第1章_计算机网络基础知识

计算机网络技术与应用主讲教师：孙健敏教研室：基础教学部第1章网络基础知识1.1计算机网络概述1.2计算机网络发展1.3计算机网络分类1.4计算机网络工作模式1.5网络拓扑结构1.6网络传输介质1.7网络体系结构1.8数据通信基础1.1计算机网络概述1.1.1.计算机网络基本概念计算机网络是将分布在不同地理位置的具有独立功能的计算机系统，利用通信设备和线路相互连接起来，在网络协议和网络软件的支持下，进行数据通信、实现资源共享的系统。通信子网路由器路由器路由器路由器路由器路由器主机局域网主机局域网主机局域网主机局域网路由器路由器路由器路由器服务器服务器服务器服务器主机通信子网局域网路由器服务器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器主机局域网服务器服务器路由器主机局域网服务器主机路由器局域网1.1.2网络基本功能数据通信网络中计算机之间相互通信，传输各种信息。资源共享是网络的基本功能，是组网的主要目标之一。提高系统的可靠性在一些用于计算机实时控制和要求高可靠性的场合，通过计算机网络实现备份技术可以提高计算机系统的可靠性。分布式网络处理和负载均衡相对于集中式处理，效率更高，更符合实际需要。对于大型的任务或当网络中某台计算机的任务负荷太重时，可将任务分散到网络中的各台计算机上进行。1.1.3网络的基本组成1.计算机网络系统组成计算机系统：信息处理、提供网络资源数据通信系统：完成数据通信控制与处理网络软件：实现控制、管理和服务功能网络协议软件网络通信软件网络操作系统网络管理软件网络应用软件1.1.3网络的基本组成2.计算机网络逻辑组成网络的基本功能是数据通信和资源共享。从功能逻辑上可分为：通信子网和资源子网通信子网资源子网CCPCCPCCPCCPCCPCCP主机主机主机终端终端终端早期网络结构示意图通信子网路由器路由器路由器路由器路由器路由器主机局域网主机局域网主机局域网主机局域网路由器路由器路由器路由器服务器服务器服务器服务器现代网络结构示意图1.1.3网络的基本组成2.计算机网络逻辑组成资源子网：由服务器、工作站、共享设备（打印机、网络硬盘）、各种软件资源与信息资源组成。资源子网负责全网的数据处理，向网络用户提供各种网络资源与各种网络服务。通信子网：主要由网络识配器（网卡）、集线器、交换机、路由器、传输介质及相关软件组成。主要完成网络数据传输、转发等通信处理任务。1.1.4计算机网络的应用在科研与教育中的应用：资料查询、学术交流、合作研究、远程教育、网上教学、网络讨论、网上考试等；在企事业单位中的应用：网上办公、资源共享、信息发布、电子政务等；在商业上的应用：信息发布、网上购物、电子商务等；在通信与娱乐上的应用：电子邮件、网络讯寻呼、IP电话、网上聊天、BBS、新闻、网络游戏、网上电影、电视、音乐等。其它新的应用：范围不断扩大、领域越来越宽、越来越深入1.2计算机网络的发展(了解)计算机网络是计算机技术和通信技术结合的产物，主要经历了四个发展阶段：第一阶段：20世纪50年代终端-计算机网络。主要是数据通信技术的研究与发展。第二阶段：20世纪60年代共享资源的计算机网络。ARPANET与分组交换技术的研究与发展。第三阶段：20世纪70年代标准化的计算机网络。网络体系结构与协议标准化的研究、广域网、局域网与公用分组交换网的研究与应用。第四阶段：20世纪90年代国际化的计算机网络。互连、高速、更为广泛的Internet技术应用为特点。1.3计算机网络的分类按网络的作用范围：局域网；城域网；广域网；互联网；按通信介质：有线网；无线网；按网络的拓扑结构：总线型网络；环型网络；星型网络；树型网络按服务的提供方式：对等网；客户端/服务器网络1.4计算机网络工作模式基本概念按作用将网络中计算机分为“服务器”和“客户机”。服务器：为整个网络提供资源和服务的计算机。客户机：使用资源和接受服务的计算机。网络工作模式：是指网络中服务与资源提供和使用的方式，又称提供服务的模式。主要分为：客户机/服务器工作模式对等网工作模式两种。1.4计算机网络工作模式客户机/服务器模式服务器：控制、管理、资源调度、提供服务和共享资源等。客户机：用于使用和处理共享资源和服务服务器软件：客户端软件：客户机客户机/服务器模式示意图服务器网络1.4计算机网络工作模式对等网模式每一台计算机都可以为网络提供资源和服务，同时也可使用网络上的资源和服务。每一台计算机在功能上是对等的，没有主从之分，每一台计算机既是服务器又是客户机。客户机/服务器对等网模式示意图客户机/服务器网络1.5计算机网络拓扑结构一、网络拓扑结构的概念拓扑学把实体抽象为与其大小、形状无关的点，连接实体线路抽象成线，进而研究点、线、面之间关系；在计算机网络中，将主机和终端抽象为点，将通信介质抽象为线，形成点和线组成的图形(几何排列形式)，使人们对网络整体有明确的全貌认识；按网络的拓扑结构分为：总线型、环型、星型、树型、网状。1.5计算机网络拓扑结构星形拓扑树型拓扑总线型拓扑环型拓扑网状型拓扑星形拓扑树型拓扑总线型拓扑环型拓扑网状型拓扑中央设备计算机星形拓扑树型拓扑总线型拓扑环型拓扑网状型拓扑1.5计算机网络拓扑结构星形拓扑树型拓扑总线型拓扑环型拓扑网状型拓扑1.6网络传输介质基本概念传输介质：是指数据传输过程中发送设备和接收设备之间的物理媒体。其性能特点对：传输速率、通信距离、可连接的网络结点数目和数据传输的可靠性均有很大的影响。网络传输介质分为：有线传输介质和无线传输介质两类，因此计算机网络可分为有线网络和无线网络两种。1.6网络传输介质1.同轴电缆2.双绞线无屏蔽双绞线(UTP)有屏蔽双绞线(STP)1.6网络传输介质3.光导纤维多模光纤分单模光纤玻璃封套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳A.多模光纤A.单模光纤玻璃芯的直径大于光波波长玻璃芯的直径接近光波波长1.6网络传输介质4.无线传输介质是指在两个通信设备之间不使用任何物理的连接器，通常这种传输介质通过空气进行信号传输。根据电磁波的频率，无线传输系统大致分为广播通信系统、地面微波通信系统、卫星微波通信系统和红外线通信系统。对应的3种无线介质是无线电波(30MHz~1GHz)、微波(300MHz~300GHz)、红外线和激光。1.6网络传输介质4.无线传输介质地球地面站之间的直视线路微波传送塔地球地面站地面站1.7计算机网络的体系结构复杂问题的研究？复杂问题的解决？抽象反映现实问题的模型模型研究解决方法1.7计算机网络体系结构邮政系统模型通信者活动邮局服务业务邮局转送业务发信者收信者运输部门的邮件运输业务书写信件贴邮票送邮箱收集信件盖邮戳信件分拣信件打包送运输部门路由选择运输转送邮局接收邮包分发邮件邮件拆包信件投递信件分拣阅读信件通信者活动邮局服务业务邮局转送业务1.7计算机网络体系结构1.网络体系结构的概念网络层次：网络系统解决的问题和实现功能可划分为若干相对独立的部分（层次）。不同层次完成不同功能，低层为其更高层次提供必要的服务功能。层次接口：相邻层次之间的信息交换点。协议（Protocol）：网络协议是为实现网络中的数据交换而制定的规则、约定与标准。1.7计算机网络体系结构1.网络体系结构的概念网络体系结构：网络层次结构模型与各层协议的集合。主要网络模型：OSI/RM开放系统参考模型（ISO模型）TCP/IP模型（互联网）IEEE802模型（局域网）1.7计算机网络体系结构1.OSI参考模型结构1.7计算机网络体系结构2.OSI参考模型各层功能第7层：应用层(ApplicationLayer)为网络用户或应用程序提供各种服务，如文件传输、电子邮件(E-mail)、分布式数据库、网络管理等。第6层：表示层(PresentationLayer)为应用层提供信息表示方式的服务，如数据格式的变换、文本压缩、加密技术等。第5层：会话层(SessionLayer)为表示层提供建立、维护和结束会话连接的功能，并提供会话管理服务。1.7计算机网络体系结构2.OSI参考模型各层功能第4层：传输层(TransportLayer)为上层提供端到端(进程到进程)的透明的、可靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。第3层：网络层(NetworkLayer)为传输层的数据传输提供建立、维护和终止网络连接的手段，把上层来的数据组织成数据包(Packet)在网络节点之间进行交换传送，并且负责路由控制和拥塞控制。1.7计算机网络体系结构2.OSI参考模型各层功能第2层：数据链路层(DataLinkLayer)在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻节点之间的数据链路，传输以“帧”为单位的数据包。通过差错控制提供数据帧在信道上无差错地传输，并进行数据流量控制。第1层：物理层(PhysicalLayer)利用传输介质为数据链路层提供物理连接，在物理信道上实现比特（bit）流的透明传输。提供为建立、维护和拆除物理链路连接所需的各种传输介质、通信接口特性等。1.7计算机网络体系结构OSI环境网络层数据链路层物理层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层传输介质传输介质传输介质CCP网络层应用进程AOSI环境应用进程B主机A主机BACCPB网络连接设备1.7计算机网络体系结构OSI环境中的数据传输过程SHPHNHDHL7L6L5L4L3L2L1L7L6L5L4L3L2L1传输媒体交换数据单元的名称系统A数据L7DATAPHL6DATASHL5DATAPHL4DATANH01010110101001011010110110101010DTL3DATADH比特数据帧数据包报文报文报文报文AH系统B数据L7DATAPHL6DATAL5DATAL4DATA01010110101001011010110110101010L3DATAAHDT数据应用进程数据应用进程1.8数据通信基础数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。通过通信介质传输计算机处理过的信息，将源主机的数据编码成信号，沿传输介质传播到目的主机，实现两个实体间的数据传输和交换。计算机网络是计算机技术和数据通信技术相结合的产物，数据通信技术是网络发展的基础。1.8.1数据通信基本概念数据（Data）:被传输的二进制代码为了传送信息，需要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制代码的数据来表示；信号:数据的具体物理表现。信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式，为传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字信号编码的方式表示。数据通信:是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列的模拟或数字信号的过程。1.8.1数据通信基本概念数据通信系统基本结构数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿通过通信线路进行通信，在数据通信系统中，也将通信线路称为信道；在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为模拟通信系统，而传输数字信号的系统称为数字通信系统。信源信宿信道信源信宿噪声（干扰）信道A.理想状态B.实际环境下01011010010010110100100101101001001010010110出错1.8.2数据通信主要指标数据通信速率（传输速率）传输率是指数据在信道中传输的速度。信息速率：每秒中传送信息量，比特/秒(bit/s)，又称比特率；码元速率：每秒中传送码元数，波特/秒(Baud/s)，又称波特率，信道带宽信道中传输信号在不失真情况下所占用的频率范围。信道带宽是由信道的物理特性所决定的，如电话线路的频率范围