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1第5章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)5.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述5.2傳輸介質(zhì)5.3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與互聯(lián)設(shè)備5.4因特網(wǎng)25.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述5.1.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義5.1.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成5.1.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展5.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類3所謂計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),就是將地理位置不同且具有獨(dú)立功能的多臺計算機(jī)系統(tǒng),通過通信設(shè)備和線路相互連接起來,并配以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件,實(shí)現(xiàn)信息傳送和資源共享的系統(tǒng)。更為簡潔的定義是:互連的自主計算機(jī)系統(tǒng)的集合。5.1.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義5.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述4要點(diǎn):獨(dú)立:能獨(dú)立運(yùn)行,不依賴于其他計算機(jī)連接:以任何通信方式有線方式:同軸電纜、光纖、雙絞線無線方式:紅外、無線電波、微波、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)軟件:IE、MSN、監(jiān)控軟件、協(xié)議軟件等信息傳送:聲音、圖像、視頻、文字等資源共享:計算機(jī)硬件、軟件、信息5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信線路(傳輸介質(zhì))網(wǎng)絡(luò)軟件客戶機(jī)服務(wù)器網(wǎng)卡網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備雙絞線同軸電纜光纜微波衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理軟件網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件5.1.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成6計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的三個階段:(1)以主機(jī)為中心的聯(lián)機(jī)終端系統(tǒng)(2)以通信子網(wǎng)為中心的主機(jī)互聯(lián)(3)具有層次化體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)5.1.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展7(1)以主機(jī)為中心的聯(lián)機(jī)終端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(遠(yuǎn)程終端計算機(jī)通信網(wǎng)、第一代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò))始于20世紀(jì)50年代至60年代中,形成遠(yuǎn)程終端的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),發(fā)展的動因:資源共享的需求(CPU、外設(shè)、軟件、數(shù)據(jù))大型項(xiàng)目的合作(進(jìn)行工程項(xiàng)目協(xié)作)人與人之間的溝通(電子郵件)5.1.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展8終端集中器(TS):通信處理機(jī)。一端用高速線路與主機(jī)相連,另一端用多條低速電纜與終端相連。前端處理機(jī)(FEP):一般用功能較弱的計算機(jī),分工完成通信任務(wù)的設(shè)備。主機(jī)(HOST):主要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。調(diào)制解調(diào)器(M):把計算機(jī)或終端的數(shù)字信號變換成可以在通信線路上傳送的信號。5.1.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展9以主機(jī)為中心的聯(lián)機(jī)終端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)特征——共享主機(jī)軟硬件資源單臺主機(jī):執(zhí)行計算和通信任務(wù)多臺終端:執(zhí)行用戶交互缺點(diǎn)主機(jī)負(fù)荷重線路利用率低主機(jī)故障,整個系統(tǒng)全部癱瘓10例子:銀行本市通存通兌業(yè)務(wù)銀行分行(單個主機(jī))--市內(nèi)儲蓄網(wǎng)點(diǎn)(終端)11(2)以通信子網(wǎng)為中心的主機(jī)互連(分組交換網(wǎng)、第二代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò))為了提高第一代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信線路的資源利用率及通訊的可靠性、正確性,20世紀(jì)60年代中美國出現(xiàn)第一個分組交換網(wǎng)ARPAnet分組交換網(wǎng)就是以通信子網(wǎng)為中心,主機(jī)和終端為外圍構(gòu)成用戶資源子網(wǎng),不僅可共享通信子網(wǎng)的資源,而且還可共享用戶子網(wǎng)中的硬、軟件資源5.1.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展12(2)以通信子網(wǎng)為中心的主機(jī)互連(分組交換網(wǎng)、第二代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò))HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信線路13主機(jī)/主機(jī)網(wǎng)絡(luò)演變階段CCP:處理主機(jī)之間通信任務(wù)的專用計算機(jī)
通信任務(wù)從主機(jī)中分離,由通信控制處理機(jī)(CCP)完成CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT14兩層網(wǎng)絡(luò)概念的出現(xiàn)由CCP組成的傳輸網(wǎng)絡(luò)——通信子網(wǎng),為主機(jī)提供信息傳輸服務(wù)建立在通信子網(wǎng)基礎(chǔ)上的主機(jī)集合——資源子網(wǎng),提供計算資源。CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子網(wǎng)1516以通信子網(wǎng)為中心的主機(jī)互連特征——多主機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):通訊子網(wǎng)+資源子網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理與通信分離線路利用率高17例子銀行全國通存通兌業(yè)務(wù)銀行分行1(主機(jī))--銀行分行2(主機(jī))···因特網(wǎng)的前身—分組交換網(wǎng)ARPANET美蘇冷戰(zhàn)時期由美國軍方建立的實(shí)驗(yàn)性網(wǎng)絡(luò)最初60’s的4個節(jié)點(diǎn)→70’s的60多個節(jié)點(diǎn),地域跨越美洲、歐洲18為什么需要標(biāo)準(zhǔn)化?不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的兼容性和互操作性是推動網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的原動力國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于1984年提出了一個能使各種計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在世界范圍內(nèi)互聯(lián)成網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)框架OpenSystemInterconnection/ReferenceModel(開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,簡稱OSI參考模型)OSI參考模型是一種概念上的網(wǎng)絡(luò)模型事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn):TCP/IP(因特網(wǎng)的骨干協(xié)議)(3)具有層次化體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)(第三代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò))5.1.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展19(3)具有層次化體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)(第三代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò))5.1.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展20隨著計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向綜合化和高速化方向發(fā)展。綜合化:提供的服務(wù)和傳輸?shù)男畔⒕C合化高速化:傳輸速度快(百兆、千兆)趨勢之一:電話、電視、網(wǎng)絡(luò)“三網(wǎng)合一”趨勢之二:電力線上網(wǎng)趨勢之三:移動通信系統(tǒng)技術(shù)3G、4G、5G(4)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢5.1.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展211、按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類2、按網(wǎng)絡(luò)的作用范圍分類3、按網(wǎng)絡(luò)的交換功能分類4、按網(wǎng)絡(luò)的通信性能分類5、按網(wǎng)絡(luò)的使用范圍分類5.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類221.按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類引用拓?fù)鋵W(xué)方法,把網(wǎng)絡(luò)中的計算機(jī)和通信設(shè)備抽象為一個點(diǎn),把傳輸介質(zhì)抽象為一條線,由點(diǎn)和線組成的幾何圖形就是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)反映出網(wǎng)中每個實(shí)體的結(jié)構(gòu)關(guān)系,是建設(shè)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的第一步,是實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ),它對網(wǎng)絡(luò)的性能,系統(tǒng)的可靠性與通信費(fèi)用都有重大影響。星形、總線型、環(huán)形、樹形及網(wǎng)狀幾種。5.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類23(1)星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)每個結(jié)點(diǎn)都由一條單獨(dú)的通信線路與中心結(jié)點(diǎn)連結(jié)。5.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類每個工作站與中央交換機(jī)雙向連接,工作站可以是終端、微型或小型計算機(jī);中央交換機(jī)是用于對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制和交換的設(shè)備。優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)、便于管理,連接點(diǎn)的故障容易監(jiān)測和排除。缺點(diǎn):中心結(jié)點(diǎn)是全網(wǎng)絡(luò)的可靠瓶頸,中心結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。24(2)環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各結(jié)點(diǎn)通過通信線路組成閉合回路。5.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類傳輸介質(zhì)把這些動態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)器相互聯(lián)接起來形成一個閉合環(huán)形。連接在轉(zhuǎn)發(fā)器上的用戶終端把數(shù)據(jù)分組注入環(huán)中,這些分組在環(huán)中傳輸,所經(jīng)環(huán)中每個轉(zhuǎn)發(fā)器,都檢查該分組的地址域,并接受與該轉(zhuǎn)發(fā)器地址相同的分組信息。優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單、布線容易、適合使用光纖,傳輸距離遠(yuǎn)。缺點(diǎn):每個結(jié)點(diǎn)均成為網(wǎng)絡(luò)可靠性的瓶頸,任意結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障都會造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓,另外故障診斷也較困難。25(3)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)之間按廣播方式通信,直接連接到公共總線上,一個結(jié)點(diǎn)發(fā)出信息,總線上其它結(jié)點(diǎn)均可“收聽”到。5.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類網(wǎng)絡(luò)配置包括一根稱為總線的中央電纜,網(wǎng)中所有工作站都由一個電纜接線盒接到總線上去,從工作站發(fā)出的信號經(jīng)由電纜盒傳到總線上,信號在總線上沿兩個方向傳輸,信號可達(dá)網(wǎng)中每一個工作站,最終傳到總線的兩個端點(diǎn)上。優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單、布線容易、可靠性較高,易于擴(kuò)充。缺點(diǎn):所有的數(shù)據(jù)都需經(jīng)過總線傳送,總線成為整個網(wǎng)絡(luò)的瓶頸;出現(xiàn)故障診斷較為困難。26(4)樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)按層次結(jié)構(gòu)連結(jié),信息交換主要在上下結(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行,相鄰結(jié)點(diǎn)或同層結(jié)點(diǎn)之間一般不進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。優(yōu)點(diǎn):連結(jié)簡單,維護(hù)方便,適用于匯集信息的應(yīng)用要求。
缺點(diǎn):資源共享能力較低,可靠性不高,任何一個工作站或鏈路的故障都會影響整個網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。5.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類27(5)網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無規(guī)則結(jié)構(gòu),結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)結(jié)是任意的,沒有規(guī)律。優(yōu)點(diǎn):系統(tǒng)可靠性高,比較容易擴(kuò)展。缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜,由于連接的不完全性,需要有交換節(jié)點(diǎn),每一結(jié)點(diǎn)都與多點(diǎn)進(jìn)行連結(jié),因此必須采用路由算法和流量控制方法。AB5.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類28局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork,LAN)范圍:小城域網(wǎng)(MetropolitanAreaNetwork,MAN)范圍:中等廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork,WAN)范圍:廣互聯(lián)網(wǎng)(Internet)范圍:全球5.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類2.按網(wǎng)絡(luò)的作用范圍分類29(1)計算機(jī)局域網(wǎng)(LAN,LocalAreaNetwork)特點(diǎn):地理范圍有限在1km~20km較高的通頻帶寬度和數(shù)據(jù)傳輸率1~20Mbps傳輸介質(zhì):雙絞線、同軸電纜和光纖數(shù)據(jù)傳輸可靠,出錯率低(10-11)5.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類30適用范圍:企業(yè)、學(xué)校、樓宇、宿舍、小區(qū)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)形、總線形、星形5.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類31(2)計算機(jī)廣域網(wǎng)(WAN,WideAreaNetwork)特點(diǎn):又稱遠(yuǎn)程網(wǎng)RN(RemoteNetwork)分布范圍幾十公里到幾千公里,傳輸率較低誤碼率高:傳輸距離遠(yuǎn),依靠公共傳輸網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):網(wǎng)狀5.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類32計算機(jī)廣域網(wǎng)使用的公共通信線路網(wǎng)絡(luò)服務(wù)公共電話網(wǎng)(PSTN,PublicSwitchTelephoneNetwork):MODEM、電話線、撥號、9.6kb/s~56kb/s.綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN,IntegratedServiceDigitalNetwork):電話線路、專用設(shè)備、撥號、64k、128k、144kb/s非對稱數(shù)字用戶環(huán)線(ADSL,AsymmetricalDigitalSubscriberLoop):上行速率640kb/s,下行速率8Mb/s。5.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類33(3)計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)(Internet)把全世界不同國家、不同地區(qū)、不同部門和結(jié)構(gòu)類型不同的計算機(jī)廣域網(wǎng),局域網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備連接而組成一個松散結(jié)合的全球互聯(lián)網(wǎng)絡(luò).網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):樹形結(jié)構(gòu)5.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類345.1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類355.2.1有線傳輸5.2.2無線傳輸5.2傳輸介質(zhì)36屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線(1)雙絞線:由兩根彼此絕緣、相互纏繞成螺旋狀的銅線組成。纏繞的目的是減少電磁干擾,提高傳輸質(zhì)量。5.2.1有線傳輸37雙絞線的連接38
(2)同軸電纜:由內(nèi)外兩個導(dǎo)體組成,內(nèi)導(dǎo)體是一根金屬線,外導(dǎo)體是一根柱形的套管,一般是金屬線編織成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),內(nèi)外導(dǎo)體之間有絕緣層。分類:1、細(xì)纜價格較低,安裝方便,通信距離較短,最大為185米。局域網(wǎng)中的同軸電纜主要是細(xì)纜。2、粗纜造價高,安裝難度大,標(biāo)準(zhǔn)距離長,可靠性高。只在要求較高的場合使用。5.2.1有線傳輸39同軸電纜的連接40(3)光纖:纖細(xì)、柔韌、能夠傳導(dǎo)光信號的媒體。特點(diǎn):依靠光波承載信息速率高,通信容量大帶寬:25000~30000GHz 僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制(>100Gb/s)傳輸損耗小,適合長距離傳輸抗干擾性能極好,保密性好輕便5.2.1有線傳輸415.2.1有線傳輸玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯單芯光纜多芯光纜玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼42包括:無線電、微波、衛(wèi)星特點(diǎn):使用電磁波或光波攜帶信息無需物理連接適用于長距離或不便布線的場合易受干擾5.2.2無線傳輸43(1)無線電固定終端點(diǎn)(基站)和終端之間是無線鏈路BS基站用戶計算機(jī)和終端BS基站覆蓋的無線電區(qū)域5.2.1傳輸介質(zhì)44頻率:100MHz—10GHz兩個地面站之間傳送可視范圍距離:50-100km速率低,幾百kb/s地球地面站之間的直視線路微波傳送塔(2)微波5.2.2無線傳輸45與地面站相對固定位置使用3個衛(wèi)星覆蓋全球,網(wǎng)絡(luò)無縫接入傳輸距離遠(yuǎn)傳輸延遲時間長36,000公里地球(3)衛(wèi)星5.2.2無線傳輸465.3.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)5.3.2ISO的OSI參考模型5.3.3OSI的數(shù)據(jù)傳輸5.3.4網(wǎng)絡(luò)通訊模式5.3.5網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備5.3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與互聯(lián)設(shè)備47計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要功能是資源共享和信息交換。要真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的計算機(jī)與終端間正確地傳送信息和數(shù)據(jù),都必須遵循某種互相都能接受的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。這種約定或規(guī)則稱做網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(Protocol)。5.3.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的三個要素:(1)語法:數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。(2)語義:需要發(fā)出何種控制信息、完成何種動作以及做出何種應(yīng)答。(3)同步:各種事件出現(xiàn)的時序。語法語義時序命令標(biāo)志:0xA1設(shè)置電機(jī)正轉(zhuǎn)角度;0xA2設(shè)置電機(jī)正轉(zhuǎn)角度;0xA3設(shè)置電機(jī)控制參數(shù);0xA4復(fù)位電機(jī);只有接收到0xA4后才能接收0xA3;49為了解決不同媒介連接起來的不同設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在不同的應(yīng)用環(huán)境下實(shí)現(xiàn)互操作的問題,采用分層的方法,將網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的龐大而復(fù)雜的問題,劃分為若干個較小而容易解決的問題,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層和層間協(xié)議的集合稱為“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”。5.3.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)505.3.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)把網(wǎng)絡(luò)操作分成復(fù)雜性較低的單元,結(jié)構(gòu)清晰,易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)使設(shè)計人員能專心設(shè)計和開發(fā)所關(guān)心的功能模塊獨(dú)立性強(qiáng)——上層只需了解下層通過層間接口提供什么服務(wù)—黑箱方法適應(yīng)性強(qiáng)——只要服務(wù)和接口不變,層內(nèi)實(shí)現(xiàn)方法可任意改變分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn):515.3.2ISO的OSI參考模型1984年,ISO提出了一個能使各種計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在世界范圍內(nèi)互聯(lián)成網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)框架:OpenSystemInterconnection/ReferenceModel開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型,簡稱OSI參考模型“開放”——世界上任何兩個系統(tǒng)只要遵循同一協(xié)議就可互相進(jìn)行通信“系統(tǒng)”——一臺或多臺計算機(jī)以及與其相關(guān)的外設(shè)、操作員、信息傳輸手段等的集合52OSI體系結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)的不同功能劃分為7層5.3.2ISO的OSI參考模型53(1)物理層(Physical)建立在物理通訊介質(zhì)基礎(chǔ)上,作為系統(tǒng)與通訊介質(zhì)的接口;實(shí)現(xiàn)在物理媒體上傳送比特流:機(jī)械特性:物理連接器的尺寸、形狀、規(guī)格電氣特性:信號電平,脈沖寬度等功能特性:接口引腳的功能作用規(guī)程特性:信號時序,應(yīng)答關(guān)系,操作過程傳輸過程包括激活、維護(hù)和關(guān)閉物理連接。5.3.2ISO的OSI參考模型54(2)數(shù)據(jù)鏈路層(DataLink)加強(qiáng)物理層傳輸比特流的功能,提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸,使相鄰結(jié)點(diǎn)間的鏈路對網(wǎng)絡(luò)層呈現(xiàn)為一條無錯的鏈路;數(shù)據(jù)傳輸單位是幀;數(shù)據(jù)鏈路連接的建立、維持和釋放。5.3.2ISO的OSI參考模型55(3)網(wǎng)絡(luò)層(Network)選擇合適的路由,使發(fā)送站的運(yùn)輸層所傳下來的分組能夠按照地址找到目的主機(jī),“點(diǎn)—點(diǎn)”連接;數(shù)據(jù)傳送的單位是分組或包;流量控制和擁塞控制、流量統(tǒng)計。5.3.2ISO的OSI參考模型AB56(4)傳輸層(Transport)5.3.2ISO的OSI參考模型上三層傳輸層下三層上三層傳輸層下三層RRRRR向上提供標(biāo)準(zhǔn)的傳輸服務(wù)向下屏蔽不同的通信子網(wǎng)傳輸層是資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)的接口層;屏蔽各類通信子網(wǎng)的差異,使應(yīng)用層不受通信子網(wǎng)技術(shù)變化的影響;57(4)傳輸層(Transport)傳輸層的功能是保證在不同子網(wǎng)的兩臺設(shè)備間數(shù)據(jù)可靠地傳輸,“端—端”連接,通過端口號區(qū)分進(jìn)程;進(jìn)行數(shù)據(jù)分段并組裝成報文流,傳輸單位為:報文;傳輸差錯校驗(yàn)與恢復(fù)。5.3.2ISO的OSI參考模型58(5)會話層(Session)面向用戶的連接服務(wù),而非面向通訊的;允許用戶在設(shè)備之間建立、維持和終止會話;會話層使用校驗(yàn)點(diǎn)可使通信會話在通信失效時從校驗(yàn)點(diǎn)繼續(xù)恢復(fù)通信。類比打電話的過程。5.3.2ISO的OSI參考模型59(6)表示層(Presentation)掩蓋不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)格式的不同性;將不同系統(tǒng)的不同表示方法轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)形式;IBM—EBCDIC編碼PC—ASCII編碼數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)、數(shù)據(jù)加密與解密等。5.3.2ISO的OSI參考模型本地表示1本地表示2公共表示公共表示表示層會話層60(7)應(yīng)用層(Application)直接面向用戶,為用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù);處理被傳送數(shù)據(jù)的表示問題,即語義表示;由若干個特定應(yīng)用服務(wù)組成;虛擬終端協(xié)議(VTP)、文件傳輸訪問管理(FTAM)。5.3.2ISO的OSI參考模型61OSI環(huán)境下兩臺主機(jī)通信示意圖5.3.2ISO的OSI參考模型信息傳遞的路線是:應(yīng)用進(jìn)程PA從發(fā)送端的第7層向下依次傳到第1層,然后通過網(wǎng)絡(luò)的物理介質(zhì)傳到第1個結(jié)點(diǎn),從該結(jié)點(diǎn)的第1層上升到第3層,完成路徑選擇后再下到第1層,然后通過網(wǎng)絡(luò)傳到第2個結(jié)點(diǎn),最后傳到接收端,從第1層上升到第7層后劇達(dá)應(yīng)用進(jìn)程PB。625.3.2ISO的OSI參考模型網(wǎng)絡(luò)層次QQ通訊(QQ應(yīng)用軟件)7應(yīng)用層使用文件傳輸協(xié)議等6表示層采用統(tǒng)一的編碼方式,加密算法5會話層創(chuàng)建QQ進(jìn)程及一條與服務(wù)器的連接4傳輸層找到QQ服務(wù)器進(jìn)程并保證數(shù)據(jù)正確3網(wǎng)絡(luò)層所發(fā)送的數(shù)據(jù)怎么到達(dá)服務(wù)器2數(shù)據(jù)鏈路層組織成數(shù)據(jù)幀發(fā)送1物理層發(fā)送比特流635.3.2ISO的OSI參考模型網(wǎng)絡(luò)層次公司7應(yīng)用層經(jīng)理6表示層替老板寫信的助理5會話層寫信封的秘書4傳輸層送信司機(jī)3網(wǎng)絡(luò)層郵局中的排序工人2數(shù)據(jù)鏈路層郵局中的裝拆箱工人1物理層郵局中的運(yùn)輸工人645.3.3OSI中的數(shù)據(jù)傳輸655.3.3OSI中的數(shù)據(jù)傳輸665.3.4網(wǎng)絡(luò)通訊模式一、單播:主機(jī)之間“一對一”的通訊模式。如果10個客戶機(jī)需要相同的數(shù)據(jù),則服務(wù)器需要逐一傳送,重復(fù)10次相同的工作。
優(yōu)點(diǎn):服務(wù)器及時響應(yīng)客戶機(jī)的請求。容易實(shí)現(xiàn)個性化服務(wù)。缺點(diǎn):服務(wù)器流量=客戶機(jī)數(shù)量×客戶機(jī)流量;客戶數(shù)量大、服務(wù)器不堪重負(fù)。685.3.4網(wǎng)絡(luò)通訊模式二、廣播:主機(jī)之間“一對所有”的通訊模式,網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)都可以接收到所有信息。
優(yōu)點(diǎn):網(wǎng)絡(luò)設(shè)備簡單,維護(hù)簡單,成本低廉。服務(wù)器流量負(fù)載極低。缺點(diǎn):無法針對每個客戶提供個性化服務(wù)。廣播禁止在Internet網(wǎng)上傳輸。705.3.4網(wǎng)絡(luò)通訊模式三、組播:主機(jī)之間“一對一組”的通訊模式,類似“組間單播,組內(nèi)廣播”。
優(yōu)點(diǎn):需要相同數(shù)據(jù)流的客戶端加入相同的組,具備廣播優(yōu)點(diǎn)。此協(xié)議和單播協(xié)議一樣允許在Internet寬帶網(wǎng)上傳輸。缺點(diǎn):與單播協(xié)議相比沒有糾錯機(jī)制。現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)雖然都支持組播的傳輸,但還需要完善。72網(wǎng)絡(luò)連接形式:局域網(wǎng)——局域網(wǎng)、局域網(wǎng)——廣域網(wǎng)、廣域網(wǎng)——廣域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備集線器交換機(jī)路由器網(wǎng)關(guān):5.3.5互聯(lián)設(shè)備1集線器數(shù)據(jù)傳輸一定距離后,其幅度會減小,甚至?xí)谢?,這時就需要集線器,集線器把接收到的信號經(jīng)過放大后轉(zhuǎn)發(fā)到集線器的其他所有端口。集線器(HUB)屬于物理層的設(shè)備,具有兩個功能:將信號放大,以支持更遠(yuǎn)的傳輸距離;將機(jī)器互聯(lián),以組成網(wǎng)絡(luò)。73集線器的其他所有端口共享帶寬單個集線器提供的端口數(shù)量是有限的,一般是是8端口、6端口、24端口。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的用戶大于集線器提供的端口數(shù)量時,這時就可通過集線器的堆疊和級聯(lián)來擴(kuò)展端口數(shù)量,滿足網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中端口的需求。74集線器主要還是作為一個主機(jī)站點(diǎn)的匯聚點(diǎn),將連接在集線器上各個接口上的主機(jī)聯(lián)系起來使之可以互相通信。
所有主機(jī)都連接到中心節(jié)點(diǎn)的集線器上構(gòu)成一個物理上的星型連接。但實(shí)際上,在集線器內(nèi)部,各接口都是通過背板總線連接在一起的,在邏輯上仍構(gòu)成一個共享的總線。因此,集線器和其所有接口所接的主機(jī)共同構(gòu)成了一個沖突域和一個廣播域。
752交換機(jī)交換機(jī)能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機(jī)工作在ISO/OSIRM的第二層——數(shù)據(jù)鏈路層。由于交換機(jī)采用接收、查表、轉(zhuǎn)發(fā)的工作方式,能有效提高交換性能和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力。用于連接相同類型的網(wǎng)絡(luò)76在交換機(jī)中,不同端口的數(shù)據(jù)傳輸可以并行地發(fā)生。它使用稱之為“虛擬連接”的概念來連接源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。信息包從源節(jié)點(diǎn)發(fā)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之后,虛擬連接就告結(jié)束。交換機(jī)內(nèi)部維護(hù)一張雙向表,該表將與之相連的實(shí)體端口與連接該端口的地址關(guān)聯(lián)起來。7778交換機(jī)是為了解決連接在集線器上的所有主機(jī)共享可用帶寬的缺陷。
交換機(jī)是通過為需要通信的兩臺主機(jī)直接建立專用的通信信道來增加可用帶寬的。
交換機(jī)為主機(jī)A和主機(jī)B建立一條專用的信道,也為主機(jī)C和主機(jī)D建立一條專用的信道。只有當(dāng)某個接口直接連接了一個集線器,而集線器又連接了多臺主機(jī)時,交換機(jī)上的該接口和集線器上所連的所有主機(jī)才可能產(chǎn)生沖突,形成沖突域。換句話說,交換機(jī)上的每個接口都是自己的一個沖突域。3路由器路由器工作在OSIRM的第三層,即網(wǎng)絡(luò)層。路由器能把多個不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來,形成一個能互相通訊的大網(wǎng)絡(luò)。同一交換機(jī)連接的所有計算機(jī)屬于同一個子網(wǎng),但路由器連接的計算機(jī)則屬于不同的子網(wǎng)。與交換機(jī)相比,路由器的異構(gòu)網(wǎng)互聯(lián)能力、阻塞控制能力和網(wǎng)段的隔離能力
等方面都要強(qiáng)于交換機(jī)。79路由器是互聯(lián)網(wǎng)的主要節(jié)點(diǎn)設(shè)備,通過路由決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā),并且它能將不同網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行“翻譯”,以使它們能夠相互“讀”懂對方的數(shù)據(jù),從而構(gòu)成一個更大的網(wǎng)絡(luò)。作為不同網(wǎng)絡(luò)之間互相連接的樞紐,路由器系統(tǒng)構(gòu)成了Internet的主體脈絡(luò)。它的處理速度是網(wǎng)絡(luò)通信的主要瓶頸之一,它的可靠性則直接影響著網(wǎng)絡(luò)互連的質(zhì)量。80815.3.7沖突域、廣播域4、路由器(Router)
路由器有能力過濾第3層的廣播消息。實(shí)際上,除非做特殊配置,否則路由器從不轉(zhuǎn)發(fā)廣播類型的數(shù)據(jù)包。因此,路由器的每個端口所連接的網(wǎng)絡(luò)都獨(dú)自構(gòu)成一個廣播域。如果各網(wǎng)段都是共享式局域網(wǎng),則每網(wǎng)段自己構(gòu)成一個獨(dú)立的沖突域。
4網(wǎng)關(guān)(協(xié)議交換器)
是最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備,僅用于兩個高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互連。在使用不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言,甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間,網(wǎng)關(guān)是一個翻譯器。大多數(shù)網(wǎng)關(guān)運(yùn)行在OSI7層協(xié)議的頂層--應(yīng)用層。例如:路由器只能在使用相同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。Appletalk與TCP/IP轉(zhuǎn)換只能用網(wǎng)關(guān)。825其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無線AP(無線接入點(diǎn))是組建小型無線局域網(wǎng)最常用的設(shè)備。有了無線AP,就如一般有線網(wǎng)絡(luò)的HUB一般,無線工作站可以快速且輕易地與現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)連結(jié)。無線路由器,具有路由功能的無線AP。84855.3.4互聯(lián)設(shè)備865.3.4互聯(lián)設(shè)備局域網(wǎng)——局域網(wǎng):集線器和交換機(jī)局域網(wǎng)——廣域網(wǎng):路由器和網(wǎng)關(guān)廣域網(wǎng)——廣域網(wǎng)網(wǎng)關(guān):875.4因特網(wǎng)5.4.1因特網(wǎng)概述5.4.2因特網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)5.4.3因特網(wǎng)IP管理5.4.4因特網(wǎng)域名管理5.4.5因特網(wǎng)接入方式5.4.6因特網(wǎng)服務(wù)885.4.1因特網(wǎng)概述什么是因特網(wǎng)? 因特網(wǎng)是在TCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)上建立的國際互聯(lián)網(wǎng)。全世界不同國家、不同地區(qū)、不同部門和機(jī)構(gòu)的不同類型的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)在一起,形成一個世界范圍的信息網(wǎng)絡(luò)。起源與發(fā)展20世紀(jì)60年代,美國的ARPANET網(wǎng)絡(luò);1983年,正式命名為Internet,我國將其翻譯為“因特網(wǎng)”;1986年,美國建立NSFnet,采用TCP/IP協(xié)議,代替ARPANET;世界各工業(yè)化國家以及一些發(fā)展中國家也都紛紛加入Internet的行列,使Internet成為一個全球性的網(wǎng)絡(luò);1991年底,因特網(wǎng)商業(yè)化。89第一階段(1987-1994年)。這一階段是電子郵件使用階段,我國通過撥號與國外連通電子郵件,實(shí)現(xiàn)了與歐洲及北美地區(qū)的E-mail通信功能。第二階段(1994-1995年)。這一階段是教育科研網(wǎng)發(fā)展階段。我國通過TCP/IP連接,實(shí)現(xiàn)了Internet的全部功能。第三階段(1995年--)。這一階段是商業(yè)應(yīng)用階段。我國因特網(wǎng)的發(fā)展90CSTNET中國科技網(wǎng)CERNET中國教育網(wǎng)CHINANET中國公眾互聯(lián)網(wǎng)CHINAGBN中國經(jīng)濟(jì)網(wǎng)中科院系統(tǒng)的個分院和個研究所中國公用計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng),即163、169原國家教委94年12月組織清華、北大等高校承建中國國家公用經(jīng)濟(jì)信息通信網(wǎng)(金橋網(wǎng))Internet我國因特網(wǎng)的發(fā)展UNINET中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng);CIETNET中國國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng);CMNET中國移動互聯(lián)網(wǎng);CGWNET中國長城網(wǎng);CSNET中國衛(wèi)星集團(tuán)網(wǎng)9192因特網(wǎng)使用傳輸控制/網(wǎng)間協(xié)議(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol,TCP/IP)參考模型。TCP/IP不是一兩個協(xié)議,而是由數(shù)十個具有一定層次結(jié)構(gòu)的協(xié)議組成的一個協(xié)議棧。而TCP和IP是該協(xié)議中兩個最重要的協(xié)議。整個協(xié)議集常被稱為TCP/IP體系結(jié)構(gòu)或簡稱為TCP/IP。5.4.2因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)93TCP/IP協(xié)議的工作原理TCP/IP協(xié)議所采用的通信方式是分組交換方式。所謂分組交換,就是數(shù)據(jù)在傳輸時分成若干段,每個數(shù)據(jù)段稱為一個數(shù)據(jù)包。首先由TCP協(xié)議把數(shù)據(jù)分成一定大小的若干數(shù)據(jù)包,并給每個數(shù)據(jù)包標(biāo)上序號及一些說明信息(類似裝箱單),使接收端接收到數(shù)據(jù)后,在還原數(shù)據(jù)時,按數(shù)據(jù)包序號把數(shù)據(jù)還原成原來的格式。IP協(xié)議給每個數(shù)據(jù)包寫上發(fā)送主機(jī)和接收主機(jī)的地址(類似將信裝入了信封),一旦寫上源地址和目的地址,數(shù)據(jù)包就可以在物理網(wǎng)上傳送數(shù)據(jù)了。IP協(xié)議還具有利用路由算法進(jìn)行路由選擇的功能。5.4.2因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)94TCP/IP參考模型包括4個概念層次:應(yīng)用層(application)傳輸層(transport)網(wǎng)際層(internet)網(wǎng)絡(luò)接口(networkinterface)5.4.2因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)TCP/IP參考模型95TCP/IP與OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系5.4.2因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層表示層會話層傳輸層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層7654321OSI參考模型網(wǎng)絡(luò)接口(數(shù)據(jù)鏈路層+物理層)TCP/IP層次網(wǎng)際層傳輸層應(yīng)用層96(1)TCP/IP的應(yīng)用層支持了文件傳輸、電子郵件、遠(yuǎn)程登錄、網(wǎng)絡(luò)管理、Web瀏覽等應(yīng)用。應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)際層文件傳輸●FTP、TFTP、NFS電子郵件●SMTP、POP3WWW應(yīng)用●HTTP遠(yuǎn)程登錄●Telnet、rlogin網(wǎng)絡(luò)管理●SNMP名字管理●DNS5.4.2因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)97(2)TCP/IP的傳輸層TCP是面向連接的、可靠的傳輸U(kuò)DP是無連接的。是“不可靠”的應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)際層面向連接的●TCP無連接的●UDP5.4.2因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)98面向連接服務(wù)(TCP)連接:兩個數(shù)據(jù)實(shí)體為進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而進(jìn)行的一種結(jié)合;面向連接服務(wù)過程:連接建立、數(shù)據(jù)傳輸、連接釋放;對數(shù)據(jù)的校驗(yàn)等;面向連接的服務(wù)適應(yīng):一定時間內(nèi)向同一個目的地發(fā)送許多報文,需要傳輸無誤的;TCP三次握手。TCP報文格式少量數(shù)據(jù),緩沖組織成報文。大量數(shù)據(jù),分成若干個報文。102無連接服務(wù)(UDP)兩實(shí)體間通信不需先建立好一個連接。特點(diǎn):靈活方便和比較迅速。不能防止報文丟失、重復(fù)或失序,屬不可靠連接。適用:傳送少量零星報文、視頻傳輸TCPUDP104(3)TCP/IP的網(wǎng)際層網(wǎng)際層的主要協(xié)議——IP。主要功能是尋找一條能夠把數(shù)據(jù)報送到目的地的路徑。應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)際層●IP●ICMP●ARP●RARP5.4.2因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)IP報文格式105網(wǎng)絡(luò)層使用IP地址,但最終數(shù)據(jù)在物理網(wǎng)絡(luò)上傳輸還是要用硬件地址(MAC地址)。地址解析協(xié)議(ARP)就是用來實(shí)現(xiàn)IP地址到硬件地址轉(zhuǎn)換的協(xié)議。ARP技術(shù)的關(guān)鍵是ARP表,ARP表放在ARP高速緩存器中,每一行對應(yīng)一臺主機(jī)。IP地址以太網(wǎng)地址508:00:39:00:2F:C3608:00:5A:21:A7:22ARP協(xié)議106MAC地址就是網(wǎng)卡地址,世界上的所有網(wǎng)卡都有一個唯一的48位的網(wǎng)卡地址。例如:00-20-ED-18-46-AB。
查看本機(jī)的MAC地址?第1步:在“開始”->“運(yùn)行”->鍵入“cmd”第2步:鍵入“ipconfig-all”107TCP/IP實(shí)際并未定義任何數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和物理層協(xié)議,它可運(yùn)行在現(xiàn)有的任何一種數(shù)據(jù)鏈路層和物理層之上。(4)TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)接口層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口(數(shù)據(jù)鏈路層+物理層)網(wǎng)際層●Ethernet●802.3●802.5●FDDI5.4.2因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)(5)OSI與TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的對比(1)TCP/IP考慮多種異構(gòu)網(wǎng)互連,將IP單設(shè)一層;OSI最初考慮用一個標(biāo)準(zhǔn)的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)互連不同系統(tǒng)。(2)TCP/IP一開始就面向連接和無連接服務(wù),OSI開始只提供面向連接服務(wù)。(3)TCP/IP有較好的網(wǎng)絡(luò)管理功能,OSI后來才考慮。(6)客戶–服務(wù)器方式在TCP/IP的進(jìn)程之間的通信經(jīng)常使用客戶–服務(wù)器方式。客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進(jìn)程。109客戶軟件和服務(wù)器軟件具有以下主要特點(diǎn):1.客戶軟件1)在進(jìn)行通信時臨時成為客戶。2)可與多個服務(wù)器進(jìn)行通信。3)不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。2.服務(wù)器軟件1)一種專門用來提供某種服務(wù)的程序,可同時處理多個遠(yuǎn)地客戶的請求。2)被動地等待并接受來自多個客戶的通信請求。3)一般需要強(qiáng)大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持。110 客戶與服務(wù)器的通信關(guān)系一旦建立,通信就可是雙向的,客戶和服務(wù)器都可發(fā)送和接收信息。大多數(shù)的應(yīng)用進(jìn)程都是使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。111功能較強(qiáng)的計算機(jī)可同時運(yùn)行多個服務(wù)器進(jìn)程。1121135.4.3因特網(wǎng)IP管理1IP的規(guī)定1145.4.3因特網(wǎng)IP管理115116問題:Internet規(guī)模的急劇增長,地址數(shù)量不夠?解決辦法:將一個網(wǎng)絡(luò)分割成幾個子網(wǎng)絡(luò),采用子網(wǎng)尋址技術(shù),從主機(jī)號部分拿出幾位作為子網(wǎng)號。這種在原來IP地址結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一級結(jié)構(gòu)的方法稱為子網(wǎng)劃分。5.4.3因特網(wǎng)IP管理2子網(wǎng)子網(wǎng)劃分舉例:主機(jī)號部分的前三位用于標(biāo)識子網(wǎng)號,即:110000000000001000000001XXXYYYYY網(wǎng)絡(luò)號新主機(jī)號子網(wǎng)號117子網(wǎng)掩碼作用:識別子網(wǎng)和判別主機(jī)屬于哪一個網(wǎng)絡(luò)。在尋址時通過子網(wǎng)掩碼對IP地址進(jìn)行“與”運(yùn)算,先找出網(wǎng)絡(luò)部分,再確定子網(wǎng)中的主機(jī)地址。子網(wǎng)掩碼格式:32bit,網(wǎng)絡(luò)號+子網(wǎng)號全為“1”,主機(jī)號全為“0”。“網(wǎng)絡(luò)號+子網(wǎng)號”部分“主機(jī)號”部分11……1100….005.4.3因特網(wǎng)IP管理3子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)號24位,子網(wǎng)號3位,總共27位。11111111111111111111111111100000即:
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