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计算机网络基础教案第一章 计算机网络基础本章主要内容1.1计算机网络的定义1.2计算机网络组成与功能1.3计算机网络的发展1.4计算机网络的分类1.5计算机网络拓扑结构1.6计算机网络传输介质1.1 计算机网络的定义 1. 定义：把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的软件和协议的管理下实现网络中资源共享系统 2. 由定义可知： (1) 计算机网络是 “ 通信技术 ” 与 “ 计算机技术 ” 的结合产物 (2) 数据交换是基础，资源交换为目的 1.2 计算机网络的组成 组成 : 通信子网，资源子网 1、通信子网 (1) 功能：完成网络的通信 数据的存储转发 具体的有：差错控制；流量控制；路由选择；网络安全；流量计费。 (2) 构成：网络结点 + 通信线路 2. 资源子网 (1) 功能：提供网络资源共享，处理数据能力 (2) 构成：主机系统 ( 硬件 + 软件 ) 1.3 计算机网络的发展 第一阶段（ 50 年代）：计算机通信网络，特征是计算机与终端互连，实现远程访问。1 具有远程通信功能的单机系统解决了多个用户共享主机资源的问题 存在问题：主机负担重，通信费用高2、具有远程通信功能的多机系统 解决了主机负担重、通信费用昂贵的问题。 主要问题：多个用户只能共享一台主机资源 第二阶段（60 年代）：计算机通信系统，特征是计算机与计算机互连 采用分组交换技术实现计算机 计算机之间的通信，使计算机网络的结构、概念都发生了变化，形成了通信子网和资源子网的网络结构 主要问题：网络对用户不是透明的 第三阶段（70年代中期80年代末期）：现代计算机网络阶段，特征是网络体系结构的形成和网络协议的标准化 在计算机通信系统的基础之上，重视网络体系结构和协议标准化的研究，建立全网统一的通信规则，用通信协议软件来实现网络内部及网络与网络之间的通信，通过网络操作系统，对网络资源进行管理，极大的简化了用户的使用，使计算机网络对用户提供透明服务 。 局域网技术出现突破性进展。网络计算的新时代 帧 中继；异步传输模式 atm；波分多路复用 wdm。1.4 计算机网络的分类 1. 按网络地理覆盖范围划分 (1) 局域网 (lan): 是由一系列用户终端和具有信息处理与交换功能的节点及节点见的传输线路组成，限制在有限的距离之内，实现各计算机间的数据通信，具有较高的网络传输速率，局域网范围一般不超过 10km ，往往局限于企事业单位内，组建局域网具有组建灵活，成本低廉，运行可靠，速度快等优点。 (2) 城域网 (man): 也称都市网，它的覆盖范围一般是一个城市，它是在局域网不断普及，网络产品增加，应用领域拓展等情况下兴起的。它是将一个城市范围的局域网互连起来，以得到更高的数据传输速 率3) 广域网 (man): 覆盖范围广阔，又称远程网。广域网覆盖的地理范围可以是一个城市，一个地区，一个省，一个国家。最大的是 internet 。广域网的传输速率低 2. 按信息传输技术划分 (1) 广播式网络 在网络中只有一个通信信道，由网络中的所有主机共享 特点：当从网络中任何一台主机发出一个短报文时，网上所有的主机都可以接受到。但通过报文中 “ 地址标识 ” ，确定目标主机，它适用于距离范围小，网络内工作站点少。(2) 点到点网络：当在一个网络中成对的主机间存在着若干对的相互联结关系时，便组成了点到点的网络 特点：当源主机想目的主机发送 “ 分组 ” 信息时，分组信息可能经由一个或多个中间节点才能到达 1.5 网络拓扑结构 1 概念： 网络拓扑结构指连接于网络中的端系统或工作站之间互连的方式；简单地说：指网络形状，网络的连通性 常见的网络拓扑结构： 总线型、星型、环型、树型、混合型、网状型 2. 常见网络结构介绍： (1) 总线型：采用一个公用通道作为传输媒体，所有站点都通过相应的硬件接口直接连接到公用信道上，这一公用信道称为总线 特点： (1) 所有站点发送的信息都通过该公用信道传播 (2) 某一时刻只允许一个站点向信道上发送数据（且数据分组中携带有目的地址） (3) 信道上的数据能被其他所有站点接收，且各站点识别分组携带的目的地址，以确定是复制，分组，还是丢弃 (2) 星型：每一个站点直接与一个公共的中心节点连接 中心节点的操作一般有两种方法： a. 中心节点以广播式方式来运作，典型的设备是集线器 (hub) b. 中心节点以交换方式来运作 典型设备是专用交换机 (pbx) (3) 环型：由站点和链路组成闭合环 特点：数据沿环路单向传输，切绕环行驶一周，回到源站点。(4) 树型型：是星型的扩展，树型网络是分层结构，具有根节点和分支节点 特点：适用于分级管理和控制系统 (5) 混合型：是将传统的总线型网络结构与星型网络结构进行有机结合。 注：混合型 ( 分布式，集散型 ) 网络结构特别使用与一个学校、企业、工厂等各个办公楼分散的情况 (5) 其他型： a. 双环型 b. 拓展星型 c. 不规则型 d. 完全网状型 e. 蜂窝型1.6 传输媒体 无线传输媒体：无线电、微波、激光、红外线、卫星等 有线传输媒体：双绞线、同轴电缆、光纤 (1) 双绞线 (1) 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，其性能较好又价格便宜。 (2) 由两根绝缘铜线绞合在一起，充当一条通信链路 通常将若干对双绞线捆成一条电缆，用保护套包裹着 (3) 双绞线可以分为两种：非屏蔽和屏蔽。非屏蔽双绞线电缆由多对双绞线和一个塑料外皮构成。非屏蔽双绞线 (utp)易受外部干扰，包括来自环境噪音与附近的双绞线；但由于其价格低廉且易于安装和使用，所以应用非常广泛。在建筑物内部，作为局域网传输介质而被普遍使用的utp电缆的最大长度一般限制在100米之内。屏蔽双绞线(stp),以铝箔屏蔽以减少干扰和串音 （4）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16mh z 。 4类：utp电缆及其端接设备的传输特性定义为20mh z 。 5类：utp电缆及其端接设备的传输特性定义为100mh z 。 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。 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。 （ 5）超5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。 (6)双绞线的质量鉴别： 有无标识、绞合紧密程度、韧性好、颜色清晰、阻然性良好、用测试仪进行测量双绞线质量参数 (2) 同轴电缆 a.结构：由内向外分别是中心实体；绝缘层；金属网屏蔽层；黑色保护套。其频率特性比双绞线好，能进行高速率传输。 b 分类： l 基带同轴电缆 一条电缆只用于一个信道， 50 w ，用于数字传输 2 宽带同轴电缆 一条电缆同时传输不同频率的多路模拟信号， 75 w ，用于模拟传输， 300450mhz ， 100km ，需要放大器 . 细缆细缆 一般以总线型结构在网络中出现。连网时，应注意以下几点：网卡要带有 bnc接口；每个用户通过bnc-t型连接器接入网络；在干线的两端必须安装50欧姆的终端电阻；如要拓宽网络范围，需使用中继器。细缆网络的每段干线长度最大为185米，每段干线最多接入30个用户，且相邻两用户之间的连线距离不能小于0.5米。可采用4个中继器连接5个网段，使网络最大距离达到925米。细缆安装较容易，而且造价较低，但因受网络布线结构的限制，其日常维护不甚方便，一旦一个用户出故障，便会影响其他用户的正常工作。 bnc桶型接头：用于连接两段细同轴电缆。 粗缆 粗缆 适用于比较大的局域网的布线，它的布线距离较长，可靠性较好，安装时采用特殊的装置，不需切断电缆，两端头装有终端器。用粗缆组网时在硬件的设置上必须注意以下几点：若要直接与网卡相连，网卡必须带有 aui接口（一种15针d型接口）；用户采用外部收发器与网络干线连接；用aui电缆连接工作站和外部收发器。粗缆局域网中每段长度可达500米，采用4个中继器连接5个网段后最大可达2500米。用粗缆组建局域网虽然各项性能较高，具有较大的传输距离，但是网络安装、维护等方面比较困难，而且造价太高，同时细缆近年来的发展较快，所以计算机局域网中一般如无特殊要求都使用细缆组网。 选则粗缆细缆的原则： 为了降低系统的造价，在保证一条混合干线段所能达到的最大长度的情况下，应尽可能使用细缆。可以用公式计算在一条混合干线段中能够使用的细缆最大长度： t=(500*m-l)/3.28 l 为干线段长度， t 为可使用的细缆最大长度 (3)光纤（又名：光导纤维、光缆）a.结构：由内向外 纤芯、包层、保护 b.光纤通信原理 c. 根据光在光纤中传输方式的不同分为：单模光纤和多模光纤 d. 光纤通信的优点：轻便；低衰减；电磁隔离 本章小结 了解 ： 计算机网络的产生、发展 掌握 ： 计算机网络定义、基本功能、计算机网络的组成、网络的常用分类；网络常见拓扑结构的特点；常用传输介质的特点与使用。 思考题： 1 、什么是计算机网络，它主要涉及哪些方面？ 2 、试述计算机网络的主要功能和应用 3 、计算机网络可从哪几个方面进行分类？ 4 、什么是资源子网？什么是通信子网？ 5 、常 见的局域网拓扑结构有哪几种？简述它们的主要特点。 6 、计算机网络常用的传输介质有哪些？ 7 、 utp 是什么传输介质？ stp 是什么？ 8 、同轴电缆分为几类？有什么特点？ 9 、光缆分几类，各有何特点？ 10 、在选择传输介质时需考虑的主要因素是什么？第二章 数据通信基础本章主要内容2.1数据、信号、信息2.2模拟(数字)信道、模拟(数字)通信2.3数据编码技术2.4数据通信的主要技术指标2.5数据的通信方式2.6同步方式2.7多路复用技术2.8数据交换技术2.9 osi模型2.1 数据、信号、信息1.数据：是信息的实体模拟数据：反映的是连续的值（如声音、视频、温度、压力等）数字数据：反映的是离散的值（如整数、ascii文本等）2.信号：是数据的电磁编码模拟信号：连续变化的电信号数字信号：离散变化的电信号3.信息：是数据的具体含义2.2 模拟(数字)信道、模拟(数字)通信1.模拟信道：传输模拟信号的信道；数字信道：传输数字信号的信道2.模拟通信：用模拟信号传输数据的通信数字通信：用数字信号传输数据的通信3.两种通信的四种情况：a.模拟数据的模拟通信b.模拟数据的数字通信c.数字数据的模拟通信d.数字信号的数字通信2.3 数据编码技术1.数字数据的模拟传输(即数字数据的模拟信号编码)(1)调制：由发送端将数字数据信号转换成模拟数据信号的过程称为“调制”(2)解调：在接收端把模拟数据信号还原为数字数据信号的过程称为“解调”(3)调制的方法：a.载波的表示：y=a(t)sin(wt+)b.由上式可知调制方法：振幅、频率、相位三种调制方法1)振幅调制(ask):a.调制原则：确定w, ,改变a表示数字信号的不同状态b.”0”：用幅度值为0的载波表示“1”：用具有一定幅度值的载波表示2)频率调制(fsk):a.调制原则：确定a, ,改变w表示数字信号的不同状态b.”0”：用频率为w的载波表示“1”：用频率为2w的载波表示3)相位调制(psk):a.调制原则：确定a, w,改变表示数字信号的不同状态b.”0”：用相位180的载波表示“1”：用相位0的载波表示2.数字数据的数字传输(即数字数据的数字信号编码)(1)不归零编码a.编码原则：用高电平表示“1”，用低电平表示“0”b.特点：编码简单，不含同步时钟，抗干扰能力弱(2)曼彻斯特编码编码原则：每比特的1/2周期处要发生跳变，由高电平跳到低电平表示“1”，由低电平跳到高电平表示“0”，(3)差分曼彻斯特编码a.编码原则：每比特的1/2周期处要发生跳变，在每比特的起始位置发生跳变表示“0”，不发生跳变表示“1”b.曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码的特点：编码复杂，内部自含同步时钟 ，抗干扰能力强3.模拟数据的数字传输(即模拟数据的数字信号编码)(1)方法：脉码调制(pcm) 设备：编码解码器(codec)(2)调制过程：a.取样 b.量化 c.编码2.4 数据通信的主要技术指标1.传输速率：单位时间内所传递的二进制代码的有效位数(1)对称比特率，单位为bps或b/s(2)公式：s=(1/t)log2nt信号脉冲重复周期n一个脉冲信号代表的有效状态数，是2的整数位。二进制n=2log2n单位脉冲能表示的比特数2.波特率(b)：对称调制速率，波形速率，码元速率（1）对于模拟信号传输过程：波特率指“调制解调器”上输出的调制信号每秒钟载波调制状态改变的次数；对于数字信号传输过程；波特率指线路上没秒钟传送的波形个数（2）公式：b=1/t（3）与传输速率的关系： s=blog2n3.误码率：指接收码元中错误码元数占传输总码元数的比例pe=接收码元中错误码元数/传输的总码元数4.信道容量：表征一个信道传输数据的能力（1）信道容量的计算：无噪声：c=2hlog2nh信道带宽 n一个脉冲信号代表的有效状态数有噪声：c=hlog2(1+s)/nh信道带宽s信号的功率n躁声功率（2）单位：bps2.5 数据的通信方式1.并行通信2.串行通信（1）单工（2）半双工方式（3）全双工方式2.6 同步方式1.同步的含义：数据在传输线上传输时,为保证发送端发送的信息能够被接收端正确无误地接收,要求发送端和接收端动作的起始时间和频率保持一致的技术称为“同步技术” 2异步方式同步技术:以字符为学位传输数据在字符的开头加1位起始位,在末尾加1到2位的终止位,有时还可加1位校验位.当线路上持续高电平变成低电平时,标志一个字符的开始.3.同步方式的同步技术:以数据块为学位传输数据.在数据块的开头一般加1到2个字节的syn(同步字符).4.两者对比:异步方式实现容易;同步方式传输效率高.2.7 多路复用技术1.多路复用技术的原因及含义(1)减少远距离通信时的线路开支(2)降低学路信号通信时的线路带宽的浪费(3)所谓的多路复用技术:是指将多路信号在单一的传输线路上同时传输 2.常用的多路复用技术:频分多路复用技术;时分多路复用技术:同步时分,异步时分.(1)频分多路复用(fdm):在物理信道能提供比单个原始信号宽的多的带宽情况下,把物理信道的总带宽划分成若干个与单个信号带宽相同(一般略宽,以防相邻频带的串扰)的频带(段),用每个频段来传输一路信号. 典型应用:无线广播,无线(有线)电视. 特点:发射编在发射之前先将原始信号,用频率调制到对应的频段,称为”频谱搬移”.各频带的带宽中预留有”保护带”以防相邻频段信号的串扰.一般用于”模拟信号”传输中. 2.时分多路复用(tdm):是以信道传输时间作为分割对象,通过为多个信道分配互不重叠的时间片来实现多路复用.同步时分复用:将一条共享传输线路上的时隙按固定,预先决定好的形式分配给设备.注:此处的”同步”并非”同步传输”,而是指时间片预先分配给固定的数据源,不管数据源是否有数据要传送,其所对应的时间片都被传输出去.(2)异步时分复用：将一条共享传输路线上的时隙动态，按需分配给设备的一种时分复用技术。注：与同步时分复用相比可克服时隙的浪费，线路的容量可以小于所连接设备数据传输速率总和。（3）典型应用实例：美国at &t的下信道上的载波就是采用脉码调制（pcm ）和时分多路复用技术（tdm）使24路采样声音信号复用一个通道。工作原理：将一条路线按时分划分为24个信道，每信道按125s的间隔采样各自的模拟信号、用128级量化的pcm脉冲编码为8位（7位为数据，1位为控制信号）。 传输速率=(24*8+1)/(125*10-6)=1.544mbps欧洲的citt标准的e，信道的载波也是采用脉码调制技术与时分多路复用技术。其帧结构：开始8位同步信号+8位信令位+30路8位数据信号=256位传输速率：256/ (125*10-6)=2.048mbps2.8 数据交换技术为降低通信线路造价，大型网络主要采用部分连接的拓扑结构。两个端节点之间的通信连接一般都要通过中间节点的转接，中间节点要在它所连接几条线路中选择一条进行接续。就像电话交换机为通话双方接续线路一样，这个过程被称为交换。实现交换的方法主要有：电路交换、报文交换、分组交换。电路交换交换设备在通信双方找出一条实际的物理线路的过程。(最早的电路交换连接是由电话接线员通过插塞建立的，现在则由计算机化的程控交换机实现。)特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。 呼叫建立连接传输挂断 优缺点：建立连接的时间长；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；无纠错机制；建立连接后，传输延迟小。 报文交换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。缺点：1）报文大小不一，造成缓冲区管理复杂。2）大报文造成存储转发的延时过长；3）出错后整个报文全部重发。2.9 osi模型2.9.1 osi/rm参考模型的提出l世界上第一个网络体系结构由ibm公司提出（74年，sna），以后其他公司也相继提出自己的网络体系结构如：digital公司的dna，美国国防部的tcp/ip等，多种网络体系结构并存，其结果是若采用ibm的结构，只能选用ibm的产品，只能与同种结构的网络互联。l为了促进计算机网络的发展，国际标准化组织iso与1977年成立了一个委员会，在现有网络的基础上，提出了不基于具体机型、操作系统或公司的网络体系结构，称为开放系统互联模型（osi参考，open system interconnection）2.9.2 osi划分层次的原则网络中各结点都有相同的层次不同结点相同层次具有相同的功能同一结点相邻层间通过接口通信每一层可以使用下层提供的服务，并向上层提供服务不同结点的同等层间通过协议来实现对等层间的通信2.9.3 osi七层模型2.9.4 osi/rm分层结构1.对等层实体间通信时信息的流动过程对等层通信的实质：对等层实体之间虚拟通信下层向上层提供服务实际通信在最底层完成在发送方数据由最高层逐渐向下层传递,到接收方数据由最低层逐渐向高层传递.协议数据单元pdusi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）2.9.5 osi各层概述物理层1、物理层的主要功能是：为数据链路层的比特流提供物理连接，对高层屏蔽掉具体传输介质的差异，保证比特流的透明传输。2、 主要内容：物理层协议主要定义硬件接口，包括接口的机械特性、电气特性、功能特性、规程特性。机械特性：定义接口插件、插座的形状、尺寸、引脚数量、排列顺序等。如：rs-232是25芯、d型，rs-499为37芯等。电气特性：定义信号的高低、脉冲宽度、阻抗匹配、传输速率、传输距离等。功能特性：归定每个引脚的功能、数据类型、控制方式等过程特性：定义通信双方的动作顺序。如：如何建立、拆除物理连接、采用全双工还是半双工通信等。数据链路层1、数据链路层的功能利用物理层提供的物理通路，在相邻节点之间建立数据链路，将要传送的数据组装成帧，加入应答、差错控制、流量控制信息，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路，为网络层提供可靠的信息传送机制2、协议的主要内容（1）链路管理：主要是发送数据前后的一些控制活动。包括：链路建立：在通信以前，通信双方要交换一些信息，确认对方已准备好。链路维护：通信过程中维持链路拆除链路：通信结束后释放链路（2）成帧与拆帧帧是数据链路层的数据单位。将数据装配成帧是为了在出现差错时，重传方便。在发送端，将网络层传来的数据分割成小的数据块，加入控制信息即为成帧。然后送物理层发送。在接收端，将收到的数据帧按相反的顺序去掉控制信息。帧有其具体格式，包括帧头、帧尾标志，差错控制方法等，不同的协议，格式不同。常用帧同步的方法：字符填充、字节记数、比特填充、编码违例法等（3）差错控制发送端在数据帧中加入检错码，接收端发现错误可采用出错重发或前向纠错的方法。检错方法有奇偶校验、循环冗余校验等。帧的格式实例：发送端在数据帧中加入检错码，接收端发现错误可采用出错重发或前向纠错的方法。检错方法有奇偶校验、循环冗余校验等。帧的格式实例：（4）流量控制当发送端发送的速度快，接收端的速度慢时，链路会堵塞，严重时数据会丢失，因此，要有调整发送端发送速度的机制。主要方法有：停止等待：发送方发送数据，接收方正确收到数据后回送响应帧ack，否则，回送否认帧nak。滑动窗口技术(连续arq协议）：允许连续发送若干帧，可以进行差错控制和流量控制。网络层1、网络层的功能：在结点之间创建逻辑链路，保证传输层传来的数据顺利通过通信子网网络层为传输层提供数据报和虚电路服务，并解决由此引起的路径选择，拥塞控制等问题，为传输层提供端到端的透明传输服务。2、主要内容（1）数据交换方式：虚电路方式与数据报方式（2）路由选择数据报方式在每个节点都要进行路由选择，虚电路方式在建立虚电路时也要进行路由选择。（3）网络拥塞控制当通信子网内传送的报文分组过多、节点接收速度太慢、线路容量不足时，都会导致网络性能变差，出现拥塞。当拥塞加剧网络吞吐量急剧下降为零。这时网络无法工作，称为网络死锁。避免拥塞的方法有：缓冲区预分配法、分组丢弃法、许可证法等（4）寻址在网络层上要进行网际互联，每个网络、主机都要有一个唯一的地址，不同的网络编址方案不同，如tcp/ip中用4组每组8位二进制数编址.如: 9传输层1、传输层功能：传输层是保证数据通过通信子网的最后措施。任何在网络层以下解决不了的问题，在传输层都要得到解决。网络层提供的服务质量好，传输层协议简单，反之传输层协议复杂2、主要内容寻址：当一个用户要和另一个用户通信时必须与该用户建立连接，这就需要寻址。传输层的一个重要功能向上层协议及用户屏蔽掉具体的网络细节，仅提供端到端的服务，反映在寻址方式上就是不再使用具体的网络地址，而是使用标识符。在传输层，发送方不需要知道接收方的具体地址，只要有一个表示符号就可以，这个标识号可以是固定的，也可以临时产生。通信双方只要有对方的标识符就可以通信，具体寻址定位由下层协议去做。与现行的通信系统做比较，网络寻址象是邮政系统，通信时必须写明省、市、街道、门牌号，一级级的送到，而传输层的寻址更象电话系统，只要知道电话号码，不需要了解他在哪。具体定位由电话局去做。传输层地址的例子如：电话号码、用户的信箱地址、某网站的域名等多路复用：将多个不同的传输复用在网络层的一条虚电路上。流量控制与差错控制：与数据链路层类似，区别在于数据链路层节点之间的线路较少，而主机之间可以有多条连接。点到点与端到端点到点通信是指相邻的两个结点之间的通信l端到端通信是两个通信实体（或主机）之间的通信会话层1、会话层的任务会话层的任务就是利用传输层提供的无差错的连接具体实施会话，协调、组织、管理通信双方的会话过程。2、协议内容包括会话双方资格的认证对话方向的交替管理故障点的定位及恢复会话等。表示层1、主要功能表示层的功能是处理两个通信系统中的交换信息的表示方式，将数据转换成公共的安全的便于传输的格式。2、协议内容包括数据格式的变换数据的加密解密数据压缩与解压缩等。应用层1、主要功能：为用户访问网络提供手段，为用户应用程序提供接口2、协议内容包括电子邮件、文件传输、虚拟终端等。本章小结了解：计算机网络的定义与发展。理解：数据通信的基本知识；osi七层参考模型掌握：计算机网络的组成与分类；计算机网络基本拓扑结构；各种有线传输介质的正确使用。第三章 网络协议：tcp/ip协议本章主要内容3.1tcp/ip协议的体系结构3.2网间网层的ip子协议3.3网间网层其他协议3.4传输层:tcp协议、udp协议3.5应用层协议3.6 tcp/ip网络工具3.1 tcp/ip的体系结构网络接口层：是tcp/ip提供与各种物理网络的接口（具体协议由各物理网络提供)3.2网间网层的-ip协议ip协议（internet protocol）:是核心协议，具有对ip地址的管理功能；子网划分；为数据包路由选择等功能。ip地址有固定的格式：32位二进制数，分成4段（每段8位），中间用“.”分隔，常用4个十进制数表示。如：3.2.1网间网层的-ip协议 ip地址管理接入internet的每台主机必需有一个ip地址。主机获取ip地址方式：1)静态分配：手工设置（步骤）2)动态分配：要借助dhcp服务（原理）ip地址的分类：第一字节范围 用 殊a类 1-126 可供用户分配b类 128-191 可供用户分配c类 192-223 可供用户分配d类 224-239 有特殊之用，不可供用户自由分配e类 240-254 有特殊之用，不可供用户自由分配ip 地址由 “ 网络号 ” + “ 主机号 ” 组成 网络号：用于表示该机所在的网络标识主机号：用于表示该机在该网络中区别其他主机的标识应用原则：网络号相同的主机，处于同一网段中；同一网段中，不允许有主机号相同的主机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：(1)ip地址资源的严重匮乏(2)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。前提：网络规模较小，ip地址空间没有全部利用。例如：三个lan，主机数为30，60，80，均少于c类地址允许的主机数。为这三个lan申请3个c类ip地址显然有点浪费子网掩码（subnet mask）子网划分后，如何识别不同的子网？解决：采用子网掩码来分离网络号和主机号。子网掩码格式：32比特，网络号(包括子网号)部分全为“1”，主机号部分全为“0”。子网掩码使用规则子网掩码既不能作为ip地址使用，也不同单独存在，必须结合ip地址一起使用。 缺省子网掩码：a类： b类： c类：子网掩码.and.ip地址，结果就是该 ip地址的网络号。主机之间要能够通信，它们必须在同一子网内，否则需要使用路由器（或网关）实现互联。3.2.1网间网层的-ip协议 ip协议的路由控制进行ip处理的ip模块被安装在主机和路由器上;到达接收主机的各ip模块从送达的数据通信报的ip报头部分寻找ip地址然后将数据报发送到ip地址指定的中间路由器或目的主机.路由器接收到数据报后必须判断将数据报送到哪里,这个判断是通过参考路由选择表来做出的.3.3网间网层的-其他子协议icmp（internet control message protocol）提供控制和传递消息的功能；(ip协议不保证可靠性。因此，导致由于网络故障，数据包不能到达，中途路由器或目标主机缓冲器发生溢出而造成数据包被抛弃等事故的发生。这时，有必要将数据包未到达的情况由信宿通知信源。icmp把这样的信息由发现错误的主机或路由器发回信源。另外进行发送前，可以确认目标（接收地址）是否存在或查看路由器的状态。图释 )arp（address resolution protocol）为已知的ip地址确定相应的mac地址；rarp（reverse address resolution protocol）根据mac地址确定相应的ip地址。3.4传输层协议tcp协议udp协议3.4 .1 tcp协议特点tcp，即传输控制协议，是一种面向连接的传输层协议，它能提供高可靠性通信(即数据无误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复到达的通信。)适用情况：1、适合于对传输质量要求较高，以及传输大量数据的通信。2、点到点的通信中采用tcp。3.4 .2 udp协议的特点udp（user datagram protocol）用户数据报协议，是不可靠的无连接的协议。在数据发送前，因为不需要进行连接，所以可以进行高效率的数据传输。与tcp协议相比，肯有传输速度高的优点。适用情况：1、发送小尺寸数据（如：对dns服务器进行ip地址查询时，若进行连接之后再进行数据传输就会降低效率，这时就使用udp。）2、在接收到数据，给出应答较困难的网络中使用udp。（如：无线网络）3、适合于广播式通信中。3.5 tcp/ip应用层协议应用层是网络用户与tcp/ip网络的接口，包括各类用户应用程序和应用协议常见应用协议：telnet（远程登陆协议）、ftp（文件传输协议）、smtp（电子邮件协议）、 nntp （电子新闻传输协议）、http（超文本传输协议）等。3.5.1 telnet协议一、telnet协议的作用它是把本地计算机作为远程终端与网络上其他计算机相连接的协议例如：在进行程序开发时，需要参考保存在其他计算机中的文件，如果计算机就在很近的地方，那么使用者只需稍微移动就可以轻松地使用。但是目的计算机不一定都在很近的地方。这时，假如这个目的计算机和身边的计算机都连接在internet上，那么通过使用telnet，就可登陆到目的计算机，通过身边的计算机就可以使用它了。二、telnet协议的工作原理1、使用telnet进行连接是通过客户机/服务器实现的。2、telnet因为要在本地和远程计算机之间实现高可靠性的通信，所以它是在tcp上实现的。3、telnet协议处理数据是通过23号端口3.5.2 pop、smtp协议1、电子邮件系统：由和用户进行交换的接口mua（报文用户媒介）、进行邮件（信息）发送的mta（报文传递媒介）以及停息形式构成。如下图2、pop的功能:pop的基本功能是鉴别用户的登录名和口令，把用户的邮件从服务器传送到客户机的邮件软件（邮件解释程序）。现在使用的版本为pop3。pop协议工作在110号端口。3、smtp协议邮件发送协议，工作在25号端口。3.5.3 ftp协议ftp是用于两台计算机之间进行文件传输的协议ftp是通过客户机/服务器进行通信，提供文件传输服务的一方是服务器，连接服务器提出文件传输请求的一方就是客户机。3.6 tcp/ip网络工具ping命令traceroute命令netstat命令ipconfig（ifconfig）命令 3.6.1 ping命令ping命令是为了检查网络的连接状况而使用的网络工具之一，用它来检测数据包到达目的主机的可能性。通过使用ping命令也可以检测数据包到达目的计算机的往返时间。ping命令使用的是icmp协议的回送请求、回送应答。客户机传送一个回送请求给服务器，服务器返回一个icmp回应应答。ping命令使用方法：在dos提示符状态下直接输入 ping 对方ip地址（或者对方主机名），可以测试连接是否正常。具体参数可以使用ping /？查阅。3.6.2 traceroute命令1、功能： traceroute工具可找出至目的ip地址经过的路由器。2、工作原理： traceroute工具利用的是ip报头的ttl域和icmp报文。 traceroute首先对目的计算机发送ip数据报的ip报头的ttl值设为1。接收这个数据报的第一个路由器将ttl值减1。设置ttl的目的是为了防止在路由选择的途中数据报进入无限循环。因此，路由器一接收到ip数据报就将ttl值减1，在ttl值变为0时，ip数据报就被抛弃。另外，路由器抛弃ip数据报的同时，将icmp的超时报告的文返回ip数据报的信源机。这时，返回的ip数据报把这个路由器的地址作为信源地址记录下来。然后， traceroute发送ttl设为2的ip数据报。由于第2个路由器要返回超时报告，所以就可以知道第2个路由器的ip地址。这个操作要一直循环到ip数据报到达目的计算机为止。为了了解是否到达了目的地， traceroute使用一个无效的端口号。因此，数据报到达计算机时，目的计算机返回一个icmp端口不可到达报文。 traceroute 接收到这个报文就可以知道ip数据报到达了目的计算机。3、traceroute命令使用： traceroute 主机名3.6.3 netstat命令netstat是显示网络连接和有关协议的统计信息的工具。netstat主要用于：网络接口的状况；程序表的状况；协议类的统计信息的显示三个方面。在windows环境下，在dos提示符下执行：1、netstat a：显示本机端口的连接状态。2、netstat s：显示协议类的统计信息3、netstat r：显示程序信息3.6.4 ipconfig（ifconfig）命令显示dns服务器地址、ip地址、子网掩码地址、默认网关的ip地址。本章小结理解：tcp/ip各层之间关系；ip协议的路由控制；arp、rarp、tcp、udp及应用层各子协议功能。掌握：ip地址及子网划分的相关知识；常用tcp/ip网络工具的使用。第四章 局域网技术本章主要内容4.1局域网的定义和特性4.2局域网的体系结构4.3局域网的组成4.4网络互连设备4.5以太网的产品标准4.6高速局域网技术4.1 局域网的定义和特性局域网的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。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局域网地域范围小，通常是一个办公室，一座在楼或楼群计算机和设备的组网局域网上的数据传输速度快。局域网中数据传输质量高，误码率低。成本低，易于安装，使用灵活。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。4.2局域网的体系结构4.2.1局域网各层功能一、物理层: 与osi模型的物理层定义的相当二、mac子层: 解决与媒体有关的问题。包括将数据组装成帧；管理和控制对于局域网传输媒体的访问三、llc子层: 建立和释放数据链路层的逻辑连接提供与高层的接口,给帧加上序号，流量控制，差错控制等功能 4.2.2典型局域网标准根据mac子层对媒体访问控制的方法不同，将局域网分为三种：802.3(csma/cd)，802.4(令牌总线)，802.5(令牌环网)一、以太网标准1、以太网的定义：通常指采用csma/cd媒体访问机制的局域网2、以太网的基本拓扑结构：总线型，星型3、普通以太网传输信号的编码：曼彻斯特、差分曼彻斯特编码4、csma/cd机制特点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(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机制特点小结：先听后发、边听边发、冲突停止、随机延迟后重发。5、csma/cd对以太网中数据帧的最小帧长的要求最小帧长=2x（两站点间最大的距离/传播速度）x传输速率6、随机延迟的算法：“二进制退避算法”7、图解csma/cd机制 二、令牌环网1、令牌环网的组成：它是由高速数字通信信道和环接口组成，节点主机通过环接口连接到网内2、令牌环网中数据帧格式（1）令牌帧令牌(token)可以理解为一种“通行证”，哪一个节点获取了它，就有权向环路发送数据。（图1）（2）数据帧3、令牌环工作原理例如：当节点a想要发送数据时的步骤如下： a节点要等待令牌的到来，并检测该令牌是否为空闲状态。若是空闲状态进行步骤2，否则继续等待。 将得到的令牌的空闲改为忙碌（busy）状态，例如二进制代码表示为“00000000”。 构成一个信息帧，即将数据（data）与忙碌的token附在一起发送出去。 当忙碌的token沿着环型网经过每一个节点时，每个节点首先会先检查数据单元中的目的地址。如果目的地址与本节点地址相符，则由本节点将数据接收下来，进行拷贝操作，并以应答报文的形式作出回答，然后再传送给下一个节点。当忙碌的token与数据单元回到原来发送节点时，该节点将会除去数据单元，并将忙碌的token改为空闲状态。 接着检查目的节点送来的应答信息，如果为ack（确认），则表示目的节点接收正确，至此，完成了一次数据传送。反之，需要等待再得到令牌时进行重发。4、对令牌帧和数据帧的维护（1）帧的丢失：采用超时机制（2）无法消除帧：在环中设立“监控站”检测“监视位m三令牌总线：物理上为总线结构，利用802.3广播电缆的可靠性逻辑上为环网：所有的站点组成一个环，每个站点按序分配一个逻辑地址。每个站点都知道在它前面和后面的站地址，最后一个站点后面相邻的站点是第一个站点。逻辑环初始化后，站号（站地址）最大的站点可以发送第一帧。此后，该站点通过发送称为令牌的特殊控制帧给紧接其后的邻站，把发送权传给它。令牌绕逻辑环传送，只有令牌持有者才能够发送帧。因为任一时刻只有一个站点拥有令牌，所以不会产生冲突，从而具有环网能确知最坏情况的特性。逻辑环令牌总线配置令牌总线：mac协议: 访问控制环初始化：当网络开始运行时，或者在逻辑环损坏后，它必须重新初始化。需要某种协同的、分布式算法来找出谁是第一个站、谁是第二个站等等以构成一个逻辑环。插入环:定期给尚未加入环的站点以机会，将它们插入到逻辑环中的适当位置。退出环:站点能把自己从环中删除。环恢复:由于传输错误或站点故障而将令牌丢失时，需要一些恢复的办法。4.3 局域网的组成4.3.1 局域网的基本组成元素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。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。网络适配器网络适配器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