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1、计算机网络基础理论知识1 1第1页，本讲稿共51页第一篇第一篇 计算机网络基础计算机网络基础内容简介内容简介 1.11.1计算机网络的定义计算机网络的定义1.21.2计算机网络组成与功能计算机网络组成与功能1.31.3计算机网络的发展计算机网络的发展1.41.4计算机网络的分类计算机网络的分类1.51.5计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑结构1.61.6计算机网络传输介质计算机网络传输介质2 2第2页，本讲稿共51页1.1 计算机网络的定义1.1.定义：把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机系统通过通信定义：把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善
2、的软件和协议的管理下实现网络中设备和线路连接起来，在功能完善的软件和协议的管理下实现网络中资源共享系统资源共享系统2.2.由定义可知：由定义可知：(1)(1)计算机网络是计算机网络是“通信技术通信技术”与与“计算机技术计算机技术”的结合产物的结合产物(2)(2)数据交换是基础，资源交换为目的数据交换是基础，资源交换为目的 主机主机 终端终端 终端终端 主机主机 终端终端 主机 主机通信设备通信线路通信线路通信子网通信子网资源子网资源子网3 3第3页，本讲稿共51页1.2 计算机网络的组成1.组成:通信子网，资源子网4 4第4页，本讲稿共51页1.2 计算机网络的组成2.通信子网(1)(1)功能
3、：完成网络的通信功能：完成网络的通信 数据的存储转发数据的存储转发 差错控制差错控制 流量控制流量控制 路由选择路由选择 网络安全网络安全 流量计费流量计费(2)(2)构成：构成：网络结点网络结点+通信线路通信线路5 5第5页，本讲稿共51页1.2 计算机网络的组成2.资源子网(1)(1)功能：提供网络资源共享，处理数据能力功能：提供网络资源共享，处理数据能力(2)(2)构成：主机系统构成：主机系统(硬件硬件+软件软件)6 6第6页，本讲稿共51页1.3 计算机网络的发展第一阶段（第一阶段（第一阶段（第一阶段（5050年代）：计算机通信网络，特征是计算年代）：计算机通信网络，特征是计算年代）：
4、计算机通信网络，特征是计算年代）：计算机通信网络，特征是计算机与终端互连，实现远程访问。机与终端互连，实现远程访问。机与终端互连，实现远程访问。机与终端互连，实现远程访问。1 1具有远程通信功能的单机系统具有远程通信功能的单机系统具有远程通信功能的单机系统具有远程通信功能的单机系统 解决了多个用户共享主机资源的问题解决了多个用户共享主机资源的问题解决了多个用户共享主机资源的问题解决了多个用户共享主机资源的问题存在问题：主机负担重，通信费用高存在问题：主机负担重，通信费用高存在问题：主机负担重，通信费用高存在问题：主机负担重，通信费用高7 7第7页，本讲稿共51页1.3 计算机网络的发展2 2、
5、具有远程通信功能的多机系统、具有远程通信功能的多机系统、具有远程通信功能的多机系统、具有远程通信功能的多机系统解决了主机负担重、通信费用昂贵的问题。解决了主机负担重、通信费用昂贵的问题。解决了主机负担重、通信费用昂贵的问题。解决了主机负担重、通信费用昂贵的问题。主要问题：多个用户只能共享一台主机资源主要问题：多个用户只能共享一台主机资源主要问题：多个用户只能共享一台主机资源主要问题：多个用户只能共享一台主机资源8 8第8页，本讲稿共51页1.3 计算机网络的发展第二阶段（第二阶段（第二阶段（第二阶段（6060年代）：年代）：年代）：年代）：计算机通信系统，特征是计算计算机通信系统，特征是计算计
6、算机通信系统，特征是计算计算机通信系统，特征是计算机与计算机互连机与计算机互连机与计算机互连机与计算机互连l l采用分组交换技术实现计算机采用分组交换技术实现计算机采用分组交换技术实现计算机采用分组交换技术实现计算机计算机之间计算机之间计算机之间计算机之间的通信，使计算机网络的结构、概念都发生的通信，使计算机网络的结构、概念都发生的通信，使计算机网络的结构、概念都发生的通信，使计算机网络的结构、概念都发生了变化，形成了通信子网和资源子网的网络了变化，形成了通信子网和资源子网的网络了变化，形成了通信子网和资源子网的网络了变化，形成了通信子网和资源子网的网络结构结构结构结构主要问题：网络对用户不是
7、透明的主要问题：网络对用户不是透明的主要问题：网络对用户不是透明的主要问题：网络对用户不是透明的9 9第9页，本讲稿共51页1.3 计算机网络的发展1010第10页，本讲稿共51页1.3 计算机网络的发展第第第第三三三三阶阶阶阶段段段段（7070年年年年代代代代中中中中期期期期8080年年年年代代代代末末末末期期期期）：现现现现代代代代计计计计算算算算机机机机网网网网络络络络阶阶阶阶段段段段，特特特特征征征征是是是是网网网网络络络络体体体体系系系系结结结结构构构构的的的的形形形形成成成成和和和和网网网网络络络络协协协协议议议议的的的的标标标标准准准准化化化化在在在在计计计计算算算算机机机机通通
8、通通信信信信系系系系统统统统的的的的基基基基础础础础之之之之上上上上，重重重重视视视视网网网网络络络络体体体体系系系系结结结结构构构构和和和和协协协协议议议议标标标标准准准准化化化化的的的的研研研研究究究究，建建建建立立立立全全全全网网网网统统统统一一一一的的的的通通通通信信信信规规规规则则则则，用用用用通通通通信信信信协协协协议议议议软软软软件件件件来来来来实实实实现现现现网网网网络络络络内内内内部部部部及及及及网网网网络络络络与与与与网网网网络络络络之之之之间间间间的的的的通通通通信信信信，通通通通过过过过网网网网络络络络操操操操作作作作系系系系统统统统，对对对对网网网网络络络络资资资资源
9、源源源进进进进行行行行管管管管理理理理，极极极极大大大大的的的的简简简简化化化化了了了了用用用用户户户户的的的的使使使使用用用用，使使使使计计计计算算算算机机机机网络对用户提供透明服务网络对用户提供透明服务网络对用户提供透明服务网络对用户提供透明服务。局域网技术出现突破性进展。局域网技术出现突破性进展。局域网技术出现突破性进展。局域网技术出现突破性进展。1111第11页，本讲稿共51页1.3 计算机网络的发展1212第12页，本讲稿共51页1.3 计算机网络的发展网络计算的新时代帧帧帧帧中继中继异步传输模式异步传输模式ATM波分多路复用波分多路复用WDM未来的网络结构如下图:1313第13页，
10、本讲稿共51页1414第14页，本讲稿共51页1.4 计算机网络的分类1.按网络地理覆盖范围划分(1)(1)局域网局域网(LAN):(LAN):是由一系列用户终端和具有信息处理与是由一系列用户终端和具有信息处理与交换功能的节点及节点见的传输线路组成，限制在有限交换功能的节点及节点见的传输线路组成，限制在有限的距离之内，实现各计算机间的数据通信，具有较高的的距离之内，实现各计算机间的数据通信，具有较高的网络传输速率，局域网范围一般不超过网络传输速率，局域网范围一般不超过10KM10KM，往往局，往往局限于企事业单位内，组建局域网具有组建灵活，成本低廉，限于企事业单位内，组建局域网具有组建灵活，成
11、本低廉，运行可靠，速度快等优点。运行可靠，速度快等优点。1515第15页，本讲稿共51页1.4 计算机网络的分类(2)(2)城域网城域网(MAN):(MAN):也称都市网，它的覆盖范围一般是一也称都市网，它的覆盖范围一般是一个城市，它是在局域网不断普及，网络产品增加，个城市，它是在局域网不断普及，网络产品增加，应用领域拓展等情况下兴起的。它是将一个城市范应用领域拓展等情况下兴起的。它是将一个城市范围的局域网互连起来，以得到更高的数据传输速率围的局域网互连起来，以得到更高的数据传输速率Sanlian collegeUSTC1616第16页，本讲稿共51页1.4 计算机网络的分类(2)(2)广域网
12、广域网(MAN):(MAN):覆盖范围广阔，又称远程网。广域网覆盖覆盖范围广阔，又称远程网。广域网覆盖的地理范围可以是一个城市，一个地区，一个省，一个的地理范围可以是一个城市，一个地区，一个省，一个国家。最大的是国家。最大的是InternetInternet。广域网的传输速率低。广域网的传输速率低InternetInternet1717第17页，本讲稿共51页 企业网电话网上海因特网网关路由器modemmodemmodemmodemmodemmodem北京主服务器LANLAN1818第18页，本讲稿共51页1.4 计算机网络的分类1.按信息传输技术划分(1)(1)广播式网络广播式网络 在网络中
13、只有一个通信信道，由网络中的所有主机共享在网络中只有一个通信信道，由网络中的所有主机共享 特点：当从网络中任何一台主机发出一个短报文时，网上特点：当从网络中任何一台主机发出一个短报文时，网上所有的主机都可以接受到。但通过报文中所有的主机都可以接受到。但通过报文中“地址标识地址标识”，确定目标主机，它适用于距离范围小，网络内工作站点少确定目标主机，它适用于距离范围小，网络内工作站点少(图释图释01-101-1)请点击请点击1919第19页，本讲稿共51页1.4 计算机网络的分类(1)(1)点到点网络：点到点网络：当在一个网络中成对的主机间存在着若干当在一个网络中成对的主机间存在着若干对的相互联结
14、关系时，便组成了点到点的网络对的相互联结关系时，便组成了点到点的网络 特点：当源主机想目的主机发送特点：当源主机想目的主机发送“分组分组”信息时，信息时，分组信息可能经由一个或多个中间节点才能到达分组信息可能经由一个或多个中间节点才能到达 (图释图释01-201-2)请点击请点击2020第20页，本讲稿共51页1.5 网络拓扑结构1概念：网络拓扑结构指连接于网络中的端系统或工作站之间互连的方式；简单地说：指网络形状，网络的连通性常见的网络拓扑结构：总线型、星型、环型、树型、混合型、网状型2121第21页，本讲稿共51页1.5 网络拓扑结构2.常见网络结构介绍：(1)(1)总线型：总线型：采用一
15、个公用通道作为传输媒体，所有站采用一个公用通道作为传输媒体，所有站点都通过相应的硬件接口直接连接到公用信道上，点都通过相应的硬件接口直接连接到公用信道上，这一公用信道称为总线这一公用信道称为总线2222第22页，本讲稿共51页1.5 网络拓扑结构特点：(1)(1)所有站点发送的信息都通过该公用信道传播所有站点发送的信息都通过该公用信道传播(2)(2)某一时刻只允许一个站点向信道上发送数据（且数据某一时刻只允许一个站点向信道上发送数据（且数据分组中携带有目的地址）分组中携带有目的地址）(3)(3)信道上的数据能被其他所有站点接收，且各站点识别信道上的数据能被其他所有站点接收，且各站点识别分组携带
16、的目的地址，以确定是复制，分组，还是丢分组携带的目的地址，以确定是复制，分组，还是丢弃弃2323第23页，本讲稿共51页1.5 网络拓扑结构(2)(2)星型：星型：每一个站点直接与一个公共的中心节点连接每一个站点直接与一个公共的中心节点连接中心节点的操作一般有两种方法：中心节点的操作一般有两种方法：a.a.中心节点以广播式方式来运作，典型的设备是集线中心节点以广播式方式来运作，典型的设备是集线器器(HUB)(HUB)b.b.中心节点以交换方式来运作中心节点以交换方式来运作典型设备是专用交换机典型设备是专用交换机(PBX)(PBX)2424第24页，本讲稿共51页1.5 网络拓扑结构HUB（中央
17、控制器）HUB（中央控制器）中央控制器）星型（星型（Star）拓扑拓扑2525第25页，本讲稿共51页1.5 网络拓扑结构HUBSWITCH2626第26页，本讲稿共51页1.5 网络拓扑结构(3)(3)环型：环型：由站点和链路组成闭合环由站点和链路组成闭合环特点：数据沿环路单向传输，切绕环行驶一周，回到特点：数据沿环路单向传输，切绕环行驶一周，回到源站点。源站点。2727第27页，本讲稿共51页1.5 网络拓扑结构(4)(4)树型型：树型型：是星型的扩展，树型网络是分层结构，具是星型的扩展，树型网络是分层结构，具有根节点和分支节点有根节点和分支节点特点：适用于分级管理和控制系统特点：适用于分
18、级管理和控制系统2828第28页，本讲稿共51页1.5 网络拓扑结构(5)(5)混合型：混合型：是将传统的总线型网络结构与星型网络结构是将传统的总线型网络结构与星型网络结构进行有机结合。进行有机结合。注：混合型注：混合型(分布式，集散型分布式，集散型)网络结构特别使用与一个学网络结构特别使用与一个学校、企业、工厂等各个办公楼分散的情况校、企业、工厂等各个办公楼分散的情况2929第29页，本讲稿共51页1.5 网络拓扑结构(5)(5)其他型：其他型：a.a.双环型双环型 b.b.拓展星型拓展星型3030第30页，本讲稿共51页1.5 网络拓扑结构(5)(5)其他型：其他型：c.c.不规则型不规则
19、型 d.d.完全网状型完全网状型3131第31页，本讲稿共51页1.5 网络拓扑结构(5)(5)其他型：其他型：e.e.蜂窝型蜂窝型 3232第32页，本讲稿共51页1.6 传输媒体1.无线传输媒体：无线电、微波、激光、红外线、卫星等3333第33页，本讲稿共51页1.6 传输媒体2.有线传输媒体：双绞线、同轴电缆、光纤(1)双绞线非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线3434第34页，本讲稿共51页1.6 传输媒体(1)(1)双绞线是普遍使用的一种传输介质；在许多情况下，几公里范围内的双绞线是普遍使用的一种传输介质；在许多情况下，几公里范围内的传输速率可以达到几兆传输速率可以达到几兆bpsbps，其性能较
20、好又价格便宜。，其性能较好又价格便宜。(2)(2)由两根绝缘铜线绞合在一起，充当一条通信链路由两根绝缘铜线绞合在一起，充当一条通信链路 通常将若干对双绞线捆成一条电缆，用保护套包裹着通常将若干对双绞线捆成一条电缆，用保护套包裹着(3)(3)双绞线可以分为两种：双绞线可以分为两种：非屏蔽非屏蔽和和屏蔽屏蔽。非屏蔽双绞线电缆由多对双。非屏蔽双绞线电缆由多对双绞线和一个塑料外皮构成。非屏蔽双绞线绞线和一个塑料外皮构成。非屏蔽双绞线(UTP)UTP)易受外部干扰，包括易受外部干扰，包括来自环境噪音与附近的双绞线；但由于其价格低廉且易于安装和使用，来自环境噪音与附近的双绞线；但由于其价格低廉且易于安装和
21、使用，所以应用非常广泛。在建筑物内部，作为局域网传输介质而被普遍使所以应用非常广泛。在建筑物内部，作为局域网传输介质而被普遍使用的用的UTPUTP电缆的最大长度一般限制在电缆的最大长度一般限制在100100米之内。屏蔽双绞线米之内。屏蔽双绞线(STPSTP),),以铝箔屏蔽以减少干扰和串音以铝箔屏蔽以减少干扰和串音3535第35页，本讲稿共51页1.6 传输媒体（4 4）19911991年年，美美国国电电子子工工业业协协会会(EIA)(EIA)颁颁布布了了EIA-568EIA-568标标准准，即商业大楼的通信布线标准。即商业大楼的通信布线标准。EIA-568-AEIA-568-A有三种有三种U
22、TPUTP电缆。电缆。3 3类：类：UTPUTP电缆及其端接设备的传输特性定义为电缆及其端接设备的传输特性定义为16MH16MHZ Z。4 4类：类：UTPUTP电缆及其端接设备的传输特性定义为电缆及其端接设备的传输特性定义为20MH20MHZ Z。5 5类：类：UTPUTP电缆及其端接设备的传输特性定义为电缆及其端接设备的传输特性定义为100MH100MHZ Z。3 3类类UTPUTP电电缆缆对对应应于于在在大大多多数数办办公公楼楼里里大大量量使使用用的的话话音音级级电电缆缆；在在有有限限的的距距离离内内，经经过过适适当当的的设设计计，数数据据速速率率可可以达到以达到16Mbps16Mbps
23、。5 5类类是是数数字字级级电电缆缆，现现正正成成为为新新建建大大楼楼的的预预装装设设施施；在在一一定定的的范范围围内内，经经过过适适当当的的设设计计，5 5类类电电缆缆可可以以达达到到100Mbps100Mbps速率。速率。3 3类和类和5 5类类UTPUTP的关键差别在于单位距离上的螺旋的数目。的关键差别在于单位距离上的螺旋的数目。5 5类旋类旋得较紧，一般为每英寸得较紧，一般为每英寸3-43-4转，而转，而3 3类则一般是每英尺类则一般是每英尺3-43-4转；转；旋得越紧，价格越贵，但性能也好得多。旋得越紧，价格越贵，但性能也好得多。3636第36页，本讲稿共51页1.6 传输媒体（5
24、5）超超5 5类双绞线：类双绞线：与类双绞线结构基本相同，与普通类与类双绞线结构基本相同，与普通类UTPUTP相比，其衰减更小，串扰更少，同时具有更高的信噪比、更小的相比，其衰减更小，串扰更少，同时具有更高的信噪比、更小的延时误差，性能得到了提高。延时误差，性能得到了提高。(6)(6)双绞线的质量鉴别：双绞线的质量鉴别：有无标识、绞合紧密程度、韧性好、颜色清晰、阻燃性良有无标识、绞合紧密程度、韧性好、颜色清晰、阻燃性良好、用测试仪进行测量双绞线质量参数好、用测试仪进行测量双绞线质量参数3737第37页，本讲稿共51页1.6 传输媒体屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双绞线(UTP)以铝箔屏蔽以减少以铝
25、箔屏蔽以减少以铝箔屏蔽以减少以铝箔屏蔽以减少 干扰和串音干扰和串音干扰和串音干扰和串音3 3类、类、类、类、5 5类、类、类、类、6 6类类类类（1616MM、155M155M、1200M1200M）双绞线外没有任何附双绞线外没有任何附双绞线外没有任何附双绞线外没有任何附加屏蔽加屏蔽加屏蔽加屏蔽3838第38页，本讲稿共51页1.6 传输媒体(2)同轴电缆a.a.结构：由内向外分别是中心实体；绝缘层；金属网屏蔽层；黑结构：由内向外分别是中心实体；绝缘层；金属网屏蔽层；黑色保护套。其频率特性比双绞线好，能进行高速率传输。色保护套。其频率特性比双绞线好，能进行高速率传输。b b分类：分类：基带同轴
26、电缆基带同轴电缆基带同轴电缆基带同轴电缆 一条电缆只用于一个信道，一条电缆只用于一个信道，一条电缆只用于一个信道，一条电缆只用于一个信道，5050 ，用于数字传输，用于数字传输，用于数字传输，用于数字传输宽带同轴电缆宽带同轴电缆宽带同轴电缆宽带同轴电缆 一条电缆同时传输不同频率的多一条电缆同时传输不同频率的多一条电缆同时传输不同频率的多一条电缆同时传输不同频率的多路模拟信号，路模拟信号，路模拟信号，路模拟信号，75 75 ，用于模拟传，用于模拟传，用于模拟传，用于模拟传输，输，输，输，300450300450MHzMHz，100km100km，需要放大器需要放大器需要放大器需要放大器.铜芯铜芯
27、铜芯铜芯绝缘绝缘绝缘绝缘层层层层外导外导外导外导体屏体屏体屏体屏蔽层蔽层蔽层蔽层保护保护保护保护套套套套3939第39页，本讲稿共51页1.6 传输媒体细缆4040第40页，本讲稿共51页1.6 传输媒体细缆细缆细缆一般以总线型结构在网络中出现。连网时，应注意以下几点：网卡要带有BNC接口；每个用户通过BNC-T型连接器接入网络；在干线的两端必须安装50欧姆的终端电阻；如要拓宽网络范围，需使用中继器。细缆网络的每段干线长度最大为185米，每段干线最多接入30个用户，且相邻两用户之间的连线距离不能小于0.5米。可采用4个中继器连接5个网段，使网络最大距离达到925米。细缆安装较容易，而且造价较低
28、，但因受网络布线结构的限制，其日常维护不甚方便，一旦一个用户出故障，便会影响其他用户的正常工作。4141第41页，本讲稿共51页1.6 传输媒体细缆BNCBNC桶型接头：用于连接两段细同轴电缆，如图所示。桶型接头：用于连接两段细同轴电缆，如图所示。BNC连接器及插头：终端匹配器4242第42页，本讲稿共51页1.6 传输媒体粗缆4343第43页，本讲稿共51页1.6 传输媒体粗缆粗缆粗缆适用于比较大的局域网的布线，它的布线距离较长，可靠性较好，安装时采用特殊的装置，不需切断电缆，两端头装有终端器。用粗缆组网时在硬件的设置上必须注意以下几点：若要直接与网卡相连，网卡必须带有AUI接口（一种15针
29、D型接口）；用户采用外部收发器与网络干线连接；用AUI电缆连接工作站和外部收发器。粗缆局域网中每段长度可达500米，采用4个中继器连接5个网段后最大可达2500米。用粗缆组建局域网虽然各项性能较高，具有较大的传输距离，但是网络安装、维护等方面比较困难，而且造价太高，同时细缆近年来的发展较快，所以计算机局域网中一般如无特殊要求都使用细缆组网。4444第44页，本讲稿共51页1.6 传输媒体选则粗缆细缆的原则：选则粗缆细缆的原则：为了降低系统的造为了降低系统的造价，在保证一条混合干线段所能达到的最大长价，在保证一条混合干线段所能达到的最大长度的情况下，应尽可能使用细缆。可以用公式度的情况下，应尽可
30、能使用细缆。可以用公式计算在一条混合干线段中能够使用的细缆最大计算在一条混合干线段中能够使用的细缆最大长度：长度：t=(500*m-l)/3.28t=(500*m-l)/3.28 l l为干线段长度，为干线段长度，t t为可使用的细为可使用的细缆最大长度缆最大长度4545第45页，本讲稿共51页1.6 传输媒体(3)(3)光纤（又名：光导纤维、光缆）光纤（又名：光导纤维、光缆）4646第46页，本讲稿共51页1.6 传输媒体a.结构：由内向外 纤芯、包层、保护层4747第47页，本讲稿共51页1.6 传输媒体b.光纤通信原理电信号电信号 光纤光纤 电信号电信号驱动器光检测器放大器c.根据光在光
31、纤中传输方式的不同分为：单模光纤和多模光纤d.d.光纤通信的优点：轻便；低衰减；电磁隔离4848第48页，本讲稿共51页传输媒体小结4949第49页，本讲稿共51页本章小结了解：了解：计算机网络的产生、发展掌握掌握：计算机网络定义、基本功能、计算机网络的组成、网络的常 用分类；网络常见拓扑结构的特点；常用传输介质的特点与使用。5050第50页，本讲稿共51页思考题：1、什么是计算机网络，它主要涉及哪些方面？2、试述计算机网络的主要功能和应用3、计算机网络可从哪几个方面进行分类？4、什么是资源子网？什么是通信子网？5、常 见的局域网拓扑结构有哪几种？简述它们的主要特点。6、计算机网络常用的传输介质有哪些？7、UTP是什么传输介质？STP是什么？8、同轴电缆分为几类？有什么特点？9、光缆分几类，各有何特点？10、在选择传输介质时需考虑的主要因素是什么？5151第51页，本讲稿共51页