第七章計算機網(wǎng)絡技術

1、返回返回1 7.17.1計算機網(wǎng)絡概述計算機網(wǎng)絡概述 1 計算機網(wǎng)絡的概念 2 計算機網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)通訊 3 計算機網(wǎng)絡的拓撲結構 4計算機網(wǎng)絡的軟件系統(tǒng) 7.27.2局域網(wǎng)與局域網(wǎng)與Internet網(wǎng)絡網(wǎng)絡 1 局域網(wǎng)概述 2 網(wǎng)絡的傳輸介質 3 網(wǎng)絡互聯(lián)設備 7.37.3小小 結結 第七章第七章 計算機網(wǎng)絡技術計算機網(wǎng)絡技術返回返回27.17.1計算機網(wǎng)絡概述計算機網(wǎng)絡概述 (1) 計算機網(wǎng)絡的概念 計算機網(wǎng)絡是計算機和通信兩種技術的重要結合，它已經(jīng)成為人們生活中必不可少的部分，對社會發(fā)展有著深遠的影響。計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展歷史并不長，但它卻以驚人的速度形成、發(fā)展并得到了廣泛的應用。 計算機通

2、過網(wǎng)絡連接起來后，信息交流更加方便快捷。信息的傳遞可以由網(wǎng)絡來自動完成，而不需要人的干預。返回返回3 (2 ) 計算機網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)通訊 數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中是以電信號的方式進行傳輸?shù)摹?信號傳輸是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡介質中傳輸?shù)姆绞?。?shù)據(jù)(位或者字節(jié))必須用某種形式表示，以便發(fā)送方發(fā)出的報文能被接收方正確地理解，這是通過編碼方式完成的。 有兩種信號的傳輸方法： 數(shù)字信號傳輸。 模擬信號傳輸。返回返回4 對于數(shù)字信號的傳輸，可以利用多種方法對數(shù)字信號進行編碼。數(shù)字編碼的方案主要有三種： 非歸零編碼(NRZ) 用負電壓代表“0”，用正電壓代表“1”。也有用零電壓代表“0”，正電壓代表“1”。這種編碼方法的缺點是無法確

3、定位的開始和結束，即接收方和發(fā)送方不能保持同步。 曼徹斯特編碼 從低電壓到高電壓的中間跳變代表一個值，如二進制“0”；而從高電壓到低電壓的中間跳變則代表另一個值，如二進制“1”。該編碼方法主要用于以太局域網(wǎng)(Ethernet LAN)。 差分曼徹斯特編碼 這種方法是改進的曼徹斯特編碼。其特點是一位中間的跳變僅作為時鐘，用于信號傳輸?shù)耐?。實際的數(shù)據(jù)是由每一位開始的邊界是否存在跳變而定。每一位的開始的邊界存在跳變代表“0”，不存在跳變代表“1”。 差分曼徹斯特編碼主要用于令牌環(huán)局域網(wǎng)。返回返回5 模擬信號傳輸 模擬信號的波形會不斷發(fā)生變化。一次波形循環(huán)是先從波峰到波谷，再從波谷回到波峰的過程。為

4、度量一個電磁波形，需用到三個參數(shù)：振幅、頻率和相位。 返回返回6 將數(shù)字信號進行模擬傳輸時，首先需要將數(shù)字信號轉換成模擬信號。為此，選取某一頻率的正(余)弦模擬信號作為載波，以運載所要傳輸?shù)臄?shù)字信號。其方法是：用要傳送的數(shù)字信號改變載波的振幅、頻率或相位，然后在信道上傳送，到達信道的另一端，再將數(shù)字信號從載波上取出。這種將數(shù)字信號放到載波上去的過程稱為調制，而從載波上取出信號的過程稱為解調。實現(xiàn)調制和解調兩個過程的設備稱為調制解調器(Modem)。 模擬信號的調制方式主要有三種：振幅移位鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。返回返回7 信號傳輸方法的比較數(shù)字信號傳輸與模擬信號

5、傳輸相比，具有以下優(yōu)點： 因噪聲和電磁干擾導致的錯誤更少 設備費用更低另一方面，模擬信號的傳輸具備下列優(yōu)點： 相同距離內的信號衰減程度沒有數(shù)字信號大 可通過多路復用技術提高帶寬模擬信號的一個缺點是它更容易受到噪聲和電磁波的干擾。返回返回8基帶和寬帶傳輸帶寬在這里是指傳輸介質的傳輸容量，用數(shù)據(jù)率即每秒傳輸?shù)亩M制位數(shù)(bps)來衡量。在高速傳輸?shù)那闆r下，也可用每秒兆位(Mbps)作為度量單位，即每秒傳輸多少兆二進制位。介質的容量越大，帶寬就越高，通信能力就越強，數(shù)據(jù)率越高；容量越小，帶寬越低，通信能力也就越弱，數(shù)據(jù)率越低。返回返回9 帶寬可以分割成信道。信道是帶寬的一部分，用于傳輸數(shù)據(jù)。為對傳輸

6、介質的容量進行分配，可以采用下述兩種方式： 基帶。將全部介質帶寬分配給一個單獨的信道?；鶐ǔＳ糜跀?shù)字化信號方案，盡管它也可以用于傳輸模擬信號。大多數(shù)局域網(wǎng)使用的都是基帶信號。圖7.4 基帶和寬帶傳輸 寬帶。將全部介質帶寬分割成多個信道。由于每個信道都能夠傳輸一種模擬信號，所以在寬帶網(wǎng)絡中，可以利用一個單獨的傳輸媒體實現(xiàn)多路同時會話。返回返回10基帶和寬帶傳輸 返回返回117.1.3 計算機網(wǎng)絡的拓撲結構 網(wǎng)絡的拓撲結構指網(wǎng)絡中計算機和其他硬件的物理布局。網(wǎng)絡中常用的拓撲結構主要有四種：總線型、星型、環(huán)型和網(wǎng)狀。 總線型結構: 這是最簡單的形式，通常應用于規(guī)模較小、簡單或臨時性網(wǎng)絡?？偩€型網(wǎng)絡

7、中，所有計算機是由一根主干電纜連成一行，是一種“無源”拓撲結構。計算機沿電纜廣播信息，并且每次只允許一臺發(fā)送。網(wǎng)絡中所有計算機都能接收這種信息，但只有與信息的目的地址相符的計算機才能真正接收，其他計算機盡管收到，也只是簡單地忽略它。 返回返回12總線結構的網(wǎng)絡 總線型拓撲結構的優(yōu)點： 可構建簡單、可靠的小型網(wǎng)絡，易于使用和掌握。 總線拓撲結構需要的電纜數(shù)量最少。 擴展方便。通過一個BNC連接器，可將兩條電纜連接成一根更長的電纜。利用這種方式，可以將更多的計算機連入網(wǎng)絡。 可用中繼器擴展總線網(wǎng)絡。中繼器能放大信號，允許更長距離的傳輸。返回返回13 星型結構 在星型網(wǎng)絡中，每臺計算機由電纜連接到一

8、個集中的站點上，可以是集線器(Hub)或交換機(Switch)。集線器能將所有計算機的報文轉發(fā)給其他所有計算機(在廣播式星型網(wǎng)絡中)或者只發(fā)給目標計算機(交換式星型網(wǎng)絡中)。 圖12.7 星型拓撲結構星型拓撲結構 返回返回14 應用軟件是星型網(wǎng)絡拓撲結構的優(yōu)點： 星型網(wǎng)絡可以提供集中的資源管理。網(wǎng)絡易于擴展和維護。 故障易于隔離。如果某臺計算機發(fā)生故障，整個網(wǎng)絡不會受到影響。集線器可以檢測到網(wǎng)絡故障，并隔離有問題的計算機或網(wǎng)絡電纜，網(wǎng)絡的其余部分可正常運行。星型網(wǎng)絡拓撲結構的缺點是要求中央節(jié)點的可靠性較高。如果中央節(jié)點失敗，整個網(wǎng)絡就會癱瘓。指解決某一應用領域問題的軟件，如財會軟件、通信軟件、

9、科技計算、計算機輔助制造（CAD/CAM）軟件。 兩類軟件相互融合交叉。返回返回15 環(huán)型拓撲結構 環(huán)型拓撲結構是用一根封閉的電纜環(huán)連接網(wǎng)絡中各計算機，構成一個邏輯環(huán)。信號在環(huán)上單向傳輸，經(jīng)過每個計算機。環(huán)型網(wǎng)中，數(shù)據(jù)的傳送一般采用令牌傳遞的方法。令牌(Token)是一個特殊的指令字，當一個計算機要發(fā)送數(shù)據(jù)時，須先得到空閑的令牌，并對其進行修改，才能發(fā)送數(shù)據(jù)。接收方在收到數(shù)據(jù)后，通知發(fā)送方進行確認，這樣，發(fā)送方重新釋放一個新的空閑令牌，并把它發(fā)送到網(wǎng)絡上。環(huán)型網(wǎng)的應用場合包括高性能網(wǎng)絡、要求預約帶寬，以便提供同步性要求很高的信息，如視頻和音頻信號等. 返回返回16 環(huán)型拓撲結構 環(huán)型拓撲結構的

10、優(yōu)點： 每臺計算機都有相同的令牌訪問權限，沒有一臺計算機能獨占網(wǎng)絡。 由于公平共享網(wǎng)絡資源，所以隨著用戶的逐漸增多，網(wǎng)絡性能的下降是均勻的。返回返回177.1.4 計算機網(wǎng)絡的軟件系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡的軟件系統(tǒng) 建設一個計算機網(wǎng)絡，除了構成計算機網(wǎng)絡的硬件設備以外，還需要網(wǎng)絡操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡應用軟件。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)完成網(wǎng)絡資源的管理，網(wǎng)絡應用軟件在網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的基礎上向用戶提供各種網(wǎng)絡應用 網(wǎng)絡操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡操作系統(tǒng)除了具有一般操作系統(tǒng)的基本功能以外，還能夠提供網(wǎng)絡服務，如文件和打印機共享以及用戶賬戶管理等。在局域網(wǎng)中，計算機一般可分為三種類型： 服務器。用來提供共享資源和服務。 客戶機。訪問服務器提供

11、的共享資源和使用服務器提供的服務。 對等計算機。能同時使用和提供共享資源。返回返回18 網(wǎng)絡中，如果所有計算機都是平等的，既充當服務器提供服務，又可作為客戶機使用服務，這樣的網(wǎng)絡稱為對等網(wǎng)絡。如果有幾臺計算機專門充當服務器，不再作為客戶機，這樣的網(wǎng)絡稱為客戶/服務器網(wǎng)絡。大多數(shù)情況下使用的是混合型網(wǎng)絡，即混合客戶/服務器及對等網(wǎng)絡特征的一種網(wǎng)絡。 (1) 對等網(wǎng)絡 對等網(wǎng)絡的特點是整個網(wǎng)絡沒有中央控制手段，網(wǎng)絡中沒有專門的服務器，用戶只能簡單地共享磁盤空間和硬件資源。這樣可以降低網(wǎng)絡的費用。返回返回19(2) 客戶/服務器網(wǎng)絡 這種類型網(wǎng)絡的主要特征是網(wǎng)絡中存在著專門的服務器，它提供集中的管理

12、機制和安全控制?？蛻魴C和服務器分別完成不同的處理任務?？蛻魴C請求服務，如打印、文件下載等，而服務器提供服務。與客戶機相比，服務器的運算能力通常很強，或者具有優(yōu)化的體系結構。服務器的硬件和軟件費用比較昂貴，對服務器的維護一般需要一名專職的網(wǎng)絡管理員。返回返回20(3) 混合網(wǎng)絡混合網(wǎng)絡 混合網(wǎng)絡中不僅有專門的服務器和客戶機，還有既提供服務又使用服務的對等計算機。這樣，大部分共享資源都存在服務器里，但網(wǎng)絡用戶仍然有權訪問工作組里由對等系統(tǒng)共享的任何資源?；旌闲途W(wǎng)絡中，用戶和管理員可根據(jù)共享資源的重要程度控制安全防護級別。返回返回21網(wǎng)絡應用軟件 網(wǎng)絡操作系統(tǒng)實現(xiàn)了對網(wǎng)絡資源的管理并為網(wǎng)絡應用提供了

13、基礎。但為了更好地滿足工作需要，還需要其他各種網(wǎng)絡軟件，如文件服務器提供文件的存取服務，郵件服務器提供電子郵件收發(fā)、存取服務，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫服務，打印服務器提供了打印機的共享等。此外，還有其他各種網(wǎng)絡應用軟件，如網(wǎng)絡財務系統(tǒng)、網(wǎng)絡辦公系統(tǒng)、網(wǎng)上信息發(fā)布系統(tǒng)、基于網(wǎng)絡的信息管理系統(tǒng)等。 返回返回227.2.1 局域網(wǎng)概述 局域網(wǎng)(Local Area Network)技術的出現(xiàn)，很大地擴展了個人計算機的能力。它的迅速發(fā)展，使其可以完成很多單機所無法勝任的工作，如： 共享文件和數(shù)據(jù) 在局域網(wǎng)中，可選擇一臺特殊的計算機保存共享信息，使其他計算機可以利用網(wǎng)絡訪問這臺計算機的信息，同時也便于對

14、信息的集中管理和控制。通常，將這種計算機稱為服務器(Server)。 7.2 局域網(wǎng)與Internet網(wǎng)絡返回返回23 共享硬件資源 沒有聯(lián)網(wǎng)的計算機不能有效地共享資源。例如單機環(huán)境里，只有與打印機直接相連的計算機才能進行打印工作，其他用戶如果要打印，就必須將自己的數(shù)據(jù)保存到軟盤里，然后拿著軟盤到連有打印機的計算機上打印。 共享軟件資源 軟件資源可以通過網(wǎng)絡得到更加有效的應用。在單機環(huán)境里，每臺計算機必須分別安裝各自所需要的軟件。如果計算機數(shù)目較多，會大大增加軟件的費用。通過網(wǎng)絡，可以集中安裝和配置軟件，這也極大地減少了管理人員的工作量。 返回返回24 信息存儲 在網(wǎng)絡里，信息可以備份到一個中

15、央位置。在沒有備份的獨立的單機環(huán)境里，操作失誤或偶然的事故可能會丟失重要信息。在網(wǎng)絡環(huán)境中，可以定期將數(shù)據(jù)備份到服務器，一旦數(shù)據(jù)丟失，就可以用備份的數(shù)據(jù)進行恢復 返回返回25 傳輸介質把網(wǎng)絡中的各種設備互連在一起，是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡上傳輸?shù)耐?。網(wǎng)絡的常用傳輸介質可分為有線介質和無線介質。有線介質有同軸電纜、雙絞線、光纜等；無線介質是利用無線電波在自由空間的傳播，實現(xiàn)多種通信，主要有微波通信、衛(wèi)星通信等。7.2.2 網(wǎng)絡的傳輸介質返回返回26 同軸電纜 同軸電纜(Coaxial Cable)在生活中使用很普遍，有線電視和音響器材中都使用它。同軸電纜由內導體銅質芯線、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導體屏蔽層以及

16、保護性塑料外殼組成。由于外導體的屏蔽層作用，同軸電纜具有很好的抗干擾特性。 返回返回27下面列出網(wǎng)絡工程中使用的部分同軸電纜類型： 50，RG-8和RG-11，用于粗纜以太網(wǎng)(Thick Ethernet)。 50，RG-58，用于細纜以太網(wǎng)(Thin Ethernet)。 75，RG-59，用于有線電視。 90，RG-62，用于ARCnet。返回返回28 雙絞線 雙絞線(TP)是目前局域網(wǎng)中最常使用的電纜形式，它由兩條相互絕緣的銅線按一定扭矩扭絞而成。成對線的扭絞是為了使電磁輻射和外部電磁干擾減到最小。通常將一定數(shù)量的這種雙絞線捆成電纜，在外面包上硬的護套，如圖7.11所示。雙絞線被廣泛應用

17、于許多領域，具有很多不同的設計形式，所有的雙絞線電纜可以分為兩大類：無屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)。 返回返回29 無屏蔽雙絞線(UTP)非屏蔽雙絞線由一對或幾對塑料封裝的絕緣電線對組成，沒有屏蔽雙絞線的屏蔽層。因此，也就比屏蔽雙絞線價格便宜，抗噪聲能力也相對較差。IEEE將UTP命名為10Base T，其中10代表最大傳輸速度為10Mbps，Base代表采用基帶傳輸方法傳輸信號，T就是UTP。 屏蔽雙絞線(STP)為了提高雙絞線的抗干擾能力，在雙絞線與外面的硬皮保護套之間加一種金屬箔制成的屏蔽層，就形成了屏蔽雙絞線。屏蔽層上的噪聲與雙絞線上的噪聲反向，兩者相互抵消以達到屏蔽噪聲

18、的能力。返回返回30 光纖 光纖通信已經(jīng)成為通信技術的一個重要領域。光纖通信就是利用光導纖維傳遞光脈沖來進行通信，其傳輸帶寬很大，并且不受電磁干擾的影響。利用光纖傳輸信號時，發(fā)送端光源可以采用發(fā)光二極管或半導體激光器，它們在電脈沖的作用下能產(chǎn)生光脈沖，在接收端利用光電二極管作為光檢測器，檢測到光脈沖時可以還原出電脈沖。返回返回31 光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細絲，主要由纖芯和包層以及塑料保護涂層組成。根據(jù)光在光纖中的傳播方式，光纖有兩種類型：多模光纖和單模光纖。只要進入光纖的光線的入射角大于某一臨界角度就會發(fā)生全反射，也就可以存在多條入射角不同的光線在同一光纖中傳播，這種傳播模式就稱為多

19、模光纖。在多模光纖中，幾種光信號通過多次內部反射沿纖芯傳播，而在單模光纖中，由于纖芯直徑減小到只有一個光的波長，單個頻率的光線就沿直線傳播而沒有折射。單模光纖的傳輸速度快，衰耗小，傳輸距離長，在2.5Gbps的速率下可傳輸數(shù)十公里而不必采用中繼器。返回返回32 光纖具有吞吐量大、損耗小、抗噪性好、安全性高等優(yōu)點，在主干網(wǎng)絡中被普遍采用，隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，光纖性能價格的提高，將逐漸成為通訊領域最重要的傳輸介質。 光纖的工作原理返回返回33無線傳輸與其他的數(shù)據(jù)傳輸方式如同軸電纜、雙絞線、光纖等不同，無線傳輸方式使用無線電波作為數(shù)據(jù)傳輸介質，不需要在數(shù)據(jù)的發(fā)送方和接收方之間“拉線”，所以無線傳輸方

20、式具有其他傳輸方式所沒有的優(yōu)勢： 費用低廉。不需要在數(shù)據(jù)的接收方和發(fā)送方之間布線，直接使用無線收發(fā)器進行數(shù)據(jù)傳輸，可以節(jié)省大量的線纜設備費用和線纜鋪設工程費用。 機動靈活。一般來說，使用線纜的網(wǎng)絡，一旦線纜鋪設好后，就不能再做大的調整，比如更改網(wǎng)絡拓撲結構、改變服務器或工作站的位置，這對有些應用領域，比如戰(zhàn)場、野外勘探、野外科學考察等來說是不行的。無線傳輸具有相當?shù)撵`活機動性，特別適宜于戰(zhàn)場等不適合鋪設線纜的應用領域。返回返回34 7.2.3 網(wǎng)絡互聯(lián)設備 網(wǎng)卡 網(wǎng)卡(NIC)，也叫做網(wǎng)絡適配器，是一種外設卡，它插入到計算機主板的擴展槽中，并與網(wǎng)絡電纜相連。計算機之間通過網(wǎng)卡進行網(wǎng)絡通信。網(wǎng)卡

21、可完成網(wǎng)絡通信所需的各種功能，能將數(shù)據(jù)從計算機內保存的格式轉換成在電纜上傳輸?shù)母袷剑⑻峁┡c網(wǎng)絡的物理連接。返回返回35 網(wǎng)卡的工作原理網(wǎng)卡的工作原理網(wǎng)卡從計算機的主板接收準備發(fā)送的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)保存到一個小容量的RAM中，這個區(qū)域叫做緩沖區(qū)。緩沖區(qū)內的數(shù)據(jù)隨后被以數(shù)據(jù)塊的形式移至一塊特殊的芯片，該芯片專門用來負責計算數(shù)據(jù)塊的校驗和，并添加地址信息，這種地址信息同時包括了目的網(wǎng)卡的地址以及它自己的地址，從而指出數(shù)據(jù)從哪來、要到什么地方去。經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)被稱為幀或數(shù)據(jù)幀。以太網(wǎng)卡出廠的時候，已經(jīng)在內部固化了自己的地址，稱MAC地址。局域網(wǎng)上的計算機利用MAC地址表示自己和他人的身份。MAC地址通常

22、存儲在網(wǎng)絡接口卡NIC中， 返回返回36MAC地址位于OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層，以太網(wǎng)的MAC地址長度為48位。以太網(wǎng)的MAC地址表示方式：十六進制表示，例如：51-64-ab-21-ac-c8。惟一性保證：以太網(wǎng)的MAC地址由專門的組織負責分配，前 24位生產(chǎn)廠家標識符，后24位廠家分配的序號，用 Ipconfig / all 指令可查PC 機的ac地址。在以太網(wǎng)中，網(wǎng)卡會監(jiān)聽網(wǎng)絡是否空閑：如果空閑，表明沒有其他網(wǎng)卡在傳送數(shù)據(jù)，然后就開始發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。注意，這時是每次發(fā)送一個二進制位。首先發(fā)送的是地址信息，然后是實際的數(shù)據(jù)塊，最后是校驗和。返回返回37集線器集線器集線器(HUB)是一種將

23、多臺電腦通過傳輸介質連接在一起的網(wǎng)絡硬件設備。它具有信號放大的功能，通過一個端口接收信號然后再發(fā)送至其他所有端口，使用集線器可以延長世紀的網(wǎng)絡距離。集線器可以支持各種不同的傳輸介質和傳輸速率，目前大多數(shù)集線器都采用RJ-45數(shù)據(jù)端口，其端口數(shù)可以是4、8、12、16、24和48個，而用于集線器之間連接的上行連接端口可以采用同軸電纜的BNC接口，也可以采用光纖的F/O接口。返回返回38 交換機交換機 交換機（Switch），是集線器的升級換代產(chǎn)品，是一種工作在OSI第二層(數(shù)據(jù)鏈路層)上的、基于MAC (網(wǎng)卡的介質訪問控制地址)識別、能完成封裝轉發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡設備。它通過對信息進行重新生成，并經(jīng)過內部處理后轉發(fā)至指定端口，具備自動尋址能力和交換作用。交換機可以將MAC地址存放在內部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達目的地址。交換機上的所有端口均有獨享的信