计算机网络是现代计算机技术与通信技术相结合的产物.docx
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计算机网络是现代计算机技术与通信技术相结合的产物
计算机网络是现代计算机技术与通信技术相结合的产物
计算机网络是现代计算机技术与通信技术相结合的产物。
二、发展
第一代：
面向终端的计算机通信网，采用电路交换方式，实质上是以主机为中心的星型网。
第二代：
分组交换网，以通信子网为中心，多台计算机和终端构成外围的资源子网，数据交换方式采用分组交换。
第三代：
以“开放系统互连为参考模型”为标准框架，80年人中期，Internet的出现（TCP/IP）。
第四代：
宽带综合业务数字网（B-ISDN），93年美国政府提出“信息高速公路”。
“信息高速公路”的特征是广域、高速和交互。
三、系统组成
计算机网络是计算机技术与通信技术密切结合的产物，也是继报纸、广播、电视之后的第四媒体。
从网络拓扑结构来看，计算机网络是由一些网络节点和连接这些网络节点的通信链路构成。
从逻辑功能上讲，计算机网络是由通信子网和资源子网组成。
通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分，主要完成计算机之间数据的传输、交换以及通信控制，它由网络节点、通信链路组成；资源子网提供访问网络和处理数据的能力，是由主机系统、终端控制器和终端组成，主机系统负责本地或全网的数据处理，运行各种应用程序或大型数据库，
（2）终端：
本身不具备处理能力，不能直接在连接到网络上，只能通过网络上的主机与网络相连而发挥作用，常见的有显示终端、打印终端、图形终端等。
（3）传输介质：
在网络设备之间构成物理通路，以便实现信息的交换。
最常见的有同轴电缆、双绞线、光纤。
（4）网络互联设备：
用于实现网络之间的互连，主要有中继器、集线器、路由器、交换机等。
（5）网络接入设备：
用于计算机与计算机网络进行连接的设备，常见的有网卡、调制解调器等。
2、网络软件系统
网络软件主要包括网络操作系统、网络通信协议和各种网络应用系统。
操作系统：
包括服务器操作系统与工作站操作系统。
服务器操作系统：
一般为多任务、多用户的，它装在服务器上，主要承担网络范围内的资源管理与分配，对网络设备进行存取访问，支持网络用户间的通信。
常见的windowsNT/windowsserver2000/netware/unix/linux等。
工作站操作系统：
是本机处理能力的有力支撑，负责对本机资源的正常管理。
常见的有window98/windows2000/dos等。
通信协议：
网络中计算机之间、网络设备与计算机之间、网络设备之间进行通信时，双方所要遵循的通信规则的约定。
常见的有包交换协议IPX、传输控制协议/网际协议（TCP/IP）、以太网协议等。
网络管理软件：
用来对网络运行状况进行信息统计、报告、警告、监控的软件系统。
TCP/IP协议簇中提供管理功能的协议为简单网络管理协议SNMP。
四、分类
1、按网络覆盖的范围分：
广域网（WAN）、局域网（LAN）、城域网（MAN）。
三种网络比较如下表：
表三种网络的比较
类型分布范围传输速率应用场合
局域网1KM左右1M以上一个单位
城域网5-50KM1M一个城市
广域网几十-几千KM几M以上一个国家或洲际网
2、按网络的拓扑结构分：
星型、树型、总线型、环型、网状型、混合型。
3、按传输介质分：
同轴电缆网、双绞线网、光纤网、卫星网、无线网。
4、按带宽和传输能力分：
基带网（窄带网）和宽带网（多媒体）。
5、按网络的使用性质分：
公用网、专用网。
6、按网络的交换功能分：
电路交换网、报文交换网、分组交换网、帧中继网、ATM网。
7、按控制方式分：
集中式、分散式、分布式。
注：
intranet又称内联网，服务于企业网，集LAN、WAN和数据服务为一体，采用internet的相关技术，同样使用TCP/IP通信协议进行数据通信。
五、功能
建立计算机网络的基本目的是实现数据通信和资源共享。
其主要功能有：
1、数据通信
传真、电子邮件、电子数据交换（EDI）、电子公告牌（BBS）、视频点播（VOD）、远程登录和信息浏览等。
2、资源共享
共享的资源主要指计算机系统的软件、硬件和数据；共享是指网内用户均能享受网络中各个计算机系统的全部或部分资源，且用户不需要知道资源所处的物理位置。
3、提高计算机系统的可靠性和可用性
网络中的每台计算机可通过网络相互成为后备机，一旦某台计算机出现故障，它的任务就可由其他计算机代完成；均衡负荷，从而提高每台计算机的可用性。
4、支持分布式的信息处理
通过算法将大型的综合问题、交给不同的计算机分别同时进行处理用户可根据需要合理选择网络资源，就近快速地进行处理；另一方面利用网络技术将多台计算机连成具有高性能的计算机系统来解决大型的问题，也比用同样性能的大中型计算机节省费用。
典型例题
一、选择题
1、早期的计算机网络是由D组成系统。
A、计算机─通信线路─计算机
B、PC机─通信线路─PC机
C、终端─通信线路─终端
D、计算机─通信线路─终端
2、计算机网络是计算机科学技术和C技术相结合的产物。
A、人工智能B、集成电路C、通信科学D、无线电
3、下列说法中，正确的是D。
A、通信子网是由主机、终端组成。
B、资源子网是由网络节点和通信链路组成。
C、通信子网主要完成数据和共享资源的任务。
D、通信子网主要完成计算机之间的数据传输、交换、以及通信控制。
4、下列所示的设备中，属于微机网络所特有的设备是C。
A、显示器B、UPS电源C、服务器D、鼠标器
5、下列说法中正确的是C。
A、服务器是网络的核心设备，它主要提供网络的通信服务。
B、网络中的终端可以和主机一样直接和网络相连。
C、无盘工作站的使用可以防止病毒的传播。
D、调制解调器和网卡一样用于网络之间的互连。
6、一座大楼内的一个计算机网络系统，属于C。
A、PANB、LANC、MAND、WAN
7、把计算机网络分为有线网和无线网的分类依据是B。
A、网络的地理位置B、网络的传输介质C、网络的拓扑结构
二、判断题
1、终端不具有本地处理功能，但可以直接连接到网络中。
（错）
2、工作站就是终端，二者是同一个概念。
（错）
3、IPX与TCP/IP一样也是一种通信协议。
（错）
第二节数据通信基础
复习要求
1、掌握数据通信的基本概念
2、了解数据的传输方式
3、了解数据交换技术
知识精讲
一、基本概念
1、数据通信：
指通过计算机技术与通信技术结合来实现信息的传输、交换、存储和处理。
2、数据：
在网络中可用的有两类数据即取连续值的模拟数据和取离散值的数字数据。
3、信号：
数据的电磁波或电编码，是数据的具体表示形式。
根据电信号的形式分为取值为连续值的模拟信号和妈值为离散值的数字信号两类。
4、信道：
是信号传输的通道，可分为物理信道和逻辑信道，传输介质一般称为物理信道，根据传输介质的不同又可分为有线信道和无线信道，通常所讲的信道更侧重逻辑上的含义即指逻辑信道。
5、数据传输速率：
通常用比特率来衡量，即指单位时间内传送的二进制数据位数，通常用b/s。
数字信号经调制后的传输速率，即单位时间内传送的电信号的个数，又称波特率，它也作为物理信道性能的好坏的数据传输速率，单位为波特。
6、信道容量：
信道允许的最大数据传输速率。
7、吞吐量：
是单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是字节/秒或位/秒。
8、信道带宽：
是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高频率与最低频率之差。
带宽越大，所能达到的传输速度就越大。
9、误码率：
指数据传输中出错数据占被传输数据总数的比例。
信道的性能指标主要有信道容量、信道带宽、吞吐量、误码率等。
二、物理信道分类
1、按传输介质分：
有线信道（如双绞线、同轴电缆、光缆）、无线信道（微波、红外线、激光）。
2、按传输信号的形式分：
模拟信道、数字信道。
3、按使用方式分：
专用信道、公用信道。
三、传输技术
1、基带传输与频带传输
（1）基带传输
基带指电信号固有的基本频带。
基带传输是指将数字设备发出的数字信号原封不动地送入信道上去传输。
（2）频带传输
把数字设备上发出的数字信号调制成模拟信号后再发送、传输，到达接收端时再把模拟信号解调成原来的数字信号来进行传输。
（3）宽带传输
将多路基带信号、音频信号和视频信号经调制后放到同一条电缆的不同频段处进行传输。
宽带传输系统可实现文字、声音和图像的一体化传输。
2、异步传输与同步传输
（1）异步传输
发送字符时发送端在每个字符的首尾分别加上一个起始位和2个停止位，以表示字符的开始和结束，一次只能收发一个字符。
有数据需要发送的终端设备可以在任何时刻向信道发送信号，而不管接收方是否知道它已开始发送操作，且由于各字符的发送时间间隔是任意的，因此各字符之间是异步的，故称之为异步传输。
（2）同步传输
在同步方式中，发送端连续发送一串字符（或数据块）一个字符紧接在另一个字符之后，只在每个数据块的前后各附加一个字节的同步字符SYN，接收端仅靠该字符来识别所要接收的数据。
同步传输是一个接收与发送速度保持一致的过程，也就是接收端根据发磅端所发送的信号频率和起止时间来接收信号，接收端校准自己的接收时间和重复频率，以求同发送端信号相一致的过程。
表异步传输与同步传输比较
传输方式传输单位优点缺点
异步传输字符控制简单、价格便宜效率低、速率慢
同步传输报文或分组传输效率高误码率较高、控制复杂
3、单工、半双工、全双工
三种通信方式的比较
表三种通信方式的比较
通信方式传输方向信道个数收、发方限制优、缺点应用
单工固定单向1一方只能发送，另一方只能接收结构简单、效率低、只能单向传输信息广播、电视
半双工限时双向2通信双方在不同时刻可分别发送或接收信息效率低对讲机等
全双工双向2通信双方在同一时刻既可发送信息又可接收信息结构复杂、成本高、性能最好计算机之间
单工：
只允许数据按指定的一个方向传输，只需一个信道，结构简单。
半双工：
在任何时刻信道上只有一个方向的数据传输，而在另一个时刻有反方向的传输。
在要求不太高的场合，多采用此通信方式，如航空和航海的无线电台和对讲机及多数的计算机网络中的数据通信等，需两个信道。
全双工：
允许在两个方向上同时传输数据。
此方式效率最高，使用方便，常用于计算机与计算机间的通信，它需要两个信道分别传送两个方向上的信号，每一端在发送信息的同时也在接收信息。
全双工需要两个独立的信道，这两个独立信道可以采用两组传输线路实现，也可以用多路复用技术实现。
此通信方式的性能最好，所需用的设备最复杂，实现的成本也最高。
4、多路复用技术
多路复用技术在计算机网络起着重要的作用其目的主要是使多个数据通信合用一条传输线路，以提高线路的利用率。
常见的复用技术有频分频多路复用（FDM）和时分多路复用（TM）。
频分多路复用的原理是当物理信道的可用带宽超过单个信号源的信号带宽时，可将信道按频率划分为若干个子信道，每个子信道传输一路信号，从而可在一个信道中传输多路信号。
时分多路复用与频分多路复用技术不同，它是将一条物理信道的传输时间分割为多个短的时间片，而将若干个时间片组成时分复帧轮换地给多个信号使用，根据时分复用的方式不同又可分为同步时分多路复用技术（STDM）和异步时分多路复用（ATDM）。
除此之外，目前常见的还有码分多址复用技术（CDMA）。
四种线路复用技术进行比较如下表：
表四种线路复用技术的比较
分类特点（共享信道方式）优点缺点
频分多路复用（FDM）同一时间传送多路信号，采用带宽划分方法适用于传输模拟信号，无延时，费用低速率低
时分多路复用（TDM）多个信号分时使用一个信道，采用时间片轮转方法速率高，适用于传输模拟信号有一定的延时，费用较FDM高
异步时分多路复用（ATDM）信道的使用与终端的需求相结合信道利用率高有一定的延时
码分多址复用技术（CDMA）各发送端用互不同的地址去调制其发送的信号，接收端通过地址识别从混合中选出相应的接收信号抗干扰能力强，保密性好，灵活机动
四、数据交换技术
在计算机通信中，两台计算机利用通信线路，通过多个中间节点或中转节点的计算机网络进行传送，中间节点计算机或计算机网络在传送信息时并不关心信息的具体内容，仅负责将信息从一个节点计算机传送到另一个节点计算机上，直到信息被传送到目的地，我们将这种由中间节点参与的通信称为“数据交换”。
传统的数据交换方式可分为：
电路交换和存储交换，存储交换又可分为报文交换和分组交换，目前常用的帧中继、异步传输模式（ATM）均属于快速的分组交换技术。
1、电路交换技术
又称线路交换技术，它是基于信道的共享方式，类似于电话，必须经过建立连接（信道建立）、传输数据、拆除连接（释放信道）三个通信过程，适合远距离成批传输数据。
表数据交换技术的比较
交换技术特点工作位置优点缺点
电路交换通信前先建立一条物理信道或子信道，通信结束后再释放信道，以比特为单位物理层设备及操作简单实时性好静态分配信道线路利用率低
存储交换报文交换存储转发以报文为单位进行传输，且长度无限制网络层信道利用率高可靠性高双方可不同时工作实时性差，分组交换中结点必须有较高的处理能力
分组交换以分组为单位，长度一般为1~nKbit网络层线路利用率高、速率快（64Kbps）、吞吐量大、误码低、灵活性好
表两种典型的分组交换技术的比较
交换技术工作位置特点缺点
帧中继链路层以帧为单位、边接收边转发具有路由功能传输速率高2.048Mbps
异步传输模式（ATM）链路层以信元为单位、信元定长为53B、发送端不独占时间片实时性好误码率低传速率高2.2Mbps时延小
2、存储交换技术
通信双方不必完整地占用一个物理信道，被传输的数据单元中含有目的地址，中间结点总是先将传输到本结点的数据单元暂存于本结点中，后寻找空闲的通路再转发给下一结点。
存储交换又可分为报文交换和分组交换，二者之间的主要区别是传输的数据单位不同，报文交换的数据单元是一个长度没有任何限制的报文，而分组交换对数据单元的长度有明确的规定，一般为1千至几千个比特位，所以在分组交换方式中长报文要先分割为多个短分组，然后再以分组为单位进行传送。
3、帧中继交换技术FR
帧中继是一种减少数据处理时间的技术，即一个节点在接收到一个数据帧的首部后就立即开始转发，帧是此种方式中的传输单位，它是可变长度的分组。
采用帧中继技术传送时，可以使用更简单的通信协议。
4、异步传输模式ATM
又称信元交换，建立在电路交换和分组交换技术基础上，可以传送综合数字业务，采用异步时分复用方式，在此方式中传送的信元相当于一个分组，长度固定为53B，其中5B为信元头，可标志不同的信道和优先级，48B为传送的数据，只要有空闲的时间片，可在任何时刻传送信元。
典型例题
一、选择题
1、下列有关数据通信的说法中，A是不正确的。
A、基带传输是将音频信号调制成数字信号后发送和传输。
B、频带传输是把数字信号调制成音频信号后发送和传输。
C、异步传输可以在任何时刻向信道发送信号。
D、同步传输是以报文或分组为单位进行传输。
2、在数据传输过程中，接收和发送共享同一信道的通信方式是B。
A、单工B、半双工C、全双工D、自动
3、下列关于电路交换说法正确的是B。
A、线路利用率高B、电路交换中的结点对传输的信号不做任何处理
C、信道的通信速低D、通信双方不必同时工作
4、D不是衡量信道传输性能好坏的技术指标。
A、带宽B、数据传输率C、信道容量D、通信介质
5、B是信息传输的物理信道。
A、信道B、介质C、编码D、数据
6、分组交换还可以进一步分成B和虚电路两种。
A、永久虚电路B、数据报C、呼叫虚电路D、包交换
7、3KHz可作为B单位。
A、吞吐量B、信道带宽C、信道容量D、数据传输率
二、判断题
1、频带传输一定要经过调制与解调制的过程才可完成信号传输。
（对）
2、比特率的单位是小波特，它是衡量数据传输速度的单位。
（错）
3、数据通信中同步传输比异步传输速度快。
（对）
4、基带传输比频带传输的距离远。
（错）
第二章计算机网络技术基础
第一节网络体系结构与网络拓朴
复习要求
1、了解网络体系的基本概念
2、掌握计算机网络拓朴结构的类型
3、了解各种网络拓朴结构的特点
知识精讲
一、网络体系结构的基本概念
1、网络协议
计算机网络实体之间进行通信时所采用的一种通信语言，它是一组有关信息传输顺序、信息格式和信息内容等的约定或规则。
网络协议含有三个要素即语义、语法和时序。
语义：
指构成协议的协议元素的含义，不同类型的协议元素规定了通信双方所要表达的不同内容，而协议元素是指控制信息或命令及应答。
语法：
指数据或控制信息的数据结构形式或格式。
时序：
也称规则，即事件的执行顺序。
2、网络层次式结构
对于复杂的计算机网络协议，通常采用自顶向下逐步求精的方法采用分层式网络结构，有采用分层方式的做法，可以使每一层实现一种相对独立的功能，从而将一个难以处理的复杂问题分解为若干较容易处理的小问题，而且每一层都是向它的上一层提供服务。
采用分层结构的好处主要有：
（1）各层之间相互独立
（2）灵活性好
（3）容易标准化
（4）各层可以选择最合适的实现技术
3、网络体系结构：
计算机网络的层次及其协议的集合。
4、网络拓朴结构：
也称网络结构，是指网络结点和链路的几何位置。
结点是指组成网络的网络单元，如：
主机、集线器、路由器等，根据功能不同可分为端点和转接点，端结点指通信的源或宿结点，又称访问接点，如主机或终端；转接结噗指网络通信过程中起控制和转发信息作用的结点，如集线器、交换机等。
5、链路：
两个节点之间的线路。
二、常见的网络拓朴结构
网络拓朴结构的选择与传输出介质的选择和介质访问控制方法紧密相关。
常见的拓朴结构有：
1、星型
所有的计算机都连接到一个中心节点上，该中心节点一般为主机或集线器。
中心接点负责接收工作站的信息，再转发给相应的工作站，它具有中继和数据处理功能。
2、环型
由连接成封闭回路的网络节点组成，每一节点与它左右相邻的节点连接并最终形成一个“环状”，信息单向逐点进行传输，各节点入网的计算机通过中继器连接到这个环型的信号以同样的速度、同样的方向传向下一节点。
在该类型的网络中，用令牌传递方式解决对环路的访问控制，令牌是一种通行征，它可以是一位或多位二进数组成的编码，只有获得令牌的站点才能发送数据，因令牌只有一个，所以不会发生碰撞。
较典型的是IBM的令牌环网。
3、总线型
使用同一媒体或电缆连接所有用户节点的一种方式。
总线型拓朴用一条无源通信线路作主干，入网计算机通过相应接口（如T型头）连接到线路上，该主干电缆即被称为总线。
因为所有站点共用一条电缆，所以一次只能有一个设备传输信息，易发生碰撞，为防止信号反射，所有连接到一条通信传输线路上的计算机在线路两端必须加装防止信号反射的装置即端接器。
常用的以太网即是采用总线型的网络拓朴结构，为防止发生碰撞，采用IEEE802.3的的CSMA/CD进行介质访问控制方法。
以上三种是最基本的网络拓朴结构类型，也是局域网中常用的三种网络拓朴结构，除此之外还有树型、网状型。
在实际应用中往往采用它们的某种组合。
几种网络结构比较如下表：
表几种网络结构的比较
网络类型特点优点缺点应用场合
星型从结点之间必须经过中心结点才可进行通信结构简单协议简单易检测和隔离故障费用高中心结点故障会造成整个网络瘫痪智能大厦从结点之间较少交换数据的网络
总线型只有一条信道，一个时刻只能有一个结点发送数据费用低易布线易维护故障检测困难争用总线局域网或分布处理，如以太网
环型沿环路单向传输结构简单，性能好，适合用光纤连接可靠性差重新配置较难局域网，如FDDI、IBM令牌环网
树型星型的扩展，根结点和子树结点均可作为转接结点性能同星型，费较星型低时延大分层管理的网络
网状型每个结点至少两条链路与其他结点相连性能好，可靠性高结构复杂控制繁琐大型广域网
网络的性能好坏很大一部分因素是由网络的拓朴结构所决定的，选择网络拓朴结构时，一般应考虑可靠性、扩充性及费用高低三个主要因素。
典型例题
一、选择题
1、具有结构简单灵活、成本低、扩充性强、性能好以及可靠性高等特点的网络拓朴结构是B。
A、星型B、总线型C、环型D、以上都不是
2、在令牌环网中令牌的作用是B。
A、向网络的其余部分指示一个节点发送数据。
B、向网络的其余部分指示一个节点忙碌以至不能发送数据
C、向网络的其余部分指示一个放手消息将被发送
D、以上都不是
3、在网络的分类中，B不是按网络介质访问方式划分的是。
A、令牌环网B、基带网C、带冲突检测的载波侦听多路访问网D、以上都不是
4、在局域网中不常用的网络拓朴结构是D。
A、总线型B、环型C、星型D、网状型
5、拓朴结构比较适合对数据或用户进行分层管理的网络B。
A、环型B、树型C、总线型D、网状型
二、判断题
1、总线型网的一个突出优点是数据端用户入网方便。
（对）
2、令牌环网和以太网都会发生争用信道及发生碰撞的问题。
（错）
第二节OSI/ISO与TCP/IP
复习要求
1、了解OSI/ISO网络参考模型
2、了解TCP/IP协议及网络参考模型
知识精讲
一、OSI/ISO网络参考模型
为了实现计算机系统的互连，OSI参考模型把整个网络的通信功能划分为7个层次，同时也定义了层次之间的相互关系以及各层所包括的服务及每层的功能。
OSI的七层由低到高依次为：
物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层，下三层（物理层、数据链路层、网络层）面向数据通信，而上三层（会话层、表示层、应用层）则面向资源子网，而传输层则是七层中最为重要的一层。
它位于上层和下层中间，起承上启下的作用。
1、物理层
为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输，所传输数据的单位是比特，该层定义了通信设备与传输线接口硬件的电气、机械以及功能和过程的特性。
2、数据链路层
在通信的实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，通过检查发生在连接通信系统间传送路上的比特错误并进行恢复，确保比特序列组成为数据流准确无误地传送给对方的系统。
数据链路层在相邻的节点之间实现透明的高可靠性传输。
3、网络层
解决多节点传送时的路由选择、拥挤控制及网络互连等，控制分组传送系统的操作，它的特性对高层是透明的，同时，根据传输层的要求选择服务质量，并向传输层报告未恢复的差错。
4、传输层
为两个端系统（源站和目标站）的会话层之间建立一条传输连接，可靠、透明地传送报文，执行端一端差错控制、顺序和流量控制、管理多路复用等。
本层提供建立、维护和拆除传送连接的功能，并保证网络连接的质量。
它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因而是OSI网络参考模型中最需要的一层。
5、会话层
不参与具体的数据传输，但对数据传输的同步进行管理。
它主要负责提供两个进程之间建立、维护和结束会话连接功能，同时要对进程中必要的信息传送方式、进程
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