第4章计算机网络与因特网ppt课件.ppt
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1、第4章 计算机网络与因特网,4.1 数字通信入门 4.2 计算机网络基础 4.3 因特网的组成 4.4 因特网提供的服务 4.5 网络信息安全,教学目的与要求,掌握通信与现代通信技术的概念和通信系统的简单模型,了解模拟信号和数字信号的含义,了解各种传输介质的种类、特性与应用,了解电缆通信、光纤通信、微波通信和移动通信的工作方式 熟悉调制与解调的含义,熟悉时分、频分以及波分多路复用技术的思想 了解电路交换技术,熟悉分组交换的概念、格式、传输以及实现 掌握计算机网络的含义、目的、分类及组成,熟悉数据传输速率、带宽的单位及含义和网络的工作模式,熟悉局域网的组成、网卡功能和MAC地址,掌握局域网的特点
2、和常用局域网的拓扑结构、物理结构和传输介质等,教学目的与要求,熟悉网络的分层结构、网络互连的含义以及TCP/IP协议的层次和功能,了解TCP/IP协议的特点 掌握IP地址的作用、格式与表示形式、类型与特点,了解特殊的IP 地址,熟悉IP 数据报的概念,熟悉路由器的功能 熟悉因特网的工作模式及协议,掌握因特网的域名结构及域名命名规则,熟悉域名与IP地址的关系和域名命名树,了解域名系统和域名服务器,熟悉因特网的各种接入方式 熟悉电子邮件的功能、组成、协议及工作原理,熟悉WWW的含义和组成,熟悉网页的概念、超链接、HTTP协议和URL 的含义与表示,了解Web服务器和浏览器的功能和组成部分,教学目的
3、与要求,了解网络信息安全的概念和措施 熟悉数据加密、数字签名、身份鉴别、防火墙以及防火墙的概念 熟悉计算机病毒的含义、特点、危害及传染途径与防范措施,4.1 数字通信入门,4.1.1 通信的基本原理 4.1.2 交换技术,4.1.1 通信的基本原理,(1) 通信系统的简单模型 (2) 有线与无线通信 (3) 调制与解调技术 (4) 多路复用技术,什么是通信(communication)?,广义角度,通信就是各种信息的传递 现代通信使用电波或光波传递信息的技术,也称为电信(telecommunication),如电报、电话、传真、电子邮件、BBS、QQ等,下列_不属于现代通信。,题解,A、电报
4、B、电话 C、杂志 D、传真,通信系统的简单模型,通信的三要素:,举例:,信息的传输通道,其任务是迅速、可靠而准确地将信号从信源传输到信宿,被传输的信息都必须以某种电(或光)信号的形式才能进行传输,信息的发送者,信息接收者,通信的任务就是传递信息,通信至少需由三个要素组成。 不是三要素之一。,A信号 B信源 C信宿 D信道,题解,模拟信号与数字信号,通信系统中被传输的信息必须转换成某种电信号(或光信号) 才能进行传输,电信号(或光信号) 有两种形式: 模拟信号形式: 通过连续变化的物理量(如信号的幅度)来表示信息,例如人们打电话或者播音员播音时声音经话筒(麦克风)转换得到的电信号; 数字信号形
5、式: 使用有限个状态(一般是2个状态)来表示(编码)信息,例如电报机、传真机和计算机发出的信号都是数字信号,通信两大类: 有线与无线通信,(1) 电缆通信,原理:利用电流(电压)传输信息 双绞线:由两根相互绞合成均匀螺纹状的导线组成。多根双绞线捆在一起,外面加上护套即双绞线电缆。 无屏蔽双绞线 (UTP); 屏蔽双绞线 (STP),同轴电缆分类 基带同轴电缆(50) 传输数字信号 宽带同轴电缆(75) 传输模拟信号,缺点:耗费大量金属材料,成本高,(2)光纤通信,光纤是光导纤维的简称,具有把光封闭在纤芯并沿纤芯轴向进行传播的功能(光线的入射角足够大时,就会出现全反射,重复此过程,光就沿着光纤传
6、播下去),光波,光线,光纤通信系统的优点 光纤具有极大的通信容量 抗辐射能力强 保密性强 传输距离远且损耗小 重量轻,光缆,光纤通信的发展与应用,从上世纪80年代起,世界各国开始大规模铺设光纤通信线路,光纤传输网已经成为几乎所有现代通信的基础平台 高速光纤数字传输线路采用统一的国际标准,称为同步数字系列(SDH),又称为同步光纤网(SONET),它既是电话和有线电视的骨干传输网,又是计算机网络的骨干网,(3)微波通信,微波:300MHz300GHz范围内的电磁波,波长为1 m1mm,特点: 直线传播,不能沿地球表面传播(无绕射性),需要每隔几十公里设立一个中继站 容量大、可靠性高 建设费用低
7、抗灾能力强 应用:长途电话、蜂窝移动电话、全数字高清晰度电视(HDTV)等,微波通信的三种通信方式:,地面微波接力通信 卫星通信 对流层散射通信,卫星通信,卫星通信: 中继站在人造地球卫星上的一种微波通信 优点:通信距离远、频带宽、容量大、抗干扰强、通信稳定 缺点:造价高、技术复杂、有较大延时、同步轨道卫星数目仅180颗,赤道上方高度为35800公里的地方为地球同步轨道,卫星的运行周期与地球自转一圈的周期相同,在地面上看这种卫星好似静止不动。一颗同步轨道卫星覆盖约120, 3颗同步定点轨道卫星可以覆盖地球的几乎全部面积,进行二十四小时的全天候通信,卫星通信的重要应用GPS,例美国研制GPS系统
8、 24颗卫星在1.2万公里高空以12小时的周期绕地球运行 地面任意点在任何时刻都可同时观测到4颗以上卫星 原理: 由于卫星的位置是精确可知的,通过地面接收机可测得与卫星的距离,利用三维坐标中的距离计算公式,就可以推导出接收机的地理位置(经度、纬度和高程) 定位精度: 民用大约几十米 军用可高得多,GPS卫星接收机,根据用途有:导航型、测地型、授时型等 产品形式:独立的GPS导航仪,也可集成在电脑、手机、MP3(MP4)播放器、甚至手表中,以下传输介质中,在无中继器情况下传输距离最远的是 。,A双绞线 B同轴电缆 C单模光纤 D电力传输线,题解,卫星通信利用_作为中继站来转发无线电信号,从而实现
9、两个或多个地球站之间的通信。,A、集线器 B、对流层 C、导航卫星 D、通信卫星,题解,(4)移动通信,移动通信指的是处于移动状态的对象相互间的通信,也是微波通信的一种 最具代表性的移动通信手机(个人移动通信系统),基站,移动台 (手机),移动电话交换中心,公用电话网,蜂窝式移动通信,每10km20km的区域称为单元(形似蜂窝),单元的中央建有一个基站,该单元内所有手机都向该基站发送信号并接收基站发给的信号 所有单元既相互分割,又彼此有所交叠,连成整个移动通信服务网,就像蜂窝 所有基站都通过微波或电缆、光缆与移动交换中心通信 手机每个时刻都处于某个特定单元的基站控制之下,通话时使用两个频率(一
10、个上行频率,一个下行频率),同一单元内同一时刻的不同手机使用不同的频率进行通信,相互不影响,每个蜂窝单元中有200多个信道(GSM)。 相邻单元不允许使用相同的频率,不相邻单元的频率允许重用,个人移动通信发展的3代,第1代采用的是模拟传输技术 第2代使用的频段扩至900MHz到1800MHz 我国使用的2种标准: GSM(欧洲移动通信系统,也称全球通、全数字系统) 中国电信的GSM网已基本实现县以上城市的覆盖, 接入号有139135、130 采用频分多路复用技术(分为124个上下行信道)和时分多路复用(每个信道8个连接),每个蜂窝理论上支持992个连接,实际上可有200多个 CDMA (码分多
11、址接入,Code Division Multiple Access) 所有手机都占用相同带宽和频率,在整个频段上进行信号传输,但它们分别采用不同的编码原理加以区分,即CDMA给每一手机分配一个唯一的码序列(扩频码),并用它对承载信息的信号进行编码 抗干扰能力强,系统容量大,接通率高,噪声小,,第3代数字移动通信系统,第2代移动通信的不足: (1)数据传输速率过低(9.6kb/s或57kb/s) (2)容量有限,不能满足发达地区手机用户高度密集的要求。 (3)不能实现覆盖全球的无缝连接 第3代移动通信技术(简称3G)的目标: (1)全球漫游 (2)适应多种环境,地面移动通信与卫星移动通信相结合
12、(3)提供高质量的话音通信、数据通信和高分辨率图像通信 (4)提供足够的系统容量,具有高保密性和优质的服务 技术: 频谱:1885 MHz 2025MHz,2110MHz2200MHz 传输速率:室内:2Mb/s,步行:384kb/s,快速移动:114kb/s 标准:WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA(时分-同步码分多址接入),国外3G的进展,2007年底统计, 40个国家共190个 3G 网络已经投入运行,71个国家的154 HSDPA 网络已投入运行 2007.6统计, 全球3G用户数约2亿,占全球移动电话用户总数30亿的6.7%, 日本(W-CDMA)和韩国(CDMA2000
13、)3G用户数超过50(不兼容2G) 欧洲:意大利、英国,超过20 (兼容2G) 北美、亚太、欧洲(俄罗斯)、非洲等:CDMA2000,我国3G通信的进展,已初步形成了TD-SCDMA核心网、基站、终端以及各种芯片的配套产品体系,打造了一条完整的产业链。 中国移动从2008年4月1日起正式在北京、上海、天津、沈阳、广州、深圳、厦门和秦皇岛8个城市启动3G的社会化业务测试和试用,3G手机正式放号 截至2008年5月30日,已经有19家终端企业的29款TD终端(包括TD-HSDPA数据卡)取得了工业和信息化部颁发的入网许可证,6家系统厂商取得了TD-HSDPA全系列设备入网许可证,下面关于个人移动通
14、信的叙述中,错误的是_。,A、第1代个人移动通信采用的是模拟通信技术 B、目前广泛使用的GSM手机采用了数字通信技术,属于第2代移动通信系统 C、移动通信系统中,移动电话交换中心直接接收手机(移动台)的无线信号,并负责向手机发送信号 D、通信系统将实现高质量的多媒体通信,包括话音通信、数据通信和高分辨率的图像通信等,题解,对通信系统的一般要求,远距离:传输距离要远 低成本:传输成本要低 高速度:从发生到接收的延迟时间要短 可靠:传输的信息不能有错误 方便:任何时间和地点都能通信 安全:传输的信息要保密,不能泄漏,模拟信号如何传输?,近距离传输: 直接传输 (如:MP3播放器 耳机 ; 计算机输
15、出信号 投影仪) 远距离传输: 通过载波来传输模拟信号(如:广播电台收音机) 什么是载波? 研究发现,高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的载波,把模拟信号放在(调制在)载波上传输,则可比直接传输远得多,模拟信号如何进行载波传输? 三种调制方法,实现信号调制与解调的设备分别称为“调制器”和“解调器”:,数字信号如何传输?,近距离传输方法基带传输 近距离传输时:不加处理直接进行(如:USB连接) 较长距离传输:需作码型转换(如:以太网中传输数字信号),含有直流成分,不便于同步,不适合直接传输,平均直流电平为0,电平的变化可作为同步信
16、号,远距离传输方法通过载波来传输数字信号(频带传输),远距离通信必须使用MODEM,通信一般是双向进行的,收发双方都需要调制器与解调器,它们通常做在一起,称为调制解调器(MODEM),信源信号通过调制器 调整载波的某个参数(幅度、频率或相位),到达目的地后,使用解调器把载波所携带的信号检测出来,恢复为原始信号的形式,经过调制后的载波信号,携带着被传输的信号在信道中进行长距离传输,怎样实现低成本传输?,分析: 通信系统中,传输线路的建设和维护成本占整个系统成本的相当大的份额 一条传输线路(铜线、光纤、无线电波)的容量通常远超过传输1路用户信号所需的能力 采用的技术多路复用技术(Multiplex
17、ing) 多路信号使用同一条传输线同时进行传输 方法: 时分多路复用(TDM) 频分多路复用(FDM) 波分多路复用(WDM),时分多路复用(Time Division Multiplexing, TDM),思想:各通信终端(计算机、电话)以规定的顺序和时间轮流使用同一传输线路进行数据传输 工作原理:,频分多路复用(Frequency Division Multiplexing, FDM),思想:将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上,通过频分多路复用器(MUX)将它们复合成为一个信号,然后在同一传输线路上进行传输。抵达接收端之后,借助分路器(DEMUX)把不同频率的载波分离出来,送到
18、不同的接收设备 工作原理:,将不同频率的载波信号合成在一起,使用一组滤波器分解出不同频率的载波信号,波分多路复用(Wave Division Multiplexing, WDM),光纤通信中,为提高传输效率,1根光纤中同时传输几种不同波长的光波,称为“波分多路复用”,可以进一步提高光纤的通信容量。 原理:,光纤,发送端有N个发送单元,它们各自发出不同波长的光波,通过复用器(称为合波器)合并起来,进入同一根光纤进行传输,接收端用分路器(称为分波器)将不同波长的光分开,分别送到各自的光电检测器恢复出原始信号,多路复用可以降低通信成本,通信系统的原理示意图,多路复用技术使得成千上万路通信可以在同一条
19、传输线上同时进行,大大节省了通信成本,频分多路、时分多路和波分多路等技术可以同时使用,以提高复用效率,4.1.2 交换技术,(1) 电路交换与分组交换 (2) 分组交换机与存储转发 (3) 分组交换的应用,(1)电路交换与分组交换,电路交换:公用电话网的电话交换机采用的技术,即通话前经过拨号接通双方的线路(建立一条物理通路),通话后再释放(拆线)。,分组交换计算机网络采用的技术,分组交换(也称包交换)的要点: 被传输的数据必须划分为若干“分组”(packet, 简称“包”)进行传输 每个分组中必须包含收发双方的地址 每个分组由分组交换机进行处理、存储和转发才能送达目的地 每个分组的格式如下:,
20、分组交换示意:,(2)分组交换机与存储转发,“分组交换机”网络中必须使用的一种实现分组交换方式的数据传输的关键设备 分组交换机的任务是:负责包的转发 分组交换机的基本工作模式:存储转发 分组交换机有许多端口,用来连接计算机和远程数字通信线路 分组交换机可以互连,以扩大网络的规模和任意延伸网络的连接距离,存储转发的过程,发送数据的计算机将包发给它所连接的分组交换机 交换机每收到一个包,就检查该包的目的地地址: 若数据包目的地是直接与之相连的计算机,交换机就将包发往该计算机 若目的地不是本分组交换机上的计算机,则选择一个输出端口,通过连接该端口的高速数字线路转发给另一台交换机(如果线路忙,则可放在
21、对应的缓冲器中排队等候) 下一台交换机收到数据包之后,重复过程2直到数据包到达目的计算机为止,例1:计算机C发送数据包给计算机H 例2:计算机A发送数据包给计算机G,通过分组交换机互连而成的计算机网,计算机的编址方案 使用两个整数表示:第1个数表示分组交换机号,第2个数表示计算机连接到该交换机上的端口号,分组交换机有许多端口,低速端口用来连接计算机,高速端口则通过远程数字通信线路连接另一交换机, 每个端口既可输入也可输出,分组交换的应用,Internet的前身ARPANET网络就是最早的一个分组交换网 我国的公用数据网应用: 低速:X.25公共分组交换网(传输速率仅64kbps) 利用公共电话
22、网以分组交换方式进行数据传输 中速:使用光纤作为传输介质 帧中继交换网 (传输速率可达2Mbps) 中高速:使用光纤作为传输介质 SMDS(交换多兆位数据服务网) ATM 广域网 (155Mbps或者更高) 交换式以太网的交换机、手机采用的也是分组交换技术。,光纤通信中,采用的信道多路复用技术称为_多路复用技术。,A、频分 B、时分 C、码分 D、波分,题解,传输模拟信号的有线电视系统,采用的信道复用技术一般是_多路复用技术。,A、频分 B、时分 C、码分 D、波分,是非题: 每个移动通信系统均由移动台、基站、移动电话交换中心等组成。GSM和CDMA等多个不同的移动通信系统彼此有所交叠形成“蜂
23、窝式移动通信”。,题解,公用电话网通常采用_交换技术传输语音信号。,4.2 计算机网络基础,4.2.1 计算机网络的组成与分类 4.2.2 局域网的基本原理 4.2.3 常用局域网,4.2.1 计算机网络的组成与分类,计算机网络的定义 计算机网络的分类 计算机网络的组成 数据传输速率与带宽 网络的工作模式,(1)什么是计算机网络?,性质: 它是一种通信系统(与电话、电视系统不同,它是一种数据通信系统) 它是计算机系统的延伸与扩展(“网络就是计算机”SUN公司) 需要使用多种复杂的技术,利用通信设备和网络软件,把位置分散且功能独立的多台计算机以互相共享资源和进行信息传递为目的连接起来的一个系统,
24、计算机组网的目的,(1)数据通信 使计算机之间可以相互传送数据,方便地交换信息 (2)资源共享 用户可以共享网络中其他计算机的软件、硬件和数据资源 (3)实现分布式信息处理 大型问题可以借助于分散在网络中的多台计算机协同完成 分散在各地各部门的用户通过网络合作完成一项共同的任务 (4)提高计算机系统的可靠性和可用性 计算机出现故障时,网络中的计算机可以互为后备 计算机负荷过重时,可将部分任务分配给空闲的计算机,(2)计算机网络的分类,按使用的传输介质可分为: 有线网 无线网 按网络的使用性质可分为: 公用网 专用网 虚拟专网(VPN) 按网络的使用对象可以分为: 企业网 政府网 金融网 校园网
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