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第一章 计算机网络基础知识 1.1 计算机网络概论 一、 计算机网络的产生和发展 其发展经历了四个阶段： (1)以单个计算机为中心的远程连机系统，构成面向终端的计算机网络。(60 年代以前)。 (2)多个主计算机通过通信线路互连的计算机网络。 （60 年代中期） 。 (3)具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议的计算机网络。(70 年代末)。 (4)网络互联与高速网络。 （90 年代） 。 二、 定义及功能 计算机网络是指把若干台地理位置不同，且具有独立功能的计算机，通过通信设备和线路相互连接起来，以实现信 息的传输和共享。 实现三个基本功能： 计算机之间和计算机用户之间的相互通信与交往。 资源共享，包含计算机硬件资源、软件资源、数据和信息资源。 计算机之间或计算机用户之间的协同工作。 三、 网络的组成 从结构上分为两层：面向数据处理的计算机和终端，负责数据通信的通信控制处理机和通信线路。 从网络组成角度分为：资源子网和通信子网。 1、 资源子网 （1）主机 （2） 终端 （3）网络软件 2、 通信子网 （1）通信控制处理机 （2）通信线路和通信设备 四、 网络的分类 a) 跨度分： （1）局域网 （2）广域网 （3）城域网 （4）Internet b) 按使用范围分： （1）公用网 （2）专用网 c) 按通信介质分： （）有线网（）无线网 1.2 数据通信基础 一、数据通信的基本概念 数据：网络传输中的二进制码，是信息的载体。 信息：数据的内在含义和解释。 信号：指数据的电编码或电磁编码。 噪声：信号在传输过程中遇到的干扰。 信道：传送信号的通路。 信号带宽：信号传送的电磁波的频率范围。 信道带宽：信道上能够传送的信号的最大频率范围。 模拟传输和数字传输：以模拟信号的形式在信道上传送数据为模 拟传输；以数字信号的形式在信道上传送数据称为数字传输。 码元：信号传送中的基本单元。 数据包：数据段及其附加信息(如序号、地址、校验 码)一起形成的逻辑数据单位。 数据帧：数据包在实际传输过程中被分割成的更小逻 辑单位。 数据传输速率：单位时间内传送的二进制数据位数。(BPS) 传输效率：原始数据量占整个传送数据的比率。 信道容量：物理信道能够传输信息的最大能力。决定因素：信道带宽、可用时间、传输速率、信道质量等。 二、信道 1、通信线路的连接方式 （1）点点连接方式 （2）多点连接方式 2、并行传输和串行传输 3、信道的通信方式 单工：数据单向传输（无线电广播）。 半双工：数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输（对讲机）。 全双工：数据可同时双向传输（电话）。 三、 数字信号的转输方式 基带： 数字信号是一连串矩形电脉冲信号，在其频普中从零频开始到能量集中的一段频率范围称为基本频带。 基带传输： 在线路上直接传输数字基带信号。基带传输中，发送端的数据需要用编码器对数字信号进行编码来表示数据，接收端由译 码器进行解码，恢复发送端的数据。 频带传输：调制成模拟信号后再传送，接收方需要解调，需要使用调制器/解调器。 例如： 通过电话模拟信道传输，传输距离长，但信道的速率有限 备注： 了解振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK) 四、 数据传输同步方式 同步是指接收端与发送端在收发时间上必须一致(包括开始时间、位边界、重复频率等)。包括：异步方式和同步传输方式。 五、多路复用技术 在实际的计算机网络系统中，传输媒体的能力往往超过来自单一信息源的需求，为了有效地利用通信线路，希望一个信道能够同时传 输多路信号。多路复用技术就是把许多信号在单一的传输线路上用单一的传输设备进行传输的技术。采用多路复用技术把多个信号组 合在一条物理线缆上传输，在远距离传输时可大大节省线缆的安装和维护费用。 两种最常使用的多路复用技术是频分多路复用和时分多路复用。其中时分多路复用又可分为同步时分和异步时分两种。 1、 频分多路复用（FDM） 在物理信道能提供比单路原始信号宽得多的带宽的情况下，我们就可以把该物理信道的总带宽分割成若干个和传输的单路信号带宽相 同(或稍微宽一点)的子信道，每个子信道传输一路信号。这就是频分多路复用。多路的原始信号在频分复用前，首先要通过频谱搬移 把各路信号的频谱搬移到物理信道的不同频谱段上，这可以通过在频率调制时采用不同的载波来实现。将一定带宽的线路划分为若干 有较小带宽的信道， 每个信道供一个用户使用,每个信道之间留出适当的频率范围作为保护频带。 如无线电视,有线电视,每个频道都通 过一个频段发送信号。 2、时分多路复用（TDM） 若媒体能达到的位传输速率超过单一信号源所要求的数据传输率， 就可采用时分多路复用(TDM)技术， 就是将一条物理信道按时间分成 若干时间片轮流地给多个信号源使用， 每一时间片由复用的一个信号源占用， 而不象频分多路复用(FDM)那样同一时间同时发送多路信 号。同步时分多路复用是指时分方案中的时间片是分配好的，而且是固定不变的，轮流占用，而不管某个信息源是否真有信息要发送。 这样，时间片与信息源是固定对应的，或者说，各种信息源的传输定时是同步的，故称为同步 TDM。在接收端，根据时间片序号便可 判断是哪一路信息，因而便可送往相应的目的地。异步时分多路复用允许动态地分配传输媒体的时间片。这样便可大大减少时间片的 浪费。当然，实现起来要比同步 TDM 困难一些。在接收端无法根据时间片的序号来断定接收的是哪一路信息源的信息，因此，需要在 所传输的信息中带有相应的信息采用分时技术，使复用的各路信号在时间上不重叠。每一时间片由一路信号占用，各路信号按时间片 轮流利用信道。时分复用技术较为复杂，但是更有效。 六、数据交换技术和差错控制技术 1、数据交换技术：解决资源子网中的两台计算机如何通过通信子网实现数据交换的技术。 实现交换的方法主要有：线路交换、报文交换、报文分组交换。 1）、电路交换 与电话交换方式类似，交换设备在通信双方找出一条实际的物理线路的过程。 特点：数据传输前需要建立一条节点到节点的通信信道。 线路建立传输线路释放。 优缺点：呼叫建立的时间长存在呼损；建立连接后，传输延迟小，适用实时大批量连续数据传输；一旦建立连接就独占线路，信道利 用率低； 2）报文交换 两个节点无需建立专门线路，整个报文作为一个整体一起发送。 在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为存 储-转发技术。 报文交换是我国公用电报网中采用的交换方式。 3）报文分组交换 分组交换是将长的报文分成若干个较短的报文分组，以报文分组为单位进行交换。 在计算机网络中常用分组交换，偶尔用到电路交换，但绝不会使用报文交换的。 2、差错控制技术 差错：通信信道受到噪声干扰，在达到接收端时，接收信号与噪声叠加产生差错。 误码率：接收码元中被传错的码元数除以传输的二进制码元总数。 差错控制：在数据通信过程中发现、检测差错、对差错进行纠正，从而把差错控制在允许的范围内称为差错控制。 检错码：能发现错误但不能自动纠错的编码。 常用的检错码：奇偶校验码、循环冗余校验码。 1） 奇偶校验码有以下几种： 垂直奇偶校验、水平奇偶校验、垂直水平奇偶校验。可参考书本进行讲解。 2） 循环冗余校验（CRC） 1.3 引入： 计算机网络标准化组织和通信标准 简单地讲，通信双方在通信时需要遵循的一些规则和约定就是协议。协议主要由语义、语法和定时三部分组成，语义规定通信双方准 备“讲什么”，亦即确定协议元素的种类；语法规定通信双方“如何讲”， 确定数据的信息格式、信号电平等；定时则包括速度匹配 和排序等。 一、 网络标准界主要机构： 1、CCITT(国际电报电话咨询委员会)如:制定的 X.24 标准 2、ISO 国际标准化委员会 如:OSI 协议 3、IEEE(电气电子工程师协会) 如:IEEE802 标准 二、OSI 七层参考模型 网络协议通常按照层次设计的方法进行设计 每一层不必知道下面一层是如何实现的，只要知道下层通过层间接口提供的服务是什么，以及本层应向上层提供什么样的服务，就能 独立地设计。分层结构易于交流、易于理解和易于标准化，对于计算机网络这种涉及两个和更多个实体间通信的系统就更有其优越性。 1、 OSI 参考模型的结构 2、 OSI 参考模型的七层及其功能 应用层 Application 表示层 Presentation 会话层 session 处理网络应用 数据表示 主机间通信 传输层 transport 网络层 Network 数据链路层 Link 介质访问（接入） 物理层 端到端的连接 寻址和最短路径 Data Physical 二进制传输 对于局域网来说，最下面三层（物理层、数据链路层、网络层）直接做在网卡上，其余的四层则由网络操作系统来控制。 三、 IEEE 802 通信标准 局域网的标准主要是由 IEEE 802 委员会制定的。该委员会成立于 1980 年，它专门负责制定不同工业类型的网络标准，主要的几个标 准参见下表： 其它的标准参见下： 802.1: 体系结构和网络互联，以及网络管理和性能测量 802.2: 逻辑链路控制 802.3：CSMA/CD（规定了以太网的具体结构） 802.4：令牌总路线球 802.5：令牌环网 802.6：城域网 802.7：宽带技术 802.8：光纤技术 802.9：综合话音数据局域网 802.10：可互操作规程的局域网安全 802.11：无线局域网 四、 TCP/IP 通信标准 美国国防部高级研究计划局（ARPA）从 1969 年建成的 ARPANET 是首先用层次结构的通信系统之一。TCP/IP（传输控制协议/互连网协 议）规定了计算机在 Internet 上通信时所必须遵守的基本规则。 五、 备注 ARPANET：美国国防部高级研究计划局网 TCP/IP： 传输控制协议/互连网协议 CSMA/CD：载波监听多点接入技术 IEEE：电气电子工程师协会 ISO： 国际标准化组织 CCITT：国际电报电话咨询委员会 IPX： Internetwork Packet Exchange（IPX） 网间分组交换 SPX： 顺序分组交换（Sequences Packet Exchange） 六、 小结 1、 国际标准界主要机构？ 2、 OSI 模型、TCP/IP 协议 计算机局域网技术 引入： 局域网的研究始于 20 世纪 70 年代，以太网是其典型代表。决定局域网特性的主要技术有三种：传输介质、拓扑结构、介质访问控制 方法。最重要的是介质访问控制方法。 一、 局域网的定义和特性 1、 定义 局域网是一种小范围地域内的微机组网，一般由微型计算机、外部设备、网络接口卡和通信线路等硬件连接而成，并配有相应的网络 控制软件。LAN 不是纯计算机网络，从广义上讲，计算机化的电话交 换机也属于 LAN。广泛的物理拓扑结构可分为：星型、总线型、树型 和环型 2、 特性 1) 较高的数据传输速率。一般在 1-100Mbps 之间，应用最多的是 10-100Mbps。 较小的地域范围。 2) 局域网一般由某个单位所建，其所有权属于单位自己，因此 LAN 的 设计、安装、使用和操作等均不受公共网络的束缚。 3) 低误码率。误码率通常在 10-7 至 10-12。 4) 支持多种传输介质，如：粗缆、细缆、双绞线等。 5) 易于安装、组建和维护，具有较强的灵活性。 6) 站点个数有限，可从 2 个站点到上千个站点不等。 7) 可方便地共享各种外部设备、主机以及软件和数据，从一个站点可访问全网的资源。 二、 局域网的拓扑结构 网络中各个节点相互连接的方法和形式如同拓扑学中的几何图形，故称为网络拓扑结构。 1、选择拓扑结构应考虑的主要因素 费用低、灵活性、可靠性。 2、星型拓扑 星型拓扑使用一条条独立的电缆或双绞线将各节点 （计算机或其他网络设备） 连接到中央设备上， 中央设备通常是集线器 （HUB） HUB 。 从一个节点接收数据并将它们发送到指定的节点。“无源 HUB”（Passive hub）不转换信号，只简单的将信号分发到星型网络的所有 分支，每个节点负责接收数据。“有源 HUB”（Active hub）使用外部电源，并在信号发送之前进行放大和再生。有源 HUB 可以互相 连接，而无源 HUB 则不行。局域网通常使用的是有源 HUB。 1）、星型结构的优点： （1）方便服务。 （2）每个连接只接一个设备。 （3）集中控制和故障诊断。 （4）简单的访问协议。 2）、星型结构的缺点： （1）费用可观。 （2）扩展困难。 （3）依赖于中央节点。 3、总线型拓扑 1）、定义 所有网络上的计算机通过合适的硬件接口连接在总线上，也就是说，网络所有节点共享这条公用通信线路。 2）总线结构的优点： （1）电缆长度短，布线容易。 （2）可靠性高。 （3）易于扩充。 3）总线结构的缺点： （1）故障诊断困难。 （2）故障隔离困难。 4、树型拓扑 树型结构是从总线拓扑演变过来的，形状像一棵树，它有一个带分支的根，每个分支还可延伸出子分支。树型结构通常采用同轴电缆 作为传输介质，且使用宽带传输技术。 5、环形拓扑 环型结构一般使用电缆和光纤连接环路上的各节点，它所有的节点上通过环路接口分别联接到它相邻的两个节点上，从而形成的一种 首尾相接的闭环通信网络。 如图： 1）环型结构的优点： （1）电缆长度短。 （2）适用于光纤。 （3）传输时间固定。 （4）当有旁路电路时，某个节点发生故障可以自动旁路。 （5）大大简化了路径选择的控制。 2）、环型结构的缺点： （1）节点故障引起全网故障。 （2）诊断故障困难。 （3）不宜重新配置网络。 （4）拓扑结构影响访问协议。 （5）传输效率低。 第一章 计算机网络基础知识 本 章 要 点 教学内容: 1.计算机网络的发展、定义、基本功能、网络组成及分类等; 2.数据通信系统的基本概念、通信方式、传输设备、传输介质等。 3.计算机网络标准化组织和通信标准。 教学要求： 掌握：计算机网络的组成和分类及 TCP/IP 通信标准； 理解：组网用的物理信道及数据传输的基本知识、OSI 七层参考模型与 TCP/IP 的对应关系； 了解：不同物理信道对传输的影响，最新的信道通信技术。 第二章 计算机局域网技术 本 章 要 点 教学内容： 1.局域网的定义和特性； 2.局域网的拓扑结构； 3.局域网的组成元素； 4.局域网的体系结构； 5.组建局域网的基本知识； 6.局域网互联的基本知识。 教学要求： 掌握：局域网的拓扑结构和组成元素以及网络规划的基本技能； 理解：局域网的体系结构及网络接口标准、接口协议、计算机的网络连接； 了解：了解不同的网络连接方式及应用。 2.1 局域网的定义和特性 LAN 不是纯计算机网络，从广义上讲，计算机化的电话交换机也属于 LAN。 LAN 支持多对多的通信，即连在 LAN 中任何一个设备都能与网上的任何其他设备直接进行通信。 LAN 中的“设备”是广义的，它包括在传输介质上的任何设备。 LAN 地域范围是适中的，通常在 10km 之内。 LAN 是通过物理信道通信的，常用介质有同轴电缆、双绞线和光纤等。 LAN 的信道以适中的数据速率传输信息。 局域网的特点 较高的数据传输速率。一般在 1-100Mbps 之间，应用最多的是 10-100Mbps。 较小的地域范围。 局域网一般由某个单位所建，其所有权属于单位自己，因此 LAN 的设计、安装、使用和操作等均不受公共网络的束缚。 低误码率。误码率通常在 10-7 至 10-12。 支持多种传输介质，如：粗缆、细缆、双绞线等。 易于安装、组建和维护，具有较强的灵活性。 站点个数有限，可从 2 个站点到上千个站点不等。 可方便地共享各种外部设备、主机以及软件和数据，从一个站点可访问全网的资源。 2.2 局域网的拓扑结构 网络中各个节点相互连接的方法和形式为网络拓扑结构。局域网的拓扑结构通常是指局域网的通信链路（即传输介质）和工作节点， 在物理上连接在一起的布线结构，即指它的物理拓扑结构。选择拓扑结构时应考虑的主要因素：费用低、灵活性、可靠性。一、局域 网的拓扑结构 1、星型拓扑 星型拓扑使用一条条独立的电缆或双绞线将各节点（计算机或其他网络设备）连接到中央设备上，中央设备通常是集线器（HUB） HUB 从一个节点接收数据并将它们发送到指定的节点。“无源 HUB”（Passive hub）不转换信号，只简单的将信号分发到星型网络的 所有分支，每个节点负责接收数据。“有源 HUB”（Active hub）使用外部电源，并在信号发送之前进行放大和再生。有源 HUB 可以 互相连接，而无源 HUB 则不行。局域网通常使用的是有源 HUB。 星型结构的优点：（1）方便服务。 （2）每个连接只接一个设备。 （3）集中控制和故障诊断。 （4）简单的访问协议。星型结构的缺点： （1）费用可观。 （2）扩展困难。 （3）依赖于中央节点。2、总线型拓扑 所有网络上的计算机通过合适的硬件接口连接在总线上，也就是说，网络所有节点共享这条公用通信线路。线性总线上的工作站以两 个方向发送或接收数据，并且能被网络上的任何一个节点接收到。工作时，每当有计算机将信息数据传送或接收数据，所有的工作站 均可以同时收到此信息。每个工作站收到信息后都会核对该信息中的目的地址是否与本工作站的地址一样，然后决定是否接收这个信 息。 总线结构的优点： （1）电缆长度短，布线容易。 （2）可靠性高。 （3）易于扩充。 总线结构的缺点： （1）故障诊断困难。 （2）故障隔离困难。 3、树型拓扑 树型结构是从总线拓扑演变过来的，形状像一棵树，它有一个带分支的根，每个分支还可延伸出子分支。树型结构通常采用同轴电缆 作为传输介质，且使用宽带传输技术。 树型结构的优点： （1）易于扩展。 （2）故障容易隔离。 树型结构的缺点： 对根的依赖性太大。 4、环型拓扑 环型结构一般使用电缆和光纤连接环路上的各节点，它所有的节点上通过环路接口分别联接到它相邻的两个节点上，从而形成的一种 首尾相接的闭环通信网络。 环型结构的优点： （1）电缆长度短。 （2）适用于光纤。 （3）传输时间固定。 （4）当有旁路电路时，某个节点发生故障可以自动旁路。 （5）大大简化了路径选择的控制。 环型结构的缺点： （1）节点故障引起全网故障。 （2）诊断故障困难。 （3）不宜重新配置网络。 （4）拓扑结构影响访问协议。 （5）传输效率低。 2.3 局域网的组成元素 一、 局域网的组成元素 网络服务器、工作站、网络适配器 1、网络服务器 服务器是整个网络系统的核心，它为网络用户提供服务并管理整个网络，在其上运行的操作系统是网络操作系统。随着局域网络功能 的不断增强，根据服务器在网络中所承担的任务和所提供的功能不同把服务器分为：文件服务器、打印服务器和通信服务器。其中文 件服务器能将大量的磁盘存贮区划分给网络上的合法用户使用，接收客户机提出的数据处理和文件存取请求；打印服务器接收客户机 提出的打印要求，及时完成相应的打印服务；通信服务器负责局域网与局域网之间的通信连接功能。一般在局域网中最常用的是文件 服务器。在整个网络中，服务器的工作量通常是普通工作站的几倍甚至几十倍。 2、工作站 工作站又称客户机。客户机是指当一台计算机连接到局域网上时，这台计算机就成为局域网的一个客户机。客户机与服务器不同，服 务器是为网络上许多网络用户提供服务以共享它的资源，而客户机仅对操作该客户机的用户提供服务。客户机是用户和网络的接口设 备，用户通过它可以与网络交换信息，共享网络资源。客户机通过网卡、通信介质以及通信设备连接到网络服务器。例如有些被称为 无盘工作站的计算机没有它自已的磁盘驱动器，这样的客户机必须完全依赖于局域网来获得文件。客户机只是一个接入网络的设备， 它的接入和离开对网络不会产生多大的影响，它不象服务器那样一旦失效，可能会造成网络的部分功能无法使用，那么正在使用这一 功能的网络都会受到影响。现在的客户机都用具有一定处理能力的 PC（个人计算机）机来承担。 3、网络适配器 NIC（Network Interface Card）也就是俗称的网卡。网卡是构成计算机局域网络系统中最基本的、最重要的和必不可 少的连接设备，计算机主要通过网卡接入局域网络。网卡除了起到物理接口作用外，还有控制数据传送的功能，网卡一方面负责接收 网络上传过来的数据包，解包后，将数据通过主板上的总线传输给本地计算机；另一方面它将本地计算机上的数据打包后送入网络。 网卡一般插在每台工作站和文件服务器主机板的扩展糟里。另外，由于计算机内部的数据是并行数据，而一般在网上传输的是串行比 特流信息，故网卡还有串并转换功能。为防止数据在传输中出现丢失的情况，在网卡上还需要有数据缓冲器，以实现不同设备间的 缓冲。在网卡的 ROM 上固化有控制通信软件，用来实现上述功能。 2.4 局域网的体系结构 一、媒体访问控制 MAC 子层 在网络中，为了决定信息流的方向，必须使用一种标识，我们可称它为站点的名字或地址，通信过程中以此来识别谁是网络中信息的 发送者，谁是信息的接收者。IEEE802 标准为局域网中的每一个站规定了一个 48bit 的全局地址。 采用的 MAC 协议不同，各 MAC 帧的格式也有所差异，下图是 MAC 帧的一般格式。MAC 控制字段包括所有实现 MAC 所必须的控制信息， 如优先级等。 二、载波侦听多路访问（CSMA） 这种方式的最大功能是能够进行碰撞检测，但并不会中止碰撞的发生，也没有更正错误的能力。CSMA/CD 方式经常用于总线(Bus)型和 树型(Tree)拓扑结构的网络中。 把查看信道上有无数字信号传输称为载波侦听，而把同时有多个节点在侦听信道是否空闲和发送数据，称为多路访问。 载波侦听的功能是由分在各个节点上的控制器各自独立进行的，它的实现方法是通过硬件测试信道上信号的有无。事实上，由于基带 传输传送的是脉冲信号二进制的“0”或“1”，采用曼彻斯特编码时，每一位都有一个跳变，因此检测很方便 。 当节点检测到信道忙时，是继续不断地侦听还是等？通常有二种办法： （1）继续侦听下去，一直到发现信道空闲，立即发送。这种方法称为坚持型的载波侦听多路访问。 （2）延迟一个随机时间，然后再检测，不断重复上述过程，直到发现现信道空闲，发送数据。这种方法称为非坚持型的载波侦听多路 访问。 这种方式的最大功能是能够进行碰撞检测，但并不会中止碰撞的发生，也没有更正错误的能力。CSMA/CD 方式经常用于总线(Bus)型和 树型(Tree)拓扑结构的网络中。 把查看信道上有无数字信号传输称为载波侦听，而把同时有多个节点在侦听信道是否空闲和发送数据，称为多路访问。 载波侦听的功能是由分在各个节点上的控制器各自独立进行的，它的实现方法是通过硬件测试信道上信号的有无。事实上，由于基带 传输传送的是脉冲信号二进制的“0”或“1”，采用曼彻斯特编码时，每一位都有一个跳变，因此检测很方便 。 当节点检测到信道忙时，是继续不断地侦听还是等？通常有二种办法： （1）继续侦听下去，一直到发现信道空闲，立即发送。这种方法称为坚持型的载波侦听多路访问。 （2）延迟一个随机时间，然后再检测，不断重复上述过程，直到发现现信道空闲，发送数据。这种方法称为非坚持型的载波侦听多路 访问。 这种方式的最大功能是能够进行碰撞检测，但并不会中止碰撞的发生，也没有更正错误的能力。CSMA/CD 方式经常用于总线(Bus)型和 树型(Tree)拓扑结构的网络中。 CSMA 按其算法的不同存在以下三种方式： （1）非-坚持 CSMA （2）P-坚持 CSMA （3）1-坚持 CSMA CSMA/CD 方法的出现是因为 CSMA 方法有一个最主要的缺点，那就是如果两台计算机都检测出传输介质空闲的状态，就会几乎同时都开 始传送数据，于是碰撞(collision)就发生了。网络数据发生碰撞时，网络的电压会升高，此时网络的电压值大于不同时传送数据时计 算机上的电压值，因此可得知发生了碰撞。 CSMA/CD 包含两个方面的内容，即载波侦听多路访问（CSMA）和冲突检测（CD）。总线型 局域网中，当某一个节点要发送数据时，它首先要先去检测网络上的介质是否有数据正在传送，然后决定是否将数据送上网络。如果 没有任何数据在传送（即处于空闲状态），则立即抢占信道发送数据；如果信道正忙（即处于忙碌状态），则需要等待直至信道空闲 再发数据 ， 往往同时会有多个节点侦听到信道空闲并发送数据， 这就可能发生冲突。 冲突怎么办？CSMA/CD 采取一种巧妙的解决方法， 就是在发送数据的同时，进行冲突检测，一旦发现冲突，立刻停止发送，并等待冲突平息以后，再进行 CSMA/CD，直至将数据成功地 发送出去为止。CSMA/CD 又被称之为“先听后讲，边听边讲”，其具体工过程概括如下： （1）先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。 （2）如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。（3）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线 上发出一串阻塞信号（连续几个字节全 1），通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。（4）已发出信息的各站 点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。三、令牌技术 令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式，已由 IEEE802 委员会建议成为局域网控制协议标准之一，即 IEEE802.5 标 准。 在令牌环网中，令牌也叫通行证，它具有特殊的格式和标记。令牌有“忙（Busy）”和“空闲（Free）”两种状态。 具有广播特性的令牌环访问控制方式，还能使多个站点接收同一个信息帧，同时具有对发送站点自动应答的功能。 四、LLC 子层提供的服务 操作类型 1（LLC1）：不确认的无连接服务 操作类型 2（LLC2）：面向连接服务 操作类型 3（LLC3）：带确认的无连接服务 2.5 组建局域网 一、以太网的三种标准 1、粗缆以太网的规格参数和限制描述如下： （1）最大网段长度是 500m （2）工作站到收发器的最大距离是 50m （3）节点间最小距离是 2.5m （4）最大网络节点数目是 300 个 （5）每段最大节点数目是 100 个 （6）最大网段数是 5 个，最多使用 4 个中继器，其中 3 个网段可以连接节点 （7）最大网络长度是 2500m （8）干线段的每一端均需有一个 50 欧的终端电阻，其中之一必须接地。 2.10BASE2 采用细同轴电缆作为传输介质的以太网，也被称为便宜的以太网。10BASE2 是作为 10BASE5 的一种替代方案制定的。10BASE2 使用 了 RG-58 型细缆和 BNC-T 型连接器，以线性总线进行布线。收发器的功能被移植到网卡上，因此，网络更加简单，更便于使用，性 能价格比也较高。然而，却制限制了信号能够传送的最大距离。 细缆 Ethernet 的每个节点通过 BNC-T 型连接器和带有 BNC 接口的网卡联入网内。细缆以太网的规格参数和限制描述如下： （1）最大网络节点数为 90 个 （2）每个网段最多支持 30 个节点 （3）节点间最小距离是 0.5m （4）最大网络长度为 925m （5）最大网段长度为 185m （6）最大网段数是 5 个，最多使用 4 个中继器，其中 3 个网段可以连接节点。 3、10BASE-T 10BASE-T 网络采用星型结构，所以具有星型拓扑的所有优缺点。 10BASE T 规格参数如下： 拓扑结构：逻辑上的总线，物理上的星型。 介质访问控制方法：CSMA/CD 网线类型：3、4、5 类 UTP 双绞线 传输速度：10Mb/s 最大网络节点数目：1024 个 每段最小节点数目：1 个 最大网段数目：5 个，其中 3 个可以连接设备 节点间最小距离：2.5m 最大网络长度：无最大长度 最大网段长度：100m 2.5 组建局域网 一、高速局域网 一般我们将数据传输速率在 100Mb/s 以上的网络称为高速局域网。当前流行的高速局域网中的多数仍然使用共享介质方式，从网络的 基本理论上看共享介质方式的局域网不适合交互式的多媒体应用环境。 交换技术采用了各个工作站之间的并发、多连接链路，采用 ATM 技术的局域网的网络响应时间能够降至 20ms30ms。因此，适合于 交互式多媒体网络的应用场合。100BASE-T 也正向交换技术发展，交换式的快速以太网，以其组网灵活、方便、网络流通量大、网络 传输冲突少、造价低，而成为未来高速局域网的主流技术。 二、100BASE-T 快速以太网 1、100BASE-T 快速以太网对双绞线的要求 100BASE-TX 使用两对 5 类 UTP 和 STP 双绞线 100BASE-T4 使用四对 3-5 类 UTP 双绞线 100BASE-FX 使用光缆 MM（网段长度 2000m） 2、100BASE-T 快速以太网技术标准 100BASE-T 是在双绞线以太网基础上发展起来的一种快速以太网。快速以太网作为一种局域网标准，在 1995 年 7 月获得 IEEE 认证， 并被称为 IEEE802.3u 标准。该标准与 IEEE802.3(10BASE-T)的协议和数据帧结构基本相同，仅仅是速度上的升级。快速以太网仍采用 星拓扑结构，支持全双工方式，并提供 100Mb/s 的数据传输速度速率，实际数据传输速率有可能达到 200Mb/s,比传统的 FDDI 还快。 100BASE-T 快速以太网标准是对 10BASE-T 标准的扩展，它保留了 10BASE-T 在介质存取控制（MAC）层的 CSMA/CD 访问控制方 法与数据传输的帧格式。100BASE-T 技术在网络的介质访问控制层上（MAC） ，支持 100BASE-TX、100BASE-T4 和 100BASE-FX 三 种介质协议。传输介质可以为 3、4、5 类无屏蔽双绞线和光纤。这样快速以太网可以使用原来的 10BASE-T 以太网的用户在不改变网 络布线、网络管理、检测技术以及网络管理软件的情况下，顺利地向 100Mb/s 快速 以太网升级。 它与 10BASE-T 明显不同之处是：物理层所支持传输介质和信号编码方式不同。100BASE-T 采用的介质独立（无关）接口 MII(media independent interface)将 MAC 层与传输介质分开。该接口分别支持 100BASE-TX、100BASE-T4 和 100BASE FX 。 3、100BASE-T 技术特点 ? 100BASE-T 标准几乎得到所有网络厂商的支持。 ? 网卡一般可以在 10Mbps 和 100Mbps 两种模式下工作。 ? 支持 5 类非屏蔽比绞线，因而不用更换全部传输介质就可以将 10BASE-T 网络升级为 100Mbps 高速以太网。 ? 根据实际需要购置若干个交换式集线器。 ? 可采用全双工传输，提高带宽，减少碰撞。 ? 既可用于共享型环境，也可用于交换型环境。 三、几种常见的 100BASE-T 组网方案 1、共享式集线器组网 在网络中服务器要为工作站提供各种服务，所以数据传输量大、工作频繁。使用 100Mbps/10Mbps 交换器中的 100Mbps 端口连接服务 器，提高交换器至服务器之间的传输速率。这样保证了服务器的 100Mbps 传输速率的需求，而工作站与网络之间的线路传输速率仍可 保持 10Mbps，从而提高了网络传输性能，降低了工程造价。 2、利用一个或多个交换器和多个 100Mbps 共享式集线器组网 3、利用多个 100Mbps 交换器组网 如果网络上多数工作站要求传输大量信息，此时最好让每个工作站使用专用的 100Mbps 传输率。这种情况下，只需将所有的 100Mbps 共享式集线器换成 100Mbps 交换器即可。即实现多个 100Mbps 交换器级联。 四、100VG AnyLAN 高速局域网 1、性能特征 1）100VG AnyLAN 支持以太网和令牌环网两种帧格式。 2）在 MAC 子层不采用 CSMA/CD 技术，而是开发了一种按需要分配优先级存取方法 DPAM。它规定了两种优先权： ? 高级优先权请求 ? 普通优先权请求 2、端口工作模式 1）常工作模式端口：只能转发数据帧到下行目标端口，若下连为一个网站则必须置为正常工作模式。 2）监测模式端口：应转发该 HUB 收到所有帧以判断是请求帧还是数据帧，若端口连接的是网桥、交换机或路由器，则必须置为监测 模式。 3）连接电缆：可以使用 100m 3、4、5 类 UTP，也可使用 IBM 的 1、2、6、9 类 STP。 FDDI(光纤分布式数据接口)是一种高性能的光纤令牌环局域网，运行速度为 100Mbps；使用多模光纤，站间距离可达 2Km；而使用单 模光纤可使站间距离超过 20Km，FDDI 标准允许 200Km 的总的光纤路径长度和 1000 个网络站点，这相应于 500 个节点和 100Km 长 的双环光纤网。 FDDI 一般都使用多模光纤，因为在仅仅 100Mbps 的网络中使用成本高的单模光纤是不必要的。选择多模可以使用 LED(发光二极管) 而不用激光器件。FDDI 设计规范要求 2.5x1010 位中出错不能多于 1 位，许多实际 FDDI 系统的误码率都比这要好得多。如图 05-4 所 示的 FDDI 线缆由两根光纤环组成，一根顺时针方向传输，另一根反时针方向传输。如果有一根断了，另一根可作为后备投入使用。 如果两根在同一点上都断了，例如由线槽起火或其它意外事故造成，那么两个环可以接成单一的环，如图 05-4 所示，其长度约为原来 的 2 倍。每个站都配有继电器，可以用来把两个环连接成单一的环，也可以把出问题的某个站旁路掉，像 IEEE 802.5 那样，FDDI 也 可以使用线路中心的思想。 在 ATM 网络中，网络节点(交换机)交换 ATM 信元。ATM 信元结构由 53 字节组成，53 字节被分成 5 字节的头部和称为载荷的 48 字节 信息部分。这些字节在网络上一次一个字节地依次发送，从第 1 字节直到第 53 字节(见图 09-1)。由于信元的所有者不是由在数据流中 的位置来决定，所以这里拥有者的确定是通过数据单元头部的一个功能得以实现的。 称 ATM 是按需分配带宽。虽然 ATM 不能够凭空地产生带宽，但在多个用户共享带宽的情况下，它最灵活地使用可提供的带宽。 2.6 局域网互联 一、网络互联类型 （1）相同类型的局域网互联 （2）不同类型的局域网互联 （3）通过主干网将局域网互联 （4）通过广域网 WAN 将局域网互联 （5）局域网访问外部计算机系统 二、网络互联解决方案 局域网互联不仅是简单的物理链路的互联，更重要的是要使用户能访问所需的数据和各种应用。如何解决不同计算机系统、不同通信 协议之间的互联操作是网络互联的关键。 开放系统互联参考模型 OSI 的目标就是为各种应用提供一个公共的通信服务。OSI 模型可分成两部分。上半部分是处理连在网上的计 算机之间的接口控制以及其数据表示。下半部分处理网络本身，由局域网互联产品操作。 三、网络互联的硬件设备 1、互联网络中间设备 1）物理层，中继器（转发器）Repeater 2）Data link，网桥（桥接口）bridge 3）网络层，路由器（Router） 4）网桥+路由器，桥路由（brouter） 5）在网络层以上的网关（gate way） 2、中继器又叫转发器，是两个网络在物理层上的连接，用于连接具有相同物理层协议的局域网，是局域网互连的最简单的设备。 3、集线器 集线器又称集中器，也就是俗称的 HUB。集线器是一种特殊的中继器，而中继的主要作用是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网 络的传输距离。集线器是把来自不同的计算机网络设备的电缆集中配置于一体，它是多个网络电缆的中间转接设备，象树的主干一样， 集线器是各分枝的汇集点，是对网络进行集中管理的主要设备。在传统的总线型网络中如果使用了 HUB，那么这个网络就变成了混合 型网络。集线器有利于故障的检测和提高网络的可靠性。另外，集线器能自动指示有故障的工作站，并切除其与网络的通信。集线器 的可分为：独立式 HUB、叠加式 HUB、智能模块化集线器。 4、网桥 网桥一般是指用以联接两个在数据链路层以上具有相同协议的网络的软件和硬件。主要有以下几个功能： 1）不受介质访问子层中冲突域的限制而扩展网长，对于网站众多的共享 LAN 可以隔离 LAN 段，为每一个 LAN 段提供相同的带宽，提 高了网络效率。 2）具有存储、转发、过滤功能，使应当发送到另一 LAN 的信息正确转发。 3）还具备一些高级功能，如定制过滤器、强化安全选择和桥服务分级等。这些都因桥模型而异。 4路由器路由器是网络层上的连接，即不同网络与网络之间的连接。路径的选择就是路由器的主要任务。路径选择包括两种基本的活 动：一是最佳路径的判定；二是网间信息包的传送，信息包的传送一般又称为“交换”。路由算法有：点到点的协议 PPP、路由信息 协议 RIP、最短路径协议 OSPF。路由器配置方案根据应用需求和网络环境，路由器可配置成各种方案。5.网关 网关又称信关。网关实现的网络互联发生在网络层以上，它是网络层以上的互联设备的总称。网关通常由软件来实现，网关软件运行 在服务器上或一台计算机上，以实现不同体系结构网络之间或 LAN 与主机之间的连接。网关连接的是不同体系的网络结构，它只可能 针对某一特定应用而言，不可能有通用网关，所以有用于电子邮件的网关，用于远程终端仿真的网关等各种和途的网关。 中继器主要用于扩展 LAN 的距离，用中继器连接起来的网段与单一网段的网络没有什么不同。网桥主要用于连接两个寻址方杂兼容的 LAN，即同一类型的 LAN。路由器是互联网络中使用最广泛的设备。 路由器与网桥相比有以下三个优点： （1）它能根据分组类型过滤和路由。 （2）它支持在 LAN 段有多个链路的网络，当某个链路损坏时，可选择其他路由。 （3）路由器可根据网络通信的情况决定路由，当网络负载很重时，各路由器能动态选择路由。 小 结 掌握:局域网的定义、组成元素、局域网的拓扑结构和体系结构。 了解:网络互联类型、解决方案以及以太网和高速局域网的组建。 作 业 1、常 见的局域网拓扑结构有哪几种？简述它们的主要特点。 2、光纤分布式数据接口 FDDI 有哪些特点？ 3、网桥的工作原理和特点是什么，它与转发器有何异同？ 4、网络互联中常用哪些主要硬件设备？它们各有什么特点？ 第二章 小节 1、局域网（LAN）是一种小范围地域内的微机组网，一般由微型计算机、外部设备、网络接口卡和通信线路等硬件连接而成，并配有 相应的网络控制软件。局域网中的微机一般采用分散控制方式，每台微机都可独立工作。LAN 不是纯计算机网络，从广义上讲，计算 机化的电话交换机也属于 LAN。2、如果把工作站，服务器等网络单元看做“点”，而把网络中的电缆等传输介质抽象为“线”，这样 从拓扑学的观点来看计算机网络就变成了由点和线组成的几何图形，也就是网络的拓扑结构。主要可分为：总线型、星型、环型。 3、局域网的组成元素主要由网络服务器、工作站、网络适配器三部分组成。 4、局域网的体系结构只有物理层和数据链路层。数据链路层分为媒体接入层或媒体访问控制层 MAC 子层和逻辑链路控制 LLC 层。 5、局域网组网主要包括微机局域网的实用组网技术和微机局域网的网间互连技术。 目前国内外广泛应用的局域网结构主要有：以太网（Ethernet）、高速局域网。 6、网络互联不仅是简单的物理链路的互联，更重要的是要使用户能访问所需的数据和各种应用。如何解决不同计算机系统、不同通信 协议之间的互联操作是网络互联的关键。目前有四种类型的互联设备，它们是中继器、网桥、路由器、网关，分别属于 OSI 的不同层 次。 第三章 网络中的传输介质与智能大厦 本 章 要 点 教学内容: 1.双绞线的基本知识、RJ-45 头的连接及信息模块的压接； 2.同轴电缆的基本知识、用同轴电缆组网的基本知识； 3.光缆的用途与特点及其应用； 4.智能大厦简介 5.计算机综合布线系统 6.综合布线的设计、施工与验收 教学要求： 掌握：双绞线与 RJ-45 头的连接、双绞线与信息模块的压接、布线的基本知识； 理解：HUB、SWITCH、网桥以及路由器的规划和使用； 了解：网络互连最新技术和新的网络互连设备。 3.1 双绞线 一、双绞的用途及特点 双绞线是普遍使用的一种传输介质；在许多情况下，几公里范围内的传输速率可以达到几兆 bps，由于其性能较好又价格便宜，双绞 线很有可能还要被持续使用多年。 二、双绞线的品种 1991 年，美国电子工业协会(EIA)颁布了 EIA-568 标准，即商业大楼的通信布线标准。EIA-568-A 有三种 UTP 电缆。 3 类：UTP 电缆及其端接设备的传输特性定义为 16MHZ。 4 类：UTP 电缆及其端接设备的传输特性定义为 20MHZ。 5 类：UTP 电缆及其端接设备的传输特性定义为 100MHZ。 1）3 类 UTP 电缆对应于在大多数办公楼里大量使用的话音级电缆；在有限的距离内，经过适当的设计，数据速率可以达到 16Mbps。 2）5 类是数字级电缆，现正成为新建大楼的预装设施；在一定的范围内，经过适当的设计，5 类电缆可以达到 100Mbps 速率。 3 类和 5 类 UTP 的关键差别在于单位距离上的螺旋的数目。5 类旋得较紧，一般为每英寸 3-4 转，而 3 类则一般是每英尺 3-4 转；旋得 越紧，价格越贵，但性能也好得多。 3）超类双绞线 与类双绞线结构基本相同，与普通类 UTP 相比，其衰减更小，串扰更少，同时具有更高的信噪比、更小的延时 误差，性能得到了提高。 三、用超类双绞线的综合布线系统优点： 、有坚实的网络基础，可方便转移、更新网络技术 、能够满足大多数应用要求，并且低偏差和低串扰 、被认为是为将来网络应用提供的解决方案 、充足的性能余量，给安装调节器试带来方便 屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞 线 (UTP) 以铝箔屏蔽以减少 3 类、5 类 干扰和串音 （16M、155M、1200M） 3.2 同轴电缆 一、同轴电缆的用途及特点 1、用途：同轴电缆由绕同一轴线的两个导体所组成。如图 2-4 所示，它以硬铜线为芯，外裹一层绝缘材料，这层绝缘体外面又被密集 的网状导体所环绕，网外又覆盖一个保护性塑料层。其频率特性比双绞线好，能进行高速率传输。 2、特点：同轴电缆的这种结构，使它具有比双绞线更好的抗干扰性能。它可以传输比双绞线更长的距离，连接更多的工作站。同轴电 缆的带宽取决于电缆长度，1km 的电缆可以达到 1Gb/s 至 2Gb/s 的数据传输速率。同轴电缆曾在电路系统中广泛使用，现在已大量被 光纤所代替。但是，现在同轴电缆仍被广泛地用于有线电视和某些局域网。 分类：有两种广泛使用的同轴电缆。一种是 50W 电缆，用于基带数字传输，另一种是 75W 电缆，用于宽带模拟传输。“宽带”这个词 来源于电话业，指比 4KHZ 宽的