[精品]湖南电大计算机部---计算机网络(开放教育专科)

2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),1,计算机网络,第三讲主讲：蒋慧平 讲师E-mail:,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),2,计算机网络的通信子网,在这部分我们主要讲述：数据通信基本知识局域网技术城域计算机网和广域计算机网网络互连技术端-端的通信,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),3,学习目标,通过学习这部分知识,应该做到:掌握信道带宽与传输速率之间的关系、通信子网的组成、TCP/IP规程的主要内容、网际互连的基本技术和设备。了解编码解码技术，掌握中继与交换的概念、ISO-8802系列标准协议中的主要几种局域网、基于电话传输系统的ISDN接入方式、端口的概念。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),4,通信子网,通信子网：是由用作信息交换的节点计算机NC和通信线路组成的独立的通信系统，它承担全网的数据传输、转接、加工和交换等通信处理工作。注意子网、网络、互联网的概念。子网是相对广域网而言，一般指路由器和通信线路的集合。子网和主机构成网络。各种网络构成互联网。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),5,信道,信道：是通信中传递信息的通道，它由相应的发送信息与接收信息的设备以及与这些发送和接收信息的相关设备连接在一起的传输介质组成。信道有共享和独占之分。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),6,计算机,计算机,计算机,计算机,计算机,计算机,复用器,复用器,独占信道与共享信道,独占信道,独占信道,共享信道,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),7,信道容量,信道容量：是指单位时间内信道上所能传输的最大比特数，用bps(比特/秒）表示。信道带宽的增加虽然可以增加信道的容量，但在某些情况下，信道带宽的无限增加并不能使信道容量无限增大。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),8,香农定理-公式,其中，C为信道容量，W为信道带宽，S为信号功率，N为噪声功率。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),9,香农定理-公式说明,从香农定理可以得出：提高信号和噪声之间的功率比能够增加信道容量。信道容量一定时，带宽W与信噪比S/N之间可以互换，即提高信噪比与提高带宽具有等价意义。当噪声功率N0,信道容量趋于无穷大，此时信道传输信息的多少完全由带宽决定，得到有限带宽无噪音信道的最大数据传输速率的表达式：,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),10,香农定理的实际应用,在近距离传输时，通常噪声较小，信号功率较低，可以采用未经调制的电脉冲信号直接传输。此时所传输的信息量只与信号带宽有关（D=2W）。如果远距离传输，则必须提高信噪比。此时要选择好信号调制方式，还要注意增加信号的功率。当信道容量一定时，如果信号频率过低，为避免造成信道浪费，此时可以采用信道复用。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),11,信道复用技术,频分多路复用时分多路复用波分多路复用码分多路复用,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),12,频分多路复用（FDM）,频分复用本质上就是在频率上并列地把要传输的几个信号合在一起，形成一个合成的信号进行传输。主要针对模拟信号。计算机网络系统一般不使用频分复用技术共享信道。主要问题就是串扰。使用时要注意：要求复用频谱之间有足够大的保护间隔，调制系统要具有很高的线性滤波功能。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),13,通道1,通道1,通道2,通道2,通道3,通道3,原带宽,带宽升频,多路复用的通道,频分复用示意图,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),14,时分多路复用（TDM）,主要特点：是按信道内传送信号的最大周期Ts为间隔，在Ts内按信道带宽划分相应的时隙，并利用这些时隙来传递各路信号。广泛应用于数字通信系统。一个信号=道可供多少路信号共享与复用，主要取决于信道的带宽与每路信号的需求。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),15,Ts1,时分复用示意图,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),16,网络TDM与电话系统TDM区别,电话系统中发送和接收系统独占一个时隙，即占用一个固定的子信道。如果用户没有足够多的信息，则会造成该信道资源的浪费。计算机网络系统则使用分组交换技术，即共享信道的设备每次发送一组信息而不是一个比特进入信道，并不允许某台设备独占时隙，从而提高了信道的利用率和传输的可靠性。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),17,波分多路复用（WDM）,是频分多路复用的一个变种，即波分多路复用。为了在同一时刻能进行多路传送，需要将光纤可工作的有效波长划分为多个波段，这相当于频分复用中的频段。波分复用技术主要用于全光纤网组成的通信系统，将是计算机网络系统今后的主要通信传输复用技术之一。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),18,码分多路复用（CDMA）,码分复用技术是一种用于移动通信系统的技术。原理是基于码型分割信道，即每个用户分配给一个地址码，且这些码不重复。其特点是频率和时间资源均可共享。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),19,计算机网络中的通信连接方式,点到点的连接：通信双方处于信道的两端，其它通信设备不与其发生信息共享与交互。共享信道：多台计算机连接道同一信道，在同一信道上传播数据，可以被全体用户接受，也可只被指定的用户接受。信道复用：在同一共享信道上实现多个互相独立的点到点连接。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),20,异步通信与编码,由于信号无论是在有线的方式还是在无线方式下传波都会受到一些因素的影响而衰减，这就产生一个编码问题和提高信号功率和提高信噪比的问题。异步通信：指发送方和接收方之间不需要严格的定时关系。相反，同步通信则要求发送和接收数据的双方有严格的定时关系。PC机的RS-232口就是采用异步通信方式。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),21,传输信号的编码方式,计算机网络传输信息时必须把信息进行编码后进行传输。计算机网络中常用的编码方法有三种：即RS-232异步串行ASCII码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。常见的标准化组织：ISO、ITU-T、EIA、IEEE。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),22,RS-232,规定了详细的物理连接方式（如最大连接距离不超过15米）和电气特性（传输电压的范围15V）。0表示高电平，1表示低电平，用7个比特表示一个字符。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),23,RS-232-C传输一个字符时的波形图,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),24,曼彻斯特编码,将一个比特分成两个相等的间隔，代表1信号的比特的前一个间隔为高电平而后一个间隔为低电平，0信号正好相反。即每个比特的周期T分为前T/2与后T/2两部分。前T/2传送该比特的反码，后T/2传送该比特的原码。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),25,曼彻斯特编码时的字符,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),26,差分曼彻斯特编码,是曼彻斯特编码的一个变种。编码规则是当比特位为1时，前半个比特位的电平与上一个比特位的后半个比特位的电平一样，若比特位为0，则前半个比特位的电平与上一个比特位的后半个比特位的电平相反。优点是抗干扰性强。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),27,差分曼彻斯特编码时的字符波形,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),28,数据传输方式,宽带传输：在数据通信技术中，利用模拟通信信道，通过调制解调器传输模拟数据信号的方法称为宽带传输。基带传输：利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法称为基带传输。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),29,远距离通信与载波传输,为了将数字信号传输到较远的地方，必须对数字信号进行载波传输。否则，信号功率衰减或干扰使得信号变弱而使得接收方无法接收。与传输模拟信号时相同，数字信号的调制采用调幅、调频和调相等三种不同的调制方法。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),30,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),31,调制解调器（MODEM）,接收一串数据位，并根据这些比特流调制载波的硬件线路称为解调器。接收载波，并重新调制在载波上的数据的硬件线路称为解调器。将这两个线路组合在单个设备中，称为MODEM。一对MODEM是远程通信所需的，每个MODEM包含独立的线路发送和接收数字数据。发送数据时，MODEM发出连续载波，并根据待发送数据的各位二进制数去调制载波。接收数据时，MODEM检测到达的载波中的调制信息，并据此重新建数据的各位。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),32,中继器（REPEATER）,中继器是网络物理层的一种介质连接设备。其作用是将接收到的弱信号放大再生放大以保持与原数据相同，并继续传送。因此，可以说中继器是用以扩展局域网的硬件设备。其缺点是：不了解一个完整的信息幀。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),33,交换技术的必要性,现代计算机、工作站和服务器对通信的需求增加。整个网络的增长，同时也在考验网络的基础设备。因而会产生带宽不够、网络堵塞、用户的网上应用需求急剧增加。解决方案：采用交换技术。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),34,交换的技术特征,整体数据传送速度（交换机要快）。数据的发送方法或电子逻辑智能化。有更多的端口数。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),35,交换的分类,静态交换与动态交换。分段交换与端口交换。分段交换能在每个端口处理来自整个网络分段的通信。端口交换：为适应每个物理端口上的单个设备设计。缺陷是需要大量的资金和足够的交换机等。其它交换方式有：直接交换、存储转发。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),36,有关传输介质的几种常用标准,有关部门机械特性的标准：规定了数据终端设备（DTE）和数据电路终接设备（DCE）之间的连接器形式；常用的标准有：ISO 2110（25）、2583（34）、4902（37）、4903（15）。有关电气特性的标准：ITU-T V.28V.10V.11V.35。有关功能性的标准：ITU-T V.24X.24。有关规程特性的标准。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),37,局域网的基本特点,已经成为计算机网络中使用最广的形式。具有11000Mbps的数据传输速率；地方范围为10m10km左右。可连接几百个相互独立的设备，各设备平等访问网络资源。能进行组播。有效使用共享资源。稳定性好、易于安装配置和维护。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),38,局域网的网络拓扑,网络拓扑：在计算机网络中，计算机之间的物理连接方式。常用的有：星形、环形、总线形、树形和网络形。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),39,局域网的参考模型,按照IEEE 802 标准，局域网分为物理层、介质访问控制层和逻辑链路控制层。已经增加到11个分委员会。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),40,介质访问控制方式,为确保数据尽可能准确无误的传输，我们可以通过介质访问控制方式。常用的有CSMA/CD）。CSMA用来确定何时传输信号。CD则为冲突检测。CSMA/CD不仅可以检测冲突，也可以从冲突中恢复。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),41,关于几个网络实例,通过实例掌握各种网络的特点，理解其技术原理，以及一些技术的具体的应用。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),42,虚拟局域网,虚拟局域网（VLAN）是一个与位置无关的局域网。对于虚拟局域网，由一个站点发送的广播信息只能发送到本网。与普通网络相比，需虚拟网络具有如下特点：地域范围不受限制、虚拟局域网建立在交换网络的基础之上、属于OSI模型中的第二层技术，能充分发挥网络的优势、虚拟网络具有更好的安全性。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),43,VLAN的技术特点,借助子网络管理软件，网络管理能轻松配置和构建逻辑虚拟网络。降低了网络成本和网络管理开销。大大降低了网络的广播风暴。LAN可以划分为几个VLAN，不同的VLAN要通过路由来连接和通信，因而可以有效的减少广播流量。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),44,VLAN的安全性,借助VLAN，网络管理员能限制用户的数量，禁止未经许可的用户访问VLAN中的应用。可基于多种安全策略来划分VLAN。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),45,VLAN的分类,基于端口的VLAN：弱点是无法解决设备的移动、变更。基于MAC地址的VLAN：弱点是不能解决一台设备与多个VLAN的连接。基于网络层的VLAN。通过路由来实现。基于策略的VLAN。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),46,虚拟网络的发展,随着计算机网络和宽带的发展，共享式局域网已不能满足应用的需求。分布各地部门之间需要连网，实现资源共享，VLAN是一种非常有效的技术。网络的发展正在向以交换为中心的虚拟交换网络方向发展。标准已经形成，更有利于VLAN的发展。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),47,城域计算机网络,相关标准：IEEE 802.6 ，分布队列双总线。如图P93 3-23。相关网络实例：CATV网络、ISDN等。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),48,综合业务数字网（ISDN）,基本特征：端到端的数字连接、综合的业务、标准的入网接口。ISDN的接口：共有7种标准化的信道。基本速率：2B+D，主速率：23B+D（美国、日本）或30B+D（欧洲）、混合：A+C。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),49,广域计算机网络,广域网是覆盖地理范围较广的数据通信网络。一般由主机和通信子网组成，子网用于在计算机主机之间传递信息。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),50,广域网中的路由,广域网在扩展的时候，一般是通过添加分组交换机来实现。信息在通过交换机存储转发是，需要一张路由表，这样网络才能准确无误发送信息。路由表要求：路由完备、路由优化。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),51,路由表的计算,方法有两种：静态路由：分组交换机启动时由程序计算机后而设置，此后路由不再改变。动态路由：分组交换机启动时由程序设置初始路由，当网络改变时随时更改。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),52,广域网技术,X.25幀中继SLIP和PPPDDNATM,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),53,X.25,公共分组交换网诞生于20世纪70年代。特点：能接入不同类型的设备、可靠性高、多路复用、流量控制和拥塞控制、点对点协议。X.25规定了最低三层：物理层、数据链路层、网络层。主要由分组交换机、用户接入设备和传输线路组成。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),54,幀中继,1992年起步，1994年开始迅速发展。是点到点交换网络。着重于数据的快速传输，最大程度上提高网络吞吐量。运行在OSI参考模型的物理层和数据链路层。幀中继网由三要素组成：幀中继接入设备、幀中继交换设备和公用幀中继业务。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),55,SLIP通信协议,SLIP是早期的IP协议，主要完成数据的传送，但没有寻址、数据校验、分组类型识别和数据压缩等功能，只能传送IP分组，对一些高层应用不支持。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),56,PPP协议,与SLIP相比，PPP具有如下优点：支持多种协议错误检测链路管理选项协商授权IP地址协商,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),57,PPP的工作原理,PPP对物理层的要求是必须提供全双工电路。PPP幀的格式：包括标志域、地址域、协议域、数据域、幀检测序列。PPP是个协议族，包括：链路控制协议（LCP）、IP控制协议（IPCP）、口令授权协议（PAP）、询问握手协议（CHAP）。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),58,DDN,DDN，数字数据网。由数字传输电路、相应数字交叉连接复用设备和网络管理系统组成。优点：DDN是传输网络，不具备交换能力、DDN传输速率高，网络延时小、DDN传输质量高、DDN提供灵活的连接方式、支持多种传输速率、提供定时开放能力。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),59,DDN的接入技术,通过二线（或四线）MODEM接入。通过2B+D速率的数据终端单元（DTU）接入。通过用户集中设备接入。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),60,ATM技术,ATM，异步传输模式。是未来的宽带综合服务数字网的底层传输技术。基本思路：把数据分割成固定长度的信元来传输。提供面向连接的服务。特点：面向连接、固定信元、统计复用、提供多种服务类型。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),61,ATM的虚路径与虚通道,在ATM层，连接被分为两个层次：虚信道和虚通道。虚通道是指一个单向的ATM信元传输信道。一条虚路径中包含有多条虚通路。虚信道是指一条单向ATM信元传输信道，有一个惟一的标志符。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),62,ATM的连接,ATM连接分为两种：永久连接和交换虚拟连接。永久虚连接相当于租用线路，它是先建立好的，在任何时候可以用。而交换虚连接则象使用电话一样，每次在使用时都需要建立。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),63,ATM的拥塞控制,为保证不同的业务获得相应的服务质量，ATM提供流量和拥塞控制功能。在ATM交换技术中，拥塞是指交换机的处理能力小于当前要求转发的数据量。ATM网络预防和控制拥塞控制的机制有：接纳控制、资源预约和基于速率的拥塞控制、数据流整形、流量监控。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),64,ATM局域网仿真,局域网仿真就是要在ATM上模拟传统局域网的一些特性，在ATM上构见新的局域网，让ATM网络上的设备和传统局域网上的设备能透明通信。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),65,MPOA技术,MPOA是一种在ATM网络上使用的路由机制。使用MPOA技术，可以解决在ATM网络上的路由器瓶颈问题。MPOA通过在进行通信的源端和目的端之间建立直接的ATM连接，把路由器从传输路径中短路掉，从而提高网络的传输能力。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),66,网际互连技术（IP）,集线器网桥路由器网关交换网络的控制和Fast IP技术IPV6,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),67,集线器,必须遵守IEEE标准。绝大多数集线器的连接主要通过RJ-45连接器。每个连接到集线器的电缆长度受所使用的传输介质限制。类型有：被动集线器、主动集线器、智能集线器。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),68,网桥,网桥是一个局域卬与另一个局域网之间建立连接的桥梁。属于链路层的一种设备。它的作用是扩展局域网和通信手段，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离，同时又有选择地将带有地址的信号从一个传输介质发送道另一介质。主要有：透明网桥、源路由的网桥。不支持路由协议。与中继器、路由不同。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),69,路由器,路由器用于连接多个逻辑上分开的网络，而逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网。它具有判断网络地址和选择路径的功能。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),70,IP寻址,在可寻找路由的网络层协议中，协议地址必须包含两条信息：网络地址和主机地址。IP将网络地址和主机地址合为32位域。主机地址部分时长时短。,2001-11-20,湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科),71,主机与