計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

授課班級：授課教師:E-mail:Tel:第1章網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識本章的學習目標：1.了解計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念、發(fā)展歷程；2.了解計算機網(wǎng)絡(luò)的功能和分類方法；3.了解和掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，以及各種拓撲的特點和應(yīng)用情況；4.掌握計算機網(wǎng)絡(luò)各種傳輸介質(zhì)的分類，以及各種傳輸介質(zhì)特點和應(yīng)用情況；5.通過實訓(xùn)項目，掌握動手制作雙絞線的方法和連通性測試方法。6.了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的功能及組成要素；7.了解OSI/RM協(xié)議的生產(chǎn)意義；8．理解OSI/RM協(xié)議各層的功能特點；9．理解TCP/IP協(xié)議各層的功能特點；10.了解OSI/RM與TCP/IP協(xié)議的異同；教學重點：網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的分類與特點；網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的特點和應(yīng)用；雙絞線的制作與測試；教學難點：雙絞線的制作與測試。1.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述1.1.1什么是計算機網(wǎng)絡(luò)

計算機網(wǎng)絡(luò)，是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機及其外圍設(shè)備，通過通信線路、通信設(shè)備連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實現(xiàn)軟硬件資源共享和信息傳遞的通信系統(tǒng)。1.1.2計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展簡介1.Internet的形成與初步發(fā)展階段

在上世紀60年代，美蘇冷戰(zhàn)期間，DoD（美國國防部）領(lǐng)導(dǎo)的ARPA（美國國防部高級研究計劃署）提出要研制一種嶄新的網(wǎng)絡(luò)對付來自前蘇聯(lián)的核攻擊威脅。由ARPA研究產(chǎn)生的這個網(wǎng)絡(luò)被稱為ARPAnet，通常叫做ARPA網(wǎng)，ARPA網(wǎng)的研究成果對推動計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展意義是深遠的，在它基礎(chǔ)上，20世紀70年代和80年代計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展十分迅速，在全世界范圍內(nèi)，出現(xiàn)了大量的計算機網(wǎng)絡(luò)。1983年，ARPAnet分裂為兩部分，ARPAnet和純軍事用的MILnet。NFSnet于1990年6月徹底取代了ARPAnet而成為Internet的主干網(wǎng)。2．Internet的高速發(fā)展階段

Internet的飛躍歸功于Internet的商業(yè)化，商業(yè)機構(gòu)一踏入Internet這一陌生世界，很快發(fā)現(xiàn)了它在通信、資料檢索、客戶服務(wù)等方面的巨大潛力。于是世界各地的無數(shù)企業(yè)紛紛涌入Internet，帶來了Internet發(fā)展史上的一個新的飛躍。

現(xiàn)在，Internet是覆蓋全球的信息基礎(chǔ)設(shè)施，對于用戶來說，它像是一個龐大的資源獲取與交換的信息庫，可以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)電子郵件、信息傳輸、信息查詢、語音及視頻等的通信功能。3．局域網(wǎng)的發(fā)展在20世紀70年代初，一些大學和研究所就開始了局部計算機網(wǎng)絡(luò)的研究。IBM公司、DEC公司以及UNIVAC公司等，分別提出了自已的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。這些局域網(wǎng)的研究成果為ISO（國際標準化組織）制定統(tǒng)一的局域網(wǎng)標準（OSI/RM）作了很大貢獻，OSI/RM就是ISO通過吸收和修改這些大公司的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而形成的。OSI/RM的產(chǎn)生使局域網(wǎng)的發(fā)展走上了標準化道路，使得局域網(wǎng)進入了高速的發(fā)展期。在90年代，以太網(wǎng)、令牌總線和令牌環(huán)這三種局域網(wǎng)應(yīng)用最為廣泛。隨著數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展，在以太網(wǎng)中采用非屏蔽雙絞線以星型連接方式，是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化布線技術(shù)所要求的，因此使得以太網(wǎng)在局域網(wǎng)環(huán)境中得到了最為廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在的局域網(wǎng)主干的構(gòu)建基本上都是千兆或萬兆以太網(wǎng)。1.1.3我國的計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展概況我國的Internet的發(fā)展以1987年通過中國學術(shù)網(wǎng)CANET向世界發(fā)出第一封E-mail為標志。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，形成了四大主流網(wǎng)絡(luò)體系，即：中科院的科學技術(shù)網(wǎng)CSTNET；國家教育部的教育和科研網(wǎng)CERNET；原郵電部的CHINANET和原電子部的金橋網(wǎng)CHINAGBN。Internet在中國的發(fā)展歷程可以大略地劃分為三個階段：第一階段為1987—1993年，這是研究試驗階段。在此期間中國一些科研部門和高等院校開始研究Internet技術(shù)，并開展了科研課題和科技合作工作，但這個階段的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用僅限于小范圍內(nèi)的電子郵件服務(wù)。第二階段為1994年至1996年，這是起步階段。1994年4月，中關(guān)村地區(qū)教育與科研示范網(wǎng)絡(luò)工程進入Internet，從此中國被國際上正式承認為有Internet的國家。之后，中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)CHINANET、中國教育科研計算機網(wǎng)CERNET、中國科學技術(shù)網(wǎng)CSTNET、中國金橋網(wǎng)CHINAGBN等多個Internet網(wǎng)絡(luò)項目在全國范圍相繼啟動，Internet開始進入公眾生活，并在中國得到了迅速的發(fā)展。至1996年底，中國Internet用戶數(shù)已達20萬，利用Internet開展的業(yè)務(wù)與應(yīng)用逐步增多。第三階段從1997年至今，是Internet在我國快速最為快速的階段。國內(nèi)Internet用戶數(shù)97年以后保持著極快的增長速度。到今天，我國上網(wǎng)用戶已超過四億人。1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的功能計算機網(wǎng)絡(luò)的功能主要體現(xiàn)在資源共享、信息交換、提高系統(tǒng)的可靠性和分布式網(wǎng)絡(luò)處理及負載均衡四個方面。1.資源共享資源共享包括硬件資源和軟件資源的共享。硬件資源共享，可以在全網(wǎng)范圍內(nèi)提供對處理資源、存儲資源、輸入輸出資源等昂貴設(shè)備的共享，使用戶節(jié)省投資和便于集中管理；軟件資源共享，允許互聯(lián)網(wǎng)上的用戶遠程訪問各類大型數(shù)據(jù)庫，可以得到網(wǎng)絡(luò)文件傳送服務(wù)、遠地進程管理服務(wù)和遠程文件訪問服務(wù)，從而避免軟件研制上的重復(fù)勞動以及數(shù)據(jù)資源的重復(fù)存貯，同時也便于集中管理。2.信息交換計算機網(wǎng)絡(luò)為分布在各地的用戶提供了強有力的通信手段，計算機網(wǎng)絡(luò)中的計算機之間或計算機與終端之間，可以快速可靠地相互傳遞數(shù)據(jù)、程序或文件，用戶可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳送電子郵件、發(fā)布新聞消息和進行電子商務(wù)活動。3.提高系統(tǒng)的可靠性在一些用于計算機實時控制和要求高可靠性的場合，通過計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)備份技術(shù)可以提高計算機系統(tǒng)的可靠性。計算機網(wǎng)絡(luò)對提高系統(tǒng)可靠性是最初美國的ARPA（美國國防部高級研究計劃署）研究計算機網(wǎng)絡(luò)的初衷。4.分布式網(wǎng)絡(luò)處理及負載均衡對于大型的、復(fù)雜的、多頭緒的任務(wù)，在使得網(wǎng)絡(luò)中某臺計算機的任務(wù)負荷太重時，可將任務(wù)分散到網(wǎng)絡(luò)中的各臺計算機上進行，或由網(wǎng)絡(luò)中比較空閑的計算機分擔負荷，這樣可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，擴大計算機的處理能力，增加實用性和實時性，這種協(xié)同工作方式，使得整個系統(tǒng)的性能得到大大增強。1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用十分廣泛，現(xiàn)在世界上已有多種計算機網(wǎng)絡(luò)，計算機網(wǎng)絡(luò)從不同的角度，根據(jù)不同的分類方法可以有以下的分類方式。1.按網(wǎng)絡(luò)的作用范圍分網(wǎng)絡(luò)中計算機設(shè)備之間的距離可近可遠，即網(wǎng)絡(luò)覆蓋地域面積可大可小。按照聯(lián)網(wǎng)的計算機之間的距離和網(wǎng)絡(luò)覆蓋面的不同可將網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。（1）局域網(wǎng)（Localareanetwork，LAN）局域網(wǎng)的覆蓋范圍通常是幾米到幾千米范圍內(nèi)，它一般是在一個單位內(nèi)，將一棟大樓、一個工廠、一個學校的有限范圍內(nèi)的計算機、外部設(shè)備等通過通信線路和通信設(shè)備連接起來。局域網(wǎng)是計算機網(wǎng)絡(luò)中發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛、傳輸速度最快的網(wǎng)絡(luò)，是因特網(wǎng)的組成部分。（2）城域網(wǎng)（Metropolitanareanetwork，MAN）城域網(wǎng)是在一個城市范圍內(nèi)所建立的計算機通信網(wǎng)，簡稱MAN，屬局域網(wǎng)范疇。由于采用具有有源交換元件的局域網(wǎng)技術(shù)，網(wǎng)中傳輸時延較小，它的傳輸媒介主要采用光纜，傳輸速率在100Mbps以上。MAN的一個重要用途是用作骨干網(wǎng)，通過它將位于同城市內(nèi)不同地點的主機、數(shù)據(jù)庫，以及LAN等互相聯(lián)接起來，這與WAN的作用有相似之處，但兩者在實現(xiàn)方法與性能上有很大差別。

（3）廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）廣域網(wǎng)也稱遠程網(wǎng)，覆蓋的范圍比局域網(wǎng)（LAN）和城域網(wǎng)（MAN）都廣，通?？缃雍艽蟮奈锢矸秶?，所覆蓋的范圍從幾十公里到幾千公里，它能連接多個城市或國家，或橫跨幾個洲并能提供遠距離通信，形成國際性的遠程網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)的通信子網(wǎng)可以利用公用分組交換網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)和無線分組交換網(wǎng)，它將分布在不同地區(qū)的局域網(wǎng)或計算機系統(tǒng)互連起來，達到資源共享的目的。如Internet就屬于廣域網(wǎng)。

2.按網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)分類網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)按其物理形態(tài)可以劃分為有線和無線兩大類。（1）有線網(wǎng)傳輸介質(zhì)采用有線介質(zhì)連接的網(wǎng)絡(luò)稱為有線網(wǎng)，常用的有線傳輸介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜和光纖。（2）無線網(wǎng)采用無線介質(zhì)連接的網(wǎng)絡(luò)稱為無線網(wǎng)。目前無線網(wǎng)主要采用三種技術(shù)：微波、紅外線和激光。它們都是以無線電波作為傳輸介質(zhì)。其中微波用途最廣，例如2011年12月我國已發(fā)射的10顆稱為“北斗”的地球同步衛(wèi)星通信網(wǎng)就是一種特殊形式的微波通信，它利用“北斗”衛(wèi)星作中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)微波信號，另外手機、筆記本無線上網(wǎng)也是采用微波通信方式。3.按網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍分類根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍的不同，計算機網(wǎng)絡(luò)可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)。（1）專用網(wǎng)專用網(wǎng)是某個部門或某個單位的工作的需要而建立的網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)不向本單位以外的人提供服務(wù)。例如鐵路，電力等系統(tǒng)均有本系統(tǒng)的專用網(wǎng)。（2）公用網(wǎng)公用網(wǎng)就是為公眾所使用的網(wǎng)絡(luò)，它不只是為某一特定人群服務(wù)，比如為大家所熟知的因特網(wǎng)就是最大的公用網(wǎng)。4.按網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)分類這是一種重要的劃分網(wǎng)絡(luò)類型的方法，在下一節(jié)講述。1.4網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，是指網(wǎng)絡(luò)中計算機和各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與傳輸介質(zhì)所形成的結(jié)點與線路的物理構(gòu)成方式。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點有兩類：一類是轉(zhuǎn)換和交換信息的轉(zhuǎn)接結(jié)點，包括路由器，交換機，集線器和終端控制器等；另一類是訪問結(jié)點，包括計算機主機和終端等。傳輸介質(zhì)則是代表各種傳輸媒介，包括有線傳輸介質(zhì)和無線傳輸介質(zhì)兩類。計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)主要有：總線型拓撲、星型拓撲、環(huán)型拓撲、樹型拓撲、網(wǎng)狀拓撲、混合型拓撲和無線網(wǎng)絡(luò)。1.星型拓撲星型拓撲是指網(wǎng)絡(luò)中的各結(jié)點設(shè)備通過一個網(wǎng)絡(luò)集中設(shè)備（如集線器或交換機）連接在一起，各結(jié)點呈星狀分布的網(wǎng)絡(luò)連接方式。這種拓撲結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于IEEE802.2、IEEE802.3標準的以太網(wǎng)中。星型拓撲的優(yōu)點有：容易安裝和維護，星型拓撲的安裝和故障排查比較容易；節(jié)點擴展、移動方便，節(jié)點擴展時只需要從集線器或交換機等集中設(shè)備中拉一條電纜即可，而要移動一個節(jié)點只需要把相應(yīng)節(jié)點設(shè)備移到新節(jié)點即可；故障診斷和隔離容易，一個結(jié)點出現(xiàn)故障不會影響其它結(jié)點的連接，可任意拆走故障節(jié)點；

星型拓撲缺點是：中央結(jié)點的負擔較重，易形成瓶頸，中央結(jié)點一旦發(fā)生故障，則整個網(wǎng)絡(luò)都受到影響；成本較大，它所采用的傳輸介質(zhì)一般都是采用通用的雙絞線或同軸電纜，每個結(jié)點都要和中央網(wǎng)絡(luò)集中設(shè)備直接連接，需要耗費大量的線纜。從物理連接方面來看，星型拓撲是現(xiàn)在使用最普遍的一種網(wǎng)絡(luò)，它廣泛應(yīng)用于各企業(yè)組建的局域網(wǎng)中。2.總線型拓撲總線型結(jié)構(gòu)由一條高速公用主干電纜即總線連接若干個結(jié)點構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中所有的結(jié)點通過總線進行信息的傳輸。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單靈活，建網(wǎng)容易，使用方便，性能好。缺點是主干總線對網(wǎng)絡(luò)起決定性作用，任何一個工作站故障或總線故障都將影響整個網(wǎng)絡(luò)。3.環(huán)型拓撲環(huán)型拓撲由各結(jié)點首尾相連形成一個閉合環(huán)型線路。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中的信息傳送是單向的，即沿一個方向從一個結(jié)點傳到另一個結(jié)點；每個結(jié)點需安裝收發(fā)器，以接收、放大、發(fā)送信號。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是電纜長度短，傳輸速率高，網(wǎng)絡(luò)性能穩(wěn)定，并且結(jié)構(gòu)簡單，建網(wǎng)容易，便于管理。缺點是當某結(jié)點發(fā)生故障會導(dǎo)致全網(wǎng)故障，結(jié)點的加入和撤出過程復(fù)雜，并且結(jié)點過多時，將影響傳輸效率，不利于擴充。4.樹型拓撲樹型拓撲是一種分級結(jié)構(gòu)。在樹型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，任意兩個結(jié)點之間不產(chǎn)生回路，每條通路都支持雙向傳輸。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：連結(jié)簡單，維護方便，適用于匯集信息的應(yīng)用要求。缺點是除了葉結(jié)點及其相連的線路外，其它任一結(jié)點或其相連的線路故障都會使系統(tǒng)受到較大影響；所有結(jié)點對根的依賴性大，若根結(jié)點發(fā)生故障，則全網(wǎng)不能工作。5.網(wǎng)狀型拓撲網(wǎng)狀型拓撲又稱為無規(guī)則結(jié)構(gòu)，結(jié)點之間的聯(lián)結(jié)是任意的，沒有規(guī)律。主要用于廣域網(wǎng)，由于結(jié)點之間有多條線路相連，所以網(wǎng)絡(luò)的可靠性較高。目前廣域網(wǎng)基本上采用網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：系統(tǒng)可靠性高，比較容易擴展。缺點是由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，建設(shè)成本較高，每一結(jié)點都與多點進行連結(jié)，因此必須采用路由算法和流量控制方法。6.混合型拓撲混合型拓撲結(jié)構(gòu)是由星型結(jié)構(gòu)和總線型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起形成的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，這樣的拓撲結(jié)構(gòu)更能滿足較大網(wǎng)絡(luò)的需求，解決星型網(wǎng)絡(luò)在傳輸距離上的局限，而同時又解決了總線型網(wǎng)絡(luò)在連接用戶數(shù)量的限制。這種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)同時兼顧了星型網(wǎng)與總線型網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點，在缺點方面得到了一定的彌補?；旌闲屯負涞膬?yōu)點：應(yīng)用相當廣泛，解決了星型和總線型拓撲結(jié)構(gòu)的不足，滿足了大公司組網(wǎng)的實際需求；擴展靈活；速度較快。缺點是會隨著用戶的增多而下降的弱點；較難維護，這主要受到總線型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的制約，如果總線斷，則整個網(wǎng)絡(luò)也就癱瘓了，但是如果是分支網(wǎng)段出了故障，則仍不影響整個網(wǎng)絡(luò)的正常運作；整個網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜，維護起來不容易。7.無線網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已相當成熟，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種軍事、民用領(lǐng)域?，F(xiàn)在的無線網(wǎng)絡(luò)在性能、距離、價格上完全可以和有線網(wǎng)相媲美，甚至在某些方面超過有線網(wǎng)絡(luò)。實施無線網(wǎng)絡(luò)主要是對有線網(wǎng)絡(luò)進行補充，而不是取代有線網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點：組網(wǎng)較有線網(wǎng)容易，成本低，易維護，組網(wǎng)靈活，可擴展性強等；缺點是不如有線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，易受天氣等因素影響。1.5傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中收發(fā)雙方之間的物理通路。傳輸介質(zhì)分為有線傳輸介質(zhì)和無線傳輸介質(zhì)兩類。有線傳輸介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜和光纜，無線傳輸介質(zhì)包括：短波、微波、藍牙、紅外線、激光和衛(wèi)星等。（1）雙絞線雙絞線（TwistedPair）是由兩條相互絕緣的銅導(dǎo)線按照一定的規(guī)格互相纏繞（纏繞的目的是減少干擾）而成的，分為非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)。非屏蔽雙絞線價格便宜，抗干擾能力較差；屏蔽雙絞線抗干擾能力較好，具有更高的傳輸速度，但價格相對較貴?，F(xiàn)在UTP使用得更為普遍。

雙絞線一般用于星型拓撲網(wǎng)絡(luò)的布線連接，兩端安裝有RJ-45頭(水晶頭)，連接網(wǎng)卡與交換機，最大網(wǎng)線長度為100米，如果要加大網(wǎng)絡(luò)的范圍，在兩段雙絞線之間可安裝中繼器，最多可安裝4個中繼器，如安裝4個中繼器連5個網(wǎng)段，最大傳輸范圍可達500米。EIA/TIA（電子工業(yè)協(xié)會/通信工業(yè)協(xié)會）為雙絞線電纜定義了七種不同質(zhì)量的型號，從1類（CAT-1）和7類（CAT-7）。在我國的綜合布線最新設(shè)計標準中，銅纜布線系統(tǒng)使用的類別是3類，5/5e類（超5類），6類，7類布線系統(tǒng)，并能向下兼容。3類和5類的布線系統(tǒng)只應(yīng)用于語音主干布線的大對對數(shù)電纜及配線設(shè)備，計算機網(wǎng)絡(luò)的綜合布線大多采用超5類及以上的雙絞線類型。（2）同軸電纜由一根空心的外圓柱導(dǎo)體和一根位于中心軸線的內(nèi)導(dǎo)線組成，內(nèi)導(dǎo)線和圓柱導(dǎo)體及外界之間用絕緣材料隔開。同軸電纜具有抗干擾能力強，連接簡單等特點。同軸電纜按直徑的不同，可分為粗纜和細纜兩種。粗纜：傳輸距離長，性能好但成本高、網(wǎng)絡(luò)安裝、維護困難，一般用于大型局域網(wǎng)的干線，連接時兩端需終接器。收發(fā)器與網(wǎng)卡之間用AUI電纜相連，每段最長為500米，每段最多可接100個用戶，在加上4個中繼器后可達2500米，收發(fā)器之間最小2.5米，收發(fā)器電纜最長為50米。細纜：細纜安裝較容易，造價較低，但日常維護不方便，一旦一個用戶出故障，便會影響其他用戶的正常工作。兩端裝50歐的終端電阻。采用T型頭與電腦的BNC網(wǎng)卡相連，T型頭之間最小0.5米，細纜網(wǎng)絡(luò)每段干線長度最大為185米，每段干線最多接入30個用戶。如采用4個中繼器連接5個網(wǎng)段，網(wǎng)絡(luò)最大距離可達925米。在現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)工程中，同軸電纜已經(jīng)很少被使用了。（3）光纜光纜主要是由光導(dǎo)纖維和塑料保護套管及塑料外皮構(gòu)成，采用一定數(shù)量的光纖按照一定方式組成纜心，外包有護套，有的還包覆外護層，用以實現(xiàn)光信號傳輸?shù)囊环N通信線路。由于光纜由光纖組成，因此一般將光纜也稱作光纖。光纖有多種分類方式。按傳輸模式不同，可分為多模光纖和單模光纖；按制作材料不同，可分為石英光纖、塑料光纖和玻璃光纖等；按纖芯折射率不同，可分為突變型光纖和漸變型光纖；根據(jù)工作波長不同，光纖可分為短波光纖、長波光纖和超長波長光纖。最為常見的分類方式是按傳輸模式來劃分：單模光纖和多模光纖。單模光纖：中心玻璃芯很細(芯徑一般為8或10μm)，只能傳一種模式的光，所在傳輸頻帶寬，傳輸容量大，單模光纖使用的通信信號是激光，激光光源包含在發(fā)送方發(fā)送接口中，由于帶寬很大，模間色散很小，適用于遠程高速傳輸。多模光纖：是在給定的工作波長上，能以多個模式同時傳輸?shù)墓饫w，因為其可用的帶寬小，光源較弱，所以在傳輸距離上沒有單模光纖遠。多模光纖使用的光源是LED。單模光纖相比于多模光纖可支持更長傳輸距離，以1000M以太網(wǎng)為例來說明：單模光纖都可支持超過3000m的傳輸距離，而多模光纖最高可支持550米的傳輸距離。光纖作為傳輸介質(zhì)有以下的優(yōu)點：光纖的通信頻帶很寬，理論可達3×1010MHz；傳輸距離長；不受電磁場和電磁輻射的影響；重量輕，體積小；制作光纖的資源豐富；抗化學腐蝕，使用壽命長。2.無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)是指使用無線電波作為傳輸介質(zhì)，無線傳輸介質(zhì)由于其傳輸方向不固定，也稱為非導(dǎo)向性傳輸介質(zhì)。它主要用于移動通信和難以鋪設(shè)有線通信的場合。這里需注意人們常出錯的一個說法：空氣就是無線傳輸介質(zhì)。這種說法是錯誤的，無線傳輸介質(zhì)是一種由電流或電荷的變化產(chǎn)生的電磁波，而非空氣。試想人造衛(wèi)星能從月球向地球傳回照片，其大部分傳輸空間是沒有空氣的。無線電波是指在自由空間（包括空氣和真空）傳播的射頻頻段的電磁波。無線電波分為長波、中波、短波、超短波和微波等。1.6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是用來描述計算機網(wǎng)絡(luò)中通信雙方在信息交換時共同遵守的通信規(guī)則。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議三要素:語法、語義和時序?！裾Z法:是用來規(guī)定信息格式，數(shù)據(jù)及控制信息的格式、編碼及信號電平等。●語義:是用來說明通信雙方應(yīng)當怎么做，用于協(xié)調(diào)與差錯處理的控制信息。●時序:又稱為同步，定義了事件實現(xiàn)的順序，以及什么時候完成。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、計算機及交換機、路由器、防火墻等）之間通信規(guī)則的集合，它規(guī)定了通信時信息必須采用的格式和這些格式的意義。大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都采用分層的體系結(jié)構(gòu)，每一層都建立在它的下層之上，向它的上一層提供一定的服務(wù)，而把如何實現(xiàn)這一服務(wù)的細節(jié)對上一層加以屏蔽。為了使不同計算機廠家生產(chǎn)的計算機能夠相互通信，以便在更大的范圍內(nèi)建立計算機網(wǎng)絡(luò)，國際標準化組織（ISO）在1978年提出了“開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型”，即著名的OSI/RM模型（OpenSystemInterconnection/ReferenceModel）。它將計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議劃分為七層，自下而上依次為：物理層（PhysicsLayer）、數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）、網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）、傳輸層（TransportLayer）、會話層（SessionLayer）、表示層（PresentationLayer）、應(yīng)用層（ApplicationLayer）。Internet網(wǎng)由最初的ARPAnet網(wǎng)演變成來，ARPAnet網(wǎng)成功的主要原因是因為它使用了TCP/IP標準網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）是Internet采用的一種標準網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它是由ARPA于1977年到1979年推出的一種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議規(guī)范。隨著Internet網(wǎng)的發(fā)展，TCP/IP也得到進一步的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用，成為Internet的通用協(xié)議。

1.7網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是指通信系統(tǒng)的整體設(shè)計，它為網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件、協(xié)議、存取控制和拓撲提供標準。它廣泛采用的是國際標準化組織（ISO）在1979年提出的開放系統(tǒng)互連（OSI-OpenSystemInterconnection）的參考模型。OSI是傳統(tǒng)的開放式系統(tǒng)互連參考模型，是一種通信協(xié)議的7層抽象的參考模型，其中每一層執(zhí)行某一特定任務(wù)。該模型的目的是使各種硬件在相同的層次上相互通信。而TCP/IP協(xié)議并不完全符合OSI的七層參考模型，TCP/IP協(xié)議采用了4層的層級結(jié)構(gòu)，每一層都使用它的下一層所提供的服務(wù)來完成本層需求，TCP/IP協(xié)議是現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)采用的事實上的標準協(xié)議。本章主要講述了OSI協(xié)議和TCP/IP協(xié)議的作用、特點及其異同。1.7.1OSI參考模型OSI/RM（Opensysteminterconnection/ReferenceModel:開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型）是國際標準化組織ISO（InternetStandardOrganization）于1984年提出的一種標準參考模型，它將網(wǎng)絡(luò)以開放通信的方式，分為七層功能結(jié)構(gòu)，解決了異種網(wǎng)絡(luò)互連所遇到的兼容性問題。在OSI/RM提出之前，人們平常使用的計算機網(wǎng)絡(luò)中存在眾多體系結(jié)構(gòu)，如IBM公司的SNA(系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu))和DEC公司的DNA(DigitalNetworkArchitecture)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)等。這些由不同公司所制定的體系結(jié)構(gòu)基本上互不兼容，都只為本公司的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備服務(wù)，這給用戶選購和使用產(chǎn)品時帶來了極大的約束或不便。為了能夠解決不同網(wǎng)絡(luò)體系之間的互聯(lián)問題，國際標準化組織于1984年在綜合了SNA和DNA等體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點基礎(chǔ)上，制定了OSI/RM。

采用OSI/RM七層模型的發(fā)送端向接收端的數(shù)據(jù)傳輸過程如圖所示：1物理層（PhysicalLayer）物理層實現(xiàn)了如何將計算機處理的二進制信號轉(zhuǎn)換成物理層信號，它通過規(guī)定了激活、維持、關(guān)閉通信端點之間的四個特性：機械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性來實現(xiàn)此功能。

物理層主要由DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）和DCE（數(shù)據(jù)通信設(shè)備）組成，DTE的基本功能是處理數(shù)據(jù)和收發(fā)數(shù)據(jù)，如用戶使用的電腦就屬于DTE，由于DTE之間不能長距離數(shù)據(jù)傳輸，就采用了DCE，DCE就是為使兩個相距較遠的DTE設(shè)備間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸而在兩DTE間加的中間設(shè)備，例如在拔號上網(wǎng)時使用的調(diào)制解調(diào)器就屬于DCE。DTE和DCE之間的連接如圖所示：機械特性：機械特性規(guī)定了DTE和DCE間的物理連接，DTE和DCE屬于獨立的兩種設(shè)備，需要采用接插件來將這兩種設(shè)備互聯(lián)。機械特性規(guī)定了接插件的形狀、數(shù)目、大小、排序方式等，例如EIARS-232C規(guī)定的D型25針插座的相關(guān)特性。概括地說，機械特性定義了物理接口的形狀，尺寸的大小，引腳的數(shù)目和排列方式等；電氣特性：接口規(guī)定信號的電壓和電流及阻抗大小、波形、數(shù)據(jù)編碼方式，速率匹配、距離限制以及平衡特性等。功能特性：定義了接口的引腳的意義和作用，如引腳用于數(shù)據(jù)、定時、接地、控制等功能。規(guī)程特性：定義DTE和DCE間各線路上的動作序列和規(guī)范，確定數(shù)據(jù)位流的傳輸方式，如：單工、半雙工或全雙工，為實現(xiàn)建立、維持、釋放線路連接等過程所要求各控制信號變化的相互協(xié)調(diào)。2數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)數(shù)據(jù)鏈路層的功能：定義了MAC（MediumAccessControl，媒體訪問控制）地址；定義了如何將網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議封裝到數(shù)據(jù)幀中，并定義了第2層的幀格式；提供了流量控制，數(shù)據(jù)檢錯、重發(fā)等機制，從而保證了在不可靠的物理介質(zhì)上提供可靠的傳輸；提供了無連接和面向連接的服務(wù)。其中“鏈路”是指提供數(shù)據(jù)通信的信道。1．MAC地址數(shù)據(jù)鏈路層使用MAC地址進行通信，MAC地址對相互連接的各設(shè)備或接口作為唯一的標識。在數(shù)據(jù)鏈路層中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位稱之為幀，每個幀都包含有兩個MAC地址：一是源MAC地址，用于指明此幀由哪個接口所發(fā)送；二是目的地址，用于指明此幀要送的下一個接口。MAC地址的組成：MAC地址長度一共是48bit，常用十六進制表示，如00:23:8B:73:DA:CD。MAC地址的前6個十六進制數(shù)與網(wǎng)卡的廠商有關(guān)，如00:23:8B部分，被稱為“組織唯一標識符（OrganizationallyUniqueIdentifier，OUI）”,這是網(wǎng)卡生產(chǎn)廠商向IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會）申請的一段標識符；MAC地址的后6個十六進制數(shù)由生產(chǎn)廠商唯一指定，與OUI一起被固化到網(wǎng)卡內(nèi)，作為網(wǎng)卡的唯一標識。因此，理論上，世界上的網(wǎng)卡間的MAC地址都不相同。2．幀（Frame）在物理層中，數(shù)據(jù)以bit為單位進行傳送，在數(shù)據(jù)鏈路層上，則把數(shù)據(jù)組織成一定大小的數(shù)據(jù)塊，稱為“幀”來進行傳送。幀是數(shù)據(jù)鏈路層傳輸數(shù)據(jù)的單位，它用于確保數(shù)據(jù)可以安全地通過本地網(wǎng)絡(luò)傳到目的接口。其幀格式如圖所示：在上述幀格式中：前同步：表示一幀開始的同步信號；然后指明目的、源MAC地址；由于以太網(wǎng)的幀格式有兩種類型：一是802.3以太網(wǎng)幀格式，采用長度字段指明從長度字段起到FCS完的幀的長度，二是EthernetII幀格式，采用類型字段指明數(shù)據(jù)字段中的上層協(xié)議；然后是使用802.2LLC封裝的幀，也就是本幀的數(shù)據(jù)部分；最后是幀校驗序列FCS，采用循環(huán)冗余校驗CRC，用于確保目的端口收到的幀的正確性。3．可靠的傳輸機制數(shù)據(jù)鏈路層工作在OSI/RM的第二層，為了保證傳輸，從網(wǎng)絡(luò)層接收到的數(shù)據(jù)被分割成特定的可被物理層傳輸?shù)膸?，從上面的幀結(jié)構(gòu)可見在幀中，不僅包括原始數(shù)據(jù)，還包括：同步機制：用于使收發(fā)雙方準確對時，明確幀從什么時候開始傳輸；發(fā)送方和接收方接口的MAC地址，確定了幀從什么接口發(fā)出，將發(fā)送到什么接口；差錯校驗：可以確保幀無差錯到達目的接口；響應(yīng)機制：在每個數(shù)據(jù)幀完整地被目標接口所接收時，源接口必須收到來自目標接口的響應(yīng)，對沒收到響應(yīng)的幀進行重發(fā)。3網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer)網(wǎng)絡(luò)層的功能：將上層數(shù)據(jù)按一定長度進行分段后形成數(shù)據(jù)分組；對子網(wǎng)間的分組進行路由選擇；定義了網(wǎng)絡(luò)層的邏輯地址；擁塞控制和流量控制；協(xié)議轉(zhuǎn)換。4傳輸層(TransportLayer)傳輸層的功能：提供端到端的服務(wù)；分段和重組報文；流量控制；提供面向連接和無連接的數(shù)據(jù)傳輸。5會話層(SessionLayer)會話層的功能：建立、維持和終止會話；會話管理。6表示層(PresentationLayer)表示層的功能：數(shù)據(jù)的壓縮與解壓縮；數(shù)據(jù)編碼格式的轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)加密與解密。7應(yīng)用層(ApplicationLayer)應(yīng)用層的功能：為應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)提供訪問網(wǎng)絡(luò)的接口。應(yīng)用層提供了用戶與應(yīng)用程序交互的界面，包含了用戶應(yīng)用程序執(zhí)行任務(wù)所使用的協(xié)議。

8協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ProtocolDataUnit，PDU）在OSI/RM中，各層都使用了自已的特殊術(shù)語來描述本層傳送的數(shù)據(jù)，PDU就是用于描述各層的數(shù)據(jù)及其控制信息的，它可理解成各層所表示的信息的名稱。

OSI/RM的層PDU名稱應(yīng)用層、表示層、會話層數(shù)據(jù)（data）傳輸層數(shù)據(jù)段（segment）網(wǎng)絡(luò)層分組（packet）數(shù)據(jù)鏈路層幀（frame）物理層比特（bit）1.7.2TCP/IPTCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）由20世紀70年代美國DARPA(DefenseAdvancedResearchProtectsAgency，國防部高級計劃研究局)為其研究性網(wǎng)絡(luò)ARPANET開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。