计算机网络基础第一章

1、书名： 计算机网络技术与应用 作者： 蒋丽、刘佰明 出版社： 中国铁道出版社 建议学时： 96,计算机网络技术与应用,教学目标,掌握计算机网络的基本原理、熟悉协议以及用； 能够对小型的局域网进行规划与设计； 能够对交换机和路由器进行简单配置； 能够架构Web、FTP、E-Mail等服务器； 了解网络安全及常见网络故障的排除方法； 达到知网、懂网、管网、用网的目的。,内容简介,第一章：计算机网络基础 第二章：计算机网络的体系结构 第三章：网络操作系统 第四章：局域网技术 第五章：网络设备 第六章：Internet的接入技术 第七章：网络管理与网络安全 第八章：网络的规划与组建案例 第九章：实训,

2、第一章 计算机网络基础,本章主要内容,计算机网络的定义与组成 计算机网络的传输介质 计算机网络的发展与分类 计算机网络的功能 计算机网络的分类 数据通信基础,本章理论要求,了解：计算机网络的定义、分类、发展和组成 理解：计算机网络的拓扑结构及数据通信的相关知识 掌握：各传输介质的特点及使用场合,本章实训要求,能够绘制校园网的拓扑结构 能够制作各种网线 能够打制各种常见的信息模块,第一章 计算机网络基础,1.1 计算机网络的定义及组成 1.2 计算机网络的传输介质 1.3 计算机网络的发展 1.4 计算机网络的功能 1.5 计算机网络的分类 1.6 数据通信基础,1.1.1 认识计算机网络,1-

3、1 最简单的计算机网络,交叉线,1.1.1 认识计算机网络,1-2 典型的计算机网络（1）,2典型的计算机网络,1.1.1 认识计算机网络,1.1.1 认识计算机网络,1-4 复杂的计算机网络（1）,3.复杂的计算机网络,所谓计算机网络就是将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。,1.2.1 计算机网络定义,至少有两个具有独立操作系统的计算机，且它们之间有相互共享某种资源的需求。 两个独立的计算机之间必须用某种通信手段将其连接。 网络中的各个独立的计算机之间要能相互通信，必须制定相互可确认的规范

4、标准或协议。,一个计算机网络必须具备以下3个基本要素,由定义可知： 计算机网络由通信子网和资源子网两大部分组成； 它是通信技术与计算机技术相结合的产物。,1.1.3计算机网络的组成,从不同的角度来看，计算机网络的组成不同，下面从两个不同角度来介绍计算机网络的组成： 1计算机网络的硬件组成 2计算机网络的逻辑构成,1.计算机网络的硬件组成,计算机系统 数据通信系统 网络协议与网络软件,1.1.3计算机网络的组成,1.1.3计算机网络的组成,（1）计算机系统,计算机系统主要完成数据信息的收集、存储、处理和输出任务，并提供各种网络资源。计算机系统根据在网络中的用途可分为两类：主计算机和终端。,终端是

5、网络中数量大、分布广的设备， 是用户进行网络操作、实现人-机对话的工具。,主计算(Host)机负责数据处理和网络控制，并构成网络的主要资源。主计算机又称主机，它主要由大型机、中小型机和高档微机组成，网络软件和网络的应用服务程序主要安装在主机中，在局域网中主机称为服务器（Server）。,1.1.3计算机网络的组成,（2）数据通信系统,数据通信系统主要由通信控制处理机、传输介质和网络连接设备等组成。,通信控制处理机主要负责主机与网络的信息传输控制，它的主要功能是：线路传输控制、差错检测与恢复、代码转换以及数据帧的装配与拆装等。在以交互式应用为主的微机局域网中，一般不需要配备通信控制处理机，但需要

6、安装网络适配器，用来担任通信部分的功能。,传输介质是传输数据信号的物理通道，将网络中各种设备连接起来。常用的有线传输有双绞线、同轴电缆和光纤；无线传输介质有红外、微波和激光等,网络互连设备是用来实现网络中各计算机之间的连接、网与网之间的互联、数据信号的变换以及路由选择等功能，主要包括中继器（Repeater）、集线器（HUB）、调制解调器（Modem）、网桥（Bridge）、路由器（Router）、网关（Gateway）和交换机（Switch）等。,1.1.3计算机网络的组成,（3）网络软件和网络协议,网络软件一般包括网络操作系统、网络协议、通信软件以及管理和服务软件等。 网络协议是实现计算机

7、之间、网络之间相互识别并正确进行通信的一组标准和规则。,1.1.3计算机网络的组成,2计算机网络的逻辑构成,计算机网络从逻辑上看由通信子网和资源子网两部分组成。 通信子网主要完成网络的数据通信，负责计算机之间的通信控制和处理，为资源子网提供信息传输服务。 资源子网主要负责网络的信息处理，为网络用户提供资源共享和网络服务。,1.2计算机网络的传输介质,传输介质可分为两类：有线传输介质和无线传输介质 有线传输介质是指利用电缆或光缆等充当传输导体的传输介质，例如双绞线、同轴电缆和光缆等 无线传输介质是指利用电波或光波充当传输导体的传输介质，例如无线电波、微波、红外线等,1.2计算机网络的传输介质,1

8、. 双绞线 2同轴电缆 3. 光导纤维,1.2.1 有线传输介质,1.2.1 有线传输介质,1.2.1 有线传输介质,1.双绞线 双绞线可用于模拟信号传输，也可用于数字信号的传输。 分为两种: 无屏蔽双绞线（UTP：Unshielded Twisted-Pair Cable） 屏蔽双绞线 (STP:Shielded Twisted Pair),非屏蔽双绞线 (UTP) 电缆,屏蔽双绞线 (STP) 电缆,UTP 电缆类型 以太网直通电缆 以太网交叉电缆 反转电缆,铜介质安全性,1.2.1 有线传输介质,（3）双绞线的线序 根据线序的不同，双绞线分为两类：EIA/TIA 568B 标准和EIA/

9、TIA 568A标准。其具体线序是： T568A线序 1 2 3 4 5 6 7 8 绿白 绿 橙白 蓝 蓝白 橙 棕白 棕 T568B线序 1 2 3 4 5 6 7 8 橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕 。,注：1-3和2-6以太网数据使用；4-5电话线路使用；7-8目前没有用到，供开发其它业务来用，如果有了新的业务要大量用到，则不用重新布线。,图1-8 双绞线线序,常见的铜介质连接器,正确的连接器端接 确保当前和将来网络技术的最佳性能，必须要保证所有铜介质端接品质。,1.2.1 有线传输介质,（4）双绞线的种类及用途 根据双绞线两端水晶头线序的不同，双绞线可以分为三类： 直通线 交

10、叉线 反转线,电子工业联盟/电信工业协会 (EIA/TIA) 对 UTP 电缆连接做出了规定。 RJ-45 水晶头是压接在电缆末端的插头组件。,在连接不同类型的设备时，通常使用直通电缆。而在连接同类设备时，则使用交叉电缆。 直通电缆两端的连接器依照 T568A 标准或 T568B 标准端接同一种连接器。,以下连接应使用直通电缆： 交换机到路由器以太网端口 计算机到交换机 计算机到集线器,UTP 电缆要实现相同设备连接，一端必须按照 EIA/TIA T568A 线序端接，另一端必须按照 T568B 线序端接。,交叉电缆用于直接连接 LAN 中的下列设备： 交换机到交换机 交换机到集线器 集线器到

11、集线器 路由器到路由器的以太网端口 计算机到计算机 计算机到路由器的以太网端口,根据图示中连接的设备判断使用的电缆类型。,2同轴电缆 同轴电缆（Coaxial Cable）由内外相互绝缘的同轴心导体构成的电缆：内导体为铜线，外导体为铜管或网。,1.2.1 有线传输介质,同轴电缆的结构组成可如图1-9所示。从里向外分别是：,图1-9 同轴电缆结构 内芯：金属导体，用于传输数据；绝缘层：用于内芯与屏蔽层间的绝缘；屏蔽层：金属导体，用于屏蔽外部的干扰；塑料外套：用于保护电缆,1.2.1 有线传输介质,（2）同轴电缆的分类 同轴电缆内芯一般是铜质的，能提供良好的传导率。同轴电缆分为基带同轴电缆和宽带同

12、轴电缆两类。 基带同轴电缆（50） 采用基带传输，即采用数字信号进行传输。常用的基带同轴电缆有以下两种： 50的粗缆，用于构建10Base5的网络，网卡接口是AUI口，50的细缆，用于构建10Base2的网络，网卡接口是BNC口。 宽带同轴电缆（75） 采用宽带传输，即采用模拟信号进行传输，用于构建有线电视网,1.2.1 有线传输介质,3） 光导纤维 光导纤维（Optic Fiber）简称光纤，是网络传输的一种介质，是用纯石英以特别的工艺拉成细丝，光纤的直径比头发丝还要细，在传输介质中光纤的发展是最为迅速也是最有前途的。,1.2.1 有线传输介质,光纤介质,光纤介质,光纤提供全双工通信，每个方

13、向使用一根专用光缆。,光纤介质,光缆通常可分为两种类型：单模和多模。,1）光纤的特点 传输损耗小、中继距离长，远距离传输特别经济；抗雷电和电磁干扰性好；无串音干扰，保密性好；体积小，重量轻。通信容量大，每波段都具有2500030000GHz的带宽。,1.2.1 有线传输介质,2）光纤的分类 依据国际电工委员会（IEC）光纤分类方法，按光纤所用材料、折射率分布形状等因素光纤被分为A和B两大类： A类为多模光纤（Multi Mode Fiber） B类为单模光纤（Single Mode Fiber）,1.2.1 有线传输介质,多模光纤(Multi Mode Fiber)允许许多条不同角度入射的光线

14、在一条光纤中传输，即有多条光路。传播距离可达几km，一般只有几公里。,图1-10 多模传输示意图,1.2.1 有线传输介质,单模光纤(Single Mode Fiber)：光纤直径与光波波长相等，只允许一条光线在一条光纤中直线传输，即只有一条光路。在无中继条件下，传播距离可达几十km。 图1-11 单模传输示意图,1.2.1 有线传输介质,图1-10 多模传输示意图,常见的光纤连接器,有线传输介质的不足： 铺设复杂 受距离限制,1.2.1 有线传输介质,常用的无线介质是微波 微波通信：地面微波通信、卫星通信通信,1.2.2 无线传输介质,2卫星通信 卫星通信是在地球站之间利用位于36000km

15、高空的人造同步地球卫星作为中继器的一种微波接力通信,如图1-14 所示。 三个这样的通信卫星就可以覆盖地球上的全部通信区域。,1.2.2 无线传输介质,图1-14卫星通信,3红外系统 红外系统采用光发射二极管（LED）、激光二极管（ILD）来进行站与站之间的数据交换。,1.2.2 无线传输介质,第一章 计算机网络基础,1.3计算机网络的发展 1969年美国国防部研究计划局（ARPA）主持研制的ARPAnet计算机网络投入运行。ARPANet的问世，标志着以资源共享为目标的计算机网络的诞生。 计算机网络的发展经历了一个从简单到复杂，又到简单（指入网容易、使用简单、网络应用大众化）的过程。 计算机

16、网络的发展经过了四代,1.3 计算机网络的发展,面向终端的计算机网络是具有通信功能的主机系统，即所谓的联机系统。这是计算机网络发展的第一阶段，被称为第一代计算机网络。,1.3.1 第一代计算机网络-面向终端的计算机网络,多台主计算机通过通信线路连接起来，相互共享资源。这样就形成了一共享资源为目的的第二代计算机网络。 第二代计算机网络的典型代表是ARPA网络（ARPAnet）。ARPA网络的建成标志着现代计算机网络的诞生。,1.3.2 第二代计算机网络-共享资源的计算机网络,1.3 计算机网络的发展,20世纪70年代以后，局域网得到了迅速发展。美国XEROX、DEC和INTEL三公司推出了以CS

17、MA/CD介质访问技术为基础的以太网（Etherner）产品。其他大公司也纷纷推出自己的产品。但各家网络产品在技术、结构等方面存在着很大差异，没有统一的标准，因而给用户带来了很大的不便。1984年，国际标准化组织（ISO）正式颁布了一个使各种计算机互连成网的标准框架-开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model：简称OSI/RM或OSI）。OSI标准确保了各厂家生产的计算机和网络产品之间的互联，推动了网络技术的应用和发展。,1.3.3 第三代计算机网络-标准化的计算机网络,1.3 计算机网络的发展,90年代，计算机网络发展成了全球

18、的网络因特网（Internet），计算机网络技术和网络应用得到了迅猛的发展。 Internet最初起源于ARPAnet。由ARPAnet研究而产生的一项非常重要的成果就是TCP/IP协议 （Transmission Control Protocol/Internet Protocol：传输控制协议/互联协议），使得连接到网上的所有计算机能够相互交流信息。1986年建立的美国国家科学基金会网络NSFNET是Internet的一个里程碑。,1.3.4 第四代计算机网络-国际化的计算机网络,1.3 计算机网络的发展,1开放性和标准化 2一体化和多媒体化 3. 高效、安全的网络管理 4. 智能化网络方

19、向,1.3.5 计算机网络的发展趋势,计算机网络以共享为主要目标，它主要具有以下四方面的功能： 1.4.1 数据通信（基本功能） 1.4.2 资源共享（基本功能） 1.4.3 提高计算机系统的可靠性和可用性 1.4.4 提高计算机进行分布式处理的能力,1.4 计算机网络的功能,数据通信即数据传送，它是计算机网络的最基本功能之一。从通信角度看，计算机网络其实是一种计算机通信系统。作为计算机通信系统，能实现下列重要功能： 1.传输文件 2.电子邮件（E-mail）,1.4.1 数据通信（基本功能）,资源共享包括硬件、软件和数据资源的共享，它是计算机网络最有吸引力的功能。资源共享指的是网上用户能够部

20、分或全部地使用计算机网络资源，使计算机网络中的资源互通有无、分工协作，从而大大地提高各种硬件、软件和数据资源的利用率。,1.4.2 资源共享（基本功能）,计算机系统可靠性的提高主要表现在计算机网络中每台计算机都可以依赖计算机网络相互为后备机，一旦某台计算机出现故障，其它的计算机可以马上承担起原先由该故障机所担负的任务，避免了系统的瘫痪使得计算机的可靠性得到了大大的提高。,1.4.3 提高计算机系统的可靠性和可用性,在计算机网络中，每个用户可根据情况合理选择计算机网内的资源，以就近的原则快速地处理。对于较大型的综合问题，通过一定的算法将任务分交给不同的计算机，从而达到均衡网络资源，实现分布处理的

21、目的。,1.4.4 提高计算机进行分布式处理的能力,网络拓扑结构指连接于网络中的计算机之间的互连方式，简单地说是指网络形状，网络的连通性。常见的网络拓扑结构有：星型、总线型、环型、树型、网状型和混合型等 。 1.5.1 星型 1.5.2 总线型 1.5.3 环型 1.5.4 树型 1.5.5 网状型 1.5.6 混合型,1.5 计算机网络的拓扑结构,星型,总线型,环型,树 型,网状结构中各节点通过传输线相互连接起来，并且任何一个节点都至少与其他两个节点相连，所以网状结构的网络具有较高的可靠性，但其实现起来费用高、结构复杂、不易管理和维护。,1.5.5 网状型,一般来说，一个较大的网络都不是单一

22、的网络 拓扑结构，而是将多种拓扑结构混合而成，充分 发挥各种拓扑结构的优点，这节是所谓的混合型 拓扑结构。,1.5.6 混合型,1.6 计算机网络的分类 计算机网络的分类方法很多，按网络覆盖的地理范围可分为局域网、城域网、广域网和互联网； 按网络的拓扑结构可分为星型网、总线型网、环型网和树型网等； 按网络的传输技术可分为广播式网络和点对点网络；按网络的工作模式可分为对等网络和客户机/服务器网络。,对等网模式、客户机服务器（C/S）模式 浏览器服务器（B/S）模式,1.6.4 按计算机网络的工作模式分类,图 1-19 对等网,客户机/服务器模式网,3浏览器/服务器模式（Browse/Server

23、） B/S模式中，客户端只需安装浏览器（如IE浏览器），用户通过浏览器向服务器发送请求，然后服务器接收并处理相应请求将结果返回给浏览器显示。互联网上一个用户通过浏览器访问一个网站（实际是访问WWW服务器，它为全球用户提供WWW服务）即是一种标准的B/S模式。,1.6.4 按计算机网络的工作模式分类,1.7 数据通信基础 通信的三要素：信源、通信信道、信宿。,第一章 计算机网络基础,1数据(Data) 2信息(Information) 3信号 (Signal) 4带宽(bandwidth) 5吞吐量(throughout) 6误码率 7基带(BaseBand) 8宽带(BroadBand) 9频

24、带(Broadband),1.7.1 数据通信中的基本概念,1数据(Data) 是对所描述对象的符号化记录，一般可理解为“信息的数字化形式”或“数字化的信息形式”。在计算机网络系统中，数据通常被广义地理解为在网络中存储、处理和传输的二进制数字编码。,1.7.1 数据通信中的基本概念,2信息(Information) 是“消除不确定因素的消息”(图灵)，是对特 定事物的描述、解释、说明，是数据的内涵，是 客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了 客观事物的存在形式和运动状态。,1.7.1 数据通信中的基本概念,3信号 (Signal) 是对特定信息的物理表述，在数据通信中就是携带信息的传输介质

25、。 它又分为模拟信号和数字信号两种。 （1）模拟信号Analog （2）数字信号Digital,1.7.1 数据通信中的基本概念,4带宽(bandwidth) 是指每秒发送的比特数，是在一定时间内能够通过一定空间最大的比特数。 5吞吐量(throughout) 是指在特定时段内使用某路由传输一个文件时所获得的实际带宽。 6误码率： 二进制码元在数据传输过程中被传错的概率。,1.7.1 数据通信中的基本概念,7基带(BaseBand)传输 是指信号以其固有的基本形态进行传输，一般是采用数字信道所特有矩形电脉冲或光波的亮与不亮等信号形态对应二进制代码的0和1直接进行传输。 8宽带(BroadBan

26、d)传输 是指在一条传输介质上通过多路复用技术实现多路独立信号的传输。 9频带(Broadband)传输 是指把数字信号调制成能在公共电话线上传输的音频模拟信号后再发送和传输，到达接收端后，再把音频信号解调成原来的数字信号。计算机的远程通信常采用频带传输。,1.7.1 数据通信中的基本概念,1.7.1 数据通信中的基本概念,（1）模拟信号Analog：随时间连续变化的电磁波，其函数取值无限。采用模拟信号传输数据时，往往只占据有限的频谱，对应数字的基带传输将其称为频带传输。,图1-22 模拟信号与数字信号示意图,1.7.1 数据通信中的基本概念,（2）数字信号Digital：用离散状态(即所谓的

27、“二进制信号”)表示的信号。时间上不连续的离散量即电压(电平)的脉冲序列，终端设备把数字信号转换成脉冲电信号时，这个原始的电信号所固有的频带，称为基本频带，简称基带。 它通过中继方式将0、1进行 整形和放大而不涉及噪音， 且便于集成化。,（b）数字信号,信道是传输特定信号的通路，是通信媒介，信道由传输介质及相应的中间通信设备组成，传输信道可以是有线、无线，可以是电的，也可以是其他的，如光信号等。模拟信道是指传输模拟信号的信道，数字信道是指传输数字信号的信道。,1.7.2 模拟数据与数字数据的传输形式,由于数据信号分为模拟信号和数字信号，信道又分为模拟信道和数字信道，这样就构成了四种数据的传输形

28、式。见下图：,1.7.2 模拟数据与数字数据的传输形式,1.7.2 模拟数据与数字数据的传输形式,1.模拟数据的模拟通信；典型例子是语音信号在普通的电话系统中的传输。,图1-23 模拟数据的模拟通信,1.7.2 模拟数据与数字数据的传输形式,2.模拟数据的数字通信；典型例子是打IP电话。,图1-24 模拟数据的数字通信,1.7.2 模拟数据与数字数据的传输形式,3.数字数据的模拟通信；典型例子是用调制解调器(Modem)网。,图1-25 数字数据的模拟通信,1.7.2 模拟数据与数字数据的传输形式,4.数字信号的数字通信；典型例子是局域网的数据传输。,图1-26 数字信号的数字通信,编码（En

29、coding）是将数据表示成适当的信号形 式，以便数据的传输和处理。,1.7.3 数据的编码技术,1.7.3 数据的编码技术,图1-27 数据编码示意图,数据在信道上传输时,为保证发送端发送的信息能被接收端正确无误地接收，要求发送端和接收端动作的起始时间和频率保持一致的技术称为“同步技术”。实现同步的方式有两种，即同步方式和异步方式。 1Synchronous同步方式 2Asynchronous异步方式,1.7.4 数据的同步技术,1.7.5 数据的复用技术,多路复用的原理是在发送端，多路复用器将N个输入信号合并后再予发送，到接收端后，多路复用器通过译码，从复合信号中分离出各原始信号。,图1-34 多路复用原理示意图,常用的信道复用方式有频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、波分复用（WDM）和码分复用（CDM）四种。 1频分多路复用(Frequency Division Multiplexing，