5 网络与通信串讲

网络与通信串讲第1章引论本章介绍了计算机网络的发展历史和计算机网络的功能及组成，计算机网络协议体系结构的基本概念。本章重点是掌握计算机网络的分类及数据通讯模型，理解网络协议和协议体系结构的概念。本章的考核要求为“识记”层次。1、计算机网络的产生和发展过程第一代：以单计算机为中心的联机系统。缺点：主机负荷较重;通信线路的利用率低;网络结构属集中控制方式，可靠性低。第二代：计算机——计算机网络。以远程大规模互联为主要特点，由ARPANET发展和演化而来。ARPANET的主要特点：资源共享、分散控制、分组交换、采用专门的通信控制处理机、分层的网络协议。这些特点往往被认为是现代计算机网络的典型特征。第三代：遵循网络体系结构标准建成的网络。依据标准化水平可分为两个阶段：各计算机制造厂商网络结构标准化、国际网络体系结构标准-ISO/OSI。2、计算机网络的概念计算机网络是指通过数据通信系统把地理上分散的计算机有机地连起来，以达到数据通信和资源共享的目的的系统。计算机网络和终端分时系统的区别：a、终端分时系统的结构是有一台主机和多个终端组成，各个终端不具备单独的数据处理能力。而计算机网络是由多台主机互联，共享一个或多个大容量存储器，可共享这些大容量存储器上的软件和数据资源，也可共享其他主机的外围设备等。b、由于终端数目增加，终端分时系统的计算速度将会显著降低。计算机网络增加工作节点，除增加通信线路外，其速度保持不变。c、终端分时系统中全部资源集中在主机中，各个终端用户共享中心计算机资源。计算机网络中每个用户除占有本身的资源外，并能共享网络中全部公共资源。d、终端分时系统属于集中控制，可靠性低。计算机网络采用分布式控制方式，有较高的可靠性。计算机网络和分布式系统的区别：计算机网络和分布式系统在计算机硬件连接、系统拓扑结构和通信控制等方面基本一样。两种系统的差别仅在组成系统的高层软件上：分布式系统强调多个计算机组成系统的整体性，强调各计算机在分布式计算机操作系统协调下自治工作，用户对各计算机的分工和合作是感觉不到的，系统透明性允许用户按名字请求服务。计算机网络则以共享资源为主要目的，方便用户访问其他计算机所具有的资源，要人为地进行全部网络管理。耦合度：计算机(或处理机)间互连的紧密程度。可用处理机之间的距离及相互连接的信号线数目来说明。局域网为中等耦合度的系统，广域网为松耦合度的系统，多机系统为紧耦合度的系统。3、计算机网络的功能a、数据通信这是计算机网络的最基本的功能，也是实现其他功能的基础。如电子邮件、传真、远程数据交换等。b、资源共享计算机网络的主要目的是共享资源。共享的资源有：硬件资源、软件资源、数据资源。其****享数据资源是计算机网络最重要的目的。c、提高可靠性计算机网络一般都属分布式控制方式，如果有单个部件或少数计算机失效，网络可通过不同路由来访问这些资源。另外，网络中的工作负荷被均匀地分配给网络中的各个计算机系统，当某系统的负荷过重时，网络能自动将该系统中的一部分负荷转移至其他负荷较轻的系统中去处理。d、促进分布式数据处理和分布式数据库的发展。4、计算机网络系统的组成以资源共享为主要目的的计算机网络从逻辑上可分成两大部分：通信子网和资源子网。通信子网面向通信控制和通信处理，主要包括：通信控制处理机CCP，网络控制中心NCC，分组组装/拆卸设备PAD，网关G等。资源子网负责全网的面向应用的数据处理，实现网络资源的共享。它由各种拥有资源的用户主机和软件(网络操作系统和网络数据库等)所组成，主要包括：主机HOST，终端设备T，网络操作系统，网络数据库。5、计算机网络分类(领会)按网络拓扑结构分：a、星形结构每个节点都通过一条单独的通信线路，直接与中心节点连接，各个从节点间不能直接通信。优点：建网容易，控制简单。缺点：属于集中控制，对中心节点依赖性大，可靠性低。线路利用率低，可扩充性差。b、层次结构或树形结构联网的各计算机按树形或塔形组成，树的每个节点都为计算机。网络的最高层是中央处理机，愈低其处理能力就愈弱。最低层的节点命名为0级，次低层为1级，顶层的级最高。优点：使为数众多的计算机能共享一条通信线路，以提高线路利用率。增强网络的分布处理能力，以改善网络的可靠性和可扩充性。c、总线形结构由一条高速公用总线连接若干个节点所形成的网络。其中一个节点是网络服务器，由它提供网络通信及资源共享服务，其他节点是网络工作站。总线形网络采用广播通信方式，因此总线的长度及网络中工作站节点的个数都是有限制的。特点：网络结构简单灵活，可扩充，信道利用率高，传输速率高，网络建造容易。但实时性较差，且总线的任何一点故障都会造成整个网络瘫痪。d、环形结构由通信线路将各节点连接成一个闭合的环，数据在环上单向流动，网络中用令牌控制来协调各节点的发送，任意两节点都可通信。特点：传输时延确定，网络建造容易，但可靠性差，灵活性差。e、点--点部分连接的不规则形在广域网中，互联的各个节点不一定直接互联，以任意拓扑结构连接。f、点--点全连接结构网络中每一节点和网上其他所有节点都有通信线路连接。这种网络的复杂性随处理机数目增加而迅速增长。其他还有按不同角度分类：按距离分为广域网WAN、局域网LAN、城域网MAN;按通信介质分为有线网和无线网;按传播方式分为点对点方式和广播式;按速率分为低、中、高速;按使用范围分为公用网和专用网;按网络控制方式分为集中式和分布式。6、数据通信技术(领会)数据通信技术是计算机网络的基础，它将计算机与通信技术相结合，完成编码数据的传输，转换存储和处理。1.信源：产生数据的设备。2.发送器：一般由信源设备产生的数据不安其产生的原始形式直接传输，而是由发送器将其进行变换和编码后再送入某种形式的传输系统进行传输。3.传输系统：连接信源和信宿的传输线路。4.接收器：从传输系统接收信号并将其转换成信宿设备能够处理的形式。5.信宿：从接收器上取得传入数据的设备。广域网：覆盖大片的地理区域，一次传输要经由网络中一系列内部互联的交换节点，在通过选择好的路由后到达信宿设备。线路交换：是从一点到另一点传递信息的最简单的方式。属于预分配电路资源系统，即在一次接续中，电路资源预先分配给一对用户固定使用，不管在这条电路上实际有无数据传输，电路一直被占用，直到双方通信完毕拆除连接为止。优点：信息传输时延小。电路是“透明”的。信息传送的吞吐量大。缺点：所占用的带宽是固定的，所以网络资源的利用率较低。用户在租用数字专线传递数据信息时，要承受较高经济代价。报文分组交换：是一种存储转发的交换方式。它是将需要传送的信息划分为一定长度的包，也称为分组，以分组为单位进行存储转发的。而每个分组信息都载有接收地址和发送地址的标识，在传送数据分组之前，必须首先建立虚电路，然后依序传送。优点：传输质量好，误码率低。可靠性高。缺点：大量的资源消耗在纠错补偿上。由于采用存储--转发方式工作，因此在传输过程中存在一定的延时。信元交换：ATM(AsynchronousTransferMode)异步传送模式。也是一种快速分组技术，它将信息切割成固定长度(53字节)的信元，以信元为单位进行传送。7、计算机网络协议和协议体系结构在计算机网络中，为使计算机之间或计算机与终端之间能正确的传输信息，必须在有关信息传输顺序、信息格式和信息内容等方面有一组约定或规则，这组约定或规则即是网络协议。协议的三要素：语法、语义、规则。协议体系结构的思想：用一个构造好的模块集合来完成不同的通信功能。8、一个简化的文件传输协议体系结构协议数据单元(PDU)：对等实体之间所传送的数据单元。接口数据单元(IDU)：相邻两层实体之间传送的信息单元。服务存取点(SAP)：在相邻两层之间实体实现多对多的关系。连接端点(CEP)：在对等实体间实现多对多的关系。9、TCP/IP协议TCP/IP协议集是以TCP(TransmissionControlProtocol)传输控制协议和IP(InterconnectionProtocol)互连网协议为代表的协议集，它已被广泛地应用于解决计算机网络的互连问题，成为事实上的工业标准。TCP/IP网络体系分为五个独立的层次。10、OSI/RM模型(OpenSystemInterconnect/ReferenceModel)开放式系统互联参考模型。作为计算机通信体系结构的模型由国际标准化组织(ISO)制定的，所又称为ISO/OSI网络体系结构。OSI层次：物理层：是ISO/OSI的最低层。提供物理链路，实现比特流的透明传输。数据链路层：为穿越物理链路的信息提供可靠的传输手段，为数据(帧)块发送提供必要的同步、差错控制和流控制。数据传输的基本单位是帧。网络层：为更高层次提供独立于数据传输和交换技术的系统连接，并负责建立、维持和结束连接。传输的基本单位是分组。运输层：为不同系统的会晤实体建立端--端之间透明、可靠的数据传输，并提供端点间的错误校正和流控制。传输的基本单位是报文。任务层(会晤层)：为应用程序间的通信提供控制结构，包括建立、管理、终止连接(任务)。表示层：提供应用进程在数据表示(语法)差异上的独立性。应用层：提供给用户对OSI环境的访问和分布式信息服务。应用层以下各层均通过应用层向应用进程提供服务。11、计算机网络与通信标准一类是所谓既成事实的标准。此类标准事先没有作过周密规划。另一类是正式标准。由权威的国际标准化组织制定的。第2章数据通信技术本章介绍了数据通信的一些基本术语和数据传输的原理，及计算机网络中常用的传输介质。重点是掌握数据通信的基本原理及传输介质，理解数据编码及其应用场合。本章的考核要求大部分为“识记”层次。1、数据传输的概念及术语直接连接：两台设备之间传输信道为直接连接的通信形式，在此信道上除了用于增强信号的放大器或中继器外，没有其他的中间器件。频率：单位时间内信号重复的速度。(周/秒或赫兹(Hz))频谱：信号所包括频率的范围。带宽：信号的大部分能量往往包含在频率较窄的一段频带中，这个频带称为有效带宽或带宽。任何数字信号的波形都有无限的带宽。对任何给定的介质，传输带宽越宽，则成本越高。带宽越限制，信号失真越大，接收器出错的概率越高。数据传输速率和带宽的关系：数据信号传输速率越高，其有效的带宽越宽。同样，传输系统的带宽越宽，该系统能传送的数据传输速率越高。另外，如果信号中心频率越高，潜在带宽就越宽且潜在的数据传输速率越高。2、模拟和数字数据传输(领会)模拟信号是连续变化的电磁波，不同的频谱可通过不同的介质传播。数字信号是一种电压脉冲序列，通过有线介质传输。模拟数据是时间的函数，且占据有限的频谱，这种数据能用占据相同频谱的电磁信号表现。数字数据可用数字信号表现，通过调制解调器，数字信号能用模拟信号表现。用编码译码器对模拟数据编码产生数字信号，用数字化比特流近似地表示。模拟传输：不关心传送的内容，通过放大器传播，来提高信号的能量。数字传输：关心信号的内容，信号通过中继器传播，在每个中继器从入口处取得信号后，将由1和0构成的比特流再生后产生新的数据信号并将其从出口送出。3、传输损耗衰减的三个问题：a、接收到的信号必须有足够的强度。b、信号必须比收到的噪声维持一个更高的电平。c、在模拟信号传输中，衰减是频率的增量函数。解决a、b问题用增加信号强度，设置放大器或中继器。解决c问题是使用技术手段使在某个频带内的频率衰减趋于相等或使用高频放大器将高频放大。延迟变形：由于信号中各种成分延迟使得接收到的信号变形的这种效果。这是有线类传输介质独有的现象。噪声：传输和接收之间的某处插入的不必要的信号。它是通信系统性能(特别是带宽的使用效率)的主要制约因素。四类噪声：a、热噪声：是温度的函数。b、内调制杂音：当不同频率的信号共享同一传输介质的时候，可能导致内调制杂音。这些信号的频率是某两个频率和、差或倍数。c、串扰：信号通路之间产生的不必要的耦合。d、脉冲噪声：是非连续的，在短时间里具有不规则的脉冲或噪声峰值，并且振幅较大。对数字传输影响较大。信道容量：对在给定条件，给定通信路径或信道上的数据传