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1、计算机网络工程第1章 概述1.1 计算机网络工程与信息系统集成1.1.1 计算机信息系统的结构信息系统应用软件：OA、MIS、VOD、VOIP、电子商务、远程教育、电视会议等系统管理安全管理系统平台应用服务软件：DBMS、群件、开发工具、DNS、FTP、WWW、E-mail等传输平台系统软件：OS、TCP/IP协议栈等网络平台LAN、WAN、网络设备、Internet接入等综合布线系统、传输媒体等1.1.2 信息系统的集成基本概念n 集成：把各个独立的部分组合成具有全新功能的、高效和统一的整体的过程n 系统集成：是指在系统工程学的指导下，提出系统的解决方案，将部件或子系统综合集成，形成一个满足
2、设计要求的自治整体的过程n 信息系统的集成：提供整体解决方案、提供整套软硬件设备、提供全面服务 n 信息系统集成的对象：各部件和子系统n 系统集成的任务：应用功能的集成、支撑系统的集成、技术集成、产品集成q 应用功能的集成n 将用户的实际需求和应用功能在同一系统中实现n 在系统需求分析、系统设计、应用软件开发等阶段完成n 通过应用软件和支撑环境来实现q 支撑系统的集成n 为实现用户的应用需求和功能而必须建立的支撑环境的集成举例：远程查询服务 解决远程访问的通信手段，建立供查询使用的查询信息库和相应的服务器 系统应建立三个支持系统：网络平台、数据库平台和服务器平台，三个平台共同组成了远程查询服务
3、的支撑平台n 支撑环境两大部分： 直接为应用软件的开发提供开发工具和环境的软件开发平台 用于实现数据处理、数据传输和数据存储，即由以下平台共同构建的基础支撑平台服务器平台、网络平台、数据库平台q 技术集成n 技术之间的集成是基础，是系统集成的核心 局域网技术、广域网技术 数据通信技术、多媒体通信技术 10Mbps、100Mbps、1Gbps以太网技术 交换以太网技术、ATM技术 C/S为主的结构和B/S访问方式 Unix、Linux、Windows等q 产品集成n 系统集成最终、最直接的体现形式n 把不同类型、不同厂商，能实现不同应用目的的计算机设备和软件依照设计要求有机地组合在一起n 建立在
4、上述三个层次集成的调查、设计的基础上；对所集成的设备或产品有深入、透彻的了解n 掌握各种厂商的产品的特点和能力，增强系统集成能力1.1.3 计算机网络工程的特点n 计算机网络工程q 使用系统集成的方法，根据建设目标和设计原则将计算机网络的技术、功能、子系统集成在一起，为信息系统构建网络平台、传输平台和提供基本的网络应用服务 q 网络工程是信息系统集成的一部分、基础，网络的集成技术是网络工程的核心技术q 计算机网络的建设涉及网络的需求分析、设计、施工、测试、维护和管理等方面q 网络设计是网络建设能否成功的关键q 计算机网络的子系统n 网络结构、网络设备、网络服务器、网络工作站、综合布线、网络操作
5、系统、网络数据库q 设计目标指出网络系统需要达到的功能和性能n 网络能提供的服务以及服务形式n 网络的规模、站点数、覆盖范围等n 指出网络应采用的体系结构和协议栈，如TCP/IP模型等n 指定网络的正常运转要求，应达到的速度和处理的数据量等n 工程的近期目标和远期目标1.2 计算机网络体系结构n 计算机网络q 计算机网络是由多立的计算机和各类终端通过传输媒体连接起来相互交换数据信息的复杂系统，相互通信的计算机系统必须高度协调地工作n 计算机网络体系结构q 从整体角度抽象定义计算机网络的构成及各个网络部件之间的逻辑关系和功能，给出协调工作的方法和计算机必须遵守的规则1.2.1 网络的体系结构和协
6、议n 结构化方式设计：分层q 层次，每一层次在逻辑上相互独立，且都具有特定的功能q 每一层的目的是向上一层提供一定的服务q 不同网络体系结构中层的数量、名字、功能均有所不同n 实体（Entity）：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程n 协议：控制两个对等实体进行通信的规则的集合（同层次间的通信）q 协议三要素：语法、语义、定时关系n 接口：相邻层次的通信1.2.2 OSI参考模型n ISO：国际标准化组织n OSI/RM：开放系统互连参考模型n 开放：所谓开放就是指遵循OSI标准后，一个系统就可以和其它也遵循该标准的系统进行通信n OSI的七层网络系统结构1.2.3 TCP/IP模型n OS
7、I参考模型与TCP/IP模型之比较n 网络接口层（Network Access）q 严格来说只是一个接口而不是一个层次q TCP/IP在设计时考虑到要与具体的网络无关q TCP/IP协议簇中也没有数据链路层和物理层的协议n 网际层（Internet）q 负责将报文分组从源主机发送到目的主机，实现不同网络之间的报文转发q IP协议n 传输层（Transport）q 负责在源端和目的端主机上的对等实体间建立的端到端的数据传输q TCP协议和UDP协议思考：数据链路层负责谁与谁之间的数据传输？& 相邻主机的数据传输n RFC文档q RFC: Requests For Comments，为TCP/IP
8、协议的标准文档q RFC文档下载地址：http:/www.rfc-editor.orgq Internet Draft（RFC草案）：http:/www.ietf.org/id.htmln 协议数据单元（Protocol Data Unit）q 应用层PDUq TCP段（Segment）q IP数据报（Packet）或者IP分组q 以太网帧（Frame）q 位流（Bits Stream）n 封装、分片、重组1.2.4 局域网参考模型n 局域网（LAN）q 局域网是一种局限在较小范围内（通常在1000m内）提供通信服务的网络，采用适宜于小范围内信号传送的技术，能为计算机网络应用提供基本的数据传输
9、服务q 局域网作为通信网络不涉及第三层以上的内容，底下两层也与OSI的有很大差别思考：计算机网络可以分为哪两个部分？& 通信子网和资源子网n 局域网参考模型与OSI参考模型的关系n 物理层q 用于物理连接以及按位在媒体上传输数据q 分为：描述与传输媒体有关的物理特性的较低子层、描述与传输媒体无关的物理特性的较高子层q 物理特性：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性n 数据链路层q 媒体接入控制（Medium Access Control，MAC）子层q 逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）子层n 数据链路层q MAC子层n 负责对物理媒体的使用进行控制n 主要功能
10、 将上层交下来的数据封装成帧进行发送（接收时进行相反的过程，将帧拆卸） 实现和维护MAC协议（控制使用网络媒体的时间和方法、处理帧的控制信息） 位差错的检测 寻址（MAC地址）n 数据链路层q LLC子层n 面向数据帧的传输控制层n 主要功能 建立和释放数据链路层的逻辑连接 提供与高层的接口 差错控制 给帧加上序号n 服务访问点（Service Access Point，SAP）q 局域网没有按照OSI的观点将网络的SAP设置在网络层，而是设置在LLC子层与高层的交界面上q 局域网不含网络层，不承担路由选择n IEEE 802委员会q 专门研究和制定有关局域网的各种标准q 网址：http:/i
11、eee802.orgq 最初的IEEE 802委员会共有6个分委员会，其编号分别为802.1802.6q 目前已经有22个分委员会q 当前活跃的分委员会n 802.1、802.3、802.11、802.15、802.16n 802.17容错性分组环网n 802.18 无线电调整技术指导小组n 802.19共存技术指导小组n 802.20移动宽带无线访问技术（MBWA）n 802.21 异种局域网切换n 802.22 无线区域网（WRAN ）q 当前不活跃的分委员会：802.2、802.5、802.12q 当前已经解散的分委员会：802.4、802.6、802.7、802.8、802.9、802
12、.10 、802.14n LLC PDU和MAC PDU的关系1.3 网络的拓扑结构n 网络的拓扑结构q 定义：网络中节点之间物理的或逻辑的连接方式q 物理连接与物理拓扑q 逻辑连接与逻辑拓扑q 分类：网状、星形、树形、总线型、环形第2章 以太网2.1 以太网的基本技术：媒体访问控制技术、数据帧格式、曼彻斯特编码技术2.1 .1媒体访问控制技术n 以太网采用共享媒体方式传输数据信息q 总线收发数据q 网络上的任何站点都是独立的，存在争用总线的问题q 以太网采用CSMA/CD技术解决独立站点共享总线引起的问题n CSMA协议q Carrier Sense Multiple Access，即载波侦
13、听多路访问q 数据帧以广播方式在整个总线上传输q 所有连接在总线上的站点都能收听到该数据帧q 总线状态：“空闲”和“忙”q 每个站点在使用总线发送数据帧前侦听总线，根据总线状态来决定自己发送帧的时间n CD协议q Collision Detection，冲突检测协议q 冲突：发生两个以上站点同时使用总线的现象n 一个站点已经在使用总线，其它站点再去使用总线：CSMA可以避免产生这种类型的冲突n 两个站点同时开始使用总线：CSMA无法避免此种冲突的发生，需要由CD协议来弥补q 要求数据帧发送站点在发送帧的同时要检测是否产生了冲突q 一旦发现冲突，立即停止当前数据帧的发送，并发出一个特殊的冲突信号
14、以通知总线上的其它站点发生了冲突q 冲突时间：从数据开始发送到冲突信号在总线上传输给每个站点所花的时间n 冲突时间决定了网络直径或总线长度2.2 10M以太网2.2.1、10M以太网的连接种类n 以太网的传输媒体：粗缆、细缆、非屏蔽双绞线（UTP）、屏蔽双绞线（STP）、光纤n 10M以太网媒体特性n 10Base-5以太网（粗缆总线连接方式）q 传输媒体：直径为1cm的粗同轴电缆，RG-8(50)n 10Base-5以太网（粗缆总线连接方式）q 连接部件：收发器（MAU）、AUI电缆、分接头、终端器n 10Base-5以太网（粗缆总线连接方式）q 终端器：用于对信号进行吸收，防止信号在总线的
15、端点产生反射q AUI电缆：有15条连接线，采用D型插口和插头（也称为DB-15连接器）q 以半双工方式工作q 缺点：网络的组建、安装和维护不方便，成本也较高n 10Base-2以太网（细缆总线连接方式）n 10Base-T以太网（双绞线连接方式）q 对应IEEE 802.3i标准q 传输媒体：双绞线n 根据电气性能指标分为6种类型，最为常用的是5类线n 根据电缆上是否有屏蔽层分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线n 10Base-T以太网（双绞线连接方式）q 连接器：RJ-45n 标准：EIA/TIA 568A、EIA/TIA 568B、AT&T等n EIA/TIA 568Bn 实际通信时通常只使
