《计算机网络技术与应用》

计算机网络技术与应用第1章计算机网络技术与应用本课程知识结构第2章第3章第5章第6章第7章第9章第4章第8章第1章计算机网络概述1.1计算机网络的定义与组成1.1.1计算机网络的定义将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的多台计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，由网络操作系统管理，能相互通信和资源共享的系统。第1章计算机网络概述1.1.2计算机网络的组成1.计算机网络具有网络通信和资源共享两种功能，从而可将计算机网络看成一个两级网络，即内层的通信子网和外层的资源子网，如图所示。第1章计算机网络概述1.1.2计算机网络的组成1资源子网主要由联网的主机、终端、外部设备、网络协议及网络软件等组成，主要任务是为用户提供网络访问和资源共享等服务。2通信子网主要由通信线路（即传输介质）、网络连接设备（如分组交换设备PSE、分组装配/拆卸设备PAD）、网络协议和通信软件等组成，主要的任务是连接网络中的各个计算机和外部设备，实现网络通信功能，包括数据的加工、变换、传输和交换等通信处理第1章计算机网络概述1.1.2计算机网络的组成2.计算机网络系统是由通信子网和资源子网组成的，而网络硬件系统和网络软件系统是网络系统赖以存在的基础。网络类型对网络硬件的选择起1网络硬件是计算机网络系统的物质基础。要构成一个计算机网络系统，首先要将计算机及其外部设备与网络中的其他计算机连接起来。2由于网络中的每个用户都可以共享系统中的各种资源，所以网络需要对用户进行控制，否则会造成系统混乱、信息破坏或丢失。为了协调网络资源，系统需要对网络资源进行统一的管理、调度和分配，并采取一系列的安全保密措施，防止用户非法访问，以防数据和信息的破坏或丢失。第1章计算机网络概述1.2计算机网络的功能和应用1.2.1计算机网络的功能1.资源共享2.数据传输3.集中管理4.分布处理5.负载平衡6.提高安全与可靠性第1章计算机网络概述1.2.2计算机网络的应用1.网络在科研和教育中的应用2.网络在企事业单位中的应用3.网络在商业领域的应用4.网络在家庭生活中的应用第1章计算机网络概述1.3.1按网络的工作方式分类1.3计算机网络的分类1.集中式网络的处理控制功能高度集中在一个或少数几个结点上，所有的信息流都必须经过这些结点。这种网络常用在小型局域网或内部专用网，如Novell2.分布式网络中的任一结点都至少和另外两个结点相连接，信息从一个结点到达另一结点可能有多条路径，如Internet就是全球最大的第1章计算机网络概述1.3.2按网络的覆盖范围分类1.广域网（wideareanetwork，WAN）也称远程网，它所覆盖的地理范围从几十千米到几千千米，可以跨越辽阔的地理区域进行长距离的信息传输，所覆盖的地理范围可以是一个城市、一个国家，甚至是2.城域网（metropolitanareanetwork，MAN）的覆盖范围介于广域网和局域网之间，是一个城市或地区组建的网络，作用范围一般为几十千米。3.局域网（localareanetwork，LAN）是由单位或部门组建的小型网络，一般局限在一座建筑物或一片园区内，其覆盖范围通常为几十米至几千米。第1章计算机网络概述1.3.3按网络的传输技术分类1.所谓广播式网络（broadcastnetwork）是指网络中的所有计算机共享一条通信信道。广播式网络在通信时具备两个特点：一是任何一台计算机发出的消息都能够被其他连接到这条总线上的计算2.点到点网络（pointtopointnetwork）是由一对对计算机之间的多条连接所构成的。为了能使信息从源地到达目的地，这种网络上的分组可能通过一台或多台中间设备，通常是多条路径，并且可能长度不一样。简单地说，点对点网络就是通过中间设备将信息直接发送到需要接收的计算机，其他计算机却收不到这个消息。第1章计算机网络概述1.3.4按网络的拓扑结构分类1.总线型拓扑结构是将网络中的所有设备都通过一根公共总线连接，通信时信息沿总线进行广播式传送，如图所示。第1章计算机网络概述1.3.4按网络的拓扑结构分类2.在环型拓扑结构中，所有设备连接成环，信息是沿着环采用广播方式传送的，如图所示。在环型拓扑结构中每一台设备只能和相邻结点直接通信。与其他结点通信时，信息必须依次经过两者间的每一个结点。第1章计算机网络概述1.3.4按网络的拓扑结构分类3.星型拓扑结构是由一个中央结点和若干从结点组成，如图所示。中央结点可以与从结点直接通信，而从结点之间的通信必须经过中央第1章计算机网络概述1.3.4按网络的拓扑结构分类4.网状拓扑结构分为一般网状拓扑结构（如下左图所示）和全连接网状拓扑结构（如下右图所示）两种。一般网状拓扑结构中每个结点至少与其他两个结点直接相连。全连接网状拓扑结构中的每个结点都与其他第2章数据通信基础2.1.1数据通信基本概念2.1数据通信基础知识1.（1）信息（information）：信息是对客观事物的属性和相互联系特性的表现，它反映了客观事物的存在形式或运动状态。（2）数据（data）：数据是一组有意义的实体，它是信息的载体，是信息（3）信号（signal）：信号是数据的物理量编码（通常为电磁编码），数（4）信源（informationsource）：通信过程中产生和发送信息的设备。（5）信宿（informationsink（6）信道（channel（7）码元（codecell）：在数据通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为二进制码元，而这个间隔被称为码元长度。第2章数据通信基础2.1.1数据通信基本概念2.1（1）模拟信号（analogsignal）：模拟信号是连续变化的电磁波，其取值可以有无限多个，是某种物理量的测量结果，这种信号可以以（2）数字信号（digitalsignal）：数字信号是一系列离散的电磁脉冲，可以使用恒定的正负电压值表示二进制数1和0，这种电磁脉冲可以按不同的数据传输速率（b/s第2章数据通信基础2.1.1数据通信基本概念2模拟信号和数字信号可通过参量（幅度）来表示，如图2第2章数据通信基础2.1.1数据通信基本概念3.1（1）模拟数据：指在某个区间内连续变化的数据，如声音、温度和（2）数字数据：指离散的数据。它使用一系列符号表示信息，而每第2章数据通信基础2.1.1数据通信基本概念2模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，因而无论信源产生的是模拟数据还是数字数据，在传输过程中都可以使用适合于其信道传输的某种信号形式进行传输，如图所示。第2章数据通信基础2.1.2数据通信系统模型数据通信系统是通过数据电路设备（DCE）将远端的数据终端设备（DTE）与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。比较典型的数据通信系统主要由数据终端设备、数据电路第2章数据通信基础2.1.2数据通信系统模型一个理想的数据通信系统模型要具备三要素，即信源、信道和信宿，如下（a）图所示。而一个现实的通信系统通常由信源、信道、信宿以及噪声组成，如下（b第2章数据通信基础2.1.3数据通信系统的性能指标1.传输速率是指在单位时间内传输的信息量。传输速率分为两种：数1数据传输速率（Rb）简称传输率，又称数据速率、比特率，它表示单位时间（每秒）内传输实际信息的比特数，单位为比特／秒，记为bit/s、b/s、bps。比特在信息理论中作为信息量的度量单位。一般在数据通信中，如果使用1和0的概率是相同的，则每个1和0就是一个比特的信息量。如果一个数据通信系统每秒传输9600bit，则它的传输率Rb＝9600b/s2码元传输速率（RB）简称传码率，又称符号速率、码元速率、波特率、调制速率，它表示单位时间内（每秒）信道上实际传输码元的个数，单位是波特（Baud），常用符号B第2章数据通信基础2.1.3数据通信系统的性能指标3码元传输速率仅仅表示单位时间内传送的码元数目，码元传输速率没有限定这段时间内的码元应具有的信号状态数。而码元信号状态数决定了一个码元所携带的二进制数据量，如码元状态数为2，则它携带1位二进制数据；码元状态数为4，则它携带2位二进制数据。所以计算数据传输速率时，必须要考虑一个码元所携带的二进制信息量。第2章数据通信基础2.1.3数据通信系统的性能指标2.带宽（bandwidth）通常指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频带宽度，通常称为信道的通频带。对于模拟信号而言，带宽又称为频宽。带宽的单位是赫兹（Hz）。信道带宽是由信道的物理特性所决定的，例如，电话线路的频率范围为300～3400Hz，则它的带宽为300～3400Hz。第2章数据通信基础2.1.3数据通信系统的性能指标3.信号在传输过程中不可避免地要受到噪声的影响，信噪比是用来描述在此过程中信号受噪声影响程度的量，它是衡量传输系统性能的重要指标之一。信噪比通常是指某一点上的信号功率与噪声功率之比，可用下面的公式表示信噪比。nPPNSS第2章数据通信基础2.1.3数据通信系统的性能指标误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标，它定义为二进制数据传输时出错的概率。假设传输的二进制数据总数为N位，其中出错的位数为NeNNPee第2章数据通信基础2.1.4数据传输方式1.并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。并行通信方式的示意图如图所示。第2章数据通信基础2.1.4数据传输方式2.采用串行通信方式传输数据时，数据是一位一位地在通信线路上传输的，先由具有几位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并—串转换设备转换成串行方式，再逐位经传输线路到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。串行通信方式的示意图如图所示。第2章数据通信基础2.1.4数据传输方式3.串行通信的方向性结构串行数据通信的方向性结构有3种，即单工（simplexmode）、半双工（halfduplexmode）和全双工（fullduplexmode），如图所示。第2章数据通信基础2.2.1电路交换2.2数据交换技术1.电路交换的3个过程第2章数据通信基础2.2.1电路交换2.1电路交换技术的优点是：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持2电路交换技术的缺点是：在数据传送之前必须先建立一条专用通道，在通道拆除之前，一直由一对用户完全占用；对于猝发式的通信，交换效率不高。因此，该技术适用于系统间要求高质量传输大量数据的情况。第2章数据通信基础2.2.2报文交换每个结点在收到整个报文并检查无误后，就暂存该报文，然后利用路由信息找出下一个结点的地址，再把整个报文传送给下一个结点。因此，端与端之间无须预先一个报文在每个结点的延迟时间等于接收报文所需的时间与向下一个结点转发所需的排队延迟时间之和。报文交换时序图如图所示。第2章数据通信基础2.2.2报文交换2.（1）报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不（2）由于报文交换技术采用“存储—转发”的传输方式，在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施，加之交换结点还具有路径选择功能，就可以做到某条传输路径发生故障时，重新选择另一条路径传输数据，提高了传输的可靠性；在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配，甚至收发双方可以不同时处于可用状态，这样就便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信；提供多目标服务，即一个报文可以同时发送到多个目的地址，这在电路交换中是很难实现的；允（3）通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路，因而大大提高了通信线路的利用率。第2章数据通信基础2.2.2报文交换3.（1）数据进入交换结点后要经历“存储—转发”这一过程，从而引起转发延时（包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等），而且网络的通信量越大，造成的延时就越大，因此，报文交换的实时性（2（3）由于报文长度没有限制，