课件：计算机网络技术概述讲解

智能网联汽车技术汽车制造与装配技术专业资源库智能化网联化计算机网络技术概述

主讲人：吴航导入汽车制造与装配技术专业资源库

计算机网络技术是通信技术与计算机技术相结合的产物。计算机网络是按照网络协议，将某一空间内分散的、独立的计算机相互连接的集合。这一空间可以是很大，也可以很小。大的计算机网络空间，可以从地球表面到周围的人造卫星，如全球互联网；小的计算机网络空间可以容纳在一个汽车内，如车载网络。计算机网络组成汽车制造与装配技术专业资源库

一、计算机网络的组成

计算机网络由网络硬件和网络软件组成。网络硬件由网络节点和连接节点的传输介质组成。网络软件由节点软件和网络软件组成。

（1）网络节点

网络节点简称节点，也是网络中的单元。计算机网络中的所有节点都具有计算机最基本功能。节点可以分为终端节点、服务节点和混合节点。

终端节点一般是网络终端的计算机，其功能主要是产生、发送和接受数据。

服务节点一般是支持和控制网络运行的各种数据处理和通信设备，如服务器、交换机、路由器、集线器等。

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（2）网络传输介质

常用的网络传输介质可分为两类：一类是有线的；一类是无线的。有线传输介质主要有同轴电缆、双胶线和光纤；无线传输介质主要有无线电波和红外线。

（3）节点软件

不同的节点，需要安装不同的节点软件支持才能运行。例如，个人计算机需要相应的操作系统才能工作，才能运行各种应用软件。工业或车载网络的节点都需要安装为此开发的软件才能工作。

（4）协议软件

不同的网络，需要不同的协议软件支持才能运行。所谓协议软件就是支持网络“交通规则”的软件。计算机网络的分类汽车制造与装配技术专业资源库二、计算机网络的分类

计算机网络可以按不同角度进行分类，如可以按网络所覆盖的地理范围分类、按网络的拓扑结构分类、按网络中计算机所处的地位分类等。1、按网络所覆盖的地理范围分类

由于网络覆盖范围和计算机之间互联距离不同，所采用的网络结构和传输技术也不同，因而形成不同的计算机网络。一般可以分为三种类型。局域网（LocateAreaNetwork，LAN）：网络地理覆盖范围有限，大约在几米至几千米，覆盖范围一般是一个部门、一栋建筑物、一个校园、一个公司、一辆轿车内。局域网组网方便、灵活，传输速率较高。计算机网络的分类汽车制造与装配技术专业资源库广域网(WideAreaNetwork，WAN)：也称远程网，作用范围大约大几十至几千千米。它可以覆盖一个国家或地区，甚至可以横跨几个洲，形成国际性的远程网。广域网内用于通信的传输装置和介质，一般是由电信部门提供，网络由多个部门或多个国家联合组建而成，网络规模大，能实现较大范围的资源共享。因特网就是典型的广域网。城域网(MetropolitanAreaNetwork，MAN)：网络作用范围介于局域网和广域网之间，约为几十千米。城域网的设计目标常常要满足一个城市范围内大量的企业、公司、机关、学校、住宅区等多个局域网互联的需求。计算机网络的分类汽车制造与装配技术专业资源库2、按网络的拓扑结构分类拓扑结构就是网络节点在物理分布和互联关系上的几何构型。按计算机网络的拓扑结构可将网络分为：总线型网、星型网、环型网、树型网。如图1-1所示。图1-1计算机网络各种拓扑结构示意图（1）总线型如图1-1（a）所示。总线结构中，各节点通过一个或多个通信线路与公共总线连接。总线型结构简单、扩展容易。网络中任何节点的故障都不会造成全网的故障，可靠性较高。（2）星型如图1-1（b）所示。星型的中心节点是主节点，它接收各分散节点的信息再转发给相应节点，具有中继交换和数据处理功能。星型网的结构简单，建网容易，但可靠性差，中心节点是网络的瓶颈，一旦出现故障则全网瘫痪。计算机网络的分类汽车制造与装配技术专业资源库（3）环型如图1-1（c）所示。网络中的节点计算机连成环型就成为环型网络。环路上，信息单向从一个节点传送到另一个节点，传送路径固定，没有路径选择问题。环型网络实现简单，适应传输信息量不大的场合。由于信息从源节点到目的节点都要经过环路中的每个节点，任何节点的故障均导致环路不能正常工作，可靠性较差。计算机网络的分类汽车制造与装配技术专业资源库（4）树型如图1-1（d）所示。树型网络是分层结构，适用于分级管理和控制系统。与星型结构相比，树型网络通信线路长度较短，成本低，易推广，便结构较星型复杂。网络中，除叶节点极其边线外，任一节点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作。（5）网状型如图1-1（e）所示。又称为不规则型，网络中各节点的连接没有一定的规则，一般当节点地理分散，而通信线路是设计中主要考虑因素时，采用不规则网络。目前，实际存在的广域网，大都采用这种结构。计算机网络的分类汽车制造与装配技术专业资源库计算机网络的分类汽车制造与装配技术专业资源库总线型网络具有结构简单、扩展容易，可靠性高等许多优点，是工业计算机控制网络和汽车车载网络的常用网络，因此，在工业和汽车行业里，习惯将总线型计算机网络简称为“总线”，例如“汽车总线技术”、“工业现场总线技术”等。有时将“总线”等同“网络”，例如“汽车总线技术”和“汽车网络技术”的意义基本是相同的。在汽车行业里，一般习惯将单纯的总线型网络称为“总线”，将多个不同的“总线”联网系统称为“网络”。汽车制造与装配技术专业资源库三、计算机网络协议与网络体系结构1.网络协议计算机网络的节点之间需要不断地交换数据信息和控制信息，要做到有条不紊地交换数据，每个节点都必须遵循一些事先约定好的规则。这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序。这些为网络数据交换而制定的规则、约定和标准称为网络协议。计算机网络协议与网络体系结构汽车制造与装配技术专业资源库网络协议主要由以下三个要素组成。语法：用于确定协议元素的格式，即数据与控制信息的结构和格式。语义：用于确定协议元素的类型，即规定了通信双方需要发出何种控制信息，完成何种动作，以及做出何种应答。时序：用于确定通信速度的匹配和时序，即对事件实现顺序的详细说明。网络协议从语法和语义上定义了数据信息交换的规则和过程，从时序上定义了通信双方通信速度的匹配。总之，网络协议是通信双方共同遵守的通信语义、语法和时序的集合。计算机网络协议与网络体系结构计算机网络协议与网络体系结构汽车制造与装配技术专业资源库2、网络体系结构现实生活中人们处理一些复杂问题时，通常采用层次化的解决方法。例如文字通信，它是为社会成员之间传递信息服务的。社会是一个很大的网络，每一位社会成员都是网络中的节点，都可以与他人通过邮局通信。例如，如图1-2所示，甲要向乙发一封保密信，甲用母语先写出信的内容（语言1）；交密码员翻译为密码信（语言2）；装入信封封口，写在信封上写上收信人的地址；交给当地邮局1，邮局1按最捷径的邮递路线将信件传送到目的邮局8；邮局8将信件送达收信人处，；乙收到密码信（语言2）后，拆封，交密码员翻译为母语（语言1），然后阅读，获知甲传来的消息。汽车制造与装配技术专业资源库图1-2邮政服务的层次模型图计算机网络协议与网络体系结构以上面信息的传送过程，按层次分析如下：第1层为邮递层，为了使信件准确到达收信人处，邮递层要建立邮局网络，其中包括家庭和社会单位的地址。邮局要选择最佳邮递路线，或在最佳邮递路线受阻时，选择次佳邮递路线，最终将邮件传递到目的邮局。邮局只负责信件的快速和准确邮递，不管信件的内容。第2层为封装层，发信人要用规定的信封封装信件，并按规定的格式书写收信人的地址，邮局才能准确将信件送达到收信人处。第3层为编译层，编译层的人会书写同一种母语和同一种密码。第4层为交流层，交流层的人是真正需要表达和接受信息的人。汽车制造与装配技术专业资源库计算机网络协议与网络体系结构汽车制造与装配技术专业资源库我们将计算机网络的这种层次结构模型和各层协议的集合称为计算机网络体系结构。不同系统中的相同层实体叫对等实体，对等实体间通信须遵守同层协议。计算机网络有不同的层次结构模型，国际标准化组织（ISO）为网络通信定义了一个参考模型，称为开放式系统互连参考模型（OSI），简称OSI模型。如图1-3所示，OSI的体系结构定义了一个7层模型，从下到上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。计算机网络协议与网络体系结构汽车制造与装配技术专业资源库图1-3OSI的体系结构模型

计算机网络协议与网络体系结构汽车制造与装配技术专业资源库下面以OSI模型为网络体系结构发送电子邮件，从最高层向下解释各层的功能。第7层：应用层应用层包括电子邮件、文件传输、文件管理、远程访问文件和打印机和终端仿真等网络服务。电子邮件的输入一般用母语。第6层：表示层表示层的主要功能就是将报文转换成某种能被各种入网计算机及运行的应用程序相互理解的约定格式，即在网络中进行通信的翻译。对电子邮件来说，表示层协议的功能就是要将电子邮件的母语代码翻译为约定格式的数码格式。计算机网络协议与网络体系结构汽车制造与装配技术专业资源库第5层：会话层会话层不参与具体的传输，是在不同计算机上的进程之间建立通信会话，功能包括建立、维护、同步、管理通信实体间的对话以及访问身份验证等。发送电子邮件要输入目的邮箱的地址，与目的邮箱的网站建立联系。第4层：传输层传输层的数据传输单位是报文。传输层按照网络一次能处理的最大数据包对数据进行分割，形成分组报文。传输层协议同时对报文流量进行控制或根据接收数据的快慢程度规定适当的发送速率。文件较大的电子邮件的二进制数据要进行分割，形成分组报文。计算机网络协议与网络体系结构第3层：网络层网络层管理网络的连接和解除。通过路径选择将电子邮件从最合适的路径由发送端传送到接收端，同时还要防止信息流量过大造成网络阻塞。第2层：数据链路层数据链路层的传输单位是数据帧，每帧的数据是由一个或若干字节（每位字节含8位二进制数）组成，因此要将报文一帧一帧的发送。数据链路层对要传输的帧，增加同步信息、校验信息、地址信息等，封装成数据帧。数据链路层协议同时控制的数据帧的传输顺序、差错检测与控制、数据流量控制等。汽车制造与装配技术专业资源库计算机网络协议与网络体系结构第1层：物理层物理层确定传输电子邮件（其他数据也相同）二进制脉冲信号的传输方式、脉冲信号的电压参数；确定物理连接（接口）的结构方式；在物理层中，数据传输的单位是比特(bit)。在车载网络中，由于要传输的信息大多是传感器、执行器和开关信息，数据较短，同时由于网络多采用总线型，所以车载网络的体系结构相对简单一些，主要包括两大部分，一是通信部分，二是网络管理部分，采用的体系结构对应OSI模型中的应用层、数据链层和物理层。汽车制造与装配技术专业资源库计算机网络协议与网络体系结构四、计算机网络常用传输介质网络上数据的传输需要有“传输媒体”，即传输介质。常用的网络传输介质可分为两类：一类是有线的；一类是无线的。有线传输介质主要有同轴电缆、双胶线和光纤；无线传输介质主要有无线电波和红外线。1.同轴电缆同轴电缆曾经是局域网中使用最普遍的一种线缆，它的典型特点是传输距离长、抗干扰性强。同轴电缆主要用于总线型网络中。闭路电视的传输电缆就是同轴电缆。同轴电缆如图1-4所示，同轴电缆的中心是铜线。由于同轴电缆一般用来传输高频电信号，因此，铜线和屏蔽铜丝网之间要有一定的间距，其中充填的绝缘层对高频电磁场的损耗要求很低。屏蔽铜丝网起屏蔽作用，减小电磁波外泄。最外层是保护绝缘层。汽车制造与装配技术专业资源库计算机网络常用传输介质图1-4同轴电缆汽车制造与装配技术专业资源库计算机网络常用传输介质2、双胶线双胶线由相互绞合在一起的线对组成，如图所示。为制作网线时便于区分，每条线都标有不同的颜色。双胶线是目前组建局域网时最常用的一种线缆。图1-5（a）所示的网线是由四对双胶线组成；图1-5（b）为普通双绞线；图1-5（c）为带屏蔽铜丝网的双绞线。车载网络总线常用普通双胶线或带屏蔽铜丝网的双绞线。汽车制造与装配技术专业资源库图1-5双胶线（a）四对双绞线的网线（b）普通双绞线（c）带屏蔽铜丝网的双绞线计算机网络常用传输介质3、光纤光纤是光导纤维的简称，光纤是一种细小、柔韧并能传输信号的传输介质，相对于其他传输介质来说，光纤具有传输距离长、传输速率高、安全性好等特点。主要适用于长距离、大容量、高速度的场合，如大型网络的主干线和大容量的信息传输等。光纤的结构如图1-6所示，光纤的光学纤芯是很细的单根圆形光学材料，光学材料分光学玻璃和光学塑料等，车载网络的光纤纤芯是用塑料光纤芯（POF）。纤心外是反射涂层，光线在纤芯和反射涂层的接触界面形成全反射。反射涂层外是黑色包层，起保护反射涂层和光隔离的作用。黑色包层外是彩色包层，起保护和标记作用。汽车制造与装配技术专业资源库计算机网络常用传输介质图1-6光纤的结构

汽车制造与装配技术专业资源库计算机网络常用传输介质表1-1双绞线、同轴电缆和光纤的主要特性传输介质信号类型最大数据传输速度最大传输距离网络节点数抗干扰双绞线数字1～10Mbit/s0.1km几十低

同轴电缆(50Ω)数字30～50Mbit/skm几百中等

同轴电缆(75Ω)模拟150～180Mbit/s1km几千较高光纤数字5Gbit/s1km几百极高汽车制造与装配技术专业资源库计算机网络常用传输介质4、无线传输介质无线传输主要有无线电波和红外线等。其中红外线传输数据信号的基本速率为1Mb/s,

仅适用于近距离的无线传输，而且有很强的方向性；而无线电波的覆盖范围较广，应用较广泛，是常用的无线传输媒体。我国一般使用2.4～2.4835MHz频段的无线电波进行局域网的