【山外筆記-四級計算機網絡】第1章網絡技術基礎

時間 2020-04-27

標籤山外筆記-四級計算機網絡網絡技術基礎简体版

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1、計算機網絡的造成和發展

1．計算機網絡的造成

（1）面向終端的遠程聯機系統web

面向終端的遠程聯機系統是實現了以單個計算機爲中心的聯機系統，是一種典型的計算機與數據通訊相結合的產物。算法
1946年世界第一臺電子數字計算機ENIAC在美國誕生。編程

（2）遠程通訊線路組建的廣域網後端

ARPANET，一般稱爲ARPA網，經過有線、無線與衛星通訊線路，使網絡覆蓋從美國本土到歐洲的廣闊地域。

（3）局域網安全

20世紀70年代初，爲了實現局部範圍內的多臺計算機共同完成科學計算與資源共享，開始進行局域計算機網絡的研究。

2．計算機網絡的發展階段

（1）第一階段：20世紀50年代，將獨立發展的計算機技術與通訊技術結合。服務器

（2）第二階段：20世紀60年代，美國的ARPANET與分組交換技術開始。網絡

（3）第三階段：20世紀70年代中期，ISO推進OSI參考模型與網絡協議。併發

（4）第四階段從20世紀90年代開始至今。less

這個階段最有挑戰性的是互聯網（Internet）、高速通訊網絡、無線網絡與網絡安全技術。異步
互聯網做爲國際性的網際網與大型信息系統，發揮着愈來愈重要的做用。
寬帶城域網技術爲社會信息化提供技術支持。
網絡安全技術爲網絡應用提供安全保障。
基於P2P的網絡應用正成爲互聯網產業與信息服務業的新增加點。

3．網絡體系結構與協議標準化

（1）OSI參考模型

國際標準化組織ISO正式制定了開放系統互聯（Open System Interconnection，OSI）參考模型。

（2）TCP/IP協議

ARPANET全部主機都完成了向TCP/IP協議的轉換。TCP/IP協議成爲業內公認的標準。

（3）局域網技術

局域網技術從最初的以太網（Ethernet）、令牌總線（Token Bus）和令牌環（Token Ring）三足鼎立，逐步發展到以太網一枝獨秀的局面。

（4）簡單網絡管理協議SNMP

4．互聯網應用與高速網絡技術發展

（1）互聯網高速發展

一些互聯網應用的出現也爲互聯網的發展注入活力，這些網絡應用主要包括：

① 基於文本的應用，例如遠程登陸Telnet、電子郵件E-mail、文件傳輸服務FTP、電子公告牌BBS與網絡新聞組Usenet等；
② Web與多種多媒體應用，例如網絡會議、網絡電話、網絡電視，以及電子商務、電子政務、遠程教育、遠程醫療等；
③ 20世紀末開始流行的應用，例如搜索引擎、P2P文件共享、即時通訊、博客、播客、網絡遊戲、網絡廣告等。

（2）信息高速公路建設

以高速局域網和ATM爲表明的高速網絡技術發展迅速。
高速網絡技術發展主要表如今：寬帶綜合業務數據網B—ISDN、異步傳輸模式ATM、高速局域網、交換局域網、虛擬局域網與無線網絡。

（3）基於Web技術的互聯網應用的發展

Web技術的出現，使互聯網從最初主要由計算機專家和大學生使用，變爲一種普遍使用的信息交互工具。
Web服務是最方便與最受用戶歡迎的互聯網服務，普遍應用於電子商務、遠程教育、遠程醫療與信息服務等領域。
搜索引擎是一種運行在Web上的應用軟件系統，能夠接受用戶提出的信息檢索需求，並在有限時間內爲用戶提供與需求最相關的信息。

（4）基於P2P技術的網絡應用的發展

對等（Peer-to-Peer，P2P）網絡以「非中心化」方式使更多的用戶同時身兼客戶機與服務器的雙重身份，被評價爲「改變互聯網的新一代網絡技術」。

（5）網絡安全技術的發展

計算機網絡必須具備足夠的安全機制，以防止信息被非法竊取、破壞與損失。

5．寬帶城域網的發展

（1）信息高速公路建設的高潮

（2）城域網的概念和技術

20世紀80年代後期，人們提出了城域網（Metropolitan Area Network，MAN）的概念，將城域網的業務定位在城市範圍內大量局域網的互聯。
城域網泛指網絡運營商在城市範圍內提供各類信息服務業務的全部網絡。
將傳統意義上的城域網擴展到寬帶城域網，是一個能提供高傳輸速率和保證服務質量的網絡系統。

（3）寬帶城域網帶來的變化主要表如今：

① 傳統的局域網、城域網與廣域網在技術上的界限愈來愈模糊。
② 傳統的電信通訊網技術與計算機網絡技術的界限愈來愈模糊。
③ 傳統的電信服務業務與互聯網應用的界限愈來愈模糊。
④ 計算機網絡、電信通訊網與廣播電視網的技術與業務界限愈來愈模糊。

（4）寬帶城域網的組成

寬帶城域網應該包括核心交換網與接入網。
用戶接入網的主要有三類：計算機網絡、電信通訊網與廣播電視網。
互聯網用戶接入方式：地面有線通訊系統、無線通訊和移動通訊網、衛星通訊網、有限電視網和地面廣播電視網。
三種類型的接入網都在朝着數字技術的方向發展，最終將致使計算機網絡、電信通訊網與廣播電視網的「三網融合」。
數字技術能夠將各類信息都變成數字信號來處理、存儲與傳輸。

6．無線網絡的發展

（1）無線局域網WLAN

① 無線局域網（Wireless LAN，WLAN）以微波、激光與紅外線等無線電波做爲傳輸介質，部分或所有代替傳統局域網中的同軸電纜、雙絞線與光纖，實現移動網絡中的結點之間的無線通訊。
② 無線局域網主要有四個應用領域：傳統局域網的擴充，建築物之間的互聯，漫遊訪問與特殊網絡。
③ 無線局域網使用無線傳輸介質，按傳輸技術能夠分爲紅外線局域網、擴頻局域網和窄帶微波局域網三類。

（2）無線自組網Ad hoc

① 無線自組網（Ad hoc）是一種自組織、對等式、多跳的無線移動網絡。
② 無線自組網技術的發展趨勢有兩個方向：
- 向軍事和特定行業發展的無線傳感器網絡；
- 向民用的接入網領域發展的無線網狀網。

（3）無線傳感器網WSN

無線傳感器網（Wireless Sensor Network，WSN）由部署在監測區域內大量的、廉價的微型傳感器結點組成，經過無線通訊方式造成的一個多跳、自組織的 Ad hoc。
無線傳感器網的目的是協做感知、採集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，併發送給觀察者。
無線傳感器網的三個要素是傳感器、感知對象和觀察者。
無線傳感器網將Ad hoc技術與傳感器技術相結合，改變人與天然界的交互方式。
無線傳感器的特色主要表如今：
- 無線傳感器的規模大小與它的應用目的直接相關。
- 無線傳感器結點自動造成自組織、多跳的無線網絡。
- WSN的拓撲結構可能因結點失效或加入結點而動態變化。

（4）無線網狀網 WMN

無線網狀網（Wireless Mesh Network，WMN）是在Ad hoc的基礎上發展起來，而且繼承了WLAN的部分特徵。
無線網狀網是一種基於多跳路由、對等結構、高容量的新型網絡結構，具備動態擴展、自組網、自配置、自修復等特徵。
無線網狀網做爲對WLAN、WiMax技術的補充，成爲解決無線接入「最後一千米」問題的新的技術方案。
無線網狀網由無線路由器（Wireless Router，WR）構成骨幹網，用於提供大範圍的信號覆蓋與結點鏈接，普通結點只能經過無線路由器來接入互聯網。

（5）藍牙技術

藍牙技術是無線自組網技術的一種應用，具備自組織能力，能夠實現便攜式計算機、打印機、PDA與耳機等便攜式設備的互聯，能夠方便地構成我的網絡。

7．操做系統的發展

（1）操做系統的概念

操做系統（Operating System，OS）多數是具有網絡功能的操做系統，用於管理網絡通訊與共享網絡資源，協調網絡環境中多個網絡結點中的任務，並向用戶提供統一的、有效的網絡接口的軟件集合。
目前，流行的操做系統都屬於基於文件服務的操做系統。

（2）操做系統的發展階段

① 第一階段，對等結構操做系統，全部聯網結點地位平等，聯網結點的資源能夠相互共享；
② 第二階段，非對等結構操做系統，由兩個部分構成：服務器端軟件與工做站端軟件；
③ 第三階段，基於文件服務的操做系統，由爲兩個部分構成：文件服務器與工做站軟件。

（3）Windows操做系統

Microsoft公司推出的Windows操做系統是一種典型的帶有網絡功能的操做系統，包括不一樣系列和不一樣版本的各類Windows操做系統。

（4）Unix操做系統

① Unix 普遍應用於大型機、中型機、小型機、工做站與微型機上，特別是工做站。
② TCP/IP 做爲Unix的核心部分，使Unix與TCP/IP共同獲得了普及與發展。
③ Unix 是針對小型機環境開發的操做系統，採用的是集中式、分時、多用戶的系統結構。

（5）Linux操做系統

① Linux操做系統內核代碼效仿Unix，幾乎全部Unix工具與外殼均可以運行在Linux上。
② Linux系統的出發點在於核心程序的開發，而不是對用戶系統的支持，是一個徹底免費的操做系統。
③ Linux系統適合做爲Internet服務平臺，價格低、源代碼開放、安裝配置簡單。

8．我國互聯網的發展

我國目前仍處於互聯網應用高速發展的階段。

2、計算機網絡的基本概念

1．計算機網絡的定義

資源共享觀點將計算機網絡定義爲以可以相互共享資源的方式互聯起來的自治計算機系統的集合。

（1）創建計算機網絡的主要目的是實現計算機資源的共享。

（2）互聯的計算機是分佈在不一樣地理位置的多臺獨立的「自治計算機」。

（3）聯網計算機之間的通訊必須遵循共同的網絡協議。

2．計算機網絡的分類

（1）局域網（Local Area Network，LAN）

① 局域網用於將有限範圍內的各類計算機、終端與外部設備互聯成網。
- 從介質訪問控制方法的角度來看，局域網可分爲共享介質局域網與交換式局域網；
- 從傳輸介質類型的角度來看，局域網可分爲有線局域網與無線局域網。
② 局域網的技術特色：
- 局域網覆蓋有限的地理範圍，適用於機關、校園、企業等有限範圍內的計算機、終端與各種信息處理設備聯網的需求；
- 局域網提供高數據傳輸速率（10Mbps～10Gbps）、低誤碼率的數據傳輸環境；
- 局域網一般屬於一個單位全部，易於創建、維護與擴展；
- 局域網可用於我的計算機組網、大規模計算機集羣的後端網絡、存儲區域網絡、高速辦公網絡、企業與學校的主幹網絡。

（2）城域網（Metropolitan Area Network，MAN）

城市地區網絡一般簡稱爲城域網，是介於廣域網與局域網之間的一種高速網絡。
城域網的設計目標是知足幾十千米範圍內的大量機關、校園、企業的多個局域網的互聯需求，以實現大量用戶之間的數據、語音、圖形與視頻等多種信息傳輸。

（3）廣域網（Wide Area Network，WAN）

廣域網又稱爲遠程網，覆蓋的地理範圍從幾十千米到幾千千米。
廣域網覆蓋一個國家、地區，或橫跨幾個洲，能夠造成國際性的遠程計算機網絡。
計算機經過局域網聯入廣域網，局域網與廣域網、廣域網與廣域網的互聯經過路由器實現。
城域網經過路由器與光纖接入做爲國家級或區域主幹網的廣域網。
多個廣域網互聯造成覆蓋全世界的互聯網網絡。

（4）我的區域網（Personnel Area Network，PAN）

我的區域網覆蓋的地理範圍最小（一般爲10 m之內），用於鏈接計算機、平板電腦、智能手機、打印機等數字終端設備。
我的區域網主要使用無線通訊技術實現聯網設備之間的通訊，是無線我的區域網。

3．計算機網絡的拓撲結構

（1）網絡拓撲的定義

網絡拓撲研究構成大型互聯網的基本單元網絡的結構，經過網絡結點與通訊線路之間的幾何關係來表示網絡結構，反映網絡中各個實體之間的結構關係，主要是指通訊子網的拓撲構型。

（2）網絡拓撲的分類

① 廣播信道通訊子網的拓撲；
② 點對點線路的通訊子網的拓撲。
- 在採用點對點線路的通訊子網中，每條物理線路鏈接兩個結點。
- 對於採用點對點線路的通訊子網，基本拓撲構型包括4種：星型、環型、樹型與網狀型。

（3）點對點線路的通訊子網的拓撲

① 星型拓撲
- 結點經過點對點線路與中心結點鏈接。
- 中心結點控制整個網絡的通訊，任何兩個結點之間的通訊都要經過中心結點。
- 星型拓撲構型結構簡單，易於實現，便於管理。
- 中心結點是整個網絡的可靠性瓶頸，中心結點故障會形成整個網絡癱瘓。
② 環型拓撲
- 在環型拓撲構型中，結點經過點對點線路鏈接成閉合環路。
- 環中數據將沿一個方向逐站傳送。
- 環型拓撲結構簡單，傳輸延時肯定，可是環中每條通訊線路都會成爲網絡可靠性的瓶頸。
- 環中任何結點出現線路故障，均可能形成網絡癱瘓。
③ 樹型拓撲
- 在樹型拓撲構型中，結點按層次進行鏈接，數據主要在上、下層結點之間交換。
- 相鄰及同層結點之間一般不進行數據交換或數據交換量小。
- 樹型拓撲能夠當作是星型拓撲的一種擴展，適用於聚集數據的應用需求。
④ 網狀拓撲
- 在網狀拓撲構型中，結點之間的鏈接是任意的，沒有規律可循。
- 網狀拓撲構型又稱爲無規則型。
- 網狀拓撲的主要優勢是系統可靠性高。
- 網狀拓撲的結構複雜，必須採用路由選擇與流量控制方法。
- 目前實際存在與使用的廣域網結構，基本都採用網狀拓撲構型。

4．描述計算機網絡傳輸特性的參數

（1）數據傳輸速率

① 數據傳輸速率的定義
- ❶ 數據傳輸速率是每秒鐘傳輸構成數據的二進制比特數，單位爲比特/秒（bit/second），記做bps。
- ❷ 對於二進制數據，數據傳輸速率爲：S = 1/T
- ❸ T 爲發送每一個比特所需的時間。
- ❹ 經常使用的數據傳輸速率單位有 kbps、Mbps、Gbps、Tbps。
- ❺ 1Tbps = 10³ Gbps = 10⁶ Mbps = 10⁹ Kbps =10¹² bps
② 數據傳輸速率與帶寬
- ❶ 「帶寬」表示信道的數據傳輸速率。
- ❷ 奈奎斯特准則（Nyquist）
  - 奈奎斯特准則是具備理想低通矩形特性的信道在無噪聲狀況下的最高速率與帶寬關係的公式。
  - 對於二進制數據信號的最大數據傳輸速率R_max與通訊信道帶寬B（B=f，單位Hz）的關係：R_max = 2 * f
- ❸ 香農（Shannon）定律
  - 在有隨機熱噪聲的信道上傳輸數據信號時，數據傳輸速率Rmax與信道帶寬B、信號與噪聲功率比S/N關係爲：R_max = B * log₂(1+S/N)
  - Rmax單位爲bps，帶寬B單位爲Hz，S/N是信號與噪聲功率比（簡稱信噪比）。

（2）誤碼率的定義

① 誤碼率是指二進制碼元在數據傳輸系統中被傳錯的機率，在數值上近似等於：P_e = N_e/N ，其中，N爲傳輸的二進制碼元總數，N_e爲被傳錯的碼元數。
② 誤碼率是衡量數據傳輸系統在正常工做狀態下的傳輸可靠性的參數。
③ 在數據傳輸速率肯定後，誤碼率越低，傳輸系統設備越複雜、造價越高。
④ 對於實際的數據傳輸系統，若是傳輸的不是二進制碼元，須要摺合成二進制碼元來計算。
⑤ 因爲差錯的出現具備隨機性，被測量的傳輸二進制碼元數越大，纔會越接近於真正的誤碼率。

3、分組交換與包交換

1．線路交換

（1）線路交換（Circuit Exchanging）方式：兩臺計算機經過在通訊子網中創建一條實際的物理線路鏈接來進行數據交換。

（2）線路交換的通訊過程

① 線路創建階段：若是主機A要向主機B傳輸數據，須要在主機A與主機B之間創建一條線路鏈接。
- ❶ 首先，主機A向通訊子網中的交換機A發送「呼叫請求包」，其中含有創建線路鏈接的源主機地址與目的主機地址。
- ❷ 結點A根據路由選擇算法進行路徑選擇，若是選擇下一個交換機爲B，則向交換機B發送「呼叫請求包」。
- ❸ 當交換機B接到呼叫請求後，根據路由選擇算法進行路徑選擇，若是選擇下一個交換機爲C，則向交換機C發送「呼叫請求包」。
- ❹ 當交換機C接到呼叫請求後，根據路由選擇算法進行路徑選擇，若是選擇下一個交換機爲D，則向交換機D發送「呼叫請求包」。
- ❺ 當交換機D接到呼叫請求後，向直接鏈接的主機B發送「呼叫請求包」。
- ❻ 若是主機B接受主機A的呼叫鏈接請求，則經過已創建的物理線路鏈接（交換機D、C、B、A）向主機A發送「呼叫應答包」。
- ❼ 至此，從主機A通過交換機A、B、C、D到主機B的一條專用的物理線路鏈接創建，該鏈接只用於主機A與主機B之間的數據交換。
② 數據傳輸階段：當主機A與主機B經過通訊子網的物理線路鏈接創建後，主機A與主機B就能夠經過該鏈接來實時、雙向地交換數據。
③ 線路釋放階段：在數據傳輸完成後，就要進入線路釋放階段。
- ❶ 主機A向主機B發出「釋放請求包」。
- ❷ 主機B贊成結束傳輸和釋放線路後，則向交換機D發送「釋放應答包」，按交換機C、B、A的順序依次釋放物理鏈接，最後主機A釋放物理鏈接。
- ❸ 至此，本次通訊結束。

（3）線路交換方式的優缺點

① 線路交換方式的優勢：通訊的實時性強，適用於交互式會話類通訊。
② 線路交換方式的缺點：不適應突發性通訊，系統效率低；不具有存儲數據能力，不能平滑通訊量；不具有差錯控制能力，沒法發現與糾正傳輸中的差錯。

2．存儲轉發交換

（1）存儲轉發交換方式（Store．And-Forward Exchanging）

存儲轉發交換方式能夠分爲報文交換（Message Exchanging）與報文分組交換（Packet Exchanging）兩類。

（2）存儲轉發交換方式的通訊過程

傳輸前不須要在源主機與目的主機之間預先創建「線路鏈接」。
源主機發送數據中包含目的地址、源地址與控制信息，按照必定格式組成一個數據單元（報文或報文分組），並進入通訊子網；
通訊子網中的結點是通訊控制處理機，負責完成數據單元的接收、差錯校驗、存儲、路由選擇和轉發功能。
傳輸的數據單元相應分爲兩類：報文（Message）與報文分組（Packet）。
- 報文：若是在發送數據時不限制數據長度，只看成一個邏輯單元，則能夠在數據中加上目的地址、源地址與控制信息，並按照必定格式打包後組成一個報文。
- 報文分組：若是限制數據的最大長度，源結點須要將一個長報文分爲多個分組，由目的結點將多個分組按順序從新組織成報文。報文分組一般也被稱爲分組。

（3）分組交換

① 分組交換成是當前計算機網絡中的基本交換技術。
② 通訊子網中的路由器能夠存儲分組，多個分組能夠共享通訊信道，線路的利用率高。
③ 路由器具備路由選擇功能，能夠動態選擇分組經過通訊子網的最佳路徑，也能夠平滑通訊量，所以能夠提升系統效率。
④ 分組在經過通訊子網中的每一個路由器時，都須要進行差錯檢查與糾錯處理，能夠提升系統可靠性。
⑤ 路由器能夠對不一樣通訊速率的線路進行速率轉換，也能夠對不一樣的數據代碼格式進行變換。

3．數據報方式與虛電路方式

分組交換技術能夠分爲兩類：數據報（Datagram，DG）與虛電路（Virtual Circuit，VC）。

（1）數據報方式

① 數據報是報文分組存儲轉發的一種形式。
- ❶ 在數據報方式中，分組傳輸前不須要在源主機與目的主機之間預先創建「線路鏈接」。
- ❷ 源主機發送的每一個分組均可以獨立選擇一條傳輸路徑。
- ❸ 每一個分組在通訊子網中可能經過不一樣路徑到達目的主機。

② 數據報方式的工做過程
- ❶ 源主機（主機A）將報文分紅多個分組，依次發送到直接相連的通訊控制處理機A（即結點A）。
- ❷ 當結點A每次接收到一個分組時，都要對該分組進行差錯檢測，以保證主機A與結點A之間的數據傳輸正確；
- ❸ 結點A接收到分組之後，須要爲每一個分組進行路由選擇，不一樣分組經過子網的路徑多是不一樣的。
- ❹ 當結點A向結點C發送分組p1時，結點C要對p1進行差錯檢測。若是p1傳輸正確，結點C向結點A發送確認信息ACK；結點A接收到結點C的ACK信息後，確認p1已經正確傳輸，這時節點A能夠廢棄p1的副本。
- ❺ 分組p1經過通訊子網中多個結點的存儲轉發，最終正確到達目的結點（主機B）。
③ 數據報方式的特色：
- ❶ 同一報文的不一樣分組能夠通過不一樣的傳輸路徑經過通訊子網。
- ❷ 同一報文的不一樣分組到達目的的結點時可能出現亂序、重複與丟失現象。
- ❸每一個分組在傳輸過程當中都必須帶有目的地址與源地址。
- ❹ 數據報方式的傳輸延遲較大，適用於突發性通訊、不適用於長報文、會話式通訊。

（2）虛電路方式

① 虛電路方式在發送分組以前，發送方和接收方須要創建一條邏輯鏈接的虛電路。

② 虛電路方式的工做過程
- ❶ 虛電路創建階段：
  - 源結點（結點A）使用路由選擇算法肯定下一個結點（結點B），而後向結點B發送「呼叫請求分組」；
  - 同時結點B也使用路由選擇算法肯定下一個結點。
  - 以此類推，「呼叫請求分組」通過一條路徑（A、B、C、D）結點（結點D）向結點A發送「呼叫接收分組」。
  - 至此虛電路創建。
- ❷ 數據傳輸階段：經過已創建的虛電路以存儲轉發方式順序傳輸分組。
- ❸ 虛電路拆除階段：在數據傳輸結束以後，進入虛電路拆除階段，按照D、C、B、A的順序依次拆除虛電路。
③ 虛電路方式的特色：
- 在每次傳輸分組以前，在源結點與目的結點之間創建一條邏輯鏈接，而不是須要去創建一條真實的物理鏈路。
- 一次通訊的全部分組都經過虛電路順序傳輸，分組中沒必要攜帶目的地址、源地址等信息。
- 分組到達目的結點時不會出現亂序、重複與丟失現象。
- 在分組經過虛電路上的每一個結點時，結點只須要進行差錯檢測，而不須要進行路由選擇。
- 通訊子網中的每一個結點能夠與任何結點創建多條虛電路鏈接。
④ 虛電路方式與線路交換方式的區別：
- 虛電路是在傳輸分組以前創建的邏輯鏈接，稱爲「虛電路」，這種電路不是專用的。
- 每一個結點能夠同時與多個結點之間創建虛電路，每條虛電路支持這兩個結點之間的數據傳輸。

4、網絡體系結構與網絡協議

1．網絡體系結構的概念

（1）網絡協議（Protoco1）

網絡協議是計算機網絡爲了在結點之間進行網絡數據交換而制定的規則、約定與標準。
網絡協議由3個要素組成：
- 語法：用戶數據與控制信息的結構和格式。
- 語義：須要發送何種控制信息，以及完成的動做與所做的響應。
- 時序：對事件實現順序的詳細說明。

（2）網絡體系結構（Network Architecture）

網絡體系結構是網絡層次結構模型和各層協議的集合，是對計算機網絡功能的精肯定義。
網絡體系結構是抽象的，網絡實現是具體的，包括能運行的一些硬件和軟件。
計算機網絡體系結構採用層次結構的好處：
- 各層之間相互獨立。高層並不須要知道低層如何實現，只需知道該層經過接口提供的服務。
- 靈活性好。當任何一層發生變化時，只要該層的接口保持不變，則該層以上或如下各層均不受影響。當不須要某層提供的服務時，甚至能夠取消該層。
- 各層均可以採用最合適的技術來實現，各層實現技術的改變不影響其餘層。
- 易於實現和維護。整個系統已被分解爲若干個易於處理的部分，容易實現和維護。
- 有利於促進標準化。因爲每層的功能和所提供的服務都已有精確的說明。

2．ISO/OSI參考模型

（1）OSI參考模型的基本概念

ISO制定了開放系統互聯（OSI）參考模型，做爲國際承認的標準模型。
OSI參考模型詳細規定了每層的功能，以實現開放系統環境中的互聯性（interconnection）、互操做性（interoperation）和應用的可移植性（portability）。
OSI參考模型採用三級抽象：體系結構（Architecture）、服務定義（Service Definition）和協議說明（Protocol Specification）。
- OSI體系結構定義了開放系統的層次結構、層次之間的相互關係，以及各層所包括的可能的服務。
- OSI服務定義詳細說明了各層提供的服務。
  - 某層的服務就是該層及如下各層的一種能力，經過接口提供給更高一層。
  - 各層提供的服務與這些服務如何實現無關。
  - 各類服務定義還定義了各層之間的接口和各層使用的原語，可是不涉及接口是怎樣實現的。
- OSI協議說明精肯定義了控制信息的發送，以及控制信息的解釋過程。協議說明具備最嚴格的約束。
OSI參考模型並無提供一個能夠實現的方法，只是描述了一些概念，用來協調進程之間通訊標準的制定。

（2）ISO劃分整個通訊功能的基本原則

① 網絡中的各個結點都具備相同的層次。
② 不一樣結點的同等層都具備相同的功能。
③ 同一結點內部的相鄰層之間經過接口來通訊。
④ 每層使用其下層提供的服務，並向其上層提供服務。
⑤ 不一樣結點的同等層根據協議來實現對等層之間的通訊。

（3）OSI參考模型中的各層的主要功能：

① 物理層（Physical Layer）
- 物理層位於OSI參考模型的最低層。
- 物理層的主要功能是利用物理傳輸介質，爲數據鏈路層提供物理鏈接，以便透明地傳輸比特流。
② 數據鏈路層（Data Link Layer）
- 在物理層提供的比特流傳輸服務的基礎上，在通訊的實體之間創建數據鏈路鏈接。
- 在數據鏈路上傳輸以幀做爲單位的數據，採用差錯控制與流量控制方法，將有差錯的物理線路變成無差錯的數據鏈路。
③ 網絡層（Network Layer）
- 網絡層經過路由選擇算法爲分組經過通訊子網選擇最適當的路徑。
- 網絡層須要實現路由選擇、擁塞控制與網絡互聯等功能。
④ 傳輸層（Transport Layer）
- 傳輸層的主要任務是向用戶提供可靠的端到端（End-to-End）服務，以便透明地傳輸報文。
- 傳輸層向高層屏蔽低層的數據通訊細節，是網絡體系結構中的關鍵層之一。
⑤ 會話層（Session Layer）：主要用於組織兩個會話進程之間的通訊，而且對數據交換進行管理。
⑥ 表示層（Presentation Layer）

表示層處理在不一樣通訊系統中交換的信息的表示方式，包括數據格式變換、數據加密與解密、數據壓縮與恢復等功能。
⑦ 應用層（Application Layer）
- 應用層是OSI參考模型的最高層。
- 應用層提供應用進程所需的信息交換和遠程操做，以及經過代理（Agent）完成一些信息交換所需的功能。

3．TCP/IP參考模型與協議

（1）TCP/IP參考模型與協議的發展

① TCP/IP協議是目前最流行的商業化協議，並被公認爲工業標準或「事實上的標準」。
② 在TCP/IP協議出現以後，纔出現了TCP/IP參考模型，也先於OSI參考模型出現。
③ TCP/IP協議具備如下幾個特色：
- 開放的協議標準，能夠無償使用，而且獨立於特定的計算機硬件與操做系統。
- 獨立於特定的網絡硬件，能夠運行在局域網、廣域網，更適合在互聯網中使用。
- 統一的網絡地址分配方案，使每一個TCP/IP設備在網絡中都具備惟一的地址。
- 標準化的高層協議，能夠提供多種可靠的用戶服務。

（2）TCP/IP參考模型與層次結構

① 層次結構模型包括兩方面：一是層次結構的定義，二是各層功能的描述。

② TCP/IP參考模型能夠分爲4個層次：應用層、傳輸層、互聯層與主機-網絡層。
- 應用層（Application Layer）與OSI模型的應用層對應。
- 傳輸層（Transport Layer）與OSI模型的傳輸層對應。
- 互聯層（Internet Layer）與OSI模型的網絡層對應，負責將源主機生成的分組發送到目的主機。
- 主機-網絡層（Host-to-Network Layer）與OSI模型的數據鏈路層及物理層對應。
- 在TCP/IP參考模型中，OSI模型的表示層、會話層沒有對應的層次。
③ 互聯層的功能：
- 處理來自傳輸層的分組發送請求。在接收到分組發送請求以後，將分組裝入IP數據報並填充報頭，而後將數據報發送到相應的網絡輸出接口。
- 處理接收到的數據報。在接收到來自其餘主機的數據報以後，檢查數據報的目的地址，若是須要轉發，則爲數據報選擇發送路徑並執行轉發；若是目的地址爲本結點的IP地址，則拆除報頭並將分組交給傳輸層處理。
- 處理互聯的路徑、流量與擁塞控制問題。
④ 傳輸層協議
- 傳輸控制協議（Transport Control Protocol，TCP）
  - TCP協議是一種可靠的面向鏈接的協議。
  - TCP協議能將一臺主機的字節流（Byte Stream）無差錯地傳輸到目的主機。
  - TCP協議將應用層的字節流分紅多個字節段（Byte Segment），而後將每一個字節段依次交給互聯層，以發送到目的主機。
  - 當互聯層將接收到的字節段交給傳輸層時，傳輸層將多個字節段還原成字節流，以交給應用層。
  - TCP協議還要完成流量控制功能，協調收發雙方的發送與接收速度，以達到正確傳輸的目的。
- 用戶數據報協議（User Datagram Protocol，UDP）
  - UDP協議是一種不可靠的無鏈接協議。
  - UDP協議經常使用於不要求分組順序到達的應用，分組傳輸順序檢查與排序由應用層來完成。
⑤ TCP/IP的應用層協議主要包括：
- 網絡終端協議Telnet：用於互聯網中的遠程登陸功能。
- 文件傳輸協議FTP：用於互聯網中的交互式文件傳輸功能。
- 電子郵件協議SMTP：用於互聯網中的電子郵件發送功能。
- 域名服務系統DNS：用於網絡設備的名字到IP地址的映射。
- 路由信息協議RIP：用於在路由設備之間交換路由信息。
- 網絡文件系統NFS：用於互聯網中的不一樣主機的文件共享。
- 超文本傳輸協議HTTP：用於互聯網中的Web服務。

4．OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較

（1）相同點：OSI參考模型與TCP/IP參考模型都採用層次結構的概念，在傳輸層中定義了類似的功能。

（2）OSI參考模型與協議其自身的缺陷：

① 會話層在大多數的應用中不多使用，表示層幾乎是空的；
② 在數據鏈路層與網絡層中有不少子層插入，每一個子層都有不一樣的功能；
③ 將「服務」與「協議」的定義相結合，使得該參考模型變得格外複雜，實現起來很是困難；
④ 尋址、流量控制與差錯控制在每層中重複出現，下降系統效率；
⑤ 關於數據安全性、加密與網絡管理等方面的問題在OSI參考模型的設計初期被忽略；
⑥ 不少「原語」在軟件的一些高級語言中實現起來容易，可是嚴格按照層次模型編程的軟件效率低。

（3）TCP/IP參考模型與協議也有自身的缺陷：

① 在服務、接口與協議的區別上不清楚。
② 主機—網絡層自己並非實際的一層，TCP/IP定義了網絡層與數據鏈路層的接口，而物理層與數據鏈路層的劃分是必要和合理的，TCP/IP參考模型卻沒有作到這點。

5、互聯網應用的發展

1．基於web應用的發展

（1）Web服務器是運行Web服務器軟件（例如Microsoft IIS或Apache Server）的計算機。

（2）Web服務中的信息以頁面（Page）的形式來表示。

（3）Web頁面由各類文件組成，這些文件包含如何顯示信息的說明，以及用戶能夠看到的最終結果。

2．搜索引擎技術的發展

搜索引擎做爲運行在Web上的應用軟件系統，已經成爲繼電子郵件以後的第二大Web應用。

3．播客技術的應用

（1）播客（Podcast）是基於互聯網的數字廣播技術之一，繼承了傳統廣播的大衆性，同時增長了收聽節目的靈活性、聽衆選擇節目與參與節目的主動性、互動性。

（2）播客可的分類：根據節目類型

① 傳統廣播節目的播客：播客節目的內容是通過編輯的電視節目播客版本，增長一些符合播客格式的特製內容。
② 專業播客提供商：專業播客提供商做爲信息服務業的新業態出現。
③ 我的播客：使用麥克風、視頻頭與計算機將本身的生活感悟記錄下來，做爲我的音頻版的日記傳輸到播客共享空間與網友共享。

（3）播客技術帶來的變化

① 播客技術使傳統的廣播從單純的語音向語音、視頻結合的方式變化，增長製做者的表現手段，加強互動性，吸引更多的受衆。
② 播客技術改變傳統廣播的聽衆被動收聽的方式，使聽衆成爲主動的參與者。播客聽衆能夠本身選定節目內容，加強聽衆的主動性與互動性。
③ 播客技術改變傳統廣播的定時播出方式，播客聽衆可在任什麼時候間經過網絡選擇本身感興趣的節目。在傳統的廣播方式中，若是錯過播音時間，就聽不到某個節目。
④ 播客技術使傳統廣播從廣播電臺的單一模式，變成我的也能夠製做節目的局面。

4．博客技術的應用

（1）博客的定義

① 博客（Blog）又稱爲網絡日誌（Weblog），是互聯網上以文章形式的信息發表和共享。
② 博客在技術上屬於網絡共享空間，在形式上屬於我的互聯網出版類的應用，是人們在互聯網上思想交流的一種新方式。
③ 博客服務網站爲博客的使用者開闢一個共享空間，用戶可使用文字、圖片、視頻或連接等，創建本身的個性化的信息共享空間。

（2）博客的分類：根據使用者和內容的不一樣

① 我的博客：以我的的記事、表達、交流爲主的博客，記錄了我的真實生活日記，以及對某些問題的認識與感悟。
② 博客社區：
- 由共同關心某類問題的人或團體組成的博客社區。
- 以學術專題討論爲主造成的博客社區。
- 以新聞時事的發表、轉載與評論爲主的博客社區。

5．網絡電視的應用

（1）傳統的數字電視是經過有線電視網傳輸，只能提供廣播方式的服務，而不能提供點播方式的服務。

（2）網絡電視（IPTV）是經過寬帶IP網絡傳輸，能夠實現與用戶的互動點播，同時也能夠方便地將傳統的電視服務與Web、E-mail和其餘互聯網服務功能相結合。

6．P2P技術的應用

（1）P2P技術網絡

① P2P網絡中計算機同時身兼服務提供者與使用者的雙重身份。
② 在P2P網絡環境中，成千上萬臺彼此鏈接的計算機之間都處於一種對等的地位，每臺計算機既能夠做爲網絡服務的使用者，也能夠向其餘提出服務請求的客戶機提供資源和服務。

（2）P2P網絡的特色

① P2P網絡是以擴大互聯網資源的共享範圍與深度，使信息共享達到最大化爲目的而設計的一種「非集中式」的網絡結點之間的結構。
- 在P2P網絡中，全部結點既能夠做爲客戶機，又能夠做爲服務器。
- 結點之間在共享網絡資源與服務上的地位是平等的。
② P2P網絡是不依賴於互聯網的DNS，可以適應網絡拓撲的態變化，具備獨立路由尋址能力的自治系統。
③ P2P網絡的「非集中式」共享網絡資源與服務，與已有的「集中式」共享網絡資源的結構是共存與互補的。