单元三计算机网络系统基础知识课件

《信息网络布线工程技术训练教程》——世界技能大赛信息网络布线竞赛项目训练指导书主编：卢勤、王公儒《信息网络布线工程技术训练教程》主编：卢勤、王公儒单元三

计算机网络系统基础知识训练任务本单元按照世界技能大赛基本要求，结合作者参加世赛和国赛以及多年教学与工程实践经验，主要整理和介绍世赛信息网络布线项目技能竞赛中必要的网络基础知识，包括计算机网络通信原理与体系结构、物理层与相关标准、局域网原理与网络设备等。训练目标1.了解计算机网络通信原理与网络体系结构。2.计算机网络系统物理层与相关标准。3.局域网原理与网络设备。单元三计算机网络系统基础知识训练任务训练目标3.1计算机网络通信原理与网络体系结构1.计算机网络的定义凡是将地址位置不同，并具有独立功能的计算机系统通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件实现在网络资源共享和信息交换的系统，称为计算机网络系统。2.网络的分类计算机网络按地理位置分为：局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）三种。局域网（LAN）一般限定在小于10公里的范围内，通常采用有线的方式连接起来。城域网（MAN）规模局限在一座城市的范围内，10～100km的区域。广域网（WAN）网络跨越省、国界，甚至全球范围。广域网的典型代表是Internet网。计算机网络按传输介质分为：有线网络、光纤网络和无线网络。计算机网络按通信方式分为：点对点传输网络和广播式传输网络。计算机网络从系统功能的角度分为：资源子网和通信子网。3.1计算机网络通信原理与网络体系结构1.计算机网络的定义3.1计算机网络通信原理与网络体系结构3.网络的拓扑结构网络拓扑是网络连接的形状，是指用传输介质互连各种设备的物理布局。它的结构主要有：总线结构、星形结构、环形结构、树型结构、分布式结构、网状结构等，如图3-1所示。图3-1各种网络的拓扑结构3.1计算机网络通信原理与网络体系结构3.网络的拓扑结构图3.1计算机网络通信原理与网络体系结构3.网络的拓扑结构计算机网络的类型按网络的拓扑结构分为：总线形网络、环形网络、星形网络、树形网络、网状网络等。总线形网络的传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此是广播式传输网络。环形网络的各站点通过通信介质连成一个封闭的环形。星型网络是用一个节点作为中心节点，其他节点直接与中心节点相连构成的网络。树型网、网状网等其他类型拓扑结构的网络都是以上述三种拓扑结构为基础的。将两种或几种网络拓扑结构混合起来构成的一种网络拓扑结构称为混合型拓扑结构。分布式结构的网络是将分布在不同地点的计算机通过线路互连起来的一种网络形式。在网状拓扑结构中，网络的每台设备之间均有点到点的链路连接，这种连接不经济，只有每个站点都要频繁发送信息时才使用这种方法。网状拓扑结构一般用于Internet骨干网上，使用路由算法来计算发送数据的最佳路径。3.1计算机网络通信原理与网络体系结构3.网络的拓扑结构3.1计算机网络通信原理与网络体系结构4.数据与信号信息是自然界的事物在人们大脑中的反应。信息在计算机网络中存储、处理和传输时，采用人为规定的二进制代码来表示，称之为数据，它是传递信息的载体。在网络中用发送一定的电磁波或光波信号来传递数据。所以，信号是数据在传输过程中电磁波的表示形式。根据数据表示方式的不同，可以分为数字信号和模拟信号两种。其中，数字信号是一种离散式的电脉冲信号，而模拟信号是一种连续变化的电磁波信号。3.1计算机网络通信原理与网络体系结构4.数据与信号3.1计算机网络通信原理与网络体系结构5.比特与波特比特是信息量的单位，同时也是二进制数字中的位，是信息量的最小单位。比特率是指二进制数的数据传输速率，单位是：bit/s，简写为b/s或bps，它表示每秒传输多少个二进制数。波特又称调制速率，是信号传播的速率。是信号被调制以后在单位时间内的变化，即单位时间内载波参数变化的次数，称为波特(baud)率。3.1计算机网络通信原理与网络体系结构5.比特与波特3.1计算机网络通信原理与网络体系结构6.编码与调制在数据通信中，要将数据从一个节点传送到另一个节点，必须将数据转换为信号。用数字信号承载数字或模拟数据的过程是编码。用模拟信号承载数字或模拟数据的过程是调制。数字数据的编码方式有三种，非归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。它们是用高低电平或电平的跳变来表示数据的0或1数字数据常用有三种调制技术:幅移键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK。3.1计算机网络通信原理与网络体系结构6.编码与调制3.1计算机网络通信原理与网络体系结构7.传输与交换传输是只充分利用不同信道的传输能力构成一个完整的传输系统，使信息得到可靠传输的技术。如果在一个通信信道能够传送多路信号，称为多路复用技术。信道复用可分为频分多路复用、时分多路复用和波分多路复用等。网络交换技术有电路交换和存储转发式交换，而存储转发式交换又分为报文交换、分组交换，其中分组交换还可分为数据报交换和虚电路交换两种技术。3.1计算机网络通信原理与网络体系结构7.传输与交换3.1计算机网络通信原理与网络体系结构8.网络协议网络协议是计算机网络系统中互相通信的对等实体间交换信息时所必须遵守的规则的集合。包括：语法、语义和时序。比如：通信双方约定的数据格式、编码及信号电平等以及差错处理的控制信息和速度的匹配。9.网络体系结构计算机网络是一个非常复杂的系统，需要解决的问题很多且性质各不相同。所以提出了“分层”的思想，即将庞大而复杂的问题分为若干较小的易于处理的局部问题。网络体系结构是计算机之间相互通信的层次，以及各层中的协议和层次之间接口的集合。3.1计算机网络通信原理与网络体系结构8.网络协议3.1计算机网络通信原理与网络体系结构10.ISO/OSI-RM与TCP/IPISO/OSI-RM是国际标准化组织提出的开放系统互联的参考模型，将网络系统分为七层模型，即：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。TCP/IP模型则把网络分为四层，即：主机-网络层、网际互联层、传输层和应用层。因特网就是采用TCP/IP模型。OSI中的层功能TCP/IP应用层文件传输，电子邮件,文件服务，虚拟终端TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，RIP，Telnet表示层数据格式化，代码转换，数据加密没有协议会话层解除或建立与别的接点的联系没有协议传输层提供端对端的接口TCP，UDP网络层为数据包选择路由IP，ICMP，OSPF，BGP，IGMP，ARP，RARP数据链路层传输有地址的帧以及错误检测功能SLIP，CSLIP，PPP，MTU，ARP，RARP物理层以二进制数据形式在物理媒体上传输数据ISO2110，IEEE802，IEEE802.2表3-1OSI参考模型和TCP/IP模型的对应关系、功能和协议3.1计算机网络通信原理与网络体系结构10.ISO/OSI3.2计算机网络系统物理层与相关标准1.物理层物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个网络系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输介质及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。该层的主要工作内容是信息网络布线技术，其特点就是研究“介质”和“信号”。2.IEEE802标准IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层。IEEE是英文InstituteofElectricalandElectronicsEngineers的简称，即电气和电子工程师协会。IEEE802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循IEEE802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些用来建立局域网络的组件。3.2计算机网络系统物理层与相关标准1.物理层2.IEE3.2计算机网络系统物理层与相关标准3.数据链路层数据链路层为网络层相邻实体间提供传送数据的功能和过程，提供数据流链路控制，检测和校正物理链路的差错。其主要职责是控制相邻节点之间的物理链路，能够可靠的传送以“帧”为单位的数据，规定字符编码、信息格式，约定接收和发送过程。数据链路层包括逻辑链路控制(LLC)子层和媒体访问控制MAC子层。逻辑链路控制LLC子层集中了与介质接入无关的功能。主要功能是：建立和释放数据链路层的逻辑连接，提供与上层的接口（即服务访问点），给LLC帧加上序号，差错控制。媒体访问控制MAC子层负责解决与介质接入有关的问题和在物理层的基础上进行无差错的通信。主要功能是：发送时将上层交下来的数据封装成帧进行发送，接收时对帧进行拆卸，将数据交给上层，实现和维护MAC协议，进行比特差错检查与寻址。3.2计算机网络系统物理层与相关标准3.数据链路层3.3局域网原理与网络设备1.MAC与IP地址MAC地址也叫物理地址、硬件地址或链路地址。MAC地址与网络无关，即无论将带有这个地址的硬件（如网卡、集线器、路由器等）接入到网络的何处，都有相同的MAC地址，它由厂商网络设备制造商生产时写在网卡的BIOS里。MAC地址采用6字节（48比特）。IP地址是Internet的产物，是基于网际互联层协议的一个逻辑地址。每个网络和每一台计算机都被分配有一个IP地址，这个IP地址在整个Internet网络中是唯一的。IP地址基于逻辑，比较灵活，不受硬件限制，也容易记忆。MAC地址在一定程度上与硬件一致，基于物理，能够标识具体。这两种地址各有好处，使用时也因条件而采取不同的地址。3.3局域网原理与网络设备1.MAC与IP地址3.3局域网原理与网络设备2.中继器与网桥中继器（RPrepeater）是属于物理层连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。网桥工作在数据链路层，将两个局域网（LAN）连起来，根据MAC地址（物理地址）来转发帧，可以看作一个“低层的路由器”（路由器工作在网络层，根据网络地址如IP地址进行转发）。它可以有效地连接两个局域网，使本地通信限制在本网段内，并转发相应的信号至另一网段，网桥通常用于联接数量不多的、同一类型的网段。3.3局域网原理与网络设备2.中继器与网桥3.3局域网原理与网络设备3.交换机与路由器交换机(Switch)是一种基于MAC（网卡的硬件地址）识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。路由器(Router)是在网络层实现互连的设备。它比网桥更加复杂，也具有更大的灵活性。路由器有更强的异种网互连能力，连接对象包括局域网和广域网。3.3局域网原理与网络设备3.交换机与路由器3.3局域网原理与网络设备4.无线AP与无线摄像头无线AP（AP，AccessPoint，无线访问节点）是一个包含很广的名称，它主要有路由交换接