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1、3. 计算机网络技术（A）,1,主要内容,网络概述网络分类网络体系结构和协议TCP/IP的各层局域网接入Internet信息检索互联网+创新创业,2,网络的定义,利用通信设备和传输介质，将具有独立功能的计算机连接起来，在软件（操作系统、协议等）的支持下，实现计算机之间的资源共享、信息交换和分布式处理的系统，称为计算机网络（简称网络）,3,网络的主要功能,（1）资源共享：包括软件、硬件和数据资源（2）信息交换：指网络节点之间的通信（3）分布式处理：将一个规模大的任务分配给网络中的若干台计算机并行处理，均衡各计算机的负载，以便人们能在规定的时间内完成任务。,4,网络的发展历史,半自动地面防空系统（
2、SAGE），网络的发展历史包括终端联机系统、ARPAnet、标准化的网络和Internet 4个阶段,5,网络的发展历史,（1）终端联机系统一台主机中安装多用户分时操作系统，按照时间片将CPU分配给各个终端，执行各终端的程序。不是真正意义上的计算机网络。,6,美国航空公司与IBM公司合作开发的航空订票处理系统SABRE-1，全美范围的2000多个终端连接,网络的发展历史,（2）ARPAnet1969年美国国防部高级研究计划管理局（Advanced Research Projects Agency，ARPA）建立的ARPAnet把美国的几个军事及研究用计算机主机连接起来,7,网络的发展历史,（3
3、）标准化的网络在网络通信市场上各自为战的现象不利于网络之间互连互通，也不利于网络的发展和推广ISO成立TC97，制定放系统互联参考模型（Open System Interconnection，OSI），实现各种计算机网络之间的互连。,8,网络的发展历史,（4）Internet。20世纪80年代开始，Internet将世界各地的各种类型的网络连接起来。,9,网络分类,计算机网络分类方法：网络地理范围网络使用范围网络拓扑结构,10,从网络地理范围分类,1局域网（LAN）一般是指在覆盖半径几千米范围内连接计算机系统组成的计算机网络，如一间宿舍、一个办公室、一栋建筑、一所学校等。,11,从网络地理范围
4、分类,2城域网（MAN）在一个覆盖半径为550千米的城市范围内建立的计算机通信网，网中传输时延较小，主要采用光纤传输,12,从网络地理范围分类,3广域网（WAN）覆盖半径为几十千米甚至几千千米，连接多个城市或国家，甚至横跨几个洲的网络，形成国际化的远程网络,13,从网络使用范围分类,1公用网（Public Network）由网络服务提供商组建、管理，供公共用户使用的通信网络。如电信、联通、广电等通信网络,14,从网络使用范围分类,2专用网（Private Network）由用户部门自己组建、管理的网络，这种网络不向本部门以外的部门和个人提供服务，如军队、铁路、银行等系统网络,15,虚拟专网VP
5、N,用户也可以租用公共通信网络，使用虚拟专用网络技术（Virtual Private Network，VPN），在VPN管道中进行加密通信，形成专用网，实现安全的远程访问,16,网络的拓扑结构,拓扑（Topology）是从图论演变而来的，研究与大小、形状无关的点、线和面特点的方法。网络的拓扑结构，包括星形结构、总线结构、树形结构、环形结构、全互连结构和不规则形结构。,17,网络的拓扑结构,1星形结构星形结构的网络是由一个中心节点S通过点对点链路连接所有从节点组成,18,网络的拓扑结构,2总线结构总线结构的网络是以一条高速的公共传输介质连接若干节点组成的网络，,19,网络的拓扑结构,3树形结构树
6、形结构的网络采用分层结构将各个节点连接成树形,20,网络的拓扑结构,4环形结构环形结构的网络中每个节点仅与两侧节点相连，通过通信线路将各节点连接成一个闭合的环路数据在环路中单向流通时，每个节点都要转发信息,21,网络的拓扑结构,5全互连结构全互连结构的网络中每个节点与网络中的其他节点都可通过线路连接5个节点的网络，每个节点都需要4条线路，该网络总共需要10条（即n(n-1)/2）线路,22,网络的拓扑结构,6不规则形结构在广域网中，根据节点间的距离、信息的流量，决定在节点间是否建立连接。,23,网络的拓扑结构,【例3.1】 某高校的网络结构，分析该网络的拓扑结构。,24,网络体系结构和协议,网
7、络协议：是指为了使网络中的计算机之间能够正确传输信息而制定的关于信息传输的规则、约定与标准。通信双方必须按照同样的协议发送和接收信息，才能正确地进行数据通信。,25,网络体系结构,网络协议的设计相当复杂，在设计协议时普遍采用层次结构模型，把复杂问题分解为若干简单、易于处理的问题。在协议层次结构中，每层都以前一层为基础，相邻层之间有通信约束的接口。下一层为上一层提供服务，上一层是下一层的用户。网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构,26,OSI,7层结构的模型,27,OSI,网络中各节点（如主机A和主机B）具有相同的层次结构；不同节点的同一层功能相同；同一节点内相邻层之间通过接口通信；
8、每一层均可使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；不同节点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。,28,TCP/IP协议集,TCP/IP是Internet的基本协议集，两个核心协议是TCP（传输控制协议）和IP（网际协议）,29,TCP/IP的网络访问层,网络访问层（Network Access Layer）对应OSI的物理层和数据链路层，负责通过网络传输介质发送和接收数据。涉及：网络传输介质数据传输与控制和硬件设备,30,网络传输介质,传输介质是指在通信中数据传输的载体，是网络中数据发送者和接收者之间的物理路径分为有线传输介质和无线传输介质两大类,31,1传输速率,（1）波特率：在单位时间
9、传输了多少码元，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示，其单位为波特（Baud）。用时间间隔相同的符号来表示数字，这个符号称为码元用时间间隔相同的符号来表示数字，这个符号称为码元,32,1传输速率,电磁光谱图，低频波、无线电、微波、红外线、可见光，频率越来越高，可以调制的波特率也就越来越高,33,1传输速率,（2）比特率。线路中每秒传输的有效二进制位数，称为比特率，其单位是bit/skbit/s、Mbit/s、Gbit/s1KB/s=8kbit/s10M宽带，指的是10Mbit/s，宽带最大下载速率约为1.25MB/s,34,2有线传输介质,（1）双绞线使用双绞线连接交换设备，组建星形网络
10、,35,2有线传输介质,（2）同轴电缆在网络发展的早期它被广泛用于组建总线结构局域网,36,2有线传输介质,（3）光纤光纤以光脉冲的形式传输信号,37,3无线传输介质,（1）无线电波指在自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波，两种传播方式：一是电波沿着地表面向四周直接传播；二是靠大气层中的电离层折射进行传播,38,3无线传输介质,无线局域网（Wireless LAN，WLAN）速率可达5Mbit/s54Mbit/s，或更高覆盖的最大半径通常为300m,39,3无线传输介质,蓝牙是一种支持设备间短距离通信（一般10m内）的无线电通信技术工作在2.4GHz频段，数据传输速率为1Mbit/s,40,
11、3无线传输介质,蓝牙实现手机A和B之间连接的过程 手机A开启蓝牙功能，设定为“对其他蓝牙设备可见”。 手机B开启蓝牙功能，设定为“对其他蓝牙设备可见”，搜索到手机A。 手机A和手机B确认配对的密钥，选择配对对方的手机。 手机A和手机B通过蓝牙连接传输文件、照片、音频、视频、电话簿等数据。,41,3无线传输介质,（2）红外线。红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，它不能穿透障碍物（如墙壁）红外线通信使用不可见的红外线光源传输数据，广泛用于室内短距离通信。如各种遥控器两种标准：SIR最大的传输速率为115.2kbit/sFIR的传输速率可达4Mbit/s。,42,3无线传输介质,（3）激光。激
12、光也可以在空气或真空中传输数据。激光通信的带宽高、容量大、不受电磁干扰、不怕窃听，设备的结构轻便、价格经济,43,数据传输与控制,1数据与信号数据是有意义的实体，涉及事物的形式。如文字、照片等。信息是数据的内容或解释。如文字、照片描述的内容信号是数据在传输介质上传输时的表示形式，也称为数据的电子编码、电磁编码。,44,数据传输与控制,信号：（1）模拟信号是在一定的数值范围内可以连续取值的信号，是一种连续变化的电信号（2）数字信号是一种离散的脉冲序列，如，以恒定的正电平和0电平分别表示二进制的1和0,45,数据传输与控制,2数据编码：在数据传输时，发送方需要将数据编码为适合在信道中传输的信号，接
13、收方接收到信号后将其还原为数据。分为：数字信号编码模拟信号编码,46,数据传输与控制,（1）数字信号编码。将二进制数据用不同电平或电压极性表示，形成矩形脉冲信号,47,数据传输与控制,（2）模拟信号编码将二进制数据转换为模拟信号进行传输的编码方式,48,数据传输与控制,3差错控制在数据传输过程中，受信道内外的干扰，不可避免地会发生接收数据与发送数据不一致的现象，称为差错。,49,数据传输与控制,3差错控制差错控制的核心是在发送的数据中加入能够在目的地检查或纠正传输差错的冗余编码能自动检测出错误的编码是检错码；常用的有：奇偶校验码循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check, C
14、RC）码能自动检测并纠正差错的编码是纠错码，数据冗余太高，较少使用。,50,数据传输与控制,3差错控制（1）奇偶校验码。在7位数据后增加1位，使1的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）在目的地，根据1的数目为奇数或偶数，判断传输有无差错。,51,数据传输与控制,（1）奇偶校验例如:发送方：数据1001011，奇校验，8位信号是11001011接收方： 8位信号是11001010，确定错误接收方： 8位信号是11000010，则错判,52,数据传输与控制,（2）循环冗余校验码发送方：数据f(x)，r(x)=f(x)/g(x)，发送f(x)+r(x)接收方：接收f2(x)+r2(x)，rx=f2(
15、x)/g(x)。如果r2(x)=r(x)，则正确，否则出错。,53,硬件设备,TCP/IP的网络访问层（Network Access Layer）工作的常用硬件设备包括网络适配器和交换机,54,1网络适配器,网络适配器（Network Interface Card，NIC）也叫网卡，承担计算机与网络之间交换数据的任务网卡包括：有线网卡无线网卡,55,1网络适配器,有线网卡上一般有RJ45、BNC、AUI和光纤接口无线网卡用于连接无线局域网,56,1网络适配器,物理地址（MAC地址）是保存在网卡中的全球唯一地址，通常由网卡生产厂烧入网卡的EPROM中。物理地址由48bit（6字节）的十六进制数组
16、成，如E8-9A-8F-F3-20-2D,57,1网络适配器,在局域网中，可使用广播方式发送数据，通过物理地址来识别主机,58,2交换机,工作在OSI参考模型的数据链路层，能根据发送数据包的源地址和目的地址，接通源端口与目的端口电路，为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的信号通路。使用交换机组织的星形网络,59,2交换机,纵横式交换机原理,60,TCP/IP的网络层,网络层的主要功能是寻址、路由选择和重组，它的核心协议是IPIP是一个无连接协议，在IP数据分组中包括目的地址，IP负责将数据分组从源转发到目的地，主要功能包括寻址、路由选择及重组,61,IP地址,IP地址是标识计算机在Inter
17、net中位置的唯一地址。在Internet中，不允许有两台计算机的IP地址相同。P地址长32bit，分为4字节，每个字节均对应0255的十进制整数，数字间用“”隔开如：210.31.133.209,62,IP地址,IP地址的分层结构：网络地址：表明主机所在网络的Internet地址主机地址：网络中的每一台主机都获得一个主机地址,63,IP地址,【例3.2】 如图3-35所示，描述了主机1向主机4发送数据包的传输过程。,64,特殊IP地址,（1）127.0.0.1是本机地址（2）私有网络地址，如10.x.x.x、172.16.x.x172.31.x.x、192.168.x.x。（解决IP地址资源
18、不足的问题）,65,Ping命令,检测本机到目的IP主机之间的网络是否连通，以及主机之间的连接速率Ping目的主机IP地址或域名,66,Ping命令,【例3.3】 使用Ping命令，测试本计算机的网络连接的TCP/IP配置是否正常。,67,IP地址,【例3.4】 通过设置，配置本机的静态IP地址。,68,路由器,在广域网中进行数据包转发的设备，工作在OSI参考模型的网络层路由器接收并存储数据包，根据信道速率、拥塞等情况自动选择路由,69,TCP/IP的传输层,提供源节点到目的节点的两个进程之间可靠的端到端的数据传输功能包括数据分组的正确性校验；发回确认信息，如果数据分组丢失，则重新发送；传输层包括两个协议：传输控制协议TCP用户数据报协议UDP。,70,TCP,（1）TCP是一个可靠的、面向连接的传输层协议，它将源主机的数据以字节流的形式无差错地传送到目的主机。,71,UDP,（2）UDP是一个不可靠的、无连接的传输层协议。常用于高速的数据传输、可靠性要求不高、网络延迟较小的场合，如视频会议、视频直播、流媒体、IP电话等；也常用于请求/应答式的应用，如网络管理SNMP、DNS、QQ聊天等。,72,
