1、计算机网络基础知识 （一）基本概念,第一章,计算机网络基本知识,1.1 基本概念,计算机网络的产生发展及功能 计算机网络的基本组成 计算机网络的逻辑结构与拓扑结构 计算机网络体系结构与协议计算机网络的分类,计算机网络基本知识,计算机网络的产生发展及功能,计算机网络的产生与发展 第一阶段（60年代） 面向终端分布的计算机系统 是计算机网络的雏形,计算机网络基本知识,计算机网络的产生发展及功能,专用通信线路,FEP： 承担通信功能,连接多个终端，使多台终端共用一条通信线路与主机通信,计算机网络基本知识,计算机网络的产生发展及功能,第二阶段（70年代） 计算机互连网络 ARPA网（Internet的
2、前身）是这种网络的典型代表。实现计算机与计算机间的通信 第三阶段（70年代中期开始） 标准化网络 ISO在1984年公布了“开放系统互连基本参考模型”的正式文件，即著名的OSI参考模型 第四阶段（90年代） 网络互连与高速网络 全球以Internet为核心的高速计算机互联网络形成,计算机网络基本知识,计算机网络的产生发展及功能,计算机网络的功能 数据通信 资源共享 集中控制 分布式处理 高可靠性,计算机网络基本知识,计算机网络的基本组成,计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，并且配以功能完善的网络软件，如网络通信协议、信息交换方式以及网络操作系统等
3、来实现网络中信息传递和资源共享的系统。,计算机网络基本知识,计算机网络的基本组成,计算机系统 通信设备 通信线路网络协议 网络软件,计算机网络基本知识,计算机网络的基本组成,网络交换机Switch,HUB,HUB,Internet,路由器Router,计算机网络基本知识,计算机网络的逻辑结构与拓扑结构,计算机网络的逻辑结构 两层结构（在计算网络发展的第二阶段出现） 通信子网 资源子网优点 这种划分将通信子网的任务从主机中抽取出来，由通信子网中的设备专门解决数据传输和通信控制问题。而资源子网中的计算机可集中精力处理数据。从而提高主机效率和网络的整体性能,计算机网络基本知识,计算机网络的产生发展及
4、功能,第二代计算机网络结构示意图,一方面将主机和终端连入网内；一方面作为存储转发节点，实现将源主机报文准确发送到目的主机的作用。,网络数据传输、转发等通信处理任务,数据处理，向网络用户提供各种网络资源与网络服务,通信控制处理机,计算机网络基本知识,计算机网络的逻辑结构与拓扑结构,计算机网络的拓扑结构 计算机网络的拓扑结构是指一个网络的通信链路和结点的几何排列或物理布局图形。 结点指计算机和有关的网络设备，甚至指一个网络。 链路是网络中相邻两个结点之间的物理通路。,计算机网络基本知识,计算机网络体系结构与协议,概述 协议（Protocol） 两个实体间控制数据交换规则的集合 分层 分层概念的提出
5、（图示） 层次结构方法的优点 使网络结构清晰，易于实现和维护 定义并提供了具有兼容性的标准接口 独立性强 上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务 适应性强 只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变,计算机网络基本知识,计算机网络体系结构与协议概述,协议层次示例,计算机网络基本知识,计算机网络体系结构与协议概述,计算机网络体系结构 网络体系结构：计算机网络的各层和层间协议的集合,计算机网络基本知识,计算机网络体系结构与协议,计算机网络体系结构参考模型 70年代，各大计算机公司自行设计了网络体系结构和协议，如1974年IBM率先提出的SNA，1975年DEC的DNA等。各个不同厂家产品不同，不
6、能互连 1980年 ISO 草拟参考模型协议书，1983年正式批准为国际标准，称为OSI。它的最大特点是开放性，即任何遵循OSI标准的系统，只要物理上连接起来，就可以互相通信 90年代发展起来的Internet没有使用它，用的TCP/IP模型,计算机网络基本知识,计算机网络体系结构与协议,OSI参考模型,计算机网络基本知识,计算机网络体系结构与协议OSI参考模型,OSI参考模型中的数据传输 两个开放系统之间的通信对等层通信 对等层通信的实质： 对等层实体之间虚拟通信 下层向上层提供服务实际通信在最底层完成 图示： 对等层通信示例 信息流向 设A系统的用户要向B系统的用户传送数据,计算机网络基本
7、知识,计算机网络体系结构与协议,TCP/IP参考模型 TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(DARPA)的一项研究计划实现若干台主机之间的相互通信 现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准；是Internet的基础协议,计算机网络基本知识,计算机网络体系结构与协议TCP/IP参考模型,TCP/IP参考模型,TCP/IP参考模型示意图,计算机网络基本知识,计算机网络体系结构与协议,OSI参考模型,应用层,传输层,网络接口 (数据链路层 +物理层),网际层,TCP/IP概念层次,文件传输FTP、TFTP、NFS 电子邮件SMTP、POP3 WWW应用HTTP 远程登录Telnet、
8、rlogin 网络管理SNMP 域名管理DNS,TCP UDP,IP ICMP ARP RARP,TCP/IP支持所有标准的数据链路层和物理层协议,TCP/IP与OSI参考模型的对应关系,计算机网络基本知识,计算机网络的分类,按网络覆盖的地理范围分类 按网络的拓扑结构分类 按网络协议分类 按所使用的网络操作系统分类 按传输介质分类 按传输技术分类 按网络配置分类 其他分类方式,计算机网络基本知识,计算机网络的分类,按网络覆盖的地理范围分类 局域网 城域网 广域网,计算机网络基本知识,计算机网络的分类,按网络的拓扑结构分类 总线型网络 环型网络 星型网络 树型网络 网状型网络 混合型网络,计算机
9、网络基本知识,计算机网络的分类,按网络协议分类 以太网（Ethernet） 令牌环网（Token Ring） 还有：FDDI网、ATM网、 X.25网、TCP/IP网等 按所使用的网络操作系统分类 Unix网、3+网、Novell网、Windows NT网、Windows 2000 Server网、Linux网等,计算机网络基本知识,计算机网络的分类,按传输介质分类 双绞线网络 光纤网络 同轴电缆网络 无线网络 卫星数据通信网,计算机网络基本知识,计算机网络的分类,按传输技术分类 广播式网络 点到点网络 按网络配置分类 同类网（对等网） 单服务器网 混合网,计算机网络基本知识,计算机网络的分类
10、,其他分类方式 按网络传输信息采用的物理信道分类 有线网络 无线网络按通信速率的不同分类 低速网络（数据传输速率在1.5Mbps以下） 中速网络（数据传输速率在50Mbps以下） 高速网络（数据传输速率在50Mbps以上） 按使用范围的大小分类 公用网 专用网 （可细分为部门网络、企业网络、校园网三种）,计算机网络基本知识,计算机网络的分类,按数据交换方式分类 线路交换网络 报文交换网络 分组交换网络 ATM网络等 按传输的信号分类 数字网 模拟网,计算机网络基础知识 （二）数据通信基础,计算机网络基本知识,1.2 数据通信基础,数据通信模型 通信信道与带宽 数据通信方式 传输介质,计算机网络
11、基本知识,数据通信模型,基本模型 1946年香农提出数据通信的基本模型 （通信系统是由硬件、软件和传输数据的通信线路组成）,计算机网络基本知识,数据通信模型基本模型,简单的点到点数据通信模型,计算机、人、其他通信设备等,信息被转换成另外一种被传输的格式（信号），使其能在相应的信道上传输,信号通过信道传输,噪声：电子干扰会中断传输，信息会变得不可靠,信号在传输终端被还原成变换前的信息形式,模拟数据：在某个区间内连续的值（如声音） 数字数据：是离散的值（如数字）,模拟信号：是连续变化的电磁波 数字信号：是一系列的电脉冲,计算机网络基本知识,数据通信模型基本概念,基本概念 基带传输与频带传输 基带传
12、输对应数字信号 基带信号：如果一个信号包含了频率达到无穷大的交流成份和可能的直流成份，则这个信号就是基带信号 基带传输指基带信号不经频率变换直接在信道上传输,计算机网络基本知识,数据通信模型基本概念,频带传输对应模拟信号 频带信号：如果一个信号只包含了一种频率的交流成份或者有限几种频率的交流成份，我们就称这种信号叫做频带信号 频带传输指将基带信号进行调制后传输,计算机网络基本知识,数据通信模型基本概念,数据与信号的转换数字数据转换为模拟信号 （调制） 模拟数据转换为数字信号 （编码）,计算机网络基本知识,数据通信模型基本概念,调制,1,1,1,1,2,2,数字数据转换为模拟信号,计算机网络基本
13、知识,数据通信模型基本概念,模拟数据转换为数字信号 PCM脉冲编码调制,计算机网络基本知识,通信信道与带宽,物理信道与逻辑信道 物理信道 物理信道由传输介质与通信设备构成逻辑信道 逻辑信道在物理信道的基础上建立两个节点之间的通信链路，确保能够完成数据传输的线路方式，称为连接,计算机网络基本知识,通信信道与带宽,带宽 带宽是指信道所能承载的频率的范围 模拟信号的带宽 是用于传输的某一给定频率范围中最高频率与最低频率之差。用Hz来表示；例话音带宽为300-3400Hz。,计算机网络基本知识,通信信道与带宽带宽,数字信号的带宽 以每秒传送的比特数来衡量，通常以千位或兆位为单位，即Kbps、Mbps带
14、宽决定了传输信号的效率；带宽大的时候，能在其上传的信号的频率就多。,计算机网络基本知识,通信信道与带宽,传输速率与带宽 传输速率：每秒传送构成数据代码的二进制比特位数，单位为比特/秒，记做bps。 影响传输速率的因素： 通信介质、拥塞、硬件设备的质量（如路由器、交换机）,计算机网络基本知识,数据通信方式,（b） 多点连接方式,Modem一旦连接以后，这条线路就被通信双方占用。若双方采用专线连接，可省Modem.,各个通信终端公用一条通信主线路,物理信道的连接方式 点到点连接方式 多点连接方式,计算机网络基本知识,数据通信方式,数据传输方向 单工通信 半双工通信 全双工通信,计算机网络基本知识,
15、数据通信方式,数据的传递方式 并行传输： 串行传输： 数据的串/并行转换,计算机网络基本知识,传输介质,有线传输介质 金属导体:双绞线、 同轴电缆(粗、细) 光纤 无线传输介质 无线电、短波、微波、卫星、光波 目前比较流行的使用方式为：局域网由双绞线连接到桌面，光缆作为通信干线，卫星用于跨国界传输。,计算机网络基本知识,传输介质,双绞线 同轴电缆 光缆 无线电 红外线 微波 卫星,计算机网络基本知识,传输介质有线介质,双绞线 传输信号的种类：数字信号和模拟信号 适用范围：局域网 种类 屏蔽双绞线(STP， Shielded Twisted Pair) 非屏蔽双绞线(UTP， Unshielde
16、d Twisted Pair ),计算机网络基本知识,传输介质有线介质,以铝箔屏蔽以减少干扰和串音 抗干扰性好，但成本高，故未广泛使用 最大距离可达十几KM,双绞线外没有任何附加屏蔽 抗干扰性差，但成本低，故广泛使用 传输距离一般为100米 3类、5类、6类（16Mbps、155Mbps、1200Mbps）,屏蔽双绞线,非屏蔽双绞线,计算机网络基本知识,传输介质有线介质,同轴电缆 传输信号的种类：模拟信号和数字信号 主要应用：电视节目传送、长途电话传送、局域网连接 种类 基带同轴电缆：粗缆、细缆 宽带同轴电缆,计算机网络基本知识,传输介质有线介质,基带同轴电缆 一条电缆只用于一个信道，用于数字
17、传输 多用于计算机局域网，但因可靠性不高，基本被非屏蔽双绞线取代,宽带同轴电缆 一条电缆同时传输不同频率的多路模拟信号，用于模拟传输 主要用于高宽带数据通信，可靠性高，较少用于计算机局域网,计算机网络基本知识,传输介质有线介质,光缆 用光纤来传输电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，而在接收端又要由光检波器还原成电信号 使用于长距离、高速率的信号传输 种类 多模光纤（使用的材料是发光二极管） 单模光纤（使用的材料是注入型激光二极管）,计算机网络基本知识,传输介质有线介质,计算机网络基本知识,传输介质无线介质,无线电 无线电的频谱范围含低频(LF)、中频(MF)、高频(HF)、甚高频(VHF)
18、及特高频(UHF)，属于管制频段及非管制频段 无线电通讯需要发射器和接受器 特性 数据传输距离近，通常在25m之内，除非提高发射功率 价格低，安装容易，抗干扰性差，易窃听,计算机网络基本知识,固定终端点（基站）和终端之间是无线链路,基站覆盖的无线电区域,传输介质无线介质,计算机网络基本知识,传输介质无线介质,红外线 以红外二极管或红外激光管作为发射源，以光电二极管(Photodiode)作为接收设备，但介质是空气而不是光纤 特性： 其工作于红外波段（可见光谱以下的频率范围），无须有关部门的许可 受白光的影响，黑暗中误码 方向性较强，沿直线传播,计算机网络基本知识,传输介质无线介质,微波 微波系
19、统的频谱范围100MHz到30GHz，波长为3cm 3m 特性： 信号只能直线传输，没有绕射功能，因此两个微波天线（地面站）之间必须直线可视，二者的通信距离一般为30km-50km，长途通信时必须建立多个中继站 只能用于点到点的通信，速率低，几百kb/s 大气对微波信号的吸收与散射影响较大,计算机网络基本知识,传输介质无线介质,地面站之间的直视线路,计算机网络基本知识,传输介质无线介质,卫星 卫星通信是指利用人造卫星进行中转的通信方式 特性： 适合于很长距离的传输，如国际之间、洲际之间 传输延时较大，一般为500ms左右 费用较高 商用的通信卫星一般被发射在赤道上方3.6万公里的同步轨道上，另外也有中低轨道的小卫星通信,计算机网络基本知识,传输介质无线介质,
