第4章计算机网络基础.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,学习目标与要求,1 了解数据通信的基本知识,如数据通信系统的组成,多路复用和交换技术,传输介质的种类与特性等。 2 掌握局域网的特点与组成,了解几种常用的局域网,熟悉局域网提供的功能与服务,初步理解网络的两种工作模式。 3 了解构成广域网的远程数字通信线路的性能及几种常用的接入技术,懂得广域网的构成和分组交换机的功能,理解广域网的通信过程与路由表的作用。 4 初步了解TCP/IP协议的作用,熟悉IP地址的格式与分类,初步懂得路由器的功能与通信过程。,学
2、习目标与要求,5 熟悉域名与IP地址的关系,理解域名系统的作用和工作过程。 6 了解电子邮件系统和远程文件传输系统(FTP)的大体原理与工作过程。 7 了解WWW的功能、组成及其应用,掌握HTML、URL、http和Web浏览器等的作用与原理。 8 初步理解网络信息安全措施如身份认证、访问控制、数据加密、数字签名、防火墙、病毒防范等的原理与作用。,4.1 数字通信入门,概述,通信: 各种信息的传递 现代通信:使用电波或光波双向传递信息的技术(电信),概述,通信三要素: 信源(信息的发送者) 信宿(信息的接收者) 信道(信息的载体与传播媒介) 通信系统模型:,产生和发送信息的一端,信源,信宿,通
3、信线路 信道,接收信息的一端,概述,通信系统(电信网)组成: 终端设备(例如:电话机) 传输设备(例如:电话线) 交换设备(例如:程控交换机) 通信系统中被传输的信息必须以某种电(或光)信号形式才能通过传输介质进行传输。 连续形式(模拟信号) 离散形式(数字信号) 通信系统的任务是实现远距离传输信息,并要快速、安全、可靠和低成本,通信系统(电信网)分类,按业务种类:电话网、电报网、数据通信网、传真通信网、图像通信网等 按服务区域范围:本地电信网、农村电信网、长途电信网、移动通信网、国际电信网等 按信息信号形式:模拟通信网、数字通信网、数字模拟混合网等,通信系统(电信网)分类,按传输媒体分类:
4、电缆通信网 光缆通信网 短波通信网 微波通信网 卫星通信网 低轨道卫星移动通信网,通信系统(电信网)分类,数据通信模型及有关的基本概念 信道 调制解调(编码器:调制,解码器:解调) 多路复用(主干信道),信道的基本概念,信道的定义: 向某个方向传输信息的媒体。 一条通信线路通常包含一个发送信道和一个接收信道。,信道的基本概念,根据信号在信道上的传输方向 单工通信 半双工通信 全双工通信,信道的基本概念,单工通信(单向通信),发送端,接收端,信道,数据,监视信号,信道的基本概念,半双工通信(双向交替通信),信道的基本概念,全双工通信(双向同时通信),信道的种类,按传输的信号类型可将信道分为: 模
5、拟信道:传输连续的模拟信号的信道 特点:频带窄,信道利用率高;受噪声干扰大 例如:传输语音信号的架空明线、双绞线,传输广播电视信号的宽带同轴电缆 数字信道:传输离散的数字信号 特点:信号不失真,准确性高;数字设备可大规模集成,价格便宜;易于加密;要求频带宽,信道利用率低 例如:传输计算机通信所用的信号的基带 同轴电缆、光缆等,信道,两类数字信号: 基带信号:用两种不同的电压值表示数字1和0的信号,需在数字信道上传输。 宽带信号:将基带信号进行调制,将其频谱搬移到较高的频率处而形成的模拟信号,这种模拟信号可以采用频分复用技术在模拟信道上传输。 按信号的传输媒体分类: 有线信道:电缆、光缆 无线信
6、道:自由空间,信道,信道的带宽:信道上所能通过的信号的频带宽度。 例如:标准电话线路的信号频带为 300(Hz) 3400(Hz) 其带宽为 :3400 300 = 3100(Hz) 信道带宽的意义: 频率在频带范围内的谐波在信道传输的过程中是无衰减的,频率超出频带范围的所有谐波在传输过程中衰减极大。 信道带宽为何是有限的? 既可能是传输介质的物理特性确定的,也可能是故意在线路中安装了滤波器,以限制用户所使用的带宽。,信道,信道带宽与信道的最高信息传输速率的关系: 理想信道的最高码元传输速率 (单位: Baud 波特) = 2 * 信道带宽(Hz) (奈氏准则) 理想信道的最高信息传输速率(单
7、位:b/s,比特) = 最高码元传输速率 * 一个码元携带的信息量 1 Mb/s = 1000 b /s , 1 Gb/s = 1000 Mb/s 例如: 信道带宽:3 KHz ( 3000Hz ) 最高码元传输速率:6000 Baud 一个码元携带 2 bit 的数据量 最高信息传输速率:12000 b/s = 12 Mb/s,信道,标准电话线路的频带为:300(Hz)3400(Hz) 其带宽为 :3100(Hz) 接近理想信道的是中间的一段,带宽约:2400 (Hz) 如使码元速率为 :2400 Baud,每个码元携带 4 bit 信息 数据传输速率可达:9600 b/s,调制解调基本概念
8、,调制(Modulation) 将基带数字信号的波形变换为适合于模拟信道传输的模拟信号波形。(将数字信号转换成模拟信号) 解调(Demodulation) 将由调制器变换过的模拟信号波形恢复成原来的基带数字信号波形。(将模拟信号转换成数字信号) 基本调制方法: 调幅,调频,调相,幅移键控法ASK调幅 频移键控法FSK调频 相移键控法PSK调相,数据 0 1 0 0 1 0 (1)AM调幅 (2)FM调频 (3)phM调相,F1 F2 F1 F2 F1,0相起始 相起始 0相起始 相起始 0相起始,各种调制方法的调制波形,多路复用基本概念,多路复用 为了提高线路利用率,总是设法在一条传输线路上,
9、传输多个模拟信号(例如,话路信息)或数字信号,这就是多路复用。 多路复用技术通常有: 频分复用,时分复用,码分复用,波分复用,多路复用基本概念,频分多路复用 将传输线路的频带分成N部分,每一个部分均可作为一个独立的传输信道使用。这样在一对传输线路上可有N对话路信息传送,而每一对话路所占用的只是其中的一个频段。 频分制通信又称载波通信,它是模拟通信的主要手段。,多路复用基本概念,传输多路模拟信号 将各路模拟信号按不同数值升频,使每个通道占用的频带都不相同,它们便可以合并在一个信道上被传输 传输多路数字信号 每一路基带数字信号的频谱可以搬移到不同频段,合在一起时互相不会干扰,可以在同一传输媒体上同
10、时传输多路这样的信号,多路复用基本概念,时分多路复用 把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息。把N个话路设备接到一条公共的通道上,按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时间。当轮到某个设备时,这个设备与通道接通,执行操作。与此同时,其它设备与通道的联系均被切断。待指定的使用时间间隔一到,则通过时分多路转换开关把通道联接到下一个要连接的设备上去。时分制通信也称时间分割通信,它是数字电话多路通信的主要方法,因而PCM通信常称为时分多路通信。,多路复用基本概念,码分多路复用 用于无线移动通信。所有移动站点(例如手机)在整个频段上进行传输,多路信号同时传输时采用不同的编码原理加以区分。
11、 例如,每个站点有一个唯一的m位代码(芯片序列),当需要发送比特1时,站点发送其芯片序列;当需要发送比特0时,站点发送其芯片序列的补码。,多路复用基本概念,信道使用的鸡尾酒会原理 在一个大房间里(一个信道),有许多对人在交谈(多路信号传输): 时分复用 不同对的人轮流交谈,一对交谈结束后 另一对再接上。 频分复用 不同对的人分成不同的组,每组独立占 用房间内的一小块区域,各组人同时进 行自己的交谈,互不干扰。 码分复用不同对的人分别用不同语言进行交谈, 其它语言只当作噪音不予理会。,多路复用基本概念,波分多路复用 在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波,使得数据传输速度和容量获得倍增,几种通信
12、系统,有线载波通信 光纤通信 微波通信 卫星通信 移动通信,有线传输,无线传输,有线载波通信,有线载波通信:主要传输电话,电报、传真、数据 也可传输广播、可视电话、电视节目 依据所用的传输介质,有线载波通信可分为: 明线载波系统 对称电缆载波系统 同轴电缆载波系统,有线载波通信,采用的传输介质:架空明线,对称电缆,同轴电缆 传输的信号:电信号(模拟信号,数字信号),特点 传输信号种类:模拟信号(例如,话音) 频带窄(300Hz 3400Hz),传输容量有限 (312路电话) 易受气候变化的影响,通信质量不稳定,因而多用于业务量较小的次要传输线路。 常见应用 电话系统,架空明线(2线制标准电话线
13、路),有屏蔽双绞线(STP) 无屏蔽双绞线(UTP) 种类与传输速率 三类线:10 Mb/s 五类线:100 Mb/s 六类线:200 Mb/s,对称电缆(4对双绞线 ),对称电缆(4对双绞线 ),特点: 数字信号、模拟信号均可传输 各线对采用双扭线,减少了线对之间的串扰 频带较电话线宽,每对线可传输60路电话信号,多线对能提供上千个话路,适用于干线通信 缺点: 容易受到外部高频电磁波干扰,且线路本身会产生一定噪声,误码率较高 如用作数据通信网络的传输介质,每隔一定距离需要使用中继器或放大器 常见应用 电话系统(模拟信号) 局域网(数字信号),同轴电缆,具有良好的传输特性和屏蔽特性 可以构成大
14、容量的载波通信系统 一对小同轴管可提供数千个话路 一对中同轴管可提供上万个话路 多管同轴电缆电路则能提供相当大的传输容量 用于主要传输干线 同轴电缆种类: 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,同轴电缆,传输速率: 取决于电缆长度 例如:1km 的同轴电缆其数据传输速率可达到:1 Gb/s 2 Gb/s 常见应用 有线电视系统(模拟信号) 局域网(数字信号),同轴电缆,利用频率分割原理,实现在有线信道上的多路复用 过程:发信端的各路信号对不同载波频率进行调制,分别搬移到不同频带后,同时在同一线路上传输。收信端对线路信号放大后,按上述相反顺序用滤波器分开各路信号
15、,经过解调恢复原来的信息。 例如:有线电视信号,它通过同轴电缆入户,这个电缆同时承载有多个电视台的信号,家里的多个电视机可以接受相同的或者不相同电视台信号,每台电视机接受什么信号由该台电视机的选台器决定。在同轴电缆中,不同的电视信号占用不同的频率,互不干扰。,光纤通信,光波在纤芯中的传输原理 当光线的入射角足够大时,就 会出现全反射,重复此过程, 光就沿着光纤传播下去 光纤种类 多模:纤芯直径为 50 或 62.5m ,可以存在许多条入射角不同的光线,各自以不同的反射角全反射传播下去(即:每一个光线有一个不同的模式)。一般在局域网中使用。 单模:纤芯直径为 810 m(一个光波波长),光线不出
16、现反射,直接向前传输 。 衰耗小,在 2.5 Gb/s 的高速率下传输数十公里而不必采用中继器。,光纤通信,光纤通信系统,电光变换器,光电变换器,光纤通信,光纤通信优点 传输频带非常宽,通信容量大 抗雷电和电磁干扰、抗辐射能力强 无串音干扰,保密性强,不易被窃听或截取数据 传输损耗小,通讯距离长 数据速率为420Mbps、距离为119km、无中继器时,误码率为10-8 重量轻,便于运输和铺设 光纤通信缺点 精确连接两根光纤比较困难,微波通信,微波:一种具有较高频率(300MHz300GHz)的电磁波。 波长很短,通常为1米至1毫米。 微波通信是众多无线通信形式中的一种。 有人认为未来只有两种通
17、信手段: 光纤:用于所有固定设备(电话、传真机、计算机)通信 无线通信:用于所有移动通信。,无线通信,无线通信原理 利用电磁波可以在空间自由传播的特性,通过调节电磁波的振幅、频率或相位实现远距离传输信息。,电磁波的种类与频率范围: 无线电波:104 108 (Hz) 微波:108 1011 (Hz) 红外线:1011 1014 (Hz) 可见光:1014 (Hz) 紫外线:1014 1016 (Hz) X射线:1016 1022 (Hz) 伽玛射线:1022 1024 (Hz),微波通信,微波通信方式 : 地面微波接力通信 卫星通信 对流层散射通信,微波通信,地面微波接力通信 如终端站 A,通
18、过地面中继站C,D,E, F,.,与另一终端站 B 进行通信。中继站之间的距离大致与塔高平方成正比。一般为50公里左右。 卫星通信 地球站 G 经通信卫星(空中微波中继站)与另一地球站 H 进行通信。是微波接力通信向太空的延伸。 对流层散射通信 终端站X发出的微波信号经对流层散射传到另一终端站Y进行通信。,微波通信,微波通信优点 : 容量大 可靠性高 建设费用低 抗灾能力强,移动通信,移动通信 处于移动状态的对象之间的通信,包括寻呼系统,蜂窝移动电话(俗称手机),集群调度,无绳电话和卫星系统。,移动通信,蜂窝移动通信系统组成 移动台、基站、移动电话交换中心,移动通信,移动台:是移动的通信终端,
19、它是接收无线信号的接收机,包括手机,呼机,无绳电话等。 基站:是与移动台联系的一个固定收发机,它接收移动台的无线信号,每个基站负责与一个特定区域(10km 20km的区域)的所有的移动台进行通信。 移动交换中心:与基站之间通过无线微波、电缆或光缆交换信息,移动交换中心再与公共电话网进行连接。 每个基站的有效区域既相互分割,又彼此有所交叠,整个移动通信网就像是蜂窝,所以也称为“蜂窝式移动通信”。,移动通信,地理上每10km 20km的区域(单元,形似蜂窝)内的中央有一个基站,该单元内所有移动电话都向其基站发送信号。所有基站都通过微波或电缆、光缆与一个移动交换中心通信。每个移动电话每一时刻处于一个
20、特定单元,即在该单元的基站控制之下。 每个单元使用一套信号传送频率,每个通话使用两个频率(双向传输),不同的通话使用不同的频率。,移动通信,蜂窝移动通信的发展 第一代:传输模拟信号,使用频段800/900MHz 第二代:传输数字信号,使用频段900MHz1800MHz 标准如下: GSM(欧洲全数字移动通信系统,全球可移动通信系统,全球通) IS-54(美国移动通信系统,数字系统并兼容模拟系统) JDC(日本移动通信系统,数字系统并兼容模拟系统) 第三代:使用频段3GHz,4.1 计算机网络基础,计算机网络的组成 计算机网络的分类 网络的工作模式 网络提供的服务 网络操作系统,4.1.1 计算
21、机网络的 组成与分类,计算机网络的发展,联机终端阶段。远程终端利用通信线路与计算机主机连接,多个终端共享主机的资源。以主机为中心;多个终端,终端之间不能进行通信。 计算机网络阶段。 60年代末期,随着计算机应用的推广,把分散在不同地点的计算机互联起来,使各计算机之间可以共享资源,传输数据。采用分组交换技术,把传输的报文分成分组,以适应计算机数据传输突发性的特点。这一阶段也称为分组交换网时代。 计算机网络体系结构阶段。 1983年,国际标准化组织ISO给出了“开放系统互联参考模型”OSI/RM,凡是按照这一框架生产的网络硬件和软件都可以互联起来。遵循OSI设计的计算机网络系统为“开放系统”。 I
22、nternet阶段。从20世纪90年代起,计算机网络的设计和应用得到迅速的发展。人们通过计算机网络传输信息、检索需要的信息已经成为日常工作和生活不可缺少的组成部分。,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,把位置分散的多台计算机连接起来的一个系统,计算机网络的组成,计算机等“智能” 设备 数据传输介质:如双绞线、光缆、无线电波等,用于传输数据 通信控制设备:如网卡、集线器、交换器、调制解调器、路由器等,确保通信正确、可靠、有效地进行 通
23、信协议共同遵循的一组的规则和约定 通信如何开始、如何结束?数据如何表示?命令如何表示?通信对象如何区分?其身份如何鉴别?发生错误如何处理?等等。例如: TCP/IP, HTTP, FTP,POP3等 网络操作系统:实现通信协议、管理网络资源等 网络应用软件:实现各种网络应用,如浏览器、电子邮件程序、QQ、搜索引擎等,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 (
24、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,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 按网络所覆盖的地域范围可以分为: 局域网(LAN):使用专用通信线路把较小地域范围(一幢楼房、一个楼群、一个单位或一个小区)中的计算机连接而成的网络 广域网(WAN) :把相距遥远的许多局域网和计算机用户互相连接在一起的网络。广域网有时也称为远程网 城域网或市域网(MAN) :作用范围
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