第二章网络通信技术

第二章网络通信技术与局域网本章重点：1、了解数据与信号、信道和带宽。掌握信息交换的三组交换方式的区别。2、了解局域网的构建，认识OSI模型的各层。3、了解TCP/IP协议。掌握五类IP地址的格式及地址范围，子网掩码的设置。4、了解：a、域名系统b、因特网服务组织名称和英文简称c、因特网的接入方式d、认识客户机/服务器模式和浏览器/服务器模式的区别。第一节网络中的数据通信数据：不仅仅是指一些数字，还包括其它各种数值数据（如整数、定点数、浮点数）、字符数据（如英文字母、标点符号、运算符、括号、控制符）、文字数据、图形数据、图像数据和声音数据。1、了解数据通信通信：把信息从A点传到B点。计算机网络采用的通信方式称为数据通信信息在计算机中以二进制编码的数据形式表示。数据只有转变成电脉冲、电磁波或光波才能在通信介质上传输，这些电脉冲、电磁波或光波就是信号。2、了解网络中的数据交换方式1）观察线路交换过程在线路交换中，主机之间要建立专用的通信通道，即建立实际的物理连接。2）观察记录报文交换过程报文就是发送者拟发送的整个数据块，如一个数据文件及控制信息等。在报文交换中，报文作为一个整体以存储转发的方式进行传输。3、观察记录分组交换过程在分组交换中，报文不再作为一个整体发送，而是被分成一组一组的数据单元进行发送。在通信过程中，信息的传递是通过发送信号实现的。那么，信号如何表示？又是如何传递的呢？数据信号声音的传递：声波属于一种模拟信号，能够在空气中传播。通过一些装置，可将声波转换为其他形式的信号，如：电波，电波可以在通信线路上传递。电话就是将人的声音信号变换成电信号之后来传递的，接收时，再通过逆转换装置把电信号转换为声音信号。计算机是以数字信号来表示和存储信息的。数字信号只有两种状态，数字上用“0”和“1”表示，电子电路上则用“高”和“低”电平来表示。可以用二进制数字“0”和“1”来对信息进行编码。传送字符“A”相当于传送一个与“01000001”相对应的一组数字信号波形。数据信号计算机中的信息的传递：美国信息标准交换码ASCII码用来制订计算机中每个符号对应的代码，也叫做计算机的内码。每个ASCII码以一个字节（８个二进制位）存储，从０到数字１２７代表不同的常用符号（字母、数字、标点符号、控制字符及其他字符）。如：大写字母Ａ的ASCII码是６５二进制表达式０１０００００１BACK模拟信号：信号中没有断开或不连续的的地方，如时间，温度，电波，声音；数字信号：信号仅取一些有限数目的值，如字符，二进制数，电脉冲。调制解调器MODEM调制：把数字信号变换成模拟信号的过程。解调：把模拟信号反变成数字信号的过程。一个MODEM包含数字信号和模拟信号相互转换的双向功能。计算机中处理的是数字信号，电话线上传输的是模拟信号。信道与带宽信道：在一次通信过程中，产生和发送信号的一端叫信源，接收信号的一端叫信宿。信源与信宿之间要有传输信号的通路才能互相通信，传输信号的通路称为信道。信道由传输介质及通信设备共同构成。信道与带宽带宽：指通信信道的传输容量。模拟信道用赫兹（Hz）表示，数字信道用比特率（bps）表示。带宽越大，信道的数据传输量越高，信号的传输率越高。当然任何信道的带宽都是有限的。宽带网：指具备较高通信速率和较高吞吐量的计算机网络。信息交换方式在开始正式通话前，首先由一方发起呼叫，一直等到与另一方建立起一条转接式的道路，然后才开始进行通话。在整个通话期间，该通路一直为通话双方占用，通话结束后才释放线路。传统电话的电路交换方式缺点：线路的利用率低，专线专用，费用较高。为了解决这一问题，人们在传统的电话通信系统中引入了中转结点，两个电话用户之间的通话必须由中转结点的转接，这种技术我们称之为交换技术信息交换方式通信系统中主要的信息交换技术有线路交换、报文交换、分组交换线路交换：传统的电话用户采用的就是线路交换，电话局的电话交换机起着信号中转的作用。优点：传输延时短缺点：线路的利用效率较低信息交换方式报文交换：与通过邮局发送信件过程相似，信息以报文为单位被发送，中转结点先将其存储起来，等信道空闲时再把它转发给下一个结点，报文依次在一个一个的中转结点上被存储和转发，直到它被送到目标结点为止。优点：不需要在信源和信宿之间建立专门的传输线路，一条线路可以供多个报文在不同的时刻共享使用，线路利用率较高。缺点：“存储—发送”的方式传输的延时比较大，只适用于数字信号传输信息交换方式把要传输的数据分割成一段段编有序号的较小的单元－分组，然后以“存储－转发”的方式，将每个分组独立地在网络中传输，个分组被分别传送到目的地后，再按分组序号顺序装配成完整的数据信息。计算机网络的分组交换方式优点：由于分组交换方式传输的数据单位小，可根据当时线路的情况，让不同的分组分别走不同的路线，它既具有线路交换方式传输的延时短的优点，又具有线路利用率高的优点。IP电话是利用计算机网络实现语音通信的。交换方式数据单元通路使用方式结点存储延时适用的业务线路交换报文专用不要求很小，几乎没有实时业务报文交换报文共享存储报文报文存储转发时间不要求实时的业务分组交换分驵共享存储分组分组存储转发时间实时要求不高的业务三种交换技术的比较见下表课程回顾计算机网络的基本功能;网络的几种拓扑结构;常用的网络硬件;计算机网络的基本功能：数据传送、资源共享(包括软件和硬件)网络的几种拓扑结构：星形、总线形、环形常用的网络硬件：交换机、集线器、路由器、网卡、网线、光纤、同轴电缆思考：为什么构建局域网？一句话：给我们的工作和生活带来方便。第二节局域网的构建怎样构建网络？[任务一]选择相应的硬件设备名称是否采用详细参数、数量、用途网卡√网线√光缆选用HUB交换机√路由器√计算机√（若采用，请打“√”）2、连接硬件（需要考虑采用什么类型的拓扑结构）3、检查网卡驱动是否已经正确安装。如果网卡没安装好，在此会有一个黄色的感叹号(!),则需重新安装网卡驱动程序。表示网卡安装正确[任务二]（讨论）以上我们把硬件都安装好了，那么是不是网络可以正常使用了呢？如果没有，还缺什么？除了硬件，最核心的部分还是软件。网络通信软件[任务三]了解一个人写信到另一个人收到信的全部过程。写信人收信人有协议有协议有协议网络通信软件——协议什么是协议？协议：即规则，约定俗成的规范。任何形式的通信，都要有一套通信规则的保证才能正常进行。如何安装协议？TCP/IP协议是广域网协议，为互联网中采用的标准。在计算机网络发展初期，所有的计算机设备都能象现在这样自由联网吗？回答是否定的。为什么呢？70年代以来，国外一些主要计算机生产厂家先后推出了各自的网络体系结构，但都属于专用的。为使不同计算机厂家的计算机能够互相通信，以便在更大的范围内建立计算机网络，有必要建立一个国际范围的网络体系结构标准。国际标准化组织ISO推荐了一个网络系统结构——开放系统互联参考模型(OpenSystemInterconnectionreferencemodel)OSI/RM,简称OSI。由于这个标准模型的建立，使得各种计算机网络向它靠拢，大大推动了网络通信的发展。“开放”这个词表示：只要遵循OSI标准，一个系统可以和位于世界上任何地方的、也遵循OSI标准的其他任何系统进行连接。OSI参考模型应用层与用户应用程序的接口“做什么”表示层数据格式的转换“对方看起来象什么”会话层会话管理与数据传输同步“该谁讲话”，“从哪儿讲起”传输层端到端可靠的数据传输“对方在哪儿”网络层分组传送，路由选择，流量控制“走哪条路可以到达对方”数据链路层相邻结点间无差错地传送帧“每一步该怎么走”物理层在物理媒体上透明传输位流“怎样利用物理媒体”分层功能与作用形象比喻应用层是OSI参考模型的最高层，直接面向用户，负责两个应用进程（应用程序）之间的通信。它是用户使用OSI功能的唯一窗口。应用程序不用去关心实际数据传输过程中的细节，这一切已全部交给执行这些协议的通信软件去处理了。7、应用层6、表示层表示层是对通信双方计算机系统之间交换数据的“表示方式”加以约定。例如，用什么样的二进制数表示A、B、C等字母，一个8位的数字“201412116”是表示日期还是电话号码等。为了传输安全，对传输的信息的加密和解密也由表示层协议解决。5、会话层会话层协议维持两台计算机上的两个应用实体（执行中的程序）之间的交互过程。如同打一次电话的过程。4、传输层传输层的主要作用是为通信的两个主机，提供可靠的“端”到“端”数据传输通道。传输层不关心路径选择。3、网络层网络层协议解决“跨”网络的数据通信问题。包括传输路由选择、传输数据流量控制和差错检测等。2、数据链路层数据链路层在物理层的基础上，为两个相邻的网络实体（计算机、路由路、交换机等）建立一条可靠的数据链路。该层传输的是以一组数据（称为帧）为单位的数据块。帧的收发过程有应答关系，每帧数据都经过校验，错误的数据通过重发加以纠正。网卡的功能就是执行物理层与数据链路层协议。1、物理层物理层是OSI参考模型的最低层，与传输线路直接相连。它定义了硬件接口的标准，如数字信号的“1”和“0”的电压值、规定线缆与网络接口卡的连接头的形状、几何尺寸、引脚线数、引线排列方式、锁定装置等一系列外形特征。在物理层看来，通信线路中传输的是一串以二进制位为单位的电信号，它不管这些二进制电信号的意义及正确与否。TCP头IP头LLC头MAC头应用层表示层上层数据上层数据传输层数据链路层物理层网络层会话层TCP+上层数据IP+TCP+上层数据0101110101001000010LLC头+IP+TCP+上层数据FCS应用层表示层传输层数据链路层物理层网络层会话层上层数据上层数据TCP头TCP+上层数据IP头IP+TCP+上层数据LLC头0101110101001000010LLC头+IP+TCP+上层数据MAC头通信线路发送方接收方OSI参考模型1、在发送方从上层向下层传输数据，每经过一层添加一个协议控制信息。2、在接收方从下层向上层传输数据，每经过一层去掉一个协议控制信息。数据链路层应用层物理层网络层传输层会话层表示层应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层发送进程接收进程主机A主机BOSI参考模型通信线路虚拟的数据传输实际的数据传输过程实际的数据传输过程实际的数据传输过程应用程序应用程序互联参考模型的特点每个层次向上一层次提供服务每个层次向下一层次请求服务上层是为下层指引方向的，下层为上层提供更好的服务。ISO/OSI参考模型：物理层：定义硬件接口的标准数据链路层：介质访问网络层：确定地址和最佳路径传输层：端到端连接会话层：互连主机通信表示层：数据表示应用层：为应用程序提供网络服务归纳总结前面我们讲过：TCP/IP协议是是因特网中最基本的网络通信协议，下面我们来了解一下TCP/IP协议有哪些作用和特点。TCP/IP协议——因特网的互联基础TCP/IP协议就是传输控制协议/网际协议，整个协议结构分成：应用层协议、TCP协议层和IP协议层。TCP协议层和OSI参考模型的传输层相当。IP协议层和OSI参考模型网络层相当；TCP/IP协议没有定义数据链路层和物理层，它可以建构在不同的数据链路上面。TCP/IP协议的主要特点⑴开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统；⑵独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互联网中；⑶统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有惟一的地址；在网络中，使两台计算机上的应用程序间相互通信的前提是什么？前提就是保证应用程序所在的两台计算机能够相互通信。如何做到这一点呢？两台计算机间的通信，这是OSI参考模型网络层解决的问题。我们知道在TCP/IP协议中的IP协议层就工作在网络层，下面我们来看一下IP协议层和TCP协议层它们是怎么工作的？网络的数据链路层和物理层IP协议层OSI的网络层IP协议层IP协议层主要保证网络中计算机到计算机的数据通信。主要功能有：1、IP地址的转换。