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网络知识
西安交通大学
计算机教学实验中心
2
第 2章 传输介质与网络协议
本章内容
?传输介质
?网络体系结构
?ISO OSI参考模型
?OSI数据传输
?TCP/IP参考模型
3
? 磁介质
高带宽、低费用、高延时（小时）
例,7GB/8mm,1000盘 /50*50*50cm,24h可送到任何地方。
总容量 =7*1000*8Gbits，总时间 =24*60*60=86400s
传送速率 =56000Gb/86400s=648Mb/s
? 金属导体
双绞线,同轴电缆 (粗、细 )
? 光纤
? 无线介质
无线电、短波、微波、卫星、光波
2.1 传输介质
4
内导体芯线
绝缘
箔屏蔽
铜屏蔽
外套
--螺旋绞合的双导线,?≈1mm
--每根 4对,25对,1800对
--典型连接距离 100m（ LAN）
--连接部件,RJ45插座、插头
--优缺点：
成本低
密度高、节省空间
安装容易（综合布线系统）
平衡传输（高速率）
抗干扰性一般
连接距离较短
由两根彼此绝缘、相互缠绕成螺旋状的铜线
组成。缠绕的目的是减少电磁干扰，提高传
输质量。
● 双绞线
5
屏蔽双绞线 (STP,Shielded Twisted Pair)
非屏蔽双绞线 (UTP,Unshielded Twisted Pair )
? 以铝箔屏蔽以减少
干扰和串音
3类,5类,6类
（ 16M,155M,1200M）
双绞线外没有任何附
加屏蔽
屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线
6
● 同轴电缆
?基带同轴电缆
一条电缆只用于一个信道，特性阻
抗为 50?，用于数字传输
?宽带同轴电缆
一条电缆同时传输不同频率的多路
模拟信号，特性阻抗为 75 ?，用于
模拟传输,300— 450MHz，
100km，需要放大器
铜芯
绝缘层
外导体
屏蔽层
保护套
由内外两个导体组成，内导体是一根金属线，外导体是一根柱形的
套管，一般是金属线编织成的网状结构，内外导体之间有绝缘层。
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基带同轴电缆分为：
?细缆
--阻抗,50 ?,D=1.02cm，传输速率,10Mbps
--单段距离,185m,4中继,5段（ 925m）
--两站点间最短距离 0.5 m，每段最多站点数 30
--优缺点,价格低
安装方便（ T型连接器,BNC接头, Terminator）
抗干扰能力强
距离短
可靠性差
?粗缆
--阻抗,50 ?,D=2.54cm,传输速率,10Mbps
--单段距离,500m,4中继,5段（ 2500m）
--优缺点,价格稍高
安装方便（收发器、收发器电缆,Terminator）
抗干扰能力强
距离中等
可靠性好
8
同轴电缆用于
10Base2 LAN
? 细同轴电缆，可靠性稍差
? BNC T型接头连接
? 总线型拓扑
? 用于办公室 LAN
细缆
BNC 接头
NIC
每段最大长度 185m
每段最多站点数 30
两站点间最短距离 0.5 m
网络最大跨度 925 m
网络最多 5个段
9
粗缆在 10Base5 LAN中的应用
? 粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强
? 收发器, 发送 /接收,冲突检测,电气隔离
? AUI, 连接件单元接口
? 总线型拓扑
? 用于网络骨干连接
最大段长度 500米
每段最多站点数 100
两站点间最小距离 2.5米
粗缆
Vampire tap
BNC端子
收发器
AUI 电缆
NIC
网络最大跨度 2.5公里
插
入
式
分
接
头
10
什么是 10BASE5—— 802.3布线介质标准
10Base5 粗同轴
10Base2 细同轴
10BaseT 双绞线
10BaseF MMF
100BaseT 双绞线
100BaseF MMF/SMF
1000BaseX 屏蔽短双绞线 /MMF/SMF
1000BaseT 双绞线
数据率（ Mbps） 基带或宽带
Base,Broad
段最大长度（百米）或
介质类型（ T,F,X）
10 Base 5
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● 光纤
? 纤细、柔韧、能够传导光信号的媒体。
? 特点：
– 依靠光波承载信息
– 速率高，通信容量大 带宽,25000~30000GHz
仅受光电转换器件的限制（＞ 100Gb/s）
– 传输损耗小，适合长距离传输
– 抗干扰性能极好，保密性好
– 轻便
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光纤传输原理 —— 利用了光的反射
?光从一种介质入射到另一种介质时会产生折射。
折射量取决于两种介质的折射率。当入射角 ≥临界值
时产生全反射，不会泄漏。
?光纤：纤芯 -折射率高、玻璃包层 -折射率低
?亮度调制，有脉冲 -1，无脉冲 -0
?光传输系统：光源、介质、光检测器
光源, 850nm/1300nm/1500nm
发光二极管 / 激光二极管
介质, 光纤
光检测器, 光电二极管 PIN/雪崩二极管 APD
?单向传输，双向需两根光纤
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● 光纤传送模式,MMF,SMF
多模 MMF
输入电信号 输出电信号
单模 SMF 波长, 1300,1550 nm
波长, 850,1300
nm
h2
h1
芯 /封套特性
h1
h2
光纤的直径减小
到一个光波波长
多束光线以不同的反射角传播
单束光线沿直线传播
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● 典型的光缆
玻璃封
套
塑料外套 玻璃内
芯
单芯光缆
多芯光缆
玻璃内芯
塑料外套
玻璃封套
外
壳
常见规格：玻璃内芯 ——50um缓变型 MMF
62.5um缓变 /增强型 MMF
8.3um突变型 SMF
玻璃包层 ——125um
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● 无线介质
? 包括：无线电、微波、卫星
? 特点：
– 使用电磁波或光波携带信息
– 无需物理连接
– 适用于长距离或不便布线的场合
– 易受干扰
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无线电
? 固定终端点（基站）和
终端之间是无线链路
BS 基站
用户计算机和终端
BS
基站覆盖的无线电区域
F2 F3 F1 F2
F3 F1 F2 F3 F1
F2F2 F3 F1
F1,F2,F3 = 使用的频率
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地面微波接力
? 频率,100MHz— 10GHz
? 两个地面站之间传送
? 可视范围
? 距离,50 -100 km
? 速率低，几百 kb/s
地球
地面站之间的直视线路
微波传送塔
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地球同步卫星
? 与地面站相对固定位置
? 使用 3个卫星覆盖全球
? 传输距离远
? 传输延迟时间长
36,000
公里
地球
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传输媒体 速率 传输距离
性能 ( 抗
干扰性 )
价格 应用
双绞线 1 0 - 1000 M b / s 几十 k M 可以 低 模拟 / 数字传输
50 ? 同轴电缆 10M b / s 3 k M 内 较好 略高于
双绞线
基带数字信号
75 ? 同轴电缆 300 - 450M Hz 1 0 0 k M 较好 较高 模拟传输电视、
数据及音频
光纤 几十 G bps 30 k M u p 很好 较高 远距离传输
短波 < 5 0 M H z 全球 较差 较低 远程低速通信
地面微波接力 4 - 6 G H z 几百 k M 好 中等 远程通信
卫星 500M Hz 1 8 000k M 很好 与距离
无关
远程通信
常用传输媒体的比较
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2.2网络体系结构
? 1.网络协议
– 为进行网络中的数据（信息）交换而建立的
规则、标准或约定称为网络协议
– 计算机网络中实体之间有关通信规则的集合
? 网络协议的三个要素：
– 语法、语义、规则（时序）
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2.2网络体系结构
网络体系结构发展的背景 —— 网络的状况
?多种通信媒介 —— 有线、无线。。。
?不同种类的设备 —— 通用、专用。。。
?不同的操作系统 —— Unix,Windows 。。。
?不同的应用环境 —— 固定、移动。。。
?不同种类业务 —— 分时、交互、实时。。。
?宝贵的投资和积累 —— 有形、无形。。。
?用户业务的延续性 —— 不允许出现大的跌宕起伏
它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。
22
2.2 网络体系结构
? 为了解决 不同 媒介连接起来的 不同 设备和网络
系统在 不同 的应用环境下实现 互操作 的问题,
采用分层的方法，将网络互联的庞大而复杂的
问题，划分为若干个较小而容易解决的问题，
计算机网络的各层和层间协议的集合 称为“网
络体系结构”。
? 要点,目的、方法、内容
23
层次结构方法的优点
?把网络操作分成复杂性较低的单元,结构清晰，易
于实现和维护
?定义并提供了具有 兼容性的标准接口
?使设计人员能 专心设计和开发 所关心的功能模块
?独立性强 —— 上层只需了解下层通过层间接口提供
什么服务 — 黑箱方法
?适应性强 —— 只要服务和接口不变，层内实现方法
可任意改变
?一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，
因此每个区域的网络可单独升级或改造
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网络体系结构的几个基本概念
? 协议,为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或
约定。 (=语义 +语法 +规则 )
? 不同层具有各自不同的协议。
? 实体：每个层次当中 任何可以发送或接收信息的部分。
? 对等层,两个不同系统的同名层次。
? 对等实体,位于不同系统的同名层次中的两个实体。
? ?协议作用在对等实体之间 。
? 接口,相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及
下层对上层的服务。
? 服务,某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相
邻上层。
有关基本概念详见课本 P21——P22页
25
? 协议数据单元（ PDU,Protocol Data Unit）,
– 对等实体之间通过协议传送的数据单元。
? 接口数据单元（ IDU,Interface Data Unit）,
– 相邻层次之间通过接口传递的数据单元。
? 面向连接的服务：
– 通信之前建立连接，通信过程中保持连接，通信结
束拆除连接。
? 无连接的服务,
– 通信双方不需要建立和维持连接
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面向连接服务与无连接服务
Connection Oriented
Service Connectionless Service
参考模式 电话系统 邮政系统
特点 静态分配资源；传输前需要建立连接 动态分配资源
可靠性 提供可靠的报文流服务 不能防止报文的丢失、损坏、重复和失序
对目的地址
的要求
仅在连接阶段需要完整的
目的地址
需要为每一个报文提供完
整的目的地址
适用场合 在一段时间内向同一目的地发送大量报文 ; 实时性要求 少量零星报文
分类及示例
1.可靠消息流 - 文件传输
2.可靠字节流 - 远程登录
3.不可靠连接 - 数字化声音
1.数据报 - 广播 /组播
2.可靠的数据报 - 挂号邮件
3.请求应答 - 数据库查询
27
2.3 ISO OSI参考模型
? 1978为开放系统互联成立专门委员会,1980年草拟参考模型协议书，
1983年正式批准为国际标准。
? OSI体系结构将网络的不同功能划分为 7层
应用层 Application
表示层 Presentation
会话层 session
传输层 transport
物理层 Physical
数据链路层 Data Link
网络层 Network
7
6
5
4
3
2
1
为应用选择适当的服务
提供编码转换，数据重新格式
化
主机间通信
提供端到端的数据完整
寻址和最短路径
相邻节点间透明、可靠的
信息传输
为数据传输提供通路
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物理层 (Physical)
? 实现在物理媒体上 透明 地传送原始比特流。
? 定义了激活、维护和关闭终端用户之间 机械的、
电气的、过程的 和功能的特性
– 机械特性,物理连接器的尺寸、形状、规格
– 电气特性,信号电平，脉冲宽度，频率，数
据传送速率，最大传送距离等
– 功能特性,接口引脚的功能作用
– 规程特性,信号时序，应答关系，操作过程
29
数据链路层 (Data Link)
? 在物理线路上的两个相邻结点间提供可靠的数据传输，
使 相邻结点间的链路 对网络层呈现为一条无错的链路。
? 数据传输单位是 帧
? 所关心的问题包括,
– 物理地址、链路维护；
– 组帧：把数据封装在帧中,按顺序传送；
– 定界与同步：产生 /识别帧边界；
– 差错恢复：采用重传（ ARQ）的方法；
– 流量控制：收发双方传输速率的匹配。
? 典型协议,多路访问控制协议 (MAC,Multiple Access Control
protocol)
30
网络层 (Network)
– 使主机可以把分组发往任何网络并使分组独
立地传送到目标主机。负责由一个站点到另
一个站点的路径选择。
– 具体提供以下服务
? 路由选择和数据分组中转
? 流量控制和拥塞控制
? 差错检测与恢复
? 流量统计和记账
31
传输层 (Transport)
– 为信源进程与信宿进程的通信提供数据传输服务；
– 屏蔽各类通信子网的差异，使应用层不受通信子网技
术变化的影响。
– 进行数据分段并组装成报文流； 传输单位为：报文
– 提供端到端的服务
– 提供“面向连接”（虚电路）和“无连接”（数据报）
两种服务；
– 传输差错校验与恢复；
– 传输层是资源子网和通信子网的接口层。
– 传输层存在于主机当中
32
? 会话层（ Session）
– 对不同开放系统中两个进程间通信的过程进
行管理和协调
– 不参与数据传输
? 表示层（ Presentation）
– 向应用进程提供资料表示，如信息编码、数
据转换、数据压缩与恢复等。将不同系统的
不同表示方法转换成标准形式
33
应用层 (Application)
– 为用户的应用进程提供网络通信服务
– 识别并证实目的通信方的可用性
– 使协同工作的应用程序之间实现同步
– 判断是否为通信过程申请了足够的资源
– 处理被传送数据的表示问题，即信息的语义
– 直接面向用户，为用户提供各种网络服务
应用层协议的例子：
远程登录协议 Telnet、文件传输协议 FTP、
超文本传输协议 HTTP、域名服务 DNS、
简单邮件传输协议 SMTP、邮局协议 POP3等
34
2.4 OSI中数据的传输
? 两个开放系统之间的通信 —— 对等层通信
网络体系结构 禁止 不同主机的对等层之间的直接通信
。 (想一想，为什么?)
实际上，每一层必须依靠相邻层提供的服务来与另一
台主机的对应层通信。
?上层使用下层提供的服务 — Service user
?下层向上层提供服务 — Service provider
以两个人使用信件进行信息交流为例 (见下页图 )
35
信件内容
邮件地址
货物地址
发信人
邮政局
运输系统
信件内容
邮件地址
货物地址
收信人
对信件内容的共识
对信件如何传递的共识
对货物如何运输的共识
P3
P2
P1
公路，铁路，航空
对等层通信示例：中德教师之间的对话
问题：
1、收信人与发信人之间、邮政局之间，他们是在直接通信吗？
2、邮政局、运输系统各向谁提供什么样的服务？
3、邮政局、收发信人各使用谁提供的什么服务？
邮政局
运输系统
36
P3
P2
P1
?对等层通信的实质,
?对等层实体之间虚拟通信
?下层向上层提供服务
?实际通信在最底层完成
右图给出了对等层通信
更一般的抽象。
2
1
3
2
1
物理通信线路
3
N+1
N
N-1
N+1
N
N-1Pn-1
Pn
Pn+1
系统 A 系统 B
报文 报文
37
在网络体系结构中，对等层协议之间交换的信息
单元统称为 协议数据单元 (PDU,Protocol Data
Unit)。
而传输层及以下各层的 PDU另外还有各自特定的
名称：
?应用层 —— 报文（ Message）
?传输层 —— 数据段（ Segment） （报文）
?网络层 —— 分组（数据包）（ Packet）
?数据链路层 —— 数据帧（ Frame）
?物理层 —— 比特（ Bit）
38
?数据封装
一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据
首先必须打包，打包的过程称为 封装 。
封装就是在数据前面加上特定的协议头部。
数 据协议头
发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址
的信封中发送，还要写明用航空或挂号 … 。
数 据
39
网络体系结构中每一层都要依靠下一层提供的服务。
为了提供服务，下层把上层的 PDU作为本层的数据封
装，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完
成数据传输所需的控制信息。
这样，数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装
的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断
拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，
其外面实际上被包装多层, 信封, 。
但是，某一层只能识别由对等层封装的, 信封,,而
对于被封装在, 信封, 内部的数据仅仅是拆封后将其
提交给上层，本层不作任何处理。
40
?TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署
(DARPA)的一项研究计划 —— 实现若干台主机
之间的相互通信。
?现在 TCP/IP已成为 Internet上通信的标准。
?TCP/IP模型包括 4个概念层次：
?应用层（ application）
?传输层（ transport）
?网际层（ internet）
?网络接口（ network interface）
2.5 TCP/IP模型
41
?TCP/IP与 OSI参考模型的对应关系
应用层
表示层
会话层
传输层
物理层
数据链路层
网络层
7
6
5
4
3
2
1
OSI参考模型
应用层
传输层
网络接口
(数 据链路层
+物理层 )
网际层
TCP/IP概念层次
Ethernet,802.3,
802.5,FDDI等等
TCP/IP支持
所有标准的数
据链路层和物
理层协议
传输控制协议 /互联协议
42
?TCP/IP与应用层
应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网
络管理,Web浏览等应用。
应用层
传输层
网络接口
网际层
文件传输
● FTP,TFTP,NFS
电子邮件
● SMTP,POP3
WWW应用
● HTTP
远程登录
● Telnet,rlogin
网络管理
● SNMP
名字管理
● DNS
43
?TCP/IP与传输层
传输层的两项主要功能：
?流量控制
?可靠传输
传输层提供了 TCP和 UDP两种传输协议：
?TCP是面向连接的,可靠的传输协议。它把报文分
解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段
，必要时重新发送没有收到的段。
?UDP是无连接的 。由于对发送的段不进行校验和确
认，因此它是, 不可靠, 的。
44
应用层
传输层
网络接口
网际层
面向连接的
● TCP
无连接的
● UDP
传输层提供了两种传输协议
45
?TCP/IP与网络层
?网际层的主要协议 —— IP。本层提供 无连接 的传输服
务（不保证送达，不保序）。本层的主要功能是寻找
一条能够把数据报送到目的地的路径。
?网际层的 PDU称为 IP数据报；
? ICMP（ Internet Control Message Protocol）提
供控制和传递消息的功能；
?ARP（ Address Resolution Protocol）为已知的 IP
地址确定相应的 MAC地址；
?RARP（ Reverse Address Resolution Protocol）
根据 MAC地址确定相应的 IP地址。
46
应用层
传输层
网络接口
网际层
● IP
● ICMP
● ARP
● RARP
TCP/IP网际层的四个主要协议
47
? TCP/IP实际并未定义任何数据链路层协
议和物理层协议，它可运行在现有的任
何一种数据链路层和物理层之上
TCP/IP与数据链路层和物理层
48
数据
段头 数据
段头 数据网络头
帧头 段头 数据网络头 帧尾
数据
段
数据包
帧
比特
电脉冲
011101000011000010100101111010110
数据多层封装 封装
拆封
49
2.7Novell NetWare参考模型与 IPX/SPX协议
应用层
表示层
会话层
传输层
物理层
数据链路层
网络层
7
6
5
4
3
2
1
OSI参考模型
应用层
SPX
网络接口卡与
网卡驱动程序
IPX
TCP/IP概念层次
逻辑链路控制与媒体访
问控制
是 Novell NetWare网络使用的局域网参考模型和协议
网络知识
西安交通大学
计算机教学实验中心
2
第 2章 传输介质与网络协议
本章内容
?传输介质
?网络体系结构
?ISO OSI参考模型
?OSI数据传输
?TCP/IP参考模型
3
? 磁介质
高带宽、低费用、高延时（小时）
例,7GB/8mm,1000盘 /50*50*50cm,24h可送到任何地方。
总容量 =7*1000*8Gbits，总时间 =24*60*60=86400s
传送速率 =56000Gb/86400s=648Mb/s
? 金属导体
双绞线,同轴电缆 (粗、细 )
? 光纤
? 无线介质
无线电、短波、微波、卫星、光波
2.1 传输介质
4
内导体芯线
绝缘
箔屏蔽
铜屏蔽
外套
--螺旋绞合的双导线,?≈1mm
--每根 4对,25对,1800对
--典型连接距离 100m（ LAN）
--连接部件,RJ45插座、插头
--优缺点：
成本低
密度高、节省空间
安装容易（综合布线系统）
平衡传输（高速率）
抗干扰性一般
连接距离较短
由两根彼此绝缘、相互缠绕成螺旋状的铜线
组成。缠绕的目的是减少电磁干扰，提高传
输质量。
● 双绞线
5
屏蔽双绞线 (STP,Shielded Twisted Pair)
非屏蔽双绞线 (UTP,Unshielded Twisted Pair )
? 以铝箔屏蔽以减少
干扰和串音
3类,5类,6类
（ 16M,155M,1200M）
双绞线外没有任何附
加屏蔽
屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线
6
● 同轴电缆
?基带同轴电缆
一条电缆只用于一个信道，特性阻
抗为 50?，用于数字传输
?宽带同轴电缆
一条电缆同时传输不同频率的多路
模拟信号，特性阻抗为 75 ?，用于
模拟传输,300— 450MHz，
100km，需要放大器
铜芯
绝缘层
外导体
屏蔽层
保护套
由内外两个导体组成，内导体是一根金属线，外导体是一根柱形的
套管，一般是金属线编织成的网状结构，内外导体之间有绝缘层。
7
基带同轴电缆分为：
?细缆
--阻抗,50 ?,D=1.02cm，传输速率,10Mbps
--单段距离,185m,4中继,5段（ 925m）
--两站点间最短距离 0.5 m，每段最多站点数 30
--优缺点,价格低
安装方便（ T型连接器,BNC接头, Terminator）
抗干扰能力强
距离短
可靠性差
?粗缆
--阻抗,50 ?,D=2.54cm,传输速率,10Mbps
--单段距离,500m,4中继,5段（ 2500m）
--优缺点,价格稍高
安装方便（收发器、收发器电缆,Terminator）
抗干扰能力强
距离中等
可靠性好
8
同轴电缆用于
10Base2 LAN
? 细同轴电缆，可靠性稍差
? BNC T型接头连接
? 总线型拓扑
? 用于办公室 LAN
细缆
BNC 接头
NIC
每段最大长度 185m
每段最多站点数 30
两站点间最短距离 0.5 m
网络最大跨度 925 m
网络最多 5个段
9
粗缆在 10Base5 LAN中的应用
? 粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强
? 收发器, 发送 /接收,冲突检测,电气隔离
? AUI, 连接件单元接口
? 总线型拓扑
? 用于网络骨干连接
最大段长度 500米
每段最多站点数 100
两站点间最小距离 2.5米
粗缆
Vampire tap
BNC端子
收发器
AUI 电缆
NIC
网络最大跨度 2.5公里
插
入
式
分
接
头
10
什么是 10BASE5—— 802.3布线介质标准
10Base5 粗同轴
10Base2 细同轴
10BaseT 双绞线
10BaseF MMF
100BaseT 双绞线
100BaseF MMF/SMF
1000BaseX 屏蔽短双绞线 /MMF/SMF
1000BaseT 双绞线
数据率（ Mbps） 基带或宽带
Base,Broad
段最大长度（百米）或
介质类型（ T,F,X）
10 Base 5
11
● 光纤
? 纤细、柔韧、能够传导光信号的媒体。
? 特点：
– 依靠光波承载信息
– 速率高，通信容量大 带宽,25000~30000GHz
仅受光电转换器件的限制（＞ 100Gb/s）
– 传输损耗小，适合长距离传输
– 抗干扰性能极好，保密性好
– 轻便
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光纤传输原理 —— 利用了光的反射
?光从一种介质入射到另一种介质时会产生折射。
折射量取决于两种介质的折射率。当入射角 ≥临界值
时产生全反射，不会泄漏。
?光纤：纤芯 -折射率高、玻璃包层 -折射率低
?亮度调制，有脉冲 -1，无脉冲 -0
?光传输系统：光源、介质、光检测器
光源, 850nm/1300nm/1500nm
发光二极管 / 激光二极管
介质, 光纤
光检测器, 光电二极管 PIN/雪崩二极管 APD
?单向传输，双向需两根光纤
13
● 光纤传送模式,MMF,SMF
多模 MMF
输入电信号 输出电信号
单模 SMF 波长, 1300,1550 nm
波长, 850,1300
nm
h2
h1
芯 /封套特性
h1
h2
光纤的直径减小
到一个光波波长
多束光线以不同的反射角传播
单束光线沿直线传播
14
● 典型的光缆
玻璃封
套
塑料外套 玻璃内
芯
单芯光缆
多芯光缆
玻璃内芯
塑料外套
玻璃封套
外
壳
常见规格：玻璃内芯 ——50um缓变型 MMF
62.5um缓变 /增强型 MMF
8.3um突变型 SMF
玻璃包层 ——125um
15
● 无线介质
? 包括：无线电、微波、卫星
? 特点：
– 使用电磁波或光波携带信息
– 无需物理连接
– 适用于长距离或不便布线的场合
– 易受干扰
16
无线电
? 固定终端点（基站）和
终端之间是无线链路
BS 基站
用户计算机和终端
BS
基站覆盖的无线电区域
F2 F3 F1 F2
F3 F1 F2 F3 F1
F2F2 F3 F1
F1,F2,F3 = 使用的频率
17
地面微波接力
? 频率,100MHz— 10GHz
? 两个地面站之间传送
? 可视范围
? 距离,50 -100 km
? 速率低，几百 kb/s
地球
地面站之间的直视线路
微波传送塔
18
地球同步卫星
? 与地面站相对固定位置
? 使用 3个卫星覆盖全球
? 传输距离远
? 传输延迟时间长
36,000
公里
地球
19
传输媒体 速率 传输距离
性能 ( 抗
干扰性 )
价格 应用
双绞线 1 0 - 1000 M b / s 几十 k M 可以 低 模拟 / 数字传输
50 ? 同轴电缆 10M b / s 3 k M 内 较好 略高于
双绞线
基带数字信号
75 ? 同轴电缆 300 - 450M Hz 1 0 0 k M 较好 较高 模拟传输电视、
数据及音频
光纤 几十 G bps 30 k M u p 很好 较高 远距离传输
短波 < 5 0 M H z 全球 较差 较低 远程低速通信
地面微波接力 4 - 6 G H z 几百 k M 好 中等 远程通信
卫星 500M Hz 1 8 000k M 很好 与距离
无关
远程通信
常用传输媒体的比较
20
2.2网络体系结构
? 1.网络协议
– 为进行网络中的数据（信息）交换而建立的
规则、标准或约定称为网络协议
– 计算机网络中实体之间有关通信规则的集合
? 网络协议的三个要素：
– 语法、语义、规则（时序）
21
2.2网络体系结构
网络体系结构发展的背景 —— 网络的状况
?多种通信媒介 —— 有线、无线。。。
?不同种类的设备 —— 通用、专用。。。
?不同的操作系统 —— Unix,Windows 。。。
?不同的应用环境 —— 固定、移动。。。
?不同种类业务 —— 分时、交互、实时。。。
?宝贵的投资和积累 —— 有形、无形。。。
?用户业务的延续性 —— 不允许出现大的跌宕起伏
它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。
22
2.2 网络体系结构
? 为了解决 不同 媒介连接起来的 不同 设备和网络
系统在 不同 的应用环境下实现 互操作 的问题,
采用分层的方法，将网络互联的庞大而复杂的
问题，划分为若干个较小而容易解决的问题，
计算机网络的各层和层间协议的集合 称为“网
络体系结构”。
? 要点,目的、方法、内容
23
层次结构方法的优点
?把网络操作分成复杂性较低的单元,结构清晰，易
于实现和维护
?定义并提供了具有 兼容性的标准接口
?使设计人员能 专心设计和开发 所关心的功能模块
?独立性强 —— 上层只需了解下层通过层间接口提供
什么服务 — 黑箱方法
?适应性强 —— 只要服务和接口不变，层内实现方法
可任意改变
?一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，
因此每个区域的网络可单独升级或改造
24
网络体系结构的几个基本概念
? 协议,为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或
约定。 (=语义 +语法 +规则 )
? 不同层具有各自不同的协议。
? 实体：每个层次当中 任何可以发送或接收信息的部分。
? 对等层,两个不同系统的同名层次。
? 对等实体,位于不同系统的同名层次中的两个实体。
? ?协议作用在对等实体之间 。
? 接口,相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及
下层对上层的服务。
? 服务,某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相
邻上层。
有关基本概念详见课本 P21——P22页
25
? 协议数据单元（ PDU,Protocol Data Unit）,
– 对等实体之间通过协议传送的数据单元。
? 接口数据单元（ IDU,Interface Data Unit）,
– 相邻层次之间通过接口传递的数据单元。
? 面向连接的服务：
– 通信之前建立连接，通信过程中保持连接，通信结
束拆除连接。
? 无连接的服务,
– 通信双方不需要建立和维持连接
26
面向连接服务与无连接服务
Connection Oriented
Service Connectionless Service
参考模式 电话系统 邮政系统
特点 静态分配资源；传输前需要建立连接 动态分配资源
可靠性 提供可靠的报文流服务 不能防止报文的丢失、损坏、重复和失序
对目的地址
的要求
仅在连接阶段需要完整的
目的地址
需要为每一个报文提供完
整的目的地址
适用场合 在一段时间内向同一目的地发送大量报文 ; 实时性要求 少量零星报文
分类及示例
1.可靠消息流 - 文件传输
2.可靠字节流 - 远程登录
3.不可靠连接 - 数字化声音
1.数据报 - 广播 /组播
2.可靠的数据报 - 挂号邮件
3.请求应答 - 数据库查询
27
2.3 ISO OSI参考模型
? 1978为开放系统互联成立专门委员会,1980年草拟参考模型协议书，
1983年正式批准为国际标准。
? OSI体系结构将网络的不同功能划分为 7层
应用层 Application
表示层 Presentation
会话层 session
传输层 transport
物理层 Physical
数据链路层 Data Link
网络层 Network
7
6
5
4
3
2
1
为应用选择适当的服务
提供编码转换，数据重新格式
化
主机间通信
提供端到端的数据完整
寻址和最短路径
相邻节点间透明、可靠的
信息传输
为数据传输提供通路
28
物理层 (Physical)
? 实现在物理媒体上 透明 地传送原始比特流。
? 定义了激活、维护和关闭终端用户之间 机械的、
电气的、过程的 和功能的特性
– 机械特性,物理连接器的尺寸、形状、规格
– 电气特性,信号电平，脉冲宽度，频率，数
据传送速率，最大传送距离等
– 功能特性,接口引脚的功能作用
– 规程特性,信号时序，应答关系，操作过程
29
数据链路层 (Data Link)
? 在物理线路上的两个相邻结点间提供可靠的数据传输，
使 相邻结点间的链路 对网络层呈现为一条无错的链路。
? 数据传输单位是 帧
? 所关心的问题包括,
– 物理地址、链路维护；
– 组帧：把数据封装在帧中,按顺序传送；
– 定界与同步：产生 /识别帧边界；
– 差错恢复：采用重传（ ARQ）的方法；
– 流量控制：收发双方传输速率的匹配。
? 典型协议,多路访问控制协议 (MAC,Multiple Access Control
protocol)
30
网络层 (Network)
– 使主机可以把分组发往任何网络并使分组独
立地传送到目标主机。负责由一个站点到另
一个站点的路径选择。
– 具体提供以下服务
? 路由选择和数据分组中转
? 流量控制和拥塞控制
? 差错检测与恢复
? 流量统计和记账
31
传输层 (Transport)
– 为信源进程与信宿进程的通信提供数据传输服务；
– 屏蔽各类通信子网的差异，使应用层不受通信子网技
术变化的影响。
– 进行数据分段并组装成报文流； 传输单位为：报文
– 提供端到端的服务
– 提供“面向连接”（虚电路）和“无连接”（数据报）
两种服务；
– 传输差错校验与恢复；
– 传输层是资源子网和通信子网的接口层。
– 传输层存在于主机当中
32
? 会话层（ Session）
– 对不同开放系统中两个进程间通信的过程进
行管理和协调
– 不参与数据传输
? 表示层（ Presentation）
– 向应用进程提供资料表示，如信息编码、数
据转换、数据压缩与恢复等。将不同系统的
不同表示方法转换成标准形式
33
应用层 (Application)
– 为用户的应用进程提供网络通信服务
– 识别并证实目的通信方的可用性
– 使协同工作的应用程序之间实现同步
– 判断是否为通信过程申请了足够的资源
– 处理被传送数据的表示问题，即信息的语义
– 直接面向用户，为用户提供各种网络服务
应用层协议的例子：
远程登录协议 Telnet、文件传输协议 FTP、
超文本传输协议 HTTP、域名服务 DNS、
简单邮件传输协议 SMTP、邮局协议 POP3等
34
2.4 OSI中数据的传输
? 两个开放系统之间的通信 —— 对等层通信
网络体系结构 禁止 不同主机的对等层之间的直接通信
。 (想一想，为什么?)
实际上，每一层必须依靠相邻层提供的服务来与另一
台主机的对应层通信。
?上层使用下层提供的服务 — Service user
?下层向上层提供服务 — Service provider
以两个人使用信件进行信息交流为例 (见下页图 )
35
信件内容
邮件地址
货物地址
发信人
邮政局
运输系统
信件内容
邮件地址
货物地址
收信人
对信件内容的共识
对信件如何传递的共识
对货物如何运输的共识
P3
P2
P1
公路，铁路，航空
对等层通信示例：中德教师之间的对话
问题：
1、收信人与发信人之间、邮政局之间，他们是在直接通信吗？
2、邮政局、运输系统各向谁提供什么样的服务？
3、邮政局、收发信人各使用谁提供的什么服务？
邮政局
运输系统
36
P3
P2
P1
?对等层通信的实质,
?对等层实体之间虚拟通信
?下层向上层提供服务
?实际通信在最底层完成
右图给出了对等层通信
更一般的抽象。
2
1
3
2
1
物理通信线路
3
N+1
N
N-1
N+1
N
N-1Pn-1
Pn
Pn+1
系统 A 系统 B
报文 报文
37
在网络体系结构中，对等层协议之间交换的信息
单元统称为 协议数据单元 (PDU,Protocol Data
Unit)。
而传输层及以下各层的 PDU另外还有各自特定的
名称：
?应用层 —— 报文（ Message）
?传输层 —— 数据段（ Segment） （报文）
?网络层 —— 分组（数据包）（ Packet）
?数据链路层 —— 数据帧（ Frame）
?物理层 —— 比特（ Bit）
38
?数据封装
一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据
首先必须打包，打包的过程称为 封装 。
封装就是在数据前面加上特定的协议头部。
数 据协议头
发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址
的信封中发送，还要写明用航空或挂号 … 。
数 据
39
网络体系结构中每一层都要依靠下一层提供的服务。
为了提供服务，下层把上层的 PDU作为本层的数据封
装，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完
成数据传输所需的控制信息。
这样，数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装
的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断
拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，
其外面实际上被包装多层, 信封, 。
但是，某一层只能识别由对等层封装的, 信封,,而
对于被封装在, 信封, 内部的数据仅仅是拆封后将其
提交给上层，本层不作任何处理。
40
?TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署
(DARPA)的一项研究计划 —— 实现若干台主机
之间的相互通信。
?现在 TCP/IP已成为 Internet上通信的标准。
?TCP/IP模型包括 4个概念层次：
?应用层（ application）
?传输层（ transport）
?网际层（ internet）
?网络接口（ network interface）
2.5 TCP/IP模型
41
?TCP/IP与 OSI参考模型的对应关系
应用层
表示层
会话层
传输层
物理层
数据链路层
网络层
7
6
5
4
3
2
1
OSI参考模型
应用层
传输层
网络接口
(数 据链路层
+物理层 )
网际层
TCP/IP概念层次
Ethernet,802.3,
802.5,FDDI等等
TCP/IP支持
所有标准的数
据链路层和物
理层协议
传输控制协议 /互联协议
42
?TCP/IP与应用层
应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网
络管理,Web浏览等应用。
应用层
传输层
网络接口
网际层
文件传输
● FTP,TFTP,NFS
电子邮件
● SMTP,POP3
WWW应用
● HTTP
远程登录
● Telnet,rlogin
网络管理
● SNMP
名字管理
● DNS
43
?TCP/IP与传输层
传输层的两项主要功能：
?流量控制
?可靠传输
传输层提供了 TCP和 UDP两种传输协议：
?TCP是面向连接的,可靠的传输协议。它把报文分
解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段
，必要时重新发送没有收到的段。
?UDP是无连接的 。由于对发送的段不进行校验和确
认，因此它是, 不可靠, 的。
44
应用层
传输层
网络接口
网际层
面向连接的
● TCP
无连接的
● UDP
传输层提供了两种传输协议
45
?TCP/IP与网络层
?网际层的主要协议 —— IP。本层提供 无连接 的传输服
务（不保证送达，不保序）。本层的主要功能是寻找
一条能够把数据报送到目的地的路径。
?网际层的 PDU称为 IP数据报；
? ICMP（ Internet Control Message Protocol）提
供控制和传递消息的功能；
?ARP（ Address Resolution Protocol）为已知的 IP
地址确定相应的 MAC地址；
?RARP（ Reverse Address Resolution Protocol）
根据 MAC地址确定相应的 IP地址。
46
应用层
传输层
网络接口
网际层
● IP
● ICMP
● ARP
● RARP
TCP/IP网际层的四个主要协议
47
? TCP/IP实际并未定义任何数据链路层协
议和物理层协议，它可运行在现有的任
何一种数据链路层和物理层之上
TCP/IP与数据链路层和物理层
48
数据
段头 数据
段头 数据网络头
帧头 段头 数据网络头 帧尾
数据
段
数据包
帧
比特
电脉冲
011101000011000010100101111010110
数据多层封装 封装
拆封
49
2.7Novell NetWare参考模型与 IPX/SPX协议
应用层
表示层
会话层
传输层
物理层
数据链路层
网络层
7
6
5
4
3
2
1
OSI参考模型
应用层
SPX
网络接口卡与
网卡驱动程序
IPX
TCP/IP概念层次
逻辑链路控制与媒体访
问控制
是 Novell NetWare网络使用的局域网参考模型和协议
