【山外筆記-四級計算機網絡】第1章 網絡技術基礎

（1）面向終端的遠程聯機系統

面向終端的遠程聯機系統是實現了以單個計算機為中心的聯機系統，是一種典型的計算機與數據通信相結合的產物。

1946年世界第一臺電子數字計算機ENIAC在美國誕生。

（2）遠程通信線路組建的廣域網

ARPANET，通常稱為ARPA網，通過有線、無線與衛星通信線路，使網絡覆蓋從美國本土到歐洲的廣闊地域。

（3）局域網

20世紀70年代初，為了實現局部范圍內的多臺計算機共同完成科學計算與資源共享，開始進行局域計算機網絡的研究。

（1）第一階段：20世紀50年代，將獨立發展的計算機技術與通信技術結合。

（2）第二階段：20世紀60年代，美國的ARPANET與分組交換技術開始。

（3）第三階段：20世紀70年代中期，ISO推動OSI參考模型與網絡協議。

（4）第四階段從20世紀90年代開始至今。

這個階段最有挑戰性的是互聯網（Internet）、高速通信網絡、無線網絡與網絡安全技術。

互聯網作為國際性的網際網與大型信息系統，發揮著越來越重要的作用。

寬帶城域網技術為社會信息化提供技術支持。

網絡安全技術為網絡應用提供安全保障。

基于P2P的網絡應用正成為互聯網產業與信息服務業的新增長點。

（1）OSI參考模型

國際標準化組織ISO正式制定了開放系統互聯（Open System Interconnection，OSI）參考模型。

（2）TCP/IP協議

ARPANET所有主機都完成了向TCP/IP協議的轉換。TCP/IP協議成為業內公認的標準。

（3）局域網技術

局域網技術從最初的以太網（Ethernet）、令牌總線（Token Bus）和令牌環（Token Ring）三足鼎立，逐步發展到以太網一枝獨秀的局面。

（4）簡單網絡管理協議SNMP

（1）互聯網高速發展

一些互聯網應用的出現也為互聯網的發展注入活力，這些網絡應用主要包括：

① 基于文本的應用，例如遠程登錄Telnet、電子郵件E-mail、文件傳輸服務FTP、電子公告牌BBS與網絡新聞組Usenet等；

② Web與多種多媒體應用，例如網絡會議、網絡電話、網絡電視，以及電子商務、電子政務、遠程教育、遠程醫療等；

③ 20世紀末開始流行的應用，例如搜索引擎、P2P文件共享、即時通信、博客、播客、網絡游戲、網絡廣告等。

（2）信息高速公路建設

以高速局域網和ATM為代表的高速網絡技術發展迅速。

高速網絡技術發展主要表現在：寬帶綜合業務數據網B—ISDN、異步傳輸模式ATM、高速局域網、交換局域網、虛擬局域網與無線網絡。

（3）基于Web技術的互聯網應用的發展

Web技術的出現，使互聯網從最初主要由計算機專家和大學生使用，變為一種廣泛使用的信息交互工具。

Web服務是最方便與最受用戶歡迎的互聯網服務，廣泛應用于電子商務、遠程教育、遠程醫療與信息服務等領域。

搜索引擎是一種運行在Web上的應用軟件系統，可以接受用戶提出的信息檢索需求，并在有限時間內為用戶提供與需求最相關的信息。

（4）基于P2P技術的網絡應用的發展

對等（Peer-to-Peer，P2P）網絡以“非中心化”方式使更多的用戶同時身兼客戶機與服務器的雙重身份，被評價為“改變互聯網的新一代網絡技術”。

（5）網絡安全技術的發展

計算機網絡必須具有足夠的安全機制，以防止信息被非法竊取、破壞與損失。

（1）信息高速公路建設的高潮

（2）城域網的概念和技術

20世紀80年代后期，人們提出了城域網（Metropolitan Area Network，MAN）的概念，將城域網的業務定位在城市范圍內大量局域網的互聯。

城域網泛指網絡運營商在城市范圍內提供各種信息服務業務的所有網絡。

將傳統意義上的城域網擴展到寬帶城域網，是一個能提供高傳輸速率和保證服務質量的網絡系統。

（3）寬帶城域網帶來的變化主要表現在：

① 傳統的局域網、城域網與廣域網在技術上的界限越來越模糊。

② 傳統的電信通信網技術與計算機網絡技術的界限越來越模糊。

③ 傳統的電信服務業務與互聯網應用的界限越來越模糊。

④ 計算機網絡、電信通信網與廣播電視網的技術與業務界限越來越模糊。

（4）寬帶城域網的組成

寬帶城域網應該包括核心交換網與接入網。

用戶接入網的主要有三類：計算機網絡、電信通信網與廣播電視網。

互聯網用戶接入方式：地面有線通信系統、無線通信和移動通信網、衛星通信網、有限電視網和地面廣播電視網。

三種類型的接入網都在朝著數字技術的方向發展，最終將導致計算機網絡、電信通信網與廣播電視網的“三網融合”。

數字技術可以將各種信息都變成數字信號來處理、存儲與傳輸。

（1）無線局域網WLAN

① 無線局域網（Wireless LAN，WLAN）以微波、激光與紅外線等無線電波作為傳輸介質，部分或全部代替傳統局域網中的同軸電纜、雙絞線與光纖，實現移動網絡中的結點之間的無線通信。

② 無線局域網主要有四個應用領域：傳統局域網的擴充，建筑物之間的互聯，漫游訪問與特殊網絡。

③ 無線局域網使用無線傳輸介質，按傳輸技術可以分為紅外線局域網、擴頻局域網和窄帶微波局域網三類。

（2）無線自組網Ad hoc

① 無線自組網（Ad hoc）是一種自組織、對等式、多跳的無線移動網絡。

② 無線自組網技術的發展趨勢有兩個方向：

向軍事和特定行業發展的無線傳感器網絡；

向民用的接入網領域發展的無線網狀網。

（3）無線傳感器網WSN

無線傳感器網（Wireless Sensor Network，WSN）由部署在監測區域內大量的、廉價的微型傳感器結點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳、自組織的 Ad hoc。

無線傳感器網的目的是協作感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并發送給觀察者。

無線傳感器網的三個要素是傳感器、感知對象和觀察者。

無線傳感器網將Ad hoc技術與傳感器技術相結合，改變人與自然界的交互方式。

無線傳感器的特點主要表現在：

無線傳感器的規模大小與它的應用目的直接相關。

無線傳感器結點自動形成自組織、多跳的無線網絡。

WSN的拓撲結構可能因結點失效或加入結點而動態變化。

（4）無線網狀網 WMN

無線網狀網（Wireless Mesh Network，WMN）是在Ad hoc的基礎上發展起來，并且繼承了WLAN的部分特征。

無線網狀網是一種基于多跳路由、對等結構、高容量的新型網絡結構，具有動態擴展、自組網、自配置、自修復等特征。

無線網狀網作為對WLAN、WiMax技術的補充，成為解決無線接入“最后一公里”問題的新的技術方案。

無線網狀網由無線路由器（Wireless Router，WR）構成骨干網，用于提供大范圍的信號覆蓋與結點連接，普通結點只能通過無線路由器來接入互聯網。

（5）藍牙技術

藍牙技術是無線自組網技術的一種應用，具有自組織能力，可以實現便攜式計算機、打印機、PDA與耳機等便攜式設備的互聯，可以方便地構成個人網絡。

（1）操作系統的概念

操作系統（Operating System，OS）多數是具備網絡功能的操作系統，用于管理網絡通信與共享網絡資源，協調網絡環境中多個網絡結點中的任務，并向用戶提供統一的、有效的網絡接口的軟件集合。

目前，流行的操作系統都屬于基于文件服務的操作系統。

（2）操作系統的發展階段

① 第一階段，對等結構操作系統，所有聯網結點地位平等，聯網結點的資源可以相互共享；

② 第二階段，非對等結構操作系統，由兩個部分構成：服務器端軟件與工作站端軟件；

③ 第三階段，基于文件服務的操作系統，由為兩個部分構成：文件服務器與工作站軟件。

（3）Windows操作系統

Microsoft公司推出的Windows操作系統是一種典型的帶有網絡功能的操作系統，包括不同系列和不同版本的各種Windows操作系統。

（4）Unix操作系統

① Unix 廣泛應用于大型機、中型機、小型機、工作站與微型機上，特別是工作站。

② TCP/IP 作為Unix的核心部分，使Unix與TCP/IP共同得到了普及與發展。

③ Unix 是針對小型機環境開發的操作系統，采用的是集中式、分時、多用戶的系統結構。

（5）Linux操作系統

① Linux操作系統內核代碼效仿Unix，幾乎所有Unix工具與外殼都可以運行在Linux上。

② Linux系統的出發點在于核心程序的開發，而不是對用戶系統的支持，是一個完全免費的操作系統。

③ Linux系統適合作為Internet服務平臺，價格低、源代碼開放、安裝配置簡單。

我國目前仍處于互聯網應用高速發展的階段。

資源共享觀點將計算機網絡定義為以能夠相互共享資源的方式互聯起來的自治計算機系統的集合。

（1）建立計算機網絡的主要目的是實現計算機資源的共享。

（2）互聯的計算機是分布在不同地理位置的多臺獨立的“自治計算機”。

（3）聯網計算機之間的通信必須遵循共同的網絡協議。

（1）局域網（Local Area Network，LAN）

① 局域網用于將有限范圍內的各種計算機、終端與外部設備互聯成網。

從介質訪問控制方法的角度來看，局域網可分為共享介質局域網與交換式局域網；

從傳輸介質類型的角度來看，局域網可分為有線局域網與無線局域網。

② 局域網的技術特點：

局域網覆蓋有限的地理范圍，適用于機關、校園、企業等有限范圍內的計算機、終端與各類信息處理設備聯網的需求；

局域網提供高數據傳輸速率（10Mbps～10Gbps）、低誤碼率的數據傳輸環境；

局域網通常屬于一個單位所有，易于建立、維護與擴展；

局域網可用于個人計算機組網、大規模計算機集群的后端網絡、存儲區域網絡、高速辦公網絡、企業與學校的主干網絡。

（2）城域網（Metropolitan Area Network，MAN）

城市地區網絡通常簡稱為城域網，是介于廣域網與局域網之間的一種高速網絡。

城域網的設計目標是滿足幾十公里范圍內的大量機關、校園、企業的多個局域網的互聯需求，以實現大量用戶之間的數據、語音、圖形與視頻等多種信息傳輸。

（3）廣域網（Wide Area Network，WAN）

廣域網又稱為遠程網，覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里。

廣域網覆蓋一個國家、地區，或橫跨幾個洲，可以形成國際性的遠程計算機網絡。

計算機通過局域網聯入廣域網，局域網與廣域網、廣域網與廣域網的互聯通過路由器實現。

城域網通過路由器與光纖接入作為國家級或區域主干網的廣域網。

多個廣域網互聯形成覆蓋全世界的互聯網網絡。

（4）個人區域網（Personnel Area Network，PAN）

個人區域網覆蓋的地理范圍最小（通常為10 m以內），用于連接計算機、平板電腦、智能手機、打印機等數字終端設備。

個人區域網主要使用無線通信技術實現聯網設備之間的通信，是無線個人區域網。

（1）網絡拓撲的定義

網絡拓撲研究構成大型互聯網的基本單元網絡的結構，通過網絡結點與通信線路之間的幾何關系來表示網絡結構，反映網絡中各個實體之間的結構關系，主要是指通信子網的拓撲構型。

（2）網絡拓撲的分類

① 廣播信道通信子網的拓撲；

② 點對點線路的通信子網的拓撲。

在采用點對點線路的通信子網中，每條物理線路連接兩個結點。

對于采用點對點線路的通信子網，基本拓撲構型包括4種：星型、環型、樹型與網狀型。

（3）點對點線路的通信子網的拓撲

① 星型拓撲

結點通過點對點線路與中心結點連接。

中心結點控制整個網絡的通信，任何兩個結點之間的通信都要通過中心結點。

星型拓撲構型結構簡單，易于實現，便于管理。

中心結點是整個網絡的可靠性瓶頸，中心結點故障會造成整個網絡癱瘓。

② 環型拓撲

在環型拓撲構型中，結點通過點對點線路連接成閉合環路。

環中數據將沿一個方向逐站傳送。

環型拓撲結構簡單，傳輸延時確定，但是環中每條通信線路都會成為網絡可靠性的瓶頸。

環中任何結點出現線路故障，都可能造成網絡癱瘓。

③ 樹型拓撲

在樹型拓撲構型中，結點按層次進行連接，數據主要在上、下層結點之間交換。

相鄰及同層結點之間通常不進行數據交換或數據交換量小。

樹型拓撲可以看成是星型拓撲的一種擴展，適用于匯集數據的應用需求。

④ 網狀拓撲

在網狀拓撲構型中，結點之間的連接是任意的，沒有規律可循。

網狀拓撲構型又稱為無規則型。

網狀拓撲的主要優點是系統可靠性高。

網狀拓撲的結構復雜，必須采用路由選擇與流量控制方法。

目前實際存在與使用的廣域網結構，基本都采用網狀拓撲構型。

（1）數據傳輸速率

① 數據傳輸速率的定義

? 數據傳輸速率是每秒鐘傳輸構成數據的二進制比特數，單位為比特/秒（bit/second），記作bps。

? 對于二進制數據，數據傳輸速率為：S = 1/T

? T 為發送每個比特所需的時間。

? 常用的數據傳輸速率單位有 kbps、Mbps、Gbps、Tbps。

? 1Tbps = 103 Gbps = 106 Mbps = 109 Kbps =1012 bps

② 數據傳輸速率與帶寬

? “帶寬”表示信道的數據傳輸速率。

? 奈奎斯特準則（Nyquist）

奈奎斯特準則是具有理想低通矩形特性的信道在無噪聲情況下的最高速率與帶寬關系的公式。

對于二進制數據信號的最大數據傳輸速率Rmax與通信信道帶寬B（B=f，單位Hz）的關系：Rmax = 2 * f

? 香農（Shannon）定律

在有隨機熱噪聲的信道上傳輸數據信號時，數據傳輸速率Rmax與信道帶寬B、信號與噪聲功率比S/N關系為：Rmax = B * log2(1+S/N)

Rmax單位為bps，帶寬B單位為Hz，S/N是信號與噪聲功率比（簡稱信噪比）。

（2）誤碼率的定義

① 誤碼率是指二進制碼元在數據傳輸系統中被傳錯的概率，在數值上近似等于：Pe = Ne/N ，其中，N為傳輸的二進制碼元總數，Ne為被傳錯的碼元數。

② 誤碼率是衡量數據傳輸系統在正常工作狀態下的傳輸可靠性的參數。

③ 在數據傳輸速率確定后，誤碼率越低，傳輸系統設備越復雜、造價越高。

④ 對于實際的數據傳輸系統，如果傳輸的不是二進制碼元，需要折合成二進制碼元來計算。

⑤ 由于差錯的出現具有隨機性，被測量的傳輸二進制碼元數越大，才會越接近于真正的誤碼率。

（1）線路交換（Circuit Exchanging）方式：兩臺計算機通過在通信子網中建立一條實際的物理線路連接來進行數據交換。

（2）線路交換的通信過程

① 線路建立階段：如果主機A要向主機B傳輸數據，需要在主機A與主機B之間建立一條線路連接。

? 首先，主機A向通信子網中的交換機A發送“呼叫請求包”，其中含有建立線路連接的源主機地址與目的主機地址。

? 結點A根據路由選擇算法進行路徑選擇，如果選擇下一個交換機為B，則向交換機B發送“呼叫請求包”。

? 當交換機B接到呼叫請求后，根據路由選擇算法進行路徑選擇，如果選擇下一個交換機為C，則向交換機C發送“呼叫請求包”。

? 當交換機C接到呼叫請求后，根據路由選擇算法進行路徑選擇，如果選擇下一個交換機為D，則向交換機D發送“呼叫請求包”。

? 當交換機D接到呼叫請求后，向直接連接的主機B發送“呼叫請求包”。

? 如果主機B接受主機A的呼叫連接請求，則通過已建立的物理線路連接（交換機D、C、B、A）向主機A發送“呼叫應答包”。

? 至此，從主機A經過交換機A、B、C、D到主機B的一條專用的物理線路連接建立，該連接只用于主機A與主機B之間的數據交換。

② 數據傳輸階段：當主機A與主機B通過通信子網的物理線路連接建立后，主機A與主機B就可以通過該連接來實時、雙向地交換數據。

③ 線路釋放階段：在數據傳輸完成后，就要進入線路釋放階段。

? 主機A向主機B發出“釋放請求包”。

? 主機B同意結束傳輸和釋放線路后，則向交換機D發送“釋放應答包”，按交換機C、B、A的順序依次釋放物理連接，最后主機A釋放物理連接。

? 至此，本次通信結束。

（3）線路交換方式的優缺點

① 線路交換方式的優點：通信的實時性強，適用于交互式會話類通信。

② 線路交換方式的缺點：不適應突發性通信，系統效率低；不具備存儲數據能力，不能平滑通信量；不具備差錯控制能力，無法發現與糾正傳輸中的差錯。

（1）存儲轉發交換方式（Store．And-Forward Exchanging）

存儲轉發交換方式可以分為報文交換（Message Exchanging）與報文分組交換（Packet Exchanging）兩類。

（2）存儲轉發交換方式的通信過程

傳輸前不需要在源主機與目的主機之間預先建立“線路連接”。

源主機發送數據中包含目的地址、源地址與控制信息，按照一定格式組成一個數據單元（報文或報文分組），并進入通信子網；

通信子網中的結點是通信控制處理機，負責完成數據單元的接收、差錯校驗、存儲、路由選擇和轉發功能。

傳輸的數據單元相應分為兩類：報文（Message）與報文分組（Packet）。

報文：如果在發送數據時不限制數據長度，只當作一個邏輯單元，則可以在數據中加上目的地址、源地址與控制信息，并按照一定格式打包后組成一個報文。

報文分組：如果限制數據的最大長度，源結點需要將一個長報文分為多個分組，由目的結點將多個分組按順序重新組織成報文。報文分組通常也被稱為分組。

（3）分組交換

① 分組交換成是當前計算機網絡中的基本交換技術。

② 通信子網中的路由器可以存儲分組，多個分組可以共享通信信道，線路的利用率高。

③ 路由器具有路由選擇功能，可以動態選擇分組通過通信子網的最佳路徑，也可以平滑通信量，因此可以提高系統效率。

④ 分組在通過通信子網中的每個路由器時，都需要進行差錯檢查與糾錯處理，可以提高系統可靠性。

⑤ 路由器可以對不同通信速率的線路進行速率轉換，也可以對不同的數據代碼格式進行變換。

分組交換技術可以分為兩類：數據報（Datagram，DG）與虛電路（Virtual Circuit，VC）。

（1）數據報方式

① 數據報是報文分組存儲轉發的一種形式。

? 在數據報方式中，分組傳輸前不需要在源主機與目的主機之間預先建立“線路連接”。

? 源主機發送的每個分組都可以獨立選擇一條傳輸路徑。

? 每個分組在通信子網中可能通過不同路徑到達目的主機。

② 數據報方式的工作過程

? 源主機（主機A）將報文分成多個分組，依次發送到直接相連的通信控制處理機A（即結點A）。

? 當結點A每次接收到一個分組時，都要對該分組進行差錯檢測，以保證主機A與結點A之間的數據傳輸正確；

? 結點A接收到分組以后，需要為每個分組進行路由選擇，不同分組通過子網的路徑可能是不同的。

? 當結點A向結點C發送分組p1時，結點C要對p1進行差錯檢測。如果p1傳輸正確，結點C向結點A發送確認信息ACK；結點A接收到結點C的ACK信息后，確認p1已經正確傳輸，這時節點A可以廢棄p1的副本。

? 分組p1通過通信子網中多個結點的存儲轉發，最終正確到達目的結點（主機B）。

③ 數據報方式的特點：

? 同一報文的不同分組可以經過不同的傳輸路徑通過通信子網。

? 同一報文的不同分組到達目的的結點時可能出現亂序、重復與丟失現象。

?每個分組在傳輸過程中都必須帶有目的地址與源地址。

? 數據報方式的傳輸延遲較大，適用于突發性通信、不適用于長報文、會話式通信。

（2）虛電路方式

① 虛電路方式在發送分組之前，發送方和接收方需要建立一條邏輯連接的虛電路。

② 虛電路方式的工作過程

? 虛電路建立階段：

源結點（結點A）使用路由選擇算法確定下一個結點（結點B），然后向結點B發送“呼叫請求分組”；

同時結點B也使用路由選擇算法確定下一個結點。

以此類推，“呼叫請求分組”經過一條路徑（A、B、C、D）結點（結點D）向結點A發送“呼叫接收分組”。

至此虛電路建立。

? 數據傳輸階段：通過已建立的虛電路以存儲轉發方式順序傳輸分組。

? 虛電路拆除階段：在數據傳輸結束之后，進入虛電路拆除階段，按照D、C、B、A的順序依次拆除虛電路。

③ 虛電路方式的特點：

在每次傳輸分組之前，在源結點與目的結點之間建立一條邏輯連接，而不是需要去建立一條真實的物理鏈路。

一次通信的所有分組都通過虛電路順序傳輸，分組中不必攜帶目的地址、源地址等信息。

分組到達目的結點時不會出現亂序、重復與丟失現象。

在分組通過虛電路上的每個結點時，結點只需要進行差錯檢測，而不需要進行路由選擇。

通信子網中的每個結點可以與任何結點建立多條虛電路連接。

④ 虛電路方式與線路交換方式的區別：

虛電路是在傳輸分組之前建立的邏輯連接，稱為“虛電路”，這種電路不是專用的。

每個結點可以同時與多個結點之間建立虛電路，每條虛電路支持這兩個結點之間的數據傳輸。

（1）網絡協議（Protoco1）

網絡協議是計算機網絡為了在結點之間進行網絡數據交換而制定的規則、約定與標準。

網絡協議由3個要素組成：

語法：用戶數據與控制信息的結構和格式。

語義：需要發送何種控制信息，以及完成的動作與所作的響應。

時序：對事件實現順序的詳細說明。

（2）網絡體系結構（Network Architecture）

網絡體系結構是網絡層次結構模型和各層協議的集合，是對計算機網絡功能的精確定義。

網絡體系結構是抽象的，網絡實現是具體的，包括能運行的一些硬件和軟件。

計算機網絡體系結構采用層次結構的好處：

各層之間相互獨立。高層并不需要知道低層如何實現，只需知道該層通過接口提供的服務。

靈活性好。當任何一層發生變化時，只要該層的接口保持不變，則該層以上或以下各層均不受影響。當不需要某層提供的服務時，甚至可以取消該層。

各層都可以采用最合適的技術來實現，各層實現技術的改變不影響其他層。

易于實現和維護。整個系統已被分解為若干個易于處理的部分，容易實現和維護。

有利于促進標準化。由于每層的功能和所提供的服務都已有精確的說明。

（1）OSI參考模型的基本概念

ISO制定了開放系統互聯（OSI）參考模型，作為國際認可的標準模型。

OSI參考模型詳細規定了每層的功能，以實現開放系統環境中的互聯性（interconnection）、互操作性（interoperation）和應用的可移植性（portability）。

OSI參考模型采用三級抽象：體系結構（Architecture）、服務定義（Service Definition）和協議說明（Protocol Specification）。

OSI體系結構定義了開放系統的層次結構、層次之間的相互關系，以及各層所包括的可能的服務。

OSI服務定義詳細說明了各層提供的服務。

某層的服務就是該層及以下各層的一種能力，通過接口提供給更高一層。

各層提供的服務與這些服務如何實現無關。

各種服務定義還定義了各層之間的接口和各層使用的原語，但是不涉及接口是怎樣實現的。

OSI協議說明精確定義了控制信息的發送，以及控制信息的解釋過程。協議說明具有最嚴格的約束。

OSI參考模型并沒有提供一個可以實現的方法，只是描述了一些概念，用來協調進程之間通信標準的制定。

（2）ISO劃分整個通信功能的基本原則

① 網絡中的各個結點都具有相同的層次。

② 不同結點的同等層都具有相同的功能。

③ 同一結點內部的相鄰層之間通過接口來通信。

④ 每層使用其下層提供的服務，并向其上層提供服務。

⑤ 不同結點的同等層根據協議來實現對等層之間的通信。

（3）OSI參考模型中的各層的主要功能：

① 物理層（Physical Layer）

物理層位于OSI參考模型的最低層。

物理層的主要功能是利用物理傳輸介質，為數據鏈路層提供物理連接，以便透明地傳輸比特流。

② 數據鏈路層（Data Link Layer）

在物理層提供的比特流傳輸服務的基礎上，在通信的實體之間建立數據鏈路連接。

在數據鏈路上傳輸以幀作為單位的數據，采用差錯控制與流量控制方法，將有差錯的物理線路變成無差錯的數據鏈路。

③ 網絡層（Network Layer）

網絡層通過路由選擇算法為分組通過通信子網選擇最適當的路徑。

網絡層需要實現路由選擇、擁塞控制與網絡互聯等功能。

④ 傳輸層（Transport Layer）

傳輸層的主要任務是向用戶提供可靠的端到端（End-to-End）服務，以便透明地傳輸報文。

傳輸層向高層屏蔽低層的數據通信細節，是網絡體系結構中的關鍵層之一。

⑤ 會話層（Session Layer）：主要用于組織兩個會話進程之間的通信，并且對數據交換進行管理。

⑥ 表示層（Presentation Layer）

表示層處理在不同通信系統中交換的信息的表示方式，包括數據格式變換、數據加密與解密、數據壓縮與恢復等功能。

⑦ 應用層（Application Layer）

應用層是OSI參考模型的最高層。

應用層提供應用進程所需的信息交換和遠程操作，以及通過代理（Agent）完成一些信息交換所需的功能。

（1）TCP/IP參考模型與協議的發展

① TCP/IP協議是目前最流行的商業化協議，并被公認為工業標準或“事實上的標準”。

② 在TCP/IP協議出現之后，才出現了TCP/IP參考模型，也先于OSI參考模型出現。

③ TCP/IP協議具有以下幾個特點：

開放的協議標準，可以免費使用，并且獨立于特定的計算機硬件與操作系統。

獨立于特定的網絡硬件，可以運行在局域網、廣域網，更適合在互聯網中使用。

統一的網絡地址分配方案，使每個TCP/IP設備在網絡中都具有唯一的地址。

標準化的高層協議，可以提供多種可靠的用戶服務。

（2）TCP/IP參考模型與層次結構

① 層次結構模型包括兩方面：一是層次結構的定義，二是各層功能的描述。

② TCP/IP參考模型可以分為4個層次：應用層、傳輸層、互聯層與主機-網絡層。

應用層（Application Layer）與OSI模型的應用層對應。

傳輸層（Transport Layer）與OSI模型的傳輸層對應。

互聯層（Internet Layer）與OSI模型的網絡層對應，負責將源主機生成的分組發送到目的主機。

主機-網絡層（Host-to-Network Layer）與OSI模型的數據鏈路層及物理層對應。

在TCP/IP參考模型中，OSI模型的表示層、會話層沒有對應的層次。

③ 互聯層的功能：

處理來自傳輸層的分組發送請求。在接收到分組發送請求之后，將分組裝入IP數據報并填充報頭，然后將數據報發送到相應的網絡輸出接口。

處理接收到的數據報。在接收到來自其他主機的數據報之后，檢查數據報的目的地址，如果需要轉發，則為數據報選擇發送路徑并執行轉發；如果目的地址為本結點的IP地址，則拆除報頭并將分組交給傳輸層處理。

處理互聯的路徑、流量與擁塞控制問題。

④ 傳輸層協議

傳輸控制協議（Transport Control Protocol，TCP）

TCP協議是一種可靠的面向連接的協議。

TCP協議能將一臺主機的字節流（Byte Stream）無差錯地傳輸到目的主機。

TCP協議將應用層的字節流分成多個字節段（Byte Segment），然后將每個字節段依次交給互聯層，以發送到目的主機。

當互聯層將接收到的字節段交給傳輸層時，傳輸層將多個字節段還原成字節流，以交給應用層。

TCP協議還要完成流量控制功能，協調收發雙方的發送與接收速度，以達到正確傳輸的目的。

用戶數據報協議（User Datagram Protocol，UDP）

UDP協議是一種不可靠的無連接協議。

UDP協議常用于不要求分組順序到達的應用，分組傳輸順序檢查與排序由應用層來完成。

⑤ TCP/IP的應用層協議主要包括：

網絡終端協議Telnet：用于互聯網中的遠程登錄功能。

文件傳輸協議FTP：用于互聯網中的交互式文件傳輸功能。

電子郵件協議SMTP：用于互聯網中的電子郵件發送功能。

域名服務系統DNS：用于網絡設備的名字到IP地址的映射。

路由信息協議RIP：用于在路由設備之間交換路由信息。

網絡文件系統NFS：用于互聯網中的不同主機的文件共享。

超文本傳輸協議HTTP：用于互聯網中的Web服務。

（1）相同點：OSI參考模型與TCP/IP參考模型都采用層次結構的概念，在傳輸層中定義了相似的功能。

（2）OSI參考模型與協議其自身的缺陷：

① 會話層在大多數的應用中很少使用，表示層幾乎是空的；

② 在數據鏈路層與網絡層中有很多子層插入，每個子層都有不同的功能；

③ 將“服務”與“協議”的定義相結合，使得該參考模型變得格外復雜，實現起來非常困難；

④ 尋址、流量控制與差錯控制在每層中重復出現，降低系統效率；

⑤ 關于數據安全性、加密與網絡管理等方面的問題在OSI參考模型的設計初期被忽略；

⑥ 很多“原語”在軟件的一些高級語言中實現起來容易，但是嚴格按照層次模型編程的軟件效率低。

（3）TCP/IP參考模型與協議也有自身的缺陷：

① 在服務、接口與協議的區別上不清楚。

② 主機—網絡層本身并不是實際的一層，TCP/IP定義了網絡層與數據鏈路層的接口，而物理層與數據鏈路層的劃分是必要和合理的，TCP/IP參考模型卻沒有做到這點。

（1）Web服務器是運行Web服務器軟件（例如Microsoft IIS或Apache Server）的計算機。

（2）Web服務中的信息以頁面（Page）的形式來表示。

（3）Web頁面由各種文件組成，這些文件包含如何顯示信息的說明，以及用戶可以看到的最終結果。

搜索引擎作為運行在Web上的應用軟件系統，已經成為繼電子郵件之后的第二大Web應用。

（1）播客（Podcast）是基于互聯網的數字廣播技術之一，繼承了傳統廣播的大眾性，同時增加了收聽節目的靈活性、聽眾選擇節目與參與節目的主動性、互動性。

（2）播客可的分類：根據節目類型

① 傳統廣播節目的播客：播客節目的內容是經過編輯的電視節目播客版本，增加一些符合播客格式的特制內容。

② 專業播客提供商：專業播客提供商作為信息服務業的新業態出現。

③ 個人播客：使用麥克風、視頻頭與計算機將自己的生活感悟記錄下來，作為個人音頻版的日記傳輸到播客共享空間與網友共享。

（3）播客技術帶來的變化

② 播客技術改變傳統廣播的聽眾被動收聽的方式，使聽眾成為主動的參與者。播客聽眾可以自己選定節目內容，增強聽眾的主動性與互動性。

③ 播客技術改變傳統廣播的定時播出方式，播客聽眾可在任何時間通過網絡選擇自己感興趣的節目。在傳統的廣播方式中，如果錯過播音時間，就聽不到某個節目。

④ 播客技術使傳統廣播從廣播電臺的單一模式，變成個人也可以制作節目的局面。

（1）博客的定義

① 博客（Blog）又稱為網絡日志（Weblog），是互聯網上以文章形式的信息發表和共享。

② 博客在技術上屬于網絡共享空間，在形式上屬于個人互聯網出版類的應用，是人們在互聯網上思想交流的一種新方式。

③ 博客服務網站為博客的使用者開辟一個共享空間，用戶可以使用文字、圖片、視頻或鏈接等，建立自己的個性化的信息共享空間。

（2）博客的分類：根據使用者和內容的不同

① 個人博客：以個人的記事、表達、交流為主的博客，記錄了個人真實生活日記，以及對某些問題的認識與感悟。

② 博客社區：

由共同關心某類問題的人或團體組成的博客社區。

以學術專題討論為主形成的博客社區。

以新聞時事的發表、轉載與評論為主的博客社區。

（1）傳統的數字電視是通過有線電視網傳輸，只能提供廣播方式的服務，而不能提供點播方式的服務。

（2）網絡電視（IPTV）是通過寬帶IP網絡傳輸，可以實現與用戶的互動點播，同時也可以方便地將傳統的電視服務與Web、E-mail和其他互聯網服務功能相結合。

（1）P2P技術網絡

① P2P網絡中計算機同時身兼服務提供者與使用者的雙重身份。

② 在P2P網絡環境中，成千上萬臺彼此連接的計算機之間都處于一種對等的地位，每臺計算機既可以作為網絡服務的使用者，也可以向其他提出服務請求的客戶機提供資源和服務。

（2）P2P網絡的特點

① P2P網絡是以擴大互聯網資源的共享范圍與深度，使信息共享達到最大化為目的而設計的一種“非集中式”的網絡結點之間的結構。

在P2P網絡中，所有結點既可以作為客戶機，又可以作為服務器。

結點之間在共享網絡資源與服務上的地位是平等的。

② P2P網絡是不依賴于互聯網的DNS，能夠適應網絡拓撲的態變化，具有獨立路由尋址能力的自治系統。

③ P2P網絡的“非集中式”共享網絡資源與服務，與已有的“集中式”共享網絡資源的結構是共存與互補的。

（3）典型的P2P應用

① P2P網絡應用大致可以分為：文件共享類、多媒體傳輸類、即時通信類、數據存儲類、協同工作類、P2P搜索類、P2P分布式計算類應用。

② 在P2P網絡中實現分布式數據存儲是當前的研究熱點。

1.《全國計算機考試四級教程：計算機網絡》2020版，高等教育出版社

2.《2016年9月全國計算機等級考試《四級計算機網絡》復習全書》圣才學習網，iReader

3.《2016年9月全國計算機等級考試《網絡工程師（四級）》復習全書》圣才學習網，iReader

TCP/IP 網絡

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