第一章 计算机网络与通信基础

计算机网络技术十堰职业技术学院电子工程系主讲:杨钊课时:48实验:16考核:笔试上网干什么1.浏览网页:看看新闻,查找行业资料,浏览股市行情,电子购物.2.网上聊天:Web聊天室(ICQ、QICQ),语音聊天,影像聊天.3.电子邮件:Foxmail或OutlookExpress.4.远程文件传输:Cutftp或网络蚂蚁(Upload、Download).5.新闻组和BBS:OutlookExpress,Telnet程序,Netterm程序.6.网络游戏:7.杂乱事:收听在线广播,拨打网络电话,远程控制.8.新事:网上办公室,网上虚拟旅游,网上教育和考试,网上看病.§引言一.Internet()的由来与发展Internet:因特网,指特定的世界范围的互联网.internet:互联网,只代表一般网络互联.Intranet:企业内部网,优点:开销少,易于安装;充分利用数据库资源;Extranet:外联网.全球信息网或环球网,它作为Internet上的新一代用户界面.Internet2:第二代Internet,采用IPV6(互联网协议版本6),它是Internet通信协议IPV4的升级版本,它的地址为128位,提高Internet的安全性、灵活性和提供其他增强功能.第一章计算机网络与通信基础1.1计算机网络概述1.2计算机网络的功能、分类与应用1.3计算机网络的组成与拓扑结构1.4计算机数据通信基础1.1计算机网络概述一、计算机网络的发展1．发展的四个阶段2．发展的三个时期二、计算机网络的定义1.计算机网络定义的基本内容2.计算机网络与分布式系统的区别计算机网络定义的基本内容把分布在不同地理位置上的具有独立功能的多台计算机、终端及其附属设备在物理上互连，按照网络协议相互通信，以共享硬件、软件和数据资源为目标的系统称作计算机网络。资源共享包括硬件、软件和数据资源的共享，它是计算机网络最有吸引力的功能。资源共享指的是网上用户能够部分或全部地使用计算机网络资源，使计算机网络中的资源互通有无、分工协作，从而大大地提高各种硬件、软件和数据资源的利用率。（1）共享硬件资源（2）共享软件资源（3）共享数据返回计算机网络与分布式系统的区别1.定义：计算机网络（ComputerNetwork）分布式计算机系统2.特点：计算机网络（ComputerNetwork）分布式计算机系统计算机网络（ComputerNetwork）计算机网络（ComputerNetwork）是指实现计算机之间通讯的软件和硬件系统的统称，从广义上讲，利用磁盘在两台微机之间拷贝数据也可以认为是一种特殊的网络。它的更加具体的定义是“以共享资源为目的，通过数据通讯线路将多台计算机互联而组成的系统”，共享的资源包括计算机网络中的硬件设备、软件或者数据。返回分布式计算机系统分布式计算机系统：定义为“存在着一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，由它调用完成用户任务所需要的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。”返回计算机网络特点：1、计算机网络的主要目的是实现计算机资源的共享；2、联网计算机是分布在不同地理位置上的多台独立的计算机系统；3、网间计算机必须遵循全网统一的网络协议。返回分布式计算机系统特点：1、系统拥有多种通用的物理和逻辑资源，他们可以被动态的分配任务；2、系统中分散的物理和逻辑资源通过计算机网络进行信息交换；3、系统存在着一个以全局方式管理系统资源的分布式操作系统；4、系统联网的各计算机及相互合作又各自独立自治；5、系统内部结构对于用户而言完全透明。计算机网络与分布式系统的区别计算机网络是松耦合系统计算机网络为分布式系统提供了基础，分布式系统是紧耦合系统分布式系统是计算机网络的高级形式。返回1.2计算机网络的功能、分类与应用一、计算机网络的功能1．资源共享2．通信功能3．提高系统的可靠性4．网络分布式处理与均衡负载5．分散数据的综合处理二、计算机网络的分类三、计算机网络的应用计算机网络的分类1．按地理位置(1)广域网:也称远程网，分布范围达数百至数千公里，可覆盖一个国家或一个洲(2)局域网:将小范围各种通信设备连在一起的网络，分布范围局限在一幢大楼或一个校园(3)城域网:分布范围在广域网和局域网之间，目的是在大都市较大的地理区域内提供数据、声音和图像的处理2．按网络交换方式(1)电路交换(2)报文交换(3)分组交换计算机网络的分类另外计算机网络还可以有其的划分方法。如：①按建设计算机网络的属性来分：公用网和专用网。②按网络的拓扑结构来分：星形、总线形、环形、树形、全互连形和不规则形。返回计算机网络的应用办公自动化、电子数据交换、远程交换、远程教育、电子银行、电子公告板、电子邮件系统、POS系统、校园网、联机数据交换、企业网络、综合步线系统。返回1.3计算机网络的组成与拓扑结构资源子网由主机和终端构成通信子网由通信控制处理机和通信线路组成计算机网络组成的角度，从逻辑上分：资源子网和通信子网左图是资源子网和通信子网右图是一个典型的局域网示意图计算机网络的拓扑结构1、星型拓扑结构2、总线型拓扑结构3、环型拓扑结构4、树型拓扑拓扑结构5、混合型拓扑结构总线型：优点：布线量小、结构简单、成本较低、扩充灵活缺点：发生故障不容易检测、最高网络传输速度为10M/秒、总线断开网络不可用、总线长度受限制总线型拓扑结构总线型拓扑结构采用单根传输线作为传输介质，所有的站点（包括工作站和文件服务器）均通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或称总线上，各工作站地位平等，无中心结点控制。总线型拓扑结构的总线大都采用同轴电缆。总线上的信息多以基带信号型式串行传送。某个站点发送报文（把要发送的信息叫报文），其传送的方向总是从发送站点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，又称为广播式计算机网络，在总线网络上的所有站点都能接收到这个报文，但并不是所有的都接收，而是每个站点都会把自己的地址与这个报文的目的地址相比较,只有与这个报文的目的地址相同的工作站才会接收报文。总线型拓扑结构在总线型拓扑结构中，由于各站点通过总线来传输信息，并且各站点对于总线的使用权是平等，因此就产生了如何合理分配信道问题，这种合理解决信道分配问题的控制方法叫介质访问的控制方式。总线型拓扑结构的介质访问控制方式是叫CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）。总线型拓扑结构优点：1.从硬件观点来看总线型拓扑结构可靠性高。因为总线型拓扑结构简单，而且又是无源元件。2.易于扩充，增加新的站点容易。如要增加新站点，仅需在总线的相应接入点将工作站接入即可。3.使用电缆较少，且安装容易。4.使用的设备相对简单，可靠性高。缺点：1.故障诊断困难。由于总线拓扑的网络不是集中控制，故障检测需在网络上各个站点进行。2.故障隔离困难。在星型拓扑结构中，一旦检查出哪个站点出故障，只需简单地把连接拆除即可。而在总线型拓扑结构中，如果某个站点发生故障，则需将该站点从总线上拆除，如传输介质故障，则整个这段总线要切断和变换。返回环型拓扑结构环型拓扑结构是由网络中若干中继器通过点到点的链路首尾相连型成一个闭合的环。这种环型拓扑结构使公共使用电缆型成环型连接。每个中继器与两条链路相连，由于环型拓扑的数据在环路上沿着一个方向在各节点间传输，这样中继器能够接收一条链路上来的数据，并以同样的速度串行地把数据送到另一条链路上，而不在中继器中缓冲。每个站对环的使用权是平等的，所以它也存在着一个对于环型线路的“争用”和“冲突”的问题。令牌环环型拓扑结构在环路上发送和接收数据的过程大致如下：发送报文的工作站（简称发送站）将报文分成报文分组，每个报文分组包括一段数据再加上某些控制信息，在控制信息中含有目的地址。发送站依次把每个报文分组送到环路上，然后通过其它中继器进行循环，每个中继器都对报文分组的目的地址进行判断，看其是否与本地工作站的地址相同，仅有地址相同工作站才接收该报文分组，并将分组拷贝下来，当该报文分组在环路上绕行一周重新回到发送站时，由发送站把这些分组从环路上摘除。由此可看出环路上某一结点发生故障，它将不能正常地传送信息。环型拓扑结构优点：1.路由选择控制简单。因为信息流是沿着固定的一个方向流动的，两个站点仅有一条通路。2.电缆长度短。环型拓扑所需电缆长度和总线拓扑结构相似，但比星型拓扑要短。3.适用于光纤。光纤传输速度高，而环型拓扑是单方向传输，十分适用于光纤这种传输介质。缺点：1.结点故障引起整个网络瘫痪。在环路上数据传输是通过环上的每一个站点进行转发的，如果环路上的一个站点出现故障2.则该站点的中继器不能进行转发，相当于环在故障结点处断掉，造成整个网络都不能进行工作。3.诊断故障困难。因为某一结点故障会使整个网络都不能工作，但具体确定是哪一个结点出现故障非常困难，需要对每个结点进行检测。返回树型拓扑拓扑结构树型拓扑是从总线拓扑演变过来的，形状象一棵倒置的树，顶端有一个带有分支的根，每个分支还可延伸出子分支。树型拓扑是一种分层的结构，适用于分级管理和控制系统。这种拓扑与其它拓扑的主要区别在于其根的存在。当下面的分支节点发送数据时，根接收该信号，然后再重新广播发送到全网。这种结构不需要中继器。与星型拓扑相比，由于通信线路总长度较短，故它的成本低，易推广，但结构较星型复杂。树型拓扑拓扑结构优点：1.易于扩展。从本质上看这种结构可以延伸出很多分支和子分支，因此新的节点和新的分支易于加入网内。2.故障隔离容易。如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将这分支和整个系统隔离开来树型拓扑的缺点是对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作，因此这种结构的可靠性与星型结构相似。返回混合型拓扑结构混合方式比较常见的有星型/总线拓扑和星型环拓扑星型/总线拓扑集线器集线器令牌环星型环拓扑混合型拓扑结构星型/总线拓扑是想综合星型拓扑和总线拓扑的优点，它用一条或多条总线把多组设备连接起来，而这相连的每组设备本身又呈星型分布。对于星型/总线拓扑，用户很容易配置和重新配置网络设备。星型环拓扑试图取这两种拓扑的优点于一体。这种星型环拓扑主要用于IEEE802.5的令牌网。从电路上看，星型环结构完全和一般的环型结构相同，只是物理走线安排成星型连接。优点：故障诊断方便而且隔离容易；网络扩展简便；电缆安装方便。集线器集线器令牌环返回1.4计算机数据通信基础一、计算机数据通信基础概念1、数据、信号与信息2、模拟数据通信和数字数据通信3、数据通信中的主要技术指标二、数据传输方式三、数据编码技术和时钟同步1、数字信号模拟传输---调制与解调2、模拟信号数字传输---采样、量化、编码四、数据交换技术1、线路交换2、报文交换3、报文分组交换五、多路复用技术1、频分多路复用（FDM）2、时分多路复用（TDM）六、差错控制方法1、纠错码2、检错码3、循环冗余校验（CRC）码计算机数据通信基础概念1．数据、信号与信道数据1、数据定义为有意义的实体，是表征事物的形式，例如文字、声音和图像等。2、数据可分为模拟数据和数字数据两类。模拟数据是指在某个区间连续变化的物理量，例如声音的大小和温度的变化等。3、数字数据是指离散的不连续的量，例如文本信息和整数。信号1、信号是数据的电磁或电子编码。2、信号在通信系统中可分为模拟信号和数字信号。其中模拟信号是指一种连续变化的电信号，例如：电话线上传送的按照话音强弱幅度连续变化的电波信号。数字信号是指一种离散变化的电信号，例如计算机产生的电信号就是“0”和“1”的电压脉冲序列串。信道信道是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。一般来说，一条通信线路至少包含两条信道，一条用于发送的信道和一条用于接收的信道。和信号的分类相似，信道也可分为适合传送模拟信号的模拟信道和适合传送数字信号的数字信道两大类。计算机数据通信基础概念2．模拟数据通信和数字数据通信典型的例子是话音信号在普通的电话系统中传输。一般人的语音频率范围是300—3400Hz，为了进行