网络基础知识

网络基础知识计算机网络基本知识网络操作系统简介局域网组建实例局域网一、基础知识计算机网络是利用通信线路和设备，把分布在不同地理位置上、功能独立的多台计算机连接起来，再通过功能完善的相关软件，以实现计算机资源共享和信息传递的系统。一、计算机网络的基础知识计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。无论是理论还是应用都还在不断地发展中。计算机网络发展经历了三个阶段。主机终端型(1)主机-终端型远程联机系统主机主机型(2)主机-主机型互连系统国标网络(3)国际标准化计算机网络网络的功能1．计算机网络的功能资源共享这是计算机网络最突出的优点之一。包括硬件资源和软件资源的共享。通信计算机网络为联网的机器提供了功能强大的手段。分布式处理可以将复杂的任务分配到不同的主机上来共同完成。节点是各种处理设备的统称。如用户计算机、路由器等；连接两个节点之间数据传输的线路称为链路。如电话线、电缆等。2．计算机网络的组成网络是由一系列节点和连接这些节点的链路所组成。网络={节点，链路}网络的组成1网络的组成2从功能上分，计算机网络可分为通信子网和资源子网两部分。计算机网络=通信子网+资源子网局域网（LAN），一种小范围内的网络。如各种校园网、企事业单位内的办公自动化网络、智能大厦内部的网络等。城域网（MAN），是较大范围内的一种网络。可以连接若干公司与一个城市。广域网（WAN）可以不受地理限制的超大型网络集合。如因特网。网络的分类3．计算机网络的分类按网络分布范围大小可以分为局域网、城域网和广域网。基带网是指所用的传输介质的通频带受限制，只能传送某一频带内的信号。如以太网。宽带网是指所用的介质的通频带较宽，可以在同一线路上传送不同频带的多个通道信号。如有线电视网。基带网与宽带网按网络所用传输介质的特性则可分为基带网和宽带网。按传输技术又可分为广播式网络和点到点网络。拓扑结构1五种常见的计算机网络拓扑结构总线型结构：在一条线路上连接了所有站点和其他共享设备。星型结构：每个节点都单独用一条线路与中心相连，形成辐射状网络构型。4．计算机网络的拓扑结构网络中各节点相对于其他节点的物理位置以及整个网络的形状，称为网络的拓扑结构。计算机网络的拓扑结构示意图，请参考教程第6页。树型结构：各节点发送的信息从根节点开始，然后逐级发送到整个网络。环型结构：各节点经过环接口连成环状构型。网型结构：每个节点用多条链路与其他节点相连。拓扑结构2拓扑结构图网络协议5．网络协议在计算机网络中各节点之间需要不断地交换数据和传递控制信息。要实现协调有序的交换与传送，必须事先制定好一套规则，这套规则明确规定了节点之间相互通信、数据交换和数据管理的一系列约定。这样一套规则就称为网络协议（Protocol）或网络规程（Procedure）。通俗的讲，网络协议就是网络中计算机之间进行通信的“共同语言”。网络体系结构6．网络体系结构结构层次化的思想：分层处理是复杂问题的一种基本方法。⑴将总体功能分到不同层次，每一层次都有明确的功能；⑵不同系统的同等层次功能相同；⑶上层使用下层的服务不需要了解下层具体实现方法。分层处理可以大大降低问题的处理难度。（分而治之）网络体系结构：网络系统的物理整体以及分层的协议集合，即网络层次结构和各层协议的整体，也就是整个网络系统逻辑上的构造和功能分配。可以说，网络体系结构是网络的灵魂。层次关系主机A的系统（N）层服务用户（N＋1）实体（N）实体提供服务（N＋1）实体（N）实体提供服务主机B的系统提供（N）层服务（N）层协议提供（N-1）层服务通过（N-1）层连接进行通信（N）层服务提供者（N＋1）层（N）层（N-1）层层次的概念层次之间的关系：下层为上层提供服务，上层利用下层的服务完成本层的功能。网络协议就是对网络体系结构各层次功能的规则或约定。OSI模型17．网络开放系统互连参考模型最早的网络协议：1969年美国ARPAnet的TCP/IP(现已成为因特网的分层体系结构）；第一个计算机网络体系结构：1974年IBM公司SNA（SystemNetworkArchitecture）。国际标准化组织ISO于1984年提出了开放系统互连参考模型，记为OSI/RM。（OpenSystemInterconnectionReferenceModel)网络节点各层功能实现的一般方法：较低层协议主要由硬件实现，较高层协议主要由软件实现。OSI模型2OSI模型3第七层应用层直接向用户提供网络各种应用服务。第六层表示层为通信双方提供数据表示形式，包括数据格式转换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。第五层会话层为表示层之间提供建立和使用会话连接的方法。第四层传输层为用户提供透明可靠的“端到端”传输连接，并具有差错控制和流量控制功能。是通信子网和资源子网的接口。第三层网络层通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径，具有拥塞控制、网络互联的功能。第二层数据链路层通过差错控制和流量控制等协议，在相互通信的节点之间建立起无差错传输数据帧的“逻辑连接”（即数据链路）。第一层物理层通过对物理传输媒体各种特性（机械、电气、功能、规程）和接口关系的规定，实现在通信线路上可靠传输反映数据流的电信号。数据信息信号7．数据通信技术数据（Data）：是一种有意义的实体，包含了事物的内容和表示形式。计算机数据就是计算机输入、输出、存储、处理和传输的信息编码形式。数据分为模拟数据和数字数据。信息（Information）：是数据所包含的内容和解释。信号（Signal）：是数据的载体。信号分为模拟信号和数字信号。数据通信技术在计算机网络中，数据通信技术主要是以传输计算机数据为目的的通信，需要通过计算机与通信线路连接，完成数据编码信号的传输、转接、存储和处理。根据信号的不同形式，数据通信分为数字通信和模拟通信。数字通信：直接将数字信号送上通信线路进行传输的通信。模拟通信：将连续变化的电信号送上通信线路进行传输的通信。数字通信1（1）数字通信数字信号：采用反映二进制数的矩形脉冲电信号。高电平表示“1”，低电平表示“0”。为了改变信号的传输特性以适应网络通信需要，通常要对二进制数字进行编码。常用的数字信号编码：不归零码、归零码、二相码、延迟调制码和双极性码。曼彻斯特编码是典型的自同步数字信号编码技术。局域网通常采用差分曼彻斯特编码。数字通信2101100高H低L“1攠高电平“0攠低电平中间跳“0攠上跳“1攠下跳中间总有跳变“0攠开头跳高H低L高H低L（a）不归零制编码（b）曼彻斯特编码（c）差分曼彻斯特编码模拟通信1（2）模拟通信模拟信号：连续变化的信号。电话系统就是典型的模拟通信。若要将计算机输出的数字信号利用模拟通信系统输出或接收，则必须将数字信号与模拟信号互相转换，这就要通过调制解调器来实现。模拟通信2（3）通信技术指标位：是承载信息的最小单位，即二进制位，比特（bit)。帧：是数据通信的最小单位。信道带宽：就是信道允许通过的信号的频率范围，单位是Hz。若要将计算机输出的数字信号利用模拟通信系统输出或接收，则必须将数字信号与模拟信号互相转换，这就要通过调制解调器来实现。模拟通信3信号传输率：又称波特率，表示每秒信道所传送信号波形个数，单位-baud(波特）。数据传输速率：又称比特率，表示每秒信道所传送信息量的比特值，单位-bit/s。[注意]比特率与波特率的比较。误码率：传送中数据出错的概率。数据编码1（4）数据编码数字数据的模拟信号编码：即数模转换（D/A），用数字脉冲波对连续变化的载波进行调制，变换成模拟信号。调制方式有以下三种：（1）幅移键控法—振幅调制（2）频移键控法—频率调制（3）相移键控法—相位调制数据编码2010101100基带信号幅移键控频移键控相移键控数据编码3数据编码4模拟数据的数字信号编码：即模数转换（A/D），最常用的方法是脉冲调制PCM。模拟信号的数字化的三步骤：采样、电平量化、编码。多路复用1（5）多路复用技术多路复用是指一个信道同时传输多路信号。频分多路复用（FDM）：即将信道的可用频带（带宽）按频率分割多路信号的方法划分为若干互不交叠的频段，每路信号占据其中一个频段，从而形成许多个子信道，通常采用频分多路复用器（MUX）来实现。适用与模拟通信。多路复用2通道（1）通道（2）通道（3）通道（4）通道（5）通道（6）多路复用器MUXMUX源1源2源3源4源5源6目标1目标2目标3目标4目标5目标6多路复用器可用频段频率时间子信道A子信道B子信道C子信道D图2.24FDM子信道示意图多路复用3时分多路复用（TDM）：TDM是将传输时间划分为许多个很短的互不重叠的时间片段，而将若干个时间片段轮换地依次给多个信号使用。同固定序号的时间片段组成一个子信道，每个子信道所占用的带宽相同。，TDM适用于数字通信。可用频段频率时间图2.28TDM子信道示意图ABCDABCDABCDABCD组成子信道A的时隙时分复用帧图2.29TDM原理2多路复用器MUX源1源2源3源4源5源6多路复用器MUX目标1目标2目标3目标4目标5目标634561234516通信方式1（6）通信方式通信有两种基本方式：串行通信和并行通信。通常情况下，并行通信用于距离较近的情况，串行通信用于距离较远的情况。并行通信：即同时传输多个数据位(bit)的通信。至少有8个数据位同时从一个设备传送到另一个设备，发送设备将8个数据位通过8条数据线传送给接收设备。接收设备在收到这些数据后，不需经过任何改变就可以直接使用。计算机内部的总线数据传送通常都是以并行方式进行传输的。通信方式2串行通信：即一次传输一个数据位(bit)的通信。每次由源地传到目的地的数据只有一位，与同时传输好几位数据的并行传输相比，串行数据传输的传输速度要比并行传输慢，但在实际应用中往往选择串行数据传输，这是因为实现串行数据传输的硬件具有经济性和实用性。串行通信的三种方法：单工，半双工，全双工。数据交换1（7）数据交换技术在计算机网络中，计算机之间传输的数据往往要经过多个节点才能从源地址到达目的地址。数据交换技术就是实现数据如何通过中间节点进行传递转发的方法。线路交换线路交换：又叫电路交换，其特征是在源节点与目的节点之间建立一条利用中间节点连接而成的专用通信线路。最普通的线路交换例子是电话系统。线路交换的数据传输经历三个过程：1）线路建立2）数据传输3）线路拆除线路交换的优缺点。报文交换报文交换：又叫转储交换，其原理是中间节点接收数据（报文）后先存储起来，等到线路空闲时再发出去。这种交换方式不需要建立专用通道，源节点将目的节点的地址附在报文上，传给相邻的中间节点，再由中间节点存储转发，直至目的节点收到为止。报文交换的优缺点。分组交换1分组交换：分组交换是把线路交换和报文交换的优点结合起来产生的一种交换技术。在分组交换中，报文分为几个小的数据包（称为分组），将分组或者以类似报文交换方式（称为数据报方式）或者以类似线路交换方式（称为虚电路方式）进行传输。分组交换2数据报方式：每个分组包含一个顺序信息，在网络上各分组独立地传输，传输过程中，可能经过不同的节点，到达的顺序也可能打乱。当所有的分组都到达目的地后，重新按顺序排列还原。虚电路方式：在发送任何分组之前，需要建立一条逻辑连接—虚电路，每个分组包含一个虚电路标识符，各分组沿虚电路的路径，以存储转发方式经过中间节点依次到达目的地，完成后撤消这条虚电路。分组交换3数据交换技术的比较：（参考课本第15页）。其他数据交换技术：帧中继是对目前广泛使用的X.25分组交换通信协议的简化和改进。ATM异步传输模式是线路交换与分组交换技术的结合，能最大限度地发挥线路交换与分组交换技术的优点，具有从实时的语音信号到高清晰度电视图像等各种高速综合业务的传输能力。通信媒体（8）通信媒体通信媒体主要是指计算机网络中发送和接收者之间的物理通路，其中有有线信道如通信电缆，也有无线信道如微波线路和卫星线路。通信媒体的特性对网络数据的传输有很大的影响，这些特性包括物理特性、传输特性、抗干扰性及地理范围。通信媒体也称为传输媒体或