计算机网络技术与应用

计算机网络技术与应用 计算机网络概述； 数据通信技术 局域网技术 网络互连技术

计算机网络产生和发展 计算机网络的产生与发展，先后经历了四个阶段：1. 远程计算机系统阶段； 2. 计算机互联阶段；3. 标准化网络阶段；4. 网络互联和高速网络阶段。

二、数据通信技术

三 局域网技术

局域网一般由服务器、工作站、网卡、传输媒体、连接设备、及通信协议等几个方面组成 局域网的构成 局域网一般由服务器、工作站、网卡、传输媒体、连接设备、及通信协议等几个方面组成

局域网的构成 网络服务器：是网络控制的核心。一个局域网至少需要一个服务器，特别是一个局域网至少应配备一个文件服务器，文件服务器要求有高性能、大容量的计算机担任，如微机局域网的文件服务器通常有高档微机配备大容量存储担任，文件服务器的性能直接影响着整个局域网的性能；

局域网的构成 工作站：是网络的前端窗口，用户通过工作站来访 问网络的共享资源。局域网中，工作站可以有计算 机担任，也可以有输入输出终端担任，对工作站性 能的要求主要根据用户需求而定，内存是影响网络 工作站性能的关键因素之一。工作站所需要的内存 大小取决于操作系统和在工作站上索要运行的应用 程序的大小和复杂程度；

局域网的构成 网卡：在局域网中，从功能的角度上来说，网卡相当于广域网的通信控制处理机，工作站或服务器连接到网络上，实现网络资源共享和相互通信都是通过网卡实现的。对局域网来说服务器和工作站都是不可缺少的设备；

局域网的构成 传输媒体：是网络通信的物质基础之一，传输媒体 的性能特点对信息传输速率、通信的距离、连接的 网络节点数目和数据传输的可靠性等均有很大的影 响。因此，必须根据不同的通信要求，合理地选择 传输媒体； 网络互连设备：用于实现网络之间连接的设备；

局域网拓扑结构 星形结构 树形结构 总线结构 环形结构

局域网拓扑结构 星形结构

局域网拓扑结构 总线结构

局域网拓扑结构 树形结构

局域网拓扑结构 环形结构 A B

媒体访问控制方法 从局域网媒体访问控制方法的角度可以把局域网划分为共享媒体局域网和交换局域网两大类。传统的局域网采用的是“共享媒体”的工作方式，其媒体访问控 制方法主要有： 载波监听多路访问（CSMA/CD） 控制令牌 开槽环

高速局域网 随着网络技术和计算机技术的深入发展，计算机系统的小型化和微型化成为计算机系统发展的主要趋势，而网络变得日益庞大，网络的覆盖范围涉及到了人类的各个角落，一方面对网络覆盖范围的进一步扩展成为发展特征，另一方面对于网络的应用范围也在不断的升级，因此，提高网络速度和更好的应用环境，是网络技术发展的一个主要课题之一，以提高网络速度为主要目标的大型网络已经应运而生。目前，高速局域网所涉及到的一些网络产品和一些网络技术就有这样的性质。

千兆以太网 千兆以太网是3COM公司和其它一些主要生产商为适应网络应用对网络更大带宽的需求研制和开发的。千兆以太网将802.3标准进行了扩充，千兆以太网以作为802.3的新成员，即：802.3Z和802.3AB；虽然千兆以太网在媒体访问控制方式、组网方法及帧格式等方面与10BASE-T相同，但千兆以太网对媒体存取控制子层（MAC）进行了重新定义，并且重新定义了物理层标准。为了实现高速传输，千兆以太网定义了一个千兆位媒体专用接口，从而将MAC子层和物理层分开，使物理层在进行1000兆速率传输时，当传输媒体所使用的传输媒体和信号编码方式出现变化时不影响MAC子层。

千兆以太网 千兆位以太网物理层支持如下集中传输媒体 （1）多模光纤系统：光线工作距离300-550米，波长 850微米，全双工链路； （2）单模光纤系统：光线工作距离3000米，波长1300 微米，全双工链路； （3）屏蔽双绞线系统：双绞线工作距离可达50米； （4）5类非屏蔽双绞线：双绞线工作距离可达100米,半 双工链路； （5）宽带同轴电缆系统：工作距离可达25米，全双工 链路；

互联网Internet概述 1.互联网的起源：由于局域网络的发展，局域网络技术之间的不兼容性和广域网技术的发展，促进了互联网的发展。 3.互联网的功能：互联网能够适应计算机、网络和服务的各种变化，它能够提供多种信息服务，成为一种全球信息基础设施。主要的服务有：WWW、电子邮件、文件传输和远程登录等。

互联网的基础结构 互联网的结构是多层网络群体结构，由以下三层网络组成 主干网：主干网是INTERNET网的最高层，它是由美国的国家科学基金会（NSFNET）、国防部（MILNET）、国家宇航局（NSI）及能源部（ESNET）等政府提供的多个网络互连构成的。主干网是INTERNET基础和支柱网层。 中间层网：中间层网是有地区网络和商业用网络构成的。 底层网：底层网处于INTERNET网的最下层，主要是由学校和企业的网络构成。

网络互连技术 网络互连概述 互联中继系统 互连设备

① 物理层：以比特形式传送信息分组。在传输过程中，信息分组可能需要从一种通信媒体转换到另一种通信媒体，通过物理层的互连，以实现信息在不同媒体中的转和传输，形成在数据链路层上系统基本上是一个单一的网络。物理层互联要求所连接的各网络的数据传输率和链路协议必须是相同的，主要用于分布在不同地理范围内的各局域网的互连中。

② 数据链路层：按帧接收或传送信息。实现的过程是：当从一条链路上收到一个帧后，先检查链路层的协议帧，如果认为可以的话，就将信息帧传送到另一条链路上。数据链路层互连可用于互连两个或多个局域网，互连的局域网可以使具有多个网络层协议的系统。

③ 网络层:主要用于广域网之间的互联上.由于 各广域网的协议机制往往互不相同，所以网络层互 联主要解决的问题 是路由选择、阻塞控制和差错处 理、分段等。本层互联协议的复杂程度取决于网络 服务。如果互连的个网络的网络服务相同,则互联协 议就简单，反之就复杂。

④ 高层协议中包括会话层、表示层和应用层等 三个层次，高层解决的是端对端服务问题，高 层协议没有相应的、统一的标准协议，所以对 高层互连来说，是复杂和多样的。但高层互连 的核心还是在高层之间进行不同协议的转换。

中继器 又叫转发器，工作于网络的物理层，用于互连两个相同类型的网段（如：两个以太网段），它在物理层内实现透明的二进制比特复制，补偿信号衰减，接收从一个网段传来的所有信号，进行放大后发送到下一个网段。（接力赛） 它不能对信号作校验处理，即不能消除信号中的错误信息和杂音。

两种工作方式： a. 直接放大式：主要应用于对链路质量要求不是很高的场合，且级联的中继器数量很少，一般为一到两个。 b.信号再生式：主要应用于链路质量要求较高的场合。 中继器主要有两种形式：MODEM、HUB。如图所示：就是使用中继器连接连个网段。

中继器的特性： （1）中继器仅作用于物理层。 （2）只具有简单的放大、再生物理信号的功能。 （3）由于中继器工作在物理层，在网络之间实现的是物理层连接，因此中继器只能连接相同的局域网。 （4）中继器可以连接相同或不同传输介质的同类局域网。 （5）中继器将多个独立的物理网连接起来，组成一个大的物理网络。 （6）由于中继器在物理层实现互连，所以它对物理层以上各层协议完全透明，也就是说，中继器支持数据链路及其以上各层的所有协议。

集线器(HUB) 网络集线器(HUB)有许多特点。最简单的集线器通过把逻辑以太网（Ethernet）连接成物理上的星型拓扑结构而增加了网络的连通性，它实质是一个多端口中继器。稍微复杂一点的集线器(交换式集线器)用作网桥和路由器的替代品以便减少网络拥塞。高级集线器为FDDI、帧中继及ATM网络提供了非常高速的连通性。如图所示：说明了集线器与PC工作站连接的方式。

网 桥 网桥的概念 网桥的工作原理 网桥的功能

网桥的概念 网桥：也称桥接器，网桥是数据链路层的设备，类似中继器，是连接两个类型相似的局域网的存储转发设备。用于连接两个或更多局域网网段，使它们成为一个逻辑局域网。每个局域网网段是一个独立的冲突域。或者反过来说，它能将一个较大的局域网分割为多个网段。

网桥的工作原理 网桥的操作在数据链路层。当一个信息包通过网桥时，网桥检查它的源地址和目的地址。如果这两个地址分别属于不同的网络，则网桥把该信息包转发到另一个网络上，反之则不转发，所以网桥具有过滤和转发功能，因此能起到网络的隔离作用，这样提高了网络的整体效率。 网桥对高层协议也是透明的。网桥还有一个重要特点；它能连接各种不同传输介质的网络。

路由器 路由器的概念； 路由器的工作原理； 路由器的特点。

路由器的概念 路由：指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标点的活动。 路由器，又称为（路径选择器），是一种在网络层上连接多个异种网络或网段的网络设备，它能将异种网络(不同的协议)或不同网段之间的数据信息进行协议翻译或格式转换，以使它们能够相互读懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。另外，提供路由选择功能，为不同网络的节点之间通讯选择一条最佳路径。

路由器的基本工作原理 路由器在网络层实现网络互联，它主要完成网络层的功能。路由器负责将数据分组（Packet）从源端主机经最佳路径传送到目的端主机。为此，路由器必须具备两个最基本的功能，那就是确定通过互联网到达目的网络的最佳路径和完成信息分组的传送，即路由选择和数据转发。 它接收到数据包后，读出它的目标地址，然后选择一条最佳路径，然后把包传发出去，网络中存在很多的路由器，数据包实际也是经过若干个路由器到达目的地址，选择走哪个路由器也是它选择路径要考虑的。

路由器的特点 (1)在多个网络和不同传输介质之间提供网络互连。例如，一台路由器可以互连若干个以太网（局域网）和一个X.25网（广域网：公用数据交换网）。 (2)不需要相互通信的网络之间保持永久连接。路由器能够根据需要建立新的连接，提供动态带宽，拆除闲置的连接。(根据需要动态连接) (3)能够提供可靠传输、优先服务，还能按路由配置提供最便宜和最快速的服务。   (4)使用路由器可使互连的网络保持自己的管理控制范围，保证网的安全。 （5）路由器可以有效地隔离多个局域网的广播通信量，每一个局域网都是独立的子网。

网关(Gateway) 网关又称信关，或者协议转换器，是个逻辑概念，当异种网络互连，以及局域网与广域网互连时，需要配置网关以进行网络协议转换，以使异种网络之间能够通信。在局域网中网关功能一般在路由器和接入服务器上实现。 网关一般是一台专用的计算机，该机器上配置有实现网关功能的软件，这些软件具有网络协议转换、数据格式转换等功能。

网关的工作原理 网关工作在对话层、表示层和应用层。网关的重要特点是具有协议转换功能，也就是把一种网络协议转换到另一种协议，并且还保留原有的功能。所以网关也称为协议转换器。 若两互连网络的主机高层中仅运输层协议不同，则可以利用网关的功能在运输层间做协议转换，内容包括数据格式的重新装配、长数据的分段、地址格式的转换及操作规程的适配等。在高层协议转换的实际实现中，并不一定要分层进行，例如，从运输层到应用层的协议转换可以一起进行。

首先制定一种标准的网间信息包格式，网关在输入端将输入网络信息包格式转换成标准网间信息包格式，在输出端再将标准网间信息包格式转换成输出网络信息包格式。（A→B B→C）

网桥、交换机与第二层交换 局域网交换机与传统的集线器相比较，具有低数据传输延迟、高传输带宽的明显优点； 网桥的数据帧转发功能是通过软件来实现的，而局域网交换机的数据帧转发功能是通过硬件来实现的； 局域网交换机可以起到网桥的作用，同时又具有低交换传输延迟、高传输带宽的优点； 通过硬件结构，使得局域网交换机的数据帧处理的延迟时间由网桥的几百个μs减少到几十μs。

第三层交换技术 第三层交换技术也称为IP交换技术。它将第二层交换机和第三层路由器两者的优势结合成为一个有机的整体，是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制，是新一代局域网路由和交换技术。 第三层交换是指在网络层通过硬件来实现路由选择功能。 第三层交换技术具有以当前系统1/10的代价获得传输性能于过去10倍的能力。 传统的路由器通过软件来实现路由选择功能，而第三层交换的路由器通过专用集成电路芯片来实现路由选择功能，将数据包处理时间从传统路由器的几千μs减少到几十μs，大大缩短数据包在交换设备中的传输延迟时间；

我国的互联网  我国的互联网：从1994年开始，我国陆续建造了中国公用计算机互联网（CHINANET）、中国金桥网（CHINAGBN）、中国教育科研网（CERNET）、和中国科技网（CSTNET）。最近几年又陆续建成了中联通互联网（UNINET）、中国国际贸易互联网(CIETNET)、中国移动互联网(CMNET)和中国卫星集团互联网（CSNET）。

专线连接 专线连接是通过数据通信网，可以把企业 或学校的局域网与Internet直接连接起来，专 线上网一般通信速率较高当费用也相对较贵， 一般适于大业务量的网络用户使用。

PSTN采用的技术 PSTN提供的是一个模拟的专有通道，通道之间经由若干个电话交换机连接而成。 从OSI七层模型的角度来看，PSTN可以看成是物理层的一个简单的延伸，没有向用户提供流量控制、差错控制等服务。 由于PSTN是一种电路交换的方式，所以一条通路自建立直至释放，其全部带宽仅能被通路两端的设备使用，即使它们之间并没有任何数据需要传送。因此，这种电路交换的方式不能实现对网络带宽的充分利用。 通过公用电话交换网，可以实现下面的功能： 拨号接入互联网或互联网到局域网； 实现两个或多个LAN之间的互连； 和其它广域网的互连。

通过普通拨号电话线

通过PSTN实现网络互连 通过普通拨号电话线； 通过租用电话专线。

作业 深入理解计算机网络的含义和OSI网络参考模型的含义和意义； 深入了解数据编码的概念和计算机网络中数据交换技术的含义； 理解局域网技术和相关技术标准及网络互连技术和网络设备之间的关系。

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