调整。网络建造容易：由于网络中的每个转发器都只与相邻的两个转发器相连接，且介质访问控制也不复杂。1.2.4网络型网络拓扑结构网状网络拓扑结构分为全连接网状型和不完全连接网状型两种形式。在全连接网状型中，每一个节点和网中其他节点均有链路连接。在不完全连接网型中，两节点之间不一定有直接链路连接，它们之间的通信，可以依靠其他节点转接。最能容错的网络拓扑结构是全连接网状拓扑结构，在这种拓扑结构中，网络中的每个节点都能连接到其他节点上。4、网状网络拓扑结构1.2.4网络型网络拓扑结构网络型拓朴结构的最大优点是单一节点或者电缆区段的故障不会引起网络崩溃。当某个电缆区段出现故障时，数据能够通过其他节点重新确定线路，并到达最终的目的地。因而，这种拓扑结构具有较强的容错（FaultTolerant）能力。网络型拓扑实现起来成本非常高，布线也很麻烦。网络型拓扑仅用于大型系统，例如帧中继、ATM或者其他分组交换网络中成本相对性能和容错退居到次要位置。1.2.5混合型网络拓扑结构在选择拓扑结构时，主要考虑的因素有：安装的相对难易程度、重新配置的难易程度、维护的相对难易程度、通信介质发生故障时受到影响的设备的情况等。铜缆或铜线连接到以太网的示意图主机箱主机箱主机箱双绞线集线器BNCT型接头收发器电缆网卡插入式分接头MAUMDI保护外层外导体屏蔽层内导体收发器DB-15连接器BNC连接器插口RJ-45插头六、介质访问方式1、带有冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD2、令牌总线tokenbus3、令牌环tokenring1、CSMA/CD协议B向

D发送数据

C

D

A

E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B发送的数据载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CDCSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection。“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。1kmABt碰撞t=2

A检测到发生碰撞

t=

B发送数据B检测到发生碰撞

t=

t=0单程端到端传播时延记为

1kmABt碰撞t=

B检测到信道空闲发送数据t=

/2发生碰撞t=2

A检测到发生碰撞

t=

B发送数据B检测到发生碰撞

t=

ABABAB

t=0A检测到信道空闲发送数据ABt=0t=

B检测到发生碰撞停止发送STOPt=2

A检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为

2、令牌总线2、令牌总线环初始化

新结点加入环

结点从环中撤出环恢复

优先级

3、令牌环网 计算机网络体系结构是层和协议的集合1)标准化组织

国际标准化组织（ISO) ISO-InternationalStandardOrganization ISO的主要活动是制定国际标准，协调世界范围内的标准化工作。

ISO下设200个技术委员会，标准的制定过程经过4个阶段：工作草案、建议草案、国际标准草案、国际标准七、

计算机网络体系结构

国际电信联盟（ITU)ITU-T—InternationalTelcommunicationUnionITU的宗旨是维护与发展成员国间的合作以改进和共享各种电信技术

ITU有4个常设机构： 总秘书处

国际频率注册委员会

国际无线电咨询委员会

国际电报电话咨询委员会（CCITT)

国际电信联盟-电信标准部（ITU-T)

ITU-T—ITUTelecommunicationStandardizationSector

其前身是CCITT,是一个开发全球电信技术标准的国际组织,其宗旨是研究与电话、电报、电传运作和关税有关的问题，并对各种通信设备及通信规程的标准化的一系列建议

I系列建议-数字网,包括ISDNT系列建议-终端设备V系列建议-电话网上的通信，ModemX系列建议-数据通信网络的建议X.25电器与电子工程师协会（IEEE)

IEEE—InstituteofElectricalandElectronicsEngineers

它是世界上最大的专业性组织，主要开发通信和局域网标准欧洲计算机制造商协会（ECMA)

ECMA—EuropeanComputerManufacturer’s Association

其宗旨是促进国家和国际机构间的合作，致力于数据处理系统的标准化和应用（OSI协议、数据网...）美国国家标准学会（ANSI) ANSI—AmericanNationalStandardsInstitute

研究物理层、数据链路层、局域网标准电子工业协会（EIA) EIA—ElectronicIndustriesAssociation

制定电气标准的组织EIARS-232ES-4492)OSI参考模型

OSI-OpenSystemInterconnection

开放系统互联参考模型

OSI是为不同开放系统的应用进程之间进行通信所定义的标准

OSI包含两部分：

ISO/OSI/RM(ISO7498)

服务与协议

OSI参考模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层传输介质5234167

OSI参考模型

应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层发送进程接收进程应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议物理层数据链路层网络层主机A主机B路由器路由器物理层数据链路层网络层通信子网物理介质物理介质OSI参考模型示意图OSI各特定层功能概述应用层Application表示层Presentation会话层session传输层transport物理层Physical数据链路层DataLink网络层Network7654321处理网络应用数据表示主机间通信端到端的连接寻址和最短路径介质访问（接入）二进制传输第7层：应用层(Application)为用户的应用程序提供网络通信服务识别并证实目的通信方的可用性使协同工作的应用程序之间进行同步判断是否为通信过程申请了足够的资源应用层协议的例子：远程登录协议Telnet、文件传输协议FTP、

超文本传输协议HTTP、域名服务DNS、

简单邮件传输协议SMTP、邮局协议POP3等第6层：表示层(Presentation)处理被传送数据的表示问题，即信息的语法和语义。如有必要，使用一种通用的数据表示格式在多种数据表示格式之间进行转换。例如：在日期、货币、数值（特别是浮点数）等本地数据表示格式与标准数据表示格式之间进行转换；数据的加解密、压缩/解压缩等本地表示1本地表示2公共表示公共表示表示层传输层第5层：会话层(Session)建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话。会话：完成一项任务而进行一系列相关的信息交换。同步（解决失败后从哪里重新开始）设置检查点——会话失败后，恢复到最后一个检查点处，而不用从头开始。例如：数据送到打印服务器上打印。接收的数据已被确认，但打印机出现故障。这时没必要再从头开始打印，只要在每页开始处设置检查点，打印出错时只需重传最后一个检查点以后的页面。活动管理，保证活动的完整性和正确性。活动：相对独立的一组相关操作。

例如：一次会话传送多个文件，其中每一个文件的传送为一个活动。活动1活动2会话文件1文件2第4层：传输层(Transport)为源端主机到目的端主机提供可靠的数据传输服务；屏蔽各类通信子网的差异，使上层不受通信子网技术变化的影响。进行数据分段并组装成报文流；提供“面向连接”（虚电路）和“无连接”（数据报）两种服务；传输差错校验与恢复；信息流控制，防止数据传输过载。数据报与虚电路的概念数据报：无连接的服务；虚电路：面向连接的服务数据报——每个分组作为一个独立的信息单位传送特征：不需要连接，也无需确认完整的网络地址（源和目的）——信道利用率低不保证按序到达；每个分组均需进行路由选择虚电路——传输前先建立一条逻辑连接，传输结束后拆除特征：需要建立连接仅在建立连接时需要全网地址，传输时用虚电路号按序到达；仅在建立连接时需要路由选择两类虚电路：永久虚电路——租用后便永久建立，退租后拆除。交换虚电路——需要通信时建立，通信结束便拆除。传输层的特点传输层以上各层：面向应用；以下各层：面向传输。传输层位于资源子网和通信子网的交界处，起着承上启下的作用。与网络层的部分服务有重叠交叉。如何平衡取决于两者的功能划分。真正意义上的从源到目标实现“端到端”连接的层。

1-3层：链接,中继；4-7层：端到端第3层：网络层(Network)在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接。功能和服务最佳路由选择和数据包中转流量控制和拥塞控制差错检测与恢复流量统计和记账路由选择如何在多条通信路径中找一条最佳路径？

依据：速度,距离(步跳数),价格,拥塞程度路由器－路由表建立与维护静态：人工设置，只适用于小型网络动态：运行过程中根据网络情况自动地动态维护路由算法距离向量算法：RIP、CGP等链路状态算法：OSPF等第2层：数据链路层(DataLink)在物理线路上提供可靠的数据传输，使之对网络层呈现为一条无错的线路。所关心的问题包括：物理地址、网络拓扑；组帧：把数据封装在帧中,按顺序传送,并处理返回的确认帧；定界与同步：产生/识别帧边界；差错恢复：采用重传（ARQ）的方法；流量控制：收发双方传输速率的匹配。广播式信道问题(LANorWireless)：

涉及到如何控制对共享信道的访问。将数据链路层划分为逻辑链路控制(LogicalLinkControl,LLC)和介质访问控制子层(MediaAccessControl，MAC)两个子层。由MAC子层解决介质访问控制问题，两种主要的介质访问控制方法： -CSMA/CD -TOKENPASSING：TokenRing\TokenBusMAC子层的地址网络中的每台主机都必须有一个48位(6Byte)的全局地址，它是该主机在全球范围的唯一标识符，与其物理位置无关。(比较IP地址)

该全局地址称为MAC地址，也称为物理地址，通常固化在网卡上。当一台计算机插上一块网卡后，该计算机的物理地址就是该网卡的MAC地址。MAC地址的例子(以十六进制表示)： 02·60·8C·67·05·A2第1层：物理层(Physical)实现在物理媒体上透明地传送原始比特流。定义了激活、维护和关闭终端用户之间机械的、电气的、过程的和功能的特性。

数据终端设备DTE、数据通信设备DCEDTE——用于处理用户数据的设备。如计算机、路由器。DCE——用于把DTE发出的数字信号转换成适合于在传输介质上传输的形式。如MODEM。物理层的特性包括：机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数据传送速率，最大传送距离等功能特性：接口引脚的功能作用规程特性：信号时序，应答关系，操作过程TCP/IP与OSI体系结构的比较OSI参考模型中采用了七个层次的体系结构，TCP/IP协议的四层结构是：应用层、运输层、网际层、网络接口层。TCP/IP协议层次关系图TCP/IP协议集TCP/IP协议也采用对等层通信的模式，封装和解除封装也在各层进行。发送方在发送数据时，应用程序将要发送的数据加上应用层头部交给传输层，TCP或UDP再将数据分成大小一定的数据段，然后加上本层的报文头。TCP/IP的数据封装应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层Physical应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层TCP头部数据IP头部应用数据帧头部IP数据包物理层◆OSI/RMTCP/IP数据传输过程.八、IP地址整个因特网可以看成为一个单一的、抽象的网络。IP地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是惟一的32bit的标识符。IP地址由因特网名字与号码指派公司ICANN(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers)进行分配。1.IP地址及其表示方法1）IP地址的编址方法分类的IP地址：这是最基本的编址方法，在1981年就通过了相应的标准协议。子网的划分：这是对最基本的编址方法的改进，其标准[RFC950]在1985年通过。构成超网：这是比较新的无分类编址方法。1993年提出后很快就得到推广应用。2）分类IP地址每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号host-id，它标志该主机（或路由器）。两级的IP地址可以记为：IP地址::={<网络号>,<主机号>}::=代表“定义为”net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段

0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

1

1

0多播地址E类地址保留为今后使用1

1

1

1

001net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段

0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

1

1

0多播地址E类地址保留为今后使用1

1

1

1

001A类地址的网络号字段net-id为1字节net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段

0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

1

1

0多播地址E类地址保留为今后使用1

1

1

1

001A类地址的主机号字段host-id为3字节net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段

0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

1

1

0多播地址E类地址保留为今后使用1

1

1

1

001B类地址的网络号字段net-id为2字节net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段

0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

1

1

0多播地址E类地址保留为今后使用1

1

1

1

001B类地址的主机号字段host-id为2字节net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段

0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

1

1

0多播地址E类地址保留为今后使用1

1

1

1

001C类地址的网络号字段net-id为3字节net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段

0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

1

1

0多播地址E类地址保留为今后使用1

1

1

1

001C类地址的主机号字段host-id为1字节net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段

0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

1

1

0多播地址E类地址保留为今后使用1

1

1

1

001D类地址是多播地址

net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段

0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

1

1

0多播地址E类地址保留为今后使用1

1

1

1

001E类地址保留为今后使用

路由器转发分组的步骤先按所要找的IP地址中的网络号net-id把目的网络找到。当分组到达目的网络后，再利用主机号host-id将数据报直接交付给目的主机。按照整数字节划分net-id字段和host-id字段，就可以使路由器在收到一个分组时能够更快地将地址中的网络号提取出来。3）点分十进制记法10000000000010110000001100011111机器中存放的IP地址是32bit二进制代码10000000000010110000001100011111每隔8bit插入一个空格能够提高可读性采用点分十进制记法则进一步提高可读性1128

11331将每8bit的二进制数转换为十进制数4）常用的三种类别的IP地址IP地址的使用范围

网络最大第一个最后一个每个网络类别网络数可用的可用的中最大的网络号网络号主机数

A126(27–2)112616,777,214B16,384(214)128.0191.25565,534C2,097,152(221)192.0.0223.255.255254互联网中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是IP地址中的net-id互联网中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是IP地址中的net-id互联网中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是IP地址中的net-id互联网中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是IP地址中的net-id互联网中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的IP地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的IP地址。互联网中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的IP地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的IP地址。互联网中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的IP地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的IP地址。互联网中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网两个路由器直接相连的接口处，可指明也可不指明IP地址。如指明IP地址，则这一段连线就构成了一种只包含一段线路的特殊“网络”。现在常不指明IP地址。从1985年起在IP地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的IP地址变成为三级的IP地址。这种做法叫作划分子网(subnetting)

。划分子网已成为因特网的正式标准协议。5）三级的IP地址子网（subnet）

将一个大的网络划分成几个较小的网络，而每一个网络都有其自己的子网地址；超网（supernet）

将一个组织所属的几个C类网络合并成为一个更大地址范围的逻辑网络。

1）子网子网是指在一个IP地址上生成的逻辑网络，它使用源于单个IP地址的IP寻址方案，把一个网络分成多个子网，要求每个子网使用不同的网络ID，通过把主机号（主机ID）分成两个部分，为每个子网生成唯一的网络ID。一部分用于标识作为唯一网络的子网，另一部分用于标识子网中的主机。划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。从主机号借用若干个比特作为子网号subnet-id，而主机号host-id也就相应减少了若干个比特。IP地址::={<网络号>,<子网号>,<主机号>}划分子网的基本思路凡是从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网络号

net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。然后此路由器在收到IP数据报后，再按目的网络号net-id和子网号subnet-id找到目的子网。最后就将IP数据报直接交付给目的主机。………01014563所有到网络的分组均到达此路由器我的网络地址是R1R3R2网络一个未划分子网的B类网络划分为三个子网后对外仍是一个网络01014563………子网子网子网所有到达网络的分组均到达此路由器网络R1R3R2当没有划分子网时，IP地址是两级结构，地址的网络号字段也就是IP地址的“因特网部分”，而主机号字段是IP地址的“本地部分”。划分子网后IP地址就变成了三级结构。划分子网只是将IP地址的本地部分进行再划分，而不改变IP地址的因特网部分。划分子网后变成了三级结构三级层次的IP地址是：网络号.子网号.主机号；第一级网络号定义了网点的位置；第二级子网号定义了物理子网；第三级主机号定义了主机和路由器到物理网络的连接；三级层次的IP地址，一个IP分组的路由选择的过程为三步：第一步转发给网点，第二步转发给物理子网，第三步转发给主机。从一个IP数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网的划分。使用子网掩码(subnetmask)可以找出IP地址中的子网部分。6)子网掩码子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络ID和主机ID，即可以快速确定IP地址的哪部分代表网络号，哪部分代表主机号；用来将网络分割为多个子网；判断目的主机的IP地址是在本局域网还是在远程网。在TCP/IP网络上的每一个主机都要求有子网掩码。这样当TCP/IP网络上的主机相互通信时，就可用子网掩码来判断这些主机是否在相同的网段内。子网掩码的概念

子网掩码表示方法：网络号与子网号置1，主机号置0。

net-idnet-idhost-id为全0net-id网络地址A类地址默认子网掩码网络地址B类地址默认子网掩码网络地址C类地址默认子网掩码111111111111111111111111000000000000000000000000111111111111111100000000000000001111111100000000host-id为全0host-id为全0A类、B类和C类IP地址的默认子网掩码

IP地址的各字段和子网掩码网络号net-id主机号host-id两级IP地址网络号net-idhost-id三级IP地址主机号subnet-id子网号子网掩码因特网部分本地部分因特网部分本地部分划分子网时的网络地址1111111111111111

1111111100000000net-idsubnet-idhost-id为全0(IP

地址)AND(子网掩码)=网络地址网络号net-id主机号host-id两级IP地址网络号三级IP地址主机号net-idhost-idsubnet-id子网号子网掩码因特网部分本地部分因特网部分本地部分划分子网时的网络地址1111111111111111

1111111100000000net-idsubnet-idhost-id为全0AND掩码运算

二进制的IP地址与掩码按位进行“与”运算的过程

子网掩码运算

子网地址空间的划分实例

划分子网就是将一个大网分成几个较小的网络；A类、B类与C类IP地址都可以划分子网；划分子网是在IP地址编址的层次结构中增加了一个中间层次，使IP地址变成了三级层次结构。例：一个大型跨国公司的管理者从网络管理中心获得一个A类IP地址；需要划分1000个子网。分析：该公司需要有1000个物理网络，加上主机号全0和全1的两种特殊地址，子网数量至少为1002；选择子网号的位长为10，可分配的子网最多为1024，满足要求。A类地址子网划分后的结构

划分子网后的地址范围

划分子网后的网点内部结构

如何根据主机的IP地址判断是否属于同一个子网

在划分子网的情况下，判断两台主机是不是在同一个子网中，看它们的网络号与子网地址是不是相同。实例：主机1的IP地址为1主机2的IP地址为10子网掩码为92判断它们是不是在同一个子网上。主机1的IP地址与子网掩码做与运算：主机2的IP地址与子网掩码做与运算：结论:子网号都是0001101101，因此它们属于同一个子网。6)特殊IP地址形式

直接广播地址受限广播地址“这个网的这个主机”地址

“这个网络上的特定主机”地址回送地址.直接广播地址A类、B类与C类IP地址中主机号全1的地址为直接广播地址;用来使路由器将一个分组以广播方式发送给特定网络上的所有主机;只能作为分组中的目的地址;物理网络采用的是点-点传输方式，分组广播需要通过软件来实现。.直接广播地址.受限广播地址网络号与主机号的32位全为1的地址为受限广播地址;用来将一个分组以广播方式发送给本网的所有主机;分组将被本网的所有主机将接受该分组，路由器则阻挡该分组通过。.受限广播地址.“这个网络上的特定主机”地址主机或路由器向本网络上的某个特定的主机发送分组；网络号部分为全0，主机号为确定的值；这样的分组被限制在本网络内部。

.“这个网络上的特定主机”地址.回送地址回送地址是用于网络软件测试和本地进程间通信；TCP/IP协议规定：

含网络号为127的分组不能出现在任何网络上；主机和路由器不能为该地址广播任何寻址信息。.回送地址[RFC1918]指明的专用地址

到55

到55

到55这些地址只能用于一个机构的内部通信，而不能用于和因特网上的主机通信。专用地址只能用作本地地址而不能用作全球地址。在因特网中的所有路由器对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发。7)IP地址与硬件地址TCP报文IP数据报MAC帧应用层数据首部首部尾部首部链路层及以下使用硬件地址硬件地址网络层及以上使用IP地址IP地址HA1HA5HA4HA3HA6主机H1主机H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网通信的路径H1→经过R1转发→再经过R2转发→H2查找路由表查找路由表HA1HA5HA4HA3HA6主机H1主机H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机H1主机H2路由器R1IP层上的互联网MAC帧IP2IP4IP3IP5路由器R2

IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2从HA1

到HA3从HA4

到HA5从HA6

到HA2MAC帧MAC帧IP数据报从协议栈的层次上看数据的流动HA1HA5HA4HA3HA6主机H1主机H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机H1主机H2路由器R1IP层上的互联网MAC帧IP2IP4IP3IP5路由器R2

IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2从HA1

到HA3从HA4

到HA5从HA6

到HA2MAC帧MAC帧IP数据报从虚拟的

IP

层上看

IP数据报的流动HA1HA5HA4HA3HA6主机H1主机H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机H1主机H2路由器R1IP层上的互联网MAC帧IP2IP4IP3IP5路由器R2

IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2从HA1

到HA3从HA4

到HA5从HA6

到HA2MAC帧MAC帧IP数据报在链路上看

MAC帧的流动IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机H1主机H2路由器R1IP层上的互联网MAC帧IP2IP4IP3IP5路由器R2

IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2从HA1

到HA3从HA4

到HA5从HA6

到HA2MAC帧MAC帧IP数据报在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报图中的IP1→IP2

表示从源地址IP1

到目的地址IP2

两个路由器的IP地址并不出现在IP数据报的首部中IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机H1主机H2路由器R1IP层上的互联网MAC帧IP2IP4IP3IP5路由器R2

IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2从HA1

到HA3从HA4

到HA5从HA6

到HA2MAC帧MAC帧IP数据报路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机H1主机H2路由器R1IP层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器R2

IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2MAC帧从HA1

到HA3从HA4

到HA5从HA6

到HA2MAC帧MAC帧IP数据报在具体的物理网络的链路层只能看见MAC帧而看不见IP数据报IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机H1主机H2路由器R1IP层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器R2

IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2MAC帧从HA1

到HA3从HA4

到HA5从HA6

到HA2MAC帧MAC帧IP数据报IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细