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第4章计算机网络与因特网4.1数字通信入门现代通信指的是使用电波或光波传递信息的技术，通常称为电信4.1.1通信的基本原理1.通信系统的简单模型（信源，信宿，信道）电（光）信号有两种形式：模拟信号和数字信号2有线与无线通信（电缆通信，光纤通信，无线和微波通信，移动通信）双绞线成本低，易受外部高频电磁波干扰，误码率较高，传输距离有限固定电话本地的回路，计算机局域网等同轴电缆传输特性和屏蔽特性良好，可作为传输干线长距离传输载波信号，但成本较高固定电话中继线路，有线电视接入等中波主要沿地面传播，绕射能力强，用于广播和海上通信，短波具有较强的电离层反射能力，主要用于环球通信，超短波和微波频带很宽，但绕射能力较差，只能作为视距或超视距中继通信。手机和无线局域网（Wi-Fi）都使用微波进行通信。1G采用的是模拟通信技术；2G（GSM和CDMA）采用数字通信技术；3G中国移动：TD-SCDMA（时分-同步码分多址接入），中国电信：CDMA2000，中国联通：WCDMA；4G中国移动TD-LTE，中国电信和中国联通FDD-LTE3.调制与解调技术调制的方法主要有三种：幅度调制，频率调制和相位调制4.多路复用技术TDM（时分多路复用）FDM（频分多路复用）WDM（波分多路复用）MUX（多路复用器）DEMUX（分路器）第1代模拟蜂窝系统采用的是频分多路复用技术，第2代的GSM系统采用的是时分多路复用技术，第3代移动通信采用的是码分多路寻址技术。4.1.2交换技术1.电路交换与分组交换电话交换机采用的是“电路交换”技术，即通话前经过拨号接通双方的线路（建立一条物理通路），通话后再释放该线路（拆线）。电路交换的特点是：在通话的全部时间内用户始终占用端到端的传输信道。分组交换也成为包交换，它是针对数据通信的特点提出的一种交换技术。源计算机地址目的计算机地址编号校验信息传输的数据块头部有效载荷2.分组交换机与存储转发分组交换机的基本工作模式是“存储转发”。为了使每一个数据包均能正确地送达目的计算机，交换机每收到一个包，就要根据包中的目的计算机地址去查一张表（称为转发表），该表的功能是指出发送给哪台目的计算机的包应该从哪个端口转发出去。网络中的每台交换机都必须有自己的转发表，表中包含了通向所有可能目的地的转发信息（称为“路由”信息）。转发表是交换机中的软件根据计算机与交换机，交换机与交换机之间的数据情况发生变化时，转发表就需要重新计算和更新。计算机采用分组交换和存储转发技术的好处是：①传输线路的利用率高②数据通信可靠③灵活性好3.分组交换的应用局域网和蜂窝移动通信采用了分组交换技术。4.2计算机网络基础、4.2.1计算机网络的组成与分类1.计算机联网的目的：①数据通信②资源共享③实现分布式信息处理④提高计算机系统的可靠性和可用性2.计算机网络的分类：局域网（LAN），城域网（MAN），广域网（WAN）VPN虚拟专网3.计算机网络的组成：①计算机②数据通信链路③网络协议④网络操作系统和网络应用软件4.数据传输速率与带宽5.计算机网络的工作模式对等模式（P2P）和客户/服务器模式（C/S），对等模式的特点是网络中的每台计算机既可以作为客户及也可以作为服务器，不需要专门的硬件服务器，也不需要网络管理员，使用比较简单，但一般限于小型网络，性能不高，安全性也较差。例子：Windows操作系统中的“网上邻居”，“工作组”，IP电话，BT下载，QQ即时通信。客户服务器的特点是网络中的每台计算机都扮演着固定的角色，要么是服务器，要么是客户机。通常，在其模式中扮演服务器角色的大多是一些专门设计的性能较高的计算机。例子：E-mail,FTP,Telnet,计算机局域网的基本原理计算机局域网的主要特点是：①为一个单位所拥有，自建自管，地里范围有限②使用专门铺设的传输介质进行联网和数据通信③数据传输速率高，延迟时间短，误码率低1.局域网组成，MAC地址与数据帧2.网卡及其工作过程网卡的任务是负责发送数据和结收数据，CPU将它视同为输入输出设备。不同类型的局域网其MAC地址的规定和数据帧的格式各不相同，因此接入不同类型的计算机需要使用不同类型的网卡。4.2.3常用局域网1.共享式以太网2.交换式以太网：交换式以太局域网是一种星型拓扑结构网络，它与总线式结构的区别是，连接在交换机上的每一台计算机各自独享一定的带宽，带宽由该计算机使用的网卡和连接的交换机端口所决定。3.千万兆位以太网无论是共享式以太网还是交换式以太网，它们的数据帧和MAC地址均相同，所以使用的网卡并无区别。4.无线局域网无线局域网使用的无线电波，主要是2.4GHz和5.8GHz两个频段，采用扩频方式通信和协议是802.11（俗称Wi-Fi）.802.11b2.4GHz调频扩频技术11Mbps802.11a5.8GHz54Mbps802.11g2.4GHz54Mbps802.11n2.4GHz和5.8GHz150Mbps802.11ac1000Mbps4.3因特网的组成4.3.1网络分层结构与TCP/IP协议1.网络的分层结构：文件处理模块，通信服务模块，网络接入模块2.TCP/IP网络协议最著名的结构有两种模型：开放系统互连（OSI）参考模型和TCP/IP模型。OSI模型是国标准化组织提出的，它将网络分成7层，概念清楚但过于复杂，运行效率低。由国际标准化组织提出的，它将网络分成7层，概念清楚但过于复杂，运行效率低。*简单邮件传送协议*超文本传输协议*文件传输协议telnet远程登录TCP/IP既支持面向连接服务（如TCP），也支持无连接服务（如UDP）4.3.2IP协议与路由器1.IP地址每个IP地址使用4个字节（32个二进位）十进制（0~255）来表示。IP地址中包含网络号和主机号两个内容。它分为A类，B类，C类三个基本类，每类有不同长度的网络号和主机号，另有D类和E类地址分别作为组播地址和备用地址使用。全球只有126个网络可获得A类地址，A类IP地址的特征是其二进制表示的最高位为0（首字节小于128）。B类IP地址的特征是其二进制表示的最高两位为10（首字节大于等于128但小余192）。C类IP地址的特征是其二进制表示的最高三位为110（首字节大于等于192但小于224）。有一些特殊的IP地址从不分配给任何主机使用。例如：主机地址是每一位都为0的IP地址，成为网络地址；主机地址每一位都为1的IP地址，称为直接广播地址。2.IP数据报3.路由器路由器是连接异构网络的关键设备，本质上也是一种分组交换机。4.3.3因特网的发展与结构1.因特网的发展因特网的早先结构分为三级：主干网，地区网和校园网。因特网服务提供商ISP通常拥有自己的通信线路，也拥有从因特网管理机构申请得到的许多IP地址。用户的计算机若要接入因特网，必须获得ISP分配的IP地址。对于单位用户，ISP应用层（SMTP*，HTTP*，FTP*等）传输层（TCP或UDP）网络互联层（IP）网络接口和硬件层（以太网，FDDI，X.25，ATM等）通常分配一批地址（如一个B类或若干个C类网络号），单位的网络中心再对网络中的每一台主机指定其子网号和主机号，使每台计算机都有自己固定的IP地址。对于家庭用户，ISP一般不会分配固定的IP地址，而是采用动态分配的方法。2.主机地址与域名系统域名的一般格式为“计算机名.网络名.机构名.最高域名”。因特网中主机的符号名就称为它的域名。域名使用的字符可以是字母，数字和连字符，但必须以字母或数字开头并结尾。整个域名的总长不得超过255个字符。把域名翻译成IP地址的软件称为域名系统DNS。在WindowsXP操作系统的“开始”菜单处运行nslookup命令，可方便地从IP地址查看对应的域名，或从域名查看对应的IP地址。4.3.4因特网的接入1.电话拨号接入电话MODEM最重要的性能指标是它的数据传输速率，以kbps(千比特/秒)为单位，目前电话MODEM的主流产品速率是56kbps.2.ADSL接入（不对称数字用户线）ADSL为下行数据流提供比上行流更高的传输速率。它的特点是：①一条电话线可同时接听，拨打电话并进行数据传输，两者互不影响②虽然使用的还是原来的电话线，但ADSL传输的数据并不通过电话交换机，所以ADSL上网不需要缴付额外的电话费③ADSL的数据传输速率是根据线路的情况自动调整的，它以“尽力而为”的方式进行数据传输。{频带宽度，频率高低}：语音通道〈上行数据通道〈下行数据通道3.有线电视网接入HFC（光纤同轴电缆混合网）CableMODEM（电缆调制解调器）由于CableMODEM所依赖的HFC系统的拓扑结构是分层的树状总线结构，多个终端用户共享连接段线路的带宽，当段内同时上网的用户数目较多时，各个用户所得到的有效宽带将会下降。4.光纤接入网5.无线接入