第4章网络基础(90)

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1、第4章 计算机网络与因特网,4.1 数字通信入门 4.2 计算机网络基础 4.3 因特网的组成 4.4 因特网提供的服务 4.5 网络信息安全,4.1 数字通信入门,对通信系统的一般要求,远距离：传输距离要远 低成本：传输成本要低 高速度：从发生到接收的延迟时间要短 可靠：传输的信息不能有错误 方便：任何时间和地点都能通信 安全：传输的信息要保密，不能泄漏,数字通信采用的技术,数字调制/解调技术（调幅；调频；调相） 解决信号传得远的问题 多路复用技术（时分多路；频分多路；波分多路） 提高传输线路使用效率、降低传输成本 交换技术（电路交换；分组交换） 动态分配信道资源，提高传输效率和质量 模-数

2、和数-模转换技术； 数字编码和数据压缩技术,（1）数字信号如何传输？,近距离传输：直接(基带)传输 例如：USB移动硬盘 主机 ；以太网数据传输 远距离传输：载波传输 例如：数字有线电视；电话拨号上网；ADSL上网 什么是载波？ 研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的载波，把数字信号放在(调制在)载波上传输，则可比直接传输的距离远得多,数字信号的三种调制方法,实现信号调制与解调的设备分别称为“调制器”和“解调器”：,小结1: 远距离通信必须使用MODEM,通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调器，它们通常做在一

3、起，称为调制解调器(MODEM),信源信号通过调制器 调整载波的某个参数(幅度、频率或相位),到达目的地后，使用解调器把载波所携带的信号检测出来，恢复为原始信号的形式,经过调制后的载波信号，携带着被传输的信号在信道中进行长距离传输,(2) 多路复用技术,怎样降低传输成本？,分析： 通信系统中，传输线路的建设和维护成本占整个系统成本的相当大的份额 一条传输线路（铜线、光纤、无线电波）的容量通常远远超过传输1路用户信号所需的能力 降低成本采用的技术多路复用技术(Multiplexing) 多路信号使用同一条传输线同时进行传输 方法： 频分多路复用（FDM） 时分多路复用（TDM） 波分多路复用（W

4、DM）,频分多路复用(Frequency Division Multiplexing, FDM),思想：将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上，通过频分多路复用器(MUX)将它们复合成为一个信号，然后在同一传输线路上进行传输。抵达接收端之后，借助分路器(DEMUX)把不同频率的载波分离出来，送到不同的接收设备 工作原理：,将不同频率的载波信号合成在一起,使用一组滤波器分解出不同频率的载波信号,频分多路复用举例1,广播电台节目的发送与接收,常见广播电台使用的载波频率 中波 900 KHz(南京经济台) 中波1008 KHz (南京新闻台) 短波 15.28 MHz(英国BBC) 短波 1

5、5.29 MHz(VOA美国之音) 调频104.3MHz (南京体育台) 调频105.8MHz(南京音乐台),频分多路复用举例2,电视节目的发送与接收,时分多路复用(Time Division Multiplexing, TDM),思想：各通信终端（计算机、电话）以规定的顺序和时间轮流使用同一传输线路进行数据传输 工作原理：,应用：主要使用在数字通信领域，如电话中继通信、总线式以太网等,波分多路复用(Wave Division Multiplexing, WDM),为提高传输效率，1根光纤中可以同时传输几种不同波长的光波，每种光波各自传输自己所携带的信息，速率可达到 40G-100Gbit/s

6、 原理：,光纤,发送端有N个发送单元，它们各自发出不同波长的光波,通过复用器（称为合波器）合并起来，进入同一根光纤进行传输,接收端用分路器(称为分波器)将不同波长的光分开，分别送到各自的光电检测器恢复出原始信号,小结2: 多路复用可以降低通信成本,通信系统的原理示意图,多路复用技术使得成千上万路通信可以在同一条传输线上同时进行，大大节省了通信成本,频分多路、时分多路和波分多路等技术可以同时使用，以提高复用效率,3 分组交换原理,通信系统中“交换”的含义,“交换”(switching)的含义就是转接把一条链路转接到另一条链路，使它们连通起来 从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态

7、地分配传输线路的资源 常用的交换方式： 电路交换 分组交换,什么是电路交换？,电路交换的过程： 建立连接 通信 释放连接 应用：电话通信,分析： 通话全过程中用户始终占用端到端的传输信道 由于计算机数据传输具有突发性，不适合计算机数据通信,什么是分组交换(Packet Switching)?,分组交换的要点： 被传输的数据必须划分为若干“分组”(packet, 简称“包”)进行传输 每个分组中必须包含收、发双方的地址 每个分组的格式如下：,分组交换示意：,分组交换与存储转发的过程,发送数据的计算机将包发给它所连接的分组交换机 交换机每收到一个包，就检查该包的目的地地址： 若数据包目的地是直接与

8、之相连的计算机，交换机就将包发往该计算机 若目的地不是本分组交换机上的计算机，则选择一个输出端口，通过连接该端口的高速数字线路转发给另一台交换机（如果线路忙，则可放在对应的缓冲器中排队等候） 下一台交换机收到数据包之后，重复过程2直到数据包到达目的计算机为止,例1：计算机C发送数据包给计算机H 例2：计算机A发送数据包给计算机G,A,B,C,D,E,F,G,H,分组交换机中的存储转发过程,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,交换机,主机,在交换机 E 暂存 查找转发表 找到转发的端口,最后到达目的主机 H5,在交换机 C 暂存 查找转发

9、表 找到转发的端口,在交换机 A 暂存 查找转发表 找到转发的端口,分组交换网中传输路径的变化,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,H2 向 H6 发送分组,注意分组路径的变化！,交换机,主机,实现分组交换的关键设备： 分组交换机,分组交换机的任务是：负责包（分组）的转发 分组交换机的工作方式是：存储转发 + 路由选择 分组交换机的工作过程： 从输入端口收到一个包后，放入缓冲区 检查数据包的目的地址，查转发表，决定该送哪个输出端口进行转发 把包从输入缓冲器中取出，送到相应输出端口的缓冲区中排队 输出端口每发送完一个包，就从自己的缓冲区中

10、提取下一个包进行发送,分组交换技术的优点和问题,优点： 高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。 迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组。 可靠 保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。 分组交换带来的问题： 分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。,分组交换技术的应用,几乎所有数据通信网都采用分组交换技术： 交换式以太局域网、移动通信网（手机） 公用数据网（传统的单纯性广域网） 低速：X.25公共分组交换网（传输速率仅64kbps） 利用公共

11、电话网以分组交换方式进行数据传输 中速：帧中继（FR）交换网 （传输速率可达2Mbps） 使用光纤作为传输介质 中高速：使用光纤作为传输介质 SMDS（交换多兆位数据服务网） ATM 广域网 (155Mbps或者更高) 因特网（Internet）,“4.1数字通信” 小结,什么是通信？ 使用电波或光波传递信息 对通信系统的要求： 远距离调制解调技术(MODEM) 高效率多路复用技术(Multiplexer)+交换技术(Switch) 高速度光纤通信技术 可靠信号不失真、无差错、保证通信畅通（数字通信） 方便移动通信技术（无线、数字通信） 安全加密、身份认证（数字通信） 目前许多通信系统既采用模

12、拟通信技术，也采用数字通信技术，总的趋势是数字化、光纤化、智能化！,4.2 计算机网络基础,4.2.1 计算机网络的组成与分类 4.2.2 局域网的基本原理 4.2.3 常用局域网介绍,4.2.1 计算机网络的 组成与分类,1 什么是计算机网络 2 计算机网络的分类 3 计算机网络的组成 4 传输速率与带宽 5 网络的两种工作模式,什么是计算机网络？,性质： 它是一种通信系统（与电话、电视系统不同，它是一种数据通信系统） 它是计算机系统的延伸与扩展 需要使用多种复杂的技术,利用通信设备和网络软件，把位置分散的多台计算机连接起来的一个系统,计算机网络的组成,计算机、手机等“智能” 设备 数据通信

13、链路： 用于传输数据的介质：双绞线、光缆、无线电波等 通信控制设备：如网卡、集线器、交换器、调制解调器、路由器等，确保通信正确、可靠、有效地进行 网络通信协议共同遵循的一组的规则和约定 通信如何开始、如何结束？数据如何表示？命令如何表示？通信对象如何区分？其身份如何鉴别？发生错误如何处理？等等。例如： TCP/IP, HTTP, FTP，POP3等 网络操作系统和网络应用软件： 实现通信协议、管理网络资源等 实现各种网络应用，如浏览器、电子邮件程序、QQ、搜索引擎等,计算机网络的管理 网络操作系统,网络操作系统(Network operating system, NOS)是指运行在服务器上的操

14、作系统，有时也称之为“服务器操作系统” 网络操作系统的责任是： 支持大量客户机同时发出服务请求并快速作出响应 管理并协调资源的分配与共享 管理、监测与记录客户机的操作 (记录用户每一次登录和退出的时间，以及每一次使用服务器资源的情况) 数据保护和错误处理 等,当前使用的主流网络操作系统,主流网络操作系统： UNIX系统， 稳定性和安全性好，可用于大型网络 微软公司的Windows系统的服务器版 （如Windows NT Server、Windows 2000 Server，Windows Server 2003 R2等，用于中低档服务器） Linux， 源代码开放，可免费得到许多应用软件,计算

15、机网络的分类,按使用的传输介质可分为： 有线网 无线网 按网络的使用性质可分为： 公用网 专用网 虚拟专网(VPN) 按网络的使用对象可以分为： 企业网 政府网 金融网 校园网 按网络所覆盖的地域范围可以分为： 局域网(LAN)：使用专用通信线路把较小地域范围（一幢楼房、一个楼群、一个单位或一个小区）中的计算机连接而成的网络 城域网或市域网(MAN) ：作用范围在广域网和局域网之间，其作用距离约为5km50 km，例如一个城市范围的计算机网络 广域网(WAN) ：把相距遥远的许多局域网和计算机用户互相连接在一起的网络。广域网有时也称为远程网,几种网络之间的相互关系,网络的传输介质的类型与特点,

16、双绞线和同轴电缆,原理：利用电流(电压)传输信息 双绞线分类 3类线(10 Mb/s)；5类线(100Mb/s)； 6类线(200Mb/s) 无屏蔽双绞线 (UTP)；屏蔽双绞线 (STP),同轴电缆分类 宽带同轴电缆（75） 有线电视网使用,光纤与光缆,光波在光纤中的传播,光导纤维（光线的入射角足够大时，就会出现全反射，重复此过程，光就沿着光纤传播下去）,光波,光缆,光纤通信原理,光纤主要用于传输数字信号， 0信号或1信号直接对光进行调制(即控制激光的通或断) 光波的频率为10141015Hz，目前一束光每秒能携带2.5G或10G的二进位信号，通过波分多路复用（WDM）技术还可达到更大的通信容量,在发送端，由需要传输的数字信号（电信号）去驱动一个光源（半导体激光器或发光二极管），并对发出的