Transcript 第1章 计算机网络基础知识

浙江广播电视大学计算机应用专业
《计算机网络技术》
任课教师： 孙亚
课程的性质和任务
《计算机网络技术》课程是计算机应用专业必修的一
门专业课程。学生在学习本课程之前应当具有计算机组成原
理和计算机操作系统的预备知识。
本课程的任务是：
1． 使学生对计算机网络从整体上有一个较清晰的了解。
2． 对当前计算机网络的主要种类和常用的网络协议有较清晰
的概念。
3． 学会计算机网络操作和日常管理和维护的最基本方法。
4． 初步掌握以TCP/IP协议族为主的网络协议结构。
5． 初步培养在 TCP/IP协议工程和LAN上的实际工作能力。
6． 了解网络新技术的新发展。
课程教学基本要求
1． 计算机网络的概念较多，因此要强调
基本概念，而不是过多地讲具体的计算网
络中所使用的专用设备。
2． 计算机网络的发展非常迅速，新的技
术不断出现，因此应尽可能地讲述较新的
内容，使所学的内容不致很快地过时。
第1章 计算机网络基础知识
学习目标
 重点难点
 课程学习

学习目标

通过本章的学习，掌握计算机网络的定
义、功能、分类、组成和网络实现的基
本四大技术内容，数据通信的基本概念
和数据通信系统的常用概念与指标，数
据传输的类型及编码方法，广域网中的
数据交换技术，数据通信中差错控制的
方法；了解计算机网络的发展，计算机
网络的应用，数据通信的方式及同步技
术，多路复用技术的分类与特点。
重点难点
计算机网络的定义、功能、特点、逻辑
构成与分类
 计算机网络四大技术的主要内容、作用
与特点
 数据通信系统的概念、模型与指标
 信号的类型、传输、编码与信道复用技
术
 数据通信的方式与差错处理

课程学习
1.1 计算机网络概述
 1.2 计算机网络的实现技术
 1.3 计算机网络的数据通信基础

1.1 计算机网络概述
1.1.1 计算机网络的发展
 1.1.2 计算机网络的定义、功能和特征
 1.1.3 计算机网络的组成与分类
 1.1.4 计算机网络的应用
 1.1.5 我国计算机网络的发展与常见缩写
名称

1.1.1 计算机网络的发展
1. 远程终端联机系统阶段
 2．计算机网络形成阶段
 3. 计算机网络国际标准与互联阶段
 4．信息高速公路阶段

表1.1网络发展阶段特性对比表
年代
网络与连接名称
特点
19501960
远程终端联机系
统
主机-终端模式、CPU单中心处理、
RS232等专用通信线路、低速率联网、
资源共享程度较低。
1960-80
初
计算机网络形成
阶段
计算机-计算机模式、多中心处理、资
源共享程度提高，联网速度加快。
80初-90
中
网络互连与国际
标准化
1990中今
网络信息高速公
路
计算机网络标准化、多种网络广义互
连、资源共享程度更高，网络速度更
快。
全球化、智能化、高速化、交互式、
多媒体、多种综合功能服务的数字业
务。
1.1.2 计算机网络的定义、功能
和特征

1．计算机网络的定义
– 以能够共享资源的方式互连起来的自治/自主计算机系统的
集合。

2.计算机网络的主要功能 (资源共享)

3.计算机网络的特征
– 目的是实现计算机资源与信息的共享
– 由结点与通信链路组成
– 主机(结点)是不同地理位置的具有独立通信功能的智能设备
– 统一的通信网络协议
1.1.3 计算机网络的组成与分类
1.计算机网络的组成
 2.资源子网
 3.通信子网

– 通信链路
– 组网设备
– 通信、控制软件

4.相似计算机网络的概念
– 分布式系统 ，多机系统 ，多终端处理系统

5．计算机网络的分类
计算机网络的分类









（1）按逻辑功能 通信子网 资源子网
（2）按地理范围 局域网 城域网 广域网
（3）按组网与实现技术 以太网 FDDI ATM 令牌网
（4）按管理方式 对等式网络 主从式网络
（5）按拓扑图形结构 总线型 星型 树型 环形 网状性
（6）按信息传输方式 点到点式网络 广播式网络
（7）按传输介质类型 有线网络 无线网络
（8）按用途类型 专用网络 公用网络
（9）其它
1.1.4 计算机网络的应用
1.计算机网络在信息管理、办公自动化
与信息服务中的应用
 2.计算机网络在个人信息综合服务中的
应用

1.1.5我国计算机网络的发展与
常见缩写名称

1.“四大网络”与“三金工程”
– 中国公用网、中国教育科研网、中国科学技
术网、国家公用经济信息网
– 金桥、金关、金卡
2.两网、一站、四库、十二金工程
 3.与网络相关的名称缩写

与网络相关的名称缩写










ISO（International Standard Organization）：国际标准化组织。
CCITT （ Consultative Committee International Telegraph and
Telephone）：国际电报电话咨询委员会。
ITU-T（International Telecomm Unin - Trade）：国际电讯联盟。
IETF（Internet Engineering Task Froce ）：因特网工程任务组织。
ANSI（American National Standard Institute）：美国国家标准协会。
IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers）：国际
电气和电子工程师协会。
EIA/TIA （ Electronic Industrial Association/Telecomm Industrial
Association）：电子工业/电讯工业协会。
CNSC（Chinese National Standard Commitee）：中国国家标准化委员
会。
CNNIC（Chinese National Network Information Center）：中国国家
网络信息中心。
RFC（Request For Comment）：请求标注/评论文档。
1.2 计算机网络的实现技术
1.2.1 网络拓朴结构
 1.2.2 传输介质
 1.2.3 通信协议
 1.2.4 交换技术

1.2.1 网络拓朴结构

拓扑结构的定义分类
– 网络中由点和线所构成的几何图形

拓扑结构的分类
– 按照信道控制方式分类（点对点和广播式）
– 按照拓扑图形分类





总线型拓扑结构
星型拓扑结构
树型拓扑结构
环型拓扑结构
网状型拓扑结构
总线型拓扑结构
图1-2 总线型拓扑结构
左：示意图；右上：示意拓扑图、右下：标准总线型拓扑。
星型拓扑结构
图1-3 星型拓扑结构
左：网络示意图； 右：拓扑结构图
树型拓扑结构
图1-4 树型拓扑结构
左：网络示意图； 右：拓扑结构图
环形拓扑结构
图1-5 环型拓扑结构
左：网络示意图； 右：拓扑结构图
网状型拓扑结构
图1-6 网状型拓扑结构
左：网络示意图； 右：拓扑结构图
1.2.2 传输介质

传输介质又称为通信媒介或通信介质，
主要由无线和有线媒介组成。目前常用
的无线传输介质有微波、卫星、无线电、
红外线、激光等，常用的有线通信介质
是同轴电缆、双绞线、光导纤维，传输
介质是实现计算机网络中结点间相互连
接的物理媒介。
1.2.3 通信协议

1.定义
 2.构成 （协议三要素）
– 语法、语义、时序

3.常见的网络协议
–
–
–
–
–
（1）TCP/IP
（2）IPX/SPX
（3）NetBeui
（4）Apple Talks
（5）Net Bios
1.2.4 交换技术

定义：
– 信道的使用与信息传输控制的有关方法、法
则和管理方案

1.电路交换（Circuit Exchanging）
 2.报文交换（Message Exchanging）
 3.分组交换（Packet Exchanging ）
1.电路交换（Circuit Exchanging）
2.报文交换（Message
Exchanging）
报文：
报文号
报文分组：
报文号
目的地址
源地址
报文分组号
数据
目的地址
源地址
图1.9 报文与报文分组示意图
报文分组数据
校验
校验
3.分组交换（Packet Exchanging）

进行分组交换的通信网称为分组交换网，
分组交换又可以分为“数据报”与“虚
电路”两种方式。
数据报（Datagram）
虚电路（Virtual Circuit）
4.三种交换技术的示意图
1.3 计算机网络的数据通信基础
1.3.1 数据通信的基本概念、模型与指标
 1.3.2 信号的类型、传输、频带与编码
 1.3.3 传输中的信道复用与实现技术
 1.3.4 数据通信的方式与差错处理

1.3.1 数据通信的基本概念、模
型与指标
1. 数据通信的基本概念
（1）信息,信息是对客观事物属性和相互联系特性的描述，它反映了
客观事物的存在情况和运动状态。
（2）数据,数据是有意义的实体，是数字化的信息形式，在计算机与
网络中数据以二进制形式存在。
（3）信号,信号是数据的电磁编码或电子编码，是数据在传输媒介与
传输过程中的光、电等表现形式。为了传输二进制代码形式的信息数
据，必须将其用模拟或数字信号编码的方式来进行描述。
（4）信源,通信过程中产生和发送信息的设备叫做信源。
（5）信宿,通信过程中接受信息的设备称为信宿。
（6）信道,信源和信宿之间的通信链路称为信道，是数据信号传输所
经历的通路。
（7）变换,信息在从信源进入信道时要转换为与信道相互适应的信号形式
（编码与调制），从信道进入信宿时，也可能需要变换为与信宿相适应方式，
上述转换过程就称为变换。
（8）噪声,信息在传输的过程中，可能受到外界的冲击与干扰称为噪声。
（9）模拟通信与数字通信,模拟通信是指将信源产生的模拟数据在模拟通信
信道上传输给信宿的过程与方法。数字通信则是指将信源产生的数据（无论
是模拟或是数字），以数字信号的方式在数字通信信道上传输给信宿的通信
方法与方式。
（10）数据通信,数据通信是指在不同计算机之间（或数字设备之间）传送
表示信息的比特流的传输过程，即在信源和信宿之间专门传输离散的数字数
据的过程与方法。在具体的实现中，可以采用数字通信信道传输数字数据，
也可以采用模拟信道传输数字数据。
（11）带宽,带宽原意是指通信信道总的频带宽度，单位为赫兹（Hz）、千
赫（kHz）和兆赫（MHz）。在计算机网络中，常用来描述网络信道每秒中可
以提供的最大网络数据传输速率Mbps，即网络信道的最大信道容量。
（12）延时（又称时延）,延时是指一个数据单元从网络的出发端传输到接
收端所需要的总时间，其单位有秒s、毫秒（ms）、微秒（μs）等，是网络
信道与性能的重要参数。
2. 数据通信系统模型
干扰噪声
信源
变换
信道
变换
图1.13 数据通信系统构成模型
信宿
3. 数据通信系统的实现模型
应
用
程
序
通
信
控
制
器
信
号
变
换
传输介质
数据线路
信
号
变
换
数据电路
数据链路
图1.14数据通信系统的实现模型
通
信
控
制
器
应
用
程
序
4. 数据通信系统的指标

（1）最基本指标
–数据通信的有效性和可靠性是最重要的指标。
（2）比特率S（传输速率）
 （3）波特率B（信号变化率）
 （4）比特率和波特率的的区别与联系
 （5）比特率和波特率的换算公式
 （6）误码率Pe（出错率）

1.3.2 信号的类型、传输、频带
与编码

1.信号的类型
–（1）模拟信号
–（2）数字信号
2.信号的传输
 3.传输中的编码

–（1）模拟信号的编码处理方式
–（2）数字信号的编码处理方式
（1）模拟信号的编码处理方式
U（t）= A（t）·Sin（ωt + φ）
0
1
数据
0
0
1
ω
0
ω
(a)ASK
ω2
ω1
ω2
ω1
ω2
ω1
(b)FSK
π
0
π
π
0
π
+0
+π
+0
+0
+π
+0
(c)PSK(绝对)
(d)PSK(相对)
图1.20 模拟信号的三种编码处理方式
（2）数字信号的编码处理方式
数据
0
1
0
0
1
(a)非归零码
同步时钟
(b)曼彻斯特编码
(c) 差 分 曼 彻
斯特编码
图1.21 数字信号的三种编码处理方式
0
1
1
4.计算机数据通信的过程
发
送
计
算
机
计算机
S
计算机
S
数字传输信道
需要发
送的数
据信号
D/A
网络卡
S
调制D/A
解调A/D
模拟传输信道
基带通信信道
（Digital）
宽带传输信道
（Analog）
图1.22 计算机数据通信过程
收到的
传输数
据信号
A/DA
网络卡
R
解调A/D
调制D/A
接
收
计
算
机
计算机
R
计算机
R
5. 传输的频带

基带传输（数字信号基带传输）

宽带传输（模拟信号频带传输）

调制（数字信号—>模拟信号）

解调（模拟信号—>数字信号）

模拟数据的数字信号编码
– 脉冲编码调制PCM
1.3.3 传输中的信道复用与实现技术
1.信道复用
 2.波分多路复用（WDM）
 3.频分多路复用（FDM）
 4.时分多路复用（TDM）
 5.码分多路复用（CDM）

1.信道复用
图1-23 数据通信的信道复用技术
2.波分多路复用WDM
图1-24 波分多路复用技术
3.频分多路复用FDM
图1-25 频分多路复用技术
4.时分多路复用TDM
5.码分多路复用CDM
1.3.4 数据通信的方式与差错处理

1.数据通信的方式
– （1）串行传输
– （2）并行传输
– （3）单工方式
– （4）半双工方式
– （5）全双工方式
– （6）同步技术（位同步和字符或帧数据的同步）
– （7）异步传输
– （8）同步传输
串行和并行传输
图1-28 左：串行传输 ； 右：并行传输
半双工和双工
图1-29 左：半双工通信 ； 右：全双工通信
异步传输
图1-30 异步传输方式
同步传输
图1-31 同步传输方式

2.数据通信中的差错原因与描述
– 热噪声与冲击噪声
– 误码率=出错码数/所收到的码的总数

3.差错检测处理
–（1）奇校验： 若原编码中有奇数个“1”，则所附
加的校验位设置为“0”，否则，校验位设置为“1”。
–（2）偶校验： 若原编码中有奇数个“1”，则所附
加的校验位设置为“1”，否则，校验位设置为“0”。
–（3）循环冗余校验
循环冗余校验
循环冗余校验码利用生成多项式为
k个数据位产
生r个校验位来进行编码，其编码长度为k+r位。
在求解CRC编码时，采用的是摸２运算，亦即按位
运算，不发生借位或错位，其计算规则如下所述：
０＋０＝０１＋０＝０＋１＝１１＋１＝０
０－０＝０ １－０＝０－１＝１１－１＝０
图1-32 CRC校验的代码格式
4.差错处理机制
图1-33差错处理之反馈重发机制
习题1
1.什么是计算机网络？计算机网络的功能与特点各是
什么？
 2.计算机网络的发展可分为几个阶段，每个阶段各有
什么特点？
 3.常用的计算机网络的拓扑结构有哪几种，各有什么
优点和缺点?
 4.计算机网络从哪些角度进行分类，可分为哪些类型?
 5.常用的计算机网络传输介质有哪些?
 6.半双工和全双工传输模式的区别是什么？
 7.香农容量定理与通信有什么关系？
 8.并行传输的优点和缺点各有哪些？
