第1章 計算機網絡基礎知識

《計算機網絡基礎》 《計算機網絡基礎》課程的任務是：1．使學生對計算機網絡從整體上有一個較清晰的了解。2．對當前計算機網絡的主要種類和常用的網絡協(xié)議有較清晰的概念。3．學會計算機網絡操作和日常管理和維護的最基本方法。4．初步掌握以TCP/IP協(xié)議族為主的網絡協(xié)議結構。5．初步培養(yǎng)在TCP/IP協(xié)議工程和LAN上的實際工作能力。6．

了解網絡新技術的新發(fā)展。

課程的性質和任務參考書籍(僅供參考)《計算機網絡教程》 譚浩強主編，王興玲、杜樹杰、劉蘭芳編著 電子工業(yè)出版社《TCP_IPTutorialandTechnicalOverview》Dr.WeiLiu，CarolynMatthews，LydiaParziale，NicolasRosselot，ChuckDavis，JasonForrester，DavidT.Britt/abstracts/gg243376.html?Open《計算機網絡與多媒體應用基礎》 黃云森主編，李智淵主審 清華大學出版社成績評定出勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)(40%±)期末考試(60%±)第1章計算機網絡基礎知識

學習目標

重點難點

課程學習學習目標

通過本章的學習，掌握計算機網絡的定義、功能、分類、組成和網絡實現(xiàn)的基本四大技術內容，數(shù)據(jù)通信的基本概念和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的常用概念與指標，數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋图熬幋a方法，廣域網中的數(shù)據(jù)交換技術，數(shù)據(jù)通信中差錯控制的方法；了解計算機網絡的發(fā)展，計算機網絡的應用，數(shù)據(jù)通信的方式及同步技術，多路復用技術的分類與特點。

重點難點

計算機網絡的定義、功能、特點、邏輯構成與分類計算機網絡四大技術的主要內容、作用與特點數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的概念、模型與指標信號的類型、傳輸、編碼與信道復用技術數(shù)據(jù)通信的方式與差錯處理課程學習1.1計算機網絡概述1.2計算機網絡的實現(xiàn)技術

1.3計算機網絡的數(shù)據(jù)通信基礎

1.1計算機網絡概述1.1.1計算機網絡的發(fā)展

1.1.2計算機網絡的定義、功能和特征

1.1.3計算機網絡的組成與分類

1.1.4計算機網絡的應用

1.1.5我國計算機網絡的發(fā)展與常見縮寫名稱

1.1.1計算機網絡的發(fā)展

1.遠程終端聯(lián)機系統(tǒng)階段2．計算機網絡形成階段

3.計算機網絡國際標準與互聯(lián)階段4．信息高速公路階段

表1.1網絡發(fā)展階段特性對比表

年代網絡與連接名稱特點1950-1960遠程終端聯(lián)機系統(tǒng)主機-終端模式、CPU單中心處理、RS232等專用通信線路、低速率聯(lián)網、資源共享程度較低。1960-80初計算機網絡形成階段計算機-計算機模式、多中心處理、資源共享程度提高，聯(lián)網速度加快。80初-90中網絡互連與國際標準化計算機網絡標準化、多種網絡廣義互連、資源共享程度更高，網絡速度更快。1990中-今網絡信息高速公路全球化、智能化、高速化、交互式、多媒體、多種綜合功能服務的數(shù)字業(yè)務。1.1.2計算機網絡的定義、功能和特征

1．計算機網絡的定義

以能夠共享資源的方式互連起來的自治/自主計算機系統(tǒng)的集合。

2.計算機網絡的主要功能(資源共享)3.計算機網絡的特征目的是實現(xiàn)計算機資源與信息的共享由結點與通信鏈路組成主機(結點)是不同地理位置的具有獨立通信功能的智能設備統(tǒng)一的通信網絡協(xié)議1.1.3計算機網絡的組成與分類1.計算機網絡的組成

2.資源子網

3.通信子網

通信鏈路組網設備通信、控制軟件4.相似計算機網絡的概念分布式系統(tǒng)，多機系統(tǒng)，多終端處理系統(tǒng)

5．計算機網絡的分類

計算機網絡的分類（1）按邏輯功能

通信子網資源子網（2）按地理范圍

局域網城域網廣域網（3）按組網與實現(xiàn)技術

以太網FDDIATM令牌網（4）按管理方式

對等式網絡主從式網絡

（5）按拓撲圖形結構

總線型星型樹型環(huán)形網狀性（6）按信息傳輸方式點到點式網絡廣播式網絡（7）按傳輸介質類型

有線網絡無線網絡（8）按用途類型

專用網絡公用網絡（9）其它1.1.4計算機網絡的應用

1.計算機網絡在信息管理、辦公自動化與信息服務中的應用

2.計算機網絡在個人信息綜合服務中的應用

1.1.5我國計算機網絡的發(fā)展與常見縮寫名稱

1.“四大網絡”與“三金工程”

中國公用網、中國教育科研網、中國科學技術網、國家公用經濟信息網金橋、金關、金卡2.兩網、一站、四庫、十二金工程3.與網絡相關的名稱縮寫與網絡相關的名稱縮寫

ISO（InternationalStandardOrganization）：國際標準化組織。CCITT（ConsultativeCommitteeInternationalTelegraphandTelephone）：國際電報電話咨詢委員會。ITU-T（InternationalTelecommUnin-Trade）：國際電訊聯(lián)盟。IETF（InternetEngineeringTaskFroce）：因特網工程任務組織。ANSI（AmericanNationalStandardInstitute）：美國國家標準協(xié)會。IEEE（InstituteofElectricalandElectronicEngineers）：國際電氣和電子工程師協(xié)會。EIA/TIA（ElectronicIndustrialAssociation/TelecommIndustrialAssociation）：電子工業(yè)/電訊工業(yè)協(xié)會。CNSC（ChineseNationalStandardCommitee）：中國國家標準化委員會。CNNIC（ChineseNationalNetworkInformationCenter）：中國國家網絡信息中心。RFC（RequestForComment）：請求標注/評論文檔。

1.2計算機網絡的實現(xiàn)技術

1.2.1網絡拓樸結構

1.2.2傳輸介質

1.2.3通信協(xié)議

1.2.4交換技術

1.2.1網絡拓樸結構

拓撲結構的定義分類網絡中由點和線所構成的幾何圖形拓撲結構的分類按照信道控制方式分類（點對點和廣播式）按照拓撲圖形分類總線型拓撲結構星型拓撲結構樹型拓撲結構環(huán)型拓撲結構網狀型拓撲結構

總線型拓撲結構圖1-2總線型拓撲結構左：示意圖；右上：示意拓撲圖、右下：標準總線型拓撲。星型拓撲結構圖1-3星型拓撲結構左：網絡示意圖；右：拓撲結構圖樹型拓撲結構圖1-4樹型拓撲結構左：網絡示意圖；右：拓撲結構圖環(huán)形拓撲結構圖1-5環(huán)型拓撲結構左：網絡示意圖；右：拓撲結構圖網狀型拓撲結構圖1-6網狀型拓撲結構左：網絡示意圖；右：拓撲結構圖1.2.2傳輸介質

傳輸介質又稱為通信媒介或通信介質，主要由無線和有線媒介組成。目前常用的無線傳輸介質有微波、衛(wèi)星、無線電、紅外線、激光等，常用的有線通信介質是同軸電纜、雙絞線、光導纖維，傳輸介質是實現(xiàn)計算機網絡中結點間相互連接的物理媒介。1.2.3通信協(xié)議

1.定義2.構成（協(xié)議三要素）語法、語義、時序3.常見的網絡協(xié)議（1）TCP/IP（2）IPX/SPX（3）NetBeui（4）AppleTalks（5）NetBios1.2.4交換技術

定義：信道的使用與信息傳輸控制的有關方法、法則和管理方案1.電路交換（CircuitExchanging）2.報文交換（MessageExchanging）3.分組交換（PacketExchanging）1.電路交換（CircuitExchanging）2.報文交換（MessageExchanging）報文分組：報文：報文號目的地址源地址校驗報文號目的地址源地址報文分組數(shù)據(jù)校驗報文分組號數(shù)據(jù)圖1.9報文與報文分組示意圖3.分組交換（PacketExchanging）

進行分組交換的通信網稱為分組交換網，分組交換又可以分為“數(shù)據(jù)報”與“虛電路”兩種方式。

數(shù)據(jù)報（Datagram）

虛電路（VirtualCircuit）

4.三種交換技術的示意圖

1.3計算機網絡的數(shù)據(jù)通信基礎1.3.1數(shù)據(jù)通信的基本概念、模型與指標1.3.2信號的類型、傳輸、頻帶與編碼1.3.3傳輸中的信道復用與實現(xiàn)技術1.3.4數(shù)據(jù)通信的方式與差錯處理1.3.1數(shù)據(jù)通信的基本概念、模型與指標1.數(shù)據(jù)通信的基本概念（1）信息,信息是對客觀事物屬性和相互聯(lián)系特性的描述，它反映了客觀事物的存在情況和運動狀態(tài)。（2）數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)是有意義的實體，是數(shù)字化的信息形式，在計算機與網絡中數(shù)據(jù)以二進制形式存在。（3）信號,信號是數(shù)據(jù)的電磁編碼或電子編碼，是數(shù)據(jù)在傳輸媒介與傳輸過程中的光、電等表現(xiàn)形式。為了傳輸二進制代碼形式的信息數(shù)據(jù)，必須將其用模擬或數(shù)字信號編碼的方式來進行描述。（4）信源,通信過程中產生和發(fā)送信息的設備叫做信源。（5）信宿,通信過程中接受信息的設備稱為信宿。（6）信道,信源和信宿之間的通信鏈路稱為信道，是數(shù)據(jù)信號傳輸所經歷的通路。

（7）變換,信息在從信源進入信道時要轉換為與信道相互適應的信號形式（編碼與調制），從信道進入信宿時，也可能需要變換為與信宿相適應方式，上述轉換過程就稱為變換。（8）噪聲,信息在傳輸?shù)倪^程中，可能受到外界的沖擊與干擾稱為噪聲。（9）模擬通信與數(shù)字通信,模擬通信是指將信源產生的模擬數(shù)據(jù)在模擬通信信道上傳輸給信宿的過程與方法。數(shù)字通信則是指將信源產生的數(shù)據(jù)（無論是模擬或是數(shù)字），以數(shù)字信號的方式在數(shù)字通信信道上傳輸給信宿的通信方法與方式。（10）數(shù)據(jù)通信,數(shù)據(jù)通信是指在不同計算機之間（或數(shù)字設備之間）傳送表示信息的比特流的傳輸過程，即在信源和信宿之間專門傳輸離散的數(shù)字數(shù)據(jù)的過程與方法。在具體的實現(xiàn)中，可以采用數(shù)字通信信道傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)，也可以采用模擬信道傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)。（11）帶寬,帶寬原意是指通信信道總的頻帶寬度，單位為赫茲（Hz）、千赫（kHz）和兆赫（MHz）。在計算機網絡中，常用來描述網絡信道每秒中可以提供的最大網絡數(shù)據(jù)傳輸速率Mbps，即網絡信道的最大信道容量。（12）延時（又稱時延）,延時是指一個數(shù)據(jù)單元從網絡的出發(fā)端傳輸?shù)浇邮斩怂枰目倳r間，其單位有秒s、毫秒（ms）、微秒（μs）等，是網絡信道與性能的重要參數(shù)。

2.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型

干擾噪聲信源變換信道變換信宿圖1.13數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)構成模型3.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的實現(xiàn)模型

應用程序通信控制器信號變換傳輸介質信號變換應用程序通信控制器圖1.14數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)電路數(shù)據(jù)線路4.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的指標

（1）最基本指標

數(shù)據(jù)通信的有效性和可靠性是最重要的指標。

（2）比特率S（傳輸速率）

（3）波特率B（信號變化率）

（4）比特率和波特率的的區(qū)別與聯(lián)系

（5）比特率和波特率的換算公式

（6）誤碼率Pe（出錯率）1.3.2信號的類型、傳輸、頻帶與編碼

1.信號的類型

（1）模擬信號

（2）數(shù)字信號

2.信號的傳輸

3.傳輸中的編碼

（1）模擬信號的編碼處理方式（2）數(shù)字信號的編碼處理方式（1）模擬信號的編碼處理方式

圖1.20模擬信號的三種編碼處理方式U（t）=A（t）·Sin（ωt+φ）

（2）數(shù)字信號的編碼處理方式

圖1.21數(shù)字信號的三種編碼處理方式01001011數(shù)據(jù)(a)非歸零碼同步時鐘(b)曼徹斯特編碼(c)差分曼徹斯特編碼4.計算機數(shù)據(jù)通信的過程圖1.22計算機數(shù)據(jù)通信過程數(shù)字傳輸信道模擬傳輸信道收到的傳輸數(shù)據(jù)信號A/DA接收計算機需要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號發(fā)送計算機D/A計算機S網絡卡S基帶通信信道（Digital）網絡卡R計算機R調制D/A解調A/D寬帶傳輸信道（Analog）解調A/D調制D/A計算機S計算機R5.傳輸?shù)念l帶基帶傳輸（數(shù)字信號基帶傳輸）寬帶傳輸（模擬信號頻帶傳輸）調制（數(shù)字信號—>模擬信號）解調（模擬信號—>數(shù)字信號）模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼脈沖編碼調制PCM1.3.3傳輸中的信道復用與實現(xiàn)技術

1.信道復用

2.波分多路復用（WDM）

3.頻分多路復用（FDM）

4.時分多路復用（TDM）

5.碼分多路復用（CDM）

1.信道復用圖1-23數(shù)據(jù)通信的信道復用技術

2.波分多路復用WDM圖1-24波分多路復用技術

3.頻分多路復用FDM圖1-25頻分多路復用技術

4.時分多路復用TDM5.碼分多路復用CDM1.3.4數(shù)據(jù)通信的方式與差錯處理

1.數(shù)據(jù)通信的方式

（1）串行傳輸

（2）并行傳輸

（3）單工方式

（4）半雙工方式

（5）全雙工方式

（6）同步技術（位同步和字符或幀數(shù)據(jù)的同步）（7）異步傳輸

（8）同步傳輸

串行和并行傳輸圖1-28左：串行傳輸

；

右：并行傳輸

半雙工和雙工圖1-29左：