计算机网络技术（第二版） - 万水书苑-出版资源网

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(1)第4章. 网络拓扑结构与网络体系结构. 如同一个房屋的设计师必须决定在何处放置墙和门，在何处安装电力和水管系统，如何管理整个屋子的过道模式以使一个房屋更适宜居住一样，在设计网络时也必须考虑许多因素。本章将介绍几种基本的网络拓扑结构，包括它们的连接方式和优、缺点。接着介绍网络的体系结构，其中重点是 TCP/IP 模型体系结构。.          . 网络拓扑结构总线型网络结构星型网络结构环型网络结构网状型网络结构混合型网络结构网络体系结构网络体系结构概述 ISO/OSI 开放系统互联参考模型 TCP/IP 模型体系结构. 4.1. 网络拓扑结构. 第 3 章中介绍了各种网络传输介质和网络设备，我们把它们以怎样的方式连接起来构成网络呢？这就涉及网络拓扑结构这个概念。网络拓扑是指网络中各个端点相互连接的方法和形式。网络拓扑结构反映了组网的一种几何形式。常见的拓扑结构主要有总线型结构、星型结构、环型结构、网状结构及混合型结构等。 4.1.1 总线型网络结构总线型拓扑结构采用单根数据传输线作为通信介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到通信介质。图 4-1 所示为总线型拓扑结构。在总线结构中，单根数据传输线称为总线，总线可以是同轴电缆、双绞线或者光纤，总线上的每个结点共享总线的全部容量。网络中的每个设备都能够接收从一点传输到另一点的数据。然而，由于单信道的限制，一个总线型网络上的结点越多，网络发送和接收数据就越慢。.

(2) 第 4 章网络拓扑结构与网络体系结构. 当一个结点向另一个结点发送数据时，它先向整个网络广播一条消息，通知所有的结点它将发送数据，目标结点将接收发送给它的数据，在发送方和接收方之间的其他结点将忽略这条消息。. 图 4-1. 总线型拓扑结构. 例如，假设想通过总线型拓扑结构的网络给你的朋友——在大厅另一端工作的小王发送一条短消息，问她是否想与你一起吃午饭。在输入完你的消息后，点击发送按钮，包含你消息的数据流被发送到你的网络接口卡。你的网络接口卡通过总线广播一条消息，消息的内容是“我将向小王的计算机发送一条消息”。该消息经过你和小王的计算机之间的每个网络接口卡，直到小王的计算机识别到该消息是传输给它的，并且接收该消息。由于所有的结点共享一条公用的传输线路，所以一次只能由一个设备传输。这样就需要某种形式的访问控制策略，来决定下一次哪一个结点可以发送。一般情况下，总线型网络采用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）控制策略。总线型拓扑结构在局域网中得到广泛的应用，主要优点如下：  布线容易、电缆用量小。总线型网络中的结点都连接在公共的通信介质上，所以需要的电缆长度短，减少了费用，易于布线和维护。  可靠性高。总线结构简单，从硬件观点来看，十分可靠。  易于扩充。在总线型网络中，如果要增加长度，可通过中继器加上一个附加段，如果需要增加新结点，只需要在总线的任何点将其接入。  易于安装。总线型网络的安装比较简单，对技术要求不是很高。总线型拓扑结构虽然有许多优点，但也有自己的局限性：  故障诊断困难。虽然总线拓扑简单，可靠性高，但故障检测却不容易。因为具有总线拓扑结构的网络不是集中控制，故障检测需要在网上各个结点进行。  故障隔离困难。对于介质的故障，不能简单地撤消某工作站，这样会切断整段网络。  中继器配置。在总线的干线基础上扩充时，可利用中继器，需要重新设置，包括电缆长度的裁剪、终端匹配器的调整等。  通信介质或中间某一接口点出现故障，整个网络随即瘫痪。 4.1.2 星型网络结构星型结构的网络中，每一台设备都通过传输介质与中心设备相连，而且每一台设备只能与中心设备交换数据。图 4-2 所示为星型网络拓扑结构。星型拓扑结构中，中央结点一般为集线器，其他外围结点为服务器或工作站；通信介质为双绞线或光纤。在星型拓扑结构中，中央结点提供了 3 个主要功能：为需要通信的设备建立物. 75.

(3) 76. 计算机网络技术（第二版）. 理连接；在两台设备通信过程中维持这一通路；在完成通信或通信不成功时，拆除信道。. 集线器. 图 4-2. 星型拓扑结构. 这种拓扑结构是目前在局域网中应用得最为普遍的一种，它被广泛地应用于网络中智能主要集中于中央结点的场合。由于所有结点的往外传输都必须经过中央结点来处理，因此，要求中央结点有较高的性能。星型拓扑结构信息发送的过程为：某一工作站有信息发送时，将向中央结点申请，中央结点响应该工作站，并将该工作站与目的工作站或服务器建立连接。此时，就可以进行无延时的通信了。星型拓扑结构的优点如下：  可靠性高。在星型拓扑的结构中，每个连接只与一个设备相连，因此，单个连接的故障只影响一个设备，不会影响全网。  方便服务。中央结点和中间接线都有一批集中点，可方便地提供服务和进行网络重新配置。  故障诊断容易。如果网络中的结点或者通信介质出现问题，只会影响到该结点或者通信介质相连的结点，不会涉及整个网络，从而比较容易判断故障的位置。星型拓扑结构虽有许多优点，但也有缺点：  扩展困难、安装费用高。增加网络新结点时，无论有多远，都需要与中央结点直接连接，布线困难且费用高。  对中央结点的依赖性强。星型拓扑结构网络中的外围结点对中央结点的依赖性强，如果中央结点出现故障，则全部网络不能正常工作。 4.1.3 环型网络结构环型拓扑结构是一个像环一样的闭合链路，在链路上有许多中继器和通过中继器连接到链路上的结点。也就是说，环型拓扑结构网络是由一些中继器和连接到中继器的点到点链路组成的一个闭合环。在环型拓扑结构的网络中，所有的通信共享一条物理通道。图 4-3 所示为环型拓扑结构。在环型拓扑结构中，每个中继器通过单向传输链路连接到另外两个中继器，形成单一的闭合通路，所有的工作站都可通过中继器连接到环路上。中继器为环型网络提供了 3 种基本功.

(4) 第 4 章网络拓扑结构与网络体系结构. 能：数据发送到环中，接收数据和从环中删除数据。由通信介质及中继器构成的通信链路是单向的，即数据只能绕着环向一个方向发送。每个工作站接收并响应发送给它的数据包，然后将其他数据包转发到环中的下一个工作站，数据到达它们的目的地后停止继续发送。. 令牌环. 图 4-3. 环型拓扑结构. 环型拓扑结构的交换方式采用分组交换。由于多个工作站共享同一环，因此需要对此进行控制，以便决定每个站在什么时候可以把分组放在环上。一般情况下，环型拓扑结构网络采用令牌环（Token Ring）的介质访问控制。信息发送的过程为：如果某一站点希望将报文发送到另一目的站点，那么它需要将这个报文分成若干个分组。每个分组包括一段数据再加上一些控制信息，其中控制信息包括目的站点的地点。发送信息的站点依次把每个分组放到环上之后，通过其他中继器进行循环；环中的所有中继器都将分组的地址与该中继器连接的结点地址相比较，当地址符合时，该站点就接收该分组。环型拓扑结构具有以下优点：  电缆长度短。环型拓扑结构所需的电缆长度与总线型相当，但比星型要短。  适用于光纤。光纤传输速度快，环型拓扑网络是单向传输，十分适用于光纤通信介质。如果在环型拓扑网络中把光纤作为通信介质，将大大提高网络的速度和加强抗干扰的能力。  无差错传输。由于采用点到点通信链路，被传输的信号在每一结点上再生，因此，传输信息误码率可减到最少。环型拓扑结构的缺点如下：  可靠性差。在环上传输数据是通过接在环上的每个中继器完成的，所以任何两个结点间的电缆或者中继器故障都会导致全网故障。  故障诊断困难。因为环上的任一点出现故障都会引起全网的故障，所以难以对故障进行定位。  调整网络比较困难。要调整网络中的配置，如扩大或缩小，都是比较困难的。 4.1.4 网状网络结构网状拓扑结构将网络中站点实现点对点的连接。虽然一个简单的局域网可以是一个网状网络，但这种拓扑结构更常用于企业级网络和广域网。互联网就是网状广域网的一个例子。. 77.

(5) 78. 计算机网络技术（第二版）. 图 4-4 是一种典型的网状拓扑结构，用这种方式连接的网络也称为全互联网络。图中有 6 个设备，在全互联情况下，有 15 条传输线路。在局域网技术中不常使用。这里所以给出这种拓扑结构，是因为当需要通过互联设备（如路由器）互联多个局域网时，常采用这种广域网（WAN）的互联技术。另外，为了保证网络服务器工作的稳定、可靠和高速，可以在各服务器之间以网状拓扑实现连接。. 图 4-4. 一种典型的网状拓扑结构. 网状拓扑结构的优点如下：  所有设备间采用点到点通信，没有争用信道现象，带宽充足。  每条电缆之间都相互独立，当发生故障时，故障隔离定位很方便。  任何两站点之间都有两条或者更多线路可以互相连通，网络拓扑的容错性极好。网状拓扑结构的缺点如下：  电缆数量多。由于网状网络拓扑结构中，两个点之间的数据传输提供多条路线，即两结点之间存在冗余线路，所以它所需的线缆长度比前面介绍的几种拓扑结构要长。  结构复杂、不易管理和维护。这种结构的网络，网络管理软件也复杂，报文分组交换、路径选择、流向控制同样比较复杂，不易管理和维护。 4.1.5 混合型网络结构除非在规模非常小的网络中，否则很难遇见一个网络严格地遵从总线型、环型或星型拓扑结构的一种。简单的拓扑结构有太多的限制，特别是在局域网必须容纳大量的设备时。更可能的选择是使用这些简单的拓扑结构形成复杂的组合。这也称为混合拓扑结构。下面介绍几种混合型网络结构。 1．星型总线该混合拓扑结构组合了星型和总线型构造。在星型总线拓扑结构中，工作站组以星型连接到集线器上，然后通过单根总线进行联网，如图 4-5 所示。通过这种设计，网络可以覆盖较大的距离，较易与不同的网络段进行互联或隔绝。这种结构的一个缺点是它比单独使用星型拓扑或者总线型拓扑结构要昂贵得多。星型总线拓扑结构是组成以太网和快速以太网的基础。 2．菊花链型星型总线网络拓扑还是过于简单而不能代表一种典型的中等规模局域网。然而，为星型总线拓扑提供服务的集线器能形成菊花链以构成一个更为复杂的混合拓扑结构，如图 4-6 所示。一个菊花链就是一系列设备的链接。由于星型混合拓扑能进行模块化扩展，菊花链是网络.

(6) 第 4 章网络拓扑结构与网络体系结构. 扩展的一种逻辑解决方法。同时，多台集线器可以通过电缆连接到它们的端口上，从而实现网段互联。因此通过这种方法扩展一个局域网的基础结构几乎不需额外的成本。集线器. 集线器. 图 4-5. 星型总线拓扑结构. 集线器集线器. 集线器集线器. 文件服务器. 文件服务器图 4-6. 菊花链型. 但是菊花链拓扑结构可能引起灾难。例如，IEEE 规范 Ethernet802.3 标准为维护传输的完整性，指定了能有序连接的集线器的最大数目。如果使用的集线器个数超过了标准所建议的数目，将对一个局域网的功能有负面的影响。如果扩展一个局域网超出了它所推荐的规模，会导致一些间歇性且不可预料的数据传输错误。此外，假如使用有限的带宽进行拓扑结构的菊花链化，可能有信道超载及产生更多数据错误的风险。 3．层次结构将设备按等级分层有许多原因。考虑到安全性、开销、可扩展性、网络编址、带宽或可靠性，可能将集线器、交换机和路由器分层。此外，存在许多方法分割设备和工作组，从而产生各种不同的层次拓扑结构。例如，可以把拓扑结构想象成类似于一个公司的组织图表，其中部门按照功能划分，不同的人员属于组织图表中不同的级别。对网络中的设备分组的一种可能的方法是将它们分割成层。一个层仅是对网络设备进行逻辑分割。一个层次混合拓扑结构使用层将设备按照它们的优先权或功能进行分割。一个层次拓扑结构可以有许多层，并可以连接不同类型的简单拓扑结构。. 79.

(7) 80. 计算机网络技术（第二版）. 例如，图 4-7 描绘了一个具有 3 层的层次环型拓扑结构。顶层是网络的主干，第 2 层对文件服务器提供直接的连接，并对第 3 层提供中间连接，第 3 层则为多个工作组提供服务，如管理、销售和信息技术。令牌环网令牌环网. 令牌环网. 令牌环网. 文件服务器组. 管理部. 研究部. 财务部. 销售部. 图 4-7. 销售部. 执行部. 层次环型拓扑. 将拓扑结构层次化有以下几种优点：对不同的组进行带宽隔离，易于增加或隔绝不同的网络组，易于与不同的网络类型互联，因此，层次拓扑结构构成了高速局域网和广域网设计的基础。. 4.2. 网络体系结构. 在计算机网络的基本概念中，分层次的体系结构是最基本的。因此在这里对计算机网络的体系结构进行阐述。计算机网络体系结构的抽象概念较多，在学习时要多思考。这些概念对后面的学习很有帮助。 4.2.1 网络体系结构的概述计算机网络的基本功能就是通过不同的传输介质把不同厂家、不同类型的计算机及其他相关设备连接起来，打破时空的限制，共享网络中的硬件和软件资源并进行相互通信。为了实现数据通信，相互通信的计算机必须遵守一定的协议。所谓协议是为了进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，它们明确规定了所交换的数据格式以及有关的同步问题。它由语法、语义和同步 3 个要素组成。语法：规定通信双方之间“如何讲”，即确定协议元素的格式，如数据和控制信息的格式。语义：规定通信双方之间“讲什么”，即确定协议元素的类型，如规定通信双方发出什么控制信息，执行的动作和返回的应答。同步：规定事件执行的顺序，即确定通信过程中通信状态的变化，如规定正确的应答关系及速度匹配和排序问题。下面看生活中的一个例子。甲、乙两人相距很远，通过电话讨论一场足球赛。至少有 3 个层次，每一层都涉及了协议的问题。最低层：传输层，负责将每一方的语音信号转变为电信号，传输到对方，再还原成对方.

(8) 第 4 章网络拓扑结构与网络体系结构. 可听懂的语音信号。这一层不考虑使用的语言和谈话的内容。中间层：语言层，双方使用共同的语言，或通过翻译彼此能听懂对方的话。最高层：认识层，双方具有起码的足球知识并且都看过这场球赛，能听懂对方谈话的内容。在计算机网络中，进行通信必须遵守网络协议。为了减少协议设计的复杂性，大多数网络都按层的方式来组织，每一层都建立在它的下层之上。不同的网络其层的数量、各层的名字、内容和功能都不尽相同。然而，在所有的网络中，每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务，而把如何实现这一层的细节对上一层加以屏蔽。图 4-8 说明了一个 5 层的协议。主机 2. 主机 1 第 5 层协议. 第5层. 第5层. 4/5 层接口第 4 层协议. 第4层. 第4层. 3/4 层接口第 3 层协议. 第3层. 第3层. 2/3 层接口第 2 层协议. 第2层 1/2 层接口. 第 1 层协议. 第1层. 第2层. 第1层. 物理介质图 4-8. 层、协议和接口. 网络的体系结构指的是计算机网络的层次及其协议的集合。它把网络系统分成一些功能分明的层，各层执行自己所承担的任务，依靠各层之间的功能组合，为用户或应用程序提供访问另一端的通路。至于这些功能应如何实现，则不属于网络体系结构部分。网络体系结构只是从层次结构及功能上来描述计算机网络，并不涉及每一层硬件和软件的组成，更不涉及这些硬件和软件本身的实现问题。可见，对于同样的网络体系结构，可采用各种方法设计出完全不同的硬件和软件，为相应的网络层次提供完全相同的功能和接口。常见的计算机网络体系结构有 DEC 公司的 DNA（数字网络体系结构）、IBM 公司的 SNA （系统网络体系结构）等。为解决异种计算机系统、异种操作系统、异种网络之间的通信，国际标准化组织（ISO）以国际上其他的一些标准化团体，在各厂家提出的计算机网络体系结构的基础上，提出了开放系统互联参考模型（OSI/RM）。 4.2.2 ISO/OSI 开放系统互联参考模型国际标准化组织（ISO）成立于 1947 年，它专门就一些国际标准达成世界范围的一致。为了建立一个国际范围的网络体系结构，国际标准化组织在 1978 年为开放系统互联成立了一个专门分委员会，并于 1980 年 12 月发表了第一个草拟的开放系统互联参考模型的协议书，. 81.

(9) 82. 计算机网络技术（第二版）. 在 1983 年把基本参考模型正式批准为国际标准，即 OSI/RM。在开放系统互联的术语中，“开放”是指按 OSI 标准建立的系统可以和世界上任意一个也按 OSI 标准建立起来的系统相互进行通信。 OSI 标准制定过程中，采用的是前面提到的分层体系结构。问题的处理采用自上而下逐步求精的方法。OSI 模型对人们研究网络起到重要的指导作用。OSI 的分层思想使得复杂的网络系统变得层次分明、结构清晰，使整个网络的设计变成了对各层及层之间接口的设计，因此容易设计和实现。 OSI 开放系统模型包括 7 个层次：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，如图 4-9 所示。最低 3 层是依赖网络的，涉及将两台计算机连接在一起所使用的数据通信网的相关协议，实现通信子网的功能。高 3 层是面向应用的，涉及两个终端用户应用进程交互作用的协议，通常是由本地操作系统提供的一套服务实现资源子网的功能。中间的传输层为面向应用的上 3 层遮蔽了跟网络有关的下 3 层的详细操作。层次. 端系统 A. 端系统 B 应用层协议. 7. 应用层. 6. 表示层. 5. 会话层. 4. 传输层. 3. 网络层. 网络层. 2. 链路层. 链路层. 1. 物理层. 物理层. 端结点. 交换结点. 应用层. 表示层协议. 表示层. 会话层协议. 会话层. 传输层协议. 网络层协议. 传输层. 网络层. 网络层. 链路层. 链路层. 物理层. 物理层. 交换结点. 端结点. 数据链路层协议. 物理层协议. 图 4-9. 通信子网. OSI 参考模型分层结构. OSI 参考模型具有以下特性：  它是一种异构系统互联的体系结构，提供了互联系统通信规则的标准框架。  它定义了一种抽象结构而并非具体实现的描述。  不同系统上的相同层的实体称为同等层实体。同等层实体之间的通信由该层协议来管理。  同一系统上相邻层之间接口定义了原语操作和低层向高层提供的服务。.

(10) 第 4 章网络拓扑结构与网络体系结构. 定义了面向连接和无连接的数据交换服务。  直接的数据传送仅在最低层实现。  每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其他层。下面从最底层开始介绍 OSI 参考模型各层的功能。（1）物理层。主要功能是为数据链路层提供一个物理链接，以保证在通信信道上透明地传输比特流。传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤或其他无线信道。物理层协议的设计就是用来屏蔽这些传输介质的差异，以实现传输介质对计算机系统的独立性。物理层的数据单元是比特。（2）数据链路层。主要功能是在两个相邻结点间的线路上，无差错地传输数据帧。数据链路层协议的设计就是：把一条有可能出错的物理链路变为让网络层实体看起来是一条不出差错的数据链路。数据链路层的数据单元是数据帧。（3）网络层。主要功能是为数据分组进行路由选择，并负责通信子网的流量控制、拥塞控制。网络层协议的设计就是要保证发送端传输层所传下来的数据分组能准确无误地传输到目的站的传输层，网络层的数据单元为分组。（4）传输层。又称为运输层或传送层。主要功能是为会话层提供一个可靠的端到端连接以使两个端系统之间透明地传输报文。它屏蔽了会话层，使会话层看不见传输层以下的数据通信的细节，传输层只存在于端主机系统，通信子网中无运输层。传输层的数据单元是报文。（5）会话层。又称为会晤层。主要功能是使用传输层提供的可靠的端到端连接。在两个应用进程之间建立会话连接，并对“会话”进行管理和控制，保征“会话”数据可靠传送。在会话层以上各高层协议中，数据单元都称为报文。（6）表示层。主要功能是完成被传输数据的表示工作，包括数据格式、数据转化、数据加密和数据压缩等语法变换服务。（7）应用层。是 OSI 参考模型中的最高层，其功能与计算机应用系统所要求的网络服务目的有关。一般来讲，应用层的主要功能是为应用系统提供访问 OSI 环境的接口和服务。常见的应用层服务有虚拟终端、文件传送、远程用户登录、电子邮件等。若用一句话概括各层的功能，那就是：由物理层正确利用介质，数据链路层协议走通每个结点，网络层选择走哪条路，传输层找到对方主机，会话层指出对方实体是谁，表示层决定用什么语言交谈，应用层指出做什么事。网络体系结构决定了计算机网络的层次划分、层间接口及每层协议。这些层次、接口和协议如何在操作系统中执行和实现，关系到网络中计算机系统的功能实现。事实上，任何计算机操作系统都不能实现网络体系结构所包括的全部层次和协议。通常低层部分协议是和通信设备密切相关的，中间层协议则是在操作系统中实现，高层的协议大部分是处在用户程序地位。因此，计算机网络的各层协议必定是一部分在计算机网络的终端主机中实现与执行，另一部分在相应的通信设备，如网卡和网络互联设备中实现。以 OSI 网络体系结构为例，一般来说，在网卡中实现的协议大都为物理层协议和数据链路层协议的一部分或全部，而在操作系统中实现的协议则为网络层协议和运输层协议。网络层协议与数据链路层协议的接口及服务调用，是作为操作系统对网卡的驱动程序来实现和执行的。网络层协议和运输层协议一般在操作系统内核中实现，并作为核心线程方式执行。例如， TCP/IP 协议就分别插入各种 UNIX 版本的操作系统的内核中。高层协议，如应用层协议，大部分是处在用户程序地位，以用户线程方式执行。各层协议与操作系统的关系如图 4-10 所示。 . 83.

(11) 84. 计算机网络技术（第二版）. 应用层（Telnet）等传输层（TCP）. 操作系统及其用户程序. 网络层（IP）驱动程序数据链路层. 网卡. 物理层图 4-10. 4.2.3. 网络协议与操作系统的关系. TCP/IP 模型体系结构. 现在从 OSI 参考模型转向 Internet 使用的参考模型——TCP/IP 参考模型。TCP/IP 在 OSI 模型之前就已经开发了，因此 TCP/IP 的层次无法和 OSI 模型一一对应。TCP/IP 模型分成了 5 个层次的结构，包括物理层、数据链路层、互联层、传输层、应用层，如图 4-11 所示。 OSI 参考模型. TCP/IP 参考模型. 应用层表示层. 应用层. 会话层传输层. 传输层. 网络层. 互联层. 数据链路层. 数据链路层. 物理层. 物理层图 4-11. TCP/IP 参考模型. 事实上， TCP/IP 是一系列协议组成的协议族，目前包含了 100 多个协议。如图 4-12 所示，列出了 TCP/IP 模型中包含的主要协议。TCP 和 IP 是其中两个最基本、最重要的协议，也是最广为人知的，因此，TCP/IP 成了这一组通信协议的代名词。TCP（Transmission Control Protocol）被称为传输控制协议，它是一个端到端的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错地发往互联网上的其他机器。IP（Internet Protocol）称为网络互联协议，负责网络之间的互联。下面来看一下 TCP/IP 参考模型中各层的主要功能及其包含的协议。 1．物理层主要功能是为数据链路层提供一个物理链接，以保证在通信信道上透明地传输比特流。 2．数据链路层主要功能是在两个相邻结点间的线路上，无差错地传输数据帧。 3．互联层 TCP/IP 的互联层又称互联网络层，对应于 OSI 模型的网络层，它是网络互联的基础，提供无连接的分组交换服务。互联网络层的主要任务是将源主机的报文分组发送到网上，让每个分组独立地到达目的主机。互联层的功能主要包括：接收传输层的发送请求，将分组装入 IP 数据报，选择发送路径，.

(12) 第 4 章网络拓扑结构与网络体系结构. 发送 IP 数据报；接收来自网上的数据报，检查目的地址，如果是本结点则接收下来，除去报头，将分组交上层处理，否则选择路径转发出去；处理互联的路径、流量控制与拥塞等问题。应用层. SMTP. FTP. 传输层. 互联层. Telnet. DNS. TCP. ICMP. IP. SNMP. UDP. RARP. ARP. 数据链路层. 数据格式化传输数据到网络线缆. 物理层. 数据格式化传输数据到网络线缆图 4-12. TFTP. TCP/IP 模型中的协议. 互联层的核心协议是互联网协议 IP。IP 协议提供无连接数据报服务，这是 Internet 和 Intranet 上最重要的服务。除 IP 协议之外，互联层还包括地址解析协议（ARP）、反向地址解析协议（RARP）、Internet 控制报文协议（ICMP）等。 4．传输层 TCP/IP 参考模型的传输层与 OSI 参考模型的运输层相对应。传输层的主要功能是提供两台机器之间端到端的数据传送。TCP/IP 参考模型中设计传输层的主要目的是在互联网络中源主机与目的主机的对等实体之间建立用于会话的端到端连接。传输层管理信息流，提供可靠的传输服务，以确保数据可靠地按顺序到达。该层定义了两个协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。 5．应用层应用层是参考模型中最高层，直接为用户的应用进程提供服务。它包含了所有的高层协议，如超文本传输协议（HTTP）、文件传输协议（FTP）、简单邮件传送协议（SMTP）、实现域名解析的 DNS 协议、支持远程登录的 Telnet 及简单文件传送协议（TFTP）等。 OSI 模型试图使全世界的计算机网络都遵循这个统一的标准，然而到了 20 世纪 90 年代，虽然整套的 OSI 国际标准已经制定出来，但是几乎找不到什么厂家生产出符合 OSI 标准的商用产品。此时，Internet 的迅速发展，TCP/IP 成为当今计算机网络中应用最为广泛、最成熟的一种网络协议，它常被称为是事实上的国际标准。. 习题 4 一、填空题 1．网络拓扑结构是指__________。常见的网络拓扑结构有__________、__________、 __________、__________和__________等。. 85.

(13) 86. 计算机网络技术（第二版）. 2．总线结构的网络通常使用的访问控制策略是__________，环型结构的网络一般使用的介质访问控制方式是__________。 3 ．网络协议是为了进行网络中的数据交换而建立的 __________ 、 __________ 和 __________。 4．网络协议由__________、__________和__________组成。 5．网络的体系结构指的是__________。 6．OSI 开放系统互联模型包括 7 个层次：__________、__________、__________、 __________、__________、__________、__________。二、简答题 1．比较总线型结构、星型结构、环型结构和网状结构的优、缺点。 2．常见的混合型拓扑结构有哪些？各有什么特点？ 3．OSI 模型中包含 7 层，每层的功能是什么？ 4．TCP/IP 模型包含哪几层？每一层的功能是什么？. 实训 RJ-45 水晶头的制作与测试一、实训目的掌握带有 RJ-45 水晶头的双绞线的制作及测试。二、实训步骤 1．制作工具和材料（1）制作工具。网线制作工具是 RJ-45 工具钳，该工具上有 3 处不同的功能，最前端是剥线口，用来剥开双绞线外壳。中间是压制 RJ-45 头工具槽，这里可将 RJ-45 头与双绞线合成。离手柄最近端是锋利的切线刀，此处可以用来切断双绞线，如图 4-13 所示。. 图 4-13. RJ-45 工具钳. （2）制作所需材料。网线制作材料是 RJ-45 头和双绞线。由于 RJ-45 头像水晶一样晶莹透明，所以也被俗称为水晶头，每条双绞线两头通过安装 RJ-45 水晶头来与网卡和集线器（或交换机路由器等）相连，如图 4-14 所示。.

(14) 第 4 章网络拓扑结构与网络体系结构. 图 4-14. RJ-45 水晶头. 2．网线制作依据的标准和应用范围双绞线做法有两种国际标准：EIA/TIA568A 和 EIA/TIA568B，而双绞线的连接方法也主要有两种：直通线缆和交叉线缆。直通线缆的水晶头两端都遵循 568A 或 568B 标准，双绞线的每组线在两端是一一对应的，颜色相同的在两端水晶头的相应槽中保持一致。它主要用在交换机（或集线器）Up-Link 口连接交换机（或集线器）普通端口或交换机普通端口连接计算机网卡上。而交叉线缆的水晶头一端遵循 568A，另一端则采用 568B 标准，即 A 水晶头的 1、2 对应 B 水晶头的 3、6，而 A 水晶头的 3、6 对应 B 水晶头的 1、2，它主要用在交换机（或集线器）普通端口连接到交换机（或集线器）普通端口或网卡连网卡上。 3．网线制作（1）剪断。利用压线钳的剪线刀口剪取适当长度的网线。（2）剥皮。用压线钳的剪线刀口将线头剪齐，再将线头放入剥线刀口，让线头触及挡板，稍微握紧压线钳慢慢旋转，让刀口划开双绞线的保护胶皮，拔下胶皮（注意：剥与大拇指一样长就行了，一般 2～3cm，有一些双绞线电缆上含有一条柔软的尼龙绳，如果在剥除双绞线的外皮时，觉得裸露出的部分太短，而不利于制作 RJ-45 接头时，可以紧握双绞线外皮，再捏住尼龙线往外皮的下方剥开，就可以得到较长的裸露线）。剥线完成后的双绞线电缆如图 4-15 所示。. 图 4-15. 剥线完成后的双绞线电缆. （3）排序。剥除外包皮后即可见到双绞线网线的 4 对 8 条芯线，并且可以看到每对的颜色都不同。每对缠绕的两根芯线是由一种染有相应颜色的芯线加上一条只染有少许相应颜色的白色相间芯线组成。4 条全色芯线的颜色为棕色、橙色、绿色、蓝色。目前，最常使用的布线标准有两个，即 T568A 标准和 T568B 标准。T568A 标准描述的线序从左到右依次为 1-白绿、2-绿、3-白橙、4-蓝、5-白蓝、6-橙、7-白棕、8-棕。T568B 标准描. 87.

(15) 88. 计算机网络技术（第二版）. 述的线序从左到右依次为 1-白橙、2-橙、3-白绿、4-蓝、5-白蓝、6-绿、7-白棕、8-棕。在网络施工中，建议使用 T568B 标准。当然，对于一般的布线系统工程，T568A 也同样适用。排列水晶头 8 根针脚：将水晶头有塑料弹簧片的一面向下，有针脚的一端向上，使有针脚的一端指向远离自己的方向，有方形孔的一端对着自己，此时，最左边的是第 1 脚，最右边的是第 8 脚，其余依次顺序排列，如图 4-16 所示。压线铜片. 双绞线塑料弹簧片在下图 4-16. 水晶头 8 根针脚. （4）剪齐。把线尽量抻直（不要缠绕）、压平（不要重叠）、挤紧理顺（朝一个方向紧靠），然后用压线钳把线头剪平齐。这样，在双绞线插入水晶头后，每条线都能良好接触水晶头中的插针，避免接触不良。如果以前剥的皮过长，可以在这里将过长的细线剪短，保留的去掉外层绝缘皮的部分约为 14mm，这个长度正好能将各细导线插入到各自的线槽。如果该段留得过长，一来会由于线对不再互绞而增加串扰，二来会由于水晶头不能压住护套而可能导致电缆从水晶头中脱出，造成线路的接触不良甚至中断，如图 4-17 所示。（5）插入：一手以拇指和中指捏住水晶头，使有塑料弹片的一侧向下，针脚一方朝向远离自己的方向，并用食指抵住；另一手捏住双绞线外面的胶皮，缓缓用力将 8 条导线同时沿 RJ-45 头内的 8 个线槽插入，一直插到线槽的顶端，如图 4-18 所示。. 图 4-17. 剪齐. 图 4-18. 插入. （6）压制。确认所有导线都到位，并透过水晶头检查一遍线序无误后，就可以用压线钳制 RJ-45 头了。将 RJ-45 头从无牙的一侧推入压线钳夹槽后，用力握紧线钳（如果力气不够大，可以使用双手一起压），将突出在外面的针脚全部压入水晶头内，如图 4-19 所示。至此，这个 RJ-45 头就压接好了。图 4-20 所示是已完成的水晶头。按照相同的方法制作双绞线的另一端水晶头，要注意的是芯线排列顺序一定要与另一端的顺序完全一样，这样整条网线的制作就算完成了。图 4-21 是一条两端都制作好水晶头的网线。 4．测试把水晶头的两端都做好后即可用网线测试仪（见图 4-22）进行测试，如果测试仪上 8 个.

(16) 第 4 章网络拓扑结构与网络体系结构. 指示灯都依次为绿色闪过，证明网线制作成功。如果出现任何一个灯为红灯或黄灯，都证明存在断路或者接触不良现象，此时最好先对两端水晶头再用网线钳压一次，再测，如果故障依旧，再检查一下两端芯线的排列顺序是否一样，如果不一样，随剪掉一端重新按另一端芯线排列顺序制作水晶头。如果芯线顺序一样，但测试仪在重做后仍显示红色灯或黄色灯，则表明其中肯定存在对应芯线接触不好。此时没办法了，只好先剪掉一端按另一端芯线顺序重做一个水晶头了，再测，如果故障消失，则不必重做另一端水晶头，否则还得把原来的另一端水晶头也剪掉重做。直到测试全为绿色指示灯闪过为止。对于制作的方法不同，测试仪上的指示灯亮的顺序也不同，如果是直通线测试仪上的灯，应该是依次顺序的亮，如果做的是双绞线，那么测试仪的一段的闪亮顺序应该是 3、6、1、4、5、2、7、8，如图 4-23 所示。. 图 4-19. 压制. 图 4-20. 图 4-21. 图 4-22. 网线测试仪. 制作完成的水晶头. 一条两端都制作好水晶头的网线. 图 4-23. 测试仪的闪亮顺序. 89.

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