計算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 詳解 考研必看

1、三計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議知識計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中所遇到的問題連線對端的信號標(biāo)準(zhǔn)不一致；接入網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)所使用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸控制方法不一致；網(wǎng)絡(luò)匯接、交換控制方法隨不同廠商的產(chǎn)品而不同；上述問題使得眾多網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品制造商迫切希望不同的計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品都能按照相同的信號、交換控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計和生產(chǎn)。1978年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）設(shè)立了T（9）（即ISO的9）技術(shù)委員會專門研究網(wǎng)絡(luò)通信的體系結(jié)構(gòu)并提出了開放系統(tǒng)互連OSI（Open System Interconnection）的標(biāo)準(zhǔn)參考模型。OSI標(biāo)準(zhǔn)參考模型與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議OSI的標(biāo)準(zhǔn)參考模型的層次結(jié)構(gòu)OSI的標(biāo)準(zhǔn)參考模型將網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為七

2、個相互獨立的層面，故又被稱為七層模型（如下圖所示）。OSI的標(biāo)準(zhǔn)參考模型的工作原理設(shè)想：將信號、數(shù)據(jù)按一定的長度分為若干個數(shù)據(jù)單位數(shù)據(jù)包（Packet）。對數(shù)據(jù)包再按不同的應(yīng)用功能分層組裝，經(jīng)過物理信道傳送到目的站后再逐層分解、還原（如下圖）。進(jìn)行同層或相鄰層間數(shù)據(jù)劃分、組裝、分解和還原的操作規(guī)則及其標(biāo)準(zhǔn)的總和就是網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（簡稱網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）。為了使不同計算機(jī)的同層間能相互識別對方，每臺計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)各層都要定義一個唯一的表示本層的網(wǎng)絡(luò)地址。 自從上述OSI模型推出之后，許多與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)相關(guān)的國際組織和許多國家的專門技術(shù)管理部門針對不同層的網(wǎng)絡(luò)通信陸續(xù)推出了多種相關(guān)層面的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由

3、語義、語法和變換規(guī)則三個部分組成。語義是關(guān)于該層功能所涉及的內(nèi)容的定義。語法是為實現(xiàn)該層功能所涉及的數(shù)據(jù)格式的定義。變換規(guī)則是關(guān)于實現(xiàn)該層功能所必須進(jìn)行的操作步驟的定義。OSI的標(biāo)準(zhǔn)參考模型分層功能的劃分（一）物理層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換（既前述的數(shù)據(jù)通信內(nèi)容）和傳送。目前使用較多的物理層協(xié)議有電子工業(yè)聯(lián)盟（Electronic Industries AllianceEIA）的RS-232C協(xié)議（RS意為Recommended Standard、232為標(biāo)準(zhǔn)序號、C為版本號）、國際電報電話咨詢委員會（Consultative Committee on International Teleph

4、one and TelegraphyCCITT）的V.24協(xié)議（V意為Volume、24為標(biāo)準(zhǔn)序號）等（參見下表）。EIA標(biāo)準(zhǔn)CCITT建議主要特性RS-232CV.24、V.28基本標(biāo)準(zhǔn)，25芯接口，最高傳輸速率為20kbps，最大傳輸距離為15m。RS-449RS-422ARS-423AV.11/X.27V.10/X.26在上述基礎(chǔ)上接口改為37（9）芯，最高傳輸速率為10Mbps，最大傳輸距離為1km。RS-530使用25芯接口的RS-449協(xié)議。最高傳輸速率為2Mbps，最大傳輸距離為60m。V.35使用34芯接口,最高傳輸速率為48kbps，最大傳輸距離為100m。X.21使用15芯

5、接口的RS-232C協(xié)議。最高傳輸速率為10Mbps，最大傳輸距離為300m。物理層的網(wǎng)絡(luò)地址由置于計算機(jī)內(nèi)的網(wǎng)卡來確定。每一塊網(wǎng)卡（包括各種型號的內(nèi)、外置調(diào)制解調(diào)器）都有一個6字節(jié)長的全世界唯一的物理地址，又稱為MAC（Media Access Control）地址。生產(chǎn)網(wǎng)卡的廠商經(jīng)過合法的渠道可獲得其一定范圍的MAC域值。（二）（數(shù)據(jù)）鏈路層為網(wǎng)絡(luò)層提供數(shù)據(jù)鏈路的控制服務(wù)（包括鏈路的搜尋、建立、維護(hù)和拆除等）、數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e檢測服務(wù)（包括錯誤識別、順序控制和流量控制等）。目前使用較多的鏈路層協(xié)議列于下表。協(xié)議推出的機(jī)構(gòu)協(xié)議名稱美國國家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（America National Stand

6、ard Institute ANSI）高級數(shù)據(jù)通信控制規(guī)程（Advanced Data Communication Control ProcedureADCCP）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）高級鏈路控制規(guī)程（High-level Data Link ControlHDLC）國際電報電話咨詢委員會（CCITT）X.25國際電子電氣工程師協(xié)會（IEEE）802.2和802.3各一部(a) 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)包的組裝來自網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包再裝配特定的鏈路層首尾標(biāo)志就構(gòu)成了本層的數(shù)據(jù)傳輸單元幀。例如HDLC協(xié)議幀的結(jié)構(gòu)可呈現(xiàn)如下的樣式：HDLC協(xié)議規(guī)定該協(xié)議鏈路層地址字使用8個二進(jìn)制數(shù)表示。其中全0為無效地址，全

7、1為該層廣播地址。因此在一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用本協(xié)議的鏈路層地址最多為254個。(b) 數(shù)據(jù)鏈路層的差錯校驗網(wǎng)絡(luò)傳輸中對數(shù)據(jù)校驗的方法很多，但不同層中所使用的卻不相同。通常為了能夠識別所收到的數(shù)據(jù)是否有錯，必須在有效數(shù)據(jù)位以外插入專門用于校驗的專用數(shù)據(jù)位。故統(tǒng)稱為冗余碼校驗法。在鏈路層傳送以字符型數(shù)據(jù)時多采用奇偶校驗。既由發(fā)送方在所傳送的數(shù)據(jù)中插入一位作奇校驗或偶校驗。接收方對全部收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行奇（偶）數(shù)1的判決。而當(dāng)傳送比特型數(shù)據(jù)的差錯校驗則多采用循環(huán)冗余碼（Cycle Redundancy Code）校驗法。其原理是一個m位整數(shù)被擴(kuò)大n位權(quán)值后再被n（nm）位數(shù)整數(shù)除所得的余數(shù)一定是一個不會超過n

8、位的整數(shù)。于是可將該（n位）余數(shù)加上被擴(kuò)大n位權(quán)值后的整數(shù)形成一個m+n位的新整數(shù)。接收方在收到該數(shù)據(jù)后先將附加的n位填為0，并用相同的n位的整數(shù)去除，將得到的余數(shù)與所附加的數(shù)值相減，若差為0則傳輸正常。例：傳送十進(jìn)數(shù)179，冗余因數(shù)為19，則1790019的余數(shù)為2，實際應(yīng)傳送17902。(c)IEEE802協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)與計算機(jī)局域網(wǎng)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，局域網(wǎng)是構(gòu)成整個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。而OSI模型中的鏈路層和物理層又是構(gòu)成計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)的最基本成份。目前在計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)中使用最為廣泛的是IEEE802協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。盡管該協(xié)議產(chǎn)生于OSI模型之后，但由于網(wǎng)絡(luò)制造商的廣泛采用而在1984年被ISO采納為I

9、SO8802標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802協(xié)議是由國際電子電氣工程師協(xié)會于1980年2月成立的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專門委員會陸續(xù)推出的一個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議家族（見下表）。IEEE802.1A：概述及網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)IEEE802.1B：尋址、網(wǎng)間互連和網(wǎng)絡(luò)管理IEEE802.2：邏輯鏈路控制LLCIEEE802.3：CSMA/CD訪問控制和物理層技術(shù)規(guī)范IEEE802.4：令牌總線介質(zhì)訪問控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范IEEE802.5：令牌環(huán)介質(zhì)訪問控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范IEEE802.6：分布式隊列雙總線協(xié)議和物理層技術(shù)規(guī)范（MAN城域網(wǎng)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)）IEEE802.7：FDDI訪問介質(zhì)控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范IEEE8

10、02.8：FDDI時間片環(huán)訪問控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范IEEE802協(xié)議與OSI模型的區(qū)別如下圖所示：利用OSI模型的物理層和鏈路層協(xié)議便可組成最簡單的計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。這種局域網(wǎng)絡(luò)被稱為以太（Enthernet1970年由Xerox公司推出）網(wǎng)。而IEEE 802.2和IEEE 802.3是支持以太網(wǎng)絡(luò)的典型協(xié)議。更由于眾多的廠商所推出的商業(yè)品牌的協(xié)議都以其為基礎(chǔ)改進(jìn)或擴(kuò)充，故其知名度更高。如Novell公司推出的IPX/SPX協(xié)議、Microsoft公司推出的Netbeui協(xié)議、Ndis協(xié)議等。IEEE 802的地址由標(biāo)識本層網(wǎng)段的地址字和標(biāo)識本站的地址字所組成。該二地址分別為4字節(jié)的長度。

11、IEEE 802.3協(xié)議所采用的載波監(jiān)聽、多重訪問、沖突檢測控制（Carrier Sense Multiple Access Protocols with Collision DetectionCSMA/CD）方法是計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)中典型的物理層控制方法。其基本思路是某站在發(fā)送信息前先監(jiān)聽信道內(nèi)是否有數(shù)據(jù)正在傳送。當(dāng)確認(rèn)信道空閑時即刻占用信道并發(fā)送數(shù)據(jù)幀。監(jiān)聽的方法通常有1-堅持、非堅持和p-堅持等。但由于發(fā)站發(fā)出的數(shù)據(jù)要經(jīng)過一段延遲才能到達(dá)收站，因此容易形成兩個以上的發(fā)站同時搶占信道并發(fā)送數(shù)據(jù)幀。此時，就需要采用沖突檢測手段來減少發(fā)送數(shù)據(jù)的碰撞可能。沖突檢測控制所采用的是一種被稱為退避算法的控

12、制方法來避免發(fā)送沖突的。例：假設(shè)A站在時間t0開始發(fā)一幀數(shù)據(jù)給站B，當(dāng)發(fā)送了t0+t1時B站監(jiān)聽到網(wǎng)絡(luò)空閑，便即刻開始發(fā)送。幾乎在t0+t1+t 時B站因收到?jīng)_突信號而停止發(fā)送，而A站則要到t0+2(t1+t) 時才能收到?jīng)_突信號。因此一個站從開始監(jiān)聽并判斷網(wǎng)絡(luò)是否空閑的最短時間為兩倍的信道延遲時間。上述方法解決了多站異步傳輸導(dǎo)致沖突問題，但仍存在同步傳輸沖突的可能。解決方法是各站自備一個隨機(jī)正整數(shù)（使該數(shù)最小為2），每次要發(fā)信時按該數(shù)倍的最大傳輸延時等待既可。由物理層和鏈路層便可構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)的主要連接設(shè)備有Hub和Switch。（三）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層的功能是實現(xiàn)網(wǎng)間數(shù)據(jù)的交換服務(wù)。

13、在一個局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換只要有物理層和鏈路層協(xié)議的支持就可實現(xiàn)。位于兩個不同的局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計算機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換則必須借助網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的支持才能進(jìn)行（如下圖所示）。(a)網(wǎng)絡(luò)層的傳輸方式虛電路方式在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信之前，要兩個站間建立一條網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)報方式將傳送的數(shù)據(jù)按某種規(guī)則分成若干個分組并以分組為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)通信虛電路方式數(shù)據(jù)報方式有連接無連接數(shù)據(jù)順序有保證數(shù)據(jù)順序保證較差傳輸質(zhì)量可靠傳輸質(zhì)量較差傳輸成本高傳輸成本低(b)網(wǎng)間互連的形式網(wǎng)橋利用放置在服務(wù)器內(nèi)的多塊網(wǎng)卡實現(xiàn)的局域網(wǎng)間的互連（如下圖）多協(xié)議路由器利用專門設(shè)計了多種網(wǎng)絡(luò)層交換協(xié)議的設(shè)備充當(dāng)網(wǎng)間互連的介質(zhì)網(wǎng)關(guān)利用指定網(wǎng)絡(luò)對外連接地址的一

14、種強(qiáng)制性網(wǎng)間訪問(c)路由選擇與擁塞控制一個網(wǎng)絡(luò)與多個網(wǎng)絡(luò)間可能存在多條連接通道，因而勢必造成了通過不同的連接通道的搭配則會產(chǎn)生不同的傳輸效果的現(xiàn)象。本層協(xié)議的重要控制規(guī)則便是為進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的兩個站點尋找到恰當(dāng)?shù)囊唤M連接通道，這種通道便稱為路由（如下圖所示）。選擇路由的計算方法很多，較為常用的有：最短通路算法從多條路由中選出傳輸時間最短的一條路由固定不變，易擁塞。靜態(tài)路由算法在多條路由中指定一個固定的路由路由固定不變，擁塞程度由人為控制。距離矢量路由算法每個點定時測試去往各相鄰路由的距離并將測的路由距離矢量表和鄰站發(fā)來的路由距離矢量表一起發(fā)給相鄰站點路由能動態(tài)改變，可示擁塞程度自動選擇路由，但路由距離矢量表容易發(fā)錯且網(wǎng)絡(luò)層開銷加大。該協(xié)議的產(chǎn)品名稱為RIPRoute Information Protocol。A結(jié)點的路由表D結(jié)點的路由表目的結(jié)點下一個路由器距離目的結(jié)點下一個路由器距離AA0AA1BB1BA2CB2CA3DD1DD0若某時刻路由1出現(xiàn)故障，A結(jié)點首先告之D結(jié)點，則D結(jié)點的路由表內(nèi)關(guān)于B結(jié)點和C結(jié)點的距離會改為無窮大。但