第七章计算机基础

1、第第7 7章章 信息的传输：通信与网络技术信息的传输：通信与网络技术 n主要内容：主要内容：l7.1 7.1 缩短世界的距离缩短世界的距离通信与网络技术的历通信与网络技术的历史回顾史回顾l7.2 7.2 数据通信的基本原理数据通信的基本原理l7.3 7.3 计算机网络计算机网络l7.4 7.4 计算机局域网计算机局域网l7.5 Internet7.5 Internet基础基础l7.6 Internet7.6 Internet宽带接入方式宽带接入方式n本章小结本章小结n思考与练习思考与练习n一、思考题l1.人类通信与网络技术的发展历史中发生了哪些重大事件？从中我们能得到哪些启示？l2.简述通信系

2、统模型的工作原理。l3.基带传输与频带传输的主要区别是什么？为什么基带传输要占用信道的全部带宽？l4.理解数字通信系统中带宽的概念。l5.数字通信系统的主要性能指标有哪些，如何计算？l6.什么是信道容量？无噪声信道与有噪声信道计算公式适用于什么范围？信道容量如何计算？l7.为什么通信系统中要进行信道差错控制？其主要方法有哪些？l8.在数据通信系统或计算机网络系统中,主要采用哪些多路复用技术？l9.什么是计算机网络？计算机网络的发展经历了哪几个阶段？l10.简述计算机网络的资源子网和通信子网的作用。l11.常用的有线传输介质与无线传输介质有哪些？思考与练习l12.什么是计算机网络协议？网络协议的

3、三要素是什么？l13.协议分层的目的是什么？协议分层有哪些优点？l14.简述开放系统互连参考模型(OSI/RM)七层协议的作用。l15.计算机局域网有哪些常用的拓扑结构?每种拓扑结构的特点是什么？l16.试简述集线器、网桥、交换机、路由器的作用与工作原理。l17.Internet提供的信息服务主要有哪些？l18.什么是IP地址？它由哪几部分组成？l19.采用域名系统的作用是什么？IP地址与域名之间有什么关系？l20.IPv4与IPv6有什么区别？l21.搜索引擎的工作原理是什么？l22.什么是接入网？有线接入网与无线接入网采用哪些技术？l23.就目前无线网接入技术，哪一种形式比较适合家庭用户？

4、n二、计算题l1.如果二进制独立等概信号的码元宽度为0.5 ms，求码元传输速率RB；若改为四进制信号，码元宽度不变，求RB。思考与练习l2.一个由字母A、B、C、D组成的字符，每个字母用二进制脉冲编码，每个脉冲宽度为5 ms。l(1)不同的字母是等概率出现时，试计算传输的平均信息速率R；l(2)若每个字母出现的可能性分别为PA=1/5、PB=1/4、PC=1/4、PD=3/10，试计算传输的平均信息速率R。l3.实际通信系统由于受到噪声的干扰，信噪比是对干扰程度的一种度量。如果已知某通信系统的信噪比值为1000，则对应的分贝值为多少（dB）？l4.假定某通信设备的信道带宽为300 Hz，信噪

5、比为30 dB，试求该信道的容量。l5.某用户采用modem在模拟电话线上传数据，电话线输出信噪比为25 dB，并且传输带宽为3003200 Hz的音频信号。计算该电话线能无误传输的最大数据速率。l6.设一信源由六个不同的独立符号组成：思考与练习l试求：l(1)试计算信源的信息熵H(X)是多少？l(2)若信源每秒发送1000个符号，求信源每秒传送的信息量应为多少？l7.在某个存在噪声信道上，其频带为1 MHz。l(1)若信道上的信噪比S/N为10，求该信道的信道容量。l(2)若信道上的信噪比降至5，要达到相同的信道容量，信道频带应多大？l(3)若信道频带减小为0.5 MHz，要保持相同的信道容

6、量，信道上的信噪比应等于多少？l8.已知某信道频带宽度为3 kHz，信噪比为3，求最大可能的数据传输速率。若信噪比提高到15，理论上传送同样传输速率所需的频带为多少？l9.某个二元信源，其信号概率分布为：l信源每秒钟输出2.66个符号，将此信源的输出符号送入二元无噪无损信道中进行传输，信道每秒钟只传递两个二元符号。试问信源能否在此信道中进行无失真的传输。l10.已知A、B两台主机的IP地址分别为：lA：19219205，B：130102012思考与练习l它们分别属于哪类网？（A类、B类、C类）l11.已知某主机IP地址：5，子网掩码：，请指出网络I

7、D和主机ID是多少？l12.已知某台主机IP地址：5，子网掩码：，请指出网络ID和主机ID是多少？l13.现有A、B两台主机，它们的IP地址分别为：、：54，子网掩码：，试判断这两台主机是否在同一子网内，它们之间是否能直接通信。n三、练习与实践l1.观察你周围的网络设备及网络拓扑结构，并绘制其布线系统简图，并指出其优缺点。如果系统需要进行扩容（用户数量或带宽），该如何设计？思考与练习l2.用压线钳制作一根5类双绞线的连接线，并用双机通过网卡直联的方式进行验证。试比较用于双机直

8、联的接法与通过交换机连接的接法有什么不同？为什么？l3.使用你的电脑上网，完成以下任务：l(1)观察你所用的计算机的网络设置，并判断该IP的类别。对子网掩码进行更改，看看网络是否工作正常，试分析原因。l(2)你的个人电脑是采用何种接入方式接入因特网的，IP地址是多少，并分析其接入技术的性能。l(3)如果你利用无线移动设备接入网络，请了解该移动设备是通过何种技术接入无线网络的。l(4)利用邮件系统给你的同学或朋友发一封电子邮件。l(5)利用IE浏览中国教育与科研计算机网。l(6)利用Google和“百度”搜索引擎上网搜索你需要的资料。l4.确定一个制作你的个人网页的主题，并上网搜索有关资料，利用

9、所学到的知识制作一个你个人的网站，并将你制作的个人网站发布到因特网上。 思考与练习 图7-2 贝尔(图中坐者）首次拨通了美国纽约7.1 7.1 缩短世界的距离缩短世界的距离通信与网络技术通信与网络技术的历史回顾的历史回顾n电报与电话的发明使得人们由短距离通信转入长距离通信，从而开辟了近代通信的历史（图7-1、图7-2）。图7-1 莫尔斯电报机n由于无线通信技术的进步，实现了广播、电视的传输，不仅可传送声音，亦可传送图形和图像，广播与报纸、广告、书籍等印刷品一同被称为大众传媒。n主机主机间的通信迅速成为需求，因此产生了包(packed)交换网络和个人数据网。n20世纪70年代初产生了多种包交换技

10、术。n20世纪80年代以后，随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，大规模集成电路、超大规模集成电路、数字传输理论和技术、商用通信卫星、程控数字交换机、光纤通信、综合数字业务等一系列技术都得到了迅速发展和应用。7.1 7.1 缩短世界的距离缩短世界的距离通信与网络技术通信与网络技术的历史回顾的历史回顾n7.2.1 通信系统模型l通信的基本目的是在接收端准确或近似地再现另一端发送出来的消息，因而通信系统的基本问题是信源、信道以及编码问题。l通信系统最简单的概念模型如图7-3所示：7.2 数据通信的基本原理图7-3 通信系统模型l如图7-3所示，信源（发送方）的作用是把消息转换成要发送的信号。原始信

11、号需要完成某种变换（如编码与调制），编码器是将信源输出的消息或消息序列转换成适合通信系统要求的信号的设备，使信号适合在信道中传输。l相对于模拟通信系统而言，数字通信系统有如下优点：u信号状态有限，抗干扰能力强，可实现低误码率，中继再生可以避免噪声积累，利于长距离传输；u由信道纠错编码技术可进一步降低误码率；u易于进行加密处理；7.2 数据通信的基本原理u易于进行压缩，以减少冗余度，提高信道利用率；u易于不同种类的信源数据，共用数字通信系统；u便于计算机与网络通信。7.2 数据通信的基本原理n7.2.4 基带传输与宽带传输l在通信术语中，基带信号就是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然

12、后送到线路上去传输，即未经频率变换的原始信号。在数字信道中以基带信号形式直接传输数据的方式称为基带传输。l基带传输占用的频率范围为信道提供的全部带宽（图7-4）。基带系统中的每个设备都共享相同的信道，当基带系统上的一个节点在传输数据，网络中所有的其他节点在发送数据前必须等待前面的传输结束。基带系统也可以以半双工方式支持双向信号流，即基带系统可在同一条线路上实现数据的发送和接收。7.2 数据通信的基本原理l基带信号的能量在传输过程中很容易衰减，只能利用有线介质近距离传输，一般用于短距离的数据传输，传输距离不大于2.5km。l由于基带传输的近距离限制，在远距离传输中通常采用模拟信道。7.2 数据通

13、信的基本原理图7-4 基带传输方式会占用信道的全部带宽n7.2.3 数字通信系统中带宽的概念l早期的电子通信系统都是模拟系统。l带宽就是媒体能够传输的信号最高频率和最低频率的差值。l数字通信系统中“带宽”的含义完全不同于模拟系统，它通常是指数字系统中数据的传输速率。7.2 数据通信的基本原理l数据传输速率是衡量系统传输数据能力的主要指标，数据传输率是指单位时间内传送的信息量，即每秒钟传送的二进制位比特数，单位为每秒位，记作bps。l对于数字通信系统来说，一般情况下系统所提供的带宽越宽，其业务的实时性也越好。图7-5给出了常用传输介质与相应传输速率间的大略对应关系。7.2 数据通信的基本原理图7

14、-5 不同传输介质的带宽容量比较n7.2.4 数字通信系统的性能指标与计算l1.有效性指标u数字通信系统的有效性可用传输速率来衡量，传输速率越高，则系统的有效性越好。u(1)码元传输速率u通常又可称为码元速率，是指单位时间（每秒钟）内传输码元的数目，用符号RB来表示。u（2）信息传输速率u信息传输速率可简称信息速率，又可称为比特率等。7.2 数据通信的基本原理1(Baud)(B)BBRT注意公式中符号下脚标“ ”用大写表示u(3)频带宽度u因为传输速率越高，所占用的信道频带越宽。u在计算信道容量时，频带宽度是一个重要的指标。奈奎斯特定理和香农的有噪信道编码定理中给出了信道容量与频带宽度的关系。

15、l2.可靠性u（1）误码率（码元差错率）Pe是指发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即：7.2 数据通信的基本原理()bits/s(/)H XRT或比特 秒u（2）误信率（信息差错率）Pb是指发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例，即7.2 数据通信的基本原理eP 错误的码元数传输的总码元数bP 错误的比特数传输的总比特数n7.2.5 信道容量l1.奈奎斯特定理u奈奎斯特（Nyquist）Harry Nyquist(18891976)。1917年在耶鲁大学物理系获哲学博士学位。1924年推导出在理想低通信道的最大传输速率的公式。曾任

16、美国贝尔电话实验研究所通信系统开发部工程师。定理最先阐述了带宽与系统每秒能传输的最大位数之间的基本关系。它对数据传输的最大速率给出了一个理论上的上限。对于采用二进制编码数据的传输方案，奈奎斯特定理指出，在带宽为B的传输系统上所能达到的最大数据传输速率以每秒位数表示时可达到2B。更一般地，如果被传输的信号包含N个状态值（即信号的状态数为N），那么带宽为B赫兹信道所能承载的最大数据传输速率（信道容量）是：7.2 数据通信的基本原理22 log NCBu奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系。l2.有噪信道编码定理u香农(Shannon)在1948年的文章中，推广了

17、奈奎斯特的结果，提出并证明了在噪声影响下传输系统所能达到的最大数据传输速率。该定理被称为有噪信道编码定理，也称为香农第二定理。其计算公式表达如下：u香农的有噪信道编码理论的贡献在于，若在信息传输率R小于信道容量C（即RC），则可以找到一种信道编码方法，使得信源信息可以在有噪声信道进行无差错传输，7.2 数据通信的基本原理2Wlog (1)SCNu如果信息传输率R大于信道容量C（RC），那么无差错传输在理论上是不可能的。u香农公式的理论价值在于给出频带利用的理论极限值。n7.2.6 通信系统中信道差错控制方法l香农的研究证明：如果把要传送的消息在传送前事先进行编码，并在接收端采用适当的译码，则消

18、息有可能得到无错误的传输，也就是说，通过不可靠的信道可以实现可靠的信息传输。l信道编码的目的是提高信息传输或通信的可靠性，降低误码率，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，提高数据传输效率。7.2 数据通信的基本原理l下面简单介绍几种差错控制方法：u(1)前向纠错方式（FEC）u通信中在接收端收到传输码字后，由译码器自动纠正传输中的错误，称为前向纠错。u(2)检错重发方式（ARQ)u发送端编码器进行差错编码，接收端译码器只检错不纠错。7.2 数据通信的基本原理u（3）混合纠错（HEC方式）u将前向纠错及检错重发方式结合起来使用，发送端的编码兼具检错及纠错能力。7.2 数据通信的基本原理n7.2

19、.7 多路复用技术l采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输,在远距离传输时可大大提高传输资源的利用率。l频分多路复用技术用于模拟信号。 7.2 数据通信的基本原理图7-8 频分多路复用示意图l多路复用器接受来自多个信源的模拟信号，每个信号有自己独立的带宽。l时分多路复用技术不是将一个物理信道划分成为若干个子信道，而是不同的信号在不同的时间轮流使用这个物理信道。l波分多路复用技术主要应用在光纤通道上，WDM实质上也是一种频分多路复用技术。7.2 数据通信的基本原理图7-9 波分多路复用原理图n7.3.1 网络的形成与发展l1.远程终端联机阶段u由一台大型计算机和若干台远程终

20、端通过通信线路连接起来，组成联机系统，进行远程批处理业务。l2.计算机网络阶段u为了解决联机系统中的计算机既承担通信工作又承担数据处理工作而负担较重的问题。l3.计算机网络互联阶段u由于局域网覆盖的地理范围终究有限，为了在更大范围内实现计算机资源的共享，故将两种网络互联起来，形成规模更大的网络，这就是网络互联。7.3 计算机网络l4.信息高速公路阶段u把分散的计算机资源通过高速通信网实现共享，提高国家的综合实力和人民的生活质量。n7.3.2 网络的功能l（1）数据通信。l（2）资源共享。l（3）提高计算机的可靠性和可用性。l（4）分布式处理。7.3 计算机网络n7.3.3 网络的基本组成l目前

21、计算机网络基本上都是分组交换网，分组交换网是由资源子网和通信子网构成(见图7-10)。l资源子网由主机、终端、I/O设备、各种软件资源和数据库等组成。l把网络中通信部分的子网和以主计算机为主体的资源子网分开，这是网络层次结构思想的重要体现，使得对整个计算机网络的分析和设计大为简化。7.3 计算机网络7.3 计算机网络图7-10 计算机网络由通信子网和资源子网组成n7.3.4 计算机网络的分类n按通信距离可划分为：l1.局域网（LANLocal Area Network）u局域网是指连接近距离的计算机组成的网，分布范围一般在几米到几公里之间。l2.广域网（WANWide Area Network

22、）u广域网是指连接远距离的计算机组成的网，分布范围可达几百公里乃至上万公里。 l3.城域网(MANMetropolitan Area Network)u城域网扩大了局域网的范围，是适应一个地区、一个城市或一个行业系统使用的网络。7.3 计算机网络l按网络拓扑结构划分为：星型网、总线型网、环型网和网状网等。l按信号频带的占用方式划分为：基带网和宽带网等等。n7.3.5 网络传输介质l1.有线传输介质u计算机网络通常使用有线导线作为连接计算机的主要介质，因为导线便宜且易于安装。u双绞线是局域网最常用的通信介质，也在电话系统中使用。7.3 计算机网络u同轴电缆由四个部分构成：最里层的传导物，一根铜质

23、或铝质裸线，裸线携带信号；次内层绝缘体包围着裸线，以防金属导体碰到第三层材料；第三层是一层紧密缠绕的网状导线，这种编织导线起着屏蔽层的作用，保护裸线免受电磁干扰；最外层是起保护作用的塑料外皮，由编织导线构成的屏蔽层能够很好地隔离外来的电信号。u对于高速宽带计算机网络，一般使用柔软的玻璃纤维即光纤传输数据。u用光纤作传输介质有很多优点。首先，光纤不会引起电磁干扰也不会被干扰。其次，光纤传输信号的距离比导线所能传输的距离要远得多。再次，因为较之电信号，光可以对更多的信息进行编码，所以光纤可在单位时间内传输比导线更多的信息。最后，电流总是需要两根导线形成回路，光仅需一根光纤即可从一台计算机传输数据到

24、另一台计算机。7.3 计算机网络u光纤分多模光纤和单模光纤两类（图7-9）。 7.3 7.3 计算机网络计算机网络图7-11 同轴电缆、双绞线和光纤的结构图图7-12 单模与多模光纤的区别l2.无线传输介质u无线网络就是利用无线电波作为信息传输的媒介构成的无线局域网（WLAN）。u可以在自由空间利用电磁波发送和接收信号进行通信就是无线传输。u无线通信的方法有无线电波、微波和红外线。图7-13是电磁波的频谱图。7.3 7.3 计算机网络计算机网络图7-13 电磁波的频谱u无线电波是指在自由空间传播的射频频段的电磁波。无线电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。u与无线电波向各个方向

25、传播不同，微波传输集中于某个方向，即微波是直线传播的，所以可以防止他人截取信号。微波传输在发送和接收器之间存在无障碍的通道时工作得很好。u红外线通信有两个最突出的优点：其一是不易被人发现和截获，保密性强；其二几乎不会受到电磁的干扰，抗干扰性强。7.3 7.3 计算机网络计算机网络7.3 7.3 计算机网络计算机网络图7-14 通过中继实现长距离微波通信n7.3.6 网络通信协议l1.协议的概念u为使网内各计算机之间的通信可靠有效，通信双方必须共同遵守的规则和约定称为通信协议，计算机网络与一般计算机互连系统的区别就在于有无通信协议的作用。u通信协议主要由语义、语法和定时三部分组成。l2.协议的分

26、层u图7-15用两个国家元首间的对话和交流方式，形象地解释了协议分层的概念。u可以分成三个层次完成，最底层是“通信层”，中间层是“语义表达层”，最高层是“会话层”。7.3 7.3 计算机网络计算机网络7.3 7.3 计算机网络计算机网络图7-15 协议分层的概念u这个例子包含三个含义：一是信息交换的双方必须遵守某种协议；二是各层分别有不同协议，协议只能在对等层之间交流；三是协议不同时要转换成相同的协议。l3.开放系统互联参考模型OSI/RMuOSI模型是由国际标准化组织（ISO）提出的一个七层模型（见图7-16）。每一层实现特定的功能，并且只与相邻两层直接通信。u下面简单介绍每一层的作用：第一

27、层：物理层标准化了连接在物理介质上的数据链路的电子、机械部件规范和功能控制，物理层只负责接收和发送比特流，而不考虑信息的格式和意义。7.3 7.3 计算机网络计算机网络7.3 7.3 计算机网络计算机网络图7-16 OSI参考模型及协议 第二层：数据链路层通过物理层建立的链路，将具有一定意义和结构的信息（帧的格式）正确地在实体之间传输。该层规定怎样把数据组织成帧及怎样在网络中传输帧。 第三层：网络层主要任务是如何将源端发出的分组经过各种途径送到目的端，要解决路由选择、流量控制和网络管理和网络互联等问题。 第四层：传输层提供可靠的端到端（主机主机）的通信，屏蔽由于通信子网技术的不同而带来的差异，

28、为上层用户提供透明的运输服务。 第五层：会话层规定怎样与远程系统建立一个通信会话（例如，怎样登录到一台远程分时计算机）。会话层规范了安全细节，例如，通过口令获得授权。 第六层：表示层与其他协议层不同，其他协议层大都只关注将数据从一个地方可靠地传输到另一个地方，表示层更关注被传输信息的语义和语法。表示层协议主要规定了如何表示数据，将不同计算机上的表示方法进行相互的翻译。 第七层：应用层关心所有与应用有关的服务，包含了许多广泛使用的协议，每一个协议规定了应用程序如何使用网络，提供了支持终端用户的各种应用，如电子邮件、远程登录和文件传输服务等机制。7.3 7.3 计算机网络计算机网络n7.4.1 局

29、域网的基本概念l局域网是在较小的地理区域内，利用通信线路将众多的计算机或数据终端设备连接起来的通信网络。l计算机局域网有以下特点:u以微机为主要建网对象；u较小的地理覆盖范围；u具有较高的带宽，一般为101000 Mbps。u拓扑结构简单(总线形、星形、环形型、网状)；u传输速率高，误码少。u建网周期短，成本低，为单位独有，易管理，不受任何公共网络当局的规定约束，容易进行设备更新。7.4 计算机局域网n7.4.2 局域网的拓扑结构l网络拓扑结构是指连接网络各结点（可视为网络中的计算机）的形式与方法。 l1.星型结构u星型拓扑结构以中央结点为中心，其他结点都与中央结点相连（见图7-17）。u星型

30、拓扑结构的优点：控制简单，网络的故障容易发现，在网络中通信容量不大的情况下通信速度较快。u星型拓扑结构的缺点：网络的可靠性差，中心节点的负担过重，所需通信线路较长且安装时的工作量较大。7.4 计算机局域网7.4 计算机局域网图7-17 星型拓扑结构l2.环型结构u环型拓扑结构结点形成一个封闭环路（见图7-18）。7.4 计算机局域网图7-18 环型拓扑结构l3.总线型结构u总线型拓扑结构采用单根传输线作为传输介质，所有的结点都连接到这根总线上（见图7-19）。7.4 计算机局域网图7-19 总线型拓扑结构n7.4.3 局域网的工作模式l1.客户机/服务器模式（C/S模式）u采用客户机/服务器模

31、式的网络也称为基于服务器的网络。l2.浏览器/服务器(B/S)模式uB/S模式应用系统由浏览器（Browser）和服务器（Web服务器数据库服务器中间件等）组成。u以B/S模式开发的系统维护工作集中在服务器上，客户端不用维护，操作风格比较一致。l3.对等模式7.4 计算机局域网u对等网络模式不使用服务器管理网络共享资源，在这种网络中，所有计算机都处于平等地位，一台微机既可以作为服务器，又可以作为客户机。n7.4.4 局域网互联技术l1.中继器u中继器是一种放大模拟或数字信号的网络连接设备。u中继器属于OSI模型中的物理层，因而没有必要解释它所传输的信号。l2.集线器u集线器的英文名称是 “HU

32、B”，英文“HUB”是“中心”的意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。7.4 计算机局域网u它工作于OSI参考模型第二层，即“数据链路层”。u集线器（HUB）是对网络进行集中管理的最小单元，像树的主干一样，它是各分支的汇集点（图7-20）。7.4 计算机局域网图7-20 集线器在网络中的应用l3.网桥u网桥是在数据链路层上实现网络互联的设备，要求互联的网络在数据链路层以上采用相同的协议。l4.交换机与交换网络u交换机这种设备可以把一个网络从逻辑上划分成几个较小的网段，所有端口都共享同一指定的带宽（图7-21）。u交

33、换式局域网从根本上改变了“共享介质”的工作方式，它可以通过以太网交换机支持交换机端口结点之间的多个并发连接，可以实现多结点之间数据的并发传输。u虚拟局域网在功能、操作上与传统局域网基本相同，它们主要区别在“虚拟”二字上，即虚拟局域网的组网方法与传统局域网不同。u虚拟网络是建立在交换技术基础上的。7.4 计算机局域网7.4 计算机局域网图7-21 交换式局域网与共享介质局域网的区别l5.路由器u路由器是一种多端口设备，它可以连接不同传输速率并运行于各种环境的局域网和广域网，也可以采用不同的协议。路由器工作在OSI模型的第三层。u路由器不仅能追踪网络的某一节点，还能和交换机一样，选择出两节点间的最

34、近、最快的传输路径。7.4 计算机局域网l6.网关u网关通过使用适当的硬件与软件实现不同网络协议之间的转换功能。网关实际上像一个多协议路由器，通过重新封装信息以使它们能被另一个系统读取。 7.4 计算机局域网图7-22 网关的工作原理7.5 Internet 基础n7.5.1 Internet 的发展lInternet是使用路由器将分布在世界各地、数以万计、规模不一的计算机网络互联起来的网际网。接入Internet的主机既可以是信息资源及服务的使用者，也可以是信息资源及服务的提供者。l我国从1994年4月起正式加入Internet，开通了Int-ernet的全功能服务。7.5 Internet

35、 基础n7.5.2 Internet的协议-TCP/IPlTCP/IP协议是Internet使用的通信协议，通俗地讲就是用户在Internet上通信时所遵守的语言规范。lTCP/IP协议遵守一个四层的概念模型：即应用层、传输层、互联网层和网络接口层，如图7-23所示。该模型目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。lTCP/IP的四层协议的主要功能是：u(1)网络接口层是该协议软件的最低层，其作用是接收IP数据报，通过特定的网络进行传输。u(2)互联网层(IP协议)为网际互联协议。它负责将信息从一台主机传送到指定接收的另一台主机。7.5 Internet 基础图7-23 TCP/IP的四层协议

36、7.5 Internet 基础u(3)传输层(TCP协议)为传输控制协议，负责提供可靠和高效的数据传送服务。u(4)应用层为用户提供一组常用的应用程序协议，并且随着Internet的发展，又为用户开发了许多新的应用层协议。u当前Internet上广泛使用的TCP/IP协议为IPv4，其地址一般以4部分间点分的方法来表示，即4个数字用点分隔。这永不能满足快速增长的因特网社会对IP地址的需求。为了解决这个问题，提出了下一代因特网协议IPv6。7.5 Internet 基础n7.5.3 IP地址lIP地址是一个32位的二进制数，为了方便用户理解与记忆，通常采用x.x.x.x的格式来表示，每个x为8位

37、。IP地址由网络号和主机号两部分组成（图7-24）其中，网络号用来标识一个逻辑网络，主机号用来标识网络中的一台主机。lIP地址的设计者将IP地址空间划分为五个不同的地址类别，如图7-25所示，其中A，B，C三类最为常用：图7-24 IP地址的组成7.5 Internet 基础图7-25 IP地址的分类7.5 Internet 基础l网络号由因特网权力机构分配，目的是为了保证网络地址的全球唯一性。n7.5.4 域名系统DNSlInternet采取了一种层次型结构的命名机制。l对Internet上主机的命名，一般必须考虑三个方面的问题：u第一，主机名字在全局的唯一性，即能在整个Internet上通

38、用；u第二，要便于管理；u第三，便于映射。l域名系统也与IP地址的结构一样，采用的是典型的层次结构（图7-26）。l域名通常是按分层结构来构成；每个子域名都有其特定的含义。7.5 Internet 基础图7-26 DNS的层次结构7.5 Internet 基础lDNS层次型结构的另一层含义，是使它与层次型名字空间管理机制的层次相对应。l域名地址和用数字表示的IP地址实际上是同一个对象，只是称呼上不同而已。l我国的域名注册由中国互联网络信息中心（CNNIC）统一管理，其中，顶级域名大致可分为两类：一类是组织性顶级域名；另一类是地理性顶级域名。n7.5.5 Internet 提供的信息服务l1.电

39、子邮件（E-Mail）u它是Internet上最受欢迎的一种通信方式，也是目前Inte-rnet上使用最频繁的一种服务。u如果我们要使用电子邮件服务，首先要拥有一个电子邮箱(mail box)。电子邮箱是由提供电子邮件服务的机构(一般是ISP)为用户建立的（图7-27）。u每个电子邮箱都有一个邮箱地址，称为电子邮件地址(E-mail address)。电子邮件地址的格式是固定的，并且在全球范围内是唯一的。用户的电子邮件地址格式为：用户名主机名。7.5 Internet 基础7.5 Internet 基础图7-27 电子邮件服务l2.文件传输（FTP）uFTP服务采用的是典型的客户机/服务器工作

40、模式，它的工作过程如图7-28所示。u机称为FTP服务器，它通常是信息服务提供者的计算机，就相当于一个大的文件仓库。u服务器必须安装提供FTP访问的软件，有了一定的权限，客户才能访问。FTP服务器支持匿名服务，IE浏览器提供FTP功能。7.5 Internet 基础图7-30 文件传输服务l3.万维网WWWu万维网WWW（World Wide Web）简称Web，是Internet应用最为广泛的网络服务项目，它将世界各地的信息资源以特有的含有“链接”的超文本形式组织成一个巨大的信息网络。uWWW系统的结构采用了客户机/服务器模式，它的工作原理如图7-29所示。n7.5.6 Internet的信

41、息资源搜索工具搜索引擎l1.什么是搜索引擎7.5 Internet 基础7.5 Internet 基础图7-29 WWW的工作原理u搜索引擎是专门提供信息查询服务的网站安装在其服务器上的一种能在网上漫游并搜集它所得到的信息，同时自动生成本地索引的软件，是因特网上最为有效的信息导航工具。u搜索引擎具有庞大的数据库记录网上信息源的地址，是网络用户查找相关站点网址的工具，是目前采集、利用网络信息资源的最常用的工具。l2.搜索引擎的结构与功能u搜索引擎由搜索软件、索引软件和检索软件三大部分组成。u在软件的支持下，搜索引擎主要有以下两个功能：搜索引擎的第一个功能是收集信息资源建立索引数据库。搜索引擎的第

42、二个功能也是最主要的功能是提供网络的导航与检索服务。7.5 Internet 基础l3.搜索引擎的工作原理u(1)搜集信息搜索引擎的信息搜集基本都是自动的。搜索引擎利用称为网络蜘蛛(spider)的自动搜索机器人程序，普遍使用超链接分析技术，除了分析索引网页本身的内容，还分析索引所有指向该网页的链接的URL。u(2)整理信息,建立索引搜索引擎整理信息的过程称为“建立索引”。搜索引擎不仅要保存搜集起来的信息，还要将它们按照一定的规则进行编排。u(3)接受查询用户向搜索引擎发出查询，搜索引擎接受查询并向用户返回资料。7.5 Internet 基础n接入网泛指“用户网络接口与业务节点接口问实施承载功

43、能之实体”。宽带接入网是指能同时承载语音、图像、数据、视频等宽带业务需求的接入网络。通常接入网传输系统按传输媒质分为有线接入和无线接入两种方式，其分类如图7-31所示。7.6 Internet 宽带接入方式n7.6.1 光纤接入网l所谓光纤接入网（OAN）就是采用光纤传输技术的接入网，泛指本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。l光纤接入网又称光纤用户环路(FITL), 它是在交换局中设有光线路终端(Optical Line Terminal; OLT),在用户侧有光网络单元(Optical Network Unit; ONU ,ONU),OLT和ONU之间用光纤连

44、接。lFTTH(光纤到户)是指将光网络单元(ONU)安装在住家用户或企业用户处，一直被认为是接入网的明日之星，也是宽带发展的最终理想。7.6 Internet 宽带接入方式7.6 Internet 宽带接入方式图7-32 光纤接入网n7.6.2 铜缆接入技术lDSL(Digital Subscriber Line，数字用户线)是以铜质电话线为传输介质的传输技术组合，它直接将数字信号调制在电话线上(并没有经过模/数转换)，所以可以获得比普通调制解调器高得多的带宽和速率。lDSL包括HDSL（高速数字用户线）、VDSL（高速不对称数字用户线）和ADSL（不对称数字用户线）等，一般称之为xDSL技术

45、。不同数字用户线技术的主要区别就是体现在信号传输速度和有效距离的不同，以及上行速率和下行速率对称性的不同。 lADSL具有传输速率高、频带宽、性能优、安装方便。7.6 Internet 宽带接入方式7.6 Internet 宽带接入方式图7-33 ADSL是Internet用户的广泛使用的接入方案n7.6.2 以太网接入方式l以太网的帧格式和IP数据包是一致的，用以太网传输IP数据业务时没有任何格式转换问题。速率分为10/100/1000 Mbps 三种等级，可按需升级，万兆（10 Gb/s)以太网技术也已经问世。l局域网接入方式如图7-34所示。 7.6 Internet 宽带接入方式7.6

46、 Internet 宽带接入方式图7-34 局域网接入方式n7.6.3 无线宽带接入技术l无线接入是指用无须物理传输媒质的无线传输手段来代替接入网的部分甚至全部的接入技术。无线接入以改进灵活性和扩展传输距离为目的。l1.卫星接入方式u卫星通信系统是由空间部分通信卫星和地面部分通信地面站两大部分构成的。u卫星系统既可以和地面系统相结合，又可以绕开复杂的地面网络建立独立的卫星网络。u从将来的发展来看，卫星网络因其覆盖面广、容易部署等特点，在将来有可能取代目前传输速率参差不齐、接入方式复杂的地面网络，并提供全球宽带主干系统。7.6 Internet 宽带接入方式7.6 Internet 宽带接入方式

47、图7-35 卫星通信示意图。卫星从一个地面站接收信号，再转发至另一地面站l2无线局域网u无线局域网络利用射频(Radio Frequency；RF)的技术，取代双绞铜线所构成的局域网络，使得无线局域网络能免去了大量的布线工作，只需要安装一个或多个无线访问点（AP)，就可以覆盖一个建筑内的局域网络，而且便于管理和维护。uWiFi的全称是：Wireless Fidelity，是无线保真的缩写。 u在现有的无线局域网基础之上增加AP，就可以把小型网络扩展成几百个、上千个用户的大型网络，并且能够提供节点间“漫游”等有线网络无法实现的特性。u利用WiFi技术构建家庭无线局域网是WLAN最常见的应用了。7

48、.6 Internet 宽带接入方式l3.蓝牙技术u蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般在10米内）的无线电技术。u利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。7.6 Internet 宽带接入方式n本章主要介绍计算机通信与网络的基本概念、计算机局域网及互联设备、网络接入技术等知识，通过本章的学习使学生对计算机通信与网络技术有一个基本的了解。n通信是指一个信号在介质中从发送端传至接收端的传输，介质是发送者与接收者之间携带信号的任何事物。目前通信技术主要包括有线通信和无线通信两

49、种技术。宽带与复用技术大大提高了介质通信能力，光纤通信是未来最有潜力的发展方向。n计算机网络是通信技术与计算机技术相结合的产物。计算机之间进行通信，它们必须采用相同的信息交换规则，计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则称为网络协议或通信协议。OSI为理解协议的作用提供了模型参考。n网络互联离不开通信协议，Internet正是依靠TCP/IP协议和各种网络互联设备实现了各种不同类型网络的互联。需要同学们掌握IP地址、域名等基本概念，并了解Internet的应用与接入技术。本章小结n一、思考题l1.人类通信与网络技术的发展历史中发生了哪些重大事件？从中我们能得到哪些启示？u

50、电报与电话的发明使得人们由短距离通信转入长距离通信，从而开辟了近代通信的历史u由于无线通信技术的进步，实现了广播、电视的传输，不仅可传送声音，亦可传送图形和图像，广播与报纸、广告、书籍等印刷品一同被称为大众传媒。u主机主机间的通信迅速成为需求，因此产生了包(packed)交换网络和个人数据网。u20世纪70年代初产生了多种包交换技术。u20世纪80年代以后，随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，大规模集成电路、超大规模集成电路、数字传输理论和技术、商用通信卫星、程控数字交换机、光纤通信、综合数字业务等一系列技术都得到了迅速发展和应用。思考与练习l2.简述通信系统模型的工作原理。u信源（发送方）

51、的作用是把消息转换成要发送的信号。原始信号需要完成某种变换（如编码与调制），编码器是将信源输出的消息或消息序列转换成适合通信系统要求的信号的设备，使信号适合在信道中传输。l3.基带传输与频带传输的主要区别是什么？为什么基带传输要占用信道的全部带宽？u（1）基带传输 基带传输是按照数字信号原有的波形（以脉冲形式）在信道上直接传输，它要求信道具有较宽的通频带。基带传输不需要调制、解调，设备花费少，适用于较小范围的数据传输。 基带传输时，通常对数字信号进行一定的编码，数据编码常用三种方法：非归零码NRZ、曼彻斯特编码和差动曼彻斯特编码。后两种编码不含直流分量，包含时钟脉冲，便于双方自同步，因此，得到

52、了广泛的应用。u基带需要独占电线的容量。在基带传输中，当没有数据传输或长时间传输0或1时，信号状态不发生改变，信号频率几乎为0；当0与1交错传输时，信号状态改变最频繁，即信号频率达到最大。所以，基带传输占用的频率范围为0Max赫兹的全部带宽基带系统中的每个设备都共享相同的信道。u l3.基带传输与频带传输的主要区别是什么？为什么基带传输要占用信道的全部带宽？u（2）频带传输 频带传输是一种采用调制、解调技术的传输形式。在发送端，采用调制手段，对数字信号进行某种变换，将代表数据的二进制“1”和“0”，变换成具有一定频带范围的模拟信号，以适应在模拟信道上传输；在接收端，通过解调手段进行相反变换，把

53、模拟的调制信号复原为“1”或“0”。常用的调制方法有：频率调制、振幅调制和相位调制。 具有调制、解调功能的装置称为调制解调器，即Modem。 频带传输较复杂，传送距离较远，若通过市话系统配备Modem，则传送距离可不受限制。uPLC网一般范围有限，故PLC网多采用基带传输。 基带传输和频带传输最大的区别就是要不要经过调制，通俗点就是需要不需要调制解调器，基带传输是按照数字信号原有的波形（以脉冲形式）在信道上直接传输，频带传输是一种采用调制、解调技术的传输形式，而连在交换机上的若干PC通信时，只在双方独自的信道传输，不是整个网络！n一、思考题l4.理解数字通信系统中带宽的概念。u带宽就是媒体能够

54、传输的信号最高频率和最低频率的差值。u数字通信系统中“带宽”的含义完全不同于模拟系统，它通常是指数字系统中数据的传输速率。思考与练习l5.数字通信系统的主要性能指标有哪些，如何计算？l1.有效性指标u数字通信系统的有效性可用传输速率来衡量，传输速率越高，则系统的有效性越好。u(1)码元传输速率u通常又可称为码元速率，是指单位时间（每秒钟）内传输码元的数目，用符号RB来表示。u（2）信息传输速率u信息传输速率可简称信息速率，又可称为比特率等。7.2 数据通信的基本原理1(Baud)(B)BBRT注意公式中符号下脚标“ ”用大写表示u(3)频带宽度u因为传输速率越高，所占用的信道频带越宽。u在计算

55、信道容量时，频带宽度是一个重要的指标。奈奎斯特定理和香农的有噪信道编码定理中给出了信道容量与频带宽度的关系。l2.可靠性u（1）误码率（码元差错率）Pe是指发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即：7.2 数据通信的基本原理()bits/s(/)H XRT或比特 秒u（2）误信率（信息差错率）Pb是指发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例，即7.2 数据通信的基本原理eP 错误的码元数传输的总码元数bP 错误的比特数传输的总比特数l6.什么是信道容量？无噪声信道与有噪声信道计算公式适用于什么范围？信道容量如何计算？u数据传输的最大速率

56、给出了一个理论上的上限。对于采用二进制编码数据的传输方案，奈奎斯特定理指出，在带宽为B的传输系统上所能达到的最大数据传输速率以每秒位数表示时可达到2B。更一般地，如果被传输的信号包含N个状态值（即信号的状态数为N），那么带宽为B赫兹信道所能承载的最大数据传输速率（信道容量）是：u奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系。7.2 数据通信的基本原理22 log NCBl2.有噪信道编码定理u香农(Shannon) 提出并证明了在噪声影响下传输系统所能达到的最大数据传输速率。该定理被称为有噪信道编码定理，也称为香农第二定理。其计算公式表达如下：u香农的有噪信道编码理

57、论的贡献在于，若在信息传输率R小于信道容量C（即RC），则可以找到一种信道编码方法，使得信源信息可以在有噪声信道进行无差错传输，u如果信息传输率R大于信道容量C（RC），那么无差错传输在理论上是不可能的。u香农公式的理论价值在于给出频带利用的理论极限值。7.2 数据通信的基本原理2Wlog (1)SCNl7.为什么通信系统中要进行信道差错控制？其主要方法有哪些？u香农的研究证明：如果把要传送的消息在传送前事先进行编码，并在接收端采用适当的译码，则消息有可能得到无错误的传输，也就是说，通过不可靠的信道可以实现可靠的信息传输。u信道编码的目的是提高信息传输或通信的可靠性，降低误码率，使系统具有一定

58、的纠错能力和抗干扰能力，提高数据传输效率。7.2 数据通信的基本原理几种差错控制方法：u(1)前向纠错方式（FEC）通信中在接收端收到传输码字后，由译码器自动纠正传输中的错误，称为前向纠错。u(2)检错重发方式（ARQ)发送端编码器进行差错编码，接收端译码器只检错不纠错。7.2 数据通信的基本原理u（3）混合纠错（HEC方式）将前向纠错及检错重发方式结合起来使用，发送端的编码兼具检错及纠错能力。7.2 数据通信的基本原理n一、思考题l8.在数据通信系统或计算机网络系统中,主要采用哪些多路复用技术？u数据通信系统或计算机网络系统中，传输媒体的带宽或容量往往会超过传输单一信号的需求，为了有效地利用

59、通信线路,希望一个信道同时传输多路信号，这就是所谓的多路复用技术(MultiplexiI1g)。采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输，在远距离传输时可大大节省电缆的安装和维护费用。频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用TDM (Time Di-vision MultiplexiIIg)是两种最常用的多路复用技术。u(FDM) 频分复用按频谱划分信道，多路基带信号被调制在不同的频谱上。因此它们在频谱上不会重叠，即在频率上正交，但在时间上是重叠的，可以同时在一个信道内传输。思考与练习n8.在数据通信系统或计算机网

60、络系统中,主要采用哪些多路复用技术？u时分复用TDM是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流地分配给多个信号使用。每一时间片由复用的一个信号占用,而不像FDM那样,同一时间同时发送多路信号。u波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。n一、思考题l9.什么