27《网络技术基础》.docx
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27《网络技术基础》
授课内容(第1次):
计算机网络的概念、功能与组成
课型:
讲授
学时分配:
2
重点:
计算机网络的基本概念;局域网、城域网和广域网的特点;局域网的主要特点
难点:
计算机网络的特点,网络的组成元素,共享式局域网与交换式局域网
内容:
计算机网络的基本概念
(1)
1.计算机网络的定义:
利用通信线路将具有独立功能的计算机连接起来而形成的计算机集合,计算机间可以借助通信线路传递信息,共享软件、硬件和数据等资源
计算机网络的基本概念
(2)
2.计算机网络的特点
(1)计算机网络建立在通信网络基础之上
(2)建立计算机网络的目的
资源共享
在线通信
计算机网络应用举例
1.共享打印机等各种硬件设备
2.共享数据资源
3.共享应用程序
计算机网络的组成
完整的计算机网络系统由网络硬件系统和网络软件系统构成.
1.3.1计算机网络的系统组成
1.计算机网络的硬件系统
计算机网络的硬件系统是由网络服务器、工作站、通信设备和传输介质组成的。
(1)服务器:
文件服务器打印服务器应用系统服务器通信服务器
(2)工作站
(3)通信设备(网卡)
概念:
网卡亦称为网络适配器,它是计算机与通信介质进行数据交换的中间处理部件,是工作站与网络之间的逻辑和物理链路,计算机主要通过网卡连接网络。
基本功能:
并行数据和串行信号之间的转换、数据祯的装配与拆装、网络访问控制和数据缓冲等。
分类:
按传输速率——10M、100M、10/100M自适应以及1000M网卡
按总线类型——ISA、VESA、EISA、PCI
按传输介质——AUI、BNC、RJ-45、FIO
(4)传输介质
2.计算机网络的软件系统
(1)网络操作系统(NOS)
(2)网络应用服务系统
授课内容(第2次):
计算机网络分类
课型:
讲授
学时分配:
2
重点:
网络分类的标准
难点:
网络的功能
内容:
计算机网络分类
1.广域网(WAN)
覆盖的地理范围:
几十千米到几千千米,通常利用公用网络进行组建
2.城域网(MAN)
覆盖的地理范围:
几十千米之内
3.局域网(LAN)
覆盖的地理范围:
有限范围(如实验室内、大楼内、校园内),分为共享式局域网与交换式局域网
局域网的主要特点
1.覆盖有限的地理范围
2.传输速率高(通常在10Mb/s~1000Mb/s之间)
3.误码率低(通常低于10-8)
4.单位自己建设和拥有,易于维护和管理
5.主要技术要素
拓扑结构
传输介质
介质访问控制方法
思考题:
1、计算机网络的最主要功能是什么?
2、计算机网络中提及的资源通常分为哪几类?
3、广域网、局域网、城域网划分的依据是什么?
授课内容(第3次):
计算机网络的传输介质及制作方法
课型:
讲授
学时分配:
2
重点:
传输介质及制作方法
难点:
传输介质的工作特征
内容:
传输介质的种类
同轴电缆
同轴电缆的特点
1.优点
传输距离较远,覆盖的地域范围较大
技术非常成熟
2.缺点
电缆硬,折曲困难,重量重
3.局域网常用同轴电缆
粗同轴电缆:
特征阻抗50Ω,直径1cm
细同轴电缆:
特征阻抗50Ω,直径0.5cm
4.同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线
非屏蔽双绞线和RJ-45连接器
非屏蔽双绞线
1.优点
尺寸小、重量轻、容易弯曲
价格便宜、容易安装和维护、RJ-45连接器牢固、可靠
2.缺点
抗干扰能力较弱
传输距离比较短
UTP分为:
3类线、4类线、5类线和超5类线
UTP非常适合于楼宇内部的结构化布线屏蔽双绞线
1.优点
传输质量较高
电缆尺寸和重量与UTP相当
2.缺点
安装不合适有可能引入外界干扰
光缆
1.光缆的特点
(1)优点
传输速率高、传输距离远、传输损耗低、抗干扰能力强
(2)缺点
价格相对较高、安装比较困难、
2.光纤的分类
多模光纤
单模光纤(传输质量比多模光纤好)
3.光缆适合于楼宇内部的结构化布线
介质访问控制方法
(1)
1.问题的提出
传统的局域网是“共享”式局域网,共享式局域网的传输介质是共享的数据传输应该按照“半双工”方式进行两个或多个节点同时发送,将产生“冲突”。
介质访问控制方法
(2)
2.主要任务
尽量避免“冲突”的发生
解决“冲突”发生时产生的问题
3.对传输介质进行控制通常采用分散方式
网络中的所有节点都参与对共享介质的访问控制
4.常用的介质存取方法
带有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)方法
令牌总线(TokenBus)方法
令牌环(TokenRing)方法
以太网(Ethernet)
采用总线型拓扑结构
物理拓扑结构可以是星形的
介质访问控制方法为CSMA/CD
以太网的发送
先听后发,边听边发,冲突停止,延迟重发
以太网的接收
MAC地址
作用:
局域网上的计算机利用MAC地址表示自己和他人的身份
MAC地址通常存储在网络接口卡NIC中
MAC地址位于OSI参考模型的数据链路层
以太网中的MAC地址
以太网的MAC地址长度为48b
以太网的MAC地址表示方式:
十六进制表示
例如:
52-54-ab-31-ac-c6
惟一性保证
以太网的MAC地址由专门的组织负责分配
以太网总结
采用分布式介质访问控制方法,没有集中控制中心
采用竞争机制,网中的所有节点具有相同的优先级
发送等待延迟不固定
比较适宜于低负载和中负载应用环境
实现容易,组网方便
传输速率:
100Mb/s
拓扑结构:
环形(双环)
双绞线制作及使用规则:
仅使用4条线
定义:
引脚1:
发送TX+
引脚2:
发送TX—
引脚3:
接收RX+
引脚4:
接收RX—
568A连接顺序表
1
2
3
4
5
6
7
8
绿白
绿
橙白
蓝
蓝白
橙
棕白
棕
568B连接顺序表
1
2
3
4
5
6
7
8
橙白
橙
绿白
蓝
蓝白
绿
棕白
棕
标准线(直通线):
两头线序一致,及两端均按照同一标准制作。
用于计算机与hub/交换机/路由器的连接。
1、交叉线:
两头线序分别用568A和568B线序排列制做。
用于双机互连或没有UPLINK口的交换机的两个普通口间的串联。
作业:
制作直联线和交叉线各一条,说明每芯线的作用.
课内容(第4次):
计算机网络的拓扑结构
课型:
讲授
学时分配:
2
重点:
局域网的常见拓扑结构
难点:
物理拓扑与逻辑拓扑的概念
内容:
局域网的拓扑结构
总线型拓扑结构、环形拓扑结构、星形拓扑结构。
总线型拓扑结构
所有节点都连接到一条作为公共传输介质的总线上信息的传输以“共享介质”方式进行。
总线型的优越性
一个节点失效不影响其他节点的工作,节点的增删不影响全网的运行
结构简单、接入灵活、扩展容易、可靠性高。
环形拓扑结构
特点:
以共享介质方式进行数据传输
每个节点都与两个相邻的节点相连
节点之间采用点到点的链路
网络中的所有节点构成一个闭合的环
环中的数据沿着一个方向绕环逐站传输
环形的主要问题
环中某一位置的断开将导致整个网络瘫痪
星形拓扑结构
特点
存在一个中心节点
每个节点通过点到点的链路与中心节点连接
所有通信都通过中心节点进行
交换局域网是一种典型的星形拓扑结构
授课内容(第5次):
数据通信的基本知识
课型:
讲授
学时分配:
2
重点:
数据通信的模型和要素,通信信道与带宽,衡量信道的技术指标
难点:
通信信道与带宽,并/串行通信。
内容:
2.1数据通信系统模型
2.1.1通信系统的基本要素
1.通信:
通信是吧信息从一个地方传播到另一个地方得过程,即信息的传输与交换.
2.通信系统:
用来实现通信过程的系统.
3.通信系统的三要素:
信源、信宿和通信媒体
2.1.2数据通信系统模型
1.数据通信:
如果一个通信系统传输的信息是数据,则称这种通信为数据通信.
2.数据通信系统:
实现数据通信的系统是数据通信系统,以计算机系统为主体构成的网络通信系统就是数据通信系统.
3.数据通信系统基本构成:
2.2数据通信的基本概念
2.2.1数据和信号
1.数据和信息
(1)数据:
数据是被记录下来的可以被鉴别的符号.数据具有稳定性和表达性.数据可分为数字数据和非数字数据两大类.数字数据由阿拉伯数字和小数点组成,它可以进行算术运算;非数字数据是由不包括阿拉伯数字在内的各种符号组成的,即包括数字符号、字符、声音、图像等,它是不能进行算术运算的.对于计算机系统而言,凡是能用计算机进行编码和通信的符号的集合都是数据.
(2)信息:
信息是对数据的解释,数据经过处理并经过解释才有意义,才成为信息.
(3)数据和信息的区别:
数据是独立的,是尚未组织起来的事实的集合,而信息则是按照一定要求以一定格式组织起来的数据,凡经过加工处理或换算成人们想要得到的数据即可成为信息.
(4)数据处理:
数据处理是吧数据加工成为所需要的信息的过程.
(5)数据与信息的关系:
2.模拟信号和数字信号:
在数据通信系统中,吧数据分为模拟数据和数字数据两大类.模拟数据是在某个区间内连续变化的值,数字数据是离散的值.
3.信号:
(1)概念:
在电子技术中,信号是数据的电或电磁的编码.
(2)分类:
信号也可分为模拟信号和数字信号.
(3)模拟信号:
模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波,可以利用其某个分量(振幅,频率和相位)来表示要传输的数据.
(4)数字信号:
数字信号是一系列离散的电脉冲,可以利用其某一瞬间的状态来表示要传输的数据.
(5)相互转换:
数字数据可以用模拟信号来表示,此时要利用调制解调器来进行转换.模拟数据也可以用数字信号来表示.对于声音数据来说,完成模拟信号和数字信号转换功能的设备是编码译码器CODEC.
4.信道
(1)概念:
信道是指传输信息的道路.在计算机网络中有物理信道和逻辑信道之分.
(2)物理信道:
物理信道是指用来传送信号或数据的物理道路,网络中两个结点之间的物理通路称为通信链路.物理信道由传输介质及有关设备组成,它有多种不同的分类.按传输介质的不同可分为有线信道、无线信道和卫星信道等.按信道传输信号类型的不同可分为模拟信道和数字信道等.
(3)逻辑信道:
逻辑信道也是一种通路,它是在物理信道的基础上,由结点内部的连接来实现的.
5.带宽
(1)概念:
带宽是指信道所能传送的信号的频率宽度,也就是可传送信号的最搞频率和最低频率之差.
(2)决定因素:
信道的带宽由传输介质、接口部件、传输协议以及传输信息的特性等因素所决定.它在一定程度上体现了信道的传输性能,是衡量传输系统的一个重要标志.
2.2.2数据通信中的主要技术指标
1.数据传输速率
(1)数据传输速率
(2)调制速率
2.信道容量
3.误码率
4.时延
(1)数据传输时延
(2)数据发送时延
(3)数据排队时延
5.吞吐量
授课内容(第6次):
数据传输与多路复用技术
课型:
讲授
学时分配:
2
重点:
数据传输
难点:
多路复用的类型及其特征
内容:
通信方式
2.3.1并行通信和串行通信
并行通信和串行通信是两种基本的通信方式.计算机和外部设备之间的并行通信一般通过计算机的并行端口(LPT),串行通信通过串行端口(COM).
1.并行通信
在并行通信中,一般有多个数据位同时在两台设备之间传输.
(1)优点:
传输速率快
(2)缺点:
线路成本高,不易维修,易受干扰.
2.串行通信
在串行通信中,数据是一位一位地在通信线路上进行传输的.由于数据在计算机内部总线上的传输方式是并行传输,所以计算机与计算机之间通过串行线路进行通信时,就要使用并/串转换设备在发送端将并行数据转换成串行数据,然后在逐位地通过通信线路到达接收端,在接收端则将串行数据重新转换成并行数据,以便处理.
在网络中,数据的串/并行转换是由网卡负责的.
2.3.2同步通信和异步通信
同步:
在数据通信中,通信双方收发数据序列必须在时间上取得一致,这样才能保证接收的数据与发送的数据一致,这就是通信中的同步.
在计算机网络中,串行通信广泛采用的通信方式有同步通信和异步通信两种;而并行通信则一般都是同步通信.
1.异步通信
(1)概念:
异步通信又叫群同步通信.在这种通信系统中,传输的信息被分成若干个“群”.
(2)群:
所谓“群”,一般是以字符位单位,在每个字符的前面加上起始位,在结束处加上终止位,从而形成一个字符序列.
2.同步通信
在同步通信方式下,接收端接收的每一位数据都要和发送端准确地保持同步,中间无间断时间,实现这种同步的方法可分为外同步法和自同步法两种.
(1)外同步法:
在外同步法中,接收端的同步信号事先由发送端传来,而不是自己产生也不是从信号中提取出来的.即在发送数据之前,发送端先向接收端发出一串同步时钟脉冲,接收端按照这个时钟脉冲和时序锁定接收频率,以便在接受数据的过程中始终与发送端保持同步.然后向发送端发送准备接收的确认信息,发送端接收到确认信息后,开始发送数据.
(2)自同步法:
自同步法是指能从接收到的数据信号波形中提取同步信号的方法.
3.区别:
与异步通信相比,同步通信的数据传输是整批的,比起异步通信一次一个字符来,效率要高.
2.3.3数据通信的方向
单工通信:
所谓单工通信是指传送的信息始终是一个方向的通信.
半双工通信:
所谓半双工通信是指数据传输允许数据在两个方向上传输,但是,在某一时刻,只允许数据在一个方向上传输,因而半双工通信实际上是一种切换方向的单工通信.
全双工通信:
所谓全双工通信是指数据通信允许数据同时在两个方向上传输,因此全双工通信是两个单工通信方式的结合,它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力.
2.4数据传输
2.4.1数据传输的形式
模拟数据和数字信号中的任何一种数据都可以通过调制或解码的过程形成两种信号(模拟和数字)中的任何一种信号.于是就产生了四中数据传输形式:
2.4.2基带传输
基带:
所谓基带是指调制前原始信号所占用的频带,是原始信号所固有的基本频带.
基带传输:
在信道中直接传送基带信号时,称为基带传输.
基带传输系统:
进行几代传输的系统称为基带传输系统.
计算机网络系统是以计算机为主体的数据通信系统,由信源产生的基带信号都是数字信号,所以这里所说的基带传输是一种数字传输.
数字信号是由离散的电压式电流的脉冲序列组成的,每个脉冲代表一个信号单元,或称码元.
多路复用
1、多路复用的目的:
充分利用昂贵的通信线路,尽可能地容纳较多的用户和传输较多的信息。
2、多路复用的基本原理:
当物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需的带宽时,可将该物理信道的总带宽分割成若干个固定带宽的子信道,并利用每个子信道传输一路信号,从而达到多路信号共用一个信道,或者将多路信号组合在一条物理信道上传输的目的,充分利用信道容量。
3、多路复用主要采用的技术:
(1)频分多路复用(FDM-FrequencyDivisionMultiplexing)
用途:
主要用于模拟信道的复用。
原理:
不同的传输媒体具有不同的带宽(信号不失真传输的频率范围).频分多路复用技术对整个物理信道的可用带宽进行分割,并利用载波调制技术,实现原始信号的频谱迁移,使得多路信号在整个物理信道带宽允许的范围内,实现频谱上的不重叠,从而共用一个信道。
为了防止多路信号之间的相互干扰,使用隔离频带来隔离每个子信道。
工作过程:
先对多路信号的频谱范围进行限制(分割频带),然后通过变频处理,将多路信号分配到不同的频段。
(2)时分多路复用(TDM-TimeDivisionMultiplexing)
用途:
主要用于数字信道的复用。
原 理:
当物理信道可支持的位传输速率超过单个原始信号要求的数据传输速率时,可以将该物理信道划分成若干时间片,并将各个时间片轮流地分配给多路信号,使得它们在时间上不重叠。
(3)波分多路复用(WavelengthDivisionMultiplexing)
波分多路复用实质上是利用了光具有不同的波长的特征。
随着光纤技术的使用,基于光信号传输的复用技术得到重视。
波分多路复用的原理:
利用波分复用设备将不同信道的信号调制成不同波长的光,并复用到光纤信道上。
在接收方,采用波分设备分离不同波长的光
授课内容(第7次):
网络体系结构OSI参考模型
课型:
讲授
学时分配:
2
重点:
1、了解计算机网络开放系统互连/参考模式(OSI/RM)的七层协议结构;
2、弄清层与层之间的关系。
3、了解各层的主要功能。
4、了解一些著名的网络体系结构。
难点:
各层的主要功能、层与层之间的关系
内容:
1、开放系统互连基本参考模式(OSI/RM)的目的:
制定一系列计算机网络互连的标准,这些标准
(1)能够支持异种计算机之间的互连和通信;
(2)能够支持多种通信媒体(3)能够支持多种业务处理;(4)能够支持高级的人机接口;能够具有可扩充能力。
2、OSI/RM的设计原理:
(1)分解:
将整个系统划分为若干易于实现和控制的子模块,并通过对各子模块的功能、交换的数据结构和时序进行约定,协调模块之间的动作,保证系统设计的合理性和互操作性。
同时可以根据各子模块的依赖关系,使用结构化的设计和实现方法,采用具有层次结构的模型与之对应。
(2)抽象:
OSI/RM的确立采用了三级抽象技术:
第一级抽象:
提出OSI/RM,建立计算机网络在概念和功能上的框架,包括确定OSI的层次模型,以及公共术语、属性和子模块的功能等;
第二级抽象:
提出OSI服务定义:
在OSI/RM的基础上,定义各个子模块可提供的服务(即确定各个子模块的外观特性)。
第三级抽象:
定义OSI协议规范:
定义一组为确保子模块服务的提供而应遵循的规则(协议) 。
协议主要包括三个方面的内容:
1)语法:
规定通信双方交换的数据格式、编码和电平信号等。
2)语义:
规定用于协调双方动作的信息及其含义等。
3)时序:
规定动作的时间、速度匹配和事件发生的顺序等。
OSI的层次:
七层体系结构:
(1)物理层(PH),确定物理设备接口,提供点-点的比特流传输的物理链路;
(2)数据链路层(DL),利用差错处理技术,提供高可靠传输的数据链路;
(3)网络层(N),利用路由技术,实现用户数据的端-端传输;
(4)运输层(T),屏蔽子网差异,用户要求和网络服务之间的差异;
(5)会话层(S),提供控制会话和数据传输的手段;
(6)表示层(P),解决异种系统之间的信息表示问题,屏蔽不同系统在数据表示方面的差异;
(7)应用层(A),利用下层的服务,满足具体的应用要求。
授课内容(第8次):
IP地址的特点、掩码等的作用
课型:
讲授
学时分配:
2
重点:
IP地址的特点、掩码等的作用
难点:
IP地址的分类,IP地址的应用
内容:
IP地址的分配
一个物理网络上的用户要想进入因特网,必须获得IP地址授权机构(称为网络信息中心NIC)分配的IP地址。
IP地址必须全网唯一。
入网的每台主机或网络设备至少应有一个IP地址,也可以具有多个IP地址
组网者可以根据网络的规模和用户的数目,向较高层次的网络管理中心申请IP地址;网络中心根据申请分配若干个连续的网络号(Netid),网内的Hostid则由该网的管理员进行指定。
例如:
中国教育科研网()网络中心可以向亚太地区网络中心(APNIC)申请一批连续的B类或C类IP地址,支持国内所有高校接入因特网;东南大学()网络中心向教育网网络中心申请地址若干个连续的C类地址;计算机系向东南大学校园网中心申请地址;从而获得所需的IP地址。
一般的企业网可以根据具体的接入因特网的情况,向他的上一级机构或其他代理机构申请IP地址
1、IP地址的分类
IP地址的一般格式为:
类别+Netid+Hostid,其中:
(1)类别:
用来区分IP地址的类型:
(2)网络标识(Netid):
表示入网主机所在的网络;
(3)主机标识(Hostid):
表示入网主机在本网段中的标识。
通常将因特网IP地址分成5种类型:
(A类、B类、C类、D类、E类)
(1)A类地址:
网络标识占1个字节,第1位为“0”,允许有126个A类网络,每个网络大约允许有1670万台主机。
通常分配给拥有大量主机的网络,如一些大公司(如IBM公司等)和因特网主干网络。
(2)B类地址:
网络标识占2个字节,第1,2位为“10”,允许有16383个网络,每个网络大约允许有65533台主机。
通常分配给结点比较多的网络,如区域网。
(3)C类地址:
网络标识占3个字节,第1,2,3位为“110”,允许有2,097,151个网络,每个网络大约允许有254台主机。
通常分配给结点比较少的网络,如校园网。
一些大的校园网可以拥有多个C类地址。
(4)D类地址:
前4位为“1110”,用于多址投递系统(组播)。
目前使用的视频会议等应用系统都采用了组播技术进行传输。
(5)E类地址:
前4位为“1111”,保留未用
3、因特网规定的一些特殊地址
1)Hostid为全'0'的IP地址,不分配给任何主机,仅用于表示某个网络的网络地址;例:
202.119.2.0
(2)Hostid为全'1'的IP地址,不分配给任何主机,用作广播地址,对应分组传递给该网络中的所有结点(能否执行广播,则依赖于支撑的物理网络是否具有广播的功能);例:
202.119.2.255
(3)32位为全'1'的IP地址(255.255.255.255),称为有限广播地址,通常由无盘工作站启动时使用,希望从网络IP地址服务器处获得一个IP地址;
(4)32位为全'0'的IP地址(0.0.0.0),表示本身本机地址;
(5)127.0.0.1:
为回送地址,常用于本机上软件测试和本机上网络应用程序之间的通信地址。
一般在系统中都有一个文件hosts(Windows98/NT/2000操作系统为/Windows/hosts文件,Unix/Linux系统为/etc/hosts文件)文件中有一行:
127.0.0.1 localhost
2、子网掩码(subnetmaskaddress)
地址浪费、地址紧缺问题:
一般讲,一个单位IP地址获取的最小单位是C类地址(256个),有的单位拥有IP地址却没有那么多的主机入网,造成IP地址浪费;有的则不够用,形成IP地址紧缺。
解决IP地址紧缺的方法:
(1)单位内IP地址不够用——使用代理(Proxy)或网络地址迁移(NAT)。
(2)通过拨号上网的主机——随机IP地址(由拨号访问服务器提供)。
(3)利用子网掩码地址(SubnetMaskAddress)
子网掩码:
利用一
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