计算机网络概述课件

计算机网络概述学习目的了解计算机网络的发展。掌握计算机网络的分类。掌握计算机网络的拓扑结构。掌握计算机网络的组成。计算机网络概述学习要求

学习本讲后，应该能够对计算机网络的发展有所认识，区分出网络的拓扑结构以及网络的组成部分。学习步骤

步骤一1

步骤二2

步骤三3

步骤四4阅读文字材料，了解计算机网络的发展史。学习主要内容，掌握计算机网络的分类、拓扑结构和组成。来做习题，进一步考察是否掌握知识点内容。浏览知识库，拓展自己的知识结构。主要内容计算机网络的发展网络分类网络的组成概述重难点了解计算机网络的发展。掌握计算机网络的分类。掌握计算机网络的拓扑结构。掌握计算机网络的组成。概述一、产生背景现代通信主要指电信。最早的电信是1838年摩尔斯发明的电报，是数字通信的代表。最早的模拟通信是1876年贝尔发明的电话，是模拟通信的代表。无线通信、微波和卫星通信…概述二、计算机网络的定义

利用通信线路将具有独立功能的计算机连接起来而形成的计算机集合，计算机间可以借助通信线路传递信息，共享软件、硬件和数据等资源。概述三、计算机网络与数据通信网主要区别第一，数据通信网强调的主要是信息在网络中的传输；计算机网络强调的是信息的处理、加工、存储以及信息的共享。第二，数据通信网主要以广域网的形式出现；而计算机网络可以是广域网形式，也可以是城域网形式或局域网形式。第三，计算机网络强调的是如何利用计算机技术和网络技术获得信息，例如Internet是由大量的广域网和局域网互连而形成的网络，人们通过Internet可以获取大量的信息。计算机网络的发展计算机网络的发展经历了从简单到复杂、从单机到多机、从终端与计算机之间的通信到计算机与计算机之间的直接通信的演变过程。计算机网络的发展可以大致分为四个阶段：

(1)面向终端的计算机网络阶段

(2)多机系统的互连阶段

(3)标准化计算机网络阶段

(4)网络互连和高速网络阶段(1)面向终端的计算机网络第一代计算机网络--面向终端的计算机网络(20世纪50年代中后期)用户可在自己的办公室内的终端上输入数据和程序，通过通信线路传输到中心计算机上，分时访问和使用其资源，进行信息处理，处理结果再通过通信线路送回用户终端显示和打印。该阶段就是将计算机技术与通信技术相结合实现了远距离的数据通信。①面向终端②以主机为中心

③终端无处理能力第一代计算机网络是由主机--通信线路--终端组成，只可算是计算机网络的“雏形”。第一代计算机网络的特点(2)多机系统互联第二代计算机网络--多机系统互连形成以通信子网为中心的系统(20世纪60年代后期)由多个多机系统互联在一起而形成(各计算机通过通信线路连接，相互交换信息，实现了互联的计算机之间的资源共享)，真正有了“网”的概念。通信子网资源子网它的出现使计算机网络的通信方式由终端与计算机之间的通信，发展到计算机与计算机之间的直接通信。

用户可把整个系统看作由若干个功能不同的计算机系统之集合而成。这就是第二代计算机网络，它比第一代面向终端的计算机网络的功能扩大了很多。第二代计算机网络的特点①以通信子网为中心

②

数据处理与数据通信两功能分开

③

使用分组交换技术第二代计算机网络是计算机网络的“形成与发展”阶段。美国的ARPA网就是第二代网络的代表。(3)标准化的计算机网络第三代计算机网络--标准化的计算机网络(20世纪70年代末)

该阶段始于70年代末，这是按照ISO(InternationalOrganizationforStandardization

)提出的OSI(OpenSystemInterconnect

)参考模型为指导性标准构建的计算机网络。第三代计算机网络是计算机网络的“成熟”阶段。(4)高速、综合化网络第四代计算机网络--高速、综合化网络(20世纪80年代末)快速以太网、光纤分布式数字接口(FDDI)、快速分组交换技术(包括帧中继、ATM)、千兆以太网、B-ISDN(宽带综合业务数字网)等一系列新型网络技术，这就是高速与综合化计算机网络阶段。第四代计算机网络的特点①高速（宽带）化

②

业务综合化第四代计算机网络属于计算机网络的“继续发展”阶段Internet就是这一代网络的典型代表，已经成为人类最重要的、最大的知识宝库.计算机网络的发展趋势进入21世纪，计算机网络向着和继续向着综合化、宽带化、智能化和个性化方向发展。曾经独立发展的电信网络、电视网络和计算机网络正在融合，进而将合而为一(即“三网合一”)。物联网网络分类网络的分类方法一、按照地理范围分类二、按照拓扑结构分类三、按照协议分类网络分类一、按照地理范围分类（1）广域网WideAreaNetwork，WAN地理范围比较大，用于电信网。（2）局域网LocalAreaNetwork，LAN地理范围比较小，用于内部网。（3）城域网MetropolitanAreaNetwork，MAN地理范围比较大，城市中的广域网。网络分类二、按照拓扑结构分类在拓扑学中，把事物抽象成结点，把事物间的关系抽象成连线组成的图形称为拓扑。网络的明星照——拓扑结构网络拓扑结构：就是网络中各节点及连线的几何构形。网络中各节点由通信线路连接，可构成多种类型的网络。网络的拓扑结构对整个网络的设计、网络功能、网络可靠性、费用等方面有着重要的影响。常见的网络拓扑结构有星型、树型、总线型、环型和网型等。组成：由中央节点与各站点通过传输介质连接而成。以中央节点为中心，实行集中式控制。特点：结构简单，便于管理、建网容易；但可靠性差，资源共享能力差，受硬件接口限制使得可扩充性差等。(1)星型网络组成：各站点通过相应的连接器连接到公共传输介质(总线)上，各站信息均在总线上传输，属广播式信道。特点：结构简单，扩充容易，可靠性较高；但控制复杂且时延不确定，受总线长度限制而使系统范围小等。(2)总线型网络组成：各站点由传输介质连接构成闭合环路，数据在一个环路中单向传输。要双向传输时，必须有双环支持。特点：节省线路，路径选择简单；但故障诊断困难，不容易扩充，节点多时响应时间长。(3)环型网络组成：多级星型，分级连接。特点：线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，故障隔离容易；但结构较复杂，传输延时较大。(4)树型网络组成：节点间连线较多，各节点间都有直线连接时为全连通网，大多数连接不规则。特点：可靠性较高，节点共享资源容易，便于信息流量分配及负荷均衡，可选择较佳路径，传输延时小；但控制和管理复杂，协议和软件复杂，布线工程量大，建设成本高。(5)网型网络网络分类三、按照协议分类

以太网，非常著名的局域网。令牌环网，局域网，近于淘汰X.25网早期分组交换网ATM网，广域网，多媒体传输网。网络组成一、网络基本组成计算机网络的组成也包括硬件部分和软件部分。计算机网络的组成中无论是硬件还是软件都与通信是有关的。网络组成一、网络基本组成1、子网资源子网，负责信息的处理。通信子网，负责信息的传递。网络组成一、网络基本组成2、网络硬件部分（1）计算机（服务器、客户机）（2）通信控制设备（通信处理机、网卡）（3）网络连接设备（路由器、交换机、集线器、网络连线）网络组成一、网络基本组成3、网络软件部分

网络操作系统、网络通信协议、网络应用软件

网络组成二、分组交换网的组成诸如ARPAnet、X.25、FRN和ATM等一类网络都可以看作是分组交换网。通信子网，NC-结点交换机资源子网，主机Host,终端T等网络组成三、局域网的组成（以太网）包括：服务器，工作站，集线器，路由器等。计算机通过网卡连接到集线器上。小结本讲主要介绍了计算机网络的定义、计算机网络的发展、网络的分类、网络的组成。数据通信基础学习目的了解数据通信的基本概念。掌握数据传输的分类。掌握差错控制的方法。数据通信基础学习要求

学习本讲后，应该能够对数据通信的基本概念有所认识，区分出数据传输的类别以及差错控制的方法等。学习步骤

步骤一1

步骤二2

步骤三3

步骤四4阅读文字材料，了解数据通信基础知识。学习主要内容，掌握s数据通信、传输方式以及差错控制等。来做习题，进一步考察是否掌握知识点内容。浏览知识库，拓展自己的知识结构。主要内容数据传输差错控制数据通信基本概念重难点了解数据通信的基本概念。掌握数据传输的分类。掌握差错控制的方法。数据通信基础一、通信基本概念

1.数据、信息和信号2.数据通信系统模型3.数据通信、数字通信和模拟通信4.数据通信的主要技术指标5.数据通信方式1.数据、信息和信号数据：由数字、字符和符号等组成，是信息的载体。它没有实际含义，总是和一定的形式相联系。信息：是数据的具体内涵和解释，有具体含义。信息是数据经过加工处理(说明或解释)后得到的，即信息是按一定要求以一定格式组织起来的、具有一定意义的数据。严格地讲，数据和信息是有区别的。数据是独立的，是尚未组织起来的事实的集合；而信息是按一定要求以一定格式组织起来的、具有一定意义的数据。数据是信息的表示形式，信息是数据形式的内涵。广义的数据：由于现在信息的多媒体化，数据的含义也广义化了，即数据不仅包括离散变化的数据，也包括连续变化的数据。因此,数据可分为模拟数据和数字数据两种。前者取连续值，如表示声音、图像、电压、电流等的数据；后者取离散值，如自然数、字符文本的取值等。信号：数据的具体物理表示，具有确定的物理描述，如电压、磁场强度等。在电路中，信号就具体表示数据的电磁编码。在数据通信系统中，要进行数据传输，总是要借助于一定的物理信号来完成，如电信号或光信号。电磁信号一般有模拟信号和数字信号两种形式。模拟信号：随时间连续变化的信号。数字信号：随时间离散变化的信号，它可以用有限个数位来表示连续变化的物理量。信息、数据和信号三者关系信息-----→数据---------→信号2.数据通信系统通信系统组成三要素：信源、信宿和信道简单的数据通信系统模型

噪声源

信道信源信宿信号变换器信号变换器信源:

信源就是信息的发送端，是发出待传送信息的人或设备。信宿:

信宿就是信息的接收端，是接收所传送信息的人或设备。信道--传输信息的通道。它是由通信线路为基础的、能够传输数据的通道。

有线信道：由有线传输介质构成的信道。

无线信道：由无线传输介质构成的信道。

数字信道：可直接传输二进制信号或经过编码的二进制数据的信道。

模拟信道：可传输连续变化的信号或二进制数据经过调制后得到的模拟信号的信道。信号变换器：作用是将信源发出的信息变换成适合在信道上可靠传输的信号。对应不同的信源和信道,信号变换器有不同的组成和变换功能。发送端的信号变换器可以是编码器或调制器，接收端的信号变换器相对应的就是译码器或解调器。编码器：把输入的信号作相应的变换，以便于在信道中传输或在接收端正确识别信号。调制器：把信源或编码器输出的二进制脉冲信号变换成模拟信号，以便在模拟信道上进行远距离传输。

译码器和解调器分别相应地做编码器和调制器的逆向工作。3.数据通信、数字通信与模拟通信

数据通信：指信源和信宿之间传送数据的通信方式。

数据通信就是利用通信系统对各种数据信号进行变换、处理和传输的过程。因此，计算机与计算机、计算机与终端之间的通信及计算机网络中的通信都是数据通信。数字通信：信道中传送数字信号的通信形式模拟通信：信道中传输模拟信号的通信形式

两种通信强调的是信道中传输的信号形式，也即强调的是信道的形式。前者是数字信道，后者是模拟信道。至于信源发出和信宿接收的信号可以是数字信号、模拟信号或其他形式的信号。由此可见，数字通信和数据通信是两个不同的概念。前者强调的是信道的形式或信道中传输的信号的形式，而后者强调的是信源与信宿之间传输的信息形式。数字信号并非一定要用数字通信系统来传输，数字信号经D/A转换后，即可在模拟通信系统传输。数字通信和模拟通信(a)数字信道信源编码器编码器信宿(c)模拟信道信源调制器解调器信宿(b)数字信道信源解码器编码器信宿4.数据通信的主要技术指标数据通信的主要技术指标有数据传输速率、传输延迟、信道带宽、信道容量、数据传输的误码率等，这些指标是衡量数据传输的有效性和可靠性的参数。

有效性主要由数据传输速率、传输延迟、信道带宽和信道容量等指标来衡量。可靠性一般用数据传输的误码率指标来衡量。(1)数据传输速率数据传输速率是指单位时间内传输信息量的多少。它是衡量数据传输有效性的主要指标。数据传输速率通常用波特率和比特率来表示。波特率:

是指单位时间内传输码元的个数，单位为波特(Baud)。比特率：指单位时间内传输二进制码的位数(记为b/s或bps)，也叫信息速率。误码率：二进制码在传输过程中出现错误的概率。它是衡量通信系统在正常情况下传输可靠性的指标。误码率计算公式为：

Pe＝Ne/N式中Ne表示被传错的码元数，N表示传输的二进制总码元数，Pe为误码率，即错误接收的码元数在所传输的总码元数中所占的比例。（2）误码率传输延迟：是指由于各种原因的影响，而使系统信息在传输过程中存在着不同程度的延误或滞后的现象。信息的传输延迟时间包括发送和接收处理时间、电信号响应时间、中间转发时间和信道传输时间等。（3）传输时延（4）信道带宽和信道容量

①信道带宽是指通信系统传输信息的信道的最大频率范围。

②信道容量是指单位时间内信道所能传输的最大信息量，它表征信道的传输能力。一般情况下，信道带宽越宽，则信道容量就越大，单位时间内信道上传输的信息量就越多，传输效率也就越高。信号传输速率受信道带宽的限制。(1)单工通信、半双工通信和全双工通信数据在通信线路上传输是有方向的。根据数据在线路上的传输方向和特点，有单工通信、半双工通信和全双工通信三种通信方式。5.数据通信方式单工通信：在通信线路上，数据只可按一个固定的方向传送而不能进行相反方向传送的通信方式。例如广播、遥控通信。（传呼机、收音机、广播）半双工通信：数据可以双向传输，但不能同时进行，在任一时刻只允许在一个方向上传输主信息的通信方式。（对讲机）全双工通信：可同时双向传输数据的通信方式。（电话）发送设备接收设备数据流(a)单工通信发送设备数据流(b)半双工通信接收设备发送设备接收设备数据流发送设备(c)全双工通信接收设备接收设备发送设备数据流信息传输方向不同的三种通信方式数据流在计算机内部各部件之间、计算机与各种外部设备之间、计算机与计算机之间，按信息传输的时空顺序不同存在两种通信方式：并行通信和串行通信。并行通信：通常用于计算机内部各部件之间或近距离设备之间的数据传输。串行通信：常用于计算机与计算机或计算机与终端之间远距离的数据传输。

(2)并行通信和串行通信

并行通信 串行通信

发

送

设

备接收设备01101001011010010110100101101001接收设备发送设备在数据通信系统中，根据发送端和接收端的连接方式及信息传输信道区分，相应地有点到点通信和广播式通信的通信方式。

点到点通信：是由一条通信线路把两个DTE（DataTerminalEquipment数据终端）设备连接起来构成的通信方式，也叫端到端式通信。广播式通信：是指系统中多个端点共享一个通信信道，一个端点发出信息，其他端点接收信息的通信方式。该通信方式中的信息是单向传输的。(3)点到点通信和广播式通信二、数据传输1.基带传输和频带传输基带信号：由计算机或终端等数字设备产生的、未经调制的数字数据相对应的原始信号(方波脉冲)。基带信号通常呈矩形波形式，它所占据的频率范围通常从直流和低频开始,这种脉冲信号被称为基带信号。基带：基带信号所占有的频率范围。基带传输：在基带信道中直接传输这种基带信号的传输方式。基带传输的特点：基带通信是一种最简单、最基本的传输方式，它适合于传输各种速率要求的数据。基带传输过程简单，设备费用低，适合于近距离传输。频带信号：基带信号变换(调制)成的便于在模拟信道中传输的、具有较高频率的信道信号。频带传输：在信道中传输频带信号的传输方式。在远距离传输中通常不采用基带传输而采用频带传输方式。三、差错控制1.差错及差错控制概念差错：就是在通信接收端收到的数据与发送端实际发出的数据不一致的现象。差错控制：为防止由于各种因素引起的信息传输错误或将错误限制在所允许的范围内而采取的措施。数据传输中的差错主要是由噪声引起的。

(1)检错重发方法ARQ（AutomaticRepeatreQuest）由发送端发出能够发现（检测）错误的编码（即检错码），接收端依据检错码的编码规则来判断编码中是否有无差错，并通过反馈信道把判断结果用规定信号告知发送端。发送端根据反馈信息，把接收端认为有差错的信息再重新发送一次或多次，直至接收端正确接收为止。接收端认为正确的信息不再重发，继续发送其他信息。2.差错控制方法由发送端发出能够纠错的码，接收端接收到这些码后，通过纠错译码器不仅能自动地发现错误，而且能自动地纠正传输中的错误，然后把纠错后的数据送到接收端。FEC（ForwardErrorCorrecting）

(2)前向纠错方法接收端将收到的信息码复制后原封不动地发回发送端，与发送端中的原发信息码相比较，如果有不一致，发送端重发。如果一致，说明无错，发送端通知接收端，接收端就将原复制信息接收下来。(3)反馈检错方法(4)混合纠错方法将反馈重发检错和前向纠错两种方法结合结合在一起可进行混合纠错。由发送端发出同时具有检错和纠错能力的编码，接收端收到编码后检查差错情况，如差错在可纠正范围内，则自动纠正之；如差错很多，超出了纠错能力，则经反馈信道送回发送端要求重发。3.信道编码(1)信道编码类型信道编码分为检错编码和纠错编码两种。检错编码是能够自动发现错误的编码，纠错编码是能够发现错误且又能自动纠错的编码。通常，信道编码有奇偶校验码、等比码、正反码、汉明码和循环冗余校验码等。(2)常用的差错控制编码

①奇偶校验码奇偶校验码是一种最简单的检错码。其检验规则是：在原数据位后附加校验位(冗余位)，使得在附加后的整个数据码中的“1”的个数成为奇数或偶数，就分别叫做奇校验或偶校验。奇偶校验有水平奇偶校验、垂直奇偶校验、水平垂直奇偶校验和斜奇偶校验。奇偶校验的特点：检错能力低，只能检测出奇数个码错，可以有部分纠错能力。这种检错法所用设备简单，容易实现(可以用硬件和软件方法实现)。信息比特编码字母

7654321校验位A

10000010B

10000100C

10000111D

10001000E

10001011F

10001101G

10001110校验位

10000001水平奇偶校验码表循环冗余校验码也叫CRC（CyclicRedundancyCheck）码。它是由要传送的k位信息后附加一个r位的校验序列构成，并以该循环码进行发送和传输。CRC码有着严密的数学基础，是在多项式代数运算基础上建立起来的。

②循环冗余校验码码多项式：二进制码中的各位可看作是一个多项式的系数，如码110101的对应多项式为：

1x5+1x4+0x3+1x2+0x+1=x5+x4+x2+1应用CRC码时，要进行码多项式运算。码多项式运算是按系数异或运算规则进行的。设K(x)为k位信息码多项式，G(x)为r阶(r+1)位生成码多项式，R(x)为r位余式，就是校验码多项式。则最后得到的待传送的CRC码的k+r位多项式--K(x)+R(x)，其对应的二进制码即为CRC码。取k位信息码，再将其左移r位，得到k+r位二进制码；用生成码去模2除(异或)该二进制码，得到r为余数。该余数即为所得校验码；将该校验码加在原信息码后，就构成待传输的k+r位CRC码(信息码加校验码)。CRC校验码编码过程接收端译码要求有两个：检错和纠错。检错：原理和操作都很简单。以生成多项式G(x)对应的代码去模2除收到的代码，即T’(x)对应的代码，若余数为0，则说明传输过程无差错，否则有差错。CRC码的译码过程纠错：收端的纠错操作也不复杂。如果有差错，要先确定一个差错模式e(x)，则有：

T(x)=T’(x)+e(x)T(x)和T’(x)分别为发送码和接收码的多项式。e(x)即为T’(x)/G(x)，求得e(x)，即可知道差错，进而就可以纠错了。CRC编、译码实例若待传输的信息序列为1001001，生成多项式为G(x)＝x3+x2+1，求CRC码的检验序列码，并验证收到的码字1001001111的正确性。

编码：信息序列1001001对应的码多项式为K(x)＝x6+x3+1xr.K(x)＝x9+x6+x3，对应的代码为10010