第六章计算机网络与多媒体技术基础

大学计算机基础第六章计算机网络与多媒体技术基础授课要求目的与要求重点与难点授课内容计算机网络与网络安全基础【目录】四局域网简介一计算机网络概述五Internet简介二计算机通信简介三网络通讯介质简介六网络安全概述七多媒体技术基础计算机网络与网络安全基础计算机网络并不是随着计算机的出现而出现的，而是随着社会对资源共享和信息交换与及时传递的迫切需要而发展起来的。它是现代计算机技术和通信技术密切结合的产物。计算机网络就是利用通信设备和通讯线路把不在一起的计算机等设备相互联起来，用相应的软件实现资源共享和信息交换的系统。随着计算机网络的不断发展，尤其是Internet的日益普及，网络与我们的生活密不可分，但随之而来的网络安全问题也日益突出，每年因黑客入侵、计算机病毒的破坏都造成了巨大的经济损失。人们在利用网络的优越性的同时，对网络安全问题也决不能忽视。计算机网络概述什么是计算机网络用通讯设备和线路，将处在不同地方和空间位置、操作相对独立的多个计算机连接起来，再配置一定的系统和应用软件，在原本独立的计算机之间实现软硬件资源共享和信息传递，这个系统就成为计算机网络了计算机网络概述计算机网络的发展1969年12月，Internet的前身---美国的ARPA网投入运行八十年代初，局域网系统的典型结构出现九十年代，计算机技术、通信技术以及建立在计算机和网络技术基础上的计算机网络技术得到了迅猛的发展。1996年和1997年开始研究发展更加快速可靠的互联网2（Internet2）和下一代互联网（NextGenerationInternet）计算机网络概述计算机网络的分类按作用域可分为：局域网、城域网、广域网、因特网。按拓扑结构分为：总线网络、环形网络、星形网络和网状网络。计算机网络概述计算机网络体系结构ISO（国际标准化组织）即开始致力于制定一套普遍适用的规范集合，以使得全球范围的计算机平台可进行开放式通信。ISO创建了一个有助于开发和理解计算机的通信模型，即开放系统互连OSI（模型）。OSI模型将网络结构划分为七层：即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层均有自己的一套功能集，并与紧邻的上层和下层交互作用。计算机网络概述计算机网络体系结构物理层：物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。通信用的互连设备指DTE和DCE间的互连设备。DTE既数据终端设备，又称物理设备，如计算机、终端等都包括在内。而DCE则是数据通信设备或电路连接设备，如调制解调器等。计算机网络概述计算机网络体系结构物理层：物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。通信用的互连设备指DTE和DCE间的互连设备。DTE既数据终端设备，又称物理设备，如计算机、终端等都包括在内。而DCE则是数据通信设备或电路连接设备，如调制解调器等。计算机网络概述计算机网络体系结构链路层的主要功能：链路连接的建立，拆除，分离。帧定界和帧同步。链路层的数据传输单元是帧。协议不同。帧的长短和界面也有差别，但无论如何必须对帧进行定界。顺序控制。指对帧的收发顺序的控制。差错检测和恢复。还有链路标识，流量控制等等.差错检测多用方阵码校验和循环码校验来检测信道上数据的误码，而帧丢失等用序号检测.各种错误的恢复则常靠反馈重发技术来完成。计算机网络概述计算机网络体系结构网络层主要功能：路由选择和中继。激活，终止网络连接。在一条数据链路上复用多条网络连接，多采取分时复用技术。差错检测与恢复。排序，流量控制。服务选择。网络管理。计算机网络概述计算机网络体系结构传输层是两台计算机经过网络进行数据通信时，第一个端到端的层次，具有缓冲作用。当网络层服务质量不能满足要求时，它将服务加以提高，以满足高层的要求；当网络层服务质量较好时，它只用很少的工作。传输层还可进行复用，即在一个网络连接上创建多个逻辑连接。传输层也称为运输层。传输层只存在于端开放系统中，是介于低3层通信子网系统和高3层之间的一层。因为它是源端到目的端对数据传送进行控制从低到高的最后一层。计算机网络概述计算机网络体系结构会话层为为会话实体间建立连接。为给两个对等会话服务用户建立一个会话连接，应该做如下几项工作：将会话地址映射为运输地址。选择需要的运输服务质量参数。对会话参数进行协商。识别各个会话连接。传送有限的透明用户数据。计算机网络概述计算机网络体系结构表示层的作用之一是为异种机通信提供一种公共语言，以便能进行互操作。这种类型的服务之所以需要，是因为不同的计算机体系结构使用的数据表示法不同。计算机网络概述计算机网络体系结构应用层向应用程序提供服务，这些服务按其向应用程序提供的特性分成组，并称为服务元素。有些可为多种应用程序共同使用，有些则为较少的一类应用程序使用。应用层是开放系统的最高层，是直接为应用进程提供服务的。计算机通信简介数据和通讯信息、数据和信号信道及信道的分类串行传输与并行传输基带传输与数字信号编码计算机通信简介线路复用技术常用的三种多路复用技术为：频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)和波分多路复用(WDM)。频分多路复用：当信道带宽大于各路信号的总带宽时，可以将信道分割成若干个子信道，每个子信道用来传输一路信号。或者说是将频率划分成不同的频率段，不同路的信号在不同的频段内传送，各个频段之间不会相互影响，所以不同路的信号可以同时传送。这就是频分多路复用（FDM）。时分多路复用：当信道达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时，可以将使用信道的时间分成一个个的时间片（时隙），按一定规则将这些时间片分配给各路信号，每一路信号只能在自己的时间片内独占信道进行传输，所以信号之间不会互相干扰。波分多路复用：是FDM应用于光纤信道的一个变例。计算机通信简介数据交换技术数据交换技术主要包括：点对点链路、电路交换、包交换、虚拟电路等。点对点链路点对点链路提供的是一条预先建立的从客户端经过运营商网络到达远端目标网络的广域网通信路径。一条点对点链路就是一条租用的专线，可以在数据收发双方之间建立起永久性的固定连接。电路交换电路交换是广域网所使用的一种交换方式。可以通过运行商网络为每一次会话过程建立，维持和终止一条专用的物理电路。电路交换也可以提供数据报和数据流两种传送方式。计算机通信简介数据交换技术包交换包交换也是一种广域网上经常使用的交换技术，通过包交换，网络设备可以共享一条点对点链路通过运营商网络在设备之间进行数据包的传递。包交换主要采用统计复用技术在多台设备之间实现电路共享。ATM，帧中继，SMDS以及X.25等都是采用包交换技术的广域网技术。虚拟电路虚拟电路是一种逻辑电路，可以在两台网络设备之间实现可靠通信。虚拟电路有两种不同形式，分别是交换虚拟电路（SVC）和永久性虚拟电路（PVC）。网络通讯介质简介双绞线双绞线采用了一对互相绝缘的金属导线互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波的干扰。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。“双绞线”的名字也是由此而来。它的特点就是价格便宜，所以被广泛应用。双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两大类。网络通讯介质简介双绞线优点：（1）无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间；（2）重量轻，易弯曲，易安装；（3）将串扰减至最小或加以消除；（4）具有阻燃性；（5）具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。网络通讯介质简介同轴电缆同轴电缆也是局域网中最常见的传输介质之一。它用来传递信息的一对导体是按照一层圆筒式的外导体套在内导体（一根细芯）外面，两个导体间用绝缘材料互相隔离的结构制成的，外层导体和中心轴芯线的圆心在同一个轴心上，所以叫做同轴电缆。广泛使用的同轴电缆有两种：一种为50Ω(指沿电缆导体各点的电磁电压对电流之比)同轴电缆，用于数字信号的传输，即基带同轴电缆；另一种为75Ω同轴电缆，用于宽带模拟信号的传输，即宽带同轴电缆。网络通讯介质简介光纤光导纤维是软而细的、利用内部全反射原理来传导光束的传输介质，有单模和多模之分。单模光纤多用于通信业。多模光纤多用于网络布线系统。光纤为圆柱状，由3个同心部分组成——纤芯、包层和护套，每一路光纤包括两根，一根接收，一根发送。一根光缆中包含有多条光纤。网络通讯介质简介光纤与铜质电缆相比较，光纤通信明显具有其他传输介质无法比拟的优点。（1）传输信号的频带宽，通信容量大；信号衰减小，传输距离长；抗干扰能力强，应用范围广。（2）抗化学腐蚀能力强，适用于一些特殊环境下的布线。（3）原材料资源丰富。光纤也存在着一些缺点：如质地脆，机械强度低；切断和连接中技术要求较高等，这些缺点也限制了目前光纤的普及。网络通讯介质简介同步卫星卫星其实就是非地面微波，有些情形下工作在与地面系统同一频率范围上。最常见的卫星系统就是同步地球轨道（GEO），GEO始终处在赤道正上方的位置上，高度大约为22300英里。卫星与地球表面总是保持相对静止位置。卫星具有诸多优点，包括覆盖区域（footprint）广泛。卫星在点对多点和广播应用具有很大优势。缺点：卫星的性能受天气影响较大和传播延迟较长。网络通讯介质简介微波微波是指频率大过于1GHz的电波。如果应用较小的发射功率（约一瓦）配合定向高增益微波天线，再于每隔10～50英哩（约为16～80KM）的距离设置一个中继站就可以架构起微波通信系统。数字微波设备所接收与传送的是数字信号，数字微波采用正交调幅（QAM）或移相键送（PSK）等调幅方式，传送语音、数据或是影像等数字信号。与模拟微波比较起来，数字微波具有较佳的通信品质，而且在长距离的传送过程中比较不会有杂音累积。局域网简介局域网概述局域网即计算机局部区域网，它是在一个局部的地理范围内，将各种计算机、外围设备、数据库等互相连接起来组成的计算机通信网，简称LAN。以太网系统由三个基本单元组成：（1）物理媒体，用于携带计算机之间的以太网信号。（2）媒体访问控制规则，嵌入在每个以太网接口卡中，从而使得多路计算机对共享以太网信道作出正确判断。（3）以太帧，由一组系统用于携带数据的标准比特流构成。局域网简介传统局域网协议---CSMA/CD协议CSMA/CD翻成“载波侦察听多路访问/冲突检测”。载波侦听是网络上各个工作站在发送数据前都要总线上有没有数据传输。若干数据传输（称总线为忙），则不发送数据；若无数据传输（称总线为空），立即发送准备好的数据。多路访问是网络上所有工作站收发数据共同使用同一条总线，且发送数据是广播式的。冲突是，若网上有两个或两个以上工作站同时发送数据，在总线上就会产生信号的混合，多个工作站都同时发送数据，在总线上就会产生信号的混合，该多个工作站都辨别不出真正的数据是什么。这种情况称数据冲突又称碰撞。为了减少冲突发生后又的影响。工作站在发送数据过程中还要不停地检测自己发送的数据，有没有在传输过程中与其它工作站的数据发生冲突，这就是冲突检测。局域网简介传统局域网协议---CSMA/CD协议以太网帧的大小是可变的。每个帧包括一个14字节的报头和一个4字节的帧校验序列域。这两个域增加了18字节的帧长度。帧的数据部分可以包括从46字节到1500字节长的信息（如果传输小于46字节的数据，则网络将对数据部分填充填充位直到长度为46字节）。因此，以太网帧的最小长度为18+46，或64个字节，最大长度为18+1500，或1518个字节。局域网简介快速以太网100Mbps快速以太网标准又分为：100BASE－TX、100BASE－FX、100BASE－T4三个子类。1