计算机网络技术基础（上篇共上中下3篇）

计算机网络的发展计算机网络技术基础计算机网络的发展学习目标

计算机网络的发展01OPTION起源计算机网络起始于20世纪60年代，当时网络的概念主要是基于主机架构的低速串行连接，提供应用程序执行、远程打印和数据服务功能。IBM的系统网络架构（SystemNetworkArchitecture，SNA）与非IBM公司的X.25公共数据网络是这种网络的典型例子。当时，由美国国防部资助，建立了一个名为ARPANET（即为阿帕网）的基于分组交换（PacketSwitching）的网络，这个阿帕网就是今天互联网最早的雏形。计算机网络的发展02OPTION局域网诞生20世纪70年代，出现了以个人计算机为主的商业计算模式。最初，个人计算机是独立的设备，由于=有些商业计算的复杂性过高，要求大量终端设备进行协同操作，局域网（LocalAreaNetwork，LAN）就因运而生了。局域网的出现，大大降低了商业用户打印机和磁盘昂贵的费用。计算机网络的发展03OPTION飞速发展20世纪80年代至90年代，远程计算的需求不断地增加，迫使计算机界开发了多种互联网协议（包括TCP/IP协议、IPX/SPX协议），以满足不通计算方式下远程联接的需求。自此以后，互联网开始快速发展，TCP/IP协议得到了广泛的应用，进而成为了互联网的事实协议。学习进步！计算机网络技术基础计算机网络的相关概念计算机网络技术基础计算机网络的组成计算机网络的功能学习目标计算机网络的分类01OPTION概述计算机网络是计算机技术和通信技术相互结合，相互渗透而形成的一门交叉学科。所谓计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机，利用通信线路和通信设备互连成一个规模大、功能强的系统，使用统一的网络体系和网络协议，从而进行信息传递和资源共享。计算机网络的相关概念计算机网络的组成计算机网络组成一个典型的计算机网络如图1.1所示，它可以分为硬件组成和软件组成两大部分，其中硬件组成可分为计算机系统和数据通信系统，而软件组成则包含网络软件及协议。图1.1计算机网络示意图计算机网络的组成计算机系统计算机系统主要完成数据信息的收集、存储、处理和输出，并提供各种网络资源。根据用途可以分为两类：01OPTION1工作站2服务器计算机网络的组成数据通信系统数据通信系统主要包括网络接口卡，通信介质和通信设备，是用于给计算机系统之间交互信息的通信系统。

①网络接口卡：又称网络适配器，主要负责计算机系统与网络之间的信息传输控制，其主要功能包括线路传输控制、差错控制、代码转换、数据封装与接封装等。

②通信介质：用于将网络中的各种设备连接起来，是传输数据信号的物理通道，包含有线传输介质和无线传输介质。

③通信设备：用于实现网络互联互通，常见网络设备包括集线器、交换机、路由器、调制解调器、防火墙等。02OPTION计算机网络的组成网络软件及协议网络软件及协议是计算机网络系统中不可缺少的重要组成部分，如果说网络的硬件组成相当于计算机网络系统的“骨架”，网络软件及协议相当于计算机网络系统的“血肉”。①网络软件：主要指的是各种网络操作系统，计算机系统使用的网络操作系统主要有计算机使用的Windows，Linux、Unix、Netware等，手机和平板电脑上使用的IOS、安卓、鸿蒙等。通信系统使用的网络系统则包括思科IOS、华为VRP、Juniper的JUNOS等。②网络协议：是为了使计算机网络中的不同设备能进行数据通信而预先制定的一套通信双方相互了解和共同遵守的格式和约定。网络协议是一系列规则和约定的规范性描述，定义了网络设备之间如何进行信息交换。网络协议是计算机网络的基础，只有遵从相应协议的网络设备之间才能够通信（即各种网络互联终端设备的法律）。如果任意一台设备不支持用于网络互联的协议，它就不能与其他设备通信。03OPTION计算机网络的功能计算机网络可以提供四个性能。1324

信息传输与集中处理综合信息服务负载均衡资源共享计算机网络的分类根据网络覆盖范围分类按其覆盖范围，计算机网络可划分成局域网和广域网，以及介于局域网和广域网之间的城域网。局域网（LAN）城域网(MAN)广域网(WAN)计算机网络的分类根据网络拓扑分类网络拓扑（NetworkTopology）是指用传输介质（如双绞线、光纤等）互连各种设备（如计算机终端、路由器、交换机等）所呈现的结构化布局，如图1.1所示。图1‑1网络拓扑图

计算机网络的分类按照网络的拓扑形态来划分，计算机网络可分为星形网络、总线形网络、环形网络、树形网络、全网形网络和部分网形网络。图1‑2网络拓扑形态学习进步！计算机网络技术基础计算机网络性能标准计算机网络技术基础计算机网络性能标准学习目标计算机网络性能标准01OPTION概述影响网络性能的因素有很多，传输的距离、使用的线路、传输技术、带宽网络设备性能等都会对网络的性能产生影响。带宽和延迟是衡量网络性能的两个主要指标。计算机网络性能标准02OPTION带宽网络带宽用于描述在一定时间范围内能够从一个节点传送到另一个节点的数据量。带宽分为模拟带宽和数字带宽，本书所述的带宽指数字带宽。带宽的单位是bit/s（bitpersecond），代表每秒钟某条链路上能发送的数据位数。带宽是一个比较模糊的概念，我们可以这样理解：假定您正在一条8车道的高速公路上驱车回家，当您驶离高速公路后，道路可能会变窄，变为4车道，当到您家门口时，变为了2车道。带宽就像道路。高速公路就像广域网线路的带宽，其他道路就像局域网的带宽。道路上的汽车就像物理链路上承载的数据信息。如果高速公路上车辆过多，会堵车；同样地，如果网络中数据流量过大，也会发生拥塞现象。计算机网络性能标准03OPTION数据传输类型网络的延迟又称时延，定义了网络把数据从一个网络节点传送到另一个网络节点所需要的时间。例如，一个横贯大陆的网络可能有24ms的延迟，即将一个比特从一端传到另一端将花费24ms的时间。网络延迟的主要由传播延迟（propagationdelay）、交换延迟（switchingdelay）、介质访问延迟（accessdelay）和队列延迟（queuingdelay）等组成。总之，网络中产生延迟的因素很多，既受网络设备的影响，也受传输介质、网络协议标准的影响；既受硬件制约，也受软件制约。由于物理规律的限制，延迟是不可能完全消除的。学习进步！计算机网络技术基础网络操作系统计算机网络技术基础网络操作系统概述华为网络操作系统学习目标认识及使用命令行CLI查询命令行显示信息网络操作系统概述01OPTION概述网络操作系统是网络的“心脏”和“灵魂”，是管理硬件资源的系统软件，是用户是与计算机网络之间的接口。网络操作系统除了具有单机操作系统的通常工程之外，还可对整个网络的资源进行协调挂历，实现计算机之间高效可靠的通信，提供各种网络服务、网络管理等功能。华为网络操作系统01OPTIONVRP平台华为数据通信设备使用的网络操作系统叫做通用路由平台（VersatileRoutingPlatform，VRP）。VRP是华为公司具有完全自主知识产权的网络操作系统，VRP以IP业务为核心，实现组件化的体系结构，拥有多达300项以上的特性。在提供丰富功能特性的同时，还提供基于应用的可裁剪能力和可伸缩能力。VRP是华为公司从低端到核心的全系列路由器、以太网交换机、业务网关等产品的软件核心引擎，实现了统一的用户界面和管理界面；实现了控制平面功能，并定义了转发平面接口规范，以实现各产品转发平面与VRP控制平面之间的交互；实现了网络接口层，屏蔽了各产品链路层对于网络层的差异。华为网络操作系统02OPTIONVRP五大平面为了使单一软件平台能运行于各类路由器和交换机之上，VRP的软件模块采用了组件结构，各种协议和模块之间采用了开放的标准接口。VRP由通用控制平面、业务控制平面、数据转发平面、系统管理平面、系统服务平面5个平面组成。通用控制平面（GCP）业务控制平面（SCP）数据转发平面（DFP）系统管理平面（SMP）系统服务平面（SSP）华为网络操作系统03OPTIONVRP版本演进随着网络技术和应用的飞速发展，VRP在处理机制、业务能力、产品支持等方面也在持续演进。经过十多年的发展与验证，VRP的版本演进如图1-3所示，主要有VRP1、VRP2、VRP3、VRP5和VRP8等版本，分别具有不同的业务能力和产品支持能力。图1-3通用路由平台版本华为网络操作系统03OPTIONVRP版本演进华为VRP系统软件版本分为核心版本（或者内核版本）和发行版本两种。核心版本是用来开发具体交换机VRP系统的基础版本，也就是我们通常所说的VRP1.x、2.x、3.x，以及现在的VRP5.x和8.x版本；发行版本则是核心版本基础上针对具体的产品系列（如有S系列交换机系列、AR/NE系列路由器系列等）而发布的VRP系统版本。VRP系统的核心版本是由一个小数来表示的，小数点前面的数字表示主版本号，仅当发生比较全面的功能或者体系结构修改时才会发布新的主版本号；小数点后面第1位数字表示次版本号，仅当发生重大或者较多功能修改时才会发布新的次版本号；后面1~2位数字为修订版本号，只要发生修改都会发布新的修订版本号。例如，某设备软件版本为VRP5.120，则表明主版本号为5，次版本号为1，20为修订版本号。华为网络操作系统03OPTIONVRP版本演进华为VRP系统的发行版本是以V、R、C三个字母（代表三种不同的版本号）进行标识的，基本格式为“VxxxRxxxCxx”，其中的“x”是一些具体的数字。“V”“R”部分为必须部分；“C”根据版本性质的不同而确定，可能出现也可能不出现。认识及使用命令行CLI01OPTION认识CLICLI是CommandLineInterface的缩写，即命令行界面。命令行界面CLI是交换机、路由器等网络设备提供的人机接口。与使用图形化界面（GraphicalUserInterface，GUI）相比，使用CLI对系统资源要求低，容易使用，并且功能扩充更方便。为方便学习者更便捷的熟悉VRP操作系统，掌握命令行的使用，华为公司推出了一款免费的、可扩展的、图形化操作的网络仿真工具平台-eNSP（EnterpriseNetworkSimulationPlatform），可对企业网路由器、交换机、防火墙等设备进行软件仿真，完美呈现真实设备实景，支持大型网络模拟，让学习者在没有真实设备的情况下能够模拟演练网络配置，学习网络技术。认识及使用命令行CLI02OPTION华为ENSPeNSP软件具有如下特点：1324

高度仿真可与真实设备对接灵活部署图形化操作认识及使用命令行CLI03OPTION进入命令行视图VRP提供命令行接口（CommandLineInterface，CLI），其命令视图如图1-4所示。图1-4VRP的命令视图认识及使用命令行CLI03OPTION进入命令行视图从用户视图使用【system-view】命令可以切换到系统视图，从系统视图使用【quit】命令可以切换到用户视图。用户视图和系统视图之间的切换具体如表1-1所示。操作命令从用户视图进入系统视图system-view从系统视图返回到用户视图quit从任意的非用户视图返回到用户视图return或<Ctrl+Z>表1-1VRP视图切换认识及使用命令行CLI04OPTION设置命令级别VRP系统中，命令采用分级方式，命令从低到高划分为4个级别，对应级别为0~3，如图1-5所示。图1-5VRP命令级别认识及使用命令行CLI04OPTION设置命令级别为了限制不同用户对设备的访问权限，系统对用户也进行了分级管理。用户的级别与命令级别对应，不同级别的用户登录后，只能使用等于或低于自己级别的命令。默认情况下，命令级别按0～3级进行注册，用户级别按0～15级进行注册，用户级别和命令级别的对应关系如表1-2所示。用户级别命令级别级别名称00参观级10，1监控级20，1，2配置级3-150，1，2，3管理级表1-2用户级别与用户级别对应表认识及使用命令行CLI05OPTION编辑命令行VRP的命令行接口提供了基本的命令行编辑功能。命令行接口支持多行编辑，每条命令的最大长度为510个字符，命令关键字不区分大小写，命令参数是否区分大小写则由各命令定义的参数决定。一些常用的编辑功能如表1-3所示。功能键

功能普通按键若编辑缓冲区未满，则插入到当前光标位置，并向右移动光标，否则，响铃告警。退格键Backspace删除光标位置的前一个字符，光标左移，若已经到达命令首，则响铃告警。左光标键←或<Ctrl+B>光标向左移动一个字符位置，若已经到达命令首，则响铃告警。右光标键→或<Ctrl+F>光标向右移动一个字符位置，若已经到达命令尾，则响铃告警。<Ctrl+A>将光标移动到当前行的开头<Ctrl+E>将光标移动到当前行的末尾表1-3常见编辑功能认识及使用命令行CLI06OPTION命令行在线帮助用户在使用命令行时，可以使用在线帮助以获取实时帮助，从而无需记忆大量、复杂的命令。在线帮助可通过键入“?”来获取，在命令行输入过程中，用户可以随时键入“?”以获得在线帮助。命令行在线帮助可分为完全帮助和部分帮助，如图1-6所示，下文将详细讲述完全帮助和部分帮助的使用。图1-6VRP命令行帮助认识及使用命令行CLI06OPTION命令行在线帮助在线帮助可以分为完全帮助和部分帮助（1）完全帮助：

当用户输入命令时，可以使用命令行的完全帮助获取全部关键字或参数的提示。下面给出几种完全帮助的实例供参考。例1-1完全帮助①在任一命令视图下，键入“?”获取该命令视图下所有命令及其简单描述，举例如下。认识及使用命令行CLI06OPTION命令行在线帮助②键入一条命令关键字，后接以空格分隔的“?”，如果该位置为关键字，则列出全部关键字及其简单描述，举例如下。认识及使用命令行CLI06OPTION命令行在线帮助③键入一条命令关键字，后接以空格分隔的“?”，如果该位置为参数，则列出有关的参数名和参数描述，举例如下。认识及使用命令行CLI06OPTION命令行在线帮助③键入一条命令关键字，后接以空格分隔的“?”，如果该位置为参数，则列出有关的参数名和参数描述，举例如下。认识及使用命令行CLI06OPTION命令行在线帮助（2）部分帮助

当用户输入命令时，如果只记得此命令关键字的开头一个或几个字符，可以使用命令行的部分帮助获取以该字符串开头的所有关键字的提示，下面给出几种部分帮助的实例供参考。例1-2部分帮助

①键入一字符串，其后紧接“?”，列出以该字符串开头的所有关键字。认识及使用命令行CLI06OPTION命令行在线帮助

②键入一条命令，后接一字符串紧接“?”，列出命令以该字符串开头的所有关键字。认识及使用命令行CLI07OPTION解读命令行的错误信息在使用命令行时，用户键入的命令，如果通过语法检查，则正确执行，否则系统将会向用户报告错误信息。常见的错误信息如表1-4所示，用户可根据系统报告的错误信息，检查并纠正命令输入。英文错误信息提示错误原因Error:Unrecognizedcommandfoundat'^'position.没有查找到标识'^'位置的命令Error:Wrongparameterfoundat'^'position.没有查找到标识'^'位置的关键字Error:Incompletecommandfoundat'^'position.标识'^'位置的参数类型错，参数值越界Error:Toomanyparametersfoundat'^'position.标识'^'位置的输入参数太多Error:Ambiguouscommandfoundat'^'position.标识'^'位置的输入命令不完整表1-4常见的错误信息认识及使用命令行CLI08OPTION使用undo命令行在使用命令行时，在命令前加undo关键字，即为undo命令行。undo命令行一般用来恢复默认情况、禁用某个功能或者删除某项配置。几乎每条配置命令都有对应的undo命令行，下面举例说明。

例1-3使用undo命令行 (1) undo命令用来恢复默认配置。 【sysname】命令用来设置设备的主机名，举例如下。认识及使用命令行CLI08OPTION使用undo命令行 (2) undo命令用来禁用某个功能。 (3) undo命令用来删除某项配置。认识及使用命令行CLI09OPTION历史命令查询命令行接口将用户键入的历史命令自动保存，用户可以随时调用命令行接口保存的历史命令，并重复执行。默认状态下，命令行接口为每个用户最多保存10条历史命令。历史命令查询及调用方式如表1-5所示。命令或功能键功能displayhistory-command显示历史命令上光标或者“Ctrl+P”快捷键访问上一条历史命令下光标或者“Ctrl+N”快捷键访问下一条历史命令查询命令行显示信息01OPTION查询命令行的配置信息在完成一系列配置后，可以执行相应的【display】命令查看设备的配置信息和运行信息。VRP支持通过命令行查询某个协议或应用的配置信息例如在完成FTP服务器的各项配置后，可以执行【displayftp-server】命令，查看当前FTP服务器的各项参数。 [Huawei]displayftp-server

同时，系统支持查看当前生效的配置信息和当前视图下的配置信息，命令如下。

（1）查看当前生效的配置信息。 [Huawei]displaycurrent-configuration

对于某些正在生效的配置参数，如果与默认参数相同，则不显示。

（2）查看当前视图下生效的配置信息。 [Huawei]displaythis

对于某些正在生效的配置参数，如果与默认参数相同，则不显示。查询命令行显示信息02OPTION配置不同级别用户查看指定的配置信息网络设备提供了让不同级别用户查看指定的配置信息的功能，通过此功能用户可以查看指定的命令行显示信息，具体过程描述如下。

（1）管理员用户通过执行【command-privilegelevel】命令设置低级别用户可以使用的某条命令。

（2）管理员用户执行【setcurrent-configurationdisplay】命令设置指定低级别用户需要显示的配置信息。

例1-4配置不同级别用户查看指定的配置信息

管理员希望低级别用户（如level0）可以使用【displaycurrent-configuration】 命令，但是该级别用户只能查看接口的IP地址配置信息，配置过程如下。查询命令行显示信息03OPTION控制命令行显示方式所有的命令行都有共同的显示特征，并且可以根据用户的需求，灵活控制显示方式。当终端屏幕上显示的信息过多时，可以使用“PageUp”键和“PageDown”键显示上一页信息和下一页信息。当执行某一命令后，如果显示的信息超过一屏时，系统会自动暂停，以方便用户查看。此时用户可以通过功能键控制命令行的显示方式，如表1-6所示。功能键功能按“Ctrl+C”和“Ctrl+Z”组合键停止显示或命令执行说明：也可以键入除空格键、回车键等的其他键（可以是数字键或字母键）停止显示和命令执行。按“Space”键继续显示下一屏信息按“Enter”键继续显示下一行信息表1-6控制命令行显示方式查询命令行显示信息04OPTION过滤命令行显示信息过滤命令行显示信息可以帮助用户迅速查找到所需要的信息。例如，在执行【display】命令查看显示信息时，可以使用正则表达式（即指定显示规则）来过滤显示信息。在一次显示信息超过一屏时，提供暂停功能，在暂停显示时用户可以有3种选择，如表1-7所示。功能键功能键入+regular-expression功能等同于管道符|includeregular-expression键入-regular-expression功能等同于管道符|excluderegular-expression键入/regular-expression功能等同于管道符|beginregular-expression表1-7过滤命令行显示功能查询命令行显示信息04OPTION过滤命令行显示信息例1-5命令中指定过滤方式的用法执行【displayinterfacebrief】命令，显示不匹配正则表达式“10GE|40GE”的所有行，“10GE|40GE”表示匹配“10GE”或“40GE”，命令及执行结果如下。由于命令中使用了过滤方式为“exclude10GE|40GE”，因此显示的结果中不包含所有10GE及40GE的接口。查询命令行显示信息04OPTION过滤命令行显示信息执行【displaycurrent-configuration】命令，只显示匹配正则表达式“vlan”的所有行，命令如下。执行【displaycurrent-configuration】命令，只显示匹配正则表达式“vlan”的所有行，命令如下。学习进步！计算机网络技术基础

数据通信基础计算机网络技术基础数据通信的基本概念数据通信的主要技术指标学习目标

数据通信的基本概念01OPTION概述信息:客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动形态。有用的才叫信息数据:信息的数字化形式，数字化的信息形式，分为模拟数据和数字数据信号:携带信息的传输介质，比如电信号，光信号，脉冲信号等。信息是以（介质的）某种特性参数的变化来代表信息的。根基信号参量的取值不同信号也可以分为模拟信号和数字信号信道:在发送设备和接收设备之间用于传输信号的介质传输信息的必经之路。分为物理信道和逻辑信道。物理信道:传送信号或者数据的物理通路。物理信道：由传输介质和物理设备组成。网络中两个节点之间的物理通路称为通信链路逻辑信道:在物理信道基础上实现的逻辑连接，通常称为连接。数据通信的基本概念02OPTION通信系统模型

数据通信的基本概念03OPTION数据传输类型数据在计算机中是以离散的二进制数字信号表示，但是在数据通信过程中，它是以数字信号方式还是以模拟信号方式表示，主要取决于选用的通信信道所允许传输的信号类型。如果信源产生的是模拟数据并以模拟信号传输，则称为模拟通信；如果信源产生的是模拟数据但以数字信号形式传输，则称为数字通信；如果信源产生的是数字数据，则既可以采用模拟信号传输，也可采有数字信号传输，一般称为数据通信。数据传输类型如表2-1所示。

数据通信的主要技术指标每秒能传输的二进制信息位数即数据传输速率，也叫比特率，单位：位/秒，记做bit/s。数据传输速率的计算公式为：S=(log_2⁡N)/T(bit/s)。式中T为一个数字脉冲信号的宽度（全宽码）或重复周期（归零码），单位为秒；N为一个码元所取的离散值个数。通常，对于二进制编码传输，N=2；对于八进制编码传输，N=8；对于十六进制编码传输，N=16。例如，对于二进制编码传输，N=2时，S=1/T，表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。

数据传输速率

数据通信的主要技术指标单位时间里通过信道传输的码元个数即信号传输速率，也叫码元速率、调制速率或波特率，单位：波特，记作Baud。信号传输速率的计算公式为：B=1/T(Baud),式中T为信号码元的宽度，单位为秒。比特率与波特率的关系为：S=Blog_2⁡N或B=S/log_2⁡N。通常，对于二进制编码传输，S=B；对于八进制编码传输，S=3B；对于十六进制编码传输，S=4B。

信号传输速率

数据通信的主要技术指标信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输速率。二者之间的关系像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。通信信道的最大传输速率和信道带宽之间存在着明确的关系，所以人们可以用“带宽”去表示“速率”。例如，人们常把网络的“高数据传输速率”用网络的“高带宽”去表述。因此，“带宽”与“速率”在网络技术的讨论中几乎成了同义词。

信道容量

数据通信的主要技术指标网络的延迟又称时延，定义了网络把数据从一个网络节点传送到另一个网络节点所需要的时间。例如，一个横贯大陆的网络可能有24ms的延迟，即将一个比特从一端传到另一端将话费24ms的时间。网络延迟的主要由传播延迟（propagationdelay）、交换延迟（switchingdelay）、介质访问延迟（accessdelay）和队列延迟（queuingdelay）等组成。总之，网络中产生延迟的因素很多，既受网络设备的影响，也受传输介质、网络协议标准的影响；既受硬件制约，也受软件制约。由于物理规律的限制，延迟是不可能完全消除的。

延迟

数据通信的主要技术指标误码率是二进制数据位传输时出错的概率，是衡量数据通信系统在正常工作时的传输可靠性的指标。在计算机网络中，一般要求误码率低于10^(-6)，误码率的计算公式为：P_e=N_e/N，式中N_e为出错的位数；N为传输的数据总位数。

误码率学习进步！计算机网络安全技术

传输介质及网络设备计算机网络技术基础传输介质网络设备学习目标

传输介质01OPTION概述通信介质是网络中信息传输的载体，其性能特点对传输速率、传输距离、传输可靠性、可连接的网络节点数目等都有很大的影响，必须根据不同的通信要求，合理地选择通信介质。网络的通信介质，可以分为有线介质和无线介质两大类型

传输介质01OPTION有线介质介质-同轴电缆以太网标准电缆类别最长有效传输距离10BASE5粗同轴电缆500米10BASE2细同轴电缆185米

传输介质01OPTION有线介质介质-双绞线最常用的传输媒体。分类：屏蔽双绞线STP(ShieldedTwistedPair)无屏蔽双绞线UTP(UnshieldedTwistedPair)

传输介质01OPTION有线介质介质-双绞线铜线聚氯乙烯套层绝缘层(a)无屏蔽双绞线铜线聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层(b)屏蔽双绞线3类线5类线(c)不同的绞合度的双绞线双绞线的示意图

传输介质01OPTION有线介质介质-双绞线以太网标准线缆类别最长有效传输距离10BASE-T两对3/4/5类双绞线100米100BASE-TX两对5类双绞线100米1000BASE-T四对5e类双绞线100米

传输介质01OPTION有线介质介质-光纤以太网标准线缆类别最长有效传输距离10BASE-F单模/多模光纤2000米100BASE-FX单模/多模光纤2000米1000BASE-LX单模/多模光纤316米1000BASE-SX多模光纤316米

传输介质01OPTION无线介质无线电波大气中的电离层是具有离子和自由电子的导电层。无线电波通信就是利用地面的无线电波通过电离层的一次或多次反射，而到达接收端的一种远距离通信方式。无线电波广泛用于室内通信和室外通信。由于无线电波传播距离很远，并很容易穿过建筑物，而且可以全方向传播，使得无线电波的发射和接收装置不必要求精确对准。例如常见的、Wi-Fi、蓝牙、GPS等都使用无线电波进行通信。

传输介质01OPTION无线介质红外线红外线通信在发送端设有红外线发送器，接收端要有红外线接收器。红外线的频率在300G～200000GHz。使用红外线进行通信具有以下优点：收发信机体积小、重量轻、价格低，红外线的频率范围比较灵活，不受各个国家和地区输出的限制。缺点是距离较短且不允许有障碍物。例如遥控器一般都使用红外线进行传输。

传输介质01OPTION无线介质微波微波是一种具有极高频率（通常为300M～300GHz）、波长很短的电磁披。在微波频段，由于频率很高，电波的绕射能力弱，所以微波的信号传输一般限定在视线距离内的直线传播。微波具有传播较稳定，受外界干扰小等优点。但在传播过程中，难免受到影响而引起反射、折射、散射和吸收现象，产生传播衰减和传播失真。例如无线广播电视、军事雷达、卫星系统一般都使用微波进行通信。

传输介质01OPTION无线介质激光激光通信是利用激光束调制成光脉冲来传输数据。激光通信只能传输数字信号，不能传输模拟信号。激光通信必须配置一对激光收发器，而且要安装在可视范围内。激光的频率比微波高，可以获得较高带宽，激光具有高度的方向性，因而难以窃听和被干扰。缺点在于激光源会发出少量射线污染环境，所以只有通过特许后才能安装。

网络设备调制解调器调制解调器是Modulator（调制器）与Demodulator（解调器）的简称，中文称为调制解调器，根据Modem的谐音，亲昵地称之为“猫”，是一种能够实现通信所需的调制和解调功能的电子设备。一般由调制器和解调器组成。在发送端，将计算机串行口产生的数字信号调制成可以通过电话线传输的模拟信号；在接收端，调制解调器把输入计算机的模拟信号转换成相应的数字信号，送入计算机接口。

网络设备网卡网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC）简称网卡，又叫做网络适配器，是连接计算机和网络硬件的设备，它一般插在计算机的主板扩展槽中，它的标准是由IEEE来定义的。每块网卡都有一个唯一的网络节点地址，也就是我们常说的MAC地址。它是网卡生产厂家在生产时烧入ROM中的，且保证唯一。

网络设备集线器集线器（Hub）是带有多个端口的中继器（转发器），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，同时也把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于OSI参考模型的最底层，即“物理层”。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，采用CSMA/CD访问方式。早期集线器应用很广泛，它不仅使用于局域网、企业网、校园网，还可以使用于广域网。

网络设备中继器中继器是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络结点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络设备，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。

网络设备交换机分类：按网络构成方式：接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机按照TCP/IP模型划分：二层交换机和三层交换机按照交换机的外观划分：盒式交换机和框式交换机框式交换机盒式交换机定义：距离终端用户最近的设备，用于终端用户接入网络、对数据帧进行交换等。

网络设备路由器分类：按网络构成方式：接入层路由器、汇聚层路由器和核心层路由器按照外观划分：盒式路由器和框式路由器框式路由器盒式路由器定义：路由器：网络层设备，可以在因特网中进行数据报文转发。路由器根据所收到的报文的目的地址选择一条合适的路径，将报文传送到下一个路由器或目的地，路径中最后的路由器负责将报文送交目的主机。学习进步！计算机网络安全技术

交换技术计算机网络技术基础电路交换报文交换学习目标分组交换

交换技术01OPTION概述“交换”(switching)的含义就是转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。电路交换01OPTION概念交换机电路交换(CircuitSwitching)也叫线路交换，是数据通信领域最早使用的交换方式。通过电路交换进行通信，需要通过中心交换节点在两个站点之间建立一条专用通信链路。

(c)用交换机连接许多部电话电路交换02OPTION电路交换的过程电路交换必定是面向连接的。电路交换分为三个阶段：建立连接：建立一条专用的物理通路，以保证双方通话时所需的通信资源在通信时不会被其他用户占用；通信：主叫和被叫双方就能互相通电话；释放连接：释放刚才使用的这条专用的物理通路（释放刚才占用的所有通信资源）。电路交换03OPTION电路交换特点在数据传送开始之前必须先设置一条专用的道路，采用面向连接的方式。一旦电路建立，用户就可以固定的速率传输数据，中间节点不对数据进行其他缓冲和处理，传输实时性好，透明性好。数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的顺序。这种传输方式适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况，常用于电话通信系统中。目前的公共电话网和移动网采用的都是电路交换技术。在电路释放之前，该通路由一对用户完全占用，即使没有数据传输也要占用电路，因此线路利用率低。电路建立延迟较大，对于突发式的通信，电路交换效率不高。电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。报文交换01OPTION报文交换原理报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发给下一节点，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为“存储一转发”。报文交换02OPTION报文交换特点在传送报文时，一个时刻仅占用一段通道，大大提高了线路利用率。报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地。可以建立报文的优先权，优先级高的报文在节点可优先转发°报文大小不一，因此存储管理较为复杂。大报文造成存储转发的延时过长，对存储容量要求较高。出错后整个报文必须全部重发。报文交换只适用于传输数字信号。分组交换01OPTION分组交换原理分组交换(PacketSwitching)又称包交换。为了更好地利用信道容量，降低节点中数据量的突发性，应将报文交换改进为分组交换。分组交换将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了。分组可以存储到内存中，传输延迟减小，提高了交换速度。它适用于交互式通信，如终端与主机通信。分组交换02OPTION分组交换特点采用“存储一转发”方式。具有报文交换的优点。加速了数据在网络中的传输。这是因为分组是逐个传输，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，正是这种流水线式传输方式减少了报文的传输时间。此外，传输一个分组所需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多，这样因缓冲区不足而等待发送的概率及等待的时间也必然少得多。简化了存储管理。因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，在交换节点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易。P2P4P3P4P3报文报文报文ABCDABCDABCDt数据传送报文P1连接释放数据传送特点比特流直达终点报文报文报文分组分组分组存储转发P2P1P1P3P2P4存储转发存储转发存储转发连接建立交换方式比较学习进步！计算机网络安全技术数据编码与调制技术计算机网络技术基础数据编码类型调制技术学习目标编码技术

数据编码类型01OPTION概述模拟数据(AnalogData)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力，以及在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。数字数据(DigitalData)则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。

数据编码类型调制技术01OPTION模拟数据调制模拟数据的基本调制技术主要有调幅、调频和调相。调幅，幅移键控ASK（AmplitudeShiftKeying）用载波的不同振幅来表示不同的二进制值，如用载波的有无分别表示“1”和“0”。调频，频移键控FsK（FrequencyShiftKeying）用载波频率附近的两个不同频率来表示两个二进制值。调相，相移键控PSK（PhaseShiftKeying）用载波的相位移动来表示数据。在下图中，信号相位与前面信号串同相的信号表示“0”，信号相位与前面信号串反相的信号表示“1”，这是相对相移键控。也可用载波初相为π表示“1”，初相0表示“0”，这是绝对相移键控。调制技术02OPTION数字数据调制过程传统的电话通信信道是为传输话音信号设计的，用于传输300〜3400Hz的音频模拟信号，不能直接传输数字数据。为了利用模拟话音通信的传统电话网实现计算机之间的远程通信，必须将发送端的数字信号转换成能够在公共电话网上传输的模拟信号，这个过程称调制(Modulation)；经传输后在接收端将话音信号逆转换成对应的数字信号，这个过程称解调(Demodulation)。实现数字信号与模拟信号互换的设备叫做调制解调器(Modem)。数字信号通过模拟通信系统的传输情况调制技术03OPTION数字数据调制技术

对数字数据使用不同调制方法后的波形编码技术01OPTION数字数据的编码方式若模拟数据或数字数据采用数字信号传输，需采用编码技术。不归零码(Non-ReturntoZero，NRZ)。NRZ可以用负电平表示逻辑“1”，用正电平表示逻辑“0”，反之亦然，如图2-18所示。NRZ的缺点是发送方和接收方不能保持同步，需采用其他方法保持收发同步。曼彻斯特编码(Manchester)。每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既用作时钟信号，又用作数据信号；从高到低跳变表示“1”，从低到高跳变表示“0”。差分曼彻斯特编码(DifferenceManchester)。每位中间的跳变仅提供时钟定时，用每位开始时有无跳变来表示数据信号，有跳变为“0”，无跳变为“1”。数字信号的编码学习进步！计算机网络安全技术

传输技术计算机网络技术基础数据通信方式同步技术学习目标信道复用技术

数据通信方式01OPTION信道通信方式按照信号的传送方向与时间的关系，信道的通信方式可以分成三种：单工、双工和全双工。单工通信

单工方式是指通信信道是单向信道，信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，而接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。例如，无线电广播、BP机、传统的模拟电视都属于单工通信。半双工通信

半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换。例如，公安系统使用的“对讲机”和军队使用的“步话机”。全双工通信

全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向进行双向传输。例如电话机。

数据通信方式02OPTION数据的传输方式在数字通信中，按每次传送的数据位数，传输方式可分为申行通信和并行通信两种。串行通信串行通信传输时，数据是一位一位地在通信线路上传输的。这时先由计算机内的发送设备，将几位并行数据经并一串转换硬件转换成串行方式，再逐位传输到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式：重新转换成并行方式，以供接收方使用，如右图所示。串行数据传输的速度要比并行传输慢得多，但对于覆盖面板其广阔的公用电话系统来说具有更大的现实意义。串行通信示意图

数据通信方式02OPTION数据的传输方式在数字通信中，按每次传送的数据位数，传输方式可分为申行通信和并行通信两种。并行通信并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位，如图右图所示。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。并行方式主要用于近距离通信。计算机内的总线结构就是并行通信的例子。这种方法的优点是传输速度快，处理简单；缺点是需要铺设多条线路，不适合长距离传输。并行通信示意图

数据通信方式03OPTION数据传输的基本形式基带传输基带（BaseBand）是原始信号所占用的基本频带。基带传输是指在线路上直接传输基带信号或略加整形后进行的传输。在基带传输中，整个信道只传输一种信号，因此通信信道利用率低。数字信号被称为数字基带信号，在基带传输中，需要对数字信号进行编码然后再传输。频带传输远距离通信信道多为模拟信道，例如，传统的电话（电话信道）只适用于传输音频范围（300～3400Hz）的模拟信号，不适用于直接传输频带很宽但能量集中在低频段的数字基带信号。频带传输就是先将基带信号变换（调制）成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号（称为频带信号），再将这种频带信号在模拟信道中传输。宽带传输所谓宽带，就是指比音频带宽还要宽的频带，简单地说就是包括了大部分电磁波频谱的频带。使用这种宽频带进行传输的系统称为宽带传输系统，它几乎可以容纳所有的广播，并且还可以进行高速率的数据传输。借助频带传输，一个宽带信道可以被划分为多个逻辑基带信道。这样就能把声音、图像和数据信息的传输综合在一个物理信道中进行，以满足用户对网络的更高要求。总之，宽带传输一定是采用频带传输技术的，但频带传输不一定就是宽带传输。

同步技术01OPTION同步技术方式异步方式在异步方式中，每传送一个字符（7位或8位）都要在每个字符码前加一个起始位，以表示字符代码的开始；在字符代码校验码后加一或两个停止位，表示字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始和结束，从而起到通信双方的同步作用。同步方式通常，同步方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据块（也称为帧）。对这些数据，不需要附加起始位或停止位，而是在发送一组字符或数据块之前先发送一个同步字符SYN（以01101000表示）或一个同步字节（01111110）,用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以连续发送任意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束。

信道复用技术01OPTION概念

信道多路复用指的是利用一个物理信道同时传输多个信号，以提高信道利用率，使一条线路能同时由多个用户使用而互不影响。多路复用器连接多条低速线路，并将它们的传输容量组合在一起之后，在一条速度较高的线路上传输。在长途通信中，一些高容量的同轴电缆、地面微波、卫星设施以及光缆可传输的频率带宽很宽，为了高效合理地利用资源，通常采用多路复用技术。多路复用技术

信道复用技术02OPTION信道复用方式频分多路复用频分多路复用就是将物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同或略宽一点的子信道，每一个子信道传输一路信号。多路的原始信号在频分复用前，首先要通过频谱搬移技术，将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，这可以通过频率调制时采用不同的载波来实现。时分多路复用时分多路复用是按传输信号的时间进行分割的。它使不同的信号在不同时间内传送，即将整个传输时间分为许多时间片，又称为时隙，每个时间片被一路信号占用。电路上的每一短暂时刻只有一路信号存在。因为数字信号是有限个离散值，所以时分多路复用技术广泛应用于包括计算机网络在内的数字通信系统，而模拟通信系统的传输一般采用频分多路复用。

信道复用技术02OPTION信道复用方式波分多路复用波分多路复用技术是在一根光纤中能同时传播多个波长不同的光载波复用技术。通过波分多路复用可以使原来只能传输一个光载波的单一光信道，变为可传输多个不同波长光载波的光信道，使光纤的传输能力成倍增加。波分多路复用的原理如图2-22所示，在发送端将不同波长的光信号组合起来，复用到一根光纤上，在接收端又将组合的光信号分开（解复用），并送入不同的终端。码分多址码分多路复用也是一种共享信道的方法，每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信，但使用的是基于码型的分割信道的方法，即每个用户分配一个地址码，各个码型互不重叠，通信各方之间不会相互干扰，抗干扰能力强。学习进步！计算机网络安全技术

差错控制技术计算机网络技术基础差错的产生差错控制编码学习目标差错控制方法

差错的产生01OPTION差错产生的原因差错的产生是由噪声引起的。根据产生原因的不同可把噪声分为两类：热噪声和冲击噪声。热噪声。热噪声又称为白嗓声，是由传输介质的电子热运行产生的，它存在于所有电子器件和传输介质中。热噪声是温度变化的结果，不受频率变化的影响。热噪声是在所有频谱中以相同的形态分布，它是不能够消除的，由此对通信系统性能构成了上限。冲击噪声。冲击噪声呈突发状，常由外界因素引起，其噪声幅度可能相当大，是传输中的主要差错。差错产生的过程所谓差错，就是在数据通信中，接收端接收到的数据与发送端实际发出的数据出现不一致的现象，如数据传输过程中位丢失；发出的数据位为“0”，而接收到的数据位为“1”，或发出的数据位为“1”，而接收到的数据位为“0”。差错控制编码01OPTION概念数据信息在向信道发送之前，先按照某种关系附加上一定的冗余位，构成一个完整码字后再发送，这个过程称为差错控制编码。接收端收到该码字后，检查信息位和附加的冗余位之间的关系，以判定传输过程中是否有差错发生，这个过程称为检错过程。如果发现错误，及时采取措施，纠正错误，这个过程称为纠错过程。因此差错控制编码可分为检错码和纠错码两类。检错码。检错码是能够自动发现错误的编码，如奇偶校验码、循环冗余校验码。纠错码。纠错码是能够发现错误且又能自动纠正错误的编码，如汉明码、卷积码。

差错控制编码奇偶校验码奇偶校验码是一种最简单的检错码。其检验规则是：在原数据位后附加校验位(冗余位)，根据附加后的整个数据码中的“1”的个数为奇数或偶数，而分别叫做奇校验或偶校验。奇偶校验有水平奇偶校验、垂直奇偶校验、水平垂直奇偶校验和斜奇偶校验。循环冗余校验码循环冗余校验码也叫CRC码。它先将要发送的信息数据与一个通信双方共同约定的数据进行除法运算，根据余数得出一个校验码，然后将这个校验码附加在信息数据帧之后发送出去。接收端在接收到数据后，将包括校验码在内的数据帧再与约定的数据进行除法运算，若余数为“0”，则表示接收的数据正确；若余数不为“0”，则表明数据在传输的过程中出错。其传输过程如下图所示。

奇偶校验码和循环冗余校验码

差错控制方法01OPTION差错控制方法反馈重发检错方法

反馈重发检错方法又称自动请求重发(AutomaticRepealerQuest,ARQ),是利用编码的方法在数据接收端检测差错。当检测出差错后，设法通知发送数据端重新发送数据，直到无差错为止，如下图所示。ARQ方法只使用检错码。前向纠错方法

前向纠错方法(ForwardErrorCorrecting，FEC)中，接收数据端不仅对数据进行检测，而且当检测出差错后还能利用编码的方法自动纠正差错，如下图所示。FEC方法必须使用纠错码。学习进步！计算机网络安全技术协议与标准概述计算机网络技术基础协议与标准概述学习目标

协议与标准概述01OPTION什么是协议？举例来说，在拍电报时，必须首先规定好报文的传输格式，什么表示启动，什么表示结束，出了错误怎么办，怎样表示发报人的名字和地址，这些预先定义好的格式及约定就是协议。网络协议是为了使计算机网络中的不同设备能进行数据通信而预先制定的一套通信双方相互了解和共同遵守的格式和约定。网络协议是一系列规则和约定的规范性描述，定义了网络设备之间如何进行信息交换。网络协议是计算机网络的基础，只有遵从相应协议的网络设备之间才能够通信（即各种网络互联终端设备的“法律”）。如果一台设备不支持用于网络互联的协议，它就不能与其他设备通信。

协议与标准概述丰富的协议类型网络协议多种多样，主要有传输控制协议/因特网协议（TransferControlProtocol/InternetProtocol，TCP/IP）协议、Novell网络的网际分组交换/顺序分组交换（InternetworkPacketeXchange/SequencedPpacketeXchange，IPX/SPX）协议、IBM网络的系统网络架构（SystemNetworkArchitecture，SNA）协议等。目前最为流行的是TCP/IP协议栈，它已经成为Internet的标准协议。应用层主机到主机层英特网层网络接入层TCP/IP标准模型

协议与标准概述02OPTION何为标准?标准（standard）是广泛使用的或者由官方规定的一套规则和程序。标准描述了协议的规定，设定了保障网络通信的最简性能集。通信标准一般可分为两大类，即事实标准和法定标准。事实标准指的是未经组织团体承认，但已在应用中被广泛使用和接收的标准，而法定标准则指那些由官方认可的团体制定的标准。3.1

协议与标准概述03OPTION知名的标准机构（5）国际电信联盟（3）美国国家标准局（4）电子工业联盟/电信工业联盟（6）因特网架构委员会（1）国际标准化组织（2）电子电气工程师协会（7）因特网工程特别任务组学习进步！计算机网络技术基础OSI/RM计算机网络安全技术OSI/RM概述OSI/RM层次结构及功能学习目标

OSI/RM概述01OPTION概述从20世纪60年代计算机网络问世以来，国际上各大厂商为了在数据通信网络领域占据主导地位，顺应信息化潮流，纷纷推出了各自的网络架构体系和标准，如IBM公司的SNA协议，NovellIPX/SPX协议，苹果公司的AppleTalk协议，DEC公司的DECnet协议，以及广泛流行的TCP/IP。同时，各大厂商针对自己的协议生产出了不同的硬件和软件。各个厂商的共同努力无疑促进了网络技术的快速发展和网络设备种类的迅速增长。

但多种协议的并存也使网络变得越来越复杂；而且，厂商之间的网络设备大部分不能兼容，很难进行通信。

OSI/RM概述OSI/RM模型的诞生为了解决网络之间的兼容性问题，帮助各个厂商生产出可兼容的网络设备，ISO于1984年提出了OSI/RM，该模型具有以下几个特点。① 每层的对应实体之间都通过各自的协议进行通信。② 所有参与通信的计算机系统都有相同的层次结构。③ 不同网络系统的相应层次具有相同的功能。④ 同一网络系统的各个层次之间通过接口联系。⑤ 相邻的层次之间，下层为上层提供服务。

OSI/RM层次结构及功能分层结构OSI/RM采用了分层结构技术，把一个网络系统从下到上分成了7层，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，如图3-1所示。一般来说，OSI/RM的第一层到第三层为底层，底层负责网络数据传输，网络设备往往位于底层，以硬件和软件相结合的方式来实现。OSI/RM的第五层到第七层为高层，高层负责主机之间的数据传输，以软件方式来实现。01OPTION图3-1OSI/RM的层次结构

OSI/RM层次结构及功能OSI层次功能OSI/RM的每一层都有不同的功能，每一层的功能都以协议形式正规描述，协议定义了某层同远端一个对等层通信所使用的一套规则和约定，各层的主要功能如图3-2所示。。02OPTION图3-2OSI/RM各层的主要功能学习进步！计算机网络安全技术TCP/IP计算机网络技术基础TCP/IP模型的层次结构TCP/IP模型的各层功能与主要协议学习目标数据的封装与解封装TCP/IP01OPTION概述TCP/IP起源于20世纪60年代末美国国防部资助的阿帕网（ARPAnet），因此在OSI/RM出来以后，TCP/IP模型也被称为国防部（DepartmentofDefense，DoD）模型。在计算机网络通信中，OSI/RM只是一个参考作用的模型，并没有被实际应用于任何一个网络通信系统。目前，互联网上广泛使用的是DoD模型，即TCP/IP模型，因此它又被称为互联网的基础。TCP/IP模型的层次结构01OPTIONTCP/IP模型由于TCP/IP模型早于OSI/RM出现，即TCP/IP最初是按不同协议开发的，在OSI/RM出现之后才总结其层次结构，因此关于TCP/IP的层次结构有四层或五层的不同说法，如图3-3所示。图中，四层的TCP/IP标准模型将OSI/RM中的数据链路层和物理层合并为网络接入层，但事实上物理层协议和数据层协议是独立开发的，因此这种划分方式与实际情况有所悖离。目前业界比较认同的是五层的TCP/IP对等模型，本书后面的讲解也都将基于这种模型。图3-3OSI/RM与TCP/IP模型的层次对比TCP/IP模型的各层功能与主要协议01OPTIONTCP/IP模型各层功能与协议TCP/IP模型的各层功能与主要协议如表3-1所示，现简要说明如下。层次名称主要功能主要协议应用层提供应用程序接口HTTP、FTP/TFTP、SNMP、DNS协议、DHCP等传输层建立端到端的连接TCP、UDP网络层编址与路径选择IP、ARP、ICMP、IGMP等数据链路层物理介质访问Ethernet协议、HDLC协议、PPP、FR协议等物理层二进制比特流传输接口与线缆相关的协议，如RS-232、V.35、V.24、T568A/T568B等协议数据的封装与解封装01OPTION数据通信过程概述每一个实际的网络通信过程，在发送时都需要经过一个从上到下的封装过程，而在接收时则需要经历一个从下到上的解封装过程。所谓封装是指网络节点将要传送的数据用特定的协议加上头部和尾部，用以实现数据传输，而解封装则是指网络节点将接收的数据依次拆除头部和尾部信息，还原出对应的数据。一般的，完整的网络通信可分为3个过程：发送端的封装过程、中间网络的数据传输过程和接收端的解封装过程。下文以访问百度官网为例，结合TCP/IP模型介绍数据的封装和解封装过程。数据的封装与解封装01OPTION发送端的数据封装发送端的封装过程如图3-4所示，在浏览器输入百度官网地址后，计算机会按下列步骤进行数据的封装过程。图3-4发送端的数据封装过程数据的封装与解封装02OPTION中间网络的数据传输中间网络的数据传输过程如图3-5所示，不同的网络设备会经过不同的数据传输过程，一般情况下，网络中的二层设备（如以太网交换机）只会解封装数据的二层头部，根据二层头部的信息进行相应的“交换”操作。网络中的三层设备（如路由器）只会解封装三层头部，并且根据三层头部的信息进行相应的“路由”操作。图3-5中间网络的数据传输过程

数据通信的基本概念03OPTION接收端的解封装经过中间网络的传递之后，数据最终到达目的服务器，即百度官网的网站服务器。根据不同的协议头部的信息，数据将被一层层地解封装并做相应的处理和传递，最终交由网站服务器上的应用程序进行处理图33接收端数据解封装学习进步！计算机网络技术基础 3.4TCP/IP协议族中的常见协议计算机网络技术基础IPICMPARP/RARPTCP/UDP学习目标IP01OPTIONIP报头IP即InternetProtocol，是TCP/IP协议族中最为核心的协议，处于网络层。IP本身是一个协议文件的名称，主要定义并阐述了IP报文的封装格式。经常被提及的IP，一般不是特指IP这个协议文件本身，而是泛指直接或间接与IP相关的任何内容。IP主要用于为网络层的设备提供逻辑地址，并负责数据包的寻址和转发，IP有IPv4和IPv6两个不同的版本。目前，Internet上的IP报文主要都是IPv4报文，但是逐步在向IPv6过渡。本书中若无特别声明，所提及的IP均指IPv4。IP报文的格式如图3-6所示IP02OPTION分片字段-标识符、标志和片偏移网络中转发的IP报文的长度可以不同，但如果报文长度超过了数据链路所支持的最大长度，则报文就需要分割成若干个较小的片段才能够在链路上传输。将报文分割成多个片段的过程叫做分片，如图3-7所示。图3-7IP报文的分片IP02OPTION分片字段-标识符、标志和片偏移分片时会用到IP报头中的三个字段，分别是标识符、标志和片偏移，现说明如下。

①标识符用于唯一标识主机发送的每个报文，属于同一个数据包的不同分片，其标识符

是相同的，可确保分片可被正确识别和重组。

②标志字段用于判断是否已经收到最后一个分片。其中，最低位为保留位，固定为0，

前两位分别是DF（Don’tFragment）和MF（MoreFragment）。DF位为1表

示不可以分片，为0表示可以分片。MF为1表示有更多的分片，为0则表示是最后一

个分片。

③片偏移字段用于标识某个分片在原IP报文中的位置。第一个分片的片偏移为0，第二

个分片的片偏移表示紧跟第一个分片后的第一个比特的位置。例如，如果首片报文

包含1259比特，那么第二片报文的片偏移字段值就应该为1260。IP03OPTION重要字段-生存时间(TimetoLive,TTL)TTL用于标识报文可经过的最多路由数，即数据包在网络中可通过的路由器数的最大值。报文在网段间转发时，如果网络设备上的路由规划不合理，就可能会出现环路，导致报文在网络中无限循环，无法到达目的端。环路发生后，所有发往这个目的地的报文都会被循环转发，随着这种报文逐渐增多，网络将会发生拥塞。为避免环路导致的网络拥塞，IP报文头中包含一个TTL字段。报文每经过一台三层设备，TTL值减1。初始TTL值由源端设备设置。当报文中的TTL降为0时，报文会被丢弃。同时，丢弃报文的设备会根据报文头中的源IP地址向源端发送ICMP错误消息。（注意：网络设备也可被配置为不向源端发送ICMP错误消息。）IP04OPTION协议IP报文头中的协议字段标识了上层将会继续处理该报文的协议，即指出此数据包携带的数据使用何种协议，以便目的主机的IP层将数据部分上报给哪个进程处理。目的端的网络层在接收并处理报文以后，需要决定下一步对报文如何处理。IP报文头中的协议字段标识了将会继续处理报文的协议。该字段可以标识网络层协议（例如，ICMP的对应值为0x01、IGMP的对应值为0x02），也可以标识上层协议，（例如，TCP的对应值为0x06、UDP对应值为0x11）。ICMP01OPTIONICMP报文格式因特网控制消息协议ICMP(InternetControlMessageProtocol)是IP的辅助协议。ICMP用来在网络设备间传递各种差错和控制信息，对于收集各种网络信息、诊断和排除各种网络故障等方面起着至关重要的作用。ICMP报文承载在IP头部后面，IP报文头部Protocol值为1时表示ICMP协议，其报文格式如图3-8所示。图3-8ICMP报文格式ICMP01OPTIONICMP报文格式ICMP消息的格式取决于Type和Code字段，其中Type字段为消息类型，Code字段包含该消息类型的具体参数。Checksum是校验和字段，用于检查消息是否完整。消息中包含32bit的可变参数，这个字段一般不使用，通常设置为0。不同的ICMP报文由Type、Code进行区别，常见的ICMP报文如表3-2所示。接下来我们介绍一下ICMP报文的常见应用。TypeCode描述00EchoReply30网络不可达31主机不可达32协议不可达33端口不可达50重定向80EchoRequest表3-2常见ICMP报文类型ICMP02OPTIONICMP差错检测ICMPEcho消息常用于诊断源和目的地之间的网络连通性，同时还可以提供其他信息如报文往返时间等。我们可以用ICMP协议提供的一个Ping功能去检查网络的连通性Ping是网络设备、Windows、Unix和Linux平台上的一个命令，其实是一个小巧而实用的应用程序，该应用基于ICMP协议。图3-9Ping