第五章 计算机网络基础讲义

2019年10月22日星期二,第五章 计算机网络基础,本章要点,计算机网络基本知识 数据通信基本概念 计算机网络技术基础 局域网 Internet的基础知识 连接Internet Internet的服务与应用 网络信息检索 网页制作基础 网络安全技术,2019年10月22日星期二,理解计算机网络的定义、组成和功能 了解计算机网络的产生与发展、分类,学习目标,5.1 计算机网络基本知识,2019年10月22日星期二,5.1 计算机网络基本知识,5.1.1 计算机网络的定义与组成,5.1.2 计算机网络的产生与发展,5.1.3 计算机网络的功能,5.1.4 计算机网络的分类,2019年10月22日星期二,计算机网络的定义 所谓计算机网络是指把若干台地理位置不同，且具有独立功能的计算机，用通信线路和通信设备互相连接起来，以实现彼此之间的数据通信和资源共享的一种计算机系统。 计算机网络的组成 计算机网络涉及到计算机和通信两个领域，通信技术与计算机技术的结合是产生计算机网络的基本条件。一方面，通信网为计算机之间的数据传输和交换提供了必要的手段；另一方面，计算机技术的发展渗透到通信技术中，又提高了通信网的各种性能。 一个计算机网络是由资源子网和通信子网构成。资源子网负责信息处理，通信子网负责网中的信息传递。,5.1.1 计算机网络的定义与组成,2019年10月22日星期二,计算机网络的组成,5.1.1 计算机网络的定义与组成,2019年10月22日星期二,远程终端联机阶段 计算机计算机网络阶段 标准化互联阶段 信息高速公路阶段,5.1.2 计算机网络的产生与发展,2019年10月22日星期二,建立计算机网络的基本目的是实现数据通信和资源共享，计算机网络的主要功能可归纳为 资源共享 数据通信 提高计算机的可靠性和可用性 分布式处理,5.1.3 计算机网络的功能,2019年10月22日星期二,按计算机网络地理分布范围分类，可以分成局域网、城域网和广域网; 按网络的交换方式划分，可分为电路交换、报文交换、分组交换； 按所采用的拓扑结构划分，可以分为星形、总线形、环形、树形和网状形； 按信道的带宽可划分为窄带网和宽带网； 按用途的不同可划分为科研网、教育网、商业网、企业网。,5.1.4 计算机网络的分类,返回,2019年10月22日星期二,理解模拟通信和数据通信的基本概念 理解调制解调器的功能 了解多路复用和数据交换技术,学习目标,5.2 数据通信基本概念,2019年10月22日星期二,5.2 数据通信基本概念,5.2.1 模拟通信与数字通信,5.2.2 多路复用技术,5.2.3 数据交换技术,2019年10月22日星期二,数据通信是指数字计算机或其它数字终端设备之间通过通信信道进行的数据交换。 计算机中处理、交换和传输的信息都是二进制数据，为区别于电话网中的语音通信，将计算机间的通信称作数据通信。 数据通信已经发展成一门独立的学科，它与计算机技术的发展密切相关并相互影响。 数据通信的质量有两个最主要的指标。 一是数据传输速率，用“比特位/秒”（b/s）来表示； 二是误码率，它表示一段时间内接收到的错误比特数与转输的总比特数之比。,5.2 数据通信基本概念,2019年10月22日星期二,通信系统中传输的信号可分为连续变化的和离散变化的两类。 模拟信号是一种连续的电信号。例如，电话线上传送的电波,模拟信号是随时间变化的电流、电压或电磁波等。 数字信号则是一系列离散的电脉冲，可以利用其某一瞬间的状态来表示要传输的数据。 按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把通信信道分为模拟信道和数字信道。 数据通信可以通过模拟信道实现，也可以通过数字信道来实现。,5.2.1 模拟通信与数字通信,2019年10月22日星期二,数据通信利用模拟信道来实现时，数据终端设备（DTE）产生的数字信号首先要转换成模拟信号在信道中传输，这个转换过程称为调制。执行调制功能的变换器称为调制器（Modulator）。 通过信道传送取接收端的模拟电信号又要经过一个称为解调器（Demodulator）的反变换器转换成数字终端设备所能按收的数字信号。 大多数情况下，通信是双向的，调制器和解调器合在一个装置中，这就是调制解调器（Modem）。,5.2.1 模拟通信与数字通信,2019年10月22日星期二,多路复用技术是利用一条传输线路传送多路信号的技术。由于线路的传输能力往往大于转输一路信号的能力，因此采用多路复用技术把多路信号组合在一条信道上转输可以提高转输效率。 频分多路复用 在模拟通信中，当传输介质的带宽超过单一信号的带宽时，可将若干路信号调制在不同的频率上，使它们互不干扰地在同一条传输介质上同时转输，到接收端再将它们分离出来，这就是频分多路复用。 时分多路复用 在数字传输中，可以将多路的信号按时间先后顺序排队轮流使用同一传输信道，在时间上将信道分割成若干个小的时间片，每路信号占用一个时间片。这样可在时间上交叉发送每一路信号，实现一条线路传送多路信号的目的。,5.2.2 多路复用技术,2019年10月22日星期二,在数据通信系统中，网络中的两个设备之间需要经过中间节点转发数据，这种中间节点参与的通信称为交换。 电路交换 电路交换方式与电话交换方式的工作过程很类似。电路交换的通信一般要经历3个阶段：建立电路阶段、传输数据阶段和电路拆除阶段。 优点是：通信实时性强，适用于交互式会话类通信，比较适用于成批数据的传送。 缺点是：一旦建立连接后，即使两个站点间没有数据要传输，网络资源也没法供其它用户使用；建立线路的时间比较长，如果传递的信息很短，则线路的利用率很低。,5.2.3 数据交换技术,2019年10月22日星期二,分组交换 计算机通信网都采用分组交换方式，分组交换是一种“存储转发”式的交换，数据以短的分组形式转送。 计算机通信时传送的是报文（Message），报文是指由被传递的数据、源地址、目的地址和其它控制信息组成的数据块。 把一个长的报文拆分成若干个小的段落，称为分组。 分组交换不需要事先建立物理通路，只要前方线路空闲，就以分组为单位发送，中间节点接收到一个分组后可以直接转发，而不必等到所有的分组都收到以后再转发，提高了交换速度。接收端收到所有分组后，再按原来的顺序“组装”成原来的报文。 分组交换还有一个优点是有限长度的分组可以直接存放在节点的内存中，而不必设置缓存，提高了交换速度。,5.2.3 数据交换技术,返回,2019年10月22日星期二,了解几种传输介质的特点 理解网络协议的定义和三个要素 理解网络协议的分层模型 理解OSI参考模型以及各层的功能 了解网络互连技术和网络互连设备,学习目标,5.3 计算机网络技术基础,2019年10月22日星期二,5.3 计算机网络技术基础,5.3.1 传输介质,5.3.2 网络传输协议,5.3.3 网络互连技术,2019年10月22日星期二,构建计算机网络必须解决的三个主要问题： 计算机之间采用什么样的传输介质连接； 计算机之间用什么样的拓扑结构连接； 计算机之间采用什么样的协议进行数据的交换。 传输介质是网络中节点之间的物理通路，它对网络数据通信质量有极大的影响。目前常用的网络传输介质可分为有线和无线两种: 有线介质包括双绞线、同轴电缆、光纤等， 无线介质包括微波、红外线、卫星通信等。,5.3.1 传输介质,2019年10月22日星期二,双绞线由绞合在一起的一对导线组成，如电话线。通常将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中，为了降低干扰，每对相互扭绕而成。 双绞线分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)两种。 双绞线价格低廉，数据传输率较低，抗干扰性能也较差，双绞线最大使用距离限制在几百米之内。 局域网中常用的UTP双绞线分为3类，4类，5类、超5类和6类等。STP的内部与UTP相同，但外包铝箔，STP双绞线速率较高，抗干扰性比UTP强，但价格贵。 对于3类，4类，5类、超5类和6类双绞线使用的连接器为RJ-45（4对8芯），遵循EIA-568标准。,5.3.1 传输介质,1 双绞线,2019年10月22日星期二,5.3.1 传输介质,双绞线,2019年10月22日星期二,同轴电缆由内外两条导线构成，内导线可以是单股铜线，也可以是多股铜线；外导线是一条网状空心圆柱导体。内外导体之间有一层绝缘材料，最外层是保护性塑料外壳。 粗缆传输距离长，性能高，但成本高，主要使用于大型局域网干线。细缆传输距离短，相对便宜，使用T型头与具有BNC接头的网卡相连，两端安装50欧终端电阻器来消弱信号反射。,5.3.1 传输介质,2 同轴电缆,2019年10月22日星期二,光纤又称光缆或称光导纤维，是一种能够传送光信号的介质，采用特殊的玻璃材料或塑料制作。 光纤数据传输性能高于双绞线和同轴电缆，可达到几Gbps，抗干扰能力强，传输损耗少，安全保密好，但成本较高，连接难。光纤通常用于网络中的主干线。,5.3.1 传输介质,3 光纤,2019年10月22日星期二,微波与通常的无线电波不一样，它是定向传播，无法象某些低频波那样沿着地球表面传播，由于地球表面是曲面，再加上高大建筑物和气候的影响，微波在地面上传播距离有限，一般在40至60km范围内。 直接传播信号的距离与天线的高度有关，天线越高距离越远。超过一定距离就要用中继站来“接力”。 微波通信具有通信容量大，传输质量高，初建费用小等优点，但它最大的缺点是保密性差。,5.3.1 传输介质,4 微波,2019年10月22日星期二,网络协议的定义和组成 所谓网络协议（Protocol），是使网络中的通信双方能顺利进行信息交换而双方预先约定好并遵循的规程和规则。 一个网络协议主要由以下三个要素组成： 语义：规定通信双方彼此“讲什么” ； 语法：规定通信双方彼此“如何讲” ； 同步：语法同步规定事件执行的顺序。,5.3.2 网络传输协议,2019年10月22日星期二,分层次的体系结构 分层模型（Layering model）是一种用于开发网络协议的设计方法。采用在协议中划分层次的方法，把要实现的功能划分为若干层次，较高层次建立在较低层次基础上，同时又为更高层次提供必要的服务功能。 分层的好处就在于：高层次只要调用低层次提供的功能，而无需了解低层的技术细节；只要保证接口不变，低层功能具体实现办法的变更也不会影响较高一层所执行的功能。,5.3.2 网络传输协议,2019年10月22日星期二,开放系统互联参考模型（OSI/RM）,5.3.2 网络传输协议,2019年10月22日星期二,OSIRM各层的主要功能如下： 物理层：物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明地传送比特流。 数据链路层：在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间建立数据链路连接，传送以“帧（Frame）”为单位的数据，采用差错控制、流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。 网络层：其主要功能是要完成网络中主机间“分组”(Packet)的传输。 传输层：其主要任务是向上一层提供可靠的端到端（End-to-End）服务，确保“报文段（Segment）”无差错、有序、不丢失、无重复地传输。 会话层：会话层的功能是建立、组织和协调两个互相通信的应用进程之间的交互（Interaction）。 表示层：主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。 应用层：应用层确定进程间通信的性质，以满足用户的需要。,5.3.2 网络传输协议,2019年10月22日星期二,网络互连的类型包括：局域网与局域网、局域网与广域网、广域网与广域网等的互连。 络互连要解决的两个主要问题是： 一是网络之间至少要有一条通信链路， 二是在保持原网络结构和服务内容的基础上提供协议转换的功能。 在OSI参考模型中，由于网络间的通信是根据不同层划分的，同层间可相互通信，所以根据联接层不同，网间联接设备可以分为中继器、网桥、路由器和网关。,5.3.3 网络互连技术,2019年10月22日星期二,5.3