计算机机房及网络的基本知识

第二章计算机机房及网络的基本知识第一节网络的拓扑结构第二节常见的通信方式第三节广泛应用的计算机网络介绍第四节公用建筑计算机经营管理系统第一节计算机网络的拓扑结构（1）网络的拓扑结构网络的拓扑结构是指抛开网络中的具体设备，把向工作站、服务器等网络单元抽象成为“点”，把网络中的电缆等通信媒体抽象为“线”，从而抽象出了网络系统的几何结构，即为逻辑结构。（2）网络的的拓扑结构重要性网络的的拓扑结构对于网络的性质、成本、可靠性都有很大的影响。（3）常见的网的拓扑结构星型结构总线结构环型结构树型结构网型结构拓扑结构图：星型结构星型结构的网络要用一台计算机或其他设备作为中心节点，其他的计算机通过线路和中心节点相连接。在一个星型网局域网中，网络上各计算机之间的通信都要通过中央结点的转发完成通信。星型结构的特点：星型拓扑结构简单，便于管理和维护；星型结构易扩充，易升级；对中心结点的要求比较高，一旦出现故障，全网瘫痪。总线型结构总线型结构中，所有的计算机都使用同一条总线传输数据，出现传输冲突的可能性是很大的，必须用专门的通信协议来保证传输的正常进行。总线型结构特点：组网比较简单，扩展网络的结点也比较简单。但对网络的连接较高，一个结点出问题，将影响整个网络。环型结构环型结构是各个网络结点通过环接口连在一条首尾相接的闭合环型通信线路中。环型结构有两种类型，即单环结构和双环结构。例如：单环结构的网络有令牌环（TokenRing）。双环结构的网络有光纤分布式数据接口（FDDI）。特点：在环型网络中，各工作站间无主从关系，结构简单；信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好；可扩充性和可靠性都差。树型结构树型结构是星型结构的扩展，或者说是从总线型和星型结构演变来的，它有两种类型，一种是由总线型拓扑结构派生出来的，它由多条总线连接而成。另一种是星型结构的扩展，各结点按一定的层次连接起来，形状像一棵倒置的树，因此称为树型结构。在树型结构的顶端有一个根结点，它带有多分支，每个分支还可以再带子分支。树型结构的网络特点：易于扩展，可靠性高；根结点的依赖性大，根结点出现故障，将导致全网不能工作。网状结构网状结构是一种不规则的网络结构，这种结构中的每一个结点和另一个之间至少有两条链路。大型互联网一般都采用这种结构，例如：我国的教育科研示范网CERNET、国际互联网Internet的主干网都采用网状结构。网状结构的特点：每个结点都有冗余链路，可靠性高；因为有多条路径，所以可以选择最佳路径，但路经选择比较复杂；结构复杂，不易管理和维护；适用于大型广域网；线路成本高。第二节常见的通信方式2.1数据通信基础主要内容2.1.1数据通信的基本概念2.1.2模拟数据与数字数据的传输形式2.1.3数据传输中的检错与纠错2.1.4多路复用2.1.5数据传输方式2.1.6数据交换方式返回2.1.1数据通信的基本概念1．数据（数据是有意义的实体，是描述事物的形式。）2．信号（信号是数据的电磁编码或电子编码。）3．信息（信息是数据的内容和解释。）4．信源（通信过程中发送信息的设备称为信源。）5．信宿（通信过程中接受信息的设备称为信宿。）6．信道（信源和信宿之间的通信线路称为信道。）返回2.1.2模拟数据与数字数据的传输形式1．模拟数据在模拟信道上传输如图所示2．数字数据在模拟信道上传输（频带传输:只占有有限的频带）如图所示3．模拟数据在数字信道上传输4．数字数据在数字信道上传输（基带传输：占有很大的频带）如图所示返回模拟数据在模拟信道上传输返回数字数据在模拟信道上传输返回AB调制解调器调制解调器交换机交换机D/AA/DD/AA/D数字数据在模拟信道上传输返回只有两种相位的调相方式称为两相调制。为了提高信息的传输速率，还经常采用四相调制和八相调制方式。（a）四相调制方式的相位分配（b）八相调制方式的相位分配数字数据在数字信道上传输返回双极性码单极性码常用的RS-232就是一种典型的不归零型双极性二元码接口电路。比起单极性码来，双极性码的可靠性要高，抗干扰性强。数字数据在数字信道上传输返回1000100111（a）双极性不归零码（b）曼彻斯特码（c）差分曼彻斯特码2.1.3数据传输中的检错与纠错常用误码率来表示错码的程度。误码率可表示为：在计算机通信网中，通常要求误码率应在10-5－10-9之间。信道噪声分为热噪声与冲击噪声两类。热噪声由传输介质导体的电子热运动产生。热噪声是一种随机噪声，所引起的传输差错为随机差错，这种差错的特点是在数据序列中前后位之间的差错彼此无关。冲击噪声是由外界电磁突发干扰引起，与热噪声相比，冲击噪声幅度较大，是引起传输差错的主要原因。错误之间有相关性。返回2.1.3数据传输中的检错与纠错1．检错码检错码是指在发送每一组信息时发送一些附加位，通过这些附加位，接收端可以判断所接收的数据是否正确。（奇偶校验、CRC校验）2．纠错码指在发送每一组信息时发送足够的附加位，借助于这些附加信息，接收端在接收译码器的控制下不仅可以发现错误，而且还能自动纠正错误。（方块校验）返回2.1.4多路复用多路复用的原理如下图所示，在发送端，多路复用器合并N个输入信号，在接收端，多路复用器通过译码，从复合信号中分离出原始信号。分为三大类：频分多路复用（FDM）和时分多路复用（TDM）波分多路复用返回多路复用器MUX多路复用器MUXN个信源N个输出频分多路复用在物理信道的可用带宽超过单路信号所需带宽的情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个子信道，每个子信道传输一路信号。（例如语音信号300-3400Hz）为避免相临频段互扰，频段之间必须保留一定的间隙，该间隙称为保护带。返回多路复用器MUX多路复用器MUXS1S2S3时分多路复用如果物理信道所能达到的传输率超过传单一信源要求的数据传输率，则可将物理信道按时间分成时间片，供多个信源轮流使用。返回S1S2S3S1S2时间频率2.1.5数据传输方式1．并行传输方式采用并行传输方式，可以一次传输多位数据。相应地，从发送端到接收端的信道需要若干根传输线。例如，计算机的并行口常用于连接打印机，每次并行输出8位数据，如图所示。2．串行传输方式串行传输是一位一位地传送的，从发送端到接收端只要一根传输线即可如图所示。串行数据通信又有三种不同的方向性结构：单工、半双工和全双工，如图所示。返回并行传输方式返回发送端接收端信道1信道2信道3信道4信道5信道6信道7信道8串行传输方式返回发送端并串转换12345678串并转换接收端1234567812345678单工、半双工和全双工返回发送设备接收设备数据流通信连接（a）单工发送设备接收设备发送设备接收设备数据流（b）半双工通信连接发送设备接收设备接收设备发送设备数据流（c）全双工通信连接2.1.6数据交换方式1.线路交换2.报文交换3.分组交换返回1.线路交换进行数据通信时，在数据传输期间，源结点与目标结点之间存在一条由中转结点构成的专用物理线路。需要线路建立、数据传送和线路拆除三个过程。如图示返回7653142BDFECA网络站网络通信结点线路交换返回线路交换方式的优点是：通信实时性强，适用于交互式会话类通信。线路交换方式的缺点是：对突发性通信不适应，系统效率低；系统不具有存储数据的能力，不能平滑交通量；系统不具备差错控制能力，无法发现与纠正传输过程中发生的数据差错。在进行线路交换方式研究的基础上，人们提出了存储转发交换方式。2.报文交换报文:在发送数据时，不管发送数据的长度是多少，都把它当做一个逻辑单元，在发送的数据上加上目的地址、源地址与控制信息，按一定的格式打包后组成一个报文。报文交换的传输方式为“存储——转发”，特点如下：线路利用率较高可以将一个报文发送到多个目的地可以设置优先权每个报文都要进行路由实时性较差返回3.分组交换分组交换的传输方式为“存储——转发”，实时性较差。分组交换与报文交换的区别在于限制所传输数据的最大长度,典型的最大长度是1000或几千比特。发送站将一个长报文分成多个报文分组，接收站将多个报文分组按顺序重新组织成一个长报文。报文分组通常也被称为分组。分组交换的两种工作方式为数据报和虚电路方式返回数据报方式返回在数据报方式中，与线路交换方式相比，分组传送之间不需要预先在源主机与目的主机之间建立线路连接。源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传输路径。每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径，从源主机到达目的主机。数据报方式的特点返回同一报文的不同分组可以有不同的传输路径。同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序、重复与丢失现象。每一个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址。数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。在研究数据报交换方式的优缺点的基础上，人们进一步提出了虚电路交换方式。虚电路方式返回虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式结合起来，发挥两种方法的优点，达到最佳的数据交换效果。虚电路方式在分组发送之前，需要在发送方和接收方建立一条逻辑连接的虚电路。虚电路方式的特点返回(1)在每次报文分组发送之前，必须在发送方与接收方之间建立一条逻辑连接。(2)一次通信的所有报文分组都通过这条虚电路顺序传送，因此报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息。报文分组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象。(3)报文分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要做差错检测，而不需要做路径选择。(4)通信子网中每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。第三节广泛应用的计算机网络介绍目前国内常见的有以下的几种接入方式可选择。1．PSTN公共电话网这是最容易实施的方法，费用低廉。只要一条可以连接ISP的电话线和一个账号就可以。但缺点是传输速度低，线路可靠性差。适合对可靠性要求不高的办公室以及小型企业。如果用户多，可以多条电话线共同工作，提高访问速度。2．ISDN目前在国内迅速普及，价格大幅度下降，有的地方甚至是免初装费用。两个信道128kbit／s的速率，快速的连接以及比较可靠的线路，可以满足中小型企业浏览以及收发电子邮件的需求。而且还可以通过ISDN和Internet组建企业VPN。这种方法的性能价格比很高，在国内大多数的城市都有ISDN接入服务。3．ADSL非对称数字用户环路，可以在普通的电话铜缆上提供1．5～8Mbit／s的下行和10～64kbit／s的上行传输，可进行视频会议和影视节目传输，非常适合中、小企业。可是有一个致命的弱点：用户距离电信的交换机房的线路距离不能超过4～6km，限制了它的应用范围。4．DDN专线这种方式适合对带宽要求比较高的应用，如企业网站。它的特点也是速率比较高，范围从64kbit／s～2Mbit／s。但是，由于整个链路被企业独占，所以费用很高，因此中小企业较少选择。这种线路优点很多：有固定的IP地址，可靠的线路运行，永久的连接等等。但是性能价格比太低，除非用户资金充足，否则不推荐使用这种方法。5．卫星接入目前，国内一些Internet服务提供商开展了卫星接入Internet的业务。适合偏远地方又需要较高带宽的用户。卫星用户一般需要安装一个甚小口径终端（VSAT），包括天线和其他接收设备，下行数据的传输速率一般为1Mbit／s左右，上行通过PSTN或者ISDN接入ISP。终端设备和通信费用都比较低。6．光纤接入在一些城市开始兴建高速城域网，主干网速率可达几十Gbit／s，并且推广宽带接入。光纤可以铺设到用户的路边或者大楼，可以以100Mbit／s以上的速率接入。适合大型企业。7．无线接入由于铺设光纤的费用很高，对于需要宽带接入的用户，一些城市提供无线接入。用户通过高频天线和ISP连接，距离在10km左右，带宽为2～11MBit/s，费用低廉，但是受地形和距离的限制，适合城市里距离ISP不远的用户。性能价格比很高。8．cablemodem接入目前，我国有线电视网遍布全国，很多的城市提供cablemodem接入internet方式，速率可以达到10MBit/