2022年第二章网络基本概念 .pdf

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1、第2章 网络基本概念【考点一】计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展大致可以划分为如下4个阶段：(1) 第一阶段可以追溯到20 世纪 50年代。(2) 第二阶段以 20世纪 60 年代美国的 ARPANET 与分组交换技术为重要标志。(3) 第三阶段从 20世纪 70 年代中期开始。20世纪 70年代中期国际上各种广域网、局域网与公用分组交换网发展十分迅速，各个计算机生产商纷纷发展各自的计算机网络系统，但随之而来的是网络体系结构与网络协议的国际标准化问题。(4) 第四阶段从 20世纪 90 年代开始。 20世纪 90年代网络技术最富有挑战性的话题是Internet 与异步传输模式 ATM

2、(Asynchronous Transfer Mode)技术。【考点二】计算机网络的定义(一)计算机网络定义的基本内容资源共享观点将计算机网络定义为以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合。(1) 资源共享观点的定义符合目前计算机网络的基本特征，这主要表现在：计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享。计算机资源主要指计算机硬件、软件与数据。网络用户可以使用本地计算机资源，可以通过网络访问联网的远程计算机资源，也可以调用网中几台不同的计算机共同完成某项任务。(2) 互联的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的自治计算机 (autonomouscomputer)，它们之间可以没

3、有明确的主从关系，每台计算机可以联网工作，也可以脱网独立工作，连网计算机可以为本地用户提供服务，也可以为远程网络用户提供服务。(3) 联网计算机必须遵循全网统一的网络协议。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 14 页 - - - - - - - - - (二)计算机网络与分布式系统的区别二者的区别主要表现在：分布式操作系统与网络操作系统的设计思想是不同的，因此它们的结构、工作方式与功能也是不同的。网络操作系统要求网络用户在使用网络资源时，首先必须了解网络资源的

4、分布情况。网络用户必须了解网络中各种计算机的功能与配置、应用软件的分布、网络文件目录结构等情况。在网络中，如果用户要读某一个共享的文件时，用户必须知道这个文件存放在哪一台服务器中，以及它存放在服务器的哪一个目录之下。分布式操作系统是以全局方式管理系统资源，它能自动为用户任务调度网络资源。对于分布式系统来说，多个互联的计算机系统对于用户来说是透明 的。当用户键入一个命令去运行一个程序时， 分布式操作系统能够根据用户任务的要求，在系统中选择最合适的处理器，将用户所需要的文件自动传送到该处理器。在处理器完成计算后，再将结果传送给用户。因此，分布式系统与计算机网络的主要区别不在它们的物理结构上，而是在

5、高层软件上。【考点三】 计算机网络的分类(一)网络分类方法计算机网络的分类方法可以是多种多样的，其中最主要的两种方法是：(1) 根据网络所使用的传输技术(transmission technology)分类。(2) 根据网络的覆盖范围与规模(scale) 分类。在通信技术中，通信信道的类型有两类：广播通信信道与点-点通信信道。在广播通信信道中，多个结点共享一个通信信道，一个结点广播信息，其他结点必须接收信息。而在点-点通信信道中，一条通信线路只能连接一对结点，如果两个结点之间没有直接连接的线路，那么它们只能通过中间结点转接。显然， 网络要通过通信信道完成数据传输任务，因此网络所采用的传输技术也

6、只可能有两类，即广播(Broadcast)方式与点 -点(Point-to-Point)方式。这样，相应的计算机网络也可以分为两类：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 14 页 - - - - - - - - - (1) 广播式网络 (Broadcast Network) (2) 点-点式网络 (Point-to-Point Network)计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类，可以很好地反映不同类型网络的技术特征。由于网络覆盖的地理范围不同，它们所采用的传

7、输技术也就不同，因而形成了不同的网络技术特点与网络服务功能。按覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分为三类：局域网、城域网与广域网。(二)广域网 (WAN) 广域网应具有以下特点：(1) 适应大容量与突发性通信的要求。(2) 适应综合业务服务的要求。(3) 开放的设备接口与规范化的协议。(4) 完善的通信服务与网络管理。讨论广域网必然涉及X.25 网、帧中继、SMDS 、B-ISDN 与ATM 网。 X.25 网是一种典型的公用分组交换网，也是早期广域网中广泛使用的一种通信子网。所谓X.25 网是指用户接口符号CCITT的X.25 建议标准。随着计算机与通信技术的不断发展，数据通信的环境也在

8、不断发生变化。这种变化主要表现在以下3个方面：(1) 传输介质由原有的电缆逐步走向光纤，光纤误码率很低，带宽很宽。(2) 局域网本身的数据传输速率已经达到10Mbps 1 Gbps ， 多个局域网之间高速互联的要求越来越强烈。(3) 用户设备 (如微型计算机)性能大大提高， 可以承担部分原来由数据通信网承担的通信处理工功能。CCITT 提出了将语音、数据、图像等业务综合于一个网内的设想，即建立综合业务数字网ISDN(Integrated Service Digital Network)。近年来 ISDN 致力于实现以下目标：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -

9、- - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 14 页 - - - - - - - - - (1) 提供一个在世界范围内协调一致的数字通信网络，支持各种通信服务，并在不同的国家采用相同的标准。(2) 为在通信网络之间进行数字传输提供完整的标准。(3) 提供一个通信用户接口，使通信网络内部的变化对终端用户是透明的。(三)局域网 (LAN) 局域网的技术特点主要表现在以下几个方面：(1)局域网覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求。(2)局域网提供高数据传输速率(10Mbps

10、1 000Mbps) 、低误码率的高质量数据传输环境(3)局域网一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。(4)决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑、维护与扩展。(5)从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共享式局域网与交换式局域网两类。(四)城域网 (MAN) 早期的城域网产品主要是光纤分布式数据接口(FDDI ，Fiber Distributed Data Interface)。FDDI 是一种以光纤作为传输介质的高速主干网，它可以用来互连局域网与计算机。FDDI 主要有以下几个技术特点：(1) 使用基于 IEEE802.5 的单令牌的环网介质访问控制MAC 协议。(2) 使用 IEE

11、E802.2 协议，与符合IEEE802 标准的局域网兼容。(3) 数据传输速率为100Mbps ，连网的结点数 1000 ，环路长度为100km 。(4) 可以使用多模或单模光纤。(5) 具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。FDDI 主要用于以下4种应用环境：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 14 页 - - - - - - - - - (1) 计算机机房网(称为后端网络)，用于计算机机房中大型计算机与高速外设之间的连接，以及对可靠性、传输速

12、率与系统容错要求较高的环境。(2) 办公室或建筑物群的主干网(称为前端网络)，用于连接大量的小型机、工作站、个人计算机与各种外设。(3) 校园网的主干网，用于连接分布在校园中各个建筑物中的小型机、服务器、工作站和个人计算机，以及多个局域网。(4) 多校园的主干网，用于连接地理位置相距几公里的多个校园网、企业网，成为一个区域性的互连多个校园网、企业网的主干网。【考点四】计算机网络拓扑构型(一)计算机网络拓扑的定义计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系。(二)网络拓扑分类方法(三)网络拓扑可以根据通信子网中通信信道类型分为两类：(1) 点-

13、点线路通信子网的拓扑。(2) 广播信道通信子网的拓扑。(四)几种典型网络拓扑的特点1.星型拓扑的主要特点星型拓扑构型结构简单，易于实现，便于管理，但是网络的中心结点是全网可靠性的瓶颈，中心结点的故障可能造成全网瘫痪。2.环型拓扑的主要特点环型拓扑结构简单，传输延时确定， 但是环中每个结点与连结点之间的通信线路都会成为网络可名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 14 页 - - - - - - - - - 靠性的瓶颈。环中任何一个结点出现线路故障，都可能造成网络瘫

14、痪。为保证环的正常工作，需要较复杂的环维护处理。环结点的加入和撤出过程都比较复杂。3.树型拓扑的主要特点树型拓扑构型可以看成是星型拓扑的扩展。在树型拓扑构型中，结点按层次进行连接，信息交换主要在上、 下结点之间进行，相邻及同层结点之间一般不进行数据交换或数据交换量小。树型拓扑网络适用于汇集信息的应用要求。4.网状型拓扑的主要特点网状拓扑构型又称做无规则型。在网状拓扑构型中，结点之间的连接是任意的，没有规律。网状拓扑的主要优点是系统可靠性高，但是结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法。目前实际存在和使用的广域网基本上都是采用网状拓扑构型的。【考点五】网络传输介质(一)传输介质的类型传输介质

15、是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体。网络中常用的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤电缆和无线与卫星通信信道。(二)双绞线的主要特性1.物理特性屏蔽双绞线由外部保护层、屏蔽层与多对双绞线组成。非屏蔽双绞线由外部保护层与多对双绞线组成。2.传输特性在局域网中常用的双绞线根据传输特性可以分为五类。三类线带宽为16MHz ，适用于语音及10Mbps 以下的数据传输；五类线带宽为100MHz ，适用于语音及100Mbps 的高速数据传输，甚至可以支持 155Mbps 的ATM 数据传输。3.连通性名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -

16、- - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 14 页 - - - - - - - - - 双绞线既可用于点-点连接，也可用于多点连接。4.地理范围双绞线用做远程中继线时，最大距离可达15公里；用于 10Mbps 局域网时，与集线器的距离最大为100m 。5.抗干扰性双绞线的抗干扰性取决于一束线中相邻线对的扭曲长度及适当的屏蔽。6.价格双绞线的价格低于其他传输介质，并且安装、维护方便。(三)同轴电缆的主要特性同轴电缆是网络中应用十分广泛的传输介质之一。1.物理特性同轴电缆由内导体、外屏蔽层、绝缘层及外部保护层组成。同轴介质的特性参数由内、外导体及绝缘

17、层的电参数与机械尺寸决定。2.传输特性根据同轴电缆的带宽不同，它可以分为两类：基带同轴电缆和宽带同轴是缆。基带同轴电缆一般仅用于数字信号的传输。3.连通性同轴电缆既支持点-点连接，也支持多点连接。基带同轴电缆可支持数百台设备的连接，而宽带同轴电缆可支持数千台设备的连接。4.地理范围基带同轴电缆使用的最大距离限制在几公里范围内，而宽带同轴电缆最大距离可达几十公里左右。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 14 页 - - - - - - - - - 5.抗干扰性同

18、轴电缆的结构使得它的抗干扰能力较强。6.价格同轴电缆的造价介于双绞线与光缆之间，使用与维护方便。(四)光纤的主要特性1.物理描述光纤是一种直径为50m 100 m 的柔软、能传导光波的介质，多种玻璃和塑料可以用来制造光纤，其中使用超高纯度石英玻璃纤维制作的光纤可以得到最低的传输损耗。2.传输特性光纤传输分为单模与多模两类。所谓单模光纤， 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。所谓多模光纤，是指光纤的光信号与光纤轴成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。3.连通性光纤最普遍的连接方法是点-点方式。在某些实验系统中，也可以采用多点连接方式。4.地理范围光纤信号衰

19、减极小，它可以在6km 8km 的距离内，在不使用中继器的情况下，实现高速率的数据传输。5.抗干扰性光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响，能在长距离、 高速率的传输中保持低误码率。双绞线典型的误码率在 10-5 10-6 之间，基带同轴电缆的误码率低于10-7 ， 宽带同轴电缆的误码率低于10-9 ，而光纤的误码率可以低于10-10 。因此，光纤传输的安全性与保密性极好。6.价格名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 14 页 - - - - - - - - - 目前

20、，光纤价格高于同轴电缆与双绞线。(五)无线与卫星通信1.无线通信我们所说的无线通信所使用的频段覆盖从低频到特高频。其中，调频无线电通信使用中波MF，调频无线电广播使用甚高频，电视广播使用甚高频到特高频。国际通信组织对各个频段都规定了特定的服务。高频无线电信号由天线发出后，沿两条路径在空间传播。其中，地波沿地面传播，天波则在地球电离层之间来回反射。高频与甚高频通信方式很类似，它们的缺点是：易受天气等因素的影响，信号幅度变化较大，容易被干扰。它们的优点是：技术成熟，应用广泛，能用较小的发射功率传输较远的距离。2.微波通信在电磁波谱中，频率在100MHz 10GHz 的信号叫做微波信号，它们对应的信

21、号波长为3m3cm 。微波信号传输的特点是：(1) 只能进行视距传播。(2) 大气对微波信号的吸收与散射影响较大。3.蜂窝无线通信如果将一个大区制覆盖的区域划分成多个小区，每个小区(cell) 中设立一个基站(BS) ，通过基站在用户的移动台(MS) 之间建立通信。小区覆盖的半径较小，一般为1km 20km ，因此可以用较小的发射功率实现双向通信。如果每个基站提供一到几个频道，可容纳的移动用户数就可以有几十到几百个。 这样， 由多个小区构成的通信系统的总容量将大大提高。由若干小区构成的覆盖区叫做区群。由于区群的结构酷似蜂窝，因此人们将小区制移动通信系统叫做蜂窝移动通信系统。4.卫星通信名师资料

22、总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 14 页 - - - - - - - - - (六)数据传输速率与误码率1.数据传输速率的定义数据传输速率在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒(bit/second) ，记作 bps 。对于二进制数据，数据传输速率为：S1/T(bps) 其中， T为发送每一比特所需要的时间。2.带宽与数据传输速率奈奎斯特准则指出：如果间隔/ ( =2f)，通过理想通信信道传输窄脉冲信号，则前后码元之间不产生相互窜扰。因此

23、，对于二进制数据信号的最大数据传输速率Rmax 与通信信道带宽B(B=f ，单位 Hz) 的关系可以写为：Rmax=2 f(bps) 对于二进制数据，若信道带宽B=f=3000Hz ，则最大数据传输速率为6000bps 。香农定理指出：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输速率Rmax 与信道带宽 B、信噪比 S/N的关系为：Rmax=B log2(1+S/N) 式中， Rmax 单位为 bps, 带宽 B单位为 Hz，信噪比 S/N 通常以 dB( 分贝 )数表示。若 S/N=30(dB)，那么信噪比根据公式：S/N(dB)=10 lg(S/N) 1.误码率的定义2.误码率是指二进制

24、码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于：Pe=Ne/N 式中： N为传输的二进制码元总数，Ne 为被传错的码元数。【考点六】网络体系结构与网络协议的基本概念(一)网络体系结构的基本概念名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 14 页 - - - - - - - - - 为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议(Protocol) 。一个网络协议主要由以下3个要素组成：(1) 语法，即用户数据与控制信息的结构和格式；(2) 语义，即需要发

25、出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应；(3) 时序，即对事件实现顺序的详细说明。我们将计算机网络层次结构模型和各层协议的集合定义为计算机网络结构(Network Architecture) 。网络体系结构是对计算机网络应完成的功能的精确定义，而这些功能是用什么样的硬件和软件实现的，则是具体的实现(implementation)问题。体系结构是抽象的，而实现是具体的，是能够运行的一些硬件和软件。(二)ISO/OSI 参考模型1.OSI 参考模型的基本概念国际标准化组织ISO 发布的最著名的ISO 标准是 ISO/IEC 7498，又称为 X.200 建议。该体系结构标准定义了网络互连的七层

26、框架，即ISO 开放系统互连参考模型。在这一框架下进一步详细规定了每一层的功能，以实现开放系统环境中的互连性(interconnection)、互操作性 (interoperation)和应用的可移植性(portability) 。2.OSI 参考模型的结构与各层的主要功能提供各种网络服务功能的计算机网络系统是非常复杂的。根据分而治之的原则。ISO 将整个通信功能划分为 7个层次，划分层次的原则是：(1) 网中各结点都有相同的层次。(2) 不同结点的同等层具有相同的功能。(3) 同一结点内相邻层之间通过接口通信。(4) 每一层使用下层提供的服务，并向其同层提供服务。名师资料总结 - - -精品

27、资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 14 页 - - - - - - - - - (5) 不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。(三)TCP/IP 参考模型与协议(1) 开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。(2) 独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互联网中。(3) 统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP 设备在网中都具有惟一的地址。(4) 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。TCP/IP 参考模型可以分为4个

28、层次： 应用层、传输层、互连层、主机-网络层。【考点七】几个典型的计算机网络1.ARPANET 2.NSFNET 3.Internet 很多现存的网络都已经连入到Internet 。这些网络包括空间物理网SPAN 、高能物理网HEPNET 、IBM 的大型机网络与西欧的欧洲学术网。这些网络可以给Internet 用户提供很多有价值的资源。Internet 实现了 TCP/IP 参考模型与协议的结合。TCP/IP 协议使得网络可提供不受计算机和操作系统类型限制的通用服务。传统的 Internet 应用主要有 4类： E-mail 、Telnet 、FTP 和USERNET 。【考点八】数据通信服

29、务(一)未来通信子网应具备的特征(1) 适应大容量与突发性通信的要求。(2) 适应综合业务服务的要求。(3) 开放的设备接口与规范化的协议。(4) 完善的通信服务与网络管理。(二)交换多兆位数据服务SMDS 交换多兆位数据服务(SMDS ， Switched Multimegabit Data Server)是由美国 Bellcore 从1980 年开名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 14 页 - - - - - - - - - 始设计，并在1990 年初

30、期开通了实验系统。SMDS 的设计目标是用于连接多个局域网，典型应用是一个公司内的多个分支办事机构、一个企业的下属工厂与公司的多个局域网之间的连接。(三)X.25 网与帧中继网X.25 建议规定了以分组方式工作的用户数据比利终端设备DTE(Date Terminal Equipment)与通信子网的数据电路端接设备DCE(Date Circuitterminal Equipment)之间的接口标准。人们将采用 X.25 建议所规定的DTE 与 DCE 接口标准的公用分组交换网叫做X.25 网。到目前为止，X.25网仍然是世界上应用广泛的公用分组交换网中的一种。帧中继是一种减少结点处理时间的技术

31、。帧中继的原理很简单，它是基于数据帧在光纤上传输基本不会出错的前提来设计的。因此帧中继交换机只要一检测到帧的目的地址就立即开始转发该帧。(四)宽带综合业务数字网B-ISDN 随着光纤技术、多媒体技术、 高分辨率动态图像与文件传输技术的发展，人们对数据传输速率的要求越来越高。在ISDN 标准还没有制定完成时，又提出了一种新型的宽带综合业务数字网B-ISDN(Broadband-ISDN)。B-ISDN 与N-ISDN 的区别主要表现在：(1)N-ISDN 是以目前正在使用的公用电话交换网为基础，而B-ISDN 是以光纤作为干线和用户环路传输介质。(2)N-ISDN 采用同步时分多路复用技术，B-

32、ISDN 采用异步传输模式ATM 技术。(3)N-ISDN 各通路及其速率是预定的，B-ISDN 使用通路的概念，但其速率不是预定的。(五)异步传输模式ATM 1.ATM 主要技术特点(1)ATM 是一种面向连接的技术，它采用小的、固定长度的数据传输单元(信元， Cell), 其长度为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 14 页 - - - - - - - - - 53字节。(2) 各类信息 (数字、语音、图像、视频)均可用信元为单位进行传送，ATM 能够支

33、持多媒体通信。(3)ATM 以统计时分多路复用方式动态分配网络带宽，网络传输延时小，适应实时通信的要求。(4)ATM 没有链路的纠错与流量控制，协议简单，数据交换效率高。(5)ATM 的数据传输速率在155Mbps 2.4Gbps, 目前也存在 25Mbps 、50Mpbs 与100Mbps 等三种速率。2.促进 ATM 技术发展的因素(1) 促进 ATM 技术发展的第一个因素是人们对网络带宽需要的不断增长。(2) 促进 ATM 技术发展的第二个因素是用户对带宽智能使用灵活性的需求。(3) 促进 ATM 技术发展的第三个因素是用户对网络实时应用的需求。(4) 促进 ATM 技术发展的第四个因素

34、是网络的设计与组建进一步走向标准化的需求。(六)接入网技术的发展目前，可以作为用户接入网的主要有三类：邮电通信网、计算机网络与广播电视网。数字化技术使得通信网络、计算机网络与广播电视网络的服务业务相互交叉，三网之间的界限越来越模糊，这就是所谓的数字会聚 现象。 数字会聚 现象对未来通信体制将会产生重大的影响。为了让更多的家庭、企业、 机关的计算机方便地连入Internet 之中， 最终将导致邮电通信网、计算机网络与电视通信网的三网合一 局面的出现。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 14 页 - - - - - - - - -