计算机网络基础知识

浙江广播电视大学计算机应用专业任课教师：孙亚《计算机网络技术》《计算机网络技术》课程是计算机应用专业必修的一门专业课程。学生在学习本课程之前应当具有计算机组成原理和计算机操作系统的预备知识。本课程的任务是：1．使学生对计算机网络从整体上有一个较清晰的了解。2．对当前计算机网络的主要种类和常用的网络协议有较清晰的概念。3．学会计算机网络操作和日常管理和维护的最基本方法。4．初步掌握以TCP/IP协议族为主的网络协议结构。5．初步培养在TCP/IP协议工程和LAN上的实际工作能力。6．了解网络新技术的新发展。课程的性质和任务课程教学基本要求1．计算机网络的概念较多，因此要强调基本概念，而不是过多地讲具体的计算网络中所使用的专用设备。2．计算机网络的发展非常迅速，新的技术不断出现，因此应尽可能地讲述较新的内容，使所学的内容不致很快地过时。第1章计算机网络基础知识学习目标重点难点课程学习学习目标通过本章的学习，掌握计算机网络的定义、功能、分类、组成和网络实现的基本四大技术内容，数据通信的基本概念和数据通信系统的常用概念与指标，数据传输的类型及编码方法，广域网中的数据交换技术，数据通信中差错控制的方法；了解计算机网络的发展，计算机网络的应用，数据通信的方式及同步技术，多路复用技术的分类与特点。重点难点计算机网络的定义、功能、特点、逻辑构成与分类计算机网络四大技术的主要内容、作用与特点数据通信系统的概念、模型与指标信号的类型、传输、编码与信道复用技术数据通信的方式与差错处理课程学习1.1计算机网络概述1.2计算机网络的实现技术1.3计算机网络的数据通信基础1.1计算机网络概述1.1.1计算机网络的发展1.1.2计算机网络的定义、功能和特征1.1.3计算机网络的组成与分类1.1.4计算机网络的应用1.1.5我国计算机网络的发展与常见缩写名称1.1.1计算机网络的发展1.远程终端联机系统阶段2．计算机网络形成阶段3.计算机网络国际标准与互联阶段4．信息高速公路阶段表1.1网络发展阶段特性对比表年代网络与连接名称特点1950-1960远程终端联机系统主机-终端模式、CPU单中心处理、RS232等专用通信线路、低速率联网、资源共享程度较低。1960-80初计算机网络形成阶段计算机-计算机模式、多中心处理、资源共享程度提高，联网速度加快。80初-90中网络互连与国际标准化计算机网络标准化、多种网络广义互连、资源共享程度更高，网络速度更快。1990中-今网络信息高速公路全球化、智能化、高速化、交互式、多媒体、多种综合功能服务的数字业务。1.1.2计算机网络的定义、功能和特征1．计算机网络的定义–以能够共享资源的方式互连起来的自治/自主计算机系统的集合。2.计算机网络的主要功能(资源共享)3.计算机网络的特征–目的是实现计算机资源与信息的共享–由结点与通信链路组成–主机(结点)是不同地理位置的具有独立通信功能的智能设备–统一的通信网络协议1.1.3计算机网络的组成与分类1.计算机网络的组成2.资源子网3.通信子网–通信链路–组网设备–通信、控制软件4.相似计算机网络的概念–分布式系统，多机系统，多终端处理系统5．计算机网络的分类计算机网络的分类（1）按逻辑功能通信子网资源子网（2）按地理范围局域网城域网广域网（3）按组网与实现技术以太网FDDIATM令牌网（4）按管理方式对等式网络主从式网络（5）按拓扑图形结构总线型星型树型环形网状性（6）按信息传输方式点到点式网络广播式网络（7）按传输介质类型有线网络无线网络（8）按用途类型专用网络公用网络（9）其它1.1.4计算机网络的应用1.计算机网络在信息管理、办公自动化与信息服务中的应用2.计算机网络在个人信息综合服务中的应用1.1.5我国计算机网络的发展与常见缩写名称1.“四大网络”与“三金工程”–中国公用网、中国教育科研网、中国科学技术网、国家公用经济信息网–金桥、金关、金卡2.两网、一站、四库、十二金工程3.与网络相关的名称缩写与网络相关的名称缩写ISO（InternationalStandardOrganization）：国际标准化组织。CCITT（ConsultativeCommitteeInternationalTelegraphandTelephone）：国际电报电话咨询委员会。ITU-T（InternationalTelecommUnin-Trade）：国际电讯联盟。IETF（InternetEngineeringTaskFroce）：因特网工程任务组织。ANSI（AmericanNationalStandardInstitute）：美国国家标准协会。IEEE（InstituteofElectricalandElectronicEngineers）：国际电气和电子工程师协会。EIA/TIA（ElectronicIndustrialAssociation/TelecommIndustrialAssociation）：电子工业/电讯工业协会。CNSC（ChineseNationalStandardCommitee）：中国国家标准化委员会。CNNIC（ChineseNationalNetworkInformationCenter）：中国国家网络信息中心。RFC（RequestForComment）：请求标注/评论文档。1.2计算机网络的实现技术1.2.1网络拓朴结构1.2.2传输介质1.2.3通信协议1.2.4交换技术1.2.1网络拓朴结构拓扑结构的定义分类–网络中由点和线所构成的几何图形拓扑结构的分类–按照信道控制方式分类（点对点和广播式）–按照拓扑图形分类总线型拓扑结构星型拓扑结构树型拓扑结构环型拓扑结构网状型拓扑结构总线型拓扑结构图1-2总线型拓扑结构左：示意图；右上：示意拓扑图、右下：标准总线型拓扑。星型拓扑结构图1-3星型拓扑结构左：网络示意图；右：拓扑结构图树型拓扑结构图1-4树型拓扑结构左：网络示意图；右：拓扑结构图环形拓扑结构图1-5环型拓扑结构左：网络示意图；右：拓扑结构图网状型拓扑结构图1-6网状型拓扑结构左：网络示意图；右：拓扑结构图1.2.2传输介质传输介质又称为通信媒介或通信介质，主要由无线和有线媒介组成。目前常用的无线传输介质有微波、卫星、无线电、红外线、激光等，常用的有线通信介质是同轴电缆、双绞线、光导纤维，传输介质是实现计算机网络中结点间相互连接的物理媒介。1.2.3通信协议1.定义2.构成（协议三要素）–语法、语义、时序3.常见的网络协议–（1）TCP/IP–（2）IPX/SPX–（3）NetBeui–（4）AppleTalks–（5）NetBios1.2.4交换技术定义：–信道的使用与信息传输控制的有关方法、法则和管理方案1.电路交换（CircuitExchanging）2.报文交换（MessageExchanging）3.分组交换（PacketExchanging）1.电路交换（CircuitExchanging）2.报文交换（MessageExchanging）报文分组：报文：报文号目的地址源地址校验报文号目的地址源地址报文分组数据校验报文分组号数据图1.9报文与报文分组示意图3.分组交换（PacketExchanging）进行分组交换的通信网称为分组交换网，分组交换又可以分为“数据报”与“虚电路”两种方式。数据报（Datagram）虚电路（VirtualCircuit）4.三种交换技术的示意图1.3计算机网络的数据通信基础1.3.1数据通信的基本概念、模型与指标1.3.2信号的类型、传输、频带与编码1.3.3传输中的信道复用与实现技术1.3.4数据通信的方式与差错处理1.3.1数据通信的基本概念、模型与指标1.数据通信的基本概念（1）信息,信息是对客观事物属性和相互联系特性的描述，它反映了客观事物的存在情况和运动状态。（2）数据,数据是有意义的实体，是数字化的信息形式，在计算机与网络中数据以二进制形式存在。（3）信号,信号是数据的电磁编码或电子编码，是数据在传输媒介与传输过程中的光、电等表现形式。为了传输二进制代码形式的信息数据，必须将其用模拟或数字信号编码的方式来进行描述。（4）信源,通信过程中产生和发送信息的设备叫做信源。（5）信宿,通信过程中接受信息的设备称为信宿。（6）信道,信源和信宿之间的通信链路称为信道，是数据信号传输所经历的通路。（7）变换,信息在从信源进入信道时要转换为与信道相互适应的信号形式（编码与调制），从信道进入信宿时，也可能需要变换为与信宿相适应方式，上述转换过程就称为变换。（8）噪声,信息在传输的过程中，可能受到外界的冲击与干扰称为噪声。（9）模拟通信与数字通信,模拟通信是指将信源产生的模拟数据在模拟通信信道上传输给信宿的过程与方法。数字通信则是指将信源产生的数据（无论是模拟或是数字），以数字信号的方式在数字通信信道上传输给信宿的通信方法与方式。（10）数据通信,数据通信是指在不同计算机之间（或数字设备之间）传送表示信息的比特流的传输过程，即在信源和信宿之间专门传输离散的数字数据的过程与方法。在具体的实现中，可以采用数字通信信道传输数字数据，也可以采用模拟信道传输数字数据。（11）带宽,带宽原意是指通信信道总的频带宽度，单位为赫兹（Hz）、千赫（kHz）和兆赫（MHz）。在计算机网络中，常用来描述网络信道每秒中可以提供的最大网络数据传输速率Mbps，即网络信道的最大信道容量。（12）延时（又称时延）,延时是指一个数据单元从网络的出发端传输到接收端所需要的总时间，其单位有秒s、毫秒（ms）、微秒（μs）等，是网络信道与性能的重要参数。2.数据通信系统模型干扰噪声信源变换信道变换信宿图1.13数据通信系统构成模型3.数据通信系统的实现模型应用程序通信控制器信号变换传输介质信号变换应用程序通信控制器图1.14数据通信系统的实现模型数据链路数据电路数据线路4.数据通信系统的指标（1）最基本指标–数据通信的有效性和可靠性是最重要的指标。（2）比特率S（传输速率）（3）波特率B（信号变化率）（4）比特率和波特率的的区别与联系（5）比特率和波特率的换算公式（6）误码率Pe（出错率）1.3.2信号的类型、传输、频带与编码1.信号的类型–（1）模拟信号–（2）数字信号2.信号的传输3.传输中的编码–（1）模拟信号的编码处理方式–（2）数字信号的编码处理方式（1）模拟信号的编码处理方式010010ωωπ0πππ0+0+π+0+0+0ω2ω1ω2+π数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK(绝对)(d)PSK(相对)ω1ω2ω1图1.20模拟信号的三种编码处理方式U（t）=A（t）·Sin（ωt+φ）（2）数字信号的编码处理方式图1.21数字信号的三种编码处理方式01001011数据(a)非归零码同步时钟(b)曼彻斯特编码(c)差分曼彻斯特编码4.计算机数据通信的过程图1.22计算机数据通信过程数字传输信道模拟传输信道收到的传输数据信号A/DA接收计算机需要发送的数据信号发送计算机D/A计算机S网络卡S基带通信信道（Digital）网络卡R计算机R调制D/A解调A/D宽带传输信道（Analog）解调A/D调制D/A计算机S计算机R5.传输的频带基带传输（数字信号基带传输）宽带传输（模拟信号频带传输）调制（数字信号—模拟信号）解调（模拟信号—数字信号）模拟数据的数字信号编码–脉冲编码调制PCM1.3.3传输中的信道复用与实现技术1.信道复用2.波分多路复用（WDM）3.频分多路复用（FDM）4.时分多路复用（TDM）5.码分多路复用（CDM）1.信道复用图1-23数据通信的信道复用技术2.波分多路复用WDM图1-24波分多路复用技术3.频分多路复用FDM图1-25频分多路复用技术4.时分多路复用TDM5.码分多路复用CDM1.3.4数据通信的方式