三级网络第2章 计算机网络基础知识

P1第二章计算机网络基础知识互联网的神话0计算机基础知识1计算机网络基础知识2局域网基础3网络操作系统4P22.1技术网络的形成与发展2.1.1、计算机网络的发展阶段（1）第一阶段：20世纪50年代数据通信技术的研究与发展第二章计算机网络基础知识P3第二章计算机网络基础知识第一阶段的特点：以单台计算机为中心的远程联机系统。IBM在1963年投入使用的飞机订票系统SABRE-1P4（2）第二阶段：初级计算机网络20世纪60年代ARPANET与分组交换技术的研究与发展典型代表是美国国防部高级研究计划局（advancedresearchprojectsagency,ARPA）的ARPAnet（通常称为ARPA网）分组交换技术出现。ARPAnet网络首先将计算机网络划分为“通信子网”和“资源子网”两大部分第二章计算机网络基础知识P5第二章计算机网络基础知识第二阶段特点：(1)完成了对计算机网络定义、分类与子课题研究内容的描述；(2)提出了资源子网、通信子网的两级网络结构的概念；(3)研究了报文分组交换的数据交换方法；(4)采用了层次结构的网络体系结构模型与协议体系；(5)促进了TCP/IP协议的发展；(6)为Internet的形成与发展奠定了基础。P6第二章计算机网络基础知识通信子网”和“资源子网通信子网”和“资源子网P7（3）第三阶段：开放式的标准化计算机网络20世纪70年代网络体系结构与协议标准化的研究广域网、局域网与公用分组交换网的研究与应用国际标准化组织（InternationalStandardsOrganization,ISO）提出了开放系统的互连参考模型与协议第二章计算机网络基础知识P8第二章计算机网络基础知识第三阶段的特点“开放式”所有的计算机网络和通信设备都遵循着共同认可的国际标准，从可以保证不同厂商的网络产品可以在同一网络中顺利进行通信。P9（4）第四阶段：新一代的计算机综合性、智能化、宽带高速网络20世纪90年代Internet技术的广泛应用网络计算技术的研究与发展宽带城域网与接入网技术的研究与发展网络与信息安全技术的研究与发展第四阶段的特点：Internet的普及与应用第二章计算机网络基础知识P10第二章计算机网络基础知识2.2计算机网络概述2.2.1计算机网络的定义和功能1计算机网络的定义资源共享观点将计算机网络定义为“以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合”。（1）计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享；（2）互联的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”；（3）联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议。2计算机网络的功能具有数据通信、共享资源、高可靠性和可用性及易于分部式处理的功能。P113计算机网络的分类（1）按网络传输技术进行分类在通信技术中，通信信道的类型有两类：广播通信信道与点对点通信信道。广播通信信道：多个结点共享一个通信信道，一个结点广播信息，其他结点必须接收信息。点对点通信信道：一条通信线路只能连接一对结点，如果两个结点之间没有直接连接的线路，那么它们只能通过中间结点转接。广播式网络（BroadcastNetworks）：所有的计算机都共享一个公共通信信道，当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时，所有其他的计算机都会“收听”到这个分组。所以任意时刻只有一台计算机发送数据。在广播式网络中，发送的报文分组的目的地址可以有3类：单一结点地址、多结点地址与广播地址。点对点式网络(Point-to-PointNetworks)。每条物理线路连接一对计算机，假如两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间结点的接收、存储与转发，直至目的结点。第二章计算机网络基础知识P12（2）按网络覆盖范围进行分类按覆盖的地理范围划分，计算机网络可以分为以下3类：局域网（LocalAreaNetwork，LAN）；城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）；广域网（WideAreaNetwork，WAN）；第二章计算机网络基础知识P13广域网、城域网、接入网以及局域网的关系城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网广域网局域网局域网校园网企业网……P14第二章计算机网络基础知识局域网（LocalAreaNetwork，LAN）的特点：（1）局域网覆盖有限的地理范围，它适用于机关、校园、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备联网的需求；（2）局域网提供高数据传输速率（10Mb/s∽10Gb/s）、低误码率的高质量数据传输环境；（3）局域网一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；（4）从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共享介质式局域网与交换式局域网两类。（5）采用以太网（Ethernet）、令牌总线、令牌环原理的局域网产品形成了三足鼎立之势。局域网增强了信息社会中资源共享的深度。目前，在覆盖范围比较小的局域网中使用双绞线，在远距离传输中使用光纤，在有移动结点的局域网中采用无线技术的趋势已经明朗。P15第二章计算机网络基础知识城域网：城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络，城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互联的需求。早期的城域网产品主要是光纤分布式数据接口。目前各种城域网建设方案的共同点是：传输介质采用光纤，交换结点采用基于IP交换的高速路由交换机或ATM交换机。在体系结构上采用核心交换层、业务汇聚层与接入层的三层模式。P16第二章计算机网络基础知识广域网：广域网也称为远程网。它所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里。具备以下特点：（1）适应大容量与突发性通信的要求；（2）适应综合业务服务的要求；（3）开放的设备接口与规范化的协议；（4）完善的通信服务与网络管理。广域网中涉及以下概念：X.25网、帧中继、SMDS、B－ISDN与ATM网。X.25网：建立在速率较低、误码率较高的电缆传输介质之上执行过程比较复杂。帧中继：建立在数据传输速率高、误码率低的光纤上。ATM网：新一代数据传输与分组交换技术，能够保证用户对数据传输的服务质量QoS的需求。结合了线路交换和分组交换的优点，符合B－ISDN的需求。P172.2.3计算机网络拓扑结构1网络拓扑的定义计算机网络拓扑通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体之间的结构关系。拓扑设计是建设计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础。计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型。2网络拓扑的特点星型：结点通过点—点通信线路与中心结点连接，中心结点控制全网。环型：结点通过点—点通信线路连接成闭合环路。树型：结点按层次进行连接,可看成星型拓扑的扩展，适用于汇集信息的应用。网状型：结点之间连接是任意的，可靠性高，结构复杂，广域网基本上都采用它。第二章计算机网络基础知识P18第二章计算机网络基础知识P19第二章计算机网络基础知识P20第二章计算机网络基础知识P21第二章计算机网络基础知识P22第二章计算机网络基础知识P23第二章计算机网络基础知识P24第二章计算机网络基础知识P252.2.4数据传输质量指标描述计算机网络中数据通信的基本技术参数有两个：数据传输速率与误码率。（1）数据传输速率：在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数。单位为：比特/秒，记作bit/ss=1/T(bit/s)奈奎斯特准则与香农定律奈奎斯特准则与香农定律从定量的角度描述了带宽与速率的关系。奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系。最大数据传输速率(Rmax)与信道带宽B(B＝f)的关系：Rmax=2*f香农定理则描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系其计算公式为：Rmax=Blog2(1+S/N)式中，Rmax为最大传输速率，单位为bps；B为信道带宽，单位为Hz；S/N为信号与噪声功率比，为无量纲。第二章计算机网络基础知识P26香农定理香农定理则描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系其计算公式为Rmax=Blog2(1+S/N)式中，Rmax为最大传输速率，单位为bps；B为信道带宽，单位为Hz；S/N为信号与噪声功率比，为无量纲。例如，S/N为1000，B＝3000Hz，求Rmax为多少Mbps。计算步骤如下：①Rmax＝Blog2(1+S/N)。我们先计算log2(1+S/N)部分，log2(1+1000)=log21001≈log21024=log2210=10log22=10×1=10。②Rmax＝Blog2(1+S/N)=3000×10=30000(bps)。③将bps换算成Mbps∶30000bps=0.03Mbps。所以Rmax＝0.03Mbps。P272误码率:是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于被传错的码元数/传输的二进制码元总数。理解误码率定义时，应注意：（1）误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状况下传输可靠性的参数;（2）对于一个实际系统，要根据实际传输要求提出误码率要求;（3）对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制码元，要折合成二进制码元来计算。差错的出现有随机性，在实际中，只有被测量的传输二进制码元数越大，才会越接近于真正的误码率值。普通的通信线路如不采取差错控制技术，是不能满足计算机的通信要求的10-9数量级。第二章计算机网络基础知识P282.3分组交换技术2.3.1电路交换的基本概念早期广域网的通信子网数据交换方式，采用的方法可以分为两类：存储转发交换、电路交换。存储转发交换又可以分为两类：报文存储转发交换（简称为报文交换）与报文分组存储转发交换（简称为分组交换）。电路交换（CircuitSwitching）方式与电话交换的工作过程类似。两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接。电信交换的通信过程分为3个阶段。（1）线路建立阶段如果主机A要向主机B传输数据，首先要通过通信子网在主机A与主机B之间建立线路连接。（2）数据传输阶段当主机A与主机B通过信子网的物理线路连接建立后，主机A与主机B就可以通过该连接实时、双向地交换数据。（3）线路释放阶段在数据传输完成后，就要进入线路释放阶段。第二章计算机网络基础知识P29第二章计算机网络基础知识A和B通话经过四个交换机通话在A到B的连接上进行((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCAP30第二章计算机网络基础知识C和D通话只经过一个本地交换机通话在C到D的连接上进行((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCAP31电路交换的特点电路交换是面向连接的，即必须经过以下三个步骤的联网方式：建立连接通信释放连接采用电路交换时，通信过程中一直占有一条物理通路。P32报文分组交换的原理（一）在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输P33数据数据数据报文分组交换的原理（二）每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组1分组2分组3请注意：现在左边是“前面”P34分组交换的原理（三）分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3P35分组交换的原理（四）接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3收到的数据P36数据数据数据分组交换的原理（五）最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。报文1101000110101010110101011100010011010010P37分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6