計算機網絡 第1章課件

計算機網絡

computernetworks授課教師:李冬Tel:E-mail:1引言：網絡應用背景計算機通信網絡和Internet已成為社會生活重要組成部分。應用遍布經濟、文化、科研、軍事、政治、教育。產業結構變化，全球信息產業發展。2華中科技大學計算機基礎教研室教材張浩軍主編，高等教育出版社，2008.3計算機網絡實訓教程(第二版)，授課環節教學：32學時（老師課堂講授，學生提問、練習）實驗：16學時（學生動腦動手）課前說明：3華中科技大學計算機基礎教研室第1章計算機網絡概述第2章網絡體系結構第3章組建局域網第4章網絡工程布線第5章網絡互聯第6章網絡服務配置與管理第7章信息網絡安全第8章網絡管理第9章網絡多媒體應用第10章企業網規劃與建設第11章網絡軟件開發技術教材章節5華中科技大學計算機基礎教研室第1章

計算機網絡概述6教學內容與要求主要內容

網絡概念與發展

網絡組成與分類

網絡的功能

數據通信基礎7華中科技大學計算機基礎教研室1.1

計算機網絡的概念與發展91.1.1計算機網絡概念計算機網絡是以相互共享（硬件、軟件、和數據）資源的方式連接起來，且各自具有獨立功能的計算機系統的集合。(應用角度)計算機網絡是利用通訊設備和線路將地理位置不同、功能獨立的多個計算機系統互連起來，以功能完善的網絡軟件（即網絡通信協議、信息交換方式及網絡操作系統等）實現網絡中資源共享和信息傳遞的系統。(物理結構角度)10華中科技大學計算機基礎教研室11華中科技大學計算機基礎教研室計算機網絡涉及以下三個方面的問題：計算機：兩臺或兩臺以上的計算機相互連接構成網絡，達到資源共享的目的。通道：計算機之間互相通信交換信息，需要有一條通道。這條物理連接通道稱為傳輸介質。傳輸介質可以是雙絞線、同軸電纜或光纖等“有線”介質；也可以是激光或無線電波等“無線”介質。協議：計算機之間要通信交換信息，彼此就需要有某些約定和規則，這就是協議。13華中科技大學計算機基礎教研室計算機網絡概念：應用角度，物理角度功能：兩個功能作用：方便用戶三個方面：計算機、通道、協議1.1.1知識點14華中科技大學計算機基礎教研室1.1.3計算機網絡的應用企業信息網絡聯機事務處理POS系統電子郵件系統電子數據交換系統聯機會議訪問遠程數據庫15華中科技大學計算機基礎教研室1.2.1計算機網絡的組成計算機網絡通常由三個部分組成，它們是資源子網、通信子網和通信協議。資源子網：是指計算機網絡中面向用戶的部分，處于網絡的外圍，由主機系統、終端、終端控制器、外設、各種軟件資源和信息資源組成，主要用于全網的信息處理、信息共享和信息存儲服務。主機系統是資源子網的主要組成部分，它通過高速通信線路與通信子網的通信設備相連接，用戶終端可通過主機系統連接入網。17華中科技大學計算機基礎教研室通信子網：負責數據通信的部分，處于網絡的內層，完成網絡數據傳輸、轉發等通信處理任務。構成通信子網的硬件設施包括各種數據傳輸線路，以及實現網絡連接和數據通信的各種數據通信設備，包括集線器(Hub)、網橋(Bridge)、網絡交換機(Switch)、路由器(Router)和網關(Gateway)等。通信協議：是主機之間或主機和子網之間的通信的規范，即通信雙方必須共同遵守的規則和約定。18華中科技大學計算機基礎教研室資源子網和通信子網兩個部分的結構示意圖

19華中科技大學計算機基礎教研室1.2.2計算機網絡的分類1．按網絡覆蓋的地理范圍分類局域網（LAN）城域網(MAN)廣域網(WAN)21華中科技大學計算機基礎教研室局域網局域網（LocalAreaNetwork，LAN）：指在有限的地理區域內構成的規模相對較小的計算機網絡，其覆蓋范圍一般不超過幾十公里。LAN具有以下特征：局域網僅工作在有限的地理范圍內。數據傳輸率快，典型LAN數據傳輸速率10Mbps、100Mbps、1Gbps和10Gbps。由于數據傳輸距離短，傳輸延遲低（幾十個毫秒）且誤碼率低。局域網組網方便、使用靈活。22華中科技大學計算機基礎教研室局域網聯網結構圖23華中科技大學計算機基礎教研室廣域網廣域網（WideAreaNetwork，WAN）覆蓋的地理范圍非常大，又稱遠程網，是一種跨越城市、國家的網絡。廣域網常常借用傳統的公共傳輸網進行通信，可以把眾多的城域網、局域網連接起來。目前，很多全國性的計算機網絡就屬于這類網絡，如郵電部的CHINANET（中國公網）、國家教委的CERNET（中國科研教育網）、中科院的NCFC（科技網）和電子部的CHINAGBN（經濟網）等。25華中科技大學計算機基礎教研室典型廣域網示意圖26華中科技大學計算機基礎教研室網際網網際網通常是指連接多個國家的計算機網絡，Internet（因特網）就是世界上最大的網際網。通常把互聯的網絡集合稱為互聯網，Internet是指特定的世界范圍的互聯網，它通過網絡互連設備把不同的眾多網絡或網絡群體根據全球統一的通信規則（TCP/IP協議）互連起來形成全球最大的、開放的計算機網絡。27華中科技大學計算機基礎教研室2．按傳輸介質分類根據采用的傳輸介質不同，計算機網絡可分為兩種：有線網和無線網。有線網：傳輸介質采用有線介質連接的網絡稱為有線網。常用的有線傳輸介質包括雙絞線、同軸電纜和光導纖維。無線網：采用無線介質連接的網絡稱為無線網，典型的無線網有以下幾種。29華中科技大學計算機基礎教研室有線網——雙絞線雙絞線(TP：TwistedPairwire)是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質，由多對具有絕緣保護層的銅導線組成。雙絞線可分為非屏蔽雙絞線(UTP：UnshieldedTwistedPairwire)和屏蔽雙絞線(STP：ShieldedTwistedPairwire)。雙絞線既可以用來傳輸模擬聲音信號、也可以用于傳輸數字信號，特別適用于較短距離的數字通信。目前局域網中使用雙絞線可以達到100Mbps～10Gbps的傳輸速率，而且其價格相對其他傳輸介質低廉，是目前局域網布線的主要傳輸介質。30華中科技大學計算機基礎教研室有線網——同軸電纜同軸電纜(Coaxial)是指有內外兩個同心導體，而這兩個同心導體即導體和屏蔽層又共用同一軸心的電纜。常用的同軸電纜有兩類：50Ω和75Ω的同軸電纜。75Ω同軸電纜常用于CATV（有線電視網）網，傳輸帶寬可達1GHz，目前常用CATV電纜的傳輸帶寬為750MHz。50Ω同軸電纜主要用于基帶信號傳輸，傳輸帶寬為1～20MHz，傳統的總線型以太網就是使用50Ω同軸電纜。31華中科技大學計算機基礎教研室有線網——光纖光導纖維簡稱光纖，是一種能高質量傳導光信號的玻璃纖維。如果將許多根光纖聚在一起并敷以保護層，就得到常說的光纜。利用光纜通訊，能同時傳播大量信息。光纖的抗干擾性能好，不發生電輻射，通訊質量高，能防竊聽。光纜的質量小而細，不怕腐蝕，鋪設也很方便。目前光纜已廣泛用作為長途通信干線、廣域網的主要傳輸介質。32華中科技大學計算機基礎教研室無線網——微波通信微波通信是使用波長在0.1毫米至1米之間的電磁波——微波進行的通信。當兩點間直線距離內無障礙時就可以使用微波通信，微波通信具有容量大、質量好、傳輸距離遠、抗災性能好等特點，普遍使用于各種專用通信網。微波通信用途廣泛，可以用于各種電信業務的傳送，如電話、電報、數據、傳真以及彩色電視等。33華中科技大學計算機基礎教研室地面微波通過地面站之間接力傳送接力站之間距離：50-100km速率：每信道45Mb/s地球地面站之間的直視線路微波傳送塔34華中科技大學計算機基礎教研室無線網——衛星通信衛星通信是地球上(包括陸地、水面和低層大氣中)無線電通信站之間利用人造衛星作為中繼站而進行的空間微波通信，衛星通信是地面微波接力通信的繼承和發展。衛星通信具有覆蓋區域大、通信距離遠、通信質量好、可靠性高、通信頻段寬、容量大等優點，是目前遠距離越洋電話和電視廣播的主要手段。35華中科技大學計算機基礎教研室35,784公里地球地球同步衛星與地面站相對固定位置使用3顆衛星即可覆蓋全球傳輸延遲時間長（≈270ms）廣播式傳輸應用領域：電視傳輸長途電話專用網絡廣域網36華中科技大學計算機基礎教研室無線網——紅外線傳輸紅外線傳輸利用發光二級管產生紅外光波發送信號，采用光電管接收信號，生活中各種電器使用的搖控器基本上是使用紅外線進行信號傳輸。紅外線與微波傳輸之間的重要差異是前者不能貫穿墻壁，但是，在微波系統中遭遇的安全和干擾問題這里不再出現。紅外線信號能獲得較高的數據吞吐量。紅外線傳輸方式分為點到點傳輸和廣播傳輸。紅外線一般局限在很小的區域內，并且要求發送器直接指向接收器；不過，紅外線相關設備相對比較便宜，且不需要天線。37華中科技大學計算機基礎教研室無線網——WLAN無線局域網(WirelessLocalAreaNetworks,WLAN)。WLAN采用射頻(RadioFrequency,RF)技術，利用電磁波在空氣中發送和接受數據，無需線纜介質。WLAN的數據傳輸速率現在可以達到11Mbps或54Mbps，傳輸距離可遠至20km以上。WLAN最大的優勢就是免去或減少了繁雜的網絡布線，一般只要在適當位置安放一個或多個接入點(AccessPoint)設備就可建立覆蓋整個建筑或地區的局域網絡。38華中科技大學計算機基礎教研室無線網——無線傳感器網絡無線傳感器網絡（WirelessSensorNetwork）。無線傳感器網絡就是由部署在監測區域內大量的微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡。無線傳感器網絡綜合了微電子技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等先進技術，能夠協同實現實時監測、感知和采集網絡覆蓋區域中各種環境或監測對象的信息，對信息進行處理后通過無線方式發送，并以自組多跳的特殊網絡拓撲組織方式傳送給觀察者。無線傳感器網絡在軍事偵察、工業生產與制造、農業監測、環境監測、自然災害應急處理、醫療研究、危險工作環境等領域具有重要價值。39華中科技大學計算機基礎教研室1.3

計算機網絡的功能401.3.1計算機網絡的基本功能

計算機網絡主要的功能包括：數據通信資源共享分布式處理提高可靠性等。41華中科技大學計算機基礎教研室1.數據通信計算機網絡是現代通信技術和計算機技術結合的產物數據通信是計算機網絡最基本的功能，實現各計算機之間快速可靠地互相傳送數據、進行信息處理。實現將分散在各個地區的單位或部門使用的計算機聯系起來，實現信息通信交換，并進行統一的資源調配、控制和管理。42華中科技大學計算機基礎教研室2.資源共享讓網絡上的用戶，無論處于何處，也無論資源的物理位置在哪里，都能使用網絡中的程序、設備，尤其是數據。資源共享包括共享計算機系統的硬件、軟件和數據資源三部分。43華中科技大學計算機基礎教研室3.提高系統的可靠性當網絡中的某一處理機發生故障時，可由別的路徑傳送信息或轉到別的系統中代為處理.不因局部故障而導致系統的癱瘓。即依靠可替代的資源來提高系統可靠性。44華中科技大學計算機基礎教研室4.分布處理把同一任務分配到網絡中不同的結點機上協同完成。對于綜合性的大型復雜問題可采用合適的算法，將任務分散到網絡中不同的計算機上去執行，各計算機協同完成各種處理任務。當網絡內某一計算機負載過重時，通過網絡調度，可將任務轉給其它較空閑的計算機去處理。45華中科技大學計算機基礎教研室分布式系統的特點在分布式OS統一調度下，各計算機協調工作，共同完成一項任務，如并行計算。用戶面對的是一臺邏輯上的計算機，組成分布式系統的各計算機怎樣協同工作，對用戶透明。用途主要是科學計算和事務處理。46華中科技大學計算機基礎教研室1.3.2Internet的典型應用

Internet是一個全球性的計算機互聯網絡，它將不同地區、規模大小不一的網絡互相連接而成。它是全球最大的計算機互聯網，更是全球最大的信息資源庫。Internet是一個應用平臺，在它的上面可以開展很多種應用，如：電子郵件、遠程登錄、文件傳輸、客戶機服務器連接、網絡電話、網絡傳真、網絡可視頻會議等。47華中科技大學計算機基礎教研室1.萬維網（WWW）WideWeb)簡稱3W，有時也叫Web。萬維網

并非某種特殊的計算機網絡。萬維網是一個大規模的、聯機式的信息儲藏所。萬維網用鏈接的方法能非常方便地從因特網上的一個站點訪問另一個站點。從而主動地按需獲取豐富的信息。48華中科技大學計算機基礎教研室(1)怎樣標志分布在整個因特網上的萬維網文檔？

統一資源定位符

URL(UniformResourceLocator)來標志萬維網上的各種文檔。使每一個文檔在整個因特網的范圍內具有惟一的標識符URL。(2)怎樣使用戶能夠很方便地找到所需的信息？

為了在萬維網上方便地查找信息，用戶可使用各種的搜索工具（即搜索引擎）。49華中科技大學計算機基礎教研室(3)用何協議實現萬維網上各種鏈接？

在萬維網客戶程序與萬維網服務器程序之間進行交互所使用的協議，是超文本傳送協議

HTTP(HyperTextTransferProtocol)。HTTP是一個應用層協議，它使用TCP連接進行可靠的傳送。50華中科技大學計算機基礎教研室(4)怎樣使WWW文檔在因特網上顯示出來，同時使用戶清楚地知道在什么地方存在著超鏈？超文本標記語言

HTML(HyperTextMarkupLanguage)使萬維網頁面的設計者可以很方便地用一個超鏈從本頁面的某處鏈接到因特網上的任何一個萬維網頁面，并且能夠在自己的計算機屏幕上將這些頁面顯示出來。51華中科技大學計算機基礎教研室2.文件傳輸（FTP）文件傳輸協議(Protocol，FTP)是由支持Internet文件傳輸的各種規則所組成的集合Internet用戶可以把文件從一個主機拷貝到另一個主機上。使用FTP經常遇到兩個術語：“下載”（Download）和“上載”（Upload）。52華中科技大學計算機基礎教研室3.電子郵件電子郵件（ElectronicMail，E-mail）是因特網最廣泛的應用。用非常低廉的價格，以非?？焖俚姆绞?，與世界上任何一個角落的網絡用戶進行聯絡，這些電子郵件可以包含文字、圖像、聲音等各種信息。53華中科技大學計算機基礎教研室簡單郵件傳輸協議SMTPSMTP協議提供了一種直接的端到端的傳送方式。SMTP協議建立在TCP／IP協議基礎之上，規定每一臺計算機在發送（或中轉）信件時怎樣找到下一個目的地。SMTP協議是面向文本的網絡協議，即它只支持文本形式的電子郵件的傳輸。如果通過E-mail系統來傳輸二進制數據或文件，則要使用一種叫MIME的協議。54華中科技大學計算機基礎教研室多用途互聯網郵件擴展MIMEMIME是當前廣泛應用的一種電子郵件技術規范，MIME擴充了基本的面向文本的Internet郵件系統，支持在消息中包含二進制附件。郵局協議POPPOP協議有POP2和POP3兩個版本，基本功能實現郵件客戶端系統到服務器上去下載郵件。協議說明了客戶機如何與因特網上的郵件服務器連接，以及如何下載郵件。55華中科技大學計算機基礎教研室1.4

數據通信基礎561.4.1數據通信的基本概念通信是把信息從一個地方傳送到另一個地方的過程，用來實現通信過程的系統被稱為通信系統。數據通信是指在不同計算機之間傳送表示字母、數字、符號的二進制代碼0和1比特序列的過程。數據通信包括數據傳輸和數據在傳輸前后的處理。數據通信系統一般由數據傳輸設備、傳輸控制設備和傳輸控制規程及通信軟件組成。

57華中科技大學計算機基礎教研室通信系統實例58華中科技大學計算機基礎教研室1.數據和信息數據被定義為有意義的實體，數據涉及到事物的表示形式，是信息的載體。而信息則是數據的內容和解釋。數據可分為模擬數據與數字數據兩種。模擬數據是指在某個區間產生連續的值，其電平隨時間而連續變化。數字數據在時間上是離散的，在幅值上是經過量化的，即數字數據是指離散的值。信息是對數據的解釋，數據只有經過處理并經過解釋才有意義，才能成為信息。59華中科技大學計算機基礎教研室2.信號信號是數據在傳輸過程中的電信號的表示形式，或稱數據的電磁或電子編碼。它分為模擬信號和數字信號兩種。在通信系統中，模擬數據表示的信號稱作模擬信號，模擬信號是在一定的數值范圍內可以連續取值的信號，是一種連續變化的電信號。由數字數據表示的信號稱作數字信號，數字信號是一種離散的脈沖序列。60華中科技大學計算機基礎教研室模擬信號波型數字信號波型61華中科技大學計算機基礎教研室3.信道信道是傳送信號的一條通路，在通信系統中，各種信號都要通過信道從一個端點傳至另一個端點，因此，也可以將信道理解為電信號的傳輸媒介。信道和電路并不等同。信道一般都是用來表示向某一個方向傳送信息的媒體，因此，一條通信電路至少包含一條發送信道和（或）一條接收信道。信道由傳輸介質及中間通信設備組成。62華中科技大學計算機基礎教研室4.帶寬帶寬是計算機網絡最主要的兩個性能指標之一。現在“帶寬”總是來表示信道的數據傳輸速率。單位時間內的最大數據流量。在傳統通信領域，帶寬指的是網絡信號可使用的最高頻率與最低頻率之差、即“頻帶的寬度”，單位是赫茲。63華中科技大學計算機基礎教研室5.數據傳輸數據傳輸是指用電信號把數據從發送端傳送到接收端的過程。以模擬信號的形式在信道上傳輸數據稱作模擬傳輸；以數字信號的形式在信道上傳輸數據稱作數字傳輸。模擬數據和數字數據都可以用模擬信號和數字信號來表示。調制解調器（Modem）實現數模信號之間的轉換。64華中科技大學計算機基礎教研室6.數據傳輸速率數據傳輸速率在數值上等于每秒傳輸構成數據代碼的二進制比特數，單位為比特/秒(bit/second)，記作bps。在實際應用中，常用的數據傳輸速率單位有：Kbps、Mbps和Gbps。其中：1Kbps＝103bps、1Mbps＝106bps、1Gbps＝109bps數據傳輸速率有兩種表示方法，即數據速率和調制速率。65華中科技大學計算機基礎教研室數據速率也稱比特率，指單位時間內所傳送的二進制位代碼的有效位數，反映了一個數據傳輸系統中每秒內所傳送的信息量的多少。單位為比特/秒。調制速率又稱為波特率或波形速率，指數據通信系統中，在線路上每秒鐘傳送的波形個數，是脈沖信號經過調制后的傳輸速率，其單位是“波特”（Baud）。1波特表示每秒傳送1個碼元。66華中科技大學計算機基礎教研室t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號同步脈沖t67華中科技大學計算機基礎教研室波特（Baud）：碼元傳輸的速率單位。波特率為每秒傳送的碼元數（即信號傳送速率）。比特率、波特率和信號編碼級數的關系如下：

Rbit=Rbaudlog2M

上式中：M-信號的編碼級數，Rbit-比特率，Rbaud-波特率一個信號往往可以攜帶多個二進制位，所以在固定的信息傳輸速率下，比特率往往大于波特率。換句話說，一個碼元中可以傳送多個比特。例如：當波特率為9600時若M=2，數據傳輸率為9600b/s若M=16，數據傳輸率為38.4kb/s68華中科技大學計算機基礎教研室1.4.2數據的傳輸方式信道的通信方式信號在通信線路上傳輸是有方向的，根據數據在某一時間信息傳輸的方向和特點，線路通信方式可分為單工通信、半雙工通信和全雙工通信。數據的傳輸方式數據傳輸是指用電信號把數據從發送端傳送到接收端的過程。主要包括基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸。69華中科技大學計算機基礎教研室1.信道的通信方式(1)單工通信在單工通信方式中，數據信號只能從一個站點傳送到另一個站點，即信號只能向一個方向傳輸而沒有反方向的交互。發送器和接收器之間只有一條通道。70華中科技大學計算機基礎教研室無線電廣播和電視都屬于單工通信。71華中科技大學計算機基礎教研室(2)半雙工通信在半雙工通信方式中，通