《计算机网络及应用》电子教案 第一章

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1、第1章 计算机网络概述,本章学习目标,本章对计算机网络进行了简要的介绍，通过本章的学习，读者应掌握以下基本内容：,计算机网络的概念、功能与分类 计算机网络可提供的服务主要有哪些方面 认识计算机网络的常见拓扑结构 了解与计算机网络相关的一些基本通信常识,第一讲 计算机网络的产生与发展 学习目标：（1）对计算机网络的产生和发展有所了解 （2）掌握计算机的组成 学习重点： 计算机网络的定义和组成 学习难点：计算机网络的组成,一、计算机网络的发展,1.早期的计算机网络 计算机技术与通信技术的结合是计算机网络的基础。 早期的“计算机网络”称为单计算机系统，其功能仅限于远程终端与中心主机的通信。 计算机的

2、主要任务是进行批处理。,2. 计算机网络的大发展时期 现代意义上的计算机网络是从1969年美国国防部高级研究计划局建成的ARPANET实验网开始的。 ARPANET的主要特点是： (1) 资源共享； (2) 分散控制； (3) 分组交换； (4) 采用专门的通信控制处理机； (5) 分层的网络协议。 这些特点往往被认为是现代计算机网络的一般特征。 这一时期的网络被称为第二代网络，以远程大规模互连为其主要特点。,3. 计算机网络的标准化过程,1977年国际标准化组织ISO（International Standardization Organization）规定了可以互连的计算机系统之间的通信协

3、议，遵从OSI协议的网络通信产品被称为所谓的开放系统。,4.计算机网络互联时期,二、计算机网络的定义 1.计算机网络是指把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据等资源。,2.计算机网络的组成,计算机网络由硬件和软件两部份组成： 硬件：计算机、通信设备、通信线路等 软件：通信协议、操作系统、网络管理软件以及应用软件等,(1) 数据通信 (2) 软件资源的共享。 (3) 数据资源的共享。 （4） 分布式数据处理 （5） 提高系统的可靠性处理能力,3.计算机网络的功能,三、 计算机网络的应

4、用 计算机提供的服务主要有： 1.WWW服务 WWW即World Wide Web，又称“万维网”它是互联网上集文本、声音、图像、视频等多种媒体信息于一身的信息服务系统。 2.电子邮件服务 即E-mail，以电子方式传递。只要通信双方都有电子邮件地址，便可以交互往返邮件。 3.DNS服务 DNS服务用来解析域名与IP地址之间的转换工作 4.FTP服务 文件传输协议FTP（File Transfer Protocol）把客户的请求告诉服务器，并将服务器发回的结果显示出来。 5. 数据库服务 传统的数据库分为集中式数据库和分布式数据库两种。 （1）集中式数据库 集中式数据库是以系统共享主存储器为特

5、征。 （）分布式数据库 分布式数据库主要用于网络系统，特别适合于网络管理信息系统,（1）可视图文 （）电视会议 （）VOD（Video-On-Demand）点播系统 （）网络电话和WAP手机 （）网络娱乐,7.管理服务 网络管理的服务内容很多，下面列出一些最重要的服务。 (1) 流量监测和控制。 (2) 负载平衡。 (3) 硬件诊断和失效报警。 (4) 资产管理。 (5) 许可证跟踪。 安全审计。 软件分发。 地址管理。 数据备份和数据恢复。,6. 多媒体应用 随着网络应用技术的发展，网络应用出现了一种崭新的形式，即结合多种媒体信号，进行信息交流。,第二节 计算机网络的分类 学习目标： （1）

6、 了解计算机网络的基本分类 （2） 掌握常见的网络拓扑结构 学习重点： 掌握网络的拓扑结构 学习难点： 网络的拓扑结构,一、按地理范围分类 1.局域网（Local Area Network） 特点 :(1) 采用的传输介质类型相对较少。 (2) 数据传输速率快。 (3) 传输延迟小，且误码率较低。 (4) 组网比较灵活、方便、成本较低。 2.城域网（Metropolitan Area Network 一般不超过几十公里） 特点：(1) 采用的传输介质相对要复杂。 (2) 数据传输速率次于局域网。 (3) 数据传输距离相对局域网要长，信号容易受到干扰。 (4) 组网比较复杂，成本较高。 3. 广

7、域网（Wide Area Network 即Internet） 特点：(1)传输介质复杂 (2) 数据传输速率较低 (3) 采用的技术比较复杂 (4) 是一个公共的网络，即不属于一个机构或国家。,二.按通信介质分类 1.有线网络 有线网络是指网络中的通信介质全部为有线介质的网络，常见的介质有 同轴电缆、双绞线、光缆、电话线等。 特点： (1) 技术成熟 (2) 产品较多 (3) 实施方便。 (4) 成本较低 (5) 受气候环境的影响较小。 2.无线网络 无线网络是采用无线电波、卫星、微波、红外线、激光等无线形式来 传输数据的网络，即网络中的结点之间没有线缆的连接。 优点： （1）高移动性 （2

8、）保密性强 （3）抗干扰性好 （4）架设与维护容易 （5）支持移动计算机 缺点： （1）技术发展较慢 （2）费用较高 （3）易受环境因素的影响、 （4）安装实施要求的技术高。,3. 其他分类方法 1.按使用网络的对象来分 公用网络它是为全社会所有的人提供服务的网络。 专用网络它只为拥有者提供服务，一般不向本系统以外的人提供服务。 2.按网络的连接方式来分 (1) 全连通型网络 全连通型网络是指所有结点之间的相互通信均可通过相邻的结点实现 ，可靠性最好。 (2) 交换型网络 交换型网络两个端结点之间可以通过中间结点（即转接结点）实现连 接。 （3）广播型网络。,3.按照通信子网的交换方式 按照通

9、信子网的交换方式不同，网络可分为公用电路交换网、报文交换 网、分组交换网、ATM交换网等。,三、计算机网络的拓扑结构 根据由点和线组成的几何图形抽象出的具体结构称为计算机网络的拓扑结构”。,1.星型结构 星型拓扑结构即任何两节点之间的通信都要通过中心节点进行转发，中 心节点通常是集线器。,图1-12 星型拓扑结构,特点：(1)结构简单、便于集中控制和管理 (2)网络易于扩展 (3)故障检测和隔离方便 (4)延迟时间小 (5)传输误码率低 中心节点负担重 网络脆弱 通信线路利用率较,(2)总线型结构 总线型网络是将若干个节点平等地连接到一条高速公用总线上的网络。 特点： (1) 结构简单灵活，便

10、于扩充。 (2) 可靠性高 (3) 网络节点响应速度快 (4) 易于布线，成本较低。 (5) 实时性差 物理安全性差 故障诊断困难,3 环型结构 环型结构的网络指网络中的每个节点均与下一个节点连接，最后一个节点 与第一个节点连接，构成一个闭合的环路(如图1-13)。,特点： (1) 网络结构简单 (2)路径选择的控制的到简化 (3) 扩充不方便 (4) 环上节点过多时，传输效率严重下降。 (5) 当环中某一节点出现故障时整个网络将瘫痪，查找故障点 不易。,图1-13,4 树型结构 树形结构是由星型结构演变而来的。其实质是星型结构的层次堆叠（如图1-15所示）。,特点： (1) 扩展方便。 (2

11、) 故障隔离容易。 (3) 高层节点性能要求高。,图1-15 树型拓扑结构,5 网状结构 网状结构是由星型、总线型、环型演变而来的，是前三种基本拓扑混合应用的结果。 网状结构的拓扑图如图1-16所示。,图1-16 网状拓扑示意图,第三讲 数据通信（一） 学习目标： 了解数据通信基础知识 学习重点： 数据编码 学习难点： 数据编码,一、数据通信的基本概念 1.数据通信的定义：依照一定的协议，利用数据传输技术在两个终端之间传递数据信息的一种通信方式和通信业务。 数字通信：是指自然形态的模拟信号经过数字化处理后进行传输的通信。 数据通信：是指自然形态是数字的信息的传输。 模拟信号：是指随时间连续变化

12、的信号。 数字信号：是指其值用离散状态（即所谓的“二进制信号”）表示的信号。 2.信道 信道是指信息传输的通道，即信息进行传输时所经过的一条通路。 3.基带信号与频带信号 基带信号，又称为窄带传输。是指由不同电压表示的0和1直接送到数字信道上进行传输的信号。 频带信号是指把数字信号调制后送到模拟信道上进行传输时的模拟信号。 4.宽带传输 宽带传输是指在一根线路上多路复用多个独立信号的数据传输技术。数据信息在传输链,5.通信方式 按照数据信息在传输链路上的传送方向： （1）单工通信：信号只能向一个方向传送。如广播。 （2）半双工通信：信息的传递可以是双向的。如对讲机。 （3）全双工通信：通信的双

13、方可以同时发送和接收信息。,6.数据通信的主要技术指标 (1) 波特率 波特率又称为码元速率，是指单位时间内所传送的信号“波形”的个数，单位为：波特（Baud），计算公式为： B=1/T（baud） 式中，T为波形周期。 (2) 比特率 比特率又称位速率，是指单位时间内所传送的二进制位数。单位为：位/秒（bps）。计算公式为： S=Blog2N 式中：B为波特率，N为一个波形的有效状态数。 (3) 带宽 带宽是指介质能传输的最高频率和最低频率之间的差值，带宽通常用“Hz”表示。 (4) 信道容量 信道容量指信道传送信息的最大能力。 (5) 误码率 误码率是指二进制数字信号在传送过程中被传错的概

14、率。计算公式为： Pe=传错的比特数/传送的总比特数 信道延迟 信道延迟是指信号在信道中传播时，从信源端到信宿端的时间差。,二、 数据编码技术 数据编码是指二进制数字信息在传输过程中所采用的编码方式，即如 何表示0，如何表示1。 1.基带传输中的数据编码 (1) 归零码（Return to Zero） 一个码元中，正电平到零电平的转换边表示0，而从负电平到零电平的 转换边表示1。 特点：噪声抑制特性比较好。 (2) 不归零码（Non-Return to Zero） 在不归零码中，电平在两个码元间翻转表示1，不翻转表示0。 特点：实现简单，费用低。 (3) 曼彻斯特码 高电平到低电平的转换边表示

15、0，低电平到高电平的转换边表示1。 特点：方案实现简单。 (4) 差分曼彻斯特码 不管是0还是1，码元的中间都必须进行电平的转换，区分0和1是在相 邻码元的边界，用码元开始处的跳变表示0，无跳变表示1。其主要的应用 领域为令牌环网。,2.频带传输中的数据编码 模拟信号通常由某一个频率或几个频率组成，它占用一个固有的频带，所以称为频带传输。 数据编码方式根据调制参数的不同可分为以下三种： (1) 幅移键控法（ Amplitude-Shift Keying，ASK） 所谓调幅方式就是用基带信号来控制载波的振幅变化。 (2) 频移键控法（ Frequency-Shift Keying，FSK） 调频

16、方式是用基带信号来控制载波的频率变化。 (3) 相移键控法（Phase-Shift Keying，PSK） 调相方式是用基带信号来控制载波的相位变化。,三. 数据压缩技术 所谓的数据压缩是指在保证信息原貌的前提下，减少信息的比特数的方法 其主要的应用有两个目的，一是存储的需要，二是提高传输效率的需要。 1.文本、程序的压缩 2.图形的压缩 3.图像的压缩（JPEG） 4.视频的压缩（MPEG）,四. 多路复用技术 在同一介质上，同时传输多个有限带宽信号的方法，被称为 多路复用（ Multiplexing）。 多路复用的方法主要有以下几种： 1.频分多路复用（Frequency-Division Multiplexing, FDM） 定义：频分多路复用就是发送端把被传送的各路信号的频率分 割开来，使不同的信号分配到不同的频率。 2.时分多路复用（Time-Division Multiplexing, TDM） 定义：时分多路复用是把要传输的信号从时间上进行分割，给 每个用户分配一个或几个时间片，使