计算机网络与因特网(一)

学习目标与要求

L了解计算机网络的分类，熟悉计算机网络所能提供

的服务及常用的网络软件，初步理解客户/服务器

工作模式。「f

2.掌握局域网的特点与组成，了解几种常用的局域网,

熟悉局域网提供的功能与服务，初步理解网络的两

种工作模式I

3.了解构成广域网的远程数字通信线路的性能及几种

常用的接入技术，懂得广域网的构成和分组交换机

的功能，理解广域网的通信过程与路由表的作用

学习目标与要求

4.初步了解TCP/IP协议的作用，熟悉IP地址的格式与

分类，初步懂得路由器的功能与通信过程

5.熟悉域名与IP地址的关系，理解域名系统的作用和

工作过程n

6.了解电子邮件系统和远程文件传输系统（FTP）的大

体原理与工作过程/\/

7.了解WWW的功能、组成及其应用，掌握HTML、URL、

http和Web浏览器等的作用与原理/

8.初步理解网络信息安全措施如身份证、访问控制、

数据加密、数字签名、防火墙、病毒防范等的原理

与作用

4.1.1计算机网络的组成

与分类A

计算机网络的定义与组成

计算机网络定义：I

利用通信设备、通信线路和网络软件，把地

理上分散且各自具有独立工作能力的计算机（及其

他智能设备）以相互共享资源（硬件、软件和数据

等）和信息传递为主要目的连接起来的一个系统。

计算机网络系统是一个集计算机硬件设备、软

件系统、通信设施、网络信息为一体的，能够实现

资源共享的现代化综合服务系统。

计算机网络的3个主要组成部分

■若干个主机(host)

■一个通信子网

■一系列的通信协议及相关的网络软件

通信协议：

是通信双方事先约定好的必须遵守的规则

(例如TCP/IP),用于主机与主机之间、主

机与通信子网之间、通信子网中各结点之间

的通信，是计算机网络必不可少的组成部分。

计算机组网的目的

■数据通信：就是在计算机之间进行通信，相互传递

数据，进行信息交换。

■例子：访问其他计算机的文件；收发电子邮件；网

上聊天。

■资源共享：最主要的目的，I

■例子：1、利用浏览器浏览和下载远程WEB网站上的信息；2

共享打印机

■实现分布式的信息处理

■例子：合作完成大型信息处理问题：

■提高计算机系统的可靠性和可用性

■例子：后备计算机；其他计算机分担任务

计算机网络的分类

按网络所覆盖的地域范围分：

■局域网(LocalAreaNetwork,简称LAN)

■广域网域ideAreaNetwork,简称WAN)

■城域网(MetropolitanAreaNetwork,

简称MAN)

4.2.1局域网的特点与

组成I

计算机局域网定义

LocalAreaNetwork,简称LAN

较小地域范围（10公里范围内）内的计算

机网络，一般是一幢建筑物内或一个单位

几幢建筑物内使用专用的高速通信线路把

多台计算机相互连接互连成网。

计算机局域网的组成

工作站（含网络接口卡）、服务器（含网络

接口卡）、网络打印机、传输介质、网络

互连设备（例如：集线器，交换机）等。

网络工作站

网络接口卡

共享的传输介质

网络打印疝网络服务器

网络工作站

■一台独立的计算机使用电缆或其他通信介

质与一个局域网进行了连接时，它就成为

网络上的一个工作站，使用这台计算机的

用户就成了一个网络用户。I

工作站本身所具有的硬盘、光盘、程序、

数据、打印机等都是该用户的本地资源，

网络上其他工作站和服务器的资源称为网

络资源。

网络服务器

■网络服务器一

网络中为所有用户提供应用软件服务

及数据存储空间的计算机。

根据其提供的服务可以将服务器分为：

■文件服务器

应用服务器

打印服务器

有些网络服务器不仅为网络用户提供

共享资源，而且还具有网络的管理功

能。

网络打印机

为所有网络用户提供打印服务的一台共

享的打印机。通常它有一个打印队列，

各个工作站发送来的打印文件均存储在

打印队列中，然后逐个进行打印。打印

队列由打印服务器管理，打印服务器可

以与文件服务器是同一台计算机，也可

以是连接在网上的另一台专门的计算机

局域网的组成

■结点（node）

网络上的每一台设备，包括工作

站、服务器以及打印机等都称为

网络上的一个结点。

■网卡（网络适配器）

网络上的每一个结点都有一块网

络接口卡（简称网卡）。网卡和

电缆负责把结点与网络连接起来,

将需要发送的数据从计算机传送

到网络，需要接收的数据从网络

传送到结点。

不同类型的网络使用不同类型的

网络适配器（网卡）

决定局域网性能的主要技术

■用以传输数据的传输介质二,

■用以连接各种设备的网络拓扑结构

■对于共享资源（传输介质）的介质访问控

制方法

局域网的分类

■按照使用的传输介质可分为

有线网，无线3

■按照网中各种设备互连的拓扑结构

可分为

星型，环型，总线型，树型，混合型

■按照所使用的介质访问控制方法可

分为

以太网、交换式局域网、标记环网

FDDI网等

网络传输介质

数据传输的信道。是局域网中各结点共享

的资源。JA

■有线局域网,

■无线局域网

局域网拓扑结构

网络中各个结点相互连接的方法和形式。

・总线型局域网4

连线线长度小于星型结构，站点容易扩充和删除

总线任务重，易产生瓶颈问题］

例如：以太网(IEEE802.3)

总线结构

局域网拓扑结构

■环型局域网

传输速率高，传输距离远.

一个站点的故障会形起整个网

络的崩溃。

例如：IBM令牌环网

■星型局域网

通信协议简单

站点故障容易检测和隔离

连线费用大

中央结点要求高

例如：ATM交换式局域网

星型结构

介质访问控制方法

■带冲突检测的载波侦听多路访问

（CSMA/CD）方法（总线结构局域网使

用）

以太网采用此方法

■标记环法（环形结构局域网使用）

计算机局域网主要特点

＞地理范围有限

■网络中多台计算机共享一个传输介质，数

据传输速率高(10Mbps〜IGbps)

■能按广播方式或组播方式通信

■通信延迟时间较低，可靠性较好(10-8〜

10-11)

4.2.2常用局域网简介

以太网(Ethernet)

拓扑结构：总线结构

□□

终端器［日一n终端器

LI

□□

以太网拓扑结构示意图

以太网（Ethernet）

物理结构：一

以集线器为中心，网络中的每个结点通过网卡

和网线（一般是5类双绞线）连接到集线器。

printer

以太网物理结构（小型）

以太网(Ethernet)

以太网(Ethernet)

集线器：.

简称Hub,用来连接网络中各个结点,

基本功能：]

把一个端口接收到的信息向所有端口分发

出去

能对接收到的信号进行放大，以扩大网络

的传输距离，起着中继器的作用

以太网(Ethernet)

通信方式：

广播方式通信。/J

一个结点发送的信息，可以送达网上的所有

其他结点。结点之间传输数据时，计算机必

须把数据分成一个一个帧(frame),每个结

点每次只能使用总线传输一个帧，然后把总

线的使用权交出来，这样就可以让所有结点

公平地使用总线。

以太网(Ethernet)

介质访问控制方法:

带冲突检测的载波侦听多路访问

(CSMA/CD)方法，由网卡来完成，以保

证在结点相互通信时任何时候只有一个

结点发送信息。

载波侦听J/

冲突检测

以太网（Ethernet）

介质访问地址（简称MAC地址）：

为实现总线上任意两个结点之间的通信，局域网中的

每个结点的网卡都有的一个唯一的地址（48位二进制

数）。°I

当发送结点发送一帧信息时，帧中必须包含自己的

MAC地址和接收结点的MAC地址。

每次通信时，连接在总线上的所有结点的网卡都要

检测信息帧中的MAC地址，来决定是否应该接收该信息帧

信息帧的接收方，可以是一个结点，也可以是一组

结点（称为组播），甚至是网络上所有其他的结点（称

为广播）。

以太网(Ethernet)

信息帧的格式:

帧

接收结点发送结点

同步类

地地发送的

MACMAC型数据CRC

码LKJ

XB6B6B2B46〜15UUB4B

11

帧头部帧数据区

以太网(Ethernet)

以太网卡：

■按传输速度可以分为

10M网卡

100M网卡

10/100M自适应网卡（目前使用最多）

■每块网卡有一个全球唯一的48位二进制数表

示的MAC地址

以太网(Ethernet)

总线结构以太网的特点：

-维护方便

■增/删结点容易§I

■轻负载时(结点少，或者信息发送不频繁)效

率较高|

重负载时，网络性能将急剧下降

以太网并不适合实时性要求较高的环境;

以太网总线的最高数据传输速率为：，

10Mbps(10BASE-T)

100Mbps(100BASE-T)

IGbps(千兆位)

交换式以太网

一种交换式局域网

拓扑结构：星形结构

物理结构：以以太网交换器为中心，网络中的每个结点通过

网卡和网线连接在交换器上，并通过交换器进行相互通信。

交换器从发送结点接收数据后，直接传送给指定的接收结

点，不向任何其他结点传送数据。

交换式以太网

以太网交换器（交换式集线器）

内部有一个核心交换式背板，采用一个纯粹的交

换系统代替传统集线器的共享介质中继网段。连接在

交换器上的每一个结点各自独享一定的带宽（10Mb/s

或100Mb/s）o

为数据帧从一个端口到另一个任意端口的转发提

供了低时延、低开销的通路。

交换式集线器可以按层次方式互相连接起来，构

成工作组一部门一公司的多层次的局域网。

交换式以太网

交换式以太网组网示意图:

lOOOMlps至中央服务器

交换式以太网

交换式以太网与总线结构以太网的区别：

交换式以太网：广^i

连接在交换器上每一个结点各自独享一定

的带宽。

总线式以太网：I

连接在集线器上所有结点共享一定的带宽

（总线的带宽）

ATM交换式局域网

使用ATM交换机构建的局域网。

ATM交换机：厂

采用ATM交换技术，它既能

提供分组交换方式的常规

数据传输服务，又能提供

电路交换方式的实时数据

传输服务（如音频、视频

等应用），数据传输速率

高（每个端口独享155Mbps或622Mbps）,能方便地

与ATM广域网进行互连。ATM局域网一般用作校园网

或企业网的骨干网。

光纤分布式数字接口网(FDDI)

FDDI拓扑结构：环型，双环结构，每个设备可以挂

接到两个环路结点上

环上的结点依次获得对环路的访问权。为提高可靠

性，FDDI采用双环结构(分别称为主/副环)，主环支

持正常情况下的数据传输工作，副环作为一种冗余

设施，保证在主环故障或者结点故障时环路仍然可

光纤分布式数字接口网(FDDI)

FDDI使用的传输介质：光勺一

传输速率为100Mb/s。由于光纤特有的低损

耗特性，使得线路的不间断距离增大，可

用于长距离通信。多模光纤可达2km,单

模光纤可达100km。具有高可靠性，数据传

输的保密性。

光纤分布式数字接口网(FDDI)

FDDI网络可以覆盖较大的范围，能支持较高的数

据传输速率(100Mb/s),实用中常用于构造局域

网的主干部分，它把许多不同部门的局域网互相

连接起来。

由于FDDI的帧格式和其他常用局域网的帧格式不

同，因此与其他局域网进行互连时，需要通过网

关或路由器才能实现。

无线局域网(Wireless

LocaIAreaNetwork,WLAN)

局域网与无线通信技术相结合的产物。

采用红外线(IR)或者无线电波(RF)进行数据

通信，能提供有线局域网的所有功能，同时还能按

照用户的需要方便地移动或改变网络。

无线电波作为无线局域网的传输介质是目前用得

最多的，它使用的无线电波频段主要是S频段

(2.4GHz〜2.4835GHz),它覆盖范围广，使用扩

频方式通信时，抗干扰、抗噪声、抗衰落能力强，

通信安全，基本避免了通信信号的偷听和窃取，具

有很高的可用性。

无线局域网

无线局域网实现无线通信的设备：

无线网卡、无线HUB、无线网桥等

无线接入点无线接入点

无线局域网

无线局域网采用的协议主要有

■IEEE802.11

■蓝牙(IEEE802.15)

无线局域网

无线局域网技术的优点：

■具有很好的灵活性『*’

■最大通信范围可达到几十公里I

■无线局域网的组建、配置和维护较容易/

无线局域网技术的缺点：

■无线局域网还不能完全脱离有线网络，它只是

有线网络的补充I

■产品比较贵

■传输速度较慢（目前还达不到2Mbps）

4.2.3局域网服务与软

伴I

网络服务

网络服务：一

网络用户在共享资源及数据通信等方面能够得到的

新增功能，它是通过将网络上的许多计算机硬件、

软件进行组合而实现的。I/I

网络服务包括：I

文件服务，打印服务，消息服务，应用服务

局域网服务

文件服务：

网络用户共享服务器或者其他工作站中存

储的程序与数据。]

•程序的共享

•数据文件共享

局域网服务

打印服务：一

用户登录之后，工作站就与网络打印机实

现了逻辑上的连接。用户需要打印输出时，操作

系统将会自动地把输出的文件送到网络打印机去

对于每一个需要打印的文件，网络打印机

按“先来先服务”的顺序将其存放在打印队列中

然后进行处理。

局域网服务

消息服务：一

在网络用户之间传递文本、图像和声音（message）,主动地处理

网络用户之间的通信。与文件服务不同，它不是简单地将数据文

件保存起来，而是一个一个地传送并通知接收消息的用户。

电子邮件/

网络上有一台专门运行邮件服务器软件的计算机（称为邮

件服务器），它的任务是控制电子邮件的流向和管理用户

的邮箱；工作站上运行的是邮件客户程序，其任务是帮助

每个用户阅读、编写、发送和接收邮件。

局域网服务

应用服务：

为网络用户运行软件的服务，即工作站需要执行的某一

项任务，部分甚至全部都是由网络上的另一台计算机

(称为应用服务器)完成的。■

应用服务允许网络上的计算机相互间共享处理能力，协

同完成特定的一项任务。

应用服务器/

处理速度快、存储容量大的计算机，比用户工作站有更

强的处理能力，一般配置优化的操作系统。

“客户/服务器"(Client-Server)模式，工作站运行

的程序是“客户”，应用服务器运行的程序是“服务

-O

局域网服务

数据库服务器：

是一种目前广泛使用的应用服务器，它运行数据库管理系

统软件，负责完成数据库中数据的存储、查询与检索，管

理数据库中的数据，进行复杂的事务处理，保证数据的安

全性。网络工作站的客户程序只要说明数据处理的要求

（例如检索或统计的要求），这些处理要求被传送到数据

库服务器之后，由数据库服务器进行处理，所得到的结果

再传送回客户程序，由客户程序以列表或图形方式显示给

用户。

局域网软件

局域网软件的作用：

在计算机上安装和运行什么软件决定了一台计算机

在局域网中的角色：客户机/服务器。

服务器I

提供共享资源（如磁盘空间、打印机、处理器等）

的计算机

工作站（客户机）I/

使用服务器资源的计算机

局域网软件

局域网的工作模式：

对等(peer-to-peer)模式

网络中的每台PC机既可以作为工作站也可以作

为服务器I

客户/服务器模式|

网络中每一台计算机都扮演着固定的角色，要

么是服务器，要么是客户机。扮演服务器角色

的大多是一些专门设计的高性能的硬件，如文

件服务器、打印服务器、数据库服务器等。

局域网软件

1）网络系统软件

网络操作系统：

网络操作系统是在普通操作系统的基础上，扩充了按照网络

体系结构和协议所开发的软件模块而实现的。1

网络操作系统功能：

网络管理、网络通信、网络服务、网络安全、网络应用

连接在网络上的计算机，必须安装网络操作系统才能进入

网络并正常工作，即获得或提供网络服务。

局域网软件

应用于客户/服务器模式的网络操作系统包含两个部分

■服务器软件

安装在服务器上，用于控制对服务器硬盘的访问，维护

与管理打印队列，监测与记录用户的操作等

例如：UNIX>LINUX>WindowsNTServer>WindowsXP

Server>NetWare

■客户机软件

安装在每个工作站上，当工作站启动运行后，它将负责

建立与网络上其他结点的连接，发出服务的请求，并

接受其他结点的服务。

例如：Windows98

局域网软件

2）网络应用软件

通常为单机工作设计的应用软件，大多数都可

以安装在网络服务器上，当工作站发出请求时

服务器就把它的一个拷贝发送到工作站的内存

中并启动运行。这需要购买该软件的网络使用

许可证。

适合于多个网络用户在网络上协同完成一个特

定任务的网络应用软件：/、

群件，工作流

局域网软件

群件（例如：Domino）

一种特殊的应用软件，通过对工作组的通信、调

度及文档的共享来支持工作组成员的协同工作。

工作流软件（例如：LotusNotes）

4作流软件能使对在指定用户范围内自动M行

流转和处理，它能按照规定的顺序和时间，自动

地把文档从一个用户传送给另外一个用户。

局域网软件

工作流软件与群件比较:一

相同点：.i

都适用于通过网络进行协同工作，

不同点：

工作模式有差异

群件采用信息集中模式：多个用户通过网络

同步地进行协同工作

工作流软件采用过程集中模式：多个用户通

过网络异步地进行协同工作

4.2.4局域网的扩展与

互连3

局域网扩展与互连所使用的设备

・中继器

■网桥

使用中继器进行互连

中继器(Repeater)：

也称转发器。把接收到的信号整形放大后继续进行传送，起

到一个信号“接力”的作用。

用于连接同类型的两个局域网或者延伸一个局域网的范

围，当安装一个局域网而物理距离又超过了线路的规定长度

时，就可以用它进行延伸。|

中继器工作在网络的物理层，只放大信号，不能隔离不同

网段之间不必要的网络数据流量，但结构简单，价格便宜，

安装容易。

使用中继器进行互连

一般的中继器只能用于连接两个距离较近的以太

网，使用光纤中继器再加上光纤传输线路则可以连

接两个距离相隔较远的局域网。

使用网桥进行互连

网桥(Bridge)：

用来连接两个同类型的网段，比中继器多了“帧过滤”功能.

过滤帧：：，

网桥检查每一信息帧的发送地址和目的地址。如果这两个地址

都在网桥的同一网段，该帧就不会被网桥发送到另一个网段，

只有在信息帧的发送地址和目的地址不在同一网段的情况下，

网桥才把该帧转发给另一个网段。降低整个网络的通讯负荷。

网桥工作在网络的链路层(实现两个网络链路层的互连)。

使用网桥进行互连

网桥连接两个局域网示意图

4.3计算机广域网

广域网

■广域网的本质特征:

可以将任意距离的任意多的计算机进行互连

■广域网物理上由两部分组成:

资源子网

通信子网

■广域网特点:

包含通信子阚

具有路由选择功能

点到点的通信方式

广域网

资源子网：

运行用户程序的主机（也称数据终端设备，

例如PC机、服务器、大型计算机、工作站、

智能终端等），既是网络中的数据处理系统

也是网络中数据通信系统的信源或信宿，负

责发送信息、接收信息与处理信息。

广域网

通信子网：一

进行数据通信的子网，是网络中的数据通信系

统，主要任务是实现计算机之间的数据传输。

通信子网组成：

传输线I

也称线路、信道或干线，负责在交换单元之间

传送数据

交换单元-1

一种特殊的计算机，用于连接数据传输线。交

换单元可以是分组交换节点或路由器等设备

广域网

构建广域网的技术基础：

•高速远程数字通信干线

•本地网/用户接入技术

•分组交换与路由技术

4.3.1远程数字通信线

路；n

远程数字通信线路

远程数字通信线路采电^^5

■数字电话线路]

-光纤高速传输干线

数字电话线路

电话系统中使用的数字通信线路：

设计用于传输数字语音，也可以用来传输数

据。在计算机网络发展的初期，数字电话设备就是

计算机网络中实现远程连接的最重要的手段。

数字电话线路

数字电话线路分类：

北美系列

T1线路：速率为1.544Mbps

T2线路：速率为6.312Mbps

T3线路：速率为44.736Mbps等

欧洲（中国）系列

E1线路：速率为2.048Mbps

E2线路：速率为8.448Mbps

E3线路：速率为34.368Mbps等

日本系列

以上三者互不兼容，国际互通比较困难

光纤高速传输干线

一种光纤数字传输线路，采用统一国际

标准，称同步光纤网（SONET）,同步数字

系列（SDH）,一般用SDH/SONET表示。

光同步数字传输网SDH/SONET是宽带综

合数字网B-ISDN的基础之一。

光纤高速传输干线

光同步数字传输网SDH/SONET的特点：

•灵活地支持各种数字业务，包括各种类型的

计算机网络n

•容易组网，无需人工更改配线，几秒钟便可

重新组网/\m«

­有自愈功能，一旦线路出现故障，业务在几

十毫秒内便迅速恢复

光纤高速传输干线

SDH/SONET的数据传输速率：

SDH基本速率单位：155.520Mbps,其速率分级名称

为同步传输模块STM

SONET的电信号称为同步传输信号STS,光信号称为

光载波0C,基本速率单位是51.840Mbps。

SDH模块（欧/亚）SONET模块（北美）速率（Mbit/s）话路数目

STM-0OC-1;STS-151.840810

STM-1OC-3;STS-3155.5202430

STM-4OC-12;STS-12622.0809720

STM-16OC-48;STS-482488.32038880I

155520|

STM-64OC-192;STS-19210.7Gbit/s

4.3.2广域网接入技术

电话拨号接入

家庭用户利用本地电话网通过调制解调器拨号接入广域网

调制解调器(MODEM)的组成写功能:.

调制器(MOdulator)：数字信号一模拟信号

解调器(DEModulator)：模拟信号一数字信号

电话拨号接入

MODEM的传输速率：

每秒钟可传送的数据量。目前主流产品速率是56K

（ITUV9.0协议），在实际使用过程中，由于电话

线路的质量不佳，或网络服务提供商不能提供足够

的带宽，或者所连接的网络发生拥塞等原因，都会

使得传输速率降低。

MODEM的类型：

外置式

内置式I

PCMCIA插卡式

电话拨号接入

电话拨号接入方式的缺点:一

电话网采用传统的电路交换，每一条话路的带

宽是64K,建立在此基础上的MODEM传输机制，发

展到极限的V.92也不过是56K的下传速率，其中

还包括控制信令部分，真正有效的数据还要少，

线上传送的是模拟信号，受外界电磁环境的干扰

比较大。握手时间长，下载速度慢，容易掉线。

综合业务数字网（ISDN）

通过普通电话的本地环路向用户提供数字语音和数据传输服

务。

ISDN使用与模拟信号电话系统相同类型的双绞铜线但却提供

端到端的数字通信线路，这是它与电话网的最大不同。

ISDN通过标准的“用户-网络接口”（UNI）,将各类不同的

终端设备（PC机、电话机、传真机等）接入到ISDN网络中。

PC机接入ISDN

综合业务数字网（ISDN）

ISDN“用户-网络接口”有两类：

基群（一次群）速率接口PRI

又称作B-ISDN、“宽带ISDN”

包括30个B通道（数据通道）和一个D通道（信令通道），

每个B通道和D通道均为64Kbps（称为30B+D）,可提供

2Mbps的数据通信速率，为单位用户的局域网与远程广域

网互连提供了支持

基本速率接口BRI

又称作NTSDN、“窄带ISDN”，俗称“一线通”

包括两个B通道（速率为64Kbps）和一个D通道（16Kbps,

用作控制信道）（称为2B+D）,用户使用一条电话线就

能实现两路数据传输。可以一边上网，一边同时打电话。

如果2个通道都用作数据传输，则可提供速率为128Kbps

的数据通信。

不对称数字用户线技术(ADSL)

■数字用户线(DSL)技术：

通过本地电话环路提供数字服务的新技术中最有效的类型之

一。这种类型有多种变化，名称只在前几个字上不同，因此

它们被统称为xDSL。

■不对称数字用户线(ADSL)：

提供了高速发送和接收数字信息的能力°|

ADSL是一种为接收信息远多于发送信息的用户而优化的技

术，为下行流提供比上行流更高的传输速率。

数据上传速度:640Kbps-1Mbps

数据下行速度：1Mbps-8Mbps(理想状态下最大可达10Mbps)

不对称数字用户线技术(ADSL)

■ADSL的安装：

专门为ADSL申请一条单独的线路。

在已有的电话线上改造。

需配置：一个ADSLMODEM，计算机中需安装10M/100M的以

太网网卡，网卡与ADSLMODEM之间用双绞线连接，设置

有关参数。

数字

通信

线路

10Base-T

以太向卡

(住户)

ADSLMODEM与PC机的连接

不对称数字用户线技术(ADSL)

ADSL优点：

像ISDN一样，可以与普通电话共存于一条电话

线上，可同时接听、拨打电话并进行数据传输

两者互不影响]

虽然使用的还是原来的电话线，但ADSL传输的

数据并不通过电话交换机，所以ADSL上网不需

要缴付额外的电话费，节省了费用。

ADSL的数据传输速率是根据线路的情况自动调

整的，它以尽力而为的方式进行数据传输。

不对称数字用户线技术(ADSL)

ADSL利用普通电话线作为传输介质，通过一种自适

应的数字信号调制解调技术，能在电话线上得到3个

可以同时工作的信息通道：

为电话服务的通道n

速率为640Kbps-1.0Mbps的上行通道

速率为1-8Mbps的高速下行通道

电缆调制解调技术（Cable

MODEM）

利用有线电视网高速传送薮字信息的技术。

■双绞线的缺点：:

・电气特性使数据传输速度受到较大的限制［

•缺少屏蔽易受干扰，从而降低了数据通信的性能

■同轴电缆（有线电视系统的传输介质）的优点：|

或具有很高的容量/\/

•抗电子干扰能力强

•使用频分多路复用技术来同时传送多个电视频道

•由于有线电视系统的设计容量远高于现在使用的电视频道

数目，未使用的带宽（即频道）可被用来传输数据

电缆调制解调技术(Cable

MODEM)

使用CableMODEM传输数据时，将同轴电缆的整个频带划分为3

部分，分别用于：

数字信号上传，使用的频带为5〜42MHz

数字信号下传，使用的频带为550〜750MHz

电视节目(模拟信号)下传，使用的频带为50〜550MHz,

数字信号和模拟信号可以同时传送，互相不会发生冲突

上传数据和下载数据时的速率是不同的：

数据下行传输速率：36Mb/s

上传信道传输速率：320kb/s〜10Mb/s

电缆调制解调技术(Cable

MODEM)

采用频分多路复用技术，将下传和上传的频带提供给

多个用户共享。每个用户都需要一对调制解调器(一个调制解

调器置于有线电视中心，另一个装在用户站点上)。这一对调

制解调器必须调到相同的载波频段，与电视信号一起在电缆上

多路复用。

在一个大的都市地区，有线电视可能有百万计的用户，

不可能为每个用户分配一个独立的载波频段，因此频分多路复

用方法不具备可扩展性，需要在采用频分多路复用技术的基础

上再采用时分多路复用技术。

电缆调制解调技术(Cable

MODEM)

■优点：

•集调制/解调功能、加密/解密功能、网卡及集线器等功能

于一身

•无须拨号上网，不占用电话线，可永久连接

・理论上没有距离限制，它覆盖的地域很广

■缺点：

・CABLEMODEM带宽充足(最高速率可以达到36Mbps)，但

它属于共享式的总线型网络，同一个接入点如果上网的用

户增多，每一个用户能分配的带宽很有限，使数据传输速

率不够稳走。

•我国有线电视网用户已达8000多万，发展CableMODEM有

多方面的有利条件。但现有的有线电视网都是单向广播式,

有线电视网要实现INTERNET接入，必须进行双向改造，这

项工程的投资是巨大的。

电缆调制解调技术(Cable

MODEM)

使用“光纤-同轴混合”线路(HFC：Hybrid

FiberCoaxial)改造有线电视网络，把干线全部更换

为光纤，保留现存的同轴电缆连接用户，在光纤和同

轴电缆之间加入新的接口设备，并将所有放大器改造

为双向工作。当然，改造需要大量的投资。

光纤接入网

使用光纤作为主要传输介质的远程网接入系统。

在交换局一侧，应把电信号转换为光信号，以便

在光纤中传输，到达用户端时，要使用光网络单元

（ONU）把光信号转换成电信号，然后再传送到计算

机。/

I■,局kOd光网络单元F―d用户终端

光纤接入网

“光纤到楼、以太网入户”(FTTx+ETTH)：

采用1000Mbps光纤以太网作为城域网的干线，实

现1000M/100M以太网到大楼和小区，再通过100M

以太网到楼层或小型楼宇，然后以10M以太网入户

或者到办公室和桌面，满足了多数情况下用户对

接入速度的需求。

4.3.3分组交换与路由

广域网与局域网的本质区别是网络

的规模而不是距离

局域网：

发送方计算机把数据包通过一个共享介质或一个交换机发送

给接受方计算机。通过卫星网桥可以用来连结一个局域网内

任意距离的两个网段，然而带宽的限制决定了它不能连接任

意多个场地的任意多台计算机

H广域网：/\I/

由许多交换机以及连接到交换机的许多计算机构成。发送方

计算机发送的数据包通过若干台交换机到达接受方计算机。

广域网则能按需要连接距离较远的许多场地，每个场地内有

许多计算机，并能使得大量计算机相互之间能同时通信。

分组交换与存储转发

广域网每一台计算机都连接到交换机上。

计算机需要传输的信息预先都划分为若干个数据

包，以包为单位在网络中传输，到达目的地计算机

后，再把这些包拼装恢复为原先的形式。

广域网中的交换机称为分组交换机或包交换机

(packetswitch),它负责把包从一个站点传送到另

一个站点。I/

广域网的扩充：可加入其他的交换机或计算机。

分组交换与存储转发

■交换机的两种端^

连接计算机的低速端口d

连接另一个交换机的高速端口

交换机与交换机之间的连接采是远程数据通信干

线，几乎所有的点对点数字通信方式都可以使用

包括租用的专线、光纤、微波、卫星频道等。

分组交换与存储转发

通过分组交换机互连而成的广域网

分组交换与存储转发

交换机的基本工作模式：存储转发。

即每当交换机收到一个包后，检查该数据包的

目的地地址，决定应该送到哪个端口进行发送。

考虑到往往会有许多包必须在同一端口发送，

包交换机的每个端口都有一个缓冲区（队列），需

要从该端口发送的所有数据包都存放在该端口的缓

冲区中，端口每发送完一个包，就从缓冲区队列中

提取下一个包进行发送。

广域网中计算机的物理编址

连接在广域网上的每台计算机都有一个地址。

当一台计算机发送一个数据包到另外一台计算机

去时，必须在数据包中包含目的计算机的地址。

■广域网中计算机的编址方案（两层地址）

计算机连接到的交换机编号+该计算机编号

广域网中计算机的物理编址

■数据包的选路转发与路由表:匚

包交换机每收到一个包时，必须选择一条路径来转

发这个包。如果包的目的地是直接与之相连的一台

计算机，包交换机就将包发往该计算机。如果包的

目的地是另一个包交换机上的计算机，就应通过连

接该交换机的高速数据线路转发给另一台交换机。

每一台交换机都必须有一张路由表，用来给出目的

地地址与输出端口的关系。

广域网中计算机的物理编址

1

站点

站点12

12机

路由表举例:的

的3_高速数字通信线路交

换

交换机4

回

[1,5]23423

站点3的站点4的连在网上

交换机交换机

的计算机

目的地出口下一

CDEF回

[1,2]|端口2|交换[3,2][3,5][4,51

[1,5]端口2交换机1

[2,3]端口3交换机2

32]计算机C目的地出口下一站目的地0下一站

[3,5]计算机D[l,x]端口2交换机111

[4,1]端口4交换机4[2,x]端口3交换机2r^z

巴3]端口4交换机4[3,x]本地计算机—□LE

[4,51端口4交换机4[4,x]端口4交换机44

(a)交换机3的路由表(b)简化的路由表1(c)简化的路由表2

厂域网中计算机的物理编址

广域网可以看作为数学中的一个“图”，图中每个

节点(node)代表一个交换机，连接交换机的数字线

路对应着节点间的一条边(edge)o

目的目的下一目的下.目的下一

地地站地站地站

2

1123：11(4,3：

~2~

11,3：2—2(3,2：2(4,2：

-3~

(1,3：323：3——3(4,3：

34

空42,4：44——

(a)拓扑图(b)交换机1(c)交换机2(d)交换机3(e)交换机4

广域网中计算机的物理编址

默认路由:

路由表中重复的项会增加搜索路由表的时间。为了

消除这种重复的路由，可以采用一个项来代替路由

表中许多具有相同下一站的项，这称为默认路由。

目的下一

目的下一地站目的下一

地立占地

1(3,1)站

——

22(3,2)2(4,2)

——

4(2,4)34

*LZ□*

(2,3)4(3,4)(4,3)

(b)交换机1(c)交换机2(d)交换机3(e)交换机4

常用广域网

■不同广域网的差异

■采用的数据包格式不同

■地址格式不同

■相互连接的数据通信线路不同

■应用不同

常用广域网

(1)X.25网——公共分组交换网一

特点：

使用公共电话网以分组交换方式进行数据传输

由于信道质量较差，所以它在纠正信道差错方面考虑比较周

全，处理比较复杂，从而网络延迟较大/

传输速率一般小于64Kb/s

主要用于速度要求不高、数据传输量不大的业务

用户可以用电话专线或通过电话拨号方式接入分组网

常用广域网

(2)帧中继(FrameRelay)网

帧中继交换网，是X.25分组网的改进方案

特点：n

使用光纤作为传输介质，一方面提高了信道的传输速率，

另方面光纤通信的高可靠性使X.25网中的差错处理等得到

了简化，降低了传输延迟[

分组(称为帧)长度至少有1600字节，有些可达到8K字节，

比X.25分组网的128字节帧长要长的多,使交换机的开销大

大减少，适合计算机通信的需求]

传输速率可以达到2Mbps

常用广域网

（3）SMDS

交换多兆位数据服务的简称，是远程线路运营

商提供的另一种高速广域网数据服务。

特点：

对远程数据传输进行了优化/

将数据包头部开销减到最小，并使每个包能装多达9188字节

的数据

把信息切割成固定长度（53字节）的信元在网上传输）

提供了一种虚拟专用网（VPN）的能力，使访问通路只为一

个用户所专用，没有人可以访问其他人的信息，提供了像专

用网络那样的安全性

SMDS网络的工作速度高于帧中继

常用广域网

(4)ATM(AsynchronousTransferMode)

异步传输模式。是一种重要的广域网技术

特点：-A

试图设计一种单一的技术在广域内提供语音、动态图像和

数据服务，其中包的尺寸是关键问题之一。ATM把数据分

成较小的固定大小的包，称为信元(cell),每个ATM信元

包括53个字节(5个字节的头部信息，48个字节的数据)

ATM网交换机有多个端口，每个端口可连接另一台交换机

或者一台计算机

多数ATM网使用光纤作为通信介质。例如，ATM交换机上的

一个典型端口其运行速率为0C-3(155Mbps)或者更高。

4.4因特网及其应用

4.4.1网络互连与

TCP/IP协议

网络互连需要解决的问题：

不同的网络技术使用互不兼容的包格式和

编址方案。为了把许多不同类型的物理网

络连成一个统一的网络，必须解决统一编

址、包格式转换等问题。

TCP/IP协议标准

网络协议：

计算机网络中各个组成部分相互通信时都必须认同的一套规

贝方也称为通信协议。

例如：数据包（或帧）的格式与含义等,

实现这些规则的软件称为协议软件。通信是一个很复杂的过

程，一般都把通信问题划分为许多子问题，然后为每个子问

题设计一个单独的协议，这样做使得每个协议的设计、分析

实现和测试都比较容易。

TCP/IP协议标准

TCP/IP协议：

目前在网络互联中用得最为广泛的协议。

TCP/IP是一个协议系列，包含了100多个协议。

TCP/IP中两个最基本最重要的协议：

TCP（TransmissionControlProtocol,传输控

制协议）\I/

IP（InternetProtocol,网际协议）

TCP/IP协议标准

■TCP/IP协议标准将计算机网络中的通信问

［题划分为5个层次的模型：

•物理层fl

・网络接口层I

•网络互连层:;

・传输层

•应用层

TCP/IP协议标准

TCP/IP的分层结构：

5应用层

如电子邮件、HTML文档等

4传输层（TCP或UDP）

TCP或UDP数据报

3网络互连层（IP）

IP数据报

2网络接口层

如以太网信息帧或ATM信元

1I物理层

TCP/IP协议标准

■TCP/IP协议标准的主要特点：

•适用于多种异构网络的互连

•确保可靠的端一端通信

•与操作系统紧密结合/

•TCP/IP既支持无连接服务，也支持面向连接

服务，两者并重

IP地址

■主机：

hostcomputer,任何连接到网络并运行应用程序

的计算机。Ft

主机的机型不限，内存容量可大可小，CPU可快

可慢、网络速度‘嵩用年/I

TCP/IP使得任何一对主机都可以相连，并进行数

据通信。/।

主机和路由器都需要运行TCP/IP协议软件。

IP地址

■主机的IP地址：

在互连网中，为了实现计算机相互通信，必须为每一台计算机

分配一个唯一的地址（IP地址）。在网络上发送的每个包中，

都必须包含发送方主机（源）的IP地址和接收方主机（目的地）

的IP地址。

每个IP地址使用32个二进数位（4个字节）表示

■IP地址的组成：

地址类型号\]

网络号（net-id）：用来指明主机所从属的物理网络的编号

主机号（host-id）：主机在物理网络中的编号

IP地址

IP地址的分类及格式:

A类

B类

C类

D类

E类1111备用

IP地址

网址分类方案：

A类地址

用于拥有大量主机(W16777214)的网络，只有少数几个

网络可获得A类地址。IP地址的特征是其二进制表示的最

高位为“0”

B类地址

用于规模适中的网络(主机台数W65534)。IP地址的特征

是其二进制表示的最高两位为“10”

C类地址

用于主机数量不超过254台的小网络，IP地址的特征是其二

进制表示的最高3位为“110”

IP地址

每一个IP地址由如下的三个部分构成：

IP地址=地址类型号+网络号+主机号

IP地址的表示：

二进制表示：00000000.00000000.00000000.00000000

十进制表示：XXX.XXX.XXX.XXX（XXX取值范围：0-255）

例如：8A类地址，首字节0~127

130.24.35.68B类地址，首字节128~191

202.119.23.12C类地址，首字节192~223

IP地址

■入网：

申请并获得IP地址授权机构分配的IP地址。实际上授权机构

只是分配一个类型号和网络号，组网者再对子网内的每一台

主机指定一个主机号，从而构成了网络中每一台计算机的IP

地址。

■从不分配给任何主机使用的特殊IP地址：/

网络地址：主机地址每一位都为“0”的IP地址。用来表示整

个一个物理网络，它指的是物理网络本身而不是连到该

网络上的计算机。

直接广播地址：主机地址每一位都为“1”的IP地址。当一个

包被发送到某个物理网络的直接广播地址时，这个包将

送达该网络上的每一台主机。

IP数据报

互连网中的各个物理子网使用的数据包（或信息

帧）的格式可能是互不兼容的，因此不能直接将

一个子网络送来的包传送给另一个子网。

为了克服这种异构性，IP协议定义了一种独立于各

种物理网的数据包的格式，称为IP数据报（IP

datagram）。

03478151631

版本号头部长度服务类型数据报总长度

发送数据报的计算机的IP地址（源IP地址）

接收数据报的计算机的IP地址（目的地IP地址）

数据开始

IP数据报

■IP数据报组成：

头部一

主要是为了确定在网络中进行数据传输的路由

包括：发送数据报的计算机的IP地址

接收数据报的计算机的IP地址

IP协议的版本号（目前的版本是第4版，简称IPv4）

头部长度（以32位为单位指出数据报头部的长度）

数据报长度（头部长度加上数据部分的长度）

服务类型（指明发送数据的计算机对数据传输的要求）

数据区|

数据部分的长度可以根据应用而改变，数据量最小的时候

也许只有1个字