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1、第3章 网络与通信基础,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,2,内 容 提 要,3.1 数据通信概述3.2 计算机网络概述3.3 计算机网络组成3.4 局域网技术3.5 广域网简介,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,3,3.1 数据通信概述,几个基本概念通信：信息的传输与交换信息：消息中所包含的有意义的内容信号：数据在传输过程中的表示形式模拟信号：时间和幅度均连续变化数字信号：时间和幅度均离散变化,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,4,数据通信概述（Cont.）,系统模型与分类点对点通信系统简化模型,把发送端的消息通过某种信道传递到接收端,消息电信
2、号,电信号 消息,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,5,数据通信概述（Cont.）,系统模型与分类（续）系统分类按传输媒介：有线和无线按消息类型：模拟和数字按消息内容：电报、电话和图象等按调制方式：基带和频带按复用方式：频分:不同信号占据不同的频率范围 时分:不同信号占据不同的时间区间 码分:用一组包含互相正交的码字的 码组携带多路信号,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,6,数据通信概述（Cont.）,通信方式工作方式：单工、半双工、全双工,单工：消息只能在单个方向上传输,半双工：通信双方都可以收发消息，但不能同时进行,全双工：通信双方可同时进行收发消息,202
3、3/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,7,数据通信概述（Cont.）,通信方式（续）数据传输方式：并行传输、串行传输,并行传输,串行传输,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,8,数据通信概述（Cont.）,通信方式（续）异步传输：以字符为单位，发送每一字符代码时，前面加一个“起”信号，字符代码后面加一个“止”信号，传输效率降低。同步传输：以组(或称帧)为单位，一组数据包含多个字符，以同步的时钟节拍来发送数据信号的，传输效率较高。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,9,数据通信概述（Cont.）,差错控制基本思想：发送端在要传输的信息码元上附加一些冗余监督码元
4、构成发送码组；接收端在收到码组后，按照相同的规则去检查该码组中信息码元与监督码元之间的这种关系。若这种关系被破坏，说明传输过程中发生了差错。常用差错控制策略检错重发（ARQ）、前向纠错（FEC）、混合纠错（HEC）、反馈校验（IRQ）循环冗余校验码（CRC）工作原理：通过多项式除法来检测错误,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,10,数据通信概述（Cont.）,主要性能指标有效性：码元速率信息速率可靠性：误码率误比特率,返回,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,11,3.2 计算机网络概述,3.2.1 计算机网络的发展第一代网络(20世纪50年代末60年代中)称为
5、计算机终端网络 或 称为 面向终端的计算机网络。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,12,第二代网络（20世纪60年代末80年代初）,称为 计算机计算机网络。通信子网：负责通信任务（通信部门建立）资源子网：负责数据处理（用户自己建立）,通信子网,资源子网,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,13,是 开放式标准化的网络。两种网络体系结构：TCP/IP体系结构 ISO的OSI体系结构（7层协议）,第三代网络（20世纪80年代中90年代中）,第四代网络（20世纪90年中至今）称为 新一代的计算机网络。如：带宽、网络安全、地址分配不够、多媒体信息传输的实用化等。,202
6、3/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,14,3.2.2 计算机网络的定义及功能,1.计算机网络的定义 将地理位置分散的、各自具备自主功能的若干台计算机采用通信手段有机地连接起来的一个复合系统，以实现通信交往、资源共享和协同工作等。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,15,这里强调：(1)计算机的“自主性”：是指计算机离开了网络环境也能独立地运行，发挥作用。(2)连接的“有机性”：是指将计算机等连接起来时必须遵循一定的通信协议。(3)连接的“目的性”：是指将计算机连接成网络是为了相互进行通信交往，实现信息交换、资源共享或协同工作。,1.计算机网络定义(续),2023/3/1
7、8,计算机科学与工程系基础教研室,16,(1)相互通信与交往。(2)共享资源。包括硬件资源、软件资源和数据与信息资源。(3)协同工作、分布处理。核心功能是共享资源。,2.计算机网络的功能,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,17,3.2.3 计算机网络的分类,按网络的拓扑结构分类：总线形网、星形网、环形网、星形树网等；按网络的传输介质分类：同轴电缆网、双绞线网、光纤网等；按网络的传输速率分类：10兆网、100兆网、1000兆网等；按网络的媒体访问控制方式分类：以太网，令牌环网、令牌总线网等；按计算机网络使用的操作系统分类：Windows NT网、Novell网等；,2023/3/
8、18,计算机科学与工程系基础教研室,18,6.按网络覆盖地理范围的大小分类,局域网 LAN（Local Area Network）在同一房间、同一建筑楼或同一校园内。城域网 MAN（Metropolitan Area Network）是一种大型的LAN，在同一个城区内。广域网 WAN（Wide Area Network）是一种跨越大的地域的网络，通常包含一个国家或洲。互联网 internet通过WAN连接的LAN的集合，如：Internet,返回,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,19,3.3 计算机网络组成,3.3.1 计算机网络硬件 主要包括网络服务器、网络工作站、传输介质
9、及接口设备。1.网络服务器 Server 是网络的核心，它支持网络操作系统的运行，负责网络资源管理与网络通信，运行应用程序、处理网络工作站的服务请求等功能。根据作用的不同，服务器又有文件服务器、打印服务器、应用服务器和通讯服务器之分。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,20,3.3.1 计算机网络硬件（Cont.）,2.网络工作站 Workstation 是网络用户用来向网络服务器请求共享资源或服务的计算机。不同于网络服务器，作为工作站的计算机可以只是一般的PC机，其上运行的操作系统可以各种各样，如Windows、Linux等。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室
10、,21,每一台连到网络上的用户终端电脑，都称为网络工作站。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,22,3.3.1 计算机网络硬件（Cont.）,3.传输介质 传输介质指在发送方与接收方之间的物理通路。有线传输介质包括：同轴电缆、双绞线、光纤等。（在3.5.2中介绍）无线传输：各种不同频率的电磁波都可以在空间传播，如：无线电广播用的长波（LW）、中波（MW）、短波（SW）、超短波，电视广播用的甚高频（VHF）、超高频（UHF），通信常用的微波（microwave），红外激光等。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,23,微波的种类,地面微波卫星微波,2023/3/18
11、,计算机科学与工程系基础教研室,24,地面微波,地面微波需要很多建立在高山顶上的微波中继塔进行“接力”，才能传到远方。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,25,卫星微波,卫星微波利用人造卫星“站得高看得远”的接收和转发，很容易将信号传到远方。理论上，在地球上方只要有三颗高轨道的与地球自旋速度同步的卫星，就可以将信号传到地球上的任何地方。卫星微波缺点是，由于卫星太远，虽然电磁波速度为每秒30万公里，但电磁波一上一下，也需要较长时间，用户会感觉到有明显的延时。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,26,4.通信接口部件网卡（NIC）,每一台上网的服务器或工作站上都必须
12、安装网卡，才能进行网络通信，实现网络存取。主要功能是：服务器与工作站之间发送和接收数据。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,27,4.通信接口部件（Cont.）,中继器（Repeater）又称转发器、重发器，工作在物理层。由于信号在媒体上传输时，其幅度将会不断地衰减，信号只能传输有限的距离。中继器就是用于扩展传输距离，其功能是对从一条电缆上接收的信号进行再生放大，以补偿信号的衰减，并发送到另一条电缆上。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,28,4.通信接口部件（Cont.）,集线器（Hub）又称集中器，它能将多条电缆接收到的信号发送到另一条电缆上。网桥（Brid
13、ge）又称桥接器，当两个相同类型或不同类型的局域网需要连接时可用网桥实现。网桥工作在数据链路层。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,29,4.通信接口部件（Cont.）,交换机（Switch）用于连接几个独立的局域网或把大的网络分段成许多较小的、阻塞更小的局域网，按需要在局域网之间交换信息，使局域网整体带宽得到成倍提高。路由器(Router)当有两个以上同类网络互联时，应选择路由器。路由器不仅具有网桥的全部功能，还具有路径的选择功能。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,30,4.通信接口部件（Cont.）,网关(Gateway)也称信关，用于互联异种网络（即不同
14、类型的网络）。当局域网与广域网相连或广域网与广域网相连时，应配置网关。网关除了具有路由器的全部功能外，还要承担异种网之间不同协议的转换。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,31,3.3.2 计算机网络软件,包括网络OS、通信软件和网络通信通信协议。1.通信协议 为了实现计算机网络中不同主机之间、不同操作系统之间的通信，而规定的网络全体成员必须共同遵守的一系列规则和约定。网络协议的关键要素(1)语法:是指数据的结构或格式(2)语义:是指发送数据中每一部分的含义(3)时序:是指数据何时发送和发送速率等。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,32,2.OSI七层协议模型
15、,国际标准化组织（ISO）1977年提出了开放系统互连（OSI）的七层参考模型。,计算机A,计算机B,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,33,2.OSI七层协议模型,7层之中，l3层接近硬件，47层则以软件实现为主。一台计算机的某一层与另一台计算机的同一层对话，所使用的规则和约定集合起来称为网络的某一层协议。在通信时，高层的数据和控制信息传递给相邻的下一层，一层一层直至最底层；通过物理线路传到对方后，再一层一层还原。最底层实现的是真实的通信，各层之间实现的是虚拟通信。层和协议的集合构成了网络体系结构。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,34,3.TCP/IP体系
16、结构,目前在因特网中主要采用TCP/IP结构。它将网络体系结构分为四层，即网络接口层、互联层、传输层和应用层。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,35,3.TCP/IP网络接口层,这是最低一层，包含各种逻辑链路控制和媒介访问协议，例如各种局域网协议、广域网协议等。该层的作用是接收数据并通过特定网络传输。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,36,3.TCP/IP互联层,负责主机之间的通信，即将上面传输层的数据分组装入到本层的数据分组（又称IP数据报）中，IP数据报是可变长度的，包含两个部分，即报文头和数据。除定义数据分组格式外，还具有路由选择和拥塞控制。,2023
17、/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,37,3.TCP/IP传输层,负责点到点的应用实体之间的通信，其中TCP协议是一种可靠的、面向连接的协议，保证主机之间有可靠的数据传输。,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,38,3.TCP/IP应用层,主要向用户提供一组常用的协议：简单电子邮件协议（SMTP）超文本传输协议（HTTP）远程登录协议（TELNET）文件传输协议（FTP）域名服务（DNS),2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,39,4.网络操作系统,定义：实现网络通信的有关协议以及为网络中各类用户提供网络服务的软件的集合，其主要目标是使用户能通过网络上各个计算机站点去方便而高效地享用和管理网络上的各类资源（数据信息资源，软、硬件资源）。目前最为流行的网络操作系统有UNIX，Windows NT和Novell Netware。,返回,作业,参见elearning网站,2023/3/18,计算机科学与工程系基础教研室,40,
