计算机网络实用技术.ppt

1、第1章 计算机网络概述,1.1 计算机网络发展概况 1.2 计算机网络的组成与分类 1.3 计算机网络应用 1.4 计算机网络管理与安全 练习题,1.1 计算机网络发展概况,1.1.1 早期的计算机通信 1.1.2 ARPANet的出现和壮大 1.1.3 PC网的出现和壮大 1.1.4 Internet的形成与网络普及,1.1 计算机网络的发展概况,计算机网络发展到现在经历了近半个世纪，开始只是计算机主机与终端通信的网络，而现在计算机网络已实现多媒体等各种应用，网络覆盖面遍及全球，它已成为当今社会不可缺少的工具.,1.1.1 早期的计算机通信,计算机网络的产生和演变过程经历了从简单到复杂、从低

2、级到高级、从单机系统到多机系统的发展过程，其演变过程可概括为三个阶段：具有远程通信功能的单机系统为第一阶段，这一阶段已具备了计算机网络的雏形；具有远程通信功能的多机系统为第二阶段，这一阶段的计算机网络属于面向终端的计算机通信网；以资源共享为目的的计算机-计算机网络为第三阶段，这一阶段的计算机网络才是今天意义上的计算机网络。,1具有远程通信功能的单机系统,图1-1 单机系统,2具有远程通信功能的多机系统,图1-2 具有远程通信功能的多机系统,3具有统一体系结构、国际化标准协议的计算机网络,图1-3 计算机网络,1.1.2 ARPANet的出现和壮大,上个世纪六十年代，美国国防部高级研究计划局（A

3、RPA）为了数据通信的需要，开发了分组交换技术；并于1969年利用分组交换技术建立的ARPANet投入运行，当时ARPANet仅有四个主机结点。其结构如图1-4所示。 ARPANet才是第一个真正的计算机网络,即计算机主机间通信的网络，在计算机之间实现了资源共享。ARPANet是计算机网络技术发展的一个重要的里程碑，它完成了对计算机网络定义、分类的研究；提出了资源子网和通信子网的概念；开发了分组交换技术；并首次采用了层次体系结构模型。,图1-4 ARPANet1969,1.1.3 PC网的出现和壮大,1广域计算机网络的发展 2局域计算机网络的发展 3互联网的发展,1.1.4 Internet的

4、形成与网络普及,1、研究阶段： 1968-1984 ARPANET 2、运行阶段 1986-1991 组建NSFNET 3、应用阶段 1993至今，主要的标志有两个： 一是全面和商业化 二是它已迅速发展成为全球的网络。,1.1.5 我国计算机网络的发展,1我国公用网的初步建立 2大型国有企业、机关专用计算机网络的建立 3中小型企业、机关局域网的建立 4我国“三金”工程的建成 5我国Internet的建立,1.2 计算机网络的组成与分类,1.2.1 计算机网络的概念与系统组成 1.2.2 计算机网络的分类,1.2.1 计算机网络的概念与系统组成,1按系统划分 （1）计算机网络硬件系统 （2）计算

5、机网络软件系统 2按逻辑划分 计算机网络从逻辑结构上可以分成两部分：负责数据处理、向网络用户提供各种网络资源及网络服务的外层用户资源子网和负责数据转发的内层通信子网。,图1-5 计算机网络系统组成,图1-6 计算机网络典型结构,资源子网负责数据处理业务和向网络用户提供各种网络资源与网络服务，资源子网由计算机主机、终端、终端控制器、连网外设及各种软件资源与信息资源组成。 通信子网负责数据发送、传输、转发、接收等通信处理任务（即将一个主机的信息传送给另一个主机）。通信子网由通信控制处理机、传输介质及其它网络通信设备和通信软件组成。,从网络系统的构成要素讲，计算机网络系统由以下三个要素组成： 若干台

6、计算机主机 一个通信子网平台 一系列协议,1.2.2 计算机网络的分类,按地域规模划分 按交换方式分类 按照协议不同进行划分 按拓扑结构划分 按信道利用方式划分 按操作系统划分 按应用划分,1按地域规模划分 （1）局域网（LAN） 局域网是局部地区网的简称，计算机网络的通信距离通常限于中等规模的地理区域内，一般不超过10 km，可以一个单位或地区组建。 （2）城域网（MAN） 城域网是介于局域网与广域网之间的高速网络，其规模限于一个城市范围 。 （3）广域网（WAN） 广域网又称远程网，其覆盖范围可以是几个城市、 地区，甚至国家、洲和全球。,2按交换方式分类 （1）电路交换 电路交换是数据通信

7、网中部分交换机节点所采用的一种技术，而通过电路交换实现通信需要三个过程，即：建立连接、传输数据、断开连接。建立连接就是在众多电路中选择最佳通路，使通信双方连接起一条实实在在的物理线路的过程。这条物理线路叫做实电路；这种连接叫做实连接。公共交换电话网（PSTN）就是一种电路交换网。如图1-7所示:,图1- 7 电路交换的工作模式,（2）报文交换 报文交换采用了一种存储转发技术，交换机像一个“邮局”，它把数据存储起来，待线路空闲或找到下一个“邮局”时再把数据转发出去。如图1-8所示:,图1- 8 采用存储转发的邮政通信工作模式,（3）分组交换 分组交换也是采用了存储转发技术，但与报文交换不同的是将

8、“接力棒”切碎。就是将报文进行分组，然后可按照不同的路径把分组数据快速地传送到目的地，然后在把分组数据组合。分组交换也可在收发两端之间建立起一个虚连接，即通过建立连接、传输数据、断开连接三个过程，但是这个虚连接不独享线路，其它虚连接也可同时使用其信道中的链路。数据分组交换网在现代数据通信网中占据着重要地位。,图1-9 三种交换方式交换过程事件时序比较,3按照协议不同进行划分 计算机网络通信过程有一整套的协议，按分层理论有低层、中层、高层，在不同体系结构中有不同协议。有时我们用协议名称表示网络，尤其是采用不同协议的用网络硬件构成的物理平台（主要涉及低层协议）。如：以太网、令牌环网、令牌总线网等，

9、就是按不同协议划分的计算机网络。,4按拓扑结构划分 计算机网络拓扑是通过通信线路与网络节点之间的几何关系表示网络结构、反映网络中各实体间关系的一种表达方法。按拓扑结构划分网络，有：总线型、星型、环型、树型、网状型网络。,(1)总线型结构 利用一根总线连接各计算机节点，各节点共享传输介质，网络特点主要是结构简单、易于实现、易于扩展、可靠性较好，但是容易出现网络冲突。,图1-10 总结型,(2)星型结构 通过中心节点与各计算机节点相连，网络结构简单、易于实现、便于管理，但是网络中心节点的故障可能造成全网瘫痪，成为网络可靠性的瓶颈,图1-11 星型,(3)环型结构 通过点到点线路将节点连接成一个闭合

10、环路，环网特点是结构简单、传输延时确定，但网络可靠性差且不易于维护。环路上任何一点出现故障都会造成网络瘫痪。,图1-12 环型,(4)树形结构 可以看成是星型拓扑的扩展，节点按层次进行连接，信息交换主要在上、下节点之间进行。,图1-13 树型,(5)网状拓扑 网络中任意两节点间都有直接的通道相连，故通信速度快、可靠性高，但建网投资大、灵活性差，主要应用在节点少、可靠性要求高的军事或工业控制的场合。,图1-14 网状型,5按信道利用方式划分 (1)广播式通信 在广播式通信子网中只有一个公共通信信道，为所有节点共享使用，任一时刻只允许一个节点使用公用信道。,图1-15 广播式,(2)点到点通信方式

11、 利用专用信道或可路由设备连接各网络节点，当某节点发送数据时，网络按照其目的地址选择路由，直到目的节点为止 .,图1-16 点到点式,6. 按操作系统划分 有时我们称一个网络为WIN98网，是因为网络中的计算机使用了Windows98操作系统。这就是按操作系统划分的网络。网络操作系统有很多，如Windows2000、Linux、Unix等，按操作系统命名的网络也就有很多。这些网络的特点随其操作系统的特点而定。,7按应用划分 按网络应用划分也有很多种网络，如：税务网、金融网、证券网、新闻快车网、政务网、多媒体教学网、娱乐网，等等。这些网络的特点与具体应用的业务内容有关。,1.3 计算机网络应用,

12、1.3.1 计算机网络的功能 1.3.2 计算机网络的五个应用方面,1.3.1 计算机网络的功能,1. 传输数据 2. 共享资源 3. 提高系统的可靠性 4. 增强系统性能,1.3.2 计算机网络的五个应用方面,1信息交流 2办公自动化 3电子商务 4过程控制 5娱乐,1. 4 计算机网络管理与安全,1.4.1 网络管理简介 1.4.2 网络安全概述,1.4.1 网络管理简介,1. 网络管理系统的定义 网络管理系统是采用某种网络管理协议标准，具有五大网络管理功能的综合自动管理系统。该系统常常用一个网管站作为管理中心，通过代理模式对被管对象进行监控和管理。,图1-17 网络管理系统组成,2. 网

13、络管理系统的组成 网络管理系统一般由管理程序、被管系统、管理代理、管理信息库及管理信息传输协议组成。,3. 网络管理系统的功能 故障管理 计费管理 配置管理 性能管理 安全管理,1.4.2 网络安全概述,1.网络安全问题 (1)数据窃取问题 (2)身份识别问题 (3)假冒问题 (4)篡改问题 (5)重播问题 (6)否认问题 (7)拒绝服务 (8)路由选择错误 (9)病毒问题,2. 网络安全的内容 保密性 安全协议的设计 访问控制 3. 信息安全与密码技术 对称密钥密码体制(数据加密标准DES ) 非对称密钥密码体制 (RSA公钥密码 ),4. 网络安全标准 （1）系统的安全等级 (四等七级 )

14、 A级 B3级,B2级,B1级 C2级,C1级 D级 （2）安全服务与安全机制 安全服务 安全机制,1.4.3 网络防火墙,防火墙是一种网络安全技术，是在内部网络与外部网络之间建立的一道保护屏障。它能增强内部网络的安全性，决定哪些内部服务允许外界访问和允许什么人访问，也能够限止内部人员对外部的某些访问(如图1-18)。防火墙只允许授权的数据通过。 目前使用的防火墙主要可分为包过滤、应用层网关（或代理服务器）和电路层网关 。,图1-18 防火墙,1.包过滤防火墙 这类防火墙对所接收的每个数据包都进行监测以便确定其是否与某一条预先设置的包过滤规则匹配。过滤规则基于IP转发过程的包头信息，包括有：I

15、P源地址、IP目标端口地址、TCP/UDP目标端口和ICMP消息类型等。对任何一个要转发的数据包，如果规则允许，那么就按照正常路由规则处理，否则就丢弃。,图1-19 包过滤处理,包过滤的优点： 不用改动应用程序、一个过滤路由器能协助保护整个网络、数据包过滤对用户透明、过滤路由器速度快、效率高。 包过滤的缺点： 不能彻底防止地址欺骗；一些应用协议不适合于数据包过滤；一些应用协议不适合于数据包过滤；正常的数据包过滤路由器无法执行某些安全策略；安全性较差 ；数据包工具存在很多局限性。,2.应用层网关型防火墙 主要保存Internet上那些最常用和最近访问过的内容：在Web上，代理首先试图在本地寻找数

16、据，如果没有，再到远程服务器上去查找。为用户提供了更快的访问速度，并且提高了网络安全性。应用层网关的工作原理如图1-20 所示。应用层网关防火墙最突出的优点就是安全，缺点就是速度相对比较慢。,图1-20应用层网关防火墙,3.电路层网关 在电路层网关中，包被提交用户应用层处理。电路层网关用来在两个通信的终点之间转换包，如图1-21所示。电路层网关防火墙的工作原理如图1-22所示电路层网关防火墙的特点是将所有跨越防火墙的网络通信链路分为两段。,图1-21 电路层网关,图1-22 电路层网关防火墙,习题,11 简述计算机网络发展过程。 12 简述计算机网络的分类。 13 绘出计算机网络组成树图。 1

17、4 ARPANet出现于哪年？它的结构？它与Internet有何关系？ 15 计算机网络的基本功能有哪些？ 16 计算机网络有哪五个方面的应用？ 17 简述计算机网络管理系统的定义。 18 简述计算机网络管理的五大功能。 19 简述计算机网络安全内容和系统安全等级。 110 简述防火墙的作用和类别特点。 111 你对未来网络如何畅想？,第2章 网络协议与体系结构,2.1 网络协议与体系结构的概念 2.2 OSI及其功能 2.3 TCP/IP 2.4 IP地址与子网掩码,2.1 网络协议与体系结构的概念,2.1.1 什么是网络协议 2.1.2 什么是网络体系结构 2.1.3 著名网络体系结构 2

18、.1.4 制定标准的一些机构,2.1.1 什么是网络协议,1.网络协议 网络中的各个实体都必须遵守的规则的集合被称为网络协议。 2.网络协议的组成 （1）语法：指数据或控制信息的结构形式或格式。 （2）语义：指构成协议的元素具体包含的意思，如控制命令或应答信息等。 （3）时序：即每个事件执行的先后顺序。,图2-1 两端相同的协议标准,2.1.2 什么是网络体系结构,1协议分层 为了减少协议设计的复杂性，大多数网络都采用类似于外交官的层次结构,按层或级的方式来组织，每一层都建立在它的下层之上。每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽。 一台机器上的第

19、n层与另一台机器上的第n层进行对话,通话的规则就是第n层协议。图2-3说明了一个n层的协议。不同机器里包含对应层的实体叫对等进程。换言之，正是对等进程利用协议进行通信。,图2-2 外交官的层次结构,图2-3 协议层次结构,2.协议分层的主要原则： (1)按照理论上需要的不同等级划分层，注意每层都应履行其特定的功能。 (2)每层完成特定的功能，且类似的功能应尽量集中在同一层内实现，所有层的功能都应符合国际标准协议的规定。 (3)各层之间要相对独立，也就是说某一层的功能的更改不能影响其它各层。 (4)每层通过接口与其相邻的上层或下层联系，各层的界面应放在服务描述少，且信息穿过接口最少的地方。 (5

20、)同一层内也可设置若干子层，每个子层实现不同要求的服务。,3.网络体系结构的优点： 各层之间具有相对独立性 灵活性好 易于实现和维护 易于标准化工作,2.1.3 著名网络体系结构,1.OSI体系 OSI体系是国际著名的网络体系，它是为在世界范围内实现开放系统之间的互联而制定的一种国际标准。,图2-4 OSI体系结构,2.TCP/IP体系 TCP/IP体系包括四层： 应用层、传输层（TCP和UDP）、网际层（IP）和网络接口层。,图2-5 TCP/IP体系结构,3.SNA体系 SNA是1974年宣布的，它主要以IBM公司设备互联为目的，属于集中控制的体系结构。,图2-6 SNA体系结构图,4.D

21、NA体系 DNA（Digital Network Architecture）体系是Digital公司开发的一种面向分布式的网络体系结构。,图2-7 DNA体系结构,2.1.4 制定标准的一些机构,1.国际标准化组织（ISO） 2.国际电报电话咨询委员会（CCITT） 3.美国国家标准学会（ANSI） 4.美国国家标准局（NBS） 5.联邦电信标准委员会（FTSC） 6.美国国防通信社（DCA） 7.美国电子工业协会（EIA） 8.电气与电子工程师学会（IEEE） 9.欧洲计算机制造商协会（ECMA）,2.2 OSI及其功能,2.2.1 ISO与OSI参考模型 2.2.2 OSI各层功能,2.2

22、.1 ISO与OSI参考模型,1OSI参考模型层次划分原则,图2-8 OSI参考模型及协议,2.七层体系结构传递方式：,原始数据,原始数据,A,P,S,T,N,D,CRC,P,bit 流,原始数据,bit 流,3.各层主要功能,图2-9 OSI各层主要功能,2.2.2 OSI各层功能,1.物理层（Physical Layer） 二进制在线路上的表示和传输二进制“位”信号。 指定传输方式的要求。 当建立、维护与其他设备的物理连接时，提供需要的机械、电气、功能特性和规程特性。,（1）机械特性：EIA-232-D遵循ISO 2110关于插头座的标准，使用25根引脚的DB-25插头座，它的两个固定螺丝

23、中心之间的距离为47.040.17 mm，其他方面的尺寸也都有详细的规定，DTE上安装带插针的公共接头连接器，DCE上安装带插孔的母接头连接器，其引脚编号如图2-9所示，引脚分为上、下两排，分别有13根和12根引脚，当引脚指向人的方向时，从左到右其编号分别为113和1425。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,图2-10 DCE引脚,（2）电气特性：规定了接口电缆上的信号与电压等的关系 .EIA-232-D与CCITT的V.28建议书一致，采用负逻辑，此时逻辑0相当于对信号地线有+5V+15V的电

24、压，而逻辑1相当于对信号地线有-5V-15V的电压。逻辑“0”相当于数据“0”（空号）或控制线的“接通”状态；逻辑“1”相当于数据“1”（传号）或控制线的“断开”状态。,（3）功能特性：规定了不同引线上信号组合的表示方式，即：接口信号引脚的功能和作用。 EIA-232-D的功能特性与CCITT的V.24建议书一致。它规定了什么电路应当连接到25根引脚中的哪一根以及该引脚信号线的作用。图2-11画的是最常用的10根引脚信号线的作用，其余的一些引脚可以空着不用。在某些情况下，可以只用图2-11中的9根引脚（振铃指示RI信号线不用），这就是常见的9针COM1串行鼠标接口。,DTE,计算机,或,终端,

25、DCE,调制,解调器,20,保护地(Protective Ground),22,发送(TXD),接收(RXD),请求发送(RTS),允许发送(CTS),DCE就绪(DSR),信号地(Signal Ground),载波检测(DCD),DTE就绪(DTR),振铃指示(RI),图2-11 EIA-232-D/V.24的主要信号线定义,（4）规程特性：规定了接口功能的实现顺序。 EIA-232-D的规程特性也与CCITT的V.24建议书一致，可用下例简单说明。 假设有一台计算机DTE通过调制解调器DCE及电话线路与远端的终端DTE建立呼叫并进行半双工通信，待数据传送完毕以后，释放呼叫。,2.数据链路层

26、(Data Link Layer) 数据链路层的主要作用是：通过一些数据链路层协议和链路控制规程，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。“线路（Line）”、“链路（Link）”和“数据链路”是不同的概念。线路中间没有任何交换节点，而链路是一条无源的端到端的物理线路段，在进行数据通信时，两台计算机之间的通信链路往往是由许多线路串接而成。把实现控制数据传输的一些规程的硬件和软件加到链路上就构成了像数据管道一样的数据链路。有时往往将链路称为物理链路，而将数据链路称为逻辑链路，即物理链路加上必要的通信规程就是数据链路。,数据链路层的主要功能可以具体分述为： (1)链路管理，是指数据链路的建立、维

27、持和释放过程。当网络中的相邻节点进行通信时，数据的发送方必须知道接收方是否已经处在准备接收的状态，通过交换一些必要的信息，建立一条数据链路；在传输数据时要维持数据链路；在完成数据传输时要释放数据链路。,图2-12 链路与数据链路,(2)帧同步，是指接收方能够从收到的比特流中准确地识别出一个完整的帧。帧是数据链路层的按照一定的比特流格式形成的数据传输单元。协议必须规定，以怎样的比特组合作为帧的开始，又以怎样的比特组合作为帧的结束，以便在复杂的电信号中能够识别出一个完整的帧。 (3)流量控制，发送方发送数据的速率必须使接收方来得及接收。当接收方来不及接收时，就必须及时控制发送方发送数据的速率。速率

28、不同，数据的流量就不同，通过流量控制来保证收发双方能够进行正确的数据传输。,(4)差错控制，是指当数据传输过程出现信号干扰等错误时对数据错误进行纠正的一种手段。 (5)物理寻址，按照MAC地址寻找到接收方的过程。数据要传输到网络中的目的地，就要按照地址寻找到目标，在数据链路层寻址是根据MAC地址进行的。,3.网络层(Network Layer) 网络层完成的功能如下： 通过路径选择将信息从最合适的路径由发送端传送到接收端。 网络层的具体任务就是向它的上一层（传输层）提供虚电路服务和数据报服务。,虚电路服务是一种面向连接的服务，即在数据交换之前，必须先建立网络层的连接，当数据交换结束后，则释放这

29、个连接。具有建立连接、数据传输和释放连接三个阶段 。,图2-13 虚电路,数据报服务是一种无连接的服务，在通信时，不需要事先建立好连接，不需要通信的双方同时准备好。,图2-14 数据报,图2-15 虚电路与数据报的对比,4.传输层(Transport Layer) 传输层的基本功能是从会话层接收数据，并且在必要时把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误，而且，这些任务都必须高效率地完成。 传输层提供的服务具体包括五个功能 : 端口寻址 多路复用 流量控制 差错控制 恢复连接,5.会话层(Session Layer) 会话层的具体功能可以分述为以下几点： 会话连接、维持

30、、释放。 会话管理。 异常报告与会话恢复。,6. 表示层（Presentation Layer） 表示层完成的主要功能有： 在表示层的实体之间进行连接、维持、释放。 数据格式的确定与转换。 数据代码变换。 数据压缩与加密。,7.应用层(Application Layer) 应用层完成的主要功能如下： 作为用户应用程序与网络间的接口。 使用户的应用程序能够与网络进行交互式联系。,2.3 TCP/IP,2.3.1 TCP/IP与OSI的比较 2.3.2 TCP/IP各层功能,2.3.1 TCP/IP与OSI的比较,图2-16 TCP/IP与OSI/RM的对应关系,TCP/IP体系与OSI的区别:

31、(1)TCP/IP体系早于OSI，TCP/IP体系只有四层，而OSI有七层。 (2)OSI作为国际标准，它的协议体系大而全，兼顾各方面因素。协议的数量和复杂性都远高于TCP/IP；TCP/IP协议简单实用，且具有顽存性、安全性以及处理瞬间信息量的能力。 (3)TCP/IP可以越层直接使用更低层次所提供的服务，它是一种高效协议，而OSI/RM则要求按层次关系处理，不能越层。 (4)TCP/IP从开始即提供了面向连接和无连接服务，而OSI开始时只有面向连接的服务，强调可靠性、完美性，不强调效率和实用。,2.3.2 TCP/IP各层功能,1.IP层的协议 网络接口层只提供了简单的数据流传送服务，而在

32、Internet中网络与网络之间的数据传输主要依赖于网间网层中的IP协议。 IP的功能包括如下3项： 管理Internet中的地址 路由选择功能 数据报的分片与重组,与IP配合使用的还有三个协议： Internet控制报文协议ICMP，用于报告差错和传输控制信息。 地址转换协议ARP，用于将IP地址转换成物理地址。 反向地址转换协议RARP，用于将物理地址转换成IP地址。,2. IPv4与IPv6 IPv6与过去的IPv4相比，主要有如下改进： 扩大了寻址能力。IPv6中IP地址范围由32位增加到128位。 使用了一种全新的数据报格式。 简化了协议，使路由器处理分组更迅速。 增强了数据的安全性

33、，加入了审计、保密等功能。 加强了协议的可扩展性，允许增加新功能。,3. TCP与UDP TCP协议:提供可靠的面向连接的端到端的服务，它需要在发送端与接收端之间建立一条虚连接。 UDP协议:提供简单的无连接服务，即通信的两端不要求同时准备好。UDP只是对IP协议的简单的扩充，增加了端口的功能，使得用户UDP报文包含数据和端口地址及编号，可以在两个用户进程之间传送数据报。,4. 应用层协议 简单邮件传输协议SMTP 域名系统DNS 远程登录协议TELNET 文件传输协议FTP 简单文件传输协议TFTP 名字服务协议NSP 远程过程调用RPC 简单网络管理协议SNMP,2.4 IP地址与子网掩码

34、,2.4.1 IP地址的定义与分类 2.4.2 IP地址的分配与保留 2.4.3 子网掩码与子网划分,2.4.1 IP地址的定义与分类,1.定义 IP地址是区别TCP/IP网络上每一台计算机的惟一标识。 2.结构 由网络号与主机号两部分组成，如图2-17所示。网络号用来标识一个网络，主机号用来标识这个网络上的某一台主机。,图2-17 IP地址结构,图2-18 IP地址格式,3.分类,2.4.2 IP地址的分配与保留,1.网络IP地址： 主机标识字段全为0的IP地址，简称网络IP。 2.广播IP地址： 主机标识字段全为1的IP地址，简称广播IP。 3.保留IP地址: A类中0、10和127， B

35、类中128.0、172.16、191.255是， C类中192.0.0、192.168.0255、223.255.255。 D类和E类IP地址均是保留的,表2-1 各类IP地址要点,2.4.3 子网掩码与子网划分,1为什么进行子网划分 一个网络上的所有主机都必须有相同的网络号。当网络增大时，这种IP编址特性会引发问题。 可让网络内部分成多个部分，但对外像任何一个单独网络一样动作，这些网络都称作子网。,例: 原来用的是B类地址，当第二个局域网加入时，可将16位的主机号分成一个6位的子网号和一个10位的主机号，如图2-19所示。这种分解法可以使用62个局域网，每个局域网最多有1022个主机。,图2

36、-19 子网划分,2子网掩码的定义 子网掩码的定义：在二进制IP地址结构中，用1表示网络标识字段和子网标识段所占的位，用0表示主机标识段所占的位，从而明确了重新划分的主机标识段与网络标识段的长度，表达这种结果的编码就是子网掩码。,表2-2 子网掩码的二进制表示,表2-3 子网掩码的默认值,习题,1简述计算机网络协议和体系结构的概念。 2绘出OSI/RM和TCP/IP体系层次模型。 3简述OSI各层功能。 4列出TCP/IP体系各层常见协议（中文和英文名称对照）。 5简述IP地址的定义与分类。 6说明网络IP、广播IP、主机IP、子网IP的概念。,7判断下列哪些是主机IP地址，如是，请指明类别；

37、不是，请说明原因。 190092255 321625663 127010200 192025542 193868255 1162552550 216291330 1612255255 18920200 88111 8请叙述子网掩码的定义，并写出A类、B类、C类网络不划分子网时的默认子网掩码（十进制的）。,第3章 数据通信的概念与电信服务网,3.1 数据通信的概念 3.2 电信服务有线网 3.3 无线通信 习题,3.1 数据通信的概念,3.1.1 数据、信号、通信与信道 3.1.2 数据传输 3.1.3 多路复用 3.1.4 波特率、比特率、误码率 3.1.5 差错控制与校验,3.1.1 数据、

38、信号、通信与信道,1信息、数据和信号 2.通信的概念 3.传输信道,1信息、数据和信号,(1) 数据（Data）：数据是一种对客观存在的事物或主观印象特征的具体描述。在计算机通信领域，数据是以二进制代码形式对事物进行的描述。如统计数据、气象数据、测量数据等。在计算机网络系统中，数据可以被理解为在网络中存储、处理和传输的二进制数字编码。 (2) 信息（Information）：信息是数据的解释，是对数据进行分析、加工处理的结果 。 (3) 信号（Signal）：信号是数据的具体表现形式，具有确定的物理描述特征。例如：电信号、磁信号、光信号等。,2.通信的概念,通信是把信号、消息从一地传送到另一地

39、的过程。如果传送的信号是模拟信号，就叫做模拟通信；如果传送的信号是数字信号，就叫做数字通信。 数据通信是指从一地（信源）到另一地（信宿）的信号传送过程始终以数据为主要传送内容。,通信系统实例,3.传输信道,传输信道常常被简单地定义为：能够传输信号的通路。 按照信道上允许传输的信号类型不同，可将信道分为模拟信道和数字信道。模拟信道允许传输波形连续变化的模拟信号（见图3.1（A），模拟电话信道就是典型的例子。数字信道只允许传输离散取值的数字信号（见图3.1（B），数字电话信道是数字信道的典型例子。 按使用方法分为专用信道和公共交换信道。 按照信道采用传输媒体的不同，信道可分为有线信道和无线信道两大

40、类。,图3.1 模拟与数字信号,3.1.2 数据传输,1基带传输与频带传输 2单工、双工、半双工传输 3串行传输与并行传输 4异步传输与同步传输,1基带传输与频带传输,基带传输 利用基带信号通过传输信道进行数据传输的一种方式。基带信号是从频率的角度来讨论信号的，它以直流分量为起点，不仅包括低频，也包括中频及高频，因此人们称之为基本频带，简称基带。 频带传输 利用载波信号携带数据通过传输信道的一种数据传输方式，又称宽带传输。 调制的概念 可用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使这些参量随基带信号的变化而变化 。一般选用正弦信号作为载波，由于正弦信号S(t)=ASin(t+)的三个参量幅度A、

41、角频率=2、相位都能携带数据，因而相应地有调幅、调频、调相三种基本调制形式。,图3.4 数字幅度调制,2单工、双工、半双工传输,单工传输：只能沿一个方向传送信号，如：无线广播和电视广播就是单工传输。 半双工传输：可沿两个方向传送信号，但同一时刻只能沿一个方向传送信号。这种传输可用于会话式通信的场合。 全双工传输：可以同时沿两个方向传送信号，具有很好的交互特性，适用范围更广。,图3.5单工、双工、半双工传输,单工 半双工 全双工,3串行传输与并行传输,串行传输：数据在一个信道上按“位”依次传输的方式称为串行传输。适合于大多数数据传输系统，尤其是远距离传输系统 并行传输：数据在多个信道上同时传输的

42、方式称为并行传输。通常用于近距离的有高速传输要求的数据传输。,图3.6 串行传输与并行传输,4异步传输与同步传输,同步方式 异步方式 异步方式规定在传送字符的首末分别设置1位起始位和1位或1.5位或2位停止位，它们分别表示字符的开始和结束。,异步方式字符结构,3.1.3 多路复用,在数据传输时，为了高效合理地利用资源，通常采用多路复用技术 .多路复合器将来自多个输入线的多路数据组合，调制成一路复用数据.,多路复用技术通常分为三种,1）频分复用 (FDM) 2）同步时分复用（STDM）,3）异步时分复用技术 (ATDM) 异步时分复用技术又被称为统计时分复用或智能时分复用（ITDM）技术，它能动

43、态地按需分配时隙，避免每帧中出现空闲时隙。,3.1.4 波特率、比特率、误码率,1）波特率：在模拟传输过程，单位时间内允许波形转变（或调制状态改变）的最大次数叫做调制速率，单位为波特（baud），所以常称为波特率。 2）比特率：是指单位时间内传输的比特数，单位为比特/秒（bps）。比特率是表征数据传输快慢的最常用的指标。 3）误码率：误码率是指出现错误的二进制位数与传输的全部二进制位数之比。,3.1.5 差错控制与校验,差错控制： 采用可靠、有效的编码手段，对传输的数据进行错误检验并纠正错误的方法。 校验： 检查、核对数据正确性的方法。 1奇偶校验 奇偶校验码是一种最简单也是最基本的检错码，一

44、维奇偶校验码的编码规则是把信息码元先分组，在每组最后加一位校验码元，使该码中1的数目为奇数或偶数，奇数时称为奇校验码，偶数时称为偶校验码。,2CRC校验 循环冗余码（CRC，Cyclic Redundancy Code）校验（Check）是目前在计算机网络通信及存储器中应用最广泛的一种校验编码方法，它所约定的校验规则是：让校验码能为某一约定代码所除尽；如果除得尽，表明代码正确；如果除不尽，余数将指明出错位所在位置。,3.2 电信服务有线网,3.2.1 电信服务与数据通信网 3.2.2 综合业务数字网ISDN 3.2.3 非对称数字环路ADSL 3.2.4 公共分组数据网X.25 3.2.5 帧

45、中继FR,3.2.1 电信服务与数据通信网,1数据通信网概念的新发展 2数据通信网类型,1数据通信网概念的新发展,1数据通信网概念的新发展 电信部门专门提供数据传输服务的网络，如：公共数据分组交换网（X.25）、数字数据专线网（DDN）、帧中继（FR）等。事实上，现代电信的各种网络几乎都可以提供数据传输服务。 只要能为计算机网络提供数据通信连接，各种模拟通信系统、数字通信系统都可以作为数据通信系统的组成部分。,1) 数字通信 以数字信号来传送数据的通信方式，数字通信过程总要占用一条数字信道。 2) 模拟通信 以模拟信号来传送数据的通信方式，模拟通信是通过模拟信道进行的，各种模拟信道就组成了模拟

46、通信系统。,3) 数据通信 包括数字通信和模拟通信在内的传送各种数据的通信方式。 4) 数据通信网 各种数据通信的数据传输子系统的集合。 由硬件和软件两个部分组成. 硬件部分包括数据传输设备、数据交换设备和通信线路等； 软件部分是为支持上述硬件配置、实现网络协议功能的各种程序。,2数据通信网类型,目前主要有以下四种划分方法： 1）按拓扑结构划分 星形结构、环形结构、树形结构、网状结构 2）按交换方式划分 电路交换、报文交换、分组交换 3）按广播方式划分 无线网、卫星通信网、有线广播网 4）按协议标准划分 公共数据分组交换网（X.25），综合业务数字网（ISDN），专用数字数据网（DDN），光纤

47、分布式数据接口（FDDI），异步传输模式（ATM），帧中继（FR）等。,3.2.2 综合业务数字网ISDN,ISDN是Integrated Service Digital Network的缩写，译为综合业务数字网。ISDN可以实现语音、数据、图像的综合化，因而可以通过一条用户线路提供电话、传真、可视图文、数据通信与图像的综合服务。,图3.9 ISDN用户与网络接口,注释：标准终端设备（TE1）、非标准终端设备（TE2）、终端适配器（TA）、网络终端接口设备（NT1）、网络终端控制设备（NT2）,NT1：是用户与ISDN连接的一个必须的接口设备； NT2：相当于专用自动小交换机，可以作为用户若干

48、个终端设备的连接控制中心，但它不是必须的设备； TA是非标准终端设备的连接适配器，如PC适配器； TE2就是非标准终端设备，如PC机；TE1是标准终端设备，如符合ISDN标准的电话机、传真机。,3.2.3 非对称数字环路ADSL,ADSL利用现有PSTN的线路，在普通电话线两端采用离散多音频信号处理技术，使线路进行数字化传输，并在上行传输（从用户到ADSL网络中心）与下行传输（从网络中心到用户）之间采用非对称传输机制。它能够满足视频会议、远程教育、家庭购物、交互式游戏、视频点播等各种多媒体应用的需求。,ADSL具有如下一些特点： 能够综合语音、图像、视频、数据传输业务。 具有较高的传输带宽。

49、易于安装使用，涉及设备及连接方法见图3.10所示。ATU-R是ADSL传输用户单元，ATU-C是ADSL传输控制中心。 性能价格比明显优越，成本较低。,图3.10 ADSL及相关设备的连接,3.2.4 公共分组数据网X.25,X.25最开始是由电话公司和另外一些网络供应商在1976年共同设计的，它是在模拟信道传输数字信号的一种可靠的方法。 优点 它具有良好的兼容性，这一点使得许多的用户到现在仍然接入X.25网，并且X.25的费用远低于它的同类产品：帧中继和ATM。 缺点 X.25所支持的最快速度为56Kbps，这个速度根本无法支持现今的多媒体网络。,应用 1）点钞机、自动信用卡系统、医疗数据库

50、等 2）计算机及局域网可以利用电信部门提供的X.25业务服务，通过路由器设备进行广域网连接或连接到Internet。,3.2.5 帧中继FR,定义 帧中继（FR：Frame Relay）是一种减少节点处理时间的技术，它使一个帧（数据链路层的一个传输单元）的处理时间比X.25网减少一个数量级。 优点 1）在交换节点只进行很少的差错控制步骤，几乎收到帧就立即转发该帧 。 2）帧中继是一种比X.25速率快得多的分组交换技术，以其数据包较小，检测机制灵活为其特色。,3）帧中继支持两个网络终端路由器之间具有持久虚拟电路（PVC）的数据包传送，也支持虚拟交换电路（SVC）。 4）它可以在一条物理链路上实现

51、多个连接，这些连接是逻辑连接，又称为虚连接或虚电路。 应用 帧中继是电信服务的主要业务之一。它的设计目标主要是针对局域网之间的互连，它以面向连接的方式、合理的数据传输速率与合理的价格提供数据通信服务。,3.3 无线通信,3.3.1 蜂窝移动通信 3.3.2 微波通信 3.3.3 卫星通信,3.3.1 蜂窝移动通信,蜂窝移动通信是无线电通信中最热门的技术 。蜂窝移动通信目前在海陆空三大类移动通信的陆地移动通信系统中占据重要地位，已经成为基础通信的重要组成部分。它能够与固定电话的PSTN、ISDN以及Internet等进行联网，实现了移动站的全方位通信。,图3.12 蜂窝移动通信网络结构,3.3.

52、2 微波通信,定义 微波通信是利用微波波段（频率300MHz300GHz）的电磁波在对流层的视距范围内（在通信双方之间无障碍物的有限距离内）进行数据传输的一种通信方式。 微波通信的典型特征 一是采用多路复用技术；第二，实际工作频段范围一般在1G赫兹到20G赫兹左右；第三，两个微波站之间的距离一般在40公里到60公里之间。 应用 利用微波通信，也可以进行计算机网络互联，进行局域网远程连接，或与Internet进行连接,3.3.3 卫星通信,卫星通信就是利用位于3万6千公里高空的人造地球同步卫星作为太空无人值守的微波中继站的一种特殊形式的微波接力通信。卫星通信可以克服地面微波通信的距离限制，其最大

53、特点就是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。 卫星通信的优点是:卫星通信的频带比微波接力通信更宽，通信容量更大，信号所受到的干扰也较小，误码率也较小，通信比较稳定可靠。 卫星通信的缺点是：传播时延较长。,习题,1什么叫数据？什么是信号？数据、信号与通信、信道有何联系？ 2简述基带传输、频带传输、同步传输和异步传输。 3画图表示单工传输、双工传输、半双工传输、串行传输、并行传输、频分多路复用、时分多路复用。 4如果MODEM的调制速率为9600baud，采用四相、八相和十六相调制时，数据传输的比特率分别是多少？,5. 如果采用奇校验进行差错控制，接收端获得40万个字节数据中有四个字节为： 00

54、100100、10111110、10100101、01100110 其中每个字节的第八位为校验位。其余字节数据都正确。问：有多少个字节出现错误？误码率是多少？ 6 数据通信网是如何分类的？ 7 ISDN、ADSL、X.25、FR表示什么？其特点各是什么？ 8 蜂窝移动通信、微波通信、卫星通信各有什么特点？,第4章 计算机局域网,4.1 局域网概述 4.2以太网与IEEE802.3 4.3 局域网的扩展 4.4 Intranet简介 练 习 题,4.1 局域网概述,4.1.1 局域网体系模型与标准 4.1.2 局域网主要类型,4.1.1 局域网体系模型与标准,局域网参考模型 结合局域网自身特点，

55、参考OSI/RM，IEEE802提出了局域网体系结构的参考模型（LAN/RM），它与OSI/RM的对应关系如图4-1所示。,IEEE802标准 IEEE802为局域网LAN内的数字设备提供了一套连接的标准，后来又扩大到城域网MAN。这些标准分别是：,IEEE802.1A IEEE802.1B IEEE802.2 IEEE802.3 IEEE802.4 IEEE802.5,IEEE802.6 IEEE802.7 IEEE802.8 IEEE802.9 IEEE802.10 IEEE802.11 IEEE802.12,4.1.2 局域网主要类型,1以太网（Ethernet） 2令牌环网（Token

56、 Ring） 3令牌总线网（Token Bus） 4FDDI 5ATM,1以太网（Ethernet）,以太网（Ethernet）是由美国Xerox公司和Stanford大学联合开发并于1975年提出的，目的是为了把办公室工作站与昂贵的计算机资源连接起来，以便能从工作站上分享计算机资源和其他硬件设备。 1983年IEEE802委员会公布的802.3局域网络协议（CSMA/CD），基本上和Ethernet技术规范一致，于是，Ethernet技术规范成为世界上第一个局域网的工业标准.,载波侦听多路访问/冲突检测法,载波侦听多路访问（CSMA，Carrier Sense Multiple Access

57、）是一种适合于总线结构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法，其控制手段称之为“载波侦听”。 实际上，当一个站开始发送信息时，检测到本次发送有无冲突的时间很短，它不超过该站点与距离该站点最远站点信息传输时延的2倍。假设A站点与距离A站最远B站点的传输时延为T（如图所示），那么2T就作为一个时间单位。,传输延时示意图,CSMA/CD又被称之为“先听后讲，边听边讲”，其具体工作过程概括如下： （1）先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。 （2）如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。 （3）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线上发出一串阻塞信号（连续几个字节全1），

58、通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。 （4）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。 CSMA/CD发送过程可描述如图所示。,CSMA/CD发送过程流程图,以太网的优点：灵活性高、容易理解、容易实现 。 以太网的缺点：网络负载较重时容易出现网络冲突，造成网络效率低下。,2令牌环网（Token Ring）,令牌环网络（Token-Ring）系统在1985年由IBM公司率先推出。令牌环网的拓扑结构为环形，采用专用的令牌环介质访问控制方式，传输介质为屏蔽双绞线（STP）、非屏蔽双绞线（UTP）或者光纤，传输速率为4Mbps或者16Mbps。 令牌

59、环网络系统遵循IEEE802.2和IEEE802.5标准，在传输效率、实时性、地理范围等网络性能上都优于采用CSMA/CD介质访问控制方式的以太网。 令牌环网络的覆盖范围没有限制，但站点数却受到一定限制。使用STP时可连接2260台设备，而使用UTP时只能连接272台设备。令牌环网络的原理图如图所示。 其访问控制过程如图所示。,传送过程,令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式，已由IEEE802委员会建议成为局域网控制协议标准之一，即IEEE802.5标准。 在令牌环网中，令牌也叫通行证，它具有特殊的格式和标记。令牌有“忙（Busy）”和“空闲（Free）”两种状态。 具有广播特性的令牌环访问控制方式，还能使多个站点接收同一个信息帧，同时具有对发送站点自动应答的功能。,令牌环网的优点 令牌环网时延确定（即令牌或数据环网一周的时间是确定的），最大优