【教学课件】第1章计算机网络基础.ppt

《【教学课件】第1章计算机网络基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【教学课件】第1章计算机网络基础.ppt（91页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1章 计算机网络基础,第1章 计算机网络基础,主要内容：计算机网络的形成与发展，计算机连网的作用，计算机网络定义，计算机网络的分类，计算机网络的组成与结构，计算机网络的拓扑结构，数据通信基础，传输介质，双绞线的制作。重点与难点：计算机连网的作用，计算机网络定义，计算机网络的分类，数据通信的基本概念，双绞线的制作。,1章 计算机网络基础,第1章 计算机网络基础,1.1 计算机网络概述1.2 计算机网络的分类1.3 计算机网络的组成与结构1.4 数据通信基础1.5 项目实践,Return,1章 计算机网络基础,1.1 计算机网络概述,计算机网络发展历史 计算机网络是计算机技术与通信技术发展的产物，

2、并在社会的需求和用户的应用促进下发展起来的。1968年，美国国防部高级研究计划局（ARPA）与麻省剑桥的BBN公司签订协议，进行计算机之间的远程互连研究，研究的成果出现了著名ARPANET。ARPANET的出现标志了世界上第一个计算机网络的诞生。,1章 计算机网络基础,1.1.2 计算机网络发展的3个阶段,1、面向终端的计算机网络 以单个计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端的计算机网络。,1章 计算机网络基础,2计算机计算机网络,1章 计算机网络基础,3开放式标准化的网络,1章 计算机网络基础,1.1.3 计算机连网的作用,1、计算机网络定义 计算机网络就是利用通信线路和设备，将分散在不同

3、地点、并具有独立功能的多个计算机系统互连起来，按照网络协议，在功能完善的网络软件支持下，实现资源共享和信息交换的系统。,1章 计算机网络基础,1章 计算机网络基础,2、计算机连网的作用 连网的主要目的是资源共享，相互通信，提高可靠性，便于集中管理。（1）共享硬件资源 1）共享服务器资源 2）共享打印机资源 3）访问其它系统上的资源,1章 计算机网络基础,1章 计算机网络基础,（2）共享件资源 1）共享软件包 2）共享数据（3）通信应用 1）传输文件 2）使用电子邮件,返回本章首页,1章 计算机网络基础,按网络覆盖范围分类 按照其覆盖的地理范围，计算机网络可以分为广域网（WAN,wide are

4、a network）、城域网（MAN,metropolitan area network）和局域网（LAN，local area network）。,1.2 计算机网络的分类,1章 计算机网络基础,1局域网 局域局：简称LAN，通常在地域上位于园区或者建筑物内部的有限范围内。,1章 计算机网络基础,2城域网 城域网：简称MAN，在地理域分布上比LAN更广。,1章 计算机网络基础,3广域网 广域网：简称WAN，用于连接同一国家、不同国家间甚至洲际间的局域网和城域网。,1章 计算机网络基础,1章 计算机网络基础,1对等网络 对等网表示网络中各主机的地位完全相同。同等地位即网络中没有客户机（Clie

5、nt）和服务器（Server）的区别，网络中的每一台计算机既可充当工作站的角色，又可以充当服务器角色，它们分别管理着自己的用户信息，在不同的主机间相互访问时都要做身份认证。,1.2.2 按网络操作类型分类,1章 计算机网络基础,1章 计算机网络基础,2.客户机/服务器网络 在客户机/服务器网络中，主机之间的通信是依照请求/响应模式进行的。当客户机需要访问集中管理的数据资源或者请求特的网络服务时，首先向一台管理资源或者提供服务的网络发出请求，该服务器收到请求后，对客户端用户的身份和权限认证并做出适当响应。,1章 计算机网络基础,1章 计算机网络基础,1.2.3 按网络传输方式分类,1.点对点网络

6、 点对点网络中两点之间都有一条独立的连接，信息是一点一点逐点传输的。,1章 计算机网络基础,2.广播网络 与点对点网络相反，广播网络中并不需要在任一对主机间建立独立的连接，所有的信道都共享一个信道，网络中一点发送信息，网上其它的结点都能同时听到该消息。,1章 计算机网络基础,1.2.4 按网络的逻辑功能分类,按网络的逻辑功能分类，计算机网络可分为资源子网和通信子网。资源子网和通信子网是一种逻辑上的划分，它们可能使用相同设备或不同的设备。如在广域网环境下，由电信部门组建的网络常被理解为通信子网，仅用于支持用户之间的数据传输；而用户部门之间的入网设备则被认为属于资源子网的范畴。在局域网环境下，网络

7、设备同时提供数据传输和数据处理的能力，因此只能从功能上对其中的软硬件部分进行这种划分。,1章 计算机网络基础,1.2.5 按网络的拓扑结构分类,按网络的拓扑结构分类，计算机网络可分为总线型网络、环型网络、星型网络、树型网络和网状型网络等。,1章 计算机网络基础,1.2.6 按网络具体传输介质分类,按网络具体传输介质分类，计算机网络可分为双绞线网络、同轴电缆网络、光纤网络、微波网络和卫星网络等。有关网络传输介质的内容，将在本章项目实践中介绍。,1章 计算机网络基础,1.2.7 按网络的应用范围和管理性质分类,按网络的应用范围和管理性质分类，计算机网络可分为公用网和专用网。校园网、企业网等都属于专

8、用网的范畴。,1章 计算机网络基础,1.2.8 按网络的交换方式分类,按网络的交换方式分类，计算机网络可分为电路交换网、报文换网、分组交换网、帧中继交换网、ATM交换网和混合交换网。,返回本章首页,1章 计算机网络基础,1.3 计算机网络的组成与结构,1.3.1 计算机网络的组成部分一个典型的网络应包含以下4个部分：（1）服务器：为多个网络用户提供共享资源的设备。（2）客户机（工作站）：使用服务器上共享资源的计算机。（3）网络通信系统：连接客户机和服务器的设备。（4）网络操作系统：管理网络操作的系统软件。,1章 计算机网络基础,1.3.2 计算机资源子网与通信子网,从计算机网络组成的角度来看，

9、典型的计算机网络按其功能可分为“资源子网”和“通信子网”两部分，图1.4表示了计算机网络的组成结构。,1章 计算机网络基础,1、计算机资源子网1）资源子网的组成资源子网由拥有资源的主计算机、请求资源的用户终端、终端控制器、联网的外部设备、各种软件资源与信息资源等组成。2）资源子网基本功能资源子网负责全网的数据处业务，并向网络用户提供各种网络资源与网络服务，如校园网和企业网的交换机、服务器、工作站。,1章 计算机网络基础,2计算机通信子网1）通信子网的组成通信子网按功能可以分为数据交换和数据传输两部分；通信子网由通信控制处理机（现在一般为路由器）、通信线路与其他通信设备组成。如电信组建的通信网。

10、2）通信子网的功能通信子网提供网络通信功能，完成全网主机之间的数据传输、交换、控制和变换等通信任务，负责全网的数据传输、转发及通信处理等工作。,返回本章首页,1章 计算机网络基础,1.4 数据通信基础,1.4.1 数据通信的基本概念 1信息、数据和信号 信息（Information）则是客观事物在人脑中的反映。数据（Data）是由数字、字符和符号等组成，可以用来描述任何概念和事务，是信息的载体。,1章 计算机网络基础,信号（Signal）是数据的具体物理表示，具有确定的物理描述，如电压、磁场强度等。在电路或光路中，信号就具体表示数据的电编码或光编码。,1章 计算机网络基础,数字信号：电脉冲序列

11、。模拟信号：连续变化的电信号。,1章 计算机网络基础,2.数据通信的单位 比特、码元、帧、分组、报文,1章 计算机网络基础,3.数据通信的主要技术指标 数据通信的主要技术指标是衡量数据传输的有效性和可靠性的参数。有效性主要由数据传输数据速率、调制速率、传输延迟、信道带宽和信道容量来衡量；可靠性一般用数据传输的误码率指标来衡量。常用的数据通信的技术指标有以下几种。,1章 计算机网络基础,（1）信道带宽信道就是信号传输的通路。信道带宽：信道可以不失真地传输信号的频率范围。传输模拟信号时，单位为赫（HZ），（如电话信号的标准带宽为300HZ3.4KHZ）传输数字信号时，单位为比特每秒（即信道能够达到

12、的最大数据传输速率，位速率），以位/秒(bit/s)表示，简记bps。,1章 计算机网络基础,（2）传输速率 数据传输速率（bps）：数据传输速率是指信道在单位时间内可以传输的最大比特数。局域网的带宽（最大数据传输速率）一般为10Mbps、100Mbps、1000Mbps、而广域网的带宽一般为64Kbps、2Mbps、155Mbps、2.5Gbps等。,1章 计算机网络基础,调制速率又叫波特率或码元速率，它是数字信号经过调制后的传输速率，表示每秒传输的电信号单元（码元）数，即调制后模拟电信号每秒钟变化的次数，它等于调制周期（即时间间隔）的倒数，单位为波特（Baud）。,1章 计算机网络基础,（

13、3）误码率差错率/误码率：描述信道或者数据通信系统（网络）质量的一个指标。是指数据系统正常工作状态下信道上传输比特总数与其中出错比特数的比值。,1章 计算机网络基础,（4）传输延迟 传输延迟是指由于各种原因的影响，而使系统信息在传输过程中存在着不同程度的延误或滞后的现象。信号从网络的一端传送到另一端所需的时间。,1章 计算机网络基础,1.4.2 数据传输、数据编码和调制技术,1.数据传输 1）并行通信和串行通信并行通信是指数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。,1章 计算机网络基础,串行通信是指数据以串行方式在一条信道上传输。,1章 计算机网络基础,2)异步传输与同步传输 串行通信中采

14、用两种同步方式：异步传输和同步传输。在异步传输方式中，每传一个字符都要在前面加一个起始位，在字符代码和校验码后面加一个或两个停止位。,1章 计算机网络基础,同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的帧。在发送一组字符或数据块之前先发一个同步字SYN（01101100）或一个同步字节（01111110），发送数据完毕后，再使用同步字符或字节标识整个发送过程的结束。,1章 计算机网络基础,3）单工通信、半双工通信和全双工通信 单工通信，又称单向通信，在通信线路上，数据只能按一个方向的通信，而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播或计算机主机与显示器之间以及电视广播就属于这种类型。,1章

15、 计算机网络基础,半双工通信，又称双向交替通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（或同时接收），这种通信方式往往是一方发送另一方接收。,1章 计算机网络基础,全双工通信，又称双向同时通信，即通信双方可以同时发送和接收信息。如1.19所示。如电话机通话。,1章 计算机网络基础,2.数据的编码和调制技术（1)数字数据的编码 利用数字通信信道直接传输数字信号的方法称为基带传输，可达到很高的数据传输速率和系统效率，编码方式有三种 1）不归零制编码：用两个不同的电平表示0和1。2）曼彻斯特（Manchester）编码：在每个时钟周期产生一个跳变，由高向低表示1，由低向高表示0。3）差分曼彻

16、斯特编码：在每个时钟周期产生一个跳变，码元为1，开始时刻不跳变，码元为0，开始时刻产生跳变。,1章 计算机网络基础,1章 计算机网络基础,（2）数字数据的调制 通过调制振幅、频率和相位等载波特性或者这些特性的某种组合，来对数字数据进行编码。最基本的数字数据模拟信号调制方式有以下三种：（1）幅移键控方式（ASK，Amplitude-Shift Keying）（2）频移键控方式（FSK，Frequency-Shift Keying）（3）相移键控方式（PSK，Phase-Shift Keying）(绝对相移和相对相移),1章 计算机网络基础,1章 计算机网络基础,1.4.3 多路复用技术,利用一条

17、物理信道同时传输多路信号的过程称为多路复用。多路复用技术能把多个信号组合在一条物理信道上进行传输，使多个计算机或终端设备共享信息资源，提高信道的利用率。实现多路复用功能的设备叫多路复用器，简称多路器。,1章 计算机网络基础,1章 计算机网络基础,1、频分多路复用（FDM）在数据通信或计算机网络系统中，将一条较大带宽的信道划分为若干个频率范围，将多路信号分别调制到各个频率范围中，在线路上同时进行传输的技术称为信道的频分多路复用。,1章 计算机网络基础,2、时分多路复用（TDM）TDM是将物理信道的传输时间划分为许多个短的时间片，轮流分配给多个信源来使用公共线路。时分多路复用 又可分以下两种：同步

18、时分多路复用：时间片预先分配好，固定不变。异步时分多路复用：动态分配传输介质的时间，效率更高。时分多路复用不仅可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。对模拟信号还可把频分多路复用和时分多路复用结合起来使用。,1章 计算机网络基础,1章 计算机网络基础,同步时分多路复用的原理图,1章 计算机网络基础,异步时分多路复用的原理图,1章 计算机网络基础,3.波分多路复用 波分多路复用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)技术是频率分割技术在光纤媒体中的应用，它主要用于全光纤网组成的通信系统中。所谓波分多路复用是指在一根光纤上能同时传送多个波长不同的光载波的复用技术。

19、,1章 计算机网络基础,图1.35波分多路复用的原理图,1章 计算机网络基础,4.码分多路复用 码分多路复用（CDM）又称为码分多址(CDMA,Coding Division Multiplexing Access)。是一种用于移动通信系统的新技术，笔记本电脑和掌上电脑等移动性计算机的连网通信将会大量使用码分多路复用技术。码分多路复用技术的基础是微波扩频通信。CDM就是利用扩频通信中的不同码型的扩频码之间的相关性，为每个用户分配一个扩频编码，以区别不同的用户信号。,1章 计算机网络基础,1.4.4 信息交换技术,交换技术：数据如何通过通信子网，实现资源子网中两台连网计算机间的数据交换。交换方式

20、有：,1章 计算机网络基础,1、线路交换 使用线路（电路）交换（Circuit Switching）方式，就是通过网络中的节点在两个站之间建立一条专用的通信线路。最普通的线路交换例子是电话系统。线路交换方式的通信包括三种状态：（1）线路建立（2）数据传送（3）线路拆除,1章 计算机网络基础,1章 计算机网络基础,2、存储转发交换1）存储转发的基本概念 存储转发交换(store-and-forward exchanging)方式与线路交换方式的主要区别表现在以下两个方面：发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元(报文或报文分组)进入通信子网；通信子网中的结点是通信控制处

21、理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。,1章 计算机网络基础,存储转发交换方式可以分为两类：报文交换(message exchanging)与报文分组交换(packet exchanging)。因此，在利用存储转发交换原理传送数据时，被传送的数据单元相应可以分为两类：报文(message)与报文分组(packet)。,1章 计算机网络基础,报文分组通常也称为分组，报文与报文分组结构的区别如图1.38所示,1章 计算机网络基础,2）报文交换 报文交换不需要在两个站点之间建立一条专用通路，其数据传输的单位是报文（站点一次发送的数据块），长度可变。传送过程采用存储转发方式，

22、即发送站在发送一个报文时，把目的地址附加在报文上，途经的网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，通过逐个节点转送直到目的站点。电子邮件的传递、电报通信就是使用拆报文交换。,1章 计算机网络基础,3）分组交换 分组交换（Packet Switching）试图兼有报文交换和线路交换的优点，而使两者的缺点最少。分组交换与报文交换的工作方式基本相同，形式上的主要差别在于，分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度。,1章 计算机网络基础,如何管理这些分组流呢?目前有两种方法：数据报和虚电路。(1)数据报方式。在数据报中，每个数据包被独立地处理，就像在报文交换中每个报文被独立地处理那样，

23、每个节点根据一个路由选择算法，为每个数据包选择一条路径，使它们的目的地址相同,1章 计算机网络基础,1章 计算机网络基础,数据报的特点如下：同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网。同一报文的不同分组到达的节点可能出现乱序、重复或丢失现象。每一个报文在传输过程中都必须带有源节点地址和目的节点地址。使用数据报方式时，数据报文传输延迟较大，适用于突发性通信，但不适用于长报文、会话式通信。,1章 计算机网络基础,（2）虚电路方式 在虚电路中，数据在传送以前，发送和接收双方在网络中建立起一条逻辑上的连接，但它并不是像电路交换中那样有一条专用的物理通路，该路径上各个节点都有缓冲装置，服从于这条

24、逻辑线路的安排，也就是按照逻辑连接的方向和接收的次序进行输出排队和转发，这样每个节点就不需要为每个数据包作路径选择判断，就好像收发双方有一条专用信道一样。,1章 计算机网络基础,1章 计算机网络基础,3、三种数据交换技术总结如下：（1）线路交换：在数据传送之前需建立一条物理通路，在线路被释放之前，该通路将一直被一对用户完全占有。（2）报文交换：报文从发送方传送到接收方采用存储转发的方式。（3）分组交换：此方式与报文交换类似，但报文被分成组传送，并规定了分组的最大长度，到达目的地后需重新将分组组装成报文。,1章 计算机网络基础,1章 计算机网络基础,1.4.5 差错控制,1、传输差错的性质 在通

25、信线路上传输信息时，往往由于噪声或瞬时中断等干扰，使接收端收到的信息出现概率性错码。常用误码率来表示错码的程度。误码率可表示为：,错误接收的码元数 Pe=-接收的码元数,在计算机通信网中，通常要求误码率应在10-510-9之间。信道噪声分为热噪声与冲击噪声，冲击噪声是引起传输差错的主要原因。,1章 计算机网络基础,2.差错控制机制 最常用的差错控制方法是差错控制编码。数据信息位在向信道发送之前，先按照某种关系或算法附加上一定的冗余位，构成一个字码后再发送，这个过程称为差错控制编码过程。接收端收到该字码后，检查信息位和附加的冗余位之间的关系，以检查传输过程中是否有差错发生，这个过程称为检验过程。

26、差错控制编码可分为检错码和纠错码。检错码：能自动发现差错的编码。纠错码：不仅自动发现差错而且能自动纠正差错的编码。,1章 计算机网络基础,差错控制方法分两类，一类是自动请求重发ARQ，一类是向前纠错FEC。接收端可以通过检错码检查传送一帧数据是否正确，一旦发现传输错误，则通常采用反馈重发(ARQ，automatic request for repeat)方法来纠正。,1章 计算机网络基础,接收端可以通过检错码检查传送一帧数据是否正确，一旦发现传输错误，则通常采用反馈重发(ARQ，automatic request for repeat)方法来纠正。,1章 计算机网络基础,3、差错检测码,提高数

27、据传输质量的方法有两种：第一种方法是，改善通信线路的电性能，使错码出现的概率降低到满足系统要求的程度。但这种方法受经济上和技术上的限制，达不到理想效果。第二种方法是，虽然传输中不可避免地出现某些错码，但可以将其检测出来，并用某种方法纠正检出的错码，以达到提高实际传输质量的目的。第二种方法最为常用，就是采用抗干扰编码和纠错编码。目前广泛采用的有奇偶校验码和循环冗余码等。,1章 计算机网络基础,（一）奇偶校验 奇偶校验（VRC）。它是以字符为单位的校验方法，是最简单的一种校验方法。它在每个字符编码的后面（或最前面），另外增加一个二进制位，该位叫做校验位。其主要目的是使整个编码中1（或0）的个数成为

28、奇数或偶数。如果使编码中1的个数成为奇数则叫做奇校验，反之，则叫做偶校验。,1章 计算机网络基础,奇偶校验有以下三种：（1）、垂直奇偶校验例如：字符1 1 0 1 0 0 1 0 字符2 1 0 0 0 0 0 1 字符3 1 0 0 1 1 0 0 字符4 1 0 1 0 0 0 0 字符5 1 0 0 1 0 0 0 字符6 1 0 0 0 0 1 0-校验位（奇校验）1 1 1 1 0 1 0,1章 计算机网络基础,（2）、水平奇偶校验例如：校验位（奇校验）字符1 1 0 1 0 0 1 0 0 字符2 1 0 0 0 0 0 1 1 字符3 1 0 0 1 1 0 0 0 字符4 1

29、0 1 0 0 0 0 1 字符5 1 0 0 1 0 0 0 1 字符6 1 0 0 0 0 1 0 1,1章 计算机网络基础,（3）、水平垂直奇偶校验（方块校验）例如：校验位（奇校验）字符1 1 0 1 0 0 1 0 0 字符2 1 0 0 0 0 0 1 1 字符3 1 0 0 1 1 0 0 0 字符4 1 0 1 0 0 0 0 1 字符5 1 0 0 1 0 0 0 1 字符6 1 0 0 0 0 1 0 1-校验位（奇校验）1 1 1 1 0 1 0 1,1章 计算机网络基础,(三)、循环冗余校验CRC 该办法是把整个数据块当作一串连续的二进制数据。从代数结构来说，这可以看作是

30、一报文码多项式。例如，110001有6位，表示成多项式是x5+x4+x0。它的6个多项式系数分别是1,1,0,0,0和1。,1章 计算机网络基础,求循环冗余校验CRC码的方法:(1)发送方和接收方必须事先商定一个生成多项式G(x)，生成多项式的高位和低位必须是1，常用的生成多项式有G(X)=X4+X3+1、G(X)=X5+X4+X2+1、G(X)=X16+X12+X5+1等，生成多项式必须比报文码多项式短。(2)把要发送的报文写成一个多项式f(x)。(3)求循环冗余校验码R(x):R(x)为xkf(x)/G(x)的余数。,1章 计算机网络基础,(4)将校验码跟在报文码之后一同发送出去。(5)在

31、接收端，把接收到的报文码再用同一个生成多项式G（X）来除，如在传送过程中无差错，则应该除尽，即余数应为0，若除不尽，则说明传输过程中有差错，应要求对方重新发送一次。,1章 计算机网络基础,例：已知要发送的数据帧1010001101和G(X)=X5+X4+X2+1,计算CRC校验码。解：f(x)=X9+X7+X3+X2+1 k=5 xkf(x)=X14+X12+X8+X7+X5 求得xkf(x)/G(x)的余数 R(x)=X3+X2+X 冗余码为 01110 传输的帧T（x）为：101000110101110 接收端用接收到的数据去除G(x)，余数应为0。采用CRC校验后，其误码率比水平垂直奇偶校验码可再降低13个数量级，故在数据通信系统中应用较多。,返回本章首页,1章 计算机网络基础,返回本章首页,X9+X8+X6+X4+X2+X X5+X4+X2+1 X14+X12+X8+X7+X5 X14+X13+X11+X9 X13+X12+X11+X9+X8+X7+X5 X13+X12+X10+X8 X11+X10+X9+X7+X5 X11+X10+X8+X6 X9+X8+X7+X6+X5 X9+X8+X6+X4 X7+X5+X4 X7+X6+X4+X2 X6+X5+X2 X6+X5+X3+X X3+X2+X,