第1章计算机网络基础优秀课件.ppt
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1、第1 章计算机网络基础第1 页,本讲稿共70 页1.1计算机网络的形成与发展1.2 计算机网络的定义1.3 计算机网络的功能和分类1.4 计算机网络的组成1.5 计算机网络拓扑结构1.6 计算机网络的典型应用1.7 数据通信的基本概念1.8 串行传输与并行传输1.9 数据传输类型与编码技术1.10 数据同步技术1.11 多路复用技术1.12 广域网中的数据交换技术 1.13差错控制技术第2 页,本讲稿共70 页1.1计算机网络的形成与发展计算机网络是计算机和通信技术这两大现代技术密切结合的产物。它代表了当代计算机体系结构发展的一个极其重要的方向。计算机网络技术包括了硬件、软件、网络体系结构和通
2、信技术。1.面向终端的计算机通信网络2.初级计算机网络3.开放式的标准化计算机网络4.新一代的计算机综合性、智能化、宽带高速网络第3 页,本讲稿共70 页1.2 计算机网络的定义人们通常对“计算机网络”的定义是:为了实现计算机之间的通信交往、资源共享和协同工作,采用通信手段,将地理位置分散的、各自具备自主功能的一组计算机有机地联系起来,并且由网络操作系统进行管理的计算机复合系统就是计算机网络。第4 页,本讲稿共70 页 一个计算机网络可以包含有多台具有“自主”功能的计算机。所谓的“自主”是指这些计算机离开计算机网络之后,也能独立地工作和运行。因此,通常将这些计算机称为“主机”(host),在网
3、络中又叫做节点或站点。一般,在网络中的共享资源(即硬件资源、软件资源和数据资源)均分布在这些计算机中。构成计算机网络时需要使用通信的手段,把有关的计算机(节点)“有机地”连接起来。所谓的“有机”地连接是指连接时彼此必须遵循所规定的约定和规则。这些约定和规则就是通信协议。建立计算机网络的主要目的是为了实现通信的交往、信息资源的交流、计算机分布资源的共享,或者是协同工作。一般将计算机资源共享作为网络的最基本特征。第5 页,本讲稿共70 页1.3 计算机网络的功能和分类1.3.1 计算机网络的功能计算机之间和计算机用户之间的相互通信交往。资源共享,包含计算机硬件资源、软件资源和数据与信息资源共享。计
4、算机之间或计算机用户之间的协同工作。第6 页,本讲稿共70 页1.3.2 计算机网络的分类 1.局域网(LAN)局域网(LAN,Local Area Network),顾名思义就是局部区域的计算机网络。在局域网中,计算机及其他互连设备的分布范围一般在有限的地理范围内,因此,局域网的本质特征是分布距离短、数据传输速度快。局域网的分布范围一般在几公里以内,最大距离不超过10公里,它是一个部门或单位组建的网络。LAN是在小型计算机和微型计算机大量推广使用之后才逐渐发展起来的计算机网络。一方面,LAN容易管理与配置;另一方面,LAN容易构成简洁整齐的拓扑结构。局域网速率高,延迟小,因此,网络站点往往可
5、以对等地参与对整个网络的使用与监控。再加上LAN具有成本低、应用广、组网方便和使用灵活等特点,因此,深受广大用户的欢迎,LAN是目前计算机网络技术中,发展最快也是最活跃的一个分支。第7 页,本讲稿共70 页2.城域网(MAN)城域网原本指的是介于局域网与广域网之间的一种大范围的高速网络。3.广域网(WAN)广域网(WAN,Wide Area Network),也称远程网。计算机广域网一般是指将分布在不同国家、地域甚至全球范围内的各种局域网以及计算机、终端设备等互连而成的大型计算机通信网络。第8 页,本讲稿共70 页4.因特网(Internet)因特网(也称国际互联网)其实并不是一种具体的物理网
6、络技术,而是将不同的物理网络技术,按某种协议统一起来的一种高层技术。因特网是广域网与广域网、广域网与局域网、局域网与局域网进行互连而形成的网络。它采用的是局部处理与远程处理、有限地域范围的资源共享与广大地域范围的资源共享相结合的网络技术。目前,世界上发展最快、也是最热门的网络就是Internet。它是世界上最大的、应用最广泛的互联网。第9 页,本讲稿共70 页1.4 计算机网络的组成由于计算机网络的基本功能分为数据处理和数据通信两大部分,因此,它所对应的结构也可以分成相应的两个部分。其一,负责数据处理的计算机与终端设备;其二,负责数据通信的通信控制处理机(CCP,CommunicationCo
7、ntrolProcessor)和通信线路。第10 页,本讲稿共70 页1.4.1 计算机资源子网 1.资源子网的组成资源子网由拥有资源的主计算机系统、请求资源的用户终端、终端控制器、通信子网的接口设备、软件资源和数据资源组成。(1)主计算机(Host)在计算机网络中,“主计算机”可以是大型机、中型机、小型机,也可以是终端工作站或者微型机(PC)。主计算机是资源子网的主要组成单元,它通过高速线路与通信子网的通信控制处理机相连接。普通的用户终端机通过主计算机连接入网。主计算机还为本地用户访问网络的其他计算机设备和共享资源提供服务。第11 页,本讲稿共70 页(2)终端(Terminal)终端是用户
8、访问网络的界面装置。终端一般是指没有存储与处理信息能力的简单输入、输出终端设备;但有时也指带有微处理机的智能型终端。智能型终端除了具有输入、输出信息的基本功能外,本身还具有存储与处理信息的能力。各类终端既可以通过主机连入网中,也可以通过终端控制器、报文分组组装/拆卸装置或通信控制处理机连入网中。2.资源子网的基本功能资源子网负责全网的数据处理业务,并向网络客户提供各种网络资源和网络服务。第12 页,本讲稿共70 页1.4.2 计算机通信子网1.通信子网的组成通信子网按功能分类可以分为数据交换和数据传输两个部分;从硬件角度看,通信子网由通信控制处理机、通信线路和其他通信设备组成。(1)通信控制处
9、理机(CCP,CommunicationControlProcessor)(2)通信线路2.通信子网的基本功能通信子网提供网络通信功能,完成全网主机之间的数据传输、交换、控制和变换等通信任务。负责全网的数据传输、转发及通信处理等工作。第13 页,本讲稿共70 页1.5 计算机网络拓扑结构1.5.1 计算机网络拓扑的定义1.拓扑结构与计算机网络拓扑对于复杂的网络结构设计,人们引入了拓扑结构的概念。拓扑学是几何学中的一个分支,它是从图论演变过来的。拓扑学首先把实体抽象为与其大小、形状无关的“点”,并将连接实体的线路抽象为“线”,进而研究点、线、面之间的关系。计算机网络拓扑是通过计算机网络中的各个结
10、点与通信线路之间的几何关系来表示网络结构,并反映出网络中各实体之间的结构关系。第14 页,本讲稿共70 页2.网络拓扑的定义我们将通信子网中的通信处理机和其他通信设备称为节点,通信线路称为链路,而将节点和链路连接而成的几何图形称为该网络的拓扑结构。3.网络拓扑的用途第15 页,本讲稿共70 页1.5.2 计算机网络拓扑结构的分类与通信子网的类型1.5.2.1通信子网的分类1.广播信道通信子网在采用广播信道的通信子网中,一个公共通信信道被多个节点使用。在任一时间内只允许一个节点使用公共通信信道,当一个节点利用公共通信信道“发送”数据时,其他节点只能“收听”正在发送的数据。2.点-点线路通信子网在
11、点-点线路通信子网中,每条物理线路连接一对节点。第16 页,本讲稿共70 页1.5.2.2基本拓扑结构类型常见的基本拓扑结构有:总线型、星型、环型、树型和网状等。1.总线型拓扑结构总线上传输信息通常多以基带形式串行传递,每个节点上的网络接口板硬件均具有收、发功能,接收器负责接收总线上的串行信息并转换成并行信息送到微机工作站;发送器是将并行信息转换成串行信息后广播发送到总线上,总线上发送信息的目的地址与某节点的接口地址相符合时,该节点的接收器便接收信息。第17 页,本讲稿共70 页由于各个节点之间通过电缆直接连接,所以总线拓扑结构中所需要的电缆长度是最小的,但总线只有一定的负载能力,因此总线长度
12、又有一定限制,一条总线只能连接一定数量的节点。因为所有的节点共享一条公用的传输链路,所以一次只能由一个设备传输。需要某种形式的访问控制策略、来决定下一次哪一个站可以发送通常采取分布式控制策略。在总线两端连接有端结器(或终端匹配器),主要与总线进行阻抗匹配,最大限度吸收传送端部的能量,避免信号反射回总线产生不必要的干扰。第18 页,本讲稿共70 页总线型拓扑结构的优点:(1).结构简单灵活,非常便于扩充,网络响应速度快。(2).设备量少、价格低廉、安装使用方便。(3).某个站点失效不会影响到其他站点。(4).共享资源能力强,极便于广播式工作,一个节点发送的数据帧所有节点都可接收。(5).所需电缆
13、长度很短,减少了安装费用,易于布线和维护。(6).易于扩充,在层、线的任何点都可将欲增加的新站点接入或者通过中继器加上一个附加段来增加长度。(7).多个节点共用一传输信道,信道利用率高;(8).传输速率高,可达l-l0Mbps。第19 页,本讲稿共70 页总线型拓扑结构的缺点:(1).总线拓扑的网不是集中控制,故障检测需在网上各个站点进行,使故障诊断困难。(2).如果故障发生在站点,只需将该站点从总线上去掉,但如果传输介质故障,则整个这段总线要切断。因而故障隔离困难。(3).在总线的干线基础上扩充,可采用中继器,但此时需重新配置,包括电缆长度的剪裁,终端器的调整等。(4).接在总线上的站点要有
14、介质访问控制功能,因此站点必须具有智能,从而增加了站点的硬件和软件费用。(5).所有的工作站通信均通过一条共用的总线,导致实时性很差。第20 页,本讲稿共70 页2.星型拓扑结构第21 页,本讲稿共70 页 在星型拓扑结构中,网络中的各节点通过点到点的方式连接到一个中央节点(又称中央转接站)上,由该中央节点向目的节点传送信息。中央节点执行集中式通信控制策略,因此中央节点相当复杂,负担比各节点重得多。在星型网中任何两个节点要进行通信都必须经过中央节点控制,因此,中央节点的主要功能有三项:当要求通信的站点发出通信请求后,控制器要检查中央转接站是否有空闲的通路,被叫设备是否空闲,从而决定是否能建立双
15、方的物理连接;在两台设备通信过程中要维持这一通路;当通信完成或者不成功要求拆线时,中央转接站应能拆除上述通道。由于中央节点要与多机连接,线路较多,为便于集中连线,目前多采用一种成为集线器(HUB)的硬件作为中央节点。值得注意的是,不仅星型,就是其他拓扑结构都已开始采用HUB 方式构造网络。星型网是目前广泛使用的局域网之一。第22 页,本讲稿共70 页星型结构的优点:(1)网络结构简单,便于管理,便于大型网络的维护和调试。(2)控制简单,建网容易,移动某个工作站非常简单。(3)网络延迟时间较短,误码率较低。(4)中央节点和中间接线盒都有一批集中点,可方便地提供服务和网络重新配置。(5)每个连接只
16、接一个设备,单个连接的故障只影响一个设备,不会影响全网。(6)每个站点直接连到中央节点,故障容易检测和隔离,可很方便地将有故障的站点从系统中删除。(7)任何一个连接只涉及到中央节点和一个站点,控制介质访问的方法简单,使访问协议也十分简单。第23 页,本讲稿共70 页星型结构的缺点:(1)一条通信线路只被该线路上的中央节点和一个站点使用,因此线路利用率不高;(2)中央节点负荷太重,而且当中央节点产生故障时,全网不能工作,所以对中央节点的可靠性和冗余度要求很高。(3)电缆长度和安装:星型拓扑中每个站点直接和中央节点相连,需要大量电缆,电缆沟、维护、安装等一系列问题会产生,因此而增加的费用相当可观。
17、星型拓扑结构广泛应用于网络中智能集中于中央节点的场合。从目前的趋势看,计算机的发展已从集中的主机系统发展到大量功能很强的微型机和工作站,在这种环境下,星型拓扑的使用还是占支配地位。第24 页,本讲稿共70 页 3.环型拓扑结构在环型拓扑结构中,各个节点通过通信线路,首尾相接,形成闭合的环型。环中的数据沿一个方向传递。由于信号单向传递,因此,适宜使用光纤,可以构成高速网络。环型拓扑结构简单,传输延迟固定;环中的任何一个节点发生故障,都会导致全网瘫痪,因此各个节点都可能成为网络的瓶颈;环节点的加入和撤出的过程都很复杂,网络扩展和维护都不方便。第25 页,本讲稿共70 页环型拓扑的优点:(1)信息在
18、网中沿固定方向流动,两个节点间仅有唯一的通路,简化了路径选择的控制;(2)某个节点发生故障时,可以自动旁路(由“中继器”完成),可靠性较高;(3)所需电缆长度比星型拓扑要短得多,同时不需像星型拓扑结构那样配制接线盒。第26 页,本讲稿共70 页环型拓扑的缺点:(1)扩充环的配置比较困难,同样要关掉一部分已接入网的站点也不容易。(2)由于信息是串行穿过多个节点环路接口,当节点过多时,影响传输效率,使网络响应时间变长。但当网络确定时,其延时固定,实时性强。(3)环上每个节点接到数据后,要负责将它发送至环上,这意味着要同时考虑访问控制协议。节点发送数据前,必须事先知道传输介质对它是可用的。环型网结构
19、比较适合于实时信息处理系统和工厂自动化系统。FDDI(Fiber Distributed Data Interface)是环型结构的一种典型网络,在二十世纪九十年代中期,就已达到100Mbps 至 200Mbps 的传输速率。但在近期,该种网络没有什么发展,已经很少采用。第27 页,本讲稿共70 页4.树型拓扑结构第28 页,本讲稿共70 页 树型结构是总线型结构的扩展,它是在总线网上加上分支形成的,其传输介质可有多条分支,但不形成闭合回路;也可以把它看成是星型结构的叠加。又称为分级的集中式结构,如上图所示。树型拓扑以其独特的特点而与众不同,具有层次结构,是一种分层网,网络的最高层是中央处理机
20、,最低层是终端,其他各层可以是多路转换器、集线器或部门用计算机。其结构可以对称,联系固定,具有一定容错能力,一般一个分支和节点的故障不影响另一分支节点的工作,任何一个节点送出的信息都由根接收后重新发送到所有的节点,可以传遍整个传输介质,也是广播式网络。著名的因特网(Internet)也是大多采用树型结构。第29 页,本讲稿共70 页树型网的优点:(1)结构比较简单,成本低。(2)网络中任意两个节点之间不产生回路,每个链路都支持双向传输。(3)网络中节点扩充方便灵活,寻找链路路径比较方便 树型网的缺点:(1)除叶节点及其相连的链路外,任何一个工作站或链路产生故障都会影响整个网络系统的正常运行。(
21、2)对根的依赖性太大,如果根发生故障,则全网不能正常工作。因此这种结构的可靠性问题和星型结构相似。第30 页,本讲稿共70 页5.网状拓扑结构第31 页,本讲稿共70 页 将多个子网或多个网络连接起来构成网际拓扑结构。在一个子网中、集线器、中继器将多个设备连接起来,而桥接器、路由器及网关则将子网连接起来。根据组网硬件不同,主要有三种网际拓扑:网状网:在一个大的区域内,用无线电通信链路连接一个大型网络时,网状网是最好的拓扑结构。通过路由器与路由器相连,可让网络选择一条最快的路径传送数据。主干网:通过桥接器与路由器把不同的子网或LAN 连接起来形成单个总线或环型拓扑结构,这种网通常采用光纤做主干线
22、。星状相连网:利用一些叫做超级集线器的设备将网络连接起来,由于星型结构的特点,网络中任一处的故障都可容易查找并修复。第32 页,本讲稿共70 页6.卫星通信网络网状拓扑的优点:(1)网络可靠性高,一般通信子网中任意两个节点交换机之间,存在着两条或两条以上的通信路径,这样,当一条路径发生故障时,还可以通过另一条路径把信息送至节点交换机。(2)网络可组建成各种形状,采用多种通信信道,多种传输速率。(3)网内节点共享资源容易。(4)可改善线路的信息流量分配。(5)可选择最佳路径,传输延迟小。网状拓扑的缺点:(1)控制复杂,软件复杂。(2)线路费用高,不易扩充。网状拓扑结构一般用于Internet 骨
23、干网上,各网络的互联中。第33 页,本讲稿共70 页1.6 计算机网络的典型应用1.管 理 信 息 系 统(MIS,ManagementInformationSystem)2.办公自动化系统(OA,Office Automationsystem)3.信息检索系统(IRS,Information RetrieveSystem)4.电子收款机系统(POS,PointOfSells)第34 页,本讲稿共70 页5.分布式控制系统(DCS,DistributedControlSystem)6.计算机集成与制造系统(CIMS,ComputerIntegratedManufacturingSystem)7
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