第二章计算机网络的基本概念文档格式.docx
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3.一系列的通信协议和相关的网络软件系统。
通信协议是为了确保计算机之间能进行互连并尽可能少的发生信息交换错误而只动的一组规则或标准，实现通信协议的软件（及硬件）是计算机网络不可缺少的组成部分。
在计算机网络系统中，每个用户都可享用系统中的各种资源，因此，系统必须能按用户的请求为用户提供相应的服务，对所涉及的信息数据进行控制和管理。
网络中的这些服务、控制和管理工作都是由网络软件系统完成的。
由于网络系统结构和网络硬件的多样化和复杂化，使网络软件系统所面临的问题也多而复杂，涉及的范围广而内容丰富。
网络软件呈现具有多样化、难于标准化等特点。
网络软件系统的这些特点决定了它的基本结构。
网络软件系统也可看成是一种层次结构。
但由于用户对网络软件的性能要求越来越高，网络软件系统也就越来越复杂，各类网络软件之间的联系也越来越密切，有更多的交叉和渗透。
所以，各类软件系统之间的成次关系也就越来越不明显了，对许多网络软件来说，很难把它们划分为哪一个确定的层次上。
计算机网络软件系统大致可分为5类：
网络操作系统、网络协议软件、网络管理软件、网络通信软件和网络应用软件。
⑴网络操作系统
网络操作系统是为计算机网络配置的操作系统，它是网络软件系统的基础，与网络的硬件结构相联系。
网络中各计算机都有自己的操作系统，而网络操作系统可把它们有机的联系起来。
网络操作系统除了具有常规操作系统所具有的功能外，还具有网络通信管理功能、网络范围内的资源管理功能和网络服务功能等。
有的网络操作系统是在计算机单机操作系统基础上建立起来的，有的网络操作系统把单机操作系统和网络功能结合起来，例如windows95/98，既可做单机操作系统，又可用于建立对等网络。
现在常用的网络操作系统有UNIX、Netware、WindowsNT、Windows2000等。
（2）网络协议软件
网络协议软件是计算机网络中通信各部分之间所必须遵守的规则的集合，它定义了通信各部分交换信息的顺序、格式和词汇。
网络协议软件是网络软件系统中最重要、最核心的部分。
计算机网络体系结构都是由协议决定的，而网络管理软件、网络通信软件以及网络应用软件等都要通过网络协议软件才能发生作用。
网络协议软件的种类很多，不同协议结构的网络系统都有支持自身系统的协议软件，体系结构中不同层次上又有不同的协议软件。
典型的网络协议软件有：
TCP/IP、IPX/SPX、IEEE802标准协议系列、X.25协议等。
（3）网络管理软件
网络管理软件提供性能管理、配置管理、故障管理、计费管理、安全管理和网络运行状态监视与统计等功能。
常用的网络管理软件种类很多，功能各异，在不同类型、不同结构的网络中，可选择相应的网络管理软件。
（4）网络通信软件
网络通信可使用户在不必了解通信控制规程的情况下，能很容易的控制自己的应用程序与多个站点进行通信，并对大量的通信数据进行加工和处理。
目前，主要的通信软件都能很方便与主机连接，并具有完善的传真功能、文件传输功能和自动生成原稿功能等。
（5）网络应用软件
网络应用软件是在网络环境下，直接面向用户的软件。
计算机网络通过网络应用软件为用户提供信息资源的传输和资源共享服务。
应用软件可分为两类：
一类是由网络软件厂商开发的通用应用工具，像电子邮件、Web服务器以及相应的浏览和搜索工具等；
另一类是基于不同的用户业务的软件，如网络上的金融业务、电信业务管理、交通控制和管理、数据库以及办公自动化软件。
随着网络技术的发展，如今的各种应用软件都考虑到在网络环境下的应用问题。
2.1.2计算机网络的功能
虽然各种特定的计算机网络可以有其各自的功能，但一般可以将它们共同的功能归纳如下几个方面：
1.数据通信
数据通信即实现计算机与终端、计算机与计算机间的数据传输，是计算机网络的最基本的功能，也是实现其他功能的基础。
如电子邮件、传真、远程数据交换等。
2.资源共享
实现计算机网络的主要目的是共享资源。
一般情况下，网络中可共享的资源有硬件资源、软件资源和数据资源，其中共享数据资源最为重要。
3.远程传输
计算机已经由科学计算向数据处理方面发展，由单机向网络方面发展，且发展的速度很快。
分布在很远的用户可以互相传输数据信息，互相交流，协同工作。
4.集中管理
计算机网络技术的发展和应用，已使得现代办公、经营管理等发生了很大的变化。
目前，已经有了许多MIS系统、OA系统等，通过这些系统可以实现日常工作的集中管理，提高工作效率，增加经济效益。
5.实现分布式处理
网络技术的发展，使得分布式计算成为可能。
对于大型的课题，可以分为许许多多的小题目，由不同的计算机分别完成，然后再集中起来解决问题。
6.负载平衡
负载平衡是指工作被均匀地分配给网络上的各台计算机。
网络控制中心负责分配和检测，当某台计算机负载过重时，系统会自动转移部分工作到负载较轻的计算机中去处理。
第二节计算机网络的组成
2.2.1计算机网络的基本组成
无论是哪一种计算机网络，从系统功能角度来看，总可以把它分为两个部分：
资源子网和通信子网。
但从系统组成的角度看，计算机是由硬件系统和软件系统组成。
把计算机网络中纯通信部分的子网和以主计算机为主体的资源子网分离开，这使得整个计算机网络的分析和设计大为简化。
但也应注意到，它们之间也是相互联系的，资源子网中的主计算机不可能不参与任何通信操作。
1.资源子网
资源子网一般是由主计算机系统、终端和终端控制器、连网外设等硬件，以及各种软件资源、数据资源等组成。
资源子网负责全网的数据处理和向网络用户提供网络资源及网络服务等。
主计算机系统和终端是资源子网的主体设备。
（1）主计算机（Host）
在计算机网络中，主机负责数据处理和网络控制，它与其他模块中的主机联网以后，构成网络中的主要资源。
主机与通信控制处理机之间，利用高速通信信道后I/O接口相连接，除了要为本地用户访问网络中其他主机设备、共享资源提供服务外，同时还要为网络中其他用户共享本地资源提供服务。
作为网络的主机，可以是大型机、中型机、小型机、工作站或者微型机，它应该是具有通信处理、分时处理、多重处理、程序兼容、虚拟存储、数据库处理能力的硬件和操作系统，并具备相应的接口。
随着微型机的广泛应用，连入各种计算机网络的微型机数量日益增多，它可以作为主机的一种类型，直接通过通信控制处理机连入网内，也可以通过连网方式，与大、中、小型计算机系统连在一起后，以间接方式连入网内。
（2）终端（Terminal）
终端是用户进行网络操作、实现人机对话所使用的设备。
终端的主要作用是将用户输入的信息转变为适合传送的数据格式送到网络上，或将网络上其他节点输出的经过通信线路的数据转变为用户所识别的信息。
一般终端是由显示器、键盘和一个串行接口组成，具有输入、输出功能；
数据处理功能由网络中的主机承担。
一台主机连接终端的数量由主机的性能决定，一般可连接几十台甚至几百台终端。
为了提高处理能力，主机所连接终端的数量有一定的限制。
终端的种类繁多，有近程终端、远程终端、智能终端等。
通常，近程终端通过传输介质与通信控制处理机直接相连；
远程终端需要通过集中器和调制解调器再与通信控制处理机相连。
智能终端是指具有一定的运算、数据树立和管理能力的计算机系统，一般可在个人计算机上配置适当的仿真软件和硬件后，可以作为一台智能终端使用。
2.通信子网
通信子网由通信设备和通信线路组成，提供网络通信功能，完成主机之间的数据传输、交换、控制和变换等通信任务。
但不同类型的网络，其通信子网的物理组成各不相同。
局域网的通信子网较为简单，由传输介质和主机网络接口板组成，如以太网中可以使用标准以太网电缆、双绞线等传输介质货物3Com公司的3C50x系列等以太网卡。
而广域网中，通信子网除了包括传输介质和网卡之外，还包括一组转发部件，它是一种专用计算机，相当于电话系统中的程控交换机，起通信控制与转发作用。
例如，分组交换网中常用的分组交换节点（PSN，PacketSwitchNode）、分组交换机（PSE，PacketSwitchingExchange）等，互联网中的路由器（Router）、网关（Gageway）等，都属于转发部件。
下面介绍通信子网中的几种设备。
（1）通信控制处理机
通信控制处理机（CCP）也称前端处理机（FEP，FrontEndProcessor），其主要作用是控制本模块与终端设备之间的数据传输，以及对终端设备之间的通信线路进行控制管理。
另外，它还是网络中各个模块之间的接口机，负责模块之间的信息传输控制。
通信控制处理机的主要功能是线路传输控制、差错检测与恢复、路径选择、流量控制、代码转换以及作业的装配等。
通信控制处理机是为了减轻主机负担、提高主机效率而设置的，一般由小型机或高档微型机担任。
但在局域网中，通常不专门设置这种装置，这部分功能由主机承担。
（2）集中器
集中器的作用是把若干个终端经低速通信线路集中起来，连接到1-2条高速线路上，再经告诉线路与通信控制处理机连接，以便提高通信效率、减少通信费用。
它的主要功能是：
差错控制、代码转换信息缓存与电路转接等，通常由小型机或微型机承担。
（3）调制解调器
调制解调器（Modem）是一种能将数字信号调制成模拟信号，又能将模拟信号解调为数字信号的装置。
（4）网络传输线路
按照数据信号的传输速率不同，通信线路分为高速、中速和低速三种。
一般终端与主机、终端与通信控制处理机之间均采用低速通信线路；
各主机之间（包括主机与通信控制处理机之间、各通信控制处理机之间）均采用高速通信线路。
第三节计算机网络的分类
计算机网络有多种不同的类型，分类的方法也很多。
例如从使用的传输介质来分，可分成有线网和无线网；
从网络的拓扑结构来分，可分为星型网、环形网、总线网、树型网、网状网和混合网；
从逻辑角度来分，可分为资源子网和通信子网等。
1.按网络所覆盖的地域范围:
局域网（LocalAreaNetwork，简称LAN），使用专用的高速通信线路把许多计算机互相连接成网，但地域上局限于较小的范围（（如几千米），一般是一幢楼房、一个楼群、一个单位或一个小区。
广域网（WideAreaNetwork，简称WAN），把相距遥远的许多局域网和计算机用户相互连接在一起，它的作用范围同冲可以从几十公里到几千公里，甚至更大的范围，所以广域网有时也成为远程网。
还有一种网络，其作用范围在广域网和局域网之间，几如作用范围是一个城市。
这种网络叫做城域网（MetropolitanAreaNetwork，简称MAN）。
城域网的数据传输速率也相当高，其作用距离约为5-50km。
2.按传输介质:
有线网：
是采用同轴电缆或双绞线连接的计算机网络。
同轴电缆网是常见的一种连网方式，它比较经济，安装较为便利，传输率和抗干扰能力一般，传输距离较短。
双绞线网是目前最常见的连网方式。
它价格便宜，安装方便，但易受干扰，传输率较低，传输距离比同轴电缆要短。
无线网：
用电磁波作为载体来传输数据，目前无线网联网费用较高，还不太普及。
但由于联网方式灵活方便，是一种很有前途的连网方式。
3.按逻辑:
通信子网：
面向通信控制和通信处理，主要包括：
通信控制处理机（CCP）、网络控制中心（NCC）、分组组装/拆卸设备（PAD）、网关等。
资源子网：
负责全网的面向应用的数据处理，实现网络资源的共享。
它由各种拥有资源的用户主机和软件（网络操作系统和网络数据库等）所组成，主要包括：
主机（HOST）、终端设备（Terminal）、网络操作系统、网络数据库。
4.按通信方式
点对点传输网络：
数据以点到点的方式在计算机或通信设备中传输。
星型网、环形网采用这种传输方式。
广播式传输网络：
数据在公用介质中传输。
无线网和总线型网络属于这种类型。
5.按服务方式
客户机/服务器网络：
服务器是指专门提供服务的高性能计算机或专用设备，客户机是指用户计算机。
这是由客户机向服务器发出请求并获得服务的一种网络形式，多台客户机可以共享服务器提供的各种资源。
这是最常用、最重要的一种网络类型，不仅适合于同类计算机联网，也适合于不同类型的计算机联网，如PC机、Mac机的混合联网。
这种网络安全性容易得到保证，计算机的权限、优先级易于控制，监控容易实现，网络管理能够规范化。
网络性能在很大程度上取决于服务器的性能和客户机的数量。
目前，针对这类网络有很多优化性能的服务器称为专用服务器。
银行、证券公司都采用这种类型的网络。
对等网：
对等网不要求专用服务器，每台客户机都可以与其他每台客户机对话，共享彼此的信息资源和硬件资源，组网的计算机一般类型相同。
这种组网方式灵活方便，但是较难实现集中管理与监控，安全性也低，较适合作为部门内部协同工作的小型网络。
第四节计算机网络的体系
计算机网络是个非常复杂的系统。
为了说明这一点，可以设想一个最简单的情况：
连接在网络上的两台计算机要互相传送文件。
显然，在这两台计算机之间必须有一条传送数据的通路。
但这远远不够。
至少还有以下一个工作需要去完成：
1.发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。
所谓“激活”就是要发出一些信令，保证要传送的计算机数据能在这条通路上正确发送和接收；
2.要告诉网络如何识别接收数据的计算机；
3.发起通信的计算机必须查明对方计算机是否已准备好接收数据；
4.发起通信的计算机必须弄清楚，在对方计算机中的文件管理程序是否已做好文件接收和存储文件的准备工作；
5.若两个计算机的文件格式不兼容，则至少其中的一个计算机应完成格式转换功能；
6.对出现的各种差错和意外事故，如数据传送错误、重复或丢失，网络中某个结点交换机出现故障等，应当有可靠的措施保证对方计算机最终能够收到正确的文件。
还可以举出一些要做的其他工作。
可见，相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。
为了设计这样复杂的计算机网络，早早最初的ARPANET设计时提出了分层的方法。
“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干个较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。
1974年，美国的IBM公司宣布了它研制的系统网络体系结构SNA（systemnetworkarchitecture）。
这个著名的网络标准就是按照分层的方法制定的。
以后SNA又不断得到改进，更新了几个版本。
现在它是世界上使用得较为广泛的一种网络体系结构。
不久以后，其他一些公司也相继推出本公司的一套体系结构，并都采用不同的名称。
网络体系结构出现以后，使得一个公司所生产的各种设备都能够很容易的相互连成网。
用户一旦购买了某个公司的网络，当需要扩大容量时，就只能再购买原公司的产品。
如果同时又购买其他公司的产品，那么由于网络体系结构的不同，就很难相互连通。
然而全球经济的发展使得不同的网络体系结构的用户迫切要求能够相互交换信息。
为了使是同体系结构的计算机网络都能相互连接，国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机构研究该问题。
不久，他们就提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM（OPENSYSTEMSINTERCONNECTIONREFERENCEMODEL），简称OSI。
“开放”的意思是：
只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位于世界上任何低发生能够的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。
这一点很象世界范围的电话和邮政系统，这两个系统都是开放系统。
这里所说的“系统”，只是在现实的系统中与互连有关的各部分。
所以开放系统互连参考模型OSI/RM是个抽象的概念。
在1983年形成了开放系统互连基本参考模型的正式文件，即著名的ISO7498国际标准。
在20世纪80年代，网络互连已经成为计算机网络领域中的一个重要研究内容，因而OSI的各种活动就引起了全世界计算机网络的设计者和使用者的极大关注。
各种计算机网络的教材也纷纷以OSI制订出的各种标准作为线索来阐述计算机的原理和基本概念。
2.4.1分层次的网络体系结构
在计算机网络的基本概念中，分层次的体系结构是最基本的，下面通过一个简单的例子来说明分层次的概念。
在计算机网络中要做到有条不紊的交换数据，就必须遵守一些事先约定好的规则。
这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。
这里所说的同步不是狭义的而是广义的，即在一定的条件下应当发生什么事件（如发送一个应答信息），因而同步含有时序的意思。
这些为进行网络中的数据交换而建立的规则，标准或约定即成为网络协议。
更进一步讲，一个网络协议主要由以下三个要素组成：
语法，即数据与控制信息的结构或格式；
语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答；
同步，即事件实现顺序的详细说明；
由此可见，网络协议是计算机网络的不可缺少的组成部分。
ARPANET的研制经验表明，对于非常复杂的计算机网络协议，其结构最好采用层次式的。
我们可以举一个简单的例子开说明层次的概念,参见图2-1。
现在假定我们在计算机1和计算机2之间通过一个通信网络传送文件。
这是一件比较复杂的工作。
我们可以将要做的工作划分为三类。
第一类工作与传送文件直接有关。
例如，发送方的文件传送应用程序应当确信接收方的文件管理程序已经做好接收和存储文件的准备。
若两个计算机所用的文件格式不一样，则至少其中的一个计算机应完成文件格式的转换。
这两件工作可用一个文件传送模块来完成。
这样，两个计算机可将文件传送模块作为最高的一层。
通过文件交换的命令来完成文件的交换。
但是，我们并不想让文件传送模块完成全部工作的细节，这样会使文件传送模块过于复杂。
可以再设立一个通信服务模块，用来保证文件和文件传送命令可靠的在两个系统之间交换。
也就是说，让上面的文件传送模块利用下面的通信服务模块所提供的服务。
我们还可以看出，如果将上面的文件传送模块换成电子邮件模块，那么电子邮件模块同样可以利用下面的通信服务模块所提供的可靠通信的服务。
同样道理，我们在构造一个网络接入模块，让这个模块负责做与网络接口细节有关的工作，并向上层提供服务，使得上面的通信服务模块能够完成可靠通信的任务。
图2-1在计算机1和计算机2之间通过一个通信网络传送文件
从上述简单例子可以更好的理解分层可以带来很多好处。
如：
各层之间是独立的。
某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务。
由于每一层只实现一种相对独立的功能，因而可将一个难以出来里的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题。
这样，整个问题的复杂程度就下降了。
灵活性好。
当任何一层发身变化时（例如由于技术的变化），只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响。
此外，对某一层提供的服务还可进行修改。
当某层提供的服务不再需要时，甚至可以将这层取消。
结构上可分割。
各层都可以采用最合适的技术来实现。
易于实现和维护。
这种结构使得实现和调试一个庞大而复杂的系统边的易于处理，因为整个的系统已经被分解为若干个相对独立的子系统。
能促进标准化工作，因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。
分层时应注意使每一层的功能非常的明确。
若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。
但层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。
我们将计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构（architecture），换种说法，计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的精确定义。
需要强调的是：
这些功能究竟是用何种硬件或软件完成的，则是一个遵循这种体系结构的实现，体系结构的英文名词architecture的原意是建筑学或建筑的设计和风格。
它和一个具体的建筑物的概念很不相同。
例如，我们可以做进一个明代的建筑物中，但却不能走进一个明代风格之中。
同理，我们也不能把一个具体的计算机网络说成一个抽象的网络体系结构。
总之，体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。
1.4.2计算机网络的原理体系结构
OSI的七层协议体系结构既复杂又不实用，但其概念清楚。
TCP/IP的协议得到了全世界的承认，但它实际上并没有一个完整的体系结构。
因此在学习计算机网络的原理时可采取这衷的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种原理体系结构，它只有五层，这样既简明又能将概念阐述清楚,参见图2-2。
现在先简单地介绍一下各层的主要功能。
1.物理层物理层的任务就是透明地传送比特流。
在物理层上所传数据的单位是比特。
传递信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆等，并不在物理层之内而是在物理层的下面，因而也有人把物理媒体当做0层。
“透明”是一个很重要的术语。
它表示：
某一个实际存在的事物看起来却好象不存在一样。
“透明的传送比特流”表示经过实际电路传送后的比特流没有发生变化，因此，对传送比特流来说，由于电路并没有对其产生任何影响，因而比特流“看不见”这个电路。
或者说，这个电路对该比特流来说是透明的。
这样，任何组合的比特流都可以在这个电路上传送。
当然，哪几个比特代表什么意思，则不是物理层所要管的。
物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”，以及当发送端发出比特“1”
时，在接收端如何识别出这是比特“1”而不是比特“0”。
物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根脚以及各个脚应如何连接。
2.数据链路层数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错的传送以帧（frame）为单位的数据。
每一帧包括数据和必要的控制信息。
在传送数据时，若接收结点检测到所收到的数据中有差错，就要同志发方重发一帧，直到这一帧正确无误地到达接收结点为止。
在每一帧所包括的
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