计算机网络基础一(网络基础知识)

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1、 计算机网络基础 主讲 白秦华 E mail baiqinhua315 网络的形成与发展网络的定义网络的分类网络的拓扑结构数据通信的重要参数与技术 第1章网络基本概念 网络的形成与发展 计算机网络的产生和发展 早期的计算机应用模式 单机大 中 小型机 庞大 昂贵 资源无法共享分散的计算机构成了一个个的信息 孤岛 计算机网络产生始于1950 s 产生的原因 资源共享的需求 计算能力 外设 软件 数据 大型项目的合作 进行工程项目协作 人与人之间的信息沟通 数据通信 面向终端的计算机网络阶段多机系统的互连阶段标准化计算机网络阶段网络互连和高速网络阶段 计算机网络发展的四个阶段 20世纪50年代 第

2、一阶段 面向终端的计算机网络 特点终端 Terminal 共享主机 Host 的软硬件资源单台主机 以主机为中心 执行计算和通信任务多台终端 终端无处理能力 执行用户交互连接方式 本地或远程代表1963年IBM公司投入使用的飞机订票系统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 第一阶段 面向终端的计算机网络 第二阶段 多机互连的初级计算机网络 通信子网 资源子网 主机 主机 主机 主机 终端 终端 终端 终端 终端 终端 终端 终端 CCP CCP CCP CCP CCP CCP 20世纪60年代后期 第二阶段 多机互连的初级计算机网络 资源子网 组成 主机 终

3、端 及其它软 硬件资源组成 功能 负责全网的数据处理业务 向网络用户提供各种网络资源与网络服务 第二阶段 多机互连的初级计算机网络 通信子网 分组交换网组成 通信控制处理机 CCP 通信线路 功能 完成网络数据传输 转发等通信处理任务 特点 分组交换分层次的网络体系较为完善的通信协议代表 1969年美国的ARPA网计算机网络的 春秋战国 时代第二代计算机网络是计算机网络的初级阶段 第二阶段 多机互连的初级计算机网络 第三阶段 开放的标准化计算机网络 20世纪70年代中期以ISO提出的OSI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 第四阶段 全球化互联网

4、20世纪80年代末相继出现了快速以太网 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 特点 高速 宽带 化业务综合化代表 Internet 现代网络的结构 网络的定义 什么是计算机网络 地理位置分散具有独立功能通过通信设备和线路连接遵守通信协议配有相应的网络软件实现信息传输和资源共享 大名鼎鼎的Internet互联网络 Lan 计算机网络三要素 自治计算机 AutonomousComputer连网 脱网均可独立工作 计算机网络三要素 计算机网络协议 为计算机网络数据交换而制定的 规则 约定 标

5、准 协议要统一 IPX SPX协议栈 AppleTalk协议栈 TCP IP协议栈 TCP IP协议 不通 TCP IP协议 IPX SPX协议 通 苹果机 PC机 计算机网络三要素 资源共享 是建网的主要目的 资源主要是指 硬件软件数据 计算机网络的分类 计算机网络的分类 根据传输技术分类根据网络使用范围分类根据网络的覆盖范围与规模分类 按传输技术分类 广播式网络 BroadcastNetworks 点 点式网络 Point to PointNetworks 定义 所有计算机共享同一条通信信道特征 任一台机器发出的消息能被所有其它机器接收到代表 Ethernet TokenRing目的地址类

6、型 单点地址 Unicast 广播地址 Broadcast 组播地址 Multicast 广播式网络 定义 一条通信链路连接两台设备特征 通常 源和目的间没有直接的数据通路 而由多段链路组成 源站点发出的消息 必须经过若干中间节点的转发 才能到达目的节点由于从源到目的存在多条路径 因此路径选择是点 点网中必须要解决的重要问题 点 点式网络 公用网一般是由国家邮电或电信部门建设的通信网络 如CHINANET是中国电信经营管理的中国公用计算机互联网 它采用TCP IP协议构建 通过高速数字专线与国际INTERNET相连 专用网是指单位自建的 满足本单位业务需求的网络 专用网不向建网单位以外的人提供

7、服务 如军队 铁路 电力等系统均拥有各自系统的专用网 按使用范围分类 根据网络的覆盖范围与规模分类 局域网 LAN 广域网 WAN 城域网 MAN 局域网 LocalAreaNetwork 定义 有限范围内数据通信和资源共享的计算机网络 从协议层次的观点看 局域网包含着低两层的功能网中所连的数据通信设备是广义的 包括计算机 终端 数字电话 传真机等连网范围较小 通常局限于一个单位 一个建筑物内 局域网 LocalAreaNetwork 特点 具有高数据传输速率 10Mbit s 10Gbit s 低误码率 采用广播方式传输数据信号 早期的局域网采用 共享介质 局域网交换机的出现 使网络性能有了

8、很大的提高 产生了交换式局域网 通常归属一个单位管理 LAN常用设备 LAN的设计目标 运行在有限的地理区域允许网络设备同时访问高带宽的介质 通过局部管理控制网络的权限 提供全时的局部服务 连接物理上相邻的设备 HUB 交换机 路由器 ATM交换机 广域网 WideAreaNetwork 定义 在大范围区域内提供数据通信服务 主要用于互连局域网特点 覆盖的地理范围广 几十公里到几千公里 又叫远程网广域网的通信子网主要使用 分组交换技术 WAN分类 公用电话网 PSTN综合业务数字网 ISDN非对称数字用户线 ADSL数字数据网 DDNX 25共用分组交换网帧中继 FrameRelay异步传输模

9、式 ATM WAN常用设备 WAN的设计目标 运行在广阔的地理区域 通过低速串行链路进行访问 网络控制服从公共服务的规则 提供全时的或部分时间的连接 连接物理上分离的 遥远的 甚至全球的设备 Modem CSU DSU 路由器 广域网交换机 接入服务器 图2 2通信系统实例 PSTN网络连接 网络的拓扑结构 计算机网络拓扑结构 定义 将计算机网络中的通信结点抽象成 点 将连接这些节点的通信线路抽象成 线 进而研究 点 线 面 之间的 结构关系 常见网络拓扑结构 拓扑结构 总线型 星型 树型 环型 网状型 总线型结构 定义 以一根线缆作为传输介质 称为总线 所有站点都通过相应的硬件接口直接连接到

10、总线上 结构简单 易于扩展 共享能力强 便于广播式传输 网络响应速度快 但负荷重时则性能迅速下降 网络效率和带宽利用率低 各节点通过总线直接通信 都有权争用总线 不受某节点仲裁 总线型结构 星型结构 定义 以一台设备作为中央结点 其他外围结点都单独连接在中央结点上 各外围结点必须通过中央结点才能通信 结构简单 便于管理和维护 星型结构的网络容易扩展 升级 星型结构的网络由中心节点控制与管理 中心节点的可靠性基本上决定了整个网络的可靠性 中心节点一旦出现故障 会导致全网瘫痪 中心节点负担重 易成为信息传输的瓶颈 星型结构 环型结构 定义 由一组转发器 干线耦合器 和连接转发器的点到点链路组成一个

11、闭合环 各工作站间无主从关系 结构简单 信息流在网络中沿环单向传递 延迟固定 实时性较好 两个节点之间仅有惟一的路径 简化了路径选择 可靠性差 任何线路或节点的故障 都有可能引起全网故障 且故障检测困难 可扩充性差 环型结构 更大的网络通常兼有总线 星形和环形拓扑结构 被成为混合拓扑结构 优点 可以按照要求选择合适的网络拓扑结构实现网络扩展 服务器管理员可以通过一种或多种方法使用户访问网络 缺点 混合网络比星形 总线形或环形拓扑结构更难以设计 优化和维护 混合网络拓扑结构 数据通信的重要参数与技术 数据通信系统的质量指标 传输速率差错率时延 数据传输速率 也常称为 带宽 反映计算机 通信线路

12、以及与通信相关的设备的通信能力 它是指每秒钟能传输的二进制的位数 即bite s 也可写作 bps 数据传输速率的单位换算 1Kbps 103bps1Mbps 106bps1Gbps 109bps1Tbps 1012bps 误码率 误码率 是指数据传输系统中二进制码元被传错的概率 Pe Ne N Ne 表示被传错的二进制码元数 N 表示传输的二进制码元总数 误码率用来表示数据传输系统的传输可靠性 误码率 理解误区 误码率越低越好误码率可以为0 时延 数据从网络的一个节点传送到另一个节点所需的时间 时延处理时延 对数据进行处理和错误校验所需的时间排队时延 数据在中间结点等待转发的延迟时间发送时延

13、 数据位数 信道带宽 多路复用技术 频分多路复用时分多路复用 频分多路复用 当介质的有效带宽超过被传输的信号带宽时 可以把多个信号调制在不同的载波频率上 从而在同一介质上实现同时传送多路信号 即将信道的可用频带 带宽 按频率分割多路信号的方法划分为若干互不交叠的频段 每路信号占据其中一个频段 从而形成许多个子信道 在接收端用适当的滤波器将多路信号分开 分别进行解调和终端处理 这种技术称为频分多路复用 FDM FrequencyDivisionMultiplexing 频分多路复用 FDM系统的原理 它假设有6个输入源 分别输入6路信号到频分多路器FDM MUX 多路器将每路信号调制在不同的载波

14、频率上 例如f1 f2 f6 每路信号以其载波频率为中心 占用一定的带宽 此带宽范围称作一个通道 各通道之间通常用保护频带隔离 以保证各路信号的频带间不发生重叠 时分多路复用 TDM是将传输时间划分为许多个短的互不重叠的时隙 而将若干个时隙组成时分复用帧 用每个时分复用帧中某一固定序号的时隙组成一个子信道 每个子信道所占用的带宽相同 每个时分复用帧所占的时间也是相同的 即在同步TDM中 各路时隙的分配是预先确定的时间且各信号源的传输定时是同步的 对于TDM 时隙长度越短 则每个时分复用帧中所包含的时隙数就越多 所容纳的用户数也就越多 TDM子信道示意图 TDM原理 时分多路复用 单工双工 数据

15、传输方式 单工 数据单向传输 例 无线电广播 单工 双工 半双工 数据可以双向交替传输 但不能在同一时刻双向传输 例 对讲机 全双工 数据可以双向同时传输 例 电话 需要具有两条物理上独立的传输线路 或者需要具有一条物理线路上的两个信道 分别用于不同方向的信号传输 数据交换技术 电路交换分组交换 电路交换 用户在开始通信之前 先要申请建立一条从发端到收端的专用通信线路 线路交换方式的通信包括三种状态 线路建立数据传送线路拆除 一旦通路建立 保持至数据传输完毕 电路交换 电路交换的特点 数据传输时延小网络节点对用户数据没有存储 分析和处理过程 所以对用户的数据不必附加许多控制信息 数据传输效率较高电路资源被通信双方独占 电路利用率低电路的接续时间较长 而且有呼损 分组交换 是一种存储 转发交换方式 以分组为单位进行交换和传输 分组交换 数据被分成多个分组 每个分组独立选择路径 分组交换 分组交换的特点 多路复用 网络资源利用率高 适合计算机数据突发性和间歇性的特点实时性差分组信息中携带大量控制信息 传输效率较低 两种交换方式的比较 谢谢