什么是通信網(wǎng)絡

我們周圍無時無刻不存在一張網(wǎng)，如電話網(wǎng)、電報網(wǎng)、電視網(wǎng)、計算機網(wǎng)絡等；即使我們身體內(nèi)部也存在許許多多的網(wǎng)絡系統(tǒng)，如神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等。最為典型的代表即計算機網(wǎng)絡，它是計算機技術與通信技術兩個領域的結合。

計算機網(wǎng)絡的演進

60 基于主機架構的低速串行鏈路，X.25和IBM的SNA

計算機網(wǎng)絡的主要特性

• 資源共享

• 信息傳輸與集中處理

• 負載均衡與分布處理

• 綜合信息服務

局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)定義

LAN（Local Area Network）

通常指幾千米以內(nèi)的，可以通過某種介質(zhì)互聯(lián)的計算機、打印機、modem或其他設備的集合

MAN（Metropolitan Area Network）MAN覆蓋范圍為中等規(guī)模，介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間，通常是在一個城市內(nèi)的網(wǎng)絡連接（距離為10KM左右）WAN（Wide Area Network）分布距離遠，它通過各種類型的串行連接以便在更大的地理區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)接入

常見網(wǎng)絡拓撲結構

弱電產(chǎn)品精選，，，網(wǎng)絡工程視頻教程30講小程序

電路交換和分組交換

電路交換：基于電話網(wǎng)的電路交換

• 優(yōu)點：延遲小、透明傳輸

• 缺點：帶寬固定，網(wǎng)絡資源利用率低，初始連接建立慢

分組交換：以分組為單位存儲轉發(fā)

• 優(yōu)點：多路復用，網(wǎng)絡資源利用率高

• 缺點：延遲大，實時性差，設備功能復雜

分組交換的單位，信元，二層幀。

計算機網(wǎng)絡的性能標準

帶寬（bandwidth）

描述在一定時間范圍內(nèi)能夠從一個節(jié)點傳送到另一個節(jié)點的數(shù)據(jù)量，通常以bps為單位，例如以太網(wǎng)帶寬為10Mbps，快速以太網(wǎng)為100Mbps

延遲（delay）

描述網(wǎng)絡上數(shù)據(jù)從一個節(jié)點傳送到另一個節(jié)點所經(jīng)歷的時間

協(xié)議、標準

網(wǎng)絡協(xié)議（protocol）是什么？

• 網(wǎng)絡協(xié)議是為了使網(wǎng)絡中的不同設備能進行數(shù)據(jù)通信而預先制定的一套通信雙方相互了解和共同遵守的格式和約定。

• 網(wǎng)絡協(xié)議是一系列規(guī)則和約定的規(guī)范性描述，定義了網(wǎng)絡設備之間如何進行信息交換。

數(shù)據(jù)通信標準分為兩類：事實的和法定的

• 事實標準：未經(jīng)組織團體承認但已在應用中被廣泛使用和接受的就是事實標準（de facto standard）

• 法定標準：由官方認可的團體制定的標準稱為法定標準（de jure standard）

標準化組織

• 國際標準化組織（ISO）

• 電子電器工程師協(xié)會（IEEE）

• 美國國家標準局（ANSI）

• 電子工業(yè)協(xié)會（EIA / TIA）

• 國際電信聯(lián)盟（ITU）

• INTERNET工程任務委員會（IETF）

• 研究任務委員會IRTF ? ?

• 號碼分配委員會IANA

OSI參考模型

OSI RM：開放系統(tǒng)互連參考模

OSI參考模型具有以下優(yōu)點

• 簡化了相關的網(wǎng)絡操作

• 提供設備間的兼容性和標準接口

• 促進標準化工作

• 結構上可以分隔

• 易于實現(xiàn)和維護

第一層到第三層成為底層（Lower Layer），又叫介質(zhì)層（media ），底層負責數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中的傳送，網(wǎng)絡互連設備往往位于下三層，以硬件和軟件相結合的方式來實現(xiàn)。OSI參考模型的第五層到第七層成為高層（Upper Layer），又叫主機層（Host Layer），高層用于保障數(shù)據(jù)的正確傳輸，以軟件方式來實現(xiàn)。OSI參考模型層次結構，OSI參考模型自下而上分為七層：

TCP/IP協(xié)議棧概述

TCP/IP起源于60年代末美國政府資助的一個分組交換網(wǎng)絡研究項目，到90年代已發(fā)展成為計算機之間最常用的組網(wǎng)形式。TCP/IP是一個真正的開放系統(tǒng)，因為其協(xié)議簇的定義及其多種實現(xiàn)可以免費或花費很少就可以公開地得到。TCP/IP是“全球互聯(lián)網(wǎng)”或“因特網(wǎng)”Internet的基礎。

與OSI參考模型一樣，TCP/IP對等模型也分為不同的層次，每一層負責不同的通信功能。五層對等模型是OSI和TCP/IP模型的綜合。

TCP/IP協(xié)議棧

IP協(xié)議是盡力傳輸?shù)木W(wǎng)絡協(xié)議，其提供的數(shù)據(jù)傳送服務是不可靠的、無連接的。IP協(xié)議不關心數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，不能保證數(shù)據(jù)包是否成功到達目的地，也不關心任何關于前后數(shù)據(jù)包的狀態(tài)信息。面向連接的的可靠服務由上層的TCP協(xié)議實現(xiàn)。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP等數(shù)據(jù)都最終封裝在IP報文中傳輸。

物理層功能

物理層主要是：規(guī)定介質(zhì)類型、接口類型、信令類型 ；規(guī)范在終端系統(tǒng)之間激活、維護和關閉物理鏈路的電氣、機械、流程和功能等方面的要求；規(guī)范電平、數(shù)據(jù)速率、最大傳輸距離和物理接頭等特征；同步串口可作為DCE 或者DTE，支持多種物理層協(xié)議：V.24/V.35/X.21 等協(xié)議，異步串口支持RS232 協(xié)議，最大速率為115.2kbit/s。G.703 E1/T1接口類型。

物理層介質(zhì)和物理層設備

物理層介質(zhì)：同軸電纜、雙絞線、光纖、無線電波；物理層設備：中繼器、集線器；

數(shù)據(jù)鏈路層功能

MAC Sub-layer：Media Access Control Sub-Layer 介質(zhì)訪問控制子層指定數(shù)據(jù)如何通過物理線路進行傳輸，并與物理層通信LLC Sub-layer：Logic Link Control Sub-layer邏輯鏈路控制子層識別協(xié)議類型并對數(shù)據(jù)進行封裝通過網(wǎng)絡進行傳輸

數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

數(shù)據(jù)鏈路層局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)協(xié)議

數(shù)據(jù)鏈路層設備：以太網(wǎng)交換機

網(wǎng)絡層功能與設備

功能 ：在不同的網(wǎng)絡之間轉發(fā)數(shù)據(jù)包設備：路由器、三層交換機

網(wǎng)絡層的任務就是要選擇合適的路徑并轉發(fā)數(shù)據(jù)包，使數(shù)據(jù)包能夠正確無誤的從發(fā)送方傳遞到接收方。網(wǎng)絡層的主要功能包括：

• 編址：網(wǎng)絡層為每個節(jié)點分配標識，這就是網(wǎng)絡的地址（address）。地址分配也為從源到目的的路徑選擇提供了基礎。

• 路由選擇：網(wǎng)絡層的一個關鍵作用是要確定從源到目的的數(shù)據(jù)傳遞應該如何選擇路由，網(wǎng)絡層設備在計算路由之后，按照路由信息對數(shù)據(jù)包進行轉發(fā)。執(zhí)行網(wǎng)絡層路由選擇的設備成為路由器（router）。

• 擁塞管理：如果網(wǎng)絡同時傳送過多的數(shù)據(jù)包，可能會產(chǎn)生擁塞，導致數(shù)據(jù)丟失或延遲，網(wǎng)絡層也負責對網(wǎng)絡上的擁塞進行控制。

• 異種網(wǎng)絡互聯(lián)：通信鏈路和介質(zhì)類型是多種多樣的，每種鏈路都有其特殊的通信規(guī)定，網(wǎng)絡層必須能夠工作在多種多樣的鏈路和介質(zhì)類型上，以便能夠跨越多個網(wǎng)段提供通信服務。

網(wǎng)絡層處于傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，他它負責向傳輸層提供服務，同時負責將網(wǎng)絡地址翻譯成對應的物理地址。網(wǎng)絡層協(xié)議還能協(xié)調(diào)發(fā)送、傳輸及接收設備的處理能力的不平衡性，如網(wǎng)絡層可以對數(shù)據(jù)進行分段和重組，以使得數(shù)據(jù)包的長度能夠滿足該鏈路的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議所支持的最大數(shù)據(jù)幀長度。

網(wǎng)絡層協(xié)議

當某一網(wǎng)絡的主機應用程序需要發(fā)送報文到位于另一個網(wǎng)絡的目的地時，與該主機在同一網(wǎng)絡上的路由器的一個接口會接收到數(shù)據(jù)幀，路由器的鏈路層檢查該幀，確定被攜帶的網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)類型，去掉鏈路層幀頭，并將網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)送往相應的網(wǎng)絡層進行處理；網(wǎng)絡層檢查報文頭以決定目的地址所在網(wǎng)段，然后通過查找路由表以獲取相應輸出接口；輸出接口的鏈路層為該報文加上鏈路層幀頭，封裝成數(shù)據(jù)幀并發(fā)送到下一跳；每一個報文的轉發(fā)都要進行這一過程。在到達目的主機所在網(wǎng)絡時，報文被封裝成目地網(wǎng)絡的鏈路層數(shù)據(jù)幀，發(fā)送給相應的目的主機。目的主機接收到該報文后，經(jīng)過鏈路層、網(wǎng)絡層的處理，去掉鏈路層幀頭、網(wǎng)絡層報文頭后，送給相應的協(xié)議。路由器能支持多個相互獨立的路由協(xié)議（例如IP RIP、OSPF、IPX RIP等），能為不同的網(wǎng)絡協(xié)議棧（如 TCP/IP、IPX）相對應的路由協(xié)議維護各自的路由表。路由器的這種能力允許路由器能同時支持多種網(wǎng)絡層協(xié)議，進行報文的轉發(fā)。

傳輸層功能

最終目標是向用戶（一般指應用層的進程）提供有效、可靠的服務。傳輸層主要定義了主機應用程序間端到端的連通性，它一般包含四項基本功能。

• 分段上層數(shù)據(jù)

• 建立端到端連接

• 將數(shù)據(jù)從一端主機傳送到另一端主機

• 保證數(shù)據(jù)按序、可靠、正確傳輸

傳輸層位于OSI參考模型第四層，最終目標是向用戶— 一般指應用層的進程，提供有效、可靠的服務。傳輸層主要定義了主機應用程序間端到端的連通性，它一般包含四項基本功能：

1. 將應用層發(fā)往網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)分段或?qū)⒕W(wǎng)絡層發(fā)往應用層的數(shù)據(jù)段合并。

2. 建立端到端的連接，主要是建立邏輯連接以傳送數(shù)據(jù)流。

1. 將數(shù)據(jù)段從一臺主機發(fā)往另一臺主機。在傳送過程中通過計算校驗和以及通過流控制的方式保證數(shù)據(jù)的正確性，流控制可以避免緩沖區(qū)溢出。

2. 部分傳輸層協(xié)議保證數(shù)據(jù)傳送正確性。主要是在數(shù)據(jù)傳送過程中確保同一數(shù)據(jù)既不多次傳送也不丟失。同時還要保證數(shù)據(jù)包的接收順序與發(fā)送順序一致。

傳輸層協(xié)議主要有TCP/IP協(xié)議棧的TCP協(xié)議和UDP協(xié)議，IPX/SPX協(xié)議棧的SPX協(xié)議等。其中，TCP協(xié)議和SPX協(xié)議為應用程序提供可靠的、面向連接的服務；UDP協(xié)議提供不可靠的、無連接的服務。

傳輸層主要協(xié)議對比

應用層功能

應用層的主要功能

1. 為用戶提供接口、處理特定的應用

2. 數(shù)據(jù)加密、解密、壓縮、解壓縮

1. 定義數(shù)據(jù)表示的標準