學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的涵義及分類，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)與模型，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用的各種數(shù)據(jù)交換技術(shù)技能目標(biāo)：能夠描述身邊的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成素質(zhì)目標(biāo)：觀察與分析的素質(zhì)項(xiàng)目考核1.每2人一組，各自選定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（建議選用最熟悉的地方），構(gòu)畫(huà)出此時(shí)的通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)，標(biāo)明DTE和DCE是哪些具體設(shè)備，分析其采用了哪種數(shù)據(jù)交換技術(shù)。交word文檔。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的涵義什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)？這個(gè)問(wèn)題一直沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的定義。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)這個(gè)概念在不同的時(shí)期有不同的涵義。作者給出如下定義:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由兩臺(tái)以上獨(dú)立的計(jì)算機(jī)，按照約定的協(xié)議，通過(guò)媒體連接而成的集合體，它具有通訊和資源共享的功能。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以按不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，這和人們討論問(wèn)題所站的角度有關(guān)。較為通俗和流行的標(biāo)準(zhǔn)是按涉轄范圍劃分，主要有以下3類:

局域網(wǎng)(LAN，LocalAreaNetwork)

城域網(wǎng)(MAN，MetropolitanAreaNetwork)

廣域網(wǎng)(WAN，WideAreaNetwork)局域網(wǎng)覆蓋范圍一般在10千米以內(nèi)，屬于一個(gè)部門或單位，其重要特征是不租用電信部門的線路。例如一個(gè)家庭或一個(gè)公司人事部里幾臺(tái)電腦通過(guò)集線器或交換器組成的網(wǎng)絡(luò)，公司的一棟或幾棟辦公樓里若干部門的小局域網(wǎng)聯(lián)成的大局域網(wǎng)等城域網(wǎng)的覆蓋范圍一般為一個(gè)城市或地區(qū)，從幾千米到上百千米。例如長(zhǎng)沙市幾十所中學(xué)的校園局域網(wǎng)及長(zhǎng)沙市教育局辦公樓內(nèi)的局域網(wǎng)通過(guò)租用長(zhǎng)沙電信的光纖組成了一個(gè)長(zhǎng)沙市中學(xué)教育城域網(wǎng)。廣域網(wǎng)的涉轄范圍更大，一般從幾十千米到幾萬(wàn)千米，可覆蓋一個(gè)地區(qū)，一個(gè)國(guó)家，直至全球。例如中國(guó)電信建設(shè)的ChinaNet就是覆蓋中國(guó)大陸的廣域網(wǎng)。中國(guó)人壽總公司租用電信部門線路建設(shè)的連接各省、市、區(qū)公司的企業(yè)網(wǎng)也是一個(gè)廣域網(wǎng)。湖南省高速公路通信網(wǎng)也是廣域網(wǎng)。1.2考察因特網(wǎng)那么什么是Internet呢？如果要用一句話來(lái)概括的話，Internet就是“全球范圍的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)”1.2.1從局部的角度看Internet

因特網(wǎng)連接了全球范圍的數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的計(jì)算設(shè)備（數(shù)目在不斷增加），其中有傳統(tǒng)的桌面PC、基于Unix的工作站以及用來(lái)存儲(chǔ)和傳輸網(wǎng)頁(yè)和電子郵件的所謂服務(wù)器。移動(dòng)計(jì)算設(shè)備也正在連接到Internet上。右圖是因特網(wǎng)的典型局部構(gòu)成圖。按照Internet的行話，上述桌面PC、Unix工作站、網(wǎng)頁(yè)和電子郵件服務(wù)器、移動(dòng)計(jì)算機(jī)等通稱為主機(jī)或端系統(tǒng)。我們所熟悉的瀏覽器和Web服務(wù)器、電子郵件客戶程序和服務(wù)器程序、還有媒體播放器等就是運(yùn)行在這些端系統(tǒng)上的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。主機(jī)有時(shí)被進(jìn)一步分為2類：客戶機(jī)(clients)和服務(wù)器(servers)。不太嚴(yán)格地說(shuō)，客戶機(jī)通常是桌面PC或工作站，服務(wù)器是更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)。嚴(yán)格地說(shuō)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域有一個(gè)客戶機(jī)/服務(wù)器模型(client/servermodel)，客戶程序和服務(wù)器程序分別運(yùn)行在端系統(tǒng)上，客戶程序向服務(wù)器程序請(qǐng)求信息，服務(wù)器程序向客戶程序提供信息。這是目前在Internet上運(yùn)作應(yīng)用程序所采用的最盛行的方式。在這種模式中，由于應(yīng)用程序分布在若干端系統(tǒng)上，所以也稱為分布式應(yīng)用(distributedapplications)！另外還有一種B/S模式(Browser/Server)，即瀏覽器/服務(wù)器模式。這些端系統(tǒng)以及Internet內(nèi)的其它許多部件都要按照規(guī)定的協(xié)議來(lái)控制信息在Internet內(nèi)的發(fā)送和接收。其中最重要的2個(gè)協(xié)議分別是傳輸控制協(xié)議TCP（theTransmissionControlProtocol）和網(wǎng)際協(xié)議IP（theInternetProtocol）。我們把Internet所采用的主要協(xié)議的集合稱為TCP/IP協(xié)議簇。端系統(tǒng)通常是通過(guò)許多通訊鏈路連接起來(lái)的。通訊鏈路是多種多樣的，構(gòu)建通訊鏈路的物理傳輸介質(zhì)也是多種多樣的，例如同軸電纜、銅質(zhì)雙絞線、光纖等有線介質(zhì)和無(wú)線電波、紅外線等無(wú)線介質(zhì)。不同的鏈路有不同的傳輸速率，鏈路傳輸速率通常稱為鏈路帶寬，以bps(bitspersecond，位每秒)作為計(jì)量單位。端系統(tǒng)通常不是由一條單一的通訊鏈路直接連接起來(lái)的，而是通過(guò)許多中間交換設(shè)備間接地連接起來(lái)的，這些中間交換設(shè)備稱為路由器。路由器負(fù)責(zé)從它的某個(gè)鏈路上接收傳來(lái)的信息并且將其轉(zhuǎn)發(fā)到另外某個(gè)鏈路上去，路由器接收和發(fā)送信息的格式由IP協(xié)議來(lái)規(guī)定。信息從源端系統(tǒng)發(fā)出，經(jīng)過(guò)一系列通訊鏈路和路由器，最后到達(dá)接收端系統(tǒng)所經(jīng)過(guò)的路徑稱為通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的路由或路徑。我們以后會(huì)討論確定路徑所采用的算法。普通電話網(wǎng)絡(luò)每次為2個(gè)撥通的端提供一條專用的鏈路，即使在通話雙方?jīng)]有話要說(shuō)的時(shí)間里這條專用鏈路也不會(huì)再提供給別人使用，一直到一方掛斷電話為止，這種方式我們稱之為電路交換技術(shù)。Internet對(duì)通訊鏈路的使用則采用了新的規(guī)則：分組交換技術(shù)。分組交換技術(shù)允許多個(gè)端系統(tǒng)同時(shí)共享同一條通訊鏈路或其中的一段。Internet各個(gè)部分的互連結(jié)構(gòu)是一種松散的分層結(jié)構(gòu)。粗略地說(shuō)，從低層到高層依次是端系統(tǒng)、接入網(wǎng)、和Internet服務(wù)提供商（ISP,InternetServiceProvider）。接入網(wǎng)可以是公司或大學(xué)內(nèi)的局域網(wǎng)、帶調(diào)制解調(diào)器的撥號(hào)電話線、基于有線電視電纜或非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)線（ADSL,AsymmetricDigitalSubscriberLoop）的高速網(wǎng)絡(luò)。本地ISP會(huì)連接到地區(qū)ISP，地區(qū)ISP又會(huì)連接到國(guó)家ISP或國(guó)際ISP，國(guó)家或國(guó)際ISP作為最高層連接在一起。在Internet的研發(fā)過(guò)程中，許多技術(shù)方面的Internet標(biāo)準(zhǔn)被Internet工程任務(wù)小組（IETF,theInternetEngineeringTaskForce）創(chuàng)建、測(cè)試和實(shí)現(xiàn)。記載這些標(biāo)準(zhǔn)的文檔稱為請(qǐng)求評(píng)注（RFCs,RequestforComments）文檔。目前這樣的文檔已經(jīng)超過(guò)數(shù)千份，在上可以查到這些文檔。1.2.2從服務(wù)的角度看InternetInternet允許分布式應(yīng)用運(yùn)行在其端系統(tǒng)上，互相交換數(shù)據(jù)。這些應(yīng)用包括：遠(yuǎn)程登錄、文件傳輸、電子郵件、音頻視頻流、實(shí)時(shí)音頻視頻會(huì)議、分布式游戲、WWW、電子商務(wù)……等等。Internet為上述應(yīng)用提供2類服務(wù)：面向連接的服務(wù)和無(wú)連接的服務(wù)。寬松地說(shuō)，面向連接的服務(wù)保證數(shù)據(jù)最終會(huì)按順序地、完整地交給接收者；而無(wú)連接的服務(wù)對(duì)最終能否交付不作保證！前面已經(jīng)講到，為了完成某些任務(wù)，端系統(tǒng)之間要按照某個(gè)應(yīng)用層協(xié)議互相交換信息，而通訊鏈路、路由器及Internet的其它一些部件則提供在端系統(tǒng)應(yīng)用程序之間傳遞消息的手段，也稱為服務(wù)。那么所提供的通訊服務(wù)有什么特征呢？Internet（更通用地說(shuō)應(yīng)該是采用TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)）為應(yīng)用程序提供2種類型的服務(wù)：無(wú)連接的服務(wù)(connectionlessservice)和面向連接的服務(wù)(connection-orientedservice)。應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)者在編寫程序時(shí)就必須確定使用2種服務(wù)中的那一種。當(dāng)應(yīng)用程序使用面向連接的服務(wù)時(shí)，客戶方和服務(wù)方先要相互發(fā)送控制分組，然后才發(fā)送包含真正數(shù)據(jù)的分組。事先相互發(fā)送控制分組的過(guò)程稱為“握手”，也是提醒雙方準(zhǔn)備接受分組的開(kāi)始。有趣的是，這種開(kāi)始時(shí)要“握手”的程序與人類交際時(shí)的行為非常類似。一旦“握手”程序完成，我們就說(shuō)在2個(gè)端系統(tǒng)之間建立了連接，但這種連接是非常松散的，因此就賦予“面向連接”這樣一個(gè)名字。說(shuō)它是松散的連接，是因?yàn)橹挥卸讼到y(tǒng)自己知道這個(gè)連接，Internet內(nèi)的分組交換設(shè)備（即路由器）完全不記得這個(gè)連接，它們不維持任何與連接狀態(tài)有關(guān)的信息。Internet提供的面向連接的服務(wù)是與若干其它的服務(wù)捆綁在一起的，包括可靠的數(shù)據(jù)傳輸、流控制和擁塞控制。所謂可靠的數(shù)據(jù)傳輸，指的是所建立的連接可以把一個(gè)端系統(tǒng)上的應(yīng)用程序交來(lái)的全部數(shù)據(jù)沒(méi)有差錯(cuò)地、按適當(dāng)順序地交給另外一個(gè)端系統(tǒng)上的應(yīng)用程序。這個(gè)可靠性是通過(guò)確認(rèn)-重傳機(jī)制來(lái)得以實(shí)現(xiàn)的：假設(shè)A、B兩個(gè)端系統(tǒng)已經(jīng)建立了連接，當(dāng)B收到A發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包以后就給A發(fā)一個(gè)對(duì)該包的確認(rèn)包，A收到確認(rèn)包后就知道對(duì)應(yīng)的包已經(jīng)傳給B；如果A發(fā)出一個(gè)包后在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到對(duì)應(yīng)的確認(rèn)包，就認(rèn)為B沒(méi)有收到該包，于是重新發(fā)送該包。流控制就是保證連接的任何一方不要因?yàn)橐院芸斓乃俣劝l(fā)送了太多的包而使對(duì)方來(lái)不及處理，即淹沒(méi)了對(duì)方。當(dāng)可能出現(xiàn)淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，流控制服務(wù)就強(qiáng)制發(fā)送方降低發(fā)送速度。以后我們會(huì)看到，Internet上的流控制是通過(guò)使用發(fā)送和接收緩沖區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。擁塞控制服務(wù)為的是避免網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入一種gridlock(交通擁塞)狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)路由器變得擁塞時(shí)，它的緩沖區(qū)就會(huì)溢出，就會(huì)出現(xiàn)丟包現(xiàn)象。在這種境況下，如果每對(duì)連接的端系統(tǒng)繼續(xù)以其最快的速度向網(wǎng)絡(luò)灌輸數(shù)據(jù)包的話，阻塞就會(huì)開(kāi)始，數(shù)據(jù)包幾乎遞不到目的地！Internet通過(guò)在擁塞期間強(qiáng)制端系統(tǒng)降低其向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)包的速度來(lái)避免阻塞。當(dāng)端系統(tǒng)一直接不到確認(rèn)包時(shí)就被警示存在嚴(yán)重?fù)砣?。到目前為止，Internet所提供的服務(wù)都不保證到底用多少時(shí)間就可以把數(shù)據(jù)從發(fā)送方遞到接收方。除了增加你與ISP的連接速率外，目前還沒(méi)有更好的減少延遲的服務(wù)。前面我們從組成的角度和服務(wù)的角度這樣2個(gè)方面描述了Internet，但讀者可能還是感到困惑不解，比如什么是TCP?什么是路由器？什么是分布式應(yīng)用？不要著急，本書(shū)會(huì)陸續(xù)講清這些內(nèi)容！1.2.4考察因特網(wǎng)核心Internet的核心是由許多互相連接的路由器織成的網(wǎng)。目前有2種基本的方法用來(lái)構(gòu)建Internet核心，那就是電路交換(circuitswitching)和分組交換(packetswitching)。

電路交換(circuitswitching)

在電路交換網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)允許發(fā)送端和接收端建立連接時(shí)，網(wǎng)絡(luò)就分配了一條從發(fā)送端經(jīng)過(guò)某些中間節(jié)點(diǎn)到達(dá)接收端的專用電路（或者多路復(fù)用電路中的一條邏輯電路），利用這條專用電路在兩個(gè)端系統(tǒng)間交換數(shù)據(jù)，只要沒(méi)有任何一方主動(dòng)中斷連接，網(wǎng)絡(luò)就一直把這條電路資源保留給雙方使用，哪怕沒(méi)有數(shù)據(jù)要傳也保留。只有當(dāng)其中一方主動(dòng)中斷連接、釋放這條占用的電路資源時(shí)，網(wǎng)絡(luò)才可能把它分配給別的端系統(tǒng)使用。傳統(tǒng)的電話系統(tǒng)就是一個(gè)典型的電路交換系統(tǒng)。

多路復(fù)用

在電路交換網(wǎng)絡(luò)中，如果要為每一對(duì)端系統(tǒng)提供一條真正的銅質(zhì)物理電路，那么一個(gè)電信局節(jié)點(diǎn)機(jī)房到另外一個(gè)電信局節(jié)點(diǎn)機(jī)房之間就要拉上成千上萬(wàn)條銅線。那將需要巨大的資金，也會(huì)造成巨大的浪費(fèi)。實(shí)踐中節(jié)點(diǎn)機(jī)到節(jié)點(diǎn)機(jī)之間往往采用多路復(fù)用技術(shù)，現(xiàn)在就連端系統(tǒng)到節(jié)點(diǎn)機(jī)之間也采用了多路復(fù)用技術(shù)。所謂多路復(fù)用(Multiplexing)就是在一條物理電路(由物理介質(zhì)及有關(guān)設(shè)備組成)上同時(shí)傳輸多路信號(hào),以充分利用介質(zhì)的可用帶寬。常用的有頻分多路復(fù)用FDM(Frequency-DivisionMultiplexing)和時(shí)分多路復(fù)用TDM(Time-DivisionMultiplexing)。實(shí)際的傳輸電路是一個(gè)由分布電阻、電感和電容組成的分布參數(shù)系統(tǒng),不同頻率的信號(hào)在線路上傳送時(shí)遇到不同的阻抗,從而產(chǎn)生不同的衰減或失真,這就是所謂線路的頻率特性。當(dāng)傳輸某段頻率范圍內(nèi)的信號(hào)基本不失真時(shí),就稱這段頻率范圍為該物理信道的"通頻帶",通頻帶的上限值與下限值之差就稱為帶寬。帶寬越大,線路容量(指線路能達(dá)到的最大傳輸能力,以每秒能傳輸?shù)淖畲笪粩?shù)為指標(biāo))也越大。如果物理線路的可用帶寬超過(guò)單路原始信號(hào)帶寬,就可將該物理線路的總帶寬分割成若干子信道,各子信道間還要略留一個(gè)寬度(稱為保護(hù)帶),每個(gè)子信道可傳輸一路信號(hào),這就是頻分多路復(fù)用（FDM）。多路原始信號(hào)在頻分復(fù)用前,首先要用與子信道相應(yīng)的載波對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,使其變成頻率范圍在子信道內(nèi)的信號(hào)。在接收端用帶通濾波器加以分離,并分別還原(解調(diào))成原始信號(hào)。例如有線電視上用的就是頻分復(fù)用,一根同軸電纜上可同時(shí)傳輸幾十路信號(hào)而互不干擾如果物理電路能達(dá)到的位傳輸速率超過(guò)單路信號(hào)所要求的數(shù)據(jù)傳輸率,就可將一條物理電路按時(shí)間片輪換地分配給多路信號(hào)使用,每個(gè)時(shí)間片內(nèi)傳送一路信號(hào),這就是時(shí)分多路復(fù)用(TDM)的基本思路時(shí)分多路復(fù)用又分為同步時(shí)分多路復(fù)用(同步TDM)和異步時(shí)分多路復(fù)用(異步TDM)。異步TDM又稱為統(tǒng)計(jì)復(fù)用。同步時(shí)分多路復(fù)用是指分配給每路信號(hào)源的時(shí)間片是事先定好、固定不變的。不管某路信號(hào)源是否真的有信息發(fā)送,都按事先定好的順序輪流讓各路信號(hào)源占用物理電路。在接收端,根據(jù)時(shí)間片序號(hào)便可判斷是哪一路信息，從而送給相應(yīng)的目的地。電信部門建造的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）中的專用電路采用的就是同步時(shí)分復(fù)用技術(shù)。T1和E1載波也采用同步TDM。一條T1線路上可以同時(shí)傳輸24路64kbps的信號(hào)，一條E1線路上可以同時(shí)傳輸32路64kbps的信號(hào)。T1系統(tǒng)采用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)，它具有24路語(yǔ)音信號(hào)，8bit/路，125(微秒）/周期,一個(gè)周期為8（bit）*24路+1（同步位）=193（bit），傳輸速率為

193（bit）/125*10-6s=1.544Mbps。幀結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。TDM技術(shù)還可以將更多路較低速信號(hào)復(fù)用到速率更高的信道上。例如：4路T1(1.544Mbps)復(fù)用到T2(6.312Mbps),7路T2再?gòu)?fù)用到T3(44.736Mbps)。E1系統(tǒng)采用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)，它有32路信號(hào)，8bit/路，125微秒/周期，傳輸速率：32*8/125*10-6=2.048Mbps。E1系統(tǒng)復(fù)用幀格式示意圖如圖1.6所示。異步時(shí)分多路復(fù)用允許動(dòng)態(tài)地分配時(shí)間片。如果某路信號(hào)源暫不發(fā)送信息,其它信號(hào)源則可占用它的時(shí)間片,這樣便可大大減少時(shí)間片的浪費(fèi)。當(dāng)然,實(shí)現(xiàn)起來(lái)要比同步TDM困難一些。在接收端無(wú)法根據(jù)時(shí)間片的序號(hào)來(lái)斷定接收的是哪路信號(hào)源的信息,因此需要在所傳輸?shù)男畔⒅袔в邢鄳?yīng)的信號(hào)源識(shí)別信息。幀中繼網(wǎng)(FrameRelay)和異步傳輸模式網(wǎng)(ATM)采用的就是異步TDM。一條物理電路采用FDM或TDM技術(shù)后就可同時(shí)傳輸多路信號(hào)，就象有多條物理電路一樣,但又不是真正的多條物理電路,我們把它稱之為邏輯電路或邏輯信道。波分多路復(fù)用（WavelengthDivisionMultiplexing）波分多路復(fù)用實(shí)質(zhì)上是利用了光具有不同的波長(zhǎng)的特征。隨著光纖技術(shù)的使用，基于光信號(hào)傳輸?shù)膹?fù)用技術(shù)得到重視。波分多路復(fù)用的原理：利用波分復(fù)用設(shè)備將不同信道的信號(hào)調(diào)制成不同波長(zhǎng)的光，并復(fù)用到光纖信道上。在接收方，采用波分設(shè)備分離不同波長(zhǎng)的光

分組交換(packetswitching)

如前所述，電路交換的優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間延遲少，適宜傳輸象話音這樣實(shí)時(shí)性要求高的信息。缺點(diǎn)是電路利用率低,連接建立后可能出現(xiàn)大量的空閑時(shí)間。為了最大限度地利用電路，盡量減少其空閑時(shí)間，就開(kāi)發(fā)出了分組交換技術(shù)。在學(xué)習(xí)分組交換技術(shù)之前，先了解一下報(bào)文交換(messageswitching)的概念。和電路交換不一樣，報(bào)文交換在兩個(gè)端系統(tǒng)之間不會(huì)建立一條專用通路,而是象普通郵件投遞一樣,源端把要發(fā)送的數(shù)據(jù)連同目的地址打成一個(gè)封包(稱為報(bào)文)傳輸給與其直接相連的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備,該節(jié)點(diǎn)將報(bào)文暫存起來(lái),然后在合適的時(shí)機(jī)再把報(bào)文交給下一個(gè)節(jié)點(diǎn),如此下去,直到交給與目的端直接相連的節(jié)點(diǎn),由該節(jié)點(diǎn)在合適的時(shí)機(jī)把報(bào)文交給目的端。

報(bào)文交換有如下特點(diǎn):

節(jié)點(diǎn)設(shè)備必須有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文的能力,通常為路由器或通用計(jì)算機(jī)。

有較大的時(shí)延,不能滿足實(shí)時(shí)或交互式通信的要求。

源端所發(fā)的第一個(gè)報(bào)文所經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)序列(稱為路徑)與下次所發(fā)的報(bào)文經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)序列可能不一樣,即源端與目的端之間沒(méi)有一條固定的信道。如果要發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度很大，用上述的報(bào)文交換方式傳輸時(shí)就會(huì)產(chǎn)生很大的延時(shí)(稍后給出計(jì)算依據(jù))。改進(jìn)的方法是限制所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)封包的長(zhǎng)度，源端要發(fā)送超過(guò)最大長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)時(shí)，必須將其拆分成多個(gè)較小的分組，然后逐次發(fā)送這些分組，每個(gè)分組的發(fā)送跟報(bào)文交換相似。那么如何保證被拆開(kāi)的分組在達(dá)到目的地后能被正確地拼裝起來(lái)呢？

有兩種方法，形成了兩種分組交換技術(shù)：(1)數(shù)據(jù)報(bào)分組交換

每個(gè)分組獨(dú)立地處理，就象在報(bào)文交換中每個(gè)報(bào)文獨(dú)立地處理一樣。這種獨(dú)立處理的分組稱為數(shù)據(jù)報(bào)(datagram)。

這樣一來(lái)，各分組所經(jīng)過(guò)的路徑可能不一樣，后發(fā)送的分組可能先到。于是每個(gè)分組中必須含有能標(biāo)明其原來(lái)次序的信息，目的端根據(jù)這種信息把收到的分組重新按正確次序拼裝成原來(lái)的報(bào)文。

這種方式有如下特點(diǎn)：

高度可靠。

由于每個(gè)分組都要尋找路徑，節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)重。(2)虛電路分組交換

在發(fā)送數(shù)據(jù)分組之前，先發(fā)送一個(gè)呼叫請(qǐng)求分組，就象報(bào)文交換一樣把這個(gè)分組傳送到目的地。如果目的端同意建立這個(gè)連接，就沿同樣路徑發(fā)送回一個(gè)呼叫接收分組到源端。

以后的分組就沿呼叫請(qǐng)求分組所經(jīng)過(guò)的路徑逐站存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。

這就相當(dāng)于在源端和目的端之間建立了一條固定的邏輯鏈路，所有分組都在這條鏈路上傳送，這條邏輯鏈路(節(jié)點(diǎn)序列)就稱為虛電路。傳送完畢后，兩端中的任意一個(gè)用拆除請(qǐng)求分組來(lái)結(jié)束本次連接。這種方式有如下特點(diǎn)：

由于不必為每個(gè)分組尋徑，故節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)的計(jì)算負(fù)擔(dān)輕。

由于所有分組都經(jīng)過(guò)同一路徑傳送，不會(huì)出現(xiàn)后發(fā)的分組先到的情況，故目的端無(wú)須檢查收到的分組的次序。

可靠性不如數(shù)據(jù)報(bào)分組交換好。因?yàn)橐粋€(gè)節(jié)點(diǎn)失效，通過(guò)該節(jié)點(diǎn)的所有虛電路都失效。前面講到當(dāng)要發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度很大時(shí)，用報(bào)文交換方式會(huì)產(chǎn)生很大的延時(shí)，用分組交換方式就好些，下面就來(lái)給出計(jì)算依據(jù)?？紤]一個(gè)7.5Mbits長(zhǎng)的報(bào)文，假設(shè)在源端和目的端之間有2個(gè)分組交換路由器及3段鏈路，每段鏈路的傳輸速率為1.5Mbps,且假定網(wǎng)絡(luò)上沒(méi)有擁塞，如圖1.8所示。那么采取報(bào)文交換方式要花多少時(shí)間才能夠把7.5Mbits長(zhǎng)的報(bào)文從源端傳送到目的端呢？把該報(bào)文從源端傳送到第一個(gè)路由器需要的時(shí)間為5秒（7.5Mbits/1.5Mbps），因?yàn)槁酚善鞑捎么鎯?chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)傳送（store-and-forwardtransmission）方式，要等到接收完該報(bào)文的最后一位后才可以開(kāi)始向輸出鏈路上發(fā)送該報(bào)文的第一位，在輸出鏈路上發(fā)送完該報(bào)文需要的時(shí)間同樣為5秒，因此報(bào)文從源端到第二個(gè)路由器需要的時(shí)間就為10秒，按此邏輯推理，報(bào)文從源端到目的端需要的時(shí)間就為15秒。采用分組交換方式要花多少時(shí)間呢？假設(shè)源端把7.5Mbits長(zhǎng)的報(bào)文分割為5000個(gè)分組，每個(gè)分組的長(zhǎng)度便為1.5Kbits。仍然假定網(wǎng)絡(luò)上沒(méi)有擁塞?，F(xiàn)在來(lái)計(jì)算把5000個(gè)分組從源端傳送到目的端所需要的時(shí)間?？磮D1.9，源端把第1個(gè)分組送到第一個(gè)路由器需時(shí)1ms（1.5Kbits/1.5Mbps）,第一個(gè)路由器把該分組送到第二個(gè)路由器需時(shí)1ms,第二個(gè)路由器把該分組送到目的端需時(shí)1ms,分組從源端到目的端需要的時(shí)間就為3ms。注意！在第1個(gè)分組從第一個(gè)路由器向第二個(gè)路由器傳送的同時(shí)，第2個(gè)分組也從源端向第一個(gè)路由器傳送，所以第2個(gè)分組在第2ms處到達(dá)第一個(gè)路由器，在第3ms處到達(dá)第二個(gè)路由器，在第4ms處到達(dá)目的端。按此推算，第5000個(gè)分組在第5000ms處到達(dá)第一個(gè)路由器，5001ms處到達(dá)第二個(gè)路由器，5002ms處到達(dá)目的端。呵呵，5000個(gè)分組全部送到目的端只需要5002ms,只有報(bào)文交換需要的15s的1/3??！

分組交換網(wǎng)絡(luò)中的路由

前一節(jié)講到分組交換網(wǎng)絡(luò)有2大類：數(shù)據(jù)報(bào)分組交換和虛電路分組交換。兩者的差別在于分組是按目的主機(jī)地址確定傳送路徑還是按虛電路號(hào)確定傳送路徑。我們把所有按目的主機(jī)地址確定傳送路徑的網(wǎng)絡(luò)稱為數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)（datagramnetwork）。Internet使用的IP協(xié)議就是按目的主機(jī)IP地址確定IP分組的傳送路徑的，所以Internet是一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)；我們把所有按虛電路號(hào)確定傳送路徑的網(wǎng)絡(luò)稱為虛電路網(wǎng)絡(luò)(virtualcircuitnetwork)，虛電路網(wǎng)絡(luò)的例子有X.25，F(xiàn)rameRelay(幀中繼),ATM（異步傳輸模式）。學(xué)習(xí)虛電路網(wǎng)絡(luò)，我們主要要了解虛電路是怎么標(biāo)識(shí)的。設(shè)分組交換網(wǎng)絡(luò)如圖1.10所示，其中PS（packetswitch）代表分組交換設(shè)備，它的每個(gè)接口都有一個(gè)接口號(hào)。主機(jī)A請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)建立一條到主機(jī)B的虛電路，假定網(wǎng)絡(luò)選擇的路徑為A--PS1--PS2--B,又假定為該路徑上的3段鏈路分配的虛電路號(hào)碼分別為12,22,32。當(dāng)分組離開(kāi)主機(jī)A時(shí)，虛電路號(hào)字段的值就是12，當(dāng)分組離開(kāi)PS1時(shí)，虛電路號(hào)字段的值就是22，離開(kāi)PS2時(shí)，虛電路號(hào)字段的值就是32啦。那么當(dāng)分組橫穿交換設(shè)備時(shí)，交換設(shè)備如何確定應(yīng)該把分組發(fā)到哪個(gè)虛電路號(hào)上呢？辦法很簡(jiǎn)單，每個(gè)交換設(shè)備里都放一張?zhí)撾娐诽?hào)轉(zhuǎn)換表??！比如PS1上的虛電路號(hào)轉(zhuǎn)換表就可以是下面這個(gè)樣子：輸入接口號(hào)輸入虛電路號(hào)輸出接口號(hào)輸出虛電路號(hào)11232226311837217…………PS1上的虛電路號(hào)轉(zhuǎn)換表現(xiàn)在當(dāng)PS1從1號(hào)接口收到虛電路字段號(hào)為12的分組時(shí)，只要查一下表中的第一行，就知道應(yīng)該把該分組從3號(hào)接口轉(zhuǎn)發(fā)出去，且虛電路字段號(hào)應(yīng)該替換為22啦！當(dāng)然啦，當(dāng)建立一條虛電路時(shí)，在該虛電路通過(guò)的每個(gè)交換設(shè)備的虛電路號(hào)轉(zhuǎn)換表里就要增加一行；當(dāng)撤消一條虛電路時(shí)，就去掉一行。在虛電路網(wǎng)絡(luò)里，每個(gè)交換設(shè)備都需要維持正在進(jìn)行的連接的狀態(tài)信息。你也許納悶，為什么一個(gè)分組的虛電路號(hào)字段的值在整條路徑上不保持恒定不變，而要不斷更換呢？有2個(gè)方面的原因。第一原因是每段都更換虛電路號(hào)就可以把虛電路號(hào)字段的長(zhǎng)度做短些，第二原因，也是更加重要的原因，是這樣做可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理哦。為什么說(shuō)簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)管理呢？因?yàn)楝F(xiàn)在每個(gè)交換設(shè)備可以獨(dú)立地選擇輸出段的虛電路號(hào)啊，如果要求整個(gè)路徑上的每段都用同一個(gè)恒定虛電路號(hào)的話，那么路徑上的所有交換設(shè)備就增加了一項(xiàng)交流這個(gè)恒定虛電路號(hào)的工作！前面講述了虛電路分組交換網(wǎng)絡(luò)中的路由，作為對(duì)照，下面該了解一下數(shù)據(jù)報(bào)分組交換網(wǎng)絡(luò)中的路由了。數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)在許多方面都和郵遞服務(wù)類似呢。發(fā)信人要把信發(fā)到目的地，就得把寫好的信紙封裝到信封里，并且在信封上面寫明目的地址。目的地址是分層結(jié)構(gòu)的，例如。寄往中國(guó)的信目的地址就包括國(guó)家（中華人民共和國(guó)）、省（如湖南）、市（如長(zhǎng)沙）、街道（如五一路）及門牌號(hào)碼（如108號(hào)）。郵政服務(wù)就使用信封上的地址確定把信傳到目的地的路徑。例如，有一封信是從美國(guó)寄出的，美國(guó)的郵政服務(wù)就會(huì)直接把信傳到中國(guó)的一個(gè)郵政中心，該郵政中心再把信傳遞到湖南長(zhǎng)沙的郵政中心，最后郵政中心的工作人員將信送到最終目的地。在數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)要傳遞的分組的頭部都含有目的地址信息。和郵政地址一樣，目的地址也是分層結(jié)構(gòu)的。當(dāng)一個(gè)分組到達(dá)交換設(shè)備時(shí)，交換設(shè)備就會(huì)檢查其目的地址部分，然后將其轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)相鄰的交換設(shè)備，每一個(gè)交換設(shè)備內(nèi)都有一張路由表，將這個(gè)路由表和目的地址（或者目的地址的一部分）進(jìn)行對(duì)照就可以確定應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)到哪個(gè)相鄰的交換設(shè)備。我們以后還要詳細(xì)討論數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)中的路由，現(xiàn)在只是要提醒讀者一點(diǎn)，和虛電路網(wǎng)絡(luò)不一樣，數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)不需要在交換設(shè)備內(nèi)維持連接狀態(tài)信息！因而數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)就比虛電路網(wǎng)絡(luò)來(lái)得簡(jiǎn)單，Internet使用的就是數(shù)據(jù)報(bào)分組交換網(wǎng)絡(luò)!我們已經(jīng)引入了若干重要的網(wǎng)絡(luò)概念：電路交換，報(bào)文交換，分組交換，虛電路，無(wú)連接服務(wù)和面向連接服務(wù)。如何把它們組合到一起呢？那就看圖1.11吧,就交換方式來(lái)說(shuō)，可以歸類如下：分組交換網(wǎng)絡(luò)中的路由可以總結(jié)如下：虛電路分組交換網(wǎng)絡(luò)中的交換設(shè)備按分組的虛電路號(hào)決定分組傳送路徑，需要維護(hù)連接狀態(tài)；數(shù)據(jù)報(bào)分組交換網(wǎng)絡(luò)中的交換設(shè)備按分組的目的地址決定分組傳送路徑，不需要維護(hù)連接狀態(tài)！但有一點(diǎn)千萬(wàn)不要弄錯(cuò)哦，那就是：數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)既不是面向連接的也不是無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)！事實(shí)上，數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)既可以為某些應(yīng)用提供無(wú)連接服務(wù)，也可以為另外一些應(yīng)用提供面向連接的服務(wù)！例如Internet就是一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)，它的UDP提供的是無(wú)連接服務(wù)，它的TCP提供的是面向連接的服務(wù)。另外還要記住一點(diǎn)：虛電路網(wǎng)絡(luò)（X.25，F(xiàn)rameRelay，ATM）總是面向連接的！1.2.5考察接入網(wǎng)絡(luò)本節(jié)我們討論接入網(wǎng)絡(luò)--把端系統(tǒng)連接到邊界路由器的物理鏈路，這里的邊界路由器指的是從本地端系統(tǒng)到遠(yuǎn)地端系統(tǒng)這條路徑上的第一個(gè)路由器。

接入網(wǎng)絡(luò)大致可以劃分為3大類：家庭接入網(wǎng)絡(luò)，公司或園區(qū)接入網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)。下面分別介紹之。家庭接入網(wǎng)絡(luò)家庭接入網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)把一個(gè)家庭的端系統(tǒng)（通常是PC，現(xiàn)在還包括智能手機(jī)）接入因特網(wǎng)。最常見(jiàn)的接入方式有：通過(guò)Modem和傳統(tǒng)模擬撥號(hào)電話線路與ISP連接是個(gè)古老的方案。家庭方的Modem把PC的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)在電話線上傳輸，ISP方的Modem把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式作為ISP路由器的輸入。這種簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)物理鏈路使用的是雙絞電話線。Modem最高傳輸率為56Kbps。但由于家庭和ISP之間的雙絞線的質(zhì)量問(wèn)題，實(shí)際傳輸率往往要低于56Kbps。采取此種接入方式時(shí)，打電話和上網(wǎng)不能夠同時(shí)進(jìn)行。和模擬電話線路相比，窄帶ISDN(IntegratedServiceDigitalNetwork)提供了在上面?zhèn)鬏敂?shù)字信號(hào)的“數(shù)字電話”線路，對(duì)家庭來(lái)說(shuō)，一般租用的是BRI(2B+D)接口，傳輸速率為128Kbps，俗稱一線通。采取此種接入方式時(shí)，需要配備ISDN適配器，打電話和上網(wǎng)可以同時(shí)進(jìn)行。ADSL接入網(wǎng)絡(luò)(Asymmetricdigitalsubscriberline,非對(duì)稱數(shù)字用戶線)曾經(jīng)很流行。它是在概念上與撥號(hào)Modem類似的新Modem技術(shù)：使用現(xiàn)存的雙絞電話線，但從ISP路由器到家庭端系統(tǒng)的下行傳輸速率可以達(dá)到8Mbps，從家庭端系統(tǒng)到ISP路由器的上行傳輸速率可以到1Mbps（實(shí)際傳輸率和鏈路長(zhǎng)度、雙絞線規(guī)格、電器接口的品質(zhì)有關(guān)）。因?yàn)?個(gè)方向的傳輸率不一樣，就稱為非對(duì)稱的。這種安排也是考慮到家庭用戶主要是信息的消費(fèi)者（從網(wǎng)上下載信息），而不是信息的產(chǎn)生者（上傳信息到網(wǎng)上）。ADSL使用頻分復(fù)用技術(shù)，把家庭到ISP路由器的物理鏈路分成3個(gè)頻帶：高速下載頻道，50kHz-1MHz;中速上載頻道，4kHz-50kHz;普通電話頻道，0-4kHz。ADSLmodem隨著光纖到家的快速發(fā)展勢(shì)頭，通過(guò)光貓（EPONONU，EthernetPassiveOpticalNetwork，OpticalNetworkUnit，以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）和家庭路由器將家庭以太網(wǎng)絡(luò)通過(guò)光纖以20M、50M、100M的速度接入因特網(wǎng)的方式在2014年后取得快速發(fā)展。這種方式除了可以上因特網(wǎng)外還可以通過(guò)光貓的iTV接口看電視，中國(guó)電信公司正在以這種方式搶占有線電視網(wǎng)絡(luò)公司的市場(chǎng)。HFC(Hybridfibercoaxialcable，光纖與同軸電纜混合)是另外一種寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。它是現(xiàn)有的有線電視用的同軸電纜系統(tǒng)的擴(kuò)展，把同軸電纜匯接到光纖節(jié)點(diǎn)上再做進(jìn)一步的匯接。這種方式需要一個(gè)特殊的Modem,稱為電纜Modem，也稱為機(jī)頂盒，它通常通過(guò)一個(gè)10-BaseT口接到家庭PC。電纜Modem把HFC網(wǎng)絡(luò)劃分為上行、下行2個(gè)頻道，下行頻道的傳輸率一般為10Mbps,上行頻道的傳輸率一般為768Kbps,但與ADSL不一樣，這個(gè)帶寬是許多家庭共享的。HFC是一個(gè)共享式廣播媒體，這是它區(qū)別于ADSL的一個(gè)重要特征。由匯接節(jié)點(diǎn)發(fā)出的每一個(gè)下行分組會(huì)通過(guò)該節(jié)點(diǎn)上的所有電纜傳播到所有家庭PC；由家庭PC發(fā)出的每一個(gè)分組都會(huì)在上行頻道上傳送。由于這個(gè)原因，如果若干用戶同時(shí)在下行頻道上下載因特網(wǎng)視頻節(jié)目，每個(gè)用戶的實(shí)際接收速率會(huì)明顯低于下行頻道的速率?，F(xiàn)在的4G智能手機(jī)移動(dòng)上網(wǎng)峰值傳輸速率已經(jīng)達(dá)到150Mbps，不但自己上網(wǎng)非常快，還可以做為WiFi熱點(diǎn)，把筆記本電腦帶上網(wǎng)。iPad也有插SIM卡的款，支持移動(dòng)上網(wǎng)。公司或園區(qū)接入網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)把一個(gè)公司或一個(gè)校園里的端系統(tǒng)接入因特網(wǎng)。在公司訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中，常通過(guò)局域網(wǎng)將端系統(tǒng)和邊界路由器相連。雖然有許多不同的局域網(wǎng)技術(shù)，但從目前來(lái)看，以太網(wǎng)技術(shù)是公司網(wǎng)絡(luò)中最普遍采用的訪問(wèn)技術(shù)。在以太網(wǎng)中，數(shù)據(jù)的傳送速度可達(dá)10Mbps或100Mbps（現(xiàn)在甚至可達(dá)1Gbps）。以太網(wǎng)主要使用雙絞線或光纖把端系統(tǒng)彼此連接起來(lái)，并連接到一個(gè)邊界路由器上。路由器主要負(fù)責(zé)為目的地在局域網(wǎng)外的數(shù)據(jù)包選擇路由。1.2.6因特網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)前面我們已經(jīng)介紹過(guò)，Internet的拓?fù)涫撬缮⒌膶哟谓Y(jié)構(gòu)的，粗略地說(shuō)，自底向上，由端系統(tǒng)（PC，工作站等）連接到當(dāng)?shù)豂nternet服務(wù)供應(yīng)商（ISP），當(dāng)?shù)豂SP又連接到地區(qū)ISP，地區(qū)ISP又連接到國(guó)家和國(guó)際ISP，國(guó)家和國(guó)際ISP在這個(gè)層次結(jié)構(gòu)的最高層進(jìn)行互連。新的分支隨時(shí)可以加到這個(gè)層次結(jié)構(gòu)里去。NSP們必須進(jìn)行互連，互連時(shí)要引入交換中心，稱為網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)點(diǎn)（NetworkAccessPoints,NAPs）。網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)點(diǎn)的核心通常使用高速ATM交換技術(shù)，并在ATM的頂部加上IP。整個(gè)層次結(jié)構(gòu)如圖1.12所示。1.3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和模型在詳細(xì)了解了Internet的組成以后，我們有必要學(xué)習(xí)一下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下必要的理論基礎(chǔ)。關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)有多種描述方法。本節(jié)主要介紹國(guó)際電話與電報(bào)顧問(wèn)委員會(huì)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和美國(guó)國(guó)防部的三個(gè)模型。1.3.1CCITT模型

國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)是一個(gè)電信方面的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，簡(jiǎn)稱CCITT（ConsultativeCommitteeforInternationalTelegraphandTelephone），該組織把計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)抽象為一個(gè)由二層子網(wǎng)組成的模型，如圖1.13所示。

CCITT模型圖中DTE(DataTerminalEquipment)指的是數(shù)據(jù)終端設(shè)備，是對(duì)屬于用戶方的連網(wǎng)設(shè)備和工作站的通稱，它們是數(shù)據(jù)的源或目的或者既是源又是目的，例如數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)備，通信處理機(jī)或計(jì)算機(jī)。DCE(DataCircuit-terminatingEquipment或DataCommunicationEquipment)指數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備或數(shù)據(jù)通信設(shè)備，前者是CCITT用的名稱，后者是EIA用的名稱。是對(duì)為用戶設(shè)備提供入網(wǎng)連接點(diǎn)的設(shè)備的通稱，一般屬網(wǎng)絡(luò)方。例如Modem，NT1，CSU/DSU等。信道是傳輸信息所經(jīng)過(guò)的路徑，它包括傳輸介質(zhì)和有關(guān)的中間設(shè)備(如節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)，交換機(jī)，路由器等。)

一般把DCE和傳輸信道通稱為通信子網(wǎng)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸工作。而把通過(guò)通信子網(wǎng)連接起來(lái)的用戶DTE集合稱為用戶子網(wǎng)或資源子網(wǎng)，它們提供或享受網(wǎng)絡(luò)資源及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。1.3.2OSI模型

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)媒體在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間傳輸信息是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)也為了便于理解這個(gè)問(wèn)題，通常要把它分解為若干個(gè)更小的、更容易管理的問(wèn)題，每個(gè)問(wèn)題由一層來(lái)解決;每一層都建立在它的下層之上;相鄰層間有接口，下層通過(guò)層間接口向上層提供服務(wù)，但屏蔽具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。這就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中分層的概念。

兩個(gè)以上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要進(jìn)行通信，必須遵守某些規(guī)則或約定，這些規(guī)則或約定的集合就稱為協(xié)議。由于網(wǎng)絡(luò)上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間傳輸信息采用前述的分層通信的辦法，故Ａ、Ｂ兩系統(tǒng)的通信也就分解為Ａ系統(tǒng)的每一層與Ｂ系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)層的通信，于是Ａ、Ｂ兩系統(tǒng)通信所遵守的規(guī)則或約定也就分解為Ａ、Ｂ兩系統(tǒng)對(duì)應(yīng)層通信時(shí)應(yīng)遵守的規(guī)則或約定，即該層協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次劃分和各層協(xié)議的集合就稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

世界上的一些學(xué)術(shù)團(tuán)體、標(biāo)準(zhǔn)化組織、研究機(jī)構(gòu)和大公司推出過(guò)多種不同的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（即不同的層次劃分方法及層協(xié)議），比較著名的有：

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簇，由美國(guó)防部推出，又稱為DoD模型。

SNA（SystemNetworkArchitecture）體系結(jié)構(gòu)，由ＩＢＭ公司推出。

OSI/RM開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型，由ＩＳＯ推出。在上述體系結(jié)構(gòu)中，OSI/RM是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(InternationalOrganizationforStandardization)于1984年公布的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型。它給出的僅是一個(gè)概念和功能上的標(biāo)準(zhǔn)框架，而不是具體實(shí)現(xiàn)，也不包含具體的協(xié)議定義。由于它給出的是標(biāo)準(zhǔn)框架，所以推出每個(gè)具體的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的商家在介紹他們的產(chǎn)品時(shí)都要與OSI/RM進(jìn)行比較，因此OSI/RM是目前學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最通用的工具。該模型的最大作用就是提出了功能劃分原則，描述了網(wǎng)絡(luò)通信所需的各種服務(wù)。OSI/RM的分層情況如圖1.14所示。OSI模型

下面先簡(jiǎn)要敘述每一層的功能，再簡(jiǎn)要敘述一下信息流動(dòng)過(guò)程。1．各層功能簡(jiǎn)介(1)物理層此層主要包含以下3項(xiàng)：

傳輸介質(zhì)的規(guī)格。

將數(shù)據(jù)以實(shí)際信號(hào)呈現(xiàn)并傳輸?shù)囊?guī)格。

接頭的規(guī)格。

無(wú)論哪種通訊，雙方最終要通過(guò)實(shí)體的傳輸介質(zhì)來(lái)連接，例如：同軸電纜、光纖、雙絞線、無(wú)線電波、紅外線等。而不同的介質(zhì)有不同的特性，所以0與1的數(shù)字信息在傳送之前，可能會(huì)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信息轉(zhuǎn)變?yōu)楣饷}沖或電脈沖以方便傳輸，這些轉(zhuǎn)換及傳輸工作便是由物理層負(fù)責(zé)。此外，決定傳輸帶寬、工作脈沖、電壓高低、相位等細(xì)節(jié)，也都是在此層規(guī)定。

例如：在個(gè)人計(jì)算機(jī)上泛運(yùn)用的RS—232(EIA-232)，及討論調(diào)制解調(diào)器時(shí)必談的V．90、V．92等，100BASE-TX都是此層著名的通訊協(xié)議。

最終，物理層向上提供的服務(wù)是在物理線路上傳輸非結(jié)構(gòu)的位流。

(2)數(shù)據(jù)鏈路層

該層利用物理層提供的服務(wù)，通過(guò)同步、分幀、檢錯(cuò)與糾錯(cuò)、流控、鏈路管理以及對(duì)單條物理線路的復(fù)用或用多條物理線路分流等措施，把不可靠的非結(jié)構(gòu)的二進(jìn)制位流傳輸服務(wù)變?yōu)橐詭瑸榛A(chǔ)的相鄰兩點(diǎn)間的可靠的傳送服務(wù)提供給網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體。

此層的主要工作包含以下3項(xiàng)：同步

網(wǎng)絡(luò)上可能包含五花八門、不同廠商的設(shè)備，沒(méi)人敢肯定所有設(shè)備在時(shí)序上都能同步操作(即參考同一套時(shí)鐘)。因此數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議在傳送數(shù)據(jù)前，必須進(jìn)行連接同步化，使傳送與接收雙方時(shí)序達(dá)到同步，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。檢錯(cuò)接收端收到數(shù)據(jù)之后，會(huì)先檢查該數(shù)據(jù)的正確性，才決定是否繼續(xù)處理。檢查錯(cuò)誤的方法有許多種，在數(shù)據(jù)鏈路層最常用的是：傳送端對(duì)即將送出的數(shù)據(jù)，先經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算產(chǎn)生一段CRC(CyclicRedundancyCheck，循環(huán)冗余校驗(yàn))代碼，該數(shù)學(xué)運(yùn)算保證：相同的原始數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的CRC是相同的，不同的原始數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的CRC是不同的，并將這個(gè)CRC碼隨著數(shù)據(jù)一起傳過(guò)去。接收端將收到的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)相同的運(yùn)算，得到另—個(gè)CRC碼，將這個(gè)CRC碼與對(duì)方傳過(guò)來(lái)的CRC碼相比較，即可判定收到的數(shù)據(jù)是否完整無(wú)誤。其實(shí)接收端在許多層都會(huì)做檢測(cè)工作，但數(shù)據(jù)鏈路層是把守第一關(guān)，若是過(guò)不了這—關(guān)，通常這份數(shù)據(jù)就會(huì)被直接舍棄掉。至于是否通知對(duì)方再重送一份，每種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的做法不同，有的自己做，有的交給上層的協(xié)議來(lái)處理。制定介質(zhì)訪問(wèn)控制方法當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)設(shè)備要同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，如何決定其優(yōu)先順序？是讓大家公平競(jìng)爭(zhēng)、先搶先贏？或是賦予每個(gè)設(shè)備不同的優(yōu)先等級(jí)？這套管理辦法通稱為介質(zhì)訪問(wèn)控制方法(MediaAccessControlMethod)，我們?cè)诤竺鏁?huì)詳細(xì)說(shuō)明目前局域網(wǎng)最普遍采用的媒體訪問(wèn)控制方法。(3)網(wǎng)絡(luò)層

該層利用數(shù)據(jù)鏈路層提供的幀傳輸服務(wù)為傳輸層實(shí)體提供交換網(wǎng)絡(luò)服務(wù)數(shù)據(jù)單元(數(shù)據(jù)包、分組、或數(shù)據(jù)報(bào)等)的能力。

網(wǎng)絡(luò)層要解決的主要問(wèn)題有2個(gè)：

定址即確定網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的邏輯地址。在網(wǎng)絡(luò)世界里，所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都必須有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的名稱或地址，才能相互找到對(duì)方并傳送數(shù)據(jù)。至于究竟采用名稱還是數(shù)字地址？命名時(shí)有何限制？如何分配地址？這些都是在網(wǎng)絡(luò)層決定。

選徑

由于源結(jié)點(diǎn)到目的結(jié)點(diǎn)的路徑可能不止一條，所以網(wǎng)絡(luò)層要解決最佳路由選擇問(wèn)題，這是網(wǎng)絡(luò)層要解決的另一關(guān)鍵問(wèn)題。一般有靜態(tài)路由選擇方式(在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)確定，以后一般不變，要變也要人工修改路由表)和動(dòng)態(tài)路由選擇方式(自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化，自動(dòng)更新路由表)兩種。IP協(xié)議就是著名的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。此外網(wǎng)絡(luò)層還要解決異種網(wǎng)絡(luò)互連問(wèn)題(即如何協(xié)調(diào)異種網(wǎng)絡(luò)的不同尋址方法、不同分組長(zhǎng)度、不同的低層協(xié)議等);擁塞控制問(wèn)題(即防止過(guò)多的分組出現(xiàn)在通信子網(wǎng)的某個(gè)部分而相互堵塞通路);記帳問(wèn)題(對(duì)每個(gè)用戶發(fā)送了多少分組、字節(jié)或位進(jìn)行計(jì)數(shù))等。(4)傳輸層

傳輸層(又譯為"傳送層"或"運(yùn)輸層")在下三層通信子網(wǎng)的支持下，為上層提供可靠的端到端(end-to-end)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。此層的主要工作包含以下4項(xiàng)：

編定序號(hào)

當(dāng)要傳送的數(shù)據(jù)很長(zhǎng)時(shí)，便會(huì)在此層切割成多段較短的數(shù)據(jù)，

而每段傳送出去的數(shù)據(jù)，未必能遵循“先傳先到”的原則，有可能“先傳后到”，因此必須為每段數(shù)據(jù)編上序號(hào)，以利接收端收到后能組回原貌。

確定在客戶端的哪個(gè)應(yīng)用程序端口與服務(wù)器端的哪個(gè)應(yīng)用程序端口間傳送數(shù)據(jù)。

控制數(shù)據(jù)流量

如同日常生活中難免遇到塞車一樣，網(wǎng)絡(luò)傳輸也會(huì)遇到堵塞(Congestion)的情況。此時(shí)

傳輸層協(xié)議便負(fù)責(zé)通知發(fā)送端：“這里堵塞了，請(qǐng)暫停傳送數(shù)據(jù)!”等到恢復(fù)通暢后，再告知發(fā)送端繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)。換言之，就像交通指揮員一樣，控制數(shù)據(jù)流(DataFlow)的通暢。

檢測(cè)與錯(cuò)誤處理

這里所用的檢測(cè)方式，可以和數(shù)據(jù)鏈路層相同或不同，兩者完全獨(dú)立。一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，也未必要求對(duì)方重送。例如：TCP協(xié)議會(huì)要求對(duì)方重送，但UDP協(xié)議則不要求對(duì)方重送。(5)會(huì)話層

會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層一起構(gòu)成了參考模型的高層，它們利用傳輸層提供的無(wú)差錯(cuò)傳輸通道，提供面向用戶的服務(wù)。

該層的主要工作是負(fù)責(zé)通訊雙方在正式開(kāi)始傳輸前的溝通，目的在于建立傳輸時(shí)所遵循的規(guī)則，使傳輸更順暢、更有效率。溝通的議題包括：使用全雙工模式或半雙工模式?如何發(fā)起傳輸?如何結(jié)束傳輸?如何設(shè)置傳輸參數(shù)?(6)表示層

表示層除向應(yīng)用層傳遞會(huì)話層提供的服務(wù)外，還要解決在不兼容機(jī)（即數(shù)據(jù)內(nèi)部表示方法不相同的機(jī)器)間傳送任意數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示問(wèn)題，以使系統(tǒng)間傳送的信息能被正確接受和理解。具體地說(shuō)，表示層主要負(fù)責(zé)以下3項(xiàng)工作：

內(nèi)碼轉(zhuǎn)換我們?cè)阪I盤上輸入的仟何數(shù)據(jù)，到了計(jì)算機(jī)內(nèi)部都會(huì)轉(zhuǎn)換為代碼，這種內(nèi)部用的代碼稱為“內(nèi)碼”?，F(xiàn)今絕大多數(shù)的計(jì)算機(jī)都是以ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)碼為內(nèi)碼，可是早期的計(jì)算機(jī)卻可能采用EBCDIC(ExtendedBinaryCodedDecimalInterchangeCode)代碼為內(nèi)碼，于是這臺(tái)汁算機(jī)的“0”就可能變成另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的“9”，如此勢(shì)必天下大亂。遇到這種情況，表示層協(xié)議就可以在傳輸前或接收后，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為接收端所用的內(nèi)碼系統(tǒng)，以免解讀有誤。

壓縮與解壓縮為了提高傳輸效率，傳送端可在傳輸前將數(shù)據(jù)壓縮，而接收端在收到后予以解壓縮，恢復(fù)為原來(lái)的數(shù)據(jù)，這個(gè)壓縮、解壓縮工作可由表示層協(xié)議來(lái)做。但實(shí)際上有些應(yīng)用層的軟件卻能做得又快又好，深受大眾青睞。因此壓縮、解壓縮的工作反而較少由表示層協(xié)議來(lái)做。

加密與解密網(wǎng)絡(luò)安全一直是令人頭疼的問(wèn)題，沒(méi)人敢擔(dān)保在線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不會(huì)被竊取。因此在傳輸敏感數(shù)據(jù)前，應(yīng)該予以加密。如此即使數(shù)據(jù)被截取，也未必能看懂真正的內(nèi)容。從理論上說(shuō)，加密的方法越復(fù)雜，被破解的概率越低，但耗時(shí)也越多，效率會(huì)下降。一種好的表示層協(xié)議，便能在安全與效率之間取得平衡，可靠又快速地執(zhí)行加密任務(wù)。

(7)應(yīng)用層

應(yīng)用層由若干個(gè)應(yīng)用進(jìn)程(應(yīng)用程序)組成。建立計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的目的就是通過(guò)這些應(yīng)用進(jìn)程為用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。常見(jiàn)的應(yīng)用程序包括:

電子郵件（如OutlookExpress）

文件傳輸（如FTP）

遠(yuǎn)程登錄(如Telnet)

WWW服務(wù)器及瀏覽器（如IIS和IE）在實(shí)際操作上，這些功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序甚至涵蓋了會(huì)話層與表示層的功能，因此有人認(rèn)為OSI模型的上