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Copyright by Wongchyi @ All right reserved网络理论基础第一部分计算机网络的形成与发展目前，人们通常认为将计算机网络的形成与 发展进程分为4代1. 第一代－面向终端的计算机通信网络在20世纪50年代中期至 60年代末期， 计算机技术与通信技术初步结合，形成了计 算机网络的雏形 图1-1 面向终端的网络这一阶段的计算机网络是以 主机为中心，利用网作为通信系 统，联结多个终端的多机系统20世 纪60年代多机系统得到很大的发展， 有一些至今任在使用，最著名的是50 年代的美国半自动地面防空系统 SAGE系统（IBM机）和美国飞机订 票系SABRE（2000终端用户）2. 第二代－初级计算机网络在20世纪60年代末期至70年 代后期，计算机网络在通信网络的 基础上，完成了计算机网络体系结 构与协议的研究，形成了计算机的 初级网络计算机网络的资源子网和通信子网结构示意图”• 以ARPANET为代表的第二阶段计算机 网络具有以下特点： • 1、采用分组交换的方法 • 2、采用了层次结构的网络体系结构 • 3、整个网络分为资源子网和通信子 网 •这三点是现代网络发展的基础.3. 第三代－开放式的标准化计算机网 络 • 第三代是指20世纪70年代中期至90年 代中期这个阶段。

即“开放式的标准化计算机 网络”在开放式网络中，所有的计算机和通 信设备都遵循着共同认可的国际标准，从而 可以保证不同厂商的网络产品可以在同一网 络中顺利地进行通信20世纪80年代中期，以OSI为基 础的一些标准组织为各个层次开发了一 系列的协议标准，成为网络发展的基础 我国明确指出“选定OSI标准作为我国 网络建设的主攻方向”，其他已开发的非 OSI系统要“有组织、有步骤、有计划地 过度到符合OSI标准的系统”，这段话实 际上概括了计算机网络的发展方向， OSI标准确保了各个厂家生产的计算机 网络产品能相互连接•概括地说：第三阶段地网络是 开放式和标准化的网络，他具有 统一的网络体系结构并遵循国际 标准协议• 4. 第四代－综合性、智能化、宽 带高速和安全的计算机网络 • 在20世纪90年代中期直至现在 ，这个阶段计算机网络向全面互连 、高速和智能化发展，并将得到广 泛地应用计算机网络的定义根据资源共享的观点，计算机网络是根据资源共享的观点，计算机网络是“ “ 以能够相互共享资源的方式互连起来的自治以能够相互共享资源的方式互连起来的自治 计算机系统的集合计算机系统的集合” ”，或者说，或者说“ “为了实现计算为了实现计算 机之间的通信交往、资源共享和协同工作，机之间的通信交往、资源共享和协同工作， 采用通信手段，将地理位置分散的、各自具采用通信手段，将地理位置分散的、各自具 备自主功能的一组计算机有机地联系起来，备自主功能的一组计算机有机地联系起来， 并且由网络操作系统进行管理的计算机复合并且由网络操作系统进行管理的计算机复合 系统。

系统计算机网络涉及的3个要点• ① 自主性：一个计算机网络可以包含有多 台具有“自主”功能的计算机 • ② 有机连接：所谓的“有机”地连接是指连接 时彼此必须遵循所规定的约定和规则这些 约定和规则就是通信协议 • ③ 资源共享为基本目的：建立计算机网络 的主要是为了实现通信的交往、信息资源的 交流、计算机分布资源的共享，或者是协同 工作资源共享作为网络的最基本特征计算机网络的功能• 计算机网络的建立目的就是其应具有的 功能，因此，它应当实现以下的基本功 能： ① 实现计算机之间和计算机用户之间的 通信交往 ② 实现资源共享，即实现计算机硬件资 源、软件资源和数据与信息资源的共享 计算机之间或计算机用户之间的协同 工作计算机网络的分类1. 按照网络的使用范围分类按照网络的使用范围可以将计算机网络分为 以下2类： （1） 公用网（public network） “公用网”是指任何单位、部门或个人均可租用的 网络一般指由国家电信和邮电部门构建的网络 （2） 专用网（privite network） “专用网”是指单位、部门为了某种目的而构建的 私有网络2. 按照网络的作用范围分类按照网络作用的地理范围的大小， 可以将网络分为以下3类：局域网（Local Area Network，LAN ）城域网（Metropolitan Area Network ，MAN）广域网（Wide Area Network，WAN ）各类计算机网络的特征参数网络分 类缩写作用范围大 约处理机位于 同一应用实例局域网LAN10m房间小型办公室网络 、智能大厦、校 园或园区网络 100m建筑物1km校园城域网MAN10 km城市城市网络广域网WAN100 km或 1000km国家或洲际公用广域网、专 用广域网在表中，大致给出了各类网络的 作用范围。

总的规律是作用范围越大， 速率越低如，局域网距离最短，因此 ，传输速率最高一般来说，传输速率 是关键因素，它极大地影响着计算机网 络硬件技术的各个方面 （1） 局域网-LAN局域网（local area network， LAN）就是局部区域的计算机网络局域 网的本质特征是作用范围短、数据传输 速度快、延迟小、可靠性高2） 广域网-WAN广域网（wide area network ，WAN）也称远程网一般，广域 网是指作用在不同国家、地域、甚 至全球范围内的远程计算机通信网 络用户构建的专用广域网的速率 一般较低3） 城域网-MAN城域网（metropolitan area network，MAN）的作用范围是从几 公里到几十公里的城市人们既可 以使用广域网的技术去构建与城域 网，也可以使用局域网的技术来构 建城域网按拓扑结构划分 •1.总线型网络总线型• 总线网络的优点是： •（1）所需要的电缆数量少，设 备投入量少、成本低; •（2）结构简单，总线是无源的 ，可靠性较高; •（3）易于扩充，增加或减少用 户比较方便总线网络的缺点是：（1）总线的传输距离有限，通信范围受到限制。

例如传统的以太网总线的最长距离是100m,想要增加通信距离，只能采用其他的附加设备2）当某个接口发生故障时，将影响整个网络，且诊断和隔离故障较困难,俗称“错误会被放大”3）由于用户共享信道，将会出现各 个用户争用信道的现象，为了避免发生 冲突，使通信正常进行，必须使用比较 复杂的媒体访问控制机制 （4）由于用户共享的总线负载能力有 限，网络中工作站节点的个数是有限制 ，否则会造成网络的拥塞如果工作站 节点的个数超出总线负载能力，就需要 采用分段等方法，并加入相当数量的附 加部件，使总线负载符合容量要求2.星型网络星型•星型网络的优点是： •（1）控制简单 •（2）故障诊断和隔离容易，中 央节点可以逐一隔离，进行故障 检查和定位同时每个节点的故 障只影响本设备，不会影响全网 •（3）方便服务•星型网络的缺点是： •（1）电缆长度和安装工作量可 观； •（2）中央节点的负担较重，形 成传输速率的瓶颈；（3）各站点对中央节点的可靠 性要求较高中央节点一旦发生 故障，将使全网瘫痪环型 3.环型网络•环型网络的优点是： •（1）电缆长度短，环型网络所需的 电缆长度与总线网络相当，要远远小 于星型网络。

•（2）增加或减少工作站时，仅需简 单的连接操作 •（3）可使用光纤作为传输媒介可 提高局域网的传输速率•环型网络的缺点是： •（1）节点的故障会引起全网故 障； •（2）故障检测困难； •（3）环型网络采用的是令牌控 制的方式，在负载很轻时，信道 利用率相对来说较低星-环”型 4.混合型网络“星-总线”型 5.网状结构终端终端终端终端终端终端终端终端终端节点节点节点节点网状结构•优点：系统可靠性高，易于故障 诊断； •缺点：结构和配置复杂，投资费 用高，必须采用“路由选择”算法与 “流量控制”算法； •网状结构是广域网广泛采用的拓 扑结构计算机网络的组成由于计算机网络的基本功能分为 数据处理和数据通信两大部分，因此， 它所对应的结构也可以分成相应的两个 部分其一，负责数据处理的计算机与 终端设备；其二，负责数据通信的通信 控制处理机和通信线路计算机网络的 组成结构，即计算机网络按其逻辑功能 上分为资源子网和通信子网数据通信的基本概念•信息、数据和信号 • 在计算机网络中，通信的目的是为了 交换信息 • 信息（Information） • 信息的载体可以是数字、文字、语音 、图形和图像等。

为了传送信息，必须 对信息中所包含的每一个字符进行编码 因此，用二进制代码来表示信息中的 每一个字符就是编码• 常用的二进制代 码 • 目前最常用的二进制编码 标准为美国标准信息交换码ASCII 码用7位二进制数来表示一个字母、 数字、控制字符或符号任何信息都 可以用ASCII码来表示数据（data）和信号（Signal ）• 在二进制码代码的传输过程中，网 络中所传输的二进制代码被称为数据（ data），它是传递信息的载体数据仅涉 及事物的表示形式，而信息则涉及到这些 数据的内容和解释 • 信号（signal）是数据在传输过程 中的电磁波表示形式通常，将数据的表 示方式分为数字信号和模拟信号两种图 （a）为数字信号；而图（b）为模拟信号 数字信号和模拟信号 信道及信道的分类• 1. 信道（channel）及其组成“信道”是数据信号传输的必经之路一般 ，它由传输线路和传输设备组成 • 2. 物理信道和逻辑信道物理信道是指用来传送信号或数据的实 际物理通路逻辑信道是在物理信道的基础上 ，实现的多路“连接”同一物理信道上可以提供 多条逻辑信道；每一逻辑信道上只允许一路信 号通过。

• 3. 有线信道和无线信道根据传输介质是否有形，物理信道可 以分为有线信道和无线信道 • 4. 模拟信道和数字信道模拟信道中传输的是模拟信号，因此 ，能够传输模拟信号的信道又被称为模拟信 道数字信道中传输的是离散方式的二进 制数字脉冲信号利用数字信道传输数字信 号时，不需要进行变换但在信道的两边需 要安装用于数字编码的编码器和用于解码的 解码器• 5. 专用信道和公用信道专用信道又称专线，这是一种连接用户之 间设备的固定线路公用信道是一种公共交换信道公共 交换网就属于公共交换信道 数据单元在数据传输时通常将较大的数据 块（如报文）分割成较小的数据单元（ 如分组），并在每一段上附加一些信息 这就是数据单元，其中附加的信息通 常是序号、地址及校验码等通讯系统的主要技术指标• 1. 数据传输速率S（比特率）和波形调制速率B（ 波特率）• （1） 比特率S • 比特率是指在有效带宽上，单位时间内所传 送的二进制代码的有效位（bit）数S用比特每秒为 b/s、千比特每秒kb/s、兆比特每秒Mb/s、吉比特每 秒Gb/s等单位来表示。

• （2） 波特率B • 波特率是一种调制速率，它是指数字信 号经过调制后的速率，即经调制后的模拟信号 每秒钟变化的次数在数据传输过程中，1Baud 就表示每秒钟传送一个码元或一个波形若以T （秒）来表示每个波形的持续时间，则调制速 率可以表示为： • = （波特） • 比特率和波特率之间有下列关系：其中，n为一个脉冲信号所表示的有 效状态数在二相调制中，n=2，故S=B ，即比特率与波特率相等但在更高相数 的多相调制时，S与B就不相同了.参见下 表比特率和波特率之间的关系波特率B（ Baud）1200120012001200多相调制的 。