第二讲计算机网络

第二讲计算机网络第1页，共55页，2023年，2月20日，星期三计算机网络的定义计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。计算机网络是指将地理位置不同且具有独立功能的多个计算机，通过通信设备和线路连接起来，并以功能完善的网络软件（网络协议、网络操作系统等）实现网络资源的共享。第2页，共55页，2023年，2月20日，星期三网络信息传输示意第3页，共55页，2023年，2月20日，星期三计算机网络的功能信息通信（基本功能）电子邮件、网上聊天、网上电话、视频会议等。资源共享让网络上的用户都能使用网络中的程序、数据、设备等。分布式处理大型问题-合适算法-共同协作-降低费用。第4页，共55页，2023年，2月20日，星期三计算机网络的分类按拓扑结构星型、环型、总线网、树型、网状等。按通信介质双绞线、同轴电缆、光纤、卫星网等。按传输带宽窄频网、宽带网。按通信距离局域网、广域网。……第5页，共55页，2023年，2月20日，星期三局域网LAN—LocalAreaNetwork一般为一个单位所有范围小（10m~2km）数据传输速率高（10-1000Mbps）传输延迟低（几十微秒）误码率小（出错率低）第6页，共55页，2023年，2月20日，星期三广域网WAN—WideAreaNetwork也叫远程网，跨越的地理区域较广通常构架在公共通信网上传输速度低（典型56Kbps-155Mbps）传输延迟长网络拓扑结构复杂局域网可以是广域网的一个终端第7页，共55页，2023年，2月20日，星期三数据通信的基础知识什么是数据通信？ 通过数据通信系统将数据以某种信号方式从一处安全地、可靠地传递到另一处。通常将通信传输的信息实体定义为数据，分为数字数据和模拟数据。数字数据：计算机内部传送的二进制数据序列；模拟数据：图像、声音、温度、压力等。第8页，共55页，2023年，2月20日，星期三 信号是数据的表示形式，它使数据能以适当的形式在介质上传输。信号分为模拟信号和数字信号两种基本形式。模拟信号：在一定的数值范围内可以连续取值的信号，其变化是连续的，如某些物理量的测量结果；数字信号：一种离散的脉冲序列，如数字计算机的输出、数字仪表的测量结果等。第9页，共55页，2023年，2月20日，星期三信息传送的四种组合模拟数据的模拟信号传送 如，声音在普通电话线路中传输；模拟数据的数字信号传送 如，声音或图像通过脉冲编码变成数字信号的传送；数字数据的模拟信号传送 是目前计算机网络采用的主要传输方式之一，将数字数据调制成模拟信号发送，或者将接收到的模拟信号进行解调，还原成数字信息；数字数据的数字信号传送 数字信号以一定的编码方式经并行或串行总线传送。第10页，共55页，2023年，2月20日，星期三数据通信方式单工通信：只能从A到B，如广播；半双工通信：A到B，B到A都行，但不能同时进行，如对讲机；全双工通信：A到B，B到A都行，并且能同时进行，如电话。第11页，共55页，2023年，2月20日，星期三信道带宽：信道所能传输的信号频率的范围，即上限频率与下限频率之差。传输速率：描述一个信道的传输信号能力的指标，是以信道每秒钟所能传送的二进制位为单位，记作位/秒或者比特/秒（bit/s，或bps）。信道参数第12页，共55页，2023年，2月20日，星期三网络传输介质网络中发送方与接收方之间的物理通路。有线传输介质同轴电缆双绞线光纤无线传输介质地面微波卫星微波红外线第13页，共55页，2023年，2月20日，星期三同轴电缆带宽约500MHz；数据速率可达500Mbps；有两种传输信息模式：基频广泛用于局域网中；宽带每个频率范围都携带各自的编码信息，可以在一根电缆上传输多个数据流，如有线电视中的视频图像信息和交互式信息服务。绝缘体铜质或铝质导线网状导线外皮第14页，共55页，2023年，2月20日，星期三双绞线通信距离一般不超过100m；带宽可达250KHz；100m距离内速率可达100Mbps；目前常用的是五类双绞线，有四根双绞线放在同一根电缆内。三类：10Mbps五类：100Mbps（目前使用得最多）六类：200Mbps第15页，共55页，2023年，2月20日，星期三光纤将数据调制成不同波长的光信号进行传输。传输速率高（几十至数百Gbps）抗干扰能力强保密性好无接地麻烦第16页，共55页，2023年，2月20日，星期三光纤光缆的结构大致可分为缆芯（CableCore）和保护层（Sheath）两大部分，下图为四芯光缆剖面的示意图。四芯光缆剖面示意图第17页，共55页，2023年，2月20日，星期三光纤信道组成第18页，共55页，2023年，2月20日，星期三光纤与电缆的频率衰减比较多模光纤和5类双绞线的衰减与频率关系如图所示，当传输频率超过100MHz时，5类双绞线随着频率的增加衰减愈来愈大；而光纤在300MHz以内，衰减基本不变。

光纤与电缆频率与衰减关系图第19页，共55页，2023年，2月20日，星期三微波（1～30Ghz）信道频带宽，传输速率较高；受外部干扰影响小；只能沿直线传播，绕射能力、穿透性很弱；遇不均匀介质时会产生折射和反射；远距离传输时要加中继器。第20页，共55页，2023年，2月20日，星期三计算机网络协议定义：通信双方事先约定好的和必须遵守的规则。计算机网络不可缺少的部分（核心）。常用协议：OSI/RM开放系统互联参考模型TCP/IP

TCP：传输控制协议

IP：互联网协议第21页，共55页，2023年，2月20日，星期三OSI/RM参考模型1物理层2数据链路层3网络层4传输层5会话层6表示层7应用层与用户应用进程的接口进行数据格式转换会话管理和数据同步从端到端透明地传输报文分组传输和路由选择在链路上差错地传输一帧一帧信息将比特流放到物理介质上传送OpenSystemInterconnectionReferenceModel(OSI/RM)七层结构第22页，共55页，2023年，2月20日，星期三物理层 最基础的一层，是建立在通信介质的基础上，提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性；提供有关在物理链路上传输数据流、故障检测指示和管理。常用的RS-232C、RS-485、RS-422A、RS-423A等通信接口的规范就属于物理层。第23页，共55页，2023年，2月20日，星期三数据链路层

用于保证信息的可靠传送，负责将传送的数据按帧结构格式化，组织成帧，实现差错控制和介质访问控制，实现对物理层的管理，如采用循环冗余校验，自动请求重发。第24页，共55页，2023年，2月20日，星期三差错控制技术 信号在物理信道的传输过程中，由于线路本身的电气特性造成的随机噪声，信号幅度、频率和相位的衰减或畸变，电信号在线路上反射产生的回音效应，线路间的串扰，以及闪电、开关的跳闸、强电场和磁场的变化等都会造成信号的失真，从而使数字通信的发送端和接收端的数据不一致，产生误码。 差错控制最常用的方法是差错控制编码，即，将要发送的数据在发送之前加上按照某种关系编码的冗余位，构成一个码字再进行发送；接收端收到码字后，再按发送端的编码关系查看信息位和冗余位，以检查传输过程中是否发生差错。 差错控制编码分为检错码和纠错码。检错码能自动检查差错，但不能纠正差错。纠错码不仅能发现差错，而且能自动纠正差错。第25页，共55页，2023年，2月20日，星期三网络层 控制分组传送，提供路由选择、拥挤控制、网络互连等功能，根据传输层的要求，选择服务技术，向传输层报告未恢复的差错。第26页，共55页，2023年，2月20日，星期三传输层为会话层提供可靠而透明的数据传送，提供端到端错误恢复和流量控制，使信息传送无差错。第27页，共55页，2023年，2月20日，星期三会话层建立、管理和拆除进程到进程之间的连接，在会话不可靠时进行断开、检查、再接通的服务。第28页，共55页，2023年，2月20日，星期三表示层实现用户和服务之间的翻译和转换，如提供字符代码、数据格式、控制信息、格式加密等，把应用层提供的信息变为能够共同理解的形式。第29页，共55页，2023年，2月20日，星期三应用层

OSI的最高层，建立在下面六层已提供的各类基础服务之上，为用户的应用服务提供信息交换，为应用接口提供操作标准。第30页，共55页，2023年，2月20日，星期三TCP/IP协议TCP协议（传输控制协议，TransmissionControlProtocol）规定传输信息怎样分层、分组和在线路上传输；IP协议（互联网协议，InternetProtocol） 定义Internet上计算机之间的路由选择，把不同网络的物理地址转换为Internet地址；四层结构

应用层、传输层、互连层、网络接口层。第31页，共55页，2023年，2月20日，星期三TCP/IP协议及其层次第32页，共55页，2023年，2月20日，星期三网络接口层定义各种物理网络和TCP/IP之间的网络接口；不提供任何协议；直接使用其他物理网络协议。第33页，共55页，2023年，2月20日，星期三互连层核心：定义了正式的分组格式和协议，即IP协议（InternetProtocol）;辅助协议 地址转换协议ARP：将Internet地址转换成物理地址； 逆向地址转换协议RARP：将物理地址转换成Internet地址；

Internet报文控制协议ICMP：报告差错和传送控制信息，如差错控制、拥塞控制、路由控制。目的是把IP分组发送到应该去的地方。第34页，共55页，2023年，2月20日，星期三传输层功能是使源端和目的端主机上的对等实体可以进行会话。提供两个协议：TCP－面向连接的传输控制协议，提供高可靠性的数据传送服务，主要用于一次传送大量报文，例如文件传送等；UDP－面向数据报的用户数据报协议，提供高效率的服务，用于一次传送少量的报文，例如数据查询等，其可靠性由应用程序提供。第35页，共55页，2023年，2月20日，星期三应用层对应于OSI/RM中的高三层（会话层、表示层、应用层）。提供一组常用的应用协议：SMTP：简单邮件传输协议HTTP：超文本传输协议FTP：文件传输协议TELNET：远程登录协议NNTP：网络新闻传输协议DNS：域名系统第36页，共55页，2023年，2月20日，星期三TCP/IP协议及其层次第37页，共55页，2023年，2月20日，星期三OSI参考模型与TCP/IP的比较共同之处：采用层次结构的概念，在传输层中定义了相似的功能。无论是OSI参考模型与协议，还是TCP/IP协议都不是完美的，对二者的评论与批评都很多。80年代几乎所有专家都认为OSI参考模型与协议将风靡世界，但事实却与人们预想的相反；第38页，共55页，2023年，2月20日，星期三OSI参考模型与TCP/IP的比较TCP/IP协议在70年代诞生以来已经成功地赢得了大量的用户和投资；TCP/IP协议的成功促进了Internet的发展，同时Internet的发展又进一步扩大了TCP/IP协议的影响；OSI参考模型与协议迟迟没有成熟的产品推出，妨碍了第三方厂家开发相应的硬件和软件，从而影响了OSI产品的市场占有率与今后的发展。第39页，共55页，2023年，2月20日，星期三局域网技术组成：软件，硬件。软件 OS：WindowsNT/2000Server、UNIX、Linux、Netware 应用软件硬件 服务器 工作站 网络适配器—网卡 网络传输介质 网络连接部件（HUB、中继器、交换机等）第40页，共55页，2023年，2月20日，星期三局域网常见拓扑结构星型环型总线型星型和总线型结合的复合型结构第41页，共55页，2023年，2月20日，星期三局域网常见的拓扑结构(星型)易实现，节点扩展、移动方便，维护容易网络传输数据快第42页，共55页，2023年，2月20日，星期三局域网常见的拓扑结构(环形)实现简单，投资小，传输速度快，可用光纤维护困难，故障诊断困难，不易扩展第43页，共55页，2023年，2月20日，星期三局域网常见的拓扑结构(总线型)组网费用低，用户扩展容易，维护方便总线带宽共享，传输速度随用户增多而下降，故障隔离困难第44页，共55页，2023年，2月20日，星期三局域网常见的拓扑结构(复合型)应用广泛，扩展灵活维护较困难，网络速度随用户增多而下降第45页，共55页，2023年，2月20日，星期三局域网——10BASE-T以太网利用双绞线传输，拓扑结构为星型。采用集线器（Hub）组网，每个节点直接用双绞线与集线器相连，网络扩展容易，若要增加一个节点，只需将该节点用双绞线与某台集线器相连即可，而不需要停止网络运行；网络节点个数不受限制，而且某个节点或某条双绞线的故障不会影响到整个网络的运行。第46页，共55页，2023年，2月20日，星期三局域网——快速网络技术能实现100Mbps以上的传输速率。常见网络快速以太网：100BASE-T和100VG-AnyLAN技术。100BASE-T保留10BASE-T的网络拓扑结构，物理层能提供100Mbps传输速率，对于正在运行的10Mbps以太网，只需更改网卡和集线器，不需要重新布线，即可升级到100Mbps的快速以太网。光纤分布式数据接口（FiberDistributedDataInterface,FDDI）网络：双环结构，主环运行，次环备用。千兆位以太网：相比10Mbps和100Mbps以太网，传输距离短，传输速率高。异步传输模式（AsynchronousTransferMode,ATM）网第47页，共55页，2023年，2月20日，星期三广域网技术构成主机和通信子网第48页，共55页，2023年，2月20日，星期三广域网技术网络互联网络互联的核心是网络之间的硬件连接和网间互联协议。常用的网络互联设备：中继器（Repeater）集线器（Hub）网桥（Bridge）路由器（Router）网关（Gateway）第49页，共55页，2023年，2月20日，星期三局域网互联将多个局域互联起来，实现更大范围的计算机联网。中继器将网络上的一个电缆段上传输的数据信号进行放大和整形，用以扩展局域网，工作在OSI中的物理层上。用中继器可以互连各种不同类型的介质，如光纤、双绞线等。过多增加中继器将导致延迟太长，协议不工作。一般任何一对工作站之间中继器不超过4个。中继器会把外界干扰引入连接的网段。第50页，共55页，2023年，2月20日，星期三局域网互联网桥（桥接器）实现局域网互联