第 七 章 计算机网络基础

1. 第七章 计算机网络基础

2. 目 录 • 7.1 计算机网络基础 • 7.2 数据通信 • 7.3 局域网

3. 4.1 Word 的启动与退出 7.1 计算机网络基础

4. 通信子网 资源子网 7.1.1 计算机网络概述 • 什么是计算机网络？ • 计算机网络是将若干台具有独立处理能力的计算机，通过通信设备和传输介质连接起来，由网络软件实现通信、资源共享和协同工作的系统。

5. 7.1.1 计算机网络概述 • 计算机网络的四个发展阶段 • 1954年第一代计算机网络 • 这样的网络是主从式结构，计算机承担数据处理和通信控制，终端没有数据处理能力只具有输入/输出功能。 • 1969年ARPA网，第二代计算机网络 • 通信的主体是具有独立处理能力的计算机，实现了多计算机之间的通信和资源共享。

6. 7.1.1 计算机网络概述 • 1983年OSI模型，第三代计算机网络 • ISO提出了著名的开放式系统互联参考模型（OSI参考模型），给网络的发展提供了一个可遵循的规则。 • Internet的建立，第四代计算机网络 • Internet是通过路由器实现多个广域网和局域网互连的大型网际网络，它对推动世界科学、文化、经济和社会的发展有着不可估量的作用。

7. 7.1.1 计算机网络概述 • 计算机网络的功能 • 1．信息交换：计算机网络最基本的功能，完成网络中各个节点之间的通信。 • 2．资源共享：包括硬件、软件和数据资源的共享。 • 3．分布式处理：网络系统中若干台计算机可以互相协作共同完成一个任务。

8. 7.1.1 计算机网络概述 • 按覆盖的地理范围对计算机网络分类 • 局域网：用于将有限范围内的计算机、终端或外部设备连接起来，一般属于一个单位或部门。 • 城域网：城域网可以认为是一种大型的LAN，其作用范围在几十到上百公里，能覆盖一个城市或地区。 • 广域网：作用范围通常是几十到几千公里，通信设备及传输媒体一般由电信部门提供。

9. 7.1.1 计算机网络概述 • 局域网 • 局域网覆盖范围在几百米到几公里，传输速率较高，误码率低，结构简单容易实现。最具代表性的是(Ethernet)以太网。 • 具体标准是美国电气工程师协会制订的IEEE802系列标准。

10. 7.1.1 计算机网络概述 • 城域网 • 将不同的局域网通过网间连接形成一个覆盖城市或地区范围的网络，局域网的传输可靠、误码率低，结构简单，容易实现。

11. 7.1.1 计算机网络概述 • 广域网 • 广域网覆盖范围一般在几十到几千公里，它的通信传输装置和媒体一般由电信部门提供。 • 最大的广域网是国际互联网（Internet）。

12. 7.1.1 计算机网络概述 • 常用的网络拓扑结构 • 总线型：总线拓扑结构以一根电缆作为传输介质（称为总线），所有的设备连接在总线上 。 • 环型：环形网络中各网络节点连成环路，数据在环中的各节点之间流动。 • 星型：星型结构以一个节点作为中心控制节点，其它节点通过线缆连接到中央控制节点。

13. 7.1.1 计算机网络概述 • 常用的网络拓扑结构 • 网状：网状结构是指将各网络节点与通信线路互连成不规则的形状，每个节点至少与其它两个结点相连，或者说每个节点至少有两条链路与其他节点连接。 • 树型：树型结构是从总线型和星型结构演变来的，网上各结点按一定的层次连接起来，形状像一棵倒置的树。 • 混合型：混合型是由以上几种拓扑结构混合而成的，是环型、总线型和星型混合的结构。

14. 7.1.1 计算机网络概述 • 总线型拓扑结构 • 特点：结构简单，可靠性高；布线容易，连线总长度小于星型结构；对站点扩充和删除容易；总线任务重，易产生瓶颈问题；总线本身的故障对系统是毁灭性的。

15. 7.1.1 计算机网络概述 • 星型拓扑结构 • 特点：通信协议简单；对外围站点要求不高；单个站点故障不会影响全网；电路利用率低，连线费用大；网络性能依赖中央结点；每个站点需要有一个专用链路。

16. 7.1.1 计算机网络概述 • 环型拓扑结构 • 特点：传输速率高，传输距离远。各节点的地位和作用相同，各节点传输信息的时间固定，容易实现分布式。控制站点的故障会引起整个网络的崩溃。

17. 广州 沈阳 北京 西安 上海 成都 南京 武汉 7.1.1 计算机网络概述 • 其它拓扑结构 树型结构 网状结构

18. 7.1.1 计算机网络概述 • Internet网是当今世界上规模最大、用户最多、影响最广泛的计算机互联网络。 • Internet网上联有大大小小成千上万个不同拓扑结构的局域网、城域网和广域网。因此，Internet网本身的拓扑只是一种虚拟拓扑结构，无固定形式。

19. 7.1.2 计算机网络协议和体系结构 • 协议：为计算机网络中数据交换而建立的规则、标准或约定就称为网络协议。 • 体系结构：计算机网络采用分层结构，每一层实现相对独立的功能。每一层不必知道下面一层是如何实现的，只要知道下层可以提供什么服务、通过什么接口提供服务和本层要向上一层提供什么服务。计算机网络的分层及其协议的集合称为计算机网络体系结构。

20. data data 应用层 应用层 data 表示层 data 表示层 data 会话层 会话层 data data 传输层 传输层 data 网络层 网络层 data data 链路层 链路层 data data 物理层 物理层 7.1.2 计算机网络协议和体系结构 • OSI参考模型 hello hello 资 源 子 网 通 信 子 网 0010111 0010111 互连物理传输媒体

21. 7.1.2 计算机网络协议和体系结构 • TCP/IP参考模型 • TCP（Transmission Control Protocol）传输控制协议用于保证被传送信息的完整性。 • IP（Internet Protocol）网际互连协议负责将消息从一个地方传送到另一个地方。

22. 7.1.3 典型广域网技术 • X.25 ：X.25是一种分组交换网，网络传输的基础设施是模拟电话线路，主要提供面向连接的虚电路服务。 • 帧中继：帧中继是一种高速的分组交换数据通信技术，它是X.25的下一代。帧中继简化了差错控制、流量控制及路由选择等功能,只有物理层和和数据链路层两层的功能，向上层提供面向连接的虚电路服务。

23. 7.1.3 典型广域网技术 • 异步传输模式ATM ：异步传输模式结合了电路交换和分组交换的优点，它提供面向连接的快速分组交换。ATM传输53Byte定长的短信元，其中5Byte信头和48Byte数据。ATM采用光纤信道传输，由于采用固定长度的短信元，有利于宽带高速交换数据，可以提供不同速率的各种业务。

24. 7.2 数据通信的基本知识

25. 模拟信号 数字信号 7.2.1 数据通信的基本概念 • 信号：数据在传输过程中的波（电磁波、光波）表示形式。 • 数据：数据传输中传输的二进制代码 • 模拟信号：随时间连续变化的物理量，如：声音。 • 数字信号：在时间上和幅度上都是不连续的，是离散的物理量。

26. 7.2.1 数据通信的基本概念 • 数据通信系统：通过传输媒体将信息从一个地方传送到另一个地方的电子系统。按照在传输介质上传输的信号类型，可以相应地将数据通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统两种。 • 信道：数据信号传输所经过的路径，可分为物理信道和逻辑信道。信道按照传输介质可以分为有线信道、无线信道和卫星信道。按照传输的信号可以分为数字信道和模拟信道。数字信道传输数字信号，模拟信道传输模拟信号。

27. 虚线表示经过多路复用后，一个物理信道可以传送多路信号，每一路为一个逻辑信道。 逻辑信道 物理信道

28. 7.2.1 数据通信的基本概念 • 带宽:指数据在线路上传送时占据的频率范围，即可传输信号的最高频率与最低频率之差。当通信线路用于传输数字信号时，人们通常将数字信道所能传送的“最高数据传输速率”称为带宽。带宽越宽，传输能力越强。

29. 7.2.1 数据通信的基本概念 • 基带传输与宽带传输:基带传输是信道内直接传输“0”和“1”组成的二进制数字信号。基带传输的优点是传输技术简单，设备投资小。缺点是传输距离受到限制。一般用于局域网，在几公里之内的距离。 • 宽带传输是指利用模拟信号传输数字数据的传输方式，需要将数字数据调制成模拟信号后在信道上传输，可以传输更远距离。宽带传输可以进行多路复用，在不同的频带传输多路信号，从而提高信道的传输能力。

30. 7.2.1 数据通信的基本概念 • 数据通信系统的主要技术指标 • 数据传输速率:数据传输速率在数值上等于单位时间内所传送的二进制代码的有效位（bit）数。用bit/s或bps表示。 • 传输时延:传输时延是指一个数据报文或分组从一个网络（或一个链路）的一端传送到另一端所需要的时间。 • 信道容量：信道容量一般指物理信道能够传输数据的最大能力。

31. 7.2.2 模拟通信与数字通信 • 模拟调制技术 • 为了利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据信号的传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号。对模拟信号进行调制就是解决如何用模拟信号来表示数字数据的问题。 • 调幅：通过改变载波信号的振幅大小来表示二进制的0和1 ，而频率和相位不变 . • 调频：通过改变载波信号的频率来表示二进制的0和1，而振幅和相位不变.

32. 0 1 0 1 1 数据序列 信号脉冲 5v 0 t ASK -5v t FSK t PSK 0 7.2.2 模拟通信与数字通信 • 调相：通过改变载波信号的相位来表示二进制的0和1，而振幅和频率不变.

33. 7.2.2 模拟通信与数字通信 • 数字调制技术 • 数字信号波形，可以直接传输数字数据。但为了提高传输数据的效率，也需要对数字信号进行编码。 • 非归零码NRZ（Non-Return to Zero）：用正电平表示“1”，负电平表示“0”，发送数据的同时还需要单独发送同步信号。 • 曼彻斯特（manchester）编码：在每个时钟周期的中间有一次电平跳变，电平从低到高跳变表示“1”、从高到低跳变表示“0”，利用电平跳变可以产生收发双方的同步信号。

34. 1 0 1 1 比 特 流 0 0 0 1 t （a） t （b） （c） t T 7.2.2 模拟通信与数字通信 • 差分曼彻斯特（difference manchester）编码：对曼彻斯特编码的改进，每比特的值根据时钟周期开始边界是否发生跳变来决定，一个时钟周期开始处电平有跳变表示“0”,没有跳变表示“1”。

35. 7.2.3 移动通信概述 • 移动通信主要是指通信终端的状态是移动的，各种移动数据网和无线数据网都将成为互联网的无线扩展，形成全IP网络。 • 各种移动和无线终端都可以在不同地点和各种运动状态下实现无线IP接入互联网，获得互联网的各种信息服务。 • 随着技术和市场的发展，运营商正在进一步提供多媒体消息业务（MMS，Multimedia Messaging Service）、视频电话、视频点播、无线高速上网以及其他移动数据业务。

36. 7.2.4 数据交换技术 • 数据交换是在多节点的通信网络中，在节点之间建立临时的通信连接完成通信的一种技术。 • 电路交换：数据传输过程中，发送方和接收方之间保持一条专用的物理线路。 • 存储转发：收发双方不需要保持专用的物理线路。数据在传输过程中，由交换节点暂存，一旦输出线路空闲就将数据转发到下一节点。报文交换以报文为单位存储转发，分组交换以固定大小的报文分组为单位进行存储转发。

37. 7.2.4 数据交换技术 • 电路交换方式 • 电路交换是面向连接的服务：两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接。 • 电路交换在数据传输过程中要经过三个阶段：建立连接、数据传输、释放连接的。 • 优点：通信实时性强，适用于交互式会话类通信； • 缺点：对突发性通信不适应，系统效率低，系统不具有存储数据的能力，不能平滑交通量。

38. 7.2.4 数据交换技术 • 存储转发交换方式 • 交换方式：发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网；通信子网中的结点，负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。 • 根据数据单位不同分为两种：报文交换，以报文为传输单位，报文大小不固定；分组交换，把报文分割成固定长度的短分组，以分组为单位进行存储转发。

39. 7.2.4 数据交换技术 • 存储转发方式的优点： • 1.线路利用率高 • 由于通信子网中的通信控制处理机可以存储分组，多个分组可以共享通信信道。 • 2.动态选择数据包的路径 • 通信子网中通信控制处理机具有路选功能，可以动态选择报文分组通过通信子网的最佳路径；

40. 7.2.4 数据交换技术 • 存储转发方式的优点： • 3.可以平滑通信量，提高系统效率。 • 4.减少传输错误，提高系统可靠性 • 分组在通过通信子网中的每个通信控制处理机时，均要进行差错检查与纠错处理，因此可以。 • 通过通信控制处理机可以对不同通信速率的线路进行转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换。

41. 7.2.4 数据交换技术 • 报文交换 • 报文交换方式以报文为单位传送数据 。 • 发送方和接收方站点无需建立专用的物理通道，多个用户可共享同一个信道，线路利用率高。 • 由于报文一般较长，交换节点就需要更多的存储空间来保存，而且需要更多的时间来处理转发，不适于实时性要求高的通信。

42. 7.2.4 数据交换技术 • 分组交换 • 分组交换（packet switching）把报文分割成固定长度的短分组，以分组为单位进行存储转发。由于传送长度固定，交换节点对分组的处理容易实现， • 如果传输数据超过规定的分组长度，发送节点就将它分成多个分组发送 ，必须进行分组的拆装和顺序控制等 。

43. 7.3 局域网

44. 局域网特点 • 各工作站间共享信道，采取广播的方式传输信息。 • 由于一般传输距离较短，一般具有传输速率高、误码率低、可靠性高。 • 结构简单、组网成本低廉等特点。 • 决定局域网性能的三要素 • 网络拓扑结构 • 传输介质 • 介质访问控制方法 • 不同的拓扑结构采用不同介质访问控制方式，主要解决共享介质的使用权问题。

45. 7.3.1 局域网标准及IEEE802模型 • 局域网采用共享介质的传输方式，要解决的问题主要是如何协调共享介质的使用。 • IEEE 802委员会定义了局域网协议标准，只包括相对于OSI模型数据链路层和物理层的功能。它将数据链路层分为了逻辑链路控制（LLC，Logical Link Control）和介质访问控制（MAC，Media Access Control）两个子层。

46. OSI参考模型 应 用 层 表 示 层 会 话 层 IEEE 802参考模型 传 输 层 逻辑链路控制子层 网 络 层 介质访问控制子层 数据链路层 物 理 层 物 理 层 7.3.1 局域网标准及IEEE802模型

47. 802.10 可互操作的局域网安全 802.1体系结构与网络互联 802.2 逻辑链路控制子层 802.9 语音与数据综合 802.5 令牌环 802.3 CSMA/CD 802.4 令牌总线 802.11 无线局域网 802.6 城域网 7.3.1 局域网标准及IEEE802模型 • IEEE802.X模型

48. 7.3.2 局域网的结构 • 最常用的局域网—以太网 • 以太网是美国施乐（Xerox）公司于1975年研制的一种基带总线局域网。1983年IEEE 802委员会制定了第一个以太网标准IEEE 802.3。随着高速以太网的发展，以太网已经能够达到吉比特（1Gb/s）、10吉比特（10Gb/s）的速率，逐渐淘汰了其他局域网技术，使得市场占有率大大提高。 • 共享式以太网 • 交换式以太网 • 无线局域网

49. HUB HUB 双绞线 7.3.2 局域网的结构 • 共享式以太网：用集线器（HUB）连接成星型拓扑结构的以太网称为共享式以太网 。 • 所有连接到HUB的计算机共享总线的带宽，每台计算机实际的有效带宽是总带宽的1/N。 • 由于HUB价格低廉，很适合于计算机数目不多的情况下连接局域网。 • 双绞线两头用RJ45接头连接网卡和集线器。

50. 7.3.2 局域网的结构 • 交换式以太网：采用具有背板交换功能的交换式集线器连接。 • 以太网交换机支持连接到交换机端口的节点之间的多个并发连接，允许多对站点之间同时通信。 • 计算机都独占传输通道，网络的总带宽通常为各个交换机端口带宽之和。 • 以太网交换机还可以构造“虚拟网络”，隔离广播数据 ，提高了网络的性能 ，便于管理。 交换机 交换机 双绞线