网络与通信技术概论.pdf
Prof.Dr.Shaowen YAO1YNUYunNan UniversityChapter 3网络与通信技术网络与通信技术Prof.Dr.Shaowen YaoSchool of SoftwareYunnan UniversityProf.Dr.Shaowen YAO2YNUYunNan University重点问题重点问题 计算机通信的基本原理；计算机通信的基本原理；计算机网络的基本概念；计算机网络的基本概念；Internet的基本知识和使用；的基本知识和使用；Prof.Dr.Shaowen YAO3YNUYunNan University3.1 通信与网络基础通信与网络基础 通信（什么是通信）媒体通信（什么是通信）媒体:第一种媒体第一种媒体:铜、铁等金属导体；铜、铁等金属导体；第二种媒体：透明玻璃和塑胶绳；它们可以通过光波实现数据传送；第二种媒体：透明玻璃和塑胶绳；它们可以通过光波实现数据传送；第三种媒体：不需要物理链接，而是依靠电磁波，正如无线电视和无线电广播一样；第三种媒体：不需要物理链接，而是依靠电磁波，正如无线电视和无线电广播一样；比特率和带宽：比特率和带宽：Bits Per Second，不同媒介比较（，不同媒介比较（P45）模拟和数字信号：模拟和数字信号：数字信号（数字信号（digital signal）：就是通过一串特定电平或信号序列来传输数据（离散的）。）：就是通过一串特定电平或信号序列来传输数据（离散的）。模拟信号（模拟信号（analog signal）：由持续变化的电平构成。）：由持续变化的电平构成。Prof.Dr.Shaowen YAO4YNUYunNan University3.1 通信与网络基础通信基础：通信与网络基础通信基础：调制解调器（调制解调器（Modem，猫）：能够将，猫）：能够将PC机的数字信号换成模拟信号的设备，机的数字信号换成模拟信号的设备，Modem通信的示意图（可以加上远端）。编码：通信的示意图（可以加上远端）。编码：n个比特就有个比特就有2n个组合，可以将一种组合与某个确定的内容，比如一个字符或是一个数字，联系起来。把这种联系称为编码。不同编码格式导致无法理解，互不兼容，所以说一流的公司定标准个组合，可以将一种组合与某个确定的内容，比如一个字符或是一个数字，联系起来。把这种联系称为编码。不同编码格式导致无法理解，互不兼容，所以说一流的公司定标准Prof.Dr.Shaowen YAO5YNUYunNan University3.1 通信与网络基础网络基础：网络是什么，为什么需要协议通信与网络基础网络基础：网络是什么，为什么需要协议 接口与协议接口与协议:人们往往按功能将计算机网络划分为多个不同的功能层人们往往按功能将计算机网络划分为多个不同的功能层,网络中同等层之间的通信规则就是该层使用的协议。而同一计算机的不同功能层之间的通信规则称为网络中同等层之间的通信规则就是该层使用的协议。而同一计算机的不同功能层之间的通信规则称为接口接口(interface)。协议是不同机器同等层之间的通信约定协议是不同机器同等层之间的通信约定,而接口是同一机器相邻层之间的通信约定。而接口是同一机器相邻层之间的通信约定。不同的网络，分层数量、各层的名称和功能以及协议都各不相同。然而，在所有的网络中，每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务。不同的网络，分层数量、各层的名称和功能以及协议都各不相同。然而，在所有的网络中，每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务。对比各国的政府机构对比各国的政府机构。Prof.Dr.Shaowen YAO6YNUYunNan University3.1 通信与网络基础通信与网络基础OSI参考模型：参考模型：Prof.Dr.Shaowen YAO7YNUYunNan University3.1 通信与网络基础通信与网络基础拓扑结构拓扑结构:什么是拓扑结构什么是拓扑结构 公共总线拓扑结构：公共总线拓扑结构：星型拓扑结构：星型拓扑结构：环型拓扑结构：环型拓扑结构：全链接拓扑结构：全链接拓扑结构：复合型网络拓扑结构：（解释复合型网络拓扑结构：（解释P54-57图）图）Prof.Dr.Shaowen YAO8YNUYunNan University3.1 通信与网络基础通信与网络基础Prof.Dr.Shaowen YAO9YNUYunNan University3.1 通信与网络基础通信与网络基础Prof.Dr.Shaowen YAO10YNUYunNan University3.1 通信与网络基础通信与网络基础Prof.Dr.Shaowen YAO11YNUYunNan University3.2 通信技术通信技术通信模式：通信模式：串行和并行传输串行和并行传输:Prof.Dr.Shaowen YAO12YNUYunNan University3.2 通信技术通信技术通信模式：通信模式：异步和同步传输异步和同步传输:Prof.Dr.Shaowen YAO13YNUYunNan University3.2 通信技术通信技术通信模式：通信模式：异步和同步传输异步和同步传输:Prof.Dr.Shaowen YAO14YNUYunNan University3.2 通信技术通信技术通信模式：通信模式：单工、双工和全双工通信单工、双工和全双工通信:Prof.Dr.Shaowen YAO15YNUYunNan University3.2 通信技术通信技术多路复用：多路复用：频分多路复用（频分多路复用（frequency-division multiplexing，FDM）:频分多路复用的步骤：频分多路复用的步骤：1）传输媒体的可用带宽被划分成多个分离的范围或信道；）传输媒体的可用带宽被划分成多个分离的范围或信道；2）为每个信道定义一个载波信号（）为每个信道定义一个载波信号（carrier signal），与信道对应的输入信号使载波信号发生改变（调制），从而产生另一个信号（调制信号）；），与信道对应的输入信号使载波信号发生改变（调制），从而产生另一个信号（调制信号）；3）所有输入的调制信号被结合成一个更加复杂的单一模拟信号。）所有输入的调制信号被结合成一个更加复杂的单一模拟信号。Prof.Dr.Shaowen YAO16YNUYunNan University3.2 通信技术通信技术频分多路复用示意图：频分多路复用示意图：Prof.Dr.Shaowen YAO17YNUYunNan University3.2 通信技术通信技术多路复用：多路复用：时分多路复用（时分多路复用（time-division multiplexing，TDM）:将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙简称时隙)，并将这些时隙分配给每一个信号源使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。，并将这些时隙分配给每一个信号源使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。特点：时隙事先规划分配好且固定不变，所以有时也叫同步时分复用；特点：时隙事先规划分配好且固定不变，所以有时也叫同步时分复用；优点：时隙分配固定，便于调节控制，适于数字信息的传输；优点：时隙分配固定，便于调节控制，适于数字信息的传输；缺点是当某信号源没有数据传输时，它所对应的信道会出现空闲，而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道，因此会降低线路的利用率。缺点是当某信号源没有数据传输时，它所对应的信道会出现空闲，而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道，因此会降低线路的利用率。Prof.Dr.Shaowen YAO18YNUYunNan University3.2 通信技术时分多路复用示意图：通信技术时分多路复用示意图：Prof.Dr.Shaowen YAO19YNUYunNan University3.2 通信技术通信技术多路复用：多路复用：波分多路复用波分多路复用 （Wavelength-division multiplexing，），）:本质上也是频分复用而已。本质上也是频分复用而已。WDM是在是在1根光纤上承载多个波长根光纤上承载多个波长(信道信道)系统，将系统，将1根光纤转换为多条根光纤转换为多条“虚拟虚拟”纤，当然每条虚拟纤独立工作在不同波长上，这样极大地提高了光纤的传输容量。纤，当然每条虚拟纤独立工作在不同波长上，这样极大地提高了光纤的传输容量。Prof.Dr.Shaowen YAO20YNUYunNan University3.2 通信技术通信技术波分多路复用示意图：波分多路复用示意图：Prof.Dr.Shaowen YAO21YNUYunNan University3.2 通信技术通信技术数据交换技术：数据交换技术：电路交换：电路交换的概念最早来自于电话系统。电路交换：电路交换的概念最早来自于电话系统。优点：传输延迟小，唯一的延迟是物理信号的传播延迟；一旦线路建立，便不会发生冲突；优点：传输延迟小，唯一的延迟是物理信号的传播延迟；一旦线路建立，便不会发生冲突；缺点：建立物理线路所需的时间比较长；对于已经预先分配好的线路，即使通信双方都没有数据要交换，线路带宽也不能为其他用户所使用，从而造成带宽的浪费。缺点：建立物理线路所需的时间比较长；对于已经预先分配好的线路，即使通信双方都没有数据要交换，线路带宽也不能为其他用户所使用，从而造成带宽的浪费。报文交换：报文交换（报文交换：报文交换（message switching）又称为包交换。报文交换不事先建立物理电路，当发送方有数据要发送时，它将把要发送的数据当做一个整体交给中间交换设备，中间交换设备先将报文存储起来，然后选择一条合适的空闲输出线将数据转发给下一个交换设备，如此循环往复直至将数据发送到目的节点。）又称为包交换。报文交换不事先建立物理电路，当发送方有数据要发送时，它将把要发送的数据当做一个整体交给中间交换设备，中间交换设备先将报文存储起来，然后选择一条合适的空闲输出线将数据转发给下一个交换设备，如此循环往复直至将数据发送到目的节点。Prof.Dr.Shaowen YAO22YNUYunNan University3.2 通信技术通信技术数据交换技术：数据交换技术：分组交换：分组交换：分组交换（分组交换（packet switching）技术是报文交换技术的改进。在分组交换网中，用户的数据被划分成一个个分组（）技术是报文交换技术的改进。在分组交换网中，用户的数据被划分成一个个分组（packet），而且分组的大小有严格的上限，这样使得分组可以被缓存在交换设备的内存而不是磁盘中。同时由于分组交换网能够保证任何用户都不能长时间独占某传输线路，因而它非常适合于交互式通信。），而且分组的大小有严格的上限，这样使得分组可以被缓存在交换设备的内存而不是磁盘中。同时由于分组交换网能够保证任何用户都不能长时间独占某传输线路，因而它非常适合于交互式通信。分组交换与电路交换的不同点：分组交换与电路交换的不同点：信道带宽的分配：电路交换中信道带宽是静态分配的，而分组交换中信道带宽是动态分配和释放的；信道带宽的分配：电路交换中信道带宽是静态分配的，而分组交换中信道带宽是动态分配和释放的；交换的透明性：电路交换的发送方和接收方可以使用任何速率（当然是在物理线路支持的范围内）、任意帧格式来进行数据传输。而在分组交换中，必须按一定的数据速率和帧格式进行通信。交换的透明性：电路交换的发送方和接收方可以使用任何速率（当然是在物理线路支持的范围内）、任意帧格式来进行数据传输。而在分组交换中，必须按一定的数据速率和帧格式进行通信。计费方法的不同：电路交换（取决于通话时间和距离）；分组交换（主要按通信流量来计算）。计费方法的不同：电路交换（取决于通话时间和距离）；分组交换（主要按通信流量来计算）。Prof.Dr.Shaowen YAO23YNUYunNan University分组交换示意图分组交换示意图 ABDTEDCEA图中示例：图中示例：图中示例：图中示例：主机或：主机或：主机或：主机或DTEDTE：DCEDCE或节点或节点或节点或节点：分组：分组：分组：分组Prof.Dr.Shaowen YAO24YNUYunNan University3.3 网络技术与应用网络技术与应用计算机网络的功能：计算机网络的功能：数据通信：数据通信：CSCW；资源共享资源共享;增加可靠性增加可靠性;提高系统处理能力提高系统处理能力;Prof.Dr.Shaowen YAO25YNUYunNan University3.3 网络技术与应用网络技术与应用计算机网络分类：计算机网络分类：局域网局域网(Local Area Networks,LAN);城域网城域网(Metropolitan Area Networks,MAN);广域网广域网(Wide Area Networks,WAN);互联网互联网(Internetworks);无线网无线网(Wireless Networks);Prof.Dr.Shaowen YAO26YNUYunNan University3.3 网络技术与应用网络技术与应用计算机网络系统集成：计算机网络系统集成：传输子系统传输子系统;交换子系统交换子系统;接入子系统接入子系统;布线子系统布线子系统;测试子系统测试子系统;安全子系统安全子系统;网管子系统网管子系统;服务器子系统服务器子系统;网络操作系统网络操作系统;服务子系统服务子系统;Prof.Dr.Shaowen YAO27YNUYunNan University3.3 网络技术与应用网络技术与应用网络集成的体系框架：网络集成的体系框架：Prof.Dr.Shaowen YAO28YNUYunNan University3.4 Internet/Intranet/ExtranetInternet网概述：网概述：来源与结构：来源与结构：Internet源于美国国防部互联网，亦即源于美国国防部互联网，亦即ARPANET。ARPANET工程创始于工程创始于1969年，是美国国防部用于建立一个可靠通信网络的试验项目（可靠通信网络是指网络中部分发生故障时仍然可以进行正常的通信）；年，是美国国防部用于建立一个可靠通信网络的试验项目（可靠通信网络是指网络中部分发生故障时仍然可以进行正常的通信）；ARPANET也是用来链接承接国防部军事项目的研究机构与大专院校的工具，可以实现信息交换的目的；也是用来链接承接国防部军事项目的研究机构与大专院校的工具，可以实现信息交换的目的；1981年后，年后，ARPANET分军用和民用两个领域，再加上美国国家科学基金会建立的通信网络，使得普通科技人员也能利用该网络；分军用和民用两个领域，再加上美国国家科学基金会建立的通信网络，使得普通科技人员也能利用该网络；随着随着TCP/IP协议的发展与完善，世界各国的网络均以协议的发展与完善，世界各国的网络均以TCP/IP协议链接到该网络上，逐渐发展形成目前规模宏大的互联网。协议链接到该网络上，逐渐发展形成目前规模宏大的互联网。Prof.Dr.Shaowen YAO29YNUYunNan University3.4 Internet/Intranet/ExtranetOverview of the Internet：Prof.Dr.Shaowen YAO30YNUYunNan University3.4 Internet/Intranet/ExtranetInternet网概述：网概述：域名和地址：域名和地址：域名：域名：internet使用一种标准的命名方式来标识互联网上的每一台主机，这种命名方式称作域名系统（使用一种标准的命名方式来标识互联网上的每一台主机，这种命名方式称作域名系统（domain name system，DNS）。）。域名如：域名如：其中其中www是为用户提供服务的主机类型，是为用户提供服务的主机类型，tsinghua代表清华大学，代表清华大学，edu代表教育科研网，代表教育科研网，cn代表中国。代表中国。IP地址：每个互联网的网络节点有一个统一规定格式的地址，简称地址：每个互联网的网络节点有一个统一规定格式的地址，简称IP地址。地址。IP地址可表达为二进制格式和十进制格式。地址可表达为二进制格式和十进制格式。IP地址可以分为地址可以分为A、B、C、D、E五类，其中五类，其中A、B、C类是三种主要的类型地址，类是三种主要的类型地址，D类专供多目传送用的多目地址，类专供多目传送用的多目地址，E类用于扩展备用地址。类用于扩展备用地址。Prof.Dr.Shaowen YAO31YNUYunNan University3.4 Internet/Intranet/Extranet互联网的服务：互联网的服务：网络信息浏览网络信息浏览电子邮件电子邮件新闻组新闻组文件传输文件传输远程登陆远程登陆QQ博客（博客（Blog）其他丰富多彩的服务其他丰富多彩的服务互联网成为：互联网成为：生活生活 工作工作 休闲（两只蝴蝶、老鼠爱大米等网络歌曲、网络游戏）休闲（两只蝴蝶、老鼠爱大米等网络歌曲、网络游戏）娱乐娱乐 交友交友 商业商业 等等的平台等等的平台Prof.Dr.Shaowen YAO32YNUYunNan University3.4 Internet/Intranet/ExtranetIntranet与与Extranet：Intranet的概念：的概念：利用互联网的技术和设施建立起来的、为某一组织或企业提供综合性信息服务的计算机网络。利用互联网的技术和设施建立起来的、为某一组织或企业提供综合性信息服务的计算机网络。Intranet的特点：的特点：开发简易开发简易 使用方便使用方便 成本低廉成本低廉企业发展企业发展Intranet的思路：的思路：信息技术战略的目标与手段信息技术战略的目标与手段 信息需求与信息环境信息需求与信息环境 信息资源问题信息资源问题 滚动原则滚动原则 安全问题安全问题
