2022年2022年计算机网络要点 .pdf

计算机网络的定义涉及到以下四个要点：(1)计算机网络中包含两台以上的地理位置不同具有“自主”功能的计算机。所谓“自主”的含义，是指这些计算机不依赖于网络也能独立工作。通常，将具有“自主”功能的计算机称为主机(Host)，在网络中也称为结点(Node)。网络中的结点不仅仅是计算机，还可以是其他通信设备，如，HUB、路由器等。(2)网络中各结点之间的连接需要有一条通道，即，由传输介质实现物理互联。这条物理通道可以是双绞线、同轴电缆或光纤等“有线”传输介质；也可以是激光、微波或卫星等“无线”传输介质。(3)网络中各结点之间互相通信或交换信息，需要有某些约定和规则，这些约定和规则的集合就是协议，其功能是实现各结点的逻辑互联。例如，Internet上使用的通信协议是TCP/IP 协议簇。(4)计算机网络是以实现数据通信和网络资源（包括硬件资源和软件资源）共享为目的。要实现这一目的，网络中需配备功能完善的网络软件，包括网络通信协议（如，TCP/IP、IPX/SPX）和网络操作系统（如，Netware、Windows 2000 Server、Linux）。计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物，这主要体现在两个方面：一方面，通信技术为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段；另一方面，计算机技术的发展渗透到通信技术中，又提高了通信网络的各种性能。按网络的管理方式分类1.客户机/服务器网络（Client/Server）在客户机/服务器网络中（以下简称C/S 结构），有一台或多台高性能的计算机专门为其它计算机提供服务，这类计算机称之为服务器；而其它与之相连的用户计算机通过向服务器发出请求可获得相关服务，这类计算机称之为客户机。C/S结构是最常用、最重要的一种网络类型。C/S结构的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。服随着 Internet技术的发展与应用，出现了一种对C/S 结构的改进结构，即浏览器/服务器结构(B/S Browser/Server)。2.对等网络名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 32 页 -对等网是最简单的网络，网络中不需要专门的服务器，接入网络的每台计算机没有工作站和服务器之分，都是平等的，既可以使用其它计算机上的资源，也可以为其它计算机提供共享资源。比较适合于部门内部协同工作的小型网络。对等网络组建简单，不需要专门的服务器，各用户分散管理自己机器的资源，因而网络维护容易；但较难实现数据的集中管理与监控，整个系统的安全性也较低。双绞线双绞线分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两类，可以用于传输模拟或数字信号，常用点到点连接，也可用于多点连接。在三种有线传输介质中，双绞线的地理范围最小、抗干扰性最低，但价格最便宜，是当前使用最普遍的传输介质同轴电缆同轴电缆有基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种基本类型。其中，基带同轴电缆用来传输数字信号，宽带同轴电缆可以传输模拟或数字信号。同轴电缆可用于点到点连接或多点连接。在三种有线传输介质中，同轴电缆的地理范围中等、抗干扰性中等，价格也中等。光纤光纤分单模光纤和多模光纤两种，只能单向传输数字信号，用于点到点连接。在三种有线传输介质中，光纤性能最好、传输距离长、不受电磁干扰或噪声影响、体积小、重量轻，但价格也是最高的。光纤光纤由纤芯和包层构成：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 32 页 -纤芯:传输光信号，光信号中携带用户数据。包层:折射率比玻璃芯低，可使光信号在玻璃芯内反射传输。塑料外套:用于保护光纤光缆可以是单根光纤，但通常由多根光纤构成，外面有外壳保护，以保证光缆有一定的强度。1.光纤的物理特性数据在玻璃纤维中通过光信号进行传输。光纤可分为单模光纤和多模光纤。(1)多模光纤允许许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输，即有多条光路。在无中继条件下，传播距离可达几km，采用 LED作为光源。图 2-2-6 多模传输示意图 (2)单模光纤光纤直径与光波波长相等，只允许一条光线在一条光纤中直线传输，即只有一条光路。在无中继条件下，传播距离可达几十km，采用激光作为光源。图 2-2-7 单模传输示意图单模光纤容量大于多模光纤，价格也高于多模光纤。2.光纤的的其他特性传输特性每一根光纤任何时候只能单向传输数字信号。因此，要实现双向通信就必须成对使用。连通性用于点到点连接。地理范围名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 32 页 -在 6km 8km的距离内，不用中继器。抗干扰性不受外界的电磁干扰或噪声影响。价格在双绞线、同轴电缆和光纤三种有线介质中，光纤的价格最高。光纤与铜缆相比，其优点是高带宽、衰减小、不受电磁干扰、细且重量轻、安全性好；缺点是单向传输、且价格比较昂贵。Internet地址和域名1.IP地址 IP地址是网络层的逻辑地址，用于标识数据报的源地址和目标地址。在Internet中，一个 IP 地址可唯一性地标识出网络上的每个主机。目前主流的 IPv4协议采用的 IP 地址长度为 4 个字节，即 32bit。在书写时，通常用4 段十进制数表示（称为点分形式）：每段由 0255的数字组成，段与段之间用小数点分隔。例如，二进制形式的 IP 地址：10101100 10101000 00000000 00011001 点分形式的 IP 地址：172.168.0.25 IP地址由网络 ID 和主机 ID 两部分组成。网络ID（也称网络地址）具有唯一性，用来识别不同的网络；而主机ID（也称主机地址）用来区分同一网络上的不同主机，如工作站、服务器、路由器等。相同网络ID 中的每个主机 ID 必须是唯一的。2.IP地址的分类 IP地址可分为 A、B、C、D、E五类，可分配使用的是前三类地址，如表5.2所示（其中，hhh表示主机 ID）。说明：主机位全为 1 的地址表示该网络中的所有主机，即广播地址。主机位全为 0 的地址表示该网络本身，即网络地址。网络中分配给主机的地址不包括广播地址和网络地址。因此，网络中可用的IP 地址数 2n2（n 为 IP 地址中主机部分的位数）。表 5.2 IP地址的分类地址类型地址范围说明A 类001.hhh.hhh.hhh 127.hhh.hhh.hhh 第一段是网络ID，其余三段是主机ID B 类128.000.hhh.hhh 191.255.hhh.hhh 前两段是网络ID，其余两段是主机ID C 类192.000.000.hhh 223.255.255.hhh 前三段是网络ID，最后一段是主机ID 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 32 页 -D 类224.000.000.000 239.255.255.255 组播地址E 类240.000.000.000 255.255.255.255 研究用地址(1)A 类地址001.hhh.hhh.hhh 127.hhh.hhh.hhh A类地址用第一段数字表示网络ID，并规定最左位为“0”，即凡是以 0 开始的 IP 地址均属于 A类网络。因此取值范围是0000000101111111，即 1127。由于 127.hhh.hhh.hhh属于保留地址，用于本地回送测试，所以 A类地址可标识的网络数量为 126 个。A类地址用后三段数字（24 位）表示主机 ID，所以每个 A类网络中的主机数量最多为 16777214（224-2）。可见，A类地址适用于大型网络。(2)B 类地址128.000.hhh.hhh 191.255.hhh.hhh B类地址用前面 16 位来表示网络 ID，并规定最前面两位为“10”，即凡是以 10 开始的 IP 地址均属于 B类网络。因此第一段数字的取值范围是1000000010111111，十进制表示为 128191。B类地址用后两段数字（16 位）表示主机 ID，所以每个 B类网络中的主机数量最多为 65534（216-2）。B类地址适用于中等大小的网络。(3)C 类地址192.000.000.hhh 223.255.255.hhh C类地址用前面 24 位来表示网络 ID，并规定最前面三位为“110”，即凡是以 110开始的 IP 地址均属于 C类网络。因此第一段数字的取值范围是1100000011011111，十进制表示为 192223。C类地址用最后一段数字（8 位）表示主机 ID，所以每个 C类网络中的主机数量最多为 254（28-2）。C类地址通常用于校园网或企业局域网等小型网络。(4)D 类地址224.000.000.000 239.255.255.255 D类地址也称为多播地址，用于多重广播，最前面四位为“1110”，即凡是以 1110 开始的 IP 地址均属于 D类地址。因此第一段数字的取值范围是1110000011101111，十进制表示为 224239。(5)E 类地址240.000.000.000 255.255.255.255 E类地址是一个通常不用的实验性地址，保留作为以后使用。E类地址的最高位为“11110”，即凡是以 11110开始的 IP 地址均属于 E类地址。因此第一段数字的取值范围是1111000011110111，十进制表示为 240247。3.IP 地址的分配与注册Internet是世界上最大的一个公用网，只有唯一注册的 IP 地址才能被路由。在局域网内部可使用没有注册的IP 地址，但是如果要将内部网连到Internet，则必须获得注册的IP 地址，才能访问 Internet以及被其他用户通过Internet所访问。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 32 页 -IP地址的分配原则如下：(1)可分配给网络或主机的IP 地址只有 A、B、C三类，可用的 IP 地址空间见表 5.3。(2)网络 ID 不能全 0，也不能全 1（255）。全 0 表示没有网络，全 1 用于子网掩码。(3)主机 ID 全为 1 表示该网络的广播地址，全为0 表示该网络的网络ID，因此分配给主机的IP 地址数为 2n2（n 为主机 ID 的位数）。例如，在C类网络中，202.33.209.0就是该网络的网络ID，路由器就是根据此地址转发数据，反过来，向网络上的所有设备发送的广播地址是202.33.209.255。(4)表 5.4 列出的地址段为保留的“私有”IP 地址，仅用于内部专网，即Internet上的路由器不会向这些地址转发数据。其中，192.168.0.0 192.168.255.255 通常用于小型局域网。表 5.3 可分配的 IP 地址空间地址类型第一段数字网络个数每个网络的主机数A 类1127 126（127.hhh.hhh.hhh 保留）16777214（224-2）B 类128191 16384（214）65534（216-2）C 类192223 2097152（221）254（28-2）表 5.4 私有 IP 地址地址类型私有 IP 地址范围网络个数A 类10.0.0.010.255.255.255 1 B 类172.16.0.0 172.31.255.255 16 C 类192.168.0.0 192.168.255.255 256 无线介质常用的无线介质是无线电波和微波等。无线传输不需铺设网络传输线，而且网络终端移动方便。其中，微波通信常用的有地面微波通信和卫星通信两种。多路复用的基本概念多路复用是指在一条物理信道上同时传输多路信息。工作原理见下图：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 32 页 -图 2-4-1 多路复用原理优点：仅需一条传输线路，可节省成本、安装与维护费用传输线路的容量得到充分的利用常用的多路复用方法：频分多路复用（FDM）频分多路复用就是将信道的可用频带分割成若干条较窄的子频带，每一条子频带传输一路信号。各子频带之间通常要留有一定的空闲频带，作为保护频带，以减少各路信号的相互干扰。频分多路复用原理如图所示：把被传送的各路信号的频率分开，分配到不同的频率段，如f01、f02、f03、,等。如果单个信道带宽为 Bm，相邻频率段之间的警戒信道带宽为Bg，那么每个信道实际带宽为 B=Bm+Bg，由 N个信道组成的频分多路复用系统的总带宽BW 为：图 2-4-2 频分多路复用原理使用 FDM 的前提是：物理信道的可用带宽要远远大于各原始信号的带宽。FDM 技术成熟、实现简单，主要用于模拟信道的复用，广泛用于广播电视等领域，也可用于宽带计算机网络。波分多路复用（WDM）所谓波分多路复用，是指在一根光纤上同时传输多个波长不同的光载波。实际上名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 32 页 -WDM 是 FDM 的一个变种，用于光纤信道。波分多路复用的工作原理如图2-4-3 所示：要传输的光波的波长（频率）是不同的，它们通过合波器（通常是棱镜或光栅）后，就可使用一条共享的光纤传输，到达目的地结点后，再经过分波器（棱镜或光栅）分成多束光波。因此，波分多路复用并不是什么新的概念，只要每个信道由各自固有的频率范围而且信道间频率范围不相重叠，它们就能以多路复用的方式通过共享光纤进行远距离传输。光源 光源 n光源 合波器检测器 检测器 n检测器 分波器信道1信道2信道N信道1信道2信道N 2 n图 2-4-3 波分多路复用工作原理时分多路复用（TDM）时分多路复用是将一条物理信道的传输时间分成若干个时间片，按一定的次序轮流给各个信号源使用。使用 TDM 的前提是：物理信道能达到的数据传输速率超过各路信号源所需的数据传输速率。TDM 主要用于数字信道的复用。根据时间片的分配方法TDM 可分为同步 TDM和异步 TDM。1.同步时分多路复用在同步时分多路复用中，时间片是预先分配好的，而且是固定不变的，即每个时间片与一个信号源对应，而不管此时是否有信息发送。在接收端，根据时间片序号可判断出是哪一路信号。同步时分多路复用原理如图2-4-4 所示。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 32 页 -图 2-4-4 同步时分多路复用原理 2.异步时分多路复用异步时分多路复用技术允许动态分配信道的时间片，以实现按需分配。如果某路信号源没有信息发送，则允许其他信号源占用这个时间片，这样可大大提高信道的利用率。异步时分多路复用是目前计算机网络中应用广泛的多路复用技术。数据交换的基本概念通常将数据在通信子网中各节点间的数据传输过程称为数据交换。网络中常用的数据交换技术可分为两大类：线路交换和存储转发交换，其中存储转发交换交换技术又可分为报文交换和分组交换。线路交换通过线路交换进行通信，就是要通过中间交换节点在两个站点之间建立一条专业的通信线路。利用线路交换进行通信需三个阶段：线路建立、数据传输和线路拆除。线路交换的特点是：数据传输可靠、迅速、有序，但线路利用率低、浪费严重，不适合计算机网络。报文交换报文交换采用 存储-转发 方式进行传送，无需事先建立线路，事后更无需拆除。它的优点是：线路利用率高、故障的影响小、可以实现多目的报文；缺点是：延迟时间长且不定、对中间节点的要求高、通信不可靠、失序等，不适合计算机网络。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 32 页 -分组交换分组由报文分解所得，大小固定。分组交换适用于计算机网络，在实际应用中有两种类型：虚电路方式和数据报方式。虚电路方式类似线路交换 ，只不过对信道的使用是非独占方式；数据报方式类似 报文交换。报文的优点是：高效、灵活、迅速、可靠、经济，但存在如下的缺点：有一定的延迟时间、额外的开销会影响传输效率、实现技术复杂等。1.分组交换的工作原理分组交换方式吸取了报文交换方式的优点，仍然采用“存储-转发”的方式，但不象报文交换方式那样以报文为交换单位，而是把报文“裁成”若干比较短的、规格化的“分组”或者称为包Packet，如图所示。报文交换方式发送数据时，无论发送数据长度是多少，都把它看成一个逻辑单元，在发送的数据上加上目的地址、源地址和控制信息，按一定的格式打包后就组成一个报文。而报文分组方式是，限制数据的最大长度（典型值为一千或几千比特），发送站将一个长报文分成多个报文分组，接收站再将多个报文分组按分组号顺序重新组织成一个长报文。图 2-5-2 报文与报文分组的结构2.数据报方式分组交换适用于计算机网络，在实际应用中有两种类型：虚电路方式和数据报方式。(1)数据报方式的工作原理数据报（DG，Datagram）是报文分组存储转发的一种形式。在数据报方式中，结点间不需要建立从源主机到目的主机的固定连接。源主机所发送的每一个分组都独立地选择一条传输路径。每个分组在通信子网中可以通过不同传输路径，从源主机到达目的主机。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 32 页 -数据报方式的数据交换过程如图2-5-3 所示，具体过程可分为以下几步：图 2-5-3 数据报方式的数据交换过程 4.虚电路方式虚电路（VC，Virtual Circuit）方式试图将数据报方式和线路交换方式结合起来，发挥两种办法的优点，以达到最佳的数据交换效果。数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方之间不需要预先建立连接。而虚电路方式在分组发送前，需要在发送方与接收方之间建立一条逻辑通路，如图2-5-4 所示。每个分组除了包含数据之外还包含一个虚电路标识符。在预先建好的路径上的每个结点都知道把这些分组引导到哪里去，不再需要路由选择判定。之所以称为“虚”电路，是因为这条电路不是专用的。图 2-5-4 虚电路交换方式网络协议名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 32 页 -网络协议是指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，它由三部分组成：语法、语义和同步（定时）。网络的分层结构将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后“分而治之”，这种结构化设计方法是工程设计中常见的手段。对于计算机网络系统这样一个十分复杂的系统，分层是系统分解的最好方法之一。网络的体系结构所谓网络体系就是为了完成主机之间的通信，把网络结构划分为有明确功能的层次，并规定了同层次虚通信的协议及相邻层之间的接口及服务。重点/难点TCP/IP 参考模型简介 TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网际协议，是一组用于实现网络互连的通信协议，是Internet上所使用的基础协议。1.TCP/IP协议簇简介 Internet网络体系结构是以TCP/IP 为核心的。基于 TCP/IP 的参考模型与OSI参考模型相比，结构更为简单，两者之间的对应关系见下图3-3-1。OSI RMTCP/IP RM应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网际互联层网络接口层TCP/IP 协议簇HTTPFTPTelnetSMTPSNMPDNSTCPUDPIP (ARP、RARP、ICMP)以太网令牌环网FDDIATM图 3-3-1 OSI RM 与 TCP/IP RM的比较2.TCP/IP 体系结构分层工作原理名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 32 页 -TCP/IP体系结构的分层工作原理以及主机通过两个网络互联的结构示意如图 3-3-2 所示。TCP/IP 是一组协议，见下图。TCP协议传送给 IP 的协议数据单元称作TCP报文段或简称为 TCP段（segment），UDP 协议传送给 IP 的协议数据单元称作UDP 数据报（datagram）；IP 协议传送给网络接口层的协议数据单元称作IP 数据报；通过以太网传输的比特流称作数据帧（frame）。主机A应用层传输层网际互联层网络接口层主机B应用层传输层网际互联层网络接口层网际互联层网络接口层路由器各对等层协议协议交换单元报文TCP 报文段UDP 数据报IP数据报数据帧物理网络1物理网络2图 3-3-2 TCP/IP分层工作示意网际互连层1.网际互联层相关协议简介网际互联层对应于OSI参考模型的网络层，其主要功能是解决主机到主机的通信问题，以及建立互联网络。网间的数据报可根据它携带的目的IP 地址，通过路由器由一个网络传送到另一网络。这一层有 4 个主要协议：网际协议（IP）、地址解析协议（ARP）、反向地址解析协议（RARP）和互联网控制报文协议（ICMP）。其中，最重要的是IP 协议。(1)IP协议IP 协议的基本功能是提供无连接的数据报传送服务和数据报路由选择服务，但不保证服务的可靠性。概括地说，IP 协议提供以下功能：IP 地址寻址名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 32 页 -指出发送和接收 IP 数据报的源 IP 地址及目的 IP 地址。IP 地址由网络号和主机号两部分组成。其中，网络号标识某个网络，主机号标识该网络上的一个特定的主机。IP 数据报的分段和重组。不同网络的数据链路层可传输的数据帧的最大长度（MTU）不一样，例如，以太网是 1500 字节、16Mbps的令牌环是 17914字节、FDDI是 4352B字节。因此，IP 协议要能根据不同情况，对数据报进行分段封装，使得很大的 IP 数据报能以较小的分组在网上传输。目的主机上的 IP 协议能根据 IP 数据报中的分段和重组标识，将各个 IP 数据报分段重新组装为原来的数据报，然后交给上层协议。IP 数据报的路由转发根据 IP 数据报中接收方的目的IP 地址，确定是本网传送还是跨网传送。若目的主机在本网中，可在本网中将数据报传给目的主机；若目的主机在别的网络中，则通过路由器将数据报转发到另一个网络或下一个路由器，直至转发到目的主机所在的网络。(2)ARP 与 RARP 协议上面提到的 IP 地址是一种逻辑地址，而通过数据链路层传输时必须使用实际的物理地址，即 MAC 地址。因此需要有一种能将IP 地址转换为 MAC 地址的协议，ARP就是这样一种地址解析协议。ARP 的解析过程是：在进行数据报发送时，源主机先在其ARP 缓存表中查看有无目的主机的 IP 地址，若有，可获知相应的MAC 地址；若没有，则通过广播ARP 请求的方式查找目的主机的MAC 地址，并将获取的信息写入源主机的ARP缓存表。ARP 缓存表里的 IP 地址与 MAC 地址是一一对应的。(3)RARP 协议RARP 称为反向地址解析协议，用于解决物理地址到IP 地址的转换问题。(4)ICMP 协议由于 IP 协议提供的是一种不可靠的和无连接的数据报服务，为了对IP 数据报的传送进行差错控制，对未能完成传送的数据报给出出错的原因，TCP/IP 协议簇在网际互连层提供了一个用于传递控制报文的ICMP协议，即互联网控制报文协议。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 32 页 -常用的检查网络连通性的Ping 命令，其过程实际上就是ICMP协议工作的过程。2.IP数据报格式IP 数据报是网际互联层的协议处理单元。一个 IP 数据报由报头和数据两部分组成，其中，报头包含 20个字节的固定单元与可变长度的任选项和填充项，如图 3-3-4所示。04816192431版本报头长度服务类型总 长 度标 识标志分段偏移生存时间协议报头校验和源 IP 地 址目 的 IP 地 址任 选 项填充项数 据报头数据数 据 图 3-3-4 IP数据报格式传输层传输层对应于 OSI参考模型的传输层，提供端到端的数据传输服务。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）TCP提供的是面向连接的可靠的传输服务；而UDP 提供的是无连接的不可靠的传输服务，一般用于数据量比较小的传输。1.端口号由于一台主机可以运行多个应用程序，如果仅靠IP 地址是不能区分的，因此，TCP和 UDP 使用端口号作其数据传送的最终目的地，以实现应用程序进程之间的端到端的通信。即通过“IP 地址+端口号”可区分不同的应用程序进程。TCP和 UDP 报头中的端口号字段占16bit，因此端口编号的取值范围是从065535。其中，0254 用于公共应用，2551023 分配给有商业应用的公司，102465535没有限制（用户可自行定义）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 32 页 -2.UDP 协议(1)UDP 数据报的组成UDP 数据报由报头和数据两部分组成。报头只有8 个字节，如图 3-3-6 所示。01631源 端 口目 的 端 口长 度校 验 和图 3-3-6 UDP 数据报的报头结构 源端口字段说明发送进程的端口号。目的端口字段说明接收进程的端口号。长度字段说明 UDP 数据报的总长度（字节），最小值为8（报头的长度）。校验和字段用于简单的差错检测。如果有差错，通常是将UDP 数据报丢弃。由于 IP 只对数据报报头进行正确性校验，因此这里的校验和是使用UDP 协议的传输层确定数据是否无错到达的惟一手段。通过校验和进行检错的方法简单易行，处理速度较快，但检错能力不强。(2)UDP 的功能与特点UDP 直接利用 IP 协议来传送报文，没有繁琐的顺序控制、差错控制和流量控制等功能，因而它的服务和IP 协议一样是无连接的和不可靠的，即UDP报文也会出现丢失、重复、失序等现象。尽管 UDP 提供的是不可靠的服务，但是它开销小、效率高，因而适用于速度要求较高而功能简单的类似请求/响应方式的数据通信。通常采用UDP 的应用层协议有 DNS、SNMP、TFTP（简单文件传输协议）等。需要说明的是，基于UDP 的应用程序必须自己解决可靠性问题。3.TCP 协议与 UDP 不同，TCP提供的是一种可靠的、面向连接的数据传输服务，即进行通信的双方在传输数据之前，首先必须建立连接（类似虚电路）。此外，TCP还具有确认与重传机制、差错控制和流量控制等功能，以确保报文段传送的顺序和传输无错。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 32 页 -(1)TCP 报文段的组成 TCP报文段也是由报头和数据两部分组成，报头结构如图3-3-7 所示。08162431数据偏移任 选 项填充项URGACKPSHRSTSYNFIN源 端 口目 的 端 口发 送 序 号确 认 序 号保 留窗 口校 验 和紧 急 指 针图 3-3-7 TCP 报文段的报头结构(2)TCP 的执行机制TCP通信建立在面向连接的基础上，通常需要三个阶段：建立TCP连接、传输报文段、拆除 TCP连接。应用层应用层对应于 OSI参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务。例如，目前广泛采用的 HTTP、FTP、TELNET 等是建立在 TCP协议之上的应用层协议，不同的协议对应着不同的应用。下面简单介绍几个常用的协议。1.HTTP 协议HTTP 即超文本传输协议是一种Internet上最常见的协议，用于从WWW服务器传输超文本文件到本地浏览器。用户通过URL（Uniform Resource Locators）可链接到相应的 Web服务器，并打开需访问的页面。HTTP 在 Client/Server模式下工作。2.FTP 协议FTP协议使用户可以在本地机与远程机之间进行有关文件传输的相关操作，如上传、下载等。FTP也在 Client/Server模式下工作，一个FTP服务器可同时为多个客户端提供服务，并能够同时处理多个客户端的并发请求。FTP工作时需建立两条TCP连接，一个是命令链路，用来在FTP客户端与服名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 32 页 -务器之间传递控制命令，服务器端默认的端口号为21；另一个是数据链路，用于传送文件，服务器默认的端口号为20。FTP协议有两种工作方式：PORT 方式（主动式）和PASV 方式（被动式）。两种方式的命令链路连接方法是一样的，而数据链路的建立方法不同。3.TELNET协议TELNET 是远程登录协议，也称为远程终端访问协议。使用该协议，通过TCP连接可登录（注册）到远程主机上，使本地机暂时成为远程主机的一个仿真终端，即把在本地机输入的每个字符传递给远程主机，再将远程主机输出的信息回显在本地机屏幕上。TELNET 也在 Client/Server模式下工作：本地系统运行 TELNET 客户端进程，而在远地主机则运行TELNET 服务器进程。使用 TELNET 协议进行远程登录时需要满足以下条件：在本地机上必须安装包含 TELNET 协议的客户程序，必须知道远程主机的IP 地址或域名，必须知道登录标识（用户名）与口令。TELNET 远程登录服务分为以下4 个过程：(1)本地与远程主机建立连接。(2)将本地终端上输入的用户名和口令及以后输入的任何命令或字符以NVT（Net Virtual Terminal）格式传送到远程主机。(3)将远程主机输出的 NVT格式的数据转化为本地所接受的格式送回本地终端，包括输入命令回显和命令执行结果；(4)本地终端对远程主机撤消连接，即撤销一个TCP连接。4.SMTP SMTP 是简单邮件传送协议，规定在两个相互通信的SMTP 进程之间应如何交换信息。SMTP 也使用 Client/Server模式。因此，负责发送邮件的SMTP 进程就是 SMTP 客户端，而负责接收邮件的SMTP 进程就是 SMTP 服务器端。SMTP 客户端和 SMTP 服务器端之间的工作过程大致可分为连接建立、传送邮件和连接释放三个步骤。邮件服务器是电子邮件系统的核心构件。其功能是发送和接收邮件。邮件服名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 32 页 -务器工作时需使用两个协议，一个用于发送邮件，即SMTP 协议；另一个用于接收邮件，即邮局协议（Post Office Protocol）。现在，常用的 POP3 是第三版邮局协议。5.SNMP SNMP 即简单网络管理协议，它为网络管理系统提供了底层网络管理的框架。SNMP 协议的应用范围非常广泛，诸多种类的网络设备、软件和系统中都有所采用。一个典型的网络管理系统必需包含的三要素是：管理员、管理代理和管理信息数据库（MIB）。6.DNS DNS 是一个域名服务的协议，提供域名到 IP 地址的转换，允许对域名资源进行分散管理。遵循DNS 协议并能实现域名和IP 地址之间双向转换的软件称为域名系统，它是一个处于应用层的联机分布式数据库系统。安装域名系统的计算机称为域名服务器，即DNS服务器。每个连到 Internet的网络中都至少有一个DNS服务器，其中存有该网络中所有计算机的域名和对应的IP 地址，通过与其他网络的DNS 服务器相连就可以找到其他站点。交换式局域网1.共享式以太网和交换式以太网以太网交换技术是在多端口网桥的基础上于90 年代初发展起来的。交换式局域网的核心是交换式集线器（交换机，Switch），其主要特点是：所有端口平时都不连通；当站点需要通信时，交换机才同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的站点都能像独占通信信道那样，进行无冲突地传输数据，即每个站点都能独享信道速率；通信完成后就断开连接。因此，交换式网络技术是提高网络效率、减少拥塞的有效方案之一。与共享介质的传统局域网相比，交换式以太网具有以下优点：(1)它保留现有以太网的基础设施，只需将共享式HUB 改为交换机，大大节名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 32 页 -省了升级网络的费用。(2)交换式以太网使用大多数或全部的现有基础设施，当需要时还可追加更多的性能。(3)在维持现有设备不变的情况下，以太网交换机有着各类广泛的应用，可以将超载的网络分段，或者加入网络交换机后建立新的主干网等；(4)可在高速与低速网络间转换，实现不同网络的协同。目前大多数交换式以太网都具有 100Mbps的端口，通过与之相对应的100Mbps的网卡接入到服务器上，暂时解决了 10Mbps的瓶颈，成为网络局域网升级时首选的方案。(5)交换以太网是基于以太网的，只需了解以太网这种常规技术和一些少量的交换技术就可以很方便的被工程技术人员掌握和使用。(6)交换式局域网可以工作在全双工模式下，实现无冲突域的通信，大大提高了传统网络的连接速度，可以达到原来的200%。(7)交换式局域提供多个通道，比传统的共享式集线器提供更多的带宽。传统的共享式 10Mbps/100Mbps以太网采用广播式通信方式，每次只能在一对用户间进行通信，如果发生碰撞还得重试，而交换式以太网允许不同用户间进行传送，比如，一个 16 端口的以太网交换机允许16 个站点在 8 条链路间通信。(8)在共享以太网中，网络性能会因为通信量和用户数的增加而降低。交换式以太网进行的是独占通道，无冲突的数据传输，网络性能不会因为通信量和用户数的增加而降低。交换式以太网可提供最广泛的媒体支持，因为交换式以太网也是以太网，它可以在第 3 类双绞线、光纤以及同轴电缆上运行，尤其是光纤以太网使得交换式以太网非常适合于作主干网。2.局域网交换机交换式以太网的核心是交换机，是工作在OSI/RM第二层（数据链路层）的物理设备。目前，交换技术已经延伸到OSI第三层的部分功能，有一些交换机实现了简单的路游选择功能，即所谓的第三层交换技术。工作在 OSI第二层的交换机可以理解为一个多端口网桥；第三层交换技术可以不将广播封包扩散，直接利用动态建立的MAC 地址来通信，似乎可以看懂第三层的信息，如 IP 地址、ARP 等。(1)对称和不对称的交换机对称交换机：根据交换机每个端口的带宽来描述LAN交换方法，它用相同的带宽在端口之间提供交换连接，例如全部为 10Mbps端口或全部为 100Mbps端口。交换机的实际吞吐量为端口数与带宽的乘积。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 32 页 -不对称交换机：大多应用于Client/Server网络中，在不同带宽的端口间提供了交换连接，例如10Mbps端口与 100Mbps端口通信。它可以为服务器分配更多的带宽满足网络需求，防止在服务器端产生流量瓶颈。(2)交换方式目前比较主流的有直通方式和存储-转发方式。直通方式的交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。由于不需要存储，延迟非常小、交换非常快，这是它的优点；它的缺点是：因为数据包的内容并没有被交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力，由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通，而且，当交换机的端口增加时，交换矩阵变的越来越复杂，实现起来相当困难。存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式，它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行 CRC 检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，尤其重要的是它可以支持不同速度的输入输出端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。图（a）和图（b）是共享式以太网的两种典型结构。图（a）图（b）图（a）的以太网采用总线结构，数据速率为10Mbps。一个站点发送数据，所有其它站点都可以收到，而且该总线同一时间内只允许一个站点使用，即：所有站点共享 10Mbps的总线。若总线上有N个站点，则每个站点可使用的速率名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 21 页，共 32 页 -为Mbps,而且随着站点的增多，每个站点可使用的速率越来越低。图（b）的以太网物理上采用星形结构，但逻辑上采用总线结构，数据速率为10Mbps。一个站点发送数据，集线器采用广播方式将数据传送到所有其它站点，而且该集线器同一时间内只允许一个站点使用，即：所有站点共享10Mbps的集线器。遇到的问题与上相同。(2)交换式以太网图（c）的以太网采用交换式集线