第4章计算机网络20100917.ppt
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1、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,第4章 计算机网络与因特网,1,4.1数字通信入门,4.1数字通信入门,4.1.1 数字通信的基本原理 4.1.2 交换技术,4.1数字通信入门,通信系统的简单模型,通信的三要素:,举例:,信道的任务是迅速、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,发送信息的设备,接收信息的设备,4.1数字通信入门,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
2、: 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,4.1数字通信入门,4.阅读材料,有线和无线通信,4.1数字通信入门,双绞线种类: 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,双绞线,4.1数字通信入门,双绞线,特点: 数字信号、模拟信号均可传输 各线对采用双绞线,减少了各线对之间的串扰 缺点: 容易受到外部高频电磁波干扰,线路本身也会产
3、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将信号进行放大、整形,通常只在建筑物内部使用 常见应用 电话系统(模拟信号) 局域网(数字信号),4.1数字通信入门,同轴电缆,同轴电缆种类: 基带同轴电缆(50):曾经使用在计算机局域网中,以基带传输方式传输数字信号,由于速度比较慢,现在已经被无屏蔽双绞线和光纤所取代 宽带同轴电缆(75):即常用的有线电视电缆,主要用于传输电视信号,最大传输距离可达几公里甚至几十公里,4.1数字通信入门,光纤通信,光纤的结构(见下图) 光纤的分类(根据光在光纤中的传输模式): 单模:线芯细,传输距离远、速率高,适合远程通信使用
4、多模:线芯较粗,传输距离近、速率低,一般在局域网中使用,4.1数字通信入门,光缆示意图,光纤通信,光波,纤芯,包层,保护层,(a) 单芯光缆,(b) 光波在光纤中的传播,(c) 多芯光缆,4.1数字通信入门,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 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,4.1数字通信入门,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,G,4.1数字通信入门,4.阅读材料
5、,移动通信,处于移动状态的对象相互间的通信,如手机、无绳电话、卫星系统等 优点:克服通信终端位置对用户的限制,快速和及时地传递信息,基站,移动台 (手机),移动电话交换中心,公用电话网,4.1数字通信入门,移动通信,蜂窝移动通信系统组成 移动台、基站、移动电话交换中心等,4.1数字通信入门,移动通信的发展,蜂窝移动通信的发展 第1代:传输模拟信号,使用频段800/900MHz 第2代:传输数字信号,使用频段900MHz1800MHz 标准如下: GSM、CDMA(欧洲全数字移动通信系统,全球可移动通信系统,全球通,我国正在广泛使用) JDC(日本移动通信系统,数字系统并兼容模拟系统) IS-5
6、4(美国移动通信系统,数字系统并兼容模拟系统),4.1数字通信入门,第2代移动通信系统,传输的是数字化的语音/文字信号 使用频段:900MHz/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 提供了分组交换和分组传输方式的新的数据业务(称为GPRS),可以在移动网内部或GPRS网与因特网之间进行数据传送,提供如浏览网页、收发电子邮件等服务 CDMA (码分多址接入,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
7、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,,4.1数字通信入门,第3代数字移动通信系统,目前,第3代移动通信系统(3G)正在迅速兴起,它将实现高质量的多媒体通信,包括高质量的话音通信、数据通信和高分辨率的图像通信等 我国3G移动通信有3种技术标准(中国移动的TD-SCDMA、中国电信的CDMA2000和中国联通的WCDMA),他们各自使用专门的上网卡,相互并不兼容。,4.1数字通信入门,调制和解调技术,实现信号调制与解调的设备分别称为“调制器”和“解调器”:,4.1
8、数字通信入门,光纤通信原理,光纤主要用于传输数字信号, 0信号或1信号直接对光进行调制(即控制激光的通或断幅移键控ASK) 光波的频率为10141015Hz,目前一束光每秒能携带2.5G或10G的二进位信号,通过波分多路复用(WDM)技术还可达到更大的通信容量,在发送端,由需要传输的数字信号(电信号)去驱动一个光源(半导体激光器或发光二极管),并对发出的光信号进行调制,在接收端,信号经放大后由光检测器(半导体光电管)进行检测、解调,转换成电信号之后输出,调制后的光信号通过光纤进行传输,为了补偿光纤线路的损耗,消除信号失真和噪声干扰,每隔一定的距离要接入中继器,4.1数字通信入门,时分多路复用(
9、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:,4.1数字通信入门,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,4.1数字通信入门,4
10、.1数字通信入门,4.1.1 数字通信的基本原理 4.1.2 交换技术,4.1数字通信入门,电路交换和分组交换,分组交换原理 分组交换也称为包交换。节点计算机把需要传输的数据划分成为若干小块,为每小块数据附上地址、编号等有关信息就组成了一个“包”,然后以包为单位进行传输,4.1数字通信入门,分组交换原理,分组交换示意图,4.1数字通信入门,分组交换机和存储转发,4.1数字通信入门,分组交换和存储转发的好处,传输线路的利用率高 数据通信可靠 灵活性好,4.1数字通信入门,分组交换的应用,局域网 交换式以太局域网 蜂窝移动通信系统,4.1数字通信入门,习题选讲,4.2 计算机网络基础,4.2.1
11、计算机网络的组成和分类 4.2.2 局域网的基本原理 4.2.3 常用局域网,4.2计算机网络基础,什么是计算机网络,数据通信 资源共享 实现分布式的信息处理 提高计算机系统的可靠性和可用性,4.2计算机网络基础,按覆盖的地域范围 : 局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网( MAN ),计算机网络的分类,将分散的用户计算机(网)接入特定城(广)域网的各种网络通信设施,4.2计算机网络基础,南京教育城域网拓朴图,4.2计算机网络基础,金 女 院,生 地 楼,计 算 机 系,SSR8000接城域网,南师大随园校区校园网拓扑图,4.2计算机网络基础,计算机网络的组成,计算机 数据通信链路 网络
12、协议 网络操作系统和网络应用软件,4.2计算机网络基础,网络操作系统,网络操作系统 网络操作系统是指运行在服务器上的、提供网络资源共享功能并负责管理整个网络的一种操作系统 网络操作系统功能 获得网络服务、提供网络服务,4.2计算机网络基础,典型网络操作系统产品,微软公司的 Windows 系统 如Windows NT Server, Windows Server 2003 、 Windows Server 2008 AT&T 和 SCO 公司推出的UNIX系统 如 AIX、HP-UX、 IRIX、Solaris 新型网络操作系统 LINUX,4.2计算机网络基础,数据传输速率和带宽,数据传输速
13、率(简称数据速率, data rate) 指实际进行数据传输时单位时间内传送的二进位数目 计量单位: “位/秒”(bps) 、“千位/秒”(kbps) 、“兆位/秒”(Mbps) 或“千兆位/秒”(Gbps)等 信道带宽(也称为信道容量, bandwidth) 一个信道允许的最大数据传输速率 信道带宽与采用的传输介质、传输距离、多路复用方法、调制解调方法等密切相关 误码率(error rate) 指数据传输中规定时间内出错数据占被传输数据总数的比例 端端延迟(end-end delay) 指数据从信源传送到信宿所花费的时间。,4.2计算机网络基础,计算机网络的2种工作模式,资源:硬件、软件、数
14、据都是计算机的资源 网络中的计算机可以扮演2种不同的角色: 客户机:需要使用其它计算机资源的计算机 服务器:提供资源(如数据文件、磁盘空间、打印机、处理器等)给其它计算机使用的计算机 每一台联网的计算机,其“身份”或者是客户机,或者是服务器,或者两种身份兼而有之 计算机网络有两种基本的工作模式: 客户/服务器(Client/Server,简称C/S)模式 对等(peer-to-peer,简称P2P)模式,4.2计算机网络基础,客户/服务器工作模式(C/S),特点:网络中的计算机有专门分工,有的是客户机,有的是服务器,服务器大多是一些专门设计的性能较高的计算机,并发处理能力强,存储容量大,网络数
15、据传输速率高 服务器按用途分为:Web服务器、打印服务器、邮件服务器、文件服务器、数据库服务器等,客户机提出服务请求,使用服务器所提供的资源,服务器用于提供资源,为客户机服务,4.2计算机网络基础,对等工作模式(P2P),网络中每台计算机既可以作为客户机也可以作为服务器 例:Windows操作系统中的“网上邻居”,特点: 可共享资源主要是文件和打印机,由资源所在计算机自己管理,使用比较简单 不需要专门的硬件服务器,也不需要网络管理员 效率不高,可靠性、安全性较差,4.2计算机网络基础,互联网应用中的P2P工作模式,P2P的4种主要应用: 文件共享:BitTorrent,eMule 即时通信:Q
16、Q、MSN Messenger、Skype 流媒体服务 对等协同计算 P2P业务已经占据互联网业务流量的60%以上,A,C,B,D,BT下载的工作原理,4.2计算机网络基础,4.2 计算机网络基础,4.2.1 计算机网络的组成和分类 4.2.2 局域网的基本原理 4.2.3 常用局域网,4.2计算机网络基础,计算机局域网,局域网的组成、MAC地址和数据帧,网络上的每个节点都装有网络接口卡(NIC,简称网卡),网卡通过传输介质把节点相互连接起来,网络上的每台设备(如工作站、服务器、打印机等) 都称为是网络中的 一个“节点”,4.2计算机网络基础,局域网组成、MAC地址和数据帧,每个节点都有 MA
17、C 地址 按数据帧为单位传输数据,发给哪一台计算机?,校验信息随同数据一起进行传输,供接收节点在收到数据之后验证数据传输是否正确,哪一台计算机发送的数据帧,需要传输的数据,如程序、邮件、MP3音乐等,4.2计算机网络基础,网卡及其工作过程,网卡 集线器,PCI无线网卡,有线网卡,RJ45 接口,4.2计算机网络基础,4.2 计算机网络基础,4.2.1 计算机网络的组成和分类 4.2.2 局域网的基本原理 4.2.3 常用局域网,4.2计算机网络基础,共享式以太网/交换式以太网,集线器,4.2计算机网络基础,使用交换机组成的万兆位以太网,4.2计算机网络基础,4.阅读材料,无线局域网通信协议,8
18、02.11标准(Wi-Fi), 其中: 802.11a : 25Mbps 802.11g : 54Mbps 802.11b(传输速率能根据环境变化) 最大可达11 Mbps 蓝牙(bluetooth) 近距离无线数字通信的标准,是802.11的补充 最高数据传输速率可达1Mbps(有效传输速率为721kbps) 传输距离为10cm10m 适合于办公室或家庭环境的无线网络,4.2计算机网络基础,无线局域网的组成,无线网卡 数据传输速率:11Mb/s(IEEE802.11b)和54Mb/s(IEEE802.11g) 接口:PCI无线网卡、USB无线网卡等 现在许多笔记本电脑都在醒目位置贴有Inte
19、l公司的“Centrino”(迅驰)标记,表示该电脑使用了Intel公司的低功耗移动CPU和相应的芯片组以及集成的无线网卡,可实现无线局域网连接。 无线接入点(Wireless Access Point,简称WAP或AP) 主要提供从无线节点对有线局域网和从有线局域网对无线节点的访问,实际上它就是一个无线交换机。 目前大多数无线AP都可支持多台(30100台)电脑接入,并提供数据加密、虚拟专网、防火墙等功能,使用十分方便。,4.2计算机网络基础,无线自组网,一种无线对等局域网。由一组无线工作站以自组织、多跳移动通信的方式构成 网络中的所有计算机都可以自由移动,它们均具有动态搜索、定位和恢复连接
20、的能力 在军事上非常有用,也可使用在会议室和家庭中,(重组后),(重组前),习题选讲,4.2计算机网络基础,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,第4章 计算机网络与因特网,51,4.3因特网的组成,TCP/IP协议与网络互联,4.3.1 网络分层结构与TCP/IP协议 4.3.2 IP协议与路由器 4.3.3 因特网的发展及结构 4.3.4 因特网的接入,4.3因特网的组成,TCP/IP协议与网络互联,4.3.1 网络分层结构与TCP/IP协议 4.3.2 IP协议与路由器 4.3.3 因特网的发展及结构 4.3.4 因
21、特网的接入,4.3因特网的组成,文件处理模块,主机 甲,主机 乙,文件处理模块,通信服务模块,通信服务模块,网络接入模块,网络接入模块,物理通信网络,网络 接口,网络 接口,网络的分层结构,例:主机甲通过网络向主机乙传送一个文件,甲乙双方均划分为三层,其分工为:,从指定位置处读出文件,然后交给下层模块进行发送,把文件保存到指定的文件夹中,将文件分成一个个包,交给下层模块传输,将一个个包组装成文件,负责完成与具体物理网络的接口,将数据包转换成帧,按帧在物理网上传输,从物理网上接收帧,将数据帧转换成数据包,4.3因特网的组成,TCP/IP网络协议,网络互连要解决的问题: 计算机统一编址、数据包格式
22、转换等 网络互连的解决方案: 必须认同一套统一的通信规则(称为网络协议) ISO OSI 标准(7层协议) TCP/IP 协议,4.3因特网的组成,TCP/IP 协议标准,TCP / IP是一个协议系列,它已经包含了100多个协议 将计算机网络中的通信问题划分为4个层次的模型 主要特点: 异构网互连 可靠通信 与OS结合 支持连接服务 与无连接服务,4.3因特网的组成,TCP/IP协议与网络互联,4.3.1 网络分层结构与TCP/IP协议 4.3.2 IP协议与路由器 4.3.3 因特网的发展及结构 4.3.4 因特网的接入,4.3因特网的组成,IP地址,因特网上的每台计算机使用“IP地址”作
23、为其标识 IP地址的特点: 惟一性:网络上每台计算机都有一个与众不同的惟一的IP地址 简明性:所有地址的长度都是32个二进位 IP地址的格式:包含网络号和主机号 2个部分,指明计算机所属网络的编号,指明计算机在该网络中的编号,由网络号中的最高14位指明该IP地址的类型:分为A, B, C, D, E五类IP地址,4.3因特网的组成,子网掩码,对于C类地址中的8位主机号: 划出2位作为子网号,那么2个子网的每一个均可容纳62台主机 划出3位作为子网号,那么6个子网中每个可容纳的主机减少为30台 (注:全0和全1通常不能作为子网号),4.3因特网的组成,子网掩码,子网掩码一个32位的代码,其中与I
24、P地址中网络号、子网号对应位置处的二进位是“1”,与主机号对应位置处的二进位是“0” 子网掩码的用途:从IP地址中分离出网络号和子网号 方法:使用子网掩码与IP地址进行逻辑乘 例1:若某主机IP地址为:202.119.36.12(C类地址) 它的子网掩码为: 255.255.255.0 两者逻辑乘结果网络号202.119.36.0 (前24位) 例2:若某主机IP地址为:212. 16.2.120(C类地址) 它的子网掩码为: 255.255.255.240 逻辑乘结果网络号11010100 00010000 00000010 01110000 (前28位),4.3因特网的组成,IP数据报(I
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