湖南電大計算機部---計算機網(wǎng)絡(開放教育?？?

1、計算機網(wǎng)絡 第三講主講：蔣慧平 講師E-2001-11-201計算機網(wǎng)絡的通信子網(wǎng)在這局部我們主要講述：數(shù)據(jù)通信根本知識局域網(wǎng)技術城域計算機網(wǎng)和廣域計算機網(wǎng)網(wǎng)絡互連技術端-端的通信2001-11-202學習目標通過學習這局部知識,應該做到:掌握信道帶寬與傳輸速率之間的關系、通信子網(wǎng)的組成、TCP/IP規(guī)程的主要內容、網(wǎng)際互連的根本技術和設備。了解編碼解碼技術，掌握中繼與交換的概念、ISO-8802系列標準協(xié)議中的主要幾種局域網(wǎng)、基于 傳輸系統(tǒng)的ISDN接入方式、端口的概念。2001-11-203通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)：是由用作信息交換的節(jié)點計算機NC和通信線路組成的獨立的通信系統(tǒng)，它承擔全網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳

2、輸、轉接、加工和交換等通信處理工作。注意子網(wǎng)、網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)的概念。子網(wǎng)是相對廣域網(wǎng)而言，一般指路由器和通信線路的集合。子網(wǎng)和主機構成網(wǎng)絡。各種網(wǎng)絡構成互聯(lián)網(wǎng)。2001-11-204信道信道：是通信中傳遞信息的通道，它由相應的發(fā)送信息與接收信息的設備以及與這些發(fā)送和接收信息的相關設備連接在一起的傳輸介質組成。信道有共享和獨占之分。2001-11-205計算機計算機計算機計算機計算機計算機復用器復用器獨占信道與共享信道獨占信道獨占信道共享信道2001-11-206信道容量信道容量：是指單位時間內信道上所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財?shù)，用bps(比特/秒表示。信道帶寬的增加雖然可以增加信道的容量，但在某些情況下

3、，信道帶寬的無限增加并不能使信道容量無限增大。2001-11-207香農定理-公式其中，C為信道容量，W為信道帶寬，S為信號功率，N為噪聲功率。2001-11-208香農定理-公式說明從香農定理可以得出：提高信號和噪聲之間的功率比能夠增加信道容量。信道容量一定時，帶寬W與信噪比S/N之間可以互換，即提高信噪比與提高帶寬具有等價意義。當噪聲功率N0,信道容量趨于無窮大，此時信道傳輸信息的多少完全由帶寬決定，得到有限帶寬無噪音信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率的表達式：2001-11-209香農定理的實際應用在近距離傳輸時，通常噪聲較小，信號功率較低，可以采用未經(jīng)調制的電脈沖信號直接傳輸。此時所傳輸?shù)男畔⒘恐?/p>

4、與信號帶寬有關D=2W。如果遠距離傳輸，那么必須提高信噪比。此時要選擇好信號調制方式，還要注意增加信號的功率。當信道容量一定時，如果信號頻率過低，為防止造成信道浪費，此時可以采用信道復用。2001-11-2010信道復用技術頻分多路復用時分多路復用波分多路復用碼分多路復用2001-11-2011頻分多路復用FDM頻分復用本質上就是在頻率上并列地把要傳輸?shù)膸讉€信號合在一起，形成一個合成的信號進行傳輸。主要針對模擬信號。計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)一般不使用頻分復用技術共享信道。主要問題就是串擾。使用時要注意：要求復用頻譜之間有足夠大的保護間隔，調制系統(tǒng)要具有很高的線性濾波功能。2001-11-2012通道1通

5、道1通道2通道2通道3通道3原帶寬帶寬升頻多路復用的通道頻分復用示意圖2001-11-2013時分多路復用TDM主要特點：是按信道內傳送信號的最大周期Ts為間隔，在Ts內按信道帶寬劃分相應的時隙，并利用這些時隙來傳遞各路信號。廣泛應用于數(shù)字通信系統(tǒng)。一個信號=道可供多少路信號共享與復用，主要取決于信道的帶寬與每路信號的需求。2001-11-2014Ts1時分復用示意圖2001-11-2015網(wǎng)絡TDM與 系統(tǒng)TDM區(qū)別 系統(tǒng)中發(fā)送和接收系統(tǒng)獨占一個時隙，即占用一個固定的子信道。如果用戶沒有足夠多的信息，那么會造成該信道資源的浪費。計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)那么使用分組交換技術，即共享信道的設備每次發(fā)送一組

6、信息而不是一個比特進入信道，并不允許某臺設備獨占時隙，從而提高了信道的利用率和傳輸?shù)目煽啃浴?001-11-2016波分多路復用WDM是頻分多路復用的一個變種，即波分多路復用。為了在同一時刻能進行多路傳送，需要將光纖可工作的有效波長劃分為多個波段，這相當于頻分復用中的頻段。波分復用技術主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)，將是計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)今后的主要通信傳輸復用技術之一。2001-11-2017碼分多路復用CDMA碼分復用技術是一種用于移動通信系統(tǒng)的技術。原理是基于碼型分割信道，即每個用戶分配給一個地址碼，且這些碼不重復。其特點是頻率和時間資源均可共享。2001-11-2018計算機網(wǎng)絡中的通信連接

7、方式點到點的連接：通信雙方處于信道的兩端，其它通信設備不與其發(fā)生信息共享與交互。共享信道：多臺計算機連接道同一信道，在同一信道上傳播數(shù)據(jù)，可以被全體用戶接受，也可只被指定的用戶接受。信道復用：在同一共享信道上實現(xiàn)多個互相獨立的點到點連接。2001-11-2019異步通信與編碼由于信號無論是在有線的方式還是在無線方式下傳波都會受到一些因素的影響而衰減，這就產生一個編碼問題和提高信號功率和提高信噪比的問題。異步通信：指發(fā)送方和接收方之間不需要嚴格的定時關系。相反，同步通信那么要求發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的雙方有嚴格的定時關系。PC機的RS-232口就是采用異步通信方式。2001-11-2020傳輸信號的編碼

8、方式計算機網(wǎng)絡傳輸信息時必須把信息進行編碼后進行傳輸。計算機網(wǎng)絡中常用的編碼方法有三種：即RS-232異步串行ASCII碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。常見的標準化組織：ISO、ITU-T、EIA、IEEE。2001-11-2021RS-232規(guī)定了詳細的物理連接方式如最大連接距離不超過15米和電氣特性傳輸電壓的范圍15V。0表示高電平，1表示低電平，用7個比特表示一個字符。2001-11-2022RS-232-C傳輸一個字符時的波形圖2001-11-2023曼徹斯特編碼將一個比特分成兩個相等的間隔，代表1信號的比特的前一個間隔為高電平而后一個間隔為低電平，0信號正好相反。即每個比特的周期

9、T分為前T/2與后T/2兩局部。前T/2傳送該比特的反碼，后T/2傳送該比特的原碼。2001-11-2024曼徹斯特編碼時的字符2001-11-2025差分曼徹斯特編碼是曼徹斯特編碼的一個變種。編碼規(guī)那么是當比特位為1時，前半個比特位的電平與上一個比特位的后半個比特位的電平一樣，假設比特位為0，那么前半個比特位的電平與上一個比特位的后半個比特位的電平相反。優(yōu)點是抗干擾性強。2001-11-2026差分曼徹斯特編碼時的字符波形2001-11-2027數(shù)據(jù)傳輸方式寬帶傳輸：在數(shù)據(jù)通信技術中，利用模擬通信信道，通過調制解調器傳輸模擬數(shù)據(jù)信號的方法稱為寬帶傳輸。基帶傳輸：利用數(shù)字通信信道直接傳輸數(shù)字數(shù)

10、據(jù)信號的方法稱為基帶傳輸。2001-11-2028遠距離通信與載波傳輸為了將數(shù)字信號傳輸?shù)捷^遠的地方，必須對數(shù)字信號進行載波傳輸。否那么，信號功率衰減或干擾使得信號變弱而使得接收方無法接收。與傳輸模擬信號時相同，數(shù)字信號的調制采用調幅、調頻和調相等三種不同的調制方法。2001-11-20292001-11-2030調制解調器MODEM接收一串數(shù)據(jù)位，并根據(jù)這些比特流調制載波的硬件線路稱為解調器。接收載波，并重新調制在載波上的數(shù)據(jù)的硬件線路稱為解調器。將這兩個線路組合在單個設備中，稱為MODEM。一對MODEM是遠程通信所需的，每個MODEM包含獨立的線路發(fā)送和接收數(shù)字數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)時，MODE

11、M發(fā)出連續(xù)載波，并根據(jù)待發(fā)送數(shù)據(jù)的各位二進制數(shù)去調制載波。接收數(shù)據(jù)時，MODEM檢測到達的載波中的調制信息，并據(jù)此重新建數(shù)據(jù)的各位。2001-11-2031中繼器REPEATER中繼器是網(wǎng)絡物理層的一種介質連接設備。其作用是將接收到的弱信號放大再生放大以保持與原數(shù)據(jù)相同，并繼續(xù)傳送。因此，可以說中繼器是用以擴展局域網(wǎng)的硬件設備。其缺點是：不了解一個完整的信息幀。2001-11-2032交換技術的必要性現(xiàn)代計算機、工作站和效勞器對通信的需求增加。整個網(wǎng)絡的增長，同時也在考驗網(wǎng)絡的根底設備。因而會產生帶寬不夠、網(wǎng)絡堵塞、用戶的網(wǎng)上應用需求急劇增加。解決方案：采用交換技術。2001-11-2033交

12、換的技術特征整體數(shù)據(jù)傳送速度交換機要快。數(shù)據(jù)的發(fā)送方法或電子邏輯智能化。有更多的端口數(shù)。2001-11-2034交換的分類靜態(tài)交換與動態(tài)交換。分段交換與端口交換。分段交換能在每個端口處理來自整個網(wǎng)絡分段的通信。端口交換：為適應每個物理端口上的單個設備設計。缺陷是需要大量的資金和足夠的交換機等。其它交換方式有：直接交換、存儲轉發(fā)。2001-11-2035有關傳輸介質的幾種常用標準有關部門機械特性的標準：規(guī)定了數(shù)據(jù)終端設備DTE和數(shù)據(jù)電路終接設備DCE之間的連接器形式；常用的標準有：ISO 211025、258334、490237、490315。有關電氣特性的標準：ITU-T V.28V.10V.

13、11V.35。有關功能性的標準：ITU-T V.24X.24。有關規(guī)程特性的標準。2001-11-2036局域網(wǎng)的根本特點已經(jīng)成為計算機網(wǎng)絡中使用最廣的形式。具有11000Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率；地方范圍為10m10km左右。可連接幾百個相互獨立的設備，各設備平等訪問網(wǎng)絡資源。能進行組播。有效使用共享資源。穩(wěn)定性好、易于安裝配置和維護。2001-11-2037局域網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲網(wǎng)絡拓撲：在計算機網(wǎng)絡中，計算機之間的物理連接方式。常用的有：星形、環(huán)形、總線形、樹形和網(wǎng)絡形。2001-11-2038局域網(wǎng)的參考模型按照IEEE 802 標準，局域網(wǎng)分為物理層、介質訪問控制層和邏輯鏈路控制層。已經(jīng)增加

14、到11個分委員會。2001-11-2039介質訪問控制方式為確保數(shù)據(jù)盡可能準確無誤的傳輸，我們可以通過介質訪問控制方式。常用的有CSMA/CD。CSMA用來確定何時傳輸信號。CD那么為沖突檢測。CSMA/CD不僅可以檢測沖突，也可以從沖突中恢復。2001-11-2040關于幾個網(wǎng)絡實例通過實例掌握各種網(wǎng)絡的特點，理解其技術原理，以及一些技術的具體的應用。2001-11-2041虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)VLAN是一個與位置無關的局域網(wǎng)。對于虛擬局域網(wǎng)，由一個站點發(fā)送的播送信息只能發(fā)送到本網(wǎng)。與普通網(wǎng)絡相比，需虛擬網(wǎng)絡具有如下特點：地域范圍不受限制、虛擬局域網(wǎng)建立在交換網(wǎng)絡的根底之上、屬于OSI模型中

15、的第二層技術，能充分發(fā)揮網(wǎng)絡的優(yōu)勢、虛擬網(wǎng)絡具有更好的平安性。2001-11-2042VLAN的技術特點借助子網(wǎng)絡管理軟件，網(wǎng)絡管理能輕松配置和構建邏輯虛擬網(wǎng)絡。降低了網(wǎng)絡本錢和網(wǎng)絡管理開銷。大大降低了網(wǎng)絡的播送風暴。LAN可以劃分為幾個VLAN，不同的VLAN要通過路由來連接和通信，因而可以有效的減少播送流量。2001-11-2043VLAN的平安性借助VLAN，網(wǎng)絡管理員能限制用戶的數(shù)量，禁止未經(jīng)許可的用戶訪問VLAN中的應用?？苫诙喾N平安策略來劃分VLAN。2001-11-2044VLAN的分類基于端口的VLAN：弱點是無法解決設備的移動、變更?；贛AC地址的VLAN：弱點是不能解決

16、一臺設備與多個VLAN的連接?；诰W(wǎng)絡層的VLAN。通過路由來實現(xiàn)。基于策略的VLAN。2001-11-2045虛擬網(wǎng)絡的開展隨著計算機網(wǎng)絡和寬帶的開展，共享式局域網(wǎng)已不能滿足應用的需求。分布各地部門之間需要連網(wǎng)，實現(xiàn)資源共享，VLAN是一種非常有效的技術。網(wǎng)絡的開展正在向以交換為中心的虛擬交換網(wǎng)絡方向開展。標準已經(jīng)形成，更有利于VLAN的開展。2001-11-2046城域計算機網(wǎng)絡相關標準：IEEE 802.6 ，分布隊列雙總線。如圖P93 3-23。相關網(wǎng)絡實例：CATV網(wǎng)絡、ISDN等。2001-11-2047綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)ISDN根本特征：端到端的數(shù)字連接、綜合的業(yè)務、標準的入網(wǎng)接口。

17、ISDN的接口：共有7種標準化的信道。根本速率：2B+D，主速率：23B+D美國、日本或30B+D歐洲、混合：A+C。2001-11-2048廣域計算機網(wǎng)絡廣域網(wǎng)是覆蓋地理范圍較廣的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡。一般由主機和通信子網(wǎng)組成，子網(wǎng)用于在計算機主機之間傳遞信息。2001-11-2049廣域網(wǎng)中的路由廣域網(wǎng)在擴展的時候，一般是通過添加分組交換機來實現(xiàn)。信息在通過交換機存儲轉發(fā)是，需要一張路由表，這樣網(wǎng)絡才能準確無誤發(fā)送信息。路由表要求：路由完備、路由優(yōu)化。2001-11-2050路由表的計算方法有兩種：靜態(tài)路由：分組交換機啟動時由程序計算機后而設置，此后路由不再改變。動態(tài)路由：分組交換機啟動時由程序設

18、置初始路由，當網(wǎng)絡改變時隨時更改。2001-11-2051廣域網(wǎng)技術X.25幀中繼SLIP和PPPDDNATM2001-11-2052X.25公共分組交換網(wǎng)誕生于20世紀70年代。特點：能接入不同類型的設備、可靠性高、多路復用、流量控制和擁塞控制、點對點協(xié)議。X.25規(guī)定了最低三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層。主要由分組交換機、用戶接入設備和傳輸線路組成。2001-11-2053幀中繼1992年起步，1994年開始迅速開展。是點到點交換網(wǎng)絡。著重于數(shù)據(jù)的快速傳輸，最大程度上提高網(wǎng)絡吞吐量。運行在OSI參考模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。幀中繼網(wǎng)由三要素組成：幀中繼接入設備、幀中繼交換設備和公用幀中繼

19、業(yè)務。2001-11-2054SLIP通信協(xié)議SLIP是早期的IP協(xié)議，主要完成數(shù)據(jù)的傳送，但沒有尋址、數(shù)據(jù)校驗、分組類型識別和數(shù)據(jù)壓縮等功能，只能傳送IP分組，對一些高層應用不支持。2001-11-2055PPP協(xié)議與SLIP相比，PPP具有如下優(yōu)點：支持多種協(xié)議錯誤檢測鏈路管理選項協(xié)商授權IP地址協(xié)商2001-11-2056PPP的工作原理PPP對物理層的要求是必須提供全雙工電路。PPP幀的格式：包括標志域、地址域、協(xié)議域、數(shù)據(jù)域、幀檢測序列。PPP是個協(xié)議族，包括：鏈路控制協(xié)議LCP、IP控制協(xié)議IPCP、口令授權協(xié)議PAP、詢問握手協(xié)議CHAP。2001-11-2057DDNDDN，數(shù)

20、字數(shù)據(jù)網(wǎng)。由數(shù)字傳輸電路、相應數(shù)字交叉連接復用設備和網(wǎng)絡管理系統(tǒng)組成。優(yōu)點：DDN是傳輸網(wǎng)絡，不具備交換能力、DDN傳輸速率高，網(wǎng)絡延時小、DDN傳輸質量高、DDN提供靈活的連接方式、支持多種傳輸速率、提供定時開放能力。2001-11-2058DDN的接入技術通過二線或四線MODEM接入。通過2B+D速率的數(shù)據(jù)終端單元DTU接入。通過用戶集中設備接入。2001-11-2059ATM技術ATM，異步傳輸模式。是未來的寬帶綜合效勞數(shù)字網(wǎng)的底層傳輸技術。根本思路：把數(shù)據(jù)分割成固定長度的信元來傳輸。提供面向連接的效勞。特點：面向連接、固定信元、統(tǒng)計復用、提供多種效勞類型。2001-11-2060ATM

21、的虛路徑與虛通道在ATM層，連接被分為兩個層次：虛信道和虛通道。虛通道是指一個單向的ATM信元傳輸信道。一條虛路徑中包含有多條虛通路。虛信道是指一條單向ATM信元傳輸信道，有一個惟一的標志符。2001-11-2061ATM的連接ATM連接分為兩種：永久連接和交換虛擬連接。永久虛連接相當于租用線路，它是先建立好的，在任何時候可以用。而交換虛連接那么象使用 一樣，每次在使用時都需要建立。2001-11-2062ATM的擁塞控制為保證不同的業(yè)務獲得相應的效勞質量，ATM提供流量和擁塞控制功能。在ATM交換技術中，擁塞是指交換機的處理能力小于當前要求轉發(fā)的數(shù)據(jù)量。ATM網(wǎng)絡預防和控制擁塞控制的機制有：

22、接納控制、資源預約和基于速率的擁塞控制、數(shù)據(jù)流整形、流量監(jiān)控。2001-11-2063ATM局域網(wǎng)仿真局域網(wǎng)仿真就是要在ATM上模擬傳統(tǒng)局域網(wǎng)的一些特性，在ATM上構見新的局域網(wǎng)，讓ATM網(wǎng)絡上的設備和傳統(tǒng)局域網(wǎng)上的設備能透明通信。2001-11-2064MPOA技術MPOA是一種在ATM網(wǎng)絡上使用的路由機制。使用MPOA技術，可以解決在ATM網(wǎng)絡上的路由器瓶頸問題。MPOA通過在進行通信的源端和目的端之間建立直接的ATM連接，把路由器從傳輸路徑中短路掉，從而提高網(wǎng)絡的傳輸能力。2001-11-2065網(wǎng)際互連技術IP集線器網(wǎng)橋路由器網(wǎng)關交換網(wǎng)絡的控制和Fast IP技術IPV62001-11

23、-2066集線器必須遵守IEEE標準。絕大多數(shù)集線器的連接主要通過RJ-45連接器。每個連接到集線器的電纜長度受所使用的傳輸介質限制。類型有：被動集線器、主動集線器、智能集線器。2001-11-2067網(wǎng)橋網(wǎng)橋是一個局域卬與另一個局域網(wǎng)之間建立連接的橋梁。屬于鏈路層的一種設備。它的作用是擴展局域網(wǎng)和通信手段，在各種傳輸介質中轉發(fā)數(shù)據(jù)信號，擴展網(wǎng)絡的距離，同時又有選擇地將帶有地址的信號從一個傳輸介質發(fā)送道另一介質。主要有：透明網(wǎng)橋、源路由的網(wǎng)橋。不支持路由協(xié)議。與中繼器、路由不同。2001-11-2068路由器路由器用于連接多個邏輯上分開的網(wǎng)絡，而邏輯網(wǎng)絡是指一個單獨的網(wǎng)絡或一個子網(wǎng)。它具有判斷網(wǎng)絡地址和選擇路徑的功能。2001-11-2069IP尋址在可尋找路由的網(wǎng)絡層協(xié)議中，協(xié)議地址必須包含兩條信息：網(wǎng)絡地址和主機地址。IP將網(wǎng)絡地址和主機地址合為32位域。主機地址局部時長時短。2001-11-2070主機與網(wǎng)關一個主機就是連接一個或多個網(wǎng)絡的設備。它可在其中的任