计算机网络与应用(第二版)

上一页下一页返回首页计算机网络与应用(第二版)上一页下一页返回首页第1章计算机网络概论第2章网络体系结构第4章局域网技术与应用第3章TCP/IP协议与应用第5章Windows网络配置与管理《计算机网络与应用》电子教案第6章网络管理与信息安全上一页下一页返回首页1.1计算机网络的发展1.2计算机网络的定义和功能1.3计算机网络的拓朴结构计算机网络的应用模式1.5数据传输方式第1章计算机网络概论1.4数据通信的基本概念1.6数据交换技术1.7差错校验与校正上一页下一页返回首页1．面向终端的计算机通信网络计算机网络是现代通信技术和计算机技术高速发展、密切结合而产生和发展起来的。分二个阶段：20世纪50年代初，是计算机网络发展的初期阶段。如下图，是利用通信线路将计算机与远方的终端连接起来，构成具有通信功能的“终端－计算机”系统。1.1.1计算机网络发展的历史阶段1.1计算机网络的发展上一页下一页返回首页20世纪50年代后期，使用前置处理机FEP或通信控制处理机（CCP）和集中器的多机系统。这种系统提高了通信效率，降低了主机系统的负担。1.1计算机网络的发展（2）上一页下一页返回首页2．多机系统互联20世纪60年代中期，是计算机网络的形成阶段。如下图，以传输信息为主要目的，将分散在远地的多个计算机终端网络连接起来，就形成了多机系统的互联网络。1.1计算机网络的发展（3）典型代表是1966年12月~1969年10月美国国防部高级研究计划局在美国西海岸建成具有4个节点的ARPANET。上一页下一页返回首页3．标准化的计算机网络从20世纪70年代末到80年代末，属于计算机网络技术的日趋成熟阶段，网络开始实用化、商品化。•各公司进行网络体系结构研究。•ISO的开放系统互联参考模型（OSI/RM)。•局域网及局域网操作系统的发展。1.1计算机网络的发展（4）4．网络互联与高速网络始于20世纪80年代末期，属于计算机网络技术的继续发展和广泛应用阶段。•各种高速网络技术的应用•网络互联技术不断发展及广泛应用。•丰富的网络软件和网络资源。上一页下一页返回首页•以ARPANET为基础，不断扩展。•TCP/IP协议的应用。•美国各大公司的介入并促使Internet商业化，大量ISP和ICP涌现。•各国政府的支持：信息高速公路计划。•万维网技术的发明与广泛应用。•我国的四大主干网及“三金”工程。1.1.2Internet的起源与发展1.1计算机网络的发展（5）上一页下一页返回首页•电信网络、有线电视网和计算机网络的“三网合一”。•宽带局域网技术的应用。•无线网络•多点通信•全球智能网1.1.3计算机网络发展趋势1.1计算机网络的发展（6）1．全球网络互联2．多媒体网络上一页下一页返回首页将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统，通过通信设备和线路连接起来，由功能完善的网络软件（包括网络协议、信息交换方式及网络操作系统等）将其有机地联系到一起并进行管理，从而实现网络资源共享和信息传递的系统。1.1.4计算机网络的定义1.2计算机网络的定义和功能上一页下一页返回首页1.2.2计算机网络的分类计算机网络的分类方法有多种，如：按网络拓扑结构可分为总线网、星形网、环形网、树形网和网状网等；按信息交换方式可分为线路交换网、报文交换网、报文分组交换网。通常按照网络覆盖范围可分为局域网、广域网和城域网三大类。1.局域网局域网（LAN，LocalAreaNetwork）是将较小地理区域内的计算机或数据终端连接在一起的计算机网络。局域网具有传输速率高（可在10Mbps～10Gbps）、差错率（误码率）低、传输延迟小等特点。1.2计算机网络的定义和功能（2）上一页下一页返回首页2.广域网广域网（WAN，WideAreaNetwork）又称远程网，是在一个广阔的地理区域范围内进行计算机或数据终端连接的计算机网络。数据传输速率要比局域网低、网络的通信控制比较复杂、差错率高。3.城域网城域网（MAN，MetropolitanAreaNetwork）是介于局域网与广域网之间的一种高速网络，通常覆盖一个城市，在几十公里范围内。1.31.2计算机网络的定义和功能(3)上一页下一页返回首页从系统功能角度来看，可分为资源子网和通信子网二部分。1.2计算机网络的定义和功能(4)1.2.3计算机网络的基本组成上一页下一页返回首页上一页下一页返回首页上一页下一页返回首页从系统组成的角度来看，计算机网络由硬件部分和软件部分组成。1．资源子网资源子网一般由主计算机系统、终端和终端控制器、连网外设等等硬件，以及各种软件资源、数据资源等组成。资源子网负责全网的数据处理并提供网络资源与网络服务等。（1）主计算机（简称主机，Host）：负责数据处理和网络控制。可以是大型机、中型机等各种类型的计算机，运行网络操作系统、数据库系统等软件。（2）终端（Terminal）：是用户进行网络操作、实现人机对话所使用的设备，有近程终端、远程终端、智能终端等各种类型。2．通信子网由通信设备和通信线路组成，提供主机间的网络通信功能。1.2计算机网络的定义和功能（5）上一页下一页返回首页通信子网中设备有：•通信控制处理机•集中器•调制解调器•网络传输线路3.计算机网络软件系统网络软件呈现具有多样化、难于标准化等特点。网络软件系统大致可分为5类：网络操作系统软件、网络协议软件、网络管理软件、网络通信软件和网络应用软件。1.2计算机网络的定义和功能（6）上一页下一页返回首页1.2.4计算机网络的功能1.资源共享共享的资源包括计算机网络中的硬件设备（如存储设备、打印设备、扫描仪、通信设备、光驱等）和软件（包括程序、数据和文档）。2.数据传输和集中处理3.均衡负荷与分布处理4.改善可靠性，提高性价比1.2计算机网络的定义和功能（7）上一页下一页返回首页拓扑（Topology）是一种研究与大小、距离无关的几何图形特性的方法。计算机网络的拓扑结构按通信子网中数据传输类型可分为两大类：点对点传输结构和广播传输结构。1.3计算机网络的拓扑结构点对点传输结构是以存储转发方式进行数据传输，基本拓扑结构有星形、环形、树形、网状型。广播式传输结构中，一个公共通信信道被多个节点使用。基本拓扑结构有总线形、树形、环形和无线通信等。上一页下一页返回首页1.3.1总线型以一条共用的通道来连接所有节点，所有节点地位平等。1.3计算机网络的拓扑结构（2）介质访问控制方式。为了避免“冲突”产生，就有一个解决“争用”总线问题的方式，以使各节点充分利用总线的信道空间和时间来传送数据并不会发生相互冲突。优点：成本低廉和布线简单。缺点：故障查找困难。上一页下一页返回首页1.3.2星型以中央节点为中心向外成放射状。一般是由集线器（HUB）或交换机来承担中央节点功能，传输介质一般为双绞线。1.3计算机网络的拓扑结构（3）优点：故障容易检查；新增或减少计算机时，不会造成网络中断。缺点：成本比总路线型高（集线器、布线复杂）。Hub(集线器)上一页下一页返回首页1.3.3环型各节点通过一条首尾相连的通信链路连接起来形成一个闭合的链路环(Ring)，环形结构中各工作站地位平等，网络中的信息流是定向的，传输延迟也是确定的。1.3计算机网络的拓扑结构（3）优点：不会发生冲突情况。网络管理软件比较简单，实时性强。缺点：软硬件设备成本较高。另外，若任一线路或节点故障，则整个环型网络便会瘫痪。XYZWa)b)上一页下一页返回首页1.3.4树型树型结构是星形的扩展，是一种分层结构，具有根节点和各分支节点。优点：费用比星形结构低，网络软件也不复杂，维护方便。缺点：时延较大，资源共享能力差，可靠性也较差。1.3计算机网络的拓扑结构（3）1.3.5网状网状结构无严格的布点规定，形状任意，节点之间有多条线路可供选择。是一种广域网的拓朴结构。优点：具有较高的可靠性，而且资源共享容易方便、可改善线路的信息流量分配及负荷均衡，可选择最佳路径、传输延时少等。缺点：应具有路径选择和信息流量控制机制，所以网络控制和管理复杂、布线工程量大、硬件成本较高等。上一页下一页返回首页1.4.1数据、信息、信号和信道1.4数据通信的基本概念数据是载荷信息的物理符号。数据有各种类型，如文本、数值、声音、图形、图像等。从数据值与时间的变化关系可分为模拟数据和数字数据两类。模拟数据是数据值在某个区间连续变化的物理量，如声音大小和气温高低的变化。数字数据是数据值为离散的不连续的，如整数和文本信息。上一页下一页返回首页信息指客观事物及其运动特征的描述，是数据的含义。信号是数据的一种电磁编码，数据需转换为信号才能在介质中进行传输。数字数据和模拟数据都可以用模拟信号或数字信号来表示、传播。信道是信号传输的通道，包括通信设备和传输媒体。分模拟信道和数据信道。1.4数据通信的基本概念(2）上一页下一页返回首页1.4.2数据的编码技术1.模拟数据的模拟信号表示模拟数据是时间的函数，并占有一定的频率范围，即频带。可以直接用占有相同频率的电信号来表示。2.数字数据的模拟信号编码1.4数据通信的基本概念(3）数字数据若需在模拟信道上传输，发送端就要将其转换为模拟信号；接收端再将模拟信号转换为数字数据。调制：发送端数字数据经过调制器转换为模拟信号。解调：接收端接收到信号后，通过解调器将模拟信号转换为数字数据。同时具备调制与解调功能的设备，称为调制解调器（Modem）。上一页下一页返回首页1.4数据通信的基本概念(4）数字数据调制为模拟信号有三种形式：幅移键控法ASK，频移键控法FSK和相移键控法PSK。上一页下一页返回首页3.模拟数据的数字信号编码1.4数据通信的基本概念(5）模拟数据转换为数字编码主要采用脉冲编码调制（PCM）技术。PCM以采样定理为基础，利用大于有效信号最高频率或其带宽２倍的频率采样，通过低通滤波器从这些采样中重新构造出原始信号。PCM过程主要采样、量化和编码三个步骤。上一页下一页返回首页4.数字数据的数字信号编码1.4数据通信的基本概念(5）主要4种：•非归零编码NRZ•归零编码RZ•曼彻斯特编码•差分曼彻斯特编码。上一页下一页返回首页1.4.3数据通信模型1.4数据通信的基本概念(6）模拟通信系统模型：通过放大器延长传输距离：上一页下一页返回首页1.4数据通信的基本概念(7）数字通信系统模型：数字通信系统用中继器实现长距离传输：上一页下一页返回首页1.4.4通信系统主要技术指标1.4数据通信的基本概念(8）1.信道带宽信号带宽是信号频率的变动范围，单位为赫兹（Hz）。信道带宽指信道能够通过的频率分量的范围。指在通信线路上能不失真地传送信号的频率范围。2.信道的最大数据传输率信道在单位时间内能传输的二进制位数称为数据传输率。单位为bps。数字通信中通常所说的带宽不再是指信号或信道的频率范围，而是指信道的最大数据传输率，也称为数字带宽。3.误码率误码率指二进制数据位传输时出错的概率。在计算机网络中，一般要求误码率低于10-6，通常局域网的误码率低于10-9。上一页下一页返回首页1.4.4通信系统主要技术指标1.4数据通信的基本概念(9）*信号传输速率：是单位时间里传送信号波形的个数。单位为波特(Baud)。也称码元速率、调制速率或波特率。若信号码元的宽度即一个数字脉冲信号的宽度(全宽码情况)或重复周期(归零码情况)为T秒，则:(Baud)TB1*数据传输速率(bps)若一个码元可取N种离散值（N一般取2的整数次方值），则该码元便能携带log2N位二进制信息。因此，数据传输速率R它可由下式确定:或NBR2logNTR2log1上一页下一页返回首页1.4.4通信系统主要技术指标1.4数据通信的基本概念(10）***信道容量(1)奈奎斯特(Nyquist)首先给出了无噪声情况下码元速率的极限值与信道带宽(W)的关系:Bmax=2·W(Baud)由此可推出表征信道数据传输能力的奈奎斯特公式:bps(2)实际的信道总要受到各种噪声的干扰，香农(Shannon)则进一步给受随机噪声干扰的信