第4章 计算机网络

《大学信息技术导论》

第4章

2004年8月

毒”早IT异的附给LajiZhou.Univtysity管会生

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第4章计算机网络IUni”Hy管会生

兰州大学校园网主干拓才卜图

榆中校区

（71作髭茶〕

校本部

（29BMX）八一

二分都一分部

(im«ES»

4.1计算机网络基础

4.1.1计算机网络概述

1、计算机网络的定义

所谓计算机网络，是指利用通讯线路将

多个独立的计算机相互连接起来，并在网络

软件的支持下实现数据通信和资源共享的计

算机的集合

4.1.1计算机网络概述LanZhou.University管会生

2、网络的功能

＞资源共享：软件、硬件

＞信息交换：电子邮件、新闻

A分布式处理：多点协作

＞应用可靠性：冗余、备份

4.1.2计算机网络的构成LanZhou.〃》3"”s7ty管会生

1、计算机网络的组成

早期网络：完成数据处理与数据通信

两大基本功能

资源子网一负责数据处理的主计算机

与终端

通信子网一负责数据通信处理的通信

控制处理机与通信线路

翦阻金学信息学院

4.1.2计算机网络的构成LanZhou.University管会生

资源子网和通信子网两个部分的结构图

计算机网络的构成IIIJ,或3乙?鹫

资源子网的组成/

主机终端终端控制器A

外设软件资源信息资源4

主机(host))

大型机、中型机、小型机、工作站J

终端(terminal)]

用户访问网络的界面；理

终端可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理2

机的智能终端；彳

终端可以通过主机连入网内，也可以通过终端控制器、＜2

文分组组装与拆卸装置或通信控制处理机连入网内。z

计算机网络的构成III，/量13鹫

通信子网：Z

A通信子网由通信控制处理机、通信线路与其A

他通信设备组成，完成网络数据传输、转发■

等通信处理任务；1

＞通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为k

网络结点；J

A通信控制处理机作为与资源子网的主机、终A

端的连接的接口，将主机和终端连入网内；3

A通信控制处理机作为通信子网中的分组存储[

转发结点，完成分组的接收、校验、存储、■

转发等功能；〃

4.1.2计算机网络的构成III盛匕匚嘴

现代网络：

＞随着微型计算机的广泛应用，大量的微型计

算机是通过局域网连入广域网，而局域网与

广域网、广域网与广域网的互连是通过路由

器实现的；

＞在Internet中，用户计算机需要通过校园网、

企业网或ISP联入地区主干网，地区主干网

通过国家主干网联入国家间的高速主干网，

这样就形成一种由路由器互联的大型、层次

结构的互联网络。

4.1.2计算机网络的构成III匚力

由路由器互联的大型、层次结构的互联网络示意图」

主机主机

4.1.2计算机网络的构成III蔡程乙嘴

2计算机网络的分类

按「局域网LAN按「总线BUS

地拓星型STAR

理，城域网MAN扑Y环型RING

范结树型TREE

围广域网WAN构网状MESH

这钳）、2信息学院

4.1.2计算机网络的构成LanZhou.UnfvMsity辞行主

2计算机网络的分类

按r有线网按P点对点按「服务器/客户机

传通服

输<信V务V

介方方

质无线网式广播式式对等

<

司锹，4信息学院

4.2数据通信基础LanZhou.管会生

4.2.1数据通信的基本知识

通信系统模型:噪声

zi±

H直「变换I」信道一变换

A信源：模拟信号、数字信号

A变换：调制解调、多路复用、数据编码

A信道：带宽与容量、误码率

数据通信基础LanZhou.管会生

A数字信号：当通信中的数据用离散的电信

号表示时，就称为数字信号。

A模拟信号：当通信中的数据用连续载波表

示时，就称为模拟信号。

0

.....tim.

(b)数字信号

4.2数据通信基础III，/熊乙甥%

主要技术指标:

A调制速率（波特率）

单位时间内传输的波形数，单位为baud。

B=l/T其中T表示单位脉冲宽度。

A数据传输速率（比特率）

每秒能传输多少构成数据的位数，它以位/秒为

单位，简称bps。

4.2数据通信基础LanZhou.管会生

主要技术指标:

A带宽：信道所能传输信号的频率范围

A容量：信道每秒钟所能传输的比特数

A误码率：在通信系统中衡量系统传输可靠性的指标,

它的定义是二进制码元在传输系统中被传

错的概率：Pe=Ne/N其中N表示传

输的二进制码元总数；Ne表示被传错的码

元数。

4.2数据通信基础LanZhou.管会生

4.2.2数据通信方式

数据传输方式（V：

单工：单向传输

半双工：双向但某个时刻只能单向传输

全双工：双向同时传输

发送单■向通道接收

a.)

发送接收

；双|句通道：

接收发送

(b)

发送接收

:双向通道

接收发送

7(c)

数据通信基础LanZhou.管会生

4.2.2数据通信方式

数据传输方式(2):

A串行：通信线路只有一条(或2、4条)，与传输数据无关,

用于远距离传输。

A并行：通信线路与数据传输的位数相同，用于短距离传输。

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3

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_______________:____1______________

4.2数据通信基础嘴

4.2.2数据通信方式

数据传输方式(3)：

A同步：同步传输采取的是位同步的技术，

心即各字符没有起止位，接收端和发送端的

F时钟必须取得同步。能识别每一位。

|A异步：发送方与接收方之间在发送数据

:前无需协调(同步)，只要数据准备好即

:可发送，可以有任意长的发送间歇。

司用上？信息学院

数据通信基础LcnZhou.UmfrUy管会生

SYNSYN...............

一个或多个控制字符数据字符控制字符

SYN字符

数据通信基础LanZhou.管会生

4.2.3数据传输技术

数据传输和调制解调

A为什么要调制：数字信号不利于长距离传输，

由无数个谐波组成，频带很宽，因此相应的损耗也

很大。一个正弦信号能比其它信号传输到更远的

地方。

A调制方式：调幅、调频和调相。正弦信号的振

幅、频率或相位被调制后可用来传递信息。

A通过改变幅度、频率和相位变化的状态数，可

以在一个载波周期中（一个状态变化）编入多位

数据。

4.2数据通信基础LanZhou.管会生

4.2.3数据传输技术

A基带传输：信号未经调制而传输，LAN中使用

基带传输，需好信道。

»频带传输：信号经调制再传输，收端解调。

»宽带传输：利用更宽的频带进行多种数据传输。

■■■/司物上¥信息学糜

数据通信基础ILcAZhoit管会生

4.2.4多路复用

1条线路，n个信或多路

nt:n个

WA复用器译码界入出

JNUXDENUX

即£

数据通信基础LanZhou.University管会生

4.2.4多路复用

A频分多路复用FDM：把若干路信号调制到频谱的不同位

置，以便在同'一介质中传输。

»同步时分多路复用STDM：将不同的时隙平均分配给若

干路信号。

A异步时分多路复用ATDM：只有当某一路信号有数据要

发送时才把时隙分给它，也称为统计时分复用。

»波分多路复用WDM：一条物理信道中同时传输多路不同

波长的信号。

司也上？

数据通信基础LanZhou.Unin八y管会生

4.2.5交换技术

1线路交换

线路建立：建立点到点连接，呼叫应答

数据传输：通过连接线路进行数据传输

线路拆除：传输完毕后释放线路

2报文交换

传输前不需要专门建立链路，只需将相

关信息封装成报文利用当前链路进行网

络数据转发。

数据通信基础LanZhou.管会生

3分组交换

［数据报：数据报分组自带地址信息

虚电路：「永久虚电路

〔交换虚电路电路创建

Y数据传输

四路释放

数据通信基础LanZhou.管会生

》虚电路服务

在传送数据之前，首先通过虚呼叫建立一条虚电路,

所有分组沿同一条路径传送，并且按发出顺序到达。

类似电路交换，建立连接之后，分组中只需要携带

连接标识，可以在建立连接时协商参数、开销等。

》数据报

每个分组单独传送；

网络为每个分组单独选路，路径可能不同;

分组达到，顺序可能与发出顺序不同；

分组中需要携带完整的目的地址。

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4.2数据通信基础LanZhou.University管会生

虚电路服务

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4.2数据通信基础LcnZhou.UmfsHy管会生

虚电路和数据报比较

虚电路数据报

是否需要建需要

分组中的目的地址完整地址VC标识

路由器中的路由表只需一个很简单要为每个虚电路

的路由表保存一个路由表

选路每个分在VC建立路，

路由可能不同所有分组路由相同

路由器故障的影响几乎不受影响所有经过该路由器

的V（嘉将终止

拥塞控制很难实现易于实现

差错控制和流量控制由负责由子网负责

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4.2数据通信基础LcnZhou.UmfsHy管会生

虚电路路由表的建立

H2H3

2入出口

r。入出口

A0E0

0H40

A1D0TT

B1E0

H40D1

A2C0E0H41

出口

C0H42

H5

0B0

依次建立5条VG2Hi1B1

VC1：A--B--E

5Hi2B2入出口

VC2：A--B--DHs0

VC3：B--D-E

D0Hs1

VC4：C—E—D

C0D0

VC5：A-B-C-D

4.3网络通信基础LanZhou.管会生

数据传输模型:

■数据通过发送器编码形成一定形式的能量，可以是电、光、

电磁波或声音。

■能量通过一定的介质（铜、玻璃或空气）进行传输。

■在接收端将能量解码成数据。

Da

4.3网络通信基础LanZhou.Un£y”si，y管会生

4.3.1网络传输介质和设备

双绞线:

＞双绞线由两根绞合成有规则的螺旋形图样的绝缘铜线组成。

＞分类：非屏蔽双绞线(UTP):外皮为塑料，不具有屏蔽能力。

屏蔽双绞线：外皮为金属，具有屏蔽能力。

＞LAN上常用UTP,3类传10M,5类传10M/100M,

RJ45头——以太网使用

RJ11头——电话使用

(a)屏蔽双绞线

(b)非屏蔽双绞线

4.3网络通信基础

同轴电缆

数字传输50O模拟传输75O

Um

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网络通信基础LcnZhou.UmfrUy管会生

光纤

aE0a五东I比以9

司何上?信息学院

网络通信基础La/iZhou.管会生

无线与卫星通信技术

•电磁波的传播有两种方式：

—以无线方式一种是在自由空间中传播；

—以有线方式在同轴电缆、双绞线、光纤中传输。

•目前以无线方式进行通信的主要有:

一无线(radio);

一微波(microwave);

一红夕卜(infrared);

一可见光(visiblelight)

4.3网络通信基础LanZhou.管会生

无线与卫星通信技术

蜂窝无线通信

网络通信基础LanZhou.管会生

无线与卫星通信技术卫星通信

多点接收

多点接收

发送

4.3网络通信基础LanZhou.管会生

常用网络设备

中继器：信号还原再生，延长传输距离(Repeater)

集线器：等同于多端口的中继器(Hub)

・•・・

■■/_司何大?信息学联

4.3网络通信基础ILa/iZhouUnWRUy管会生

常用网络设备

网桥：分割冲突域，按照MAC地址转发数据(Bridge)

4.3网络通信基础LanZhou.管会生

常用网络设备/

交换机：等同于多端口的网桥，数据链路层设备（Switch,

4.3网络通信基础LanZhou.管会生

常用网络设备

路由器：网络中数据信息的路由转发设备，连接不同

网段和异构网络环境，网络层设备(Router)

网络通信基础LanZhou.管会生

常用网络设备

网卡：主机与网络的接入设备（NIC）

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网络通信基础LcnZhou.UmfsHy管会生

4.3网络通信基础LanZhou.管会生

4.3.2OSI参考模型及网络协议

网络协议:网络协议是为网络数据交换而

制定的规则、约定与标准；

网络协议的三要素:语义、语法与时序；

A语义：用于解释比特流的每一部分的意义；

A语法：语法是用户数据与控制信息的结构与

格式，以及数据出现的顺序的意义；

»时序：事件实现顺序的详细说明。

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4.3网络通信基础LanZhou.University管会生

4.3.2OSI参考模型及网络协议

发信者收信者

书写信件

贴邮票阅读信件

送邮箱

收集信件

信件投递

盖邮戳

信件分拣

信件分拣

信件打包分发邮件

送运输部门邮件拆包

转送邮局

路由选择

接收邮包

运输

网络通信基础LanZhou.管会生

4.3.20SI参考模型及网络协议

OSI参考模型

两大国际组织：

国际电报与电话咨询委员会：CCITT

(ConsultativeCommitteeonInternational

TelegraphandTelephone)

国际标准化组织：ISO

(InternationalStandardsOrganization)

CCITT与ISO的工作领域是不同的:

CCITT主要是考虑通信标准的制定；

ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构。

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4.3网络通信基础LanZhou.University管会生

OSI参考模型

4.3网络通信基础LanZhou.管会生

OSI参考模型-数据传输过程

传输介质传输介质传输介质

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4.3网络通信基础LanZhou.University管会生

OSI参考模型-数据传输过程

7

传输介质

■■■/如内信息学瞬

4.3网络通信基础ILanZhou.管会生

TCP/IP模型

osi漉

应用层

表示层

会话层

传输层

网络层

数据捱路层

物理层

■■■/司物金?信息学皖

4.3网络通信基础

TCP/IP模型与OSI模型的对应关系

iso的osrt层协议:TCP/IP瞰

1应用层Application

应用层：FTPDNSHTTPTFTP

2表示层PtesentationTelnetSMTPSNMP

miSession

4传输层Tf邱poti传输层：TCPUDP

泄络层Network网络层：IPICMPARPRARP

6数据能路层：DataLink

网络接口层:X.25PPPSUP

7物理层:Physical

4.4局域网(LAN)LanZhou.管会生

总线型拓扑结构

»总线型局域网的介质访问控制方法采用的是

“共享介质”方式；

»所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总

线上；

»总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；

»所有结点都可以通过总线传输介质以“广播”

方式发送或接收数据，因此出现“冲突

(collision)”是不可避免的;

>“冲突”会造成传输失败；

»必须解决多个结点访问总线的介质访问控制

(MAC,mediumaccesscontrol)问题。

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4.4局域网(LAN)IIILanZhou.Univ”sity管会生

7匚Q日引

(a)(b)

口ALA.T、■■刘范上亨信息学院

4.4局域网（LAN）IIILanZhouUniversity管会生

环型拓4卜结构

＞结点使用点-点线路连接，构成闭合的环型结构;

»环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；

A多个结点共享一条环通路；

A环建立、维护、结点的插入与撤出。

4.4局域网（LAN）

环型拓扑结构：

结点使用点-点线路连接,

结点

4.4局域网（LAN）LanZhou.University管会生

星型拓扑结构：

逻辑结构与物理结构的关系

交换局域网的物理结构

4.4局域网（LAN）LanZhou.管会生

IEEE802参考模型

0sl参考模型

应用层

表示层

会话层

IEEE802参考模型

传输层

网络层逻辑链路控制子层

数据链路层介质访问控制子层

物理层物理层

翦也金学信息举院

4.4局域网（LAN）*LanZhou.University管会生

IEEE802参考模型

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4.4局域网（LAN）LanZhou.管会生

局域网产品类型与相互之间的关系

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4.4局域网(LAN)LanZhou.University管会生

虚拟局域网的实现技术

•用交换机端口号

定义虚拟局域网；

VLANiVLAN2

•用MAC地址定

义虚拟局域网；

•用网络层地址

定义虚拟局域网；(a)物理结构

・IP广播组虚拟局

域网。

VMNi

VU\N2

(b)逻辑结构

4.5城域网和广域网III，，匕1声颦

4.5.1广域网的特征

A广域网用来构成能跨越任意远的距离，

连接任意多台计算机的网络，并且是可

扩展的。

A广域网用包交换机来代替局域网的共享

介质，保证了其可扩展性和足够的性能。

4.5城域网和广域网

广域网的连接类型

线路交换网

专用线路网

分组交换网

翦阻金学信息学院

4.5城域网和广域网LanZhou.University管会生

广域网的接入方式

拨号线连接

拨号线连接是借助公用交换电话网

(PSTN-PublicSwitchTelephone

Network),通过电话线以拨号方式接入网络

的广域网连接方法。

数字信号模拟信号:数字信号

O

口已OOOO

计算机ModemModem计算机

翦阻金学信息学院

4.5城域网和广域网LanZhou.University管会生

广域网的接入方式

拨号线连接

4.5城域网和广域网III颦

不对称式数字用户线■

xDSL是ADSL、SDSL、HDSL、IDSL和VDSL.

技术的总称。

不对称式数字用户线(ADSL-Asymmetric

DigitalSubscriberLine)是一i种调制技术，

它利用普通电话线进行高速数据传输。ADSL能

在现有电话线上传输高带宽数据、多媒体和视

频信息，并且允许数据和话音在一根电话线上

同时传输，它是单个计算机高速接入网络的最

新技术。ADSL技术提供的数据传输速率是不对

称的，下行速率：1.5Mbps-8Mbps,上行速

率：16Kbps-640Kbps,

4.5城域网和广域网LanZhou.管会生

CabelModem

CabelModem是近几年发展起来的又一种

家庭电脑入网的新技术，它是一种以有线电视

使用的宽带同轴电缆作为传输介质，利用有

线电视网(CATV)提供高速的数据传输的广域

网连接技术。CabelModem除了提供视频信号

业务外，还能提供语音、数据等宽带多媒体信

息业务。这种技术也具有不对称的特性，其上、

下行速率各不相同。CabelModem的上行速率

是768Kbps,下行速率最高可以达到38Mbps。目

前有两个CabelModem标准，它们是MCNS和

DOSSISo

4.5城域网和广域网LanZhou.管会生

DDN

DDN(DigitalDataNetwork)是公共数字

数据网，是我国电信部门专为国内用户提供多种

不同传输速率(64Kbps-2Mbps)的数字专线租用

服务而建立的公共网络系统。

DDN可为用户提供一条高带宽、高质量的数

据传输通道。数字专线有两个标准，T1是北美

标准，带宽为L544Mbps,El是欧洲标准，带宽

为2.048Mbps,

DDN数字专线可提供高质量，高速率的数据

传输，它常用于实现远程局域网之间点到点的连

接

4.5城域网和广域网

DDN示例

路由器

DDN/256K

0000

I1DLC

北京大学

城域网和广域网LanZhou.管会生

公用分组交换数据网PSDN/

公用分组交换数据网(PSDN-PacketSwitchedData/

Network),是一种以分组(Packet)为基本数据单元进l\

行数据交换的通信网络。由于公用分组交换数据网使2

用X.25协议标准，故通常也称它为X.25网。；

X.25规定的是分组终端与分组交换网的接口规/

程，它是一组协议，包括物理层协议(X.21bis)、数/

据链路层协议(LAPB)和网络层协议，\

DCC国家码

X.25的编址规程是X.121,X.121地址用15位十期

制数表示*1

4.5城域网和广域网III盗漂煮颦

FrameRelay,

帧中继(FrameRelay)是80年代出现、近几年才,

兴起的一种新的公用数据交换网，它是由X.25发展起!\

来的快速分组交换技术。帧中继与X.25有基本相同之

处是它们都用分组交换技术，都是对等式的点对点通

信。

从设计思想上看，帧中继与X.25的差异是，帧中

继注重快速传输，而X.25强调高可靠性，所以在X.254

网内，对传输的数据进行校验，并具有出错处理机制，

而帧中继省略了这个功能，因此，帧中继传输速度快

(64Kbps-2.048Mbps)。

城域网和广域网

FrameRelay示例

路由器同步Modem

天津理工大学

南开大学

4.5城域网和广域网1“JJrE普驾

ISDNj

综合业务数字网是一种信息通信网，可以通过一

普通电话线支持话音、数据、图形、视频等多种「

/业务的通信。

家ISDN提供两种服务类型，PRI和BRI:

温PRI（PrimaryRateInterface）是主速率接

簧口（集群速率），可提供30B+D（欧洲标准）J

K23B+D（北美标准）信道。