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计算机网络基础计算机网络是将地理位置不同，且有独立功能的多个计算机系统利用通信设备和线路互相连接起来，且以功能完善的网络软件（包括网络通信协议、网络操作系统等）实现网络资源共享的系统。网络的定义1．广域网的基本组成与结构(1)主机主机是计算机网络中承担数据处理的计算机系统。具有完善的管理能力的硬件和操作系统。(2)终端直接面对用户，如键盘显示器、智能终端、会话型终端、图形终端等等。(3)通信控制处理机(4)通信设备与通信线路网络的组成局域网的基本组成与广域网相似，但由于局域网的覆盖范围与规模较小，故有些方面与广域网不同。例如，局域网没有通信处理机，通信处理功能由网卡实现。(1)服务器(Server)(2)客户机(Client)(4)网络设备与网络介质(5)网络软件局域网的基本组成与结构1.透明与虚拟透明：一个事物实际存在，但不表现出来，好似不存在。（用户一般不考虑访问网络资源所存在的操作系统及各种格式）虚拟：一个事物不存在，但却表现出来，就好象实际存在一样。网络技术中的术语2.联机多用户系统和分布式计算机系统联机多用户系统：一台中心计算机与若干台终端或计算机相连接，供多个用户同时使用。分布式计算机系统：在分布式操作系统的支持下，进行分布式数据处理各计算机之间的并行计算机工作。1.数据通信计算机网络本身就是一种通信系统。2.资源共享3.提高计算机的可靠性和可用性4.易于分布处理计算机网络的功能局域网(LocalAreaNetwork)局域网的特点如下：1.分布范围有限。2.有较高的通信带宽，数据传输率高。3.数据传输可靠，误码率低。4.通常采用同轴电缆或双绞线作为传输介质。5.拓扑结构简单简洁。计算机网络的分类广域网最根本的特点是：1.分布范围广。2.数据传输率低。3.可靠性不高。使用光纤较好。4.广域网常常借用传统的公共传输网（电话网等）来实现。因为单独建造一个广域网极其昂贵。5.拓扑结构较为复杂。广域网（WideAreaNetwork）城域网（MetropolitanAreaNetwork）是规模介于局域网和广域网之间的一种较大范围的高速网络。１．树型２．星型３．总线型４．环型５．网状型６．混合型网络的拓扑结构所有的计算机通过相应的硬件接口直接连接到一公共的传输介质上，该公共传输介质即称为总线(BUS)。任何一个计算机发送的信号都沿着传输介质双向传播，而且能被所有其他计算机所侦听到。但在同一时间内只允许一个结点利用总线发送数据。当一个结点利用总线以“广播”方式发送数据时,其他结点可以用“监听”方式接收数据。总线型网络的结构图如图所示。图总线型网络总线型网络的优点是:布线容易，可靠性高，易于扩充;另外，这种结构的网络结点响应速度快、共享资源能力强、设备投入量少、成本低、安装使用方便。总线型网络的主要缺点有:对总线的故障敏感,任何总线的故障都会使得整个网络不能正常运行;随着网络用户数量的增加，总线型网络的通信效率大大下降，用户数量受到限制。常见网络有:10BASE-2以太网、10BASE-5以太网。环型网络环型网络是将各个计算机与公共的缆线连接，缆线的两端连接起来形成一个封闭的环，数据在环路上以固定的方向流动,如图1-6所示。图环型网络环型网络的主要优点是:结构简单、容易实现;由于路径选择简单，因此通信接口、管理软件都比较简单。主要缺点是:结点故障会引起全网故障;由于环路封闭，因而不利于系统扩充;在负载轻时，信道利用率低。最常见的采用环型拓扑的网络有令牌环网。星型网络星型网络是由中央结点和通过点到点通信链路链接到中央结点的各个计算机组成的。采用集中控制，即任何两台计算机之间的通信都要通过中央结点进行转发，中央结点通常为集线器(Hub)/交换机(Switch)。它具有信号再生转发功能，同时它又是网络的中央布线的中心,各计算机通过集线器/交换机与其他计算机通信，星型网络又称为集中式网络，如图1-7所示。星型网络的优点是建网容易，网络控制简单，故障检测和隔离方便。其缺点是网络中央结点负担过重，形成瓶颈;电缆长度和安装工作量大;各结点的分布处理能力较低。常见的星型网络有:10BASE-T以太网、100BASE-T以太网等.其他拓扑结构1.树型（层次型）网络树型（层次型）网络是一种分级结构，可以看成是星型拓扑的扩展。图星型网络它的形状像一棵倒置的树，顶端有一个带分支的根，每个分支还可延伸出子分支。层次结构中处于最高位置的结点（根结点）负责网络的控制，如图所示。树型结构的网络易扩展，路径选择方便，若某一分支的结点式线路发生故障，易将该分支和整个系统隔离。其缺点是对根的依赖性大，如果根结点发生故障则全网不能正常工作。图树型（层次型）网络2.网型网络容错能力最强、可靠性最高的网络拓扑是网型拓扑。网型结构是由星型、总线型、环型演变而来的，是前三种基本拓扑混合应用的结果。在这种网络中，网络上的每台计算机与其他计算机都有3条以上的直接线路连接，如图1-9所示。在网型网络中，如果一个计算机或一段线缆出现故障，网络的其他部分依然可以运行，数据可以通过其他计算机和线路到达目的计算机。网型网络建网费用高、布线困难。常见的网型网络有:帧中继网络、ATM网络或其他数据报型网络。网络中，双方通信时所采用的物理连线。有线：双绞线，同轴电缆，光缆无线：卫星，无线电，微波1.双绞线使用最早、最普及的有线介质是双绞线。它是以螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成的。两根线扭在一起是为了减少相互间的幅射电磁干扰。计算机网络的传输介质分类：屏蔽（STP）非屏蔽（UTP）：1类，2类，3类，4类，5类，超5类，6类，7类12345678T586B白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕T586A白绿绿白橙蓝白蓝橙白棕棕在局域网，双绞线主要是用来连接计算机网卡到集线器或通过集线器之间级联口的级联，有时也可直接用于两个网卡之间的连接或不通过集线器级联口之间的级联，但它们的接线方式各有不同。2.同轴电缆基带：数字信号，阻抗50欧，用于IEEE802.3以太网宽带：模拟信号，阻抗75欧，用于频分多路复用技术类型技术标准细缆粗缆直径0.25英寸0.5英寸传输距离185m500m接头螺旋形BNC头(端接)T形头(分接)AUI阻抗50Ω75Ω应用的局域网类型10Base2(细缆以太网)10Base5(粗缆以太网)传输频带宽，通信容量大;损耗低，中继距离长;抗干扰能力强;保密性好;重量轻、体积小;节省有色金属，抗腐蚀能力强。（3）光纤多模光纤（MultimodeFiber）多模光纤使用的材料是发光二极管。发光二极管是一种固态器件，电流通过时就发光，价格较便宜，它产生的是可见光，但定向性较差，是通过在光纤石英玻璃媒体内不断反射而向前传播的。单模光纤（SingleModeFiber）单模光纤使用的材料是注入型二极管。注入型二极管也是一种固态器件，它根据激光器原理进行工作，它产生一个窄带的超辐射光束，产生的是激光。由于激光的定向性好，它可沿着光导纤维传播，减少了折射也减少了损耗，效率更高，也能传播更长的距离，而且可以保持很高的数据传输率。但是激光二极管要比发光二极管价格贵得多，这种光纤称为单模光纤。无线传输介质无线传输介质都不需要架设或铺埋电缆或光纤，而是通过大气传输，目前有三种技术：微波、红外线和激光。（1）微波微波通信是在对流层视线距离范围内利用无线电波进行传输的一种通信方式，频率范围为2GHz-40GHz。（2）红外线和激光红外通信和激光通信也像微波通信一样，有很强的方向性，都是沿直线传播的。（3）卫星通信卫星通信是以人造卫星为微波中继站，它是微波通信的特殊形式。常用传输介质的比较传输介质传输方式速率/工作频带传输距离性能价格应用双绞线宽带基带≤1Gb/s模拟:10km数字:500m较好低模拟/数字信号传输50Ω同轴电缆基带10Mb/s3km较好较低基带数字信号75Ω同轴电缆宽带≤450MHz100km较好较低模拟电视、数据及音频光纤基带40Gb/s20km以上很好较高远距离高速数据传输微波宽带4～6GHz几百km好中等远程通信卫星宽带1～10GHz18000km很好高远程通信一、数据通信的基本概念数据：是一种承载信息的实体，由数字、字符、符号等组成。信息：是对数据的解释。有具体含义。信号：是数据的表示形式,或称数据的电磁或电子编码，它使数据以适当的形式在介质上传输。数据通信基础知识数据通信：通过计算机与通信线路相结合，对各种数据信号进行传输、变换和处理的过程。模拟通信：以模拟信号形式在信道上传送数据。数字通信：以数字信号形式在信道上传送数据。1．信道带宽和信道容量信道带宽：信道上能够传送的信号的最大频率范围。如：电话：300HZ——3400HZ信道容量：信道在单位时间可传输的最大码元数。*信道带宽越宽，一定时间内信道上传输的信息量就越多，信道容量就越大。数据通信的技术指标2．传输速率单位时间内传输的二进制代码的位数。3．误码率二进制码元在传输过程中被传错的概率。（错误接收的码元数在所传输的总码元数中所占的比例）4．传输延迟发送和接收设备存在响应时间，及中间转发等待时间等。一、并行通信和串行通信并行通信方式（特点：传输速率高、传输设备多、传输速率要求高的通信中。）数据通信方式串行通信方式（特点：速度慢，但节省了大量通信设备和通信线路，在技术上更适合远距离通信。）因此，计算机网络普遍采用串行传输方式。二、单工、半双工、双工单工：设备简单、造价低，但传输效率也低。半双工：该方式在通信中要不断的改变传输通道的方向，因此控制复杂，传输效率极低。双工：传输效率高，控制简单，但造价高。单工：半双工：全双工：三、基带传输、频带传输和宽带传输基带传输：在信道上直接传输基带信号，而基带信号是指在通信电缆上原封不动的传输由计算机或终端产生的0、1数字脉冲信号。频带传输：将基带信号转换为频率表示的模拟信号来传输。宽带传输：将信道分成多个子信道，分别传送各种信号。一、模拟数据编码：数字数据在网络中用模拟信号表示，需要进行调制。调制方法有3种。调幅（AM）“1”有载波输出，“0”无载波出现。技术简单，但抗干扰能力差。调频（FM）“1”使用的频率和“0”使用的频率不一致。技术简单，抗干扰能力较强。调相（PM）数字信号“1”对应相位180度，“0”对应相位0度。技术复杂，抗干扰能力强。数据编码技术二、数字数据编码：在数字信道中传输计算机数据时，要对计算机中的数字信号重新编码，进行基带传输。1）不归零编码（NRZ）低电平表示“0”，高电平表示“1”。2）曼彻斯特编码用电平跳变来表示，每一个比特的中间均有一个跳变，这个跳变既做时钟信号，又做数据信号。电平从高到低的跳变表示“1”，从低到高的跳变表示“0”。3）差分曼彻斯特编码对曼彻斯特编码的改进。比特无跳变表示“1”，有跳变表示“0”。一条物理信道同时传输多路信息，提高信道利用率。1.频分多路复用（FDM）将一定带宽的信道分割为若干个较小频带的子通道，每个子通道可供一个用户使用（各信道之间有保护频带）。条件：信道带宽远大于每个子信道带宽。多路复用技术2．时分多路复用（TDM）频分多路复用较适用于模拟信号，而时分多路复用更适合用于数字信号，将信道的传输时间分成若干个时间片轮流地给多个信号源使用，每个时间片被复用的一路信号占用。条件：信道的传输速度远大于各信源所要求的传输速度。3．波分多路复用4．码分多路复用节点与节点间不一定相邻，通过一个或多个节点组成的中间网络来交换转发。1.电路交换(1)电路建立：在传输数据之前，要经过呼叫过程以建立一条端到端（站到站）的电路。(2)数据传输：没有延迟，没有阻塞的问题(因为是专用线路)。(3)电路拆除：数据交换技术优点：数据传输可靠、迅速，不丢失且保持原来的序列缺点：信道容量造成浪费，而且当数据传输阶段的持续时间很短暂，电路建立和拆除所用的时间也得不偿失。电路交换工作原理:不需在两个站点之间建立一条专用通路，数据传输的单位是报文（数据块），长度不限。传送过程采用存储一转发方式。在