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1、网络与通信技术讲义电自教研室华北电力大学2010-8-912第 1 节课 第一章 网络与通信概述知识点：1. 通信网的类型2. 通信网的组网结构3. 网络体系结构4. OSI 模型，TCP/IP5. 现代网络发展趋势课堂内容：1.1 通信网络的类型定义：通信网络是由一定数量的节点（包括终端节点和交换节点）和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起的，按约定的信令或协议，完成任意用户间信息交换的通信体系。常用的按业务分类：电信网（话音业务） 、计算机网络（数字业务）和广播电视网（广播和图像业务） 。1.1.1 电信网（Telecommunication Network）（1）电信网分类（按 ITU

2、-T 的标准）：业务网、传送网和支撑网。 业务网（Service Network）：就是用户信息网，它是现代通信网的主体，是向用户提供的各种电信业务的网络。主要包括：公用电话交换网（PSTN） 、公用分组交换数据网（PSPDN） 、公用陆地移动通信网（PLMN ） 、窄带综合业务数字网（N-ISDN ） 、宽带综合业务数字网（B-ISDN） 、智能网（IN ） 、多媒体通信网、计算机互联网（Intranet ）和数字数据网（DDN ） 。 传送网（Transport Network）：主要用来完成用户信号的传输功能，主要有接入网（Access Network，AN）和同步数字系列传送网（SDH

3、） 。 支撑网：是使业务网正常运行、增强网络功能、提供全网服务质量已满足用户要求的网络。在各个支撑网中传送相应的控制、监测信号。支撑网主要包括 7 号公共信道信令网、数字同步网、电信管理网。（2）业务网、传送网和支撑网之间的关系，如图 1-1业务网传送网支撑网应用层图 1-1 业务网、传送网和支撑网之间的关系1.1.2 计算机网络(1) 家庭网（Home Network ）一个家庭内的网络。随着计算机、通信和电视网的融合，及多媒体技术的发展和现代智能建筑的推广，家庭中的计算机、通信设备、娱乐设备、家用电器、安全监控设备、水电气暖的仪表均组成网络，并3接入 Internet。由主人进行随时、随地

4、进行监视和控制。(2) 局域网（LAN）定义：LAN 是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组 。一般在方圆几公里以内，如在校园、办公楼、科研机关等，是由使用者自己建立并管理和使用的。LAN 专 用 性 非 常 强 ， 具 有 比 较 稳 定 和 规 范 的 拓 扑 结 构 。 如 总线形、环形和星形，现在几乎全部是采用集线器（Hub）或用 交换机连接的星形结构 。尤其，以“以太网”应用最为广泛。(3) 城域网（Metropolitan Area Network ，MAN）定义：MAN 是一种界于局域网与广域网之间，覆盖一个城市的地理范围，用来将同一区域内的多个局域网互连起来的中等范围的计

5、算机网。它通常覆盖几十公里的范围。MAN 的特点： 为该地域的用户提供高速数据服务，属于宽带网络。 LAN 通 常 是 为 了 一 个 单 位 或 系 统 服 务 的 ， 而 MAN 则 是 为 整 个 城 市 而 不 是 为 某 个 特定 的 部 门 服 务 的 。 建 设 WAN 包 括 资 源 子 网 和 通 信 子 网 两 个 方 面 ， 而 MAN 的 建 设 主 要 集 中 在 通 信 子网 上 ， 其 中 也 包 含 两 个 方 面 ： 一 是 城 市 骨 干 网 ， 它 与 全 国 的 骨 干 网 相 连 ： 二 是 城 市接 入 网 （ AN） ， 它 把 本 地 所 有 的

6、 联 网 用 户 与 城 市 骨 干 网 相 连 。主要应用：如高 速 上 网 ， VOD 视 频 点 播 （ Web） ， 网 络 电 视 ， 远 程 医 疗 ， 远 程 会 议 ， 远 程 教 育 ， 家庭 证 券 交 易 系 统 。(4) 广域网（Wide Area Network，WAN）定义：WAN 是一种用来实现不同地区的 LAN 或 MAN 的互连，可提供不同地区、城市和国家之间的计算机通信的远程计算机网。通常，跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里。广域网在原理和网络结构上与局域网有很大不同。一个广域网（WAN）是由资源子网和通信子网组成，如图所示。路由器传输线路

7、主机通信子网主机主机图 1-2 WAN通信子网由两部分组成：传输线路（即电缆、光纤、无线电波）和交换单元（即路由器） 。通信子网的任务就是提供数据通信，在广域网中两台主机间的通信是采用点到点的传输方式，在这样广大的地理范围内不可能使得任两台主机之间有专用的通信链路。因此，许多通信4链路要共享同一物理线路，采用的办法（原理）就是“交换” 。应用：固定电话网、移动电话网、卫星网及帧中继网、ATM 网等均属于广域网。(5) 互联网（internet）互 联 网 由多个计算机网络相互连接而成，而不论采用何种协议与技术的网络。它是 一 个 由各 种 不 同 类 型 和 规 模 的 、 独 立 运 行 和

8、 管 理 的 计 算 机 网 络 组 成 的 世 界 范 围 的 全 球 计 算 机 网 络 。组 成 互 联 网 的 计 算 机 网 络 包 括 小 规 模 的 局 域 网 （ LAN） 、 城 市 规 模 的 区 域 网 （ MAN） 以及 大 规 模 的 广 域 网 （ WAN） 等 等 。 如 下 图 所 示 。路由器传输线路主机星型局域网总线局域网服务器广域网图 互联网（internet）【互 联 网 、 因 特 网 、 万 维 网 】 三 者 的 关 系 是 ：互 联 网 （ 包 含 ） 因 特 网 万 维 网 。 凡 是 能 彼 此 通 信 的 设 备 组 成 的 网 络 就 叫

9、 互 联 网 。 所 以 ， 即 使 仅 有 两 台 机 器 ， 不 论 用何 种 技 术 使 其 彼 此 通 信 ， 也 叫 互 联 网 。 国 际 标 准 的 互 联 网 写 法 是 internet， 字 母 i一 定 要 小 写 ！ 因 特 网 （ Internet） 是 互 联 网 （ internet） 的 一 种 。 因 特 网 可 不 是 仅 有 两 台 机 器 组 成的 互 联 网 ， 它 是 由 上 千 万 台 设 备 组 成 的 互 联 网 。 Internet 使 用 TCP/IP 协 议 让 不 同的 设 备 可 以 彼 此 通 信 。 但 使 用 TCP/IP 协

10、议 的 网 络 并 不 一 定 是 因 特 网 。 国 际 标 准 的因 特 网 写 法 是 Internet， 字 母 I 一 定 要 大 写 ！ 只 要 应 用 层 使 用 的 是 HTTP（ Hypertext Transfer Protocal） 协 议 ， 就 称 为 万 维 网（ World Wide Web， WWW） 。HTTP 协 议 能 够 提 供 一 种 发 布 和 接 收 HTML（ Hypertext Make-up Language） 页 面的 方 法 。1.1.3 广播电视网广播电视网包括无线电视网、无线广播网和有线电视网（CATV） 。1.2 通信网的组网结构1

11、. 通信网的构成：终端设备（用户设备） 、传输设备和交换设备2. 通信网的拓扑结构及各自特点(1) 星型结构星型网的辐射点就是转移交换的中心，其余节点之间相互通信都要经过转换交换中心的交换设备来完成，因而交换设备的交换能力和可靠性会影响到网内所有用户。5特点： N 个节点的星形网需要（ N-1）条传输线路，所用传输链路较少，线路利用率较高，所以当交换设备的费用低于相关传输链路的费用时，星形网的经济效益较好； 缺点是一旦中心节点故障，就会造成全网瘫痪，故安全性较差。(2) 网状结构其结构特点：如果网内由 N 个节点，全网就有 N(N-1)/2 条传输链路。显然，当节点数增加时，传输线路必将迅速增

12、加。这样的网络结构冗余度较大，稳定性好，单行路利用率不高，经济性较差，适用于局间业务量较大或分局业务量较少的地区。(3) 环型结构N 个节点的环网需要 N 条传输链路。特点：结构简单，实现容易，由于可以采用自愈环对网络进行自动保护，所以稳定性比较高。但当节点较多时，转接延时难以控制，不便扩容。(4) 树型结构树型网可以看成星型拓扑结构的扩展。应用：主要用于用户接入网或用户线路网中。(5) 总线结构它属于共享传输介质型网络，网中所有的节点都连接在一个公共传输总线上，任何时候只允许一个用户占用总线发送或接收数据。特点：这种网络结构需要的传输链路少，增减节点比较方便，但稳定性较差，网络范围也受到限制

13、。应用：主要用于计算机局域网、电信接入网等网络等。1.3 网络模型1.3.1 网络模型的基本思想计算机网络是一个非常复杂的系统，需要解决的问题很多并且性质各不相同。所以，在ARPANET 设计时，就提出了 “分层”的思想，即将庞大而复杂的问题分为若干较小的易于处理的局部问题。ARPANET（Advanced Research Project Agent）是由美国 DOE 进行研究的网络通信项目，是 Internet 的始祖。1974 年美国 IBM 公司按照“分层”的方法制定了系统网络体系结构 SNA（System Network Architecture） 。现在 SNA 已成为世界上较广泛

14、使用的一种网络体系结构。一开始，各个公司都有自己的网络体系结构，就使得各公司自己生产的各种设备容易互联成网，有助于该公司垄断自己的产品。但是，随着社会的发展，不同网络体系结构的用户迫切要求能互相交换信息。为了使不同体系结构的计算机网络都能互联，国际标准化组织 ISO 于 1977 年成立专门机构研究这个问题。1978 年 ISO 提出了“异种机连网标准”的框架结构，这就是著名的开放系统互联参考模型 OSI。开放系统是指利用一组协议使得任何两个不同的系统能独立于网络底层的结构而相互通信。在制定 OSI 模型时，专家们分析网络数据通信的最基本的要素，把相关的功能要素集中构成一个层（如与解决分组路由

15、有关的措施放在网络层） ，把另外一些相关功能放在一起，构成另一层，这些层相互配合起来完成网络通信任务。因特网模型出现在 OSI 之前，所以它的模型不遵循 OSI 的结构，它是 4 层模型，如图 1-5（a）所示。因为因特网强调的是网络互连，所以它的最底层叫主机一网络层，泛指主机必须用某个协议连接到网络上。它的第 2 层互联网层(internet) 也称网际层，是因特网的核心功能层。6图 1-5（b）所示是两个模型的对比。因特网模型中的主机一网络层相当于 OSI 的第 1、2 层，互联网层相当于 OSI 的网络层，应用层相当于 OSI 的第 5、6、7 层。主 机 - 网 络 层互 联 网 层传

16、 输 层应 用 层主 机 - 网 络 层互 联 网 层传 输 层应 用 层物 理 层链 路 层网 络 层传 输 层会 话 层表 示 层应 用 层物 理 层链 路 层网 络 层传 输 层应 用 层（a）因特网模型 （b）OSI 模型与因特网模型的对比 （c）5 层模型图 1-5 网络模型OSI 模型对各层的功能有严格的定义，模型的理论完整。可惜，至今没有一个实现的网络原型，也没有完整的协议栈。相反，因特网模型在现实的网络中得到了广泛应用，而且有一组完整的协议栈。但是 OSI 模型所包括的数据链路层和物理层是通信子网的基础，而因特网模型却没有对此说明，所以从学习和研究网络来说，使用 5 层的混合网

17、络模型作为教学指导模型较为合适，即采用图 1-5（c）所示的 5 层混合模型。1.3.2 网络体系结构网络的体系结构（Architecture）就是计算机网络各层次及其协议的集合。层次结构一般以垂直分层模型来表示。其好处：在于使每一层实现一种相对独立的功能，有利于交流、理解和标准化。1网络体系结构及其划分所遵循的原则(1) 层次结构的要点： 除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。 对等层的虚通信必须遵循该层的协议。 n 层的虚通信是通过 n-1 层提供的服务以及 n-1 层的通信（通常也是虚通信）来实现的。(2) 层次结构划分的原则： 每层的功能应是明确的，并且

18、是相互独立的。当某一层的具体实现方法更新时，只要保持上、下层的接口不变，便不会对邻居产生影响。 层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。 层数应适中。若层数太少，则造成每一层的协议太复杂；若层数太多，则体系结构过于复杂，使描述和实现各层功能变得困难。(3) 网络体系结构的特点是： 以功能作为划分层次的基础。 第 n 层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第 n-1 层提供的服务。 第 n 层在向第 n+1 层提供的服务时，此服务不仅包含第 n 层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。 仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。72网络协议在网络中把参与数据通信的

19、设备称为实体（entity） ，任何两个实体间的数据通信必须要遵循一定的规则。协议就是为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。协议总是指某一层协议，准确地说，它是对同等实体之间通信所制定的有关通信规则的集合。协议栈是一组协议的集合。网络协议的三个要素：1）语法（Syntax） 。涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等，代表了被传输的数据结构和含义。【例如】一个 IP 包前面的 20 个字节一定是 IP 头，一个以太网帧必须有帧头和帧尾。2）语义（Semantics） 。涉及用于协调与差错处理的控制信息，用于表示每一字段的含义及网络设备应该采取的动作。【例如】IP 头中有

20、一个 32 比特的源 IP 地址和一个 32 比特的目的 IP 地址，网络中的路由器就根据这个字段信息来路由 IP 包；在以太网的帧中有一个 32 比特的字段叫帧检验码，它是告知接收方到达的帧是否有错，如果有，应采取什么措施来解决它。3）定时（Timing） 。用来说明通信中相关操作的时间或次序的先后关系。【例如】两个通信实体总是有不同的传输和处理速度，一个快速的发送者向一个慢速的接收者传送数据，若不加控制，接收者的缓冲区很快就会溢出，双方必须要同步，以使发送方知道何时可以发送，应以什么速度发送，数据链路层的停止等待协议采用发送方只有在收到接收方的确认帧以后才发送下一帧。3数据在层间的交换过程

21、发送方数据由最上层向下层，通过各层之间的接口到达传输媒体，传到接收方，再由下而上通过各层之间的接口，最后把数据交给接收者。在发送方，每一层都要把上一层传送来的数据加上本层的协议控制信息传送给下一层。在接收方，实体根据协议控制信息进行处理，并将剥去控制信息后的数据传送到上一层。下图描述了层、协议和接口之间的关系。第 5 层第 4 层第 3 层第 2 层第 1 层传输媒体第 5 层第 4 层第 3 层第 2 层第 1 层第 5 层 协 议第 4 层 协 议第 3 层 协 议第 2 层 协 议第 1 层 协 议4 , 5 层 接 口3 , 4 层 接 口2 , 3 层 接 口1 , 2 层 接 口主

22、机 1 主机 2图 l-6 层、协议和接口之间的关系下图描述了主机 1 向主机 2 传输数据的详细过程。8M第 5 层 协 议第 4 层 协 议第 3 层 协 议第 2 层 协 议主机 1MH 4H 3 H 4 M 1 H 3 M 2H 3 H 4 M 1H 2 T 2 H 2 M 2H 3 T 2MMH 4H 3 H 4 M 1 H 3 M 2H 3 H 4 M 1H 2 T 2 H 2 M 2H 3 T 2主机 2层54321图 l-7 主机通信的信息流下面进行分析传输过程中要解决哪些问题。1）地址问题：网络上的数据传输要知道数据从哪里来，到哪里去，送给什么对象，是计算机，还是一个进程；是

23、送给一个对象，还是送给一群对象。这就是说数据传送需要给定地址。有多种地址类型，它的编码格式必须要有个规则，才能被协议实体所识别。2）差错控制：数据传输过程中必然会产生错误，如何发现错误，如何解决错误，使收到的数据完整无误。3）流量控制：解决收发双方速度不匹配的问题。4）复用和分用：将多个低速数据复用到一个高速链路上，或将一个高速链路分用到多个低速线路上。5）网络安全：保证网络安全可靠地提供服务。以上这些功能有的在某一层实现，有的在多层实现。利用层次结构分别实现上述功能，给网络设计带来了极大的方便。一个网络的功能是很复杂的，不可能用一个协议包括所有的功能。划分为若干层以后，每一层有一个协议。上层

24、利用下层提供的服务，共同完成网络的数据传输任务。这样分层的网络结构对于网络的研究和开发来说是非常有益的。4协议和服务(1) 协议和服务的关系如图 1-8 所示。第 K 层为 K+1 层提供服务，为了完成它的服务，它本身又要利用其下面的第 K-1 层提供的服务。第 K 层对 K+1 层而言是服务提供者， K+1 层是第 K 层的服务用户；同时，第 K 层对 K-1 层来说，第 K 层是 K-l 层的服务用户，而 K-1 层是第 K 层的服务提供者。所谓服务是指某一层能够给其上一层提供某些操作。第 K 层协 议第 K + 1 层 第 K + 1 层第 K 层第 K - 1 层第 K - 1 层第

25、K 层提供的服务图 1-8 服务与协议的关系9（例如，就物理层、数据链路层和网络层之间的关系而言，网络层为主机提供把分组传到另一台主机的服务，它要利用数据链路层提供的把分组封装成数据帧在链路上传送的服务，而要在一段链路上传送一帧数据，又要利用物理层把数据帧变成一组二进制的比特流通过物理媒体进行传送的服务。 ）协议是一组规则，它是用来规定同一层上对等实体交换数据（称为协议数据单元，Protocol Data Unit，PDU）的格式、含义及时序（即语法、语义和时序） 。实体利用协议来实现它们的服务。服务发生在相邻层之间，协议发生在对等实体之间；服务是用户可见的，协议是用户不可见的。一个网络各层的

26、服务是不能改变的，但提供同一服务可以采用不同的协议来实现，只要保持服务不变，可以方便地修改协议。(2) 服务的分类：（i）服务可分为：面向连接的服务 和无连接的服务。“面向连接的服务”传送数据分为三个步骤：建立连接、传送数据和释放连接。电话通信就是面向连接的服务，它经过拨号（相当于建立连接） 、通话（相当于数据传输）和挂机（相当于释放连接） 。在这个数据传输过程中，数据是沿着建立的链路传输。数据本身不带有目的地址，而且所有数据沿着同一线路传输。“无连接的服务”没有建立连接，当然也没有释放连接的过程，它只有一个数据传输步骤。电报和邮政服务是无连接服务，在这种服务方式中，被传输的数据（电报、信件和

27、包裹）必须自带数据的目的地址，而且在传输过程中，一组数据中的各个数据可以经过不同的路线，同一组数据也不一定以发送的先后顺序到达目的地。（ii）从服务的质量来说，服务分为：可靠服务和不可靠服务 两种。可靠服务从不丢失数据，而不可靠服务允许有一定的数据丢失。这两种服务完全是为了适应于实际应用要求而提供的。5标准在互联网中要使得不同生产厂家的产品相互兼容，必须对网络产品制定明确的标准，通常由国际上一些标准化组织来制定。著名的标准化组织有： 国际标准化组织 (International organization for Standardization，ISO) 国际电信联盟电信标准化分会（Intern

28、ational Telecommunication Union Telecommunication Standards Sector，ITUT） 。ITUT 的前身叫国际电报电话咨询委员会（Consultative Committee for International Telegraphy and Telephony，CCITT） 。 美国国家标准化协会（American National Standards Institute，ANSI） 电气牙口电子工程师协会（Institute of Electrical and E1ectronics Engineers，IEEE ） 电子工业协会（

29、E1ectroniclndustries Association，EIA）1.3.3 OSI 参考模型图 1-9 所示的 OSI 参考模型以第 4 层的传输层作为分界，在其下面的 3 层表示了通信子网的结构，其主要任务是承担数据的传输，而其上面的 3 层主要是提供与应用有关的服务。传输层的存在可使应用协议屏蔽通信子网的结构，即子网的变化不会影响上 3 层。下 3 层协议常常在路由器和交换机上实现，而在主机上包括整个的 7 层协议。下 3 层往往是基于软硬件技术来实现，而上 4 层基本上是用软件技术实现的。10应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层应 用 层 协 议表 示 层 协 议

30、会 话 层 协 议传 输 层 协 议通 信 子 网主机 A 主机 B链 路 层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层链 路 层物 理 层网 络 层链 路 层物 理 层网 络 层链 路 层物 理 层网 络 层 协 议链 路 层 协 议物 理 层 协 议图 1-9 OSI 模型从 7 层协议来看，上 4 层是主机与主机之间的对等层协议，而下 3 层分为两种情况：一是主机与其连接的路由器的对等层协议；另一是路由器与路由器之间的对等层协议。某一层的协议数据单元（PDU）就在其 PDU 前加该层英文名称的首字母，如应用层是APDU，其中的“A”为“Application”的首字母，

31、其余各层的协议数据单元均采用这个规则。但是对网络层和数据链路层而言却采用常见的专用名称，网络层的协议数据单元叫包或分组（packet ） ，数据链路层叫帧（frame） ，物理层就是由一串“0” ， “1”组成的比特（bit）数据块。在相邻层之间，下一层的协议数据单元是由上一层的数据加上本层的协议头（在 2 层还包括协议尾）组成的。其中的数据对上一层来讲，它也是一个 PDU，但是对于下层的协议来说则被当作数据来处理，有时又称为“净负荷” 。比如第 3 层的协议数据单元是分组，它自身是由传输层来的数据和网络层的协议头组成。当它封装在第 2 层的数据帧中时，这个分组在帧中是作为数据，或净负荷来对待

32、，加上第 2 层的协议头和协议尾，才构成了第 2 层的协议数据单元帧，这个数据封装的过程从第 7 层直到第 2 层，相反在接收方这个数据的拆卸过程从第 2 层直到第7 层。下面分别说明各层的功能。1物理层物理层的功能：处理比特流在传输媒体上的传输，它涉及电和机械方面的许多特性。物理层下面是传输媒体，比如光纤、电缆、双绞线和无线信道等。传输媒体不属于网络的结构，但它是物理层直接工作的对象。物理层又是网络设备（主机、路由器和交换机等）与传输媒体接口的地方。物理层的功能有： 设备与媒体的接口和物理特性； 数据比特的表示，即比特变为信号（电或光）的编码方式； 数据速率，即每秒发送的比特数； 数据比特的

33、同步，即收发双方比特流的同步； 线路连接方式，两设备点一点的连接和多个设备共享传输媒体；11 物理拓扑结构：网状、星形、总线型和环形连接； 传输方式：半工、半双工和全双工。2数据链路层数据链路层的功能是根据网络层为分组确定的传输路径，把网络层传下来的数据封装为帧，从一个结点传到下一结点。它的功能有： 成帧，把网络层交来的数据加协议头和协议尾就构成了帧； 物理地址，帧中应包含物理地址，以表明该帧收发者的地址； 流量控制，解决发送快和接收慢的溢出问题； 错误控制。解决帧在传输中的错误问题； 访问控制，在多个设备连接到同一线路（共享） ，解决每个设备如何获得共享线路的访问权。3网络层网络层的功能是将

34、数据分组（或称数据包）从源主机传送到目的主机。它的功能有： 逻辑地址：也叫主机地址，在数据分组中包含逻辑地址，即发送数据分组的源主机地址和接收数据分组的目的主机地址。这个地址在第 3 层。它与第 2 层的物理地址有何区别呢?一个分组封装成数据帧以后，经过多个交换结点最终才到达目的主机。从一个结点到下一结点的传送用的是物理地址。也就是从源主机到目的主机传送的过程中，物理地址是在变化的，但逻辑地址是不变的。 【举一个日常生活中的例子】用铁路运输方式将一节车箱的货物，从南宁某公司 A 运往哈尔滨某公司 B，这里 A 和 B 是源地址和目的地址，不可能为一节车箱开直达火车，于是先把它挂在由南宁开往北京

35、的货运列车上，运到北京。到了北京以后，把该节车箱摘下来，又挂在由北京开往沈阳的货运列车上。到了沈阳，作同样处理，再把这节货车挂在由沈阳开往哈尔滨的货运列车上。最后，这节货物车箱到达了哈尔滨站并到达 B 公司。这里，每一列货车有一个出发地址和一个到达地址，它们在整个传送过程中经历了 3 次变化：南宁一北京一沈阳一哈尔滨，这就是物理地址。而 A，B 是逻辑地址，没有变化。 路由：在一个网络中连接链路及在互联网中连接网络的交换设备都称为路由器。所谓路由功能是指为分组从源主机传送到目的主机寻找一条最佳传输路径。所以路由器是一个三层交换设备。4传输层传输层的功能是在两个主机上的两个进程（process

36、to process）之间传送报文（message） 。进程是一个运行着的程序，现在的计算机基本上都是多进程的。它的具体功能有： 端口地址（port address） ，用来标识一个进程。 分段和重组，因为报文有时很大，超过了网络允许的最大值，所以传输层总是把报文分成段（segment） ，每个段的大小有一个最大值限制。为了保持各个段在整个报文中的正确位置，对每个段进行编号。到了接收端的传输层，要把这些段再组装成报文。 连接控制，传输层的服务分无连接服务和面向连接的服务，连接控制是指在传输层建立连接的方法。 流量控制，与数据链路层的功能相似，它是在进程之间的流量控制，而不是在一段链路上的流量控

37、制。 错误控制，与数据链路层的功能相似，它是在进程之间的错误控制而不是在一段链路上的错误控制。5会话层它的功能有：12 会话控制，会话层使两个不同机器上的系统进入会话状态。所谓会话是提供与通信有关的服务，比如两个进程间是用半双工通信还是用全双工通信。 同步，在数据传输时，在数据中加若干个检查点（又称为同步点） ，若在传输过程中，系统崩溃，系统恢复后发送端就要重新传送，有了检查点，则只需重传崩溃前的检查点后面的数据。比如一个 3K 字节的数据，检查点设在 2K 字节处，如果系统在传输了2.3K 字节数据时崩溃，则系统只需重传剩下的 1K 字节数据。6表示层表示层是有关两系统所交换的信息的语法和语

38、义，它的功能有： 数据格式转换，不同的计算机使用的数据格式往往是依赖于计算机的，表示层以抽象数据结构表示数据，定义了一种标准的编码方法，便于网络传输； 数据加密与解密； 数据压缩与解压缩。7应用层应用层使得网络用户（人或软件）方便地使用网络和访问网络资源。它提供某些接口和专用的服务有： 网络虚拟终端，它允许一个用户登录到远地主机上，在因特网上就是 TELNET 服务； 文件传输； 邮件服务； 目录服务； 因特网的 WWW 服务； 因特网的 WWW 服务。1.3.4 TCP/IP因特网是 4 层结构，因为它所用的协议栈是由 4 层组成的，如图 1-10 所示。它的体系结构是伴随因特网的发展而产生

39、的，而不是事先由某一标准化组织通过讨论制定出来的。协议栈由几十个协议组成，用其中两个最重要的协议 TCP 和 IP 来代表达个协议栈，并且习惯上写成TCPIP 的形式。图 1-10 TCP/IP 协议栈（1）主机网络层TCPIP 在这一层没有定义任何专用的协议，在这一层上是一些广泛使用着的网络，LANs13表示各种局域网，WANs 表示各种广域网。也就是说，因特网协议是在已有的网络之上的一组协议，或者说 TCP/IP 是互联网的协议。虽然 TCP/IP 并没有指定这一层的专用协议，但是TCPIP 是支持现有的局域网和广域网的标准和这些网络的协议（如局域网 IEEE8023 协议，广域网的 X2

40、5 协议等） ，但没有必要将它们包含到 TCPIP 协议栈中来，而是把这一层的协议划分到被互连的网络中。（2）互联网层（internet）这一层是因特网的关键层，它的任务是将分组传送到因特网上的任一台主机上。IP 是Internetworking Protocol 的简称，叫做互联网协议。它提供无连接服务。为使 IP 能很好地在网络互连中起到应有的作用，它还需要 4 个支持的协议相配合，它们是：ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议)、RARP（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协议） 、ICMP （ Int

41、ernet Control Message Protocol，因特网控制报文协议）和 IGMP（Internet Group Management Protocol，因特网组管理协议） 。（3）传输层这一层有 3 个协议：UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议） ，它是传输层的无连接服务；TCP（ Transmission Control Protocol，传输控制协议） ，是传输层面向连接的服务；SCTP（Stream Control Transmission Protocol ，流控制传输协议） 。（4）应用层在图 l-10 中列出了若干协议，就不一一解释。需

42、要说明的是在互联网层中的 IP 和 4 个支持协议是相互关联的。而在传输层和应用层的各个协议，它们是相互独立使用的，如 TCP 和 UDP 可以独立使用。但是 ICMP 和 IP 就不能独立使用，ICMP 的消息作为 IP 的数据进行传输。注意图 1-10 中 IP 没有放在一个矩型框内就表明这个意思。1.3.5 网络模型的工作举例在图 1-11 中，由 3 个局域网 LANl、LAN2、LAN3 和 2 个路由器组成一个互联网， 2 台主机分别连接到 LAN1 和 LAN3 上，2 台主机上各有 2 个进程。现在要求进程 A 与进程 C 通信，在左上方的主机上的进程 A 的端口地址为 5，主

43、机地址为 R，物理地址为 100；左下方的主机进程 C 的端口地址为 7，主机地址为 P，物理地址为 200。在路由器上，每个接口都有一对地址，一个是与所连接的网络的物理地址，一个是逻辑地址（相当于主机地址） 。右上方的路由器有 3个接口，它们的逻辑地址、物理地址对分别是（F，300） ， （G，400） ， （T，150） ；右下方的路由器也有 3 个接口，分别为（N ，220） ， （S ，49）和（K，110） 。图中有 2 个接口（G ，400）和（S，49） ，没有画出所连接的网络。因为路由器是通信子网中的设备，只有 3 层协议，故没有端口地址的问题。现在左上方主机中的进程 A 要将

44、报文 M 传到左下方主机上的进程 C。假设数据经由图 1-11 中带箭头线所表示的路径来传送，其过程是：14进程 A51 0 0 7 M3 0 0 T 2进程 BR进程 C 进程 DPL A N 1L A N 3LAN21 0 03 0 0FTNKS2 0 01 1 02 2 01 5 04 975PR7 M5PR 1 5 0 7 M2 2 0 T 25PR4 0 0G7 M5PR1 1 0 7 M2 0 0 T 25PR1 1 0 7 M2 0 0 T 25PR图 1-11 互联网中的数据传送1) 在发送端应用层将信息 M 交传输层，在这一层加源端口地址 5 和目的端口地址 7，传给网络层加

45、源主机地址 R 和目的主机地址 P，再传给第 2 层，加数据链路层的协议头和协议尾，通过 LANl 到达下一结点右上方的路由器，帧中源物理地址为 100，而下一结点，即本帧的目的物理地址为 300。2) 在右上方的路由器上，处理完数据链路层，剥去数据链路层的协议头和协议尾，把其余的数据向上层（网络层）传送，路由器根据目的主机地址 P，选择路由器的物理地址为 150 的接口，把数据经 LAN2 送到下一路由器，这时帧的源物理地址为 150，目的物理地址为 220，而且，如果 LANl 和 LAN2 是不同类型的局域网，这两个帧的格式也是不同的。3) 右下方的路由器根据目的主机地址 P 知道该主机

46、在 LAN3 上，即就是本路由器连接的网络，因此，不必再传给其他的路由器。由右下方路由器的（K, 110）接口经 LAN3 传送到目的主机，最后将消息 M 送给进程 C。 在图 1-12 中，把图 1-11 的主机 R（这里 R 是主机的逻辑地址）上的进程 A（它的端口号为 5）与主机 P（这里 P 是主机的逻辑地址）上的进程 C（它的端口号为 7）进行通信的过程用网络的层次结构来描述。其中，主机 R 是发送者，主机 P 是接收者。发送者的应用层协议在对等层交换的是报文 M。在发送方把数据 M 向下传给传输层。传输层在数据的前端加源端口号 5和目的端口号 7，构成传输层的协议数据单元。这一对端

47、口号是表明传输层为进程 A 和进程 C的端到端的数据通信提供服务。传输层的协议数据单元继续向下传给网络层。对网络层而言，它把传输层的协议数据单元当作它的净负荷，再加上网络层的协议头，构成分组。这里协议头最主要的是源主机的逻辑地址 R 和目的主机逻辑地址 P。这一对地址的作用是把分组由主机 R送到主机 P。继续向下传给数据链路层，加帧头和帧尾，构成帧。帧头中最主要的是物理地址（途中无法画出来，因为它在网络中传送时时不断改变的） 。在接收端，是由下而上的过程。每一层的协议尸体处理完协议要做的工作，就剥去协议头和尾（如果有的话） ，把剩下的净负荷传给上一层继续处理，知道把报文 M 交给进程 C 为止

48、。15进程AMRT C P / I P进程BMMM尾帧75PR75PR帧头75MMMM尾帧75PR75PR帧头75进程C进程DP发送者 接收者应用层传输层网络层链路层57图 1-12 进程之间的通信1.4 现代通信网的发展趋势1.4.1 现代通信网发展过程（四阶段）现代通信网的发展过程大体分为 4 个阶段。第一阶段：起自 19 世纪中叶，主要技术特征是信息开始以电磁信号的形式实现远距离传输，形成以有线电话、电报和无线电电台为主，简易信号和运动通信为辅的通信网。第二阶段：在 20 世纪 5070 年代，主要技术特征是自动交换、数字传输系统、卫星通信等共同作用，通信网从独立、按业务分类的单一通信网

49、过渡到以电缆、无线接力、散射和卫星综合传输体系为基础的综合通信网。第三阶段：大致在 20 世纪的 7080 年代，主要技术特征是数据网络、分组交换系统和大容量光纤传输系统、数字微波系统形成，数据通信网开始成为通信网的重要组成部分。第四阶段：始于 20 世纪 80 年代中期，主要技术特征是综合业务数字网（ISDN）和互联网（Internet）的形成，骨干通信网实现了全数字化，骨干传输网光纤化，数字通信业务增长迅速，通信网逐步形成信息传输和应用一体化的趋势。1.4.2 “六”化未来社会将进入高度信息化的社会，要求得到高质量的信息服务，要求通信网能够提供多种多样的业务，整个通信网传输、交换、处理的信息量也将不断增大。根据这种趋势，人们综合运用现代通信技术、计算机技术、控制技术和数字信号处理技术等，使通信向着数字化、宽带化、综合化、融合化、智能化、个人化的方向发展。1 网络业务数字化2 网络传输宽带化3 网络服务综合化4 网络互通融合化5 网络终端智能化6 网络通信个人化1.4.3 传感网（物联网，internet of things，IOT）16第 2 节课 第二章 数字通信基本原理