04第4章计算机网络

1、第第4 4章章 计算机网络与因特网计算机网络与因特网 4.1 4.1 数字通信入门数字通信入门 4.2 4.2 计算机网络基础计算机网络基础 4.3 4.3 因特网的组成因特网的组成 4.4 4.4 因特网提供的服务因特网提供的服务 4.5 4.5 网络信息安全网络信息安全 2 4.1 4.1 数字通信基础数字通信基础 4.1.1 通信系统模型通信系统模型 4.1.2 传输介质传输介质 4.1.3 数字调制技术数字调制技术 4.1.4 多路复用技术多路复用技术 4.1.5 交换技术交换技术 4.1.6 数字通信的主要技术指标数字通信的主要技术指标 3 什么是通信什么是通信(communicat

2、ion)(communication)？ v广而言之，通信就是信息的广而言之，通信就是信息的(远距离远距离)传递与交换传递与交换 v现代通信现代通信使用使用电波或光波传且双向递信息电波或光波传且双向递信息的技术，的技术， 也称为电信（也称为电信（telecommunication），如电报、电话、传），如电报、电话、传 真、电邮、真、电邮、QQ等，电视也可看作是一对多的单向通信等，电视也可看作是一对多的单向通信 v通信的发展历史：通信的发展历史： 1836年，英国建成第一条电报线路年，英国建成第一条电报线路(Morse电报电报) 1876年，美国人年，美国人A.G.Bell研制成可供实用的电话

3、研制成可供实用的电话 20世纪初，马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通世纪初，马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通 信信 1918年，出现收音机和无线电广播年，出现收音机和无线电广播 1938年，第一个电视台开始播出年，第一个电视台开始播出 1940s 出现彩色电视出现彩色电视 1960s 出现计算机网络出现计算机网络 4 模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号 v通信系统中被传输的信息必须转换成某种通信系统中被传输的信息必须转换成某种电信号电信号( (或或 光信号光信号) ) 才能进行传输才能进行传输 t 数字信号数字信号 信号信号 强度强度 模拟信号模拟信号 信号信号 强度强度 t v电信号电信

4、号( (或光信号或光信号) ) 有两种形式：有两种形式： 模拟信号模拟信号形式形式: : 通过连续变化的通过连续变化的 物理量（如信号的幅度）来表示物理量（如信号的幅度）来表示 信息，例如人们打电话或者播音信息，例如人们打电话或者播音 员播音时声音经话筒员播音时声音经话筒( (麦克风麦克风) )转转 换得到的电信号；换得到的电信号； 数字信号数字信号形式形式: : 使用有限个状态使用有限个状态 ( (一般是一般是2 2个状态个状态) )来表示（编码）来表示（编码） 信息，例如电报机、传真机和计信息，例如电报机、传真机和计 算机发出信号都是数字信号算机发出信号都是数字信号 0 0 1 1 0 1

5、 0 0 0 1 5 什么是数字通信？什么是数字通信？ v数字通信数字通信通信终端之间以数字信号的形式进行通信通信终端之间以数字信号的形式进行通信 v数字通信技术的优点：数字通信技术的优点： 抗干扰能力强，差错可控制，无噪声积累，传输质量高抗干扰能力强，差错可控制，无噪声积累，传输质量高 灵活性好，能适应多种应用需求，声音、图像、数据均可灵活性好，能适应多种应用需求，声音、图像、数据均可 传输传输 传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、管理和处理传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、管理和处理 数字信号的加密比模拟信号容易，所以通信的安全性高数字信号的加密比模拟信号容易，所以通信的安全性高

6、 数字电路容易用超大规模集成电路实现，有利于通信设备数字电路容易用超大规模集成电路实现，有利于通信设备 的小型化、微型化，也降低了功耗的小型化、微型化，也降低了功耗 6 数字数字 调制调制 数字数字 解调解调 编码器编码器 解码器解码器 电磁波电磁波 电视信号电视信号 发射器发射器 电视信号电视信号 接收器接收器 载波载波 载波载波 电视图像电视图像 及其伴音及其伴音 电视机电视机 人造卫星人造卫星 数字通信技术数字通信技术 模拟模拟 信号信号 模拟模拟 信号信号 数字通信技术应用举例（数字通信技术应用举例（1 1） v 卫星电视和数字有线电视：用数字通信技术传输模拟音视频卫星电视和数字有线电

7、视：用数字通信技术传输模拟音视频 信号信号 数字信号经调制和复数字信号经调制和复 用后由天线发送至卫用后由天线发送至卫 星，再由卫星进行转星，再由卫星进行转 发，被卫星地面接收发，被卫星地面接收 站所接收；或者经过站所接收；或者经过 光纤和同轴电缆进行光纤和同轴电缆进行 传输传输 电视台的节目在传输之电视台的节目在传输之 前，先要把图像和伴音前，先要把图像和伴音 信号进行数字化，还要信号进行数字化，还要 进行数据压缩进行数据压缩 地面站对接收到的信号地面站对接收到的信号 进行解调、解码后（或进行解调、解码后（或 同轴电缆送来的数字信同轴电缆送来的数字信 号经机顶盒处理后）恢号经机顶盒处理后）恢

8、 复为模拟信号，再送到复为模拟信号，再送到 用户电视机上播放用户电视机上播放 7 4.1.1 4.1.1 数字通信的基本模型数字通信的基本模型 8 通信系统的模型通信系统的模型 v通信的三要素：通信的三要素： 信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源) 信信 号号 信信 号号 v举例举例: 信道的任务是迅速、可靠而信道的任务是迅速、可靠而 准确地将信号从信源传输到准确地将信号从信源传输到 信宿信宿 被传输的信息都必须以被传输的信息都必须以 某种电某种电(或光或光)信号的形信号的形 式才能进行传输式才能进行传输 发送信息发送信息 的设备的设备 接收信息接收信息 的设备的设备 有线电话有线电话移动

9、电话移动电话计算机通信计算机通信 信源信源/ /信宿信宿电话座机电话座机手机手机计算机计算机 信号形式信号形式话音经电话机话音经电话机 转换成为变化转换成为变化 的电流信号的电流信号 话音经电话机转换成话音经电话机转换成 为压缩编码后的数字为压缩编码后的数字 信号信号 编码并打包后的数字编码并打包后的数字 信号信号 信道构成信道构成电话线和中继电话线和中继 器等传输设备器等传输设备 无线电波、基站等无线电波、基站等双绞线、集线器、路双绞线、集线器、路 由器、光纤等由器、光纤等 9 4.1.2 4.1.2 传输介质传输介质 10 通信系统介质分类通信系统介质分类 v 需使用物理介质进行信号传输的

10、是有线需使用物理介质进行信号传输的是有线 通信，例如：通信，例如： 金属导体（双绞线、同轴电缆），传金属导体（双绞线、同轴电缆），传 输电流信号输电流信号 光导纤维（简称光纤），传输光信号光导纤维（简称光纤），传输光信号 v 在自由空间进行信号传输的是无线通信，在自由空间进行信号传输的是无线通信， 传输的是电磁波信号传输的是电磁波信号 11 双绞线和同轴电缆双绞线和同轴电缆 v原理：利用电流原理：利用电流( (电压电压) )传输信息传输信息 v双绞线分类双绞线分类 3 3类线类线(10 Mb/s)(10 Mb/s)；5 5类线类线( (100100Mb/s)Mb/s)； 6 6类线类线(200

11、Mb/s)(200Mb/s) 无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线 (UTP)(UTP)；屏蔽双绞线；屏蔽双绞线 (STP)(STP) 同轴电缆同轴电缆 内层导线内层导线 金属屏蔽金属屏蔽外绝缘层外绝缘层 绝缘体绝缘体 v同轴电缆分类同轴电缆分类 基带同轴电缆（基带同轴电缆（5050） 以前在以太网中使用以前在以太网中使用 宽带同轴电缆（宽带同轴电缆（7575） 有线电视网使用有线电视网使用 信号线信号线地线地线 套管套管 无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线 12 光纤与光缆光纤与光缆 多根光纤多根光纤 保护层保护层 防止光泄漏的吸收外壳防止光泄漏的吸收外壳 起保护作用的防护层起保护作用的防护层 外绝缘层外绝缘层

12、光波在光纤中的传播光波在光纤中的传播 v光导纤维（光导纤维（光线的入射角足够大时，就会出现全光线的入射角足够大时，就会出现全 反射，重复此过程，光就沿着光纤传播下去反射，重复此过程，光就沿着光纤传播下去） 纤芯纤芯 包层包层 保护层保护层 光波光波 v光缆光缆 光光 纤纤保护层保护层 13 无线通信无线通信 v原理：原理：数字数字( (或或模拟模拟) )信号信号使用电磁波使用电磁波调制后进行调制后进行传输传输 1041051061071081091010101110121013101410151016 Hz 双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆 AM广播广播FM广播和广播和TV 卫星卫星 地面微波地

13、面微波 光纤光纤 紫外线紫外线红外线红外线可见光可见光 微波微波 无线电波无线电波 超短波超短波中波中波短波短波 电磁波的种类与频率范围电磁波的种类与频率范围 无线电波无线电波: :10104 4 101011 11 (Hz) (Hz) 中波：中波： 0.3 0.3 3 (MHz) 3 (MHz) 短波：短波： 3 3 30 (MHz) 30 (MHz) 超短波：超短波： 30 30 300 (MHz) 300 (MHz) 微波：微波： 0.3 0.3 300 (GHz) 300 (GHz) 红外线：红外线： 101011 11 101014 14 (Hz) (Hz) 可见光：可见光： 101

14、014 14 (Hz) (Hz) 紫外线：紫外线： 101014 14 101016 16 (Hz) (Hz) 无线广播无线广播 电视、通信电视、通信 通信通信 14 微波通信微波通信 v 微波：微波：300MHz300GHz范围内的电范围内的电 磁波，波长为磁波，波长为1 m1mm v特点：特点： 直线传直线传播播，不能沿地球表不能沿地球表 面传播（无绕射性），需面传播（无绕射性），需 要每隔几十公里设立一个要每隔几十公里设立一个 中继站中继站 容量大、可靠性高容量大、可靠性高 建设费用低建设费用低 抗灾能力强抗灾能力强 v应用：长途电话、蜂窝移动电话、应用：长途电话、蜂窝移动电话、 全数字

15、高清晰度电视等全数字高清晰度电视等 15 个人移动通信个人移动通信 v 处于移动状态的对象相互间的通信，如手机、无绳电话、寻呼系统等处于移动状态的对象相互间的通信，如手机、无绳电话、寻呼系统等 v 优点：克服通信终端位置对用户的限制，快速和及时地传递信息优点：克服通信终端位置对用户的限制，快速和及时地传递信息 基站基站 移动台移动台 （手机）（手机） 移动电移动电 话交换话交换 中心中心 公用电话网公用电话网 16 蜂窝移动通信原理蜂窝移动通信原理 v 每每10km20km的区域称为单元（形似的区域称为单元（形似 蜂窝），单元的中央建有一个基站，蜂窝），单元的中央建有一个基站， 该单元内所有手

16、机都向该基站发送信该单元内所有手机都向该基站发送信 号并接收基站发给的信号号并接收基站发给的信号 v 所有单元既相互分割，又彼此有所交所有单元既相互分割，又彼此有所交 叠，连成整个移动通信服务网叠，连成整个移动通信服务网 v 所有基站都通过微波或电缆、光缆与所有基站都通过微波或电缆、光缆与 移动交换中心通信移动交换中心通信 v 手机每个时刻都处于某个特定单元的手机每个时刻都处于某个特定单元的 基站控制之下，通话时使用两个频率基站控制之下，通话时使用两个频率 （一个上行频率，一个下行频率），（一个上行频率，一个下行频率）， 同一单元内同一时刻的不同手机使用同一单元内同一时刻的不同手机使用 不同的

17、频率进行通信，相互不影响不同的频率进行通信，相互不影响 v 每个蜂窝单元中有每个蜂窝单元中有200 多个信道多个信道(GSM)。 v 相邻单元不允许使用相邻单元不允许使用 相同的频率相同的频率，不相邻不相邻 单元的频率单元的频率允许允许重用重用 移动移动 交换交换 中心中心 电话交电话交 换中心换中心 17 选讲：选讲： 第二代第二代移动通信系统移动通信系统 v 传输的是数字化的语音或文字信号传输的是数字化的语音或文字信号 v 使用频段：使用频段：900MHz/1800MHz，属于微波通信，属于微波通信 v 我国使用两种标准：我国使用两种标准： GSM（欧洲移动通信系统，也称全球通（欧洲移动通

18、信系统，也称全球通) 已实现县以上城市的覆盖已实现县以上城市的覆盖, 接入号有接入号有139135、130 采用频分多路复用技术采用频分多路复用技术(分为分为124个上下行信道个上下行信道)和时分和时分 多路复用多路复用(每个信道每个信道8个连接个连接)，每个蜂窝理论上支持，每个蜂窝理论上支持992 个连接，实际可有个连接，实际可有200多个多个 CDMA (码分多址接入，码分多址接入，Code Division Multiple Access) 所有手机都占用相同带宽和频率，在整个频段上进所有手机都占用相同带宽和频率，在整个频段上进 行信号传输行信号传输, CDMA给每一手机分配一个唯一的码

19、序给每一手机分配一个唯一的码序 列列(扩频码扩频码)，用它对承载信息的信号进行编码，实现，用它对承载信息的信号进行编码，实现 相互间的区分相互间的区分 抗干扰能力强，系统容量大，接通率高，噪声小，抗干扰能力强，系统容量大，接通率高，噪声小， 18 第三代第三代移动通信系统移动通信系统（3G3G） v 第第2 2代移动通信的不足：代移动通信的不足： （1 1）数据传输速率过低（）数据传输速率过低（9.6kb/s9.6kb/s或或57kb/s57kb/s），仅可传语音文字），仅可传语音文字 （2 2）容量有限，不能满足发达地区手机用户高度密集的要求。）容量有限，不能满足发达地区手机用户高度密集的要

20、求。 （3 3）不能实现覆盖全球的无缝连接）不能实现覆盖全球的无缝连接 v 3G3G的目标：的目标： （1 1）提供高质量的语音通信、数据通信和高分辨率图像通信）提供高质量的语音通信、数据通信和高分辨率图像通信 （2 2）提供足够的系统容量，具有高保密性和优质的服务）提供足够的系统容量，具有高保密性和优质的服务 （3 3）地面移动通信与卫星移动通信相结合，实现全球漫游）地面移动通信与卫星移动通信相结合，实现全球漫游 v 使用的频谱：使用的频谱：1885 MHz 2025MHz1885 MHz 2025MHz，2110MHz2200MHz 2110MHz2200MHz v 传输速率：室内：传输速

21、率：室内：2Mb/s2Mb/s，步行：，步行：384kb/s384kb/s，快速移动：，快速移动：114kb/s114kb/s v 我国采用的我国采用的3 3种技术标准：种技术标准： 中国移动中国移动TD-SCDMA(TD-SCDMA(时分时分- -同步码分多址接入同步码分多址接入) )，自主知识产权，自主知识产权 中国电信中国电信CDMA2000CDMA2000 中国联通中国联通W-CDMAW-CDMA 19 传输介质的类型与特点传输介质的类型与特点 介质介质特点特点应用应用 有有 线线 通通 信信 双绞双绞 线线 成本低，易受外部高频电磁波干扰，成本低，易受外部高频电磁波干扰， 误码率较高

22、；传输距离有限误码率较高；传输距离有限 固定电话本地回路、固定电话本地回路、 计算机局域网计算机局域网 同轴同轴 电缆电缆 传输特性和屏蔽特性良好，可作为传传输特性和屏蔽特性良好，可作为传 输干线长距离传输载波信号，但成本输干线长距离传输载波信号，但成本 较高较高 固定电话中继线路、固定电话中继线路、 有线电视接入有线电视接入 光缆光缆传输损耗小，通讯距离长，容量大，传输损耗小，通讯距离长，容量大，屏屏 蔽特性非常好，蔽特性非常好，不易被窃听，重量轻，不易被窃听，重量轻， 便于运输和铺设。缺点是精确连接两根便于运输和铺设。缺点是精确连接两根 光纤很困难光纤很困难 电话、电视等通信电话、电视等通

23、信 系统的远程干线，系统的远程干线， 计算机网络的干线计算机网络的干线 无无 线线 通通 信信 自由自由 空间空间 使用微波、红外线、激光等，使用微波、红外线、激光等，建设费用低，建设费用低， 抗灾能力强，容量大，无线接入使得通抗灾能力强，容量大，无线接入使得通 信更加方便信更加方便. .但易被窃听、易受干扰但易被窃听、易受干扰 广播，电视，移动广播，电视，移动 通信系统，计算机通信系统，计算机 无线局域网无线局域网 20 对通信系统的一般要求对通信系统的一般要求 v远距离：传输距离要远远距离：传输距离要远 v低成本：传输成本要低低成本：传输成本要低 v高速度：从发生到接收的延迟时间要短高速度

24、：从发生到接收的延迟时间要短 v可靠：传输的信息不能有错误可靠：传输的信息不能有错误 v方便：任何时间和地点都能通信方便：任何时间和地点都能通信 v安全：传输的信息要保密，不能泄漏安全：传输的信息要保密，不能泄漏 21 4.1.3 4.1.3 调制解调技术调制解调技术 22 数字通信采用的技术数字通信采用的技术 v数字调制数字调制/ /解调技术（调幅；调频；调相）解调技术（调幅；调频；调相） 解决信号传得远的问题解决信号传得远的问题 v多路复用技术（时分多路；频分多路；波分多路）多路复用技术（时分多路；频分多路；波分多路） 提高传输线路使用效率、降低传输成本提高传输线路使用效率、降低传输成本

25、v交换技术（电路交换；分组交换）交换技术（电路交换；分组交换） 动态分配信道资源，提高传输效率和质量动态分配信道资源，提高传输效率和质量 v模模- -数和数数和数- -模转换技术；模转换技术； v数字编码和数据压缩技术数字编码和数据压缩技术 23 数字信号如何传输？数字信号如何传输？ v近距离传输：近距离传输：直接直接( (基带基带) )传输传输 例如：例如：USBUSB移动硬盘移动硬盘 主机主机 ；以太网数据传输；以太网数据传输 v远距离传输：远距离传输：载波传输载波传输 例如：数字有线电视；电话拨号上网；例如：数字有线电视；电话拨号上网；ADSLADSL上网上网 v什么是什么是载波载波？

26、研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信 中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振 荡的正弦波信号作为携带信息的荡的正弦波信号作为携带信息的载波，载波，把数字信把数字信 号放在号放在( (调制调制在在) )载波上传输，则可比直接传输的载波上传输，则可比直接传输的 距离远得多距离远得多 24 数字信号的三种调制方法数字信号的三种调制方法 幅移键控幅移键控 频移键控频移键控 调制信号调制信号 (两个状态两个状态) 相移键控相移键控 载波信号载波信号 (高频正弦波高频正弦波) 25 信信 道道信源信源(宿宿)信宿

27、信宿(源源) 调制后调制后 的载波的载波 信号信号 接收到接收到 的载波的载波 信号信号 调制调制 (解调解调)器器 (调制调制) 解调器解调器 载波载波载波载波 小结小结1: 1: 远距离通信必须使用远距离通信必须使用MODEMMODEM 通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调 器，它们通常做在一起，称为调制解调器器，它们通常做在一起，称为调制解调器(MODEM) 信源信号通过信源信号通过调调 制器制器 调整载波调整载波 的某个参数的某个参数(幅幅 度、频率或相位度、频率或相位) 到达目的地后，使用到达目的地后，使用 解调器解调器把载

28、波所携带把载波所携带 的信号检测出来，恢的信号检测出来，恢 复为原始信号的形式复为原始信号的形式 经过调制后的载波经过调制后的载波 信号，携带着被传信号，携带着被传 输的信号在信道中输的信号在信道中 进行长距离传输进行长距离传输 26 4.1.4 4.1.4 多路复用技术多路复用技术 27 怎样降低传输成本？怎样降低传输成本？ v 分析：分析： 通信系统中，传输线路的建设和维护成本占整通信系统中，传输线路的建设和维护成本占整 个系统成本的相当大的份额个系统成本的相当大的份额 一条传输线路（铜线、光纤、无线电波）的容一条传输线路（铜线、光纤、无线电波）的容 量通常远远超过传输量通常远远超过传输1

29、 1路用户信号所需的能力路用户信号所需的能力 v 降低成本采用的技术降低成本采用的技术多路复用技术多路复用技术 多路信号使用同一条传输线同时进行传输多路信号使用同一条传输线同时进行传输 v 方法：方法： 频分多路复用频分多路复用（FDMFDM） 时分多路复用时分多路复用（TDMTDM） 波分多路复用（波分多路复用（WDMWDM） 28 DEMUX MUX 共享的传输信道共享的传输信道 载波频率载波频率f1 调制调制 调制调制 载波频率载波频率fn 载波频率载波频率f1 解调解调 解调解调 载波频率载波频率fn f 频分多路复用频分多路复用(Frequency Division Multiple

30、xing, FDM)(Frequency Division Multiplexing, FDM) v思想：将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上，思想：将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上， 通过频分多路复用器通过频分多路复用器(MUX)(MUX)将它们复合成为一个信号，然后将它们复合成为一个信号，然后 在同一传输线路上进行传输。抵达接收端之后，借助分路器在同一传输线路上进行传输。抵达接收端之后，借助分路器 把不同频率的载波分离出来，送到不同的接收设备把不同频率的载波分离出来，送到不同的接收设备 v工作原理：工作原理： 将不同频率将不同频率 的载波信号的载波信号 合成在一起合

31、成在一起 使用一组滤波器使用一组滤波器 分解出不同频率分解出不同频率 的载波信号的载波信号 29 频分多路复用举例频分多路复用举例1 1 v广播电台节目的发送与接收广播电台节目的发送与接收 频分多路复用频分多路复用 分路器分路器 (带通滤波器带通滤波器) 信号信号 发射发射 信号信号 接收接收 v 常见广播电台使用的载波频率常见广播电台使用的载波频率 中波中波 900 KHz(南京经济台南京经济台) 中波中波1008 KHz (南京新闻台南京新闻台) 短波短波 15.28 MHz(英国英国BBC) 短波短波 15.29 MHz(VOA美国之音美国之音) 调频调频104.3MHz (南京体育台南

32、京体育台) 调频调频105.8MHz(南京音乐台南京音乐台) 30 时分多路复用时分多路复用(Time Division Multiplexing, TDM)(Time Division Multiplexing, TDM) v思想：各通信终端思想：各通信终端（计算机、电话计算机、电话）以规定的顺以规定的顺 序和时间轮流使用同一传输线路进行数据传输序和时间轮流使用同一传输线路进行数据传输. . H F G E D C B A 传输线路传输线路 时间片时间片 G C 终端终端 1 终端终端 2 终端终端 3 终端终端 4 H D F B E A 多路复用器多路复用器 4 3 2 1 4 3 2

33、1 数据数据 t Multiplexer 多路分路器多路分路器 终端甲终端甲 终端乙终端乙 终端丙终端丙 终端丁终端丁 E A F B G C H D Demultiplexer v应用：主要使用在数字通信领域，如电话中继通应用：主要使用在数字通信领域，如电话中继通 信、信、GSMGSM手机、总线式以太网等手机、总线式以太网等 31 发送方：发送方： 数据数据 时间时间 异步时分多路复用异步时分多路复用 数据发送方和接收方也可以数据发送方和接收方也可以异步地异步地进行信息传输。即：发送进行信息传输。即：发送 方有数据且信道有空闲时就发送，没有数据时即使轮到它，也方有数据且信道有空闲时就发送，没

34、有数据时即使轮到它，也 不占用信道。这样可以大大提高信道的利用率不占用信道。这样可以大大提高信道的利用率 实现方法：在被传输数据中必须附加上接收方的实现方法：在被传输数据中必须附加上接收方的“地址地址” 32 波分多路复用波分多路复用(Wave Division Multiplexing, WDM)(Wave Division Multiplexing, WDM) v 为提高传输效率，为提高传输效率，1根光纤中可以同时传输几种不同波长的光波，根光纤中可以同时传输几种不同波长的光波， 每种光波各自传输自己所携带的信息，速率可达到每种光波各自传输自己所携带的信息，速率可达到 40G- 100Gbi

35、t/s v 原理：原理： 光纤光纤 发送端有发送端有N个个 发送单元，它发送单元，它 们各自发出不们各自发出不 同波长的光波同波长的光波 通过复用器（称通过复用器（称 为合波器）合并为合波器）合并 起来，进入同一起来，进入同一 根光纤进行传输根光纤进行传输 接收端用分路器接收端用分路器(称为称为 分波器分波器)将不同波长的将不同波长的 光分开，分别送到各光分开，分别送到各 自的光电检测器恢复自的光电检测器恢复 出原始信号出原始信号 示意图示意图 复合光复合光 33 小结小结2: 2: 多路复用可以降低通信成本多路复用可以降低通信成本 v通信系统的原理示意图通信系统的原理示意图 复用复用 （分路

36、（分路 信道信道 信源信源 （宿）（宿） 调制解调器调制解调器 信源信源 （宿）（宿） 调制解调器调制解调器 信源信源 （宿）（宿） 调制解调器调制解调器 复用复用 （分路（分路 信源信源 （宿）（宿） 调制解调器调制解调器 信源信源 （宿）（宿） 调制解调器调制解调器 信源信源 （宿）（宿） 调制解调器调制解调器 多路复用技术使得成千上多路复用技术使得成千上 万路通信可以在同一条传万路通信可以在同一条传 输线上同时进行，大大节输线上同时进行，大大节 省了通信成本省了通信成本 频分多路、时分多路和波频分多路、时分多路和波 分多路等技术可以同时使分多路等技术可以同时使 用，以提高复用效率用，以提

37、高复用效率 34 4.1.5 4.1.5 分组交换技术分组交换技术 35 通信系统中通信系统中“交换交换”的含义的含义 v“交换交换”(switching)(switching)的含义就是的含义就是转接转接把把 一条链路转接到另一条链路，使它们连通起一条链路转接到另一条链路，使它们连通起 来来 v从通信资源的分配角度来看，从通信资源的分配角度来看，“交换交换”就是就是 按照某种方式按照某种方式动态地分配传输线路的资源动态地分配传输线路的资源 v常用的交换方式：常用的交换方式： 电路交换电路交换 分组交换分组交换 交换机交换机 36 什么是电路交换？什么是电路交换？ v电路交换的过程：电路交换的

38、过程： 建立连接建立连接 通信通信 释放连接释放连接 v应用：电话通信应用：电话通信 ( ( ( ( 交换机 交换机 交换机 交换机 用户线 用户线 中继线 中继线 B D C A v分析：分析： 通话全过程中用户始终占用端通话全过程中用户始终占用端 到端的传输信道到端的传输信道 由于计算机数据传输具有突发由于计算机数据传输具有突发 性，不适合计算机数据通信性，不适合计算机数据通信 37 什么是分组交换什么是分组交换(Packet Switching)(Packet Switching)? ? v分组交换的要点：分组交换的要点： 被传输的数据必须划分为若干被传输的数据必须划分为若干“分分 组组

39、”( 简称简称“包包”)进行传输进行传输 每个分组中必须包含收、发双方的地每个分组中必须包含收、发双方的地 址址 38 A B C 1.1.分组交换原理分组交换原理 39 A B C 40 A B C 41 A B C 42 A B C 43 A B C 44 A B C 45 分组交换与存储转发的过程分组交换与存储转发的过程 v 分组交换机两种端口，连接计算机和连接交换机的端口。分组交换机两种端口，连接计算机和连接交换机的端口。 v 分组交换的基本工作模式：分组交换的基本工作模式：存储转发存储转发 v 交换机每收到一个包，就检查该包的目的地地址：交换机每收到一个包，就检查该包的目的地地址：

40、若数据包目的地是直接与之相连的计算机，交换机就将若数据包目的地是直接与之相连的计算机，交换机就将 包发往该计算机包发往该计算机 若目的地不是本分组交换机上的计算机，则若目的地不是本分组交换机上的计算机，则选择一个输选择一个输 出端口出端口，通过连接该端口的高速数字线路转发给另一台，通过连接该端口的高速数字线路转发给另一台 交换机（如果线路忙，则可放在对应的缓冲器中排队等交换机（如果线路忙，则可放在对应的缓冲器中排队等 候）候） 下一台交换机收到数据包之后，重复过程下一台交换机收到数据包之后，重复过程2 2直到数据包到直到数据包到 达目的计算机为止达目的计算机为止 46 分组交换机中的分组交换机

41、中的存储转发存储转发过程过程 H1 A 分组交换网 B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1 向 H5 发送分组 交换机 主机 在交换机 E 暂存 查找转发表 找到转发的端口 最后到达目的主机 H5在交换机 C 暂存 查找转发表 找到转发的端口 在交换机 A 暂存 查找转发表 找到转发的端口 47 分组交换网中分组交换网中传输路径传输路径的变化的变化 H1 A 分组交换网 B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1 向 H5 发送分组 H2 向 H6 发送分组 注意分组路径的变化！ 交换机 主机 48 实现分组交换的关键设备：实现分组交换的关键设备： 分组交换机分组交换机 v

42、 分组交换机的任务是：负责包（分组）的转发分组交换机的任务是：负责包（分组）的转发 v 分组交换机的工作方式是：分组交换机的工作方式是：存储转发存储转发 + + 路由选择路由选择 v 分组交换机的工作过程：分组交换机的工作过程： n 从输入端口收到一个包后，放入缓冲区从输入端口收到一个包后，放入缓冲区 n 检查数据包的目的地址，查转发表，决定该送哪个输出端检查数据包的目的地址，查转发表，决定该送哪个输出端 口进行转发口进行转发 n 把包从输入缓冲器中取出，送到相应输出端口的缓冲区中把包从输入缓冲器中取出，送到相应输出端口的缓冲区中 排队排队 1.1.输出端口每发送完一个包，就从自己的缓冲区中提

43、取下一输出端口每发送完一个包，就从自己的缓冲区中提取下一 个包进行发送个包进行发送 49 分组交换技术的优点和问题分组交换技术的优点和问题 v优点：优点： 高效高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 灵活灵活 以分组为传送单位和查找路由。以分组为传送单位和查找路由。 迅速迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组。不必先建立连接就能向其他主机发送分组。 可靠可靠 保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议 使网络有很好的生存性。使网络有很好的生存性。 v分组交换带来的问题：分组交换带来的问题： 分组在各结

44、点存储转发时需要分组在各结点存储转发时需要排队排队，就会造成一定，就会造成一定时延时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造 成了一定的成了一定的开销开销。 50 4.1.6 4.1.6 数据通信的主要技术指标数据通信的主要技术指标 51 网络的主要性能指标之一：网络的主要性能指标之一： 传输速率与带宽传输速率与带宽 v 数据传输速率数据传输速率即即数据率数据率(data rate)(data rate)，也称为，也称为比特率比特率(bit rate)(bit rate)， 是计算机网络中最重要的性能指标，指数据链路中每秒传输的

45、是计算机网络中最重要的性能指标，指数据链路中每秒传输的 二进位数目二进位数目 v 速率的单位是速率的单位是 b/sb/s，或，或kb/s, Mb/s, Gb/s kb/s, Mb/s, Gb/s 等等 千比每秒，即千比每秒，即 kb/s kb/s （10103 3 b/s b/s） 兆比每秒，即兆比每秒，即 Mb/sMb/s（10106 6 b/s b/s） 吉比每秒，即吉比每秒，即 Gb/sGb/s（10109 9 b/s b/s） 太比每秒，即太比每秒，即 Tb/sTb/s（101012 12 b/s b/s） v 在计算机网络中，在计算机网络中，“带宽带宽”指的是数据链路所能达到的指的是

46、数据链路所能达到的“最高最高 数据传输速率数据传输速率” ” ，有时也称为，有时也称为“信道容量信道容量” ” 带宽与采用的传输介质、传输距离、多路复用方法、带宽与采用的传输介质、传输距离、多路复用方法、 调制解调方法等密切相关调制解调方法等密切相关 52 选讲：选讲： 计算机网络的其他性能指标计算机网络的其他性能指标 v误码率误码率(error rate)(error rate) 指数据传输中规定时间内出错数据占被传输指数据传输中规定时间内出错数据占被传输 数据总数的比例数据总数的比例 v端端延迟端端延迟(end-end delay)(end-end delay) 指数据从信源传送到信宿所花

47、费的时间指数据从信源传送到信宿所花费的时间 v吞吐量吞吐量(throughput)(throughput) 表示在单位时间内通过某个网络表示在单位时间内通过某个网络( (或信道、接或信道、接 口口) )的数据量。吞吐量受网络的带宽或网络额的数据量。吞吐量受网络的带宽或网络额 定速率的限制定速率的限制 v其他其他 53 “4.1“4.1数字通信数字通信” 小结小结 v 什么是通信？什么是通信？ 使用使用电波或光波电波或光波传递信息传递信息 v 对通信系统的要求：对通信系统的要求： 远距离远距离调制解调技术调制解调技术(MODEM) 高效率高效率多路复用技术多路复用技术(Multiplexer)+

48、交换技术交换技术(Switch) 高速度高速度光纤通信技术光纤通信技术 可靠可靠信号不失真、无差错、保证通信畅通（数字通信）信号不失真、无差错、保证通信畅通（数字通信） 方便方便移动通信技术（无线、数字通信）移动通信技术（无线、数字通信） 安全安全加密、身份认证（数字通信）加密、身份认证（数字通信） v 目前许多通信系统既采用模拟通信技术，也采用数字通信技术，目前许多通信系统既采用模拟通信技术，也采用数字通信技术， 总的趋势是数字化、光纤化、智能化！总的趋势是数字化、光纤化、智能化！ 54 4.2 4.2 计算机网络基础计算机网络基础 4.2.1 4.2.1 计算机网络概述计算机网络概述 4.

49、2.2 4.2.2 局域网局域网 4.2.3 4.2.3 共享式以太网共享式以太网 4.2.4 4.2.4 交换式以太网交换式以太网 4.2.5 4.2.5 高速局域网高速局域网 4.2.6 4.2.6 无线局域网无线局域网 55 4.2.1 4.2.1 计算机网络概述计算机网络概述 56 1.1.计算机网络的概念计算机网络的概念 v 性质：性质： 它是一种通信系统（与电话、它是一种通信系统（与电话、 电视系统不同，它是一种数据电视系统不同，它是一种数据 通信系统）通信系统） 它是计算机系统的延伸与扩展它是计算机系统的延伸与扩展 需要使用多种复杂的技术需要使用多种复杂的技术 v 利用通信设备和

50、网络软件，把位置分散的多台计利用通信设备和网络软件，把位置分散的多台计 算机连接起来的一个系统算机连接起来的一个系统 57 2.2.计算机网络的功能计算机网络的功能 （1 1）数据通信数据通信 （2 2）资源共享资源共享 （3 3）实现分布式信息处理实现分布式信息处理 （4 4）提高计算机系统的可靠性和提高计算机系统的可靠性和 可用性可用性 58 3.3.计算机网络的分类计算机网络的分类 v 按使用的传输介质可分为：按使用的传输介质可分为： v 按网络的使用性质可分为：按网络的使用性质可分为： v 按网络的使用对象可以分为：按网络的使用对象可以分为： v 按网络所覆盖的地域范围可以分为：按网络

51、所覆盖的地域范围可以分为： 局域网局域网( (LANLAN) )：使用专用通信线路把较小地域范围（一幢：使用专用通信线路把较小地域范围（一幢 楼房、一个楼群、一个单位或一个小区）中的计算机连接楼房、一个楼群、一个单位或一个小区）中的计算机连接 而成的网络而成的网络 城域网或市域网城域网或市域网( (MANMAN) ) ：作用范围在广域网和局域网之间，：作用范围在广域网和局域网之间， 其作用距离约为其作用距离约为5km5km50 km50 km，例如一个城市范围的计算机，例如一个城市范围的计算机 网络网络 广域网广域网( (WANWAN) ) ：把相距遥远的许多局域网和计算机用户互：把相距遥远的

52、许多局域网和计算机用户互 相连接在一起的网络。广域网有时也称为远程网相连接在一起的网络。广域网有时也称为远程网 59 局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构 总线型局域网总线型局域网 环型局域网环型局域网 星型局域网星型局域网 网络上的计算机网络上的计算机 树形局域网树形局域网 60 几种网络之间的相互关系几种网络之间的相互关系 局域网局域网校园网校园网 PC 将分散的用户将分散的用户 计算机计算机(网网)接接 入特定城域网入特定城域网 的各种网络通的各种网络通 信设施信设施 个人个人 区域网区域网 61 4.4.计算机网络的组成计算机网络的组成 n 计算机、手机等计算机、手机等“智能智能” 设备设

53、备 n 数据通信链路：数据通信链路： 传输数据的介质：双绞线、光缆、无线电波等传输数据的介质：双绞线、光缆、无线电波等 通信控制设备：如网卡、集线器、交换器、调制解调器、通信控制设备：如网卡、集线器、交换器、调制解调器、 路由器等，确保通信正确、可靠、有效地进行路由器等，确保通信正确、可靠、有效地进行 n 网络通信协议网络通信协议共同遵循的一组的规则和约定共同遵循的一组的规则和约定 通信如何开始、如何结束？数据如何表示？命令如何表通信如何开始、如何结束？数据如何表示？命令如何表 示？通信对象如何区分？发生错误如何处理？等等。示？通信对象如何区分？发生错误如何处理？等等。 n 网络操作系统和网络

54、应用软件：网络操作系统和网络应用软件： 实现通信协议、管理网络资源等实现通信协议、管理网络资源等 实现各种网络应用，如浏览器、电子邮件程序、实现各种网络应用，如浏览器、电子邮件程序、QQQQ、搜、搜 索引擎等索引擎等 62 计算机网络的计算机网络的管理管理 网络操作系统网络操作系统 v网络操作系统网络操作系统( (Network operating Network operating system,system, NOS)NOS)是指运行在服务器上的是指运行在服务器上的 操作系统，有时也称之为操作系统，有时也称之为“服务器操服务器操 作系统作系统” 63 当前使用的主流网络操作系统当前使用的主

55、流网络操作系统 v主流网络操作系统：主流网络操作系统： UNIXUNIX系统，稳定性和安全性好，用于大型网络系统，稳定性和安全性好，用于大型网络 微软公司的微软公司的WindowsWindows系统的服务器版系统的服务器版 （如（如Windows NT ServerWindows NT Server、Windows 2000 Windows 2000 ServerServer，Windows Server 2003 R2Windows Server 2003 R2等，用于中等，用于中 低档服务器）低档服务器） LinuxLinux，源代码开放，可免费得到许多应用软，源代码开放，可免费得到许多应

56、用软 件件 64 5.5.计算机网络的两种工作模式计算机网络的两种工作模式 v网络中的计算机可以扮演网络中的计算机可以扮演2 2种不同的角色种不同的角色： 客户机客户机：需要使用其它计算机资源的计算机：需要使用其它计算机资源的计算机 服务器服务器：提供资源（如数据文件、磁盘空间、：提供资源（如数据文件、磁盘空间、 打印机、处理器等）给其它计算机用的计算机打印机、处理器等）给其它计算机用的计算机 v计算机网络有两种基本的工作模式：计算机网络有两种基本的工作模式： 对等（对等（peer-to-peerpeer-to-peer，简称，简称P2PP2P）模式）模式 客户客户/ /服务器（服务器（Cli

57、ent/ServerClient/Server，简称，简称C/SC/S）模）模 式式 65 对等工作模式（对等工作模式（P2PP2P） v网络中每台计算机既可以作为客户机也可以作为服务器网络中每台计算机既可以作为客户机也可以作为服务器 v例：例：WindowsWindows操作系统中的操作系统中的“网上邻居网上邻居” AB LAN 或或WAN v特点：特点： 可共享的资源主要是文件和打印机，由资源所在计算可共享的资源主要是文件和打印机，由资源所在计算 机自己管理，使用比较简单机自己管理，使用比较简单 不需要专门的硬件服务器，也不需要网络管理员不需要专门的硬件服务器，也不需要网络管理员 保证可靠

58、性、安全性是关键保证可靠性、安全性是关键 A计算机可使计算机可使 用用B的打印机的打印机 B计算机可访计算机可访 问问A计算机硬计算机硬 盘中的文件盘中的文件 66 因特网应用中的因特网应用中的P2PP2P工作模式工作模式 v P2PP2P是通过网络中计算机与计算机之间是通过网络中计算机与计算机之间直接交直接交 换换来来共享计算机资源共享计算机资源的一种应用模式的一种应用模式 v 以前以前P2PP2P模式以局域网使用居多，近些年它已模式以局域网使用居多，近些年它已 在因特网上广泛使用，例如：在因特网上广泛使用，例如： 文件共享：文件共享：BitTorrent(BTBitTorrent(BT下载

59、下载) )， eMule(eMule(电驴电驴) )，迅雷，迅雷 即时通信：即时通信：QQQQ、MSN MessengerMSN Messenger 流媒体服务：流媒体服务： SkypeSkype（网络（网络IPIP电话）电话） 对等协同计算对等协同计算 v P2PP2P业务已占互联网业务流量的业务已占互联网业务流量的60%60%以上以上 Peer Peer Peer （P2P模式模式） Client Server Client Client （C/S模式模式） 67 举例：举例：BTBT下载的工作原理下载的工作原理 A C B D 68 客户客户/ /服务器工作模式（服务器工作模式（C/SC

60、/S） v特点：网络中的计算机有专门分工，有的是客户机，特点：网络中的计算机有专门分工，有的是客户机， 有的是服务器有的是服务器 v服务器大多是一些专门设计的性能较高的计算机，并发服务器大多是一些专门设计的性能较高的计算机，并发 处理能力强，存储容量大，网络数据传输速率高处理能力强，存储容量大，网络数据传输速率高 v服务器按用途分为：服务器按用途分为：WebWeb服务器、打印服务器、邮件服服务器、打印服务器、邮件服 务器、文件服务器、数据库服务器等务器、文件服务器、数据库服务器等 文件服务器文件服务器 打印服务器打印服务器 客户机客户机 客户机提出服客户机提出服 务请求，使用务请求，使用 服务