第6,7,8讲 计算机网络概述(改完)

1、1第六讲 计算机网络概述 本章内容 计算机网络的产生和发展 计算机网络的分类 计算机网络常识 计算机网络体系结构26.1 计算机网络在信息时代的作用21 世纪的一些重要特征就是数字化、网络 化和信息化，它是一个以网络为核心的信息 时代。 网络是指“三网”，即电信网络、有线电视 网络和计算机网络。 发展最快的并起到核心作用的是计算机网络 。 3 两部电话机只需要用一对电线就能够 互相连接起来。传统电话网使用电路交换6.2 计算机网络的发展过程4但若要将 5 部电话机两两相连， 则需要 10 对电线。传统电话网使用电路交换 5 交换机当电话机的数量很大时， 就必须使用电话交换机进行连接。传统电话网使用电路交换 6 A1.通话前先拨号建立连接。 可能只要经过一个交换机（如 A 到 B） 可能要经过多个交换机 （如 C 到 D） 2.通话过程中，通信双方一直占用所建立的连接。 3.通话结束后，挂机释放连接。电路交换的特点交换机交换机交换机交换机交换机交换机BCD7交换机计算机因此早期的计算机网络也是采用电路交换1. 计算机少，非常昂贵。 2. 线路传输效率很低,并且浪费通信资源.3. 通信线路

2、不安全（可能要经过许多个交换机）,很容易出 现故障.8美国军方促进了计算机网络的发展20 世纪 60 年代美苏冷战激烈美国军方要研制一种生存性很强的新型分布式网络。即使少数结点或链路被摧毁，整个网络仍保持畅通 。可以联结各种不同类型的计算机.这种新型的计算机网络就是采用分组交换的、基于存储这种新型的计算机网络就是采用分组交换的、基于存储转发计算机网络。转发计算机网络。9数 据数 据数 据分组交换分组交换F 在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块 F 每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包） F 依次把各分组发送到接收端 F 接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文数 据分组11010011101 11010011101 00101001110 00101001110报文发送端首部分组数 据首部分组首部数 据发 送发 送发送 在前发 送接收端数 据首部数 据首部数 据首部11010011101 11010011101 00101001110 0010100111010分组从 A 传送到 B 的过程网络网络网络 网络网络网络网络路由器路由器路由器路由器路由器路由器AB查找路由表目 的

3、地 下一跳路由器查找路由表目 的 地 下一跳路由器查找路由表目 的 地 下一跳路由器这就是基于存储转发的分组交换11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。 可靠:自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。 12采用分组交换技术的ARPANET成功使 计算机网络的概念发生根本变化主机终端以主机为中心以分组交换网为中心主机分组交换网13 第一个分组交换网 ARPANET 最初只是一个 单个的分组交换网。 ARPA 研究多种网络互连的技术。 1983 年 TCP/IP 协议成为标准协议。 同年，ARPANET分解成两个网络： ARPANET进行实验研究用的科研网 MILNET军用计算机网络 19831984 年，形成了因特网 Internet。 1990 年 ARPANET 正式宣布关闭。 1.2.2 因特网时代-第一阶段14 因特网-第二阶段 三级结构的因特网 各网络之间需要使用路由器来连接。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区

4、网路由器1986 年，美国国家科学基金会建立了国家科学基金网- NSFNET15三级结构的因特网 主机到主机的通信可能要经过多种网络。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网16因特网发展的第三阶段 从1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET 逐渐被若干个商用的 ISP 网络所代替。 1994 年开始创建了 4 个网络接入点 NAP (Network Access Point)，分别由 4 个电信 公司经营。 NAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在 NAP 中安装有性能很好的交换设施,到本世纪 初，美国的 NAP 的数量已达到十几个。 从 1994 年到现在，因特网逐渐演变成多级结 构网络。 17 多级结构的因特网大公司地区 ISP网络接入点 NAP （对等点）公司校园网主干服务 提供者校园网校园网校园网校园网本地 ISP地区 ISP地区 ISP地区 ISP本地 ISP本地 ISP大公司大公司网络接入点 NAP （对等点） 主机到主机的通信可能经过多种 ISP。186.3 计算机网络的分类计算机网络的定义：最简单的定义：计算机网络是一些 互相连接的、自

5、治的计算机的集合。计算机网络的几种不同的分类方法： 从网络的交换功能进行分类 从网络的作用范围进行分类 从网络的使用者进行分类 19 6.3.2 几种不同的分类方法 从网络的交换功 能分类 电路交换 报文交换 分组交换 混合交换 从网络的使用 者进行分类 公用网 (public network) 专用网 (private network) 206.3 计算机网络的分类（续）n按地域范围分类 局域网(Local Area Network ， LAN) 范围：小 ,20KM 传输技术：基带，10-1000Mbps，延迟低，出错率 低（10-11） 城域网(Metropolitan Area Network ， MAN) 范围：中等，100KM 传输技术：宽带/基带 广域网(Wide Area Network ， WAN) 范围：大，100KM 传输技术：宽带，延迟大，出错率高 接入网(Acess Network)是局域网和城域网之间的桥接区 21 广域网、城域网、接入网以及局域网 的关系 城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网广域网局域网局域网校园网企业网22计算机网络的主要性能

6、指标：带宽“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的 同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 更常用的带宽单位是 千比每秒，即 kb/s （103 b/s） 兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s） 吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s） 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s） 请注意：在计算机界，K = 210 = 1024M = 220, G = 230, T = 240。23计算机网络重要术语（续） 时延信息从网络的一端传送到另一端所需的时间 时延之和=处理时延+发送时延+传播时延 处理时延=数据在交换节点，进行分组首部 和错误校验等处理时间 发送时延=数据位数/信道带宽 传播时延=d/c d:距离，c:光速24三种时延所产生的地方 1 0 1 1 0 0 1发送器队列在链路上产生 传播时延结点 B结点 A在发送器产生发送时延 从第一比特到最后一个比特(即传输时延)在队列中产生 处理时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路25 时延带宽乘积 某一链路所能容纳的比特数 时延带宽乘积=带宽传播时延例如，某链路的时延带宽乘积为100万比特 ，这意味着第一个

7、比特到达目的端时，源端已发 送了100万比特。链路带宽传播时延体积=时延带宽乘积26 6.4 数据通信的基础知识一 数据通信系统的模型 传输 系统输 入 信 息输 入 数 据发送 的信号接收 的信号输 出 数 据源点终点发送器接收器调制解调器PC 机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号 正文正文数据通信系统源系统目的系统传输系统输 出 信 息PC 机清楚了整个数据通信的模型后,我们再看一下通信中的基本常识27 二 数据通信基本概念 数据及计算机通信术语: 数据（Data）：传递（携带）信息的实体。 信息（Information）：是数据的内容或解释。 信号（Signal）：数据的电气或电磁表现，数据以 信号的形式在介质中传播。 模拟信号、数字信号 基带（Base band）、宽带（Broad band） 信道（Channel）：传送信息的线路（或通路）。 比特（bit）：即一个二进制位。比特率为每秒传输 的比特数（即数据传送速率）。283. 数据传输方式 单/双工通信单/双向传输单工：数据单向传输（例：无线电广播）半双工：数据可以双向交替传输，但不能在 同一时刻双向

8、传输（例：对讲机）全双工：数据可以双向同时传输（例：电话 ） 需要具有两条物理上独立的传输线路； 或者需要具有一条物理线路上的两个信道 ，分别用于不同方向的信号传输。29 多路复用技术 把公共共享信道用某种方法划分成多个子信道 ，每个子信道传输一路数据。 复用方法 频分复用FDM （Frequency Division Multiplexing） 按频率划分不同的信道，如CATV系统 波分复用WDM （Wave Division Multiplexing） 按波长划分不同的信道，用于光纤传输 时分复用TDM （Time Division Multiplexing） 按时间划分不同的信道，目前应用最广泛 码分复用CDM （Code Division Multiplexing） 按地址码划分不同的信道，非常有发展前途30 第七讲 组网原理 7.1.1 数据通信的传输介质l磁介质 高带宽、低费用、高延时（小时） 在通信 中很少使用;例：磁带;l金属导体 双绞线、 同轴电缆(粗、细)l光纤l无线介质 无线电、微波、卫星、红外线31 双绞线（Twist Pair，TP）-螺旋绞合的双导线 -每根

9、4对、25对、1800对 -典型连接距离100m（LAN） -RJ45插座、插头 -优缺点：成本低组装密度高、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短应用领域：电话网络、计算机局域网内导体芯线绝缘绝缘层屏蔽层外套32屏蔽双绞线(STP) 非屏蔽双绞线(UTP)以铝箔屏蔽以减少干 扰和串音，应用较少双绞线外无任何屏蔽 层，应用广泛常用的双绞线：3类（16Mb/s） 和5类（155Mb/s）两种33 同轴电缆（Coaxial Cable）计算机网络中使用基带同轴电缆 阻抗50,75 应用：总线局域网（以太网） 性能：10Mb/s，500米/185米铜芯绝缘层外导体 屏蔽层保护套34 光纤（Optical Fiber） 依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播 优缺点： 传输带宽高：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、误码率低，保密性好 轻便 价格较高 需要光电转换 纤芯材料： 塑料 二氧化硅（高纯玻璃）35光纤的工作原理高折射率 (纤芯)低折射率 (包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射36输入脉冲输出脉冲单模光纤多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤37 无线介质（信号在大气或外层空间自由传播 ） 使用电磁波或光波携带信息 优缺点： 无需物理连接; 适用于长距离或不便布线的场合; 易受干扰; 反射，为障碍物所阻隔; 主要类型： 无线电、地面微波; 通信卫星; 红外线;

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