计算机网络与数据通信基础

计算机网络与数据通信基础1.计算机网络形成与发展第一阶段：计算机技术与通信技术相结合，形成计算机网络的雏形；第一代计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。第二阶段：在计算机通信网络的基础上，完成网络体系结构与协议的研究，形成了计算机网络；第二代网络以通信子网为中心，7080年代，第二代网络得到迅猛的发展。第三阶段：在解决计算机联网与网络互联标准化问题的背景下，提出开放系统互联参考模型与协议，促进了符合国际标准的计算机网络技术的发展，计算机网络发展的第三阶段是加速体系结构与协议的标准化的研究与应用。第四阶段：计算机网络向互联，高速，智能化方向发展，并获得广泛的应用，目前计算机网络的发展正出于第四阶段，这一阶段的计算机网络发展的特点是：互联，高速，智能与更为广泛的应用信息技术与网络的应用已经成为衡量21世界国立与企业竞争力的重要标准，国家信息基础设施建设计划NII被称为信息高速公路，最热门的话题是Internet与异步传输模式ATM技术。2.计算机网络计算机网络既然是以资源共享为主要目标，那么它应具备下述几个方面的功能：（1）数据通信。该功能实现计算机与终端，计算机与计算机间的数据传输，这是计算机网络的基本功能。（2）资源共享。网络上的计算机彼此之间可以实现资源共享，包括硬件，软件和数据。信息时代的到来，资源的共享具有重大意义（3）远程管理（4）集中管理（5）分布式处理。网络技术的发展，使得分布式计算成为可能，对于大型的课题，可以分为许许多多的小题目，由不同的计算机分别完成，然后在集中起来，解决问题。（6）负荷均衡。负荷均衡是指工作被均匀的分配给网络上的各台计算机系统，我们判断计算机是否练成计算机网络，主要看他们是不是独立的自治计算机，分布式操作系统是以全局方式管理系统资源，它能为用户调度网络资源。分布式系统与计算机网络的主要区别不在他们的物理结构，而是在高层软件上。计算机网络的分类：按传输技术分：广播式网络，点-点式网络。采用分组存储转发与路由选择是点-点式网络与广播网络的重要区别之一，按规模分：局域网，城域网，广域网决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑，传输介质与介质访问控制方法，从局域网介质控制角度，局域网分为共享式局域网与交换式局域网。城域网MAN是将诶与广域网和局域网之间的一种高速网络。广域网（远程网）具有如下特点：（1）适应大容量与突发性通信的要求（2）适应综合业务服务的要求（3）开放的设备接口与规范化的协议（4）完善的通信服务与网络管理。（5）计算机网络的拓扑主要是通信子网的拓扑结构，网络拓扑可以根据通信子网中通信信道类型划分为：点线路通信子网的拓扑。（星型，环型，树型，网状型）广播式通信子网的拓扑（总线型，树型，环型，无线通信与卫星通信型）描述数据通信的基本技术参数基本参数有俩个：数据传输率与误码率、数据传输率是描述数据传输系统的重要指标之一。对于二进制信号的最大数据传输率Rmax与通信信道带宽B（B=f,单位是赫兹）的关系可以写成Rmax=2*f（bps）。在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输率Rmax与信道带宽B，信噪比S/N关系为Rmax=B*LOG2（1+S/N）.S=1/T。误码率是二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，在数值上近似等于：Pe=Ne/N（传错的除以总的）对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制码元，要折合为二进制码元来计算。几种通信网:人将采用x.25建议所规定的DTE与DCE接口标准的公用分组交换网叫做X.25网。X.25是一种以光纤作为传输介质的高速主干网，它可以用来互联局域网与计算机。帧中继是从分组交换技术进行简化，具有吞吐量大，时延小，适合突发性业务特点。B-ISDN与N-ISDN的区别:(1)N是以目前正在使用的公用电话网为基础，而B是以光纤作为干线和用户环路传输介质。（2）N采用同步时分多路复用技术，B采用异步传输模式ATM技术。(3)N各通路速率是预定的，B使用通路概念，速率不预定。异步传输模式ATM：是新一代的数据传输与分组交换技术，是当前网络技术研究与应用的热点问题。ATM技术的主要特点是：1.ATM是一种面向连接的技术，采用小的，固定长度的数据传输单元。2。各类信息均采用信元为单位进行传送，ATM能够支持多媒体通信。3.ATM以统计时分多路复用方式动态的分配我那个罗，网络传输小，适应实时通信的要求。4.ATM没有链路对链路的纠错与流量控制，协议简单，数据交换率高。5.ATM数据传输率在155Mbps到2.4Gbps促进ATM发展的要素：人们对网络带宽要求的不断增长，用户对宽带智能使用灵活性的要求。用户对实时应用的需求。网络的设计与组建进一步走向标准化的需求。信息高速公路：一个国家的信息高速路分为：国家宽带主干网，地区宽带主干网与连接最终用户的接入网。解决接入问题的技术叫做接入技术。可以作为用户接入网三类：邮电通信网，计算机网络，广播电视网、传输介质：传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体。常用传输介质为双绞线，同轴电缆，光纤电缆和无线通信与卫星通信信道。双绞线由按规则螺旋结构排列两根，四根，八根绝缘导线组成，屏蔽双绞线STP和非屏蔽双绞线UTP。屏蔽双绞线由外部保护层，屏蔽层与多对双绞线组成，非屏蔽双绞线由外部保护层，多对双绞线组成。三类线，四类线，五类线的区别和用途：双绞线用作远程中继线，最大距离可达15公里，用于100Mbps局域网，与集线器最大距离为100米。同轴电缆由内导体，外屏蔽层，绝缘层，外部保护层组成，它分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。单信道宽带：宽带同轴电缆也可以用于一条通信信道的高速数字通信。光纤电缆又称光缆，由光纤芯，光层与外部保护层组成，在光纤发射端，主要是采用俩中光源：发光二极管LED与注入型激光二极管ILD，光纤传输分为单模和多模。单模光纤优于多模。地磁波的传播方式有：是在空间自由传播，即通过无线方式。在有线的空间，即有线传播。移动通信是指移动与固定，移动与移动物体之间的通信，手段如下：1.无线通信系统2.微波通信系统（100MHz-10GHz，3m-3cm）2.蜂窝移动通信系统。多址接入方法主要是有频分多址接入FDMA，时分多址接入TDMA，码分多址接入CDMA。4.卫星通信系统。商用通信卫星一般被发射在35900KM的同步轨道上。网络协议：这些为网络数据传递交换而指定的规则，约定与标准被成为网络协议，协议分为三部分，语法，语义，时序。将计算机网络层次模型和各层协议的集合定义为计算机网络体系结构。计算机网络中采用层次结构，可以有如下好处：各层之间相互独立，灵活性好，各层都可以采用最合适的技术来实现，各层技术的改变不会影响其他层，易于实现和维护，有利于促进标准化，ISO开放系统互联的参考模型定义了网络互联的七层框架，在这一框架中进一步详细规定了每一层的功能，以实现开发系统环境中的互联性，互操作性与应用的可移植性，OSI标准制定过程中采用的方法是将整个而庞大而复杂的问题划分为若干个容易处理的小问题，这就是分层的系统结构的办法，在OSI中，采用了三级抽象，即体系结构们服务定义，协议规格说明。OSI七层如下：物理层：主要是利用物理传输介质为数据链路层提供物理链接，以便透明的传递比特流。数据链路层：在通信实体之间建立数据连接传送以帧为单位的数据，采用差错控制，流量控制方法。网络层：通过路由算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径传输层：是向用户提供可靠的端到端服务透明的传送报文会话层：组织俩个会话进程之间的通信，并管理数据的交换。表示层：处理俩个通信系统中交换信息的表示方式。应用层：是最高层，确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要。TCP/IP参考模型可以分为：应用层，传输层，互联层，主机-网络层。互联层主要负责将源主机的报文发送到目的主机，源主机与目的主机可以在一个网上，也可不在。传输层主要功能是负责应用进程之间端到端的通信。TCP/IP参考模型的传输层定义了俩中协议，既传输控制协议TCP和用户数据报的协议UDP。TCP协议是面向连接的可靠协议，UDP是无连接的不可靠协议。主机-网络层负责通过网络发送和接受IP数据报。按照层次结构思想，对计算机网络模块化的研究结构形成了一组从上到下单向依赖关系的协议栈，也叫协议族。应用层协议分为依赖于面向连接的TCP，依赖于面向连接的UDP，既TCP又UDP。NSFNET采用的是一种层次结构，可以分为主干网，地区网与校园网。作为信息高速公路主要技术基础采用的数据通信网具有如下特点：适应大容量与突发性通信的要求，开放的设备接口与规范化协议，完善的通信服务与网络管理。网络互联通常是将不同的网络或相同的网络用互联设备连接在一起形成一个范围更大的网络，也可以是为增加网络性能和易于管理而将一个原来更大的网络划分为几个子网或网段。网络互联可使一网络上的用户能访问其他网络上的资源，可使不同网络上的用户互相通信和交换信息。介乎而这些问题，协调，转换机制的部件就是中继器，网桥，路由器和网关等网络互联设备。局域网特点：传输速率高，1Mbps到1Gbps，误码率低，拓扑结构简单，管理组织清晰，覆盖的区域较小。ISDN以光纤为主干线，借助ATM等快速分组交换等技术，可以将语音，数据，静态与动态图像传输综合于一个通信网，覆盖从低传输速率到高传输速率的大的范围，满足非实时和实时突发性各类传输要求。B-ISDN采用的传送方式有：高速分组交换，高速电路交换，异步传送方式ATM，光交换方式。OSI模型和TCP/IP模型：1.两种模型的层数不一样ISO/OSI模型有7层,而TCP/IP模型只有4层。两者都有网络层，传输层和应用层。2.OSI模型的概念划分清晰，它详细的规定了服务，接口和协议的关系，而TCP/IP在服务，接口和协议的区别上不清楚，功能描述和实现细节混在一起。3.OSI参考模型的抽象能力高，适合于描述各种网络，它采取的是自顶向下的设计方式，先定义了参考模型，才逐步去定义各层的协议，TCP/IP正好相反，它是有了协议之后，人们为了对它进行研究分析，才制定了TCP/IP，当然这个模型与TCP/IP的各个协议吻合的很好，但不适用描述非TCP/IP.4.OSI模型的网络层提供面向连接和无连接的服务，传输层只提供面向连接的服务。TCP/IP在网络层只提供无连接的服务，但是在传输层提供两种服务。