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1、计算机应用基础与操作,Internet,一、计算机网络的定义计算机网络是由地理上分散的、具有独立功能的多个计算机系统，经通信设备和线路互相连接并配以相应的网络软件，以实现通信和资源共享系统。,第一部分Internet基本概念,模拟通信系统模型,二、计算机网络的分类计算机网络的分类是多样的，可以根据网络的用途分类，可以根据网络覆盖的地域范围分类，也可以根据网络使用的技术特性分类。,三、常用的计算机网络通信设备,计算机网卡中继器集线器网桥路由器调制解调器传输媒介,1、网卡：网络中的每个计算机（服务器和工作站）之间都是通过网卡与传输媒介连接成网的。网卡和传输媒介的选择与网络的拓扑结构、传输速率、覆盖
2、范围和可靠性等有密切关系。,2、中继器:中继器用来在网络线路中放大信号.因为随着网络线路的延长,线路上传输的信号会逐渐衰减,当网络线路超过一定长度后,只有通过中继器放大,信号才能继续传送到下一个结点.,3、集线器:集线器也是一种特殊的中继器,可以作为网络中多个结点之间的转接设备,也可以作为不同网络结构的转接设备.,5、网桥:网桥可以用来连接两个运行同类操作系统网络,扩充网络的服务范围.例如:可以通过网桥将多个网络连接到一起,形成一个大型的网络.,6、路由器:路由器的作用是根据网络在信息传递时的拥挤程度自动进行传输路径的选择.Internet是通过路由器连接起来多个网络的集合。路由器的体系结构允
3、许Internet中包含多种类型的网络。路由器是实现Internet主干网互连的关键部件。,IP数据报文的转发过程一个IP数据报从源端发送到目的地的途中，一般要经历若干个路由器，而路由器存储转发IP数据报，为每个IP报文寻找最优路径。以图6-7的网络实例来进行说明。,7、调制解调器(MODEM)(1)调制解调器定义调制解调器是一种能将数字信号调制成模拟信号，又能将模拟信号解调成数字信号的装置。(MODEM=MODulate-DEModulate)调制解调器工作原理(2)分类按照功能分为：普通Modem，用于有线电视的CableModem按照外形分为：外接式，插卡式(IDE、PCI)，PCMCI
4、A，无线按照通信线路分为：拨号(异步)，专线(同步)按照调制方式分为：调频，调相，调幅，混合调制,8、传输介质,有线传输介质：包括双绞线、同轴电缆和光纤。无线传输介质：包括无线电、微波、卫星、移动通信等各种通信介质。,有线传输介质,1）、双绞线（twistedpair)每一对双绞线由绞合在一起的相互绝缘的两根铜线组成，每根铜线的直径大约1mm。减少电磁干扰，提高传输质量。电话线就是双绞线。双绞线可以用于传输模拟传输或数字传输。计算机局域网中经常使用的双绞线有屏蔽和非屏蔽之分。,双绞线,最便宜的传输媒介,易受环境中电信号的干扰,通常用于较短距离的连接,屏蔽双绞线(STP，ShieldedTwis
5、tedPair)：抗干扰性好，性能高，用于远程中继线时，最大距离可以达到十几公里。但成本也较高，所以一直没有广泛使用。,非屏蔽双绞线(UTP，UnshieldedTwistedPair)：非屏蔽双绞线的传输距离一般为100米由于它较好的性能价格比，目前被广泛使用。非屏蔽双绞线有1、2、3、4、5五类，常用的是3类线和5类线，5类线既可支持100Mbps的快速以太网连接，又可支持到150Mbps的ATM数据传输，是连接桌面设备的首选传输介质。,2）、同轴电缆(coaxialcable),同轴电缆由同轴的内外两个导体组成，内导体是一根金属线，外导体是一根圆柱形的套管，一般是细金属线编制成的网状结构
6、，内外导体之间有绝缘层。如图。另外，同轴电缆的两端需要有终结器(用50欧姆或75欧姆的电阻连接内外导体)，中间连接需要收发器、T形头、筒形连接器等器件。,同轴电缆,比较便宜,绝缘层保护,外层绝缘层,外导体,基带同轴电缆一般用于二进制数据信号的传输，多用于计算机局域网；宽带同轴电缆主要用于高带宽数据通信，支持多路复用。基带同轴电缆又分为粗缆和细缆。粗缆多用于局域网主干，支持2500米的传输距离，可以连接数千台设备，但其价格较高；细缆多用于与用户桌面连接，级连使用可支持800米的传输距离，但一般不超过180米，可以连接数千台设备。基带同轴电缆的最大优点是抗干扰性强，而且支持多点连接。缺点是物理可靠
7、性不好，在公用机房、教学楼等人员嘈杂的地方，极易出现故障，而且一点发生故障，整段局域网都无法通信，所以基本已被非屏蔽双绞线所取代。,3）、光缆(opticalfiber),光纤即光导纤维。利用光导纤维作为光的传输介质，以光波为信号载体的光纤通信，只20/30年的历史。1960年，美MAINMAN，红宝石激光器1966年，英籍华人高锟（C。K。KAO）博士提出，Sio2石英玻璃制成光纤，低消耗1970年，美国康宁公司制出了损耗为20分贝的光纤。,光纤,昂贵的传输媒介不受电信号的干扰使用于长距离、高速率的信号传输,、光纤通信的原理见图，入射角逐渐增大，12是折射角，当入光纤通信的原理，是基于光线由
8、光密介质进入光疏介质时，在入射角足够大的情况下会发生全反射的特性射角达到3时，发生全反射，即光波能量几乎全部反射，这样才可以达到长距离高速传输的目的。,光纤通信的原理,室外光缆和室内光纤,光纤传输介质有室外光缆和室内光纤之分,室外光缆，主要用于室外环境可以架空或走地下管道。由于室外光缆所处环境比较恶劣，需要防水、防晒、防压、防化学侵蚀等，所以需要有很好保护，其结构如图所示。,室内光纤，主要用于室内，单根光纤加上稍许保护材料。光波在纤芯上传播。纤芯是一种直径50到100微米的柔软的光导介质，成分主要是二氧化硅。在折射率较高的纤芯外面，由折射率较低的包层包裹着，以保证在界面上光波可以发生全反射。,
9、、单模和多模两种单模光纤指光纤做得极细，接近光波波长，光信号只能与光纤轴成单个可辨角度传输。单模光纤成本较高，但性能很好，在几十公里内能以几千兆bps的速率传输数据。多模光纤的纤芯比单模的粗，光信号与光纤轴成多个可辨角度传输。多模光纤成本较低，但性能比单模光纤差一些。,无线通信介质,在计算机网络领域，无线通信介质主要是微波和卫星。1）微波通信是指用频率在100MHz到10GHz的微波信号进行通信。特点是：只能进行可视范围内的通信；大气对微波信号的吸收与散射影响较大。微波通信主要用于几公里范围内，不适合铺设有线传输介质的情况，而且只能用于点到点的通信，速率也不高，一般为几百Kbps。,2）卫星通
10、信是指利用人造卫星进行中转的通信方式。商用的通信卫星一般被发射在赤道上方3.6万公里的同步轨道上，另外也有中低轨道的小卫星通信，如Motorala公司的铱星系统。特点是：适合与很长距离的传输，如国际之间、洲际之间；传输延时较大，一般为500ms左右；费用较高。,无线电、微波、卫星、移动通信等，各种无线介质传输介质对应的电磁波谱范围如图所示。,各通信类型使用的电磁波谱范围,四、数据传输1、并行传输(parallel)与串行传输(serial)并行传输：局域网距离近，至少有8位数据同时传输，如图(a)。计算机内部的数据多是并行传输。串行传输：距离较远的情况，每次由源到目的传输的数据只有一位，如图(
11、b)。考虑成本因素，远距离通信一般采用串行传输技术。,2、数据传输方向(1)单工(Simplex)数据只能在一个方向上流动(2)半双工(Half-Duplex)在一时刻向一个方向传输,它实质上是可切换方向的单工通信。(3)全双工(Full-Duplex)通信允许数据在两个方向上同时传输它在能力上相当于两个单工通信方式的结合。单工好象是单行线，半双工就好比独木桥，全双工就是来回可对行的新干线,3、异步传输(asynchronous)数据通信的一个基本要求是接收方必须知道它所接收的每一位的开始时间和持4续时间。满足上述要求的办法有两类：异步传输和同步传输。异步传输的工作原理是：每个字节作为一个单元
12、独立传输，字节之间的传输间隔任意。为了标志字节的开始和结尾，在每个字符的开始加一位起始位，结尾加1位、1.5位或2位停止位，构成一个个的“字符”。这里的“字符”指异步传输的数据单元，不同于“字节”，一般略大于一个字节。如下图所示：,4、同步传输(synchronous)同步传输方式不是对每个字符单独进行同步，而是对一组字符组成的数据块进行同步。同步的方法不是加一位停止位，而是在数据块前面加特殊模式的位组合(如01111110)或同步字符(SYN)，并且通过位填充或字符填充技术保证数据块中的数据不会与同步字符混淆。,第二部分计算机网络结构,一、网络软件计算机网络必须有相应的网络操作系统的支持，它
13、可以管理更大范围内的资源。常用的网络操作系统有：A、WindowsNT（4.0、5.0）93年微软开发，图形界面，使用简单。B、Netware（3.12、4.11、5.0）用于局域网，字符界面，不易操作。C、UNIX开发早，安全性较高，用于银行等单位。,二、计算机网络的拓扑结构网络拓扑：网络中各个站点相互连接的方法和形式。网络拓扑结构用于讨论网络的特性。网络拓扑结构主要有：,（1）总线拓扑以太网（总线型网络的国际标准）,优点：电缆长度短，容易布线，增加节点时，便于扩充。缺点：故障诊断较为困难，一个地方出现问题会影响一大片。,（2）星型拓扑由各站点通过点到点链路,都接到中央节点上而形成的网络结构
14、。,（3）环型拓扑由一些中继器和连接中继器的点到点链路组成一个闭合环。所有的链路按同一方向传输。,中继器,传输介质,（4）树型拓扑从总线拓扑演变而来，形状象一棵倒置的树。与总线拓扑的主要区别：根结点的存在。当站点发送时，根结点接收信号，然后再重新广播发送到全树的各个结点。优点：易于扩展和故障排除。缺点：对根结点的依赖性大。,三、计算机网络的体系结构网络体系结构：对构成计算机网络的各组成部分之间的关系及所要实现的功能的一组精确定义。体系结构具有分层特征，而层次结构是描述体系结构的基本方法。层次结构的特点是：每一层都建立在前一层的基础上，低层为高层服务。最低层是只提供服务而不使用其他层服务的基本层
15、；最高层是应用层，是系统最终目标的体现。,国际标准化组织（ISO）提出的开放系统互连参考模型（OSI）已成为网络体系结构的标准。这一系统标准将所有互连的开放系统划分为功能上相对独立的七层：（1）物理层（5）会话层（2）数据链路层（6）表示层（3）网络层（7）应用层（4）传输层,协议：在计算机网络分层结构体系中，通常把每一层在通信中用到的规则与约定称为协议。计算机网络协议是计算机通信的语言。通信前：双方取得联络，协商通信参数、方式等。通信中：控制流量，进行错误的检测与恢复，保证所传输的信息准确无误。通信后：释放有关资源。,第三部分TCP/IP协议,一、TCP/IP是Internet的核心协议实现
16、互连网的协议有很多种。其中，TCP协议和IP协议是最具有代表性，也是最重要的网络协议，它们是网络体系结构的关键之一。TCP/IP是“黏合剂”，它实现了Internet的“一统天下”。事实上，TCP/IP是一个协议族，它是ARP，IP，ICMP，IGMP，UDP，TCP等100多个协议的集合。,二、TCP/IP分层作用简述1、网络接口层该层协议很多，任何可用IP数据包交换的分组传输协议均可纳入。“包容性”，“适应性”正是TCP/IP协议成功的基础。该层接收IP数据报，并通过网络发送出去；或从网上接收物理真帧，形成IP数据报，交网际网层(互连层)处理。2、互连层（网际网层）负责相邻计算机间的通信。3、传输层（TCP）根本任务是处理应用程序之间的通信问题，即端到端问题。4、应用层应用层包括了许多应用程序，如电子邮件，远程登录；严格说来，它们不属于TCP/IP。不过，TCP/IP制定了若干协议；人们可以自行开发应用。,三、TCP协议TCP协议,也称传输控制协议。它的作用是保证数据的可靠传输.,四、IP协议IP
