第2章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

第2章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

2.1

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念2.2

因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

2.3

OSI-RM與TCP/IP的關(guān)系2.4

TCP/IP協(xié)議簇

2.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念

2.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展和結(jié)合，形成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是利用通信線路連接起來(lái)的，通過通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)資源共享的獨(dú)立的計(jì)算機(jī)的集合。

20世紀(jì)50年代，為了共享遠(yuǎn)地的計(jì)算資源，將終端通過通信線路與遠(yuǎn)地的計(jì)算機(jī)相連，構(gòu)成了面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

20世紀(jì)60年代末，ARPANET的出現(xiàn)真正標(biāo)志著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成。

20世紀(jì)70年代，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)得到了逐步完善和規(guī)范化。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO推出了開放系統(tǒng)互連的7層參考模型。 20世紀(jì)80年代，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展和普及促進(jìn)了局域網(wǎng)的迅速崛起，形成了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的格局。 20世紀(jì)90年代，WWW的出現(xiàn)和因特網(wǎng)的商業(yè)化使得因特網(wǎng)以極其迅猛的速度向全球蔓延。局域網(wǎng)逐漸成了以太網(wǎng)的一統(tǒng)天下。TCP/IP也成為了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的必選協(xié)議。 進(jìn)入21世紀(jì)后，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展非常迅速，下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究如火如荼。

2.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D是一種抽象，主機(jī)和連網(wǎng)設(shè)備被抽象為點(diǎn)，通信線路被抽象為線。 拓?fù)鋱D中的點(diǎn)通常稱為結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)分為：交換結(jié)點(diǎn)一般指進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)的連網(wǎng)設(shè)備，訪問結(jié)點(diǎn)一般是指使用或提供服務(wù)的主機(jī)。 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的線通常稱為鏈路。 需要注意的是邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)的概念。按照網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，網(wǎng)絡(luò)可以劃分為：廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）城域網(wǎng)（MetropolitanAreaNetwork，MAN）局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）個(gè)域網(wǎng)（PersonalAreaNetwork，PAN）按照網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)可以劃分為如圖所示的總線型網(wǎng)、環(huán)型網(wǎng)、星型網(wǎng)、格狀網(wǎng)。2.1.4局域網(wǎng)技術(shù)個(gè)人計(jì)算機(jī)的發(fā)展和普及促進(jìn)了局域網(wǎng)的形成。局域網(wǎng)的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較??；數(shù)據(jù)傳輸速率較高；誤碼率低；一般為一個(gè)單位所獨(dú)有。以太網(wǎng)是當(dāng)前占主導(dǎo)地位的分組交換局域網(wǎng)技術(shù)，是由Xerox公司的PaloAlto研究中心在20世紀(jì)70年代早期發(fā)明的。Xerox公司，Intel公司和DEC公司于1978年將以太網(wǎng)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。IEEE802組織用IEEE802.3發(fā)布了一個(gè)與這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)兼容的標(biāo)準(zhǔn)版本。以太網(wǎng)最初的設(shè)計(jì)采用總線結(jié)構(gòu)，用同軸電纜作為傳輸介質(zhì)。每根以太網(wǎng)電纜直徑約為0.5英寸，長(zhǎng)度約為500米。以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)經(jīng)歷了由粗同軸電纜到細(xì)同軸電纜，再到雙絞線(Twistedpair)的發(fā)展過程。到了20世紀(jì)90年代中期時(shí)，計(jì)算機(jī)的能力迅速增強(qiáng)，10Mbps的以太網(wǎng)就難以繼續(xù)勝任主干的角色了。快速以太網(wǎng)（100Base-T）10/100以太網(wǎng)千兆（吉比特）以太網(wǎng) 數(shù)據(jù)幀的格式都是一樣的以太網(wǎng)為每個(gè)硬件網(wǎng)絡(luò)接口指定一個(gè)惟一的48位二進(jìn)制數(shù)作為以太網(wǎng)地址，該地址又稱為硬件地址、物理地址、MAC地址或第二層地址。保證以太網(wǎng)地址全球惟一的方法是由IEEE負(fù)責(zé)分配48位地址中的前24位，生產(chǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)卡和設(shè)備的廠商向IEEE購(gòu)買三字節(jié)的號(hào)碼，作為廠商的地址塊，地址的后三個(gè)字節(jié)再由廠商進(jìn)行分配。以太網(wǎng)目的地址可以有三種形式：?jiǎn)尾サ刂贰V播地址和組播地址。以太網(wǎng)幀大小不小于64字節(jié)，不大于1518字節(jié)。2.1.5廣域網(wǎng)技術(shù)作為第一個(gè)廣域網(wǎng)，ARPANET在研究網(wǎng)絡(luò)尋址和路由方面起到了非常重要的作用。ARPANET是分組交換的實(shí)驗(yàn)床。連接ARPANET的設(shè)備是稱為分組交換結(jié)點(diǎn)PSN的小型機(jī)，最初PSN采用1822協(xié)議在ARPANET上傳輸數(shù)據(jù)，但1822協(xié)議未能得到廠商的支持，因此PSN后來(lái)采用了X.25標(biāo)準(zhǔn)。ARPANET的尋址采用了層次化的地址結(jié)構(gòu)，地址的一部分二進(jìn)制位用于表示目的PSN，而另一部分二進(jìn)制位用于表示與PSN相連的目的主機(jī)的端口。1．X.25X.25是CCITT于1976年給出的建議書。是網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)外部的數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE的接口標(biāo)準(zhǔn)。X.25自底向上由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和分組層構(gòu)成。X.25的物理層直接采用CCITT的X.21建議作為接口標(biāo)準(zhǔn)。X.25在數(shù)據(jù)鏈路層使用了高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC的子集：平衡型鏈路接入規(guī)程LAPB。X.25的分組層在數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備DCE之間建立邏輯信道。X.25支持呼叫虛電路和永久虛電路。2．幀中繼FR幀中繼是在X.25的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，隨著通信線路的逐步數(shù)字化和光纖化，傳輸過程中的誤碼率大大降低。為了降低信息的傳輸延遲，幀中繼技術(shù)簡(jiǎn)化了中間結(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)數(shù)據(jù)幀的差錯(cuò)處理，并省略了分組層的處理。幀中繼的交換結(jié)點(diǎn)一旦識(shí)別出目的地址就立刻進(jìn)行幀的轉(zhuǎn)發(fā)。如果檢測(cè)出差錯(cuò)，則將該幀丟棄。錯(cuò)誤由兩端高層協(xié)議進(jìn)行恢復(fù)。3．異步傳輸模式ATM異步傳輸模式是一種信元中繼協(xié)議，采用面向連接的連網(wǎng)技術(shù)，ATM結(jié)合了電路交換的實(shí)時(shí)性和分組交換的靈活性。ATM的傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、光纖甚至可以是無(wú)線信道，ATM交換機(jī)之間的連接通常采用光纖作為傳輸介質(zhì)。ATM既可以構(gòu)成局域網(wǎng)，也可以構(gòu)成城域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。ATM網(wǎng)絡(luò)的底層使用稱為信元（cell）的分組。ATM信元的特點(diǎn)是：長(zhǎng)度較短，并且大小固定。每個(gè)ATM信元長(zhǎng)度為53字節(jié)。信元包含5個(gè)字節(jié)的首部和48字節(jié)的數(shù)據(jù)。每個(gè)信元占用一個(gè)時(shí)隙（時(shí)間片），信道中時(shí)隙的分配是根據(jù)通信量的大小和排隊(duì)規(guī)則決定的。遵從先來(lái)先服務(wù)的原則，時(shí)隙的分配是不固定的，這便是異步的含義，ATM采用了統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)。由于ATM信元短小且定長(zhǎng)，有利于進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換。定長(zhǎng)的首部可以簡(jiǎn)化交換機(jī)的處理過程。ATM提供面向連接的服務(wù)。一旦連接成功，本地ATM交換機(jī)為該連接選定一個(gè)標(biāo)識(shí)符。連接標(biāo)識(shí)符可以循環(huán)使用。ATM網(wǎng)絡(luò)由一到多個(gè)高速交換機(jī)構(gòu)成。一個(gè)典型的ATM網(wǎng)絡(luò)如圖2-9所示。圖中UNI表示用戶-網(wǎng)絡(luò)接口，是ATM端點(diǎn)與ATM交換機(jī)之間的接口。NNI表示網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)接口，是ATM交換機(jī)之間的接口。

2.1.6無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

1．無(wú)線廣域網(wǎng)WWAN（WirelessWAN）（1）蜂窩技術(shù)

蜂窩技術(shù)是一種無(wú)線通信技術(shù)。這種技術(shù)將地理區(qū)域劃分成若干個(gè)小區(qū)，即“蜂窩”（Cell）。常見的蜂窩系統(tǒng)包括GSM、GPRS和CDMA。GSM意為全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，GSM用的是窄帶TDMA。CDMA意為碼分多址，是一種先進(jìn)的無(wú)線擴(kuò)頻數(shù)字蜂窩技術(shù)，具有頻譜利用率高、話音質(zhì)量好、保密性強(qiáng)、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點(diǎn)。3G（3rdGeneration）是指第三代移動(dòng)通信。第一代移動(dòng)通信是模擬無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；第二代是數(shù)字無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，目前廣為使用的GSM和CDMA數(shù)字手機(jī)采用的是第二代移動(dòng)通信技術(shù)；第三代移動(dòng)通信是指將無(wú)線通信與因特網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。3G具有更寬的帶寬，其傳輸速度最低為384kbps，最高為2Mbps。

目前3G的標(biāo)準(zhǔn)有：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。從第二代移動(dòng)通信向3G的過渡的銜接性技術(shù)是2.5G通信技術(shù)。通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)，是2.5G。移動(dòng)通信的分代如圖2-10所示。

（2）衛(wèi)星通信要想利用通信衛(wèi)星進(jìn)行通信，需要在地球同步軌道上放置衛(wèi)星。通過衛(wèi)星進(jìn)行通信時(shí)，信號(hào)從地面?zhèn)鞯叫l(wèi)星，經(jīng)過衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)，最后再回到地面。延遲是衛(wèi)星通信中所倍受關(guān)注的問題。另外，系統(tǒng)需要衛(wèi)星運(yùn)行在低軌道，需要部署較多的衛(wèi)星，因此投資很大。衛(wèi)星通信最大的特點(diǎn)是可以為全球用戶提供大跨度、大范圍的漫游和機(jī)動(dòng)靈活的移動(dòng)通信服務(wù)，特別適合邊遠(yuǎn)地區(qū)、山區(qū)、海島、受災(zāi)區(qū)、遠(yuǎn)洋船只、遠(yuǎn)航飛機(jī)的通信。2．無(wú)線城域網(wǎng)WMAN（WirelessMAN）為了確保寬帶無(wú)線接入設(shè)備的兼容性和互操作性，一些國(guó)際主流的通信部件及設(shè)備制造商于2001年4月發(fā)起成立了一個(gè)工業(yè)貿(mào)易聯(lián)盟組織WiMAX。IEEE于2002年4月發(fā)布了工作于10～66GHz頻段下的IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)，其初衷是為了解決“最后一英里”寬帶接入的問題。IEEE于2003年1月推出了IEEE802.16a協(xié)議，該協(xié)議是IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，IEEE802.16a是覆蓋2～11GHz頻段的寬帶無(wú)線接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)解決了“最后一英里”寬帶接入問題。通常IEEE802.16a也稱為WiMAX。因此，WiMAX既是一個(gè)與無(wú)線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.16相關(guān)的互操作性組織，又是一個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2004年7月IEEE推出了新的升級(jí)版IEEE802.16d協(xié)議，IEEE802.16目前仍是固定無(wú)線接入標(biāo)準(zhǔn)，雖然IEEE802.16的傳輸速率很快，但在漫游方面還不能與3G形成直接競(jìng)爭(zhēng)，IEEE802.16及802.16a僅能支持固定及便攜式移動(dòng)終端的通信，無(wú)法充分發(fā)揮無(wú)線接入的優(yōu)勢(shì)、滿足用戶對(duì)業(yè)務(wù)移動(dòng)性的需求。為此，IEEE802工作組在IEEE802.16/802.16a的基礎(chǔ)上提出了IEEE802.16e協(xié)議。IEEE802.16e是802.16和802.16a的增補(bǔ)方案，它在2～6GHz的頻段內(nèi)支持低速的移動(dòng)終端，為用戶提供了對(duì)固定和移動(dòng)業(yè)務(wù)的雙重支持。而支持大范圍覆蓋和快速漫游的將是IEEE802.20標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在WiMAX還被廣義地理解為IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)系列的別稱。IEEE的802.20工作組從2003年開始研發(fā)802.20標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802.20工作在3.5GHz頻率以下，單用戶的最高數(shù)據(jù)傳輸率可以超過1Mbps。支持高速移動(dòng)狀態(tài)下的通信連接?？梢赃_(dá)到15公里的有效覆蓋范圍。

3．無(wú)線局域網(wǎng)WLAN（WirelessLAN）無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)開始于20世紀(jì)80年代中期，它是隨著美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）授權(quán)公共應(yīng)用使用工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)（ISM）頻段而產(chǎn)生的。（1）IEEE802.111997年，IEEE發(fā)布了802.11協(xié)議，用于解決局域網(wǎng)用戶的無(wú)線接入。IEEE802.11傳輸速率最高只能達(dá)到2Mbps。IEEE802.11在物理層定義了三種不同的物理介質(zhì)：紅外線、跳頻擴(kuò)頻方式（FHSS）和直接序列擴(kuò)頻方式（DSSS）。IEEE802.11協(xié)議在介質(zhì)訪問控制（MAC）層利用載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/沖突避免（CSMA/CA）協(xié)議，IEEE802.11在MAC子層還提供了CRC校驗(yàn)和包分片功能。CSMA/CA的數(shù)據(jù)發(fā)送過程如圖2-11所示。（2）IEEE802.11b是1999年9月IEEE提出的高速率協(xié)議。802.11b在802.11的1Mbps和2Mbps速率基礎(chǔ)上增加了5.5Mbps和11Mbps兩個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)速率。IEEE802.11b使用開放的2.4GHz直接序列擴(kuò)頻，無(wú)需直線傳播。IEEE802.11b支持動(dòng)態(tài)速率調(diào)節(jié)技術(shù)，在理想狀態(tài)下，用戶以11Mbps的速率全速運(yùn)行，當(dāng)用戶移出理想的11M速率傳送的位置或者距離時(shí)，或受到干擾時(shí)，可將數(shù)據(jù)傳輸速率自動(dòng)降低為5.5Mbps、2Mbps或1Mbps，當(dāng)用戶回到理想環(huán)境時(shí)，連接速度會(huì)增加到11Mbps。IEEE802.11b的運(yùn)作模式分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式和基本模式。（3）IEEE802.11aIEEE802.11a工作在5GHz頻段，采用正交頻分復(fù)用技術(shù)，傳輸速率可達(dá)到54Mbps，提供25Mbps的無(wú)線ATM接口、10Mbps以太網(wǎng)無(wú)線幀結(jié)構(gòu)接口和TDD/TDMA的空中接口，無(wú)障礙的接入距離為30-50米，支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)。和IEEE802.11b相比，IEEE802.11a在使用頻率的選擇和數(shù)據(jù)傳輸速率方面具有優(yōu)勢(shì)，IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)只有3個(gè)不相重疊的信道，支持6-8個(gè)通話，而802.11a標(biāo)準(zhǔn)有21個(gè)不相重疊的信道，可以同時(shí)支持25個(gè)左右的VoIP通話。但I(xiàn)EEE802.11a與IEEE802.11b不兼容、且設(shè)備較貴、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接很不經(jīng)濟(jì)。（4）IEEE802.11g2003年IEEE推出了一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11g。它比802.11b速率快5倍，并能與802.11b兼容。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，WLAN具有安裝便捷靈活、傳輸速率高、覆蓋范圍廣、經(jīng)濟(jì)節(jié)約、易于擴(kuò)展、支持移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。IEEE802.11定義了兩種類型的設(shè)備：無(wú)線站通常是一臺(tái)計(jì)算機(jī)加上一塊無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口卡構(gòu)成，無(wú)線接入點(diǎn)AP(AccessPoint,)的作用是提供無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)之間的橋接。一個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)通常由一個(gè)無(wú)線輸出口和一個(gè)有線的網(wǎng)絡(luò)接口構(gòu)成，橋接軟件符合IEEE802.1d橋接協(xié)議。接入點(diǎn)就像是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)無(wú)線基站，將多個(gè)無(wú)線的接入站聚合到有線網(wǎng)絡(luò)上。

Wi-Fi（TheStandardforWirelessFidelity）是致力于推進(jìn)IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)盟。一般Wi-Fi用來(lái)特指IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)。如同WiMAX被用作IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)系列的別稱一樣，Wi-Fi也常被用作IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)系列的別稱。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)系列及指標(biāo)如表2-1所示。IEEE802.11g與IEEE802.11b兼容，而IEEE802.11a則不能與IEEE802.11b兼容。4．無(wú)線個(gè)域網(wǎng)WPAN（WirelessPAN）（1）藍(lán)牙藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)是一種支持點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的短距離無(wú)線通信技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)由愛立信、諾基亞、英特爾、IBM和東芝等公司提出與推廣。1999年，藍(lán)牙1.0標(biāo)準(zhǔn)面世2001年年初出臺(tái)了藍(lán)牙1.1標(biāo)準(zhǔn)（信道數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps）2001年年底又出臺(tái)了藍(lán)牙2.0標(biāo)準(zhǔn)（信道數(shù)據(jù)傳輸速率為2Mbps）。IEEE802.15小組負(fù)責(zé)基于藍(lán)牙的PAN技術(shù)。藍(lán)牙工作在全球公眾通用的2.4GHz頻段，采用跳頻擴(kuò)頻（FHSS）技術(shù)，由于使用了比較高的跳頻速率，使藍(lán)牙系統(tǒng)具有較高的抗干擾能力。藍(lán)牙系統(tǒng)很容易穿透障礙物，實(shí)現(xiàn)全方位的語(yǔ)音與數(shù)據(jù)傳輸。覆蓋范圍從10米（發(fā)射功率1mW）到100米（發(fā)射功率100mW）。由于藍(lán)牙與IEEE802.11b都工作在2.4GHz頻段上，相互之間存在干擾。藍(lán)牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：底層硬件模塊（包括無(wú)線跳頻、基帶和鏈路管理）中間協(xié)議層（邏輯鏈路控制、適配協(xié)議、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議、串口仿真協(xié)議等）高層應(yīng)用框架(撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)、耳機(jī)、文件傳輸、局域網(wǎng)訪問等)（2）HomeRFHomeRF無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)是由HomeRF工作組開發(fā)的開放性工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目的是在家庭范圍內(nèi)，使計(jì)算機(jī)與其他電子設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。HomeRF由微軟、英特爾、惠普、摩托羅拉和康柏等公司提出，使用開放的2.4GHz頻段，采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，跳頻速率為50跳/秒，共有75個(gè)帶寬為1MHz的跳頻信道。HomeRF基于共享無(wú)線接入?yún)f(xié)議（SharedWirdlessAccessProtocol，SWAP）。SWAP使用TDMA＋CSMA/CA方式，在進(jìn)行語(yǔ)音通信時(shí)它采用數(shù)字增強(qiáng)無(wú)繩電話DECT標(biāo)準(zhǔn)，DECT使用TDMA時(shí)分多址技術(shù)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)它采用IEEE802.11的CSMA/CA。在新的HomeRF

2.x標(biāo)準(zhǔn)中，采用了寬帶跳頻（Wide

Band

Frequency

Hopping，WBFH）技術(shù)，將原來(lái)的1MHz跳頻信道增加到3MHz、5MHz，跳頻的速率增加到75跳/秒，數(shù)據(jù)峰值達(dá)到10Mbps。HomeRF設(shè)備通常工作在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)（Adhoc）環(huán)境或者管理網(wǎng)絡(luò)中，管理網(wǎng)絡(luò)使用單個(gè)控制節(jié)點(diǎn)或連接點(diǎn)（Connection-point，CP）來(lái)同步所有成員，以實(shí)現(xiàn)話音傳輸。如果沒有CP，HomeRF設(shè)備就只能建立僅提供數(shù)據(jù)服務(wù)的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。HomeRF

的特點(diǎn)是安全可靠；成本低廉；簡(jiǎn)單易行；不受墻壁和樓層的影響；無(wú)線電干擾影響?。恢С至髅襟w。（3）IrDAIrDA是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)，是由紅外線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（Infrared

Data

Association）制定的一種無(wú)線協(xié)議?，F(xiàn)行的IrDA傳輸速率為16Mbps。接收角度也由傳統(tǒng)的30度擴(kuò)展到120度。紅外通信利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間的近距離通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)。它一般由紅外發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)對(duì)一個(gè)紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射紅外信號(hào)，接收系統(tǒng)用光學(xué)裝置和紅外探測(cè)器進(jìn)行接收。（4）UWB超寬帶無(wú)線技術(shù)（Ultra

WideBand，UWB）是一項(xiàng)使用從幾Hz到幾GHz的寬帶收發(fā)電波信號(hào)的技術(shù)。由于能夠以極高的準(zhǔn)確度確定物體及人的位置，UWB技術(shù)以前主要作為軍事技術(shù)在雷達(dá)等通信設(shè)備中使用，2002年美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)FCC將其開放用于民用用途。UWB的特點(diǎn)是發(fā)送輸出功率很小，其傳輸時(shí)的耗電量?jī)H幾十微瓦，但是由于所使用的帶寬高達(dá)幾GHz，最大數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到幾十Mbps～幾百M(fèi)bps。但由于UWB使用的帶寬非常寬，容易對(duì)其他通信方式產(chǎn)生干擾。2.1.7接入網(wǎng)

接入網(wǎng)是本地交換機(jī)與用戶之間的連接部分，完成交叉連接、復(fù)用和傳輸功能。通常由用戶線傳輸系統(tǒng)、復(fù)用設(shè)備、數(shù)字交叉連接設(shè)備和用戶/網(wǎng)絡(luò)接口組成。分類如圖2-13所示。返回

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，各計(jì)算機(jī)之間通過通信設(shè)備進(jìn)行通信，各計(jì)算機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)共享其他計(jì)算機(jī)上得硬件資源、軟件資源和數(shù)據(jù)資源。從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)部件的功能來(lái)看，主要分成兩種功能，既網(wǎng)絡(luò)通信和資源共享，如下圖所示：資源子網(wǎng)由服務(wù)器、工作站、打印機(jī)、終端盒其他設(shè)備及相關(guān)軟件所組成；通信子網(wǎng)由網(wǎng)卡、線纜、路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。資源子網(wǎng)主要負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)（發(fā)送、接收、處理數(shù)據(jù)），提供各種網(wǎng)絡(luò)資源與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；通信子網(wǎng)主要負(fù)責(zé)傳輸，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。為了使數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)絡(luò)上從源傳遞到目的地，網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備需要“講”相同的“語(yǔ)言”。2.1.3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)1．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及相關(guān)概念網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通信雙方共同遵守的規(guī)則和約定的集合。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括三個(gè)要素：語(yǔ)法規(guī)定了信息的結(jié)構(gòu)和格式；語(yǔ)義表明信息要表達(dá)的內(nèi)容；同步規(guī)則涉及雙方的交互關(guān)系和事件順序。整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)體現(xiàn)為協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。為了保證網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)功能的相對(duì)獨(dú)立性，以及便于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)，通常將協(xié)議劃分為多個(gè)子協(xié)議，并且讓這些協(xié)議保持一種層次結(jié)構(gòu)，子協(xié)議的集合通常稱為協(xié)議簇。協(xié)議分層的好處：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層有利于將復(fù)雜的問題分解成多個(gè)簡(jiǎn)單的問題，從而分而治之；分層有利于網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換時(shí)可能只涉及某一個(gè)或幾個(gè)層次而不是所有層次；分層可以屏蔽下層的變化，新的底層技術(shù)的引入，不會(huì)對(duì)上層的應(yīng)用協(xié)議產(chǎn)生影響。協(xié)議的實(shí)現(xiàn)要落實(shí)到一個(gè)個(gè)具體的硬件模塊和軟件模塊上，在網(wǎng)絡(luò)中將這些實(shí)現(xiàn)特定功能的模塊稱為實(shí)體（Entity）。如圖2-2所示，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的通信體現(xiàn)為兩個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)等層（結(jié)點(diǎn)A的N+1層與結(jié)點(diǎn)B的N+1層）之間遵從本層協(xié)議的通信。 各層的協(xié)議由各層的實(shí)體實(shí)現(xiàn)，通信雙方對(duì)等層中完成相同協(xié)議功能的實(shí)體稱為對(duì)等實(shí)體。對(duì)等實(shí)體按協(xié)議進(jìn)行通信，所以協(xié)議反映的是對(duì)等層的對(duì)等實(shí)體之間的一種橫向關(guān)系，嚴(yán)格地說(shuō)，協(xié)議是對(duì)等實(shí)體共同遵守的規(guī)則和約定的集合。 協(xié)議中的格式和語(yǔ)義只有對(duì)等實(shí)體能夠理解。

對(duì)等實(shí)體之間數(shù)據(jù)單元在發(fā)送方逐層封裝，在接收方的逐層解封裝。發(fā)送方N層實(shí)體從N+1層實(shí)體得到的數(shù)據(jù)包稱為服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ServiceDataUnit，SDU）。N層實(shí)體只將其視為需要本實(shí)體提供服務(wù)的數(shù)據(jù)，將服務(wù)數(shù)據(jù)單元進(jìn)行封裝，使其成為一個(gè)對(duì)方能夠理解的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ProtocolDataUnit，PDU），封裝過程實(shí)際上是為SDU增加對(duì)等實(shí)體間約定的協(xié)議控制信息（ProtocolControlInformation，PCI）的過程。航空旅行的組織和運(yùn)作機(jī)票（購(gòu)買）

行李（勾選）

行李門（載重）

跑道起飛

飛機(jī)路由機(jī)票（投訴）

行李（索賠）

行李門（卸載）

跑道上著陸

飛機(jī)路由飛機(jī)路由航空旅行的組織和運(yùn)作:不同的視角層次:每個(gè)層次實(shí)現(xiàn)一種服務(wù)通過該層次本身的活動(dòng)依賴于下一個(gè)層次所提供的服務(wù)機(jī)票（購(gòu)買）

行李（檢查）

乘客（登機(jī)）

跑道起飛

飛機(jī)路由機(jī)票（投訴）

行李（分發(fā)）

乘客（下機(jī)）

跑道上著陸

飛機(jī)路由飛機(jī)路由分層的航空旅行:服務(wù)柜臺(tái)到柜臺(tái)交付人+袋

行李檢查到行李要求交貨乘客傳輸:登機(jī)到下機(jī)飛機(jī)起飛到飛機(jī)降落飛機(jī)路由從源到目的地分布式的實(shí)現(xiàn)分層的功能機(jī)票（購(gòu)買）

行李（檢查）

乘客（登機(jī)）

跑道起飛

飛機(jī)路由機(jī)票（投訴）

行李（分發(fā)）

乘客（下機(jī)）

跑道上著陸

飛機(jī)路由飛機(jī)路由離開機(jī)場(chǎng)到達(dá)機(jī)場(chǎng)中間飛機(jī)站點(diǎn)飛機(jī)路由飛機(jī)路由為什么要分層?對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng):顯式的結(jié)構(gòu)使得復(fù)雜系統(tǒng)的問題定位和不同組成部分之間的關(guān)聯(lián)討論稱為可能分層的參考模型(referencemodel)可用于討論模塊化簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)某個(gè)層次服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的其余部分是透明的e.g.,改變登機(jī)過程不會(huì)影響航空旅行的效果分層的做法有沒有壞處?2.ISO參考模型20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。針對(duì)這一問題，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO提出了著名的開放系統(tǒng)互連參考模型ISO/OSI-RM。OSI采用了如圖2-4所示的七層參考模型。

2.2因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

2.2.1因特網(wǎng)的概念

因特網(wǎng)是通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)將已有的、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來(lái)所構(gòu)成的一個(gè)統(tǒng)一的一致性網(wǎng)絡(luò)。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，必須解決三個(gè)基本問題，即協(xié)議轉(zhuǎn)換、尋址和路徑選擇。網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性主要體現(xiàn)在協(xié)議的不同上，必然要涉及到不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換問題。但在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)時(shí)，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)可能具有各自的地址結(jié)構(gòu)，一般難以保證地址的全局惟一性，因此需要具有統(tǒng)一的地址分配和尋址機(jī)制。在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)時(shí)，從源網(wǎng)絡(luò)到目的網(wǎng)絡(luò)往往存在多條通路，在傳輸信息時(shí)，總希望選擇最佳路徑或較佳路徑。因此路徑的選擇也是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)要解決的問題。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在協(xié)議上的差異通常表現(xiàn)為三個(gè)方面：協(xié)議層次結(jié)構(gòu)的不同協(xié)議功能的不同協(xié)議實(shí)施細(xì)節(jié)的不同因特網(wǎng)通過特定的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備——網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。要完成協(xié)議的轉(zhuǎn)換，首先要決定在哪個(gè)層次上進(jìn)行轉(zhuǎn)換。進(jìn)行轉(zhuǎn)換的層次必須滿足的條件是：兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)在該層的協(xié)議相同，而且該層以上的各層協(xié)議也相同。 通常有兩種不同層次的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：應(yīng)用級(jí)互聯(lián)是早期采用的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)方法。這種方法適應(yīng)性差，無(wú)論是增加新的應(yīng)用功能，還是增加新的網(wǎng)絡(luò)硬件，都會(huì)帶來(lái)大量的應(yīng)用程序編程工作量。網(wǎng)絡(luò)級(jí)互聯(lián)使底層的通信和上層的應(yīng)用分開，在網(wǎng)絡(luò)層將底層各種網(wǎng)絡(luò)硬件進(jìn)行會(huì)聚和抽象，底層網(wǎng)絡(luò)硬件的增加只需要調(diào)整網(wǎng)絡(luò)層就可以適應(yīng)變化，上層應(yīng)用所面對(duì)的是支持通用服務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)。 因特網(wǎng)采用了網(wǎng)絡(luò)級(jí)互聯(lián)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)級(jí)的協(xié)議轉(zhuǎn)換不僅增加了系統(tǒng)的靈活性，而且簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備。2.2.2因特網(wǎng)的特點(diǎn)

因特網(wǎng)具有以下特點(diǎn)：（1）因特網(wǎng)對(duì)用戶隱藏了底層的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在用戶看來(lái)，因特網(wǎng)是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。從邏輯上看，因特網(wǎng)是一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，從物理上看，因特網(wǎng)是由多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而成。（2）因特網(wǎng)不限制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。（3）因特網(wǎng)將任何一個(gè)能傳輸數(shù)據(jù)分組的通信系統(tǒng)都視為網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)受到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的平等對(duì)待。（4）任何兩個(gè)不相鄰的網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)可以通過中間網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信。

2.2.3因特網(wǎng)協(xié)議分層

因特網(wǎng)協(xié)議通常又稱為TCP/IP協(xié)議。TCP/IP協(xié)議分為如圖2-15所示的4個(gè)協(xié)議層。

返回網(wǎng)絡(luò)接口層實(shí)際上包含OSI模型的物理層和鏈路層，TCP/IP并未對(duì)這兩層進(jìn)行定義，它支持現(xiàn)有的各種底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。該層涉及操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和網(wǎng)絡(luò)接口卡。網(wǎng)絡(luò)層又稱為互聯(lián)網(wǎng)層或IP層，該層處理IP數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸、路由選擇、流量控制和擁塞控制。傳輸層為兩臺(tái)主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端的通信。TCP/IP的傳輸層包含傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP。應(yīng)用層為用戶提供一些常用的應(yīng)用程序，TCP/IP給出了應(yīng)用層的一些常用協(xié)議規(guī)范。2.3開放系統(tǒng)互連參考模型與TCP/IP的關(guān)系

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的開放系統(tǒng)互連模型與TCP/IP協(xié)議層次的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2-16所示。 除了層次結(jié)構(gòu)方面的差異外，ISO/OSI與TCP/IP還存在如表2-2所列的差異。

返回?cái)?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)上所有的通信都從源點(diǎn)發(fā)出，并發(fā)送到目標(biāo)位置。網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送的信息指的是數(shù)據(jù)或分組，如果一臺(tái)計(jì)算機(jī)（主機(jī)A)希望將數(shù)據(jù)發(fā)送給另一臺(tái)計(jì)算機(jī)(主機(jī)B），首先必須通過封裝將數(shù)據(jù)打包，主機(jī)B接收到數(shù)據(jù)后將這個(gè)包拆封。封裝在網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸之前，封裝使用必須的協(xié)議信息將數(shù)據(jù)打包。因此，在數(shù)據(jù)沿TCP/IP模型的各層不斷下移的同時(shí)，各個(gè)層都會(huì)將數(shù)據(jù)傳給下一層之前為數(shù)據(jù)添加一個(gè)報(bào)頭（還可能有報(bào)尾），報(bào)頭或報(bào)尾中包含了提供給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和接收方的控制信息，以確保數(shù)據(jù)能得到正確傳輸，接收方可以正確解釋這些數(shù)據(jù)。拆封