计算机网络技术教程课件

计算机网络教程12/23/20221计算机网络教程12/19/20221第一部分计算机网络基础知识第一章计算机网络基础第二章网络体系结构、协议和软件系统第三章局域网实用组网技术第四章广域网实用组网技术第五章Internet基础第六章Intranet网络管理12/23/20222第一部分计算机网络基础知识第一章计算机网络基础12/19第二部分WindowsNT组网技术第七章构建WindowsNT网络第八章NT网络中的TCP/IP管理第九章各种NT网络工作站的连接12/23/20223第二部分WindowsNT组网技术第七章构建Win第一章计算机网络基础本章具体内容：计算机网络的形成和发展计算机网络的定义、功能、分类、组成和网络拓扑结构计算机网络的典型应用数据通信的基本概念和通信系统的常用指标数据通信方式和同步技术多路复用技术差错控制技术12/23/20224第一章计算机网络基础本章具体内容：12/19/202241.1计算机网络的形成和发展计算机网络的产生计算机网络技术的产生与发展是随着计算机技术和通信技术的发展而发展起来的，它是计算机技术与通信技术的有机结合，代表了当代计算机体系结构发展的一个极其重要的方向；

12/23/202251.1计算机网络的形成和发展计算机网络的产生12/19/2计算机网络的发展

随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机网络也经历了从简单到复杂，从单机到多机的发展过程，其发展大致可分为以下4个阶段：

具有通信功能的单机系统（终端）；具有通信功能的多机系统；以共享资源为主要目的的计算机网络阶段(ARPAnet);局域网络及其互连为主要支撑环境的分布式计算阶段。

12/23/20226计算机网络的发展12/19/20226信息高速公路与未来的计算机网络信息高速公路

（1）信息高速公路的由来

1991年美国国会参议员阿尔•戈尔提出了“信息高速公路法案”。1993年9月美国政府正式提出了建立“国家信息基础设施”计划，即美国信息高速公路计划，简称NII计划。12/23/20227信息高速公路与未来的计算机网络12/19/20227（2）信息高速公路的基本组成

信息高速公路的全部内涵，包括以下四部分：

通信网、计算机、信息和人从信息高速公路的结构来看，可分为三部分：

主干线、支线和支点（3）我国的信息高速公路计划与“金”字工程

发起中国信息基础设施建设——CII建设“三金”工程：“金桥”、“金卡”、“金关”

12/23/20228（2）信息高速公路的基本组成12/19/20228未来的计算机网络世界

幻想变成现实：电视电话、电视购物、电视教学、电视会议、家庭影院、家中办公、全球医疗会诊、全球电脑数据库等。12/23/20229未来的计算机网络世界12/19/202291.2

计算机网络的定义计算机网络的定义

将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。计算机：微型计算机、大型计算机，巨型计算机。通信线路：双绞线、同轴电缆、光纤、通信卫星、微波。网络软件：网络协议、信息交换方式、网络操作系统。资源：硬件、软件、数据。

12/23/2022101.2计算机网络的定义计算机网络的定义12/19/2021.3计算机网络的功能和分类计算机网络的功能计算机之间和计算机用户之间的相互通信交往；资源共享；计算机之间和计算机用户之间的协同工作；12/23/2022111.3计算机网络的功能和分类计算机网络的功能12/19/2计算机网络的分类

按网络拓扑结构划分：

总线型、星状、环状、网状、树状。按网络的覆盖范围划分：

局域网、城域网、广域网。按数据传输所用的结构和技术划分：

交换网：包括电路交换网、分组交换网。

广播网：包括分组无线网、卫星网、局域网。按通信传输介质划分：

双绞线网、同轴电缆网、光纤网、卫星网等。

12/23/202212计算机网络的分类12/19/202212一般主要按计算机网络的分布距离来分类：局域网

局域网是局部地区网的简称，计算机网络的通信距离通常限于中等规模的地理区域内，一般不超过10km，可以是一个单位或地区组建。广域网

广域网又称远程网，其覆盖范围可以是几个城市、地区，甚至国家、洲和全球。12/23/202213一般主要按计算机网络的分布距离来分类：12/19/20221城域网

城域网是介于局域网与广域网之间的高速网络，其规模限于一个城市范围。这类网络近几年发展迅速，其设计目标是要满足几十公里范围内的大量机关、公司、企事业单位的计算机联网需求，实现大用户、多种信息传输的综合信息网络。因特网

因特网不是一种具体的网络，它把全球各种局域网和广域网通过路由器连接起来，采用TCP／IＰ协议通信来实现全球化的信息服务。12/23/202214城域网12/19/2022141.4计算机网络的组成

虽然计算机网络系统的结构和组成是复杂的、多样的，但对于以分组交换技术为基础建立起来的计算机网络系统来说，所有系统都具有相同的结构和组成。按照逻辑划分，可将计算机网络划分为：

资源子网

通信子网12/23/2022151.4计算机网络的组成虽然计算机网络系统的资源子网

资源子网由主计算机、终端、通信控制设备、连网外设、各种软件资源等组成。主要负责全网信息处理，向网络用户提供可用的资源和网络服务。12/23/202216资源子网12/19/202216通信子网

通信子网由网络中的各种通信设备及只用作信息交换的计算机构成。传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤等有线通信线路，也可以是微波、通信卫星等无线通信线路。通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分，完成全网之间的数据传输、交换、控制。12/23/202217通信子网12/19/2022171.5网络的拓扑结构拓扑的概念

拓扑学是几何学中的图论演变而来的“拓扑”(TOPOLOGY)方法。它把具体实体抽象为“点”，把连接实体的线路抽象为“线”，进而研究点、线、面之间的关系。12/23/2022181.5网络的拓扑结构拓扑的概念12/19/202218树型拓扑结构树型拓扑结构是星型拓扑的扩展。采用分层结构，有一个根节点和多层分支节点，除叶节点外，所有根节点和层分支节点都是转发节点。适用于分级管理或控制型网络。网状拓扑结构由分布在不同地理位置的计算机经传输介质和通信设备相连，节点间连接是任意的、无规律的。点—点之间多条路径，由路由选择来进行路径选择。12/23/202219树型拓扑结构12/19/202219信道信道是传送信号的一条通路，由传输介质及相应的附属设备组成。信道可以按以下标准进行分类：计算机网络结构划分：物理信道和逻辑信道传输介质划分：有线信道和无线信道传输数据信号类型划分：模拟信道和数字信道信道的使用方式划分：专用信道和公共交换信道12/23/202220信道12/19/202220网络通信系统设计中涉及的主要问题数据传输类型模拟通信、数字通信数据通信方式串行通信、并行通信数据交换方式

线路交换、存储转发交换同步技术

同步传输、异步传输差错控制技术

奇偶校验、循环冗余校验12/23/202221网络通信系统设计中涉及的主要问题12/19/2022211.8串行传输与并行传输数据传输

图1-7数据的传输模拟通信数字通信数据通信——信源发、信宿收的都是数字信号。信源信宿发数字信号数字信号收模拟信号数字信号12/23/2022221.8串行传输与并行传输数据传输模拟通信数据通信——信传输方式并行传输字符编码的各位（比特）同时传输。

图1-8并行传输12/23/202223传输方式12/19/202223

特点：传输速度快:一位（比特）时间内可传输一个字符；通信成本高:每位传输要求一个单独的信道支持；因此如果一个字符包含8个二进制位，则并行传输要求8个独立的信道的支持；不支持长距离传输:由于信道之间的电容感应，远距离传输时，可靠性较低。12/23/202224特点：12/19/202224串行传输将组成字符的各位串行地发往线路。

图1-9串行传输12/23/202225串行传输12/19/202225

特点：传输速度较低，一次一位；通信成本也较低，只需一个信道；支持长距离传输，目前计算机网络中所用的传输方式均为串行传输。数据的通信方式：单工通信：传送的信息始终是一个方向。

半双工通信：通信双方都可以发送或接收信息，但不能同时双向发送。双工通信：通信双方可以同时发送和接收信息。

12/23/202226特点：12/19/202226

图1-10数据传输的三种方式12/23/20222712/19/2022271.9数据传输类型与编码技术数据的传输类型数据通信：在不同的计算机和数字设备之间传送二进制代码0、1比特位的过程。频带传输（模拟传输）：信源发出模拟信号在模拟信道传输。基带传输（数字传输）：信源发出模拟信号以数字信号的形式传输。12/23/2022281.9数据传输类型与编码技术数据的传输类型12/19/20基带传输与数字信号编码基带传输：信号只占有一定的频率范围。这种由计算机或终端产生的，频谱从零开始而未经调制的数字信号所占用的频率范围叫基本频带，简称基带。利用基带信号直接传输的方式称基带传输。数字基带信号的编码

非归零编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码12/23/202229基带传输与数字信号编码12/19/202229非归零编码码元

——每一位二进制数字。12/23/202230非归零编码12/19/202230优点：

简单、容易实现。缺点：

无法保证收发双方的同步，必须附加发送同步信号。应用：

计算机串口和调制解调器之间。12/23/202231优点：12/19/202231曼彻斯特编码曼彻斯特编码是目前广泛使用的编码方法之一。在每一码元时间间隔内，当发0时，在间隔的中间时刻电平从低向高跃变；当发1时，在间隔的中间时刻电平从高到低的跃变。差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。在每一码元时间间隔内，无论发0或1，在间隔的中间都有电平的跃变；但发1时，间隔开始时刻不变；发0时，间隔开始时刻变。12/23/202232曼彻斯特编码12/19/202232

10110前半周期传送原码、后半周期传送反码发0时在中间时刻电平从低跃变到高发1时在中间时刻电平从高跃变到低曼特斯特编码发0时前半码元与上一后半码元相反发1时前半码元与上一后半码元相同差分曼特斯特编码12/23/2022331曼彻斯特编码的特点及应用优点：内同步、成本低缺点：效率低应用：典型的10BASE以太网等差分曼彻斯特编码的特点优点：内同步、抗干扰性能较好缺点：实现技术复杂12/23/202234曼彻斯特编码的特点及应用12/19/202234频带传输与模拟信号编码基本概念编码：是将模拟数据或数字数据变换成数字信号，以便通过数字传输介质传输出去。调制：将数字信号或非正弦波的模拟信号变成正弦波的模拟信号的过程。解调：将经过调制变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。解码：在接收端，将数字信号变换成原始数据。

12/23/202235频带传输与模拟信号编码12/19/202235幅度调制幅度调制又称“振幅键控”，在幅度调制中，频率和相位都是常数，振幅为变量,即载波的幅度随发送的信号而变化。频率调制频率调制又称“移频键控”，在频率调制中，振幅和相位为常量，频率为变量，即载波的频率随发送的信号而变化。12/23/202236幅度调制12/19/202236相位调制相位调制又称“移相键控”。在相位调制中，振幅、频率为常量，相位为变量，即载波的相位随发送的信号而变化。12/23/202237相位调制12/19/202237图1-12三种调制方式波形12/23/20223812/19/2022381.10数据同步技术基本概念概念

数据的发送和接收要求同步，发送端以一定的速度在一定的起止时间内发送数据，接收端也必须以相同的速度在相同的起止时间内发送数据。12/23/2022391.10数据同步技术基本概念12/19/202239需解决问题正确区分和识别每个比特----位同步区分每个代码的起始和结束位----字符同步区分出完整的报文数据块的开始和结束位----帧同步同步方式异步传输方式同步传输方式12/23/202240需解决问题12/19/202240异步传输方式每个字符在传输时都前后分别加上起始位和结束位，以表示一个字符的开始和结束。起始位为“0”，结束位为“1”，结束位的长度可以为1位、1.5位或2位。

图1-13异步传输发送端接收端停止位

奇偶位

b7b6b5b4b3b2b1

起始位起始位校验位终止位12/23/202241异步传输方式图1-13异步传输发送端接收端停止位奇偶位工作特点各个位以串行方式发送，并附有“起止位”作为识别符以字符为单位，字符之间通过“空号”来分隔优点

设备简单、技术容易、费用低缺点

每传输一个字符，都需要附加2~3位附加位，开销大，消费传输时间应用

适用低速的通信场合12/23/202242工作特点12/19/202242同步传输方式以固定的时钟节拍来发送数据信号，字符间顺序相连，既无间隙也没有插入位。收发双方的时钟信号与传输的每一位严格对应，以达到位同步，在开始发送一帧数据前须发送固定长度的帧同步字符，发送完数据后再发送帧终止字符，这样就实现了字符和帧的同步，之后连续发送空白字符，直到发送下一帧时重复上述过程。

12/23/202243同步传输方式12/19/202243工作特点同步传输中，信息是以数据块的方式传输在位流中采用同步字符来保证定时附加位多，效率高于异步传输发送端接收端数据块同步信号同步信号数据块0111111001111110图1-14同步传输12/23/202244发送端接收端数据块同步同步数据块01111110011111优点传输速率高。缺点设备较贵，线路使用高，加大DCE设备负担。应用

计算机和计算机之间的通信，智能终端与主机之间的通信，以及网络通信等。12/23/202245优点12/19/2022451.11多路复用技术基本概念当信道的传输能力超过某一信息的需求时，为了提高信道的利用率，需要用一条信道传输多路信号，即多路复用技术。通过多路复用器，将多路信号进行汇集后传输，接收端再通过多路复用器将信息进行分离。常用的多路复用技术频分多路复用（FDM）时分多路复用（TDM）波分多路复用（WDM）空分多路复用（SDM）12/23/2022461.11多路复用技术基本概念12/19/202246多路复用器多路复用器图1-15多路复用技术12/23/202247多路多路图1-15多路复用技术12/19/202247频分多路复用（FDM）频分多路复用FDM是利用传输介质的可用带宽超过给定信号所需的带宽这一优点。频分多路复用FDM是把每个要传输的信号以不同的载波频率进行调制，而且各个载波频率是完全独立的，即信号的带宽不会相互重叠，然后在传输介质上进行传输，这样在传输介质上就可以同时传输许多路信号。

12/23/202248频分多路复用（FDM）12/19/202248应用适用于宽带局域网、公用电话网传输语音信息时的电话线复用技术图1-16频分多路复用技术12/23/202249图1-16频分多路复用技术12/19/202249时分多路复用技术（TDM）时分多路复用TDM利用每个信号在时间上交叉，可以在一个传输通路上传输多个数字信号。这种交叉可以是位一级的，也可以是由字节组成的块或更大量的信息。与频分多路复用类似，专门用于一个信号源的时间片序列被称为是一条通道时间片的一个周期（每个信号源一个），称之为一帧。在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。12/23/202250时分多路复用技术（TDM）12/19/202250应用

适用于传输占信道带宽较宽的数字基带信号，常用于基带局域网中。图1-17时分多路复用技术12/23/202251图1-17时分多路复用技术12/19/2022511.12广域网中的数据交换技术基本概念交换也称为转接。是在多结点网络中实现数据传输的技术，两结点要通信时，在双方之间建立一条物理的或逻辑的通道，称为链路。所谓交换技术是采用交换机或节点机等交换系统，通过路由选择技术以实现通信双方的信息传输和交换的一种技术。常用的数据交换方式可分为两大类：电路交换方式和存储转发方式。其中，存储转发方式按照被转接的信息单位不同，又可分为报文交换和报文分组交换。

12/23/2022521.12广域网中的数据交换技术基本概念12/19/2022线路交换（静态分配）原理：通过呼叫(拨号)在通信的双方之间建立起一条传输信息的实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被通信双方独占而不能被其它站使用，直到数据传输结束。包括三个阶段建立线路传输数据线路拆除

12/23/202253线路交换（静态分配）12/19/202253存储转发交换（动态分配）产生1964年，巴兰提出了“存储转发”的概念；1966年，戴维斯提出了“分组”的概念。1969年美国的分组交换网ARPANET投入运营。存储转发和线路交换的主要区别发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网通信子网中的结点要负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。12/23/202254存储转发交换（动态分配）12/19/202254报文交换报文交换属于存储交换，它不需要在两个站之间建立一条专用通路。存储交换的主要原理是：把待传送的信息存储起来，等到信道空闲时发出去。存储交换具有存储信息的能力。优点无需建立专用通道，传送的报文可分时共享通路，从而提高线路利用率；可以进行不同速率、不同码型的交换，从而实现不同种类的终端间的数据传送；可以实现把一个报文送到多个目的站点。

12/23/202255报文交换12/19/202255分组交换分组：将较长的报文分割长若干个一定长度(等长)的段,每段加上交换时所需的地址信息、差错校验信息，按规定格式构成的数据单元。基本思想:限制信息的长度,以分组为单位进行存储转发，在接收端再将各分组重新组装成一个完整的报文。优点:高效、灵活、迅速、可靠缺点:实现复杂。适合:计算机间联网通信，是目前数据网络中最广泛使用的一种交换技术

12/23/202256分组交换12/19/202256数据报分组交换（面向无连接）数据报:指每个独立处理的报文分组特点:没有建立连接的过程;以数据报为信息单元来处理;接收节点割据网络中的实际情况等来选择路由;每个数据报经过的路径可能不同,到达时可能不按序,甚至有的数据报可能会丢失优点:传输少数分组时速度更快、灵活;且传输较为可靠,当某个节点出故障而失效,报文分组还可以通过其它路径传送缺点:分组不按序到达,不能及时发现分组丢失

12/23/202257数据报分组交换（面向无连接）12/19/202257提高传输质量的方法选择好的通信线路，即改善通信线路的电气性能，使误差的出现概率降低到系统的要求。在通信线路上，设法检查错误，采取措施对错误进行差错控制。差错的分类热噪声差错（随机差错）：传输介质内部因素引起冲击噪声差错（突发差错）：外界干扰引起12/23/202258提高传输质量的方法12/19/202258例如：我们要传送的一组二进制编码为1010010后面增加一位进行奇校验10100100（使1的个数为奇数）传送时未出现错误：10100100，奇校验正确传送时其中一位出错：10110100，奇校验能检查出错误传送有两位出错时：10111100，奇校验就不能检查出错误了12/23/202259例如：12/19/202259这种方法只能检测错误而不能纠正错误，因为它不能检测出错在哪一位。奇偶校验法虽然简单，但并不是一种安全的差错控制方法，一般用于低速传输，如：普通电话线与ISP（低速时）。其中，偶校验用于异步传输方式，奇校验用于同步传输方式。12/23/202260这种方法只能检测错误而不能纠正错误，因为它不能检测出错在哪一方块校验

方块校验又叫报文校验、水平垂直冗余校验（LRC）。是一种对行和列都进行奇偶校验的方法。这种方法是在奇偶校验的基础上，在一批字符传送之后，另外增加一个检验字符，该检验字符的编码方法是使每一位纵向代码中1的个数成为奇数（或偶数）。12/23/202261方块校验12/19/202261LRC的工作方式12/23/202262LRC的工作方式12/19/202262这种方法的纠错能力较强，基本可以检测出所有1位、2位或3位的错误，从而使误码率能降低2～4个数量级，纠错效果十分显著，广泛用于计算机通信和某些计算机外部设备的数据传输中。12/23/202263这种方法的纠错能力较强，基本可以检测出所有1位、2位或3位的CRC码的生成步骤将x的最高幂次为R的生成多项式G(x)转换成对应的R+1位二进制数；将信息码左移R位，相当与对应的信息多项式F(x)*2R；用生成多项式（二进制数）对信息码做模2除，得到R位的余数；将余数拼到信息码左移后空出的位置，得到完整的CRC码。12/23/202264CRC码的生成步骤12/19/202264模2除（按位除）：

模2除做法与算术除法类似，但每一位除（减）的结果不影响其它位，即不向上一位借位。然后再移位做下一位的模2减。步骤如下：

用除数对被除数最高几位做模2减，没有借位。除数右移一位，若余数最高位为1，商为1，并对余数做模2减。若余数最高位为0，商为0，除数继续右移一位。一直做到余数的位数小于除数时，该余数就是最终余数。12/23/202265模2除（按位除）：12/19/202265例：

试通过计算求出CRC校验码，并写出完整传输的比特序列。要求：(1)CRC校验的生成多项式：G(x)=x4+x+1,相应的比特序列为10011，k=4；(2)要发送的二进制多项式为：F(x)=x4+x2+1(比特序列10110)12/23/202266例：12/19/202266解：F(x)序列左移4位得到：101100000进行模2除法

1010110011|101100000

1001110100

1001111100

10011

1111

余数多项式R（x）=111112/23/202267解：12/19/202267经通信信道实际传输的数据比特序列为：101101111它由两部分组成：校验过程：用实际传输的数据比特序列对G(x)进行模2除法，若得到的余数为0，则表示传输正确12/23/202268经通信信道实际传输的数据比特序列为：10110111112/循环冗余校验的基本思想是：在发送时，将报文码多项式用生成多项式来除，将相除结果的余数作为校验码跟在报文码之后一同发送出去。在接收端，把接收到的含校验码的报文码再用同一个生成多项式来除，如在传送过程中无差错，则应该除尽，即余数应为0，若除不尽，则说明传输过程中有差错，应要求对方重新发送一次。多项式以2为模运算。按照它的运算法则，加法不进位，减法不借位。12/23/202269循环冗余校验的基本思想是：12/19/202269CRC的纠错

在接收端收到了CRC码后用生成多项式为G(x)去做模2除，若得到余数为0,则码字无误。若如果有一位出错，则余数不为0，而且不同位出错，其余数也不同。可以证明，余数与出错位的对应关系只与码制及生成多项式有关，而与待测码字（信息位）无关。下表给出了G(x)＝1011，F(x)＝1010的出错模式，改变F(x)（码字），只会改变表中码字内容，不改变余数与出错位的对应关系。

12/23/202270CRC的纠错12/19/202270（7，4）CRC码的出错模式（G(x)＝1011）

12/23/202271（7，4）CRC码的出错模式（G(x)＝1011）12/1如果循环码有一位出错，用G(x)作模2除将得到一个不为0的余数。如果对余数补0继续除下去，我们将发现一个有趣的结果；各次余数将按上图所给顺序循环。例如第一位出错，余数将为001，补0后再除（补0后若最高位为1，则用除数做模2减取余；若最高位为0，则其最低3位就是余数），得到第二次余数为010。以后继续补0作模2除，依次得到余数为100，011…，反复循环，这就是“循环码”名称的由来。12/23/202272如果循环码有一位出错，用G(x)作模2除将得到一个不为0的余解：

1、将生成多项式G(x)=x3+x+1转换成对应的二进制除数1011。2、此题生成多项式有4位（R+1），要把原始报文C(x)左移3（R）位变成10100003、用生成多项式对应的二进制数对左移4位后的原始报文进行模2除：

1001-------商-----------------------1010000

1011----------除数------------10001011------------

011----余数（校验位）

101001112/23/202273解：1001-------商解：从前面有关CRC的论述中可得出：

A：③循环冗余

B：①模2除法

C：G(x)＝11011，F(x)＝11001010101，F(x)*24÷G(x)＝110010101010000÷11011余0011得到的CRC码为②110010101010011D：从前面有关通信与网络中常用的CRC的论述中可得出：④可检测所有小于、等于校验位长度的突发错12/23/202274解：12/19/202274课前预习什么是协议？协议的组成？协议的功能？计算机网络体系结构为何要采用分层结构？ISO的开放系统互连参考模型分几层？从高到低分别是什么？各层各有什么功能？著名的标准化组织有哪些？TCP/IP的参考模型分几层？各有什么功能？IP地址分为哪几类？什么是子网掩码？有何功能？计算机系统的软件包括哪3个部分？网络操作系统是如何定义的？有何功能？计算机网络系统主要由哪几种系统结构？12/23/202275课前预习什么是协议？协议的组成？协议的功能？12/19/20计算机网络教程12/23/202276计算机网络教程12/19/20221第一部分计算机网络基础知识第一章计算机网络基础第二章网络体系结构、协议和软件系统第三章局域网实用组网技术第四章广域网实用组网技术第五章Internet基础第六章Intranet网络管理12/23/202277第一部分计算机网络基础知识第一章计算机网络基础12/19第二部分WindowsNT组网技术第七章构建WindowsNT网络第八章NT网络中的TCP/IP管理第九章各种NT网络工作站的连接12/23/202278第二部分WindowsNT组网技术第七章构建Win第一章计算机网络基础本章具体内容：计算机网络的形成和发展计算机网络的定义、功能、分类、组成和网络拓扑结构计算机网络的典型应用数据通信的基本概念和通信系统的常用指标数据通信方式和同步技术多路复用技术差错控制技术12/23/202279第一章计算机网络基础本章具体内容：12/19/202241.1计算机网络的形成和发展计算机网络的产生计算机网络技术的产生与发展是随着计算机技术和通信技术的发展而发展起来的，它是计算机技术与通信技术的有机结合，代表了当代计算机体系结构发展的一个极其重要的方向；

12/23/2022801.1计算机网络的形成和发展计算机网络的产生12/19/2计算机网络的发展

随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机网络也经历了从简单到复杂，从单机到多机的发展过程，其发展大致可分为以下4个阶段：

具有通信功能的单机系统（终端）；具有通信功能的多机系统；以共享资源为主要目的的计算机网络阶段(ARPAnet);局域网络及其互连为主要支撑环境的分布式计算阶段。

12/23/202281计算机网络的发展12/19/20226信息高速公路与未来的计算机网络信息高速公路

（1）信息高速公路的由来

1991年美国国会参议员阿尔•戈尔提出了“信息高速公路法案”。1993年9月美国政府正式提出了建立“国家信息基础设施”计划，即美国信息高速公路计划，简称NII计划。12/23/202282信息高速公路与未来的计算机网络12/19/20227（2）信息高速公路的基本组成

信息高速公路的全部内涵，包括以下四部分：

通信网、计算机、信息和人从信息高速公路的结构来看，可分为三部分：

主干线、支线和支点（3）我国的信息高速公路计划与“金”字工程

发起中国信息基础设施建设——CII建设“三金”工程：“金桥”、“金卡”、“金关”

12/23/202283（2）信息高速公路的基本组成12/19/20228未来的计算机网络世界

幻想变成现实：电视电话、电视购物、电视教学、电视会议、家庭影院、家中办公、全球医疗会诊、全球电脑数据库等。12/23/202284未来的计算机网络世界12/19/202291.2

计算机网络的定义计算机网络的定义

将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。计算机：微型计算机、大型计算机，巨型计算机。通信线路：双绞线、同轴电缆、光纤、通信卫星、微波。网络软件：网络协议、信息交换方式、网络操作系统。资源：硬件、软件、数据。

12/23/2022851.2计算机网络的定义计算机网络的定义12/19/2021.3计算机网络的功能和分类计算机网络的功能计算机之间和计算机用户之间的相互通信交往；资源共享；计算机之间和计算机用户之间的协同工作；12/23/2022861.3计算机网络的功能和分类计算机网络的功能12/19/2计算机网络的分类

按网络拓扑结构划分：

总线型、星状、环状、网状、树状。按网络的覆盖范围划分：

局域网、城域网、广域网。按数据传输所用的结构和技术划分：

交换网：包括电路交换网、分组交换网。

广播网：包括分组无线网、卫星网、局域网。按通信传输介质划分：

双绞线网、同轴电缆网、光纤网、卫星网等。

12/23/202287计算机网络的分类12/19/202212一般主要按计算机网络的分布距离来分类：局域网

局域网是局部地区网的简称，计算机网络的通信距离通常限于中等规模的地理区域内，一般不超过10km，可以是一个单位或地区组建。广域网

广域网又称远程网，其覆盖范围可以是几个城市、地区，甚至国家、洲和全球。12/23/202288一般主要按计算机网络的分布距离来分类：12/19/20221城域网

城域网是介于局域网与广域网之间的高速网络，其规模限于一个城市范围。这类网络近几年发展迅速，其设计目标是要满足几十公里范围内的大量机关、公司、企事业单位的计算机联网需求，实现大用户、多种信息传输的综合信息网络。因特网

因特网不是一种具体的网络，它把全球各种局域网和广域网通过路由器连接起来，采用TCP／IＰ协议通信来实现全球化的信息服务。12/23/202289城域网12/19/2022141.4计算机网络的组成

虽然计算机网络系统的结构和组成是复杂的、多样的，但对于以分组交换技术为基础建立起来的计算机网络系统来说，所有系统都具有相同的结构和组成。按照逻辑划分，可将计算机网络划分为：

资源子网

通信子网12/23/2022901.4计算机网络的组成虽然计算机网络系统的资源子网

资源子网由主计算机、终端、通信控制设备、连网外设、各种软件资源等组成。主要负责全网信息处理，向网络用户提供可用的资源和网络服务。12/23/202291资源子网12/19/202216通信子网

通信子网由网络中的各种通信设备及只用作信息交换的计算机构成。传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤等有线通信线路，也可以是微波、通信卫星等无线通信线路。通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分，完成全网之间的数据传输、交换、控制。12/23/202292通信子网12/19/2022171.5网络的拓扑结构拓扑的概念

拓扑学是几何学中的图论演变而来的“拓扑”(TOPOLOGY)方法。它把具体实体抽象为“点”，把连接实体的线路抽象为“线”，进而研究点、线、面之间的关系。12/23/2022931.5网络的拓扑结构拓扑的概念12/19/202218树型拓扑结构树型拓扑结构是星型拓扑的扩展。采用分层结构，有一个根节点和多层分支节点，除叶节点外，所有根节点和层分支节点都是转发节点。适用于分级管理或控制型网络。网状拓扑结构由分布在不同地理位置的计算机经传输介质和通信设备相连，节点间连接是任意的、无规律的。点—点之间多条路径，由路由选择来进行路径选择。12/23/202294树型拓扑结构12/19/202219信道信道是传送信号的一条通路，由传输介质及相应的附属设备组成。信道可以按以下标准进行分类：计算机网络结构划分：物理信道和逻辑信道传输介质划分：有线信道和无线信道传输数据信号类型划分：模拟信道和数字信道信道的使用方式划分：专用信道和公共交换信道12/23/202295信道12/19/202220网络通信系统设计中涉及的主要问题数据传输类型模拟通信、数字通信数据通信方式串行通信、并行通信数据交换方式

线路交换、存储转发交换同步技术

同步传输、异步传输差错控制技术

奇偶校验、循环冗余校验12/23/202296网络通信系统设计中涉及的主要问题12/19/2022211.8串行传输与并行传输数据传输

图1-7数据的传输模拟通信数字通信数据通信——信源发、信宿收的都是数字信号。信源信宿发数字信号数字信号收模拟信号数字信号12/23/2022971.8串行传输与并行传输数据传输模拟通信数据通信——信传输方式并行传输字符编码的各位（比特）同时传输。

图1-8并行传输12/23/202298传输方式12/19/202223

特点：传输速度快:一位（比特）时间内可传输一个字符；通信成本高:每位传输要求一个单独的信道支持；因此如果一个字符包含8个二进制位，则并行传输要求8个独立的信道的支持；不支持长距离传输:由于信道之间的电容感应，远距离传输时，可靠性较低。12/23/202299特点：12/19/202224串行传输将组成字符的各位串行地发往线路。

图1-9串行传输12/23/2022100串行传输12/19/202225

特点：传输速度较低，一次一位；通信成本也较低，只需一个信道；支持长距离传输，目前计算机网络中所用的传输方式均为串行传输。数据的通信方式：单工通信：传送的信息始终是一个方向。

半双工通信：通信双方都可以发送或接收信息，但不能同时双向发送。双工通信：通信双方可以同时发送和接收信息。

12/23/2022101特点：12/19/202226

图1-10数据传输的三种方式12/23/202210212/19/2022271.9数据传输类型与编码技术数据的传输类型数据通信：在不同的计算机和数字设备之间传送二进制代码0、1比特位的过程。频带传输（模拟传输）：信源发出模拟信号在模拟信道传输。基带传输（数字传输）：信源发出模拟信号以数字信号的形式传输。12/23/20221031.9数据传输类型与编码技术数据的传输类型12/19/20基带传输与数字信号编码基带传输：信号只占有一定的频率范围。这种由计算机或终端产生的，频谱从零开始而未经调制的数字信号所占用的频率范围叫基本频带，简称基带。利用基带信号直接传输的方式称基带传输。数字基带信号的编码

非归零编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码12/23/2022104基带传输与数字信号编码12/19/202229非归零编码码元

——每一位二进制数字。12/23/2022105非归零编码12/19/202230优点：

简单、容易实现。缺点：

无法保证收发双方的同步，必须附加发送同步信号。应用：

计算机串口和调制解调器之间。12/23/2022106优点：12/19/202231曼彻斯特编码曼彻斯特编码是目前广泛使用的编码方法之一。在每一码元时间间隔内，当发0时，在间隔的中间时刻电平从低向高跃变；当发1时，在间隔的中间时刻电平从高到低的跃变。差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。在每一码元时间间隔内，无论发0或1，在间隔的中间都有电平的跃变；但发1时，间隔开始时刻不变；发0时，间隔开始时刻变。12/23/2022107曼彻斯特编码12/19/202232

10110前半周期传送原码、后半周期传送反码发0时在中间时刻电平从低跃变到高发1时在中间时刻电平从高跃变到低曼特斯特编码发0时前半码元与上一后半码元相反发1时前半码元与上一后半码元相同差分曼特斯特编码12/23/20221081曼彻斯特编码的特点及应用优点：内同步、成本低缺点：效率低应用：典型的10BASE以太网等差分曼彻斯特编码的特点优点：内同步、抗干扰性能较好缺点：实现技术复杂12/23/2022109曼彻斯特编码的特点及应用12/19/202234频带传输与模拟信号编码基本概念编码：是将模拟数据或数字数据变换成数字信号，以便通过数字传输介质传输出去。调制：将数字信号或非正弦波的模拟信号变成正弦波的模拟信号的过程。解调：将经过调制变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。解码：在接收端，将数字信号变换成原始数据。

12/23/2022110频带传输与模拟信号编码12/19/202235幅度调制幅度调制又称“振幅键控”，在幅度调制中，频率和相位都是常数，振幅为变量,即载波的幅度随发送的信号而变化。频率调制频率调制又称“移频键控”，在频率调制中，振幅和相位为常量，频率为变量，即载波的频率随发送的信号而变化。12/23/2022111幅度调制12/19/202236相位调制相位调制又称“移相键控”。在相位调制中，振幅、频率为常量，相位为变量，即载波的相位随发送的信号而变化。12/23/2022112相位调制12/19/202237图1-12三种调制方式波形12/23/202211312/19/2022381.10数据同步技术基本概念概念

数据的发送和接收要求同步，发送端以一定的速度在一定的起止时间内发送数据，接收端也必须以相同的速度在相同的起止时间内发送数据。12/23/20221141.10数据同步技术基本概念12/19/202239需解决问题正确区分和识别每个比特----位同步区分每个代码的起始和结束位----字符同步区分出完整的报文数据块的开始和结束位----帧同步同步方式异步传输方式同步传输方式12/23/2022115需解决问题12/19/202240异步传输方式每个字符在传输时都前后分别加上起始位和结束位，以表示一个字符的开始和结束。起始位为“0”，结束位为“1”，结束位的长度可以为1位、1.5位或2位。

图1-13异步传输发送端接收端停止位

奇偶位

b7b6b5b4b3b2b1

起始位起始位校验位终止位12/23/2022116异步传输方式图1-13异步传输发送端接收端停止位奇偶位工作特点各个位以串行方式发送，并附有“起止位”作为识别符以字符为单位，字符之间通过“空号”来分隔优点

设备简单、技术容易、费用低缺点

每传输一个字符，都需要附加2~3位附加位，开销大，消费传输时间应用

适用低速的通信场合12/23/2022117工作特点12/19/202242同步传输方式以固定的时钟节拍来发送数据信号，字符间顺序相连，既无间隙也没有插入位。收发双方的时钟信号与传输的每一位严格对应，以达到位同步，在开始发送一帧数据前须发送固定长度的帧同步字符，发送完数据后再发送帧终止字符，这样就实现了字符和帧的同步，之后连续发送空白字符，直到发送下一帧时重复上述过程。

12/23/2022118同步传输方式12/19/202243工作特点同步传输中，信息是以数据块的方式传输在位流中采用同步字符来保证定时附加位多，效率高于异步传输发送端接收端数据块同步信号同步信号数据块0111111001111110图1-14同步传输12/23/2022119发送端接收端数据块同步同步数据块01111110011111优点传输速率高。缺点设备较贵，线路使用高，加大DCE设备负担。应用

计算机和计算机之间的通信，智能终端与主机之间的通信，以及网络通信等。12/23/2022120优点12/19/2022451.11多路复用技术基本概念当信道的传输能力超过某一信息的需求时，为了提高信道的利用率，需要用一条信道传输多路信号，即多路复用技术。通过多路复用器，将多路信号进行汇集后传输，接收端再通过多路复用器将信息进行分离。常用的多路复用技术频分多路复用（FDM）时分多路复用（TDM）波分多路复用（WDM）空分多路复用（SDM）12/23/20221211.11多路复用技术基本概念12/19/202246多路复用器多路复用器图1-15多路复用技术12/23/2022122多路多路图1-15多路复用技术12/19/202247频分多路复用（FDM）频分多路复用FDM是利用传输介质的可用带宽超过给定信号所需的带宽这一优点。频分多路复用FDM是把每个要传输的信号以不同的载波频率进行调制，而且各个载波频率是完全独立的，即信号的带宽不会相互重叠，然后在传输介质上进行传输，这样在传输介质上就可以同时传输许多路信号。

12/23/2022123频分多路复用（FDM）12/19/202248应用适用于宽带局域网、公用电话网传输语音信息时的电话线复用技术图1-16频分多路复用技术12/23/2022124图1-16频分多路复用技术12/19/202249时分多路复用技术（TDM）时分多路复用TDM利用每个信号在时间上交叉，可以在一个传输通路上传输多个数字信号。这种交叉可以是位一级的，也可以是由字节组成的块或更大量的信息。与频分多路复用类似，专门用于一个信号源的时间片序列被称为是一条通道时间片的一个周期（每个信号源一个），称之为一帧。在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。12/23/2022125时分多路复用技术（TDM）12/19/202250应用

适用于传输占信道带宽较宽的数字基带信号，常用于基带局域网中。图1-17时分多路复用技术12/23/2022126图1-17时分多路复用技术12/19/2022511.12广域网中的数据交换技术基本概念交换也称为转接。是在多结点网络中实现数据传输的技术，两结点要通信时，在双方之间建立一条物理的或逻辑的通道，称为链路。所谓交换技术是采用交换机或节点机等交换系统，通过路由选择技术以实现通信双方的信息传输和交换的一种技术。常用的数据交换方式可分为两大类：电路交换方式和存储转发方式。其中，存储转发方式按照被转接的信息单位不同，又可分为报文交换和报文分组交换。

12/23/20221271.12广域网中的数据交换技术基本概念12/19/2022线路交换（静态分配）原理：通过呼叫(拨号)在通信的双方之间建立起一条传输信息的实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被通信双方独占而不能被其它站使用，直到数据传输结束。包括三个阶段建立线路传输数据线路拆除

12/23/2022128线路交换（静态分配）12/19/202253存储转发交换（动态分配）产生1964年，巴兰提出了“存储转发”的概念；1966年，戴维斯提出了“分组”的概念。1969年美国的分组交换网ARPANET投入运营。存储转发和线路交换的主要区别发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网通信子网中的结点要负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。12/23/2022129存储转发交换（动态分配）12/19/202254报文交换报文交换属于存储交换，它不需要在两个站之间建立一条专用通路。存储交换的主要原理是：把待传送的信息存储起来，等到信道空闲时发出去。存储交换具有存储信息的能力。优点无需建立专用通道，传送的报文可分时共享通路，从而提高线路利用率；可以进行不同速率、不同码型的交换，从而实现不同种类的终端间的数据传送；可以实现把一个报文送到多个目的站点。

12/23/2022130报文交换12/19/202255分组交换分组：将较长的报文分割长若干个一定长度(等长)的段,每段加上交换时所需的地址信息、差错校验信息，按规定格式构成的数据单元。基本思想:限制信息的长度,以分组为单位进行存储转发，在接收端再将各分组重新组装成一个完整的报文。优点:高效、灵活、迅速、可靠缺点:实现复杂。适合:计算机间联网通信，是目前数据网络中最广泛使用的一种交换技术

12/23/2022131分组交换12/19/202256数据报分组交换（面向无连接）数据报:指每个独立处理的报文分组特点:没有建立连接的过程;以数据报为信息单元来处理;接收节点割据网络中的实际情况等来选择路由;每个数据报经过的路径可能不同,到达时可能不按序,甚至有的数据报可能会丢失优点:传输少数分组时速度更快、灵活;且传输较为可靠,当某个节点出故障而失效,报文分组还可以通过其它路径传送缺点:分组不按序到达,不能及时发现分组丢失

12/23/2022132数据报分组交换（面向无连接）12/19/202257提高传输质量的方法选择好的通信线路，即改善通信线路的电气性能，使误差的出现概率降低到系统的要求。在通信线路上，设法检查错误，采取措施对错误进行差错控制。差错的分类热噪声差错（随机差错）：传输介质内部因素引起冲击噪声差错（突发差错）：外界干扰引起12/23/2022133提高传输质量的方法12/19/202258例如：我们要传送的一组二进制编码为1010010后面增加一位进行奇校验10100100（使1的个数为奇数）传送时未出现错误：10100100，奇校验正确传送时其中一位出错：10110100，奇校验能检查出错误传送有两位出错时：10111100，奇校验就不能检查出错误了12/23/2022134例如：12/19/202259这种方法只能检测错误而不能纠正错误，因为它不能检测出错在哪一位。奇偶校验法虽然简单，但并不是一种安全的差错控制方法，一般用于低速传输，如：普通电话线与ISP（低速时）。其中，偶校验用于异步传输方式，奇校验用于同步传输方式。12/23/2022135这种方法只能检测错误而不能纠正错误，因为它不能检测出错在哪一方块校验

方块校验又叫报文校验、水平垂直冗余校验（LRC）。是一种对行和列都进行奇偶校验的方法。这种方法是在奇偶校验的基础上，在一批字符传送之后，另外增加一个检验字符，该检验字符的编码方法是使每一位纵向代码中1的个数成为奇数（或偶数）。12/23/2022136方块校验12/19/202261LRC的工作方式12/23/2022137LRC的工作方式12/19/202262这种方法的纠错能力较强，基本可以检测出所有1位、2位或3位的错误，从而使误码率能降低2～4个数量级，纠错效果十分显著，广泛用于计算机通信和某些计算机外部设备的数据传输中。12/23/2022138这种方法的纠错能力较强，基本可以检测出所有1位、2位或3位的CRC码的生成