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网络核心技术基础知识
第一章计算机网络概述
一、计算机网络定义
计算机网络是指将分布在不同地理位置具备独立功能多台计算机,用通信设备和通信链路连接起来、在网络操作系统和网络合同及网络管理软件管理协调下,实现资源共享、信息传递系统。
二、发展
第一代:
面向终端计算机通信网,采用电路互换方式,实质上是以主机为中心星型网。
第二代:
分组互换网,以通信子网为中心,多台主机和终端构成外围资源子网,数据互换方式采用分组互换。
第三代:
以“开放系统互连为参照模型(OSI/RM)”为原则框架,80年代中期,Intenet浮现(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”。
三、系统构成
计算机网络是计算机技术与通信技术密切结合产物,也是继报纸、广播、电视之后第四媒体。
从网络拓扑构造来看,计算机网络是由某些网络节点和连接这些网络节点通信链路构成。
从逻辑功能上讲,计算机网络是由通信子网和资源子网构成。
通信子网是计算机网络中负责数据通信某些,重要完毕计算机之间数据传播、互换以及通信控制,它由网络节点、通信链路构成。
资源子网提供访问网络和解决数据能力,是由主机系统、终端控制器和终端构成,主机系统负责本地或全网数据解决,运营各种应用程序或大型数据库,向网络顾客提供各种软硬件资源和网络服务,终端控制器把一组终端连入通信子网,并负责对终端控制及终端信息接受和发送,因此顾客资源子网重要完毕数据解决和提供共享资源任务。
从系统构成来看,计算机网络是由网络硬件系统和网络软件系统构成。
1.网络硬件系统
网络硬件系统普通指构成计算机网络硬件设备,涉及各种计算机系统、终端及通信设备。
主机系统:
是计算机网络主体,依照在网络中功能和用途不同可分为服务器和工作站。
服务器是通过网络操作系统为网上工作站提供服务及共享资源计算机设备。
网络工作站是连接到网络上计算机,又称客户机,它是网络数据重要发生场合和使用场合,除保持原有功能为顾客服务之外,同步又可以按照被授予权限去访问服务器,顾客重要是通过使用工作站为运用网络资源并完毕自己工作。
工作站又可分为无盘工作站和带盘(磁盘)工作站两种,带盘工作站是带有硬盘微机,自身具备独立功能,具备本地解决能力。
而无盘工作站是不带硬盘微机,其引导程序存储在网络适配器EPROM中,加电后自动执行,与网络中服务器进行相连。
这种工作站不但能防止计算机病毒通过工作站感染服务器,还可以防止非法顾客拷贝网络中数据。
终端:
自身不具备本地解决能力,不能直接连接到网络上,只能通过网络上主机与网络相连而发挥作用,常用有显示终端、打印终端、图形终端等。
传播介质:
在网络设备之间构成物理通路,以便实现信息互换。
最常用有同轴电缆、双绞线、光纤。
网络互联设备:
用于实现网络之间互连,重要有中继器、集线器、路由器、互换机等。
网络接入设备:
用于计算机与计算机网络进行连接设备,常用有网卡(又称网络适配器或网络接口卡)、调制解调器等。
2.网络软件系统
网络软件重要涉及网络操作系统、网络通信合同和各种网络应用系统。
操作系统:
涉及服务器操作系统与工作站操作系统。
服务器操作系统普通为多任务、多顾客,它装在服务器上,重要承担网络范畴内资源管理与分派,对网络设备进行存取访问,支持网络顾客间通信。
常用有WindowsNT、WindowsServer、NetWare、Unix、Linux等。
工作站操作系统:
是本机解决能力有力支撑,负责对本机资源正常管理。
常用有Windwos98、Windows、DOS等。
通信合同:
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,双方所要遵循通信规则商定。
常用有包互换合同IPX、传播控制合同/网际互联合同TCP/IP、以太网合同等。
网络管理软件:
用来对网络运营状况进行信息记录、报告、警告、监控软件系统。
TCP/IP合同族中提供管理功能合同为简朴网络管理合同SNMP。
四、分类
1.按网络覆盖范畴分:
广域网(WideAreaNetwork)、局域网(LocalAreaNetwork)、城域网(MetrpolitanAreaNetwork)。
表1.1三种网络比较
类型
分布范畴
传播速率
应用场合
局域网LAN
1km左右
1Mbps以上
一种单位
城域网MAN
5~50km
1Mbps
一种都市
广域网WAN
几十~几千km
几Mbps以上
一种国家或洲际网
2.按网络拓扑构造分:
星型、树型、总线型、环型、网状型、混合型。
3.按传播介质分:
同轴电缆网、双绞线网、光纤网、卫星网、无线网。
4.按带宽和传播能力分:
基带网(窄带网)和宽带网(多媒体)。
5.按网络使用性质分:
公用网、专用网。
6.按网络互换功能分:
电路互换网、报文互换网、分组互换网、帧中继网、ATM网。
注:
Intranet又称内联网,服务于公司网,集LAN、WAN和数据服务为一体,采用Internet有关技术。
五、功能
建立计算机网络基本目是实现数据通信和资源共享。
其重要功能有:
1.数据通信传真、电子邮件、电子数据互换(EDI)、电子公示牌(BBS)、视频点播(VOD)、远程登录和信息浏览等。
2.资源共享共享资源重要指计算机系统软件、硬件和数据;共享是指网内顾客均能享有网络中各个计算机系统所有或某些资源,且顾客不需要懂得资源所处物理位置。
3.提高计算机系统可靠性和可用性
网络中每台计算机可通过网络互相成为后备机,一但某台计算机浮现故障,它任务就可由其她计算机代完毕;而当网络中某台计算机承担过重时,网络又可以将新任务交给网中较空闲计算机完毕,均衡负荷,从而提高每台计算机可用性。
4.支持分布式信息解决
通过算法将大型综合性问题,交给不同计算机分别同步进行解决,顾客可依照需要合理选取网络资源,就近迅速地进行解决;另一方面运用网络技术将多台计算机连成具备高性能计算机系统来解决大型问题,也比用同样性能大中型计算机节约费用。
第二节数据通信基本
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传播、互换、存储和解决。
2.数据:
在网络中可用有两类数据即取持续值模仿数据和取离散值数字数据。
3.信号:
数据电磁波或电编码,是数据详细表达形式。
依照电信号形式分为取值为持续值模仿信号和取值为离散值数字信号两类。
4.信道:
是信号传播通道,普通是一种抽象描述,与传播介质相比,它更侧重逻辑上含义。
5.数据传播速率:
通惯用比特率来衡量,即指单位时间内传送二进制数据位数,通惯用b/s(位/秒)或Kb/s(千位/秒)、Mb/s(兆位/秒)。
数字信号经调制后传播速率,即单位时间内传送电信号个数,又称波特率,它也可作为衡量信道性能好坏数据传播速率,单位为波特。
6.信道容量:
信道容许最大数据传播速率。
7.吞吐量:
是单位时间内整个网络可以解决信息总量,单位是字节/秒或位/秒。
8.信道带宽:
是指信道所能传送信号频率宽度,它值为信道上可传送信号最高频率与最低频率之差。
带宽越大,所能达到传播速度就越大。
9.误码率:
指数据传播出中出错数据占被传播数据总数比例。
信道性能指标重要有信道容量、信道带宽、吞吐量、误码率等。
二、物理信道分类
1.按传播介质分有线信道(如双绞线、同轴电缆、光缆)、无线信道(微波、红外线、激光)
2.按传播信号形式分:
模仿信道、数字信道
3.按使用方式分:
专用信道、公用信道
三、传播技术
1.基带传播与频带传播
1)基带传播基带指电信号固有基本频带。
基带传播是指将数字设备发出数字信号原封不动地送入信道上去传播。
2)频带传播把数字设备上发出数字信号调制成模仿信号后再发送、传播,到达接受端时再把模仿信号解调成本来数字信号来进行传播。
3)宽带传播将多路基带信号、音频信号和视频信号经调制后放到同一条电缆不同频段处进行传播。
宽带传播系统可实现文字、声音和图像一体化传播。
2.异步传播与同步传播
1)异步传播
发送字符时发送端在每个字符首尾分别加上一种起始位和2个停止位,以表达字符开始和结束,一次只能收发一种字符。
有数据需要发送终端设备可以在任何时刻向信道发送信号,而不论接受方与否懂得它已开始发送操作,且由于各字符发送时间间隔是任意,因而各字符之间是异步,故称之为异步传播。
2)同步传播
在同步方式中,发送端持续发送一串字符(或数据块)一种字符紧接在另一种字符之后,只在每个数据块先后各附加一种字节同步字符SYN,接受端仅靠该字符来辨认所要接受数据。
同步传播是一种接受与发送速度保持一致过程,也就是接受端依照发送端所发送信号频率和起止时间来接受信号,接受端校准自己接受时间和重复频率,以求同发送端信号相一致过程。
表1.2异步传播与同步传播比较
传播方式
传播单位
长处
缺陷
异步传播
字符
控制简朴、价格便宜
效率低、速率慢
同步传播
报文或分组
传播效率高
误码率较高、控制复杂
3.单工、半双工、全双工:
单工:
只容许数据按指定一种方向传播,只需一种信道,构造简朴。
半双工:
在任何时刻信道上只有一种方向数据传播,而在另一种时刻有反方向传播。
在规定不太高场合,多采用此通信方式,如航空和航海无线电台和对讲机及多数计算机网络中数据通信等,需两个信道。
全双工:
容许在两个方向上同步传播数据。
此方式效率最高,使用以便,惯用于计算机与计算机间通信,它需要两个信道分别传送两个方向上信号,每一端在发送信息同步也在接受信息。
全双工需要两个独立信道,这两个独立信道可以采用两组传播线路实现,也可以用多路复用技术实现。
此通信方式性能最佳,所需用要设备最复杂,实现成本也最高。
表1.3三种通信方式比较
通信方式
传播方向
信道个数
收、发方限制
优、缺陷
应用
单工
固定单向
1
一方只能发送,另一方只能接受
构造简朴、效率低、只能单向传递信息
广播、电视
半双工
限时双向
2
通信双方在不同步刻可分别发送或接受信息
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受信息
构造复杂、成本高、性能最佳、
计算机之间
4.多路复用技术目
使各种数据通信合用一条传播线路,提高线路运用率。
分类
频分多路复用(FDM--FrequencyDivisionMultiplexing):
当物理信道可用带宽超过单个信号源信号带宽时,可将信道按频率划分为若干个子信道,每个子信道传播一路信号。
时分多路复用(TM--TimeMultiplexing):
将一条物理信道传播时间分割为各种短时间片,而将若干个时间片构成时分复用帧轮换地给各种信号使用。
异步时分多路复用(ATDM--AsynchronousTimeDivisionMultiplexing)
码分多址复用技术CDMA
表1.4四种线路复用技术比较
分类
特点(共享信道方式)
长处
缺陷
频分多路复用(FDM)
同一时间传送多路信号,采用带宽划分办法
合用于传播模仿信号,无延时,费用低
速率低
时分多路复用(TDM)
各种信号分时使用一种信道,采用时间片轮转办法
速率高,合用于传播模仿信号
有一定延时,费用较FDM高
异步时分多路复用(ATDM)
信道使用与终端需求相结合
信道运用率高
有一定延时
码分多址复用技术(CDMA)
各发送端用互不同地址码去调制其发送信号,接受端通过地址辨认从混合中选出相应税收信号
抗干扰能力强,保密性好,灵活机动
五、数据互换技术:
在计算机通信中,两台计算机运用通信线路,通过各种中间节点或中转节点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怀信息详细内容,仅负责将信息从一种节点计算机传送到另一种节点计算机上,直到信息被传送到目地,咱们将这种由中间节点参加通信称为“互换”。
老式数据互换方式可分为:
线路互换和存储互换,存储互换又可分为报文互换和分组互换,当前惯用帧中继、异步传播模式(ATM)均属于迅速分组互换技术。
1.电路互换技术
又称线路互换技术,它是基于信道共享方式,类似于电话,必要通过建立连接(信道建立)、传播数据、拆除连接(释放信道)三个通信过程,适合远距离成批传播数据。
表1.5数据互换技术比较
互换技术
特点
工作位置
长处
缺陷
电路互换
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
设备及操作简朴,实时性好
静态分派信道,线路运用率低
存
储
交
换
报
文
交
换
存
储
转
发
以报文为单位进行传播,且长度无限制
网络层
信道运用率高可靠性高双方可不同步工作
实时性差分组互换中结点必要有较高解决能力
分
组
交
换
以分组为单位,长度
普通为1~nKbit
网络层
线路运用率高
速率快(64kbps)、
吞吐量大误码率低
灵活性好
表1.6两种典型分组互换技术比较
互换技术
工作位置
特点
长处
帧中继
链路层
以帧为单位
边接受边转发
具备路由功能
传播速率高2.048Mbps
异步传播模式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.存储互换技术
通信双方不必完整地占用一种物理信道,被传播数据单元中具有目地址,中间结点总是先将传播到本结点数据单元暂存于本结点中,后寻找空闲通路再转发给下一结点。
存储互换又可分为报文互换和分组互换,两者之间重要区别是传播数据单位不同,报文互换数据单元是一种长度没有任何限制报文,而分组互换对数据单元长度有明确规定,普通为1千至几千个比特位,因此在分组互换方式中长报文要先分割为各种短分组,然后再以分组为单位进行传送。
3.帧中继互换技术
帧中继是一种减少数据解决时间技术,即一种节点在接受到一种数据帧首部后就及时开始转发,帧是此种方式中传播单位,它是可变长度分组。
采用帧中继技术传送时可以使用更简朴通信合同。
4.异步传播模式ATM
又称信元互换,建立在电路互换和分组互换技术基本上,可以传送综合数字业务,采用异步时分复用方式,在此方式中传送信元相称于一种分组,长度固定为53B,其中5B为信元头,可标志不同信道和优先级,48B为传送数据,只要有空闲时间片,可在任何时刻传送信元。
计算机网络技术基本
第一节网络体系构造与网络拓扑
一、网络体系构造基本概念
1.网络层次式构造:
网络普通按层或级方式来组织,每一层目都是向它上一层提供服务。
分层好处:
各层之间互相独立。
灵活性好。
容易原则化。
各层可以选取最适当实现技术。
2.网络体系构造:
计算机网络层次及其合同集合。
3.网络合同:
实体通信时所采用一种语言,是关于信息传播顺序、信息格式和信息内容等一组商定或规则。
合同三要素语义:
构成合同合同元素含义,合同元素是指控制信息或命令及应答。
语法:
指数据或控制信息数据构造形式或格式。
时序:
也称互换规则,即事件执行顺序。
4.网络拓扑构造:
也称网络构造,是指网络结点和链路几何位置。
结点是指构成网络网络单元,如:
主机、集线器、路由器等,依照功能不同可分为端结点和转接结点,端结点指通信源或宿结点,又称访问接点,如主机或终端;转接结点指网络通信过程中起控制和转发信息作用结点,如集线器、互换机等。
5.链路:
两个节点之间线路。
二、常用网络拓扑构造
表2.1几种网络构造比较
网络类型
特点
长处
缺陷
应用场合
星型
从结点之间必要通过中心结点才可进行通信
构造简朴
合同简朴
易检测和隔离故障
费用高
中心结点故障会导致整个网络瘫痪
智能大厦
从结点之间较少互换数据网络
总线型
只有一条信道,一种时刻只能有一种结点发送数据
费用低易布线易维护
故障检测困难争用总线
局域网或分布解决如以太网
环型
沿环路单向传播
构造简朴,性能好,适合用光纤连接
可靠性差
重新配备较难
局域网如FDDI
树型
星型扩展,根结点和子树结点均可作为转接结点
性能同星型,费用较星型低
时延大
分层管理网络
网状型
每个结点至少两条链路与其她结点相连
性能好可靠性高
构造复杂
控制繁琐
大型广域网
以上三种是最基本网络拓扑构造类型,也是局域网中惯用三种网络拓扑构造,除此之外尚有树型、网状型。
在实际应用中往往采用它们某种组合。
网络性能好坏很大一某些因素是由网络拓扑构造所决定,选取网络拓扑构造时普通应考虑可靠性、扩充性及费用高低三个重要因素。
网络连接设备
网络设备按照其重要用途可以分为三大类:
第一类是接入设备,用于计算机与计算机网络进行连接设备,常用有网络接口卡、调制解调器等,第二类是网络互联设备,用于实现网络之间互联,重要设备有中继器、路由器、互换机、集线器等,第三类是网络服务设备,用于提供远程网络服务设备,如拨号访问服务器、网络打印机等。
一、网络互连目
网络互连目是使不同计算机或网络上顾客能彼此通信,从而实现更大范畴资源共享。
其重要内容是网络扩展,而网络扩展重要因素也许是:
将独立计算机系统连成网络或接入某个外部网络以共享彼此资源或获得某种服务扩展网络覆盖范畴形成更大网络提高网络性能
二、网络接入设备
1.网卡
计算机与网络相连接口电路称为网卡,又称为网络适配器(NetworkInterfacesCard),它重要起着对网络发送数据、控制数据、接受并转换数据功能。
网卡具备两个技术:
一是网卡驱动程序;二是I/O技术。
网卡驱动程序作用是使网卡与网络操作系统兼容,以实现网络通信。
普通它安装在网络计算机或服务器扩展槽中,是LAN接入设备,充当计算机和网络之间物理接口。
功能并行数据与串行数据转换数据包装配拆装网络存取控制数据传播前、后缓存网络信号产生等。
计算机中惯用每一种以太网卡均有一种全球惟一网卡地址,它是一种长度为48位二制数,它为计算机提供了一种有效物理地址。
分类:
依照传播速率分:
10M、100M、10/100M自适应和千兆位网卡。
依照总线类型分:
ISA、EISA、PCI、PCMCIA及其她总线网卡。
依照用途分:
工作站网卡、服务器网卡、笔记本网卡。
依照网络体系构造分:
ATM网卡、环牌网卡、以太网卡。
普通来讲,10M网卡多为ISA总线,100M网卡几乎全是PCI总线,而ISA是16位总线,PCI是32位总线,故PCI卡比ISA总线多、速度快且价格将趋于接近。
当前约有80%局域网采用以太网技术,故以太网网卡最为常用,广泛使用是10/100MB/S自适应以太网卡,可通过双绞线连接到集线器上。
网卡重要生产厂家有3COM、Accton、D-Llink、Intel、Linksys、实达等。
③重要性能指标网卡速率、总线类型、接口类型
2.调制解调器(Modem):
集调制与解调功能于一体一种数模转换设备。
调制:
将数字信号转换为模仿信号。
解调:
将模仿信号转换为数字信号。
①功能对传播信号进行数-模转换。
②分类按操作状态分:
同步(速率快、成本高)、异步调制解调器(速度低、价格低,家用)。
按传播速率分:
低速调制解调器(9600bps)、中速调制解调器(9.6~19.2bps)、高速调制解调器(28.2Kps~56Kbps)。
按产品外形分:
外接式、内插式、PC卡式、机架式。
Internet
1.Internet产生与发展
Internet是由ARPA(美国国防部高档研究筹划局)创立和发展ARPANET网络转化而来,后经NSF(美国国家科学基金会)从ARPANET民用某些中形成了NSFNET网络,后经商业化而变成今天Internet。
Internet是集当代计算机技术、通信技术于一体全球性开放信息互联网,它是一种庞大、实用、可享有信息源,是由世界范畴内各种大大小小计算机网络通过网关或路由器互相连接而成,它使用TCP/IP合同(IP为网际合同,TCP为传播控制合同)。
2.Internet特点
开放性:
开放式互联技术、对顾客平等接纳、顾客之间自由交流。
透明性:
顾客只要懂得成果而不用懂得过程。
自律性:
自我发展、自我完善、自我管理。
交互性:
顾客选取和系统应答是交互,信息传递是双向。
服务方式采用客户机/服务器模式:
系统客户端应用程序和服务器部件
分别运营在不同计算机上,易于对系统进行扩充。
二、Internet功能
重要功能有:
电子邮件服务、文献传播、远程登录、万维网服务、电子公示牌等。
1.电子邮件服务
电子邮件简称E-mail,它运用计算机存储、转发原理,克服时间、地理上差距,通过计算机终端和通信网络进行文字、声音、图像等信息传递。
2.文献传播服务
文献传播是指顾客通过网络将文献传播到指定位置计算机上,该功能是由FTP(FileTransferProtocal)来支持,普通又称为FTP服务。
采用FTP传播文献时,不需要对文献进行复杂转换,因而FTP比任何其她方式互换数据都要快得多。
3.万维网服务WWW(WorldWideWeb)
万维网是一种交互式图形界面Internet服务,简称Web或3W,具备强大信息连接功能,当前是Internet上增长最快网络信息服务,也是Internet上最以便和最受顾客欢迎信息服务类型
4.远程登录
在Internet中,顾客可以连接远程计算机,使本地计算机成为远程计算机一种终端,这种连接方式称为远程登录,支持该项服务合同为TELNET。
三、ISP与接入技术
1.ISP
提供Internet访问和信息服务公司或机构,称为Internet服务提供商,简称ISP。
ISP重要涉及三大类:
提供接入服务IAP(InternetAccessProvider)。
②提供信息服务ICP(InternetContentProvider)。
③提供应用服务ASP(ApplicationServiceProvider)
2.接入技术
当前Internet接入重要有拨号接入、专线接入、无线接入和有线电视网接入,
ISDN、ADSL也是惯用拨号接入方式,DDN采用专线接入,运用有线电视网接入则可使用CableModem来进行。
电话拨号接入方式
通过公用电话互换网接入Internet。
接入前应当选取适当Internet服务供应商(简称ISP)。
拨号接入顾客还需要有一台微机,一种Modem(调制解调器),一根与电信局相连电话线和一条数据电缆。
电话线连接到Modem,再通过数据电缆把Modem和微机串行口连接起来。
ISDN专线接入
ISDN(IntegrateServiceDigitalNetwork)中文名称为综合业务数字网,俗称“一线通”,是基于老式电话网基本上综合业务数字网,也是一种集语音、数据于一身电路互换网络。
ISDN特点是速度快、安全可靠、业务综合能力强、经济、多用途等。
ISDN安装只要在原有模仿设备上(如:
普通电话、传真机等)配备一部ISDN终端适配器(ISDNTA),将既有设备连接到ISDNTA上,就可以
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