第7章 計算機網絡基礎知識

1、成都東軟學院(xuyun)大學計算機基礎共六十五頁7.1 計算機網絡的概念與分類7.2 計算機網絡的組件(z jin)7.3 TCP/IP協(xié)議7.4 無線網絡7.5 移動通信網絡7.6 移動互聯網第7章 計算機網絡基礎知識共六十五頁計算機網絡無處不在信息技術應用的核心-計算機網絡網上新聞、網上購物、電子郵件、網絡社區(qū)等等網絡技術已成為21世紀人們生存與發(fā)展(fzhn)所必須具備的基本技能共六十五頁當前(dngqin)流行技術 Internet, QQ, VoIP, IPTV, ADSL LAN, Wireless-LAN, WIFI 移動互聯,IOS,安卓 3G, 4G, 藍牙 黑客, 病毒,

2、 木馬 淘寶, 物流, 電子商務 P-2-P, 云計算(j sun), 大數據 共六十五頁7.1.1 計算機網絡的基本概念 將地理位置不同(b tn)且具有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)通過通信線路和通信設備相互連接在一起、由網絡操作系統(tǒng)和協(xié)議軟件進行管理、能實現資源共享的系統(tǒng)稱為計算機網絡。共六十五頁最簡單的計算機網絡 雙絞線（交叉線）將兩臺微機通過(tnggu)網卡進行連接，如下圖所示。 線纜直接(zhji)連接計算機 共六十五頁7.1.2 計算機網絡的分類(fn li) 計算機網絡的分類方法如下(rxi)：（1） 按網絡覆蓋的地理范圍分類。（2） 按網絡的拓撲結構分類。（3） 按傳輸介質分類。

3、共六十五頁局域網(LAN)城域網(MAN) 廣域網(WAN)國際(guj)互聯網（Internet） （1）按網絡覆蓋的地理(dl)范圍分類 共六十五頁1. 局域網 LAN（Local Area Network） 局域網是一種小范圍（例如：辦公室、大樓和方圓幾公里遠的地域）的以實現資源共享為基本目的而組建(z jin)的計算機網絡，其本質特征是分布距離短、數據傳輸速度快。較低速的局域網傳輸數據的速度大約為10Mb/s100Mb/s, 較高速的局域網傳輸數據的速度可達1000Mb/s10Gb/s。共六十五頁下圖所示的是一組相對(xingdu)功能較強的局域網交換機：共六十五頁局域網的主要特點如下

4、：(1) 網絡覆蓋的地理(dl)范圍較小，一般在幾十米到幾十千米。(2) 傳輸速率高，目前已達到10Gbps。(3) 誤碼率低。(4) 拓撲結構簡單，常用的拓撲結構有總線型、星型和環(huán)型等。(5) 局域網通常歸屬于一個單一的組織管理。共六十五頁2. 廣域網 WAN（Wide Area Network） 廣域網是遠距離、大范圍的計算機網絡，覆蓋范圍一般是幾百公里幾千公里的廣闊地理區(qū)域，其主要作用是實現遠距離計算機之間的數據傳輸和信息共享，并且通信線路大多租用公用通信網絡（如公用電話網PSTN）。 廣域網上的信息量非常(fichng)大，共享的信息資源極為豐富，但數據的傳輸速率較低，比局域網更容易發(fā)

5、生傳輸差錯。共六十五頁下圖所示的是一個(y )WAN示意圖：共六十五頁廣域網的主要特點如下：(1)覆蓋的地理區(qū)域(qy)大，通常由幾千米到幾萬千米，網絡可跨越市、地區(qū)、省、國家、州，甚至全球。(2)廣域網連接常借用公用通信網。(3）傳輸速率一般比局域網慢。(4）網絡拓撲結構比較復雜共六十五頁3. 城域網MAN（Metropolitan Area Network） 城域網是一種大型的LAN。它的覆蓋范圍介于LAN和WAN之間城域網的設計目標是要滿足幾十千米范圍內的大量企業(yè)、機關、公司等多個局域網互連的需求，以實現大量用戶之間的數據、語音、圖形與視頻等多種信息的傳輸功能。目前城域網的發(fā)展越來越接近

6、局域網，通常采用局域網和廣域網技術構成(guchng)寬帶城域網。共六十五頁廣域網、城域網、接入網以及(yj)局域網的關系 城域網城域網接入網接入網接入網接入網接入網接入網廣域網局域網局域網校園網企業(yè)網共六十五頁4. 互聯網（Internet） Internet并不是一種具體的網絡技術，它是將同類(tngli)和不同類(tngli)的物理網絡（局域網、廣域網、城域網）通過某種協(xié)議互聯起來的一種高層技術。 共六十五頁使用路由器可以把不同(b tn)的計算機網絡互連起來網絡網絡網絡網絡網絡網絡網絡路由器路由器路由器路由器路由器路由器 互連網(互聯網)由許多(xdu)網絡通過路由器互連而成 互連網(

7、互聯網)是：“網絡的網絡”互連網共六十五頁不同(b tn)類型網絡之間的比較網 絡 種 類覆 蓋 范 圍分 布 距 離局域網房間10m建筑物100m校園1km廣域網國家100km以上城域網城市10km以上國際Internet洲或洲際1000km以上共六十五頁（2）按網絡的拓撲(tu p)結構分類 按網絡的拓撲結構(jigu)分類，可以把網絡分為： 總線型、環(huán)型、星型、樹型和網狀型網絡。 共六十五頁網絡的物理拓撲：計算機、電纜或光纜、集線器、交換機、路由器以及其他(qt)網絡組件的物理布局。計算機網絡的拓撲(tu p)結構共六十五頁1.總線型結構(jigu)網絡共六十五頁 這種結構的典型代表就是

8、使用粗、細同軸電纜所組成的以太網。特點(tdin)如下：結構簡單，易于擴展。共享能力強，便于廣播式傳輸。網絡響應速度快，負荷重則性能迅速下降；易于安裝，費用低。網絡效率和帶寬利用率低。采用分布控制方式，各節(jié)點通過總線通信。各工作節(jié)點平等，都有權爭用總線，不受某節(jié)點仲裁。共六十五頁2.星形結構(jigu)共六十五頁中心節(jié)點的設備： 集線器（HUB）、中繼器、交換機。星型結構的主要特點如下： 結構簡單，便于管理和維護。 容易實現結構化布線。 星型結構的網絡容易擴展、升級。 通信線路專用(zhunyng)，電纜成本高。 星型結構的網絡由中心節(jié)點控制與管理，中心節(jié)點的可靠性基本上決定了整個網絡的可靠性

9、，中心節(jié)點一旦出現故障，會導致全網癱瘓。 中心節(jié)點負擔重，易成為信息傳輸的瓶頸。共六十五頁3.樹形結構(jigu)共六十五頁 樹型拓撲結構是從總線型和星型演變而來的。在樹型拓撲結構中，頂端有一個根節(jié)點，它帶有分支，每個分支還可以有子分支，其幾何形狀像一棵倒置的樹，故得名樹型拓撲結構。 樹型拓撲結構的主要特點如下： 天然的分級結構，各節(jié)點按一定的層次連接。 易于擴展。 易進行故障隔離，可靠性高。 對根節(jié)點的依賴性大，一旦根節(jié)點出現故障，將導致全網癱瘓。 電纜(dinln)成本高。共六十五頁4.環(huán)形(hun xn)結構共六十五頁環(huán)型拓撲結構的主要特點(tdin)如下： （1）各工作站間無主從關系，

10、結構簡單。 （2）信息流在網絡中沿環(huán)單向傳遞，延遲固定，實時性較好。 （3）兩個節(jié)點之間僅有惟一的路徑，簡化了路徑選擇。 （4）可靠性差，任何線路或節(jié)點的故障，都有可能引起全網故障，且故障檢測困難。 （5）可擴充性差。共六十五頁5.網狀型 網狀型拓撲(tu p)結構又稱完整結構。在網狀型拓撲(tu p)結中,網絡節(jié)點與通信線路互連成不規(guī)則的形狀，節(jié)點之間沒有固定的連接形式。一般每個節(jié)點至少與其他兩個節(jié)點相連。 網狀拓撲(tu p)結構 CERNET主干網拓撲結構 共六十五頁不管哪一種計算機網絡都可以用一朵云來(yn li)表示計算機網絡計算機網絡計算機網絡計算機網絡共六十五頁 組建計算機網絡，

11、最關鍵的是選擇采用什么樣的傳輸介質和網絡連接設備，這些選擇不僅關系到計算機網絡的性能，而且(r qi)關系到組建網絡的成本。 1.雙絞線 2.光纜 3.網卡 4.集線器,中繼器和路由器 5.交換機7.2 網絡傳輸設備(shbi)與介質共六十五頁7.2.1 傳輸(chun sh)介質雙絞線雙絞線由螺旋狀扭在一起的兩根絕緣導線(doxin)組成-減少線對之間的電磁干擾 。 UTP和STP雙絞線 共六十五頁屏蔽(pngb)雙絞線 (STP) 非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔、金屬絲網屏蔽(pngb)以減少干擾和串音雙絞線外沒有任何附加屏蔽共六十五頁同軸電纜(tn zhu din ln)同軸電纜由同心的內

12、外導體、電絕緣體、屏蔽層、保護外套組成。 基帶同軸電纜通常用來傳輸數字信號，速率最高可達10Mbps。 寬帶同軸電纜用來傳輸CATV有線電視模擬信號。其帶寬(di kun)可達750MHz以上，通常利用FDM技術。銅芯絕緣層銅絲網屏蔽層塑料保護套共六十五頁光纖由能傳導光波的石英玻璃纖維外加保護層構成的。高密度多芯光纜剖面(pumin)結構纖芯包層外套加強芯光纖外護套加強芯光纖束光纜共六十五頁光線(gungxin)在光纖中的折射 折射角入射角 包層（低折射率的玻璃纖維） 包層（低折射率的玻璃纖維） 纖芯（高折射率的玻璃纖維） 包層纖芯 光線從高折射率媒體射向低折射率媒體時，折射角大于入射角。因此

13、，當入射角足夠大時就會出現全反射，即光線碰到包層時會折射回纖芯。這個過程(guchng)不斷重復，不斷地全反射，光也就沿著光纖傳輸下去。共六十五頁7.2.2網卡 網卡(Network Interface Card，NIC)也叫網絡(wnglu)適配器，是連接計算機與網絡(wnglu)的硬件設備。 網卡插在計算機或服務器擴展槽中，通過網絡線（如雙絞線、同軸電纜或光纖）與網絡交換數據、共享資源。共六十五頁 交換機是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉發(fā)(zhun f)數據包功能的網絡設備；7.2.3 交換機共六十五頁 路由器用于連接各種不同的網絡，當一個數據包傳送到網絡路由器時，路由器要決定其下一

14、步往哪里傳送。 要將一個局域網連接到Internet，除了使用某種接入通信(tng xn)技術外，還需要使用路由器。路由器 共六十五頁共六十五頁 Internet給每一臺上網的計算機分配了一個32位長的二進制數字編號，這個編號就是所謂(suwi)的IP地址。IP地址(dzh)的定義7.3 TCP/IP協(xié)議共六十五頁IP 地址(dzh)是寶貴的網絡資源IP 地址的總數：232 = 4 294 967 296 個，接近 43 億個。由于 IP 地址的總數有限，因此 IP 地址是非常寶貴的資源(zyun)。需要使用大量 IP 地址的單位必須向有關機構進行申請。考慮到 IP 地址不久會用盡，因此現在已

15、考慮對 IP 協(xié)議進行版本升級，即從現在的 IPv4 升級到新的版本 IPv6。共六十五頁二、IP 地址的表示(biosh)方法二進制點分十進制共六十五頁IP 協(xié)議規(guī)定：IP 地址是 32 位二進制數字：11001010011011001111100111001110為方便閱讀和從鍵盤上輸入，可把每 8 位二進制數字轉換成一個十進制數字，并用小數點隔開06這就是“點分十進制”記法。我們從鍵盤上輸入點分十進制的 IP 地址，計算機就把它轉換(zhunhun)為32位的二進制數字。共六十五頁域名(y mn)系統(tǒng)DNSIP 地址難記憶(jy)，又很難從鍵盤輸入。事實：人不擅長于記憶長串數字。但記憶名

16、字卻比較容易。因此想到把 IP 地址變成名字。因特網設立專門的機構管理名字：采用分級管理名字的方法。每一級的名字都是各不相同的。共六十五頁 因特網的域名(y mn)舉例四級域名.三級域名.二級域名.頂級域名萬維網東軟教育(jioy)科研中國共六十五頁頂級域名域名類型com商業(yè)組織edu教育機構gov政府部門int國際組織mil軍事部門net網絡支持中心org各種非贏利性組織國家代碼各個國家共六十五頁7.3.3 TCP/IP協(xié)議(xiy)TCP是傳輸控制協(xié)議，IP是互聯網協(xié)議，TCP/IP協(xié)議族的出現是為了讓不同廠商的計算機能夠彼此通訊而建立的一個(y )通訊協(xié)議標準集。所有接入Internet

17、的計算機必須使用TCP/IP協(xié)議。共六十五頁7.4 無線網絡除大多數常用的有線網絡外，還有各種不需要有線電纜就可以進行信息傳輸的技術，這些(zhxi)都被稱為無線網絡。共六十五頁無線技術使用電磁波在設備之間傳輸(chun sh)信息。具有不同的波長和頻率電磁頻譜有不同的能量范圍 伽馬射線X射線紫外線可見光紅外線雷達電視和FM廣播短波Am廣播波長（米）10-14-10-1210-12-10-1010-10-10-810-8-10-610-6-10-410-4-10-210-2-11-102102-104共六十五頁紅外線其中在光譜中波長自0.76至400微米的一段稱為紅外線（IR）近距離視線范圍內

18、的通訊載波最典型的應用就是電視機的遙控器 優(yōu)點：成本低、傳播(chunb)范圍和方向及距離可以控制、不產生電磁輻射干擾，也不受干擾等等 只支持一對一的通信 共六十五頁射頻(sh pn)（RF） 射頻(sh pn)（RF）是Radio Frequency的縮寫，頻率范圍從300KHz30GHz之間。其中音頻在300-3400HZ，我國公眾調頻廣播使用87-108MHz頻段，無線電話一般使用902-928MHz頻段，GPS一般使用1.575/1.227 GHz頻段IEEE802.11B/G/N使用2.400-2.4835GHz頻段，藍牙和無繩電話也使用2.400-2.4835GHz頻段，IEEE8

19、02.11A使用5.725-5.850 GHz。 共六十五頁7.4.2 Wi-Fi：802.11Wi-Fi，其實就是 IEEE 802.11b 的別稱是一種短程無線傳輸技術 現在IEEE 802.11 這個 標準(biozhn)已被統(tǒng)稱作Wi-Fi實際上Wi-Fi是無線局 域網聯盟（WLANA） 的一個商標 共六十五頁802.11家族(jiz) IEEE 802.11，1997年，原始標準（2Mbit/s，工作在2.4GHz）。IEEE 802.11a，1999年，物理層補充（54Mbit/s，工作在5GHz）。 IEEE 802.11b，1999年，物理層補充（11Mbit/s工作在2.4G

20、Hz）。在2.4-GHz-ISM頻段共有14個頻寬為22MHz的頻道可供使用。 IEEE 802.11g，2003年，物理層補充（54Mbit/s，工作在2.4GHz）。是802.11b的后繼(huj)標準，與802.11b兼容。 IEEE 802.11n，是WiFi聯盟在802.11a/b/g之后推出的最新無線傳輸標準協(xié)議，于2009年9月11日正式獲得批準通過。由于采用了MIMO（多入多出）與OFDM（正交頻分復用）技術相結合，802.11n可以將WLAN的傳輸速率由目前的54Mbps提高到300Mbps，甚至高達600Mbps，同時提高無線傳輸質量。共六十五頁802.11 體系結構 80

21、2.11體系結構的組成(z chn)包括：無線站點STA（station）無線接入點AP（access point共六十五頁7.4.3 藍牙(ln y)藍牙，是一種支持設備短距離通信（一般(ybn)10m內）的無線電技術。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。 藍牙這個名稱來自于第十世紀的一位丹麥國王。 共六十五頁工作(gngzu)原理 藍牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段。藍牙的數據速率為1Mb/s。時分雙工傳輸方案被用來實現(shxin)全雙工傳輸。使用IEEE802.15協(xié)議。藍牙技術采用跳頻擴展技術（FHS

22、S），跳頻速率為每秒1600次。 為了避免干擾藍牙采用了AFH（Adaptive Frequency Hopping）自適應調頻技術。 共六十五頁工作(gngzu)原理藍牙技術可以支持點到點和點到多點的通信。多個藍牙設備可以組成一個短距離的AD-HOC網絡，稱之為微微網（piconet）。多個微微網可以同時存在在一個區(qū)域，每個網絡使用不同的物理頻段。 藍牙設備有很多標準的功率，因此(ync)不同功率的藍牙設備具有不同的覆蓋范圍。Class3，有效距離是1米Class2，有效距離為10米。Class1，一般用于工業(yè)應用，覆蓋范圍可以達到100米。 共六十五頁7.5.1 蜂窩(fngw)網絡體系結構蜂窩組網是指移動網的組網形狀(xngzhun)像蜂窩一樣。蜂窩技術把一個地理區(qū)域分成若干個小區(qū)，稱作“蜂窩”(即Cell)，蜂窩技術因此而得名。 蜂窩移動通信系統(tǒng)主要是由交換網路子系統(tǒng)（NSS）、無線基站子系統(tǒng)(BSS)和移動臺（MS）三大部分組成 。共六十五頁蜂窩(fngw)網絡第一代移動通信技術（1G）是指最初的模擬、僅限語音的蜂窩電話標準(biozhn)，制定于上世紀8