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1、计算机网络基础及应用,第二章数据通信与网络协议,2.1 数据通信,2.1.1 数据通信概述数据通信是指在两点或多点之间以二进制形式进行的信息交换。数据通信的过程是把字符或符号转换成编码，产生与编码相对应的信号，信号传送到目的地后被接收设备接收，按编码的规则将信号解码，再还原成相应的字符或符号。,(1) 数据传输速率：信道每秒钟能传送的二进制代码位数，也称为比特率bps（bit per second）。注: 波特率：模拟线路信号的速率，也称调制速率，以波形每秒的振荡数来衡量。其单位为baud。,（2）误码率：是衡量数据传输质量的指标。即在正常情况下传输数据的错误率。计算机网络的误码率要小于10-
2、6P= 错误的位数 / 传输的总位数,数字信号,（3）带宽(Bandwidth)：计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率，即每秒多少比特(bps)。例如，带宽是100M，即为100Mb/s。(1Mb=106b),2.1.2 数据通信分类,并行通信与串行通信 通信的基本方式可分为并行通信与串行通信两种方式。 并行通信是指数据的各个位同时进行传输的一种通信方式。 串行通信是指数据一位一位地传输的方式。,2.1.2 数据通信分类,1.串行通信与并行通信,串行方式传输率低，但只要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适合于远距离传输。,并行方式传输速度快，信息率高。但所用的电缆多，故常用在传输距离
3、较短（几米至几十米）、数据传输率较高的场合。,串行通信的类型 目前，串行通信主要有两种类型：异步通信和同步通信。 (1) 异步通信是把一个字符看作一个独立的信息单元，字符开始出现在数据流的相对时间是任意的，每一个字符中的各位以固定的时间传送。,串行通信的类型 (2) 同步通信方式所用的数据格式没有起始位、停止位，一次传送的字符个数可变。在传送前，先按照一定的格式将各种信息装配成一个包，该包包括供接收方识别用的同步字符一个或两个，其后紧跟着要传送的n个字符，再后就是二个校验字符。,异步通信,2.异步通信与同步通信,异步传输以字符为单位发送字符，在接收端必须时刻做好接收的准备（如果接收端主机的电源
4、没有加上，那么接收端就无法接收到发送端发送的字符）。 发送端可以在任意时刻开始发送字符，但必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志，即加上开始位和停止位，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。起始位的编码值为0，停止位的编码值为1。,当没有数据发送时，发送器就连续发出停止码1，接收器根据从1至0的跳变来识别一个新字符的开始。,同步通信的双方必须先建立同步，即双方的时钟要调整到同一个频率。收发双方不停地发送和接收连续的同步比特流。在每一个数据块的开始处和结束处各附加一个或多个特殊的字符或比特序列，用于标记数据块，这些组合称为帧。接收端接收到同步脉冲序列后，根据同步脉冲来确定数据的起始与终
5、止，从而实现发送端信号和接收端信号同步的目的。,同步通信,异步通信与同步通信比较 异步通信是一种很常用的通信方式。异步通信的好处是通信设备简单、便宜，但传输效率较低。 同步通信的传送速度高于异步通信的传送速度，但需要严格的保证措施，所需通信设备比较复杂。,3.串行通信的三种连接方式,单工通信（单向）单工通信只支持数据在一个方向上传输，又称为单向通信。如无线电广播和电视广播都是单工通信。,半双工通信（双向交替）半双工通信允许数据在两个方向上传输，但在同一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种可切换方向的单工通信。这种方式一般用于计算机网络的非主干线路中。,全双工通信（双向同时）全双工通
6、信允许数据同时在两个方向上传输，又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收数据。如现代电话通信提供了全双工传送。这种通信方式主要用于计算机与计算机之间的通信。,信号有两种：模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值,a) 模拟信号,b) 数字信号,2.1.3 数字信号与模拟信号,数字通信的优点 抗噪声（干扰）能力强 可以控制差错，提高了传输质量 便于用计算机进行处理 易于加密、保密性强 可以传输语音、数据、影像，通用、灵活,现代计算机网络是建立在TCP/IP协议基础之上的，在讨论计算机网络的应用、功能、设备及其作用时，往往需要计算机网络协议方面的知
7、识 。,2.2 网络传输协议,网络传输协议的概念,为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。,ISO(国际标准化组织)在1981年提出了OSIRM（Open System Interconnection Reference Model）开放系统互联参考模型。 OSI参考模型（Open System Interconnect）开放式系统互联是ISO(国际标准化组织)在1985年研究的网络互联模型。 ISO为了更好地使网络应用更为普及，就推出了OSI参考模型。其含义就是推荐所有公司使用这个规范来控制网络。这样所有公司都有相同的规范，就能互联了。,2.2.1 OSI参考模型,OSI参
8、考模型分为七个层次，各层功能如下,一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程称为封装。 封装就是在数据前面加上特定的协议头部。,发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信封中发送，还要写明用航空或挂号。,数据封装,OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元(PDU,Protocol Data Unit)，而传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称：传输层数据段（Segment） 网络层分组（数据报）（Packet）数据链路层数据帧（Frame）物理层比特（Bit）, TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署，即ARPANET的一项研究计划
9、实现若干台主机的相互通信。 1969年，美国国防部的ARPANET网正式开通，这就是早期的Internet（因特网）。 1983年ARPANET开始对网络通信要求使用TCP和IP协议。 而后ARPANET逐步变成今天的因特网，它的通信协议也逐步发展为TCP/IP协议组。 现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。,2.2.2 TCPIP协议简介,TCPIP协议的发展,TCPIP协议是一系列网络通信协议的总和，其命名源于其中最重要的两个协议，一个是TCP（Transport Control Protocol）协议，称为传输控制协议。 另一个是IP（Internet Protocol）协
10、议，称为网间互联协议。 TCPIP协议能确保不同类型的计算机及网络能够在一起工作。 通常说TCP/IP是指Internet协议组，而不仅仅是TCP和IP两个协议。,TCPIP协议的概念,TCP/IP与OSI参考模型的对应关系,1. TCPIP协议分层结构,应用层负责处理特定的应用程序细节，其支持文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用。,应用层,2. TCPIP协议的组件,传输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。,传输层提供了TCP和UDP两种传输协议：TCP是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段，必要时重新发送没有收到的
11、段。UDP是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，因此它是“不可靠”的。,传输层,网络层处理报文分组在网络中的活动，主要协议是IP。网络层的数据单元称为IP数据报。网络层主要功能是寻找一条能够把数据报送到目的地的路径。,网络层,网络接口层,通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。其主要功能是处理与电缆（或其它任何传输媒介）的物理(硬件)接口细节。,IP地是用来唯一标识互联网上计算机的逻辑地址。每台连网计算机都依靠IP地址来标识自己。网络设备根据IP地址帮你找到目的端。,2.2.3 IP地址,IP地址的特性：IP网络中每台主机都必须有一个唯一的IP地址； 因特网上的IP地
12、址具有全球唯一性；IP地址是一个逻辑地址。（与MAC地址比较)IP地址为4个字节长，每个字节为一个小于256的十进制整数，字节间用点号分隔，形如：XX.XX.XX.XX。我校www服务器的IP地址为202.204.24.37,IP地址的表示 :通常IP地址按8位二进制数（一个字节）分为4段，段与段之间用“.”隔开。为了便于应用，IP地址的每一个段用对应的十进制数表示，每个数字最大为255（28-1），最小为0 。IP地址成为每台计算机唯一的标识。如：我校www服务器的IP地址为： 202.204.24.37,IP地址划分为五类：A-E类，常用的为A、B、C类,相关规定：ABC类网络地址皆由网络
13、号和主机号组成，规定每一组（8位）都不能用全0和全1，通常全0表示本网络自身的IP地址，全1表示网络广播的IP地址。,IP地址A、B、C类的分类,IP地址的分配,为了确保IP地址在Internet网上的唯一性，IP地址统一由美国的国防数据网网络信息中心（DDN NIC）分配。对于美国以外的国家和地区，DDN NIC又授权给世界各大区的网络信息中心（如我国的CNNIC）分配。建立一个网站，必须得到合法的IP地址。,动态地址和静态地址,IP地址又可分为动态地址和静态地址两类。 对网络用户而言，每次上网时，网络都会自动地临时分配一个所谓“动态”的IP地址给你的电脑，退网时该地址被自动收回。动态地址通
14、常在一个单位的内部网中使用。,通过ISDN、ADSL、小区宽频等方式上网的计算机。,对因特网的信息提供者（ISP：Internet Server Provider ）来说，其网络地址必须是唯一的而且不变的，即所谓“静态”的IP地址。这种网络用户除了可以访问Internet上的各种资源外，还能利用Internet来发布信息，供全球用户访问。,采用拨号上网时，用户计算机中IP地址的设置,2.2.4 子网的划分与子网掩码,因特网规模的急剧增长，对IP地址的需求激增。带来的问题是：IP地址资源的严重匮乏路由表规模的急速增长解决办法：从主机号部分拿出几位作为子网号前提条件：网络规模较小且IP地址空间没有
15、全部利用。,这种在原来IP地址结构的基础上增加一级结构的方法称为子网划分。,子网的划分,因为子网号为全“0”全“1”不能使用，于是划分出23-2=6个子网。,说明：由于C类网络的IP地址中前1,2,3段表示网络，第4段表示主机，所以只能根据实际需要的子网数，将第4段的前若干位作为子网号。余下的为主机号。若用三位子网号，则每个主机最多可有6个子网。,子网掩码,子网掩码用途：计算IP地址所在的网络号和主机号可根据实际需要的虚拟子网的网络数目范围来使用选择哪个子网掩码。,子网掩码(subnet mask)又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网以
16、及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。,子网掩码,例题 ：现要IP地址为10.32.0.0，子网掩码为255.224.0.0的子网上再进行子网划分，把它划分成8个子网，求重新划分子网后的子网掩码和各子网的网络地址和广播地址。,分析：如划成8个子网： ，故：（x为在原子网掩码中借的位数，即将原子网掩码中将“1”变为“0”的位数。）该网络的子网掩码为：255.224.0.011111111 11111111 00000000 00000000 重新划分后子网掩码为：255.252.0.011111111 11111111 11100000 00000000,
