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1、Return,本章内容,计算机网络概述 数据通信基础 计算机网络的组成 计算机网络体系结构和网络协议 Internet应用 计算机网络安全,重点： 计算机网络的组成 计算机网络的拓朴结构 计算机网络体系架构和TCP/IP 难点: 计算机网络体系架构和TCP/IP 重点内容要求理解 其他内容要求了解,7.1.1 计算机网络的定义 所谓计算机网络，就是利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。 网络定义包含的内容 （1）两台或两台以上的计算机相互连接起来才能构成网络。网
2、络中的各个计算机具有独立功能，既可以联网工作，也可以脱离网络独立工作。 （2）计算机之间的通信需遵循某些约定和规则，即网络协议。网络协议是计算机网络工作的基础。 （3）网络中的计算机间进行相互通信，还需要有一条通道以及必要的通信设备。通道指网络传输介质；通信设备是在计算机与通信线路之间按照一定通信协议传输数据的设备。 （4）计算机网络的主要目的是实现资源共享，使用户能够共享网络中的所有硬件、软件和数据资源。,7.1.2 计算机网络的功能,1. 数据交换和通信,计算机网络中的计算机之间或计算机与终端之间，可以快速可靠地相互传递数据、程序或文件。,2. 资源共享,充分利用计算机网络中提供的资源（包
3、括硬件、软件和数据）是计算机网络组网的目标之一。,3. 提高系统的可靠性和可用性,4. 均衡负荷，相互协作,5. 分布式网络处理,6. 提高系统性能价格比，易于扩充，便于维护,Return,7.1.3 计算机网络的分类,虽然网络类型的划分标准各种各样，但是从地理范围划分是一种大家都认可的通用网络划分标准。按这种标准可以把各种网络类型划分为局域网、城域网、广域网和互联网四种。下面简要介绍这几种计算机网络。,局域网,城域网,广域网,互联网,7.2 数据通信基础,数据通信技术是构成现代计算机网络的重要基石之一。随着计算机网络的发展，计算机技术与数据通信技术融为一体，密不可分。数据通信系统一般由数据传
4、输设备、传输控制设备和传输控制规程及通信软件组成。这里简单介绍一些有关数据通信的基本知识，以便于大家能更好的理解计算机网络。,7.2.1 数据通信的基本概念,数据通信：是指依照通信协议，路由数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息。 数据：指被传输的二进制代码。 信息：是数字、字母和符号的组合。信息的载体可以包含语音、音乐、图形图像、文字和数据等到多种媒体。信息在传递过程中通常用二进制代码表示（如ASCII码）。 信号：是数据在传输过程中的表示形式，有模拟信号和数字信号两种，在通信系统中，数据以模拟信号（波形连续变换的电信号）或数字信号（离散信号）的形式由一端传输到另一端。 模拟通信系统：指
5、传输模拟信号的系统。 数字通信系统：指传输数字信号的系统。,数字信号编码就是将二进制数字数据用两个不同的电平值 或电压极性来表示，形成矩形脉冲电信号。常用的方法有 ：,基带与宽带 所谓基带就是电信号所固有的基本频率。简单说来，基带就是将全部介质带宽分配给一个单独的信道，直接用两种不同的电压来表示数字信号0与1。当传输系统直接传输基带信号时，则称之为基带传输。 宽带是指比音频带宽更宽的频带，它包括了大部分电磁波频谱。使用这种宽频带进行信息传输的系统，称为宽带传输系统。宽带传输数据速率为0400Mbps，常用的是5100Mbps。,7.2.2 数据传输方式,并行传输 并行传输是以字符为单位一个字节
6、一个字节地传送，即在多条线路上同时传输一组比特位，如图所示。在单位时间内并行传输传送的信息量比串行传输提高了几倍，但它需要多条传输线路，传输设备的费用也就相应提高，所以并行传输适于近距离传输。,串行传输就是以比特为单位，按照字符所包含的比特位的顺序，一位接一位地传送，到达目的地后，通信接收装置将串行比特流还原成字符，如图所示。串行传输虽然速度较慢，但在发送端和接收端之间只需要一根传输线，因而造价便宜，适用于长距离传输数据。,串行传输与并行传输示意图,对于串行传输，其通信方式有单工通信、半双工通信和全双工通信三种方式。,（1）单工通信：发送端负责发出信息，接收端接收信息，信息流是单方向的且不能改
7、变，适用于一些简单的通信。如：显示器、打印机的工作过程，无线电广播等都属于此类通信方式。 （2）半双工通信：通信双方都可以发送和接收信息，但不能同时双向进行。例如双向无线电对讲设备，可以发送信息、接收信息，但必须轮流进行。 （3）全双工通信：通信双方可同时收、发信息，双向传送。 在计算机内部的数据通信通常以并行传输方式进行。用于并行传输的数据线叫做总线，总线的位数取决于并行的数据位。例如，能并行传输32位的数据线就叫做32位总线。计算机之间的通信通常使用全双工方式。,串行传输通信方式示意图,数据同步技术,（1）异步传输 异步传输是以字符为单位的数据传输。在每个发送的字符前加入一个起始位，后面插
8、入一个（或两个）停止位，以便接收设备将自己的内部时钟与发送端的计时设置同步。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。 异步传输要附加发送起止位，所以传输效率有所损失。但是由于每个字符是独立的，故可以以不同的速率发送，因而叫异步传输。 （2）同步传输 同步传输是以数据块为单位的数据传输。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止，从而实现发送端信号和接收端信号同步的目的。,数据交换技术与
9、差错控制,数据交换技术 交换是网络中实现数据传输的一种手段。数据从信源到信宿的传输过程中，采用的交换技术可分为线路交换和存储转发交换两大类。常用以下三种方法： （1）线路交换 线路交换是一种直接交换方式。在数据传输期间，发送点与接收点之间构成一条实际连接的专用物理线路。线路交换的通信过程分为线路建立、数据传输和线路释放三个阶段。在数据传输的全部时间内用户始终占用端到端的通路，数据传输速度快，但线路利用率较低。 （2）报文交换 在通信技术中，将需要传输的整块数据加上控制信息后称为报文。报文主要包括报文的正文信息，收发控制信息（包括数据地址信息）等，报文长度不固定。,（3）分组交换 分组交换也称为
10、包交换，它是现代计算机网络的技术基础。当一个主机向另一个主机发送数据时，首先将需要发送的数据划分成一个个平均大小保持不变的小组作为传送的基本单位，在每一个数据段前加上收发控制信息，就构成了一个分组。每个分组都携带一些相关的目的地址信息和分组序号（报文中不用分组序号），系统根据分组中的目的地址信息，利用网络系统中数据传输的路径算法选择路由，确定分组的下一个结点并将数据发送到所确定的结点，分组数据被一步步传下去，直至目的计算机。到了目的地的分组数据根据分组序号再被重新装配起来。,通信服务形式,（1）面向连接服务 面向连接通信服务整个过程分为建立连接、数据传输、释放连接三个阶段。它的特点是所有的数据
11、在一次连接中完成交换。我们借用日常生活中打电话的过程来说明面向连接通信服务。用户拨号过程为建立连接，电话可能拨通，也可能遇到忙音拨不通，若电话拨通则从主叫端到被叫端建立了一条物理通路，这个过程称为通信双方的握手。当电话接通后可开始通话，通话过程就是数据传输，通话结束后必须挂机。用户挂断电话的动作就是取消连接，释放这条物理通路。在面向连接通信服务中，到达目的站点的数据与发送时的顺序保持一致。这如同通话过程中按所讲的语句的先后顺序被对方听到一样。 面向连接通信服务和线路交换的许多特性很相似，因此面向连接服务在网络层中又称为虚电路服务。,（2）无连接服务 无连接通信服务是指在两个实体间进行通信时，不
12、需要事先建立好一个连接，即发送端和接收端的两个实体不需要同时处于活跃状态。当发送端的实体在发送时，它必须进入活跃状态。这时，接收端的实体不一定是活跃的。只有当接收端的实体正在进行接收时，它才必须是活跃的。 无连接服务只要在每一个发送的分组中携带完整的目的站点的地址信息，便可由分组独立地选择路由。在无连接通信时，由于每个分组独立地选择路由，所面临的网络状态和路由选择的策略不同，故不能保证所有分组按发送顺序交付给目的站点的主机。这如同一群人分乘几辆出租车要到同一目的地，行驶路径由驾驶员自行决定，可能先发车的那辆车比后启动的出租车晚到。在分组传送过程中同样存在先发送的分组晚到的现象，故在目的结点机上
13、需要根据分组号重新装配数据。 无连接服务的优点是灵活方便、迅速，但它不能防止报文的丢失、重复。,3、差错控制 差错控制的核心是差错控制编码。差错控制编码的基本思想是通过对信息序列的某种变换，使原来彼此独立、没有相关性的信息码元序列产生相关性，接收端据此来检查和纠正传输序列中的差错。差错控制编码分检错码和纠错码两种。检错码是能够自动发现错误的编码；纠错码是既能够发现错误，又能自动纠正错误的编码。 检错码采用的基本策略只是在要发送的数据块上附足够的冗余位，使接收端能知道有错误发生，但不知道什么样的差错，然后接收端发出重发请求，让发送端重发该数据块。纠错码采用的策略是在要发送的数据块上附加足够的冗余
14、信息，使接收端能够推导出所发送的字符。在大多数情况下，采用检错码加重发可获得更高的效率。常用的检错码有奇偶校验码和循环冗余校验码。,（1）奇偶校验码 奇偶校验码以字符为单位进行校验。在发送的数据后加一位校验码，该位的取值由采用的校验方法由原始数据中的1的个数奇偶性决定。例如，传输的数据为1101001，采用偶校验，附加位为0，则发送的数据为11010010；采用奇校验，附加位为1，则发送的数据为11010011。接收方只要根据校验方法即可知道接收的数据是否有错。,（2）循环冗余校验（CRC）码 CRC采用多项式方法编码，把发送的数据看作一个多项式 的系数，在发送端用收发双方预先约定的生成多项式
15、 去除 ，得到余数多项式，将余数多项式系数加到发送的数据之后发送到接收端。在接收端用同样的生成多项式 去除 接收到的数据多项式，得到计算余数多项式。若计算余数多项式与传送余数多项式相同，则表示传输无误；否则表示传输有误，由发送端重发数据，直到正确为止。,7.3 计算机网络的组成,无论什么样的网络，组成计算机网络的基本拓扑结构、硬件和网络操作系统基本是一样的。因此，下面我们将从计算机网络的拓扑结构、计算机网络的硬件组成和计算机网络操作系统等几方面介绍计算机网络的组成。,7.3.1 计算机网络的物理拓扑结构,计算机及通信设备在网络中的物理布局称为网络的拓扑结构，其中计算机及通信设备是拓扑结构中的结
16、点，而传输介质是拓扑结构中的连线，两个结点间的连线被称为链路。常见的拓扑结构有星型、总线型、环型、树型等。,（1） 星形拓扑结构,优点： 结构简单、便于集中控制和管理 网络易于扩展 故障检测和隔离方便 延迟时间小 传输误码率低 缺点： 中心节点负担重 网络脆弱 通信线路利用率较低,（2）总线型拓扑结构,优点： 结构简单灵活，便于扩充。 可靠性高 网络节点响应速度快 易于布线，成本较低 缺点： 实时性差 物理安全性差 故障诊断困难,（3）环形拓扑结构,优点： 网络结构简单 路径选择的控制简化 缺点： 扩充不方便 环上节点过多时，传输效率严重下降 当环中某一节点出现故障时整个网络将瘫痪，查找故障点困难,（4）树形拓扑结构,优点： 易于扩充 故障隔离较容易 缺点： 各个节点对根节点的依赖性太大。,（5） 混合型拓扑结构,7.3.2 计算机网络硬件组成,计算机网络是由两个或多个计算机通过特定通信模式连接起来的一组计算机，完整的计算机网络系统是由网络硬件系统和网络软件系统组成的。 组成一般计算机网络的硬件一是网络服务器；二是网络工作站；三是网络适配器，又称为网
