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计算机网络与通信网络基础Page 3网络基础计算机网络是利用通信设备和网络软件，把地理上分散的多台计算机连接起来成为一个系统，目的是实现共享资源。Page 4计算机网络的发展第一阶段：联机系统阶段在20世纪50年代中期出现了“具有通信功能的单主机多终端系统”，一台计算机通过通信线路与终端连接，形成“终端—通信线路—计算机”的简单通信系统Page 5计算机网络的发展第二阶段：计算机-计算机网络阶段出现了多台计算机互联的需求。分布在不同地点的计算机通过通信线路互连成为计算机-计算机的网络，网络用户既可以使用本地计算机的软件、硬件与数据资源，也可以使用联网的其他地方的计算机的软件、硬件与数据资源，以达到计算机资源共亨的目的。1969年美国国防部高级研究计划局的ARPANETPage 6计算机网络的发展第三阶段：标准化网络阶段国际标准化组织ISO颁布了“开放系统互连基本参考模型”的国际标准OSIPage 7计算机网络的发展第四阶段：网络互联与高速网络阶段1993年9月，美国宣布国家信息基础设施建设计划，NII被形象地称为信息高速公路高速网络的应用与信息产业发展将对各国经济的发展产生重要的影响Page 8计算机网络的功能提供通信服务资源共享进行分布式处理提高系统的可靠性和可用性Page 9计算机网络的定义广义的定义是：“计算机技术与通信技术相结合，实现远程信息处理和进一步达到资源共享的系统”。目前比较权威的看法是：“按照网络协议，利用各种通信手段（如电报、电话、微波通信等）把地理上分散且独立自主的计算机互连起来，达到相互通信且共享软件、硬件和数据资源的系统”。Page 10计算机网络的组成从物理结构上看计算机网络由通信子网和资源子网组成主机主机主机主机主机主机终端控制器终端通信设备通信链路Page 11通信子网计算机网络以通信子网为中心，通信子网位于网络的内层，由网络中的各种通信设备和只用作信息交换的计算机构成，其任务是负责网络的信息传输、信息格式转换和部分协议控制等。Page 12通信子网的组成通信子网包括网络结点、通信链路和信号变换器。Page 13网络结点结点可以是通信控制器，网络适配器或通信处理机，主要负责管理和收发本地主机的信息也可以作为存储转发结点，负责为远程结点送来的信息选择一条合适的链路转发出去。Page 14通信链路通信链路指结点之间的通信信道双绞线、同轴电缆、光纤和无线电波等Page 15信号变换器信号变换器用于进行数字信号与模拟信号之间的变换如调制解调器（Modem）等不同的通信介质一般采用不同类型的信号变换器Page 16资源子网资源子网一般由主机系统、终端和终端控制器组成负责信息处理和向网络用户提供可用的资源及服务。Page 17资源子网主机系统主机系统负责数据处理，运行应用程序，提供数据库访问能力。终端控制器终端控制器负责对一组终端进行控制，如信息组装，信息卸装以及链路管理等。有的终端控制器可以直接用作网络结点。Page 18计算机网络的分类按距离划分广域网：几十到几千公里局域网：几米到几公里城域网：作用范围介于WAN与LAN之间按传输介质划分有线网、无线网Page 19计算机网络的分类按数据交换方式划分直接交换网、存储转发交换网、混合交换网Page 20直接交换网也称电路交换网在进行数据通信交换时，首先申请通信的物理通路，在物理通路建立后双方开始传输数据，整个通信期间信道始终被通信双方所独占Page 21存储转发交换网在进行数据通信交换时，先将数据存入缓冲区中，并对存储的数据作必要的处理，当指定的线路空闲时，再将数据发送出去；Page 22计算机网络的分类按通信传播方式划分点-点式网：每条物理线路连接一对计算机，如果两台计算机之间没有直接连接的线路，就要通过中间结点的接收、存储和转发，而到达目的结点广播式网：所有联网计算机都共享一个通信信道，当一台计算机利用共享信道发送报文分组时，所有的计算机都能收听到这个分组Page 23计算机网络的分类按通信速率划分低速网、中速网、高速网按使用范围划分公用网、专用网通信技术基础Page 25数据通信的基本概念在计算机网络中，通信的目的是传输信息或消息。信息是消息所包含的内容，数据是信息的载体，而信号则是数据的电或电磁的编码。在通信中，数据以可在传输介质上传输的信号来发送，它有两种形式：模拟信号和数字信号。随时间连续变化的信号叫模拟信号随时间离散变化的信号叫数字信号Page 26通信技术基础tt模拟信号数字信号Page 27通信系统的基本模型数据通信系统由基本的三要素组成：信源、信宿和信道。信源信号信宿信道信号Page 28三要素信源是信息的发送端，信宿是信息的接收端，而信道是传输信息的通道信道可以有模拟信道和数字信道，模拟信号经模数转换后可以在数字信道上传输，数字信号则经调制后也可以在模拟信道上传输Page 29数据通信的常用技术指标数据传输速率波特率：指每秒钟传输的波形数比特率：指每秒钟传输的比特数带宽信道能传输的信号的频率宽度，在一定程度上体现了信道的传输性能Page 30数据通信的常用技术指标误码率衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标信道容量信道传送信息的最大能力，用单位时间内最多可传送的比特数来表Page 31传输介质双绞线同轴电缆光纤无线介质屏蔽双绞线非屏蔽双绞线同轴电缆Page 32双绞线双绞线可分为非屏蔽双绞线UTP和屏蔽双绞线STP与其他传输介质相比，双绞线在传输距离，信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉Page 33同轴电缆电磁干扰屏蔽性能好，误码率低，适用于各种局域网Page 34光纤光纤是直径在数百微米以内的光导纤维光纤一般分为三层：中心是高折射率的玻璃芯，中间为低折射率的硅玻璃包层，最外面是加强用的树脂涂层分单模和多模两种，单模好于多模Page 35无线介质无线介质是指信号通过空间传输，信号不被约束在一个物理导体之内主要的无线介质包括无线电、微波和卫星通信Page 36微波通信微波（300MHz~300GHz）通信在数据通信中占有重要地位微波通信主要有两种方式地面微波接力通信卫星通信地面站地面站卫星多路复用技术Page 38多路复用为了高效合理地利用资源，通常要采用多路复用技术，使多路数据信号使用同一条线路进行传输，这就是多路复用技术频分多路复用时分多路复用波分多路复用码分多址复用Page 39频分多路复用把一条频带较宽的信道按照一定的频率范围划分为几个频率段各不相同的子信道，将每条信道分配给一对用户使用当用户发送信息时，多路器把它发送的信号调制到相应的频率段上传输给接收端，再由带通滤波器把各个信号恢复出来，送给相应的用户Page 40时分多路复用在传输时把时间分成小的时间片，每一时间片由复用的一个信号占用，在每一瞬时都只有一个信号占用信道，而不像频分多路复用是同一时间发送各路信号。频分多路复用较适合于模拟信号，而时分多路复用较适合于数字信号。Page 41波分多路复用利用多个激光器在单条光纤上同时发送多束不同波长激光的技术每个信号经过调制后都在它独有的色带内传输。波分多路复用实际上是频分多路复用的变种。数据交换技术Page 43码分多址复用一种用于移动通信系统的新技术，系统为每个用户分配各自特定的地址码这些地址码互不重叠，而在时间、空间和频率上均为共享。发送时将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的伪随机码进行调制，使原有的数据信号的带宽被扩展。接收时接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相应处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号。Page 44交换方式的分类根据数据的交换方式，可以分为：电路交换和存储交换存储交换又分为报文交换和报文分组交换Page 45交换技术的分类交换方式电路交换存储交换报文交换分组交换数据报虚电路Page 46电路交换又叫线路交换，其典型例子是电话系统Page 47电路交换的过程线路建立：由源主机发出请求，通过交换中心指定的端口和路径，将通信请求发至目的主机，经目的主机同意通信后，在两端建立一条专用的物理通道。数据传输：通过已建立的通道，进行数据传输。线路拆除：数据传输完毕，一方提出终止通信，拆除连接，释放占用的通道。Page 48缺点电路交换的缺点是线路利用率低，由于数据通信常常是突发的，断断续续的，而在线路连接被拆除前，即使没有数据传输，该线路也不能被其他用户使用。Page 49报文交换工作原理：存储转发网络结点把从通信设备完整接收到的报文暂存在硬盘中，等输出线路空闲时，再转发到下一个结点与电路交换相比，报文交换不需要预先建立专用通道，线路的利用率高缺点：有较大的结点延迟，不能应用在交互式的通信中Page 50报文交换网络结点把从通信设备完整接收到的报文暂存在硬盘中，等输出线路空闲时，再转发到下一个结点。因此报文交换的工作原理是存储转发。Page 51优缺点与电路交换相比，报文交换不需要预先建立专用通道，线路的利用率高，只要线路空闲就可以被网络中的其他结点所使用。有较大的结点延迟，因为每个结点都需要把报文完整地接收下来，再进行存储、转发，并且还需要检查错误，一旦发现有错误，必须把整个报文重新发送。由于报文交换没有规定报文的上限，如果报文很长的话需要长时间占用两个结点间的通道，不能应用在交互式的通信中。Page 52分组交换又称为包交换规定了报文分组的上限，它采用了较短格式的信息单位，即报文分组Page 53分组交换在发送信息时先将报文按一定的长度分割成大小相等的报文分组，以与报文交换类似的方式发送出去每个分组中都包含了源地址和目的地址，各分组可以同时从不同的路径传输到目的地址目的结点在接收到所有的报文分组后把它们排序，重新装配成报文信息Page 54特点延时小，通信效率高的特点广域网一般都采用分组交换方式在实际应用中，分组交换技术又可以分为数据报和虚电路两类Page 55数据报在发送分组前不需要预先在源主机与目的主机之间建立连接，每个分组在通信子网中可能通过不同的路径从源主机到达目的主机对于同一报文的不同分组，有可能在到达目的结点时出现乱序、重复和丢失现象，因此相对而言报文传输延迟较大，适用于突发性的通信，不适用于长报文、会话式通信Page 56虚电路将数据报与电路交换方式结合起来在每次发送分组前首先必须在发送方与接收方之间建立一条逻辑连接，然后通过该虚电路进行数据传送，最后当数据传输结束时，释放该虚电路虚电路的建立并不表明通信双方拥有一条专用通路，即不能独占信道带宽，到来的数据报文在每个交换机上仍需要缓存，并在线路上进行输出排队。X.25网支持虚电路交换方式网络体系结构与协议Page 58网络协议计算机网络体系结构的核心问题是管理和实现不同计算机系统之间的通信为了能在两个实体之间正确地通信，通信双方必须遵守事先约定的规则。这些为进行数据交换而建立的规则、标准或约定就称为网络协议Page 59协议三要素语法：是数据与控制信息的结构或格式语义：说明需要发出何种控制信息，完成何种动作，做出何种反应时序：对事件实现顺序的详细说明Page 60开放式互连参考模型OSI应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议网络层协议数据链路层协议物理层协议Page 61OSI模型中数据的流转用户数据报文报文分组报文报文报文帧比特物理层物理层用户用户H7应用层H7H6表示层H7H6H5会话层H7H6H5H4传输层H7H6H5H4H3网络层H7H6H5H4H3H2T2数据链路层H7H6H5H4H3H2T2数据链路层H7H6H5H4H3网络层H7H6H5H4传输层H7H6H5会话层H7H6表示层H7应用层Page 62T