第1章 计算机网络基础知识.ppt

计算机网络技术与应用 主讲教师 吴昊 第1章网络基础知识 1 1计算机网络概述1 2计算机网络发展1 3计算机网络分类1 4计算机网络工作模式1 5网络拓扑结构1 6网络传输介质1 7网络体系结构1 8数据通信基础 2 1局域网概述 1 1 1 计算机网络基本概念计算机网络是将分布在不同地理位置的具有独立功能的计算机系统 利用通信设备和线路相互连接起来 在网络协议和网络软件的支持下 进行数据通信 实现资源共享的系统 1 1 2网络基本功能 数据通信网络中计算机之间相互通信 传输各种信息 资源共享是网络的基本功能 是组网的主要目标之一 提高系统的可靠性在一些用于计算机实时控制和要求高可靠性的场合 通过计算机网络实现备份技术可以提高计算机系统的可靠性 分布式网络处理和负载均衡相对于集中式处理 效率更高 更符合实际需要 对于大型的任务或当网络中某台计算机的任务负荷太重时 可将任务分散到网络中的各台计算机上进行 1 1 3网络的基本组成 1 计算机网络系统组成计算机系统 信息处理 提供网络资源数据通信系统 完成数据通信控制与处理网络软件 实现控制 管理和服务功能网络协议软件网络通信软件网络操作系统网络管理软件网络应用软件 1 1 3网络的基本组成 2 计算机网络逻辑组成网络的基本功能是数据通信和资源共享 从功能逻辑上可分为 通信子网和资源子网 早期网络结构示意图 现代网络结构示意图 1 1 3网络的基本组成 2 计算机网络逻辑组成资源子网 由服务器 工作站 共享设备 打印机 网络硬盘 各种软件资源与信息资源组成 资源子网负责全网的数据处理 向网络用户提供各种网络资源与各种网络服务 通信子网 主要由网络识配器 网卡 集线器 交换机 路由器 传输介质及相关软件组成 主要完成网络数据传输 转发等通信处理任务 1 1 4计算机网络的应用 在科研与教育中的应用 资料查询 学术交流 合作研究 远程教育 网上教学 网络讨论 网上考试等 在企事业单位中的应用 网上办公 资源共享 信息发布 电子政务等 在商业上的应用 信息发布 网上购物 电子商务等 在通信与娱乐上的应用 电子邮件 网络讯寻呼 IP电话 网上聊天 BBS 新闻 网络游戏 网上电影 电视 音乐等 其它新的应用 范围不断扩大 领域越来越宽 越来越深入 1 2计算机网络的发展 了解 计算机网络是计算机技术和通信技术结合的产物 主要经历了四个发展阶段 第一阶段 20世纪50年代终端 计算机网络 主要是数据通信技术的研究与发展 第二阶段 20世纪60年代共享资源的计算机网络 ARPANET与分组交换技术的研究与发展 第三阶段 20世纪70年代标准化的计算机网络 网络体系结构与协议标准化的研究 广域网 局域网与公用分组交换网的研究与应用 第四阶段 20世纪90年代国际化的计算机网络 互连 高速 更为广泛的Internet技术应用为特点 1 3计算机网络的分类 按网络的作用范围 局域网 城域网 广域网 互联网 按通信介质 有线网 无线网 按网络的拓扑结构 总线型网络 环型网络 星型网络 树型网络按服务的提供方式 对等网 客户端 服务器网络 1 4计算机网络工作模式 基本概念按作用将网络中计算机分为 服务器 和 客户机 服务器 为整个网络提供资源和服务的计算机 客户机 使用资源和接受服务的计算机 网络工作模式 是指网络中服务与资源提供和使用的方式 又称提供服务的模式 主要分为 客户机 服务器工作模式对等网工作模式两种 1 4计算机网络工作模式 客户机 服务器模式服务器 控制 管理 资源调度 提供服务和共享资源等 客户机 用于使用和处理共享资源和服务服务器软件 客户端软件 1 4计算机网络工作模式 对等网模式每一台计算机都可以为网络提供资源和服务 同时也可使用网络上的资源和服务 每一台计算机在功能上是对等的 没有主从之分 每一台计算机既是服务器又是客户机 1 5计算机网络拓扑结构 一 网络拓扑结构的概念拓扑学把实体抽象为与其大小 形状无关的点 连接实体线路抽象成线 进而研究点 线 面之间关系 在计算机网络中 将主机和终端抽象为点 将通信介质抽象为线 形成点和线组成的图形 几何排列形式 使人们对网络整体有明确的全貌认识 按网络的拓扑结构分为 总线型 环型 星型 树型 网状 1 5计算机网络拓扑结构 1 5计算机网络拓扑结构 1 6网络传输介质 基本概念传输介质 是指数据传输过程中发送设备和接收设备之间的物理媒体 其性能特点对 传输速率 通信距离 可连接的网络结点数目和数据传输的可靠性均有很大的影响 网络传输介质分为 有线传输介质和无线传输介质两类 因此计算机网络可分为有线网络和无线网络两种 1 6网络传输介质 1 同轴电缆2 双绞线无屏蔽双绞线 UTP 有屏蔽双绞线 STP 1 6网络传输介质 3 光导纤维多模光纤单模光纤 1 6网络传输介质 4 无线传输介质是指在两个通信设备之间不使用任何物理的连接器 通常这种传输介质通过空气进行信号传输 根据电磁波的频率 无线传输系统大致分为广播通信系统 地面微波通信系统 卫星微波通信系统和红外线通信系统 对应的3种无线介质是无线电波 30MHz 1GHz 微波 300MHz 300GHz 红外线和激光 1 6网络传输介质 4 无线传输介质 1 7计算机网络的体系结构 复杂问题的研究 复杂问题的解决 抽象 1 7计算机网络体系结构 邮政系统模型 1 7计算机网络体系结构 1 网络体系结构的概念网络层次 网络系统解决的问题和实现功能可划分为若干相对独立的部分 层次 不同层次完成不同功能 低层为其更高层次提供必要的服务功能 层次接口 相邻层次之间的信息交换点 协议 Protocol 网络协议是为实现网络中的数据交换而制定的规则 约定与标准 1 7计算机网络体系结构 1 网络体系结构的概念网络体系结构 网络层次结构模型与各层协议的集合 主要网络模型 OSI RM开放系统参考模型 ISO模型 TCP IP模型 互联网 IEEE802模型 局域网 1 7计算机网络体系结构 1 OSI参考模型结构 1 7计算机网络体系结构 2 OSI参考模型各层功能第7层 应用层 ApplicationLayer 为网络用户或应用程序提供各种服务 如文件传输 电子邮件 E mail 分布式数据库 网络管理等 第6层 表示层 PresentationLayer 为应用层提供信息表示方式的服务 如数据格式的变换 文本压缩 加密技术等 第5层 会话层 SessionLayer 为表示层提供建立 维护和结束会话连接的功能 并提供会话管理服务 1 7计算机网络体系结构 2 OSI参考模型各层功能第4层 传输层 TransportLayer 为上层提供端到端 进程到进程 的透明的 可靠的数据传输服务 所谓透明的传输是指在通信过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节 第3层 网络层 NetworkLayer 为传输层的数据传输提供建立 维护和终止网络连接的手段 把上层来的数据组织成数据包 Packet 在网络节点之间进行交换传送 并且负责路由控制和拥塞控制 1 7计算机网络体系结构 2 OSI参考模型各层功能第2层 数据链路层 DataLinkLayer 在物理层提供比特流服务的基础上 建立相邻节点之间的数据链路 传输以 帧 为单位的数据包 通过差错控制提供数据帧在信道上无差错地传输 并进行数据流量控制 第1层 物理层 PhysicalLayer 利用传输介质为数据链路层提供物理连接 在物理信道上实现比特 bit 流的透明传输 提供为建立 维护和拆除物理链路连接所需的各种传输介质 通信接口特性等 1 7计算机网络体系结构 OSI环境 网络连接设备 1 7计算机网络体系结构 OSI环境中的数据传输过程 1 8数据通信基础 数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式 通过通信介质传输计算机处理过的信息 将源主机的数据编码成信号 沿传输介质传播到目的主机 实现两个实体间的数据传输和交换 计算机网络是计算机技术和数据通信技术相结合的产物 数据通信技术是网络发展的基础 1 8 1数据通信基本概念 数据 Data 被传输的二进制代码为了传送信息 需要将字母 数字 语音 图形或图像用二进制代码的数据来表示 信号 数据的具体物理表现 信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式 为传输二进制代码的数据 必须将它们用模拟或数字信号编码的方式表示 数据通信 是指在不同计算机之间传送表示字母 数字 符号的二进制代码0 1比特序列的模拟或数字信号的过程 1 8 1数据通信基本概念 数据通信系统基本结构数据通信系统的基本通信模型 产生和发送信息的一端叫信源 接收信息的一端叫信宿 信源与信宿通过通信线路进行通信 在数据通信系统中 也将通信线路称为信道 在数据通信系统中 传输模拟信号的系统称为模拟通信系统 而传输数字信号的系统称为数字通信系统 1 8 2数据通信主要指标 数据通信速率 传输速率 传输率是指数据在信道中传输的速度 信息速率 每秒中传送信息量 比特 秒 bit s 又称比特率 码元速率 每秒中传送码元数 波特 秒 Baud s 又称波特率 信道带宽信道中传输信号在不失真情况下所占用的频率范围 信道带宽是由信道的物理特性所决定的 如电话线路的频率范围在300 3400Hz 则它的带宽300 3400Hz 信道容量 信道的最大传输速率 信道能够传输信息的最大能力 单位比特 秒 bps 表示 当传输的信号速率超过信道的最大信号速率时 就会产生失真 1 8 3数据传输技术 1 串行和并行通信串行通信数据流以串行方式在一条信道上传输 收 发双方只需一条信道 易于实现 成本低 但速度比较低 并行通信数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输 速度快 但发端与收端之间有若干条线路 导致费用高 仅适合于近距离和高速率的通信 1 8 3数据传输技术 2 单工 半双工 全双工通信单工 指通信信道是单向信道 数据信号仅沿一个方向传输 半双工 是指信号可以沿两个方向传送 但同一时刻一个信道只允许单方向传送 全双工 是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输 比如 电话通话 1 8 3数据传输技术 基带传输在数据通信中 二进制比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号 它是一个离散的方波 0 代表低电平 1 代表高电平 矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带 简称为基带 矩形脉冲信号就叫做基带信号 在数字通信信道上 直接传送基带信号的方法称为基带传输 基带传输是一种最基本的数据传输方式 基带传输是在信道中直接传输数字信号 且传输媒体的整个带宽都被基带信号占用 双向地传输信息 1 8 3数据传输技术 频带传输利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输 是将数字信号调制成音频信号后再发送和传输 到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号 在采用频带传输方式时 要求发送端和接收端都要安装调制器和解调器 1 8 3数据传输技术 信道复用技术利用一条物理线路实现多个通信信号的传输 信道复用的目的是让不同的计算机连接到相同的信道上 共享信道资源 四种信道复用方式 频分复用FDM 时分复用TDM 波分复用WDM和码分复用 1 8 3数据传输技术 信道复用技术1 频分复用 是把信道的可用频带分成多个互不交叠的频段 带 每个信号占其中一个频段 接收时用适当的滤波器分离出不同信号 分别进行解调接收 1 8 3数据传输技术 信道复用技术2 时分多路复用 以信道传输时间作为分割对象 将物理信道按时间分成若干互不重叠的时间片 将时间片轮流分配给多个信源来使用 每个信源在其占有时间片内 使用通信信道的全部带宽 1 8 3数据传输技术 信道复用技术3 波分复用 光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法 在一根光纤上复用80路或更多路的光载波信号称为密集波分复用 目前一根单模光纤的数据传输速率最高可以达到20Gb s 1 8 4数据交换技术 1 电路交换也称为线路交换 是一种直接的交换方