1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識

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第一講 計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展

計算機網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代通信技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物尸闸。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步正在對當前信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生著重要的影響≡谐縱觀計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)吮廉，計算機網(wǎng)絡(luò)與其他事物的發(fā)展一樣，也經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜畸肆、從低級到高級宦芦、從單機到多機的過程。在這一過程中恼除，計算機技術(shù)和通信技術(shù)緊密結(jié)合踪旷，相互促進曼氛，共同發(fā)展，最終產(chǎn)生了計算機網(wǎng)絡(luò)令野。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展大體上可以分為 4 個階段：面向終端的通信網(wǎng)絡(luò)階段舀患、計算機互連階段、網(wǎng)絡(luò)互連階段气破、Internet與高速網(wǎng)絡(luò)階段聊浅。

1．面向終端的通信網(wǎng)絡(luò)階段

1946 年，世界上第一臺數(shù)字計算機ENIAC 的問世是人類歷史上劃時代的里程碑现使，但最初的計算機數(shù)量稀少低匙，并且非常昂貴。當時的計算機大都采用批處理方式碳锈，用戶使用計算機首先要將程序和數(shù)據(jù)制成紙帶或卡片顽冶，再送到中心計算機進行處理。1954 年售碳，出現(xiàn)了一種被稱為收發(fā)器（Transceiver）的設(shè)備强重，人們使用這種終端首次實現(xiàn)了將穿孔卡片上的數(shù)據(jù)通過電話線路發(fā)送到遠地的計算機。此后贸人，電傳打字機也作為遠程終端和計算機相連间景，用戶可以利用計算機在遠地電傳打字機上輸入自己的程序，而計算機計算出來的結(jié)果也可以傳送到遠地的電傳打字機上并打印出來艺智，計算機網(wǎng)絡(luò)的基本原型就這樣誕生了倘要。

2．計算機互連階段

隨著計算機應(yīng)用的發(fā)展以及計算機的普及和價格的降低，出現(xiàn)了多臺計算機互連的需求十拣。這種需求主要來自軍事封拧、科學研究、地區(qū)與國家經(jīng)濟信息分析決策父晶、大型企業(yè)經(jīng)營管理哮缺，希望將分布在不同地點且具有獨立功能的計算機通過通信線路互連起來，彼此交換數(shù)據(jù)甲喝、傳遞信息。網(wǎng)絡(luò)用戶可以通過計算機使用本地計算機的軟件铛只、硬件與數(shù)據(jù)資源埠胖，也可以使用連網(wǎng)的其他地方的計算機軟件、硬件與數(shù)據(jù)資源淳玩，以達到計算機資源共享的目的直撤。

這一階段研究的典型代表是美國國防部高級研究計劃局（AdvancedResearch Projects Agency，ARPA）的 ARPANET（通常稱為 ARPA 網(wǎng)）蜕着。ARPANET 是世界上第一個實現(xiàn)了以資源共享為目的的計算機網(wǎng)絡(luò)谋竖，所以人們往往將ARPANET 作為現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)誕生的標志红柱，現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡(luò)的很多概念都來自于ARPANET。

在這一階段中创夜，公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（Public Data Network鸭叙，PDN）與局部網(wǎng)絡(luò)（Local Network辣往，LN）技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展×憔郏總而言之，計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的第二階段所取得的成果對推動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和應(yīng)用極其重要些侍，所研究的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的理論成果為以后網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)隶症，很多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)經(jīng)過適當修改與充實后至今仍在廣泛使用。目前國際上應(yīng)用廣泛的 Internet 就是在 ARPANET 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的岗宣。但是蚂会，20 世紀 70 年代后期人們已經(jīng)看到了計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中出現(xiàn)的問題，即網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標準的不統(tǒng)一限制了計算機網(wǎng)絡(luò)自身的發(fā)展和應(yīng)用耗式。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標準必須走國際標準化的道路颂龙。

3．網(wǎng)絡(luò)互連階段

計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的第 3 個階段——網(wǎng)絡(luò)互連階段是加速體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議國際標準化的研究與應(yīng)用的時期。1984年纽什，經(jīng)過多年卓有成效的工作措嵌，國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）正式制定和頒布了“開放系統(tǒng)互連參考模型”（Open System Interconnection Reference Model芦缰，OSI RM）企巢。ISO/OSI RM 已被國際社會所公認，成為研究和制訂新一代計算機網(wǎng)絡(luò)標準的基礎(chǔ)让蕾。OSI 標準使各種不同的網(wǎng)絡(luò)互連浪规、互相通信變?yōu)楝F(xiàn)實，實現(xiàn)了更大范圍內(nèi)的計算機資源共享探孝。我國也于 1989 年在《國家經(jīng)濟系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用標準化規(guī)范》中明確規(guī)定選定 OSI標準作為我國網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的標準笋婿。1990年 6 月，ARPANET 停止運行顿颅。隨之發(fā)展起來的國際 Internet的覆蓋范圍已遍及全球缸濒，全球各種各樣的計算機和網(wǎng)絡(luò)都可以通過網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備連入 Internet，實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)通信和資源共享粱腻。

ISO/OSI RM 及標準協(xié)議的制定和完善正在推動計算機網(wǎng)絡(luò)朝著健康的方向發(fā)展庇配。很多大的計算機廠商相繼宣布支持 OSI 標準，并積極研究和開發(fā)符合OSI 標準的產(chǎn)品绍些。各種符合 OSIRM與協(xié)議標準的遠程計算機網(wǎng)絡(luò)捞慌、局部計算機網(wǎng)絡(luò)與城市地區(qū)計算機網(wǎng)絡(luò)已開始廣泛應(yīng)用。隨著研究的深入柬批，OSI 標準將日趨完善啸澡。

4．Internet 與高速網(wǎng)絡(luò)階段

目前袖订，計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正處于第4 個階段。這一階段計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的特點是互連嗅虏、高速洛姑、智能與更為廣泛的應(yīng)用。Internet是覆蓋全球的信息基礎(chǔ)設(shè)施之一旋恼。對用戶來說吏口，Internet 是一個龐大的遠程計算機網(wǎng)絡(luò)，用戶可以利用 Internet 實現(xiàn)全球范圍的信息傳輸冰更、信息查詢产徊、電子郵件、語音與圖像通信服務(wù)等功能蜀细。實際上 Internet 是一個用網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備實現(xiàn)多個遠程網(wǎng)和局域網(wǎng)互連的國際網(wǎng)舟铜。

在 Internet 發(fā)展的同時，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的增多奠衔，高速網(wǎng)絡(luò)與智能網(wǎng)絡(luò)（IntelligentNetwork谆刨，IN）的發(fā)展也引起了人們越來越多的關(guān)注和興趣。高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展表現(xiàn)在寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（Broadband Integrated Service Digital Network归斤，B-ISDN）痊夭、幀中繼、異步傳輸模式（Asynchronous TransferMode脏里，ATM）她我、高速局域網(wǎng)、交換式局域網(wǎng)與虛擬網(wǎng)絡(luò)上迫横。

提問：

計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展可以分為幾個階段番舆？每個階段各有什么特點?

第二講 計算機網(wǎng)絡(luò)概述及拓撲結(jié)構(gòu)

所謂計算機網(wǎng)絡(luò)，就是把分布在不同地理區(qū)域的計算機與專門的外部設(shè)備用通信線路互連成一個規(guī)模大矾踱、功能強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)恨狈，從而使眾多的計算機可以方便地互相傳遞信息，共享硬件呛讲、軟件禾怠、數(shù)據(jù)信息等資源。

計算機網(wǎng)絡(luò)主要包含連接對象圣蝎、連接介質(zhì)刃宵、連接的控制機制和連接的方式 4 個方面∨枪“對象”主要是指各種類型的計算機（如大型機、微型計算機哮针、工作站等）或其他數(shù)據(jù)終端設(shè)備关面；“介質(zhì)”是指通信線路（如雙絞線坦袍、同軸電纜、光纖等太、微波等）和通信設(shè)備（如網(wǎng)橋捂齐、網(wǎng)關(guān)、中繼器缩抡、路由器等）奠宜；“控制機制”主要是指網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和各種網(wǎng)絡(luò)軟件；“連接方式”主要是指網(wǎng)絡(luò)所采用的拓撲結(jié)構(gòu)（如星型瞻想、環(huán)型压真、總線型和網(wǎng)狀型等）。

1．通信子網(wǎng)

通信子網(wǎng)由通信控制處理機（Communication ControlProcessor蘑险，CCP）滴肿、通信線路和其他網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備組成，主要承擔全網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸佃迄、轉(zhuǎn)發(fā)泼差、加工、轉(zhuǎn)換等通信處理工作呵俏。

通信控制處理機在網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中通常被稱為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點堆缘。其主要功能一是作為主機和網(wǎng)絡(luò)的接口，負責管理和收發(fā)主機和網(wǎng)絡(luò)所交換的信息普碎；二是作為發(fā)送信息吼肥、接收信息、交換信息和轉(zhuǎn)發(fā)信息的通信設(shè)備随常，負責接收其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點送來的信息潜沦，并選擇一條合適的通信線路發(fā)送出去，完成信息的交換和轉(zhuǎn)發(fā)功能绪氛。

通信線路是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間信息傳輸?shù)耐ǖ浪艏Γㄐ啪€路的傳輸媒體主要有雙絞線、同軸電纜枣察、光纖争占、無線電和微波等。

2．資源子網(wǎng)

資源子網(wǎng)主要負責全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)序目，向全網(wǎng)用戶提供所需的網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)臂痕。資源子網(wǎng)主要由主機（Host）、終端（Terminal）猿涨、終端控制器握童、連網(wǎng)外部設(shè)備以及軟件資源和信息資源等組成。

主機是資源子網(wǎng)的重要組成單元叛赚，既可以是大型機澡绩、中型機稽揭、小型機，也可以是局域網(wǎng)中的微型計算機肥卡。主機是軟件資源和信息資源的擁有者溪掀，一般通過高速線路和通信子網(wǎng)中的節(jié)點相連。終端是直接面向用戶的交互設(shè)備步鉴。終端的種類很多揪胃，如交互終端、顯示終端氛琢、智能終端喊递、圖形終端等。

連網(wǎng)外部設(shè)備主要是指網(wǎng)絡(luò)中的一些共享設(shè)備艺沼，如高速打印機册舞、繪圖儀和大容量硬盤等。

3．計算機網(wǎng)絡(luò)的功能

1)．數(shù)據(jù)通信

數(shù)據(jù)通信是計算機網(wǎng)絡(luò)最基本的功能障般，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供了強有力的通信手段调鲸。計算機網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主要目的之一就是使分布在不同物理位置的計算機用戶相互通信和傳送信息（如聲音、圖形挽荡、圖像等多媒體信息）藐石。計算機網(wǎng)絡(luò)的其他功能都是在數(shù)據(jù)通信功能基礎(chǔ)之上實現(xiàn)的，如發(fā)送電子郵件定拟、遠程登錄于微、連機會議、WWW 等青自。

2)．資源共享

（1）硬件和軟件的共享株依。計算機網(wǎng)絡(luò)允許網(wǎng)絡(luò)上的用戶共享不同類型的硬件設(shè)備，通常有打印機延窜、光驅(qū)恋腕、大容量的磁盤以及高精度的圖形設(shè)備等。軟件共享通常是指某一系統(tǒng)軟件或應(yīng)用軟件（如數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）逆瑞，如果占用的空間較大荠藤，則可將其安裝到一臺配置較高的服務(wù)器上，并將其屬性設(shè)置為共享获高，這樣網(wǎng)絡(luò)上的其他計算機即可直接利用哈肖，極大地節(jié)省了計算機的硬盤空間。

（2）信息共享念秧。信息也是一種寶貴的資源淤井，Internet 就像一個浩瀚的海洋，有取之不盡、用之不竭的信息與數(shù)據(jù)庄吼。每一個連入 Internet 的用戶都可以共享這些信息資源（如缎除，各類電子出版物严就、網(wǎng)上新聞总寻、網(wǎng)上圖書館和網(wǎng)上超市等）。

3)．均衡負荷與分布式處理

當網(wǎng)絡(luò)中某臺計算機的任務(wù)負荷太重時梢为，可將任務(wù)分散到網(wǎng)絡(luò)中的各臺計算機上進行渐行，或由網(wǎng)絡(luò)中比較空閑的計算機分擔負荷。這樣既可以處理大型的任務(wù)铸董，使其中一臺計算機不會負擔過重祟印，又提高了計算機的可用性，起到了均衡負荷和分布式處理的作用粟害。

4)．提高計算機系統(tǒng)的可靠性

提高計算機系統(tǒng)的可靠性也是計算機網(wǎng)絡(luò)的一個重要功能蕴忆。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，每一臺計算機都可以通過網(wǎng)絡(luò)為另一臺計算機備份以提高計算機系統(tǒng)的可靠性悲幅。這樣套鹅，一旦網(wǎng)絡(luò)中的某臺計算機發(fā)生了故障，另一臺計算機可代替其完成所承擔的任務(wù)汰具，整個網(wǎng)絡(luò)可以照常運轉(zhuǎn)卓鹿。

4. 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類和拓撲結(jié)構(gòu)

用于計算機網(wǎng)絡(luò)分類的標準很多，如拓撲結(jié)構(gòu)留荔、應(yīng)用協(xié)議吟孙、傳輸介質(zhì)、數(shù)據(jù)交換方式等聚蝶。但是杰妓，這些標準只能反映網(wǎng)絡(luò)某方面的特征，不能反映網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的本質(zhì)碘勉。最能反映網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本質(zhì)特征的分類標準是網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍巷挥。按網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍可以將網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)（Local Area Network，LAN）恰聘、廣域網(wǎng)（WideArea Network句各，WAN）、城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network晴叨，MAN）和國際互聯(lián)網(wǎng)（Internet）凿宾，如表 1-1 所示。

（1）局域網(wǎng)产禾。局域網(wǎng)的地理分布范圍在幾千米以內(nèi)排作，一般局域網(wǎng)絡(luò)建立在某個機構(gòu)所屬的一個建筑群內(nèi)或一個學校的校園內(nèi)部，甚至幾臺計算機也能構(gòu)成一個小型局域網(wǎng)絡(luò)亚情。由于局域網(wǎng)的覆蓋范圍有限妄痪，數(shù)據(jù)的傳輸距離短，因此局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸速率都比較高楞件，一般在 10～100Mbit/s衫生，現(xiàn)在高速的局域網(wǎng)傳輸速率可達到 1 000 Mbit/s。

（2）廣域網(wǎng)土浸。廣域網(wǎng)也稱為遠程網(wǎng)罪针，是遠距離的、大范圍的計算機網(wǎng)絡(luò)黄伊。這類網(wǎng)絡(luò)的作用是實現(xiàn)遠距離計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息共享泪酱。廣域網(wǎng)可以是跨地區(qū)、跨城市还最、跨國家的計算機網(wǎng)絡(luò)墓阀，覆蓋范圍一般是幾百千米到幾千千米的廣闊地理區(qū)域，通信線路大多借用公用通信網(wǎng)絡(luò)（如公用電話網(wǎng) PSTN）憋活。由于廣域網(wǎng)涉轄的范圍很大岂津，連網(wǎng)的計算機眾多，因此廣域網(wǎng)上的信息量非常大悦即，共享的信息資源極為豐富吮成。但是廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率比較低，一般在 64 kbit/s～2 Mbit/s辜梳。

（3）城域網(wǎng)粱甫。城域網(wǎng)的覆蓋范圍在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間作瞄，一般為幾千米到幾十千米，通常在一個城市內(nèi)。

（4）國際互聯(lián)網(wǎng)退渗。Internet 并不是一種具體的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)罩抗，而是將同類和不同類的物理網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)拉庵、廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)）通過某種協(xié)議互連起來的一種高層技術(shù)。

5 .計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)

常見的計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)有星型套蒂、環(huán)型钞支、總線型、樹型和網(wǎng)狀型操刀。

（1）星型拓撲網(wǎng)絡(luò)烁挟。在星型拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，各節(jié)點通過點到點的鏈路與中央節(jié)點連接馍刮，如圖 1-4 所示信夫。中央節(jié)點可以是轉(zhuǎn)接中心，起到連通的作用；也可以是一臺主機静稻，此時具有數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)接的功能警没。星型拓撲網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是很容易在網(wǎng)絡(luò)中增加和移動節(jié)點，容易實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全性和優(yōu)先級控制振湾；缺點是屬于集中控制杀迹，對中央節(jié)點的依賴性大，一旦中央節(jié)點有故障就會引起整個網(wǎng)絡(luò)的癱瘓押搪。

（2）環(huán)型拓撲網(wǎng)絡(luò)树酪。在環(huán)型拓撲網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點通過點到點的通信線路連接成閉合環(huán)路大州，如圖 1-5 所示续语。環(huán)中數(shù)據(jù)將沿一個方向逐站傳送。環(huán)型拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單厦画，傳輸延時確定疮茄，但是環(huán)中每個節(jié)點與連接節(jié)點之間的通信線路都會成為網(wǎng)絡(luò)可靠性的屏障。環(huán)中某一個節(jié)點出現(xiàn)故障就會造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓根暑。另外力试，對于環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的增加和移動以及環(huán)路的維護和管理都比較復(fù)雜排嫌。

（3）總線型拓撲網(wǎng)絡(luò)畸裳。在總線型拓撲網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點共享一條數(shù)據(jù)通道淳地，如圖 1-6 所示怖糊。一個節(jié)點發(fā)出的信息可以被網(wǎng)絡(luò)上的每個節(jié)點接收。由于多個節(jié)點連接到一條公用信道上薇芝，所以必須采取某種方法分配信道蓬抄，以決定哪個節(jié)點可以優(yōu)先發(fā)送數(shù)據(jù)。

總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單夯到，安裝方便嚷缭，需要鋪設(shè)的線纜最短，成本低耍贾，并且某個站點自身的故障一般不會影響整個網(wǎng)絡(luò)阅爽，因此是普遍使用的網(wǎng)絡(luò)之一。其缺點是實時性較差荐开，總線上的故障會導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓付翁。

（4）樹型拓撲網(wǎng)絡(luò)。在樹型拓撲結(jié)構(gòu)中晃听，網(wǎng)絡(luò)的各節(jié)點形成了一個層次化的結(jié)構(gòu)百侧，如圖 1-7 所示砰识。

樹中的各個節(jié)點通常都為主機，樹中低層主機的功能和應(yīng)用有關(guān)佣渴，一般都具有明確定義功能辫狼，如數(shù)據(jù)采集、變換等辛润；高層主機具備通用的功能膨处，以便協(xié)調(diào)系統(tǒng)的工作，如數(shù)據(jù)處理砂竖、命令執(zhí)行等真椿。一般來說，樹型拓撲網(wǎng)絡(luò)的層次數(shù)量不宜過多乎澄，以免轉(zhuǎn)接開銷過大突硝，使高層節(jié)點的負荷過重。若樹型拓撲結(jié)構(gòu)只有兩層三圆，就變成了星型結(jié)構(gòu)狞换，因此，可以將樹型拓撲結(jié)構(gòu)視為星型拓撲結(jié)構(gòu)的擴展結(jié)構(gòu)舟肉。

（5）網(wǎng)狀型拓撲網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)狀型拓撲網(wǎng)絡(luò)中查库，節(jié)點之間的連接是任意的路媚，沒有規(guī)律，如圖 1-8所示樊销。其主要優(yōu)點是可靠性高整慎，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必須采用路由選擇算法和流量控制方法围苫。廣域網(wǎng)基本上都是采用網(wǎng)狀型拓撲結(jié)構(gòu)裤园。

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提問:

1．按照覆蓋范圍來分互站，計算機網(wǎng)絡(luò)可以分為哪幾類励七？4

2．局域網(wǎng)泥技、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的主要特征是什么?

3．計算機網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用在哪些領(lǐng)域允悦？分別舉例說明斤富。?

2數(shù)據(jù)通信技術(shù)(物理層+鏈路層)

數(shù)據(jù)通信的基本概念及常見的傳輸介質(zhì)

通信的目的是交換信息（Information）圾旨。一般認為妙黍，信息是人們對現(xiàn)實世界事物存在方式或運動狀態(tài)的某種認識稚铣。信息的載體可以是數(shù)值衰伯、文字铡羡、圖形、聲音意鲸、圖像以及動畫等烦周。任何事物的存在都伴隨著相應(yīng)信息的存在尽爆，信息不僅能夠反映事物的特征、運動和行為读慎，還能夠借助媒體（如空氣漱贱、光波、電磁波等）傳播和擴散贪壳。這里把“事物發(fā)出的消息饱亿、情報、數(shù)據(jù)闰靴、指令彪笼、信號等當中包含的意義”定義為信息。數(shù)據(jù)是指把事件的某些屬性規(guī)范化后的表現(xiàn)形式蚂且，可以被識別配猫，也可以被描述。數(shù)據(jù)按其連續(xù)性可分為模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)杏死。模擬數(shù)據(jù)取連續(xù)值泵肄，數(shù)字數(shù)據(jù)取離散值。在數(shù)據(jù)被傳送之前淑翼，要變成適合于傳輸?shù)碾姶判盘枴M信號或數(shù)字信號腐巢。可見玄括，信號（signal）是數(shù)據(jù)的電磁波表示形式冯丙，一般以時間為自變量，以表示信息（數(shù)據(jù)）的某個參量（振幅遭京、頻率或相位）為因變量胃惜。

1．數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標

（1）傳輸速率。傳輸速率是指信道上傳輸信息的速度哪雕，是描述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重要技術(shù)指標之一船殉。傳輸速率一般有兩種表示方法，即信號速率和調(diào)制速率斯嚎。信號速率是指單位時間內(nèi)所傳送的二進制位代碼的有效位數(shù)利虫，以每秒多少比特數(shù)計，單位為比特/秒（bit/s）孝扛。數(shù)字信號的速率通常用“比特/秒”來表示列吼。調(diào)制速率是指每秒傳送的脈沖數(shù)，即波特率苦始，單位為波特/秒（Baud/s）寞钥，是指信號在調(diào)制過程中調(diào)制狀態(tài)每秒鐘轉(zhuǎn)換的次數(shù)。一“波特”即模擬信號的一個狀態(tài)陌选，不僅表示一位數(shù)據(jù)理郑，而且代表了多位數(shù)據(jù)蹄溉。所以，“波特”與“比特”的意義是不同的您炉，模擬信號的速率通常用“波特/秒”來表示柒爵。

（2）信道帶寬。信道帶寬是指信道中傳輸?shù)男盘栐诓皇д娴那闆r下所占用的頻率范圍赚爵，單位用赫茲（Hz）表示棉胀。為了更好地理解帶寬的概念，不妨用人的聽覺系統(tǒng)打個比方：人耳所能感受的聲波范圍是 20～20 000 Hz冀膝，低于這個范圍的稱為次聲波唁奢，高于這個范圍的稱為超聲波，人的聽覺系統(tǒng)無法將次聲波和超聲波傳遞到大腦窝剖，所以用 20 000 Hz 減去 20 Hz 所得的值就好比是人類聽覺系統(tǒng)的帶寬麻掸。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信道傳輸?shù)牟皇锹暡ǎ请姶挪ǎòo線電波赐纱、微波脊奋、光波等），其帶寬就是所能傳輸電磁波的最大有效頻率減去最小有效頻率所得到的值疙描。

（3）信道容量诚隙。信道容量是衡量一個信道傳輸數(shù)字信號的重要參數(shù)。信道的傳輸能力是有一定限制的起胰，某個信道傳輸數(shù)據(jù)的速率有一個上限最楷，即單位時間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財?shù)，單位為比特/秒（bit/s）待错，將其稱為信道容量。無論采用何種編碼技術(shù)烈评，傳輸數(shù)據(jù)的速率都不可能超過信道容量上限火俄，否則信號就會失真。

（4）信道帶寬和信道容量的關(guān)系讲冠。理論分析證明瓜客，信道的容量與信道帶寬成正比關(guān)系，即信道帶寬越寬竿开，信道容量就越大谱仪，所以人們有時愿意將“帶寬”作為信道所能傳送的“最高速率”的同義語，盡管這種叫法不太嚴格否彩。

2．通信方式

按照信號傳送方向與時間的關(guān)系疯攒，可以將數(shù)據(jù)通信分為以下 3 種方式。

（1）單工通信列荔。單工通信是指通信雙方只能由一方將數(shù)據(jù)傳輸給另一方敬尺，數(shù)據(jù)信號只能沿一個方向傳輸枚尼，發(fā)送方只能發(fā)送不能接收，接收方只能接收而不能發(fā)送砂吞，任何時候都不能改變信號的傳送方向署恍，如圖 2-2 所示。例如蜻直，有線電視廣播就是一種單工通信方式盯质，電視臺只能發(fā)送信息，用戶的電視機只能接收信息概而。

（2）半雙工通信呼巷。半雙工通信是指通信的雙方都可以發(fā)送和接收信息，但不能同時發(fā)送（當然也不能同時接收）到腥，只能交替進行朵逝。這種通信方式是一方發(fā)送信息，另一方接收信息乡范，一段時間后再反過來（通過開關(guān)裝置進行切換）配名，如圖 2-3 所示。例如晋辆，對講機和步話機的工作方式就是典型的半雙工通信渠脉。

（3）全雙工通信。全雙工通信是指通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息瓶佳。全雙工通信需要兩條信道芋膘，一條用來接收信息，另一條用來發(fā)送信息霸饲，其通信效率很高为朋，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高厚脉，如圖 2-4 所示习寸。例如，在電話系統(tǒng)中傻工，用戶既可以打電話霞溪，又可以接電話。在正常的電話通信過程中中捆，通話的一方在說話鸯匹，另一方在聽電話，當然在不同的時刻泄伪，說話和聽電話的雙方是可以相互轉(zhuǎn)換的殴蓬，這時的電話通信就屬于半雙工的通信方式。如果通話的雙方發(fā)生爭吵臂容，同時發(fā)表意見科雳，采用的就是全雙工通信方式根蟹。

目前大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)中的通信都實現(xiàn)了全雙工通信。

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3．傳輸介質(zhì)的主要特性和應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的傳輸需要有“傳輸媒體”糟秘，好比是車輛必須在公路上行駛一樣简逮，道路質(zhì)量的好壞會影響到行車的安全舒適。同樣尿赚，網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的質(zhì)量好壞也會影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量散庶。

常用的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)可分為兩類：一類是有線的，另一類是無線的凌净。有線傳輸介質(zhì)主要有雙絞線（Twisted Pair悲龟，包括屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線）、同軸電纜（Coaxial Cable）及光纖（Fiber Optics）冰寻，如圖 2-9 所示须教；無線傳輸介質(zhì)有無線電波、紅外線等斩芭。

雙絞線是由相互絕緣的兩根銅線按一定扭矩相互絞合在一起的類似于電話線的傳輸媒體轻腺，每根銅線加絕緣層并有顏色標記，划乖。成對線的扭絞旨在使電磁輻射和外部電磁干擾減到最小贬养。雙絞線的性能好、價格低琴庵，因此是目前使用最廣泛的傳輸介質(zhì)误算。

雙絞線可以用于傳輸模擬信號和數(shù)字信號，傳輸速率根據(jù)線的粗細和長短而變化迷殿。一般來講儿礼，線的直徑越大，傳輸距離就越短庆寺，傳輸速率也就越高蜘犁。

局域網(wǎng)中使用的雙絞線分為屏蔽雙絞線（Shielded TwistedPair，STP）和非屏蔽雙絞線（Unshielded Twisted Pair止邮，UTP）兩類。兩者的差異在于屏蔽雙絞線在雙絞線和外皮之間增加了一個鉛箔屏蔽層奏窑，如圖 2-11（a）所示导披，目的是提高雙絞線的抗干擾性能，但其價格是非屏蔽雙絞線的兩倍以上埃唯。屏蔽雙絞線主要用于安全性要求較高的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中撩匕，如軍事網(wǎng)絡(luò)、股票網(wǎng)絡(luò)等墨叛，而且使用屏蔽雙絞線的網(wǎng)絡(luò)為了達到屏蔽的效果止毕，所有的插口和配套設(shè)施均使用屏蔽的設(shè)備模蜡，否則就達不到真正的屏蔽效果，所以整個網(wǎng)絡(luò)的造價會比使用非屏蔽雙絞線的網(wǎng)絡(luò)高出很多扁凛，因此至今一直未被廣泛使用忍疾。

同軸電纜也是一種常用的傳輸介質(zhì)。這種電纜在實際中的應(yīng)用很廣泛谨朝，如有線電視網(wǎng)卤妒。組成同軸電纜的內(nèi)外兩個導(dǎo)體是同軸的，如圖 2-15 所示字币，“同軸”之名正是由此而來则披。同軸電纜的外導(dǎo)體是一個由金屬絲編織而成的圓柱形的套管，內(nèi)導(dǎo)體是圓形的金屬芯線洗出，一般都采用銅制材料士复。內(nèi)外導(dǎo)體之間填充著絕緣介質(zhì)。同軸電纜可以是單芯的翩活，也可以將多條同軸電纜安排在一起形成同軸電纜阱洪。同軸電纜絕緣效果佳、頻帶寬隅茎、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定澄峰、價格適中、性價比高辟犀，因此是早期局域網(wǎng)中普遍采用的一種傳輸介質(zhì)俏竞。

同軸電纜又可分為兩類：細纜和粗纜。經(jīng)常提到的 10 Base-2 和 10 Base-5 以太網(wǎng)就是分別使用細同軸電纜和粗同軸電纜組網(wǎng)的堂竟。使用同軸電纜組網(wǎng)時需要在兩端連接50 ? 的反射電阻魂毁，這就是通常所說的終端匹配器。同軸電纜組網(wǎng)的其他連接設(shè)備隨細纜與粗的差別而不盡相同出嘹，即使名稱一樣席楚，其規(guī)格、大小也是有差別的税稼。

光纖由纖芯烦秩、包層和保護層組成，如圖 2-18 所示郎仆。每根光纖只能單向傳送信號只祠，因此要實現(xiàn)雙向通信，光纜中至少應(yīng)包括兩條獨立的導(dǎo)芯扰肌，一條發(fā)送抛寝，另一條接收。光纖兩端的端頭都是通過電燒烤或化學環(huán)氯工藝與光學接口連接在一起的。一根光纜可以包括兩根至數(shù)百根光纖盗舰，并用加強芯和填充物來提高機械強度晶府。

光束在玻璃纖維內(nèi)傳輸，防磁防電钻趋，傳輸穩(wěn)定川陆，質(zhì)量高。由于可見光的頻率大約是10 14 Hz爷绘，因而光傳輸系統(tǒng)可使用的帶寬范圍極大书劝，多適用于高速網(wǎng)絡(luò)和骨干網(wǎng)。光纖傳輸系統(tǒng)中的光源可以是發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode土至，LED）购对，也可以是注入式二極管（InjectLight Diode，ILD）陶因。當光通過這些器件時發(fā)出光脈沖骡苞，光脈沖通過光纜從而傳輸信息。光脈沖出現(xiàn)表示為“1”楷扬，不出現(xiàn)表示為“0”解幽。在光纜的兩端都要有一個裝置來完成電/光信號和光/電信號的轉(zhuǎn)換，接收端將光信號轉(zhuǎn)換成電信號時烘苹，要使用光電二極管（PositionIntrinsic-Negatioe躲株，PIN）檢波器或 APD 檢波器。

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提問:

1． 什么是數(shù)字信號镣衡，什么是模擬信號霜定？兩者的區(qū)別是什么？

2． 什么是信道廊鸥？信道可以分為哪兩類望浩？

1. ? 什么是傳輸速率？表示傳輸速率的基本方法有哪兩種惰说，分別適用于什么場合磨德？

數(shù)據(jù)編碼及差錯控制技術(shù)

數(shù)據(jù)是信息的載體，計算機中的數(shù)據(jù)是以離散的“0”“1”二進制比特序列方式表示的吆视。為了正確地傳輸數(shù)據(jù)典挑，就必須對原始數(shù)據(jù)進行編碼，而數(shù)據(jù)編碼類型取決于通信子網(wǎng)的信道所支持的數(shù)據(jù)通信類型啦吧。

根據(jù)數(shù)據(jù)通信類型的不同搔弄，通信信道可分為模擬信道和數(shù)字信道兩類。相應(yīng)地丰滑，數(shù)據(jù)編碼的方法也分為模擬數(shù)據(jù)編碼和數(shù)字數(shù)據(jù)編碼兩類。網(wǎng)絡(luò)中基本的數(shù)據(jù)編碼方式歸納如圖 2-35所示。

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1．數(shù)字編碼技術(shù)

數(shù)字信號可以利用數(shù)字通信信道來直接傳輸（即基帶傳輸）褒墨，此時需要解決的問題是數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號表示以及收發(fā)兩端之間的信號同步兩個方面炫刷。

在基帶傳輸中，數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼主要有以下 3 種方式郁妈。

（1）非歸零碼（Non-Return to Zero浑玛，NRZ）。非歸零碼可以用低電平表示“0”噩咪，用高電平表示“1”顾彰。必須在發(fā)送 NRZ 碼的同時，用另一個信號同時傳送同步時鐘信號胃碾，如圖 2-38（a）所示涨享。

（2）曼徹斯特編碼（Manchester）。其編碼規(guī)則是：每比特的周期 T 分為前 T/2 與后 T/2仆百。前T/2 傳送該比特的反碼厕隧，后 T/2傳送該比特的原碼，如圖2-38（b）所示俄周。

（3）差分曼徹斯特編碼（Difference Manchester）吁讨。其編碼規(guī)則是：每比特的值根據(jù)開始邊界是否發(fā)生電平跳變來決定。一個比特開始處出現(xiàn)電平跳變表示“0”峦朗，不出現(xiàn)跳變表示“1”建丧，每比特中間的跳變僅用來作為同步信號，如圖 2-38（c）所示波势。差分曼徹斯特編碼和曼徹斯特編碼都屬于“自含時鐘編碼”翎朱，發(fā)送時不需要另外發(fā)送同步信號。

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2．差錯產(chǎn)生的原因與差錯類型

我們通常將發(fā)送的數(shù)據(jù)與通過通信信道后接收到的數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象稱為傳輸差錯艰亮，簡稱為差錯闭翩。

差錯的產(chǎn)生是無法避免的。信號在物理信道中傳輸時迄埃，線路本身電器特性造成的隨機噪聲疗韵、信號幅度的衰減、頻率和相位的畸變侄非、電器信號在線路上產(chǎn)生反射造成的回音效應(yīng)蕉汪、相鄰線路間的串擾以及各種外界因素（如大氣中的閃電、開關(guān)的跳火逞怨、外界強電流磁場的變化者疤、電源的波動等）都會造成信號的失真。在數(shù)據(jù)通信中叠赦，將會使接收端收到的二進制數(shù)位和發(fā)送端實際發(fā)送的二進制數(shù)位不一致 “0”變成“1”或由“1”變成“0”的差錯驹马，差錯控制的目的和任務(wù)就是面對現(xiàn)實承認傳輸線路中的出錯情況，分析差錯產(chǎn)生的原因和差錯類型，采取有效的措施糯累，即差錯控制方法來發(fā)現(xiàn)和糾正差錯算利，以提高信息的傳輸質(zhì)量。

傳輸中的差錯都是由噪聲引起的泳姐。噪聲有兩大類：一類是信道固有的效拭、持續(xù)存在的隨機熱噪聲；另一類是由外界特定的短暫原因所造成的沖擊噪聲胖秒。

熱噪聲由傳輸介質(zhì)導(dǎo)體的電子熱運動產(chǎn)生缎患，是一種隨機噪聲，所引起的傳輸差錯為隨機差錯阎肝，這種差錯的特點是所引起的某位碼元（二進制數(shù)字中每一位的通稱）的差錯是孤立的挤渔，與前后碼元沒有關(guān)系。熱噪聲導(dǎo)致的隨機錯誤通常較少盗痒。

沖擊噪聲是由外界電磁干擾引起的蚂蕴，與熱噪聲相比，沖擊噪聲幅度較大俯邓，是引起傳輸差錯的主要原因骡楼。沖擊噪聲所引起的傳輸差錯為突發(fā)差錯，這種差錯的特點是前面的碼元出現(xiàn)了錯誤稽鞭，往往會使后面的碼元也出現(xiàn)錯誤鸟整，即錯誤之間有相關(guān)性

誤碼率是指二進制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，在數(shù)值上近似等于 P e =N e /N朦蕴。其中 N為傳輸?shù)亩M制碼元總數(shù)篮条，N e 為被傳錯的碼元數(shù)。

在理解誤碼率定義時應(yīng)注意以下 3 個問題吩抓。

（1）誤碼率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數(shù)涉茧。

（2）對于一個實際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說誤碼率越低越好疹娶，要根據(jù)實際傳輸要求提出誤碼率指標伴栓；在數(shù)據(jù)傳輸速率確定后，誤碼率越低雨饺，傳輸系統(tǒng)設(shè)備越復(fù)雜钳垮，造價也越高。

（3）對于實際數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)额港，如果傳輸?shù)牟皇嵌M制碼元饺窿，則要換算成二進制碼元來計算。

在實際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中移斩，人們需要一種通信信道進行大量肚医、重復(fù)測試条舔，才能求出該信道的平均誤碼率两嘴，或者給出某些特殊情況下的平均誤碼率俗批。根據(jù)測試溜徙，目前電話線路在 300 bit/s～2 400 bit/s傳輸速率時，平均誤碼率在 10 ?4 ～10 ?6 糠排。而計算機通信的平均誤碼率要求低于 10 ?9 。因此超升，普通通信信道如不采取差錯控制技術(shù)是不能滿足計算機通信要求的入宦。

3．差錯的控制

提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的方法有兩種。第一種方法是：改善通信線路的性能室琢，使錯碼出現(xiàn)的概率乾闰。

降低到滿足系統(tǒng)要求的程度。但這種方法受經(jīng)濟上和技術(shù)上的限制盈滴，達不到理想的效果涯肩。第二種方法是：雖然傳輸中不可避免地會出現(xiàn)某些錯碼，但可以將其檢測出來巢钓，并用某種方法糾正檢出的錯碼病苗，以達到提高實際傳輸質(zhì)量的目的。第二種方法最為常用的是采用抗干擾編碼和糾錯編碼症汹。

目前廣泛采用的有奇偶校驗碼硫朦、方塊碼和循環(huán)冗余碼等。背镇。

1．奇偶校驗

奇偶校驗稱為字符校驗咬展、垂直奇偶校驗（VerticalRedundancy Check，VRC）瞒斩。奇偶校驗是以字符為單位的校驗方法破婆，是最簡單的一種校驗方法。在每個字符編碼的后面另外增加一個二進制位胸囱，該位稱為校驗位祷舀。其主要目的是使整個編碼中 1 的個數(shù)成為奇數(shù)或偶數(shù)。如果使編碼中 1 的個數(shù)成為奇數(shù)則稱為奇校驗旺矾；反之蔑鹦，則稱為偶校驗。

例如箕宙，字符 R 的 ASCII 編碼為 1010010嚎朽，后面增加一位進行奇校驗 10100100（使 1 的個數(shù)為奇數(shù)），傳送時其中一位出錯柬帕，如傳成了 10110100哟忍，奇校驗就能檢查出錯誤狡门。若傳送有兩位出錯時，如 10111100锅很，奇校驗就不能檢查出錯誤了其馏。實際傳輸過程中，偶然一位出錯的機會最多爆安，故這種簡單的校驗方法還是很有用處的叛复。但這種方法只能檢測錯誤，不能糾正錯誤扔仓，不能檢測出錯在哪一位褐奥，故一般只能用于通信要求較低的環(huán)境。

2．方塊校驗

方塊校驗又稱為報文校驗翘簇、水平垂直奇偶校驗（LevelRedundancy Check撬码，LRC）。這種方法是在奇偶校驗方法的基礎(chǔ)上版保，在一批字符傳送之后呜笑，另外增加一個檢驗字符，該檢驗字符的編碼方法是使每一位縱向代碼中 1 的個數(shù)也成為奇數(shù)（或偶數(shù)）彻犁。例如：

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采用這種方法之后叫胁，不僅可以檢驗出 1 位、2 位或 3 位的錯誤袖裕，還可以自動糾正 1 位出錯曹抬，使誤碼率降至原誤碼率的百分之一到萬分之一，糾錯效果十分顯著急鳄，因此方塊校驗適用于中谤民、低速傳輸系統(tǒng)和反饋重傳系統(tǒng)中。

循環(huán)冗余碼（Cyclic Redundancy Code疾宏，CRC）是使用最廣泛并且檢錯能力很強的一種檢驗碼张足。CRC 的工作方法是在發(fā)送端產(chǎn)生一個循環(huán)冗余碼，附加在信息位后面一起發(fā)送到接收端坎藐，接收端收到的信息按發(fā)送端形成循環(huán)冗余碼同樣的算法進行校驗为牍，若有錯，需重發(fā)岩馍。該方法不產(chǎn)生奇偶校驗碼碉咆，而是把整個數(shù)據(jù)塊當成一串連續(xù)的二進制數(shù)據(jù)。從代數(shù)結(jié)構(gòu)來說蛀恩，把各位看成是一個多項式的系數(shù)疫铜，則該數(shù)據(jù)塊就和一個 n 次的多項式相對應(yīng)。

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（2）CRC 校驗的基本思想和運算規(guī)則双谆。循環(huán)冗余校驗的基本思想是：把要傳送的信息碼看成是一個多項式 M（X）的系數(shù)壳咕，在發(fā)送前席揽，將多項式用生成多項式 G(X)來除，將相除結(jié)果的余數(shù)作為校驗碼跟在原信息碼之后一同發(fā)送出去谓厘。在接收端幌羞，把接收到的含校驗碼的信息碼再用同一個生成多項式來除，如果在傳送過程中無差錯竟稳，則應(yīng)該除盡属桦，即余數(shù)應(yīng)為 0；若除不盡他爸，則說明傳輸過程中有差錯地啰，應(yīng)要求對方重新發(fā)送一次。

CRC 校驗中求余數(shù)的除法運算規(guī)則是：多項式以 2 為模運算讲逛，加法不進位，減法不借位岭埠。加法和減法兩者都與異或運算相同盏混。長除法同二進制運算是一樣的，只是做減法時按模 2 進行惜论，如果減出的值最高位為 0许赃，則商為 0；如果減出的值最高位為1馆类，則商為 1混聊。

（3）CRC 檢驗和信息編碼的求取方法。設(shè) r 為生成多項式 G(X)的階乾巧。

① 在數(shù)據(jù)多項式 M(X)的后面附加 r 個“0”句喜，得到一個新的多項式 M'(X)。

② 用模 2 除法求得 M' (X)/G(X)的余數(shù)沟于。

③ 將該余數(shù)直接附加在原數(shù)據(jù)多項式 M(X)的系數(shù)序列的后面咳胃，結(jié)果即為最后要發(fā)送的檢驗和信息編碼多項式 T(X)。

提問:

計算CRC：

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鏈路層協(xié)議

1．關(guān)鍵性假設(shè)

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2．無限制單工協(xié)議(協(xié)議1)

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1． 無錯信道上的單工停-等協(xié)議（協(xié)議2）

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1. 有錯信道上的單工停-等協(xié)議

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[圖片上傳中...(03cf1dd0f38b88241ed35cb4a776963f.jpg-4e93f6-1546693121440-0)]

1. 滑動窗口協(xié)議

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提問:

1． 講解鏈路層協(xié)議的工作過程及代碼原理旷太？

3 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議概述

體系結(jié)構(gòu)（Architecture）是研究系統(tǒng)各部分組成及相互關(guān)系的技術(shù)科學展懈。計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是指整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的邏輯組成和功能分配，定義和描述了一組用于計算機及其通信設(shè)施之間互連的標準和規(guī)范的集合供璧。研究計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的目的在于定義計算機網(wǎng)絡(luò)各個組成部分的功能存崖，以便在統(tǒng)一的原則指導(dǎo)下進行計算機網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、建造睡毒、使用和發(fā)展来惧。

1．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念

從最根本的角度上講，協(xié)議就是規(guī)則吕嘀。例如违寞，在公共交通公路上行駛的各種交通工具需要遵守交通規(guī)則贞瞒，這樣才能減少交通阻塞，有效地避免交通事故的發(fā)生趁曼。又如军浆，不同國家的人使用的是不同的語言，如果事先不約定好使用同一種語言挡闰，那么進行溝通時將會非常困難乒融。

在計算機網(wǎng)絡(luò)的通信過程中，數(shù)據(jù)從一臺計算機傳輸?shù)搅硪慌_計算機稱為數(shù)據(jù)通信或數(shù)據(jù)交換摄悯。同理赞季，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信也需要遵守一定的規(guī)則，以減少網(wǎng)絡(luò)阻塞奢驯，提高網(wǎng)絡(luò)的利用率申钩。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信或數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定瘪阁。連網(wǎng)的計算機以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間要進行數(shù)據(jù)與控制信息（一種用于控制設(shè)備如何工作的數(shù)據(jù)）的成功傳遞就必須共同遵守網(wǎng)絡(luò)協(xié)議撒遣。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下 3 個要素組成。

（1）語法（Syntax）管跺。語法規(guī)定了通信雙方“如何講”义黎，即確定用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式。

（2）語義（Semantics）豁跑。語義規(guī)定通信的雙方準備“講什么”廉涕，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)答艇拍。

（3）時序（Timing）狐蜕。時序又可稱為“同步”，規(guī)定了雙方“何時進行通信”卸夕，即事件實現(xiàn)順序的詳細說明馏鹤。

下面以兩個通話人為例來說明網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念。

甲要打電話給乙娇哆，首先甲撥通乙的電話號碼湃累，對方電話振鈴，乙拿起電話碍讨，然后甲治力、乙開始通話，通話完畢后勃黍，雙方掛斷電話宵统。在這個過程中，甲、乙雙方都遵守了打電話的協(xié)議马澈。其中瓢省，電話號碼是“語法”的一個例子，一般電話號碼由 8 位阿拉伯數(shù)字組成痊班，如果是長途就要加區(qū)號勤婚，國際長途還有國家代碼等；甲撥通乙的電話后涤伐，乙的電話會振鈴馒胆，振鈴是一個信號，表示有電話打進凝果，乙選擇接電話祝迂，這一系列的動作包括了控制信號、相應(yīng)動作等器净，就是“語義”的例子型雳；“時序”的概念更好理解，因為甲撥通了電話山害，乙的電話才會響四啰，乙聽到鈴聲后才會考慮要不要接，這一系列事件的因果關(guān)系十分明確粗恢，不可能沒有人撥乙的電話而乙的電話會響，也不可能在電話鈴沒響的情況下欧瘪，乙拿起電話卻從話筒里傳出甲的聲音眷射。

2．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層

計算機網(wǎng)絡(luò)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，因此網(wǎng)絡(luò)通信也比較復(fù)雜佛掖。網(wǎng)絡(luò)通信的涉及面極廣妖碉，不僅涉及網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備（如物理線路、通信設(shè)備芥被、計算機等）欧宜，還涉及各種各樣的軟件，所以用于網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議必然很多拴魄。實踐證明冗茸，結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法是解決復(fù)雜問題的一種有效手段，其核心思想就是將系統(tǒng)模塊化匹中，并按層次組織各模塊夏漱。因此，在研究計算機網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)時顶捷，通常也按層次進行分析挂绰。

計算機網(wǎng)絡(luò)中采用分層體系結(jié)構(gòu)，主要有以下一些好處服赎。

（1）各層之間可相互獨立葵蒂。高層并不需要知道低層是采用何種技術(shù)來實現(xiàn)的交播，而只需要知道低層通過接口能提供哪些服務(wù)。每一層都有一個清晰践付、明確的任務(wù)秦士，實現(xiàn)相對獨立的功能，因而可以將復(fù)雜的系統(tǒng)性問題分解為一層一層的小問題荔仁。當屬于每一層的小問題都解決了伍宦，那么整個系統(tǒng)的問題也就接近于完全解決了。

（2）靈活性好乏梁，易于實現(xiàn)和維護次洼。如果把網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為一個整體來處理，那么任何方面的改進必然都要對整體進行修改遇骑，這與網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展是極不協(xié)調(diào)的卖毁。若采用分層體系結(jié)構(gòu)，由于整個系統(tǒng)已被分解成了若干個易于處理的部分落萎，那么這樣一個龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)的實現(xiàn)與維護也就變得容易控制了亥啦。當任何一層發(fā)生變化時（如技術(shù)的變化），只要層間接口保持不變练链，則其他各層都不會受到影響翔脱。外，當層提供的服務(wù)不再被其他層需要時媒鼓，可以將該層直接取消届吁。

（3）有利于促進標準化。這主要是因為每一層的協(xié)議已經(jīng)對該層的功能與所提供的服務(wù)做了明確的說明绿鸣。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都是按層的方式來組織的疚沐，每一層都建立在下一層之上。不同的網(wǎng)絡(luò)潮模，其層次數(shù)亮蛔、各層的名字、內(nèi)容和功能都不盡相同擎厢。然而究流，在所有的網(wǎng)絡(luò)中，每一層的目的都是向上一層提供一定的服務(wù)动遭，而上一層根本不需要知道下一層是如何實現(xiàn)服務(wù)的梯嗽。

每一對相鄰層次之間都有一個接口（Interface），接口定義了下層向上層提供的原語操作（即命令）和服務(wù)沽损，相鄰兩個層次都是通過接口來交換數(shù)據(jù)的灯节。當網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者在決定一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)包括多少層、每一層應(yīng)當做什么的時候，其中一個很重要的考慮就是要在相鄰層次之間定義一個清晰的接口炎疆。為達到這些目的卡骂，又要求每一層能完成一組特定的有明確含義的功能。低層通過接口向高層提供服務(wù)形入。只要接口條件不變全跨、低層功能不變，低層功能的具體實現(xiàn)方法與技術(shù)的變化就不會影響整個系統(tǒng)的工作亿遂。計算機網(wǎng)絡(luò)的層次模型如圖 3-1 所示浓若。


每一層中的活動元素通常稱為實體（Entity）。實體既可以是軟件實體（如一個進程）蛇数，也可以是硬件實體（如智能輸入/輸出芯片）挪钓。不同通信節(jié)點上的同一層實體稱為對等實體（Peer Entity）。

例如耳舅，網(wǎng)絡(luò)中一個通信節(jié)點上的第 3 層與另一個通信節(jié)點上的第 3 層進行對話時碌上，通話雙方的兩個程就是對等實體，通話的規(guī)則即為第 3 層上的協(xié)議浦徊。在計算機網(wǎng)絡(luò)中馏予，正是對等實體利用該層的協(xié)議在互相通信。但是在實際的通信過程中盔性，數(shù)據(jù)并不是從節(jié)點 1 的第 3 層直接傳送到節(jié)點2 的第 3 層霞丧，而是每一層都把數(shù)據(jù)和控制信息交給下一層，直到第 1 層冕香。第 1 層下面是物理傳輸介質(zhì)蛹尝，進行實際的數(shù)據(jù)傳輸。對等實體間的通信過程如圖 3-2 所示暂筝。

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提問:

1． 什么是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議？網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中的作用是什么硬贯？

2． 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用層次結(jié)構(gòu)模型有什么好處焕襟？簡述網(wǎng)絡(luò)層次間的關(guān)系？

OSI與TCP/IP模型概念及比較

在 20 世紀 70 年代中期饭豹，美國 IBM 公司推出了系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（System NetworkArchitecture鸵赖，SNA）。以后 SNA 又不斷進行了版本更新拄衰，它是一種世界上廣泛使用的體系結(jié)構(gòu)它褪。隨著全球網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷發(fā)展，不同網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)用戶之間需要進行網(wǎng)絡(luò)的互連和信息的交換翘悉。1984 年茫打，國際標準化組織（InternationalOrganization for Standardization，ISO）發(fā)表了著名的ISO/IEC 7498標準，定義了網(wǎng)絡(luò)互連的 7 層框架老赤，這就是開放系統(tǒng)互連參考模型轮洋，即 ISO/OSI RM（ReferenceModel of Open SystemInterconnection）。這里的“開放”是指只要遵循 OSI 標準抬旺，一個系統(tǒng)就可以與位于世界上任何地方弊予、同樣遵循 OSI 標準的其他任何系統(tǒng)進行通信。

1．OSI模型的層次結(jié)構(gòu)

ISO/OSI 只給出了一些原則性的說明开财，并不是一個具體的網(wǎng)絡(luò)汉柒。OSI 參考模型將整個網(wǎng)絡(luò)的功能劃分成 7 個層次，最高層為應(yīng)用層责鳍，面向用戶提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)碾褂；最低層為物理層，與通信介質(zhì)相連實現(xiàn)真正的數(shù)據(jù)通信薇搁。兩個用戶計算機通過網(wǎng)絡(luò)進行通信時斋扰，除物理層之外，其余各對等層之間均不存在直接的通信關(guān)系啃洋，而是通過各對等層的協(xié)議來進行通信传货。只有兩個物理層之間通過通信介質(zhì)進行真正的數(shù)據(jù)通信。

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2．OSI的分層

ISO 已經(jīng)為各層制定了標準宏娄，各個標準作為獨立的國際標準公布问裕。下面以從低層到高層的順序依次介紹OSI 參考模型的各層。

物理層（Physical Layer）是 OSI 參考模型的最低層孵坚。物理層的主要任務(wù)就是透明地傳送二進制比特流粮宛，即經(jīng)過實際電路傳送后的比特流沒有發(fā)生變化。但是物理層并不關(guān)心比特流的實際意義和結(jié)構(gòu)卖宠，只是負責接收和傳送比特流巍杈。作為發(fā)送方，物理層通過傳輸介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)扛伍；作為接收方筷畦，物理層通過傳輸介質(zhì)接收數(shù)據(jù)。物理層的另一個任務(wù)就是定義網(wǎng)絡(luò)硬件的特性刺洒，包括使用什么樣的傳輸介質(zhì)以及與傳輸介質(zhì)連接的接頭等物理特性鳖宾。

物理層定義的典型規(guī)范代表有 EIA/TIA RS-232、EIA/TIARS-449逆航、V.35鼎文、RJ-45 等。值得注意的是因俐，傳送信息所利用的物理傳輸介質(zhì)拇惋，如雙絞線周偎、同軸電纜、光纖等蚤假，并不在物理層之內(nèi)而是在物理層之下栏饮。

數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）是 OSI 參考模型的第 2 層。數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)是在兩個相鄰節(jié)點間的線路上無差錯地傳送以幀（Frame）為單位的數(shù)據(jù)磷仰，使數(shù)據(jù)鏈路層對網(wǎng)絡(luò)層顯現(xiàn)為一條無差錯線路袍嬉。由于物理層僅僅接收和傳送比特流，并不關(guān)心比特流的意義和結(jié)構(gòu)灶平，所以數(shù)據(jù)鏈路層要產(chǎn)生和識別幀邊界伺通。另外，數(shù)據(jù)鏈路層還提供了差錯控制與流量控制的方法逢享，保證在物理線路上傳送的數(shù)據(jù)無差錯罐监。廣播式網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層還要處理新的問題，即如何控制各個節(jié)點對共享信道的訪問瞒爬。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的代表有 SDLC弓柱、HDLC、PPP侧但、STP矢空、幀中繼等。

網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）是OSI 參考模型的第3 層禀横，在這一層屁药，數(shù)據(jù)的單位為數(shù)據(jù)分組（Packet）。網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵問題是如何進行路由選擇柏锄，以確定數(shù)據(jù)分組（數(shù)據(jù)包）如何從發(fā)送端到達接收端酿箭。如果在子網(wǎng)中同時出現(xiàn)的數(shù)據(jù)分組太多，將會互相阻塞趾娃，影響數(shù)據(jù)的正常傳輸缭嫡。因此，擁塞控制也是網(wǎng)絡(luò)層的功能之一抬闷。另外妇蛀，當數(shù)據(jù)分組需要經(jīng)過另一個網(wǎng)絡(luò)以到達目的地時，第二個網(wǎng)絡(luò)的尋址方法饶氏、分組長度讥耗、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可能與第一個網(wǎng)絡(luò)不同有勾，因此疹启，網(wǎng)絡(luò)層還要解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連問題。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的代表有 IP蔼卡、IPX喊崖、RIP挣磨、OSPF 等。

傳輸層（Transport Layer）是 OSI 參考模型的第 4 層荤懂。傳輸層從會話層接收數(shù)據(jù)茁裙，形成報文（Message），并且在必要時將其分成若干個分組节仿，然后交給網(wǎng)絡(luò)層進行傳輸晤锥。

傳輸層的主要功能是：為上一層進行通信的兩個進程之間提供一個可靠的端到端服務(wù)，使傳輸層以上的各層看不見傳輸層以下的數(shù)據(jù)通信細節(jié)廊宪，傳輸層以上的各層不再關(guān)心信息傳輸?shù)膯栴}矾瘾。端到端是指進行相互通信的兩個節(jié)點不是直接通過傳輸介質(zhì)連接起來的，相互之間有很多交換設(shè)備（如路由器）箭启。這樣的兩個節(jié)點之間的通信就稱為端到端通信壕翩。傳輸層協(xié)議的代表有 TCP、UDP傅寡、SPX 等放妈。

會話層（Session Layer）是 OSI 參考模型的第 5 層。會話層允許不同機器上的用戶建立會話關(guān)系荐操，主要是針對遠程訪問芜抒，主要任務(wù)包括會話管理、傳輸同步以及數(shù)據(jù)交換管理等淀零。會話一般都是面向連接的挽绩，如當文件傳輸?shù)街型緯r建立的連接突然斷掉，是從文件的開始重傳還是斷點續(xù)傳驾中，這個任務(wù)由會話層來完成艳狐。會話層協(xié)議的代表有 NetBIOS、ZIP（AppleTalk 區(qū)域信息協(xié)議）等鳄乏。

表示層（Presentation Layer）是 OSI 參考模型的第 6 層蚪战。表示層關(guān)心的是所傳輸?shù)男畔⒌恼Z法和語義。表示層的主要功能是：用于處理在多個通信系統(tǒng)之間交換信息的表示方式持痰，主要包括數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換灶搜、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等工窍。表示層協(xié)議的代表有 ASCII割卖、ASN.1、JPEG患雏、MPEG 等鹏溯。

應(yīng)用層（Application Layer）是 OSI 參考模型的最高層。應(yīng)用層為網(wǎng)絡(luò)用戶或應(yīng)用程序提供各種服務(wù)淹仑，如文件傳輸丙挽、電子郵件肺孵、網(wǎng)絡(luò)管理和遠程登錄等。應(yīng)用層協(xié)議的代表有 Telnet颜阐、FTP平窘、HTTP、SNMP 等凳怨。

1. TCP/IP模型

TCP/IP 標準由一系列的文檔定義組成瑰艘，這些文檔定義描述了 Internet 的內(nèi)部實現(xiàn)機制，以及各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)或服務(wù)的定義肤舞。TCP/IP 標準并不是由某個特定組織開發(fā)的磅叛，實際上是由一些團體所共同開發(fā)的，任何人都可以把自己的意見作為文檔發(fā)布萨赁，但只有被認可的文檔才能最終成為Internet 標準弊琴。

作為一套完整的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，TCP/IP 實際上是一個協(xié)議簇杖爽。除了其核心協(xié)議——TCP 和 IP之外敲董，TCP/IP 簇還包括一系列其他協(xié)議，包含在 TCP/IP 簇的 4 個層次中慰安，形成了TCP/IP 棧腋寨，如圖 3-6 所示。

TCP/IP 參考模型的主機—網(wǎng)絡(luò)層與 OSI 參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層相對應(yīng)化焕；TCP/IP 參考模型的互連層與 OSI 參考模型的網(wǎng)絡(luò)層相對應(yīng)萄窜；TCP/IP參考模型的傳輸層與 OSI 參考模型的傳輸層相對應(yīng)；TCP/IP 參考模型的應(yīng)用層與 OSI 參考模型的應(yīng)用層相對應(yīng)撒桨。

根據(jù) OSI 模型的經(jīng)驗查刻，會話層和表示層對大多數(shù)應(yīng)用程序沒有用處，所以 TCP/IP 參考模型將其排除在外凤类。TCP/IP 參考模型各層次的功能如下穗泵。

主機—網(wǎng)絡(luò)層（Host to Network Layer）是 TCP/IP 參考模型中的最低層。事實上谜疤，TCP/IP 參考模型并沒有真正定義這一部分佃延，只是指出在這一層上必須具有物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能，以實現(xiàn)從網(wǎng)絡(luò)層傳送下來的數(shù)據(jù)發(fā)送到目的主機的網(wǎng)絡(luò)層夷磕。至于在這一層上使用哪些標準履肃，則不是TCP/IP 參考模型所關(guān)心的。在主機—網(wǎng)絡(luò)層中包含了多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議坐桩，如以太網(wǎng)協(xié)議（Ethernet）尺棋、令牌環(huán)網(wǎng)協(xié)議（Token Ring）、分組交換網(wǎng)協(xié)議（X.25）等撕攒。

互連層（Internet Layer）是 TCP/IP 參考模型中的第 2 層陡鹃，是整個 TCP/IP 參考模型的關(guān)鍵部分《镀海互連層提供的是無連接的服務(wù)萍鲸，主要負責將源主機的數(shù)據(jù)分組（Packet）發(fā)送到目的主機。源主機與目的主機既可以在同一個物理網(wǎng)內(nèi)擦俐，也可以不在一個物理網(wǎng)內(nèi)脊阴。互連層上定義了正式的數(shù)據(jù)分組格式和協(xié)議蚯瞧，即網(wǎng)際協(xié)議（Internet Protocol嘿期，IP）。除了 IP之外埋合，還包括一些用于互連層的控制協(xié)議备徐，如 Internet 控制報文協(xié)議（Internet Control Message Protocol，ICMP）甚颂、地址解析協(xié)議（Address Resolution Protocol蜜猾，ARP）、反向地址解析協(xié)議（ReverseAddress Resolution Protowl振诬，RARP）等蹭睡。這些協(xié)議將在第 7 章中進行詳細的介紹。

互連層的主要功能包括以下幾點赶么。

（1）處理來自傳輸層的分組發(fā)送請求肩豁。在接收到分組發(fā)送請求之后，將分組裝入 IP 數(shù)據(jù)報辫呻，填充報頭清钥，選擇發(fā)送路徑，然后將數(shù)據(jù)報發(fā)送到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)放闺。

（2）處理接收到的數(shù)據(jù)報循捺。在接收到其他主機發(fā)送的數(shù)據(jù)報之后，檢查目的地址雄人，若需要轉(zhuǎn)發(fā)从橘，則選擇發(fā)送路徑，轉(zhuǎn)發(fā)出去础钠；如果目的地址為節(jié)點 IP 地址恰力，則除去報頭，將分組交送到傳輸層處理旗吁。

（3）進行流量控制與擁塞控制踩萎。

傳輸層（Transport Layer）是 TCP/IP 參考模型中的第 3 層。傳輸層的主要功能是使發(fā)送方主機和接收方主機上的對等實體可以進行會話很钓。從這一點上看香府，TCP/IP 參考模型的傳輸層和 OSI

在傳輸層上定義了以下兩個端到端的協(xié)議董栽。

（1）傳輸控制協(xié)議。傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol企孩，TCP）是一個面向連接的協(xié)議锭碳，允許從源主機發(fā)出的字節(jié)流無差錯地傳送到網(wǎng)絡(luò)上的其他主機上。在發(fā)送端勿璃，TCP 把應(yīng)用層的字節(jié)流分成多個報文段并傳給互連層擒抛。在接收端，TCP 把收到的報文段再封裝成字節(jié)流补疑，送往應(yīng)用層歧沪。TCP 同時還要處理流量控制，以避免高速發(fā)送方主機向低速接收方主機發(fā)送的報文過多而造成接收方主機無法處理的情況莲组。

（2）用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議诊胞。用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）是一個不可靠的锹杈、無連接的協(xié)議厢钧。UDP 主要用于不需要數(shù)據(jù)分組順序到達的傳輸環(huán)境中，同時也被廣泛地應(yīng)用于只有一次的嬉橙、客戶/服務(wù)器（Client/Server早直，C/S）模式的請求應(yīng)答查詢，以及快速傳送比準確傳送更重要的應(yīng)用程序（如傳輸語音或影像）中市框。

應(yīng)用層（Application Layer）是 TCP/IP 參考模型的最高層霞扬。應(yīng)用層負責向用戶提供一組常用的應(yīng)用程序，如電子郵件枫振、遠程登錄喻圃、文件傳輸?shù)取?yīng)用層包含了所有 TCP/IP 簇中的高層協(xié)議粪滤，如文件傳輸協(xié)議（File Transfer Protocol斧拍，F(xiàn)TP）、電子郵件協(xié)議（SimpleMail Transfer Protocol杖小，SMTP）肆汹、超文本傳輸協(xié)議（HyperText Transfer Protocol，HTTP）予权、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SimpleNetwork Management Protocol昂勉，SNMP）和域名系統(tǒng)協(xié)議（DomainName System，DNS）等扫腺。應(yīng)用層協(xié)議一般可以分為 3 類：一類是依賴于面向連接的 TCP岗照，如文件傳輸協(xié)議、電子郵件協(xié)議等；一類是依賴于無連接的 UDP攒至，如簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議厚者；還有一類則既依賴于 TCP 又依賴于 UDP，如域名系統(tǒng)協(xié)議迫吐。

1. 兩種模型的比較

OSI 參考模型和 TCP/IP 參考模型有很多相似之處库菲，都是基于獨立的協(xié)議棧的概念（按照層次結(jié)構(gòu)思想對計算機網(wǎng)絡(luò)模塊化的研究，形成了一組從上到下單向依賴關(guān)系的棧式結(jié)構(gòu)）渠抹，而且層的功能也大體相似。除了這些基本的相似之外闪萄，兩個模型也有很多差別梧却。

OSI 模型有 3 個主要概念：服務(wù)、接口和協(xié)議败去。每一層都為上一層提供一些服務(wù)放航。服務(wù)定義該層做什么，而不管上面的層如何訪問或該層如何工作圆裕。某一層的接口告訴其上面的進程如何訪問接口广鳍，接口定義了需要什么參數(shù)以及預(yù)期結(jié)果是什么。同樣吓妆，接口也和該層如何工作無關(guān)赊时。某一層中使用的協(xié)議是該層的內(nèi)部事務(wù)，可以使用任何協(xié)議行拢，只要能完成工作（如提供規(guī)定的服務(wù)）即可祖秒，并且某一層協(xié)議的改變不會影響到其他層。

這些思想和現(xiàn)代的面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)非常吻合舟奠。一個對象（如同一個層）有一組方法（操作）竭缝，該對象外部的進程可以使用這些方法。這些方法的語義定義了該對象所提供的服務(wù)沼瘫。方法的參數(shù)和結(jié)果就是該對象的接口抬纸。對象內(nèi)部的代碼即是協(xié)議，并且在該對象外部是不可見的耿戚。TCP/IP 參考模型最初沒有明確區(qū)分服務(wù)湿故、接口和協(xié)議。后來膜蛔，人們試圖將其改變以便接近于OSI晓锻。因此，OSI 參考模型中的協(xié)議比 TCP/IP 參考模型的協(xié)議具有更好的隱藏性（在技術(shù)發(fā)生變化時能相對比較容易地替換掉）飞几。而最初把協(xié)議分層的主要目的之一就是希望能做這樣的替換砚哆。

OSI 參考模型產(chǎn)生在協(xié)議發(fā)明之前。這意味著該模型沒有偏向于任何特定的協(xié)議，因此非常通用躁锁；不利的方面是設(shè)計者在協(xié)議方面沒有太多的經(jīng)驗纷铣，因此不知道該把哪些功能放在哪一層好。TCP/IP 則恰好相反战转，首先出現(xiàn)的是協(xié)議搜立，模型實際上是對已有協(xié)議的描述。因此槐秧，不僅不會出現(xiàn)協(xié)議不能匹配模型的情況啄踊，而且配合得還相當好。兩個模型間明顯的差別是層的數(shù)量：OSI 模型有 7 層刁标，而 TCP/IP 參考模型只有 4 層颠通。兩者都有互連（網(wǎng)絡(luò)）層、傳輸層和應(yīng)用層膀懈，但其他層并不相同顿锰。另一個差別是面向連接的和無連接的通信。OSI 參考模型在網(wǎng)絡(luò)層支持無連接和面向連接的通信启搂，但在傳輸層僅有面向連接的通信硼控。而 TCP/IP 參考模型在網(wǎng)絡(luò)層僅有無連接通信方式，但在傳輸層支持兩種方式胳赌，這就給了用戶選擇的機會牢撼。

提問:

1. ISO 在制定 OSI 參考模型進行層次劃分的原則有哪些？

2．分別簡述 OSI 參考模型各層的主要功能和特點疑苫。

3．描述在 OSI 參考模型中數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕具^程浪默。

4．TCP/IP 僅僅包含 TCP 和 IP 兩個協(xié)議嗎？為什么缀匕？

5．描述 OSI 參考模型與 TCP/IP 參考模型層次間的對應(yīng)關(guān)系纳决，并簡述 TCP/IP 各層次的主要功能。

6．為什么說 TCP 和 IP 為 Internet 提供了可靠傳輸保障乡小？

7．比較 OSI 參考模型與 TCP/IP 參考模型的異同點和各自的優(yōu)缺點阔加。

8．在學習網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時，應(yīng)采取什么樣的一種折中方法满钟？