计算机网络基础课件

计算机网络基础贺文[e-mail]第一章计算机网络基础知识一、计算机网络的发展1.面向终端的网络2.多机系统互联3.体系结构标准化网络4.网络互连与高速网络二、网络的定义计算机网络是将地理位置不同，且有独立功能的多个计算机系统利用通信设备和线路互相连接起来，且以功能完善的网络软件（包括网络通信协议、网络操作系统等）实现网络资源共享的系统。三、网络的组成1．广域网的基本组成与结构(1)主机主机是计算机网络中承担数据处理的计算机系统。具有完善的管理能力的硬件和操作系统。(2)终端直接面对用户，如键盘显示器、智能终端、会话型终端、图形终端等等。(3)通信控制处理机(4)通信设备与通信线路2．局域网的基本组成与结构局域网的基本组成与广域网相似，但由于局域网的覆盖范围与规模较小，故有些方面与广域网不同。例如，局域网没有通信处理机，通信处理功能由网卡实现。(1)服务器(Server)(2)客户机(Client)(4)网络设备与网络介质(5)网络软件四、网络技术中的术语1.透明与虚拟透明：一个事物实际存在，但不表现出来，好似不存在。（用户一般不考虑访问网络资源所存在的操作系统及各种格式）虚拟：一个事物不存在，但却表现出来，就好象实际存在一样。2.联机多用户系统和分布式计算机系统联机多用户系统：一台中心计算机与若干台终端或计算机相连接，供多个用户同时使用。分布式计算机系统：在分布式操作系统的支持下，进行分布式数据处理各计算机之间的并行计算机工作。五、计算机网络的功能1.数据通信计算机网络本身就是一种通信系统。2.资源共享3.提高计算机的可靠性和可用性4.易于分布处理六、计算机网络的分类局域网(LocalAreaNetwork)局域网的特点如下：1.分布范围有限。2.有较高的通信带宽，数据传输率高。3.数据传输可靠，误码率低。4.通常采用同轴电缆或双绞线作为传输介质。5.拓扑结构简单简洁。广域网（WideAreaNetwork）广域网最根本的特点是：1.分布范围广。2.数据传输率低。3.可靠性不高。使用光纤较好。4.广域网常常借用传统的公共传输网（电话网等）来实现。因为单独建造一个广域网极其昂贵。5.拓扑结构较为复杂。城域网（MetropolitanAreaNetwork）是规模介于局域网和广域网之间的一种较大范围的高速网络。七、网络的拓扑结构１．树型２．星型３．总线型４．环型５．网状型６．混合型集线器令牌环集线器集线器交换机网状结构终端终端终端终端终端终端终端终端终端节点节点节点节点八、计算机网络的传输介质网络中，双方通信时所采用的物理连线。有线：双绞线，同轴电缆，光缆无线：卫星，无线电，微波1.双绞线使用最早、最普及的有线介质是双绞线。它是以螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成的。两根线扭在一起是为了减少相互间的幅射电磁干扰。分类：屏蔽（STP）非屏蔽（UTP）：1类，2类，3类，4类，5类，超5类，6类，7类12345678T586B白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕T586A白绿绿白橙蓝白蓝橙白棕棕在局域网，双绞线主要是用来连接计算机网卡到集线器或通过集线器之间级联口的级联，有时也可直接用于两个网卡之间的连接或不通过集线器级联口之间的级联，但它们的接线方式各有不同。准备工具和材料UTP压线钳RJ45接头护套简易测线仪连接UTP和RJ45接头(2)连接UTP和RJ45接头(3)2.同轴电缆基带：数字信号，阻抗50欧，用于IEEE802.3以太网宽带：模拟信号，阻抗75欧，用于频分多路复用技术内导体绝缘层外导体屏蔽绝缘保护外层基带同轴电缆类型技术标准细缆粗缆直径0.25英寸0.5英寸传输距离185m500m接头螺旋形BNC头(端接)T形头(分接)AUI阻抗50Ω75Ω应用的局域网类型10Base2(细缆以太网)10Base5(粗缆以太网)（3）光纤传输频带宽，通信容量大;损耗低，中继距离长;抗干扰能力强;保密性好;重量轻、体积小;节省有色金属，抗腐蚀能力强。光纤的结构用光纤来传输电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，而在接收端又要由光检波器还原成电信号，其传送过程如图。光源可以采用两种不同类型的发光管：发光二极管和注入型激光二极管。从而形成了多模光纤和单模光纤。多模光纤（MultimodeFiber）多模光纤使用的材料是发光二极管。发光二极管是一种固态器件，电流通过时就发光，价格较便宜，它产生的是可见光，但定向性较差，是通过在光纤石英玻璃媒体内不断反射而向前传播的。单模光纤（SingleModeFiber）单模光纤使用的材料是注入型二极管。注入型二极管也是一种固态器件，它根据激光器原理进行工作，它产生一个窄带的超辐射光束，产生的是激光。由于激光的定向性好，它可沿着光导纤维传播，减少了折射也减少了损耗，效率更高，也能传播更长的距离，而且可以保持很高的数据传输率。但是激光二极管要比发光二极管价格贵得多，这种光纤称为单模光纤。无线传输介质无线传输介质都不需要架设或铺埋电缆或光纤，而是通过大气传输，目前有三种技术：微波、红外线和激光。（1）微波微波通信是在对流层视线距离范围内利用无线电波进行传输的一种通信方式，频率范围为2GHz-40GHz。（2）红外线和激光红外通信和激光通信也像微波通信一样，有很强的方向性，都是沿直线传播的。（3）卫星通信卫星通信是以人造卫星为微波中继站，它是微波通信的特殊形式。第二章数据通信基础知识第一节数据通信系统一、数据通信系统模型二、数据通信的基本概念数据：是一种承载信息的实体，由数字、字符、符号等组成。信息：是对数据的解释。有具体含义。信号：是数据的表示形式,或称数据的电磁或电子编码，它使数据以适当的形式在介质上传输。数据通信：通过计算机与通信线路相结合，对各种数据信号进行传输、变换和处理的过程。模拟通信：以模拟信号形式在信道上传送数据。数字通信：以数字信号形式在信道上传送数据。三、数据通信的技术指标1．信道带宽和信道容量信道带宽：信道上能够传送的信号的最大频率范围。如：电话：300HZ——3400HZ信道容量：信道在单位时间可传输的最大码元数。*信道带宽越宽，一定时间内信道上传输的信息量就越多，信道容量就越大。2．传输速率单位时间内传输的二进制代码的位数。3．误码率二进制码元在传输过程中被传错的概率。（错误接收的码元数在所传输的总码元数中所占的比例）4．传输延迟发送和接收设备存在响应时间，及中间转发等待时间等。第二节数据通信方式一、并行通信和串行通信并行通信方式（特点：传输速率高、传输设备多、传输速率要求高的通信中。）串行通信方式（特点：速度慢，但节省了大量通信设备和通信线路，在技术上更适合远距离通信。）因此，计算机网络普遍采用串行传输方式。二、单工、半双工、双工单工：设备简单、造价低，但传输效率也低。半双工：该方式在通信中要不断的改变传输通道的方向，因此控制复杂，传输效率极低。双工：传输效率高，控制简单，但造价高。单工：半双工：全双工：三、基带传输、频带传输和宽带传输基带传输：在信道上直接传输基带信号，而基带信号是指在通信电缆上原封不动的传输由计算机或终端产生的0、1数字脉冲信号。频带传输：将基带信号转换为频率表示的模拟信号来传输。宽带传输：将信道分成多个子信道，分别传送各种信号。第三节数据编码技术一、模拟数据编码：数字数据在网络中用模拟信号表示，需要进行调制。调制方法有3种。调幅（AM）“1”有载波输出，“0”无载波出现。技术简单，但抗干扰能力差。调频（FM）“1”使用的频率和“0”使用的频率不一致。技术简单，抗干扰能力较强。调相（PM）数字信号“1”对应相位180度，“0”对应相位0度。技术复杂，抗干扰能力强。例题：二、数字数据编码：在数字信道中传输计算机数据时，要对计算机中的数字信号重新编码，进行基带传输。1）不归零编码（NRZ）低电平表示“0”，高电平表示“1”。2）曼彻斯特编码用电平跳变来表示，每一个比特的中间均有一个跳变，这个跳变既做时钟信号，又做数据信号。电平从高到低的跳变表示“1”，从低到高的跳变表示“0”。3）差分曼彻斯特编码对曼彻斯特编码的改进。比特无跳变表示“1”，有跳变表示“0”。例题：第四节多路复用技术一条物理信道同时传输多路信息，提高信道利用率。1.频分多路复用（FDM）将一定带宽的信道分割为若干个较小频带的子通道，每个子通道可供一个用户使用（各信道之间有保护频带）。条件：信道带宽远大于每个子信道带宽。2．时分多路复用（TDM）频分多路复用较适用于模拟信号，而时分多路复用更适合用于数字信号，将信道的传输时间分成若干个时间片轮流地给多个信号源使用，每个时间片被复用的一路信号占用。条件：信道的传输速度远大于各信源所要求的传输速度。3．波分多路复用4．码分多路复用第五节数据交换技术节点与节点间不一定相邻，通过一个或多个节点组成的中间网络来交换转发。1.电路交换(1)电路建立：在传输数据之前，要经过呼叫过程以建立一条端到端（站到站）的电路。(2)数据传输：没有延迟，没有阻塞的问题(因为是专用线路)。(3)电路拆除：优点：数据传输可靠、迅速，不丢失且保持原来的序列缺点：信道容量造成浪费，而且当数据传输阶段的持续时间很短暂，电路建立和拆除所用的时间也得不偿失。2.报文交换工作原理:不需在两个站点之间建立一条专用通路，数据传输的单位是报文（数据块），长度不限。传送过程采用存储一转发方式。在同一时间内，报文的传输只占用两个节点之间的一段线路。而在两个通信用户间的其它线路段，可传输其它用户的报文。优点:线路效率较高。暂存报文，可以进行差错控制。可以把一个报文发送到多个目的地。缺点：延迟长，不能用于传送声音和图像数据。3.分组交换报文交换的改进，每个分组的长度有一个上限，因此，一个较长的报文必须分成若干个分组。特点：a.存储容量降低，降低传输延迟。b.只有出错的分级才会被重发，提高了交换效率。第五节差错控制技术一、差错：通信时接收端收到的数据与发送端实际发出的数据不一致。二、差错控制：通信中发现检测差错，对差错进行纠正，从而把差错限制在数据传输所允许范围内。三、差错包括：传输中位丢失；发送“1”，而接收“0”；发送“0”而接收“1”。四、差错产生原因线路本身的信号幅度频率的变化和衰减信号在线路上产生反射造成的相领线路的串抗外界电磁干扰五、差错控制的核心是在要传送的数据信息码上加上冗余码，形成符合一定规律的发送序列。能发现并能自动纠错的编码，称纠错码。能发现但不能自动纠错的编码，称检错码。六、简单介绍两种检错码1．奇偶校验码2．循环冗余校验码第六节同步技术所谓同步既收发双方在时间、动作上一致.1.异步传输异步传输是以字符为单位的数据传输。发送端与接收端采用相同的数据格式、相同的传输速率。2.同步传输1)面向字符的同步传输每个数据块的头部用一个或多个同步字符标记开始；尾部用另一个惟一的字符来标记结束。2)面向位流的同步传输每个数据块的头、尾部用一个特殊比特序列（如01111110）标记数据块的开始和结束。第三章网络体系结构与协议一、分层原则1．每层的功能应当明确，各层相对独立，不影响其他层。2．各层功能的确定应当有助于网络协议国际标准的制定。3．层间接口要清晰。4．层数要适当。二、协议与服务服务是“垂直的”，是下层通过接口向上层提供的支持。协议是“水平的”，是对等层之间虚拟通信时所使用的一组规则和格式。…N+1NN-1…物理介质系统A…N+1NN-1…系统B接口同等层协议SAP实体三、服务原语服务在形式上由原语描述，原语规定了应完成的功能。请求：请求实体的服务。指示：通知服务已开始。响应：响应最近一次指示。证实：请求的服务已完成。有证实服务：四个原语都存在无证实服务：只有请求、指示两个原语四、OSI七层模型国际标准化组织（InternationalStandardOrganization，ISO）在1977年成立一个分委员会专门研究网络通信的体系结构问题，并提出了开放系统互连参考模型OSI/RM（ReferenceModelofOpenSystemInterconnection），它是一