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1、网络管理员笔记第1章 计算机网络概述1.1数据通信基础1.1.1数据通信的基本概念1：数据信号数据可分为模拟数据与数字数据两种。数字信号转化为模拟信号，这一过程称为调制(Modulation)。在另一端，接收到模拟信号要还原成数字信号，这个过程称为解调（Demodulation）。通常由于数据传输是双向的，因此，每端都需要调制和解调，进行调制和解调的设备称为调制解调器（Modem）。模拟信号的数字化需要三个步骤，依次为采样、量化和编码。2：信道要进行数据终端设备之间的通信，当然要有传输电磁波信号的电路，这里所说的电路即包括有线电路，也包括无线电路。信息传输的必经之路称为“信道”。信道和电路不同

2、，信道一般都是用来表示向某一个方向传送数据的媒体，一个信道可以看成电路的逻辑部件；一条电路至少包含一条发送信息或一条接收信道。3：数据通信模型数据通信和传通的电话通信的重要区别之一是，电话通信必须有人直接参与，双方都确认后才开始通话。数据通信没有人直接参与，就必须对传输过程按一定的规程进行控制，以便使双方能协调可靠地工作。4：数据通信方式数据通信方式可分成以下三种。（1）单工通信：数据只能沿一个固定方向传输，即传输是单向的。（2）半双工通信：允许数据沿两个方向传输，但在同一时刻信息只能在一个方向传输。（3）双工通信：允许信息同时沿两个方向传输，这是计算机通信常用的方式，可大大提高传输速率。1.

3、1.2数据传输1：数据传输的方式（1）并行传输与串行传输并行传输指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输，常见的就是将构成一个字符的几位二进制码分别在几个并行信道上进行传输。但并行传输必须有并行信道，这往往带来了设备或实施条件上的限制，因此，实际应用受限。串行传输指的是数据流以串行方式，在一条信道上传输。串行传输只需要一条传输信道，易于实现，是目前采用的一种主要传输方式。但是接收方不能从接收到的数据流中正确地区分出一个个字符，因而传输将失去意义。对于码组或字符的同步问题，目前有两种不同的解决办法，即异步传输方式和同步传输方式。（2）异步传输与同步传输异步传输一般以字符为单位，不论所

4、采用的字符代码长度为多少位，在发送每一字符代码时前面均加上一个“起”信号，其长度规定为1个码元，极性为“0”，字符代码后面均加上一个“止”信号，其长度为1或2个码元，极性皆为“1”。这种传输方式的优点是同步实现简单，缺点是对每一字符都需要加入起、止码元，使传输率降低，故适用于1200bps以下的低速数据传输。同步传输是以同步的时钟节拍来发送数据信号，因此在一个串行数据流中，各信号码元之间的相对位置都是固定的（即同步的）。接收端为了从收到的数据流中正确地区分出一个信号码元，首先必须建立准确的时钟信号。传输效率较高。2：数据传输的形式（1）基带传输在信道上直接传输基带信号的方式称为基带传输，它是指

5、在通信电缆上原封不动地传输由计算机或终端产生的数字脉冲信号。传输距离一般不超过2KM，超过进则需要加中继器放大信号，以便延长传输距离。基带信号绝大部分是数字信号，传输的速率愈高，能够传输的距离愈短，计算机网络内往往采用基带传输。（2）频带传输将基带信号转换为频率表示的模拟信号来传输的方式，称为频带传输。例如，使用电话线进行远距离数据通信，采用频带传输时要求在发送和接收端安装调制解调器，这不仅实现了数字信号可用电话线路传输，而且可以实现多路复用，从而提高了信道利用率。（3）宽带传输将信道分成多个子信道，分别传送音频、视频和数字信号的方式，称为宽带传输。它是一种传输介质频带宽度较宽的信息传输方式，

6、通常为300-400MHz。系统设计时将此频带分割成几个子频带，采用“多路复用”技术。3：数据传输速率（1）比特率比特率是指单位时间内所传送的二进制码元的有效位数，以每秒多少比特数计，即bps。例每秒传输800个二进制码元，它的比特率是800比特/秒（800bps）。码元是对于网络中传送的二进制数字中每一位的通称，也常称作“位”或b。例如1010101，共有7位或7b。（2）信道宽带为了使信号传输中失真小些，信道要有足够的宽带。（3）波特率码元速率的单位叫波特（Baud），所以码元速率也叫波特率。（4）奈奎斯特定理信道波率(最大码元速率)=信道带宽*2数据速率=信道波率*log2*码元信息量（

7、5）香农定理奈奎特定理是在无噪声的理想情况下的极限值。实际信道会受到各种噪声的干扰，因而远远达不到按奈奎斯特定理计算的数据传送速率。香农研究表明，有噪声信道的极限数据数率。例如信道带宽为3000Hz，信噪比为30dB，则最大数据速率为30000bps，实际上，在3000Hz宽带的电话线上，数据速率能达到9600bps就很不错了。（6）误码率误码率指信息传输的错误率，是衡量系统可靠性的指标。它以接收信息中错误比特数占总传输比特数的比例来度量，通常应低于10-6。1.1.3数据编码1：模拟数据编码将计算机中的数字数据在网络中用模拟信号表示，要进行调制，最基本的调制方法有三种。（1）调幅AM(Amp

8、litude Modulator) 又叫幅移键控特点：信号容易实现，技术简单，但抗干扰能力差。（2）调频FM(Frequency Modulator)又叫频移键控特点：信号容易实现，技术简单，抗干扰能力较强。（3）调相PM(Phase Modulator)又叫相移键控特点：抗干扰能力较强，但信号实现的技术比较复杂。2：数字数据编码（1）不归零编码不归零编码的缺点是无法判断每一位的开始与结束，收发双方不能保持同步。为保证收发双方同步，必须在发送不归零编码的同时用另一个信道传送同步信号。NRZ编码：不归零编码NRZ用低电平表示二进制比特“0”，用高电平表示二进制“1”。（2）曼彻斯特编码（3）差分

9、曼彻斯特编码：是对曼彻斯特编码的改进。曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码是数据通信中最常用的数字信号编码方式，它们的优点是明显的，那就是无须另发同步信号；但缺点就是编码效率低，如果传送10Mbps的数据，将需要20MHz的脉冲。1.1.4多路复用技术1：频分多复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）频分多路复用的主要特点是信号被划分成若干通道（频道，波段），每个通道互不重叠，独立进行数据传递。频分多路复用在无线电广播和电视领域中应用较多。ADSL是一个典型的频分多路复用。ADSL在使用的双绞线上划分出三个频段，0-4kHz用来传送传统的语音信号；20-50kH

10、z用来传送计算机上载的数据信息；150-500kHz或140-1100kHz用来传送从服务器上下载的数据信息。2：时分多路复用(Time Division Multiplexing,TDM)时分多路复用是以信道传输时间作为分割对象，通过为多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现多路复用。时分多路复用通信，是各路信号在同一信道上占有不同时间片进行通信。目前最广泛的时分多路复用是贝尔系统的T1载波。T1载波采用时分多路复用技术，将24路话音复用在一条1.544Mb/s通信线路上，每路话音信号要经过编码器进行采样，采样频率为8000Hz。光纤通信中使用的复用方式是波分多路。3：波分多路复用(Wave

11、length Division Multiplexing,WDM)波分复用，就是在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力。如果在光纤的工作窗口上安排100个波长不同的光源，同时在一根光纤上传送各自携带的信息，就能使光纤通信系统的容量提高100倍。4：码分多址(Code Division Multiple Access,CMDA)它是采用地址码和时间、频率共同区分信道的方式。不同的移动台（或手机）可以使用同一个频率，但是每个移动台（或手机）都被分配一个独特的“码序列”，该序列码与所有别的“码序列”都不相同，因为是靠不同的“码序列”来区分不同的移动台（或手机），所以各个用户

12、相互之间也没有干扰，从而达到了多路复用的目的。码分多址是一种多路复用技术，在CDMA系统中是靠“码序列”来区分不同的信道。5：空分多址(Space Division Multiple Access,SDMA)这种技术将空间分割构成不同的信道，从而实现频率的重复使用，达到信道增容的目的。SDMA系统能够在一条普通信道上创建大量的频分、时分或码分双向空间信道，每一条信道都可以完全获得整个阵列的增益和抗干扰功能。从理论上而言，带有M个单元的阵列能够在每条普通信道上支持M条空间信道。SDMA系统可使系统容量成倍增加，使得系统在有限的频谱内可以支持更多的用户，从而成倍地提高频谱使用效率。而就移动通信而言

13、，为了更有效地利用有限的无线频率资源，时分多址技术（TDMA）、频分多址技术（FDMA）、码分多址技术（CDMA）得到了广泛的应用，并在此基础上建立了GSM和CDMA（是区别于3G的窄带CDMA）两大主要的移动通信网络。突破了传统的三维思维模式，在第四维空间极大地拓宽了频谱的使用方式，使得移动用户仅仅由于空间位置的不同而复用同一个传统的物理信道成为可能，并将移动通信技术引入了一个更为崭新的领域。1.1.5数据交换技术 1：电路交换 在数据通信网发展初期，人们根据电话交换原理，发展了电路交换方式。 由于电路交换的接续路径是采用物理连接的，在传输电路接续后，控制电路就与信息传输无关，所以电路交换方

14、式的主要优点是数据传输可靠、迅速、不丢失且保持原来的序列；缺点是在有的环境下，电路空闲时的信道容量被浪费，而且如果数据传输的持续时间不长，电路建立和拆除所用的时间也得不偿失。因此它适合于系统间要求高质量的大量数据传输的情况，一般按照预定的带宽、距离和时间来计费。2：报文交换 为了获得较好的信道利用率，出现了存储-转发的想法，这种交换方式就是报文交换。目前这种技术仍普遍应用在某些领域，如电子信箱等。 报文交换的主要缺点是，不能满足实时或交互式的通信要求，因此，这种方式不能用于声音连接，也不适合于交互式终端到计算机的连接。有时节点收到过多数据而不得不丢弃报文，并阻止其他报文的传送，而且发出的报文不

15、按顺序到达目的地。另外，报文交换中，若报文较长，需要较大容量的存储器，将报文放到外存储器中去时，会造成响应时间过长，增加了网络延迟时间。 3：分组交换 分组交换也称包交换，它是将用户传送的数据划分成长度一定的部分，每个部分叫做一个分组。分组交换与报文交换都是采用存储-转发交换方式。二者的主要区别是，报文交换时报文的长度不限且可变，而分组交换的报文长度不变。分组交换首先把来自用户的数据暂存于存储装置中，并划分为多个一定长度的分组，每个分组前边都加上固定格式的分组标题，用于指明该分组的发端地址、收端地址及分组序号等。分组在各交换节点之间传送比较灵活，交换节点不必等待整个报文的其他分组到齐，一个分组

16、、一个分组地转发。这样可以大大压缩节点所需的存储容量，也缩短了网络延时。另外，较短的报文分组相比于长的报文可大大减少差错的产生，提高了传输的可靠性。 分组交换通常有两种方式，即数据包方式和虚电路方式。 数据包方式，是每一个数据分组都包含终点地址信息，分组交换机为每一个数据分组独立地建议找路径。因一份报文可能沿着不同的路径到达终点，在网络终点需重新排序。 虚电路交换，是两个用户终端设备在开始互相发送和接收数据之前，需要通过网络建立的逻辑上的连接，连接建立之后，用户发送的数据（以分组为单位）将按顺序通过网络到达终点。当用户不需要发送和接收数据时，可以清除这种连接。 4：信元交换叫异步传输模式(As

17、ynchronous Transfer Mode,ATM) 电路交换的实时性很好，分组交换的灵活性很好。信元交换技术结合了这两种交换方式的优点。 信元交换是一种面向连接的快速分组交换技术，它是通过建立虚电路来进行数据传输的。ATM采用固定长度的信元作为数据传送的基本单位，信元长度为53字节，其中信元头为5字节，数据为48字节。另外，ATM采用了统计时分复用的方式来进行数据传输，根据各种业务的统计特性，在保证服务质量(Quality of Service,Qos)要求的前提下，各个业务之间动态地分配网络带宽。1.2计算机网络简介1.2.1计算机网络的概念 计算机网络涉及如下三个方面的问题。1：至

18、少有两台计算机互联。 2：通信设备与线路介质。 3：网络软件，是指通信协议和网络操作系统。 在计算机高速发展的信天，“计算机就是网络，网络就是计算机”的概念越来越被人们所接受，计算机应用正在进入一个全新的网络时代。1.2.2计算机网络的分类 1：按网络覆盖的范围大小：局域网（一般小于10km）、城域网（一般小于100 km）、广域网（比城域网范围大，是由多个局域网或城域网组成的网络）。 2：按照网络的拓扑结构划分：环型网、星型网、总线型网等。 3：按照通信传输介质划分：双绞线网、同轴电缆网、光纤网、微波网、卫星网、红外线网等。 4：按照信号频带占用方式划分：基带网和宽带网。1.2.3计算机网络

19、的构成 1：网络硬件 网络硬件一般是指计算机设备、传输介质和网络连接设备。 2：网络软件 网络软件一般是指系统级的网络操作系统、网络通信协议和应用级的提供网络服务功能的专用软件。 （1）网络操作系统 网络操作系统是用于管理网络的软、硬件资源，提供简单的网络管理系统软件。常见的网络操作系统有UNIX、Netware、Windows NT、Linux等。UNIX是一种强大的分时操作系统，以前在大型机和小型机上使用，现已向PC过渡。UNIX支持TCP/IP协议，安全性、可靠性强；Linux是一款免费的网络操作系统，源代码完全开放，是UNIX的一个分支，内核基本和UNIX一样，具有WinNT的界面，操

20、作较简单，缺点是应用程序较少。 （2）网络通信协议 互联网采用的协议是TCP/IP，该协议是目前应用最广泛的协议，其他常见的协议还有Novell公司的IPX/SPX等。1.3计算机网络硬件1.3.1计算机网络传输媒介 常见的网络传输媒介可分为两类，一类是有线，一类是无线的。有线传输媒价主要有同轴电缆、双绞线及光缆，无线传输媒介主要有微波、无线电、激光和红外线等。1：同轴电缆（Coaxial cable） 同轴电缆绝缘效果佳，频带较宽，数据传输稳定，价格适中，性价比高。 通常按特性阴抗数值的不同，可将同轴电缆分为50基带同轴电缆和75宽带同轴电缆。前者用于传输基带数字信号，是早期局域网的主要传输

21、媒价；后者是有线电视系统CATV中的标准传输电缆，在这种电缆上传输的信号采用了频分复用的宽带模拟信号。 2：双绞线（Twisted-pair） 双绞线分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）。 STP双绞线内部包了一层皱皮状的屏蔽金属物质，并且多了一条接地用的金属钢丝线，因此它的抗干扰性比UTP双绞线强，但价格也要贵很多，阻抗值通常为150。 UTP双绞线阻抗值通常为100。中心芯线24AWG(直径为0.5mm)，每条双绞线最大传输距离为100m。 根据EIA/TIA接线标准，双绞线RJ45接头的连接需4根导线通信，两条用于发送数据，两条用于接收数据。RJ45接口制作有两种标准，即EI

22、A/TIA T568A标准和EIA/TIA T568B标准。 双绞线的制作有两种方法，一是直通线，即双绞线的两个接头都是按T568B线序标准连接；二是交叉线，即双绞线的一个接头按T568A线序连接，另一个接头按T568B线序连接。 3.光纤 光纤与铜质媒介相比，光纤不会向外界辐射电子信号，所以使用光纤媒介的网络无论是在安全性、可靠性还是在传输速率等网络性能方面都有了很大提高。为使用光纤传输信号，光纤两端必须有光发射机和光接收机，实现电光转换的通常是发光二极管（LED）或注入式激光二极管（ILD）；实现光电转换的是光电二极管或光电三极管。 根据光纤在光纤中的传播方式，光纤有多模多纤和单模光纤。多

23、模光纤纤芯直径较大，可为50m或61.5m，包层外径通常为125m。单模光纤芯直径较小，一般为9-10m，包层外径通常也为125m。多模光纤又根据其包层的折射率进一步分为渐变型折射率和突变型折射率。 单模光纤接收信号与输入信号最接近，多模渐变型次之，多模突变型接收信号散射最严重，因而它所获得的速率最低。 4.无线传输 无线电传输主要分为无线电、微波、红外线及可见光几个波段，紫外线和更高的波段目前还不能用于通信。 无线电微波通信在数据通信中占有重要地位。微波的频率范围为300MHz-300GHz，但主要使用2-40GHz的频率范围。微波通信主要有两种方式，即地面微波接力通信和卫星通信。由于微波在

24、空间是直线传播的，而地球表面是个曲面，因此其传输距离受到了限制，一般只有50km左右。若采用100m高的天线塔，传输距离可增大到100km。卫星通信与微波通信都具有频带宽、干扰少、容量大、质量好等优点。1.3.2计算机网络互连设备 1：中继器（Repeater）：物理层 中继器可以“延长”网络的距离，在网络数据传输中起到放大信号的作用。数据经过中继器，不需要进行信息包的转换。中继器连接的两个网络在逻辑上是同一个网络。 2：集线器（Hub） 集线器是中断器的一种，是一种物理层设备，其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又叫多口中继器。集线器的所有端口组成一个冲突域。 通常集线器分为

25、无源集线器、有源集线器和智能集线器。（1） 无源集线器：把相近的多段媒介集中到一起，对传输的信号不作任何处理，而且对它所集中的传输媒介，只允许扩展到最大有效传输距离的一半。（2） 有源集线器：把相近的多段媒介集中到一起，而且对它们所传输的信号进行整形、放大和转发，并可以扩展传输媒介长度。（3） 智能集线器具备有源集线器的功能，同时还具有网络管理和路径选择功能。 集线器是对网络中进行集中管理的最小单元，它只是一个信号放大和中转的设备，不具备自动寻址能力和交换作用，缺点是所有传到集线器的数据均被广播到与之相连的各个端口，因而容易形成数据堵塞。优点是网络系统中某条线路或节点故障时，不会影响其它节点正

26、常工作。 3：网桥（Bridge）：数据链路层 网桥将多个LAN互连起来，以实现局域网之间的通信。最简单的网桥有两个端口，复杂些的网桥可以有更多的端口。网桥的每个端口与一个网段相连。 网桥从端口接收网段上传送的各种帧。每当接收到一个帧时，先放缓冲区，如帧未出差错，且欲发往另一个网段，则通过查找部表，将收到的帧送往对应的端口转发出去，否则就丢弃此帧。因此，仅同一个网段中的帧，不会被网桥转发到另一个网段去，因而不会加重整个网络的负担。 最常见的网桥有透明网桥和源站选路网桥。 （1）透明网桥是由各网桥自己来决定路由选择的，而局域网上的各站都不管路由选择。 （2）源站选路网桥假定了每一个站在发送帧时都

27、已清楚地知道发往各个目的站的路由，因而在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。 网桥只适合于用户数不太多（不超过几百个）和通信量不太大的局域网，否则有时还会产生较大的广播风暴。在现代网络中，用交换机代替了网桥，实际上，交换机就是一种多端口网桥。 4：交换机（Switch） 集线器虽然有多个端口，但同一时间只允许一个端口发送或接收数据；而交换机则是采用电话交换机的原理，它可以让多对端口同时发送或接收数据，每个端口独占整个带宽，从而大幅度提高了网络的传输速率。 交换机的各个端口构成一个广播域，即可以有多个端口同时发送数据而不会出现冲突。在交换机连接的局域网中设置VLAN，可以把局域网划分成多个广

28、播域。使用VLAN可以减少网络的流量，提高网络的利用率，也可以对用户分别实施管理。 5：路由器（Router）：网络层 当两个不同类型的网络彼此相连时，必须使用路由器。表面上看，路由器和网桥两者均为网络互联设备，但两者最本质的差别在于网桥的功能发生在OSI参考模型的第二层（数据链路层），而路由器的功能发生在第三层（网络层）。由于路由器比网桥高一层，因此智能性更强。（1）路由器不仅具有传输能力，而且有路径选择能力。当某一条链路不通时，路由器会选择一条好的链路完成通信。（2）路由器有选择最短路径能力。由于路由器的复杂化，其传输信息的速度比网桥要慢，比较适合于大型、复杂的网络链接。（3）网桥在把数据

29、源端向目的端转发时，仅仅依靠链路层的帧头中的信息（MAC地址）作为转发的依据。而路由器除了分析链路层的信息外，主要以网络层包头中的信息（网络地址）作为转发的依据，但会耗去更多的CPU时间，所以路由器的性能从这个意义上讲可能不如网桥。（4）路由器具有广播包抑制和子网隔离功能，网桥不可能具备的，所以路由器得到了广泛应用。路由器根据分类方法的不同可以分为近程路由器和远程路由器、内部路由器和外部路由器、“静态”路由器和“动态”路由器、单协议路由器和多协议路由器等。6：网关（Gateway）：应用层当连接两个完全不同结构的网络时，必须使用网关。网关不能完全归为一种网络硬件。用概括性的术语讲，它们应该是能

30、够连接不同网络的软件和硬件的结合产品。特别要说明的是，它们可以使用不同的格式、通信协议或结构连接两个系统。网关实际上通过重新封装信息以使它们能被另一个系统读取。由于网关的传输更复杂，它们传输数据的速度要比网桥或路由器低一些。常见的网关有以下几种：（1）电子邮件网关：该网关可以从一种类型的系统向另一种类型的系统传输数据。（2）IBM主机网关：这种网关可以在一台个人计算机与IBM大型机之间建立和管理通信。（3）互联网网关：该网关允许并管理局域网和互联网间的接入，可以限制某些局域网用户访问互联网。（4）局域网网关：这种网关可以使运行于OSI模型不同层上的局域网网段间相互通信。1.3.3计算机网络接入

31、技术公共传输网络基本可以分成电路交换网络和分组交换网络两类。电路交换网络的特点是，远程端点之间通过呼叫建立连接，在连接期间，电路由呼叫方和被呼叫方专用。经呼叫建立的连接属于物理层链路，在两个端点之间传输二进制比特流。分组交换网络提供虚电路和数据包服务。虚电路有永久虚电路和交换虚电路两种。虚电路和电路交换的最大区别在于虚电路通只给出了两个远程端点之间的传输通路，并没有把通路上的带宽固定分配给通路两端的用户，其他用户的信息可以共享传输通路上物理链路的带宽。（1）永久虚电路由公共传输网络提供者设置，这种虚电路经设置后长期存在。（2）交换虚电路需要两个远程端点通过呼叫控制协议建立，在完成当前数据传输就

32、拆除。（3）数据包服务不需要经过虚电路建立过程就可实现报文传送，由于没有在报文的发送端和接收端之间建立传输通路，报文中必须携带源和目的端点地址，而且公共传输网络的中间节点必须能够跟据报文的目的端点地址选择合适的路径转发报文。1：公共交换电话网（Public Switched Telephone Network，PSTN）公共交换电话网是基于标准电话线路的电路交换服务，由于模拟电话线路是针对音频率（30-4000Hz）优化设计的，使得通过模拟线路传输数据的速率被限制在33.4Kbps以内，而且模拟电话线路的质量有好有坏，线路噪声的存在也将直接影响数据传输速率。2：窄带综合业务数字网（Narrowband Integrated Services Di