第二章 计算机网络基础

主题 计算机网络的概述 数据通信基础 网络体系结构与协议

计算机网络的发展历史 计算机—终端网络阶段 计算机—计算机网络阶段 开放标准化的计算机网络阶段 高速互联网络阶段 20世纪50年代末～20世纪60年代中 计算机—计算机网络阶段 20世纪60年代末—20世纪80年代初 开放标准化的计算机网络阶段 20世纪80年代中～20世纪90年代中 高速互联网络阶段 20世纪90年代中至今

计算机—终端网络阶段 数据处理和通信控制分开，专门用于负责与各终端之间的通信控制 前端处理机 FEP（Front End Processor） 通信控制器CCU（Communication Control Unit）

计算机—计算机网络阶段 多台主计算机不直接相连 由接口报文处理机IMP（Interface Message Processor）转接后通过通信线路互联

开放标准化的计算机网络阶段 统一的网络体系结构、遵循国际标准化协议 1984年国际标准化组织ISO（International Standard Organization）推出开放系统互联OSI（Open System Interconnection）参考模型ISO 7498 网络产品只要符合统一标准就能入网，相互之间进行通信 IPv4 & IPv6

计算机网络 计算机网络是指将分布在不同地点的多台独立的计算机遵照一定的协议，通过通信介质和通信设备连接起来，在网络操作系统和通信软件的控制下，实现通信和资源共享的计算机系统。

计算机网络的分类 局域网，简称LAN(Local Area NetWorks) 地理分布范围有限，一般在1KM~2KM以内 无线局域网（Wireless NetWorks） 城域网，即MAN(Metropolitan Are NetWorks) 城市范围内建立的计算机通信网 将同一城市内不同地点的主机、局域网互相连接起来 可作为骨干网 广域网，简称WAN(Wide Area NetWorks) 地理连接多个城市、国家或横跨几个洲，提供远距离通信

拓扑结构 网络上的通信线路及网络设备之间相互连接的几何排列的形式 ，用线来表示连接网络设备的通信线路 。 星型树 星型 总线型 环形 网状

星型结构 以一台设备（交换机或集线器）为中央节点，使用电缆将其它网络工作站、网络服务器等各种设备与中央节点相连。 优点：组网简便，易于扩展；信息传输路线短；便于故障的检测和隔离。 缺点：连接电缆长；且对中央节点的依赖性较强。

总线型结构 所有的网络设备都连接到一条主干电缆既总线上，信息沿总线双向传输。任一时刻只能有一个节点占用总线发送信息，其它节点只能接收信息。 优点：最少的电缆，易于安装和扩展；成本较低。 缺点：信息传输依赖于每一节点的正常工作；信号在总线上衰减使信号减弱，而且信息沿公用线路传送，正确性和安全性较差；另外故障检测困难，可能需要检查全网的连接。

环型结构 数据流在计算机之间单向传输，信息被传递给相邻节点时，每个节点对它重新传输，保证信息能可靠地穿越一个大型网络。常用令牌传递方法控制信息传递。 优点：信号经每个设备再生，可以传输长距离而不衰减; 令牌传递建立一个有序的网络，能提供较通畅的网络访问。 缺点：一个节点故障可引起整个环路工作瘫痪；增减节点比较麻烦，要中断网络的正常工作。

星型树结构 优点：易于扩展，故障隔离比较容易 缺点：对根节点和上层节点的依赖性强

网状结构 优点：系统可靠性高，用于网间互连 缺点：结构复杂，需要较复杂的网络协议和数据传输控制方法

主题 计算机网络的概述 数据通信基础 网络体系结构与协议

通信 传输各种各样形式的消息的，例如符号、文字、话音、图片、图像等 计算机系统中的数据通信 信息传递的载体 -- 信号 信息的传输与交换 如何将表示信息的二进制比特序列通过传输介质正确送达对方 信息传递的载体 -- 信号

数据与信号 数据 信号 模拟数据，反映的是连续信息，取值是连续值语音、图像 数字数据，反映的是离散信息 电报数字、计算机产生的二进制数 数据的电编码或电磁编码 分为模拟信号与数字信号

模拟信号 模拟信号，是连续信号 某一数值范围内可以连续取值的电信号 频率 振幅 电视、 广播、电话等

数字信号 离散信号 它的取值是有限个数值 通常二进制数字信号 使用on/off表示

数据与信号（2） 传输 模拟数据 模拟信号 转换 转换 传输 数字数据 数字信号 数据传输采用的信号类型取决于传输介质

信道、带宽、传输速率 信道，传输媒介的基础逻辑信号通路 带宽，信道所提供的频率宽度 传输速率，每秒传输的二进制位数，单位是比特率。 一个物理的传输媒介可以包括一个或多个逻辑信道 带宽，信道所提供的频率宽度 传输信号的最高频率和最低频率之差 传输速率，每秒传输的二进制位数，单位是比特率。

数据通信方式 按照数据流传送的方向与时间关系 数据通信分单工、半双工和全双工 单工通信 数据流仅限于单个方向上进行传输

半双工与双工通信 半双工通信 数据流双向但交替进行传送 全双工通信 数据流可以双向同时进行传送

串行和并行传输 同时传送数据的位数不同可分为串行传输和并行传输

同步与异步传输 保证数据的准确和完整传输，发送方和接收方必须保持同步 异步传输 每个字符前后增加“起”、“止”符号

同步传输 以同步的时钟节拍来发送数据信号 同步信号

数据交换技术 广域网中使用 点对点链路 电路交换 报文交换 分组交换

点对点链路 建立一条从客户端经过电信运营商网络到达目标网络的通信路径 数据收发双方可以在两点之间建立起永久性固定连接 通过租用专线建立 价格昂贵 很多时候难以实现

电路交换 通过网络中的结点在两个通信终端之间建立一条专用的物理链路 电话系统

报文交换 源结点要向目标结点发送一个报文 每个结点是一个电子或机电结合的交换设备 把目标结点的地址附加在要发送的报文上 把报文通过网络连接从结点到结点进行发送 网络中间每个结点完整地接收整个报文且暂存这个报文，然后再发送到下一个结点 每个结点是一个电子或机电结合的交换设备

分组交换 报文交换 存储 – 转发 报文长度不限，时延较长 分组交换 将报文分成多个组 每个分组独立进行报文交换 Internet上广泛使用

主题 计算机网络的概述 数据通信基础 网络体系结构与协议

计算机网络协议 通信双方事先约定的通信规则 网络协议组成 双方必须遵守的约定，如: 开始、结束标志 数据格式、编码 流量控制、差错控制等 语法：定义数据及控制信息的结构或格式、编码及信号电平等 语义：定义用于协调与进行差错处理的控制信息 时序：定义速度匹配和数据发送顺序

层次化的网络体系结构 每一层实现相对与其他层独立的功能，可以将复杂的问题和系统分解为较小的容易处理和实现的问题 快递系统 一层的变更不会影响到其它层的功能，便于扩充和改进 各层可以采用最合适的技术，灵活性较好 快递系统 甲地 乙地 用户A 用户B

ISO-OSI模型

提供端到端的透明数据传输服务 ，实施流量控制 ISO-OSI模型 应用层用户提供数据信息的语法表示变换 为用户提供了接口 负责不同主机上各种进程间的通信 提供端到端的透明数据传输服务 ，实施流量控制 采用差错控制措施 ，保证数据帧的正确传输 传输数据分组，路由选择 提供物理连接

TCP/IP协议 因特网中主要采用的是TCP/IP体系结构 网络体系结构分为四层，即网络接口层、互联层、传输层和应用层 为用户提供网络应用 负责应用程序之间的通信 负责计算机之间的通信 各种逻辑链路控制和媒体访问协议