计算机网络基础3.ppt

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1、计算机网络技术 第1章 计算机网络基础 http 202 196 160 31 jpkc c30 index htm 计算机网络技术 内容目录 2 3 4 7 6 1 5 网络通信基本概念 计算机网络概述 传 输 介 质 网络拓扑结构 复 用 技 术 网络交换技术 网络体系结构 计算机网络技术 1 1 计算机网络概述 1 1 1 计算机网络的发展 1 第一代计算机网络 单机系统 v20世纪50 60年代 v以单个计算机为中心的远程联机系统 2 第二代计算机网络 因特网诞生 v20世纪60年代后期至80年代 v多台计算机互连需求 分组交换技术 计算机网络 由ARPANET向因特网发展 3 第三代

2、计算机网络 网络体系结构与协议标准化 v20世纪80年代到至90年代 v计算机网络体系结构标准化的过程 计算机网络技术 1 1 计算机网络概述 4 第四代计算机网络 高速化 综合化 v20世纪90年代以后 v主要技术 局域网 光纤 高速网络 多媒体和智 能网络 v特征 高速化 综合化 多媒体化 5 第五代计算机网络 下一代网络NGN v2004年2月 国际电信联盟ITU 提出下一代网络 基于分组交换技术的网络 能提供包括电信服务在 内的各种服务 能够利用多种宽带且具有保证服务 质量能力的传送技术 其应使各种与服务功能的实 现与各种传送技术的使用相对独立 计算机网络技术 1 1 计算机网络概述

3、1 下一代网络的发展趋势 v网络融合 设备电信化和模块化 开放性和大容 量 智能化 v网络融合的具体表现是三网合一 即将原有的计 算机网 电信网 电视网合并 2 下一代网络的支撑技术 vNGN包含了IPv6 光纤高速传输 光交换与智能 光网 宽带接入 城域网 软交换 第三代 四 代移动通信系统 IP终端等支撑技术 计算机网络技术 1 1 计算机网络概述 1 1 2 计算机网络的定义 v描述了计算机网络的4个本质特征 1 计算机网络必须具有共享资源的能力 2 互连的计算机应该是独立的自主计算机 3 网络软件是计算机网络的重要组成部分 4 通信子网是计算机网络的一个基本要素 是连接计算机并构成计算

4、机网络的一个主 要组成部分 计算机网络技术 1 1 计算机网络概述 1 1 3 计算机网络的构成 1 计算机网络的几何构成 v 计算机网络是由结点和连接这些结点的链路构成的 2 计算机网络的物理构成 v 计算机网络是由硬件和软件两部分构成 v 硬件包括主机 通信设备 通信线路等 v 软件包括系统软件和应用软件 即网络操作系统和协议 3 计算机网络的逻辑构成 v 计算机网络由用户子网和通信子网两部分构成 v 外围各主机就构成用户子网 中间各网络结点构成通信子 网 计算机网络技术 1 1 计算机网络概述 图1 1 用户子网和通信子网 计算机网络技术 1 1 计算机网络概述 1 1 4 计算机网络分

5、类 v 按照网络的覆盖范围 可以分为局域网 广域网和城域网 v 局域网LAN是专有网络 其地理范围有限 大约在几百米 m 至几公里 km 覆盖范围一般是一个实验室 一幢大 楼 一个校园或一个单位 局域网传输速率较高 一般在 1Mbps以上 v 广域网WAN 作用范围大约在几十至几千公里 也称远程 网 它可以覆盖一个国家 甚至跨越几个洲形成国际性的 远程网 Internet就是典型的广域网 多数广域网可以明 显的划分为用户子网和通信子网 v 城域网MAN覆盖一个城市 其作用范围介于局域网和广域 网之间 约为几十公里 城域网的设计目标常常是要满足 一个城市范围内的企业 公司 机关 学校等多个局域网

6、 互连的需求 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 1 2 1 数字信号与数字通信系统 1 数字信号 v 按照在时间和幅值上的变化是连续的和离散的 信号可以 分为模拟信号 离散信号和数字信号 2 数字通信系统 图1 2 数字通信系统模型 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 v数字通信系统和模拟通信系统相比具有以 下特点 1 差错控制 2 保密通信 3 同步问题 4 信号再生重传 5 抗干扰能力强 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 1 2 2 网络性能 v 网络性能是描述网络功能和质量的指标 包括数据传输速 率 信道带宽 时延和信道利用率等 1 数据传输速率 v 数据传输速率是

7、指单位时间传输的比特数或二进制位数 基本单位为 比特 秒或bps 简写为bps 其单位换算如 表1 1所示 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 v 如果一个信号有N个不同的波形或电平 即有N个不同的 状态 则每个波形或电平需要用log2N个二进制位来表示 此时 每个码元包含log2N个二进制位 设信号每个波 形或电平持续时间为Ts 比特率为Rb 则数据传输速率为 v Rb log2N Ts 1 1 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 2 信道带宽 v描述信道传输能力的指标 根据信道是模拟的还 是数字的 信道带宽分为模拟带宽和数字带宽 1 模拟带宽 v在模拟信道中 用模拟带宽描述传输

8、信号的能力 模拟带宽又称频带宽度 简称频带 是指信道 所包含的频率范围 2 数字带宽 v在计算机网络中 数字带宽又称信道容量 是指 信道的最高数据传输速率 数字带宽受信道频带 宽度的限制 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 v奈奎斯特定理 在具有有限带宽 理想低通特 性和无噪声信道中 信道容量为 C 2W Bd 2Wlog2N bps 其中 C是信道容量 W为信道频带宽度 Hz N为给定时刻数字信号可能取的电平状态个数 v香农定理 在具有有有限带宽 随机噪声干扰的 信道上传输数字信号 信道容量为 C Wlog2 1 S N bps 其中 C是信道容量 W为信道频带宽度 单位 为Hz S为

9、信号功率 N为噪声功率 S N为信噪 比 实际中用分贝数 dB 表示 即10 lg S N dB 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 3 信道带宽和信道传播速率 v在计算机网络的应用中 尽管信道带宽和传播速 率经常互换使用 但是两者的含义还是不同的 带宽表示容量 用bps衡量 传播速率表示快慢 用m s衡量 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 3 时延 1 发送时延 发送时延是指发送结点将数据发送到传输介质所需要的时间 发送时延 数据块长度 数据传输速率 2 传播时延 传播时延是指信号在信道中传播一段距离所需要的时间 传播时延 信道长度 信号传播速率 3 处理时延 处理时延包括是数

10、据分组在交换结点缓冲区 缓存 排队等待 和进行处理时所需要的时间 其中排队等待所花费的时间 占取整个处理时延较大比例 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 4 信道利用率 信道利用率是指信道有百分之几的时间被利用 信道利用率 并非越大越好 当信道利用率增大 时延也会增大 甚至 会出现网络拥塞 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 1 2 3 通信方式 v按信号传输的方向与时间 通信方式可分为单工 通信 半双工通信及全双工通信三种 v单工通信是指信号只能单方向进行传输的工作方 式 例如 广播电台 电视 v半双工通信方式是指通信双方都能收 发信号 但不能同时进行收和发的工作方式 例如电话系

11、 统 v全双工通信方式是指通信双方可同时进行收和发 双向传输信号的工作方式 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 图1 3 单工 半双工与全双工通信 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 1 2 4 数字信号编码 v 数字信号可以直接采用基带传输 通常采用二进制代码形 式 即用两个电平分别表示二进制数字0和1 这一过程称 为数字信号编码 常见的数字信号编码有单极性编码 双 极性编码和曼彻斯特编码三种 单极性编码和双极性编码 如图1 4所示 1 单极性编码 v 单极性编码的信号如图1 4 a 和1 4 b 所示 v 不归零码又称全宽码 如图1 4 a 所示 v 归零码如图1 4 b 所示

12、 2 双极性编码 v 图1 4 C 是双极性不归零码 图1 4 d 是双极性归零码 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 图1 4 单极性和双极性编码 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 图1 4 单极性和双极性编码 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 3 曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码 v曼彻斯特编码是将每一个二进制位分成两 个相等的间隔 每一位中间有一跃变 从 高电平跃变到低电平表示0 从低电平跃变 到高电平表示1 反之也可 v中间的跃变既作为时钟信号又作为数据信 号 从曼彻斯特编码的波形图中可以得出 由于每位中间存在跃变 使曼彻斯特编 码的变化速度增加了一倍 也就是说 它

13、 所占的频带宽度比原始的基带信号增加了 一倍 如图1 5 c 所示 计算机网络技术 1 2 网络通信基本概念 v差分曼彻斯特编码和曼彻斯特编码基本相同 不 同的是 每位二进制中间的跃变仅提供时钟信号 数据信号由每位二进制的开始时刻提供 v若一个二进位的开始时刻 没有发生跃变 或者 讲 一个二进位的前半个周期与上一个二进制位 的后半个周期电平相同 则表示1 若一个二进位 的开始时刻 发生跃变 或者讲 一个二进位的 前半个周期与上一个二进制位的后半个周期电平 相反 则表示0 反之也可 如图1 5 d 所示 差 分曼彻斯特编码需要较复杂的技术 但可以获得 较好的抗干扰性能力 计算机网络技术 1 2

14、网络通信基本概念 图1 5 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码 计算机网络技术 1 3 传 输 介 质 1 3 1 有线传输介质 1 双绞线 v双绞线由相互绝缘的一对铜导线绞扭在一起组成 图1 6 类非屏蔽双绞线 计算机网络技术 1 3 传 输 介 质 1 双绞线分类 v按结构双绞线可分为屏蔽双绞线STP和非 屏蔽双绞线UTP 屏蔽双绞线将绞扭后的 导线用铝箔包裹 用以提高抗电磁干扰的 能力 v按性能双绞线可分为1类 2类 3类 4 类 5类 超5类和6类线 计算机网络技术 1 3 传 输 介 质 2 直通线与交叉线 播放视频 v双绞线通过RJ 45接头与网卡 交换机 路由器等 网络设备连接 目前

15、工程中制作接头时的线序标准 有EIA TIA的 T568A和T568B两种 如表1 2所示 计算机网络技术 1 3 传 输 介 质 2 同轴电缆 v 同轴电缆以硬铜线为芯 外包一层绝缘材料 绝缘层外由 细铜丝编织成的网状导体包裹 形成屏蔽层 屏蔽层外覆 盖一层塑料保护膜 如图1 7所示 图1 7 同轴电缆 计算机网络技术 1 3 传 输 介 质 3 光纤 v 光纤即光导纤维 是一种能传输光信号的介质 通常由非 常透明的石英玻璃构成 其结构由纤芯 包层 保护套组 成 多根光纤加上保护外壳即可组成光缆 图1 8 光纤 图1 9 光缆结构图 计算机网络技术 1 3 传 输 介 质 v 三种介质在以太

16、网中带宽和传输距离等性能的对比 计算机网络技术 1 3 传 输 介 质 1 3 2 无线传输介质 v 无线传输介质不需要架设或铺埋缆线 因而在计算机网络 中占据了重要地位 电磁波的频谱及其应用领率 图1 10 电磁波的频谱及应用领域 计算机网络技术 1 4 网络拓扑结构 v 计算机网络拓扑结构是指用网络中的结点和链路的几何关 系所表示的网络结构 计算机网络的拓扑结构主要总线型 星型 环型 树型和网型 v总线拓扑是一种采用共享介质的拓扑结构 所有站点通 过硬件接口连接到总线上 采用广播式信号传输 任何一 个站点发出的信号能够被其它站点接收到 如图1 11所示 图1 11 总线型拓扑结构 计算机网络技术 1 4 网络拓扑结构 v星型拓扑结构是由一个中心结点和连接到中心结点的多 个站点组成 如图1 12所示 中心结点在网络中起到控制 和交换作用 也是网络中的瓶颈 星型拓扑结构是目前主 流的网络拓扑结构 大量用于局域网组网和综合布线工程 中心结点一般是由各种不同档次的交换机承担 图1 12 星型拓扑结构 计算机网络技术 1 4 网络拓扑结构 v环型拓扑结构由一系列首尾相接的中继器组成一个闭合