51CTO下载-计算机网络基础

第1章计算机网络基础知识网络图计算机网络基础计算机网络概述计算机网络基本概念计算机网络形成和发展：4444个阶段计算机网络的定义和功能：共享、通信、分布处理、可靠性图1.11.11.11.1计算机网络基础知识网络图数据通信基础数据通信系统：串行、并行；单工、半双工、全双工局域网计算机网络的体系结构和协议：OSIOSIOSIOSI七层参考模型计算机网络的基本组成：计算机、线路和设备、NOSNOSNOSNOS、协议、网络软件计算机网络的分类：按传输方式、地理范围、拓扑结构数据编码技术：基带传输、宽带传输基本概念拓扑结构：总线、环行、星型、树型传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线基本组成：服务器、工作站、网卡、传输介质、互连设备数据通信概念：数据、信息、信号、信道、传输速率1.1计算机网络概述定义：通过通信线路和通信设备将地理位置不同且具有独立功能的多个计算机系统相互连接在一起，由网络操作系统和协议软件进行管理，能实现信息交换、资源共享的系统称为计算机网络1.1.2网络形成与发展四个阶段：面向终端的网络、计算机通信网络、计算机互联网络和高速互联网络第一阶段：面向终端的网络，即主机————终端型远程联机系统。图1-21-21-21-2主机————通信线路————终端型远程联机系统1.1.2网络形成与发展第二阶段：计算机通信网络，即计算机————计算机型互连系统。通信子网资源子网CCPCCPCCPCCPCCPCCP主机主机主机终端终端终端图1-31-31-31-3第二代存储转发的计算机通信网络资源子网通信子网主机终端主机主机终端终端1.1.2网络形成与发展第三阶段：由路由器互连的大型的、层次结构的现代计算机网络。图1-41-41-41-4计算机互联网络结构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1.1.2网络形成与发展第四阶段：高速互联网络。第四代计算机网络的特点是网络的高速化和业务综合化。特别是1993年，美国宣布了国家信息基础设施（NII，又称为““““信息高速公路””””）建设计划，其预期目标是提供用光纤及宽带传输媒介和高于3Gbps的传输速率的““““信息高速公路””””，将大量公用或专用的局域网（LAN）或广域网（WAN）连接起来。这将使得大范围网络连接以及在网上传输各类型信息（除数字信息外，还有声音、图像等信息）成为可能。1.1.3网络的定义和功能计算机网络的定义：把分布在不同地理位置上的自治计算机通过通信设备和通信介质进行互联实现资源共享、信息传输的计算机系统。计算机网络最主要的功能是1、资源共享2、通信3、负荷均衡、分布处理4、提高系统安全性与可靠性。1.1.4网络体系结构与网络协议1、规定计算机通讯应遵循的一组规则就称为““““协议””””(Protocol)或““““规程””””(Procedure)。2、网络系统的物理整体以及分层的协议集合称为网络的““““体系结构””””3、国际标准化组织(ISO--IntemationalStandardsOrganization)于1984年提出了OSI(OpensystemInterconnection，开放式系统互连)参考模型，该模型是设计和描述网络通信的基本框架，它将计算机网络的各个方面分成互相独立的7层，描述了网络硬件和软件如何以层的方式协同工作进行网络通信。1.1.4网络体系结构与网络协议应用层传输层会话层表示层数据链路层网络层物理层应用层传输层会话层表示层数据链路层网络层物理层数据链路层网络层物理层数据链路层网络层物理层应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议通信子网边界777766665555444433331111比特帧分组TTTT报文SSSS报文PPPP报文AAAA报文主机AAAA主机BBBB传输介质CCPCCP2222图1-5OSI1-5OSI1-5OSI1-5OSI参考模型的结构1．物理层OSI模型的最底层，也是OSI分层结构体系中最重要和最基础的一层。该层建立在通信传输介质基础之上，实现设备之间的物理接口。2．数据链路层该层负责从网络层向物理层发送数据帧，数据帧是存放数据的有组织的逻辑结构，接收端将来自物理层的比特流打包为数据帧。该层含介质访问控制子层和逻辑链路控制子层。3．网络层该层负责信息寻址及将逻辑地址和名字转换为物理地址，决定从源计算机到目的计算机之间的路由，并根据物理情况、服务的优先级和其他因素等确定数据应该经过的通道。网络层还管理物理通信问题，如报文交换、路由和数据流量控制等。4．传输层通过一个惟一的地址指明计算机网络上的每个节点，并管理节点之间的连接。同时将大的信息分成小块信息，并在接收节点将信息重新组合起来。传输层提供数据流控制和错误处理，以及与报文传输和接收有关的故障处理。5．会话层该层允许不同计算机上的两个应用程序建立、使用和结束会话连接，并执行身份识别及安全性等功能，允许两个应用程序跨网络通信。6．表示层该层确定计算机之间交换数据的格式，可以称其为网络转换器。它负责把网络上传输的数据从一种陈述类型转换到另一种类型，也能在数据传输前将其打乱，并在接收端恢复。7．应用层OSI的最高层，是应用程序访问网络服务的窗口。本层服务直接支持用户的应用程序，如HTTP(超文本传输)、FTP(文件传输)、WAP(无线应用)和SMTP(简单邮件传输)等。在OSI的七个层次中，应用层是最复杂的，所包含的协议也最多，有些还处于研究和开发之中。1.1.5网络基本组成１.计算机系统和终端２.通信线路和通信设备３.网络操作系统（NOS）Windowsnt；UNIX；LINUX；windows2000server４.协议软件（TCP/IP；IPX/SPXIPX/SPXIPX/SPXIPX/SPX等）５.网络管理和网络应用软件1.1.6网络分类1.根据网络传输技术进行分类（1）点到点式网络（Point-to-PointNetworks）（2）广播式网络（broadcastnetworks）２.根据网络覆盖的地理范围进行分类（１）局域网LAN(LocalAreaNetwork)通信距离一般小于10公里（２）广域网WAN(WideAreaNetwork)范围通常为几十到几千公里（３）城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)城域网设计的目标是满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求1.1.6网络分类３.按网络拓扑结构分类网络中各个节点相互连接的方法和形式称网络拓扑。网络的拓扑结构主要分为：总线型、星型、环型、树型、网状型等。1.2数据通信基础1.2.1数据通信的基本概念1.信息(information):是经过整理后的数据的具体内容和解释２.数据(data):数据是把事物的某些属性规范化后的表现形式３.信号(signal):信号是数据在传输过程中电信号的表示形式信号分为模拟信号和数字信号两种(a)v(t)v(t)tt(b)图1-61-61-61-6（aaaa）模拟信号和（bbbb）数字信号1.2数据通信基础5.信道与信道带宽信道是传送信号的一条通路，由传输介质和传输设备构成。同一传输介质上可能提供多条信道。一条信道允许一路信号通过。信道上传输的是电磁波信号，某个信道能够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽。　信道的最大传输速率是与信道带宽有直接联系的，即信道带宽越宽，数据传输速率越高，所以人们可以用““““带宽””””去取代““““速率””””。6.数据传输速率数据传输速率指数据传输中线路上每秒传输的二进制数据位（bit，比特）数，其单位是bps（bitpersecond），是衡量数据通信系统性能的主要指标。局域网的数据传输速率一般在10Mbps以上。1.2.2数据通信系统信息传递过程简单地描述为：信源→信道→信宿。一次通信中产生和发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。通信线路称为信道，所以信源和信宿之间的信息交换是通过信道进行的。发送设备（信源）信道接收设备（信宿）图1-7通信系统示意图模型1.2数据通信基础1.数据通信系统的连接方式　　数据通信系统的连接方式有点————点连接和多点连接两种。2.数据传输与.数据通信(datacommunication)数据传输就是将数据从网络中一个计算机向另外的计算机传送。以数字信号形式进行数据传输称为数字传输。以模拟信号形式传输数据称为模拟传输。1.2数据通信基础3.数据通信方式。数据通信主要采用并行通信和串行通信两种方式，如图1-8。发送端接收端串行通信信道(a)发送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并行通信信道(b)图1-81-81-81-8串行通信与并行通信1.2数据通信基础从通信双方信息的交互方式看，串行通信方式可以有以下三种：（２）单工通信、半双工或全双工通信，如图1-9。发送接收单向通道双向通道双向通道(a)(b)(c)发送接收接收发送发送接收接收发送图1-91-91-91-9数据通信方式示意图1.2.3数据编码技术计算机、终端直接发出的信号是数字信号。在计算机网络中，采用数字传输方式或模拟传输方式传输数字信号。利用公用电话交换网来传输数字数据就是采用摸拟传输方式。在局域网中多采用数字传输方式。　　实现数字信号的数字传输的技术称为基带传输。实现数字信号的摸拟传输的技术称为频带传输（高带宽的频带为宽带传输）。1.2.3数据编码技术•不归零编码用两个不同的电位分别表示二进制数字代码0和1，例如用高电位表示1，低电位表示0。•曼彻斯特编码将每比特信号周期T分为前T/2和后T/2，用前T/2传送该比特的反（原）码，用后T/2传送该比特的原（反）码。•差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的一种改进。每比特的取值则根据其开始处是否出现电平的跳变来决定。通常规定有跳变者代表二进制““““0””””，无跳变者代表二进制““““1””””010110010数字数据（a）NRZ编码NRZ编码的同步时钟（b）曼彻斯特编码（c）差分曼彻斯特编码图1-10基带信号的编码1.2数据通信基础若采用现有的电话网络来传输数字信号，就必须进行信号变换。一般方法是在音频范围内选择某一频率的正弦波（称为载波），将要传送的数字数据““““寄载””””在载波上，即利用数字数据对载波的某些特性（振幅、频率、相位）进行控制，使载波特性发生变化，然后将变化了的载波送往线路进行传输。将数字数据寄载在载波上的过程称为调制。当携带数据信号的载波到达接收端时，还要将数据信号图1.11调制方式示意图分离出来，称为解调，然后提供给接收设备。1.2数据通信基础（1）振幅键控（ASK）　　振幅键控调制方式是用数据信号影响载波的振幅特性，以两个不同振幅分别表示0或1。通常两个振幅之一为零。　　这种方式技术简单，但抗干扰能力差，调制效率最低。　　（2）移频键控（FSK）　　移频键控调制方式用两个靠近载波频率的不同频率分别表示0和1。　　这种方式抗干扰能力较强，调制效率较高。　　（3）移相键控（PSK）　　移相键控调制方式以载波相位的变化来表示数据。图1.12中是以相邻两个周期的载波相位相差为0或180（差分相位调制）来区别两位代码相同还是不同，这称为两相调制。如果有四种相位变化（称为四相调制），就可以分别表示四种不同的数字代码。E(t)=sin(wi+φ)绝对：φ=0表示1φ=π表示1相对：相会处如为0，相位φ不变，否则相位改变1.2数据通信基础根据调制所控制的载波特性的不同，有三种调制方式，如图1-11所示。图1.111.111.111.11调制方式示意图010010ωωπ0πππ0+0+π+0+0+0ω2ω1ω2+π数据（a）ASK（b）FSK（c）PSK（绝对）（d）PSK（相对）ω1ω2ω11.3局域网1.3.1局域网基本概念。２.局域网的主要应用１）实现文件服务和打印机等资源共享２）管理信息系统３）金融信息系统４）教育系统５）个人微机通过局域网接入因