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1、第第 1 章章 计算机网络技术概论计算机网络技术概论本章主要内容1.1 计算机网络的定义与发展1.2 计算机网络的分类1.3 计算机通信基础1.4 数据交换技术 1.5 计算机网络中流量控制及路径选择 1.6 计算机网络体系结构及协议1/11/202321.1 计算机网络的定义与发展1.1.2 计算机网络的发展1.1.1 计算机网络的定义1/11/20233计算机网络是指以共享资源共享资源为目的,利用通信手段把地域上相对分散的若干独立的独立的计算机系统、终端设备和数据设备连接连接起来，并在协议的控制下进行数据交换数据交换的系统。什么叫计算机网络1/11/20234 几个基本的几个基本的定义定义
2、u计算机通信定义：（数字）计算机之间的通信。计算机通信定义：（数字）计算机之间的通信。u计算机通信网定义：计算机通信网定义：实现计算机与计算机之间互实现计算机与计算机之间互连与通信的网络。连与通信的网络。u或者：将若干台具有独立功能的计算机通过通信或者：将若干台具有独立功能的计算机通过通信设备及传输媒体互连起来，在通信软件的支持下，设备及传输媒体互连起来，在通信软件的支持下，实现计算机间的信息传输与交换的系统，称之为实现计算机间的信息传输与交换的系统，称之为计算机通信网。计算机通信网。u数据通信定义数据通信定义：数字计算机或其他数字终端装置：数字计算机或其他数字终端装置之间的通信。之间的通信。
3、1/11/20235计算机网络的功能（1）实现资源共享（2）突破地域界限（3）增加可靠性（4）提高处理能力（5）进行数据通信1/11/20236计算机网络的发展 1/11/20237计算机网络的发展1/11/20238计算机网络的发展1/11/20239计算机网络的发展1/11/202310三级结构的因特网主机到主机的通信可能要经过多种网络。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网1/11/202311多级结构的因特网大公司地区 ISP网络接入点NAP（对等点）公司校园网主干服务提供者校园网校园网校园网校园网本地 ISP地区 ISP地区 ISP地区 ISP本地 ISP本
4、地 ISP大公司大公司网络接入点NAP（对等点）主机到主机的通信可能经过多种 ISP。1/11/202312计算机网络的发展趋势（1）开放性方向发展（2）一体化方向发展（3）多媒体网络方向发展（4）高效、安全的网络管理方向发展（5）智能化网络方向发展1/11/2023131.2 计算机网络的分类1.2.1 按拓扑结构分类1.2.2 按地域范围分类1.2.3 按传输技术分类1.2.4 按传输介质分类1/11/2023141.2.1 按拓扑结构分类按拓扑结构分类（1）总线拓扑（Bus Topology）结构（2）环型拓扑（Ring Topology）结构（3）星型拓扑（Star Topology）
5、结构（4）网状拓扑（Net Topology）通信网络QQ群号：91435186 1/11/202315拓扑结构 集线器干线耦合器总线网星形网树形网 环形网1/11/202316总线拓扑（Bus Topology）结构 1/11/202317环形拓扑和星型拓扑1/11/202318网状拓扑（Net Topology）1/11/2023191.2.2 按地域范围分类局域网LAN（Local Area Network）城域网MAN（Metropolitan Area Network）广域网WAN（Wide Area Network）1/11/202320广域网、城域网、接入网以及局域网的关系 城域
6、网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网广域网局域网局域网校园网企业网1/11/2023211.2.3 按传输技术分类广播网络 点到点网络 1/11/2023221.2.4 按传输介质分类（1）有线网络 有线网络指采用同轴电缆、双绞线、光纤等有线介质来连接的计算机网络。（2）无线网络 无线网络采用微波、红外线、无线电等电磁波作为传输介质。由于无线网络的联网方式灵活方便，不受地理因素影响，因此是一种很有前途的组网方式。目前无线通信系统主要有：低功率的无绳电话系统、模拟蜂窝系统、数字蜂窝系统、移动卫星系统、无线LAN和无线WAN等。1/11/2023231.3 计算机通信基础1.3.1信号1.
7、3.2 数字编码技术1.3.3 数字调制技术1.3.4 传输介质1.3.5 数据传输1.3.6 多路复用技术 1.3.7 差错控制技术1/11/2023241.3.1信号模拟信号 数字信号 1/11/2023251.3.2 数字编码技术1/11/2023261.3.3 数字调制技术1/11/202327根据载波信号要素的改变方式，数字数据的调制主要分为下面4种：幅移键控、频移键控、相移键控、正交调幅。（1）幅移键控（Amplitude Shift Keying，ASK）（2）频移键控（Frequency Shift Keying，FSK）（3）相移键控（Phase Shift Keying，P
8、SK）（4）正交调幅（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）1/11/2023281.3.3 数字调制技术1/11/202329正交调幅（QAM）编码技术就是将ASK和PSK以某种方式结合起来的一种编码技术。如图1-16所示，8-QAM使用了幅度与相位的8种组合，每个码元3个比特。同理，16-QAM的幅度和相位有16种组合，每个组合代表一个码元，每个码元有4个比特的信息量。图1-16 两种不同的QAM的星座图1/11/202330问题：计算机系统通过MODEM传输信号的工作过程？1/11/2023311.3.4 传输介质传输介质1有线介质 （1）双绞线 （2）
9、同轴电缆 （3）光纤2无线介质 （1）无线电短波通信 （2）地面微波接力通信 （3）红外线和激光 （4）卫星通信1/11/2023321.3.5 数据传输数据传输类型（1）基带传输和宽带传输（2）并行传输和串行传输2数据通信的同步技术（1）异步传输模式（2）同步传输模式3数据传输方式（1）单工通信（2）半双工通信（3）全双工通信1/11/2023331.3.6 多路复用技术1频分多路复用1/11/202334时分多路复用（Time Division Multiplexing，TDM）是将多路信号按一定的时间间隔相间传送，以在一条传输线上实现“同时”传送多路信号。1/11/202335（3）波分
10、多路复用波分多路复用（Wave Division Multiplexing，WDM）主要用于全光纤网组成的通信系统。波分复用就是光的频分复用。1/11/202336码分多路复用（Coding Division Multiplexing Access，CDMA）1/11/2023371.3.7 差错控制技术1差错的类型2差错控制的基本方法（1）“回声”法（2）“表决”法（3）ARQ方法根据发送方发送报文方式的不同，ARQ协议可以分为：停等ARQ协议（Stop-and-Wait ARQ）、后退N帧ARQ协议（Go-back N ARQ）、选择性重传ARQ协议（Selective Repeat AR
11、Q）。（4）FEC方法（5）HEC方法1/11/2023383差错控制编码（1）奇偶校验（2）方块校验（3）循环冗余校验（4）海明码1/11/2023391.4 数据交换技术1.4.1 电路交换技术1.4.2 报文交换技术1.4.3 分组交换技术1.4.4 几种交换方式的比较1/11/2023401.4 数据交换技术数据交换技术是指在任意拓扑结构的通信网络中，通过网络节点的某种转换方式实现任意两个或多个节点之间数据传输的技术。目前常用的数据交换技术有电路交换技术、报文交换技术、分组交换技术和其它一些高速的数据交换技术。1/11/2023411.4.1 电路交换技术1/11/202342电路交换
12、举例A 和 B 通话经过四个交换机通话在 A 到 B 的连接上进行(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA1/11/202343电路交换举例C 和 D 通话只经过一个本地交换机通话在 C 到 D 的连接上进行(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA1/11/2023441.4.2 报文交换技术其传输方式为“存储转发”方式。存储转发原理如图1-30所示。图1-30 存储转发原理图1/11/202345数 据数 据数 据报文分组交换的原理每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”1/11/202346分组交
13、换的原理分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 31/11/202347分组交换的原理接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据1/11/202348分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机1/11/2023491.4.3 分组交换技术1数据报分组交换技术 数据报分组交换（Datagram Switching）是一种面向无连接的分组交换，当
14、发送端发送报文时，先将报文拆成若干分组，每个分组携带地址信息和分组序号，选择不同的路径传输到目的结点。1/11/2023501.4.3 分组交换技术2虚电路分组交换技术虚电路分组交换（Virtual Circuit Switching）是一种面向连接的分组交换，在发送分组前，发送方与接收方预先要建立逻辑连接，即建立一条虚电路，每个结点不必为分组作路由选择，所有分组都沿虚电路传输。1/11/202351三种交换的比较 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放1/11/202352
15、1.4.4 几种交换方式的比较几种交换方式的比较方式特性电路交换报文交换数据包分组交换虚电路分组交换传输通路性质物理逻辑逻辑逻辑通路的可用性专用共享共享共享数据传输单元报文报文分组分组通路建立要求呼叫建立不要求建立不要求建立要求呼叫建立通路的维持通信期间维持不维持不维持通信期间维持节点存储不要求存储一个报文存储一个分组存储一个分组节点时延几乎无时延报文存储转发时延分组存储转发时延分组存储转发时延过荷适应性有呼叫阻塞增加报文时延增加分组时延有呼叫阻塞增加分组时延链路带宽利用固定带宽占用动态使用动态使用动态使用1/11/2023531.5 计算机网络中流量控制及路径择1.5.1 计算机网络中流量控
16、制技术1.5.2 计算机网络中路径选择方法1/11/2023541.5.1 计算机网络中流量控制技术1/11/202355拥塞：当网络某部分或整个网络中的报文量超过一定值时，引起通过能力下降和时延增大的现象。拥塞控制的目的主要是提高网络的吞吐率，即单位时间传输的报文量。1/11/202356拥塞控制与网络中的流量有关。计算机网络中流量控制作用分散在网络的各级。1链路级2网络端端之间（1）滑动窗口控制（2）窗口末给ACK（3）SNA窗口控制3网络入口级（1）许可证方式（2）输入缓冲区限制方式（3）采用阻塞报文4传输级1/11/2023571.5.2 计算机网络中路径选择方法1确定式路径选择（1）
17、泛送式（2）固定式（3）概率分配方式2适应式路径选择（1）集中式（2）孤立式（3）混合式（4）分布式 最短路径算法 后补路径算法链路状态路由算法 概率路径算法1/11/2023581.6 计算机网络体系结构及协议1.6.1协议与体系结构1.6.2 OSI模型1/11/2023591.6.1协议与体系结构1网络协议(Protocol)语法（Syntax）：包括数据格式、编码及信号电平等。语义（Semantics）：包括用于协调和差错处理的控制信息。定时（Timing）：包括速度匹配和排序。2网络的体系结构层次划分所遵循的原则 所谓网络的体系结构(Architecture)就是计算机网络各层次及其
18、协议的集合。层次结构一般以垂直分层模型来表示。1/11/202360n 层是n-1层的用户，又是n+1层的服务提供者。n+1层虽然只直接使用了n层提供的服务，实际上它通过n层还间接地使用了n-1层以及以下所有各层的服务。层次结构的好处在于使每一层实现一种相对独立的功能。分层结构还有利于交流、理解和标准化。1/11/202361计算机网络参次模型1/11/202362层次结构的特点：除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。对等层的虚通信必须遵循该层的协议。n层的虚通信是通过n/n-1层间接口处n-1层提供的服务以及n-1层的通信（通常也是虚通信）来实现的。1/11/
19、202363层次结构划分的原则 当在处理数据的过程中需要建立不同的抽象层次时，应进行分层；不能把结构的层分得太多，以免在描述和综合这些层次时发生困难；当需要完成显然不同的处理功能或者需要采用完全不同的技术时，应进行分层；应把相似的功能放在同一层内；在建立分层边界时，应使其服务描述简单且应保证通过边界往返的次数最少。在分层时应允许各层重新设计，且允许各层协议为适应结构、软、硬件方面的新技术而作某种变化；分层后每一层应仅与其相邻的上下层有接口；根据不同的通信服务需要可以在同一层内进一步建立若干子层；允许对子层进行旁路。1/11/202364网络体系结构的特点 以功能作为划分层次的基础。第n层的实体
20、在实现自身定义的功能时，只能使用第n-1层提供的服务。第n层在向第n+1层提供的服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。1/11/2023651.6.2 OSI模型1OSI参考模型的特征OSI模型是一种将异构系统互连的分层结构。该模型共有七层，由低到高分别是：物理层（Physical Layer）数据链路层（Data Link Layer）网络层（Network Layer）传输层（Transport Layer）会话层（Session Layer）表示层（Presentation Layer）应用层（
21、Application Layer）1/11/2023661/11/202367OSI 与 TCP/IP体系结构应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI 的体系结构应用层网络接口层网际层 IP(各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP 等)运输层(TCP 或 UDP)TCP/IP 的体系结构无连接分组交付服务运输服务(可靠或不可靠)各种应用服务TCP/IP 的三个服务层次1/11/202368OSI参考模型的特征（1）提供了控制互连系统交互规则的标准框架。（2）定义了一种抽象结构，而并非具体实现的描述。（3）不同系统上的相同层的实体称为同等层实体。（4）同等层实
22、体之间通信由该层的协议管理。（5）相邻层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务。（6）所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务。（7）直接的数据传送仅在最低层实现。（8）每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其他层。1/11/202369OSI参考模型各层的功能（1）物理层（Physical Layer）物理层位于OSI参考模型的最底层，是整个OSI参考模型的基础。该层规定了通信设备的机械的、电气的、功能的和过程的特性，用以建立、维护和拆除物理链路连接。1/11/202370（2）数据链路层（Data Link Layer）数据链路层在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结
23、点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧（Frame）在信道上无差错的传输，并进行各电路上的动作系列。该层的作用概括如下：在网络层实体间提供传送数据的功能和过程。提供数据链路的流控。检测和校正物理链路产生的差错。保证报文以帧为单位在链路上可靠传送。1/11/202371（3）网络层（Network Layer）网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息源站点和目的站点地址的网络地址。网络层的功能概括如下：控制报文分组传送系统的操作，即路由选择、拥挤控制、网络互连等功能，它的特性对高层是透明的。根据传输层的要求来选择服务质量。向传输层报告未恢复的差错。确定主
24、机和通信子网的接口方式。1/11/202372（4）传输层（Transport Layer）传输层为上层提供端到端（最终用户到最终用户）的透明的、可靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。概括如下：提供建立、维护和拆除传送连接的功能。选择网络提供的最合适的服务。在系统之间提供可靠的透明的数据传送，提供端到端的错误恢复和流控制。实现主机主机间的连接，传输单位为报文。1/11/202373（5）会话层（Session Layer）会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。概括如下：提供两个进程之间建立、
25、维护和结束会话连接的功能。提供交互会话的管理功能，有三种数据流方向的控制模式，即一路交互、两路交替和两路同时会话模式。1/11/202374（6）表示层（Presentation Layer）表示层主要解决信息的语法表示问题，它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法，即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩，加密和解密等工作都由表示层负责。1/11/202375（7）应用层（Application Layer）应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口，应用层协议的代表有：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。1/11/202376