现代计算机网络技术Word打印版讲解.docx
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现代计算机网络技术Word打印版讲解.docx
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现代计算机网络技术Word打印版讲解
数字技术(DigitalTechnology),是一项与电子计算机相伴相生的科学技术,它是指借助一定的设备将各种信息,包括:
图、文、声、像等,转化为电子计算机能识别的二进制数字“0”和“1”后进行运算、加工、存储、传送、传播、还原的技术。
由于在运算、存储等环节中要借助计算机对信息进行编码、压缩、解码等,因此也称为数码技术、计算机数字技术等。
数字化技术指的是运用0和1两位数字编码,通过电子计算机、光缆、通信卫星等设备,来表达、传输和处理所有信息的技术。
数字化技术一般包括数字编码、数字压缩、数字传输、数字调制与解调等技术。
一、模拟信号:
时间连续、数值也连续的信号。
如:
工频信号;射频信号;音、视频信号等。
二、数字信号:
时间离散、数值也离散的信号。
特点:
数值的大小和每次的增减都是量化单位的整数倍。
通常用1表示高电平;用0表示低电平。
三、数制
常用的数制有:
十进制、二进制、八进制、十六进制
四、编码
编码:
用数字代表不同的状态、事物或信息称为编码,它不含有数量的意义。
如身份证号码,银行帐号等
码制:
为了便于记忆和处理,在编制代码时总要遵循一定的规则,这种规则叫做码制。
1.BCD码:
用二进制码表示十进制数中的(0~9)十个数码的代码,称为二-十进制码,即BCD(BinaryCodeDecimal)码。
2.ASCII码:
AmericanStandardCodeforInformationInterchange,即美国标准信息交换码,由七位二进制编码组成,可表示128个字符,包括英文符号、数字符号、标点符号以及控制符号等。
汉字的处理汉字编码
●汉字的编码输入(外码)
●汉字的存储(内码)
●汉字的输出(字形码)
汉字信息处理系统模型
●输入——输入码——国标码—
●—内码——字形码——输出
计算机网络的定义
到目前为止,计算机网络并没有一个确切的定义。
其实,我们可以简单地描述为:
计算机网络是通过通信线路连接起来的独立工作的计算机集合。
该描述包括了3个方面的含义:
①必须有两台或两台以上、具有独立功能的计算机系统相互连接起来,以达到共享资源为目的;②计算机互相通信交换信息,必须有一条通道。
这条通道的连接是物理的,由物理介质来实现(例如铜线、光纤、微波、卫星等);③计算机系统之间的信息交换,必须要遵守某种约定和规则。
以上从三个方面概括了计算机网络的基本内涵。
因此,我们可以把计算机网络定义为:
计算机网络是把分布在不同地点,并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来,在功能完善的网络软件和协议的管理下,以实现网络中资源共享为目标的系统。
计算机网络的六要素:
1)单机上的硬、软件的独立性;
2)自主性(在网中没有主、从之分);
3)外设共享(通过结点共享外设);
4)互连(利用导向或非导向介质);
5)通信协议(统一的通信规则与约定)
6)网络软件(各种网络软件的支持)
计算机网络的功能
计算机网络有许多功能,如可以进行数据通信、资源共享等。
其主要功能有:
(1)数据通信(基本)(4)集中管理(MIS等)
(2)资源共享(三种)(5)实现分布式处理
(协同完成大的项目)
(3)安全可靠(6)负载平衡(消除过载)
计算机网络的应用
计算机网络技术的发展给传统的信息处理工作带来了革命性的变化,同时也给传统的管理带来了很大的冲击。
目前,计算机网络的应用主要体现在以下几个方面:
数字通信、分布式计算、信息查询、办公自动化、企业管理与决议、远程教育、虚拟现实、电子商务
网络硬件的组成
计算机网络硬件系统是由计算机(主机、客户机、终端)、通信处理机(集线器、交换机、路由器)、通信线路(同轴电缆、双绞线、光纤)、信息变换设备(Modem,编码解码器)等构成。
网络软件的组成
1、网络操作系统
网络操作系统是网络软件中最主要的软件,用于实现不同主机之间的用户通信,以及全网硬件和软件资源的共享,并向用户提供统一的、方便的网络接口,便于用户使用网络。
目前网络操作系统有三大阵营:
UNIX、NetWare和Windows。
目前,我国最广泛使用的是Windows网络操作系统。
2、网络协议软件
网络协议是网络通信的数据传输规范,网络协议软件是用于实现网络协议功能的软件。
目前,典型的网络协议软件有TCP/IP协议、IPX/SPX协议、IEEE802标准协议系列等。
其中,TCP/IP是当前异种网络互连应用最为广泛的网络协议软件。
3、网络管理软件
网络管理软件是用来对网络资源进行管理以及对网络进行维护的软件,如性能管理、配置管理、故障管理、记费管理、安全管理、网络运行状态监视与统计等。
4、网络通信软件
是用于实现网络中各种设备之间进行通信的软件,使用户能够在不必详细了解通信控制规程的情况下,控制应用程序与多个站进行通信,并对大量的通信数据进行加工和管理。
5、网络应用软件
网络应用软件是为网络用户提供服务,最重要的特征是它研究的重点不是网络中各个独立的计算机本身的功能,而是如何实现网络特有的功能。
网络的拓扑结构
1、总线型拓扑结构
总线型拓扑结构是指所有结点共享一根传输总线,所有的站点都通过硬件接口连接在这根传输线上。
优点:
结构简单,价格低廉、安装使用方便。
缺点:
故障诊断和隔离比较困难。
2、星型拓扑结构
星型拓扑结构是符合令牌协议的高速局域网络。
它是以中央结点为中心,把若干外围结点连接起来的幅射式互连结构。
优点:
单点故障不影响全网,结构简单。
增删节点及维护管理容易;故障隔离和检测容易,延迟时间较短。
缺点:
成本较高,资源利用率低;网络性能过于依赖中心节点。
3、树型拓扑结构
树型结构是星型结构的扩展,它由根结点和分支结点所构成,如图所示。
优点:
结构比较简单,成本低。
扩充节点方便灵活。
缺点:
对根的依赖性大。
4、环型拓扑结构
环型拓扑结构将所有网络结点通过点到点通信线路连接成闭合环路,数据将沿一个方向逐站传送,每个结点的地位和作用相同,且每个结点都能获得执行控制权。
环型结构的显著特点是每个节点用户都与两个相邻节点用户相连。
优点:
简化路径选择控制,传输延迟固定,实时性强,可靠性高。
缺点:
节点过多时,影响传输效率。
环某处断开会导致整个系统
的失效,节点的加入和撤出
过程复杂。
5、网状拓扑结构
网状拓扑结构中的所有结点之间的连接是任意的,没有规律。
实际存在与使用的广域网基本上都采用网状拓扑结构。
优点:
具有较高的可靠性。
某一线路或节点有故障时,不会影响整个网络的工作。
缺点:
结构复杂,需要路由选择和流控制功能,网络控制软件复杂,硬件成本较高,不易管理和维护。
按覆盖范围分类
根据网络连接的地理范围,可将计算机网络分成局域网、城域网、广域网三种类型。
1、局域网(LocalAreaNetwork,LAN)
局域网的作用范围是几百到几千米,通常用于组建企业网和校园网,并分为局部区域网和高速区域网。
⑴局部区域网:
传输速率为1~20Mb/s,最大距离为25km,采用分组交换技术,入网最大设备数为几百到几千。
⑵高速区域网:
采用CATV电缆或光缆,传输速率一般50Mb/s,最大距离为1km,入网最大设备数为几十个。
2、城域网(WideAreaNetwork,WAN)
城域网是局域网的延伸,用于局域网之间的连接,网络规模局限在一座城市范围内,覆盖的地理范围从几十至几百公里。
3、广域网(WideAreaNetwork,WAN)
广域网又称远程网,是指在一个很大地理范围(从数百公里到数千公里,甚至上万公里)由许多局域网组成的网络。
广域网是将远距离的网络和资源连接起来的任何系统,主要用在一个地区、行业甚至在全国范围内组网,达到资源共享的目的。
按传输介质分类
1、有线网(WiredNetwork)
⑴双绞线:
其特点是比较经济、安装方便、传输率和抗干扰能力一般,广泛应用于局域网中。
⑵同轴电缆:
俗称细缆,现在逐渐淘汰。
⑶光纤电缆:
特点是光纤传输距离长、传输效率高、抗干扰性强,是高安全性网络的理想选择。
2、无线网(WirelessNetwork)
⑴无线电话网:
是一种很有发展前途的连网方式。
⑵语音广播网:
价格低廉、使用方便,但安全性差。
⑶无线电视网:
普及率高,但无法在一个频道上和用户进行实时交互。
⑷微波通信网:
通信保密性和安全性较好。
⑸卫星通信网:
能进行远距离通信,但价格昂贵。
按节点之间的关系分类
1.Client/Server
2.PeertoPeer(对等)
数据交换技术
什么是交换?
按某种方式动态地分配传输线路资源。
例如,电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用的线路进行接续。
用户挂机后则断开该线路,该线路又可分配给其它用户。
最初的交换:
人工转接交换
为什么要采用交换技术?
节省线路投资,提高线路利用率。
实现交换的方法主要有:
电路交换、报文交换和分组交换。
报文交换
以报文为单位进行“存储-转发”交换的技术。
在交换过程中,交换设备将接收到的报文先存储,待信道空闲时再转发出去,一级一级中转,直到目的地。
这种数据传输技术称为存储-转发。
传输之前不需要建立端到端的连接,仅在相邻结点传输报文时建立结点间的连接。
——称为“无连接的”(典型例子:
电报)
整个报文(Message)作为一个整体一起发送。
优缺点:
没有建立和拆除连接所需的等待时间;线路利用率高;传输可靠性较高;报文大小不一,造成存储管理复杂;大报文造成存储转发的延时过长,且对存储容量要求较高;出错后整个报文全部重发。
计算机网络协议
在计算机网络中,两个相互通信的实体处在不同的地理位置,它们的两个进程相互通信,需要通过交换信息来协调它们的动作和达到同步,而信息的交换必须按照预先共同约定好的过程来进行。
计算机网络协议就是通信中的计算机间对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等方面必需共同遵守进行的一个共同的约定。
也就是计算机网络中相互通信的对等实体之间交换数据或通信时所必须遵守的规则或标准的集合。
计算机网络体系结构
1、概念:
指计算机网络分层、各层协议和各层间接口的集合
网络体系结构={层,协议,接口}
层:
能提供某一种或某一类服务功能集合逻辑构造;
协议:
为完成该层对等实体之间通信所必须遵循规则或标准。
接口:
是指两个相邻协议层之间交换信息的连接点
OSI/RM模型层次结构
物理层Physical
数据链路层DataLink
网络层Network
传输层Transport
会话层Session
表示层Presentation
应用层Application
协议与服务(点-点)
●协议是水平的
●服
●务
●是
●垂
●直
●的
物理层
物理层是OSI的第一层,它虽然处于最底层,可以为它的上一层
提供一个物理连接,是整个开放系统的基础。
物理层功能
1.媒体和互连设备
物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。
通信用的互连设备指DTE和DCE间的互连设备。
DTE即数据终端设备,又称物理设备,如计算机、终端等都包括在内。
而DCE则是数据通信设备或电路连接设备,如调制解调器等。
数据传输通常是经过DTE——DCE,再经过DCE——DTE的路径。
互连设备指将DTE、DCE连接起来的装置,如各种插头、插座。
LAN中的各种粗、细同轴电缆、T型接、插头,接收器,发送器,中继器等都属物理层的媒体和连接器。
功能:
为数据链路层提供一个物理链接,以保证在通信信道上透明地传输比特流,传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤或其它无线信道。
用来屏蔽这些传输介质的差异,以实现传输介质对计算机系统的独立性。
数据单元是比特。
物理层通过物理传输比特(bit)流中继器和集线器建立、维护和取消物理连接
数据链路层
数据链路层是OSI模型的第二层,负责通过物理层从一台计算机
到另一台计算机无差错地传输数据帧,允许网络层通过网络连接进行虚拟无差错地传输。
数据链路可以粗略地理解为数据通道。
物理层要为终端设备间的数据通信提供传输媒体及其连接.媒体是长期的,连接是有生存期的.在连接生存期内,收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信.每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络两过程.这种建立起来的数据收发关系就叫作数据链路.而在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错,为了弥补物理层上的不足,为上层提供无差错的数据传输,就要能对数据进行检错和纠错.数据链路的建立,拆除,对数据的检错,纠错是数据链路层的基本任务。
1.数据链路层的主要功能
帧定界和帧同步。
链路连接的建立,拆除,分离。
差错检测和恢复。
流量控制
链路层的主要功能
●链路层是为网络层提供数据传送服务的,这种服务要依靠本层具备的功能来实现。
链路层应具备如下功能:
●1链路连接的建立,拆除,分离。
●2帧定界和帧同步。
链路层的数据传输单元是帧,协议不同,帧的长短和界面也有差别,但无论如何必须对帧进行定界。
●3顺序控制,指对帧的收发顺序的控制。
●4差错检测和恢复。
还有链路标识,流量控制等等.差错检测多用方阵码校验和循环码校验来检测信道上数据的误码,而帧丢失等用序号检测.各种错误的恢复则常靠反馈重发技术来完成。
网络层
网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送,具体功能包括寻
址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。
它提供的服务使运输层不需
要了解网络中的数据传输和交换技术。
●1.网络层的两种实现方式
2.网络层主要功能
网络层为建立网络连接和为上层提供服务,应具备以下主要服务功能:
(1)路由选择
(2)路由算法
(3)阻塞控制
(4)死锁及其防止
(5)地址解析协议
●网络层主要功能
网络层为建立网络连接和为上层提供服务,应具备以下主要功能:
1路由选择和中继.
2激活,终止网络连接.
3在一条数据链路上复用多条网络连接,多采取分时复用技术.
4差错检测与恢复.
5排序,流量控制.
6服务选择.
7网络管理.
传输层传输层是两台计算机经过网络进行数据通信时,第一个端到端的层次,具有缓冲作用。
当网络层服务质量不能满足要求时,它将服务加以提高,以满足高层的要求;当网络层服务质量较好时,它只用很少的工作。
传输层还可进行复用,即在一个网络连接上创建多个逻辑连接。
传输层也称为运输层.传输层只存在于端开放系统中,是介于低3层通信子网系统和高3层之间的一层,但是很重要的一层.因为它是源端到目的端对数据传送进行控制从低到高的最后一层.
有一个既存事实,即世界上各种通信子网在性能上存在着很大差异.例如电话交换网,分组交换网,公用数据交换网,局域网等通信子网都可互连,但它们提供的吞吐量,传输速率,数据延迟通信费用各不相同.对于会话层来说,却要求有一性能恒定的界面.传输层就承担了这一功能.它采用分流/合流,复用/介复用技术来调节上述通信子网的差异,使会话层感受不到.
3.2.4.传输层
传输层提供端到端的交换数据的机制.传输层对会话层等高三层提供
可靠的传输服务,对网络层提供可靠的目的地站点信息。
1传输层的基本功能
(1)分割与重组数据
(2)按端口号寻址
(3)连接管理
(4)差错控制和流量控制
3传输层的主要主要标准如下:
●ISO8072:
称为"面向连接的传输服务定义"
●ISO8073:
称为"面向连接的传输协议规范"
传输层定义了两个主要的协议:
传输控制协议(TCP)
用户数据报协议(UDP)
会话层
会话层,表示层,应用层构成开放系统的高3层,面对应用进程提供分布
处理,对话管理,信息表示,恢复最后的差错等.
1会话层主要的功能
(1)为会话实体间建立连接
(2)数据传输阶段
(3)连接释放
2会话层的主要标准有
(1)“DIS8236:
会话服务定义”
(2)“DIS8237:
会话协议规范”
表示层
表示层是处理所有与数据表示及运输有关的问题,包括转换、加密
和压缩。
每台计算机可能有它自己的表示数据的内部方法。
表示层的主要功能为:
(1).语法转换。
(2).语法协商。
(3).连接管理。
应用层
应用层是OSI参考模型中最靠近用户的一层,是OSI体系结构中的最高层,一个重要特点就是自身的可扩展性。
它直接与用户和应用程序打交道,负责对软件提供接口以使程序能使用网络。
1.应用层主要功能
应用层的一个功能是文件运输、访问和管理。
不同的文件系统有不同的文件命名原则,文本行有不同的表示方法等。
不同的系统之间传输文件所需处理的各种不兼容问题,也同样属于应用层的工作。
此外还有电子邮件、远程作业输入、虚拟终端功能、名录查询和其它各种通用和专用的功能。
3.3.2TCP/IP的层次结构
TCP/IP协议簇
1.应用层
应用层对应于OSI参考模型的高层,为用户提供所需要的各种服务
2.传输层
传输层对应于OSI参考模型的传输层TCP协议提供的是一种可靠的、面向连接的数据传输服务;而UDP协议供的是不可靠的、无连接的数据传输服务.
3.网际互联层
网际互联层对应于OSI参考模型的网络层,主要解决主机到主机的通信问题。
4.网络访问层
五层协议的体系结构应用层(applicationlayer)运输层(transportlayer)网络层(networklayer)数据链路层(datalinklayer)物理层(physicallayer)
局域网技术
定义
局域网(LAN)是将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。
4.1.1局域网最主要的特点网络所覆盖的地理范围比较小;
数据的传输速率比较高;
具有较低的延迟和误码率;
经营权和管理权属于某个单位所有;
便于安装、维护和扩充,建网成本低、周期短。
拓扑的选择
●经济性;
●灵活性;
●可靠性。
4.2.1局域网的参考模型
在20世纪80年代初期,美国电气和电子工程师学会IEEE802委员会首先制订出局域网的体系结构,即著名的IEEE802参考模型。
许多802标准现已成为ISO国际标准。
4.2.2局域网的协议标准(IEEE802标准)
IEEE802委员会于1980年开始研究局域网标准,1985年公布了IEEE802标准的五项标准文本,同年为ANSI所采纳作为美国国家标准,ISO也将其作为局域网的国际标准系列,称为ISO8802系列标准。
IEEE802系列标准之间的关系如图7.5所示,从图中可以看出数据链路层中与媒体无关的部分都集中在LLC子层中,而涉及媒体访问的有关部分则视具体网络的媒体访问控制方法分别进行处理。
IEEE802系统标准之间的关系
IEEE802项目体系结构
IEEE802协议族部分协议:
·IEEE802.1A 概述和系统结构。
·IEEE802.1B网络管理和网际互联。
· IEEE802.2 逻辑链路控制。
· IEEE802.3 CSMA/CD总线访问控制方法物理层技术规范。
· IEEE802.4 令牌总线访问控制方法及物理层技术规范。
· IEEE802.5 令牌环网访问控制方法及物理层规范。
· IEEE802.6 城域网访问控制方法及物理层技术规范。
· IEEE802.7 宽带技术。
· IEEE802.8 光纤技术。
· IEEE802.9 综合业务数字网(ISDN)技术。
· IEEE802.10局域网安全技术。
· IEEE802.11无线局域网。
· IEEE802.15无线个人网(WirelessPersonalAreaNetworks)
4.3局域网的组成
4.3.1局域网的硬件系统
1.服务器
在网络中提供服务资源并起服务作用的计算机称为服务器。
根据服务器所提供的服务的不同,可以把服务器分为文件服务器、打印服务器、应用系统服务器等。
文件服务器是用来管理用户的文件资源,它能同时处理多个客户机的访问请求,文件服务器对网络的性能起着非常重要的作用;打印服务器是负责处理网络用户打印请求,普通打印机和运行打印服务程序的计算机相连,共享该打印机后这台计算机就成为打印服务器;应用系统服务器是运行客户机/服务器应用程序的服务器端软件、保存大量信息供用户查询的服务器。
2.工作站
连接到网络中的计算机就称为工作站。
工作站是网络用户最终的操作平台。
用户在工作站上通过向文件服务器注册登录,向文件服务器申请网络服务。
3.网络接口卡
网络接口卡简称网卡,又称为网络适配器,它是计算机与传输介质之间的物理接口。
它一方面负责将发送给其他计算机的数据转变成能够在传输介质上传输的信号发送出去,另一方面又要负责通过传输介质接收信号,并且通过网卡把接收到的信号转换成可以被计算机识别的数据。
网卡的作用
●网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡NIC(NetworkInterfaceCard),或“网卡”。
●网卡的重要功能:
●进行串行/并行转换。
●对数据进行缓存。
●在计算机的操作系统安装设备驱动程序。
●实现以太网协议。
以太网的MAC层--MAC层的硬件地址
●在局域网中,硬件地址又称为物理地址,或MAC地址。
●802标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。
●但鉴于大家都早已习惯了将这种48bit的“名字”称为“地址”,所以本书也采用这种习惯用法,尽管这种说法并不太严格。
通信介质
(1)双绞线
双绞线类似于普通的相互绞合的电线,只是拥有8根相互绝缘的8根铜线。
8根铜线分为4对,每两根为一对,并按照规定的密度相互缠绕,同时4对线之间也按照一定的规律相互缠绕。
(2)同轴电缆
同轴电缆的结构类似于有线电视的铜芯电缆,由一根空心的圆柱网状铜导体和一根位于中心轴线位置的铜导线组成,铜导线、空心圆柱导体和外界之间分别用绝缘材料隔开。
(3)光纤
光纤按照发光源的不同可分为单模光纤和多模光纤。
单模光纤采用激光二极管LD作为光源,而多模光纤采用发光二极管LED为光源。
集线设备
(1)集线器
集线器(Hub),也叫集中器,是以星型拓扑结构连接网络节点,如工作站、服务器等的一种中枢网络设备,具有同时活动的多个输入和输出端口。
局域网上的网络设备通过网线与集线器连接。
集线器的功能
●①提供一个中央单元,从中可以向网络连接多个节点。
●②允许大量的计算机连接在一个或多个LAN上。
●③通过集中式网络设计来降低网络阻塞。
●④提供多协议服务,如Ethernet-to-FDDI连接。
●⑤加强网络主干。
●⑥可以进行集中式网络管理和高速通信。
●⑦为几种不同类型的介质(如同轴电缆、双绞线、光纤)提供服务。
(2)交换机
换机也叫交换式集线器,它通过对信息进行重新生成,并经过内部处理后转发至指定端口,具备自动寻址能力和交换作用,由于交换机根据所传递信息包的目的地
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