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嵌入式linux网络编程——你所不知道的计算机网络系统,精品讲解

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发表于 2020-5-26 05:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
(本人专注于分享C 、C++ 、Java 、python、 Android、IOS、linux 、ARM、: \- P+ |- r: z  _) \/ f. L8 g( E  _

8 U2 l) d2 a  f* u+ W嵌入式、物联网、人工智能等资料和视频教程,进入我的主页就可以看到了,
5 O2 M9 Y1 j7 A3 }5 C* T6 n$ O, ^" b% m8 I! @
应该对你的学习有帮助)# T; R. W1 t; G; P" Z" N
* \! D4 }, P: x
本次文章主要给大家分享如下内容
/ H1 f  f5 K5 i  g
- N7 L  U* f0 J* Z. C1.1计算机网络概念  _) X# Y- ?5 z( e& S3 h

3 h( ?; O2 T3 }& Y$ R# Z9 a% a1.2计算机网络发展与历史
: B+ ^, [6 e: H6 ]& c
1 J7 p0 \' F+ F0 _) W1.2.1资源子网通信子网) {; T# g4 B  S* Y

+ q/ J# N2 Y5 L  T  X) i1.2.2网络节点1 T" Z. f( n8 E% [  Z2 ~7 |9 W

( g- H, D* j  l2 A; v6 B0 {  @1.2.3电路交换
/ c% Q  A; Z# g& m8 K: Z) b
9 j8 {% F9 U0 f( C1.2.4分组交换3 z, E1 m1 k8 A( _

9 k+ r* G6 F4 \1.2.5报文交换
* z5 q% H1 R9 l: ~+ S4 C6 k, T; ~2 G
1.3计算机网络的分类
. q1 E+ j' E$ T3 z8 J/ q/ y
" V1 E2 s3 Q7 p/ b  Q1.3.1按网络覆盖的地理范围分类
3 G9 Y8 _3 G( U) c' Q4 p: [# k7 c  ?. d, e$ o
1.3.2按传输介质分类
# y+ }7 E' p4 C9 B6 P, h
. s; d5 p, N) n& e( t( Q" Z1.3.3按通信传播方式划分
" Z- k& l- k; X8 G* S, {! G
5 r; R2 f! h" o* F% G/ Y$ V1.3.4按通信速率划分8 [8 H2 e! ~0 S5 a
. {% o& |* d( [7 Y
1.3.5按数据交换方式划分
& q& f9 y$ L+ U( T3 P; F$ J6 y7 O) ^& ~6 q+ j9 j' q, a- |9 B# c6 E" ]) O
1.3.6按通信性能划分
: H2 {' e+ c2 B; u$ w* Y: s. ~" s/ P  t0 o0 ?0 g, w1 E! u1 ~) h$ N: ]& F2 {
1.3.7按使用范围划分5 o, E1 j% S9 s# T2 p8 F1 N" x* {
# X" a! N2 _, M5 Q) b) U
1.3.8按配置划分
; g, K7 q" {: v0 ]2 X6 G' c
; c6 d& k4 e3 O; l! w1.3.9按对数据的组织方式划分/ r+ ~# ~$ f  I* ]

; `0 I( h5 q- ~8 B; s0 g1.3.10按信息的交换方式划分
$ s' K: L. ?8 {" @4 n- c4 W
) E$ A' x' l/ K' f1.4计算机网络的基本功能: S, v$ H+ w: H- n1 ~$ E

" L( P% p- ?% c+ d% I8 J0 V1.4.1数据通信  u3 L( ~9 ~$ e# W1 s3 r

, }: f* q# T' I1.4.2资源共享
. Q- J9 [: l2 c- ?" N0 G2 @) o+ D! n% {7 b+ A+ g* M
1.4.3提高系统的可靠性% B$ ]8 ~$ w2 p
, o% J+ _: x' |6 Y/ B
1.4.4分布处理2 K" l* H/ Q( o$ {
+ i9 W0 F# h! Z1 }2 H2 Y/ X. b' o
2.1 协议分层4 J$ Z( U! p9 s6 s9 y6 X' G1 L
# M( p" m( e8 j8 C5 M2 M
2.2 服务9 {/ K& O$ R1 `
! O$ v) F5 [  n& ~  l2 H9 k
2.3OSI 参考模型 OSI/RM
( R( ~$ s6 d7 }( o. v
7 H9 z# t2 q+ `  j2.4TCP/IP 体系结构6 B+ \3 J, S2 N% Z/ j, L

9 O  z! c% I8 O4 p计算机网络是计算机技术和通信技术紧密相结合的产物,它涉及到通信与计算机两个领域。它的诞 生使计算机体系结构发生了巨大变化,在当今社会经济中起着非常重要的作用,它对人类社会的进步做 出了巨大贡献。现在,计算机网络已经成为人们社会生活中不可缺少的一个重要基本组成部分,计算机 网络应用已经遍布各个部门领域。从某种意义上讲,计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算 机科学和通信技术水平,而且已经成为衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。( k* o# f# {; ^" a
% N) h8 V6 {0 @
1.1 计算机网络概念
* \2 A% g4 m3 h4 r/ O3 \+ R9 n$ D9 i& l4 A) d
计算机网络是以相互共享(硬件、软件、和数据)资源的方式连接起来,且各自具有独立功能的计 算机系统的集合 。使分散的计算机能共享网上的资源,为用户提供强有力的通信手段和尽可能完善的服务,从而极大的方便用户。- c4 w& ^9 Y. k9 p& j- A* y$ f. E

- r0 |& _/ P; `0 g& V: Y2 s1.2 计算机网络发展与历史# }: e* J0 j  N( R

" o% ~0 H6 g6 Y9 l1 v计算机网络的发展过程是从简单到复杂、从单机到多机、由终端与计算机之间的通信,演变到计算 机与计算机之间的直接通信的过程。其发展经历了四个阶段:联机系统阶段、互联网络阶段、标准化网 络阶段、网络互连与高速网络阶段。6 R: e8 G- H+ Z5 g# ]* q5 T6 m8 |

/ T( r3 L* n7 [$ S# U5 w9 U/ R* y随着 1946 年世界上第一台电子计算机问世后的十多年时间内,由于价格很昂贵,电脑数量极少。早期所谓的计算机网络主要是为了解决这一矛盾而产生的,其形式是将一台计算机经过通信线路与若干 台终端直接连接,我们也可以把这种方式看做为最简单的局域网雏形。6 V6 T9 D/ H0 g3 p# P7 n4 h+ K0 b
) U# H) C5 _. q' N2 i7 w0 \5 i
最早的 Internet,是由美国国防部高级研究计划局(ARPA)建立的。现代计算机网络的许多概念和方法,如分组交换技术都来自 ARPAnet。 ARPAnet 不仅进行了租用线互联的分组交换技术研究,而且做了无线、卫星网的分组交换技术研究-其结果导致了 TCP/IP 问世。' r- O% a9 A8 t5 B. m2 C
, ~8 k) J9 v5 x1 m, n; J
1977-1979 年,ARPAnet 推出了目前形式的 TCP/IP 体系结构和协议。1980 年前后,ARPAnet 上的所有计算机开始了 TCP/IP 协议的转换工作,并以 ARPAnet 为主干网建立了初期的 Internet。1983 年,ARPAnet 的全部计算机完成了向 TCP/IP 的转换,并在 UNIX(BSD4.1)上实现了 TCP/IP。ARPAnet 在技术上最大的贡献就是 TCP/IP 协议的开发和应用。2 个著名的科学教育网 CSNET 和 BITNET 先后建立。1984 年,美国国家科学基金会 NSF 规划建立了 13 个国家超级计算中心及国家教育科技网。随后替代了ARPANET 的骨干地位。 1988 年 Internet 开始对外开放。1991 年 6 月,在连通 Internet 的计算机中, 商业用户首次超过了学术界用户,这是 Internet 发展史上的一个里程碑,从此 Internet 长大速度一发不可收拾。
" [  a! f3 F$ W, ?+ F8 U! i* s  k+ u' q, ?( ^/ p
计算机网络的发展阶段第一代:远程终端连接1 X* r/ O% W6 }6 U8 l0 w, D
7 M' F- s0 j2 G' r
20 世纪 60 年代早期
7 A: m4 Z. O  n1 K: g; b7 v4 m8 \1 w$ O1 ~0 X* ~( E4 [2 ]; _
面向终端的计算机网络:主机是网络的中心和控制者,终端(键盘和显示器)分布在各处并与主机 相连,用户通过本地的终端使用远程的主机。! H3 o* @6 Z! c4 `8 ^+ W7 ]# h0 J

# q3 ^" V( @" V" B4 ^7 C# }! n8 r只提供终端和主机之间的通信,子网之间无法通信。
6 m0 i( d2 o# ^
2 H) ]2 n  m: l, j5 Z第二代:计算机网络阶段(局域网)
- @: r1 ?: W  R3 {
5 v/ t/ i2 h6 z0 _5 m20 世纪 60 年代中期
7 H2 k! P% J1 D) ^& W9 U6 Z4 y3 f8 H
多个主机互联,实现计算机和计算机之间的通信。 包括:通信子网、用户资源子网。
) ~+ t4 g  N1 y: i9 ~4 J
" s. W! t. I6 q* m终端用户可以访问本地主机和通信子网上所有主机的软硬件资源。 电路交换和分组交换。
# r- H% `+ A% |: @5 k! s" g+ B: T1 Y5 q- |1 o3 q
第三代:计算机网络互联阶段(广域网、Internet)$ e: `2 G+ Z& Q- m- i3 g9 L* a
: S: n$ i8 i( U+ X0 o5 X, |
1981 年国际标准化组织(ISO)制订:开放体系互联基本参考模型(OSI/RM),实现不同厂家生产的计算机之间实现互连。
- [* t! Y# b) p. F* t$ C/ u: D; N' ]+ q# v* g
TCP/IP 协议的诞生。
% t8 u4 v9 D# \) Y* e5 h& |
7 E+ j: u2 J4 x# T0 V) b第四代:信息高速公路(高速,多业务,大数据量) 宽带综合业务数字网:信息高速公路
' H3 J5 H: e. }( q! Q" W% d% s) p, v7 l9 `5 p; E
ATM 技术、ISDN、千兆以太网
0 b' h1 ~3 w, w. L" ~: Z* M+ w. O! Y: J; p; u/ ~# Z( |$ o
交互性:网上电视点播、电视会议、可视电话、网上购物、网上银行、网络图书馆等高速、可视化。
) w7 k# x$ S$ G3 Z
8 N+ M1 O) @8 e) u1.2.1 资源子网通信子网
+ @7 c# g7 I1 s4 s2 T6 |& ^; w8 B; S( k
计算机网络系统是由通信子网和资源子网组成的。系统以通信子网为中心,通信子网处于网络的内 层,是由网络中的各种通信设备及只用作信息交换的计算机构成。通信子网的重要任务是负责全网的信 息传递。主机和终端都处于网络的外围,它们构成了资源子网,资源子网的任务是负责信息处理,向网 络提供可用的资源。用户通过资源子网不仅共享通信子网的资源,而且还可以共享用户资源子网的硬件 和软件资源。8 Q+ S# V/ p  [" I$ V' s
  v8 m- F; [) R# Q% |+ |
· 资源子网的组成:主机、终端、终端控制器、外设、软件资源、信息资源。9 J( g8 V/ Y9 z. Q: O8 m. L! Z$ L

) j  n- N( y+ H  U* t· 主机(host):大型机、中型机、小型机、工作站或微机2 R, g7 P7 U; a. B% ]
8 k6 l- P. L) {8 y* l6 |- L5 J. H
· 终端(terminal)
9 Q  e9 w9 L: b. G, P! y1 `5 C3 m1 n9 b4 L" [# q: X$ B) x! r
· 用户访问网络的界面;
! H  M- n! z  h+ w. ]/ `8 w. K- @$ i/ Y4 Y7 x5 i3 W
终端可以是简单的输入、输出终端,也可以是带有微处理机的智能终端;
' }. |9 h" x2 y' u6 ~% T& p# o+ c. b$ S2 H
终端可以通过主机连入网内,也可以通过终端控制器、报文分组组装与拆卸装置或通信控制处理 机连入网内。
% C+ b: G) X" j& [, e$ ^
. v! ~0 T7 Y6 t! h1 B% Q· 通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成,完成网络数据传输、转发等通信 处理任务。
. |/ s; x6 {. x! |, Z/ S- B
, O0 B  Y$ e. \设备主要包括:(集线器(Hub)、网桥(Bridge)、网络交换机(Switch)、路由器(Router)和网关 (Gateway))
* X5 c; X6 h3 b" t7 k9 b: M+ n0 Q2 o( n1 t  |
1.2.2 网络节点+ j6 y" ]- h2 |9 h& z( z
7 {. H: o  T) Q  x
节点是指一台电脑或其他设备与一个有独立地址和具有传送或接收数据功能的网络相连。节点可以 是工作站、客户、网络用户或个人计算机,还可以是服务器、打印机和其他网络连接的设备。每一个工 作站﹑服务器、终端设备、网络设备,即拥有自己唯一网络地址的设备都是网络节点。整个网络就是由 这许许多多的网络节点组成的,把许多的网络节点用通信线路连接起来,形成一定的几何关系,这就是 计算机网络拓扑。8 H& I) }# t5 V! u+ g

& a) |' k2 W$ v各个网络节点通过网络卡那里获得唯一的地址。每一张网络卡在出厂的时候都会被厂家固化一个全球唯一的媒体介质访问层( Media Access Control) 地址﹐ 使用者是不可能变更此地址的。这样的地址安排就如我们日常的家庭地址一样﹐ 是用来区分各自的身份的。您的网络必须有能力去区别这一个地址有别于其它的地址。在网络里面﹐ 有很多资料封包会由一个网络节点传送到另一个网络节点﹐ 同时要确定封包会被正确的传达目的地﹐ 而这个目的地就必须依靠这个网络卡地址来认定了。- q& t- `5 v* `% U/ L# a; p

4 z6 ]& c8 ?+ a  Z% z. k5 S全国核心节点之间为不完全网状结构。以北京、上海、广州为中心的三中心结构,其他核心节点分别以至少两条以上高速 ATM 链路与这三个中心相连, 由国家电信部门负责经营管理, 通过高速数据专线实现国内各节点互联,拥有国际专线,是世界 INTERNET 的一部分,其中包含北京、上海、广州、沈阳、西安、成都、武汉和南京八大超级核心节点。 骨干网的拓扑结构逻辑上分为两层,即核心层和大区层。
- h5 h+ B7 K  A. E6 h: {0 _$ V7 }2 h
% a2 `2 K% B) y! x1.2.3 电路交换. B/ {# \$ D) X
; P: J1 O2 K8 i9 B* |- m
在发端和收端之间建立电路连接,并保持到通信结束的一种交换方式。( Z" ?8 ?. ~# O0 l# X* W

% @! e3 `9 g7 P( B, k第一代计算机网络所使用的是什么工作机制? 电路交换就是通信的过程中维持的是实际的电子电路( 物理线路), 这条电子电路建立后用户始终占用从发送端到接收端的固定传输带宽 。: I, M" @8 {' ]0 I' u: _

, q0 S) P5 t. [$ n& ?每部电话都连接到交换机上, 而交换机使用交换的方法, 让电话用户之间可以很方便地通信。一百多年来,电话交换机虽然经过了多次更新换代,但交换的方式一直都是电路交换。 当电话机数量增多, 就使用彼此连接起来的交换机来完成全网的交换工作。注意, 是这种交换机采用 了电路交换的方式,后来的分组交换也是采用了一样的电信网,只是不一样类型的交换机(当然协议也不同)。; m' a) i! Q1 s4 Y: y/ O' ?0 l1 e

/ K4 G, _) S7 p0 q" J! d从通信资源的分配角度来看,"交换"就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。
+ N" C& s0 t* X$ d1 R% a0 a3 `
: E9 \8 b1 C/ j9 \在使用电路交换打电话之前, 先拨号建立连接: 当拨号的信令通过许多交换机到达被叫用户所连接的交换机时, 该交换机就向用户的电话机振铃; 在被叫用户摘机且摘机信号传送回到主叫用户所连接的交换机后, 呼叫即完成, 这时从主叫端到被叫端就建立了一条连接。通话过程。通话结束挂机后, 挂机信令告诉这些交换机, 使交换机释放刚才这条物理通路。这种必须经过"建立连接--通信--释放连接"三个步骤的连网方式称为面向连接的。电路交换必定是面向连接的。) P5 m& u" X; X5 P8 M
: K2 Y$ i  T- ~# o* v0 W" g! y: y
用户到交换机之间的叫用户线,归电话用户专用。交换机之间、许多用户共享的叫中继线, 拥有大量的话路, 正在通话的用户只占用其中的一个话路, 在通话的全部时间里, 通话的两个用户始终占用端到端的固定传输带宽。
5 J2 L$ B/ ~" M2 k% s$ i2 Q: g5 q% A5 z  @5 j* |
举例来说,我们假设有 A、B 两个城市,每个城市都有一部交换机并有一千个用户,两个交换机之间用 100 条中继线连接着。那么, 如果我们说: 在 A 城的两个用户之间建立一条电路, 我们指的是把两条用户线路通过 A 城的交换机联接起来。但当我们说: 在 A 城的一个用户和 B 城的一个用户之间建立一条电路时,我们指的就是由 A 城的用户线路经 A 城交换机联接到 A、B 城之间的一条中继线路, 再经 B 城交换机联接到 B 城的用户线路上。由于经济上的原因, 中继线路总是大大少于用户线路,并且为所有用户所共享。那么,当我们占用了一条中继线路以后, 即使我们不传送信息, 别人也不能使用,这就是电路交换最主要的缺点。
4 z" q! f+ r2 p  u) ?# }1 p
; ]% d, q, h6 q9 p/ k) Z; r; m2 f在电话通信中,由于讲话双方总是一个在说,一个在听,因此电路空闲时间占大约 50%。
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嵌入式linux网络编程——你所不知道的计算机网络系统,精品讲解-1.jpg

2 x& H: h. C3 R8 u: j9 f
4 t( \2 b7 V, e# g" I
7 a5 e# T) f! L* l. K1 [8 e* |0 ]4 x% |* n7 r6 @2 E% f2 V

1 v" o! ~+ S0 m( j: f6 f  D7 z4 C. u1 w5 Y. z3 i. B5 {- o
& \7 i7 |* g. T4 [; z( d& w5 J

) D. z4 f. ?7 B) e' o图 1-1 电路交换8 Z% b# N: B2 m& d9 I/ N9 z' j

% u% b3 t# c# S; P& u电路交换的主要特点  y& W0 p9 v; d
7 E* N& g  \1 l0 M; K* o# K) I
1、信息传送的最小单位是时隙;
  @) B2 A- `8 |
6 H7 `; T5 `: f- A4 I/ g2、面向连接;& n% J1 I. R' g( a* k7 r
! R, S1 T9 q$ F, J3 F3 }
3、同步时分复用;, }) a5 S" y% {) D

' _/ ]! a, u2 U! Y  n4、信息传送无差错控制;
  M9 j+ J" F& l' E, r1 l" X
# K1 ]" G- C: t  @5、基于呼叫损失的流量控制;7 l+ `# }; }3 n" K
2 K, P# y) \1 h8 \8 O) `
6、信息具有透明性。
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1.2.4 分组交换
7 R: F' V( f" h2 X1 c" c
( y% o2 q- R+ x通过标有地址的分组进行路由选择传送数据,使信道仅在传送分组期间被占用的一种交换方式。分组交换( Packed Switching) 的概念最初是由巴兰( Baren) 于 1964 年 8 月在美国兰德( Rand) 公司的"论分布式通信"的研究报告中提出的。分组交换又称包交换, 它是现代计算机网络的技术基础。"分组"(Packet)这一名词首先是由英国的国家物理实验室(NPL)的戴维斯( Davies) 在 1966 年 6 月提出的,1969 年 12 月美国的分组交换网 Arpanet 投入运行,分组交换网的出现标志着现代电信时代的开始。
+ T* }$ [# z2 ~: m, _$ l2 B1 K$ C0 D3 O% e, S3 k
分组交换是现代计算机网络技术的基础, 分组交换网使网络的概念、结构发生了根本的变化。- L7 L' Q& K1 @+ S8 g+ y
  E3 y- f9 l4 S( e
1、 分组交换的过程
) G4 l* y4 L7 u& {8 K; ~" A3 U& g) @
分组交换, 简单的说就是一个主机向另一个主机发送数据时, 首先将主机发出的数据划分成一个个分组, 每个分组都携带一些有关目的地址的信息, 系统根据分组中的目的地址信息, 利用系统中数据传输的路径算法, 确定分组的下一个节点并将数据发往所确定的节点, 分组被一步步地传下去,直至目的计算机接收。
1 W$ k0 T+ x& z- n7 f7 Y0 L
, `" x1 Z) L9 Q: Y2、 分组交换的特点
. i2 ?" l3 d/ O9 h' U5 q& i7 Z4 h
$ Y+ {. F- y: T  E分组交换具有以下三个显著的特点。+ Q4 n3 J8 [/ l; M9 A+ ?; H/ g- p

% _. ?6 G# o" ~& I6 g· 节点暂时存储的是一个个分组,而不是整个数据文件。
/ p8 _; l0 h& b4 U* M' `0 N* p  u4 O7 o6 K% F. Q+ }! S7 L
· 分组是暂时保存在节点的内存中,而不是被保存在节点的外存中,从而保证了较高的交换速率。  Z0 ^7 f8 P/ |2 I# k& b

1 S7 ^3 B2 e) Y) Q% X· 分组交换采用的是动态分配信道的策略,极大地提高了通信线路的利用率。1 Z' v- _, P, F- V
$ n+ `. o4 k9 I  R8 t$ c: R* q4 x" L
为了保证通信子网传输的可靠性, 分组交换过程通过协议等采取了一些专门的措施, 以保障分组交换具有高效、灵活、迅速、可靠的性能。
0 `" m9 x. s0 B) z/ {" g
/ D, F0 l, }  L: `$ O( _' U, C( S  k分组交换也存在一些缺点。如: 分组在各节点存储转发时因排队而造成一定的延时; 由于分组中必须携带一些控制信息而产生一定的额外开销;分组交换网的管理和控制比较复杂等。% E" O6 L1 q% x* Q* r

  A8 t( @. J+ b3、 分组交换的任务& K- ?  A1 Y& D( Y9 W

  E( {% d. d0 W* W: S分组交换的主要任务就是负责系统中分组的存储、转发和选择合适的分组传输路径。8 D8 l; C9 {3 E4 P8 E$ h
7 h  W& a/ d  j2 K" A1 O
1.2.5 报文交换
& H- M  {. t4 m. r. H* b$ Z1 D, V( ~/ M
通过接收,必要时存储并继续传送消息来对其进行路由选择的一种交换方式。
# G4 C& _$ u& v/ z% s8 A5 d
/ q% ?0 J( @) X/ C& E% h这种方式不要求在两个通信结点之间建立专用通路。结点把要发送的信息组织成一个数据包——报文, 该报文中含有目标结点的地址, 完整的报文在网络中一站一站地向前传送。每一个节点接收整个报文, 检查目标结点地址, 然后根据网络中的交通情况在适当的时候转发到下一个结点。经过多次的存储——转发,最后到达目标, 因而这样的网络叫存储——转发网络。其中的交换结点要有足够大的存储空间(一般是磁盘),用以缓冲收到的长报文。- i) i  {6 Z: I7 b' H
' ^8 b9 m" z8 c+ B
交换结点对各个方向上收到的报文排队, 对找下一个转结点, 然后再转发出去, 这些都带来了排队等待延迟。报文交换的优点是不建立专用链路, 线路利用率较高, 这是由通信中的等待时延换来的。0 y1 ?% O( G  [! ?
3 C, [1 X& F& O3 a9 g
· 报文交换的特点:
- Y3 }+ {) i( ^: x& Z7 ^( K' p+ F! z2 N5 s  v: E% U. d
(1)"存储-转发";
5 ^7 I0 |* D7 U! D+ U: `/ C& y" ?  S$ s, v
(2)不独占线路,多个用户的数据可通过存储和排队共享一条线路;
& O, M. b* e* k& D
/ @+ H3 A8 N0 P- Z(3)无线路建立的过程,提高了线路的利用率;# @2 K, A7 r& F$ j
1 c, [$ e5 g7 {" {3 j
(4)可支持多点传输(一个报文传输给多个用户);$ M, C: g/ p+ w7 f1 D# |1 T& V4 @5 G

4 j9 s$ t! D6 z: q2 a, F( {% t(5)中间结点可进行数据格式的转换,方便接收站点的收取;+ ^0 _4 B6 P. k. e9 G6 z  J1 ?7 ?
  O  ^2 L; M) ~9 k7 @( y
(6)增加了差错检测功能, 避免出错数据的无谓传输等。! p4 D2 N' c, O4 O
" ]1 [$ h$ o% G1 k
· 报文交换的不足之处:1 q1 f: U' F4 _# Z0 X+ O
$ r( O! W) B7 N9 G8 D
(1)由于"存储-转发"和排队, 增加了数据传输的延迟;
9 k- p* ^* @5 N# X( h* P' C0 s& U+ x' y
(2)报文长度未作规定,报文只能暂存在磁盘上,增加了读取时延;. H8 S8 Z# c4 \, x0 U

- t. a4 s0 n" I3 I' Z- J(3)任何报文都必须排队等待: 不同长度的报文要求不同长度的处理和传输时间, 即使非常短小的报文;, w7 i5 `% D# [8 s! z

5 T% @9 ]1 k  z# x(4)报文交换难以支持实时通信和交互式通信的要求
/ C3 [% |5 [! i* g/ I+ c* `
* i" \) ?/ Y% [; z下图是三种交换的过程对比
5 T2 T% W: I' w' C4 v8 n& Z
0 r& \0 A( k  @2 D; E, \
嵌入式linux网络编程——你所不知道的计算机网络系统,精品讲解-2.jpg

( a5 a( c; M2 O; H4 \- S7 [
8 N: a/ [) r6 d+ W, f1 |9 E' F/ P. X) @+ e2 f9 g5 y5 e+ `' f- z
; V8 T( S; V) z! P" K: E0 J) B

) J' _2 X! {, m) k2 R( k& @- z5 z+ N7 ^( p- j! |

) c% ?  f9 _4 @2 c4 _& c4 L% ]- V$ A& E2 W( A8 |
1.3图 1-2 三种交换的过程比较
" M& S& y7 h2 r+ {
8 L7 P9 |. @& c- w. F, l. s1 Y1.3计算机网络的分类* Z4 _2 H) j% g) Z

6 c. q6 Z" r9 k网络分类的方法很多。从不同的角度观察网络系统、划分网络, 有利于全面地了解网络系统的特性。" w& Y1 E. r- @/ p/ [& O" n
) B3 U* R7 K6 X" I, e# Z7 `
1.3.1 按网络覆盖的地理范围分类
& v  r' L! H) m6 f- H
) `/ O- v: N; j4 R$ _3 m8 f' K· 局域网(Local Area Network,LAN):$ f( C3 ]5 b9 Z' Z& I1 S

4 t% E) X( z# z, m指在有限的地理区域内构成的规模相对较小的计算机网络,其覆盖范围一般不超过几十公里。0 d1 E* }* E2 t2 Q

8 F6 d. G/ q4 B2 m+ ~LAN具有以下特征
2 z. n; A7 r& ?+ Y) r
( Z% o0 A6 l1 `% d' I9 `· 局域网仅工作在有限的地理范围内,采用单一的传输介质。9 ?: D/ E/ ^  y4 i& L
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· 数据传输率快,典型LAN数据传输速率10Mbps、100Mbps、1Gbps和10Gbps。  \) y2 T  A  n8 \! A; A4 D+ \

, R. ~8 q3 {5 q& P& ]" y· 由于数据传输距离短,传输延迟低(几十个毫秒)且误码率低。
; x1 \8 F, w6 ?4 c: o: x8 ?2 C# G) ^7 J( F8 H. i
· 局域网组网方便、使用灵活。
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图1-3 LAN组网2 m% N- F$ T" I; H
+ f' n, m6 u# ?2 f/ O" k
· 城域网0 `; v5 I$ Q+ Z: H7 Q

: M' `( Y  O- l: v4 f· 城域网(Metropolitan Area Network,MAN)可以理解为是一种大型的LAN,通常使用与LAN相似的技术,但是传输介质和布线结构更复杂。
7 c' G* i3 N  {; y; Q; w8 ?7 l, j( E6 _6 w, N# r! \+ ?3 u' G
· 其覆盖范围为一个城市或地区,距离在几十公里到几百公里。
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8 |/ S+ ]& j# c$ z* X! {8 @7 t' H7 ~· 城域网多采用光纤或微波作为传输介质,可以支持数据和多媒体应用。
- e& m2 t1 p0 q1 k! J. {4 j. `
4 p& w; X$ a. _, u  w· 当前城域网的一个重要用途是用作骨干网,通过它将位于同一城市内不同地点的主机、 数据库以及LAN等互相连接起来。
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· 广域网
) L% A' z2 S) M6 w% R; U! ~! n1 t2 Y2 s
· 广域网(Wide Area Network,WAN)覆盖的地理范围非常大,又称远程网,是一种跨越城市、国家的网络。
/ v. |; c! S0 S- h" }& d
4 b7 P5 F# `2 `$ _" i· 广域网常常借用传统的公共传输网进行通信,可以把众多的城域网、局域网连接起来。0 z' R% q5 }% s4 Z. Z0 \
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· 目前,很多全国性的计算机网络就属于这类网络,如邮电部的CHINANET(中国公网)、 国家教委的CERNET(中国科研教育网)、中科院的NCFC(科技网)和电子部的CHINAGBN(经济网)等。一个典型的广域网见下图。
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% n( G1 `, r! V/ ?图1-4 广域网
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! G8 f6 y1 {# u" P% u· 网际网% Y1 X, l7 \1 v. Q, G; C

/ q: F0 ]* @; g6 x6 w1 a· 网际网通常是指连接多个国家的计算机网络,Internet(因特网)就是世界上最大的网际网。2 A/ m6 r! w6 I% Z& j
2 o! C  G. `' D0 S
· 通常把互联的网络集合称为互联网,Internet是指特定的世界范围的互联网,它通过网 络互连设备把不同的众多网络或网络群体根据全球统一的通信规则(TCP/IP协议)互连 起来形成全球最大的、开放的计算机网络。* r. d9 X8 L0 h- K; \& c& m! L8 Z

5 Y& ]4 }) g( j· 另外一个典型网络是Intranet,Intranet也称"企业内部网"。从原理上来说,Intranet 其实就是一个局域网。) n" H' R5 V9 ?. p. e

% a' P7 _4 o) K# `6 E! j+ g5 Y· Intranet是在一个协同作业的企业或者组织的内部,使用Internet技术实现应用需求的 网络应用系统。2 t+ Y- @+ @% S+ p1 f3 u1 y

" v3 H, U5 U8 ~$ Y! [· 它可以建立在企业内部原有的硬件、软件和服务器基础上,实现Internet上的几乎所有 应用。
  o* u" }4 U9 @5 p) L& [+ e$ n, s0 d* ^, k$ c  X" X$ f6 }
· 另外,以Intranet为平台的管理信息系统MIS,可获得高效的开发和企业级应用。
& W! E# k% O9 t: u5 P( x) m, A5 {3 o8 K
1.3.2 按传输介质分类
- `: e, I: [: p( ~7 e$ D- Y" }, r3 a3 m6 y  l
传输媒体也称为介质或传输媒介,它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通道. 传输媒体可分为两大类,即导向传输媒体和非导向传输媒体.下图是电信领域使用的电磁波的频谱。
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0 i9 ^' |' }( C# c% f  D# r  F1. 按传输介质划分+ m3 T! U: H# C& I7 X9 y8 b  a7 b+ q

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图 1-5 频谱( F# w- M; Q" Z. `8 W. C. d
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根据采用的传输介质不同,计算机网络可分为两种:有线网和无线网。) y' {0 v/ v* B/ m# s, ~; w

6 Z2 e6 ~" X7 K1 {· 有线网
2 Z6 Y) ^0 @; p" f& k
" s. C* c+ Y0 |* J" k· 双绞线(TP:Twisted Pairwire)是综合布线工程中最常用的一种传输介质,由多对具有绝缘保护层的铜导线组成。双绞线可分为:: H9 B1 H3 i6 V4 X' t& A

) @# J; y' W# h" X" e, c0 q· 非屏蔽双绞线(UTP:Unshielded Twisted Pairwire)  M6 _  _; ~" y8 F8 O

( n' y  J, I1 f* z2 N5 [2 R) Z3 @· 屏蔽双绞线(STP:Shielded Twisted Pairwire)。; T3 j; v& ^7 X% x% L% u

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图1-6 双绞线
3 X" V( u. F2 ]! U( Q0 q, c" e4 d- ^
· 同轴电缆(Coaxial)是指有内外两个同心导体,而这两个同心导体即导体和屏蔽层又共用同 一轴心的电缆。2 K" j+ @- W4 O8 ]- `% ^

3 v+ c5 i8 I" X3 S/ ^# U9 m常用的同轴电缆有两类:
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· 50 W 同轴电缆 :属于基带同轴电缆,用于数据传输;
& }1 m8 R1 f: u" ^/ Y  r$ e3 S' D5 J9 S
· 75 W 同轴电缆 :宽带同轴电缆,用于模拟传输。
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/ ^8 o) v! h  {: `% [0 N; t& Z图1-7 同轴电缆; w' P; m: x/ |- r
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· 光导纤维简称光纤:是一种能高质量传导光信号的玻璃纤维。5 {& [8 _. E/ Z) r0 e. [" X+ s

3 f8 a$ s: n$ z2 y利用光缆通讯,能同时传播大量信息。光纤的抗干扰性能好,不发生电辐射,通讯质量高, 能防窃听。光缆的质量小而细,不怕腐蚀,铺设也很方便。目前光缆已广泛用作为长途通信干线、广域网的主要传输介质。. a8 G; s& e) x' F$ E" }) g( ^7 H( o
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3 y2 Q9 h! W& Q图1-8 光纤
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· 无线网, J  K% r4 ?5 `; ~4 l9 e$ @- b
6 N! G% W+ ]5 ?. x* w
无线传输所使用的频段很广。 人们现在已经利用了好几个波段进行通信.紫外线和更高的波段目前还不能用于通信.例如,LF 波段的波长是从 10km 到 1km.LF,MF 和 HF 的中文名字分别是低频,中频和高频.V,U,S 和 E 分别对应于 Very,Ultra,Super 和 Extremely,相应的中文名字分别是甚高频,特高频,超高频和极高频。% J9 r7 R+ O3 c( s( N3 r

, V+ l& y1 ?2 h- r7 d! p· 微波通信是使用波长在0.1毫米至1米之间的电磁波--微波进行的通信。! Y  p3 x+ f9 s* v0 D( z
8 N$ Y6 i; j7 W' c- s
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1 s: b: \+ z4 Z* [2 y& Y/ H) ]; W3 c

3 O5 q0 J( W) b0 J9 G图1-9 微博通信
' m+ k# f; R0 A: f4 d/ [) G  }- e+ I
7 @3 ]# Z  d" @: [8 Z; H  z) j· 卫星通信是地球上无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站而进行的空间微波通信,卫星通信是地面微波接力通信的继承和发展。# L% u; z" n& M: A4 P9 r

, P" V6 F6 B' G5 }% ?
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, }1 [4 j" B9 f  I3 z$ f* \# t
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图1-10 卫星通信
# C0 a- z3 s* m3 V; {: T3 Q, d6 m& r5 `! |; E9 L  d. o
· 红外线传输利用发光二级管产生红外光波发送信号,采用光电管接收信号,生活中各种电器使用的摇控器基本上是使用红外线进行信号传输。. h) q" [& T" x/ H7 B

( |/ o) P* P) l: [- p  S" z· 无线局域网(Wireless Local Area Networks, WLAN)。
1 E! D/ A, D2 p6 Q, d: l. N) X1 V
1.3.3 按通信传播方式划分/ {  s8 s: h" Z$ F' Z8 c8 s
- A# P) a# e* j2 S$ R% Y/ h! W
· 点对点传播方式网
5 T$ }1 i2 {, `+ f, C9 d2 p1 N% p& M9 b8 ?+ t) f: z" ~
点对点传播方式是以点对点的连接方式,把各个计算机连接起来的。这种传播方式的网主要用于广域网 中。
9 t) o& n& h7 Q; h0 X7 |, f. n) C  E- `5 v
· 广播式传播结构网& s( g( C$ A2 e9 A* C

$ U7 e4 X% ]* O% T" v+ X) z; o广播式传播结构是用一个共同的传播媒体把各个计算机连接起来的,主要有:在LAN上,以同轴电缆连接起来的总线形网;星形网和树形网;在WAN上以微波、卫星方式传播的网络。
$ y  _" ~( r0 |9 @3 G4 }2 i4 ^( l' ^. s9 i5 Q0 p8 f, Z
1.3.4 按通信速率划分
2 F- l* s8 E: O, ^2 Z( @3 T" R4 o# g! ^4 W. e; ]
· 低速网
) q8 ~: E% C7 U) O6 j0 M& W
' ?' j7 D3 M7 d( G  x4 c' s( ^这种网通常是借助调制解调器利用电话网来实现的。9 k0 d, w3 o8 N' h
* v: m8 f; _+ i2 h" w
· 中速网
! z0 h! c0 i9 s2 V$ y! |  p1 t
/ k( S+ \0 y& q. u* b: t这种网主要是传统的数字式公用数据网。6 b% G, S* Q" Q; X4 Y6 P; Z

$ @& \5 _7 p6 z. b· 高速网
" f8 w8 P4 @6 [5 s/ S$ X# Z" Z. D! w: z$ J9 B
主要用于网际网的主干网中。
' u0 \, U, f" C+ Z. G* Q& q; Z/ Y& o" q& m7 @  z$ c
1.3.5 按数据交换方式划分
% j; Z% B$ T- \+ M5 N. V1 J, E! A" F6 C1 Q
* D* a; N% v7 K, s0 V8 Z· 直接交换网) i4 A( n2 ^; ?7 K6 F
' R7 f* G% d6 u7 ]
直接交换网又称电路交换网。直接交换网进行数据通信交换时,首先申请通信的物理通路,物 理通路建立后通信双方开始通信传输数据。在传输数据的整个时间内,通信双方始终独占所占 用的信道。
9 E7 r/ x$ [/ M' f3 i0 x; W# s: P0 ~2 S$ d% l: e' w, w9 e
· 存储转发交换网7 [& Y. T* [# e0 {1 v4 l7 K. R
3 A# p- J. B, K: w; G% s' \+ z
存储转发网进行数据通信交换时,先将数据在交换装置控制下存入缓冲器中暂存,并对存储的 数据进行一些必要的处理,当指定的输出线空闲时,再将数据发送出去。: l! @1 O% K  j2 ^" |5 B- T! T

4 P8 H2 h2 D# x5 o/ F, j+ o7 W+ H" [· 混合交换网
9 I+ }0 J! |, d1 _. O$ C9 w( F& M* Q5 v( K
这种网是在一个数据网中同时采用存储转发交换和电路交换两种方式进行数据交换的网。5 c4 i4 y3 x- t, O/ F
% f0 O; Z; `( p0 E
1.3.6 按通信性能划分9 I0 Z' M4 q2 u

; f' k* N; d7 }# R· 资源共享计算机网" N: r: ?4 ?" }+ w

5 e3 s/ n/ O1 V该网络系统中,计算机的资源可以被其他系统共享。2 m3 x0 \  J) r- I# E

" ~2 |" h+ ]! G2 w$ s0 I· 分布式计算机网
0 {  v' J9 R) \
* }4 `7 R$ R3 J7 p- k9 F3 W' |1 B该网中的计算机进程可以相互协调工作和进行信息交换,以共同完成一个大的、复杂的任务。
# q$ e, w6 h  \6 @- \8 c' r' L8 ~: x$ u4 Q! R
· 远程通信网
# h" y* V5 o0 h
( K0 ~3 T8 M, y$ y, A3 y* r* Q这类网络主要起数据传输的作用,它的主要目的是使用户能使用远程主机。% [1 A5 O1 n* G9 `  q
5 Y; [) d2 z7 L$ _0 e& i2 F
1.3.7 按使用范围划分
/ u# e) ^1 F( H  b0 d: u$ @
+ T9 P3 a; M* N( b9 ?7 Z· 公用网2 a% N6 ?+ z( i! E2 A0 `# M0 G
% [( s9 |' z* m* Q" b
公用网对所有的人提供服务,只要符合网络拥有者的要求就能使用这个网,也就是说它是为全 社会所有的人提供服务的网络。
% ^+ e2 d) o7 M( ]3 E/ c' y* P, r/ }% H6 s3 U5 E& s
· 专用网, \) u7 l4 f" W+ f: Q( J4 C" M
) N; Z( b9 c, l+ j7 `; S( J
专用网为一个或几个部门所拥有,它只为拥有者提供服务,这种网络不向拥有者以外的人提供服务。5 D% h4 D0 E9 [& `  y5 `' L, Z

/ x5 e  N( F" |6 T2 s& A5 W; a1.3.8 按配置划分
4 `/ ^# L+ G  m/ N% }$ S6 o2 w; `* L3 M' V5 S& b3 `0 }* j: O9 a
· 同类网  @: ~3 `3 {6 }& y

0 S5 V. \' z" d1 h4 U8 j如果在网络系统中,每台计算机既是服务器,又是工作站,那这个网络系统就是同类网。在同类网 中,每台计算机都可以共享其他任何计算机的资源。它要求每个用户必须掌握足够的计算机知识和对网 络工作方式的深入了解,还要花费很多时间和精力用来搞清楚不同工作站用户之间的关系。所以,这类 网络系统的规模只能局限在小系统范围内。
' R; Q6 }. w% y+ C9 Q. v) K; Q) g0 q) `' v$ k9 j& Q
· 单服务器网
7 w6 U+ t1 Y/ y: Y7 q( W" C. L% Z
+ H' ?5 W) r  x( @2 L3 |4 o" P如果在网络系统中,只有一台计算机作为整个网的服务器,其他计算机全部是工作站,那么,这个 网络系统就是单服务器网。在单服务器网中,每个工作站都可以通过服务器享用全网的资源,每个工作 站在网络系统中的地位是一样的,而服务器在网中也可以作为一台工作站使用。单服务器网是一种最简 单、最常用的网。: Q  r' w5 _2 l, K+ V$ M
7 A8 c7 \' l' j3 s( a7 R+ T
· 混合网7 @2 n' C9 S: |% Z
% T7 f- e  y5 e+ b
如果在网络系统中的服务器不只一个,同时又不是每个工作站都可以当作服务器来使用,那么,这 个网就是混合网。混合网与单服务器网的差别在于网中不仅仅只有一个服务器;混合网与同类网的差别 在于每个工作站不能既是服务器又是工作站。  _/ M7 J; I8 ]9 s0 B
9 C  i# }* I7 t$ ?, h* e* F% r/ T
由于混合网中服务器不只一个,因此,它避免了在单服务器网上工作的各工作站完全依赖于一个服务器,当服务器发生故障后全网都处于瘫痪的现象。所以,对于一些大型的、信息处理工作繁忙的、重要的网络系统,在设计时要注意这个问题,应采用混合网设计, 备用服务器方案,这一点是非常重要的。
/ F( \  r0 s0 W- M$ f+ g$ H& M# {7 Z: z4 H1 c( k
1.3.9 按对数据的组织方式划分' e  s0 b: Z. S% P* _

6 R0 C3 }; a) I9 l/ |2 s· 分布式数据组织网络系统
/ ^/ b& v9 ^% R/ f% @- O) i  |# v& E- A) ^1 G! j
在分布式数据组织网络系统中,系统中的资源既是互连的,又是独立的。虽然系统要求对资源进行 统一的管理,但系统中分布在各独立计算机工作站中的资源,由各独立计算机工作站独立支配。系统只 有通过一个高层次的操作系统对各个分布的资源进行管理。系统对用户完全是透明的。
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分布式数据组织网络系统的特点是:系统独立性强,用户使用方便、灵活。但对整个网络系统来说,管 理复杂,保密性、安全性差。
2 c+ s& M! y  d: l" M, C( a8 }
# P. w4 {3 u; E8 e8 \· 集中式数据组织网络系统9 F" s, M# w6 k+ R1 K- @7 R7 W$ z" h

) u$ C2 n4 X' W3 X% C( e! h$ b集中式数据组织网络系统是将网络系统中的资源进行统一管理,系统中各独立的计算机工作站独立 性差,它们必须在主服务器或起决定作用的主计算机支配下进行工作。: f  D! N( [" G5 c2 `) [
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其特点是:对信息处理集中,系统响应时间短,可靠性高,便于管理。但整个系统适应性差。0 l; T3 ~! E  q% K
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此外,按计算机网络中各计算机之间连接方式的不同而归纳的计算机网络的拓扑结构划分计算机网 络的类型,也是一种非常重要的对计算机网络进行分类的方法。
4 w& [% z, S6 H+ v1 L/ k2 I0 k9 p; l5 S) o+ U6 |
1.3.10 按信息的交换方式划分
2 L6 }5 s* ~8 j4 b
4 C5 n3 M" V9 E+ k9 `+ V· 电路交换7 Q* C4 b) K; s# P3 J

) f; V- Y! A* n1 e: D+ A% [2 P· 报文交换
9 ]) A' K  u& F# T+ [$ H, `% H2 x& B" M
· 报文分组交换
4 y2 t& U8 p/ F" k: l( \, L9 b2 o# M9 H6 ~7 ]
(见 1.2.3 至 1.2.5 节)6 L! q' L+ J& A! \7 w6 J

# W% @5 i! h: \; q1.4 计算机网络的基本功能' t) ]) ^5 V0 P, E5 r

! P, L/ w* T  p- x( c; T$ F5 P& a1.4.1 数据通信
# k5 V5 A6 i5 v2 b& n0 T  b
# L; x+ x1 C4 |9 _8 n数据通信是计算机网络最基本的功能,实现各计算机之间快速可靠地互相传送数据、进行信息处理。 实现将分散在各个地区的单位或部门使用的计算机网络联系起来,实现信息通信交换,并进行统一的资源调配、控制和管理。
: a+ c4 X# [* R; H* p  o! G5 L8 S# W! Q5 r  G* k- m) U
1.4.2 资源共享
# b% {7 W2 {) A/ B, [
& v  ~+ _" B# t! Q1 ]+ G资源共享是计算机网络的主要目的,其目的是让网络上的用户,无论处于何处,也无论资源的物理位置在哪里,都能使用网络中的程序、设备,尤其是数据。
7 A/ G  `9 _, L) C: R$ }
5 _9 q9 h% Z' G6 G% H' g资源共享包括共享计算机系统的硬件、软件和数据资源三部分。
% V2 E, Z  F2 {) G9 W+ {) G3 z% ?4 I# f
1.4.3 提高系统的可靠性
5 L+ _/ u! ]+ f1 W0 n3 P
9 o$ D0 l- v& `. a) X+ Z3 N6 D当网络中的某一处理机发生故障时,可由别的路径传送信息或转到别的系统中代为处理,以保证整 个系统的正常运转,不因局部故障而导致系统的瘫痪。
2 N1 i" t, `9 Y* d8 G4 k9 u6 k+ x: i. Y
3 B! \5 s; t' x4 s1.4.4 分布处理
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网络分布处理是指把同一任务分配到网络中地理上分布的结点机上协同完成。; g' _( W4 `. p
0 o% x. I3 n( t7 ?* k- i9 m
对于综合性的大型复杂问题可采用合适的算法,将任务分散到网络中不同的计算机上去执行,各计 算机协同完成各种处理任务。6 J: b' n  G7 b

% p5 f$ q2 P, l# s7 W1 A: M计算机网络体系结构及网络操作系统
; y3 z4 X7 d4 c
" t  a, w( J6 V% o4 Q为了促进计算机网络的发展,国际标准化组织 ISO 于 1977 年成立了一个委员会,在现有网络的基础上,提出了不基于具体机型、操作系统或公司的网络体系结构,称为开放系统互联模型(OSI 参考, open system interconnection)
. u$ o/ r" W; g8 }( e  o3 N. \5 S9 N. O6 C$ I4 u5 c; [5 d
2.1 协议分层
- _3 {- [4 E: g( S" p: U! F% C
  s3 N, {1 u, j: Q( R( B" ~1) 目的:OSI 模型的设计目的是成为一个所有销售商都能实现的开放网路模型,来克服使用众多私有网络模型所带来的困难和低效性。这个模型把网络通 信的工作分为 7 层。- o6 O: D+ ], ^/ R
% c! y5 ^2 B/ e% Z! U
2) 定义
0 H' N- [* J) r1 d- |8 R, q0 u, ^3 R, r6 |
1:两台计算机上同一层所属的程序、进程或实体称该层的对等程序、对等进程或对等实体(peer
  y& t) }0 }4 [4 D. W& Q+ j( E& \1 }' Z( A1 b% p/ n& x- i- b
entities)。
2 p, D: m! C! j- B& {( A
+ L5 k2 F7 X5 a2 _2:对等进程通信的规则、标准和约定,称为协议。# m- e+ Q+ I) N/ V6 L8 v% {2 j+ y
. E  R" v5 g' {) p
3) 协议三要素:' J% H) }) O) B& R5 I& G2 b* U

1 J2 i8 w( x; y, s" V% b· 语法(Syntax)规定了数据格式或信号形式;
$ p3 \8 N0 o( q8 I  q& C* n( |7 l- s/ Z* n2 g
· 语义(Semantics)需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种响应。* i0 t* g4 H/ c9 ^$ B9 T

6 o( O4 T; I6 C5 ~2 _2 T$ s· 时序(同步) (Timing)事件实现顺序的详细说明,包括速率匹配和接收数据后的的正确排序。* `2 R$ E1 b& ~' ?) P/ r
+ Q( X. |3 u* K0 G3 ^
4) 分层优点: F5 {1 s" r  D& \9 |
( g! A+ \! R2 P1 a& G
· 便于抽象6 a7 K$ Z- m2 ^& O; J7 [

2 n2 N" x* n& k  J& D· 易于标准化
! v; k, ]0 n4 C/ v& I. ~; f5 |' H" e, g: U$ R! G& d4 {
· 便于模块化, 分工协作
2 L. A  w) ?2 |- u( P1 l% i( A- D* o2 d. c# D
· 与实现无关7 s/ O/ w% s0 c' Z% @

  l  J# i8 }, y0 L! R5)分层原则3 w- S) z: R, |1 G* D- _# q* S" ]
. G: A# n7 J& H6 n% o/ }7 I$ P
· 层间接口尽可能清晰简单, 层间传输信息应尽可能少
! i( I1 i3 G9 {# U1 T! @' H. J! i% m: v  H6 l; F
· 每层应完成一组特定的独立的明确的功能集合
1 i3 ^$ j( I, r9 V3 n  K+ e) a9 W; N0 Z9 }* c- e, K
· 每层只与上下层具有接口, w5 r  t% @& B8 X; R6 z  W

: h/ T: N( R3 T· 层数应足够多  j+ a# `) d5 g
& B  Y" G5 O" k& t, ?' x
· 层数要尽可能少& a/ a" E* z, E

0 ?: I1 t' h5 A) ~0 {0 l2.2 服务
+ s! q  |! y! i& ^9 c# p' u+ X2 Y" Z( _7 m
1、概念:
4 Q3 \0 V$ w. @0 l
( b* d1 l8 P& [, ?· OSI 服务与电信领域的 Service(译作"业务")的含义完全不同。电信领域的业务是用于描述电信业务提供商向电信业务使用者提供的服务,典型的电信业务有:话音与电报传送业务、 普通数据传送业务、多媒体实时传送业务等等。OSI 服务则是对 OSI 协议层间操作关系的抽象。
7 i: X2 i- e4 a5 n( D! v, l7 \5 ?9 {9 _  w! h) o
· 服务是各层实体向它的上层实体提供的一组原语(Primitive)操作。
7 o' i7 L( u6 \! S/ }, l
6 H- X$ }; M- V! Z* f, y+ Q. ]· 服务定义了该层能够代表它的用户(上层)完成的操作,但未涉及这些操作是如何实现的。服务 描述了上下层之间的接口(Interface)关系,下层是服务提供者,上层是服务用户。! x1 {- ~7 [" o' Z. T# P" w$ T
  c( q0 r* q) S' H
2.3 OSI 参考模型 OSI/RM
0 q3 W; Y: f* _1 V' s& I% g2 B+ a) }3 ^4 F+ v; p+ M! l& I
嵌入式linux网络编程——你所不知道的计算机网络系统,精品讲解-11.jpg
; N5 Q( j. h. W/ P

% m- C. B. A/ E8 j! ], w6 v9 V, N, d, ?

3 I3 ^2 U# g6 L9 r- x) {% k1 g
) ~3 v( N$ i3 t1 ~* q; s# n' u3 D1 \

0 x8 X: }0 ]8 n& @3 ]7 X5 c
% V* o; f, a8 O" S5 w0 v图 2-1 OSI5 M0 @: j5 L3 l; k
$ q. B+ l. g- x& o, f3 k
第一层:物理层(PhysicalLayer)# W  ~' z) K% k: Q' ?- y

2 a2 t5 l* V. |$ z规定通信设备的机械的、电气的、功能的和规程的特性,用以建立、维护和拆除物理链路 连接。具体地讲,机械特性规定了网络连接时所需接插件的规格尺寸、引脚数量和排列情况等;电气特性规定了在物理连接上传输 bit 流时线路上信号电平的大 小、阻抗匹配、传输速率距离限制等;功能特性是指对各个信号先分配确切的信号含义,即定义了 DTE 和 DCE 之间各个线路的功能;规程特性定义了利用信号线 进行 bit 流传输的一组操作规程,是指在物理连接的建立、维护、交换信息时,DTE 和 DCE 双方在各电路上的动作系列。1 L5 r6 J: u1 W; U, N. Q

4 O' E6 G( _& d/ |( A: V  c) X在这一层,数据的单位称为比特(bit)。5 a- n: w5 H0 u# z, M  o

& O# E, B1 _9 a) {1 N2 i* b  q属于物理层定义的典型规范代表包括:EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45 等。物理层的主要功能:
" a0 o6 ]  R8 I3 V; K; Y' p; N5 q9 W7 y4 }
为数据端设备提供传送数据的通路,数据通路可以是一个物理媒体,也可以是多个物理媒体连接而 成.一次完整的数据传输,包括激活物理连接,传送数据,终止物理连接.所谓激活,就是不管有多少物理 媒体参与,都要在通信的两个数据终端设备间连接起来,形成一条通路.传输数据.物理层要形成适合数据传输需要的实体,为数据传送服务.一是要保证数据能在其上正确 通过,二是要提供足够的带宽(带宽是指每秒钟内能通过的比特(BIT)数),以减少信道上的拥塞.传输数 据的方式能满足点到点,一点到多点,串行或并行, 半双工或全双工,同步或异步传输的需要.
/ }3 m# Z: E9 X  q% {
$ v3 `/ P7 Y3 S6 L7 f! `物理层的主要设备:中继器、集线器。
7 }, t: V; x, J: e& C/ p: M  [2 Y3 u% J" O0 i
第二层:数据链路层(DataLinkLayer); q, i% l! O4 N4 x* j' [0 I8 I# r

* o+ f* b+ e2 j- v) }在物理层提供比特流服务的基础上,建立相邻结点之间的数据链路,通过差错控制提供数据帧(Frame)在信道上无差错的传输,并进行各电路上的动作系列。# K# B# a% S1 o9 T: f) z0 G
* ^% z% [3 r4 ]
数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括:物理地址寻址、数据的成帧、 流量控制、数据的检错、重发等。# ^" q4 x$ a3 q& c" y

, Z- F8 @) R3 g9 Q$ r在这一层,数据的单位称为帧(frame)。% W, A$ Y8 i0 m
) k$ h) {. ~" ^, L2 x, B1 Z: D$ M
数据链路层协议的代表包括:SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。 链路层的主要功能:2 f: {" O7 ?3 D( H- r
. X8 u+ N/ ^, i+ k
链路层是为网络层提供数据传送服务的,这种服务要依靠本层具备的功能来实现。
/ X5 U: I9 v- U9 x  q4 G( N3 \; Y/ [, t( g. n
数据链路层实际上由两个独立的部分组成,介质存取控制(Media Access Control,MAC)和逻辑链路控制层(Logical Link Control,LLC)。MAC 描述在共享介质环境中如何进行站的调度、发生和接收数据。MAC 确保信息跨链路的可靠传输,对数据传输进行同步,识别错 误和控制数据的流向。
- m6 C% P# O6 h' f+ s/ U% E4 S% |- ^  m) m0 @3 k9 p3 @/ N
MAC 地址是烧录在 Network Interface Card(网卡,NIC)里的.MAC 地址,也叫硬件地址,是由 48 比特长(6 字节),16 进制的数字组成。形象的说,MAC 地址就如同我们身份证上的身份证号码,具有全球唯一性。8 c8 {( b( P( Z* @' e2 e% e" W. F

- n0 ?& k0 O2 E' c% Z数据链路层主要设备:交换机、网桥3 a! J! I1 E+ d

# }; D* Q# w6 c+ l2 [6 y  ]第三层是网络层(Network layer)1 d4 D4 J0 l" Y: \; ^$ w

3 c# S4 ~. |% E3 O( W在计算机网 络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路,也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点, 确保数据及时传送。网络层将数据链路层提供的帧组成数据包,包中封装有网络层包头,其中含有逻辑地址信息- -原站点和目的站点地址的网络地址。
0 Z+ D! a" w, j
6 @* I+ |8 k8 ?( U8 |8 P5 W8 @如果你在谈论一个 IP 地址,那么你是在处理第 3 层的问题,这是"数据包"问题,而不是第 2 层"帧"。IP 是第 3 层问题的一部分,此外还有一些路由协议和地址解析协议(ARP)。有关路由的一切事情都在第 3 层处理。地址解析和路由是 3 层的重要目的。网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能。
6 T+ j- e/ o' @  y1 j; Q0 f6 U; f! h
在这一层,数据的单位称为数据包(packet)。 网络层协议的代表包括:IP、IPX、RIP、OSPF 等。网络层主要设备:路由器
% ^! l1 l. Z, V* I3 f6 ~$ l* L$ e: w; `$ i, A
第四层是处理信息的传输层(Transport layer)3 k0 T0 P4 y4 e2 p; \6 l

) Q+ L& W' Z: B3 B1 z5 x第 4 层的数据单元也称作数据包(packets)。但是,当你谈论 TCP 等具体的协议时又有特殊的叫法,TCP 的数据单元称为段(segments)而 UDP 协议的数据单元称为"数据报(datagrams)"。 这个层负责获取全部信息,因此,它必须跟踪数据单元碎片、乱序到达的数据包和其它在传输过程中可能发 生的危险。第 4 层为上层提供端到端(最终用户到最终用 户)的透明的、可靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。  V+ l+ R' q* O* x9 }2 g4 H) |/ [9 k/ z

. s1 a5 o" g2 v/ \, b# Y传输层协议的代表包括:TCP、UDP、SPX 等。' Y* ?1 m7 W5 G/ [: Z6 X8 Y' P: q( \
! p, T9 w) w& g( L3 C# N; ~
第五层是会话层(Session layer)! m' P1 d; P, Z. `, S& V
$ y# Y% H$ {8 ~
这一层也可以称为会晤层或对话层,在会话层及以上的高层次中,数据传送的单位不再另外命名, 统称为报文。会话层不参与具体的传输,它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。7 Z9 U: v* U0 T6 J. }! }4 e

8 [3 Q3 i. j: u+ [% r# f0 J会话层的主要标准有"DIS8236:会话服务定义"和"DIS8237:会话协议规 范".: F' c/ J& e! h1 `2 N" P- q& _
4 z7 d% _& W" _; P  {7 L
第六层是表示层(Presentation layer)' D- C  a2 o- t5 ]$ ?7 p

. f" g, i* X7 J1 ]* a4 ^" l; z# e这一层主要解决用户信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语 法,转换为适合于 OSI 系统内部使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩, 加密和解密等工作都由表示层负责。例如图像格式的显示,就是由位于表示层的协议来支持。表示层协议一般不与特殊的协议栈关联,如 QuickTime 是 Applet 计算机的视频和音频的标准,MPEG 是 ISO 的视频压缩与编码标准。常见的图形图像格式 PCX、GIF、JPEG 是不同的静态图像压缩和编码标准。
2 M* C  P% o8 [* o- Z3 @7 W: m+ n4 V
第七层应用层(Application layer)' q' _' e7 `8 R
& I: I; Y# o  v  C( j6 V
应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。 应用层协议的代表包括:Telnet、FTP、HTTP、SNMP 等。: m3 H1 I/ |* V
0 x( Z. A7 U' R, f3 V; x% i2 f+ U
2.4 TCP/IP 体系结构$ n. s) f; B& ~, u* d, T1 u

. C6 L5 i. `4 P1 K* Q, l1 T, x
嵌入式linux网络编程——你所不知道的计算机网络系统,精品讲解-12.jpg
7 @, o! i+ n( I( h$ C

  K7 B: M7 v- |  `: O2 K. ^, k, {6 K$ J  O- g( t1 H

7 C$ C4 j$ P- e& E
1 Y: ~6 S7 M7 k% E
/ p, Y8 }; U& w  b* L7 N( ?) }& X- w5 i/ X6 y* w( }$ S
% t7 v$ r. [+ d  a3 k4 B& y
图 2-2 TCP/IP
, u  y& _7 U4 U+ M' Q
" q5 q- `6 S8 S0 W( I0 ~9 O$ L# K$ F第一层网络接口层- X& M- f! {. G
* n+ Y; d# K( Y$ ?5 o
网络接口层包括用于协作 IP 数据在已有网络介质上传输的协议。实际上 TCP/IP 标准并不定义与
7 a8 Y( M' A$ V! R
' O: c0 V# t2 y1 o$ o+ @ISO 数据链路层和物理层相对应的功能。相反,它定义像地 址解析协议(Address Resolution5 h' y! v/ c- `

+ v# \' M  J- m7 z7 ?4 s/ Y- f5 l% ?Protocol,ARP)这样的协议,提供 TCP/IP 协议的数据结构和实际物理硬件之间的接口。% L+ W6 V* f/ p$ f% X+ Y7 D9 @
. A& h- H2 u, n6 A0 o, f0 R
第二层网间层/ S, i; l! w: D9 ~

/ z9 E9 }' p0 o) l8 ^4 q% G$ g网间层对应于 OSI 七层参考模型的网络层。本层包含 IP 协议、RIP 协议(Routing Information6 S& }- G" y' ?* h

1 S* Q5 m4 H9 C# L8 G6 zProtocol,路由信息协议),负责数据的包装、寻址和路由。同时还包含网间控制报文协议(Internet Control Message Protocol,ICMP)用来提供网络诊断信息。( w- _7 _8 H! e
; Q' ]9 ^$ n" e, i/ o6 r, G
第三层传输层
- f6 m3 k9 j+ p7 {! l2 d
" K5 N3 |* t9 Q' ?/ h传输层对应于 OSI 七层参考模型的传输层,它提供两种端到端的通信服务。其中 TCP 协议(Transmission Control Protocol)提供可靠的数据流运输服务,UDP 协议(Use Datagram Protocol)提供不可靠的用户数据报服务。( e  g+ m0 L! }- U# ]

& e2 z/ n& J; R1 X3 M第四层应用层3 S4 E7 H. [5 @" L7 K

# _( Y: C7 M/ x( O' z" D应用层对应于 OSI 七层参考模型的应用层和表达层。因特网的应用层协议包括 Finger、Whois、7 q5 m) f9 ^- q: {) X6 M
( o4 U) H& a( j' @& U
FTP(文件传输协议)、Gopher、 HTTP(超文本传输协议)、Telent(远程终端协议)、SMTP(简单邮件传送协议)、IRC(因特网中继会话)、NNTP(网络新闻传输协议) 等,
* O' T. z7 B4 Q2 I( E' h9 p2 C" t; b# V
OSI/RM 和 TCP/IP 比较:' }9 n6 d' \5 X7 C. N
% W% M5 F& \- [! a
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) w, W7 y- f& x- H- }
7 {# T9 W3 e( ^* }7 s0 Q: L7 e3 P8 ^/ i! j

8 Q. i- ?' K  R
- D3 \& Q2 p5 g& K
0 B' j9 G- Y  Z7 C
' E  b% }( z: E) Y5 l! @- y/ p/ Y& n8 v5 x: p
图 2-3 OSI 与 TCP/IP 比较
6 t# _1 {1 y% d& V' E2 j* C2 f" f2 u
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秀起来~
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发表于 2020-5-26 07:43 | 显示全部楼层
高手云集 果断围观
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发表于 2020-5-26 09:51 | 显示全部楼层
鄙视楼下的顶帖没我快,哈哈
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发表于 2020-5-26 11:56 | 显示全部楼层
顶顶更健康
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发表于 2020-5-26 14:17 | 显示全部楼层
域名抢注平台www.ymjd.cn
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发表于 2020-5-26 16:00 | 显示全部楼层
有道理。。。
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发表于 2020-5-26 17:27 | 显示全部楼层
楼主加油,我们都看好你哦。
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