计算机网络 第1章课件

计算机网络

computernetworks授课教师:李冬Tel:E-mail:1引言：网络应用背景计算机通信网络和Internet已成为社会生活重要组成部分。应用遍布经济、文化、科研、军事、政治、教育。产业结构变化，全球信息产业发展。2华中科技大学计算机基础教研室教材张浩军主编，高等教育出版社，2008.3计算机网络实训教程(第二版)，授课环节教学：32学时（老师课堂讲授，学生提问、练习）实验：16学时（学生动脑动手）课前说明：3华中科技大学计算机基础教研室第1章计算机网络概述第2章网络体系结构第3章组建局域网第4章网络工程布线第5章网络互联第6章网络服务配置与管理第7章信息网络安全第8章网络管理第9章网络多媒体应用第10章企业网规划与建设第11章网络软件开发技术教材章节5华中科技大学计算机基础教研室第1章

计算机网络概述6教学内容与要求主要内容

网络概念与发展

网络组成与分类

网络的功能

数据通信基础7华中科技大学计算机基础教研室1.1

计算机网络的概念与发展91.1.1计算机网络概念计算机网络是以相互共享（硬件、软件、和数据）资源的方式连接起来，且各自具有独立功能的计算机系统的集合。(应用角度)计算机网络是利用通讯设备和线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式及网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。(物理结构角度)10华中科技大学计算机基础教研室11华中科技大学计算机基础教研室计算机网络涉及以下三个方面的问题：计算机：两台或两台以上的计算机相互连接构成网络，达到资源共享的目的。通道：计算机之间互相通信交换信息，需要有一条通道。这条物理连接通道称为传输介质。传输介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤等“有线”介质；也可以是激光或无线电波等“无线”介质。协议：计算机之间要通信交换信息，彼此就需要有某些约定和规则，这就是协议。13华中科技大学计算机基础教研室计算机网络概念：应用角度，物理角度功能：两个功能作用：方便用户三个方面：计算机、通道、协议1.1.1知识点14华中科技大学计算机基础教研室1.1.3计算机网络的应用企业信息网络联机事务处理POS系统电子邮件系统电子数据交换系统联机会议访问远程数据库15华中科技大学计算机基础教研室1.2.1计算机网络的组成计算机网络通常由三个部分组成，它们是资源子网、通信子网和通信协议。资源子网：是指计算机网络中面向用户的部分，处于网络的外围，由主机系统、终端、终端控制器、外设、各种软件资源和信息资源组成，主要用于全网的信息处理、信息共享和信息存储服务。主机系统是资源子网的主要组成部分，它通过高速通信线路与通信子网的通信设备相连接，用户终端可通过主机系统连接入网。17华中科技大学计算机基础教研室通信子网：负责数据通信的部分，处于网络的内层，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。构成通信子网的硬件设施包括各种数据传输线路，以及实现网络连接和数据通信的各种数据通信设备，包括集线器(Hub)、网桥(Bridge)、网络交换机(Switch)、路由器(Router)和网关(Gateway)等。通信协议：是主机之间或主机和子网之间的通信的规范，即通信双方必须共同遵守的规则和约定。18华中科技大学计算机基础教研室资源子网和通信子网两个部分的结构示意图

19华中科技大学计算机基础教研室1.2.2计算机网络的分类1．按网络覆盖的地理范围分类局域网（LAN）城域网(MAN)广域网(WAN)21华中科技大学计算机基础教研室局域网局域网（LocalAreaNetwork，LAN）：指在有限的地理区域内构成的规模相对较小的计算机网络，其覆盖范围一般不超过几十公里。LAN具有以下特征：局域网仅工作在有限的地理范围内。数据传输率快，典型LAN数据传输速率10Mbps、100Mbps、1Gbps和10Gbps。由于数据传输距离短，传输延迟低（几十个毫秒）且误码率低。局域网组网方便、使用灵活。22华中科技大学计算机基础教研室局域网联网结构图23华中科技大学计算机基础教研室广域网广域网（WideAreaNetwork，WAN）覆盖的地理范围非常大，又称远程网，是一种跨越城市、国家的网络。广域网常常借用传统的公共传输网进行通信，可以把众多的城域网、局域网连接起来。目前，很多全国性的计算机网络就属于这类网络，如邮电部的CHINANET（中国公网）、国家教委的CERNET（中国科研教育网）、中科院的NCFC（科技网）和电子部的CHINAGBN（经济网）等。25华中科技大学计算机基础教研室典型广域网示意图26华中科技大学计算机基础教研室网际网网际网通常是指连接多个国家的计算机网络，Internet（因特网）就是世界上最大的网际网。通常把互联的网络集合称为互联网，Internet是指特定的世界范围的互联网，它通过网络互连设备把不同的众多网络或网络群体根据全球统一的通信规则（TCP/IP协议）互连起来形成全球最大的、开放的计算机网络。27华中科技大学计算机基础教研室2．按传输介质分类根据采用的传输介质不同，计算机网络可分为两种：有线网和无线网。有线网：传输介质采用有线介质连接的网络称为有线网。常用的有线传输介质包括双绞线、同轴电缆和光导纤维。无线网：采用无线介质连接的网络称为无线网，典型的无线网有以下几种。29华中科技大学计算机基础教研室有线网——双绞线双绞线(TP：TwistedPairwire)是综合布线工程中最常用的一种传输介质，由多对具有绝缘保护层的铜导线组成。双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP：UnshieldedTwistedPairwire)和屏蔽双绞线(STP：ShieldedTwistedPairwire)。双绞线既可以用来传输模拟声音信号、也可以用于传输数字信号，特别适用于较短距离的数字通信。目前局域网中使用双绞线可以达到100Mbps～10Gbps的传输速率，而且其价格相对其他传输介质低廉，是目前局域网布线的主要传输介质。30华中科技大学计算机基础教研室有线网——同轴电缆同轴电缆(Coaxial)是指有内外两个同心导体，而这两个同心导体即导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆。常用的同轴电缆有两类：50Ω和75Ω的同轴电缆。75Ω同轴电缆常用于CATV（有线电视网）网，传输带宽可达1GHz，目前常用CATV电缆的传输带宽为750MHz。50Ω同轴电缆主要用于基带信号传输，传输带宽为1～20MHz，传统的总线型以太网就是使用50Ω同轴电缆。31华中科技大学计算机基础教研室有线网——光纤光导纤维简称光纤，是一种能高质量传导光信号的玻璃纤维。如果将许多根光纤聚在一起并敷以保护层，就得到常说的光缆。利用光缆通讯，能同时传播大量信息。光纤的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听。光缆的质量小而细，不怕腐蚀，铺设也很方便。目前光缆已广泛用作为长途通信干线、广域网的主要传输介质。32华中科技大学计算机基础教研室无线网——微波通信微波通信是使用波长在0.1毫米至1米之间的电磁波——微波进行的通信。当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波通信，微波通信具有容量大、质量好、传输距离远、抗灾性能好等特点，普遍使用于各种专用通信网。微波通信用途广泛，可以用于各种电信业务的传送，如电话、电报、数据、传真以及彩色电视等。33华中科技大学计算机基础教研室地面微波通过地面站之间接力传送接力站之间距离：50-100km速率：每信道45Mb/s地球地面站之间的直视线路微波传送塔34华中科技大学计算机基础教研室无线网——卫星通信卫星通信是地球上(包括陆地、水面和低层大气中)无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站而进行的空间微波通信，卫星通信是地面微波接力通信的继承和发展。卫星通信具有覆盖区域大、通信距离远、通信质量好、可靠性高、通信频段宽、容量大等优点，是目前远距离越洋电话和电视广播的主要手段。35华中科技大学计算机基础教研室35,784公里地球地球同步卫星与地面站相对固定位置使用3颗卫星即可覆盖全球传输延迟时间长（≈270ms）广播式传输应用领域：电视传输长途电话专用网络广域网36华中科技大学计算机基础教研室无线网——红外线传输红外线传输利用发光二级管产生红外光波发送信号，采用光电管接收信号，生活中各种电器使用的摇控器基本上是使用红外线进行信号传输。红外线与微波传输之间的重要差异是前者不能贯穿墙壁，但是，在微波系统中遭遇的安全和干扰问题这里不再出现。红外线信号能获得较高的数据吞吐量。红外线传输方式分为点到点传输和广播传输。红外线一般局限在很小的区域内，并且要求发送器直接指向接收器；不过，红外线相关设备相对比较便宜，且不需要天线。37华中科技大学计算机基础教研室无线网——WLAN无线局域网(WirelessLocalAreaNetworks,WLAN)。WLAN采用射频(RadioFrequency,RF)技术，利用电磁波在空气中发送和接受数据，无需线缆介质。WLAN的数据传输速率现在可以达到11Mbps或54Mbps，传输距离可远至20km以上。WLAN最大的优势就是免去或减少了繁杂的网络布线，一般只要在适当位置安放一个或多个接入点(AccessPoint)设备就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。38华中科技大学计算机基础教研室无线网——无线传感器网络无线传感器网络（WirelessSensorNetwork）。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。无线传感器网络综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同实现实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，对信息进行处理后通过无线方式发送，并以自组多跳的特殊网络拓扑组织方式传送给观察者。无线传感器网络在军事侦察、工业生产与制造、农业监测、环境监测、自然灾害应急处理、医疗研究、危险工作环境等领域具有重要价值。39华中科技大学计算机基础教研室1.3

计算机网络的功能401.3.1计算机网络的基本功能

计算机网络主要的功能包括：数据通信资源共享分布式处理提高可靠性等。41华中科技大学计算机基础教研室1.数据通信计算机网络是现代通信技术和计算机技术结合的产物数据通信是计算机网络最基本的功能，实现各计算机之间快速可靠地互相传送数据、进行信息处理。实现将分散在各个地区的单位或部门使用的计算机联系起来，实现信息通信交换，并进行统一的资源调配、控制和管理。42华中科技大学计算机基础教研室2.资源共享让网络上的用户，无论处于何处，也无论资源的物理位置在哪里，都能使用网络中的程序、设备，尤其是数据。资源共享包括共享计算机系统的硬件、软件和数据资源三部分。43华中科技大学计算机基础教研室3.提高系统的可靠性当网络中的某一处理机发生故障时，可由别的路径传送信息或转到别的系统中代为处理.不因局部故障而导致系统的瘫痪。即依靠可替代的资源来提高系统可靠性。44华中科技大学计算机基础教研室4.分布处理把同一任务分配到网络中不同的结点机上协同完成。对于综合性的大型复杂问题可采用合适的算法，将任务分散到网络中不同的计算机上去执行，各计算机协同完成各种处理任务。当网络内某一计算机负载过重时，通过网络调度，可将任务转给其它较空闲的计算机去处理。45华中科技大学计算机基础教研室分布式系统的特点在分布式OS统一调度下，各计算机协调工作，共同完成一项任务，如并行计算。用户面对的是一台逻辑上的计算机，组成分布式系统的各计算机怎样协同工作，对用户透明。用途主要是科学计算和事务处理。46华中科技大学计算机基础教研室1.3.2Internet的典型应用

Internet是一个全球性的计算机互联网络，它将不同地区、规模大小不一的网络互相连接而成。它是全球最大的计算机互联网，更是全球最大的信息资源库。Internet是一个应用平台，在它的上面可以开展很多种应用，如：电子邮件、远程登录、文件传输、客户机服务器连接、网络电话、网络传真、网络可视频会议等。47华中科技大学计算机基础教研室1.万维网（WWW）WideWeb)简称3W，有时也叫Web。万维网

并非某种特殊的计算机网络。万维网是一个大规模的、联机式的信息储藏所。万维网用链接的方法能非常方便地从因特网上的一个站点访问另一个站点。从而主动地按需获取丰富的信息。48华中科技大学计算机基础教研室(1)怎样标志分布在整个因特网上的万维网文档？

统一资源定位符

URL(UniformResourceLocator)来标志万维网上的各种文档。使每一个文档在整个因特网的范围内具有惟一的标识符URL。(2)怎样使用户能够很方便地找到所需的信息？

为了在万维网上方便地查找信息，用户可使用各种的搜索工具（即搜索引擎）。49华中科技大学计算机基础教研室(3)用何协议实现万维网上各种链接？

在万维网客户程序与万维网服务器程序之间进行交互所使用的协议，是超文本传送协议

HTTP(HyperTextTransferProtocol)。HTTP是一个应用层协议，它使用TCP连接进行可靠的传送。50华中科技大学计算机基础教研室(4)怎样使WWW文档在因特网上显示出来，同时使用户清楚地知道在什么地方存在着超链？超文本标记语言

HTML(HyperTextMarkupLanguage)使万维网页面的设计者可以很方便地用一个超链从本页面的某处链接到因特网上的任何一个万维网页面，并且能够在自己的计算机屏幕上将这些页面显示出来。51华中科技大学计算机基础教研室2.文件传输（FTP）文件传输协议(Protocol，FTP)是由支持Internet文件传输的各种规则所组成的集合Internet用户可以把文件从一个主机拷贝到另一个主机上。使用FTP经常遇到两个术语：“下载”（Download）和“上载”（Upload）。52华中科技大学计算机基础教研室3.电子邮件电子邮件（ElectronicMail，E-mail）是因特网最广泛的应用。用非常低廉的价格，以非常快速的方式，与世界上任何一个角落的网络用户进行联络，这些电子邮件可以包含文字、图像、声音等各种信息。53华中科技大学计算机基础教研室简单邮件传输协议SMTPSMTP协议提供了一种直接的端到端的传送方式。SMTP协议建立在TCP／IP协议基础之上，规定每一台计算机在发送（或中转）信件时怎样找到下一个目的地。SMTP协议是面向文本的网络协议，即它只支持文本形式的电子邮件的传输。如果通过E-mail系统来传输二进制数据或文件，则要使用一种叫MIME的协议。54华中科技大学计算机基础教研室多用途互联网邮件扩展MIMEMIME是当前广泛应用的一种电子邮件技术规范，MIME扩充了基本的面向文本的Internet邮件系统，支持在消息中包含二进制附件。邮局协议POPPOP协议有POP2和POP3两个版本，基本功能实现邮件客户端系统到服务器上去下载邮件。协议说明了客户机如何与因特网上的邮件服务器连接，以及如何下载邮件。55华中科技大学计算机基础教研室1.4

数据通信基础561.4.1数据通信的基本概念通信是把信息从一个地方传送到另一个地方的过程，用来实现通信过程的系统被称为通信系统。数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0和1比特序列的过程。数据通信包括数据传输和数据在传输前后的处理。数据通信系统一般由数据传输设备、传输控制设备和传输控制规程及通信软件组成。

57华中科技大学计算机基础教研室通信系统实例58华中科技大学计算机基础教研室1.数据和信息数据被定义为有意义的实体，数据涉及到事物的表示形式，是信息的载体。而信息则是数据的内容和解释。数据可分为模拟数据与数字数据两种。模拟数据是指在某个区间产生连续的值，其电平随时间而连续变化。数字数据在时间上是离散的，在幅值上是经过量化的，即数字数据是指离散的值。信息是对数据的解释，数据只有经过处理并经过解释才有意义，才能成为信息。59华中科技大学计算机基础教研室2.信号信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式，或称数据的电磁或电子编码。它分为模拟信号和数字信号两种。在通信系统中，模拟数据表示的信号称作模拟信号，模拟信号是在一定的数值范围内可以连续取值的信号，是一种连续变化的电信号。由数字数据表示的信号称作数字信号，数字信号是一种离散的脉冲序列。60华中科技大学计算机基础教研室模拟信号波型数字信号波型61华中科技大学计算机基础教研室3.信道信道是传送信号的一条通路，在通信系统中，各种信号都要通过信道从一个端点传至另一个端点，因此，也可以将信道理解为电信号的传输媒介。信道和电路并不等同。信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体，因此，一条通信电路至少包含一条发送信道和（或）一条接收信道。信道由传输介质及中间通信设备组成。62华中科技大学计算机基础教研室4.带宽带宽是计算机网络最主要的两个性能指标之一。现在“带宽”总是来表示信道的数据传输速率。单位时间内的最大数据流量。在传统通信领域，带宽指的是网络信号可使用的最高频率与最低频率之差、即“频带的宽度”，单位是赫兹。63华中科技大学计算机基础教研室5.数据传输数据传输是指用电信号把数据从发送端传送到接收端的过程。以模拟信号的形式在信道上传输数据称作模拟传输；以数字信号的形式在信道上传输数据称作数字传输。模拟数据和数字数据都可以用模拟信号和数字信号来表示。调制解调器（Modem）实现数模信号之间的转换。64华中科技大学计算机基础教研室6.数据传输速率数据传输速率在数值上等于每秒传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒(bit/second)，记作bps。在实际应用中，常用的数据传输速率单位有：Kbps、Mbps和Gbps。其中：1Kbps＝103bps、1Mbps＝106bps、1Gbps＝109bps数据传输速率有两种表示方法，即数据速率和调制速率。65华中科技大学计算机基础教研室数据速率也称比特率，指单位时间内所传送的二进制位代码的有效位数，反映了一个数据传输系统中每秒内所传送的信息量的多少。单位为比特/秒。调制速率又称为波特率或波形速率，指数据通信系统中，在线路上每秒钟传送的波形个数，是脉冲信号经过调制后的传输速率，其单位是“波特”（Baud）。1波特表示每秒传送1个码元。66华中科技大学计算机基础教研室t码元1码元2码元3码元4码元5信号同步脉冲t67华中科技大学计算机基础教研室波特（Baud）：码元传输的速率单位。波特率为每秒传送的码元数（即信号传送速率）。比特率、波特率和信号编码级数的关系如下：

Rbit=Rbaudlog2M

上式中：M-信号的编码级数，Rbit-比特率，Rbaud-波特率一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特。例如：当波特率为9600时若M=2，数据传输率为9600b/s若M=16，数据传输率为38.4kb/s68华中科技大学计算机基础教研室1.4.2数据的传输方式信道的通信方式信号在通信线路上传输是有方向的，根据数据在某一时间信息传输的方向和特点，线路通信方式可分为单工通信、半双工通信和全双工通信。数据的传输方式数据传输是指用电信号把数据从发送端传送到接收端的过程。主要包括基带传输、频带传输和宽带传输。69华中科技大学计算机基础教研室1.信道的通信方式(1)单工通信在单工通信方式中，数据信号只能从一个站点传送到另一个站点，即信号只能向一个方向传输而没有反方向的交互。发送器和接收器之间只有一条通道。70华中科技大学计算机基础教研室无线电广播和电视都属于单工通信。71华中科技大学计算机基础教研室(2)半双工通信在半双工通信方式中，通