最新自考计算机网络技术02141考点串讲.docx

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最新自考计算机网络技术02141考点串讲

封面

作者：

PanHongliang

仅供个人学习

第1章计算机网络技术概论

第1节计算机网络的起源与发展

计算机网络是以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合。

真正意义上的计算机网络的出现是以美国ARPANET的建成为标志的。

Internet是在ARPANET的基础上，将分布在世界各地的众多不同规模、不同类型的计算机网络连接起来而形成的大型互联网络，TCP/IP是其核心的框架协议。

ARPANET的贡献主要体现在以下几个方面：

（1）完成了对计算机网络谔谔定义和分类方法的研究。

（2）提出了资源子网和通信子网的结构概念。

（3）提出并实现了分组交换技术。

（4）采用了层次结构的网络体系结构和研究方法。

（5）促进了TCP/IP模型的研究和应用。

（6）为Internet的形成和发展奠定了基础。

第2节计算机网络的分类

根据网络的覆盖范围，计算机网络可以分为局域网、城域网、广域网、互联网。

与局域网的共享方式不同，广域网采用交换技术，通过若干相互连接的交换节点（称之为通信子网），将分布在各地的主机或局域网连接起来。

将世界各地的局域网和广域网通过一定的方式连接起来，使得海量的信息能在更广阔的范围传播，就构成了互联网。

计算机网络按照传输介质的类型可以分为有线网络和无线网络两种。

有线网络的传输介质主要包括双绞线、同轴电缆和光纤等。

目前常见的无线网有无线局域网、移动通信网和物联网等。

计算机网络按照其所有权性质的不同，可以分为公用网和专用网。

按照网络拓扑结构的分类，计算机网络可分为：

（1）总线型网络。

（2）环形网络。

（3）星形网络。

（4）树形网络。

（5）网状网络。

从逻辑功能上将，计算机网络可以分为两部分：

通信子网和资源子网。

按照在网络中传输数据所采用的不同技术，计算机网络可以分为广播式网络和点对点网络。

基于TCP/IP的Internet属于点对点式网络。

第3节计算机网络的硬件和软件设备

根据设备的物理性质，计算机网络可以分为硬件设备和软件设备。

硬件设备主要包括计算机、服务器、交换机、路由器和通信介质等。

软件设备主要包括各种网络协议、网络操作系统和应用程序等。

根据设备在计算机网络中逻辑位置的不同，计算机网络设备可以分为终端设备和网络中间设备。

通常将主要从网络中获取信息和服务的终端计算机称为客户机，将主要提供信息和资源服务的终端计算机称为服务器。

交换机（switch）是某种交换式网络（如目前使用最为广泛的以太网）内部的一种核心装置，负责网络内部数据的调度和转发，从而实现有效的数据通信。

路由器（router）是连接IP网络中不同类型的网络，为不同格式的数据分组选择合适的通信路径并转发的网络中间设备。

路由器与交换机的最大不同在于交换机是实现某种网络内部数据的存储转发，而路由器是在不同网络之间实现数据的路由和中转。

为进行网络中数据通信而制定的规则、标准和约定称为网络协议，简称协议。

网络协议的基本要素：

（1）语法：

规定数据与控制信息的分组结构或格式。

（2）语义：

规定进行通信需要发出的控制信息、完成的操作动作和响应。

（3）同步：

网络事件实现顺序的详细说明。

常用的网络协议有TCP、IP、UDP和IEEE802系列协议等。

第4节计算机网络的性能指标

计算机网络的性能指标：

（1）定量的性能指标。

主要包括速率、带宽、端到端延迟和吞吐量。

（2）非定量的性能指标。

主要包括Qos、可靠性、可扩展性、安全性、标准化和成本。

速率描述的是计算机网络中数字信息传递的快慢情况。

计算机网络中的速率可以分为发送速率和传输速率。

发送速率是指在终端或者网络中间节点，计算机设备每秒向网络中发送多少比特数据，其反映的主要是网络设备的性能。

传输速率是指数据信号在传输线路上每秒能传播多少千米，其单位为千米每秒，反映的主要是信号及信道的性能。

对于模拟通信系统，带宽包括两个概念，即信道带宽和信号传输带宽。

对于数字通信系统，特别是在计算机网络中，网络的带宽通常是用来表示通信线路所能传送数据的能力，即单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据量，单位为比特每秒（bit/s）。

端到端延迟简称延迟，表示一个数据分组从网络中的一个端点到达另一个断电所话费的时间。

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

Qos（服务质量）是指一个网络能够利用各种基础技术，为制定的网络通信提供更好的服务能力，是网络自身预防拥塞和从拥塞中恢复的一种安全机制。

第5节计算机网络的功能和应用

计算机网络的功能：

（1）实现数据通信。

（2）提供资源共享。

（3）提高计算机系统的可靠性。

（4）进行分布式处理。

（5）对分散对象提供集中控制与管理。

计算机网络最基本的功能就是提供数据通信服务。

第6节计算机网络的标准化组织

在计算机网络领域，主要的标准制定机构有：

（1）国际标准化组织（ISO）。

（2）国际电信联盟（ITU）.

（3）美国电子工业协会（EIA）。

（4）电气和电子工程师协会（IEEE）。

国际标准化组织（ISO）是一个全球性的非政府组织，总部设在瑞士日内瓦，其任务是推动各个行业的国际标准化活动。

IEEE在计算机网络领域最大的成果是制定了局域网技术的一系列标准，称为IEEE802系列标准。

第2章数据通信基础

第1节数据通信的基本概念

计算机网络是计算机技术与数据通信技术相结合的产物。

数据通信技术负责计算机网络信息传递与共享的物理实现，在很大程度上影响或决定着计算机网络的规模和效率。

能够实现通信功能的各种技术、设备和方法的总体，称为通信系统。

任何一种通信系统的核心都应该包括信源、发送设备、传输媒介、接受设备和信宿5个部分。

通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统两大类，其区别在于信道中传输的是模拟信号还是数字信号。

数字通信系统是指信道中传输的信号是离散的数字信号。

数据通信系统是指在信源和信宿端处理的是二进制数据，在信道中传输的信号既可以是模拟信号，也可以是数字信号。

第2节数据传输方式

按数据传输的方向，数据传输方式可分为：

（1）单向通信。

单向通信又称单工通信，即任何时间都只能有一个方向的通信，而没有反方向的交互。

无线电广播就属于这种类型。

（2）双向交替通信。

双向交替通信又称半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（或同时接收），这种通信方式往往是一方发送另一方接收，如无线对讲机系统。

（3）双向同时通信。

双向同时通信又称全双工通信，即通信双方可以同时发送和接收信息，电话网、计算机网络等均属于全双工通信系统。

计算机所能识别和处理的是以字节（Byte）为最小单位的二进制数据，1个字节由8位（bit）二进制数构成。

按二进制数据传输的时空顺序，数据传输方式分为并行通信和串行通信。

并行通信是为一个字节的每一个bit（位）都设置一个传输通道，全部bit（位）同时进行传送。

串行通信只为信息传输设置一条通道，数据的一个字节中每一个bit（位）依次在这条通道上传输。

在计算机设备中常用的RS-232接口和USB姐都就属于串行通信的接口方式。

数据通信系统中的计算机作为信源所发出的原始数据信号称为基本频带信号，即用固定的高低电平来表示二进制数字1或0，简称基带信号。

以太网、令牌环网等计算机局域网络均采用基带传输。

对于数字基带信号，调制的基本方法有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）。

第3节数据通信系统的性能

衡量一个通信系统的好坏有许多指标，包括有效性、可靠性、适应性、经济性、和可维护性等。

用来衡量数据通信系统有效性的指标主要有带宽、码元速率、信息速率、和频带利用率。

用来衡量数据通信系统可靠性的指标主要是信噪比和误码率。

码元速率Rb，又称波特率。

在数字系统中，通常用时间间隔相同的符号来表示一个离散值，这样的时间间隔内的信号称为码元，而时间间隔称为码元长度。

波特率表示的就是每秒传送的码元数目，单位为波特，若码元长度为T（s）,则：

Rb=1/t

信息速率Rb，又称比特率，表示每秒传送的二进制比特数，单位为比特/秒（bit/s）。

每个，码元可能含有若干比特，通常规定一个二进制码元含1bit的信息量，则一个似禁止码元携带2bit的信息量，一个M进制码元携带log2M比特的信息量。

因此，比特率、波特率、和信号进制M之间有如下的换算关系：

Rb=Rblog2m

人们使用频带利用率来描述系统的通信有效性，定义为每赫兹内所实现的传输速率，即：

数字通信系统的可靠性常用误码率或误信率来表示，误码率是指接收到的错误码元数在所传输的总码元数中所占的比例；而误信率是指接收到的错误比特数在所传输的总比特数中所占的比例。

如果传输码元总数为N，发送错误的码元数为Ne，则码元率为：

第4节传输信道

信道是通信系统中连接发送端与接收端的通信设备，实现从发送端到接收端的信号传送。

有线信道使用的传输介质包括架空明线、双绞线、同轴电缆和光纤等。

架空明线是指平行且相互分离或绝缘的架空落线线路，通常采用铜线或铝线等金属导线。

双绞线主要用于基带传输。

按照光纤内光波传输模式的不同，光纤可以分为多模光纤和单模光纤两类。

无线信道利用电磁波在空间的传输来传输信号。

根据电磁波频率、通信距离与位置的不同，电磁波的传播又可以分为视线传播、地波与天波（或称电离层反射波）3种。

第5节数据通信中的编码

计算机中存储、处理和输入/输出的是用0和1表示的二进制数据。

根据将数据转换为模拟信号还是数字信号，数据编码的方法可以分为模拟数据编码和数字数据编码。

能够实现调制和解调功能的设备称为调制解调器。

通常把能在模拟信道中传输的模拟信号称为载波，其一般表示形式为：

y（t）=Asin（wt+）其中，A是模拟信号的振幅，w是模拟信号的频率，是模拟信号的初始相位。

调制的基本思想：

调制的基本思想是通过载波信号的振幅、频率和初始相位这3个参数的变化来表示0和1两种符号，从而实现将数字信号变换为模拟信号。

数字数据编码是将原始的二进制数据变换成数字脉冲序列从而实现基带传输的方法。

在基带传输中，数字数据编码所使用的信号码型有很多种，比较常见的是利用矩形脉冲信号的幅值编码二进制数字数据，包括单极不归零码（NAZ）、双极不归零码、单极归零码（RZ）、双极归零码、差分码、双相码和多元码等。

将模拟信号变换成数字洗好进行传输，需要经过的步骤：

（1）将模拟信号转换成数字信号（A/D转换）。

（2）将数字信号基带传输或调制传输。

（3）将数字信号还原成模拟信号（D/A转换）。

在语音通信中，通常采用8位的PCM编码就能保证满意的通信质量。

第6节复用技术

目前，数据通信系统中使用的多路复用技术主要有时分复用、频分复用、波分复用和马分复用等。

频分多路复用（FDM）简称频分复用，是频域划分制，即在频域内将信道带宽划分多个自信到，并利用载波调制技术，将原始信号调制到对应某个子信道的载波信号上，使得同时传输的多路信号在整个物理信道带宽允许的范围内频谱不重叠，从而公用一个信道。

频分多路复用的主要优点是分路方便。

时分多路复用（TDM）简称时分复用，是一种时域划分，即将通信信道的传输信号在时域内划分为多个等长的时隙，每路信号占溢洪不同的时隙，在时域上还不重叠，是多路信号何用单一的通信信道，从而实现信道合用。

时分多路复用可以分为同步时分多路复用（STDM）和一步十分多路复用（ATDM）两种。

比较典型的TDM是时分制多路电话通信系统。

波分多路复用（WDM）简称波分复用，广泛应用与光纤通信中，其实质是一种频分