第1章計算機網(wǎng)絡(luò)概論1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展1.2現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的三大趨勢1.3計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識1.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念習(xí)題

1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展

1.1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生

1．面向終端的計算機通信網(wǎng)

隨著遠(yuǎn)程終端數(shù)量的增多，為了避免一臺計算機使用多個線路控制器，在20世紀(jì)60年代初，出現(xiàn)了多重線路控制器(MultilineController)，它可和多個遠(yuǎn)程終端相連接(如圖1-1所示)，構(gòu)成面向終端的計算機通信網(wǎng)，它是最原始的計算機網(wǎng)絡(luò)(有人稱其為第一代計算機網(wǎng)絡(luò))。圖1-1面向終端的計算機通信網(wǎng)當(dāng)人們認(rèn)識到計算機還可用作數(shù)據(jù)處理時，計算機的用戶數(shù)量就迅速增長。但是，每當(dāng)需要增加一個新的遠(yuǎn)程終端時，上述的這種線路控制器就要進行許多硬件和軟件的改動，以便和新加入的終端的字符集和傳輸速率等特性相適應(yīng)。通信處理機也稱為前端處理機(FrontEndProcessor，F(xiàn)EP)或簡稱為前端機。前端處理機分工完成全部的通信任務(wù)，而讓主機專門進行數(shù)據(jù)的處理。這樣就大大地提高了主機進行數(shù)據(jù)處理的效率。圖1-2表示用一個前端處理機與多個遠(yuǎn)程終端相連的情況。由于可采用較便宜的小型計算機充當(dāng)大型計算機的前端處理機，因此這種面向終端的計算機通信網(wǎng)就獲得了很大的發(fā)展。一直到現(xiàn)在，大型計算機組成的網(wǎng)絡(luò)仍使用前端處理機，而對于目前接入局域網(wǎng)的個人計算機，其使用的接口網(wǎng)卡在原理上就相當(dāng)于這種前端處理機。圖1-2用前端處理機實現(xiàn)的聯(lián)機系統(tǒng)

2．基于交換的計算機通信網(wǎng)

電路交換技術(shù)本來是為電話通信而設(shè)計的，對于計算機網(wǎng)絡(luò)來說，建立通路的呼叫過程太長，必須尋找新的適合于計算機通信的交換技術(shù)。1964年8月，Baran(巴蘭)在美國Rand(蘭德)公司的《論分布式通信》的研究報告中提出了存儲轉(zhuǎn)發(fā)思想。1962～1965年，美國國防部的高級研究計劃ARPA(AdvancedResearchProjectsAgency)和英國的國家物理實驗室NPL

(NationalPhysicsLaboratory)都對新型的計算機通信網(wǎng)進行了研究。

ARPANET的成功運行使計算機網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生了根本變化。早期的面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)是以單臺主機為中心的星形網(wǎng)(見圖1-3(a))，各終端通過電話網(wǎng)共享主機的硬件和軟件資源。而分組交換網(wǎng)則實際以網(wǎng)絡(luò)(通信子網(wǎng))為中心，主機和終端都處在網(wǎng)絡(luò)的邊緣(見圖1-3(b))。主機和終端構(gòu)成了用戶資源子網(wǎng)(以區(qū)別于通信子網(wǎng))，用戶不僅共享通信子網(wǎng)的資源，而且還可共享用戶資源子網(wǎng)豐富的硬件和軟件資源。這種以通信子網(wǎng)為中心的計算機通信網(wǎng)被稱為第二代計算機網(wǎng)絡(luò)，它比第一代網(wǎng)絡(luò)在功能上擴大了很多，成為20世紀(jì)七八十年代計算機網(wǎng)絡(luò)的主要形式。圖1-3從以單個主機為中心演變到以通信子網(wǎng)為中心在以分組交換為核心的第二代通信網(wǎng)絡(luò)中，多臺計算機通過通信子網(wǎng)構(gòu)成一個有機的整體，既分散又統(tǒng)一，從而使整個系統(tǒng)性能大大提高；原來單一主機的負(fù)載可以分散到全網(wǎng)的各個機器上，使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快；而且在這種系統(tǒng)中，單機故障也不會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的全面癱瘓。

3．計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成

有了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，使得一個公司所生產(chǎn)的各種機器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以非常容易地被連接起來，這種情況顯然有利于一個公司壟斷自己的產(chǎn)品。用戶一旦購買了某個公司的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)需要擴展時，就只能再購買原公司的產(chǎn)品。由于各個公司的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)各不相同，所以不同公司之間的網(wǎng)絡(luò)不能互聯(lián)互通。全球經(jīng)濟的發(fā)展使得不同網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的用戶迫切要求能夠互相交換信息。為了使不同體系結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡(luò)都能互聯(lián)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于1977年成立了專門機構(gòu)研究該問題。不久，他們就提出了一個使各種計算機能夠互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)框架，即著名的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM(OpenSystemsInterconnectionReferenceModel)，簡稱為OSI。它將網(wǎng)絡(luò)劃分為七層，并規(guī)定了每層的功能(詳見1.4節(jié))。OSI/RM參考模型的提出，意味著計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到了第三代。

4．局域網(wǎng)的形成

由于微型計算機(微機)的出現(xiàn)和應(yīng)用的普及，人們迫切需要將眾多的微機組成網(wǎng)絡(luò)，局域網(wǎng)就是在一個有限區(qū)域范圍內(nèi)將眾多微機連接在一起實現(xiàn)信息交換和信息共享。作為網(wǎng)絡(luò)的一個重要分支，局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)簡單，只要在微機中插入一個接口板就能實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。由于局域網(wǎng)價格便宜，傳輸速率高，使用方便，因此在20世紀(jì)80年代開始得到了快速發(fā)展，特別是微機的大量推廣和普及，對局域網(wǎng)的應(yīng)用起到了極大的推動作用，對當(dāng)今計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。

5．Internet時代的到來

Internet已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大和增長速率最快的計算機網(wǎng)絡(luò)，沒有人能夠準(zhǔn)確說出Internet究竟有多大。特別是21世紀(jì)，Internet得到了迅猛發(fā)展，成指數(shù)級增長趨勢。由于Internet存在著技術(shù)上和功能上的不足，加上用戶數(shù)量猛增，使得現(xiàn)有的Internet不堪重負(fù)。美國率先宣布實施“下一代Internet計劃”，即“NGI(NextGenerationInternet)”計劃。

NGI計劃要實現(xiàn)的一個目標(biāo)是：開發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以比現(xiàn)在的Internet高100倍的速率連接至少100個研究機構(gòu)，以比現(xiàn)在的Internet高1000倍的速率連接10個類似的網(wǎng)點。其端到端的傳輸速率要超過100Mb/s至10Gb/s。另一個目標(biāo)是使用更加先進的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)和開發(fā)許多帶有革命性的應(yīng)用，如遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、有關(guān)能源和地球系統(tǒng)的研究、高性能的全球通信、環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報、緊急情況處理等。NGI計劃將使用超高速全光網(wǎng)絡(luò)，能實現(xiàn)更快速的交換和路由選擇，同時具有為一些實時應(yīng)用保留帶寬的能力。1.1.2計算機網(wǎng)絡(luò)各個發(fā)展階段的特點

第一階段：計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與理論的準(zhǔn)備

第一階段可以追溯到20世紀(jì)50年代。這個階段的特點與標(biāo)志性成果主要表現(xiàn)在：

(1)數(shù)據(jù)通信的研究與技術(shù)的日趨成熟，為計算機網(wǎng)絡(luò)的形成奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

(2)分組交換概念的提出為計算機網(wǎng)絡(luò)的研究奠定了理論基礎(chǔ)。

第二階段：計算機網(wǎng)絡(luò)的形成

(1)?ARPANET的成功運行證明了分組交換理論的正確性。

(2)?TCP/IP協(xié)議的廣泛應(yīng)用為更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

(3)?DNS、E-mail、FTP、TELNET、BBS等應(yīng)用展現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣闊的應(yīng)用前景。

第三階段：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究

(1)?OSI參考模型的研究對網(wǎng)絡(luò)理論體系的形成與發(fā)展以及在推進網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化方面起到了重要的推動作用。

(2)?TCP/IP協(xié)議經(jīng)受了市場和用戶的檢驗，吸引了大量的投資，推動了互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，成為業(yè)界事實上的標(biāo)準(zhǔn)。

第四階段：互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、無線網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)研究的發(fā)展

(1)?Internet作為全球性的網(wǎng)際網(wǎng)與信息系統(tǒng)，在當(dāng)今政治、經(jīng)濟、文化、科研、教育與社會生活等方面發(fā)揮了越來越重要的作用。

(2)計算機網(wǎng)絡(luò)與電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)“三網(wǎng)融合”，促進了寬帶城域網(wǎng)概念、技術(shù)的演變。寬帶城域網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)代化城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。接入技術(shù)的發(fā)展擴大了終端用戶設(shè)備的接入范圍，進一步促進了互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展。

(3)無線局域網(wǎng)與無線城域網(wǎng)技術(shù)日益成熟，已經(jīng)進入應(yīng)用階段。無線自組網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與應(yīng)用受到了高度重視。

(4)?對等(Peer-to-Peer，P2P)網(wǎng)絡(luò)的研究使新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，成為現(xiàn)代信息服務(wù)業(yè)新的產(chǎn)業(yè)增長點。

(5)隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的快速增長，新的網(wǎng)絡(luò)安全問題不斷出現(xiàn)，促使網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的研究與應(yīng)用進入高速發(fā)展階段。網(wǎng)絡(luò)安全的研究成果為互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了安全保障。1.1.3互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的高速發(fā)展

1993年9月，美國公布了國家信息基礎(chǔ)設(shè)施(NationalInformationInfrastructure，NII)建設(shè)計劃，NII被形象地稱為信息高速公路。美國建設(shè)信息高速公路的計劃觸動了世界各國，各國認(rèn)識到信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展對經(jīng)濟發(fā)展的重要作用，很多國家開始制定自己的信息高速公路建設(shè)計劃。1995年2月，全球信息基礎(chǔ)設(shè)施委員會(GlobalInformationInfrastructureCommittee，GIIC)成立，目的是推動與協(xié)調(diào)各國信息技術(shù)與信息服務(wù)的發(fā)展與應(yīng)用。

1.2現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的三大趨勢

從技術(shù)角度來看，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正向著三個趨勢發(fā)展。第一個發(fā)展趨勢是從ARPANET向互聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展；第二個發(fā)展趨勢是無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，即從無線分組網(wǎng)向無線自組網(wǎng)和無

線傳感器網(wǎng)的方向發(fā)展；伴隨著前兩條主線發(fā)展的第三個發(fā)

展趨勢是網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。圖1-4給出了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢示意圖。圖1-4現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢1.2.1從ARPANET到互聯(lián)網(wǎng)

從ARPANET到互聯(lián)網(wǎng)這一發(fā)展趨勢中呈現(xiàn)出以下重要

特點：

(1)?ARPANET的研究奠定了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)，而聯(lián)系二者的是TCP/IP協(xié)議。

(2)在從ARPANET演變到互聯(lián)網(wǎng)的過程中，強烈的社會需求促進了廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)和局域網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用的發(fā)展，而廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)和局域網(wǎng)技術(shù)的成熟與標(biāo)準(zhǔn)化，又加速了互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進程。

(3)?TCP/IP協(xié)議的研究與設(shè)計的成功，對互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展起到了重要的推動作用。從發(fā)展趨勢來看，今后除計算機和個人手持設(shè)備(PDA)之外，手機、固定電話、相機、攝像機以及各種家用電器都會連接到互聯(lián)網(wǎng)中。

(4)與傳統(tǒng)的客戶/服務(wù)器(Client/Server，C/S)工作模式不同，對等(P2P)工作模式淡化了服務(wù)提供者與服務(wù)使用者的界限，以“非中心化”的方式使更多的用戶身兼服務(wù)提供者與服務(wù)使用者的雙重身份，從而達到進一步擴大網(wǎng)絡(luò)資源共享范圍和深度，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，使信息共享最大化的目的，因此受到了學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的高度重視，被評價為“改變互聯(lián)網(wǎng)的新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”。新的基于P2P的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不斷出現(xiàn)，成為21世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用重要的研究方向之一。1.2.2從無線分組網(wǎng)到無線自組網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)

(1)從是否需要基礎(chǔ)設(shè)施的角度來看，無線網(wǎng)絡(luò)可以分為需要基礎(chǔ)設(shè)施與不需要基礎(chǔ)設(shè)施兩類。802.11無線局域網(wǎng)(WirelessLAN，WLAN)與802.16無線城域網(wǎng)(WirelessMAN，WMAN)屬于需要基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)，而無線自組網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)屬于不需要基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)。

(2)在無線分組網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的無線自組網(wǎng)(Adhoc)是一種特殊的自組織、對等式、多跳、無線移動網(wǎng)絡(luò)，它在軍事和特殊應(yīng)用領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。

(3)當(dāng)無線自組網(wǎng)技術(shù)日趨成熟的時候，無線通信、微電子、傳感器技術(shù)得到快速發(fā)展。在軍事領(lǐng)域中，人們提出將無線自組網(wǎng)與傳感器技術(shù)相結(jié)合的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork，WSN)用于對敵方兵力和裝備的監(jiān)控、戰(zhàn)場的實時監(jiān)視與目標(biāo)的定位、戰(zhàn)場評估、對核攻擊和生化攻擊的監(jiān)測，并且在安全、應(yīng)急、醫(yī)療與環(huán)境保護等特殊領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。這項研究一出現(xiàn)，立即引起政府、軍隊和研究部門的高度關(guān)注，被評價為“21世紀(jì)最有影響的21項技術(shù)”之一和“改變世界的十大技術(shù)”

之首。

(4)無線網(wǎng)狀網(wǎng)(WirelessMeshNetwork，WMN)是無線自組網(wǎng)在接入領(lǐng)域的一種應(yīng)用。WMN又稱為無線網(wǎng)格網(wǎng)。作為對無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)技術(shù)的補充，WMN將成為解決無線接入“最后一公里”問題的重要技術(shù)手段之一。

(5)如果說廣域網(wǎng)的作用是擴大信息社會中資源共享的范圍，局域網(wǎng)是進一步增強信息社會中資源共享的深度，無線網(wǎng)絡(luò)是增強人類共享信息資源的靈活性，那么無線傳感器網(wǎng)將會改變?nèi)祟惻c自然界的交互方式，它將極大地擴展現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的功能和人類認(rèn)識世界的能力。1.2.3網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

(1)人類創(chuàng)造了網(wǎng)絡(luò)虛擬社會的繁榮，也制造了網(wǎng)絡(luò)虛擬社會的問題。網(wǎng)絡(luò)安全是現(xiàn)實社會的安全問題在網(wǎng)絡(luò)虛擬社會中的反映?，F(xiàn)實世界中真善美的東西，網(wǎng)絡(luò)虛擬社會中都會有。同樣，現(xiàn)實世界中丑陋的東西，網(wǎng)絡(luò)虛擬社會中也會出現(xiàn)，只是在什么時間點，以什么形式表現(xiàn)的問題，可能表現(xiàn)形式不一樣。網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)是伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，永遠(yuǎn)不會停止。

(2)現(xiàn)實社會對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)依賴的程度越高，網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)就越顯得重要。網(wǎng)絡(luò)安全是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究中一個永恒的主題。

(3)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的發(fā)展驗證著“魔高一尺，道高一丈”的古老哲理。在“攻擊—防御—新攻擊—新防御”的循環(huán)中，網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)反攻擊技術(shù)相互影響、相互制約，共同發(fā)展，這個過程將一直延續(xù)下去。目前，網(wǎng)絡(luò)攻擊已從當(dāng)初的顯示才能、玩世不恭，逐步發(fā)展到經(jīng)濟利益驅(qū)動的有組織犯罪，甚至是恐怖活動。

(4)正如現(xiàn)實世界危害人類健康的各種病毒(它只會隨著時間演變，不可能滅絕)一樣，計算機病毒也會伴隨著計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而演變，不可能停止和消失。網(wǎng)絡(luò)是傳播計算機病毒的重要渠道，只要人類存在，就一定存在危害人類健康的病毒。只要計算機和網(wǎng)絡(luò)存在，計算機病毒就一定會存在。

(5)網(wǎng)絡(luò)安全是一個系統(tǒng)的社會工程。網(wǎng)絡(luò)安全研究涉及技術(shù)、管理、道德與法制環(huán)境等多個方面。網(wǎng)絡(luò)的安全性是一個鏈條，它的可靠程度取決于鏈條中最薄弱的環(huán)節(jié)。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全是一個過程，而不是任何一個產(chǎn)品可以替代的。人們在加強網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)研究的同時，必須加快網(wǎng)絡(luò)法制建設(shè)，加強網(wǎng)絡(luò)法制觀念與道德的教育。

1.3計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識

1.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)的定義和功能

1．建立數(shù)據(jù)通信

利用計算機網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)信息的傳遞是一種全新的電子傳遞方式，比現(xiàn)有的其他通信工具有更多的優(yōu)點，比如它不像電話需要通話者同時在場，也不像廣播系統(tǒng)只能是單方向傳遞信息。在速度上也比其他方式快得多，通過網(wǎng)絡(luò)還可以傳遞聲音、圖像和視頻等多媒體信息。

2．實現(xiàn)資源共享

在計算機網(wǎng)絡(luò)中，有許多昂貴的資源，例如大型數(shù)據(jù)庫、巨型計算機等，要使這些資源為每一用戶所擁有，即用戶可以共享使用這些資源。共享資源包括硬件資源的共享，如打印機、大容量磁盤等；也包括軟件資源的共享，如程序、數(shù)據(jù)等。資源共享的結(jié)果是避免重復(fù)投資和勞動，從而提高資源的利用率，使系統(tǒng)的整體性價比得到改善。

3．增加可靠性

在單個系統(tǒng)內(nèi)，某個資源或計算機的暫時失效將導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，或者通過替換資源的辦法來維持系統(tǒng)的繼續(xù)運行。但在計算機網(wǎng)絡(luò)中，每種資源(尤其是程序和數(shù)據(jù))可以存放在多個地點，而用戶可以通過多種途徑來訪問網(wǎng)內(nèi)的某個資源，從而避免了單點失效對用戶產(chǎn)生的影響。

4．提高系統(tǒng)處理能力

單機系統(tǒng)的處理能力是有限的，且由于種種原因，各計算機的忙閑程度也不均勻。從理論上講，在同一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的多臺計算機通過協(xié)同操作和并行處理來提高整個系統(tǒng)的處理能力，并使各計算機負(fù)載均衡。由于計算機網(wǎng)絡(luò)具備上述功能，因此得到了廣泛的應(yīng)用。在計算機網(wǎng)絡(luò)的支持下，銀行系統(tǒng)實現(xiàn)異地通存通兌，而且加快資金的流轉(zhuǎn)速度；醫(yī)療專家系統(tǒng)的各科醫(yī)生可以聯(lián)合為一個病人診斷、治療；由科學(xué)家們組成的各個領(lǐng)域的研究圈通過網(wǎng)絡(luò)來進行學(xué)術(shù)交流和研究，及時發(fā)表最新的思想和研究成果。1.3.2計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

1.計算機網(wǎng)絡(luò)分類的基本方法

1)按網(wǎng)絡(luò)采用的傳輸技術(shù)分類

(1)廣播式網(wǎng)絡(luò)。在廣播式網(wǎng)絡(luò)中，所有聯(lián)網(wǎng)計算機共享一個公共通信信道。當(dāng)一臺計算機利用共享通信信道發(fā)送分組時，其他計算機都會“收聽”到這個分組。由于發(fā)送的分組中帶有目的地址與源地址，接收到分組的計算機將檢查目的地址是否與本結(jié)點地址相同。如果接收分組的目的地址與本結(jié)點地址相同，則接收該分組，否則丟棄該分組。

(2)點對點式網(wǎng)絡(luò)。在點對點式網(wǎng)絡(luò)中，每條物理線路連接一對計算機。假如兩臺計算機之間沒有直接連接的線路，那么它們之間的分組傳輸就要通過多個中間結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)。由于連接多臺計算機之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可能是復(fù)雜的，因此從源結(jié)點到目的結(jié)點可能存在多條路由。決定分組從通信子網(wǎng)的源結(jié)點到達目的結(jié)點的路由需要用路由選擇算法。因此，分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)與路由選擇機制是點對點式網(wǎng)絡(luò)與廣播式網(wǎng)絡(luò)最主要的區(qū)別。

2)按網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍分類

由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍不同，它們采用的傳輸技術(shù)也就不同，因而形成了不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。將計算機網(wǎng)絡(luò)按照覆蓋的地理范圍進行分類，可以很好地反映不同網(wǎng)絡(luò)類型的技術(shù)特征。按照覆蓋的地理范圍進行分類，計算機網(wǎng)絡(luò)可以分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)與廣域網(wǎng)。

2.局域網(wǎng)的基本特征

局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork，LAN)用于將有限范圍內(nèi)(例如一個實驗室、一幢大樓、一個校園)的各種計算機、終端與外部設(shè)備互聯(lián)成網(wǎng)。按照采用的技術(shù)、應(yīng)用范圍和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的不同，局域網(wǎng)又可以分為共享局域網(wǎng)與交換局域網(wǎng)。局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛，是計算機網(wǎng)絡(luò)中最活躍的領(lǐng)域

之一。

3.城域網(wǎng)的基本特征

城域網(wǎng)(MetropolitanAreaNetwork，MAN)的設(shè)計目標(biāo)是滿足幾十千米范圍內(nèi)的大量企業(yè)、機關(guān)、公司的多個局域網(wǎng)互聯(lián)的需求，以實現(xiàn)大量用戶之間的數(shù)據(jù)、語音、圖形與視頻等多種信息的傳輸。互聯(lián)網(wǎng)接入的需求使城域網(wǎng)在概念、涵蓋的技術(shù)類型與網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)上都發(fā)生了重要變化，寬帶城域網(wǎng)的概念逐漸取代了傳統(tǒng)意義上的城域網(wǎng)。寬帶城域網(wǎng)已經(jīng)成為目前研究、應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要領(lǐng)域。

4.廣域網(wǎng)的基本特征

廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork，WAN)又稱為遠(yuǎn)程網(wǎng)，它所覆蓋的地理范圍從幾十千米到幾千千米。廣域網(wǎng)可以覆蓋一個國家、地區(qū)，或橫跨幾個洲。廣域網(wǎng)將分布在不同地區(qū)的寬帶城域網(wǎng)或計算機系統(tǒng)互聯(lián)起來，提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，實現(xiàn)信息資源共享。

5.計算機網(wǎng)絡(luò)的特征

(1)從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展歷史的角度來看，最先出現(xiàn)的是廣域網(wǎng)，然后是局域網(wǎng)，有關(guān)城域網(wǎng)的研究最初融于局域網(wǎng)的研究范圍中。在互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模接入需求的推動下，接入技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致寬帶城域網(wǎng)的概念、技術(shù)、結(jié)構(gòu)的演變與發(fā)展。

(2)廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)與局域網(wǎng)的區(qū)別主要表現(xiàn)在：設(shè)計的目標(biāo)不同，覆蓋的地理范圍不同，核心技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)不同，組建與管理方式不同。由于局域網(wǎng)、城域網(wǎng)與廣域網(wǎng)出現(xiàn)的年代、發(fā)展背景以及各自的設(shè)計目標(biāo)不同，因此它們形成了各自鮮明的技術(shù)特點。

(3)廣域網(wǎng)的作用是擴大信息資源共享的范圍，局域網(wǎng)的作用是增加資源共享的深度，城域網(wǎng)的作用是方便地將大量用戶計算機接入互聯(lián)網(wǎng)。1.3.3計算機網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和組成

1.通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)

聯(lián)網(wǎng)主機主要有兩個功能：一是為本地的終端用戶提供服務(wù)，二是通過通信線路與路由器連接，完成網(wǎng)絡(luò)通信功能。由通信線路與路由器組成的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)完成廣域網(wǎng)中不同主機之間的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。從邏輯功能上來看，計算機網(wǎng)絡(luò)可以分成兩個部分：資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)，如圖1-5所示。圖1-5通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)

2.互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與組成

隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，簡單的兩級結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模型已很難描述現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)?；ヂ?lián)網(wǎng)是一個由大量的路由器將廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)和局域網(wǎng)互聯(lián)起來，形成層次復(fù)雜、結(jié)構(gòu)在不斷變化的網(wǎng)際網(wǎng)。圖1-6給出了簡化的互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。國際或國家級主干網(wǎng)組成互聯(lián)網(wǎng)的主干網(wǎng)。圖1-6互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖大量的用戶計算機通過符合802.3標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)、802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)、802.16標(biāo)準(zhǔn)的無線城域網(wǎng)、無線自組網(wǎng)(Adhoc)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)、電話交換網(wǎng)(PSTN)或有線電視網(wǎng)(CATV)接入本地的企業(yè)網(wǎng)或校園網(wǎng)。企業(yè)網(wǎng)或校園網(wǎng)通過路由器與光纖匯聚到作為地區(qū)主干網(wǎng)的寬帶城域網(wǎng)。寬帶城域網(wǎng)通過城市寬帶出口連接到國際或國家級主干網(wǎng)。由國際或國家級主干網(wǎng)、地區(qū)主干網(wǎng)和大量的企業(yè)網(wǎng)或校園網(wǎng)就組成了互聯(lián)網(wǎng)。國際或國家級主干網(wǎng)與地區(qū)主干網(wǎng)連接有很多服務(wù)器集群(ServerFarm)，為接入的用戶提供各種互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。1.3.4計算機網(wǎng)絡(luò)分組交換技術(shù)

計算機通信最簡單的形式是在兩個用某種傳輸介質(zhì)直接連接的設(shè)備之間進行通信，但這是不現(xiàn)實的，通常是要經(jīng)過有中間結(jié)點的網(wǎng)絡(luò)來把數(shù)據(jù)從源地發(fā)往目的地，以此實現(xiàn)通信。這些中間結(jié)點并不關(guān)心數(shù)據(jù)內(nèi)容，其目的是提供一個交換設(shè)備，用它把數(shù)據(jù)從一個結(jié)點傳到另一個結(jié)點直至到達目的地。如圖1-7所示為一個計算機通信的交換網(wǎng)絡(luò)。圖1-7計算機通信的交換網(wǎng)絡(luò)

1．電話交換

電話交換的通信包括三個階段，結(jié)合圖1-7解釋如下：

(1)線路建立：通過源站點連接請求完成交換網(wǎng)中對應(yīng)的所需逐個結(jié)點的接續(xù)(連接)過程，以建立起一條由源站到目的站的傳輸鏈路。例如，A、D間要完成通信，其過程為A向結(jié)點4申請，通常從A到4的鏈路是專用線，結(jié)點4在4—1、4—5、4—7三條傳輸路徑中選擇一條作為通路，如選擇4—5，并在結(jié)點4內(nèi)部建立A—4路徑與4—5路徑間的連接，依次類推，之后結(jié)點5內(nèi)部建立4—5和5—3路徑之間的連接，最后結(jié)點3內(nèi)部建立5—3路徑和3—D路徑之間的連接，最終完成A—D之間的傳輸鏈路為A—4—5—3—D。

(2)數(shù)據(jù)傳輸：信號可以從A經(jīng)建立的鏈路傳送到D，通常為全雙工傳輸。

(3)電路拆除：在完成數(shù)據(jù)傳輸后，由源站或目的站提出終止通信，各結(jié)點相應(yīng)拆除該電路的對應(yīng)連接，釋放由該電路占用的結(jié)點和信道資源。電路交換具有下列特點：

(1)呼叫建立時間長且存在呼損。在電路建立階段，在兩站間建立一條專用鏈路需要花費一段時間，這段時間稱為呼叫建立時間。在電路建立過程中由于交換網(wǎng)繁忙等原因而使建立失敗，對于交換網(wǎng)則要拆除已建立的部分電路，用戶需要掛斷重?fù)?，這稱為呼損。

(2)電路連通后提供給用戶的是“透明通路”，即交換網(wǎng)對用戶信息的編碼方法、信息格式以及傳輸控制程序等都不加以限制，但對通信雙方而言，必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方法、信息格式、傳輸控制等一致才能完成通信。

(3)一旦電路建立后，數(shù)據(jù)以固定的數(shù)據(jù)率傳輸，除通過傳輸鏈路的傳播延遲以外，沒有別的延遲，在每個結(jié)點的延遲是可以忽略的，適用于實時大批量連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。

(4)線路利用率低。電路建立、數(shù)據(jù)傳輸，直至通信鏈路拆除為止，鏈路是專用的，再加上通信建立時間、拆除時間和呼損，其利用率較低。

2．報文交換

在報文交換網(wǎng)中，交換結(jié)點通常為一臺專用計算機，它有足夠的存儲，以便在報文進入時進行緩沖存儲。結(jié)點接收一個報文之后，報文暫時存放在結(jié)點的存儲設(shè)備之中，等輸出線路空閑時，再根據(jù)報文中所附的目的地址轉(zhuǎn)發(fā)到下一個合適的結(jié)點，如此往復(fù)，直到報文到達目的站。所以報文交換也稱為存儲轉(zhuǎn)發(fā)(StoreandForward)。在報文交換中，每一個報文由傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和報頭組成，報頭中有源地址和目標(biāo)地址。結(jié)點根據(jù)報頭中的目標(biāo)地址為報文進行路徑選擇。并且對收發(fā)的報文進行相應(yīng)的處理，如差錯檢查和糾錯、調(diào)節(jié)輸入/輸出速度進行數(shù)據(jù)速率轉(zhuǎn)換、進行流量控制，甚至可以進行編碼方式的轉(zhuǎn)換等，所以報文交換是在兩個結(jié)點間的一段鏈路上逐段傳輸，不需要在兩個主機間建立多個結(jié)點組成的電路通道。與電話交換相比，報文交換方式不要求交換網(wǎng)為通信雙方預(yù)先建立一條專用的數(shù)據(jù)通路，因此就不存在建立電路和拆除電路的過程，如圖l-7所示。如果主機A要求發(fā)送一個報文給主機E，主機A首先將報文發(fā)送到結(jié)點4；結(jié)點4根據(jù)報文附加的目標(biāo)地址選擇結(jié)點5(或7)為轉(zhuǎn)發(fā)這個報文的下一個結(jié)點；結(jié)點5(或7)接收并存儲所收到的報文，當(dāng)輸出線路有空時，把該報文轉(zhuǎn)發(fā)到它所選擇的下一個結(jié)點6；結(jié)點6收到報文后交給主機E，完成報文傳輸。報文交換具有下列特點：

(1)源站A和目標(biāo)站E在通信時不需要建立一條專用的通路，因此就不需要結(jié)點4、5、6或4、7、6同時空閑。

(2)與電話交換相比，報文交換沒有建立線路和拆除線路所需的等待和時延。

(3)線路利用率高，結(jié)點間可根據(jù)線路情況選擇不同的速度傳輸，能高效地傳輸數(shù)據(jù)。

(4)要求結(jié)點具備足夠的報文數(shù)據(jù)存放能力，一般結(jié)點由微機或小型機擔(dān)當(dāng)。

(5)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿?，每個結(jié)點在存儲轉(zhuǎn)發(fā)中，都進行檢錯、糾錯等差錯控制。

(6)由于采用了對完整報文的存儲/轉(zhuǎn)發(fā)，結(jié)點存儲/轉(zhuǎn)發(fā)的時延較大，不適用于交互式通信(如電話通信)。由于每個結(jié)點都要把報文完整地接收、存儲、檢錯、糾錯、轉(zhuǎn)發(fā)，因此產(chǎn)生了結(jié)點延遲，并且報文交換對報文長度沒有限制，報文內(nèi)容過長就有可能使報文長時間占用某兩結(jié)點之間的鏈路，不利于實時交互通信。

3．分組交換

分組交換屬于“存儲/轉(zhuǎn)發(fā)”交換方式，但它不像報文交換那樣以報文為單位進行交換、傳輸，而是以更短的、標(biāo)準(zhǔn)的“報文分組”(Packet)為單位進行交換傳輸。每個分組包含數(shù)據(jù)和呼叫控制信號，把它作為一個整體加以轉(zhuǎn)接。這些數(shù)據(jù)、呼叫控制信號以及可能附加的差錯控制信息是按規(guī)定的格式排列的分組格式。圖1-8給出了報文與分組的結(jié)構(gòu)關(guān)系。圖1-8報文與分組的結(jié)構(gòu)關(guān)系

1)數(shù)據(jù)報傳輸分組交換

交換網(wǎng)把進網(wǎng)的任一個分組都當(dāng)作單獨的“小報文”來處理，而不管它屬于哪個報文的分組，就像報文交換中把一份報文進行單獨處理一樣。如A站將報文分成3個分組(P1，P2，P3)，按序連串地發(fā)送給結(jié)點4，結(jié)點4每接收一個分組都先存儲下來，并分別對它們進行單獨的路徑選擇和其他處理過程。例如，它可能將P1報文發(fā)送給結(jié)點5，P2發(fā)送給結(jié)點1，P3發(fā)往結(jié)點7，這種選擇主要取決于結(jié)點4在處理每一個分組時各鏈路的負(fù)荷情況以及路徑選擇的原則和策略。由于每個分組都帶有地址和分組序列，雖然它們不一定經(jīng)過同一條路徑，但最終都能到達同一目的結(jié)點2。這些分組到達目的結(jié)點2的順序也可能被打亂，目的結(jié)點2可以負(fù)責(zé)對分組進行排序和重裝，目的站C也可以完成這些排序和組裝工作。

2)虛電路傳輸分組交換

虛電路傳輸分組交換的主要特點是：所有分組都必須沿著事先建立的虛電路傳輸，存在一個虛呼叫建立階段和拆除階段。與電路交換相比，分組交換并不意味著實體間存在像電路交換方式那樣的專用線路，而是選定了特定路徑進行傳輸，分組所途經(jīng)的所有結(jié)點都對這些分組進行存儲/轉(zhuǎn)發(fā)，這是與電路交換的實質(zhì)上的區(qū)別。分組交換方法的優(yōu)點是對于數(shù)據(jù)量較大的通信傳輸率高，分組傳輸時延短，且不容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)分組丟失；缺點是對網(wǎng)絡(luò)依賴性大。數(shù)據(jù)報方式是將一個數(shù)據(jù)分組當(dāng)作一份獨立的報文看待，每一個數(shù)據(jù)分組都含有源地址和目標(biāo)地址信息，交換結(jié)點須為每一個數(shù)據(jù)分組獨立地尋找路徑，因此一份報文包含的不同分組可能沿著不同的路徑到達終點，而在網(wǎng)絡(luò)終點需要重新排序。數(shù)據(jù)報分組交換的優(yōu)點是對于短報文數(shù)據(jù)通信傳輸效率比較高，對網(wǎng)絡(luò)故障的適應(yīng)能力強；缺點是時延大。

圖1-9對電話交換、報文交換、分組交換的存儲/轉(zhuǎn)發(fā)過程進行了比較。圖1-9三種交換方式的存儲/轉(zhuǎn)發(fā)過程比較1.3.5計算機網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與特點

1．計算機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞亩x

拓?fù)鋵W(xué)是幾何學(xué)的一個分支，它是從圖論演變過來的。拓?fù)鋵W(xué)是將實體抽象成與其大小、形狀無關(guān)的“點”，將連接實體的線路抽象成“線”，進而研究“點”、“線”、“面”之間的關(guān)系。計算機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫峭ㄟ^網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點與通信線路之間的幾何關(guān)系表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，反映出網(wǎng)絡(luò)各實體之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。拓?fù)湓O(shè)計是計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的第一步，它對網(wǎng)絡(luò)性能、系統(tǒng)可靠性與通信費用都有重大影響。

2.計算機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆诸惻c特點

基本的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆形宸N：星型、環(huán)型、總線型、樹型與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。圖1-10給出了基本的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1-10基本的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)型的結(jié)構(gòu)示意圖

1)星型拓?fù)?/p>

圖1-10(a)給出了星型拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)示意圖。在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，結(jié)點通過點對點通信線路與中心結(jié)點連接。中心結(jié)點控制全網(wǎng)的通信，任何兩個結(jié)點之間的通信都要通過中心結(jié)點。星型拓?fù)錁?gòu)型的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、便于管理；缺點是，由于網(wǎng)絡(luò)的中心結(jié)點是全網(wǎng)性能與可靠性的瓶頸，因此中心結(jié)點的故障可能造成全網(wǎng)癱瘓。

2)環(huán)型拓?fù)?/p>

圖1-10(b)給出了環(huán)型拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)示意圖。在環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，結(jié)點通過點—點通信線路連接成閉合環(huán)路，環(huán)中的數(shù)據(jù)將沿一個方向逐站傳送。環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，傳輸延時確定，但是環(huán)中的每個結(jié)點與連接結(jié)點之間的通信線路都會成為網(wǎng)絡(luò)可靠性的瓶頸。環(huán)中的任何一個結(jié)點出現(xiàn)線路故障，都可能造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。為了方便結(jié)點加入和撤出環(huán)，控制結(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸順序，保證環(huán)的正常工作，需要設(shè)計復(fù)雜的環(huán)維護協(xié)議。

3)總線型拓?fù)?/p>

圖1-10(c)給出了總線型拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)示意圖。在總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有結(jié)點連接在一條作為公共傳輸介質(zhì)的總線上，通過總線以廣播方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。當(dāng)一個結(jié)點利用總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，其他結(jié)點只能接收數(shù)據(jù)。如果有兩個或兩個以上的結(jié)點同時利用公共總線發(fā)送數(shù)據(jù)，就會出現(xiàn)沖突，造成傳輸失敗?？偩€型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是必須解決多結(jié)點訪問總線的介質(zhì)訪問控制策略問題。

4)樹型拓?fù)?/p>

圖1-10(d)給出了樹型拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)示意圖。在樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，結(jié)點按層次進行連接，信息交換主要在上、下結(jié)點之間進行，相鄰及同層結(jié)點之間通常不進行數(shù)據(jù)交換，或數(shù)據(jù)交換量比較小。樹型拓?fù)淇梢钥闯墒切切屯負(fù)涞囊环N擴展，樹型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)適用于匯集信息的應(yīng)用要求。

5)網(wǎng)狀拓?fù)?/p>

圖1-10(e)給出了網(wǎng)狀拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)示意圖。網(wǎng)狀拓?fù)溆址Q為無規(guī)則型拓?fù)?。在網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，結(jié)點之間的連接是任意的，沒有規(guī)律。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點是系統(tǒng)可靠性高。但是，網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，必須采用路由選擇算法、流量控制與擁塞控制方法。廣域網(wǎng)一般都采用網(wǎng)狀拓?fù)洹?/p>

1.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念

1.4.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個要素組成：

語法，即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)、格式和編碼。

語義，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種應(yīng)答。

同步，即事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。

由此可見，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計算機網(wǎng)絡(luò)不可缺少的組成部分。

2．協(xié)議分層

狹義地說，協(xié)議分層就是按照信息的流動過程將網(wǎng)絡(luò)的整體功能分解為一個個的功能層，每個功能層用對應(yīng)的協(xié)議規(guī)定其功能，不同機器上的同等功能層之間采用相同的協(xié)議，同一機器上的相鄰功能層之間通過接口進行數(shù)據(jù)傳遞。為了便于理解協(xié)議分層的概念，在現(xiàn)實生活中可以找到許多協(xié)議分層的思想，這里以郵政送遞系統(tǒng)為例進行說明。人們平常寫信時，實際上都有信件的格式和內(nèi)容約定。首先，寫信時必須采用雙方都懂的語言文字和文體，開頭是對方稱謂，最后是落款等。這樣，對方收到信后，才可以看懂信中的內(nèi)容，知道是誰寫的，什么時候?qū)懙牡取．?dāng)然還可以有其他的一些特殊約定，如書信的編號、密寫手段等。信寫好之后，必須用信封將信件進行封裝并交由郵局寄發(fā)。寄信人和郵局之間也要有約定，即規(guī)定信封寫法并貼上郵票。在中國寄信必須先寫收信人的地址、姓名和郵編，然后才寫寄信人的地址、姓名和郵編。郵局收到信后，要按郵寄地點和信件種類進行分揀和分類，打包并附上標(biāo)簽后，交付有關(guān)運輸部門進行運輸，如航空信交民航，平信交鐵路、公路或水路等運輸部門。同樣，郵局和運輸部門之間也有約定，要規(guī)定打包標(biāo)簽上的格式，如到站地點、時間、包裹形式等。信件運送到目的地后進行相反的過程，最終將信件送到收信人手中，收信人依照約定的格式才能讀懂信件。如圖1-11所示，整個過程被劃分成三個子系統(tǒng)，即用戶子系統(tǒng)、郵政子系統(tǒng)和運輸子系統(tǒng)。圖1-11郵政系統(tǒng)分層模型為了減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的復(fù)雜性，人們往往按功能將計算機網(wǎng)絡(luò)劃分為多個不同的功能層。網(wǎng)絡(luò)中同等層之間的通信規(guī)則就是該層使用的協(xié)議，如有關(guān)第N層的通信規(guī)則的集合，就是第N層的協(xié)議。而同一計算機的不同功能層之間的通信規(guī)則稱為接口，在第N層和第N?+

l層之間的接口稱為N/(N?+?l)層接口。協(xié)議分層方法將整個網(wǎng)絡(luò)通信功能劃分為垂直的層次后，在通信過程中下層將向上層隱蔽其實現(xiàn)細(xì)節(jié)。層次的劃分應(yīng)首先確定分層數(shù)以及每層應(yīng)完成的任務(wù)，原則上劃分時應(yīng)按邏輯組合功能，既要有足夠的層次，以使每層易于處理，但層次也不能過多，以免產(chǎn)生難以負(fù)擔(dān)的處理開銷。

3．網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

為了加深對網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概念的理解，暫時回避OSI/RM和TCP/IP這些具體協(xié)議體系，這里先構(gòu)造一個原理性的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(如圖1-12所示)，雖然是原理性的(只有5層)，但它綜合了OSI和TCP/IP協(xié)議分層的優(yōu)點，既簡明又能將概念闡述清楚。各層的主要功能簡述如下。圖1-12一個原理性的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1)物理層

物理層的任務(wù)就是透明地傳送比特流。在物理層上所傳數(shù)據(jù)的單位是比特，它關(guān)心的問題是：使用什么樣的物理信號來表示數(shù)據(jù)“0”和“1”；“0”和“1”持續(xù)的時間為多長；數(shù)據(jù)傳輸是否可同時在兩個方向上進行；最初的連接如何建立和完成通信后連接如何終止；物理接口(插頭和插座)有多少針以及各針的功能。

該層還規(guī)定設(shè)計物理層接口的機械、電氣、功能和過程特性等通信工程領(lǐng)域的一些問題。

2)數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)是在兩個相鄰結(jié)點間的線路上無差錯地傳送以幀(Frame)為單位的數(shù)據(jù)。每一幀包括數(shù)據(jù)和必要的控制信息。在傳送數(shù)據(jù)時，若接收結(jié)點檢測到所收到的數(shù)據(jù)中有差錯，就要通知發(fā)方重發(fā)這一幀，直到這一幀正確無誤地到達接收結(jié)點為止。在每一幀所包括的控制信息中，有同步信息、地址信息、差錯控制以及流量控制信息等。

這樣，數(shù)據(jù)鏈路層就把一條有可能出差錯的實際鏈路轉(zhuǎn)變成為讓網(wǎng)絡(luò)層向下看起來好像是一條可靠的鏈路。

3)網(wǎng)絡(luò)層

在計算機網(wǎng)絡(luò)中進行通信的兩個計算機之間可能要經(jīng)過許多個結(jié)點和鏈路，也可能還要經(jīng)過好幾個不同的通過路由器互聯(lián)的通信子網(wǎng)。在網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)的傳送單位是分組(或包)，因此要將發(fā)送方主機送來的報文分割成若干個分組。網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是完成主機間的報文傳輸；選擇合適的路由，使發(fā)送方報文能夠正確無誤地按照地址找到目的站，并交付給目的站。這就是網(wǎng)絡(luò)層的尋址功能。如果在子網(wǎng)中出現(xiàn)過多的報文，子網(wǎng)可能形成擁塞，因此網(wǎng)絡(luò)層還要避免擁塞。

4)傳輸層

傳輸層的任務(wù)是根據(jù)下面通信子網(wǎng)的特性最佳地利用網(wǎng)絡(luò)資源，并以可靠和經(jīng)濟的方式在兩端主機(也就是源站和目的站)的進程之間建立一條傳輸連接，以透明地傳送報文?；蛘哒f，傳輸層為進行通信的兩個進程之間提供一個可靠的端到端的服務(wù)，使它們看不見傳輸層以下的數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)。

在通信子網(wǎng)內(nèi)的各個交換結(jié)點以及連接各通信子網(wǎng)的路由器都沒有傳輸層。傳輸層只能存在于通信子網(wǎng)外面的主機之中。

5)應(yīng)用層

應(yīng)用層在體系結(jié)構(gòu)中是最高層。它的任務(wù)是確定進程之間通信的性質(zhì)以滿足用戶的需要。應(yīng)用層不僅要提供應(yīng)用進程所需要的信息交換和遠(yuǎn)地操作，而且還要作為互相作用的應(yīng)用進程的用戶代理，來完成一些為進行語義上有意義的信息交換所必需的功能。應(yīng)用層直接為用戶的應(yīng)用進程提供服務(wù)。需要注意的是，應(yīng)用層協(xié)議并不是解決用戶各種具體應(yīng)用的協(xié)議。

圖1-13說明了一個應(yīng)用進程的數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過程中所經(jīng)歷的變化。圖1-13數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過程

假定計算機A的應(yīng)用進程AP1向計算機B的應(yīng)用進程AP2傳送數(shù)據(jù)。AP1先將其數(shù)據(jù)交給第5層，第5層加上必要的控制信息H5就變成了下一層的數(shù)據(jù)單元。第4層收到這個數(shù)據(jù)單元后，加上本層的控制信息H4，再交給第3層，成為第3層的數(shù)據(jù)單元。依次類推，不過到了第2層(數(shù)據(jù)鏈路層)后，控制信息分成兩部分，分別加到本層數(shù)據(jù)單元的首部(H2)和尾部(T2)，而第1層(物理層)由于是比特流的傳送，所以不再加控制信息。在OSI參考模型中，在對等層次上傳送的數(shù)據(jù)，其單位都稱為該層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(ProtocolDataUnit，PDU)。這個名詞現(xiàn)已被許多非OSI標(biāo)準(zhǔn)采用。

當(dāng)這一串的比特流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的物理媒體傳送到目的站時，就從第1層依次上升到第5層。每一層根據(jù)控制信息進行必要的操作，然后將控制信息剝?nèi)?，將該層剩下的?shù)據(jù)單元上交給更高的一層。最后，把應(yīng)用進程AP1發(fā)送的數(shù)據(jù)交給目的站的應(yīng)用進程AP2?？梢杂靡粋€簡單的例子來比喻上述過程。有一封信從最高層向下傳。每經(jīng)過一層就包上一個新的信封。包有多個信封的信傳送到目的站后，從第1層起，每層拆開一個信封后就交給它的上一層。傳到最高層后，取出發(fā)信人所發(fā)的信交給收信

用戶。

雖然應(yīng)用進程數(shù)據(jù)要經(jīng)過圖1-13所示的復(fù)雜過程才能送到對方的應(yīng)用進程，但這些復(fù)雜過程對用戶來說，卻都被屏蔽掉了，以致應(yīng)用進程AP1覺得好像是直接把數(shù)據(jù)交給了應(yīng)用進程AP2。同理，任何兩個同樣的層次(例如在兩個系統(tǒng)的第4層)之間，也好像如同圖中的水平虛線所示的那樣，將數(shù)據(jù)(即數(shù)據(jù)單元加上控制信息)通過水平虛線直接傳遞給對方。這就是所謂的“對等層”(PeerLayers)之間的通信。我們以前經(jīng)常提到的各層協(xié)議，實際上就是在各個對等層之間傳遞數(shù)據(jù)時的各項

規(guī)定。

人們將實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所需的一組協(xié)議稱為協(xié)議棧(ProtocolStack)或協(xié)議族(ProtocolSuite)。這是因為幾個層次畫在一起與堆棧的形式非常相似。1.4.2ISO-OSI參考模型

許多標(biāo)準(zhǔn)化組織積極開展了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化方面的工作，其中最有權(quán)威的就是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO提出的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM。它的目標(biāo)是將各種開放式系統(tǒng)連接在一起。

OSI參考模型中采用了七個層次的體系結(jié)構(gòu)(如圖1-14所示)，也就是將前面所講的原理性體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用層再劃分為三個層次。這三個層次從上到下的名稱是：應(yīng)用層、表示層和會話層。圖1-14TCP/IP與ISO-OSI體系結(jié)構(gòu)的對比

會話層不參與具體的數(shù)據(jù)傳輸，但它卻對數(shù)據(jù)傳輸進行管理。它在兩個互相通信的進程之間建立、組織和協(xié)調(diào)其交互，例如確定是雙工工作(每一方同時發(fā)送和接收)還是半雙工工作(每一方交替發(fā)送和接收)。

表示層主要解決用戶信息的語法表示。表示層將欲交換的數(shù)據(jù)從適合于某一用戶的抽象語法(AbstractSyntax)變換為適合于OSI系統(tǒng)內(nèi)部使用的傳送語法(TransferSyntax)。應(yīng)用層對應(yīng)用進程進行了抽象，它只保留應(yīng)用進程中與進程間交互有關(guān)的那些部分。1.4.3

TCP/IP參考模型

TCP/IP協(xié)議體系分為四個層次(如圖1-14所示)。由于TCP/IP協(xié)議集中沒有考慮具體的物理傳輸介質(zhì)，因此在TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)中并沒有對數(shù)據(jù)鏈路層和物理層做出規(guī)定，而只是將最低的一層取名為網(wǎng)絡(luò)接口層，規(guī)定了與物理網(wǎng)絡(luò)的接口。這樣，如果不考慮網(wǎng)絡(luò)接口層，那么TCP/IP體系實際上就只有三個層次：應(yīng)用層、傳輸控制層和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層。

TCP/IP的最高層是應(yīng)用層。在這層中有許多著名協(xié)議，如遠(yuǎn)程登錄協(xié)議TELNET、文件傳送協(xié)議FTP、簡單郵件傳送協(xié)議SMTP等。

再往下的一層是TCP/IP的傳輸層，也叫做主機到主機層。這一層可使用兩種不同的協(xié)議：一種是面向連接的傳輸控制協(xié)