1、計算機網絡基礎與Internet應用第2章計算機網絡基礎知識計算機網絡基礎與Internet應用第2章計算機網絡基礎知識第第2章章 計算機網絡基礎知識計算機網絡基礎知識在線代理 :/提供部分資料2.1 數據通信基礎數據通信基礎本資料由-校園大學生創(chuàng)業(yè)網-提供 :/在線代理 :/提供部分資料數據數據是定義為有意義的實體，是表征事物的形式，例如文字、聲音和圖像等。數據可分為模擬數據和數字數據兩類。模擬數據是指在某個區(qū)間連續(xù)變化的物理量，例如聲音的大小和溫度的變化等。數字數據是指離散的不連續(xù)的量，例如文本信息和整數。信號信號是數據的電磁或電子編碼。信號在通信系統(tǒng)中可分為模擬信號和數字信號。其中模擬信

2、號是指一種連續(xù)變化的電信號，例如： 線上傳送的按照話音強弱幅度連續(xù)變化的電波信號。數字信號是指一種離散變化的電信號，例如計算機產生的電信號就是“0”和“1”的電壓脈沖序列串。信道信道是用來表示向某一個方向傳送信息的媒體。一般來說，一條通信線路至少包含兩條信道，一條用于發(fā)送的信道和一條用于接收的信道。和信號的分類相似，信道也可分為適合傳送模擬信號的模擬信道和適合傳送數字信號的數字信道兩大類。2.1.2 模擬數據與數字數據的傳輸形式模擬數據與數字數據的傳輸形式 典型的例子是話音信號在普通的 系統(tǒng)中傳輸。一般人的語音頻率范圍是3003400Hz，為了進行傳輸，在線路上給它分配一定的帶寬，國際標準取4

3、KHz為一個標準話路所占用的頻帶寬度。在這個傳輸過程中：語音信號以3003400Hz頻率輸入，發(fā)送方的 機把這個語音信號轉變成模擬信號，這個模擬信號經過一個頻分多路復用器進行變化，使得線路上可以同時傳輸多路模擬信號，當到達接收端以后再經過一個解頻的過程把它恢復到原來的頻率范圍的模擬信號，再由接收方 機把模擬信號轉換成聲音信號。1模擬數據在模擬信道上傳輸模擬數據在模擬信道上傳輸 2數字數據在模擬信道上傳輸數字數據在模擬信道上傳輸 計算機和終端設備都是數字設備，它們只能接收和發(fā)送數字數據，而 系統(tǒng)只能傳輸模擬信號，所以這個數字數據要進入到模擬信道以前要有一個變換器進行數字信號到模擬信號的轉換，以便

4、它能在模擬信道上傳輸，這樣的一個變換過程叫調制（注意：這個調制過程并不改變數據的內容，僅是把數據的表示形式進行了改變）。這個變換器又叫做調制器。而當調制后的模擬信號傳到接收端以后，在接收端也有一個變換器再對這個信號進行反變換，即又把它變回數字信號，這樣的一個變換過程叫解調。這個變換器又叫解調器。由于計算機和終端設備之間的數據通信一般是雙向的，因此在數據通信的雙方既有用于發(fā)送信號的調制器又有用于接收信號的解調器，所以把這兩個設備合在一起形成我們通常所說的調制解調器（Modem）。調制解調器就是使用一條標準話路（的標準話路帶寬）提供全雙工的數字信道。 調制解調器最基本的調制方法有以下幾種（在圖2-

5、1中給出了這幾種波形傳輸數據的波形的示意圖）：（1）調幅（AM） 即載波的振幅隨基帶數字信號而變化。例如，0對應于無載波輸出，而1對應于有載波輸出。（2）調頻（FM） 即載波的頻率隨基帶數字信號而變化。例如，0對應于頻率f1，而1對應于頻率f2。（3）調相（PM） 即載波的初始相位隨基帶數字信號而變化。例如，0對應于相位0度，而1對應于180度。3模擬數據在數字信道上傳輸模擬數據在數字信道上傳輸 用數字信道傳輸模擬數據時，需要對模擬數據進行脈沖編碼調制（PCM）。PCM最初并不是為傳送計算機數據所設計的，它的目的是為了能使 局之間的一條中繼線不只傳送一路 而是可以同時傳送幾十路 所設計的。PC

6、M是將模擬 信號轉變?yōu)閿底中盘?，所以首先要?信號進行取樣。根據取樣定理，只要取樣頻率不低于 信號最高頻率的2倍，就可以從取樣的脈沖信號中無失真地恢復出原來的 信號。標準的 信號的最高頻率為，為方便起見，取最高頻率為4KHz，那么取樣頻率就是8KHz，相當于取樣周期為125s，即每秒鐘采樣8000次。下一步是進行編碼。在我國使用的PCM體制中， 信號是采用8bit編碼，也就是說，將取樣后的模擬 信號量化為256個不同等級中的一個。4數字數據在數字信道上傳輸數字數據在數字信道上傳輸 這種方式最典型的例子是在兩個裝有Windows 98操作系統(tǒng)的計算機上，利用Windows 98中自帶的“直接電纜

7、連接”功能把兩個計算機通過串行口或并行口直接相連。在這種情況下通信的雙方發(fā)出的數據和接收的數據以及在信道上所傳輸的全部都是數字信號。 對于數字數據在數字信道上傳輸來說，最普遍而且最容易的辦法是用兩個不同的電壓電平來表示兩個二進制數字。例如，無電壓（也就是無電流）常用來表示0，而恒定的正電壓用來表示1。另外，使用負電壓（低）表示0，使用正電壓（高）表示1也是很普遍的。后一種技術稱為不歸零制NRZ（NonReturn to Zero）。 使用這種不歸零制NRZ信號的最大問題就是難以確定一位的結束和另一位的開始，并且當出現一長串連續(xù)的1或連續(xù)的0時，在接收端無法從收到的比特流中提取位同步信號。曼徹斯

8、特編碼則可解決這一問題。它的編碼方法是將每個碼元再分成兩個相等的間隔，碼元1是由高至低電平轉換，即其前半個碼元的電平為高電平，后半個碼元的電平為低電平。碼元0則正好相反，從低電平到高電平的變換，即其前半個碼元的電平為低電平，后半個碼元的電平為高電平。這種編碼的好處是可以保證在每一個碼元的正中間出現一次電平的轉換，即這個位中間跳變提供了時鐘定時，這對接收端提取同步信號是非常有利的。但是從曼徹斯特編碼的波形圖不難看出其缺點，就是它所占的頻帶寬度比原始的基帶信號增加了一倍。 曼徹斯特編碼還有一個變種叫做差分曼徹斯特編碼，這種差分曼徹斯特編碼與上面講的曼徹斯特編碼有著共同的特點，即在每一個碼元的正中間

9、有一次電平的變換，這種編碼在表示碼元1時，其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平一樣（見圖中的實心箭頭）；但若碼元為0，則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平相反（見圖）中的空心箭頭），即用每位開始時有無電平的跳變來表示0（1）的編碼。不論碼元是1或0，在每個碼元的正中間的時刻，一定要有一次電平的轉換。差分曼徹斯特編碼需要較復雜的技術，但可以獲得較好的抗干擾性能。 2.1.3 數據傳輸中的檢錯與糾錯數據傳輸中的檢錯與糾錯 糾錯碼是指在發(fā)送每一組信息時發(fā)送足夠的附加位，接收端通過這些附加位在接收譯碼器的控制下不僅可以發(fā)現錯誤，而且還能自動地糾正錯誤。如果采用這種編碼，傳輸系

10、統(tǒng)中不需反饋信道就可以實現一個對多個用戶的通信，但譯碼器設備比較復雜，且因所選用的糾錯碼與信道干擾情況有關。某些情況為了糾正差錯，要求附加的冗余碼較多，這將會降低傳輸的效率?，F在比較常見的糾錯編碼有：海明糾錯碼、正反糾錯碼等。 1糾錯碼糾錯碼 2檢錯碼檢錯碼 檢錯碼是指在發(fā)送每一組信息時發(fā)送一些附加位，接收端通過這些附加位可以對所接收的數據進行判斷看其是否正確，如果存在錯誤，它不能糾正錯誤而是通過反饋信道傳送一個應答幀把這個錯誤的結果告訴給發(fā)送端，讓發(fā)送端重新發(fā)送該信息，直至接收端收到正確的數據為止。 最簡單的檢錯碼為奇偶校驗。它是在一個二進制數據字上加上一位，以便檢測差錯。例如，在偶校驗時，

11、要在每一個字符上增加一個附加位，使該字符中“1”的個數為偶數。在奇校驗時，要在每一個字符上增加一個附加位，使該字符中“1”的個數為奇數。接收端檢測該校驗位以確定是否有差錯發(fā)生。奇偶校驗并不是一種十分安全可靠的檢錯方法，如果有偶數個數據位在傳輸中同時出錯，接收端無法檢測出差錯的數據，所以其檢錯概率為50%。對于低速傳輸來說，奇偶校驗是一種令人滿意的檢錯法。通常偶校驗常用于異步傳輸或低速傳輸，而奇校驗常用于同步傳輸。 循環(huán)冗余校驗碼是基于將位串看成是系數為0或1的多項式，一個k位幀可以看成是從xk-1到x0的k次多項式的系數序列，這個多項式的階數為k-1。高位（最左邊）是xk-1項系數，下一位是x

12、k-2的系數，以此類推。例如，110001有6位，表示成多項式是x5+x4+x0。它的6個多項式系數分別是1，1，0，0，0，和1。 多項式的運算法則是模2運算。按照它的運算法則，加法不進位，減法不借位。加法和減法兩者都與異或運算相同。 如果采用多項式編碼的方法，發(fā)送方和接收方必須事先商定一個生成多項式G（x），生成多項式的最高位和最低位必須是1。要計算m位的幀M（x）的校驗和，生成多項式必須比該校驗和的多項式短?；舅枷胧牵簩⑿ｒ灪图釉趲哪┪?，使這個帶校驗和的幀的多項式能被G（x）除盡。當接收方收到帶有校驗和的幀時，用G(x)去除它，如果有余數，則傳輸出錯。 循環(huán)冗余校驗（循環(huán)冗余校驗（C

13、RC）碼）碼 計算校驗和的算法如下： 設生成多項式G(x)為n階，在幀的末尾附加n個零，使幀為m +n 位，則相應的多項式是2n M(x)。 按模2除法用對應于G(x)的位串去除對應于2n M(x)的位串。 按模2減法從對應于2n M(x)的位串中減去余數。結果就是要傳送帶校驗和的幀，叫多項式T(x)。圖2-4表示幀1101011011和G(x)=x4+x+1的算法。很清楚，T(x)能被G(x)除盡。在任何除法問題中，如果用被除數減去余數，則剩下的部分是肯定能夠被除數除盡。例如，如果你用100除以7，余數為2；如果先用100減去2 ，剩下的98就能被7除盡?？梢哉J為這種方法除了是G(x)整數倍

14、數據的多項式差錯檢測不到外，其他錯誤均能捕捉到，由此可看出它的檢錯率是非常高的。目前，常見的生成多項式G(x)國際標準有以下幾種：CRC-12 G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16 G(x)=x16+x15+x2+1CRC-CCITT G(x)=x16+x12+x5+1循環(huán)冗余校驗（循環(huán)冗余校驗（CRC）碼）碼 循環(huán)冗余校驗（循環(huán)冗余校驗（CRC）碼）碼 2.1.4 多路復用多路復用 頻分多路復用FDM是利用傳輸介質的可用帶寬超過給定信號所需的帶寬這一優(yōu)點。頻分多路復用FDM是把每個要傳輸的信號以不同的載波頻率進行調制，而且各個載波頻率是完全獨立的，即信號的帶寬不會相互重疊

15、，然后在傳輸介質上進行傳輸，這樣在傳輸介質上就可以同時傳輸許多路信號。1頻分多路復用（頻分多路復用（FDM） 時分多路復用TDM正是利用了這一優(yōu)點。利用每個信號在時間上交叉，可以在一個傳輸通路上傳輸多個數字信號，這種交叉可以是位一級的，也可以是由字節(jié)組成的塊或更大量的信息。與頻分多路復用類似，專門用于一個信號源的時間片序列被稱為是一條通道時間片的一個周期（每個信號源一個），稱之為一幀。時分多路復用TDM不僅局限于傳輸數字信號，模擬信號也可以同時交叉?zhèn)鬏?。另外，對于模擬信號，時分多路復用TDM和頻分多路復用FDM結合起來使用也是可能的。一個傳輸系統(tǒng)可以頻分許多條通道，每條通道再用時分多路復用來細

16、分。2時分多路復用（時分多路復用（TDM） 2.2 數據交換數據交換 使用線路交換方式，就是通過網絡中的結點在兩個站之間建立一條專用的通信線路。從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。最普通的線路交換例子是 系統(tǒng)。在通話之前，通過用戶的呼叫（即撥號），如果呼叫成功，則從主叫端到被叫端就建立了一條物理通路，這樣雙方就能進行通話了，當通話結束后雙方掛機，這時為進行通話所建立起來的物理通路就自動拆除了。其實，線路交換方式的通信也應包括這三種狀態(tài)，即線路建立、數據傳送和線路拆除。2.2.1 線路交換 例如：假設A站準備與B站建立一個連接，典型的做法是： 在數據交換中

17、，對一些實時性要求不高的信息，可以采用另一種數據交換的方法叫報文交換。報文交換方式傳輸的單位是報文，在報文中包括要發(fā)送的正文信息和指明收發(fā)站的地址及其它控制信息。在這種報文交換方式中，不需要在兩個站之間建立一條專用通路。相反，如果一個站想要發(fā)送一個報文給另一站，它只要把一個目的地址附加在報文上，然后發(fā)送整個報文即可。報文從發(fā)送站到接收站，中間要經過多個結點，在這每個中間結點中，都要接收整個報文，暫存這個報文，然后轉發(fā)到下一個結點。 2.2.2 報文交換 例如：假設發(fā)送一個從A站到B站的報文。 報文分組交換是國際上計算機網絡普遍采用的數據交換方式。報文分組交換試圖綜合報文交換和線路交換的優(yōu)點。報

18、文分組交換原理是把一個要傳送的報文分成若干段，每一段都作為報文分組的數據部分，由于報文分組交換允許每個報文分組走不同的路徑，所以一個完整的報文分組還必須包括地址、分組編號、校驗碼等傳輸控制信息，并按規(guī)定的格式排列每個分組。報文分組交換的工作方式非常象報文交換，形式上的主要差別在于：在分組交換網絡中，要限制所傳輸的數據單位的長度。典型的最大長度是1000位到幾千位。 2.2.3 報文分組交換 例如：考慮一個報文分組的傳輸。 2.3 計算機網絡的體系結構 計算機網絡是由多種計算機和各類終端通過通信線路連接起來的復合系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，由于計算機型號不一，終端類型各異，加之線路類型、連接方式、同步方

19、式、通信方式的不同，給網絡中各結點的通信帶來許多不便。由于在不同計算機系統(tǒng)之間，真正以協同方式進行通信的任務是十分復雜的。為了設計這樣復雜的計算機網絡，早在最初的ARPANET設計時即提出了分層的方法?！胺謱印笨蓪嫶蠖鴱碗s的問題，轉化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部總是比較易于研究和處理。2.3.1 計算機網絡體系結構的形成 1974年，美國的IBM公司宣布了它研制的系統(tǒng)網絡體系結構SNA（System Network Architecture）。 為了使不同體系結構的計算機網絡都能互連，國際標準化組織（ISO）于1977年成立了一個專門的機構來研究該問題。不久，他們就提出一個試圖使各

20、種計算機在世界范圍內互連成網的標準框架，即著名的開放系統(tǒng)互連基本參考模型OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model），簡稱為OSI。 OSI采用這種層次結構可以帶來很多好處。如：（1）各層之間是獨立的。某一層并不需要知道它的下一層是如何實現的，而僅僅需要知道該層間的接口（即界面）所提供的服務。由于每一層只實現一種相對獨立的功能，因而可將一個難以處理的復雜問題分解為若干個較容易處理的更小一些的問題。這樣，整個問題的復雜程度就下降了。（2）靈活性好。當任何一層發(fā)生變化時（例如技術的變化），只要層間接口關系保持不變，則在這層以上或以下各層均

21、不受影響。（3）結構上可分割開。各層都可以采用最合適的技術來實現。（4）易于實現和維護。這種結構使得實現和調試一個龐大而又復雜的系統(tǒng)變得易于處理，因為整個的系統(tǒng)已被分解為若干個相對獨立的子系統(tǒng)。（5）能促進標準化工作，因為每一層的功能及其所提供的服務都已有了精確的說明。 OSI開放系統(tǒng)互連參考模型將整個網絡的通信功能劃分成七個層次，每個層次完成不同的功能。這七層由低層至高層分別是物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層、會話層、表示層和應用層。 1物理層 2.3.2 OSI的參考模型 物理層傳輸數據的單位是比特。物理層不是指連接計算機的具體的物理設備或具體的傳輸媒體是什么，因為它們的種類非常多，物理

22、層的作用是盡可能的屏蔽這些差異，對它的高層即數據鏈路層提供統(tǒng)一的服務。所以物理層主要關心的是在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數據的比特流。為了達到這個目的，物理層在設計時涉及的主要問題有： 用多大的電壓代表“1”或“0”，以及當發(fā)送端發(fā)出比特“1”時，在接收端如何識別出這是比特“1”而不是比特“0” 確定連接電纜材質、引線的數目及定義、電纜接頭的幾何尺寸、鎖緊裝置等l 指出一個比特信息占用多長時間l 采用什么樣的傳輸方式l 初始連接如何建立 當雙方結束通信如何拆除連接。綜上所述，物理層提供為建立、維護和拆除物理鏈路所需要的機械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性。2數據鏈路層 數據鏈路層傳輸數據的單

23、位是幀，數據幀的幀格式中包括的信息有：地址信息部分、控制信息部分、數據部分、校驗信息部分。數據鏈路層的主要作用是通過數據鏈路層協議（即鏈路控制規(guī)程），在不太可靠的物理鏈路上實現可靠的數據傳輸。 數據鏈路層把一條有可能出差錯的實際鏈路，轉變成為讓網絡層向下看起來好象是一條不出差錯的鏈路。為了完成這一任務，數據鏈路層還要解決如下一些主要問題：（1）代碼透明性的問題。由于物理層只是接收和發(fā)送一串比特流信息而不管其是什么含義。（2）流量控制的問題。在數據鏈路層還要控制發(fā)送方的發(fā)送速率必須使接收方來得及接收。當接收方來不及接收時，就必須及時地控制發(fā)送方的發(fā)送速率，即在數據鏈路層要解決流量控制的問題。 3

24、網絡層 網絡層傳送的數據單位是報文分組或包。在計算機網絡中進行通信的兩個計算機之間可能要經過許多個結點和鏈路，也可能還要經過好幾個路由器所連接的通信子網。網絡層的任務就是要選擇最佳的路由，使發(fā)送站的運輸層所傳下來的報文能夠正確無誤地按照目的地址找到目的站，并交付給目的站的運輸層。這就是網絡層的路由選擇功能。路由選擇的好壞在很大程度上決定了網絡的性能，如網絡吞吐量（在一個特定的時間內成功發(fā)送數據包的數量），平均延遲時間、資源的有效利用率等。 路由選擇是廣域網和網際網中非常重要的問題，局域網則比較簡單，甚至可以不需要路由選擇功能。路由選擇的定義是根據一定的原則和算法在傳輸通路上選出一條通向目的結點

25、的最佳路徑，一個好的路由選擇應有以下特點：信息傳送所用時間最短使網絡負載均衡通信量均勻路由選擇算法應簡單易實現，不致因拓撲的變化，影響報文正常到達目的結點。 這里要強調指出，網絡層中的“網絡”二字，已不是我們通常談到的網絡的概念，而是在計算機網絡體系結構模型中的專用名詞。另外在網絡層還要解決擁塞控制問題。在計算機網絡中的鏈路容量、交換結點中的緩沖區(qū)和處理機等，都是網絡資源。在某段時間，若對網絡中某一資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網絡的性能就要變壞。這種情況叫擁塞。網絡層也要避免這種現象的出現。通常上Internet所采用的TCP/IP協議中的IP（網際協議）協議就是屬于網絡層。而登

26、錄NOVELL服務器所必須使用的IPX/SPX協議中的IPX（網際包交換協議）協議也是屬于網絡層。4運輸層 OSI（開放式系統(tǒng)互連）所定義的運輸層正好是七層的中間一層，是通信子網（下面3層）和資源子網（上面3層）的分界線，它屏蔽通信子網的不同，使高層用戶感覺不到通信子網的存在。它完成資源子網中兩結點的直接邏輯通信，實現通信子網中端到端的透明傳輸。運輸層信息的傳送單位是報文。運輸層的基本功能是從會話層接收數據報文，并且在當所發(fā)送的報文較長時，在運輸層先要把它分割成若干個報文分組，然后再交給它的下一層（即網絡層）進行傳輸。另外，這一層還負責報文錯誤的確認和恢復，以確保信息的可靠傳遞。 運輸層在高層

27、用戶請求建立一條傳輸的虛擬連接時，通過網絡層在通信子網中建立一條獨立的網絡連接，但如果高層用戶要求比較高的吞吐量時，運輸層也可以同時建立多條網絡連接來維持一條傳輸連接請求，這種技術叫“分流技術”。有時為了節(jié)省費用，對速度要求不是很高的高層用戶請求，運輸層也可以將多個傳輸通信合用一條通信子網的網絡連接。這種技術叫“復用技術”。 運輸層除了有以上功能和作用外，它還要處理端到端的差錯控制和流量控制的問題。 通常上互連網所采用的TCP/IP協議中的TCP（傳輸控制協議）協議就是屬于運輸層。而登錄NOVELL服務器所必須使用的IPX/SPX協議中的SPX（順序包交換協議）協議也是屬于運輸層。5會話層 如

28、果不看表示層，在OSI開放式系統(tǒng)互連的會話層就是用戶和網絡的接口，這是進程到進程之間的層次。會話層允許不同機器上的用戶建立會話關系，目的是完成正常的數據交換，并提供了對某些應用的增強服務會話，也可被用于遠程登錄到分時系統(tǒng)或在兩個機器間傳遞文件。會話層對高層提供的服務主要是“管理會話”。一般，兩個用戶要進行會話，首先雙方都有必須接受對方，以保證雙方有權參加會話；其次是會話雙方要確定通信方式，即會話允許信息同時雙向傳輸或任一時刻僅能單向傳輸，若是后者，會話層將記錄此刻由哪一個用戶進程來發(fā)送數據，為了保證單向傳輸的正確性，即在某一個時刻僅能一方發(fā)送，會話層提供了令牌管理，令牌可以在雙方之間交換，只有

29、持有令牌的一方才可以執(zhí)行發(fā)送報文這樣的操作。會話層提供的另一種服務叫“同步服務”。綜上所述，會話層的主要功能歸結為：允許在不同主機上的各種進程間進行會話。6表示層 在計算機與計算機的用戶之間進行數據交換時，并非是隨機的交換數據比特流，而是交換一些有具體意義的數據信息，這些數據信息有一定的表示格式，例如表示人名用字符型數據，表示貨幣數量用浮點數數據等等。那么不同的計算機可能采用不同的編碼方法來表示這些數據類型和數據結構，為讓采用不同編碼方法的計算機能夠進行交互通信，能相互理解所交換數據的值，可以采用抽象的標準法來定義數據結構，并采用標準的編碼形式。表示層管理這些抽象數據結構，并且在計算機內部表示

30、和網絡的標準表示法之間進行轉換，也即表示層關心的是數據傳送的語義和語法兩個方面的內容。但其僅完成語法的處理，而語義的處理是由應用層來完成的。表示層的另一功能是數據的加密和解密，為了防止數據在通信子網中傳輸時敵意的竊聽和篡改，發(fā)送方的表示層將要傳送的報文進行加密后再傳輸，接收方的表示層在收到密文后，對其進行解密，把解密后還原成的原始報文傳送給應用層。表示層所提供的功能還有文本的壓縮功能，文本壓縮的目的是為了把文本非常大的數據量利用壓縮技術使其數據量盡可能的減小，以滿足一般通信帶寬的要求，提高線路利用率，從而節(jié)省經費。綜上所述，表示層是為上層提供共同需要數據或信息語法的表示變換。 7應用層 應用層

31、是OSI網絡協議體系結構的最高層，是計算機網絡與最終用戶的界面，為網絡用戶之間的通信提供專用的程序。OSI的7層協議從功能劃分來看，下面6層主要解決支持網絡服務功能所需要的通信和表示問題，應用層則提供完成特定網絡功能服務所需要的各種應用協議。應用層的一個主要解決是虛擬終端的問題。大家都知道世界上有上百種互不兼容的終端，要把它們組裝成網絡，即讓一個廠家的主機與另一個廠家的終端通信，就不得不在主機方設計一個專用的軟件包，以實現異種機、終端的連接。如果一個網絡中有N種不同類型的終端和M種不同類型的主機，為實現它們之間的交互通信，要求每一臺主機都得為每一種終端設計一個專用的軟件包，最壞情況下，需要配置

32、M x N個專用的軟件包，顯然這種方法實現起來很困難，為此，可采用建立一個統(tǒng)一的終端協議方法，使所有不同類型的終端都能通過這種終端協議與網絡主機互連。這種終端協議就稱為虛擬終端協議。 應用層的另一個功能是文件傳輸協議FTP。計算機網絡中各計算機都有自己的文件管理系統(tǒng)，由于各臺機器的字長、字符集、編碼等存在著差異，文件的組織和數據表示又因機器而各不相同，這就給數據、文件在計算機之間的傳送帶來不便，有必要在全網范圍內建立一個公用的文件傳送規(guī)則，即文件傳送協議。應用層還有電子郵件的功能，電子郵件系統(tǒng)是用電子方式代替郵局進行傳遞信件的系統(tǒng)。信件泛指文字、數字、語音、圖形等各種信息，利用電子手段將其由一

33、處傳遞至另一處或多處。2.3.3 TCP/IP參考模型 TCP/IP體系共分成四個層次。它們分別是：網絡接口層、網絡層、運輸層和應用層。 1網絡接口層網絡接口層網絡接口層與OSI參考模型的數據鏈路層和物理層相對應，它不是TCP/IP協議的一部分，但它是TCP/IP賴以存在的與各種通信網之間的接口，所以，TCP/IP對網絡接口層并沒有給出具體的規(guī)定。2網絡層網絡層 網絡層有四個主要的協議：網際協議IP、Internet控制報文協議ICMP、地址解析協議APR和逆地址解析協議RARP。網絡層的主要功能是使主機可以把分組發(fā)往任何網絡并使分組獨立地傳向目標（可能經由不同的網絡）。這些分組到達的順序和發(fā)

34、送的順序可能不同，因此如果需要按順序發(fā)送及接收時，高層必須對分組排序。這就象一個人郵寄一封信，不管他準備郵寄到哪個國家，他僅需要把信投入郵箱，這封信最終會到達目的地。這封信可能會經過很多的國家，每個國家可能有不同的郵件投遞規(guī)則，但這對用戶是透明的，用戶是不必知道這些投遞規(guī)則。另外，網絡層的網際協議IP的基本功能是：無連接的數據報傳送和數據報的路由選擇，即IP協議提供主機間不可靠的、無連接數據報傳送?；ミB網控制報文協議ICMP提供的服務有：測試目的地的可達性和狀態(tài)、報文不可達的目的地、數據報的流量控制、路由器路由改變請求等。地址轉換協議ARP的任務是查找與給定IP地址相對應主機的網絡物理地址。反

35、向地址轉換協議RARP主要解決物理網絡地址到IP地址的轉換。3運輸層運輸層TCP/IP的運輸層提供了兩個主要的協議，即傳輸控制協議的運輸層提供了兩個主要的協議，即傳輸控制協議TCP和用戶數據報協議和用戶數據報協議UDP，它的功能是使源主機和目的主機的對等實體之間可以進行會話。其中，它的功能是使源主機和目的主機的對等實體之間可以進行會話。其中TCP是面向連接的協議。所謂連接，就是兩個對等實體為進行數據通信而進行的一種是面向連接的協議。所謂連接，就是兩個對等實體為進行數據通信而進行的一種結合。面向連接服務是在數據交換之前，必須先建立連接。當數據交換結束后，結合。面向連接服務是在數據交換之前，必須先

36、建立連接。當數據交換結束后，則應終止這個連接。面向連接服務具有連接建立、數據傳輸和連接釋放這三個階則應終止這個連接。面向連接服務具有連接建立、數據傳輸和連接釋放這三個階段。在傳送數據時是按序傳送的。用戶數據協議是無連接的服務。在無連接服務段。在傳送數據時是按序傳送的。用戶數據協議是無連接的服務。在無連接服務的情況下，兩個實體之間的通信不需要先建立好一個連接，因此其下層的有關資的情況下，兩個實體之間的通信不需要先建立好一個連接，因此其下層的有關資源不需要事先進行預定保留。這些資源將在數據傳輸時動態(tài)地進行分配。無連接源不需要事先進行預定保留。這些資源將在數據傳輸時動態(tài)地進行分配。無連接服務的另一特

37、征就是它不需要通信的兩個實體同時是活躍的（即處于激活態(tài)）。服務的另一特征就是它不需要通信的兩個實體同時是活躍的（即處于激活態(tài)）。當發(fā)送端的實體正在進行發(fā)送時，它才必須是活躍的。無連接服務的優(yōu)點是靈活當發(fā)送端的實體正在進行發(fā)送時，它才必須是活躍的。無連接服務的優(yōu)點是靈活方便和比較迅速。但無連接服務不能防止報文的丟失、重復或失序。無連接服務方便和比較迅速。但無連接服務不能防止報文的丟失、重復或失序。無連接服務特別適合于傳送少量零星的報文。特別適合于傳送少量零星的報文。4應用層應用層在在TCP/IP體系結構中并沒有體系結構中并沒有OSI的會話層和表示層，的會話層和表示層，TCP/IP把它都歸結到應用

38、層。把它都歸結到應用層。所以，應用層包含所有的高層協議，如虛擬終端協議（所以，應用層包含所有的高層協議，如虛擬終端協議（TELNET）、文件傳輸協）、文件傳輸協議（議（FTP）、簡單郵件傳送協議（）、簡單郵件傳送協議（SMTP）和域名服務（）和域名服務（DNS）等等。）等等。2.4 數據的傳輸媒體數據的傳輸媒體 2.4.1 雙絞線 組建局域網絡所用的雙絞線是一種由4對線（即8根線）組成的，其中每根線的材質有銅線和銅包的鋼線兩類。 一般來說，雙絞線電纜中的8根線是成對使用的，而且每一對都相互絞合在一起，絞合的目的是為了減少對相鄰線的電磁干擾。雙絞線分為屏蔽雙絞線（STP）和非屏蔽雙絞線（UTP）

39、。目前，在局域網中常用到的雙絞線是非屏蔽雙絞線（UTP），它又分：3類、4類、5類、超5類、6類和7類。雙絞線的這8根線的引腳定義如下： 線路線號12345678線路色標白橙橙白綠藍白藍綠白褐褐引腳定義Tx+Tx-Rx+ Rx- 在局域網，雙絞線主要是用來連接計算機網卡到集線器或通過集線器之間級聯口的級聯，有時也可直接用于兩個網卡之間的連接或不通過集線器級聯口之間的級聯，但它們的接線方式各有不同。 常規(guī)雙絞線接法錯線雙絞線接法2.4.2 同軸電纜 同軸電纜的結構，它的中央是銅質的芯線（單股的實心線或多股絞合線），銅質的芯線外包著一層絕緣層，絕緣層外是一層網狀編織的金屬絲作外導體屏蔽層（可以是單

40、股的），屏蔽層把電線很好地包起來，再往外就是外包皮的保護塑料外層了 目前經常用于局域網的同軸電纜有二種：一種是專門用在符合標準以太網環(huán)境中阻抗為50的電纜，只用于數字信號發(fā)送，稱為基帶同軸電纜；另一種是用于頻分多路復用FDM的模擬信號發(fā)送，阻抗為75的電纜，稱為寬帶同軸電纜。2.4.3 光纖 光纖是一種細小、柔韌并能傳輸光信號的介質，一根光纜中包含有多條光纖。光纖上是利用有光脈沖信號表示1，沒有光脈沖來表示0。光纖通信系統(tǒng)是由光端機、光纖（光纜）和光纖中繼器組成。光端機又分成光發(fā)送機和光接收機。而光中繼器用來延伸光纖或光纜的長度，防止光信號衰減。光發(fā)送機將電信號調制成光信號，利用光發(fā)送機內的光

41、源將調制好的光波導入光纖，經光纖傳送到光接收機。光接收機將光信號變換為電信號，經放大、均衡判決等處理后送給接收方。光纖和同軸電纜相似，只是沒有網狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。光纖分為單模光纖和多模光纖兩類（所謂“?！笔侵敢砸欢ǖ慕嵌冗M入光纖的一束光）。 光纖不僅具有通信容量非常大的特點，而且還具有其他的一些特點：抗電磁干擾性能好；保密性好，無串音干擾；信號衰減小，傳輸距離長；抗化學腐蝕能力強。正是由于光纖的數據傳輸率高（目前已達到1Gb/s），傳輸距離遠（無中繼傳輸距離達幾十至上百公里）的特點，所以在計算機網絡布線中得到了廣泛地應用。目前光纜主要是用于交換機之間、集線器之間的連接，但隨著千兆

42、位局域網絡應用的不斷普及和光纖產品及其設備價格的不斷下降，光纖連接到桌面也將成為網絡發(fā)展的一個趨勢。但是光纖也存在一些缺點。這就是光纖的切斷和將兩根光纖精確地連接所需要的技術要求較高。2.5 網絡的拓撲結構網絡的拓撲結構 2.5.1 星型拓撲結構 星型拓撲結構是由中心結點和通過點對點鏈路連接到中心結點的各站點組成。星型拓撲結構的中心結點是主結點，它接收各分散站點的信息再轉發(fā)給相應的站點。目前這種星型拓撲結構幾乎是Ethernet雙絞線網絡專用的。這種星型拓撲結構的中心結點是由集線器或者是交換機來承擔的。星型拓撲結構有以下優(yōu)點： 由于每個設備都用一根線路和中心結點相連，如果這根線路損壞，或與之相

43、連的工作站出現故障時，在星型拓撲結構中，不會對整個網絡造成大的影響，而僅會影響該工作站。網絡的擴展容易?？刂坪驮\斷方便。 訪問協議簡單。 星型拓撲結構也存在著一定的缺點： 過分依賴中心結點。 成本高。 2.5.2 總線型拓撲結構 總線型拓撲結構采用單根傳輸線作為傳輸介質，所有的站點（包括工作站和文件服務器）均通過相應的硬件接口直接連接到傳輸介質或稱總線上，各工作站地位平等，無中心結點控制。 總線型拓撲結構的總線大都采用同軸電纜。總線上的信息多以基帶信號型式串行傳送。某個站點發(fā)送報文（把要發(fā)送的信息叫報文），其傳送的方向總是從發(fā)送站點開始向兩端擴散，如同廣播電臺發(fā)射的信息一樣，又稱為廣播式計算機

44、網絡，在總線網絡上的所有站點都能接收到這個報文，但并不是所有的都接收，而是每個站點都會把自己的地址與這個報文的目的地址相比較,只有與這個報文的目的地址相同的工作站才會接收報文 。在總線型拓撲結構中，由于各站點通過總線來傳輸信息，并且各站點對于總線的使用權是平等，因此就產生了如何合理分配信道問題，這種合理解決信道分配問題的控制方法叫介質訪問的控制方式。總線型拓撲結構的介質訪問控制方式是叫CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測）?？偩€型拓撲結構有以下的主要優(yōu)點：l 從硬件觀點來看總線型拓撲結構可靠性高。因為總線型拓撲結構簡單，而且又是無源元件。l 易于擴充，增加新的站點容易。如要增加新站點，僅需在總線的相應接入點將工作站接入即可。l 使用電纜較少，且安裝容易。l 使用的設備相對簡單，可靠性高。當然總線型拓撲結構也存在一些缺點：故障隔離困難。在星型拓撲結構中，一旦檢查出哪個站點出故障，只需簡單地把連接拆除即可。而在總線型拓撲結構中，如果某個站點發(fā)生故障，則需將