作者：张基温杜勇刘诗瑾廖伟国董兆军编著
出版社：人民邮电出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
计算机网络技术与应用教程试读：
前言
这是一个信息时代，这是一个网络时代，没有计算机网络，也就没有信息时代。在亿万人都生活在网络之中的今天，了解计算机网络的奥秘成为多数人的愿望。尤其是大学生，不管是哪个专业的大学生，大部分人都认为了解了计算机网络的原理和应用技术，对于生活，对于将来的工作都十分有益，特别是对于像市场营销、银行金融这样的专业尤甚。
长期的教学实践中我们用过许多教材，它们都是从理论到理论，或者先理论后实践的写法。这样的教材对于应用型院校来说，教学有些困难，也不切合实际。要问已经学过这门课的同学学到了什么？多数人的回答是：一大堆概念。还有相当部分的人感到茫然。于是，我们决定打破常规，编写一本以实践开路的教材，尽量做到理论以够用为度，突出实际技能的培养。
本教材共8章，分为4个部分。第1部分为网络基础，在介绍网络的基本概念、数据传输基础和局域网的基本概念的基础上，让学习者从双绞线制作、计算机互连、局域网组网的实践中得到培养。第2部分为网络互连，进行接入技术、互连设备和TCP/IP的知识扩充和实践训练。第3部分为网络应用和安全，除介绍WWW、远程登录（Telnet）、电子邮件（E-mail）等传统应用外，还介绍一些病毒、黑客攻击、数据加密、数字证书、身份识别、安全协议等方面的知识。第4部分为网络新技术，介绍了云计算、网络存储和物联网的新知识。
本书由张基温策划并提供原始资料，由杜勇、刘诗瑾、廖伟国、董兆军分别进行整理、改写和补充，最后由张基温统稿。文明瑶、刘王敏娜、黄姝敏、郑艳松、史林娟、张展为参加了部分编写工作。本书中的大部分内容都是作者多年教学经验的积累，但作为一种新体系的作品，难免存在这样或那样的问题，还请各位读者多多批评并不吝赐教。
此外，本书在写作过程中，参考了不少其他作品，已经在参考文献中加以说明。还有一些是网上的佚名作者，这部分资料，无法在参考文献中说明。在本书出版之际谨向这些为本书出版做出了贡献者致以衷心谢意。编者2012年12月 第1章计算机网络基础知识
计算机网络是计算机技术和通信技术密切结合的产物，它代表了当代计算机体系结构发展的一个极其重要的方向。尤其是人类社会进入21世纪以来，人类的很多活动都必须依靠网络。1.1 计算机网络概述1.1.1 计算机网络及其功能
多年来，计算机网络一直没有统一的严格意义上的定义，而且随着计算机技术和通信技术的发展，其内涵也在不断地发展变化。从广义的角度讲，计算机网络是计算机技术与通信技术相结合，实现信息传送和资源共享为目的的系统的集合。美国信息处理学会联合会认为，计算机网络是以能够相互共享资源（硬件、软件、数据）的方式连接起来，并各自具备独立功能的计算机系统的集合。
本书给出如下定义：计算机网络是将处于不同地理位置且相互独立的计算机或设备（比如打印机、传真机等），在网络协议和网络操作系统的控制下，利用传输介质和通信设备连接起来，从而实现信息传递和资源共享为主要目的的系统的集合。图1.1所示为一个计算机网络。
人们如此迷恋计算机网络，那到底计算机网络给人们带来了哪些好处？换句话说，计算机网络主要为用户提供了哪些功能呢？
1．数据传输
这里的数据指的是数字、文字、声音、图像、视频信号等媒体所存储信息的计算机表示。在计算机世界里，一切事物都可以用0和1这两个数字表示出来。计算机网络使得各种媒体信息通过一条通信线路从甲地传送到乙地。数据传输是计算机网络各种功能的基础，有了数据传输，才会有资源共享，才会有其他各种功能。
2．资源共享
资源包括硬件、软件和数据。硬件为各种处理器、存储设备、输入/输出设备等，可以通过计算机网络实现这些硬件的共享，如打印机、硬盘空间等。软件包括操作系统、应用软件、驱动程序等，可以通过计算机网络实现这些软件的共享，如多用户的网络操作系统、应用程序服务器。数据包括用户文件、配置文件、数据文件、数据库等，可以通过计算机网络实现这些数据的共享，如通过网上邻居复制文件和网络数据库。通过共享能使资源发挥最大的作用，同时节省成本，提高效率。图1.1 计算机网络
3．负载均衡
在有很多台计算机的环境中，这些计算机需要处理的任务可能不同，经常有忙和闲等现象的出现。有了计算机网络，可以通过网络调度来协调工作，把“忙”的计算机上的部分工作交给“闲”的计算机去做。还可以把庞大的科学计算或复杂信息处理问题交给几台联网的计算机，由它们协调配合来完成。分布式信息处理、分布式数据库等就是利用计算机网络来实现负载均衡最好的例子。
4．网络服务
现在，风靡全球的电子邮件、网上电话、网络会议、电子商务等都是计算机网络的产物，它们给人们的生活、学习和娱乐带来极大的方便。有了计算机网络，实时控制系统才有了保障，军事设施、道路交通设施等才能在无人值守的情况下准确无误地运作。伴随着计算机网络新技术的不断出现，人们的生活、工作和学习会越来越方便。1.1.2 计算机网络的组成
计算机网络主要由3部分组成，即传输介质、网络设备和网络软件。网络可大可小，但都由这3部分组成，缺一不可。
1．传输介质
传输介质是把网络结点连接起来的数据传输通道，包括有线传输介质和无线传输介质。其中，有线传输介质包括双绞线、同轴电缆、光缆；而无线传输介质则包括无线电波、微波、蓝牙和红外线等。传输介质是网络数据传输的通路，网络中所有的数据都要经过传输介质进行传输。一个网络所选用的传输介质的种类和质量对网络性能的好坏有很大的影响。
2．网络设备
网络设备是构成网络的结点，包括计算机和网络互连设备。计算机一般是指服务器或工作站。网络互连设备则包括网络适配器（网卡）、集线器、交换机、路由器等。
3．网络软件
网络软件是负责实现数据在通信双方之间进行传输的软件系统，包括网络操作系统、网络传输协议、网络管理软件、网络服务软件和网络应用软件。（1）网络操作系统
网络操作系统是网络的心脏和灵活，是向网络中的计算机或设备提供服务的特殊操作系统。它有集中式和对等式两种。集中式网络操作系统安装在网络服务器上，集中管理网络资源；对等式网络操作系统平等地安装在所有网络结点上，所有结点既是服务器又是客户机。最典型的网络操作系统有Windows 2000/2003、Linux、Netware、UNIX。（2）网络传输协议
协议是指两个或两个以上实体为了开展某项活动，经过协商后达成的且必须共同遵守的规则的集合。网络传输协议就是连入网络的全体计算机必须共同遵守的一组规则和约定，它保证数据传送与资源共享能顺利完成。目前，最著名的是由国际标准化组织（ISO）提出的开放式系统互联模型（OSI/RM）和国际公认的、实际在用的传输控制/网络互联协议（TCP/IP）。（3）网络管理软件
网络管理软件是能够对网络设备进行管理以保障网络可靠正常运行的软件系统。目前，具有代表性的网络管理系统有：HP 公司的 HP OpenView、IBM 公司的 NetView、ZOHO 公司的ManageEngine、Cisco 公司的 Cisco Works、SUN 公司的 SUN Manager、Novell 公司的 NetWare Manage Wise。（4）网络服务软件
网络服务软件是运行于特定的操作系统下，提供网络服务的软件，如Apache、IIS等。（5）网络应用软件
网络应用软件是能够与服务器进行通信，直接为用户提供网络服务的软件。用户需要网络提供一些专门服务时，需要使用相应的网络应用软件，如Internet Explorer、Firefox浏览器、Outlook Express、Foxmail、迅雷、NetMeeting 等。随着网络应用的普及，将会有越来越多的网络应用软件为用户带来各种各样的服务。1.1.3 计算机网络的发展
计算机网络的发展同自然界很多事物的发展一样，都经历了一个从简单到复杂的过程。从最初为方便资料的收集和处理为目的的面向终端的计算机网络，到如今几乎无所不能的巨大网络，整个过程大致可分为4个阶段。
1．面向终端的计算机网络
20世纪50年代中期至20世纪60年代末期，计算机技术和通信技术初步结合，形成了计算机网络的雏形。此时的计算机网络，是以单机为中心的远程联机系统。美国在1963年投入使用的飞机订票系统SABRE-1，就是这类系统的典型代表之一。面向终端的计算机网络如图1.2所示。
2．初级计算机网络
20世纪60年代末期至20世纪70年代后期，在远程终端计算机网络基础上，人们开始研究把计算机与计算机通过PSTN等已有的通信系统互连起来。为了使计算机之间的通信联接可靠，建立了分层通信体系和相应的网络通信协议，于是诞生了以资源共享为主要目的的计算机网络。这一阶段的典型代表是世界上公认的第一个最成功的远程计算机网络，即为1969年，由美国高级研究计划局（Advanced Research Project Agency，ARPA）组织研制的ARPAnet网络。初级计算机网络如图1.3所示。图1.2 面向终端的计算机网络图1.3 初级计算机网络
3．开放式的标准化计算机网络
20世纪70年代中期至20世纪90年代中期，各种计算机网络技术发展迅速，且众多计算机厂商纷纷推出自己的计算机网络。随着时间的推移，人们试图将不同类型的网络连接起来，这便是第三代网络，即网络与网络的互连。但这种连接必须解决不同类型网络之间的兼容性的问题，于是，人们便开始着手研究计算机网络的开放性和标准化的问题。这些问题的研究，为第四代网络的发展奠定了坚实的基础。
4．综合性、智能化、高速和安全的计算机网络
20世纪90年代中期至今，计算机网络向全面互连、高速和智能化方向发展，并将得到广泛的应用。Internet网络便是这一代网络最典型的代表。在这个时代，人们越来越离不开它。1.2 计算机网络分类
对计算机网络进行分类的标准很多，一般不同的标准就有不同的分类方法，如按拓扑结构分类、按网络协议分类、按通信方式分类以及按网络的使用范围分类等。下面主要介绍其中的两种分类方法。1.2.1 按网络的作用范围分类
按网络覆盖的地理范围进行分类，一般将计算机网络分为3类：
● 局域网（local area network，LAN）；
● 城域网（metropolitan area network，MAN）；
● 广域网（wide area network，WAN）。
1．局域网
局域网覆盖范围一般在几千米以内，通常属于一个单位、一个部门或一个实验室，或在一幢大楼、一个校园内、一个园区。局域网的本质特征是作用范围小、传输速率高（通常为10Mbit/s～10Gbit/s）、延迟小、可靠性高。再加上LAN具有低成本、应用广、组网方便、使用灵活等特点，深受广大用户的欢迎。因此，LAN是目前发展最快、最活跃的一个分支。
2．广域网
广域网所覆盖的地理范围一般为几百千米到几千千米，因为其覆盖的范围广，故称其为广域网，也称为远程网。它一般可以覆盖几个城市、地区，甚至国家、州或全球。这类网络出现得最早，其骨干网络一般是公用网，传输速率较高，能够达到若干 Gbit/s；但普通用户构建的专用广域网的传输速率一般较低，通常为2～100Mbit/s。
3．城域网
城域网原本指的是介于局域网与广域网之间的一种大范围的高速网络，其作用范围是从几千米到几十千米的城市。目前，随着网络技术的迅速发展，局域网、城域网和广域网的界限已经变得十分模糊，故本书不再对城域网做更为详细的介绍。1.2.2 按通信方式分类
计算机网络的结点之间进行通信，通常有两种方式，一种是广播方式，另一种是点到点方式。相应地，计算机网络也可以分为两类：广播网络和点到点网络。
1．广播网络
在广播网络中，所有联网的计算机都使用一个共享通信信道。当一个结点利用这个公共信道发送数据包时，网络中其他的结点都能接收到这个数据包。就像现实中的广播—一个人说话，一定范围内的其他人都能听到一样。
在这种网络中，所有的数据包都必须封装目的地址和源地址；一旦同一网络中的其他结点收到相应数据包时，都必须和自身的地址进行比较。若相同，则表示是发给自己的并接收；否则，丢弃该数据包。一般LAN就属于这种网络。
2．点到点网络
在点到点网络中，任何一个物理链路都唯一连接一对结点。如果两个结点之间没有直接连接的物理链路，则必须通过其他结点转发。比如人们登录 Internet 网络中的某个服务器，当登录成功时，服务器和本地计算机之间就形成了一个点到点网络。1.2.3 按网络拓扑结构分类“拓扑”这个名词是从几何学中借用来的。网络拓扑是网络形状，或者是它在物理上的连通性。网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接，它的结构主要有星型结构、环型结构、总线型结构、树型结构、网状结构、蜂窝状结构等。
1．星型拓扑
星型结构是网络中的各结点通过点到点的方式连接到一个中央结点（又称中央转接站，一般是集线器或交换机）上，由该中央结点向目的结点传送信息的网络结构，如图1-4（a）所示。
星型拓扑结构便于集中控制，因为端用户之间的通信必须经过中心结点。由于这一特点，也带来了易于维护、安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会影响其他端用户间的通信。同时，星型拓扑结构的网络延迟时间较小，传输误差较低。但这种结构也有非常不利的一点，那就是中心结点必须具有极高的可靠性，因为中心结点一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此，中心结点通常采用双机热备份，以提高系统的可靠性。
2．环型拓扑
环型结构的网络是网中各结点通过通信线路首尾相连，形成闭合的环路，如图 1.4（b）所示。数据在环路中沿着一个方向在各个结点间传输，故实现简单，且传输介质适合采用光纤，从而实现高速连接。但这种结构也存在致命的弱点，即网中任何一个结点出现故障，则导致全网瘫痪。图1.4 计算机网络基本拓扑结构（1）
3．总线型拓扑
总线型拓扑结构如图1.5（a）所示。在总线型拓扑结构中，网络中的所有结点都通过接口串接在一个被叫做总线的单根传输线路上。每一个结点发送的信息都必须在总线上传输，且能被其他结点所接收。还有，在任何一个时间点上，网中只能有一个结点向外发送消息；否则，便产生冲突。因而，总线成为了这种结构网络的瓶颈。图1.5 计算机网络基本拓扑结构（2）
4．树型拓扑
树型拓扑结构是星型拓扑结构的拓展。它采用层次化的结构，具有一个根结点和多层分支结点，如图1.5（b）所示。
树型网络中除了叶子结点外，所有分支结点都是转发结点。它的各个结点按层次进行连接，数据的交换主要在上下结点间进行，相邻的结点之间一般不进行数据交换。树型结构属于集中控制式网络，适用于分级管理的场合。1.3 计算机网络传输介质概述1.3.1 传输介质概述
传输介质是网络中信息传输的载体，也是网络通信的物质基础之一。传输介质的性能特点对传输速率、通信距离、可连接的网络结点数目、数据传输的可靠性等均产生很大的影响。因此，必须根据不同的通信要求，合理地选择传输介质。目前，在局域网中常用的传输介质主要分为两种，即有线传输介质和无线传输介质。其中有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光纤；而无线传输介质则有卫星、微波、蓝牙、激光、红外线等。表1.1所示为几种传输介质的性能比较。表1.1 几种传输介质的性能比较1.3.2 有线传输介质
1．双绞线
双绞线（twisted pair wire，TP）是最常用的一种传输介质。一对双绞线一般由两根22～26号绝缘铜导线相互缠绕而成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆。与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度、数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。目前，双绞线可分为非屏蔽双绞线（unshielded twisted pair，UTP）和屏蔽双绞线（shielded twisted pair，STP），它们的结构分别如图1-6（a）、（b）所示。图1.6 双绞线电缆
一般说来，双绞线主要用来传输模拟声音信息，如果用来传输数字信号，信号的衰减比较大，并且产生波形畸变，因此传输数字信号只限于较短距离。表1.2所示为各类铜质UTP的参数。表1.2 铜质UTP参数
2．同轴电缆
同轴电缆（coaxial cable）是由一根空心的圆柱体和其所包围的单根内导线所组成的，如图1.7所示，由里往外依次是铜芯、塑胶绝缘层、细铜丝组成的网状导体及塑料保护膜，铜芯与网状导体同轴，故名同轴电缆或同轴。连接有线电视的信号线即为一种同轴电缆。
同轴电缆的这种结构，决定了其屏蔽性能好、抗干扰能力强，具有更高带宽和极好噪声抑制特性，可以更高速度传输更远的距离。同轴电缆的带宽取决于电缆长度，距离越短，带宽越高。
3．光纤
光缆是由一组光纤组成的传输光束的传送介质。与其他通信介质相比，光缆的电磁绝缘性能好、信号衰变小、频带较宽、传输距离大。
光缆的核心是光纤，其纤芯是导光性极好、直径很细的柔软圆柱玻璃纤维，光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成，如图1.8所示。在通信中使用的光纤纤芯和包层一般由由石英制成，只是它们分别掺有不同的杂质，以使纤芯的折射率大于包层的折射率。图1.7 同轴电缆结构示意图图1.8 光缆结构
根据能同时传输光束的数量，可以将光纤分为单模和多模两种。（1）单模光纤
单模光纤一般以激光作为光源。由于单模光纤仅允许一束光通过纤芯，因此只能传输一路信号。其特点是传输距离远，但设备比多模光纤贵。（2）多模光纤
多模光纤一般以发光二极管作为光源。由于多模光纤一次允许多路光束通过纤芯，因此可以传输多路信号。其特点是传输距离较近，设备比单模光纤便宜。1.3.3 无线传输介质
常用的无线传输介质有无线电波、蓝牙、微波、红外线和激光。由于红外线和激光束都具有极强的方向性，并且易受环境（雨、雾和障碍等）影响，只适合短距离（几千米之内）传输，比如各种遥控器大都是用红外线进行信息传输的。另外，激光硬件会发出少量射线，需要特许批准。
1．蓝牙
蓝牙（bluetooth）是一种支持短距离（一般在10m以内）传输的无线电技术。能在移动电话、PDA、无线耳机、笔记本以及其他无线设备间进行无线信息交换。
2．无线电波
无线电波通信主要应用在广播通信中。
3．微波
微波在数据通信中占有重要的地位。它在空间中是直线传播的，而地球表面呈弧形，因而微波传输距离往往受限，一般最多达到 50km 左右。为了传输更远的距离，必须采取一定的措施。目前，采取的措施主要有地面接力通信和卫星通信两种。（1）地面接力通信
地面接力通信是指即在地面建立若干微波中继站，进行信号的接力传输。建在地面上的中继站一般站间距离为几十千米，为了避免地面上自然或人为的遮挡，地面中继站的天线架设比较高。图1.9所示为微波接力地面中继站的布局及其天线。图1.9 微波接力地面中继站（2）卫星通信
卫星通信是利用与地球相对静止的同步卫星作为中继站的微波接力通信系统，如图1.10所示。卫星微波通信系统具有通信容量大、传输距离远、覆盖范围广等优点，因此，特别适合于全球通信、电视广播以及恶劣地理环境下使用。例如，美国的全球定位系统GPS、中国正在组建的“北斗”系统以及欧洲的“伽利略”系统等。图1.10 卫星通信系统
从理论上讲，如果在地球赤道上空相对于地球静止的卫星轨道上放置3颗间隔各120°的卫星，就可以实现全球通信或全球广播。1.4 网络适配器
网卡是网络接口卡（network interface card，NIC）的简称，也称为网络适配器，它是连接计算机与网络的接口设备。无论双绞线、同轴电缆还是光纤连接，都必须借助网卡才能实现。1.4.1 网卡的基本功能
● 实现结点与局域网传输介质间的物理连接和电信号匹配，接收和执行结点送来的各种控制命令，完成编码和译码。
● 完成数据帧的封装与拆封、发送与接收，实现多路访问控制、差错校验、串并代码转换等。
● 提供数据缓存能力。
● 实现接口功能。1.4.2 网卡的种类
随着网络技术的飞速发展，网络应用越来越广泛。为满足各种应用环境的需求，出现了不同类型的网卡。下面对目前市场上主流的网卡进行分类介绍。
1．按总线类别划分
网卡是通过插在计算机总线扩展槽内实现与计算机连接的，扩展槽有各种总线类型，网卡也随之有多种类型。
● ISA 总线网卡：总线宽度为16 位，I/O 速度较慢，已被淘汰。
● PCI总线网卡：总线宽度为32 位，I/O 速度快，通过网卡所带的两个指示灯颜色可以初步判断网卡的工作状态，是目前主流网卡，市场上较多见。图1.11所示为一种典型的PCI总线网卡。
● PCMCIA总线网卡：这种网卡是笔记本专用网卡。
● USB接口网卡：这是一种新型的总线网卡。
2．按网络接口分类
● RJ45 接口网卡：连接双绞线的。
● BNC接口网卡：连接细同轴电缆的。
● AUI 接口网卡：连接粗同轴电缆的。
● FDDI 接口网卡：用于FDDI 网络的，市场上很少见。
● ATM接口网卡：应用于ATM网络中的。
图1.12所示为3种网卡接口形状。
3．按带宽分类
● 10Mbit/s网卡：用于标准以太网，主要是ISA 总线。
● 100Mbit/s 网卡：用于快速以太网，是目前的主流产品之一。
● 10/100 Mbit/s自适应网卡：能在两种速率上自动适应的网卡，是目前的主流产品之一。
● 1000 Mbit/s 网卡：用于吉比特以太网中，能够提供1Gbit/s 带宽，它的接口主要有RJ-45和光纤接口。图1.11 PCI总线网卡图1.12 网卡的3种接口1.4.3 网卡地址—MAC地址
网卡虽然有很多种，但有一点是一致的，那就是每块网卡都有一个世界唯一的ID号，也叫做MAC（media access control）地址。MAC 地址被烧录于网卡的ROM 中，就像是每个人的遗传基因密码DNA一样，即使在全世界也绝对不会重复。MAC地址用于在网络中标识计算机的身份，实现网络中不同计算机之间的通信和信息交换。MAC地址是一个48位的二进制数，如图1.13中的00-50-BA-CE-07-0C（十六进制码），前面3个字节（48位）是厂商代码编号（如图1.13中的00-50-BA），后面3个字节（24位）为厂商为它所生产产品的序列编号（如图1.13中的CE-07-0C）。图1.13 MAC地址1.4.4 网卡的选择
网卡作为网络的最基础设备，对于整个网络的性能起着决定作用。在选购网卡时要综合考虑网络类型、传输介质类型、网络带宽以及网卡品牌、加工质量等。当然，现在一般计算机都自带网卡，故读者无须多虑。1.5 网络协议与体系结构1.5.1 层次结构：协议、接口和服务
在设计和建造一个复杂系统时，为了有效地控制其复杂性，人们常常将其子系统用层次结构进行组织。计算机网络是一种复杂系统，所以也需要按照层次结构进行研究、设计和建造。
一个计算机网络按照层次结构建造后，就会将这样一个复杂系统简化成协议、接口和服务3种关系。协议（protocols）是指通信双方的对等层之间的通信规则，服务是下层对上层功能的支持，接口是指通信一端的上下层之间的信息传递规则和方式。下面以邮政系统为例说明协议与接口的概念，读者通过接口也就可以体会服务了。
为了简单并说明问题，把邮政系统看做图1.14所示的3个层次：客户层、邮政业务层和运输层。图1.14 简化的邮政系统层次结构中的协议与接口
对于邮寄客户来说，他要进行的工作是面对两个方面的：一个方面是与收货者的关系，这是协议关系：必须按照有关规定的格式将收货人和发货人的地址、姓名写清楚；另一种关系是与邮政业务的关系，这是接口关系，要求他必须按照规定填写单据、包装并交费。
邮政业务也要面对两个方面进行工作：一个方面是对客户（上一层）填写的单据和邮件进行验收，并面对运输公司（下一层）进行邮件的分类打包、交运等处理，这是接口关系；另一方面要按照邮政内部规定进行面对接收局的工作，如盖邮戳、按照业务分类、填写有关单据等，这是协议关系。
运输公司是最低层，它的任务是如何快速、可靠地把货物送到目的地。为此，要一方面核对邮政的货物，填写接收单据等—接口关系；另一方面按照运输协议，分目的地装集装箱并进行安排车辆，并与目的地运输公司（部门）进行联系办理运输等事宜—协议关系。
货物到了目的地后，目的地的运输公司会按照运输协议接收货物—协议关系；另一方面会打开集装箱，进行分拣，把邮件按照规定送邮政—接口关系。
接收方邮政则一方面要验收（对下一层）和派送（对上一层）—接口关系；另一方面要按照邮局内部规定（协议）加盖邮戳，填写有关单据等。
邮政派送到收件人时，收件人会确认是否自己的邮件并可能与发件人进行联系确认—协议关系；另外会进行验收、签字—接口关系。
一般说来，协议包含了语法（即格式，如填写邮政编码、邮件地址、联系方式的格式）、语义（即内容，如邮政编码、邮件地址、联系方式中的内容）和时序（各个处理部分之间的先后顺序关系及时间约束）。
学习计算机网络，一个重要内容是了解网络的体系结构。1.5.2 OSI/RM参考模型
网络发展的早期，各个计算机网络厂家都分别有自己的网络体系结构，如IBM的系统网络体系结构SNA、DEC的网络体系DNA、UNIVAC的分布式网络体系DCA等。不同的网络体系结构分别有自己的层次结构和协议，给网络标准化和互连造成很大困难。为此，ISO于1978年2月开始研究解决这个问题的方法草案，于1982年4 月形成一个开放系统互连参考模型（open system interconnection/reference model，OSI/RM）的国际标准草案，如图1.15 所示，它是一个七层模型。图1.15 开放系统互连参考模型
在OSI 模型中，由会话层（session layer）、表示层（presentation layer）、应用层（application layer）构成的上三层为进程间的通信，主要解决两台通信的主机间信息传输问题。可以看成是资源子网；由物理层（physical layer）、数据链路层（data linklayer）、网络层（network layer）构成的低三层为系统间的通信，主要解决通信子网中的数据传输问题；传输层（transport layer）处于两部分的中间，可以看做系统通信与进程通信间的接口层。下面分别对7层作简要介绍。
应用层是与用户直接联系的层。用户在应用层上选择自己的应用，并按照有关应用协议的规定进行操作，不必考虑系统处理的细节。这就是协议关系。而对于系统来说，还要对数据进行打包，交下一层—表示层进一步处理。
在表示层，数据将被按照系统有关压缩、加密的要求进行编码变换等，所执行的协议，要能让对方的表示层识别和处理。此外，要进一步打包，交会话层处理。
会话层的工作主要由处理通信双方的程序（进程）同步等控制方式的协议规定。处理之后，要打包交传输层处理。
传输层要决定上层传来的数据包是按照虚电路方式传送还是数据报方式传送，并按照有关协议解决传输中的差错、丢失、冗余和顺序问题。之后再打包交网络层处理。
网络层主要解决数据包能否正确到达目的主机的问题，为此要有关于主机的地址如何编码、如何选择路由等协议。之后再打包交数据链路层处理。
由于在网络层已经解决了传输地址和路由问题，在数据链路层主要解决在一段没有交换结点的无源链路上的数据可靠传输问题。为此要把数据包进一步按照这一层的规定进行组帧（组织成适合大小的二进制数据块）并负责流量控制、差错控制。此后交物理层传送。
物理层用于实现二进制数据的物理传输，要保证每个比特位的可靠传输。为此，它要规定传输设备（注意，物理层不解决传输介质的性能等问题）的机械特性（传输介质连接件的形状、尺寸、引脚数目及排列）、电气特性（多高电压表示1、多高电压表示0）、功能特性（每个引脚的作用）和过程特性（什么时候哪个引脚上传输什么信号等）。这里需要二进制流传输到对方后，对方则从物理层开始进行相逆处理，并层层解包，一直到应用层交给接收方用户。1.5.3 TCP/IP+IEEE 802:实际广泛应用的网络体系结构
ISO推出的OSI/RM虽然是一个国际标准，但仅仅是个参考模型，实际上目前广泛应用的是TCP/IP+IEEE 802。下面分别简要介绍。
1．TCP/IP
TCP/IP 是目前广泛应用的 Internet 中的两个协议，称为传输控制协议和网际协议（transmission control protocol/Internet protocol）。TCP相当于OSI 中的传输层协议，IP相当于OSI中的网络层协议。它们是Internet的核心，因为Internet的前身APARNET一开始就是为了满足异种计算机和异种计算机网间的通信而构建的，它没有对具体网络—物理网做出要求，而是在物理网之上才展开的。因此，它不包含物理网部分，仅考虑如何连接的问题。所以，用IP解决不同网络之间的数据传输，用TCP解决两通信端的进程通信问题。
此外，一开始这两个协议只有分工，还没有层次组织的思想，而且APARNET的应用也很简单。后来，Internet的应用急剧增加，所连接的网络迅速膨胀，人们开始考虑IP与具体网络之间的接口问题，也开始考虑应用协议问题。OSI/RM提出后，开始向OSI/RM靠拢，用层次结构对其所有协议进行划分，加给它一个层次形态。所以，对于Internet体系的层次的划分并不是非常严格。图1.16所示的4层结构，将它分为应用层、运输层、网际层和网络接口层，称为TCP/IP参考模型。图1.16 TCP/IP参考模型
TCP/IP各层的功能如下。
① 网络接口层。TCP/IP协议栈结构没有包含数据链路层和物理层，因此不能完成计算机网络的全部功能，必须与其他协议协同工作。网络接口层负责将IP分组封装成适合在具体的物理网络上传输的帧结构并交付传输。它包括：
● 用于协作IP分组在现有网络介质上传输的协议，如IEEE 802.x；
● IP地址与实际物理网络地址间的转换协议—ARP（address resolution protocol）和RARP；
● 用于串行线路连接主机与网络或连接网络与网络的SLIP和PPP。
② 网际层。网际层的主要作用是解决网络互连中的问题，即网际寻址（包括地址格式、地址转换等）。主要协议有：
● IP协议：规定一种统一的地址格式—协议地址，任何基于TCP/IP的数据在网络层都是以IP包的形式传输的；
● 网际控制信息协议（internet control message protocol，ICMP）：IP数据包的传输是不可靠的，即一个数据包在传输过程中如果发生某种错误，就简单地将其丢掉，然后只发一个消息给消息源，ICMP就是提供差错报告机制的协议；
● 路由协议：负责数据的包装、寻址和路由。
③ 运输层。运输层负责维护信息的完整性，它提供端到端的通信服务，即提供一个应用程序到另一个应用程序之间的通信服务。运输层有如下功能：
● 解决不同应用程序的识别问题，要附加从何处（信源）来到何处（信宿）去的应用程序信息；
● 提供可靠传输，为此运输层的每个分组均含有校验字段；
● 对信息流进行格式化。
运输层提供传输控制协议（transmission control protocol，TCP）和用户数据报协议（user datagram protocol，UDP）。
④ 应用层。TCP/IP 的应用层是几个可以在各种机型上广泛实现的协议，如文件传输协议（FTP）、远程终端访问协议（Telnet）、域名服务程序（domain name service，DNS）、简单邮件传输协议（simple message transfer protocol，SMTP）等。
2．IEEE 802
几乎在Interent迅速发展的同时，局域网也在迅速发展。IEEE于1980年2月成立了局域网标准委员会，简称IEEE 802委员会，专门从事局域网的标准化工作，它为局域网制定了一系列标准，统称为IEEE 802 标准。
局域网覆盖范围有限、站点不多，与广域网相比，它的体系结构也有很大不同。
① 局域网的物理层与OSI的物理层具有相同的功能，包括了位流传输与接收、信号电平与编码、拓扑结构、传播速率等。但是，由于局域网传输距离短，可以使用的传输介质比较多，并且各种介质差异较大，从而使物理层的处理比较复杂。为了有效地进行这些处理，局域网的物理层被分成两个子层：
● 下面的子层用于对传输介质进行说明，如以太网中的物理信令（physical signaling，PLS）子层；
● 上面的子层作为传输介质的访问单元，用于发送/接收比特、编码以及介质处理，类似于OSI/RM的物理层，如以太网中的物理连接（physical medium attachment，PMA）子层。
② 局域网的拓扑结构比较简单且多个站点共享传输信道。这样就需要解决信道的访问控制（即接入方式）问题，即采用什么样的控制方式进行信道资源的分配。然而，信道的访问控制方式与传输介质的关系密切。为此，局域网也将数据链路层分为两个子层：
● 一个与介质有关的子层—传输介质访问控制（medium access control，MAC）子层；
● 一个与介质无关的子层—逻辑链路控制（logical link control，LLC）子层。
LLC 子层与具体局域网使用的介质访问方式无关，主要功能是进行帧的拆装、帧顺序的控制、差错控制以及流量控制，同时为高层协议与局域网介质访问控制（MAC）子层之间提供统一的接口。
③ 由于局域网在任意两个结点之间只有唯一的一条链路，不需要进行路由选择和流量控制，因而它不需要定义网络层，只具备OSI/RM低两层的功能就可以了。由于考虑到局域网要互连，所以在LLC子层之上设置了网际层。
基于如上考虑，IEEE 802 给出了如图1.17 所示的局域网层次模型。图1.17 IEEE 802模型及其与OSI/RM的比较
这里仅简单地介绍了TCP/IP和IEEE802的概况，它们的细节，将在后续章节进一步介绍。实验1 双绞线的制作
一、实验内容
制作双绞线的RJ-45接头。
二、实验材料准备（1）非屏蔽5类双绞线2～3m。（2）4个RJ-45接头，如图1.18所示。图1.18 水晶头（3）4个RJ-45护套。
三、工具准备（1）RJ-45压线/剥线钳一把，如图1.19所示。图1.19 RJ-45压线/剥线钳（2）RJ-45测线仪一个。（3）剪线钳一把。
四、预备知识
1．RJ-45接头
双绞线的RJ-45接头所遵照的标准是TIA/EIA 568A和TIA/EIA 568B。它们规定了双绞线颜色标志及其排列顺序。EIA/TIA 的 568A/568B 两种规格的双绞线色线与脚位的对应关系如表1.3所示。图1.20所示为两种标准实际布局，由图中可以看出568A与568B的1、2、3、6脚位产生了换位。不管哪种标准，1和2线对是一个绕对；3和6线对是一个绕对；4和5线对是一个绕对；7和8线对是一个绕对。表1.3 568A/568B色线与脚位的对应关系图1.20 RJ45接头与电缆终端连接线对排列顺序
2．3种网线的不同连接方法及用途
RJ-45连接线一般有3种：直通（straight-over）、交叉（cross-over）和反转（roll-over）。
直通就是两端采用同类型的接头（都是TIA/EIA 568A或都是TIA/EIA 568B）。交叉也称跳线，就是两头采用不同类型的接头（一端是TIA/EIA 568A，另一端是TIA/EIA 568B）。选用直通还是交叉，关键是看两端所连接的设备插座是否同类型。两端插座是同类型则选交叉网线，两端插座不同类型则选直通网线，目的是使一端的输出连接到另一端的输入端口。图1.21所示为使用交叉网线的情形，其两端的端口均为1、2进行传送，3、6进行接收。表1.4所示为网线的接头类型及应用场合。图1.21 交叉网线（568A/568B）的连接方式表1.4 网线的接头类型及应用场合
五、实验参考步骤（1）根据设备之间的距离，或是设备与配线架之间的距离，用剪线钳剪一段双绞线，最大长度为3m。（2）将RJ-45护套自一端套入双绞线。（3）将电缆护套自端剥去，裸露的导线长度不少于 20mm，电缆护套长度不少于 13mm，如图1.22所示，并将电缆固定。图1.22 电缆护套剥除长度和要求（4）把裸露部分的4组导线分开，使其线对顺序依次为1和2（白绿/绿）、3和6（白橙/橙）、4和5（白蓝/蓝）、7和8（白棕/棕）。（5）将每对线解开绞合，每条线都互相平行。根据所选用的布线设计（EIA 568B，直通电缆）布置好导线的正确顺序，按正确的定位顺序排列（绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕），其中导线6跨过导线4和5。在排好导线后，再将它们的正确顺序检查两遍。要求护套内的导线交叉长度不发生变化，不要松开。（6）用剪线钳在线缆护套端头以外14mm处整齐地切断。确保导线端头截面的平整，不应有毛刷或不齐现象，以免影响性能。整理好的导线长度应为 14mm，从导线端头开始至少 10+1mm的一段长度，导线之间不应有交叉现象，导线6跨越4和5的地方离护套的距离不应超过4mm，如图1.23所示。图1.23 线对排列（7）将整理好的电缆导线插入RJ-45接头中，导线的端头一直伸到RJ-45接头的前端最底部为止。电缆护套的扁平部分应从插头后端插伸到超过预张力释放压块下，电缆护套应伸出插头后端至少6mm（注意：导线插入RJ-45插头时，含有金属片的一面向上，其顺序为从左到右，其顺序应与电缆导线顺序一致）。（8）检查电缆每条导线的顺序是否正确，每条导线是否已到达R-45接头的最底部（此时可以从RJ-45接头的另一端看得到导线头）。（9）将RJ-45接头插入压线/剥线钳的RJ-45插座，然后用力压紧，使RJ-45接头紧咬在双绞线上，如图1.24所示。再次测量导线和护套的长度，以确定它们是否符合规定的几何尺寸要求。图1.24 利用压线钳制作RJ-45接头（10）将RJ-45护套套到RJ-45接头上，以确保其性能与美观。（11）重复以上步骤制作双绞线的另一端RJ-45接头。注意，每一条细线的顺序必须与另一端相同。
依照上述方法分别做一根直通网线和一根交叉网线。
六、测试
网线制作好后，应当首先进行连通性测试。连通性测试可以使用仪器仪表进行。最简单的常用仪表是普通万用表（通断仪），或者是在网络布线中常用的测线器（cable tester）。好的测线器（通断仪）将显示出线缆的问题以及RJ-45头是否打（压接）好。图1.25所示为一款简单的测线器（通断仪）。图1.25 能手测线仪
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]