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1、第第3章章 网络教育应用的技网络教育应用的技术基础术基础第1页，共115页，编辑于2022年，星期一 本章学习目标本章学习目标n n1 1 通过本章的学习理解什么是计算机网络；通过本章的学习理解什么是计算机网络；n n2 2 解释下列概念的含义：协议、解释下列概念的含义：协议、TCP/IPTCP/IP、网络互联、网络互联、局域网和因特网；局域网和因特网；n n3 3 理解计算机网络的通信过程；理解计算机网络的通信过程；n n4 4 说出计算机网络的三种类型及相应的特点；说出计算机网络的三种类型及相应的特点；n n5 5 对各种生活中的计算机网络有一定的认识；对各种生活中的计算机网络有一定的认识
2、；n n6 6 了解计算机网络的发展趋势及其对网络教育的影响；了解计算机网络的发展趋势及其对网络教育的影响；第2页，共115页，编辑于2022年，星期一3.1 计算机网络的形成和发展计算机网络的形成和发展计算机网络的发展计算机网络的发展:n n第一阶段（第一阶段（1957196819571968年）：联机系统年）：联机系统 n n第二阶段（第二阶段（1968196819841984年）：通信子网的出现年）：通信子网的出现 n n第三阶段（第三阶段（1984198419861986年）：统一的网络体系结构年）：统一的网络体系结构 n n第四阶段（第四阶段（19861986年至今）：因特网年至今）
3、：因特网 计算机网络的定义计算机网络的定义地理上分散的各台独立自主的计算机遵循约定的通信协议，通地理上分散的各台独立自主的计算机遵循约定的通信协议，通过软、硬件互连以实现交互通信，资源共享，信息交换，协同工过软、硬件互连以实现交互通信，资源共享，信息交换，协同工作以及在线处理等功能的系统。作以及在线处理等功能的系统。第3页，共115页，编辑于2022年，星期一3.1 计算机网络的形成和发展计算机网络的形成和发展计算机网络的组成与结构计算机网络的组成与结构1.1.资源子网和通信子网资源子网和通信子网计算机网络要完成数据处理和数据通信两大基本功能计算机网络要完成数据处理和数据通信两大基本功能,因此
4、可以分因此可以分成两个部分成两个部分:资源子网和通信子网资源子网和通信子网.通信控制处理机主机系统终端通信线路第4页，共115页，编辑于2022年，星期一3.1 计算机网络的形成和发展计算机网络的形成和发展计算机网络拓扑构型计算机网络拓扑构型计算机网络拓扑是指通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络计算机网络拓扑是指通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构结构,反映出网络中个实体间的结构关系反映出网络中个实体间的结构关系.计算机网络拓扑的分类计算机网络拓扑的分类网络拓扑可以根据通信子网中通信信道类型分为两类网络拓扑可以根据通信子网中通信信道类型分为两类:广播信道通信子网广播信道通信
5、子网的拓扑和点到点线路通信子网的拓扑的拓扑和点到点线路通信子网的拓扑.采用广播信道通信子网中一采用广播信道通信子网中一个公共的通信信道被多个网络节点共享个公共的通信信道被多个网络节点共享;在采用点到点线路通信子在采用点到点线路通信子网中网中,每条物理线路连接一对结点每条物理线路连接一对结点.总线型拓扑环型拓扑星型拓扑第5页，共115页，编辑于2022年，星期一3.1 计算机网络的形成和发展计算机网络的形成和发展计算机网络的分类计算机网络的分类根据网络的覆盖范围进行分类根据网络的覆盖范围进行分类,计算机网络可以分为计算机网络可以分为:1.1.局域网局域网（LANLAN）局域网用于将有限范围内局域
6、网用于将有限范围内(如一个实验室如一个实验室、一幢大楼、一个校园、一幢大楼、一个校园)的各种计的各种计算机算机、终端与外部设备互连成网、终端与外部设备互连成网.2.2.城域网城域网（MANMAN）城市地区网络简称城域网城市地区网络简称城域网,它的设计目标是满足几十公里范围内的大量企业它的设计目标是满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求机关、公司的多个局域网互连的需求,以实现大量用户之间的数据、语音、图以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能形与视频等多种信息的传输功能.3.3.广域网广域网（WANWAN）广域网也称为远程网广域网也称为远程网,它覆盖
7、的地理范围从几十公里到几千公里它覆盖的地理范围从几十公里到几千公里,广域广域网的通信子网可以利用公用分组交换网网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换、卫星通信网和无线分组交换网将分布在不同地区的计算机系统互连起来网将分布在不同地区的计算机系统互连起来,达到资源共享的目的达到资源共享的目的.第6页，共115页，编辑于2022年，星期一3.1 计算机网络的形成和发展计算机网络的形成和发展生活中的计算机网络生活中的计算机网络 1 1各种商业应用的计算机网络系统各种商业应用的计算机网络系统2 2证券交易系统证券交易系统3 3中国教育科研网（中国教育科研网（CERNETCERNET
8、）4 4InternetInternet第7页，共115页，编辑于2022年，星期一广域网广域网ADSL接入模型第8页，共115页，编辑于2022年，星期一第9页，共115页，编辑于2022年，星期一第10页，共115页，编辑于2022年，星期一第11页，共115页，编辑于2022年，星期一第12页，共115页，编辑于2022年，星期一3.1 计算机网络的形成和发展计算机网络的形成和发展一个生活中通信的例子一个生活中通信的例子两个人通信的模型第13页，共115页，编辑于2022年，星期一3.1 计算机网络的形成和发展计算机网络的形成和发展两人通讯模型的特点：两人通讯模型的特点：n n模型具有三
9、个层次模型具有三个层次 n n相同层次的交流都是独立进行的，不受其他层次影响相同层次的交流都是独立进行的，不受其他层次影响n n上下相邻两个层次之间的联系可以用上下相邻两个层次之间的联系可以用“提供服务提供服务”和和“使用服务使用服务”来进行说明来进行说明第14页，共115页，编辑于2022年，星期一3.1 计算机网络的形成和发展计算机网络的形成和发展计算机网络中的通信计算机网络中的通信OSI/RM参考模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层1974年,ISO发布了著名的ISO/IEC7498标准,它定义了7层框架,也就是开发系统互连参考模型第15页，共115页，编辑于2022年，星
10、期一3.1 计算机网络的形成和发展计算机网络的形成和发展因特网四层模型TCP/IP参考模型应用层传输层互联层主机网络层（以太网等）TCPTCP协议的全称叫做传输控制协议协议的全称叫做传输控制协议,IPIP协议指的是互联网协议协议指的是互联网协议第16页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信数据通信基本概念数据通信基本概念通信的目的是为了交换信息通信的目的是为了交换信息.数据通信指在不同计算机之间传送数据通信指在不同计算机之间传送表示字母表示字母、数字、符号的二进制代码、数字、符号的二进制代码0 0、1 1比特序列的过程比特序列的过程.n n数据通信最引人注目的发展是在数
11、据通信最引人注目的发展是在1919世纪中期的莫尔斯世纪中期的莫尔斯(Morse)(Morse)电报电报码码,它只适合于电报操作员手工发报它只适合于电报操作员手工发报n n18701870年的博多年的博多(Baudot)(Baudot)码适用于机器编码解码码适用于机器编码解码n n目前应用最为广泛的是美国信息交换标准编码目前应用最为广泛的是美国信息交换标准编码(ASCII(ASCII码码)又称为国际又称为国际5 5号码号码,它被用于计算机内码它被用于计算机内码,也是数据通信中的也是数据通信中的编码标准编码标准.例如字符例如字符00的二进制码是的二进制码是0110000,0110000,字符字符A
12、A的二的二进制码是进制码是1000001.1000001.人们习惯将二进制代码的人们习惯将二进制代码的0 0、1 1称为码元称为码元.多媒体计算机技术就是要研究计算机交互式综合处理多媒体信息(文本、图形、图像与语音、图形、图像与语音).第17页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信数据通信基本概念数据通信基本概念 模拟信号模拟信号:是一种连续变化的电磁波是一种连续变化的电磁波,这种电磁波可以按照不同频这种电磁波可以按照不同频率在各种介质上传输率在各种介质上传输;数字信号数字信号:是一系列的电压脉冲是一系列的电压脉冲,用恒定的正电压来表示二进制用恒定的正电压来表示二进制1
13、,1,用恒定的负电压来表示二进制用恒定的负电压来表示二进制0.0.数字信号发送最突出的优点是比一般模拟信号发送便宜数字信号发送最突出的优点是比一般模拟信号发送便宜,且很少且很少受噪音干扰受噪音干扰,主要缺点是数字信号比模拟信号易衰减主要缺点是数字信号比模拟信号易衰减.模拟数据模拟数据:在某个区间产生连续的值在某个区间产生连续的值(声音声音、视频、温度、压力、视频、温度、压力)数字数据数字数据:产生离散的值产生离散的值(文本信息文本信息)模拟和数字数据都可以用模拟和数字信号来表示模拟和数字数据都可以用模拟和数字信号来表示,因而也可以用因而也可以用这两种信号来传播这两种信号来传播.第18页，共11
14、5页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信数据通信方式数据通信方式1.1.在计算机中在计算机中,通常是用通常是用8 8位的二进制代码来表示一个字符位的二进制代码来表示一个字符.数据通数据通信按照字节使用的信道数信按照字节使用的信道数,可以分为两种可以分为两种:串行通信和并行通信串行通信和并行通信.串行通信中将传送的每个二进制代码由低位到高位的顺序依次发串行通信中将传送的每个二进制代码由低位到高位的顺序依次发送送;并行通信是将一个字符的并行通信是将一个字符的8 8位二进制代码同时通过位二进制代码同时通过8 8条并行的通条并行的通信信道发送出去信信道发送出去,每次发送一个字符代码每次发
15、送一个字符代码.发送端接收端b7b6b5b4b3b2b1b0串行通信信道发送端接收端b0b1b2b3b4b5b6b7b0b1b2b3b4b5b6b7并行通信信道第19页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信数据通信方式数据通信方式2.2.数据按照信号传送方向与时间的关系数据按照信号传送方向与时间的关系,可以分为三种可以分为三种:单工通信、单工通信、半双工通信、全双工通信半双工通信、全双工通信.单工通信方式中单工通信方式中,信号只能向一个方向传输信号只能向一个方向传输.单向通道发送接收。双向通道发送接收接收发送发送发送接收接收双向通道在半双工通信方式中，信号可以双向传送，
16、但必须是交替进行的.在全双工通信方式中，信号可以同时双向传送.第20页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信数据通信方式数据通信方式3.3.同步传输方式和异步传输方式同步传输方式和异步传输方式 所谓的同步就是要求通信的收发双方在时间基准上保持一致所谓的同步就是要求通信的收发双方在时间基准上保持一致.可可以分为位同步和字符同步以分为位同步和字符同步.异步传输的特点是异步传输的特点是:每个字符作为一个独每个字符作为一个独立的整体进行发送立的整体进行发送,字符之间的时间间隔可以是任意的字符之间的时间间隔可以是任意的.4.4.多路复用技术多路复用技术 无论是局部网络还是远程网络
17、无论是局部网络还是远程网络,总是出现传输介质的能力超过传输总是出现传输介质的能力超过传输单一信号的情况单一信号的情况,为了有效地利用传输系统为了有效地利用传输系统,人们希望通过同时携带人们希望通过同时携带多个信号来高效率地使用传输介质多个信号来高效率地使用传输介质.这就是这就是多路复用多路复用技术技术,一般可以一般可以分为频分多路复用和时分多路复用分为频分多路复用和时分多路复用.每个信号需要一个以它的载波频率为中心的一定的带宽每个信号需要一个以它的载波频率为中心的一定的带宽,称为称为通道通道.为了防止干扰为了防止干扰,使用保护带来隔离每一个通道使用保护带来隔离每一个通道,保护带是一些无用的保护
18、带是一些无用的频谱区频谱区.第21页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信数据通信方式数据通信方式信号源1信号源2信号源3信号源4信号源1信号源2信号源3信号源4多路复用器MUX多路复用器MUX通道1(f1)通道2(f2)通道3(f3)通道4(f4)频分多路复用(FDM)信号源1信号源2信号源3信号源4信号源1信号源2信号源3信号源4多路复用器MUX多路复用器MUX.1323441 2时分多路复用(TDM)第22页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信数据通信的主要技术指标数据通信的主要技术指标1)1)波特率波特率波特率又称为码元速率，是指单位时
19、间内所传送的信号波特率又称为码元速率，是指单位时间内所传送的信号“波形波形”的个数，单位为：波特（的个数，单位为：波特（BaudBaud），计算公式为：），计算公式为：B=1/TB=1/T（baudbaud）式中，式中，T T为波形周期。为波形周期。2)2)比特率比特率比特率又称位速率，是指单位时间内所传送的二进制位数。单比特率又称位速率，是指单位时间内所传送的二进制位数。单位为：位位为：位/秒（秒（bpsbps）。计算公式为：）。计算公式为：S=BlogS=Blog2 2N N式中：式中：B B为波特率，为波特率，N N为一个波形的有效状态数。为一个波形的有效状态数。第23页，共115页，编
20、辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信 数据通信的主要技术指标数据通信的主要技术指标3)3)带宽带宽带宽是指介质能传输的最高频率和最低频率之间的差值，带宽通带宽是指介质能传输的最高频率和最低频率之间的差值，带宽通常用常用“HzHz”表示。表示。4)4)信道容量信道容量信道容量指信道传送信息的最大能力。信道容量指信道传送信息的最大能力。5)5)误码率误码率误码率是指二进制数字信号在传送过程中被传错的概率。计算公式为：误码率是指二进制数字信号在传送过程中被传错的概率。计算公式为：PPe e=传错的比特数传错的比特数/传送的总比特数传送的总比特数6)6)信道延迟信道延迟信道延迟是指信号在信道
21、中传播时，从信源端到信宿端的时间差。信道延迟是指信号在信道中传播时，从信源端到信宿端的时间差。第24页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信传输介质及主要特性传输介质及主要特性1.1.同轴电缆的主要特性同轴电缆的主要特性 同轴电缆（同轴电缆（CoaxCoax）是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一）是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆。轴心的电缆。同轴电缆的特点：高带宽、及好的噪声抑制性。同轴电缆的带 宽取决于电缆长度。1km的电缆可以达到1-2Gb/s的数据传输速率。第25页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信传输介质
22、及主要特性传输介质及主要特性同轴电缆的分类：同轴电缆的分类：1.1.按传输信号分类：按传输信号分类：1 1）基带同轴缆：基带同轴缆主要用于数字信号的基带通信，如）基带同轴缆：基带同轴缆主要用于数字信号的基带通信，如10Base-210Base-2以太网中使用的以太网中使用的RG-58RG-58同轴缆。同轴缆。2 2）宽带同轴缆：宽带同轴缆主要用于模拟信号的宽带通信，如闭）宽带同轴缆：宽带同轴缆主要用于模拟信号的宽带通信，如闭路电视系统中的传输线路。路电视系统中的传输线路。2.2.按直径的不同分类：粗缆、细缆。按直径的不同分类：粗缆、细缆。计算机网络一般选用计算机网络一般选用RG-8RG-8以太
23、网粗缆和以太网粗缆和RG-58RG-58以太网细缆；以太网细缆；RG-59 RG-59 用于电视系统；用于电视系统；RG-62 RG-62 用于用于ARCnetARCnet网络和网络和IBM3270IBM3270 网络。同轴电缆既支持点网络。同轴电缆既支持点-点连接，也支持多点连接。点连接，也支持多点连接。第26页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信传输介质及主要特性传输介质及主要特性2.2.双绞线的主要特性双绞线的主要特性 双绞线是由按规则螺旋结构排列的两根、四根或八根绝缘导线组成。一双绞线是由按规则螺旋结构排列的两根、四根或八根绝缘导线组成。一对线可以作为一条通信
24、线路，各个线对螺旋排列的目的是为了使各线对之间对线可以作为一条通信线路，各个线对螺旋排列的目的是为了使各线对之间的电磁干扰最小。的电磁干扰最小。局域网中使用的双绞线分为两类：屏蔽双绞线局域网中使用的双绞线分为两类：屏蔽双绞线(STP)(STP)和非屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线(UTP)(UTP)第27页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信传输介质及主要特性传输介质及主要特性在局域网中常用的双绞线根据传输特性分为五类。在典型的在局域网中常用的双绞线根据传输特性分为五类。在典型的EthernetEthernet网中，常用第三类、第四类与第五类非屏蔽双绞线。网中，常用第三类、第
25、四类与第五类非屏蔽双绞线。其中，三类线带宽为其中，三类线带宽为16MHz16MHz，适用于语音及，适用于语音及10Mbps10Mbps以下的数据传输；五类以下的数据传输；五类线带宽为线带宽为100MHz100MHz，适用于语音及，适用于语音及100Mbps100Mbps的高速数据传输，甚至可以支持的高速数据传输，甚至可以支持155Mbps155Mbps的的ATMATM数据传输。数据传输。双绞线既可用于点双绞线既可用于点-点连接，也可以用于多点连接。双绞线的抗干扰性取决点连接，也可以用于多点连接。双绞线的抗干扰性取决于在一束线中，相邻线对的扭曲长度及适当的屏蔽。于在一束线中，相邻线对的扭曲长度及
26、适当的屏蔽。双绞线的连接器及制作双绞线的连接器及制作（RJ45RJ45水晶头与网线连接）水晶头与网线连接）第28页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信传输介质及主要特性传输介质及主要特性3.3.光纤的主要特性光纤的主要特性 光纤为光导纤维的简称，由直径大约为光纤为光导纤维的简称，由直径大约为0.1mm0.1mm的细玻璃丝构成。光纤通的细玻璃丝构成。光纤通信就是以光波为载波、光导纤维为传输介质的一种通信方式。信就是以光波为载波、光导纤维为传输介质的一种通信方式。光发送机：光发送机负责产生光束，将电信号转变成光信号，再把光信号导入光纤。光接收机：光接收机负责接收从光纤上传
27、输过来的光信号，并将它转变成电信号，经解码后再作相应处理。第29页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信传输介质及主要特性传输介质及主要特性光纤较电缆导线有四大优点：光纤较电缆导线有四大优点：抗干扰性能好、传输距离远、传输速率高、单芯可实现传输。抗干扰性能好、传输距离远、传输速率高、单芯可实现传输。光纤本身也有缺点：光纤本身也有缺点：质地较脆、机械强度低就是它的致命弱点，质地较脆、机械强度低就是它的致命弱点，稍不注意，就会折断于稍不注意，就会折断于光缆外皮当中、光纤的安装需要专门设备，价格也比较昂贵。光缆外皮当中、光纤的安装需要专门设备，价格也比较昂贵。光纤的最普遍的连
28、接方式是点光纤的最普遍的连接方式是点 点方式，按照光纤中光的传输模式来点方式，按照光纤中光的传输模式来分可以分为单模光纤和多模光纤。单模光纤是指光纤的光信号仅与光分可以分为单模光纤和多模光纤。单模光纤是指光纤的光信号仅与光纤轴成单个可分辨角度的单光线传输；多模光纤就是多个可分辨角度纤轴成单个可分辨角度的单光线传输；多模光纤就是多个可分辨角度的多光线传输。单模光纤的性能优于多模光纤。的多光线传输。单模光纤的性能优于多模光纤。第30页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信数据编码技术数据编码技术 根根据据数数据据通通信信类类型型，网网络络中中常常用用的的通通信信信信道道分分
29、为为两两类类：模模拟拟通通信信信信道道和数字通信信道。和数字通信信道。数据编码方法模拟数据编码数字数据编码振幅键控移频键控差分曼彻斯特编码移相键控非归零码曼彻斯特编码我们将发送端数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制(modulation)，设备称为调制器；将接收端把模拟数字信号还原成数字数据信号的过程称为解调(demodulation)，将设备称为解调器。同时具有调制和解调功能的设备称为调制解调器(modem)。编码解码的定义与此类似。第31页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信数据编码技术数据编码技术1.1.频带传输中的数据编码频带传输中的数据编码模拟信号通
30、常由某一个频率或几个频率组成，它占用一个固有的频带，模拟信号通常由某一个频率或几个频率组成，它占用一个固有的频带，所以称为频带传输。所以称为频带传输。数据编码方式根据调制参数的不同可分为以下三种：数据编码方式根据调制参数的不同可分为以下三种：1)1)幅移键控法（幅移键控法（AmplitudeShiftKeyingAmplitudeShiftKeying，ASKASK）所谓调幅方式就是用基带信号来控制载波的振幅变化。所谓调幅方式就是用基带信号来控制载波的振幅变化。2)2)频移键控法（频移键控法（FrequencyShiftKeyingFrequencyShiftKeying，FSKFSK）调频方
31、式是用基带信号来控制载波的频率变化。调频方式是用基带信号来控制载波的频率变化。3)3)相移键控法（相移键控法（PhaseShiftKeyingPhaseShiftKeying，PSKPSK）调相方式是用基带信号来控制载波的相位变化。调相方式是用基带信号来控制载波的相位变化。第32页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信数据编码技术数据编码技术2.2.基带传输中的数据编码基带传输中的数据编码1)1)不归零码（不归零码（NonReturntoZeroNonReturntoZero）在不归零码中，正电平表示在不归零码中，正电平表示1 1，负电平表示，负电平表示0 0。为了发送
32、双方保持同步。为了发送双方保持同步故在发送故在发送NRZNRZ的同时传送同步时钟信号。的同时传送同步时钟信号。特点：实现简单，费用低。特点：实现简单，费用低。2)2)曼彻斯特编码曼彻斯特编码每比特的周期每比特的周期T T分为前分为前T/2T/2和后和后T/2T/2两部分，通过前两部分，通过前T/2T/2传送该比特的反码，通过后传送该比特的反码，通过后T/2T/2传送该比特的原码。传送该比特的原码。特点：方案实现简单。特点：方案实现简单。3)3)差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码的区别在于：每比特中间的跳变仅作为同步之用，每比特的与曼彻斯特编码的区别在于：每比特中间的跳变仅作为同步之
33、用，每比特的值根据其开始边是否发生跳变来决定。值根据其开始边是否发生跳变来决定。其主要的应用领域为令牌环网。其主要的应用领域为令牌环网。第33页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信数据编码技术数据编码技术01001101(a)非归零码(b)同步时钟(c)曼彻斯特编码(d)差分曼彻斯特编码数据数字数据信号的波形第34页，共115页，编辑于2022年，星期一3.2 数据通信数据通信数据压缩技术数据压缩技术所谓的数据压缩是指在保证信息原貌的前提下，减少信息的比特所谓的数据压缩是指在保证信息原貌的前提下，减少信息的比特数的方法。数的方法。其主要的应用有两个目的，一是存储的需要
34、，二是提高传输效率其主要的应用有两个目的，一是存储的需要，二是提高传输效率的需要。的需要。1.1.文本、程序的压缩文本、程序的压缩 2.2.图形的压缩图形的压缩 3.3.图像的压缩（图像的压缩（JPEGJPEG）4.4.视频的压缩（视频的压缩（MPEGMPEG）第35页，共115页，编辑于2022年，星期一3.3局域网、广域网和网络互连技术局域网、广域网和网络互连技术局域网的技术特点局域网的技术特点 局域网是将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。局域网是将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。由于局域网体系结构、协议标准研究的进展，操作系统的发展，由于局域网体系结构、协议标准研究
35、的进展，操作系统的发展，光纤技术的引入，以及高速局域网技术的发展，局域网技术特征光纤技术的引入，以及高速局域网技术的发展，局域网技术特征性能参数发生了很大的变化：性能参数发生了很大的变化：1)1)覆盖的地理范围有限；覆盖的地理范围有限；2)2)提供高速数据传输、低误码率的高质量传输环境；提供高速数据传输、低误码率的高质量传输环境；3)3)局域网属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；局域网属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；4)4)决定局域网特性的主要技术特性为网络拓扑、传输介质与介质访问控制方决定局域网特性的主要技术特性为网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法；法；5)5)以介质访问控制方
36、法分类，可以分为共享介质局域网与交换局域网；以介质访问控制方法分类，可以分为共享介质局域网与交换局域网；第36页，共115页，编辑于2022年，星期一3.3局域网、广域网和网络互连技术局域网、广域网和网络互连技术IEEE802IEEE802参考模型与协议参考模型与协议19801980年年2 2月，月，IEEE(IEEE(美国电气和电子工程师学会美国电气和电子工程师学会)成立了局域网标成立了局域网标准委员会，专门从事局域网标准化工作并制订了相关标准。准委员会，专门从事局域网标准化工作并制订了相关标准。802.10可互操作的局域网安全802.1体系结构与网络互联802.2逻辑链路控制子层802.3
37、CSMA/CD802.4令牌总线802.5令牌环802.6城域网802.9语音与数据综合局域网802.11无线局域网IEEE802.7标准，定义了宽带网络技术；IEEE802.8标准，定义了光纤传输技术；.第37页，共115页，编辑于2022年，星期一广域网广域网定义：指覆盖范围广、传输速率相对较低，以数据通信为主要定义：指覆盖范围广、传输速率相对较低，以数据通信为主要目的的数据通信网络。目的的数据通信网络。目前广域网技术中主要有以下几个网络：目前广域网技术中主要有以下几个网络：1)1)公用电话交换网公用电话交换网PSTNPSTN（PublicSwitchedTelephoneNetworkP
38、ublicSwitchedTelephoneNetwork）是以电路）是以电路交换技术为基础的用于传输模拟话音的网络；交换技术为基础的用于传输模拟话音的网络；3.3局域网、广域网和网络互连技术局域网、广域网和网络互连技术第38页，共115页，编辑于2022年，星期一2)2)综合业务数字网综合业务数字网ISDNISDN：它是数据交换和数字传输的结合，能够提：它是数据交换和数字传输的结合，能够提供端到端的数字连接，实现数字化，传输质量得到大提高；供端到端的数字连接，实现数字化，传输质量得到大提高；3)3)数字数据网数字数据网DDNDDN：是利用数字信道传输数据信号的数据传输网，：是利用数字信道传输
39、数据信号的数据传输网，它的传输媒介有光缆、数字微波、卫星信道以及用户端可用的普通电它的传输媒介有光缆、数字微波、卫星信道以及用户端可用的普通电缆和双绞线。缆和双绞线。4)X.25 4)X.25网：网：X.25X.25X.25X.25 协议主要定义了数据是如何从计算机等数据协议主要定义了数据是如何从计算机等数据终端设备终端设备(DTE)(DTE)发送到包交换机或访问设备等数据电路端接设备发送到包交换机或访问设备等数据电路端接设备(DCE)(DCE)的，实现的是点对点的面向连接的通信的，实现的是点对点的面向连接的通信 。3.3局域网、广域网和网络互连技术局域网、广域网和网络互连技术第39页，共11
40、5页，编辑于2022年，星期一广域网广域网5)5)非对称数字用户线非对称数字用户线ADSLADSL（AsymmetricAsymmetricDigitalSubscriberLineDigitalSubscriberLine）利用数字编利用数字编码技术获得最大的传输容量。码技术获得最大的传输容量。DSLDSL是超级是超级ModemModem，传输速率很高。，传输速率很高。ADSLADSL用其特用其特有的调制解调硬件来连接现有双绞线连接的各端，它创建具有三个信道的有的调制解调硬件来连接现有双绞线连接的各端，它创建具有三个信道的管道，如图所示。管道，如图所示。3.3局域网、广域网和网络互连技术局域
41、网、广域网和网络互连技术从图中可以看到，ADSL用频分复用(FDM)在电话线中创建多了个信道。FDM使用一条下传数据管道和一条上传数据管道，并用时分复用(TDM)将下传管道分割，上传管道也被分成多个低速信道。第40页，共115页，编辑于2022年，星期一3.3局域网、广域网和网络互连技术局域网、广域网和网络互连技术广域网广域网ADSL接入模型第41页，共115页，编辑于2022年，星期一网络互连技术网络互连技术 网络互连：将分布在不同地理位置的网络、设备相连接，以构网络互连：将分布在不同地理位置的网络、设备相连接，以构成更大规模的互联网系统，实现互连网络中的资源共享。成更大规模的互联网系统，实
42、现互连网络中的资源共享。1 1）互联网中资源的共享服务与物理网络结构是分离的；）互联网中资源的共享服务与物理网络结构是分离的；2 2）互联网络对用户是透明的，各子网在网络协议、服务类型）互联网络对用户是透明的，各子网在网络协议、服务类型与网络管理方面的差异应该被屏蔽掉。与网络管理方面的差异应该被屏蔽掉。网络互连的类型网络互连的类型 1 1）局域网局域网互连）局域网局域网互连 2 2）局域网广域网互连）局域网广域网互连 3 3）局域网广域网局域网互连）局域网广域网局域网互连 4 4）广域网广域网互连）广域网广域网互连网络互连的层次：互连是基础，互通是手段，互操作则是网络互连网络互连的层次：互连是
43、基础，互通是手段，互操作则是网络互连的目的。的目的。3.3局域网、广域网和网络互连技术局域网、广域网和网络互连技术第42页，共115页，编辑于2022年，星期一3.3局域网、广域网和网络互连技术局域网、广域网和网络互连技术网络互连技术网络互连技术一、中继器一、中继器 1.1.定义：是连接网络线路的一种装置，用于两个网络节点之间物理信号定义：是连接网络线路的一种装置，用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。的双向转发工作。2.2.两种工作方式：两种工作方式：a.a.直接放大式直接放大式(主要应用于对链路质量要求不是很高的场合，且级联主要应用于对链路质量要求不是很高的场合，且级联的中继器数量很
44、少，一般为一到两个的中继器数量很少，一般为一到两个)b.b.信号再生式信号再生式(主要应用于链路质量要求较高的场合主要应用于链路质量要求较高的场合)中继器主要有两种形式：中继器主要有两种形式：MODEMMODEM、HUBHUB。二、二、二、二、集线器（集线器（HUBHUB）集线器的功能：随机选出某一端口的设备，并让它独占全部带宽，集线器的功能：随机选出某一端口的设备，并让它独占全部带宽，与集线器的上联设备（交换机、路由器或服务器等）进行通信。与集线器的上联设备（交换机、路由器或服务器等）进行通信。第43页，共115页，编辑于2022年，星期一 集线器的英文名称就是我们通常见到的集线器的英文名称
45、就是我们通常见到的“HUBHUB”，英文，英文“HUBHUB”是是“中心中心”的意思。集线器（的意思。集线器（HUBHUB）是一种最为基础的用于在计算机网络）是一种最为基础的用于在计算机网络中连接多个计算机或其它设备的连接设备，是对网络进行集中管理的最中连接多个计算机或其它设备的连接设备，是对网络进行集中管理的最小单元，像树的主干一样，它是各分枝的汇集点。它工作于小单元，像树的主干一样，它是各分枝的汇集点。它工作于OSIOSI参考模参考模型的物理层。型的物理层。集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把
46、所有节点集中在以它为中心的节点上。网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。3.3局域网、广域网和网络互连技术局域网、广域网和网络互连技术第44页，共115页，编辑于2022年，星期一3.3局域网、广域网和网络互连技术局域网、广域网和网络互连技术网络互连技术网络互连技术共享式集线器工作原理第45页，共115页，编辑于2022年，星期一3.3局域网、广域网和网络互连技术局域网、广域网和网络互连技术网络互连技术网络互连技术注意在集线器中，Uplink端口用来进行两台集线器的互连。Uplink端口不能同第一个端口共用。下图是两台集线器的互相连接的方法。第46页，共115页，编辑于202
47、2年，星期一3.3局域网、广域网和网络互连技术局域网、广域网和网络互连技术网络互连技术网络互连技术三、交换机三、交换机交换技术交换技术(交换机交换机)在在OSIOSI参考模型的第二层操作。交换技术允许参考模型的第二层操作。交换技术允许对共享型和专用型的局域网段进行带宽调整对共享型和专用型的局域网段进行带宽调整。交换机的级连是指通过线缆将两个交换机前板的两个端口连接起来。交换机的级连是指通过线缆将两个交换机前板的两个端口连接起来。1.1.交换机的交换机的UplinkUplink口连接到交换机的普通口；口连接到交换机的普通口；第47页，共115页，编辑于2022年，星期一3.3局域网、广域网和网络
48、互连技术局域网、广域网和网络互连技术网络互连技术网络互连技术2.2.交换机的交换机的UPLINKUPLINK口连接到交换机的口连接到交换机的UPLINKUPLINK口；口；3.3.交换机的普通口连接到交换机的普通口；交换机的普通口连接到交换机的普通口；第48页，共115页，编辑于2022年，星期一以太网交换机快速以太网交换机千兆以太网交换机3.3局域网、广域网和网络互连技术局域网、广域网和网络互连技术第49页，共115页，编辑于2022年，星期一3.3局域网、广域网和网络互连技术局域网、广域网和网络互连技术网络互连技术网络互连技术四、网桥的概述四、网桥的概述 网桥是数据链路层的设备，类似中继器
49、。用于连接两个或更网桥是数据链路层的设备，类似中继器。用于连接两个或更多局域网网段。每个局域网网段是一个独立的冲突域。多局域网网段。每个局域网网段是一个独立的冲突域。网桥的目的是过滤局域上的流量，以确保本地通信在本地进行。网桥的目的是过滤局域上的流量，以确保本地通信在本地进行。网桥与中继器的不同之处在于能够解析它收发的数据，即它网桥与中继器的不同之处在于能够解析它收发的数据，即它能够读取目标地址信息，并决定是否向网络的其它段转发数据包。能够读取目标地址信息，并决定是否向网络的其它段转发数据包。五、路由器的概述路由：指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标点的的活动。路由与交换的主要区别在于
50、：交换发生在OSI的第二层（数据 链路层）；路由发生在OSI的第三层（网络层）。第50页，共115页，编辑于2022年，星期一3.3局域网、广域网和网络互连技术局域网、广域网和网络互连技术网络互连技术网络互连技术路由器通过路由决定数据的转发，转发策略称为路由选择。路由器通过路由决定数据的转发，转发策略称为路由选择。路由器的特征：路由器的特征：(1)(1)路由器工作在第三层上。路由器工作在第三层上。(2)(2)路由器能连路由器能连接不同类型的网络。接不同类型的网络。(3)(3)路由器具有路径选择能力。路由器具有路径选择能力。路由器的优缺点：优点：(1)适用于大规模的网络；(2)适用于复杂的网络拓