计算机网络及多媒体技术复习资料

计算机网络及多媒体技术复习资料

计算机网络网络正改变这我们的工作和生活方式。 我国几大公用计算机网络

(1) 中国公用计算机互联网 CHINANET (2) 中国教育和科研计算机网 CERNET (3) 中国科学技术网 CSTNET (4) 中国联通互联网 UNINET

(5) 中国网通公用互联网 CNCNET

(6) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET (7) 中国移动互联网 CMNET (8) 中国长城互联网 CGWNET (9) 中国卫星集团互联网 CSNET 第1章 计算机网络概述 计算机网络的产生背景

是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物。 60 年代初，美国国防部领导的高级研究规划局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。

传统的电路交换(circuit switching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。 1.1 计算机网络的基本概念 计算机网络定义

就是利用通讯设备和线路，将地理位置不同的、功能的多个计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件（即由网络通讯协议、信息交换方式及网络操作系统等构成）实现网络中资源共享和信息传递的系统。 1.1 计算机网络的基本概念

简单定义：一些互相连接的、自治的计算机的集合。 因特网(Internet)是“网络的网络”。 计算机网络必须有以下三个要素：

计算机；通信设备和传输介质；协议。 1.1.2 计算机网络的发展史 3个阶段：

具有通信功能的单机系统/多机系统 计算机-计算机网络

局域网的兴起和分布式计算机模式的发展

分布式计算机网络结构特点是：互连、高速、智能 1.1.3计算机网络系统的基本组成

计算机网络系统是由通信子网、资源子网及一系列的协议组成的。 协议是计算机之间或计算机与子网通信使用的 软件和硬件是计算机网络赖以存在的基础

1. 网络硬件：工作站，服务器，交换机，路由器„

2. 网络软件：协议，操作系统，网络管理软件，网络应用软件„ 1.1.4 计算机网络的分类 按覆盖的地理范围划分

广域网WAN (Wide Area Network) 几十千米到几千千米 局域网LAN（Local Area Network）几千米以内

城域网MAN（Metropolitan Area Network）几十千米之内 分类 特点 覆盖典型传输速率 范围 分布区域 局域覆盖范围10米 房间 4Mbps～网小 2Gbps 100米 楼宇 LAN 共享一条数千校园 信道 米 网络出现故障概率较小 城域 网MAN 广域传输速度几十城网通常低于千WAN LAN 米～国9.6Kbps～市、45Mbps 10千城市 50Kbps～米 100Mbps 连接以非几千家、永久性布千米 洲、 线居多

按传输介质划分

有线网：双绞线、同轴电缆、光纤

全球

无线网：无线电波、微波、红外、激光 光纤就是光导纤维，主要成分SiO2； 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； 光源: 850nm/1310nm/1550nm； 按拓扑结构分类 （1）星型拓扑结构 （2）环形拓扑结构 特点：

信息沿固定方向流动，两结点之间有唯一通路 ； 某一结点发生故障，可以自动旁路，可靠性高； 结点过多时，影响传输效率； 扩充不方便。 （3）总线型拓扑结构 特点：

广播式网络 ;

总线负载能力有限，因此总线长度和结点都受到； 简单灵活，非常便于扩充； 可靠性高，网络响应速度快；

设备量少、价格低、安装使用方便； 共享资源能力强 。

总线形网络结构是目前使用最广泛的结构 （4）树形拓扑结构 特点：

具有一定容错能力； 也是广播式网络 ； 容易扩充。 （5）网状拓扑结构

在实际组网中,拓扑结构不一定是单一的,通常是几种结构的混用。 将多个子网或多个局域网连接起来构成网际拓扑结构。 几种常见的网络设备

网络接口卡：安装在计算机上

集线器：把不同计算机连接成星形结构 网桥：是连接两个相同类型子网的连接设备 网关：是连接两个不同类型子网的连接设备

路由器：是局域网与外部网络的连接部件。可连接不同类型不同速度的子网，并可参与网络的管理。

1.2 OSI/RM和TCP/IP模型

网络体系结构：计算机网络通信及网络服务软件系统的功能模块图 协议：计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合。 协议由语义、语法和变换规则3部分组成 语义规定通信双方“讲什么” 语法规定通信双方“如何讲” 变换规则规定双方的“应答关系”

实体：任何发送或接收信息的硬件或软件。 服务：面向连接的和无连接的

在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。 为什么要分层？

1各层之间相互； 2灵活性好；

3每层可以选择最为合适的实现技术，各层实现技术改变，不会影响其他层； 4易于实现和维护； 5易于标准化的实现；

6兼容不同厂商的标准接口。 OSI七层模型 应用层：处理网络应用 表示层：数据表示 会话层：主机间通信 传输层：端到端的连接 网络层：寻址和最短路径

数据链路层：介质访问（接入） 物理层：二进制传输 OSI各层的功能

（1）物理层 任务是透明地传送比特流。规定与传输介质接口的机械特性，电气特性，功能特性， 规程特性 （2）数据链路层 成帧、拆帧

――差错控制：确认帧和否认帧来对接收的帧差错控制 ――流量控制：发送方和接收方能力速度匹配 （3）网络层

路径选择、拥塞控制。 （4）传输层 保证多端口多进程通信； 差错校验和恢复； 信息流控制； （5）会话层

建立、管理、中止不同机器上的应用程序间的会话。 “会话”――完成一项任务而进行的一系列相关的信息交换。 （6）表示层

数据表示问题：即信息的语法和语义。 如：数据加密、解密；压缩、解压缩等 （7）应用层

为用户的应用程序提供网络通信服务识别、证实目的通信方的可用性；使协同工作的应用程序之间进行同步；判断是否为通信过程申请了足够的资源； 计算机数据发送过程

应用进程数据先传送到应用层，加上应用层首部，成为应用层 PDU 应用层 PDU 再传送到传输层加上传输层首部，成为传输层报文

传输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组） IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧 数据链路层帧再传送到物理层

最下面的物理层把比特流传送到物理媒体

电信号（或光信号）在物理媒体中传播：从发送端物理层传送到接收端物理层 物理层接收到比特流，上交给数据链路层

数据链路层剥去帧首部和帧尾部，取出数据部分，上交给网络层 网络层剥去首部，取出数据部分，上交给运输层 传输层剥去首部，取出数据部分，上交给应用层

应用层剥去首部，取出应用程序数据，上交给应用进程 TCP/IP模型

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）

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。 传输层提供了两种传输协议

●TCP面向连接的●UDP无连接的 相关网络术语

主机：拥有自己的IP地址的计算机终端：

服务器：为网络提供资源、控制管理或专门服务的计算机系统

客户机：接入网络的计算机，受网络服务器的控制和管理，能够共享网络上的各种资源。 代理服务器：是一个软件或软件系统，运行于局域网的一台计算机上。 第2章 数据通信基础 2.1 通信系统概述

通信的目的就是传递信息。 信息、数据和信号 信息（Information）

数据 (data) 是信息的符号表示。(模拟数据和数字数据)

信号（Signal）是数据的电、电磁、光、声波等编码方式,分为模拟信号和数字信号。 2.1.2 数据传输

(1)．模拟传输和数字传输

按传输信号类型不同，信道可分为模拟信道和数字信道。 数据通信（Data Communication） 模拟传输

优点：频谱较窄，信道利用率高

缺点:(1)信号容易失真且难以准确恢复；

(2)混入噪声在信号放大过程中一起被放大； (3)保密性差。

2.2 数据通信的性能指标 2.2.1 数据传输速率

码元：信道中传输的一个数字脉冲称为一个码元

码元传输速率：单位时间内在信道上传输的码元的个数，单位为波特（baud）。

数据传输速率：单位时间内在信道上传输的二进制位的个数，单位为比特每秒（bit/s）。 波特率与比特率的关系 n 为一个码元携带信息量的位数

M 为码元状态数

波特率一定的条件下，用1个码元表示更多的比特位可以提高信息传输速率。 比特率=nX波特率

任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。

码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。 数字信号通过实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真） 2.6 数据交换技术

两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。

当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。 “交换”的含义 在这里，“交换”(switching)的含义是：

转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。 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。 电路交换特点：

（1）有通话建立的时间

（2）通话建立后，信源与信宿之间有一条专用通信线路 （3）延迟小

（4）通信线路利用率低

报文交换的特点：无需建立连接，多路径，通信线路利用率高，延迟时间较长 结点需要较大的缓冲空间 分组交换的原理（一）

分组交换是综合了电路交换和报文交换的优点，并克服他们各自的缺点 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。 分组交换的原理（二）

每一个数据段前面添加上首部构成分组。 分组交换的原理（三）

分组交换网以“分组”作为数据传输单元。

依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。 分组首部的重要性

每一个分组的首部都含有地址等控制信息。

分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。 分组交换的原理（四）

接收端收到分组后剥去首部还原成报文。 分组交换的原理（五）

最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。

这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。 分组交换的优点

高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。

迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。

M2n

可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。 物理层

物理层建立在物理通信介质的基础上，为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。

物理层考虑的是如何才能在连接各种计算机的传输介质上传输比特流，而不必考虑连接各种计算机的具体物理设备和传输介质。

物理层定义：机械特性，电气特性，功能特性，规程特性 物理信道的建立、保持、拆除

物理层的主要任务描述为确定与传输介质的接口的一些特性，即：

机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。 电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。 规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 物理层的功能

利用传输介质为数据链路层提供物理连接；实现比特流的透明传输；保证比特流传输的可靠性；

物理层的网络连接设备 中继器（Repeater）：中继器工作在OSI参考模型的物理层上，其功能是对衰减的信号进行再生和放大。*中继器不仅起到扩展网络距离的作用，还可以连接不同传输介质的网络。 集线器（HUB） ：集线器具有多个端口，不仅用于集中网络连接，还可以重发数字信号。局域网中最常用的是连接以太网的HUB 。 3.2 物理层的特性

机械特性(mechanical characteristics)

机械特性规定了DTE和 DCE实际的物理连接。规定物理连接器的规格尺寸、插针或插孔的数量和排列情况、相应通信介质的参数和特性等。 常用的被ISO标准化的机械接口有：

●ISO 2110，25芯连接器，EIA RS-232-C， EIA RS-366-A

●ISO 2593，34芯连接器，V.35宽带MODEM

●ISO 4902，37芯和9芯连接器，EIA RS-449 ●ISO 4903，15芯连接器，X.20、X.21、X.22 RS-232C

EIA RS-232C是一种目前使用最广泛的串行物理接口 电气特性

电气特性规定了在链路上传输二进制比特流有关的电路特性，如信号电压的高低、阻抗匹配、传输速率和距离等，通常包括发送器和接收器的电气特性以及与互连电缆相关的有关规则等。

物理层电气特性分3类：非平衡型、新的非平衡型和平衡型。 功能特性

功能特性是指接口的信号根据其来源、作用以及与其它信号之间的关系而各自所具有的特性功能，即DTE-DCE之间各信号线的信号含义。

通常信号线可分为四类：数据线、控制线、同步线和接地线。 规程特性

规程特性就是协议。规程特性说明了交换电路进行数据交换的一组操作序列, 由这些规程来

完成位传输功能。规程特性定义DTE和DCE通过接口连接时，各信号线进行二进制位流传输的一组操作规程（动作序列），如，怎样建立、维持和拆除物理连接，全双工还是半双工操作等等。

RS-232-C/CCITT V.24与X.21是两个著名的物理层协议实例。 3.3.1 EIA RS-232-C

EIA RS-232C是美国电子工业协会(Electronic Industry Association, EIA)1969年修订的物理接口标准。RS(Recommended Standard)的意思是“推荐标准” ，232是一个标识号码, C表示该标准已被修改过的次数。

局域网常用双绞线：以箔屏蔽以减少干扰和串音

3类、5类双绞线外没有任何附加屏蔽。3类UTP和5类UTP绞合密度不同 双绞线线序及RJ-45接口 双绞线线序

EIA/TIA T568A标准 T568B 标准

T568A 白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕 T568B 白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕 RJ-45插座的接线方法 直通UTP电缆 交叉UTP电缆

4.1 数据链路层的基本概念

链路(link)是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。 一条链路只是一条通路的一个组成部分。

数据链路(data link) 除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。

现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。 一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。 数据链路层像个数字管道

常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。

早期的数据通信协议曾叫作通信规程(procedure)。因此在数据链路层，规程和协议是同义语。 数据链路层的基本功能

物理层:---物理链路---比特流传输---有差错的物理链路 数据链路层:---数据链路---帧传输---无差错的数据链路 讨论：

1. 在原始物理传输线路上传输数据信号是有差错的； 2. 设计数据链路层的主要目的:

在原始的、有差错的物理传输线路的基础上，采取差错检测、差错控制与流量控制等方法，将有差错的物理线路改进成无差错的数据链路，向网络层提供高质量的数据传输服务； 物理线路 -- 物理线路的建立、维护与释放比特流传输 ,比特同步,差错控制 数据链路 -- 数据链路的建立、维护与释放帧封装,帧传输,帧同步,帧的差错控制 数据链路层的功能 — 由帧来实现； 数据链路层的主要功能

(1) 帧定界（帧同步）(2) 差错控制(3) 流量控制(4) 链路管理 1. 帧同步

帧是数据链路层的传送单位，按OSI的术语就是数据链路层协议数据单元DL-PDU 。 如何将来自物理层的比特流组装成帧？

也就是如何确定帧的边界问题，这个问题称为帧同步。 2.差错控制

使用差错控制码产生的校验和可以检查出一帧在传输中是否发生了错误。一旦检查出错误后，通常采用反馈重发的方法来纠正错误。 5.1 局域网概述

局域网（LAN）是一种在有限地理范围内将许多PC机及各种设备互联在一起实现数据传输和资源共享的计算机网络。 局域网的特点

(1) 地理分布范围较小。(2) 数据传输速率高。(3) 误码率低。(4) 以PC机为主体。 (5) 一般包含OSI参考模型中的低三层功能，即涉及通信子网的内容。 (6) 协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。 局域网的发展

80年代局域网产品：三足鼎立 * Ethernet — 802.3 * Token Bus — 802.4 * Token Ring — 802.5 90年代： Ethernet一支独秀

因素：技术 — 成熟 策略 — 开放 市场 — 高性能价格比 网络适配器（网卡）

工作站与网络的接口设备，用于发送和接收数据帧。

除作为工作站连接入网的物理接口外，还控制帧的发送和接收 分ISA、EISA和PCI三种类型 网卡的功能

数据的封装与解封 发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。 链路管理 主要是 CSMA/CD 协议的实现。 编码与译码 即曼彻斯特编码与译码。 网络适配器（网卡）

网卡有AUI接口（粗缆接口）、BNC接口（细缆接口）和RJ-45接口（双绞线接口）三种接口类型。

多端口网桥——以太网交换机

1990 年问世的交换式集线器(switching hub)，可明显地提高局域网的性能。

交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层）。

以太网交换机通常都有十几个端口。因此，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。 交换机

数据交换机(Switch)也叫交换式集线器，它通过对信息进行内部处理后转发至指定端口，具备自动寻址能力和交换作用。交换机不懂得IP地址，但它可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。

局域网的拓扑：总线网，星形网，树形网

环形网：结点使用点—点线路连接，构成闭合的物理的环型结构；环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；多个结点共享一条环通路；

局域网的分类（1）拓扑结构（2）传输介质（3）访问传输介质方法（4）网络操作系统 总线型拓扑构型

总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介质”方式；所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；

所有结点都可以通过总线传输介质以“广播”方式发送或接收数据，因此出现“冲突(collision)”是不可避免的；“冲突” 会造成传输失败；

必须解决多个结点访问总线的介质访问控制(MAC， Medium Access Control)问题。 介质访问控制方法要解决以下几个问题：

该哪个结点发送数据？发送时会不会出现冲突？出现冲突怎么办？

局域网的特性主要涉及拓扑结构、传输介质和介质访问控制（MAC）3个方面。 这三个方面在很大程度上决定了传输信息的形式、通信速率和效率、信道容量以及网络所支持的服务类型。

介质访问控制是指在局域网中对数据传输介质进行访问管理的方法。 根据介质访问控制的方法可以将局域网分为以太网、令牌网等。 5.3局域网的体系结构 电气和电子工程师协会（Institute of Electronical and Electronics Engineers, IEEE）于1980年2月专门成立了IEEE 802委员会，专门制定局域网的国际标准，即著名的IEEE 802参考模型。 介质访问控制子层（MAC）

MAC是数据链路层上特有的一个子层，用于解决共享信道的分配问题。 IEEE 802 已规定的MAC有CSMA/CD、令牌总线、令牌环等。

MAC子层要完成MAC帧的封装/解封和介质访问控制两个主要功能。 MAC地址

MAC地址是主机在网络中的站地址或物理地址（硬件地址） 48bit的全球地址，固化在网卡的ROM中 严格的讲MAC地址用该是一个站标识符。 MAC地址与IP地址的区别

IP地址是指Internet协议使用的地址（32位），而MAC地址是Ethernet协议使用的地址。 每个Ethernet网卡生产厂家必须向IEEE组织申请一组MAC地址，在生产网卡时在网卡的串行EEPROM中写入一个唯一的MAC地址。

每个Internet服务提供商（ISP）必须向有关组织申请一组IP地址，然后一般是动态分配给其用户。

Ethernet地址结构

Ethernet地址 = Manufacture ID + NIC ID

24bit 24bit 公司：Cisco 00-00-0c

Novell 00-00-1B

00-00-D8 3Com 00-20-AF

00-60-8C IBM 08-00-5A 典型的Ethernet地址 ：

00-60-8C -01-28-12

000000001010000010001100 000000010010100000010010 Ethernet地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡； 网卡上的硬件地址 路由器

路由器由于同时连接到两个网络上， 因此它有两块网卡和两个硬件地址。 5.4 IEEE 802.3标准和以太网(续)

以太网(Ethernet)最初是美国Xerox（施乐）公司和STANFORD大学Palo Alto研究中心合作于1975年推出的一种局域网。

1980年9月，DEC、Intel、Xerox三公司合作公布Ethernet 物理层和数据链路层的规范，也称DIX规范。 两个以太网标准

DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。 IEEE 的 802.3 标准。

DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。 严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网 具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。 IEEE 802.3标准与10Mbit/s以太网

IEEE802.3定义了基带传输和宽带传输两大类标准 IEEE 802.3帧格式

前导码字段P占7个字节，每个字节的比特模式为“10101010”，用于实现收发双方的时钟同步。

帧起始定界符字段SFD占1个字节，其比特模式为“10101011”，它紧跟在前导码后，用于指示一帧的开始。

IEEE 802.3的字段长度在0～1500之间；

为使CSMA/CD协议正常操作，需要维持一个最短帧长度 ；

帧校验序列FCS字段是32位(即4个字节)的循环冗余码(CRC)，其校验范围不包括前导字段P及帧起始定界符字段SFD。 CSMA&CSMA/CD原理

总线争用技术可分为载波监听多路访问CSMA和具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD两大类。

IEEE 802.3标准采用CSMA/CD协议。 CSMA&CSMA/CD原理

“多路访问”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 总线上并没有什么“载波”。因此， “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。 CSMA

载波监听多路访问CSMA的技术，也称做先听后说LBT(Listen Before Talk)。

要传输数据的站点首先对介质上有无载波进行监听，以确定是否有别的站点在传输数据。 若信道空闲,传送,若忙,避让一段时间再尝试。

CSMA/CD

CSMA无法杜绝冲突问题 冲突检测（CD ）技术

“冲突检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。

当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压浮动值将会增大（互相叠加）。 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了冲突（碰撞）。 检测到冲突后

在发生冲突时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。 每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了冲突，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。 以太网在局域网中的统治地位

10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过 100 m。

这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。 10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。 以太网交换机

集线器---共享式网络----广播转发

交换机---交换式网络---基于MAC地址交换 5.8 虚拟局域网

虚拟局域网 VLAN 是采用交换机技术，将原有的网络分成几个逻辑子网。

虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。

虚拟局域网了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。 VLAN的实现方式 VLAN有3种实现技术 （1）基于端口实现方法

（2）基于MAC地址实现方法 （3）基于IP地址实现方法 第 6 章 网络层 6.1 网络层概述

通信子网最上面的一层

完成任意两个端系统之间的数据透明传送

主要解决如何使分组跨越子网从源站点发送到目的站点的问题

网络层的主要功能：路由选择，拥塞控制，网络互联，为传输层提供服务 6.2路由算法

路由算法，是指选择和建立一条合适的（符合某个评判准则的）物理或逻辑的通路，以供进网数据从源节点传送而到达宿节点的控制过程。 对路由选择算法的要求

算法简单 — 减少软件处理时间；

适应性 — 能适应网络拓扑结构与通信量的变化； 算法稳定 — 应收敛于一个可接受的解； 公正 — 对所有用户是公平的； 尽可能最佳 — 最低费用

静态路由选择策略

静态路由选择策略不用测量也不需利用网络信

息，这种策略按某种固定规则进行路由选择 1）泛射路由选择法（2）固定路由选择法 （3）随机路由选择法 动态路由选择策略

节点的路由选择要依靠网络当前的状态信

息来决定的策略，称动态路由选择策略。 （1）路由选择（2）集中路由选择（3）分布路由选择 最佳路由

不存在一种绝对的最佳路由算法。

所谓“最佳”只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已。 实际的路由选择算法，应尽可能接近于理想的算法。 路由选择是个非常复杂的问题

它是网络中的所有结点共同协调工作的结果。

路由选择的环境往往是不断变化的，而这种变化有时无法事先知道。 从路由算法 的自适应性考虑

静态路由选择策略——非自适应路由选择，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化。

动态路由选择策略——自适应路由选择，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。 扩散法

不需要路由表（不计算路径，有路就走） 如何解决死循环问题？ 两个办法：

在分组头设一个计数器，每经过一个结点自动加1，超过规定值则丢弃该分组。 每个结点建立登记表，分组再次经过时丢弃。 缺点：重复分组多，浪费带宽 优点：可靠性高，路径最短 最短路由算法（Dijkstra 1959）

把网络抽象成一个图，每个路由器为图中的一个点，每条物理线路为一条边。路由算法只需在两个结点之间找到最短路径。 集合S，数组R，数组D

S为尚未找到最短路径的结点集合；

R[i]为原结点到i结点的路径上，i结点的前一结点； D[i]是原结点到i结点的最短路径。 动态路由算法 通知机制

动态路由算法3个步骤：（1）测量（2）通知（3）计算更新路由。 6.2.3 距离矢量路由算法（D-V算法） 两个矢量来实现：D矢量和S矢量 D[i,j]表示i结点到j结点的最短距离 S[i,j]表示i结点到j结点的下一结点

各结点不定期的交换D矢量，根据D矢量和S矢量更新路由表 路由信息协议 RIP

(Routing Information Protocol) 1. 工作原理

路由信息协议 RIP 是内部网关协议 IGP中最先得到广泛使用的协议。 RIP 是一种分布式的基于距离矢量的路由选择协议。

RIP 协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。 “距离”的定义

从一路由器到直接连接的网络的距离定义为 1。

从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加 1。

RIP 协议中的“距离”也称为“跳数”(hop count)，因为每经过一个路由器，跳数就加 1。 RIP 协议的三个要点

仅和相邻路由器交换信息。

交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。 按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。 路由表的建立

路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连接的网络的距离（此距离定义为1）。 以后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。 经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。

RIP 协议的收敛(convergence)过程较快，即在自治系统中所有的结点都得到正确的路由选择信息的过程。

路由器之间交换信息

RIP协议让互联网中的所有路由器都和自己的相邻路由器不断交换路由信息，并不断更新其路由表，使得从每一个路由器到每一个目的网络的路由都是最短的（即跳数最少）。 虽然所有的路由器最终都拥有了整个自治系统的全局路由信息，但由于每一个路由器的位置不同，它们的路由表当然也应当是不同的。 RIP 协议的优缺点

RIP 存在的一个问题是当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。

RIP 协议最大的优点就是实现简单，开销较小。

RIP 了网络的规模，它能使用的最大距离为 15（16 表示不可达）。 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网络规模的扩大，开销也就增加。 6.3 拥塞控制

大量分组短时间内进入通信子网（或局部），造成网络处理能力下降的现象

造成拥塞的原因（1）结点的存储能力（内存容量）不够（2）计算能力（CPU速度）不够 （3）数据处理能力（线路带宽）不够

注意：拥塞不仅仅是网络层的原因，引起拥塞的原因很多，有可能是数据链路层的问题，也有可能是传输层的问题 拥塞控制通用原则 开环控制和闭环控制

开环控制：用良好的设计确保问题不会发生

开环控制手段：确定何时接受新的流量，确定何时丢弃分组及丢弃哪些分组，以及在网络的不同点上执行调度决策。

高速网络一般用开环控制的方法：闭环控制

通过反馈的方法，包括3个步骤（1）监视系统，检测何时何地发生了拥塞；（2）将拥塞信息传递到能够采取行动的地方；（3）调整系统运行以解决出现的问题。 闭环算法分为两类：（1）显示反馈（2）隐式反馈 6.3.2 拥塞预防策略 两种方法：（1）通信量平滑工具（2）长期平均速率整形工具 拥塞控制的主要目的是在发生轻微拥塞的情况下，防止网路性能的进一步恶化，使网路恢复正常运行状态。

两种措施：终点控制和源点控制拥塞恢复策略

拥塞恢复的主要目的是在网路发生严重拥塞的情况下减少数据流量，以减轻拥塞，使网路恢复到轻微拥塞直至正常状态。

最有效的方法是负载丢弃。先丢弃优先级低的分组，再丢弃优先级高的。 “转发”和“路由选择”的区别

“转发”(forwarding)就是路由器根据转发表将用户的 IP 数据报从合适的端口转发出去。 “路由选择”(routing)则是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况，动态地改变所选择的路由。

路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表得出的。 6.5 网络层协议簇

网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一 。与 IP 协议配套使用的还有四个协议： 地址解析协议 ARP 逆地址解析协议 RARP因特网控制报文协议 ICMP 因特网组管理协议 IGMP 分类的

IP 地址

1. IP 地址及其表示方法

我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是惟一的 32 bit 的标识符。 IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN进行分配 分类 IP 地址

每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。 两级的 IP 地址可以记为：

IP 地址 ::= { <网络号>, <主机号>} (6-1) ::= 代表“定义为” 路由器转发分组的步骤

先按所要找的 IP 地址中的网络号 net-id 把目的网络找到。

当分组到达目的网络后，再利用主机号host-id 将数据报直接交付给目的主机。

按照整数字节划分 net-id 字段和 host-id 字段，就可以使路由器在收到一个分组时能够更快地将地址中的网络号提取出来。

采用点分十进制记法：则进一步提高可读性 IP 地址的一些重要特点

(1) IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是：

第一，IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。

第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。

IP 地址的一些重要特点

(2) 实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。

当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址，其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多接口主机(multihomed host)。 由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。 2. 常用的三种类别的 IP 地址 A类：1.x.y.z ～ 126.x.y.z B类：128.x.y.z ～ 191.x.y.z C类：192.x.y.z ～ 223.x.y.z

在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。

路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。 特殊IP 地址

(1) 网络地址：主机地址全为“0 ”的IP地址 (2) 直接广播地址：主机地址全为“1 ”的IP地址 (3) 有限广播地址：32位全“1”的IP地址 (4) 主机本身地址： 32位全“0”的IP地址 全局IP地址 专用IP地址：

10.0.0.0~10.255.255.255 1个A类地址

172.16.0.0~172.31.255.255 16个连续的B类地址 192.168.0.0~192.168.255.255 256 个连续的B类地址 网络中IP地址的分配：静态地址和动态地址 6.3 划分子网

划分子网的基本思路

凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。 然后此路由器在收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。最后就将 IP 数据报直接交付给目的主机。

当没有划分子网时，IP 地址是两级结构，地址的网络号字段也就是 IP 地址的“因特网部分”，而主机号字段是 IP 地址的“本地部分”。

划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。划分子网只是将 IP 地址的本地部分进行再划分，而不改变 IP 地址的因特网部分。 2. 子网掩码

从一个 I P数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网的划分。

使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。 6.3.3 无分类编址 CIDR

CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。 IP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。 CIDR 最主要的特点

无分类的两级编址的记法是：

IP地址 ::= {<网络前缀>, <主机号>} (6-3)

CIDR 还使用“斜线记法”(slash notation)，它又称为CIDR记法，即在IP地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的比特数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中比特 1 的个数）。

CIDR 将网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR地址块”。 6.5.3 地址解析协议 ARP 和 逆地址解析协议 RARP

不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。

每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。

当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报时，就先在其 ARP 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。 应当注意的问题

ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。 如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。 应当注意的问题

从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。 只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知 IP 地址的主机或路由器进行通信，ARP 协议就会自动地将该 IP 地址解析为链路层所需要的硬件地址。 IP 数据报的格式

一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。

首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。 在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。 PING (Packet InterNet Groper)

PING 用来测试两个主机之间的连通性。

PING 使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文。

PING 是应用层直接使用网络层 ICMP 的例子，它没有通过运输层的 TCP 或UDP。 7.1 传输层基本概念 从通信和信息处理的角度看，传输层向它上面的应用层提供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层。 应用进程之间的通信

两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应用进程互相通信。 应用进程之间的通信又称为端到端的通信。 传输层的一个很重要的功能就是复用和分用。应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交到传输层，再往下就共用网络层提供的服务。 “传输层提供应用进程间的逻辑通信”。“逻辑通信”的意思是：传输层之间的通信好像是沿水平方向传送数据。但事实上这两个传输层之间并没有一条水平方向的物理连接。 传输层的主要功能

传输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）。 传输层还要对收到的报文进行差错检测。

传输层需要有两种不同的传输协议，即面向连接的 TCP 和无连接的 UDP。

端口的概念

端口就是传输层服务访问点 TSAP。

端口的作用就是让应用层的各种应用进程都能将其数据通过端口向下交付给传输层，以及让传输层知道应当将其报文段中的数据向上通过端口交付给应用层相应的进程。 从这个意义上讲，端口是用来标志应用层的进程。 端口

端口用一个 16 bit 端口号进行标志。 端口号只具有本地意义，即端口号只是为了标志本计算机应用层中的各进程。在因特网中不同计算机的相同端口号是没有联系的。 两类端口

一类是周知端口，其数值一般为 0~1023。当一种新的应用程序出现时，必须为它指派一个周知端口。另一类则是一般端口，用来随时分配给请求通信的客户进程。 TCP/IP的传输层有两个不同的协议：

(1) 用户数据报协议 UDP (2) 传输控制协议 TCP 两个对等传输实体在通信时传送的数据单位叫作传输协议数据单元 应用层协议的特点

每个应用层协议都是为了解决某一类应用问题，而问题的解决又往往是通过位于不同主机中的多个应用进程之间的通信和协同工作来完成的。应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。

应用层的许多协议都是基于客户服务器方式。客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。 8.1 域名系统 DNS 8.1.1 域名系统概述

许多应用层软件经常直接使用域名系统 DNS (Domain Name System)，但计算机的用户只是间接而不是直接使用域名系统。

因特网采用层次结构的命名树作为主机的名字，并使用分布式的域名系统 DNS。

名字到域名的解析是由若干个域名服务器程序完成的。域名服务器程序在专设的结点上运行，运行该程序的机器称为域名服务器。 8.1.2 域名空间

因特网采用了层次树状结构的命名方法。

任何一个连接在因特网上的主机或路由器，都有一个惟一的层次结构的名字，即域名。 域名的结构由若干个分量组成，各分量之间用点隔开：„ .三级域名.二级域名.顶级域名 各分量分别代表不同级别的域名。 顶级域名 TLD

(1) 国家顶级域名 nTLD：如: .cn 表示中国，.us 表示美国，.uk 表示英国，等等。 (2) 国际顶级域名 iTLD：采用.int。国际性的组织可在 .int 下注册。 (3) 通用顶级域名 gTLD：最早的顶级域名是：

.com 表示公司企业.net 表示网络服务机构 .org 表示非赢利性组织.edu 表示教育机构.gov 表示部门（美国专用） .mil 表示军事部门（美国专用） 新增加了七个通用顶级域名

.aero 用于航空运输企业.biz 用于公司和企业.coop 用于合作团体.info 适用于各种情况.museum 用于博物馆.name 用于个人.pro 用于会计、律师和医师等自由职业者 域名解析过程

通过UDP包传输请求和应答 8.2 电子邮件

电子邮件(e-mail)是因特网上使用得最多的和最受用户欢迎的一种应用。

电子邮件把邮件发送到 ISP 的邮件服务器，并放在其中的收信人邮箱中，收信人可随时上网到 ISP 的邮件服务器进行读取。

电子邮件不仅使用方便，而且还具有传递迅速和费用低廉的优点。 现在电子邮件不仅可传送文字信息，而且还可附上声音和图像。 电子邮件的一些标准

在 1982 年制定出简单邮件传送协议 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) 和因特网文本报文格式，它们都已成为因特网的正式标准。

1993 年提出了通用因特网邮件扩充 MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions)。 MIME 在其邮件首部中说明了邮件的数据类型(如文本、声音、图像、视像等)。在 MIME 邮件中可同时传送多种类型的数据。 用户代理 UA (User Agent)

用户代理 UA 就是用户与电子邮件系统的接口。 用户代理的功能是：撰写、显示和处理。

邮件服务器的功能是发送和接收邮件，同时还要向发信人报告邮件传送的情况（已交付、被拒绝、丢失等）。

邮件服务器按照客户服务器方式工作。邮件服务器需要使用两个不同的协议。 SMTP 协议用于发送邮件。邮局协议 POP (Post Office Protocol) 用于接收邮件。 应当注意一个邮件服务器既可以作为客户，也可以作为服务器。 电子邮件的发送和接收过程

(1) 发信人调用用户代理来编辑要发送的邮件。

用户代理用 SMTP 把邮件传送给发送端邮件服务器。

(2) 发送端邮件服务器将邮件放入 邮件缓存队列中，等待发送。

(3) 运行在发送端邮件服务器的 SMTP 客户进程，发现在邮件缓存中有待发送的邮件，就向运行在接收端邮件服务器的 SMTP 服务器进程发起 TCP 连接的建立。

(4) TCP 连接建立后，SMTP 客户进程开始向远程的 SMTP 服务器进程发送邮件。当所有的待发送邮件发完了，SMTP 就关闭所建立的 TCP 连接。

(5) 运行在接收端邮件服务器中的 SMTP 服务器进程收到邮件后，将邮件放入收信人的用户邮箱中，等待收信人在方便时进行读取。

(6) 收信人在打算收信时，调用用户代理，使用 POP3（或 IMAP）协议将自己的邮件从接收端邮件服务器的用户邮箱中的取回（如果邮箱中有来信的话）。 电子邮件的组成

电子邮件由信封(envelope)和内容(content)两部分组成。 电子邮件的传输程序根据邮件信封上的信息来传送邮件。用户在从自己的邮箱中读取邮件时才能见到邮件的内容。

在邮件的信封上，最重要的就是收信人的地址。 电子邮件地址的格式

TCP/IP 体系的电子邮件系统规定电子邮件地址的格式如下： 收信人邮箱名@邮箱所在主机的域名 (8-1) 符号“@”读作“at”，表示“在”的意思。 例如，电子邮件地址 wfhjj@sina.com.cn 8.4 万维网

8.4.1 Web的基本结构

万维网 WWW (World Wide Web)并非某种特殊的计算机网络。 万维网是一个大规模的、联机式的信息储藏所。

万维网用链接的方法能非常方便地从因特网上的一个站点访问另一个站点，从而主动地按需获取丰富的信息。这种访问方式称为“链接”。 超媒体与超文本

万维网是分布式超媒体(hypermedia)系统，它是超文本(hypertext)系统的扩充。 一个超文本由多个信息源链接成。利用一个链接可使用户找到另一个文档。这些文档可以位于世界上任何一个接在因特网上的超文本系统中。超文本是万维网的基础。 超媒体与超文本的区别是文档内容不同。超文本文档仅包含文本信息，而超媒体文档还包含其他表示方式的信息，如图形、图像、声音、动画，甚至活动视频图像。 万维网的工作方式

万维网以客户服务器方式工作。

浏览器就是在用户计算机上的万维网客户程序。万维网文档所驻留的计算机则运行服务器程序，因此这个计算机也称为万维网服务器。

客户程序向服务器程序发出请求，服务器程序向客户程序送回客户所要的万维网文档。 在一个客户程序主窗口上显示出的万维网文档称为页面(page)。 万维网必须解决的问题

(1) 怎样标志分布在整个因特网上的万维网文档？

使用统一资源定位符 URL (Uniform Resource Locator)来标志万维网上的各种文档。 使每一个文档在整个因特网的范围内具有惟一的标识符 URL。 万维网必须解决的问题

(2) 用何协议实现万维网上各种超链的链接？

在万维网客户程序与万维网服务器程序之间进行交互所使用的协议，是超文本传送协议 HTTP (HyperText Transfer Protocol)。

HTTP 是一个应用层协议，它使用 TCP 连接进行可靠的传送。 万维网必须解决的问题

(3) 怎样使各种万维网文档都能在因特网上的各种计算机上显示出来，同时使用户清楚地知道在什么地方存在着超链？

超文本标记语言 HTML (HyperText Markup Language)使得万维网页面的设计者可以很方便地用一个超链从本页面的某处链接到因特网上的任何一个万维网页面，并且能够在自己的计算机屏幕上将这些页面显示出来。 万维网必须解决的问题

(4) 怎样使用户能够很方便地找到所需的信息？

为了在万维网上方便地查找信息，用户可使用各种的搜索工具（即搜索引擎）。 8.4.4 超文本标记语言 HTML (HyperText Markup Language) 1. HTML 概述

超文本标记语言 HTML 中的 Markup 的意思就是“设置标记”。 HTML 定义了许多用于排版的命令（标签）。

HTML 把各种标签嵌入到万维网的页面中。这样就构成了所谓的 HTML 文档。HTML 文档是一种可以用任何文本编辑器创建的 ASCII 码文件。 HTML 文档

仅当 HTML 文档是以.html 或 .htm 为后缀时，浏览器才对此 文档的各种标签进行解释。

如 HTML 文档改换以 .txt 为其后缀，则 HTML 解释程序就不对标签进行解释，而浏览器只能看见原来的文本文件。

当浏览器从服务器读取 HTML 文档后，就按照 HTML 文档中的各种标签，根据浏览器所使用的显示器的尺寸和分辨率大小，重新进行排版并恢复出所读取的页面。 2. HTML 的格式与标签

元素(element)是 HTML 文档结构的基本组成部分。一个 HTML 文档本身就是一个元素。每个 HTML 文档由两个主要元素组成：首部(head)和主体(body) 。

首部包含文档的标题(title)，以及系统用来标识文档的一些其他信息。标题相当于文件名。 文档的主体是 HTML 文档的最主要的部分。

主体部分往往又由若干个更小的元素组成，如段落(paragraph)、表格(table)、和列表(list)等。 HTML 的标签

HTML用一对标签（即一个开始标签和一个结束标签）或几对标签来标识一个元素。 开始标签由一个小于字符“<”、一个标签名、和一个大于字符“>”组成。 结束标签和开始标签的区别只是在小于字符的后面要加上一个斜杠字符“/”。 虽然标签名并不区分大写和小写。 有一些标签可以将结束标签省略。 8.5.5 万维网页面中的超链 1. 链接到其他网点上的页面

定义一个超链的标签是。字符A表示锚(Anchor)。 在HTML文档中定义一个超链的语法是：

X 2. 链接到一个本地文件

远程链接：超链的终点是其他网点上的页面。 本地链接：超链指向本计算机中的某个文件。 浏览器的主要组成部分

浏览器有一组客户、一组解释程序，以及管理这些客户和解释程序的控制程序。 控制程序是其中的核心部件，它解释鼠标的点击和键盘的输入，并调用有关的组件来执行用户指定的操作。

解释程序 HTML 解释程序是必不可少的，而其他的解释程序则是可选的。 解释程序把 HTML 规格转换为适合用户显示硬件的命令来处理版面的细节。 许多浏览器还包含 FTP 客户，用来获取文件传送服务。

一些浏览器也包含电子邮件客户，使浏览器能够发送和接收电子邮件。 浏览器中的缓存

浏览器将它取回的每一个页面副本都放入本地磁盘的缓存中。

当用户用鼠标点击某个选项时，浏览器首先检查磁盘的缓存。若缓存中保存了该项，浏览器就直接从缓存中得到该项副本而不必从网络获取，这样就明显地改善浏览器的运行特性。 。 但缓存要占用磁盘大量的空间，而浏览器性能的改善只有在用户再次查看缓存中的页面时才有帮助。许多浏览器允许用户调整缓存策略。

第二章 媒体及媒体技术 2.1 媒体的种类和特点 2.1.1 常见的媒体元素

文本：文本是计算机文字处理程序的基础，文本数据可以在文本编辑软件里制作 文本文件分类：非格式化文本 格式化文本文件文件

带有各种文本排版信息等格式信息的文本文件 段落格式、字体格式、文章的编号、分栏、边框 文字的变化：格式（sty1e）、字的定位（align）、字体（font）、字的大小（size） 2.1.1 常见的媒体元素 图形

图形的概念

一般指用计算机绘制的画面，如直线、圆、圆弧、矩形、任意曲线和图表等。图形的格式是一组描述点、线、面等几何图形的大小、形状及其位置、维数的指令集合，在图形文件中只记录生成图的算法和图上的某些特征点，也称矢量图。 2.1.1 常见的媒体元素 1图形 图形的特征

图形是对图象进行抽象的结果（人工或自动）；

图形的矢量化使得有可能对图中的各个部分分别进行控制（放大、缩小、旋转、变形、扭曲、移位等）

图形的产生需要计算时间 2图像 图像的概念

图像是指由输入设备捕捉的实际场景画面，或以数字化形式存储的任意画面。 静止的图像是一个矩阵，由一些排成行列的点组成，这些点称之为像素点（pixel），这种图像称为位图（bitmap）。

图像的主要技术参数：分辨率

屏幕分辨率：计算机显示器屏幕显示图像的最大显示区 图像分辨率： 数字化图像的大小

像素分辨率：像素的宽高比，一般为1∶1 图像灰度：每个图像的最大颜色数

2位：黑白2色；4位：16色；8位：256色；24位：真彩色 图像文件大小：（高×宽×灰度位数）/8 字节 图形与图象的关系

图形是矢量概念，图元；图象是位图概念，象素； 图形显示图元顺序；图象显示象素顺序； 图形变换无失真；图象变换有失真；

图形以图元为单位修改属性、编辑；图象只能对象素或图块处理； 图形是对图象的抽象，但在屏幕上两者无异 3视频

视频的概念： 视频源于电视技术，它由连续的画面组成。这些画面以一定的速率连续地投射在屏幕上，使观察者具有图像连续运动的感觉。 视频的制式PAL制（625/50） SECAM制（625/50）

视频的数字化： 指在一段时间内以一定的速度对视频信号进行捕获并加以采样后形成数字化数据的处理过程。 4音频 分类

波形声音：包含了所有的声音形式，它可以把任何声音都进行采样量化，并恰当地恢复出来。 语音：人的说话声虽是一种特殊的媒体，但也是一种波形，所以和波形声音的文件格式相同。

音乐:符号化了的声音，乐谱可转变为符号媒体形式。 5动画

动画的概念

运动的图画，实质是一幅幅静态图像的连续播放。动画的连续播放既指时间上的连续，也指图像内容上的连续，即播放的相邻两幅图像之间内容相差不大 。 计算机设计动画方法 : 造型动画 ,帧动画 2.1.3 媒体的性质和特点

各种媒体具有不同特点和性质 1媒体是有格式的 2不同媒体表达信息的特点和程度各不相同 3媒体之间可以相互转换 4媒体之间的关系也具有丰富的信息 5媒体具有空间性质 6表现空间 7媒体按相互的空间关系进行组织8视觉空间、听觉空间和触觉空间这3者既相互又需要相互结合

媒体的时间性质 ：表现需要时间，媒体在时间坐标轴上的相互关系

媒体的语义 ：媒体的语义是有层次的，抽象的程度不同，语义的重点也就不同 媒体结合的影响 ：媒体结合是多层次的 ，媒体结合有利于信息接受和理解 隐喻 ：交互的概念模型，也称心智模型 2.2 听觉媒体技术

2.2.2 音频的数字化和符号化

从人与计算机交互的角度看，音频信号的处理包括下述3点：

1人与计算机通信，也就是计算机接收音频信号。包括音频获取、语音的识别和理解。 2计算机与人通信，也就是计算机输出音频。包括音乐合成、语音合成、声音的定位以及音频视频的同步。

3人-计算机-人通信。人通过网络与异地的人进行语音通信，相关的音频处理有语音采集、音频的编码和解码、音频的存储、音频的传输、基于内容的检索等。

音乐的符号化－ MIDI(Music Instrument Digital Interface)是指乐器数字接口的国际标准。 MIDI的特点：与波形声音相比，MIDI不是声音数据而是指令，所以数据量要少得多。 2.3 视觉媒体技术 2.3.2 模拟视频原理 光栅扫描原理

视频摄像机将图像转换为电信号，电信号是一维的，但图像是二维的，将二维图像转成为一维电信号是由光栅扫描的方法实现的。快速的扫描线从顶部开始，一行一行地向下扫描，直至显示器的最底部，然后再返回顶部的起点，重新开始扫描。这个过程产生的一个有序的图像信号集合，就组成了电视显示中的一幅图像，在此称为帧。连续不断的图像序列就形成了动态视频图像。

分辨率表现的是电视系统中重现场景细节的能力。水平扫描线所能分辨出的点数称为水平分辨率。一般来说，点数越小，线越细，分辨率就越高。一个系统的水平分辨率为400线，指在对应于图像高度的水平距离内能交替显示200条白线和200条黑线。相应地，一帧中垂直扫描的行数称为垂直分辨率。垂直分辨率和每帧中的扫描线有关，扫描线越多，分辨率就越高。广播电视系统垂直的行数一般是525线（北美和日本）和625线（欧洲和中国）。 现有的几种不同的复合信号有NTSC、PAL和SECAM。根据亮度/色度原理，任何彩色信号都可以分为亮度和色度。色度只要使用色差就可以表示颜色信号，而不必使用RGB三个完整的信号。将亮度和色度交错排列分别放到电缆上，就组成了复合信号。

视频设备：按照用途不同，视频设备可以分为广播、专业和消费三个级别。广播级一般是大型的电视台和网络站使用，它的性能最好，用于大系统应用，价格昂贵；专业级一般用于教育界和工业界的小广播站，有较好的性能。而消费级是家用设备，一般操作简单、性能可靠，

一般价格是第一位的。 1．位图图像与数字视频

在一幅图像的X轴上是一行的点数，在Y轴上是行数。X、Y的交叉点就是一个象素，每一个象素可以有若干比特来表示。按照标准间隔在时间轴上采样的图像组组成视频序列。所以可以说，图像是离散的视频，而视频是连续的图像。当进行再现时，被表示称数字形式的数据按格式和时间送上显示器，就又恢复了原先的形态。其它的视觉媒体如文字、图形等，在显示原理上都是以此为基础的，它们都是通过预先的编码表示出显示的形式，在再现时，在显示器上画出所要的图形或者文字。 2．图形

图形(Graphics)：一种抽象化的图像，是对图像依据某个标准进行分析而产生的结果。它不直接描述数据的每一点，而是描述产生这些点的过程及方法。因此被称之为矢量图形，一般直接称为图形。

矢量图形是以一组指令的形式存在的，这些指令描述一幅图中所包含的直线、圆、弧线、矩形的大小和形状，也可以用更为复杂的形式表示图像中曲面、光照、材质等效果。在计算机上显示一幅图像时，首先要解释这些指令，然后将它们转变成屏幕上显示的形状和颜色。 第10章 多媒体数据压缩技术

多媒体计算机系统中，要处理、传输、存储的多媒体信息，主要包括数字、文本、图形、图像、视频等媒体类型。

这些媒体的表示在计算机系统中以大量数据存在，所以数据的高效表示和压缩技术就成为多媒体系统的关键技术。 概述

1.为什么要数字化？

采用模拟方式表示声音和图像信息缺点：易出故障；不适合数字计算机加工处理。 对多媒体信息进行数字化处理的优点：：提高稳定性、精确性；适于计算机处理。 2.数据压缩的必要性

数字化处理面临的主要问题是巨大的数据量

例1：A4幅面（21.6cm*30cm)的彩色照片，用扫描仪采样（设12dot/cm)，像素用24bit彩色信号表示。则其数据量为： (21.6*12)*(30*12)*24Bit = 26.7M

例2 双声道立体声。若16位，22.05kHz，录制1分钟，数据=？ （22.05*1000*16*2*60）/（8*1000*1000） = 5.292 M 关键：——数据压缩。

解决如下问题：存储、存取、处理，传输 3. 数据压缩的可能性

图像和视频中存在大量冗余信息。什么是冗余？ 相同或者相似信息的重复

可以在空间范围重复，也可以在时间范围重复 可以是严格重复，也可以是以某种相似性重复

常见冗余种类（1）空间冗余（2）时间冗余（3）信息熵冗余 （4）结构冗余（5）先验知识冗余 （6）视觉冗余（7）其他冗余 （1）空间冗余

这是静态图像中存在的最主要的一种数据冗余

在同一幅图像中，规则物体和规则背景的表面物理特性具有相关性 即对同一景物表面上采样点的颜色之间存在着空间连贯性

例如：图像中一片连续的区域，其像素为相同的颜色，空间冗余产生 帧内压缩：图——Bitmap——存储器——颜色相同的块——帧内压缩 （2）时间冗余

序列图像(电视图像、动画)和语音数据中所经常包含的冗余 一组连续的画面之间往往存在着时间和空间的相关性 （3）信息熵冗余

信息熵：一组数据所携带的信息量。

冗余的产生是因为：在信源符号的表示过程中未遵循信息论下最优编码而造成。 通过熵编码进行压缩 （4）结构冗余

在某些场景中，存在着明显的分布模式——结构 结构可以通过特定的过程来生成 例如：方格状的地板，蜂窝，砖墙等 （5）知识冗余

有许多图像的理解与某些基础知识有相当大的相关性 这类规律性的结构可以由先验知识和背景知识得到 例如：人脸的图像 （6）视觉冗余

可以根据这些视觉特性来对图象信息进行取舍

人类的视觉系统对图像场的敏感性：非均匀和非线性的 对亮度变化敏感，而对色度的变化相对不敏感 在高亮度区，人眼对亮度变化敏感度下降 对物体边缘敏感，内部区域相对不敏感 对整体结构敏感，而对内部细节相对不敏感 2.数字图像的文件格式

数字图像的文件格式有TIF、PCX、GIF，TGA，BMP，DVI等。

第十一章

常用的数据压缩技术 1 游程编码 2 变换编码

3 信息熵编码——霍夫曼编码

目前用得最多和技术最成熟的数据压缩编码技术。数据压缩可分成两种类型，一种叫做无损(lossless)压缩，另一种叫做有损(lossy)压缩。

无损压缩编码技术包括霍夫曼编码、算术编码、RLE编码和词典编码。 有损压缩技术如离散余弦变换、小波变换等。 游程编码

000000000000000 000011111110000 000000000111000 000000011100000 000011111111000 000000000000000 编码：

0F04170409030713050418030F 1.变换编码的物理意义 在数据压缩前，先对原始输入数据做某种正交变换，把图像信号映射变换到另外一个正交向量空间(变换域)，产生一组变换系数（可逆） 然后再对变换系数进行量化压缩编码（不可逆）

说明：原始信号：模拟信号的取样值，变换域：空间域，时间域和频率域 2.变换的关键

在已知信源序列X＝{X0 ， X1，„，XN-1}

的条件下，根据它的协方差矩阵去寻找一种正交变换 T，使变换后的协方差矩阵满足或接近为一对角阵。

（1）K-L变换——最佳变换 缺陷：没有通用的变换矩阵。

对于每一个图像数据都要计算相应变换矩阵，其计算量相当大，很难满足实时处理的要求。 所以在实际中很少用K-L变换对图像数据进行压缩，而是寻找一些虽不是“最佳”，但也有较好的去相关与能量集中性能，而容易实现的一些变换方法。 而K-L变换成为变换性能的评价标准。 （2）DCT变换——广泛应用的准最佳变化

特点：优良的能量集中性，在精度允许范围内无失真地通过逆变换恢复出原始信号； DCT变换系数均为实系数，且有大量快速算法

DCT变换将原始图像划分成许多N×N大小的块分别进行处理，为空间域的自适应处理提供了条件，降低了计算量，减少了存储容量；

基于N×N的DCT是高质量图像编码器的主要特征之一。 （第10章 多媒体硬件基础

多媒体计算机系统中，要处理、传输、存储的多媒体信息，主要包括数字、文本、 4.1.1 光存储的类型 只读型光存储系统

只读型光盘包括LV和CD-ROM等。

CD-ROM（Compact Disc-Read Only Memory）只读式压缩光盘，其技术来源于激光唱盘，形状也类似于激光唱盘，能够存储650MB左右的数据。 用户只能从CD-ROM读取信息，而不能往盘上写信息。 一次写型光存储系统

一次写（WORM）光存储系统可一次写入，任意多次读出。 与CD-ROM相比，它具有由用户自己确定记录内容的优点。 可重写型光存储系统

可重写光盘（E-R/W，Rewritable或Erasable）像硬盘一样可任意读写数据。 分为两种：磁光型（Magnetic Optical，简称MO） 相变型（Phase Change，简称PC）两种形式。 4.1.2 光存储系统的技术指标

尺寸：LD的直径为12英寸（300mm）

CD激光唱盘和CD-ROM为4.72英寸（120mm） WORM一次写光盘为14.12英寸和5.25英寸

可擦写光盘向小尺寸方向发展，主要尺寸为5.25英寸和3.5英寸。 容量

格式化容量是指按某种光盘标准进行格式化后的容量。

对于SONY的SMO-D501光盘，若格式化使每个扇区为1024B，格式化容量是325MB，而采用每扇区为512B，格式化容量只有297MB。

CD-ROM的容量为550MB和680MB。由于光盘外圈5mm区容易出错，所以有些CD-ROM 的容量标为550MB。 4.1.5 CD-R光存储系统

CD-R光盘将反射用的铝层改用24K黄金层（也可以是纯银材料），另外再加上有机染料层和预置的轨道凹槽。

CD-R的刻录和读取原理 ：CD-R刻录是将刻录光驱的写激光聚焦后，通过CD-R空白盘的聚碳酸脂（polycarbonate）层照射到有机染料（通常是箐蓝或酞箐蓝染料）的表面上，激光照射时产生的热量将有机染料烧熔，并使其变成光痕（mark）。

当CD-ROM驱动器读取CD-R盘上的信息时，激光将透过聚碳酸脂和有机染料层照射镀金层的表面，并反射到CD-ROM的光电二极管检测器上。光痕会改变激光的反射率，CD-ROM驱动器根据反射回来的光线的强弱来分辨数据0和1。 4.1.6 磁光MO存储系统

磁光盘是利用（激）光和磁进行数据读、写和擦除的一种光存储系统。 数据记录时使用激光和磁场；读取时仅用激光； 激光和磁场分别位于盘片的两面。 4.1.7 相变(PD)光存储系统 CD-RW

相变记录方式利用物质的状态变化即所谓的相变进行数据的读、写和擦除，相变型光盘用在基盘上沉积电介质层、相变记录层、冷却层和保护层等形成多层结构。 4.1.8 DVD光存储系统 DVD(Digital Video Disk) 数字视频光盘或数字影盘

它利用MPEG 2的压缩技术来储存影像 DVD-ROM：电脑软件只读光盘 DVD-Video：家用的影音光盘 DVD-Audio：音乐盘片

DVD-R（或称DVD-Write-Once）：限写一次的DVD DVD-RAM（或称DVD-Rewritable）：可多次读写的光盘 4.1.8 DVD光存储系统 DVD盘片的物理结构

分类：单面单层、单面双层、双面单层、双面双层； 容量：4.7GB— 17GB；

DVD盘的厚度为1.2mm。对于单面盘而言，只有下层基底包含数据，上层基底没有数据；而双面盘的上下两层基底上均有数据。 4.4 多媒体I/O设备

4.4.1 笔输入 手写板和手写笔：电阻式，电磁式，电容式 4.4.2 触摸屏

触摸屏（Touch Screen）是一种定位设备

当用户用手指或者其他设备触摸安装在计算机显示器前面的触摸屏时，所摸到的位置（以坐标形式）被触摸屏控制器检测到，并通过串行口或者其他接口（如键盘）送到CPU，从而确定用户所输入的信息。

改善人与计算机的交互方式， 触摸屏的分类 ：

按安装方式分类 1外挂式 2内置式 3整体式 4投影仪式

从结构特性与技术分类

红外：使用红外线传感器，这是一种需要特殊框的触摸屏形式； 电阻膜：使用电阻性传感器，其主要结构是电阻膜；

电容：使用电容性传感器，利用人体所带电荷的电容感应作用工作 ； 表面声波：使用声波传感器，由声波传感器和反射器组成；

压力矢量：使用压力矢量传感器，利用显示器下的垫感受压力 4.4.3 扫描仪

扫描仪（Scanner）是一种图像输入设备，利用光电转换原理，通过扫描仪光电的移动或原稿的移动，把黑白或彩色的原稿信息数字化后输入到计算机中。 扫描仪技术参数 幅面，如A3、A4

光学分辨率，如 600dpi*1200dpi 扫描分辨率，如1200dpi*2400dpi

灰度与色彩，如256级灰度，24位真彩色 扫描速度

与计算机接口，如SCSI、USB、打印口 配件：投射板、送纸器 4.4.4 数码相机

原理：数字照相机不用胶片，而使用CCD阵列，把来自CCD阵列的电压信号送到模数转换器后，变换成图像的像素值。

多媒体计算机技术的概念

1. 媒体

承载信息的载体。 媒体有两个含义：

（1）信息的物理载体（存储和传递信息的实体）

如书本、挂图、磁盘、光盘、磁带以及相关的播放设备等 （2）信息的表现形式（或传播形式） 如文字、声音、图像、动画等 2.媒体分类

CCITT把媒体分成5类

（1）感觉媒体 （2）表示媒体 （3）显示媒体 （4）存储媒体 （5）传输媒体 3.媒体的两个重要特征： （1） “时变”

与时间无关的媒体“离散媒体” 如文字，图画 与时间有关的媒体“连续媒体” 如音乐，动画 （2）“感知”

支持视觉的媒体 ---文字，图像 支持听觉的媒体 ---语音，音乐

同时支持听觉和视觉的媒体 --带有声音的视频 多媒体技术定义

多媒体（multimedia）就是“多种媒体的综合”，相关的技术就是怎样进行多种媒体的综合 定义：以数字化为基础，能够对多媒体信息进行采集、编码、存储、传输处理和表现，综合处理多种媒体信息并使之建立有机的逻辑联系，集成为一个系统的技术。

多媒体计算机技术及其特点

多媒体技术：即计算机综合处理声音、文字、图形图像信息的技术，具有集成性、实时性和交互性。

多媒体技术有三个特点：集成性，实时性，交互性 多媒体关键技术

1、声音的表示与处理

声音表示的两种方法：数字波形法 （WAV格式）；合成法 （MIDI格式） 声音数字波形法处理的步骤：

采样（采样率越高，声音越好，数据量越大） 量化（模-数转化，位数越多，噪声越小） 声音的合成法表示

MIDI 音乐（Musical Instrument digital Interface)特点：

音乐符号化的一种方法，数据量少，易于编辑、修改，适用于表示各种乐曲演奏的音乐，尚不能表示声音

2.视频信息的表示与处理

视频信息(Video)：运动图像（如25帧/秒） 视频信息的处理是多媒体技术的核心 计算机要处理视频信息必须将其数字化 数字化过程：采样-量化-编码压缩 视频信息数字化：

数字化以一幅幅彩色画面为单位进行的

每个采样点分为亮度（Y）和色差（U、V）三个分量 几种视频压缩编码标准

MPEG-1：用于CD-ROM光盘存储 MPEG-2：用于DVD、CATV等

MPEG-4：满足低成本的视频通信要求 CCITT H.26: 用于可视电话、会议电视等 多媒体信息与光盘存储器

光盘CD （Compact Disc）的种类 CD-ROM（只读式CD光盘） CD-R（可录式CD光盘） 可读写CD

光盘可存储的内容： 数据、软件、图片

数字化高保真立体声音乐

数字化电视图像、声音信息（如VCD） CD-ROM光盘的数据格式

信息是记录在CD-ROM的光道上

光道是一条由里向外连续的螺旋型路径

一个记录单元为一个二进制位，在光盘上占据的长度相等 光道被分为许多长度相等的块

整个光盘约有30万个数据块，存储容量达650MB VCD 与 DVD

VCD（Video CD）优点：

成本低、质量好、检索节目方便、易保存

一片VCD可存放74分钟的电视节目，采用MPEG-1进行压缩编码

一片DVD（Digital Versatile Disk) 可存放2小时的电视节目，采用MPEG-2进行压缩编码 MP3

MP3是MPEG Audio Layer－3的简称，MP3就是采用国际标准MPEG中的第三层音频压缩模式，对声音信号进行压缩的一种格式

MP3的音质非常接近CD的音质，而文件大小只有CD音乐文件的1／10，因此越来越受到广大音乐爱好者的追崇。

压缩率达到1/12，有三种压缩方式：CBR，VBR，ABR 3 静态图像

· 位图文件的大小由它的数据量表示 , 与分辨率和颜色深度有关。图像文件大小是指存储整幅图像所占的字节数。图像分辨率由高×宽表示 , 高是指垂直方向上的像素数 , 宽是指水平方向上的像素数。

·文件的字节数 = 图像分辨率×图像深度 /8

设图像的垂直方向分辨率为 h 像素 , 水平方向分辨率为 w 像素 , 图像深度为 C 位 , 则该图像所需数据空间大小 B 可按下面的公式计算 : B =(h×w×c)/8B

例如 : 一幅图像分辨率为 0 × 480 的二值图像 , 则文件的大小为多少？ 解：B =(0 × 480 × 1)/8=38400B

一幅同样大小的图像 , 若显示256色, 即图像深度为8位 , 则 解：B =( 0 × 480 × 8)/8=307200B 灰度级：表示像素明暗程度的整数量

例如：像素的取值范围为0-255，就称该图像为256个灰度级的图像 静态图像压缩标准

JPEG标准（ISO与CCITT联合专家组提出）

JPEG包含2种基本压缩方法，无损的预测编码压缩和有损的DCT变换编码压缩。 JPEG2000标准。

主要基于小波变换的压缩方法。 图像处理软件

矢量图处理软件Coredraw； AutoCAD等 位图处理软件Photoshop； Painter等 多媒体播放软件：

要求媒体同步协调，Media Player； RealOne； 超级解霸等 播放控制；

多媒体文件的查找和管理； 支持光驱设备。