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1、1,計算機網(wǎng)絡(luò),2,課程介紹,計算機網(wǎng)絡(luò)的理論基礎(chǔ)看，由于其跨越計算機和通信兩個領(lǐng)域，理論比較高深，初學(xué)者難以在較短時間內(nèi)徹底了解其體系和方法。局域網(wǎng)作為計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，在我國的信息化建設(shè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，更好地理解和使用局域網(wǎng)有助于計算機網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)。開設(shè)計算機網(wǎng)絡(luò)課程有助于將計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)理論與工程實踐相結(jié)合，提高其實際動手能力；能鞏固其理論基礎(chǔ)并加深對理論的理解，并在此基礎(chǔ)上，用正確的理論指導(dǎo)實踐活動。,3,理論與實驗、項目設(shè)計相結(jié)合的教學(xué)方法, 注重實踐教學(xué)。針對本課程的需要,開設(shè)多個實驗，和項目設(shè)計，能全面覆蓋網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)課程的知識點，使學(xué)生能通過實驗實踐，把抽象的理論知識轉(zhuǎn)

2、變?yōu)閷嶋H系統(tǒng)的感性認(rèn)識，更牢固地掌握所學(xué)知識。并,本課程特點,4,學(xué)習(xí)方法,從整體上去把握知識的結(jié)構(gòu)，先建立基本框架，然后自下而上逐漸細化，逐步充實。 對于那些尚未深入涉及的概念，要點是掌握它在當(dāng)前框架中的位置，著重掌握它和其它概念的相互關(guān)系 要重視理論和實驗的結(jié)合 善于把教材前后貫穿,5,第一章 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),Chapter 1,6,學(xué)習(xí)目標(biāo)和重點與難點,學(xué)習(xí)目標(biāo) 理解計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念、分類、功能、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 掌握數(shù)據(jù)通信的幾個基本概念 掌握數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋汀⒎绞?、同步技術(shù)、交換技術(shù) 掌握OSI七層模型的功能 掌握TCP/IP模型的各層功能和局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式 重點與難點 掌握OS

3、I七層模型的功能 掌握TCP/IP模型的各層功能和局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式,7,面向終端的計算機通信網(wǎng),1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)概述,1.1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的形成和發(fā)展,資源集中在一臺主機上，遠程終端共享主機資源,8,分組交換網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)為通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng) 采用分組交換方式,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1979年提出了OSI模型，對網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)思想的發(fā)展起到了積極的推動作用,Internet的普及與高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 Internet的出現(xiàn)與普及，推動了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)、高速局域網(wǎng)、異步傳輸模式等技術(shù)逐漸成熟起來，并得到應(yīng)用,9,功能 資源共享 數(shù)據(jù)通訊 提高可靠性 協(xié)同處理

4、 分散負(fù)荷,1.1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的定義與功能,定義,計算機網(wǎng)絡(luò)是由多個具有自主功能的計算機系統(tǒng)，通過各種通信手段相互連接，進行信息交流、資源共享和協(xié)同工作的集合。,10,計算機網(wǎng)絡(luò)的二級結(jié)構(gòu),1.1.3 計算機網(wǎng)絡(luò)的組成,通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信,資源子網(wǎng)提供各種軟、硬件資源,11,按網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍分類 局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng) 按數(shù)據(jù)傳播的方式分類 點到點傳播的網(wǎng)絡(luò)、廣播式傳播的網(wǎng)絡(luò) 按其他方法分類 按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類 星型網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、總線型網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)、混合網(wǎng)。 按網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率分類 窄帶網(wǎng)、寬帶網(wǎng) 按運營方式分類 公用網(wǎng)、專用網(wǎng) 按傳輸介質(zhì)分類 光纖網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)、無線通信網(wǎng)等,1

5、.1.4 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類,12,1.1.5 計算機網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),基本術(shù)語,13,星型結(jié)構(gòu),所有結(jié)點與中央結(jié)點連接 結(jié)構(gòu)簡單、控制簡單 結(jié)點出現(xiàn)故障易于隔離 中央結(jié)點的可靠性致關(guān)重要,14,環(huán)型結(jié)構(gòu),通信控制分散在各個結(jié)點，提高了可靠性 各結(jié)點共享環(huán)路 采用令牌控制，重負(fù)載時吞吐量較大,15,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),端結(jié)點之間存在多條通路，需選擇路徑 可靠性高 通信控制復(fù)雜,16,總線結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好 各結(jié)點共用總線，廣播式傳輸 擴充性好，增減結(jié)點容易 總線長度有限,17,數(shù)據(jù)和信息 數(shù)據(jù)是攜帶含義的實體。數(shù)據(jù)的含義就是信息，數(shù)據(jù)是信息的載體，信息是數(shù)據(jù)的解釋，是數(shù)據(jù)所要表達的內(nèi)容。,1.2 數(shù)據(jù)

6、通信基礎(chǔ),1.2.1 基本概念,模擬信號和數(shù)字信號 模擬信號是隨時間連續(xù)變化的信號；數(shù)字信號在時間上和幅度上都是不連續(xù)的,18,雪 六角形 涼 白色,,,,信息,數(shù)據(jù),信號,19,信息：人對雪花和馬的認(rèn)識 數(shù)據(jù)：文字，二進制數(shù)，十進制數(shù) 信號：電壓，光，磁場強度,20,模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 以連續(xù)值的形式出現(xiàn)的數(shù)據(jù)是模擬數(shù)據(jù)，例溫度、壓力、聲音 以離散值的形式出現(xiàn)的數(shù)據(jù)是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) ，例整數(shù)、文字的數(shù)字編碼 比特 一個二進制位叫一個比特（bit） 信道 用于一路信號傳輸?shù)耐ǖ?，稱為信道，一條物理線路?？梢员粍澐譃槎鄠€信道,21,帶寬 信道所能傳送的信號的頻率范圍稱為信道的帶寬 ，帶寬常被用來衡量通

7、信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的能力 數(shù)據(jù)傳輸速率 每秒傳輸?shù)亩M制數(shù)據(jù)的位數(shù)（比特數(shù)）稱為數(shù)據(jù)傳輸速率，常被用來衡量通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的能力 延遲 數(shù)據(jù)從發(fā)送端到接收端所經(jīng)過的時間,22,面向連接與無連接 面向連接的通信由3個過程組成 建立連接 傳輸數(shù)據(jù) 撤消連接 無連接的通信在傳輸數(shù)據(jù)之前不需要建立聯(lián)系，發(fā)送方可以隨時發(fā)送數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)中要攜帶目的地的地址，網(wǎng)絡(luò)按照目的地地址把數(shù)據(jù)傳送到目的地。,23,1.2.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋?基帶傳輸 基帶傳輸是在數(shù)字信道上直接傳送基帶信號 傳輸類型: 數(shù)字信號傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 模擬信號傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 數(shù)據(jù)編碼方法 不歸零碼 差分不歸零碼 曼徹斯特編碼 差分曼徹斯特編碼,24,

8、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼,25,頻帶傳輸 通常是指在電話網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù) 調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制是用交流信號承載信息的過程，即用要發(fā)送的信息調(diào)制載波 解調(diào)是從載波中還原發(fā)送的信息的過程,3種基本調(diào)制形式 幅移鍵控（ASK）即調(diào)幅 頻移鍵控（FSK）即調(diào)頻 相移鍵控（PSK）即調(diào)相,26,3種調(diào)制技術(shù)的波形,27,模擬信號傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),脈沖編碼調(diào)制（PCM，Pulse Code Modulation）是波形編碼中最重要的一種方式，在光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信等均獲得了極為廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)大多采用PCM體制。PCM最初并不是用來傳送計算機數(shù)據(jù)的，采用它是為了解決電話局之間中繼線不夠，使一條中繼

9、線不只傳送一路而是可以傳送幾十路電話。PCM過程主要由采樣、量化與編碼三個步驟組成。,28,,,,,,,模擬話音,采樣時鐘,PAM 信號,PCM 信號,采樣電路,量化和編碼,數(shù)字化聲音,--話音信道帶寬 2倍話音最大頻率) --量化級數(shù)：256級 (8位二進制碼表示) --數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit = 64Kb/s 每路PCM信號的速率 = 64000bps,編碼后的信號稱為PCM（Pulse Coded Modulation）信號（脈碼調(diào)制信號）,29,PCM轉(zhuǎn)換過程舉例,,,,,,,,,,,,,3.2,3.9,2.8,3.4,1.2,4.2,3,4,3,3,1,4,011,10

10、0,011,011,001,100,原始信號,PAM脈沖,PCM 脈沖 （有量化誤差）,011100011011001100,PCM 輸出,,,,,,30,1.2.3 信息的傳輸方式,通信方式 單工通信,31,半雙工通信,全雙工通信,32,串行傳輸 把每個二進制位按順序排列成串，形成比特流，逐位在信道上傳送,傳輸方式,33,并行傳輸 多個比特以成組的方式在多個并行的信道上同時傳輸,34,1.2.4數(shù)據(jù)同步技術(shù) 同步是指通信的收發(fā)雙方發(fā)送和接收數(shù)據(jù)在時間 基準(zhǔn)上必須保持一致。 同步方法分為異步方式和同步方式。,同步傳輸方式,35,異步傳輸方式,36,傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方式有電路交換和存儲

11、交換。,1.25 數(shù)據(jù)交換技術(shù),電路交換 電路交換要經(jīng)過3個階段 建立通路 傳輸數(shù)據(jù) 撤消通路,數(shù)據(jù)交換,37,,主機B,主機C,主機D,結(jié)點A,結(jié)點B,結(jié)點E,結(jié)點F,結(jié)點G,結(jié)點C,結(jié)點D,,,,,,,,,,,,,,,,通信子網(wǎng),主機A,,,,,,,,,38,39,缺點 線路的利用率比較低 不適合少量的突發(fā)性數(shù)據(jù)的傳輸 要求收發(fā)雙方不“忙”，有相同的數(shù)據(jù)傳輸速率 不能完成編碼格式、通信規(guī)程等方面的轉(zhuǎn)換 中間結(jié)點不具備差錯控制能力 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信量很大時，會使線路的連接失敗,優(yōu)點 傳輸?shù)膶崟r性好，適合實時性要求高的交互式信息的傳輸。,40,存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 分為報文交換和報文分組交換 特點 信道的利

12、用率高 可以對數(shù)據(jù)單元進行差錯檢查和糾正 每個結(jié)點可以動態(tài)選擇路徑，不存在呼叫失敗 可以平衡網(wǎng)絡(luò)的流量分布，提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能 沒有呼叫請求的等待時間，對于數(shù)據(jù)量小和突發(fā)性數(shù)據(jù)的傳輸有比較高的效率 結(jié)點可以進行數(shù)據(jù)編碼、傳輸速率的轉(zhuǎn)換等工作 每個結(jié)點要有一定的處理和存儲能力 實時性比電路交換差,41,報文交換,主要缺點 由于報文一般都比較長，延遲比較大，對結(jié)點存儲能力的要求也比較高 產(chǎn)生差錯后要重傳整個報文，降低了傳輸?shù)男?，增加了延遲,42,報文分組交換(簡稱分組交換) 特點 減少了延遲 出現(xiàn)誤碼后，只重發(fā)有誤碼的分組 在接收下一個分組的同時，就可以轉(zhuǎn)發(fā)上 一個分組，提高了吞吐量 由于分組

13、比較短，可以存儲在內(nèi)存中，減 少了存儲時間 技術(shù)實現(xiàn)比較復(fù)雜,43,數(shù)據(jù)報方式,44,虛電路方式,45,網(wǎng)絡(luò)中的問題,設(shè)備如何連接進入網(wǎng)絡(luò)？ 在線路上怎么傳輸數(shù)據(jù)？ 什么時間傳輸數(shù)據(jù)？ 多少數(shù)據(jù)？ 傳遞給誰？ 線路與設(shè)備什么交接數(shù)據(jù)？ 怎么識別其他設(shè)備的數(shù)據(jù)？ 怎樣保證正確接收數(shù)據(jù)？,需要規(guī)則和約定或說明,,,體系結(jié)構(gòu),46,協(xié)議組成要素 語法 用戶數(shù)據(jù)與控制信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式或格式。 語義 需要發(fā)出何種控制信息、完成何種動作以及 做出何種應(yīng)答。 時序 事件發(fā)生的時序關(guān)系。,1.3 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),1.3.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)的概念,在通信過程中必須遵守事先規(guī)定好的規(guī)則，即網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。,47

14、,1.3.2 協(xié)議的層次化,優(yōu)點 簡化了協(xié)議，便于實現(xiàn)、調(diào)試和維護 各層相互獨立，某一層只需知道下一層通過接口所提供的服務(wù)，而不需了解其實現(xiàn)的細節(jié) 功能的追加和變更，限定在相關(guān)的層中，使得功能擴充比較靈活性 結(jié)構(gòu)上可分割開，各層都可以選則最適合的實現(xiàn)技術(shù),48,1.3.3 OSI參考模型,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1979年公布了開放系統(tǒng)互連參考模型OSI OSI模型分為7層，在同一個結(jié)點上，下層為上層提供服務(wù)，在兩個結(jié)點之間，對等層之間通過該層協(xié)議進行通信,49,1.3.4 OSI參考模型中的數(shù)據(jù)傳輸,服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU） 用戶數(shù)據(jù)（上層傳來的數(shù)據(jù)單元）。 協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU） 對等實體之間傳送的

15、數(shù)據(jù)。由SDU和本層的控制信息組成。,50,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,51,TCP/IP模型是異種網(wǎng)絡(luò)互連的唯一協(xié)議體系，適用于不同機型（從PC到巨型機）、不同類型的網(wǎng)絡(luò)（從局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)）。,Network Access,TCP/IP參考模型,52,OSI與TCP/IP的比較,,53,不同之處,OSI模型包括了七層，TCP/IP模型只有四層。 TCP/IP將OSI中的上三層合并成了一個應(yīng)用層，將OSI中的下二層合并成了一個網(wǎng)絡(luò)存取層 TCP/IP由于層次更少顯得比OSI更簡潔 TCP/IP作為從INTERNET上發(fā)展起來的協(xié)議，已成了網(wǎng)絡(luò)互連的事實

16、標(biāo)準(zhǔn)。 目前還沒有按OSI實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，OSI模型僅作為理論的參考模型被廣泛使用。,54,TCP/IP的應(yīng)用層協(xié)議,,物 理 層,,網(wǎng)絡(luò)接口層,,傳 輸 層,,網(wǎng) 絡(luò) 層,,應(yīng) 用 層,55,TCP/IP的傳輸層協(xié)議,,網(wǎng)絡(luò)接口層,,傳 輸 層,,網(wǎng) 絡(luò) 層,,應(yīng) 用 層,56,TCP/IP網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議,,,網(wǎng)絡(luò)接口層,,傳 輸 層,網(wǎng) 絡(luò) 層,,應(yīng) 用 層,57,TCP/IP協(xié)議棧,58,1.4 局域網(wǎng)的定義和組成,局域網(wǎng)LAN(Local Area Network),是一種在有限的地理范圍內(nèi)將大量PC機及各種設(shè)備互連一起實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和資源共享的計算機網(wǎng)絡(luò)。,59,1.4.2 局域網(wǎng)的分類,

17、按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分，局域網(wǎng)可分成總線型、樹型、環(huán)型和星型。按使用介質(zhì)分，可分為有線網(wǎng)和無線網(wǎng)兩類。 有線網(wǎng)中包括雙絞線、同軸電纜和光纖網(wǎng)，而無線網(wǎng)指用紅外、微波作為傳輸介質(zhì)的局域網(wǎng)。在有線局域網(wǎng)中，又可分成基帶網(wǎng)和寬帶網(wǎng)，基帶網(wǎng)一般采用同軸電纜（50）或雙絞線作為傳輸介質(zhì)。,60,1.42 局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方式,載波偵聽多路訪問/沖突檢測法 令牌環(huán)訪問控制方式 令牌總線訪問控制方式,返回本章首頁,61,載波偵聽多路訪問/沖突檢測法,載波偵聽多路訪問（CSMA，Carrier Sense Multiple Access）是一種適合于總線結(jié)構(gòu)的具有信道檢測功能的分布式介質(zhì)訪問控制方法，其控制手段稱之為

18、“載波偵聽”。 實際上，當(dāng)一個站開始發(fā)送信息時，檢測到本次發(fā)送有無沖突的時間很短，它不超過該站點與距離該站點最遠站點信息傳輸時延的2倍。假設(shè)A站點與距離A站最遠B站點的傳輸時延為T（圖4-1所示），那么2T就作為一個時間單位。,62,CSMA/CD又被稱之為“先聽后講，邊聽邊講”，其具體工作過程概括如下： （1）先偵聽信道，如果信道空閑則發(fā)送信息。 （2）如果信道忙，則繼續(xù)偵聽，直到信道空閑時立即發(fā)送。 （3）發(fā)送信息后進行沖突檢測，如發(fā)生沖突，立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)出一串阻塞信號（連續(xù)幾個字節(jié)全1），通知總線上各站點沖突已發(fā)生，使各站點重新開始偵聽與競爭。 （4）已發(fā)出信息的各站點收到阻

19、塞信號后，等待一段隨機時間，重新進入偵聽發(fā)送階段。 CSMA/CD發(fā)送過程可描述如圖4-2所示。,63,令牌環(huán)訪問控制方式,令牌環(huán)是一種適用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的分布式介質(zhì)訪問控制方式，已由IEEE802委員會建議成為局域網(wǎng)控制協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)之一，即IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)。 在令牌環(huán)網(wǎng)中，令牌也叫通行證，它具有特殊的格式和標(biāo)記。令牌有“忙（Busy）”和“空閑（Free）”兩種狀態(tài)。 具有廣播特性的令牌環(huán)訪問控制方式，還能使多個站點接收同一個信息幀，同時具有對發(fā)送站點自動應(yīng)答的功能。其訪問控制過程如圖4-3所示。,64,,圖4-3 傳送過程,返回本節(jié),65,令牌總線訪問控制方式,令牌總線訪問控制方式（Token-Bus）是在綜合了CSMA/CD訪問控制方式和令牌環(huán)訪問控制方式的優(yōu)點基礎(chǔ)上形成的一種介質(zhì)訪問控制方式。 令牌總線控制方式主要用于總線型或樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。該方式是在物理總線上建立一個邏輯環(huán)。一個總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，如果指定每一個站點在邏輯上相互連接的前后地址，就可構(gòu)成一個邏輯環(huán)。如圖中ABDEA（C站點沒有連入令牌總線中）。,66,,圖1-4 總線結(jié)構(gòu)中的令牌環(huán),返回本節(jié),67,令牌總線Token Bus介質(zhì)訪問控制方法主要特點：,(1)介質(zhì)訪問延遲時間有確定值。(2)通過令牌協(xié)調(diào)各結(jié)點之間的通信關(guān)系，各結(jié)點之間不發(fā)生沖突，重負(fù)載下信道利用率高。(3)支持優(yōu)先級服務(wù)。,