第七章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

1、第第7 7章章 信息的傳輸：通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)信息的傳輸：通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù) n主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：l7.1 7.1 縮短世界的距離縮短世界的距離通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷史回顧史回顧l7.2 7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理數(shù)據(jù)通信的基本原理l7.3 7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)l7.4 7.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)l7.5 Internet7.5 Internet基礎(chǔ)基礎(chǔ)l7.6 Internet7.6 Internet寬帶接入方式寬帶接入方式n本章小結(jié)本章小結(jié)n思考與練習(xí)思考與練習(xí)n一、思考題l1.人類通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展歷史中發(fā)生了哪些重大事件？從中我們能得到哪些啟示？l2.簡(jiǎn)述通信系

2、統(tǒng)模型的工作原理。l3.基帶傳輸與頻帶傳輸?shù)闹饕獏^(qū)別是什么？為什么基帶傳輸要占用信道的全部帶寬？l4.理解數(shù)字通信系統(tǒng)中帶寬的概念。l5.數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有哪些，如何計(jì)算？l6.什么是信道容量？無噪聲信道與有噪聲信道計(jì)算公式適用于什么范圍？信道容量如何計(jì)算？l7.為什么通信系統(tǒng)中要進(jìn)行信道差錯(cuò)控制？其主要方法有哪些？l8.在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,主要采用哪些多路復(fù)用技術(shù)？l9.什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)？計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾個(gè)階段？l10.簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)的作用。l11.常用的有線傳輸介質(zhì)與無線傳輸介質(zhì)有哪些？思考與練習(xí)l12.什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議？網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的

3、三要素是什么？l13.協(xié)議分層的目的是什么？協(xié)議分層有哪些優(yōu)點(diǎn)？l14.簡(jiǎn)述開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI/RM)七層協(xié)議的作用。l15.計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)有哪些常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是什么？l16.試簡(jiǎn)述集線器、網(wǎng)橋、交換機(jī)、路由器的作用與工作原理。l17.Internet提供的信息服務(wù)主要有哪些？l18.什么是IP地址？它由哪幾部分組成？l19.采用域名系統(tǒng)的作用是什么？IP地址與域名之間有什么關(guān)系？l20.IPv4與IPv6有什么區(qū)別？l21.搜索引擎的工作原理是什么？l22.什么是接入網(wǎng)？有線接入網(wǎng)與無線接入網(wǎng)采用哪些技術(shù)？l23.就目前無線網(wǎng)接入技術(shù)，哪一種形式比較適合家庭用戶？

4、n二、計(jì)算題l1.如果二進(jìn)制獨(dú)立等概信號(hào)的碼元寬度為0.5 ms，求碼元傳輸速率RB；若改為四進(jìn)制信號(hào)，碼元寬度不變，求RB。思考與練習(xí)l2.一個(gè)由字母A、B、C、D組成的字符，每個(gè)字母用二進(jìn)制脈沖編碼，每個(gè)脈沖寬度為5 ms。l(1)不同的字母是等概率出現(xiàn)時(shí)，試計(jì)算傳輸?shù)钠骄畔⑺俾蔙；l(2)若每個(gè)字母出現(xiàn)的可能性分別為PA=1/5、PB=1/4、PC=1/4、PD=3/10，試計(jì)算傳輸?shù)钠骄畔⑺俾蔙。l3.實(shí)際通信系統(tǒng)由于受到噪聲的干擾，信噪比是對(duì)干擾程度的一種度量。如果已知某通信系統(tǒng)的信噪比值為1000，則對(duì)應(yīng)的分貝值為多少（dB）？l4.假定某通信設(shè)備的信道帶寬為300 Hz，信噪

5、比為30 dB，試求該信道的容量。l5.某用戶采用modem在模擬電話線上傳數(shù)據(jù)，電話線輸出信噪比為25 dB，并且傳輸帶寬為3003200 Hz的音頻信號(hào)。計(jì)算該電話線能無誤傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)速率。l6.設(shè)一信源由六個(gè)不同的獨(dú)立符號(hào)組成：思考與練習(xí)l試求：l(1)試計(jì)算信源的信息熵H(X)是多少？l(2)若信源每秒發(fā)送1000個(gè)符號(hào)，求信源每秒傳送的信息量應(yīng)為多少？l7.在某個(gè)存在噪聲信道上，其頻帶為1 MHz。l(1)若信道上的信噪比S/N為10，求該信道的信道容量。l(2)若信道上的信噪比降至5，要達(dá)到相同的信道容量，信道頻帶應(yīng)多大？l(3)若信道頻帶減小為0.5 MHz，要保持相同的信道容

6、量，信道上的信噪比應(yīng)等于多少？l8.已知某信道頻帶寬度為3 kHz，信噪比為3，求最大可能的數(shù)據(jù)傳輸速率。若信噪比提高到15，理論上傳送同樣傳輸速率所需的頻帶為多少？l9.某個(gè)二元信源，其信號(hào)概率分布為：l信源每秒鐘輸出2.66個(gè)符號(hào)，將此信源的輸出符號(hào)送入二元無噪無損信道中進(jìn)行傳輸，信道每秒鐘只傳遞兩個(gè)二元符號(hào)。試問信源能否在此信道中進(jìn)行無失真的傳輸。l10.已知A、B兩臺(tái)主機(jī)的IP地址分別為：lA：19219205，B：130102012思考與練習(xí)l它們分別屬于哪類網(wǎng)？（A類、B類、C類）l11.已知某主機(jī)IP地址：5，子網(wǎng)掩碼：，請(qǐng)指出網(wǎng)絡(luò)I

7、D和主機(jī)ID是多少？l12.已知某臺(tái)主機(jī)IP地址：5，子網(wǎng)掩碼：，請(qǐng)指出網(wǎng)絡(luò)ID和主機(jī)ID是多少？l13.現(xiàn)有A、B兩臺(tái)主機(jī)，它們的IP地址分別為：、：54，子網(wǎng)掩碼：，試判斷這兩臺(tái)主機(jī)是否在同一子網(wǎng)內(nèi)，它們之間是否能直接通信。n三、練習(xí)與實(shí)踐l1.觀察你周圍的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并繪制其布線系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，并指出其優(yōu)缺點(diǎn)。如果系統(tǒng)需要進(jìn)行擴(kuò)容（用戶數(shù)量或帶寬），該如何設(shè)計(jì)？思考與練習(xí)l2.用壓線鉗制作一根5類雙絞線的連接線，并用雙機(jī)通過網(wǎng)卡直聯(lián)的方式進(jìn)行驗(yàn)證。試比較用于雙機(jī)直

8、聯(lián)的接法與通過交換機(jī)連接的接法有什么不同？為什么？l3.使用你的電腦上網(wǎng)，完成以下任務(wù)：l(1)觀察你所用的計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，并判斷該IP的類別。對(duì)子網(wǎng)掩碼進(jìn)行更改，看看網(wǎng)絡(luò)是否工作正常，試分析原因。l(2)你的個(gè)人電腦是采用何種接入方式接入因特網(wǎng)的，IP地址是多少，并分析其接入技術(shù)的性能。l(3)如果你利用無線移動(dòng)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，請(qǐng)了解該移動(dòng)設(shè)備是通過何種技術(shù)接入無線網(wǎng)絡(luò)的。l(4)利用郵件系統(tǒng)給你的同學(xué)或朋友發(fā)一封電子郵件。l(5)利用IE瀏覽中國教育與科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)。l(6)利用Google和“百度”搜索引擎上網(wǎng)搜索你需要的資料。l4.確定一個(gè)制作你的個(gè)人網(wǎng)頁的主題，并上網(wǎng)搜索有關(guān)資料，利用

9、所學(xué)到的知識(shí)制作一個(gè)你個(gè)人的網(wǎng)站，并將你制作的個(gè)人網(wǎng)站發(fā)布到因特網(wǎng)上。 思考與練習(xí) 圖7-2 貝爾(圖中坐者）首次撥通了美國紐約7.1 7.1 縮短世界的距離縮短世界的距離通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷史回顧的歷史回顧n電報(bào)與電話的發(fā)明使得人們由短距離通信轉(zhuǎn)入長距離通信，從而開辟了近代通信的歷史（圖7-1、圖7-2）。圖7-1 莫爾斯電報(bào)機(jī)n由于無線通信技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了廣播、電視的傳輸，不僅可傳送聲音，亦可傳送圖形和圖像，廣播與報(bào)紙、廣告、書籍等印刷品一同被稱為大眾傳媒。n主機(jī)主機(jī)間的通信迅速成為需求，因此產(chǎn)生了包(packed)交換網(wǎng)絡(luò)和個(gè)人數(shù)據(jù)網(wǎng)。n20世紀(jì)70年代初產(chǎn)生了多種包交換技

10、術(shù)。n20世紀(jì)80年代以后，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路、數(shù)字傳輸理論和技術(shù)、商用通信衛(wèi)星、程控?cái)?shù)字交換機(jī)、光纖通信、綜合數(shù)字業(yè)務(wù)等一系列技術(shù)都得到了迅速發(fā)展和應(yīng)用。7.1 7.1 縮短世界的距離縮短世界的距離通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷史回顧的歷史回顧n7.2.1 通信系統(tǒng)模型l通信的基本目的是在接收端準(zhǔn)確或近似地再現(xiàn)另一端發(fā)送出來的消息，因而通信系統(tǒng)的基本問題是信源、信道以及編碼問題。l通信系統(tǒng)最簡(jiǎn)單的概念模型如圖7-3所示：7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理圖7-3 通信系統(tǒng)模型l如圖7-3所示，信源（發(fā)送方）的作用是把消息轉(zhuǎn)換成要發(fā)送的信號(hào)。原始信

11、號(hào)需要完成某種變換（如編碼與調(diào)制），編碼器是將信源輸出的消息或消息序列轉(zhuǎn)換成適合通信系統(tǒng)要求的信號(hào)的設(shè)備，使信號(hào)適合在信道中傳輸。l相對(duì)于模擬通信系統(tǒng)而言，數(shù)字通信系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：u信號(hào)狀態(tài)有限，抗干擾能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)低誤碼率，中繼再生可以避免噪聲積累，利于長距離傳輸；u由信道糾錯(cuò)編碼技術(shù)可進(jìn)一步降低誤碼率；u易于進(jìn)行加密處理；7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理u易于進(jìn)行壓縮，以減少冗余度，提高信道利用率；u易于不同種類的信源數(shù)據(jù)，共用數(shù)字通信系統(tǒng)；u便于計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)通信。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理n7.2.4 基帶傳輸與寬帶傳輸l在通信術(shù)語中，基帶信號(hào)就是將數(shù)字信號(hào)1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然

12、后送到線路上去傳輸，即未經(jīng)頻率變換的原始信號(hào)。在數(shù)字信道中以基帶信號(hào)形式直接傳輸數(shù)據(jù)的方式稱為基帶傳輸。l基帶傳輸占用的頻率范圍為信道提供的全部帶寬（圖7-4）?；鶐到y(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備都共享相同的信道，當(dāng)基帶系統(tǒng)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)中所有的其他節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前必須等待前面的傳輸結(jié)束?；鶐到y(tǒng)也可以以半雙工方式支持雙向信號(hào)流，即基帶系統(tǒng)可在同一條線路上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理l基帶信號(hào)的能量在傳輸過程中很容易衰減，只能利用有線介質(zhì)近距離傳輸，一般用于短距離的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸距離不大于2.5km。l由于基帶傳輸?shù)慕嚯x限制，在遠(yuǎn)距離傳輸中通常采用模擬信道。7.2 數(shù)據(jù)通

13、信的基本原理圖7-4 基帶傳輸方式會(huì)占用信道的全部帶寬n7.2.3 數(shù)字通信系統(tǒng)中帶寬的概念l早期的電子通信系統(tǒng)都是模擬系統(tǒng)。l帶寬就是媒體能夠傳輸?shù)男盘?hào)最高頻率和最低頻率的差值。l數(shù)字通信系統(tǒng)中“帶寬”的含義完全不同于模擬系統(tǒng)，它通常是指數(shù)字系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸速率。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理l數(shù)據(jù)傳輸速率是衡量系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)能力的主要指標(biāo)，數(shù)據(jù)傳輸率是指單位時(shí)間內(nèi)傳送的信息量，即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位比特?cái)?shù)，單位為每秒位，記作bps。l對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)來說，一般情況下系統(tǒng)所提供的帶寬越寬，其業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性也越好。圖7-5給出了常用傳輸介質(zhì)與相應(yīng)傳輸速率間的大略對(duì)應(yīng)關(guān)系。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理圖7

14、-5 不同傳輸介質(zhì)的帶寬容量比較n7.2.4 數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)與計(jì)算l1.有效性指標(biāo)u數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率來衡量，傳輸速率越高，則系統(tǒng)的有效性越好。u(1)碼元傳輸速率u通常又可稱為碼元速率，是指單位時(shí)間（每秒鐘）內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，用符號(hào)RB來表示。u（2）信息傳輸速率u信息傳輸速率可簡(jiǎn)稱信息速率，又可稱為比特率等。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理1(Baud)(B)BBRT注意公式中符號(hào)下腳標(biāo)“ ”用大寫表示u(3)頻帶寬度u因?yàn)閭鬏斔俾试礁?，所占用的信道頻帶越寬。u在計(jì)算信道容量時(shí)，頻帶寬度是一個(gè)重要的指標(biāo)。奈奎斯特定理和香農(nóng)的有噪信道編碼定理中給出了信道容量與頻帶寬度的關(guān)系。

15、l2.可靠性u(píng)（1）誤碼率（碼元差錯(cuò)率）Pe是指發(fā)生差錯(cuò)的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，即：7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理()bits/s(/)H XRT或比特 秒u（2）誤信率（信息差錯(cuò)率）Pb是指發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例，即7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理eP 錯(cuò)誤的碼元數(shù)傳輸?shù)目偞a元數(shù)bP 錯(cuò)誤的比特?cái)?shù)傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)n7.2.5 信道容量l1.奈奎斯特定理u奈奎斯特（Nyquist）Harry Nyquist(18891976)。1917年在耶魯大學(xué)物理系獲哲學(xué)博士學(xué)位。1924年推導(dǎo)出在理想低通信道的最大傳輸速率的公式。曾任

16、美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)研究所通信系統(tǒng)開發(fā)部工程師。定理最先闡述了帶寬與系統(tǒng)每秒能傳輸?shù)淖畲笪粩?shù)之間的基本關(guān)系。它對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笏俾式o出了一個(gè)理論上的上限。對(duì)于采用二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)的傳輸方案，奈奎斯特定理指出，在帶寬為B的傳輸系統(tǒng)上所能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率以每秒位數(shù)表示時(shí)可達(dá)到2B。更一般地，如果被傳輸?shù)男盘?hào)包含N個(gè)狀態(tài)值（即信號(hào)的狀態(tài)數(shù)為N），那么帶寬為B赫茲信道所能承載的最大數(shù)據(jù)傳輸速率（信道容量）是：7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理22 log NCBu奈奎斯特定理描述了有限帶寬、無噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率與信道帶寬的關(guān)系。l2.有噪信道編碼定理u香農(nóng)(Shannon)在1948年的文章中，推廣了

17、奈奎斯特的結(jié)果，提出并證明了在噪聲影響下傳輸系統(tǒng)所能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。該定理被稱為有噪信道編碼定理，也稱為香農(nóng)第二定理。其計(jì)算公式表達(dá)如下：u香農(nóng)的有噪信道編碼理論的貢獻(xiàn)在于，若在信息傳輸率R小于信道容量C（即RC），則可以找到一種信道編碼方法，使得信源信息可以在有噪聲信道進(jìn)行無差錯(cuò)傳輸，7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理2Wlog (1)SCNu如果信息傳輸率R大于信道容量C（RC），那么無差錯(cuò)傳輸在理論上是不可能的。u香農(nóng)公式的理論價(jià)值在于給出頻帶利用的理論極限值。n7.2.6 通信系統(tǒng)中信道差錯(cuò)控制方法l香農(nóng)的研究證明：如果把要傳送的消息在傳送前事先進(jìn)行編碼，并在接收端采用適當(dāng)?shù)淖g碼，則消

18、息有可能得到無錯(cuò)誤的傳輸，也就是說，通過不可靠的信道可以實(shí)現(xiàn)可靠的信息傳輸。l信道編碼的目的是提高信息傳輸或通信的可靠性，降低誤碼率，使系統(tǒng)具有一定的糾錯(cuò)能力和抗干擾能力，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理l下面簡(jiǎn)單介紹幾種差錯(cuò)控制方法：u(1)前向糾錯(cuò)方式（FEC）u通信中在接收端收到傳輸碼字后，由譯碼器自動(dòng)糾正傳輸中的錯(cuò)誤，稱為前向糾錯(cuò)。u(2)檢錯(cuò)重發(fā)方式（ARQ)u發(fā)送端編碼器進(jìn)行差錯(cuò)編碼，接收端譯碼器只檢錯(cuò)不糾錯(cuò)。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理u（3）混合糾錯(cuò)（HEC方式）u將前向糾錯(cuò)及檢錯(cuò)重發(fā)方式結(jié)合起來使用，發(fā)送端的編碼兼具檢錯(cuò)及糾錯(cuò)能力。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理n7.2

19、.7 多路復(fù)用技術(shù)l采用多路復(fù)用技術(shù)能把多個(gè)信號(hào)組合起來在一條物理信道上進(jìn)行傳輸,在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)可大大提高傳輸資源的利用率。l頻分多路復(fù)用技術(shù)用于模擬信號(hào)。 7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理圖7-8 頻分多路復(fù)用示意圖l多路復(fù)用器接受來自多個(gè)信源的模擬信號(hào)，每個(gè)信號(hào)有自己獨(dú)立的帶寬。l時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)不是將一個(gè)物理信道劃分成為若干個(gè)子信道，而是不同的信號(hào)在不同的時(shí)間輪流使用這個(gè)物理信道。l波分多路復(fù)用技術(shù)主要應(yīng)用在光纖通道上，WDM實(shí)質(zhì)上也是一種頻分多路復(fù)用技術(shù)。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理圖7-9 波分多路復(fù)用原理圖n7.3.1 網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展l1.遠(yuǎn)程終端聯(lián)機(jī)階段u由一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)遠(yuǎn)程終

20、端通過通信線路連接起來，組成聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程批處理業(yè)務(wù)。l2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)階段u為了解決聯(lián)機(jī)系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)既承擔(dān)通信工作又承擔(dān)數(shù)據(jù)處理工作而負(fù)擔(dān)較重的問題。l3.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)階段u由于局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍終究有限，為了在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)資源的共享，故將兩種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來，形成規(guī)模更大的網(wǎng)絡(luò)，這就是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)l4.信息高速公路階段u把分散的計(jì)算機(jī)資源通過高速通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)共享，提高國家的綜合實(shí)力和人民的生活質(zhì)量。n7.3.2 網(wǎng)絡(luò)的功能l（1）數(shù)據(jù)通信。l（2）資源共享。l（3）提高計(jì)算機(jī)的可靠性和可用性。l（4）分布式處理。7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)n7.3.3 網(wǎng)絡(luò)的基本組成l目前

21、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本上都是分組交換網(wǎng)，分組交換網(wǎng)是由資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)構(gòu)成(見圖7-10)。l資源子網(wǎng)由主機(jī)、終端、I/O設(shè)備、各種軟件資源和數(shù)據(jù)庫等組成。l把網(wǎng)絡(luò)中通信部分的子網(wǎng)和以主計(jì)算機(jī)為主體的資源子網(wǎng)分開，這是網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)思想的重要體現(xiàn)，使得對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分析和設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)圖7-10 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)組成n7.3.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類n按通信距離可劃分為：l1.局域網(wǎng)（LANLocal Area Network）u局域網(wǎng)是指連接近距離的計(jì)算機(jī)組成的網(wǎng)，分布范圍一般在幾米到幾公里之間。l2.廣域網(wǎng)（WANWide Area Network

22、）u廣域網(wǎng)是指連接遠(yuǎn)距離的計(jì)算機(jī)組成的網(wǎng)，分布范圍可達(dá)幾百公里乃至上萬公里。 l3.城域網(wǎng)(MANMetropolitan Area Network)u城域網(wǎng)擴(kuò)大了局域網(wǎng)的范圍，是適應(yīng)一個(gè)地區(qū)、一個(gè)城市或一個(gè)行業(yè)系統(tǒng)使用的網(wǎng)絡(luò)。7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)l按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分為：星型網(wǎng)、總線型網(wǎng)、環(huán)型網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)等。l按信號(hào)頻帶的占用方式劃分為：基帶網(wǎng)和寬帶網(wǎng)等等。n7.3.5 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)l1.有線傳輸介質(zhì)u計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常使用有線導(dǎo)線作為連接計(jì)算機(jī)的主要介質(zhì)，因?yàn)閷?dǎo)線便宜且易于安裝。u雙絞線是局域網(wǎng)最常用的通信介質(zhì)，也在電話系統(tǒng)中使用。7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)u同軸電纜由四個(gè)部分構(gòu)成：最里層的傳導(dǎo)物，一根銅質(zhì)

23、或鋁質(zhì)裸線，裸線攜帶信號(hào)；次內(nèi)層絕緣體包圍著裸線，以防金屬導(dǎo)體碰到第三層材料；第三層是一層緊密纏繞的網(wǎng)狀導(dǎo)線，這種編織導(dǎo)線起著屏蔽層的作用，保護(hù)裸線免受電磁干擾；最外層是起保護(hù)作用的塑料外皮，由編織導(dǎo)線構(gòu)成的屏蔽層能夠很好地隔離外來的電信號(hào)。u對(duì)于高速寬帶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，一般使用柔軟的玻璃纖維即光纖傳輸數(shù)據(jù)。u用光纖作傳輸介質(zhì)有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，光纖不會(huì)引起電磁干擾也不會(huì)被干擾。其次，光纖傳輸信號(hào)的距離比導(dǎo)線所能傳輸?shù)木嚯x要遠(yuǎn)得多。再次，因?yàn)檩^之電信號(hào)，光可以對(duì)更多的信息進(jìn)行編碼，所以光纖可在單位時(shí)間內(nèi)傳輸比導(dǎo)線更多的信息。最后，電流總是需要兩根導(dǎo)線形成回路，光僅需一根光纖即可從一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)到

24、另一臺(tái)計(jì)算機(jī)。7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)u光纖分多模光纖和單模光纖兩類（圖7-9）。 7.3 7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)圖7-11 同軸電纜、雙絞線和光纖的結(jié)構(gòu)圖圖7-12 單模與多模光纖的區(qū)別l2.無線傳輸介質(zhì)u無線網(wǎng)絡(luò)就是利用無線電波作為信息傳輸?shù)拿浇闃?gòu)成的無線局域網(wǎng)（WLAN）。u可以在自由空間利用電磁波發(fā)送和接收信號(hào)進(jìn)行通信就是無線傳輸。u無線通信的方法有無線電波、微波和紅外線。圖7-13是電磁波的頻譜圖。7.3 7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)圖7-13 電磁波的頻譜u無線電波是指在自由空間傳播的射頻頻段的電磁波。無線電技術(shù)的原理在于，導(dǎo)體中電流強(qiáng)弱的改變會(huì)產(chǎn)生無線電波。u與無線電波向各個(gè)方向

25、傳播不同，微波傳輸集中于某個(gè)方向，即微波是直線傳播的，所以可以防止他人截取信號(hào)。微波傳輸在發(fā)送和接收器之間存在無障礙的通道時(shí)工作得很好。u紅外線通信有兩個(gè)最突出的優(yōu)點(diǎn)：其一是不易被人發(fā)現(xiàn)和截獲，保密性強(qiáng)；其二幾乎不會(huì)受到電磁的干擾，抗干擾性強(qiáng)。7.3 7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)7.3 7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)圖7-14 通過中繼實(shí)現(xiàn)長距離微波通信n7.3.6 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議l1.協(xié)議的概念u為使網(wǎng)內(nèi)各計(jì)算機(jī)之間的通信可靠有效，通信雙方必須共同遵守的規(guī)則和約定稱為通信協(xié)議，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與一般計(jì)算機(jī)互連系統(tǒng)的區(qū)別就在于有無通信協(xié)議的作用。u通信協(xié)議主要由語義、語法和定時(shí)三部分組成。l2.協(xié)議的分

26、層u圖7-15用兩個(gè)國家元首間的對(duì)話和交流方式，形象地解釋了協(xié)議分層的概念。u可以分成三個(gè)層次完成，最底層是“通信層”，中間層是“語義表達(dá)層”，最高層是“會(huì)話層”。7.3 7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)7.3 7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)圖7-15 協(xié)議分層的概念u這個(gè)例子包含三個(gè)含義：一是信息交換的雙方必須遵守某種協(xié)議；二是各層分別有不同協(xié)議，協(xié)議只能在對(duì)等層之間交流；三是協(xié)議不同時(shí)要轉(zhuǎn)換成相同的協(xié)議。l3.開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RMuOSI模型是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提出的一個(gè)七層模型（見圖7-16）。每一層實(shí)現(xiàn)特定的功能，并且只與相鄰兩層直接通信。u下面簡(jiǎn)單介紹每一層的作用：第一

27、層：物理層標(biāo)準(zhǔn)化了連接在物理介質(zhì)上的數(shù)據(jù)鏈路的電子、機(jī)械部件規(guī)范和功能控制，物理層只負(fù)責(zé)接收和發(fā)送比特流，而不考慮信息的格式和意義。7.3 7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)7.3 7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)圖7-16 OSI參考模型及協(xié)議 第二層：數(shù)據(jù)鏈路層通過物理層建立的鏈路，將具有一定意義和結(jié)構(gòu)的信息（幀的格式）正確地在實(shí)體之間傳輸。該層規(guī)定怎樣把數(shù)據(jù)組織成幀及怎樣在網(wǎng)絡(luò)中傳輸幀。 第三層：網(wǎng)絡(luò)層主要任務(wù)是如何將源端發(fā)出的分組經(jīng)過各種途徑送到目的端，要解決路由選擇、流量控制和網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等問題。 第四層：傳輸層提供可靠的端到端（主機(jī)主機(jī)）的通信，屏蔽由于通信子網(wǎng)技術(shù)的不同而帶來的差異，

28、為上層用戶提供透明的運(yùn)輸服務(wù)。 第五層：會(huì)話層規(guī)定怎樣與遠(yuǎn)程系統(tǒng)建立一個(gè)通信會(huì)話（例如，怎樣登錄到一臺(tái)遠(yuǎn)程分時(shí)計(jì)算機(jī)）。會(huì)話層規(guī)范了安全細(xì)節(jié)，例如，通過口令獲得授權(quán)。 第六層：表示層與其他協(xié)議層不同，其他協(xié)議層大都只關(guān)注將數(shù)據(jù)從一個(gè)地方可靠地傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地方，表示層更關(guān)注被傳輸信息的語義和語法。表示層協(xié)議主要規(guī)定了如何表示數(shù)據(jù)，將不同計(jì)算機(jī)上的表示方法進(jìn)行相互的翻譯。 第七層：應(yīng)用層關(guān)心所有與應(yīng)用有關(guān)的服務(wù)，包含了許多廣泛使用的協(xié)議，每一個(gè)協(xié)議規(guī)定了應(yīng)用程序如何使用網(wǎng)絡(luò)，提供了支持終端用戶的各種應(yīng)用，如電子郵件、遠(yuǎn)程登錄和文件傳輸服務(wù)等機(jī)制。7.3 7.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)n7.4.1 局

29、域網(wǎng)的基本概念l局域網(wǎng)是在較小的地理區(qū)域內(nèi)，利用通信線路將眾多的計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接起來的通信網(wǎng)絡(luò)。l計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)有以下特點(diǎn):u以微機(jī)為主要建網(wǎng)對(duì)象；u較小的地理覆蓋范圍；u具有較高的帶寬，一般為101000 Mbps。u拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(總線形、星形、環(huán)形型、網(wǎng)狀)；u傳輸速率高，誤碼少。u建網(wǎng)周期短，成本低，為單位獨(dú)有，易管理，不受任何公共網(wǎng)絡(luò)當(dāng)局的規(guī)定約束，容易進(jìn)行設(shè)備更新。7.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)n7.4.2 局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)l網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指連接網(wǎng)絡(luò)各結(jié)點(diǎn)（可視為網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)）的形式與方法。 l1.星型結(jié)構(gòu)u星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以中央結(jié)點(diǎn)為中心，其他結(jié)點(diǎn)都與中央結(jié)點(diǎn)相連（見圖7-17）。u星型

30、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò)的故障容易發(fā)現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)中通信容量不大的情況下通信速度較快。u星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)的可靠性差，中心節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)過重，所需通信線路較長且安裝時(shí)的工作量較大。7.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)7.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)圖7-17 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)l2.環(huán)型結(jié)構(gòu)u環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)形成一個(gè)封閉環(huán)路（見圖7-18）。7.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)圖7-18 環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)l3.總線型結(jié)構(gòu)u總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用單根傳輸線作為傳輸介質(zhì)，所有的結(jié)點(diǎn)都連接到這根總線上（見圖7-19）。7.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)圖7-19 總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)n7.4.3 局域網(wǎng)的工作模式l1.客戶機(jī)/服務(wù)器模式（C/S模式）u采用客戶機(jī)/服務(wù)器模

31、式的網(wǎng)絡(luò)也稱為基于服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)。l2.瀏覽器/服務(wù)器(B/S)模式uB/S模式應(yīng)用系統(tǒng)由瀏覽器（Browser）和服務(wù)器（Web服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中間件等）組成。u以B/S模式開發(fā)的系統(tǒng)維護(hù)工作集中在服務(wù)器上，客戶端不用維護(hù)，操作風(fēng)格比較一致。l3.對(duì)等模式7.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)u對(duì)等網(wǎng)絡(luò)模式不使用服務(wù)器管理網(wǎng)絡(luò)共享資源，在這種網(wǎng)絡(luò)中，所有計(jì)算機(jī)都處于平等地位，一臺(tái)微機(jī)既可以作為服務(wù)器，又可以作為客戶機(jī)。n7.4.4 局域網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)l1.中繼器u中繼器是一種放大模擬或數(shù)字信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。u中繼器屬于OSI模型中的物理層，因而沒有必要解釋它所傳輸?shù)男盘?hào)。l2.集線器u集線器的英文名稱是 “HU

32、B”，英文“HUB”是“中心”的意思，集線器的主要功能是對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行再生整形放大，以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，同時(shí)把所有節(jié)點(diǎn)集中在以它為中心的節(jié)點(diǎn)上。7.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)u它工作于OSI參考模型第二層，即“數(shù)據(jù)鏈路層”。u集線器（HUB）是對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中管理的最小單元，像樹的主干一樣，它是各分支的匯集點(diǎn)（圖7-20）。7.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)圖7-20 集線器在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用l3.網(wǎng)橋u網(wǎng)橋是在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的設(shè)備，要求互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層以上采用相同的協(xié)議。l4.交換機(jī)與交換網(wǎng)絡(luò)u交換機(jī)這種設(shè)備可以把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)從邏輯上劃分成幾個(gè)較小的網(wǎng)段，所有端口都共享同一指定的帶寬（圖7-21）。u交

33、換式局域網(wǎng)從根本上改變了“共享介質(zhì)”的工作方式，它可以通過以太網(wǎng)交換機(jī)支持交換機(jī)端口結(jié)點(diǎn)之間的多個(gè)并發(fā)連接，可以實(shí)現(xiàn)多結(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的并發(fā)傳輸。u虛擬局域網(wǎng)在功能、操作上與傳統(tǒng)局域網(wǎng)基本相同，它們主要區(qū)別在“虛擬”二字上，即虛擬局域網(wǎng)的組網(wǎng)方法與傳統(tǒng)局域網(wǎng)不同。u虛擬網(wǎng)絡(luò)是建立在交換技術(shù)基礎(chǔ)上的。7.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)7.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)圖7-21 交換式局域網(wǎng)與共享介質(zhì)局域網(wǎng)的區(qū)別l5.路由器u路由器是一種多端口設(shè)備，它可以連接不同傳輸速率并運(yùn)行于各種環(huán)境的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，也可以采用不同的協(xié)議。路由器工作在OSI模型的第三層。u路由器不僅能追蹤網(wǎng)絡(luò)的某一節(jié)點(diǎn)，還能和交換機(jī)一樣，選擇出兩節(jié)點(diǎn)間的最

34、近、最快的傳輸路徑。7.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)l6.網(wǎng)關(guān)u網(wǎng)關(guān)通過使用適當(dāng)?shù)挠布c軟件實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換功能。網(wǎng)關(guān)實(shí)際上像一個(gè)多協(xié)議路由器，通過重新封裝信息以使它們能被另一個(gè)系統(tǒng)讀取。 7.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)圖7-22 網(wǎng)關(guān)的工作原理7.5 Internet 基礎(chǔ)n7.5.1 Internet 的發(fā)展lInternet是使用路由器將分布在世界各地、數(shù)以萬計(jì)、規(guī)模不一的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來的網(wǎng)際網(wǎng)。接入Internet的主機(jī)既可以是信息資源及服務(wù)的使用者，也可以是信息資源及服務(wù)的提供者。l我國從1994年4月起正式加入Internet，開通了Int-ernet的全功能服務(wù)。7.5 Internet

35、 基礎(chǔ)n7.5.2 Internet的協(xié)議-TCP/IPlTCP/IP協(xié)議是Internet使用的通信協(xié)議，通俗地講就是用戶在Internet上通信時(shí)所遵守的語言規(guī)范。lTCP/IP協(xié)議遵守一個(gè)四層的概念模型：即應(yīng)用層、傳輸層、互聯(lián)網(wǎng)層和網(wǎng)絡(luò)接口層，如圖7-23所示。該模型目的是使各種硬件在相同的層次上相互通信。lTCP/IP的四層協(xié)議的主要功能是：u(1)網(wǎng)絡(luò)接口層是該協(xié)議軟件的最低層，其作用是接收IP數(shù)據(jù)報(bào)，通過特定的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。u(2)互聯(lián)網(wǎng)層(IP協(xié)議)為網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議。它負(fù)責(zé)將信息從一臺(tái)主機(jī)傳送到指定接收的另一臺(tái)主機(jī)。7.5 Internet 基礎(chǔ)圖7-23 TCP/IP的四層協(xié)議

36、7.5 Internet 基礎(chǔ)u(3)傳輸層(TCP協(xié)議)為傳輸控制協(xié)議，負(fù)責(zé)提供可靠和高效的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。u(4)應(yīng)用層為用戶提供一組常用的應(yīng)用程序協(xié)議，并且隨著Internet的發(fā)展，又為用戶開發(fā)了許多新的應(yīng)用層協(xié)議。u當(dāng)前Internet上廣泛使用的TCP/IP協(xié)議為IPv4，其地址一般以4部分間點(diǎn)分的方法來表示，即4個(gè)數(shù)字用點(diǎn)分隔。這永不能滿足快速增長的因特網(wǎng)社會(huì)對(duì)IP地址的需求。為了解決這個(gè)問題，提出了下一代因特網(wǎng)協(xié)議IPv6。7.5 Internet 基礎(chǔ)n7.5.3 IP地址lIP地址是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù)，為了方便用戶理解與記憶，通常采用x.x.x.x的格式來表示，每個(gè)x為8位

37、。IP地址由網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)兩部分組成（圖7-24）其中，網(wǎng)絡(luò)號(hào)用來標(biāo)識(shí)一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)號(hào)用來標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)主機(jī)。lIP地址的設(shè)計(jì)者將IP地址空間劃分為五個(gè)不同的地址類別，如圖7-25所示，其中A，B，C三類最為常用：圖7-24 IP地址的組成7.5 Internet 基礎(chǔ)圖7-25 IP地址的分類7.5 Internet 基礎(chǔ)l網(wǎng)絡(luò)號(hào)由因特網(wǎng)權(quán)力機(jī)構(gòu)分配，目的是為了保證網(wǎng)絡(luò)地址的全球唯一性。n7.5.4 域名系統(tǒng)DNSlInternet采取了一種層次型結(jié)構(gòu)的命名機(jī)制。l對(duì)Internet上主機(jī)的命名，一般必須考慮三個(gè)方面的問題：u第一，主機(jī)名字在全局的唯一性，即能在整個(gè)Internet上通

38、用；u第二，要便于管理；u第三，便于映射。l域名系統(tǒng)也與IP地址的結(jié)構(gòu)一樣，采用的是典型的層次結(jié)構(gòu)（圖7-26）。l域名通常是按分層結(jié)構(gòu)來構(gòu)成；每個(gè)子域名都有其特定的含義。7.5 Internet 基礎(chǔ)圖7-26 DNS的層次結(jié)構(gòu)7.5 Internet 基礎(chǔ)lDNS層次型結(jié)構(gòu)的另一層含義，是使它與層次型名字空間管理機(jī)制的層次相對(duì)應(yīng)。l域名地址和用數(shù)字表示的IP地址實(shí)際上是同一個(gè)對(duì)象，只是稱呼上不同而已。l我國的域名注冊(cè)由中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）統(tǒng)一管理，其中，頂級(jí)域名大致可分為兩類：一類是組織性頂級(jí)域名；另一類是地理性頂級(jí)域名。n7.5.5 Internet 提供的信息服務(wù)l1.電

39、子郵件（E-Mail）u它是Internet上最受歡迎的一種通信方式，也是目前Inte-rnet上使用最頻繁的一種服務(wù)。u如果我們要使用電子郵件服務(wù)，首先要擁有一個(gè)電子郵箱(mail box)。電子郵箱是由提供電子郵件服務(wù)的機(jī)構(gòu)(一般是ISP)為用戶建立的（圖7-27）。u每個(gè)電子郵箱都有一個(gè)郵箱地址，稱為電子郵件地址(E-mail address)。電子郵件地址的格式是固定的，并且在全球范圍內(nèi)是唯一的。用戶的電子郵件地址格式為：用戶名主機(jī)名。7.5 Internet 基礎(chǔ)7.5 Internet 基礎(chǔ)圖7-27 電子郵件服務(wù)l2.文件傳輸（FTP）uFTP服務(wù)采用的是典型的客戶機(jī)/服務(wù)器工作

40、模式，它的工作過程如圖7-28所示。u機(jī)稱為FTP服務(wù)器，它通常是信息服務(wù)提供者的計(jì)算機(jī)，就相當(dāng)于一個(gè)大的文件倉庫。u服務(wù)器必須安裝提供FTP訪問的軟件，有了一定的權(quán)限，客戶才能訪問。FTP服務(wù)器支持匿名服務(wù)，IE瀏覽器提供FTP功能。7.5 Internet 基礎(chǔ)圖7-30 文件傳輸服務(wù)l3.萬維網(wǎng)WWWu萬維網(wǎng)WWW（World Wide Web）簡(jiǎn)稱Web，是Internet應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)項(xiàng)目，它將世界各地的信息資源以特有的含有“鏈接”的超文本形式組織成一個(gè)巨大的信息網(wǎng)絡(luò)。uWWW系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用了客戶機(jī)/服務(wù)器模式，它的工作原理如圖7-29所示。n7.5.6 Internet的信

41、息資源搜索工具搜索引擎l1.什么是搜索引擎7.5 Internet 基礎(chǔ)7.5 Internet 基礎(chǔ)圖7-29 WWW的工作原理u搜索引擎是專門提供信息查詢服務(wù)的網(wǎng)站安裝在其服務(wù)器上的一種能在網(wǎng)上漫游并搜集它所得到的信息，同時(shí)自動(dòng)生成本地索引的軟件，是因特網(wǎng)上最為有效的信息導(dǎo)航工具。u搜索引擎具有龐大的數(shù)據(jù)庫記錄網(wǎng)上信息源的地址，是網(wǎng)絡(luò)用戶查找相關(guān)站點(diǎn)網(wǎng)址的工具，是目前采集、利用網(wǎng)絡(luò)信息資源的最常用的工具。l2.搜索引擎的結(jié)構(gòu)與功能u搜索引擎由搜索軟件、索引軟件和檢索軟件三大部分組成。u在軟件的支持下，搜索引擎主要有以下兩個(gè)功能：搜索引擎的第一個(gè)功能是收集信息資源建立索引數(shù)據(jù)庫。搜索引擎的第

42、二個(gè)功能也是最主要的功能是提供網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)航與檢索服務(wù)。7.5 Internet 基礎(chǔ)l3.搜索引擎的工作原理u(1)搜集信息搜索引擎的信息搜集基本都是自動(dòng)的。搜索引擎利用稱為網(wǎng)絡(luò)蜘蛛(spider)的自動(dòng)搜索機(jī)器人程序，普遍使用超鏈接分析技術(shù)，除了分析索引網(wǎng)頁本身的內(nèi)容，還分析索引所有指向該網(wǎng)頁的鏈接的URL。u(2)整理信息,建立索引搜索引擎整理信息的過程稱為“建立索引”。搜索引擎不僅要保存搜集起來的信息，還要將它們按照一定的規(guī)則進(jìn)行編排。u(3)接受查詢用戶向搜索引擎發(fā)出查詢，搜索引擎接受查詢并向用戶返回資料。7.5 Internet 基礎(chǔ)n接入網(wǎng)泛指“用戶網(wǎng)絡(luò)接口與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口問實(shí)施承載功

43、能之實(shí)體”。寬帶接入網(wǎng)是指能同時(shí)承載語音、圖像、數(shù)據(jù)、視頻等寬帶業(yè)務(wù)需求的接入網(wǎng)絡(luò)。通常接入網(wǎng)傳輸系統(tǒng)按傳輸媒質(zhì)分為有線接入和無線接入兩種方式，其分類如圖7-31所示。7.6 Internet 寬帶接入方式n7.6.1 光纖接入網(wǎng)l所謂光纖接入網(wǎng)（OAN）就是采用光纖傳輸技術(shù)的接入網(wǎng)，泛指本地交換機(jī)或遠(yuǎn)端模塊與用戶之間采用光纖通信或部分采用光纖通信的系統(tǒng)。l光纖接入網(wǎng)又稱光纖用戶環(huán)路(FITL), 它是在交換局中設(shè)有光線路終端(Optical Line Terminal; OLT),在用戶側(cè)有光網(wǎng)絡(luò)單元(Optical Network Unit; ONU ,ONU),OLT和ONU之間用光纖連

44、接。lFTTH(光纖到戶)是指將光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)安裝在住家用戶或企業(yè)用戶處，一直被認(rèn)為是接入網(wǎng)的明日之星，也是寬帶發(fā)展的最終理想。7.6 Internet 寬帶接入方式7.6 Internet 寬帶接入方式圖7-32 光纖接入網(wǎng)n7.6.2 銅纜接入技術(shù)lDSL(Digital Subscriber Line，數(shù)字用戶線)是以銅質(zhì)電話線為傳輸介質(zhì)的傳輸技術(shù)組合，它直接將數(shù)字信號(hào)調(diào)制在電話線上(并沒有經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換)，所以可以獲得比普通調(diào)制解調(diào)器高得多的帶寬和速率。lDSL包括HDSL（高速數(shù)字用戶線）、VDSL（高速不對(duì)稱數(shù)字用戶線）和ADSL（不對(duì)稱數(shù)字用戶線）等，一般稱之為xDSL技術(shù)

45、。不同數(shù)字用戶線技術(shù)的主要區(qū)別就是體現(xiàn)在信號(hào)傳輸速度和有效距離的不同，以及上行速率和下行速率對(duì)稱性的不同。 lADSL具有傳輸速率高、頻帶寬、性能優(yōu)、安裝方便。7.6 Internet 寬帶接入方式7.6 Internet 寬帶接入方式圖7-33 ADSL是Internet用戶的廣泛使用的接入方案n7.6.2 以太網(wǎng)接入方式l以太網(wǎng)的幀格式和IP數(shù)據(jù)包是一致的，用以太網(wǎng)傳輸IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)沒有任何格式轉(zhuǎn)換問題。速率分為10/100/1000 Mbps 三種等級(jí)，可按需升級(jí)，萬兆（10 Gb/s)以太網(wǎng)技術(shù)也已經(jīng)問世。l局域網(wǎng)接入方式如圖7-34所示。 7.6 Internet 寬帶接入方式7.6

46、 Internet 寬帶接入方式圖7-34 局域網(wǎng)接入方式n7.6.3 無線寬帶接入技術(shù)l無線接入是指用無須物理傳輸媒質(zhì)的無線傳輸手段來代替接入網(wǎng)的部分甚至全部的接入技術(shù)。無線接入以改進(jìn)靈活性和擴(kuò)展傳輸距離為目的。l1.衛(wèi)星接入方式u衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由空間部分通信衛(wèi)星和地面部分通信地面站兩大部分構(gòu)成的。u衛(wèi)星系統(tǒng)既可以和地面系統(tǒng)相結(jié)合，又可以繞開復(fù)雜的地面網(wǎng)絡(luò)建立獨(dú)立的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。u從將來的發(fā)展來看，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)因其覆蓋面廣、容易部署等特點(diǎn)，在將來有可能取代目前傳輸速率參差不齊、接入方式復(fù)雜的地面網(wǎng)絡(luò)，并提供全球?qū)拵е鞲上到y(tǒng)。7.6 Internet 寬帶接入方式7.6 Internet 寬帶接入方式

47、圖7-35 衛(wèi)星通信示意圖。衛(wèi)星從一個(gè)地面站接收信號(hào)，再轉(zhuǎn)發(fā)至另一地面站l2無線局域網(wǎng)u無線局域網(wǎng)絡(luò)利用射頻(Radio Frequency；RF)的技術(shù)，取代雙絞銅線所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)，使得無線局域網(wǎng)絡(luò)能免去了大量的布線工作，只需要安裝一個(gè)或多個(gè)無線訪問點(diǎn)（AP)，就可以覆蓋一個(gè)建筑內(nèi)的局域網(wǎng)絡(luò)，而且便于管理和維護(hù)。uWiFi的全稱是：Wireless Fidelity，是無線保真的縮寫。 u在現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)基礎(chǔ)之上增加AP，就可以把小型網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展成幾百個(gè)、上千個(gè)用戶的大型網(wǎng)絡(luò)，并且能夠提供節(jié)點(diǎn)間“漫游”等有線網(wǎng)絡(luò)無法實(shí)現(xiàn)的特性。u利用WiFi技術(shù)構(gòu)建家庭無線局域網(wǎng)是WLAN最常見的應(yīng)用了。7

48、.6 Internet 寬帶接入方式l3.藍(lán)牙技術(shù)u藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信（一般在10米內(nèi)）的無線電技術(shù)。u利用“藍(lán)牙”技術(shù)，能夠有效地簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。7.6 Internet 寬帶接入方式n本章主要介紹計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)的基本概念、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)及互聯(lián)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)等知識(shí)，通過本章的學(xué)習(xí)使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有一個(gè)基本的了解。n通信是指一個(gè)信號(hào)在介質(zhì)中從發(fā)送端傳至接收端的傳輸，介質(zhì)是發(fā)送者與接收者之間攜帶信號(hào)的任何事物。目前通信技術(shù)主要包括有線通信和無線通信兩

49、種技術(shù)。寬帶與復(fù)用技術(shù)大大提高了介質(zhì)通信能力，光纖通信是未來最有潛力的發(fā)展方向。n計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通信，它們必須采用相同的信息交換規(guī)則，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中用于規(guī)定信息的格式以及如何發(fā)送和接收信息的一套規(guī)則稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或通信協(xié)議。OSI為理解協(xié)議的作用提供了模型參考。n網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)離不開通信協(xié)議，Internet正是依靠TCP/IP協(xié)議和各種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了各種不同類型網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。需要同學(xué)們掌握IP地址、域名等基本概念，并了解Internet的應(yīng)用與接入技術(shù)。本章小結(jié)n一、思考題l1.人類通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展歷史中發(fā)生了哪些重大事件？從中我們能得到哪些啟示？u

50、電報(bào)與電話的發(fā)明使得人們由短距離通信轉(zhuǎn)入長距離通信，從而開辟了近代通信的歷史u由于無線通信技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了廣播、電視的傳輸，不僅可傳送聲音，亦可傳送圖形和圖像，廣播與報(bào)紙、廣告、書籍等印刷品一同被稱為大眾傳媒。u主機(jī)主機(jī)間的通信迅速成為需求，因此產(chǎn)生了包(packed)交換網(wǎng)絡(luò)和個(gè)人數(shù)據(jù)網(wǎng)。u20世紀(jì)70年代初產(chǎn)生了多種包交換技術(shù)。u20世紀(jì)80年代以后，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路、數(shù)字傳輸理論和技術(shù)、商用通信衛(wèi)星、程控?cái)?shù)字交換機(jī)、光纖通信、綜合數(shù)字業(yè)務(wù)等一系列技術(shù)都得到了迅速發(fā)展和應(yīng)用。思考與練習(xí)l2.簡(jiǎn)述通信系統(tǒng)模型的工作原理。u信源（發(fā)送方）

51、的作用是把消息轉(zhuǎn)換成要發(fā)送的信號(hào)。原始信號(hào)需要完成某種變換（如編碼與調(diào)制），編碼器是將信源輸出的消息或消息序列轉(zhuǎn)換成適合通信系統(tǒng)要求的信號(hào)的設(shè)備，使信號(hào)適合在信道中傳輸。l3.基帶傳輸與頻帶傳輸?shù)闹饕獏^(qū)別是什么？為什么基帶傳輸要占用信道的全部帶寬？u（1）基帶傳輸 基帶傳輸是按照數(shù)字信號(hào)原有的波形（以脈沖形式）在信道上直接傳輸，它要求信道具有較寬的通頻帶?；鶐鬏敳恍枰{(diào)制、解調(diào)，設(shè)備花費(fèi)少，適用于較小范圍的數(shù)據(jù)傳輸。 基帶傳輸時(shí)，通常對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行一定的編碼，數(shù)據(jù)編碼常用三種方法：非歸零碼NRZ、曼徹斯特編碼和差動(dòng)曼徹斯特編碼。后兩種編碼不含直流分量，包含時(shí)鐘脈沖，便于雙方自同步，因此，得到

52、了廣泛的應(yīng)用。u基帶需要獨(dú)占電線的容量。在基帶傳輸中，當(dāng)沒有數(shù)據(jù)傳輸或長時(shí)間傳輸0或1時(shí)，信號(hào)狀態(tài)不發(fā)生改變，信號(hào)頻率幾乎為0；當(dāng)0與1交錯(cuò)傳輸時(shí)，信號(hào)狀態(tài)改變最頻繁，即信號(hào)頻率達(dá)到最大。所以，基帶傳輸占用的頻率范圍為0Max赫茲的全部帶寬基帶系統(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備都共享相同的信道。u l3.基帶傳輸與頻帶傳輸?shù)闹饕獏^(qū)別是什么？為什么基帶傳輸要占用信道的全部帶寬？u（2）頻帶傳輸 頻帶傳輸是一種采用調(diào)制、解調(diào)技術(shù)的傳輸形式。在發(fā)送端，采用調(diào)制手段，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行某種變換，將代表數(shù)據(jù)的二進(jìn)制“1”和“0”，變換成具有一定頻帶范圍的模擬信號(hào)，以適應(yīng)在模擬信道上傳輸；在接收端，通過解調(diào)手段進(jìn)行相反變換，把

53、模擬的調(diào)制信號(hào)復(fù)原為“1”或“0”。常用的調(diào)制方法有：頻率調(diào)制、振幅調(diào)制和相位調(diào)制。 具有調(diào)制、解調(diào)功能的裝置稱為調(diào)制解調(diào)器，即Modem。 頻帶傳輸較復(fù)雜，傳送距離較遠(yuǎn)，若通過市話系統(tǒng)配備Modem，則傳送距離可不受限制。uPLC網(wǎng)一般范圍有限，故PLC網(wǎng)多采用基帶傳輸。 基帶傳輸和頻帶傳輸最大的區(qū)別就是要不要經(jīng)過調(diào)制，通俗點(diǎn)就是需要不需要調(diào)制解調(diào)器，基帶傳輸是按照數(shù)字信號(hào)原有的波形（以脈沖形式）在信道上直接傳輸，頻帶傳輸是一種采用調(diào)制、解調(diào)技術(shù)的傳輸形式，而連在交換機(jī)上的若干PC通信時(shí)，只在雙方獨(dú)自的信道傳輸，不是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)！n一、思考題l4.理解數(shù)字通信系統(tǒng)中帶寬的概念。u帶寬就是媒體能夠

54、傳輸?shù)男盘?hào)最高頻率和最低頻率的差值。u數(shù)字通信系統(tǒng)中“帶寬”的含義完全不同于模擬系統(tǒng)，它通常是指數(shù)字系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸速率。思考與練習(xí)l5.數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有哪些，如何計(jì)算？l1.有效性指標(biāo)u數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率來衡量，傳輸速率越高，則系統(tǒng)的有效性越好。u(1)碼元傳輸速率u通常又可稱為碼元速率，是指單位時(shí)間（每秒鐘）內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，用符號(hào)RB來表示。u（2）信息傳輸速率u信息傳輸速率可簡(jiǎn)稱信息速率，又可稱為比特率等。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理1(Baud)(B)BBRT注意公式中符號(hào)下腳標(biāo)“ ”用大寫表示u(3)頻帶寬度u因?yàn)閭鬏斔俾试礁?，所占用的信道頻帶越寬。u在計(jì)算

55、信道容量時(shí)，頻帶寬度是一個(gè)重要的指標(biāo)。奈奎斯特定理和香農(nóng)的有噪信道編碼定理中給出了信道容量與頻帶寬度的關(guān)系。l2.可靠性u(píng)（1）誤碼率（碼元差錯(cuò)率）Pe是指發(fā)生差錯(cuò)的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，即：7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理()bits/s(/)H XRT或比特 秒u（2）誤信率（信息差錯(cuò)率）Pb是指發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例，即7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理eP 錯(cuò)誤的碼元數(shù)傳輸?shù)目偞a元數(shù)bP 錯(cuò)誤的比特?cái)?shù)傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)l6.什么是信道容量？無噪聲信道與有噪聲信道計(jì)算公式適用于什么范圍？信道容量如何計(jì)算？u數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笏俾?/p>

56、給出了一個(gè)理論上的上限。對(duì)于采用二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)的傳輸方案，奈奎斯特定理指出，在帶寬為B的傳輸系統(tǒng)上所能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率以每秒位數(shù)表示時(shí)可達(dá)到2B。更一般地，如果被傳輸?shù)男盘?hào)包含N個(gè)狀態(tài)值（即信號(hào)的狀態(tài)數(shù)為N），那么帶寬為B赫茲信道所能承載的最大數(shù)據(jù)傳輸速率（信道容量）是：u奈奎斯特定理描述了有限帶寬、無噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率與信道帶寬的關(guān)系。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理22 log NCBl2.有噪信道編碼定理u香農(nóng)(Shannon) 提出并證明了在噪聲影響下傳輸系統(tǒng)所能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。該定理被稱為有噪信道編碼定理，也稱為香農(nóng)第二定理。其計(jì)算公式表達(dá)如下：u香農(nóng)的有噪信道編碼理

57、論的貢獻(xiàn)在于，若在信息傳輸率R小于信道容量C（即RC），則可以找到一種信道編碼方法，使得信源信息可以在有噪聲信道進(jìn)行無差錯(cuò)傳輸，u如果信息傳輸率R大于信道容量C（RC），那么無差錯(cuò)傳輸在理論上是不可能的。u香農(nóng)公式的理論價(jià)值在于給出頻帶利用的理論極限值。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理2Wlog (1)SCNl7.為什么通信系統(tǒng)中要進(jìn)行信道差錯(cuò)控制？其主要方法有哪些？u香農(nóng)的研究證明：如果把要傳送的消息在傳送前事先進(jìn)行編碼，并在接收端采用適當(dāng)?shù)淖g碼，則消息有可能得到無錯(cuò)誤的傳輸，也就是說，通過不可靠的信道可以實(shí)現(xiàn)可靠的信息傳輸。u信道編碼的目的是提高信息傳輸或通信的可靠性，降低誤碼率，使系統(tǒng)具有一定

58、的糾錯(cuò)能力和抗干擾能力，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理幾種差錯(cuò)控制方法：u(1)前向糾錯(cuò)方式（FEC）通信中在接收端收到傳輸碼字后，由譯碼器自動(dòng)糾正傳輸中的錯(cuò)誤，稱為前向糾錯(cuò)。u(2)檢錯(cuò)重發(fā)方式（ARQ)發(fā)送端編碼器進(jìn)行差錯(cuò)編碼，接收端譯碼器只檢錯(cuò)不糾錯(cuò)。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理u（3）混合糾錯(cuò)（HEC方式）將前向糾錯(cuò)及檢錯(cuò)重發(fā)方式結(jié)合起來使用，發(fā)送端的編碼兼具檢錯(cuò)及糾錯(cuò)能力。7.2 數(shù)據(jù)通信的基本原理n一、思考題l8.在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,主要采用哪些多路復(fù)用技術(shù)？u數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，傳輸媒體的帶寬或容量往往會(huì)超過傳輸單一信號(hào)的需求，為了有效地利用

59、通信線路,希望一個(gè)信道同時(shí)傳輸多路信號(hào)，這就是所謂的多路復(fù)用技術(shù)(MultiplexiI1g)。采用多路復(fù)用技術(shù)能把多個(gè)信號(hào)組合起來在一條物理信道上進(jìn)行傳輸，在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)可大大節(jié)省電纜的安裝和維護(hù)費(fèi)用。頻分多路復(fù)用FDM (Frequency Division Multiplexing)和時(shí)分多路復(fù)用TDM (Time Di-vision MultiplexiIIg)是兩種最常用的多路復(fù)用技術(shù)。u(FDM) 頻分復(fù)用按頻譜劃分信道，多路基帶信號(hào)被調(diào)制在不同的頻譜上。因此它們?cè)陬l譜上不會(huì)重疊，即在頻率上正交，但在時(shí)間上是重疊的，可以同時(shí)在一個(gè)信道內(nèi)傳輸。思考與練習(xí)n8.在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)

60、絡(luò)系統(tǒng)中,主要采用哪些多路復(fù)用技術(shù)？u時(shí)分復(fù)用TDM是采用同一物理連接的不同時(shí)段來傳輸不同的信號(hào)，也能達(dá)到多路傳輸?shù)哪康摹⒁粭l物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片輪流地分配給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)占用,而不像FDM那樣,同一時(shí)間同時(shí)發(fā)送多路信號(hào)。u波分復(fù)用(WDM)是將兩種或多種不同波長的光載波信號(hào)（攜帶各種信息）在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器(亦稱合波器，Multiplexer)匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)；在接收端，經(jīng)解復(fù)用器(亦稱分波器或稱去復(fù)用器，Demultiplexer)將各種波長的光載波分離，然后由光接收機(jī)作進(jìn)一步處理以恢復(fù)原信號(hào)。n一、思考題l9.什么