网络基础知识Word格式文档下载.docx
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4.8.4循环校验码（CRC）14
4.9传输控制规程15
4.9.1面向字符型的传输规程15
4.9.2面向位型（比特）的数据链路控制规程（HDLC）17
4.10多路复用与集中传输21
4.10.1多路复用21
4.10.2集中传输22
4.11数据交换22
4.11.1线路交换22
4.11.2报文交换23
4.11.3分组交换23
4.12数据报和虚电路24
4.12.124
4.12.2虚电路（VirtualCircuit）24
4.12.3数据报和虚电路的比较24
5计算机网络体系结构和协议25
5.125
5.1.1建立开放系统互连/参考模型的目的25
5.1.2标准化组织26
5.2OSI的层次27
5.3基本术语27
5.3.1一般名词28
5.3.2服务原语28
5.3.3层间通信28
5.3.4数据类型29
5.3.5数据传输方式29
5.4物理层29
5.4.1术语29
5.4.2物理媒体和物理连接的区别30
5.4.3物理层功能30
5.4.4物理层协议30
5.5数据链路层30
5.5.1基于物理层的问题30
5.5.2数据链层功能30
5.5.3数据链路层服务31
5.5.4数据链路层协议31
5.5.5多链路规程（MLP）31
5.6网络层32
5.6.1基于DL层的问题32
5.6.2网络层功能32
5.6.3网络地址和路由选择32
5.6.4数据链路的复用33
5.6.5网络层服务33
5.6.6网络层协议33
5.7运输层33
5.7.1基于网络层的问题34
5.7.2术语34
5.7.3运输层服务35
5.7.4运输层协议35
5.8会话层35
5.8.1基于运输层的问题35
5.8.2术语35
5.8.3会话层功能36
5.8.4会话层服务36
5.8.5会话层协议37
5.9表示层37
5.9.1基于会话层的问题37
5.9.2术语37
5.9.3表示层功能37
5.9.4表示层服务37
5.9.5表示层协议38
5.10应用层38
5.10.1应用层的目的38
5.10.2应用服务分类38
5.10.3公共应用服和元素（CASE）38
5.10.4特定应用服务元素（SASE）39
1网络的发展
计算机网络是计算机技术与通信技术发展的结晶，并在用户需求（应用）的促进下发展起来的。
1946年，第一台计算机问世，其后几年，计算机只能支持单用户使用，计算机的所有资源为单个用户所占用，直至分时多用户操作系统出现。
分时多用户操作系统支持多个用户利用多台终端共享单台计算机的资源。
出于应用的需求，人们开始利用通信线路将远程终端连至主机，不受地域限制时使用计算机的资源。
为了支持这种应用的要求，出现了一系列的通信设备，例如：
调制解调器（MODEM）将计算机处理的数字信号转换成模拟信号，以适应模似通信线路传输的要求；
集中器采用多路复用技术将多个终端通过一条或几条通信线路连至主机，以提高通信线路的利用率；
通信控制器将主机的通信能独立出来，以保证通信质量和降低主机的通信工耗等。
严格地说，这一时期的"
终端一通信设备一主机"
系统并不是计算机网络，因为，终端本身并不具有智能功能，不是一台"
独立自治"
设备。
1968年，美国国防部高级研究计划局（ARPA）与麻省剑桥的BBN公司签定协议，进行计算机之间的远程互连研究，研究的成果出现了著名的ARPANET。
ARPANET的研建标志了世界上第一个计算机网络的诞生。
1983年1月1日，ARPA网将其网络核心协议由网络核心协议（NCP，NetworkCoreProtocol）改变为TCP/IP协议。
ARPA网使用的技术（如TCP/IP协议）成为了以后互联网的核心。
它采纳的RequestforComments（RFC）过程，一直是发展互联网协议与标准所使用的机制，至今仍然发挥着作用。
除ARPA网之外，早期的计算机网络还有UUCP、Usenet、Bitnet、CSNET和多种商用X。
25网络等。
1986年成立的互联网工程工作小组及1992年成立的互联网协会对于计算机网络技术方案的甄选、互联网协议和标准的建立起了重要的作用。
任职于欧洲核子研究组织的蒂姆·
伯纳斯-李于1990年底推出世界上第一个网页浏览器和第一个网页服务器，推动了万维网的产生，导致了互联网应用的迅速发展。
然而，真正促进计算机网络应用的还是在70年代中期，在规模和超大规模集成电路的应用，使得价廉物美的个人计算机PC问世了，也使得一个企业或者部门可以很容易的拥有一台或者多台计算机。
由于PC机的资源和处理能力有限，用户希望共享资源的要求增加，促进了计算机连网的发展。
计算机网络的发展要求通信技术的支持，计算机网络的需求促进了通信技术的发展，反过来，通信技术的发展又促进了计算机网络技术的发展。
目前，计算机网络仍是一大热门课题，应用需求极为广泛。
1993年，美国政府提出的"
信息高速公路"
实质上是将计算机网络连至各家各户；
我国政府提出的"
八金工程"
也是以计算机网络为基础，支持各行各业的应用要求。
同样，目前，一个企业同进拥有多台计算机已不再不可及的事情，计算机连网以支持企业的应用已成为企业的一般要求。
从技术上讲，人们提出了"
网络就是计算机"
的概念，计算机网络伴随着计算机已成为家喻户晓的名词。
2网络的功能
虽然自70年代初，随着美国国防部资助研制的ARPANET投入运行以来，计算机网络已经历了二十几年的发展，也得到了人们的高度重视。
然而，对计算机网络的精确定义仍未出现。
对计算机网络较为全面的描述如下，计算机网络是以共享资源（硬件，软件和数据等）为目的而连接起来了，在协议控制下由一台或多台计算机，若干台终端设备，数据传输设备，以及便于终端和计算机之间或者若干台计算机之间数据流动的通信控制处理机等组成的系统之集合，这些计算机系统应当具有独立自治的能力。
根据上述的描述，计算机网络的最主要功能是向用户提供资源的共享，而用户本身无需考虑自己以及所用资源在网络中的位置。
资源是指在有限时间内可为用户提供各种服务的软件硬件设施，资源共享包括硬件共享，软件共享和数据共享。
硬件共享：
用户可以使用网络中任意一台计算机所附接的硬件设备，包括利用其它计算机的中央处理器来分担用户的处理任务。
软件共享：
用户可以使用远地主机的软件（系统软件和用户软件），既可以将相应软件调入本地计算机执行，也可以将数据送至对方主机，执行软件，并返回结果。
数据共享：
网络用户可以使用其他主机和用户的数据，例如数据库查询的情报检索等。
资源共享必须要有相应软件的支持。
用户对于网络资源的需求具有突发性的特征，亦即难以预测用户何时需要何种网络资源，因此，为网络资源的分配和共享带来一定的难度，如何合理地进和网络资源的分配和共享是用户和技术人员共同关心的问题，不少`的专家正在为此而努力。
3网络的类型
人们不同的角度对计算机网络进行了不同的分类。
3.1按网络的跨度分类
广域网：
距离大于50KM，范围覆盖整个城市，国家，甚至整个世界。
通常使用的传输装置和媒体由电信部门提供；
但随着多家经营的政策落实，也可能出现其他部门自行组网的现象。
局域网：
距离通常小于50KM，覆盖范围限于单位内部或建筑物内，通常由一个单位自行组网并专用。
局域网只有和局域网或者广域网互连，进一步扩大应用范围，才能更好地发挥其作用。
城域网：
距离和覆盖范围介于局域网和广域网之间，所有权可归几个单位共有。
CIMS环境下的计算机网络主要是连接企业内部的计算机系统，因此，通常是以局域网络以及局域网的互连来实现。
3.2按网络的拓扑结构分类
星形网：
以一台中心处理机为主而构成的网络，其它人网机器仅与该中心处理机之间有直接的物理链路（包括通过过集中器和前端机等），中心处理机采用分时的方法为入网机器服务。
总线形网：
所有入网机器共用一条传输线路，机器通过专用的分接头接入线路，由于线路对信号的衰减作用，总线形网仅用于有限的区域，常用于组建局域网络。
环形网：
入网机器通过转发器接入网络，每个转发器仅与两个相邻的转发器有直接的的理线路，所有的转发器及其物理线路构成了一个环状的网络系统。
环形网也是局域网的一种主要组成形式。
网状网络：
利用专门负责数据通信和传输的结点机构成的网状网络，入网机器直接接入结点机进行通信。
网状网络主要用于地理范围大，入网主机多（机型多）的环境，例如：
构造广域网络。
由于不同拓扑结构的网络往往采用不同的网络控制方法，具有不同的性能，适应不同的应用环境，因此CIMS环境下的网络可以根据的应用的需求，选择或者混合不同的网络拓扑结构。
3.3按管理性质分类
公用网：
由电信部门组建，管理和控制，网络内的传输和转接和转接装置可供任何部门和个人使用；
公用网常用于远程网络的构造，支持用户的远程通信。
专用网：
由用户部门组建经营的网络，不容许其他用户和部门使用；
由于投资的因素，专用网常为局域网或者是通过租借是信部门的线路而组建的广域网络。
CIMS（computerintegratedmanufacturingsystem的缩写，意思是计算机集成制造系统）环境的网络常为专用网，或者使用专用网互连公用网的方式来组建各种应用网络以满足企业的应用要求。
3.4按交换方式分类
电路交换网：
类同电话方式，具有建立链路，数据传输和释放链路三个阶段；
通信过程中，自始自终占用该条链路，且不允许其它用户共享其信道容量。
报文交换网：
交换机采用具有"
存储一转发"
能力的计算机，用户数据可以暂时保存于交换机内，等待线路空闲时，再进行用户数据的一次性传输。
分组交换网：
类同报文交换技术，但规定了交换机处理和传输的数据和长度（称之为分组），不同用户的数据分组可以交织地在网络中的物理链路上传输。
目前，大多数计算机网络，（包括广域网和局域网）都采用了分组交换技术，只是分组的体积有所不同。
3.5按功能分类
通信子网：
网络中面向数据通信的资源集合，主要支持用户数据的传输；
该子网包括传输线路，交换机和网络控制中心等硬软件设施。
资源子网：
网络中面向数据处理的资源集合，主要支持用户的应用；
该子网由用户的主机资源组成，包括接入网络的用户主机，以及面向应用的外设（例如终端），软件和可共享的数据（例如公共的数据库）等。
通信子网和资源子网的划分是一种逻辑的划分，它们可能使用相同或不同的设备。
例如在广域网环境下，由电信部门组建的网络常被理解为通信子网，仅用于支持用户之间的数据传输；
而用户部门的入网设备则被认为属于资源子网的范畴。
由于CIMS环境下的网络大多是局域网，网络设备同时提供数据传输和数据处理的能力，因此只能从功能上对其中的软硬件模块进行这种划分。
4网络通信原理
4.1通信系统的基本组成
通信的目的是信息传输。
为了保证信息传输的实现，通信必须具备三个必要的因素（称为通信三要素）：
信源，载体和信宿。
信源：
信息的发送者；
载体：
传送信息的媒体；
信宿：
信息的接收者。
例如课堂教学是一种通信，其中教师是信息的发送者（信源），学生是信息的接收者（信宿），而空气是信息的传送媒体（载体）。
计算机通信（通常又被称为数据通信）也是一种通信，其中计算机（或终端）设备起着信源/信宿的作用，通信线路和必要的转接设备则构成了传送媒体（载体）。
需要指出的是通信过程中，还应考虑另一个因素，这就是噪声（或称为干扰信号），噪声的存在影响了通信的质量。
系统通常是由具有特定功能，互相作用和互相依赖的若干个单元组成，是完成特定目标的有机整体。
日常所指的通信系统是指用电信号（或者光信号）传输信息的系统。
通信系统的类型多种多样，按通信业务的不同，可以分为电话，电报，传真和数据通信系统；
按线路上传输的信号形式，可以分为模拟通信系统和数字通信系统，无论何种通信系统，对应通信的三要素。
通信系统也有其基本的组成部分：
信源，信宿，变换器，反变换器和信道（见图1-1）。
信源是发出各种信息（语言，文字，图象或者数据）的信息源。
可以是人，也可以是机器，如计算机等。
信道是信号的传输媒体。
从形式上看，主要有有线信道和无线信道两类；
从传输方式上看，信道又可分为模拟信道和数字信道两类。
信宿是信息的接收者，可以是人或者机器。
变换器的作用是将信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号，对应不同的信源和信道，变换器有着不同的组成和变换功能。
例如使用电话通信时，作为变换器的送话器，将人发出的语声信号变换成电（或光）信号，再经过必要的处理，使之可靠且有效地通过信道传输。
反变换器提拱与变换器相反的功能，将从信道上接收的电（或光）信号变换成信宿可以接收的信息。
同样，通信系统中不能忽略噪声影响，系统的噪声可能来自于各个部分，包括发出或接收信息的周围环境，各种设备的电子器件，信道外部的电磁场干扰等。
通常为分析的方便，将整个系统所受到的干扰均折合到信道中，用噪声源的形式予以表示。
4.2信道
信道是指信息（或者信号）可以单向传输的途径，它以传播媒体和中继通信设施为基础。
根据传输媒体的类型不同，信道主要可分为两类。
4.2.1有线信道
有线信道的传输媒体为导线。
为了保证电信号的传输，一对（两条）导线构成了一个有线信道。
属于有线信道的传输媒体包括架空明线，电缆和光缆等。
光缆（光纤通信）具有重量轻，容量大，信号衰减小等特点，在未来的数据通信领域中具有很大的应用潜力。
4.2.2无线信道
无线信道的传媒体为为自由空间。
发送方（信源）使用高频发射机和定向天线发射信号，接收方（信宿）通过接收天线和接收机接收信号。
无线信道的特点是信号相对分散，传输效率较低，安全性较差。
无线信道可分为长波，中波，短波，超短波和微波等多种。
长波主要用于特种通信。
中波和超短波主要用于语音广播和电视广播。
短波和微波主要用于数据通信。
卫星通信系统是一种特殊的微波中继系统，信源发出的微波信号通过卫星系统发给信宿。
4.2.3信道带宽与信道容量
信道带宽或信道容量是描述信道的主要术语之一。
信道带宽是指信道可以不失真地传输信号的频率范围，通常被称为信道的通频带。
不同的传输媒体所支持的带宽有所不同。
并且带宽也受到信道质量的影响。
信道容量是指信道在单位时间内可以传输的最大信号量。
在计算机通信领或中，信道容量指信道在单位时间内可以传输的最大位数，以位/秒进行表示，简记为/B/S。
一般讲，信道容量和信道带宽具有正比的关系：
带宽越大，容量越大。
因此，目前人们出常用信道带宽来表示信道容量。
对于有热噪声的信道，香农定律指出了信道容易和信道通频带，以及信号一噪声比之间的关系（此处仅给出公式，但不予以推导）。
C=F*log2（1+S/N）
其中C——信道容量；
F——信道的通频带，可用于信息传输的频率带宽（高频与低频之差）；
S——可以通过的信号平均功率；
N——噪声的功率。
例如，当采用电话线路进行通信时，若信道的信号一噪声功率比为20分贝（DB），信道的通频带宽为180HZ，则有
根据信号一噪声功率比公式
20=10log10（S/N）
可得S/N=100；
故有C=Flog2（1+S/N）
=180log2（1+100）
=1200b/s
目前，一般的电话线路传输速率为每秒1200位或2400位，对于较好的电话线可达到每秒9600位，甚至更高。
对于无热噪声的信道，奈奎斯特定律指出了信道容量和信道通频带，以及表示数字信号的离散值个数之间的关系（此处仅给出公式，但不予以推导）
C=2Hlog2L
其中C——信道容量；
H——信道带宽；
L——给定时刻，数字信号可能取的离散值个数。
例如，信道带宽为4000HZ时，某个数字信号可取4个电平之一（或4种状态之一），
有C=2Hlog2L
=2*4000*log2*4
=240000
=24kb/s
通常，一个数字信号以2个电平之一，这时有C=2H。
4.3调制/解调与编码/解码
4.3.1模拟信号和数字信号
通常系统中被传输的信号主要分为两类：
模拟信号和数字信号。
模拟信号是指在时间上连续的信号，在时间与信号量构成的坐标系中，对应的为连续平滑曲线，例如语音信号等。
数字信号也称离散信号，在时间与信号量构成的坐标系中，信号只能对应为有限的若干值，例如计算机中处理的信息等。
4.3.2调制/解调
从理论上说，任意的传输媒体都可以同时用于模拟信号或者数字信号的传输。
但由于用传输媒体所具有的带宽和分布电容等影响，数字信号传输时极易引起衰减和畸变，而导致传输失真。
另一方面，原有的传输媒体大部分是以能够支持模拟信号（电磁波信号）传输为设计目标的（例如电话线），这样的传输媒体对应的信道称为模拟信道。
由于能量在传输过程中的损耗，模拟信号在信道上传输一段距离之后，信号将会有所衰减，因此为支持长距离的信号传输，模拟信道每隔一段距离，应当安装放大器，利用放大器使信道中的信号能量得到补充。
遗憾的是，放大器也会将信号中的噪声分量加以放大。
尽管如此，数据通信中仍然经常利用模拟信道，并且使用了调制/解调技术进行数据信息到模拟信号的转换。
调制是将数据信息变换成适合于模拟信道上传输的电磁波（称为高频载波）信号。
解调是将从模拟信道上收取的高频载波信号还原在数据信息。
对应电磁波的三要素：
幅度，频率和相位，具有三种调制的方法
调幅（也称幅度调制或移幅键控法ASK）：
将不同的数据信息（0和1）调制成不同幅度但相同频率的载波信号。
调频（也称频率调制或移频键控法FSK）：
将不同的数据信息（0和1）调制成相同幅度但不同频率的载波信号。
调相（也称相位调制或移相键控法PSK）：
利用相邻载波信号的相位变化值来表示相邻信号是否具有相同的数据信息值，此时的幅度和频率均不发生变化。
对于数据通信而言，调制与解调总是成对出现的。
因此，市场上的调制解调器（MODEM）总是兼含二者的功能，甚至还增加了其它的功能。
例如：
采用均衡方式进行工作，MODEM可以跟踪线路质量，自动进行调整补偿；
增加诊断功能，MODEM可以自动分析和判断线路的故障；
增加差错和流量控制功能，带有微通信连网协议（MNP-MicrocomNetworkingProtocol），MODEM可以进行和流量控制和差错处理；
配置多路复用器选件，MODEM可以以起着复用器的作用，将以不同速率同时传送的多条独立低速数据流复用到一条高速链路上传输。
4.3.3编码/解码
实用中，还存在另外一种与调制解调技术相对应的技术，实现模拟信息与数字信号之间的转换。
在CIMS环境中，经常会具有这样的应用，希望用计算机对生产装置进行控制。
为实现这种控制，首先应将生产装置中的模拟信息取样出来（例如温度，电压等），输入计算机进行处理，然后，再将计算机处理的结果反馈控制生产装置的工作。
另一方面，随着通信技术的发展，光纤被应用于通信领域，由于光纤肯有很高的带宽，具有从直流到高频的频谱特性，可以直接支持数字信号的传输，所以光纤信道也被称为数字信道。
而从用户的角度出发，有时却希望通过数字信道传输模拟信息（例如消除模拟传输过程中的噪声分量，提高声音传输的质量）。
此时，与调制/解调相类似的技术必须被使用，这就是编码/解码技术，与之对应的设备称为编码解码器（CODEC）。
编码是将模拟信息转换为数字信号的过程，通常采用脉冲编码调制技术（PCM）予以实现。
解码则指将数字信号还原为模拟信息的逆程。
脉码调制（PCM）包括三个步骤：
采样，量化和编码。
采样：
通过某种频率的采样脉冲将模拟信息的值取出，变连续的模拟信息为离散信号。
根据仙农采样定理，只要采样频率大于或者等于有效信号最高频率的两倍时，采样值可以包含原始信号的抽有值，被取的信号可以不失真地还原为原始信号。
量化：
量化的目的是确定采样出的模拟信号的数值。
所取的量化级越高，表示离散信号值的精度越高。
编码：
将量化后的值码成一定位数的二进制值。
通常，当量化级为N时，对应的二进制位数为log2N。
图1-3示意民了采用8级量化对正弦信号的编码过程。
通常，语音频率限制在4000Hz以内，因此，采样频率可以选为8000Hz；
如果量化级为28=256，采样数值可使用log2256=8位二进制数表示，此时的声音信号质量将非常的好，但为了支持这种声音信息传输，要求每秒钟可达8000（采样）（位/采样）=64000位的数据传输速率。
同样，在声音数字信道传输过程中，也会引起信号的衰减，需要使用现放大器类似功能的中继器。
与放大器不同的是，中继器采用门限的方法识别和还原数字信号，可以有效地排除噪声对信号产生的影响，保证被传输信息的质量。
只要合理地使用MODEM和CODEC，可以保证用户的模拟信息通过模拟信道传输，模拟信息通过数字信道传输，数字信息通过模拟信道璺输或者数字信息通过数字信道传输，因此，用户无需担心和信道的类型不一致的问题。
换句话说，计算机设备之间的通信总可被认为存在一条数字链路支持数据波的传输。
4.3.4发送和接收
对于传输数字信号来说，最普遍和最常用的方法是用两个电平来表示二进制数字，亦即数字信号可以和矩形脉冲相对应，数据波则由脉冲序列所构成。
在数据通信领域，存在两种数字信号现脉冲幅值对应的方法，单极性脉冲和双极性脉冲。
利用单极性脉冲性表示时，常用无电压（或者无电流）表示数字信号"
0"
而将恒定正电压（或者有电流）表示数字信号"
1"
；
利用双级性脉冲表示时，数字信号"
或者"
分别对应于相同幅度的正电压或者负电压。
而脉冲的频率由依赖于发/收设备自身的时钟。
发送时，发送设备根据自身的时钟分频形成指定频率（发送频率）的数据波（脉冲序列），并发往线路。
接收端设备则根据自身的时钟形成指定频率（接收频率）的采样脉冲，对信道上传来数据波进行采样，并通过设置门限电平识别数据波对应的值，保证发送/接收信息的一致性。
门限电平的取值取决于数字信号与脉冲幅度的对应关系：
单极性脉冲时，门限电平为脉冲幅度的一半；
双极性脉冲时，门限电平通常为0电压。
4.4传输编码
数据通信的目的是实现计算机设备之间的信息传输，要达到这一目的，传输编码技术必不可少。
传输编码主要
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