1、1,第3章 网络与通信,3.1 数据通信基础 3.2 计算机网络技术概述 3.3 局域网 3.4 广域网 3.5 无线网络,2,3.1 数据通信基础,3.1.1基本概念,通信(Communication)就是信息的传递，是指由一地向另一地进行信息的传输与交换，其目的是传输消息,利用“电”来传递消息的通信方法称为电信(Telecommunication)，这种通信具有迅速、准确、可靠等特点，且几乎不受时间、地点、空间、距离的限制,3,数据通信:以二进制数据形式来传递的信息的通信方式。它可实现计算机和计算机、计算机和终端以及终端与终端之间的数据信息传递。是继电报、电话业务之后的第三种最大的通信业务
2、。,数据通信的发展第一阶段：以语言为主，通过人力、马力、烽火等原始手段传递信息。 第二阶段：文字、邮政。（增加了信息传播的手段） 第三阶段：印刷。（扩大信息传播范围） 第四阶段：电报、电话、广播。（进入电器时代） 第五阶段：信息时代，除语言信息外，还有数据、图像、文本等。,4,3.1.2 通信方式 (1）单工通信方式(2)半双工通信方式,5,(3）全双工通信方式 3.1.3 传输方式 （1） 并行传输,6,(2) 串行传输 3.1.4 通路连接模式 1.线路交换,信息交换又称电路交换。是在两位通话者之间建立线路连接通道，不管双方是在交换还是在保持沉默，直到挂机时才释放这条线路，这种通路模式成为
3、线路交换,7,电路交换的特点： （1）通话前先拨号建立连接。 可能只要经过一个交换机（如 A 到 B） 可能要经过多个交换机（如 C 到 D） （2）通话过程中，通信双方一直占用所建立的连接。（3）通话结束后，挂机释放连接,8,2. 信息交换3. 分组交换,信息交换仅在双方传输信息时才接通线路，如果发送者与接受者之间线路不可用，发送者将收到一个忙信号。在信息交换中，如果连接到接收者的线路可用，信息将被立即发送。如果线路不可用，则信息将被存储并当线路可用或接受者申请时再次被发送。,分组交换是一种信息交换方式。 产生背景：电路交换的电话网很适合于电话通信。但计算机数据具有很大的突发性，使用电路交换
4、会导致网络资源严重浪费。计算机逐渐增多，连网的需求日益迫切，计算机网络需要使用更加有效的连网技术，这就导致分组交换的问世。,9,分组交换技术：分组交换也称包交换，它是将用户传送的数据划分成多个更小的等长部分，每个部分叫做一个数据段。在每个数据段的前面加上一些必要的控制信息组成的首部，就构成了一个分组。首部用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将他们转发至目的地，这一过程称为分组交换，如图3-7所示。,10,进行分组交换的通信网称为分组交换网。分组交换实质上是在“存储转发”基础上发展起来的。它兼有电路交换和报文交换的优点。分组交换的特点主要有：（1）线路利用率高 （2）不
5、同种类的终端可以相互通信（3）信息传输可靠性高：,11,3.2 计算机网络技术概述,3.2.1 计算机网络的基本概念 1.定义,将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和通信线路连接起来，以功能完善的网络软件（包括网络通信协议、数据交换方式及网络操作系统等）实现网络资源共享的系统，称为计算机网络系统。,计算机网络发展四个阶段： 具有通信功能的单机系统 具有通信功能的多机系统 计算机通信网络 计算机网络,12,2.组成 计算机网络系统由4部分组成： 计算机系统、终端设备、通信设备、通信线路。可看成是由通信子网和资源子网组成 (1)资源子网由主机和终端设备组成。负责数据处理；提
6、供硬件资源、软件资源和数据资源. (2)通信子网由通信设备、通信线路组成。负责整个网络的通信管理与控制，如数据交换、路由选择、差错控制和协议管理等。,13,网络硬件可分为：网络服务器、网络工作站、网络交换互联设备等外部设备。其中，网络交换互联设备又涵盖了网络适配器、交换机、网桥、路由器、网关、调制解调器等。网络软件分为网络协议、网络系统软件和网络应用软件。,14,网关(gateway)：用于传输层或传输层以上各层的连接设备，是协议转换器。 网络层：寻找数据传输的路径。 路由器(router)：内部有一张路径表，依据此表来决定数据的传输路线。 数据链路层：将数据组织成传输要求的格式。 网桥(br
7、idge)：连接网络协议相同的网络，适用局域网的互联。本地网桥与远程网桥。 物理层：将传输数据转换为电信号，并通过传输介质传送至目的地。 中继器(repeater):将传输的信号再生放大,同时也扩展了网络的长度。 集线器(hub)：多接口的中继器。,15,3.2.2计算机网络的分类 (1)按网络覆盖的范围可分为局域网（LAN，Local Area Network）、城域网（MAN，Metropolitan Area Network）和广域网（WAN，Wide Area Network）。 （2）按交换方式可分为线路交换、分组交换、综合交换。 （3）按网络的拓扑结构分可分为：星型网、总线型网、树
8、型网、环型网和网状型网。 （4）按网络的通信介质可分为:有线网(采用同轴电缆、双绞线或光纤等)和无线网（采用微波、红外线或激光等）。,16,3.2.3 计算机网络体系 网络体系(Network Architecture)是指为了完成计算机间的通信合作,把每台计算机互连的功能划分成有明确定义的层次,并规定了同层次进程通信的协议及相邻之间的接口及服务。 网络体系结构是指用分层研究方法定义的网络各层的功能,各层协议和接口的集合。,17,计算机的网络结构 从网络体系结构,网络组织和网络配置三个方面来描述。 网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方面来描述计算机网络。网络配置是从网络应用方面来描述计算
9、机网络的布局,硬件,软件和通信线路来描述计算机网络。网络体系结构是从功能上来描述计算机网络结构。,18,3.2.4 OSI参考模型 1979年国际标准化组织（ISO: International Organization for Standardization）提出了一个“开放系统互连参考模型”的国际标准 OSI参考模型提供了一个开放系统互连的概念上和功能上的体系结构，规定了开放系统中各层提供的服务和通信时需要遵守的协议。若计算机和信息处理系统符合OSI标准，则无论系统采用何种硬件构架，使用什么样的操作系统，都可互连和交换信息，这样就可以很方便地实现计算机等之间的通信。,19,OSI 参考模型
10、将计算机网络体系结构分为7 层，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层,20,21,3.2.5 TCP/IP参考模型 TCP/IP参考模型的层次数比OSI参考模型的少，仅包括应用层（Application Layer）、传输层（Transport Layer）、网际层（Internet）和网络接口层（Network Interface Layer）4层。,22,TCP/IP参考模型与OSI参考模型相比较而言，相似之处很多，比如都采用了分层的概念然而，由于OSI参考模型与TCP/IP模型制订所基于的出发点不同，OSI参考模型作为国际标准，不得不全面兼顾，造成OSI参考模
11、型大而全，协议的数量和复杂性都远高于TCP/IP模型，以至于成熟的产品推出缓慢。而TCP/IP模型作为美国军用网ARPANET设计的体系结构，开始就考虑了很多特殊要求，且又通过实践环节的不断改进和完善，从而一举发展成为Internet的主要网络协议。,23,3.2.6 计算机网络协议 网络协议是网络通信的语言，是通信的规则和约定。通过协议，可以在物理线路的基础上，构成逻辑上的连接，给出响应和所需完成动作及它们的时间关系，实现网络中的计算机、终端以及其他设备之间直接进行数据交换。,24,网络协议由语义、语法、时序三个要素构成： （1）语法：系指数据或控制信息的格式或结构形式。 （2）语义：指构成
12、协议元素的含义，包括需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种应答。 （3）时序：即事件执行的顺序及其详细说明。 语义规定通信双方准备“讲什么”，确定协议元素的种类。 语法规定通信双方“如何讲”，确定数据的格式、信号电平。 时序说明了事件出现与执行的先后顺序。,25,3.3 局域网,3.3.1 局域网概念 局域网（Local Area Network）即计算机局部区域网，是在一个局部地区范围内，把各种计算机、外围设备、数据库等相互连接起来组成的计算机通信网。局域网还可以通过数据通信网或专用的数据电路，与其它局域网、数据库或处理中心等相连接，构成一个大范围的信息处理系统。,26,3.3.2 局
13、域网的拓扑结构 网络中的计算机等设备要实现互联，就需要以一定的结构方式进行连接，这种连接方式就叫做“拓扑结构”（Topology），它是指网络中的通信线路和各结点之间的连接构型与几何排列，用以表示网络的物理布局，可以形象地描述网络的安排和配置，同时也反映了各个结点间的结构关系 。,27,网络拓扑结构主要有以下四大类：星型结构2. 环型结构,28,3. 总线型结构 4. 混合型拓扑结构 其他 网状型、树型,29,3.3.3 局域网协议在局域网络中常用的通信协议有 NetBEUI IPX/SPX TCP/IP,30,3.4 广域网,3.4.1 广域网基本概念广域网（WAN，Wide Area Ne
14、twork）也称远程网。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里乃至全球，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。广域网的通信子网主要使用分组交换技术,利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。,31,广域网有如下特点：（1）适应大容量与突发性通信的要求（2）适应综合业务服务的要求（3）开放的设备接口与规范化的协议（4）完善的通信服务与网络管理,32,3.4.2 互联网 互联网（INTERNET,又译因特网、网际网）,即广域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计
15、算机网络 互联网是指将两台计算机或者是两台以上的计算机终端、客户端、服务端通过计算机信息技术的手段互相联系起来的结果，人们可以与远在千里之外的朋友相互发送邮件、共同完成一项工作、共同娱乐。,33,联合网络委员会认为，“互联网”是全球性的信息系统，它通过全球唯一的网络逻辑地址在网络媒介基础之上逻辑的链接在一起。这个地址是建立在互联网协议（IP）或今后其它协议基础之上的。它可以通过传输控制协议和互联网协议（TCP/IP），或者今后其它接替的协议或与“互联网协议”（IP）兼容的协议来进行通信。,34,3.4.3 广域网的接入方式 1. 拨号 Modem 2. ISDN 一线通ISDN（Integra
16、ted Service Digital Network），即综合业务数字网。 3. XDSLXDSL 是 HDSL、ADSL、VDSL等技术的统称，而目前应用最广泛的是ADSL。ADSL是非对称数字用户线路（Asymmetric Digital Subscriber Line）的缩写 4. DDNDDN是数据传输网（Digital Data Network） 5. FTTBFTTB 是光纤到楼（Fiber To The Building） 6. Cable Modem 7. PLC 8. FTTH,35,3.5 无线网络,3.5.1 无线网络概念所谓无线网络，既包括允许用户建立远距离无线连接的
17、全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份。目前主流应用的无线网络分为手机无线网络上网和无线局域网两种方式。,36,3.5.2 无线局域网标准 3.5.3 无线局域网的硬件设备 无线局域网的硬件设备包含: (1)无线网卡：作为无线局域网的接口，能够实现无线局域网各客户机间的连接与通信。 (2)无线AP：AP是Access Point的简称，无线局域网的接入点、无线网关,它的作用类似于有线网络中的集线器。(3)无线天线：对所接收或发送的信号进行增强。 3.5.4无线局域网的技术要求由于无线局域网需要支持高速、突发的数据业务，在室内使用还需要解决多径衰落以及各子网间串扰等问题 。,
