计算机网络技术与应用

计算机网络技术与应用

教学目标

工掌握计算机网络的基本原理、熟悉协议以

及用；

士能够对小型的局域网进行规划与设计；

士能够对交换机和路由器进行简单配置；

&能够架构Web、FTP、E-Mail等服务器；

*了解网络安全及常见网络故障的排除方法;

工达到知网、懂网、管网、用网的目的。

内容简介

工第一章：计算机网络基础

工第二章：计算机网络的体系结构

工第三章：网络操作系统

工第四章：局域网技术

工第五章：网络设备

工第六章：Internet的接入技术

工第七章：网络管理与网络安全

工第八章：网络的规划与组建案例

*第九章：实训

孙立

弗一早18

K本章主要内容】

♦:♦计算机网络的定义与组成

♦:♦计算机网络的传输介质

♦:♦计算机网络的发展与分类

♦:♦计算机网络的功能

♦:♦计算机网络的分类

数据通信基础

K本章理论要求』

♦:♦了解：计算机网络的定义、分类、发展和

组汆

♦:♦理解：计算机网络的拓扑结构及数据通信

的相关知识

♦:♦掌握：各传输介质的特点及使用场合

K本章实训要求】

♦：♦能够绘制校园网的拓扑结构

能够制作各种网线

能够打制各种常见的信息模块

第一章计算机网络基础

1.1计算机网络的定义及组成

1.2计算机网络的传输介质

1.3计算机网络的发展

1.4计算机网络的功能

1.5计算机网络的分类.

1.6数据通信基础

1.1.1认识计算机网络

1-1最简单的计算机网络

1.1.1认识计算机网络

2.典型的计算机网络

1-2典型的计算机网络（1）

1.1.1认识计算机网络

马号昼曼导号・・・・・•・旱…

信息中心swllsssla

人事部服务器

1.1.1认识计算机网络

3.复杂的计算机网络

,♦♦♦♦♦!W

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E-mail服务器:;，三

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防火墙，

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1.2.1计算机网络定义

所谓计算机网络就是将分布在不同

地理位置上的具有独立工作能力的计算

机、终端及其附属设备用通信设备和通

信线路连接起来，并配置网络软件，以

实现计算机资源共享的系统

一个计算机网络必须具备以下3个基本要素

L至少有两个具有独立操作系统的计算机，且它们

之间有相互共享某种资源的需求。

工两个独立的计算机之间必须用某种通信手段将其

连接。

工网络中的各个独立的计算机之间要能相互通信，

必须制定相互可确认的规范标准或协议。

由定义可知：

计算机网络由通信子网和资源子网两大部分组成;

它是通信技术与计算机技术相结合的产物。

1.1.3计算机网络的组成

从不同的角度来看，计算机网络的组成不同,

下面从两个不同角度来介绍计算机网络的组成：

1.计算机网络的硬件组成

2.计算机网络的逻辑构成

1」.3计算机网络的组成

1■计算机网络的硬件组成

工计算机系统

工数据通信系统

工网络协议与网络软件

1.1.3计算机网络的组成

(1)计算机系统

计算机系统主要完成数据信息的收集、存储、处理和输出任

务，并提供各种网络资源。计算机系统根据在网络中的用途

可分为两类：主计算机和终端。

主计算(Host)机负责数据处理和网络控制，并构成

网络的主要资源。主计算机又称主机，它主要由大

型机、中小型机和高档微机组成，网络软件和网络

的应用服务程序主要安装在主机中，在局域网中主

机称为服务器(Server)o

1.1.3计算机网络的组成

（2）数据通信系统

1.1.3计算机网络的组成

（3）网络软件和网络协议

网络软件一般包括网络操作系统、网络协议、通

信软件以及管理和服务软件等。

网络协议是实现计算机之间、网络之间相互识别

并正确进行通信的一组标准和规则。

1.1.3计算机网络的组成

2.计算机网络的逻辑构成

计算机网络从逻辑上看由通信子网和资源子网两

部分组成。

通信子网主要完成网络的数据通信，负责计算机

之间的通信控制和处理，为资源子网提供信息传输服

务。

资源子网主要负责网络的信息处理，为网络用户

提供资源共享和网络服务。

资源子网

L2计算机网络的传输介质

传输介质可分为两类：有线传输介质和无线传输介质

有线传输介质是指利用电缆或光缆等充当传输导体的

传输介质，例如双绞线、同轴电缆和光缆等

无线传输介质是指利用电波或光波充当传输导体的传

输介质，例如无线电波、微波、红外线等

1.2计算机网络的传输介质

1.2.1有线传输介质

1.双绞线

2.同轴电缆

3.光导纤维

1.2.1有线传输介质

网络介质

光纤

1.2.1有线传输介质

L双绞线

双绞线可用于模拟信号传输，也可用于数字信号的传输。

分为两种：

无屏蔽双绞线(DTP：UnshieIdedTwisted-PairCabIe)

屏蔽双绞线(STP:ShieIdedTwistedPair)

非屏蔽双绞线(UTP)电缆

使电线之间相互

绝缘并标识每个

线对

带彩色标记的

塑料绝缘层

屏蔽双绞线(STP)电缆

表皮螭织屏蔽网金属片屏蔽双线线

V

<^n77TQr

''^1—二

技对203

UTP电缆类型

—以太网直通电缆

—以太网交叉电缆

—反转电缆

T568AT568B

直通、交叉和全反三种电缆类型

一"类型标准应用一

以太网直通电缆两端埠为T56aA连接网络主机与交换机或集战器之类网珞

或两端均为T568B设%

以大网交叉电缆一端为T568A.连接两台网络主机。

另一端为T56BB连接丽台网络中间设备（交换机与交换机或路由器与路由等）。

全反电缆Cisco私有使用插配器连接工作站串行端口与路由器控制台

端口°

铜介质安全性

数据电能和电源线的布线磐须遵照安全规范隔寓。必须正确连接电携。

必须检查安装是否存在损坏设备必须正确接地。

现象。

1.2.1有线传输介质

(3)双绞线的线序

根据线序的不同，双绞线分为两类：EIA/TIA568B

标准和EIA/TIA568A标准。其具体线序是：

T568A线序12345678绿白绿橙白蓝蓝白橙棕白棕

T568B线序12345678橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕。

注：1-3和2-6以太网数据使用；4-5电话线路使用；7-8目

前没有用到，供开发其它业务来用，如果有了新的业务要

大量用到，则不用重新布线。

*戈

厂

1

绿

白

插座一插座

T568A接线T568B接线

图1-8双绞线线序

常见的铜介质连接器

正确的连接器端接

确保当前和将来网络技术的最佳性能,

必须要保证所有铜介质端接品质。

铜介质连接器

RJ-45靠接

品质不良的连接器-解开的电线过品廉良好的连接器-解开的电线长度

长。恰好能满足连接器的连接需要。

1.2.1有线传输介质

（4）双绞线的种类及用途

根据双绞线两端水晶头线序的不同，双

绞线可以分为三类：

①直通线

②交叉线

③反转线

电子工业联盟/电信工业协会（EIA/TIA）对UTP电缆连

接做出了规定。

❖RJ-45水晶头是压接在电缆末端的插头组件。

RJ-45T568A和T568B端接

线对3

T568B

T568A

（顶视图）

在连接不同类型的设备时，通常使用直通电缆。而在连

接同类设备时，则使用交叉电缆。

直通电缆两端的连接器依照T568A标准或T568B标准

端接同一种连接器。

直通电缆

直通电缆两端使用同一种端接标准-T568A或T568Bo

以下连接应使用直线对2线对2

统对3线对1线对4线对3线对1线对4

通电缆：AfAAAlAA

交换机到路由器以

太网端口

计算机到交换机T568A

计算机到集线器

T568BT568B

UTP电缆要实现相同设备连接，一端必须按照EIA/TIA

T568A线序端接，另一端必须按照T568B线序端接。

♦交叉电缆用于直接交叉电缆

连接LAN中的下列交叉电缆一端为T568A端接，另一端为T568B端接。

设备：线对2线对3

线对线标线对每一端的发射引脚连接

线对3线对1线对4214

到另一端的接收

＞交换机到交换机AlAAAfAlA引脚。

＞交换机到集线器34567

＞集线器到集线器

T568AT568B

＞路由器到路由器的10/100Mbps1Gbps

1TP0+«a1TP0+1TP0+^1TP0+

以太网端口2TP0-<>2TP0-2TP0-2TP0-

3TP1+<>3TP1+3TP1+A3TP1+

Q'A6TP1-<

＞计算机到计算机6TP1-6TP1-“、6TP1-

4不括用＜-------A4不酒用4Tp2+<、、厂4Tp2+

/r*5TP2-

5不透用＜-------A5不适用5TP2-

＞计算机到路由器的7不适用＜——a7不造用7TP3+*於A7TP3+

8不括用*A8不范用8TP3-8Tp3

以太网端口

根据图示中连接的设备判断使用的电缆类型。

建立LAN连接

判断在LAN中连接不同中间设备和终蜡设备的正确UTP电缆类型和可能使用

的类别。

100Mbps5类交叉100Mbps5类直通

电缆电缆

1.2.1有线传输介质

2.同轴电缆

同轴电缆(CoaxialCable)由内外相互绝缘的同轴

心导体构成的电缆：内导体为铜线，外导体为铜管或

网。

1.2.1有线传输介质

同轴电缆的结构组成可如图1-9所示。从里向外分别是:

外导体外部保护层

内导体绝缘层

图1-9同轴电缆结构

内芯：金属导体，用于传输数据；绝缘层：用于内芯与屏蔽层

间的绝缘；屏蔽层：金属导体，用于屏蔽外部的干扰；塑料外

套：用于保护电缆

1.2.1有线传输介质

（2）同轴电缆的分类

同轴电缆内芯一般是铜质的，能提供良好的传导率。同轴电

缆分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两类。

①基带同轴电缆（50。）

采用基带传输，即采用数字信号进行传输。常用的基带同轴

电缆有以下两种：50。的粗缆，用于构建10Base5的网络，

网卡接口是AUI口，50。的细缆，用于构建10Base2的网络，

网卡接口是BNC口。

②宽带同轴电缆（75。）

采用宽带传输，即采用模拟信号进行传输，用于构建有线电

视网

1.2.1有线传输介质

3)光导纤维

光导纤维(OpticFiber)简称光纤，是网络传输的一种介

质，是用纯石英以特别的工艺拉成细丝，光纤的直径比头发

丝还要细，在传输介质中光纤的发展是最为迅速也是最有前

途的。

光纤介质

光纤连接器

光纤介质

♦:♦光纤提供全双工通信，每个方向使用一根专

用光缆。

光纤介质

♦:♦光缆通常可分为两种类型：单模和多模。

单模多模

聚合糖衰皮为光战提供单一的直接通路聚合物表皮支持多条光通路

理璃核心=8*10微米玻璃涂层；直径125玻璃梭心=50,62.5微

微米微米米

•较嫩的放心•超心比单/电邂相（50微米或更相）

•散射低•散射更强,曷丢失数据

・适合长距层传检（最长可达100千米,即62.14・用于长距离使归,但距离比单模的更短（最长妁2

英里）千米即6560英尺）

•使用敖光作为光爵,一般用于园区主干，距国长•使用LED作为光源一般用于LAN或园区网内

达数千米数百米的抬输距凄

1.2.1有线传输介质

1）光纤的特点

①传输损耗小、中继距离长，远距离传输特别

经济；

②抗雷电和电磁干扰性好；

③无串音干扰，保密性好；体积小，重量轻。

④通信容量大，每波段都具有

25000~30000GHz的带宽。

1.2.1有线传输介质

2)光纤的分类

依据国际电工委员会(IEC)光纤分类方法，按光

纤所用材料、折射率分布形状等因素光纤被分为A

和B两大类：

A类为多模光纤(MultiModeFiber)

B类为单模光纤(SingleModeFiber)

1.2.1有线传输介质

多模光纤(MultiModeFiber)允许许多条不同角度入射的光线在

一条光纤中传输，即有多条光路。传播距离可达几km,一般只

有几公里。

图1-10多模传输示意图

1.2.1有线传输介质

单模光纤(SingleModeFiber)：光纤直径与光波波长相等，只

允许一条光线在一条光纤中直线传输，即只有一条光路。在无

中继条件下，传播距离可达几十km。

输入脉冲单模光纤输出脉冲

图171单模传输示意图

图1-10多模传输示意图

常见的光纤连接器

ST连接器SC连接器

।一.

直通式光纤(ST)连接器广适用于多模光纤用户连接器(SC)广迈用于单模光纤

单模(LC)多模(LC)

单模朗讯连接器(LC)多模LC连接器

双芯多模(LC)

双芯多横LC连接制

1.2.1有线传输介质

有线传输介质的不足:

铺设复杂

受距离限制

122无线传输介质

常用的无线介质是微波

微波通信：地面微波通信、卫星通信通信

1.2.2无线传输介质

2.卫星通信

卫星通信是在地球站之间利用位于36000km高空的

人造同步地球卫星作为中继器的一种微波接力通信,

如图1-14所示。

三个这样的通信卫星就可以覆盖地球上的全部通信

区域。

图1-14卫星通信

122无线传输介质

3.红外系统

红外系统采用光发射二极管（LED）、激光二极管

（ILD）来进行站与站之间的数据交换。

第一章计算机网络基础

1.3计算机网络的发展

1969年美国国防部研究计划局(ARPA)主持研制

的ARPAnet计算机网络投入运行。ARPANet的问世，

标志着以资源共享为目标的计算机网络的诞生。

计算机网络的发展经历了一个从简单到复杂，又

到简单(指入网容易、使用简单、网络应用大众化)

的过程。

计算机网络的发展经过了四代

1.3计算机网络的发展

1.3.1第一代计算机网络-面向终端的计算机网络

面向终端的计算机网络是具有通信功能的主机系统，

即所谓的联机系统。这是计算机网络发展的第一阶段，被

称为第一代计算机网络。

1.3计算机网络的发展

1.3.2第二代计算机网络一共享资源的计算机网络

多台主计算机通过通信线路连接起来，相互共享资源。

这样就形成了一共享资源为目的的第二代计算机网络。

第二代计算机网络的典型代表是ARPA网络(ARPAnet)o

ARPA网络的建成标志着现代计算机网络的诞生。

1.3计算机网络的发展

1.3.3第三代计算机网络一标准化的计算机网络

20世纪70年代以后，局域网得到了迅速发展。美国XEROX、

DEC和INTEL三公司推出了以CSMA/CD介质访问技术为基础的以

太网(Etherner)产品。其他大公司也纷纷推出自己的产品。

但各家网络产品在技术、结构等方面存在着很大差异，没有统

一的标准，因而给用户带来了很大的不便。1984年，国际标准

化组织(ISO)正式颁布了一个使各种计算机互连成网的标准

框架■■开放系统互连参考模型(OpenSystem

InterconnectionReferenceModel：简称OSI/RM或OSI)。

OSI标准确保了各厂家生产的计算机和网络产品之间的互联，’

推动了网络技术的应用和发展。

1.3计算机网络的发展

1.3.4第四代计算机网络一国际化的计算机网络

90年代，计算机网络发展成了全球的网络——因特网

(Internet),计算机网络技术和网络应用得到了迅猛的发

展。

Internet最初起源于ARPAnet。由ARPAnet研究而产生的

一项非常重要的成果就是TCP/IP协议(Transmission

ControIProtocoI/1nternetProtocoI：传输控制协议/互联

协议)，使得连接到网上的所有计算机能够相互交流信息。

1986年建立的美国国家科学基金会网络NSFNET是Internet的

一个里程碑。

1.3.5计算机网络的发展趋势

1.开放性和标准化

2.一体化和多媒体化

3.高效、安全的网络管理

4.智能化网络方向

1.4计算机网络的功能

计算机网络以共享为主要目标，它主要具有以

下四方面的功能：

1.4.1数据通信（基本功能）

1.4.2资源共享（基本功能）

1.4.3提高计算机系统的可靠性和可用性

1.4.4提高计算机进行分布式处理的能力

1.4.1数据通信（基本功能）

数据通信即数据传送，它是计算机网络的最基

本功能之一。从通信角度看，计算机网络其实是一

种计算机通信系统。作为计算机通信系统，能实现

下列重要功能：

1.传输文件

2.电子邮件（E・mail）

1.4.2资源共享（基本功能）

资源共享包括硬件、软件和数据资源的共享，

它是计算机网络最有吸引力的功能。资源共享指的

是网上用户能够部分或全部地使用计算机网络资源,

使计算机网络中的资源互通有无、分工协作，从而

大大地提高各种硬件、软件和数据资源的利用率。

1.4.3提高计算机系统的可靠性和可用性

计算机系统可靠性的提高主要表现在计算机网

络中每台计算机都可以依赖计算机网络相互为后备

机，一旦某台计算机出现故障，其它的计算机可以

马上承担起原先由该故障机所担负的任务，避免了

系统的瘫痪使得计算机的可靠性得到了大大的提高。

1.4.4提高计算机进行分布式处理的能力

在计算机网络中，每个用户可根据情况合理

选择计算机网内的资源，以就近的原则快速地处

理。对于较大型的综合问题，通过一定的算法将

任务分交给不同的计算机，从而达到均衡网络资

源，实现分布处理的目的。

1.5计算机网络的分类

计算机网络的分类方法很多，

按网络覆盖的地理范围可分为局域网、城域网、广域网

和互联网；

按网络的拓扑结构可分为星型网、总线型网、环型网和

树型网等；

按网络的传输技术可分为广播式网络和点对点网络；

按网络的工作模式可分为对等网络和客户机/服务器网

络。

1.5.1按网络覆盖范围分类

♦:♦局域网

♦:♦城域网

♦:♦广域网（PSTN、ISDN、ADSL、帧中继）

♦:♦因特网

1.5.2计算机网络的拓扑结构

网络拓扑结构指连接于网络中的计算机之间的

互连方式，简单地说是指网络形状，网络的连通性。

常见的网络拓扑结构有：星型、总线型、环型、树

型、网状型和混合型等。

1星型

2总线型

3环型

4树型

5网状型

6混合型

星型

(a)(b)

总线型

结点

000

总线

66

(a)(b)

环型

⑶⑻

树型

5网状型

网状结构中各节点通过传输线相互连接起来，

并且任何一个节点都至少与其他两个节点相连，所

以网状结构的网络具有较高的可靠性，但其实现起

来费用高、结构复杂、不易管理和维护。

6混合型

一般来说，一个较大的网络都不是单一的网络

拓扑结构，而是将多种拓扑结构混合而成，充分

发挥各种拓扑结构的优点，这节是所谓的混合型

拓扑结构。

1.5.3按传输技术的不同分类

♦:♦广播式网络

8单播、组播、广播

。点到点式网络

gATM、帧中继网络

1.5.4按计算机网络的工作模式分类

1.对等网模式、

2.客户机/服务器(C/S)模式

3.浏览器/服务器(B/S)模式

画

9

聃

圜

客户机/服务器模式网

3.浏览器/服务器模式（Browse/Server）

B/S模式中，客户端只需安装浏览器（如IE浏览

器），用户通过浏览器向服务器发送请求，然后服

务器接收并处理相应请求将结果返回给浏览器显示。

互联网上一个用户通过浏览器访问一个网站（实际

是访问WWW服务器，它为全球用户提供WWW服

务）即是一种标准的B/S模式。

1.6数据通信基础

数据通信是指用特定信号把数据从发送端传送到接受端

的过程。为保证信息传输的实现，通信必须具备三个要素,

即通信的三要素：信源、通信信道、信宿。

信源：发送方。

通信信道：传输介质。

信宿：接收方。

«胆

度瑞

装

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集修

明磐

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1-富

四

9

-

▲需

-墨后

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蠡鬟

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.庶

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需

^之

1辱

1.6.1数据通信中的基本概念

1.整据(Data)

2.信息(Information)

3.信号(Signal)

4.带宽(bandwidth)

5.吞吐量(throughout)

6.误码率

7.基带(BaseBand)

8.宽带(BroadBand)

9.频带(Broadband)

1.6.1数据通信中的基本概念

1.数据(Data)

是对所描述对象的符号化记录，一般可理

解为“信息的数字化形式”或“数字化的信息

形式”。在计算机网络系统中，数据通常被广

义地理解为在网络中存储、处理和传输的二进

制数字编码。

2.信息(Information)

是“消除不确定因素的消息”（图灵），是对特

定事物的描述、解释、说明，是数据的内涵，是

客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了

客观事物的存在形式和运动状态。

3.信号(Signal)

是对特定信息的物理表述，在数据通信中就是携带

信息的传输介质。

它又分为模拟信号和数字信号两种。

(1)模拟信号Analog

(2)数字信号Digital

（1）模拟信号Analog：随时间连续变化的电磁波，其函数取

值无限。采用模拟信号传输数据时，往往只占据有限的频谱,

对应数字的基带传输将其称为频带传输。

图1・22模拟信号与数字信号示意图

（2）数字信号Digital：用离散状态（即所谓的“二进制信号”）

表示的信号。时间上不连续的离散量即电压（电平）的脉冲序列,

终端设备把数字信号转换成脉冲电信号时，这个原始的电信号

所固有的频带，称为基本频带，简称基带。

它通过中继方式将0、1进行整形和放大而不涉及噪音，且

便于集成化。

4.带宽(bandwidth)

是指每秒发送的比特数，是在一定时间内能够

通过一定空间最大的比特数。

5.吞吐量(throughout)

是指在特定时段内使用某路由传输一个文件时

所获得的实际带宽。

6.误码率：

二进制码元在数据传输过程中被传错的概率。

7.基带(BaseBand)传输

是指信号以其固有的基本形态进行传输，一般是

采用数字信道所特有矩形电脉冲或光波的亮与不亮

等信号形态对应二进制代码的0和1直接进行传输。

8.宽带(BroadBand)传输

是指在一条传输介质上通过多路复用技术实现多

路独立信号的传输。

9.频带(Broadband)传输

是指把数字信号调制成能在公共电话线上传输的

音频模拟信号后再发送和传输，到达接收端后，再

把音频信号解调成原来的数字信号。计算机的远程

通信常采用频带传输。

1.6.2模拟数据与数字数据的传输形式

信道是传输特定信号的通路，是通信媒介，信道

由传输介质及相应的中间通信设备组成，传输信道

可以是有线、无线，可以是电的，也可以是其他的,

如光信号等。模拟信道是指传输模拟信号的信道，

数字信道是指传输数字信号的信道。

由于数据信号分为模拟信号和数字信号，信道又

分为模拟信道和数字信道，这样就构成了四种数据

的传输形式。见下图：

1.模拟数据的模拟通信；典型例子是语音信号在普通

的电话系统中的传输。

模拟信号

模拟数据如声音

如声音

图1-23模拟数据的模拟通信

2.模拟数据的数字通信；典型例子是打IP电话。

模拟数据数字信号