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1、计算机网络第一章 概述主要章节：1.1 计算机网络在信息时代中的作用1.2 计算机网络的发展过程1.3 计算机网络的分类1.4 计算机网络的主要性能指标1.5 计算机网络的体系结构1.6 应用层的客户-服务器方式重点/难点：l 计算机网络的发展阶段l 计算机网络的分类l 带宽、时延、时延带宽积和往返时延等性能指标的分析与计算l OSI、TCP/IP体系与对比1.1 计算机网络在信息时代中的作用21 世纪，具有数字化、网络化和信息化的典型特征，它是一个以网络为核心的信息时代。网络已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。发展最快的并起到
2、核心作用的是计算机网络。 1.2 计算机网络的发展过程（1）面向终端的计算机网络（2）计算机计算机的简单网络（3）开放式标准化的、易于普及应用的网络（4）高速化发展的计算机网络1.2.1分组交换的产生“交换”(switching)的含义是： 转接把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。 分配从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。 电路交换、报文交换、分组交换三者的对比与分析（重点为PPT课件的图例说明）电路交换整个报文连续从源点直达终点，好像在一个管道中传达。报文交换整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。分组交换整个
3、分组（报文的片段/部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。1.2.2 因特网时代三个阶段的发展与特点简要说明：（1）分组交换网 ARPANET （2）国家科学基金网 NSFNET（3）因特网服务提供者ISP 网络1.2.3 关于因特网的标准化工作（1）因特网协会 ISOC（2）因特网体系结构研究委员会 IAB （3）因特网研究部 IRTF （4）因特网工程部 IETF 所有因特网标准都以RFC(Request For Comments)形式发布，制订因特网的正式标准要经过四个阶段：因特网草案(Internet Draft) 在这个阶段还不是 RFC 文档。建议标准(Pro
4、posed Standard) 从这个阶段开始就成为 RFC 文档。草案标准(Draft Standard)因特网标准(Internet Standard) 1.2.4 计算机网络在我国的发展1980，铁道部进行计算机联网，实现铁路指挥和调度。1989，第一个公用分组交换网CNPAC建成。1993，中国公用分组交换网CHINAPAC建成。1994，正式介入Internet。目前，基于因特网技术、并实现互连的9个全国范围的公用计算机网络：(1) 中国公用计算机互联网 CHINANET(2) 中国教育和科研计算机网 CERNET(3) 中国科学技术网 CSTNET(4) 中国联通互联网 UNINE
5、T(5) 中国网通公用互联网 CNCNET(6) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET(7) 中国移动互联网 CMNET(8) 中国长城互联网 CGWNET（建设中）(9) 中国卫星集团互联网 CSNET（建设中） 1.3 计算机网络的分类计算机网络通过通信手段将若干个各自具有自主功能的计算机相互连接在一起，以进行信息交换、资源共享或协同工作的通信设施和计算机组成的复合系统。（1）按网络的拓扑结构进行分类（2）按网络的交换功能进行分类（3）按网络的作用范围进行分类（4）按网络的使用者进行分类 1.4 计算机网络的主要性能指标（1）“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位
6、是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s。 （2）时延（delay,latency）指一个报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传送至另一端所需的时间。总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。 提高链路带宽减小了数据的发送时延。介质确定，则电磁波在信道上的传播速率确定（3）时延带宽积和往返时延链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。 往返时延 RTT (Round-Trip Time) 表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来
7、自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。 （4）具体示例与计算见PPT课件1.5 计算机网络的体系结构1.5.1 计算机网络体系结构的形成OSI与TCP/IP的发展说明1.5.2 划分层次的必要性计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(network protocol)，简称为协议。 （1）网络协议的组成要素 语法 数据与控制信息的结构或格式 。 语义 需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。 同步 事件实现顺序的
8、详细说明。 （2）分层的优点各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。 （3）计算机体系结构定义计算机网络的体系结构(architecture)定义为计算机网络的各层及其协议的集合。1.5.3 具有五层协议的体系结构（1）OSI的七层体系结构（2）有关术语数据单元：服务数据单元SDU、协议数据单元PDU、接口数据单元IDU服务访问点服务原语面向连接服务与无连接服务（3）OSI与TCP/IP关联综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种五层协议的体系结构 。应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(n
9、etwork layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer) 基于体系的数据传输图例见PPT课件。1.5.4 OSI与TCP/IP体系结构的比较TCP/IP优势：（1）一开始就考虑到多种异构网的问题。（2）一开始就对面向连接服务和无连接服务并重。（3）较早就有较好的网络管理功能。1.6 应用层的客户-服务器方式在 TCP/IP 的应用层协议使用的是：客户-服务器方式计算机的进程(process)就是运行着的计算机程序。 为解决具体应用问题而彼此通信的进程称为“应用进程”。应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。 客户(clien
10、t)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。 客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。 客户是服务请求方，服务器是服务提供方。 第二章 物理层主要章节：2.1 物理层的基本概念2.2 数据通信的基础知识2.3 物理层下面的传输媒体2.4 模拟传输与数字传输2.5 信道复用技术2.6 同步光纤网SONET和同步数字系列SDH2.7 物理层标准举例重点/难点：l 物理层提供的特性作用，DTE/DCE的功能l 导向介质示例，特性功能或意义l 码分复用原理与分配、信息计算l EIA-232-E接口标准、传输流程2.1 物理层的基本概念物理层是最底层，是网络物理设备之间的
11、接口，目的是在通信设备DTE/DCE间提供透明的比特流传输。DTE (Data Terminal Equipment) 数据终端设备。是具有一定数据处理能力和发送、接收数据能力的设备。DCE (Data Circuit-terminating Equipment) 数据电路端接设备，在 DTE 和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接物理层提供为建立、维护、释放物理链路所需的机械、电气、功能和规程特性主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性：机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列情况、固定和锁定装置等等。电气特性：指明在接口电缆的各条
12、线上出现的电压高低范围、阻抗匹配、传输速率、距离限制等。功能特性： 指明接口上各条信号线的功能分配和确切定义。规程特性： 指明利用信号线进行比特流传输的一组操作规程，即各信号线的工作规则和先后顺序。 2.2 数据通信的基础知识（1）几个术语数据(data)运送信息的实体。信号(signal)数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)连续变化的。“数字的”(digital)取值是离散数值。调制把数字信号转换为模拟信号的过程。解调把模拟信号转换为数字信号的过程。 （2）信息交互方式单向通信（单工通信）只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。双向交替通信（半双工通信）通信的双方都可
13、以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。双向同时通信（全双工通信）通信的双方可以同时发送和接收信息。 （3）信道的最高码元传输速率（4）信道的极限信息传输速率2.3 物理层下面的传输媒体传输媒体也称传输介质/传输媒介，它是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理通路。（1）导向传输媒体（2）非导向传输媒体具体的图例见PPT课间l 双绞线双绞线也称双纽线，把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合（twist）起来。UTP(Unshielded Twisted Pair)STP(Shielded Twisted Pair)l 同轴电缆由导体铜质芯线(单股实心线或多股绞
14、合线)、绝缘层、网状编制的外导体屏蔽层及保护塑料外层组成。具有很好的抗干扰特性，被广泛应用于传输较高速率的数据。l 光缆由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体，光波通过纤芯进行传导。多模光纤单模光纤光纤通信的优点：通信容量大传输损耗小抗干扰性好体积小、重量轻2.4 模拟传输与数字传输调制解调抽样、量化、编码现在的数字传输系统均采用脉码调制 PCM (Pulse Code Modulation)体制。2.5 信道复用技术2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用（1）频分复用FDM：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。（2）时分复用TDM：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。（3）统计时分复用：STDM帧的时隙数小于复用的用户数。STDM帧不是固定地分配时隙，而是按需动态地分配。2.5.2 波分复用波分复用就是光的频分复用。2.5.3 码分复用常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。 每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片(chip)。 具体的分析与计算见PPT课件。2.6 同步光纤网SONET和同步数字系列SDH
