第五章 计算机网络基础

计算机网络基础
2017年6月22日星期四
5.3 计算机网络技术基础
学习目标
了解几种传输介质的特点 理解网络协议的定义和三个要素 理解网络协议的分层模型
理解OSI参考模型以及各层的功能
了解网络互连技术和网络互连设备
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5.3 计算机网络技术基础
5.3.1 传输介质 5.3.2 网络传输协议
5.3.3 网络互连技术
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5.3.1 传输介质
构建计算机网络必须解决的三个主要问题：
计算机之间采用什么样的传输介质连接； 计算机之间用什么样的拓扑结构连接； 计算机之间采用什么样的协议进行数据的交换。
传输介质是网络中节点之间的物理通路，它对 网络数据通信质量有极大的影响。目前常用的网 络传输介质可分为有线和无线两种:
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5.2.1 模拟通信与数字通信
数据通信利用模拟信道来实现时，数据终端设备 （ DTE ）产生的数字信号首先要转换成模拟信号在信 道中传输，这个转换过程称为调制。执行调制功能的 变换器称为调制器（Modulator）。 通过信道传送取接收端的模拟电信号又要经过一个 称为解调器（ Demodulator ）的反变换器转换成数字 终端设备所能按收的数字信号。 大多数情况下，通信是双向的，调制器和解调器合 在一个装置中，这就是调制解调器（Modem）。
5.1.2 计算机网络的产生与发展
5.1.3 计算机网络的功能 5.1.4 计算机网络的分类
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5.1.1 计算机网络的定义
计算机网络的定义
所谓计算机网络是指把若干台地理位置不同，且具有独立 功能的计算机，用通信线路和通信设备互相连接起来，以实现 彼此之间的数据通信和资源共享的一种计算机系统。
数字信号 DTE Modem
模拟信号
数字信号 Modem DTE
公用电话网
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5.2.2 多路复用技术
多路复用技术是利用一条传输线路传送多路信号的 技术。采用多路复用技术把多路信号组合在一条信道 上转输可以提高转输效率。
频分多路复用
在模拟通信中，当传输介质的带宽超过单一信号的带宽时， 可将若干路信号调制在不同的频率上，使它们互不干扰地在同一 条传输介质上同时转输，到接收端再将它们分离出来，这就是频 分多路复用。
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局域网（LAN：Local Area Network）
局域网用于将有限范围内（如：一间实验室或办公室、
一栋大楼、一个校园）的各种计算机、终端与外部设备 连接起来所形成的网。

城域网（MAN：Metropolitan Area Network）
城域网是介于局域网和广域网之间的一种高速网络。
物理层（Physical Layer）
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5.3.2 网络传输协议
OSI／RM各层的主要功能如下：
物理层：物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提 供物理连接，以便透明地传送比特流。 数据链路层：在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的 实体之间建立数据链路连接，传送以“帧（Frame）”为单位的数 据，采用差错控制、流量控制方法，使有差错的物理线路变成无 差错的数据链路。 网络层：其主要功能是要完成网络中主机间“分组”(Packet)的 传输。 传输层：其主要任务是向上一层提供可靠的端到端（End-to-End） 服务，确保“报文段（Segment）”无差错、有序、不丢失、无重 复地传输。 会话层：会话层的功能是建立、组织和协调两个互相通信的应用 进程之间的交互（Interaction）。 表示层：主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。 应用层：应用层确定进程间通信的性质，以满足用户的需要。 计算机网络基础
有线介质包括双绞线、同轴电缆、光纤等， 无线介质包括微波、红外线、卫星通信等。
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5.3.1 传输介质
1 双绞线
双绞线由绞合在一起的一对导线组成，如电话线。通常 将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中，为了降低干 扰，每对相互扭绕而成。 双绞线分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)两种。 双绞线价格低廉，数据传输率较低，抗干扰性能也较差， 双绞线最大使用距离限制在几百米之内。 局域网中常用的UTP 双绞线分为3类，4 类，5类、超5类 和6类等。STP的内部与UTP相同，但外包铝箔，STP双绞线 速率较高，抗干扰性比UTP强，但价格贵。 对于3类，4类，5类、超 5类和6 类双绞线使用的连接器 为RJ-45（4对8芯），遵循EIA-568标准。
二是误码率，它表示一段时间内接收到的错误比特数与转 输的总比特数之比。
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5.2.1 模拟通信与数字通信
通信系统中传输的信号可分为连续变化的和离散变 化的两类。 模拟信号是一种连续的电信号。例如，电话线上 传送的电波,模拟信号是随时间变化的电流、电压 或电磁波等。 数字信号则是一系列离散的电脉冲，可以利用其 某一瞬间的状态来表示要传输的数据。 按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以 相应地把通信信道分为模拟信道和数字信道。 数据通信可以通过模拟信道实现，也可以通过数字 信道来实现。
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5.3.1 传输介质
4 微波
微波与通常的无线电波不一样，它是定向传播，无法象 某些低频波那样沿着地球表面传播，由于地球表面是曲面， 再加上高大建筑物和气候的影响，微波在地面上传播距离 有限，一般在40至60km范围内。 直接传播信号的距离与天线的高度有关，天线越高距离 越远。超过一定距离就要用中继站来“接力”。 微波通信具有通信容量大，传输质量高，初建费用小等 优点，但它最大的缺点是保密性差。
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5.3.1 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ输介质
双绞线
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5.3.1 传输介质
2 同轴电缆
同轴电缆由内外两条导线构成，内导线可以是单股铜线， 也可以是多股铜线；外导线是一条网状空心圆柱导体。内 外导体之间有一层绝缘材料，最外层是保护性塑料外壳。 粗缆传输距离长，性能高，但成本高，主要使用于大型 局域网干线。细缆传输距离短，相对便宜，使用T型头与 具有BNC接头的网卡相连，两端安装50欧终端电阻器来消 弱信号反射。
5.2 数据通信基本概念
数据通信是指数字计算机或其它数字终端设备之间通过通 信信道进行的数据交换。 计算机中处理、交换和传输的信息都是二进制数据，为区 别于电话网中的语音通信，将计算机间的通信称作数据通 信。 数据通信的质量有两个最主要的指标。
一是数据传输速率，用“比特位/秒”（b/s）来表示；
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5.2.3 数据交换技术
分组交换
计算机通信网都采用分组交换方式，分组交换是一种 “存储——转发”式的交换，数据以短的分组形式转送。 计算机通信时传送的是报文（ Message ），报文是指 由被传递的数据、源地址、目的地址和其它控制信息组 成的数据块。 把一个长的报文拆分成若干个小的段落，称为分组。 分组交换不需要事先建立物理通路，只要前方线路空 闲，就以分组为单位发送，中间节点接收到一个分组后 可以直接转发，而不必等到所有的分组都收到以后再转 发，提高了交换速度。接收端收到所有分组后，再按原 来的顺序“组装”成原来的报文。 分组交换还有一个优点是有限长度的分组可以直接存 放在节点的内存中，而不必设置缓存，提高了交换速度。
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5.3.2 网络传输协议
开放系统互联参考模型（OSI/RM）
应用层（Application Layer） 表示层（Presentation Layer） 会话层（Session Layer） 传输层（Transport Layer） 网络层（Network Layer） 数据链路层（Data Link Layer）
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5.3.2 网络传输协议
分层次的体系结构 分层模型（Layering model）是一种用于开发 网络协议的设计方法。采用在协议中划分层次 的方法，把要实现的功能划分为若干层次，较 高层次建立在较低层次基础上，同时又为更高 层次提供必要的服务功能。 分层的好处就在于：高层次只要调用低层次提供 的功能，而无需了解低层的技术细节；只要保证 接口不变，低层功能具体实现办法的变更也不会 影响较高一层所执行的功能。
联参考模型（OSI/RM），简称OSI，OSI促进了 网络互联的发展。
4.信息高速公路阶段
1993年，美国提出“国家信息基础设施”的NII
计划，把分散的计算机资源通过高速通信网实现 共享，提高国家的综合实力和人民的生活质量， 通俗地称之为信息高速公路。
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5.1.3 计算机网络的功能 建立计算机网络的基本目的是实现数 据通信和资源共享，计算机网络的主要 功能可归纳为 资源共享 数据通信 提高计算机的可靠性和可用性 分布式处理
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计算机网络的组成
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5.1.2 计算机网络的产生与发展
远程终端联机阶段 计算机—计算机网络阶段
中心计算机
终端
终端
终端
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5.1.2 计算机网络的产生与发展