计算机网络技术及应用
第1讲 计算机网络概论
计算机网络的形成与发展
计算机网络的基本概念
计算机网络的拓扑结构
计算机网络的分类
网络体系结构的基本概念
前言
学习内容及要求：
掌握计算机网络相关基本概念
熟悉网络的硬、软件
熟练掌握WIN2K网络操作系统
能组简单的局域网
能进行简单的TCP/IP参数设置
能简单配置路由器和交换机
计算机网络的形成与发展
其发展经历了四个阶段：
(1)20世纪50~60年代，出现以单个计算机为中心的远程连机系统，构成面向终端的计算机网络；
(2)20世纪60~70年代，出现了多个主计算机通过通信线路互连的计算机网络。ARPANET投入使用；
(3)世纪70~80年代，出现具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议的计算机网络。
(4)从90年代算起，网络互联与高速网络。
终端、工作站、无盘工作站
终端 —— 严格地说只是提供输入、输出的设备，没有自己的CPU，是主机的输入、输出设备，离开主机不能进行工作。
工作站 —— 是一台独立可运行的计算机，许多工作可自己完成，只是到需要时才使用服务器。如：Client/Server结构网络。
无盘工作站 —— 与工作站的区别仅在于无外存设备。如：无硬盘。
发展第一阶段：远程信息处理系统
为方便输入/输出，最先出现了计算机与终端的互联，如收发器、电传打字机等
计算机与终端之间为数字信号，而电话线传输模拟信号，于是出现MODEM(猫)，再考虑到接口问题，出现了线路控制器。
为了使用多终端，出现了多重线路控制器
为了解决主机负担问题，出现前端处理机
为了节省通信费用，出现了集中器
发展第二阶段：计算机互联网络
1964年提出了存储转发的概念。网络中传送的信息被划分成分组(packet) ，称为分组交换网
于1969年12月在美国国防部高级研究规划局(DARPA)的资助下建立了世界上第一个远程分组交换的ARPANET，标志着我们目前计算机网络的兴起。也是Internet的前身。该网由通信子网和资源子网组成 。
第三阶段：计算机网络体系结构形成
随着ARPANET的建立，各个国家甚至大公司都建立了自己的网络，这些网络体系结构各不相同，协议也不一致。不同体系结构的产品难以实现互连；为网络的互联、互通带来困难。
80年代开始，人们着手寻找统一网络结构和协议的途径。国际标准化组织 ISO下属的计算机信息处理标准化技术委员会TC97为研究网络的标准化成立了一个分委员会。1984年正式颁布了“开放系统互连基本参考模型” 。
第四阶段：网络互连与高速网络
1990年ARPANET正式宣布关闭，而NSFNET主干网经过不断扩充，最终形成世界范围的Internet。进入90年代后网络向开放、高速、高性能方向发展，可以传送数据、语音和图像等多媒体信息，安全性也更好。
1993年美国政府提出“NII行动计划” 即“国家信息基础设施”，一般称为“信息高速公路”，更在全球掀起网络建设的高潮。各类高速网不断出现。
90年代后期，美国已着手研究第二代的Internet，建立了实验性网，预计21世纪初期新一代的Internet将走向实用。
计算机网络在国内发展
我国在80年代初期已经有一部分高校和企业建立局域网，引入了国外的局域网产品。
1989年我国第一个公用分组交换网CNPAC正式运行，1993年该网扩充成层次结构的全国网CHINAPAC。
1993年我国又开始启动“金”字工程，(金桥、金卡、金关)，即“三金”工程，使我国网络发展进入了一个新的时期
目前我国有四大互联网络：
中国公用计算机互联网(CHINANET)电信网（163,169等）
中国科技网(CSNET)
中国教育和科研计算机网(CERNET)
中国国家公用经济信息网(CHINAGBNET)。
还有中国联通网,铁通网等。见图
计算机网络的基本概念
定义：
利用通信设备和线路将地理位置分散的、功能独立的自主计算机系统或由计算机控制的外部设备连接起来，在网络操作系统的控制下，按照约定的通信协议进行信息交换，实现资源共享的系统。
1、计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享
计算机资源——计算机硬件、软件和数据。
2、互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自主（治）计算机”
3、连网的计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议
如TCP/IP，对IP地址和硬件地址的简单认识
定义说明
计算机网络的组成与结构
计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能，因此计算机网络从逻辑功能上可以分成两个部分：资源子网与通信子网。
通信子网
资源子网
拥有资源的用户主机
请求资源的用户终端
通信子网接口设备和软件
提供访问网络和处理数据的能力
结点交换机（交换）
高速通信线路（传输）
提供网络通信功能，完成主机之间的数据传输、交换控制和变换等通信任务
资源子网由主机系统、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。
资源子网负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。
主机系统通常是指大型机、中型机和小型机，是资源子网的主要组成单元，它通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机（CCP）相连接。普通用户通过它连入网内。
终端是用户访问网络的界面。
资源子网
通信子网由通信控制处理机(CCP)、通信线路与其他通信设备组成，负责完成网络数据传输、转发等通信处理任务。
通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点。它一方面作为与资源子网的主机、终端连接的接口，将主机和终端连入网内；另一方面它又作为通信子网中的分组存储转发结点，完成分组的接收、校验、存储、转发等功能。
通信线路为CCP之间、CCP与主机之间提供通信信道。如，电话线、双绞线、同轴电缆、光纤电缆、无线通信信道、微波与卫星通信信道等
通信子网
现代网络结构的特点
在现代广域网结构中，随着主机系统的用户减少，资源子网的概念已经有所变化。
目前，通信子网由交换设备与通信线路组成，它负责完成网络中数据传输与转发任务。
交换设备主要是指路由器与交换机。
常见的计算机网络结构示意图如书中图所示
计算机网络组成图示
逻辑上划分为通信子网和资源子网两部分。
NCC
PSE
PSE
PSE
PSE
集
中
器
网关
主机
MUX
终端
终端
几点说明
NCC：Network Control Center网络控制中心。
PSE：Packet-Switched Exchanger 分组交换机.
MUX：Multiplexer 复用器
作业
1、简述计算机网络发展的四个阶段；
2、简述计算机网络的定义
3、简述组成计算机网络的资源子网和通信子网。
第2讲 计算机网络的分类
网络拓扑分：广播式与点到点式
按作用范围分：广域网(WAN)、局域网(LAN)、城域网(MAN)
按使用范围分：公用网、专用网
按介质分：有线网、无线网
按交换功能分：电路交换网、报文交换网、分组交换网以及混合交换网
按速率分：高速网、中速网、低速网
按网络拓扑结构划分
在采用广播信道通信子网中，一个公共的通信信道被多个网络结点共享。采用广播信道通信子网的基本拓扑结构主要有四种：总线型、树型、环型、无线通信与卫星通信。
在采用点到点线路的通信子网中，每条物理线路连接一对结点。其基本拓扑构型有：星型、环型、树型与网状拓扑。
点到点网络拓扑结构
总线形：许多计算机共享同一个总线，最常见的以太网(Ethernet)就是总线型
环形：计算机通过介质连接成环形，局域网中的令牌环即是此类型。
星形：由中心节点转发的网络结构，现在的交换式网络即属此类型。
树型：分级结构，又称为分级的集中式网络。
网状形（不规则形）：计算机之间无规则地连接，一般广域网属于不规则形
计算机网络拓扑结构图示
按网络的覆盖范围分
局域网（LAN）：用于将有限范围内的各种计算机、终端与外部设备互连成网。按采用的技术、应用范围和协议标准的不同可以分为共享局域网与交换局域网。
城域网（MAN）：介于广域网与局域网之间的一种高速网络。一般在几十公里范围内。
广域网（WAN）：范围从几十公里到几千公里。其通信子网主要使用分组交换技术。
局域网(LAN)(两种广播网络)
(a) 总线型 (b) 环型
城域网(MAN)
基于有线电视的城域网
广域网(WAN)
局域网主机与子网的关系
广域网
从发送方到接受方的分组流
网络体系结构基本概念
网络体系结构与通信协议的概念
ISO/OSI参考模型
TCP/IP参考模型
网络体系结构与通信协议概念
看一个邮政系统的结构与运行过程，
如下图所示
运输部门的邮件运输业务
通信者活动
邮局服务业务
邮局转送业务
通信者活动
邮局服务业务
邮局转送业务
邮政系统信件发送、接收过程示意图
发信者
收信者
书写信件、贴邮票、 送邮箱
收集信件、盖邮戳， 信件分拣
信件打包送运输部门
路由选择、运输
阅读信件
信件投递、信件分拣
分发邮件、邮件拆包
转送邮局，接收邮包
网络协议的概念
为了网络数据交换而制定的规则、约定与标准，称之为网络协议。网络协议主要由以下三个要素组成：
语法：用户数据与控制信息的结构与格式
语义：需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应
时序(同步)：对事件实现顺序的详细说明
层次与接口的概念
层次(layer):人们解决复杂问题的基本方法,层次结构体现出一种”分而治之”的方法
接口(interface):是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点
体系结构(architecture):网络层次结构模型与各层协议的集合.
网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义,而这些功能是用什么样的硬件与软件去完成的,则是具体的实现问题.
各层之间相互独立，高层不需要知道低层是如何实现的，而仅知道该层通过层间的接口所提供的服务。
当任何一层发生变化时，只需接口保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响。
层次结构的优点
各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不影响其他层。
整个系统被分解为若干个易于处理的部分，这使得一个庞大而复杂的系统的实现和维护变得容易。
每层的功能与所提供的服务都已有精确的说明，因此这有利于促进标准化过程。
小结
计算机网络的拓扑结构
计算机网络的分类
计算机网络体系结构的提出
作业
计算机网络按照拓扑结构是怎样分类的？请分别画图演示。
网络体系结构是怎样提出的？思考为什么提出网络体系结构。
什么是网络协议，它由哪三个要素组成？
ISO/OSI参考模型
TCP/IP参考模型
第3讲 两种体系结构
ISO/OSI参考模型
提出：
两个组织：
CCITT与ISO
1974年，ISO发布了著名的ISO/IEC7498标准，它定义了网络互连的7层框架，即OSI参考模型。在OSI下，进一步详细规定了每一层的功能，以实现开放系统环境中的互连性、互操作性和应用的可移植性。
ISO/OSI参考模型的结构
1)参考模型
2)分层原则
3)数据单元
物理层
物理层,是实现系统通信媒体的物理接口,是在物理媒体上之上的为上一层提供一个传输原始比特流的物理连接。
数据以Bit或Byte为单位传输
提供服务 提供一个透明的位流传送。
主要功能 提供物理连接，完成位流传
传输通路的建立，维持和释放。
提供各种服务元素
对传输通路进行监督，
提供故障状态报告
规定机械，电气，功能和过程特性
数据链路层，完成对位流的传送和控制，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。
数据以帧（Frame）为单位传输
提供服务 链路层的连接和释放
数据链路服务数据单位的透明传送
数据单位和服务质量的控制
主要功能 帧同步、链路管理、差错控制、流量控制
数据链路层
网络层
网络层，在网络结点间提供路由选择和数据交换等操作,为传输层提供整个网络范围内两个终端用户之间数据传输的通路。
数据以分组或包（Packet）为单位传输，
作用：发送上一层（传输层）送来的分组
主要功能 路径选择、流量控制
传输层，解决的是计算机程序到计算机程序之间的通信问题，即所谓的“端”到“端”的通信。传输层对信息流具有调节作用，提供可靠性传输，确保数据到达无误。
传输的数据单元为报文(segment)
主要功能：将传输层的传输地址映射到网络层的网络地址
传输层
对话层
对话层，提供一种有效的方法，以组织并协调两个表示实体间的对话并管理它们间的数据交换。即负责在应用进程间建立，组织和同步其对话，检查和恢复与语义及上下有关的传送差错
表示层和应用层
表示层，信息表示方法的转换，为信息传递提供表示方法。
提供服务 符集代码转换数据格式化
应用层，为用户提供一个OSI的工作环境，为网络用户之间的通信提供专用的程序。 如：WWW服务、电子邮件、OICQ聊天、FTP等
用层表示的数据包发送接收过程
数据封装(发送)
数据解封(接收)
发送接收过程
TCP/IP参考模型(Internet四层模型)
OSI模型与TCP/IP模型比较
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
应用层
传输层
互联层
主机 — 网络层
OSI参考模型
TCP/IP参考模型
主机—网络层
它负责通过网络发送和接收IP数据报。
它包括各种物理网协议，例如局域网的Ethernet、局域网的令牌环、分组交换网的等。
互联层
它负责将源主机的报文分组发送到目的主机，源主机与目的主机可以在一个网上，也可以在不同的网上。
其主要功能如下：
1）接收到分组发送请求后，将分组装入IP数据报，填充报头并选择发送路径，然后将数据报发送到相应的网络输出线
2）接收到其他主机发送的数据报后，检查目的地址，如需要转发，则选择发送路径，转发出去；如目的地址为本结点IP地址，则除去报头，将分组交送传输层处理。
3）处理互连的路径、流控与拥塞问题。
传输层
它负责在应用进程之间的端端通信。
主要目的：在互联网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端-端连接。
有两种协议：
传输控制协议（TCP）
用户数据报协议（UDP）
应用层
该层包括了所有的高层协议，并且总是有新的协议加入。目前有：
网络终端协议（telnet）
文件传输协议（ftp)
简单邮件传输协议（SMTP)
域名系统（DNS）
简单网络管理协议（SNMP）
路由信息协议（RIP）
网络文件系统（NFS）
超文本传输协议（HTTP）
网络协议介绍
TCP/IP协议（Internet协议）国际互联通信协议族，实现各种计算机互联通信分组交换网络：
TCP:传输控制协议，在传输层
IP：网际互联协议：在网络层
物理网络（硬件）
网络接口链路
网络层
传输层
应用层
双绞线、同轴电缆、光纤、交换机等
、、HDLC等
IP、TCMP、ARP
TCP、UDP
SMTP、FTP、HTTP、TELNET、POP3等
本章总结
计算机网络的发展
计算机网络的概念与分类
网络协议
ISO/OSI参考模型
TCP/IP参考模型
作业
简述OSI参考模型的各层的功能
简述TCP/IP参考模型的各层的功能
TCP/IP模型中的应用层中主要有哪几种协议？分别说明。
简述TCP与UDP。
第4讲 局域网操作系统
基本概念和知识
Windows NT操作系统
LANOS的基本概念和知识
LANOS的定义
LANOS的发展
基本功能
LANOS的定义
就是利用局域网低层提供的数据传输功能,为高层网络用户提供共享资源管理服务,以及其他网络服务功能的局域网系统软件 .
OS与NOS:
下图给出了管理单台计算机资源的一种程序的操作系统。
在这种单机方式下，可管理的资源有：
本地文件系统；
计算机的存储器；
加载和执行应用程序；
对所连的外部设备进行输入／输出；
在多个应用程序间进行CPU调度。
NOS管理的资源有：
由其它工作站访问的文件系统；
在NOS上运行的计算机的存储器；
加载和执行共享应用程序；
对共享网络设备的输入／输出；
在NOS进程之间的CPU凋度。
总之，网络操作系统（NOS）与操作系统的不同在于它们提供的服务有差别。 一般他说， NOS偏重于将“与网络活动相关的特性加以优化，即经过网络来管理诸如共享数据文件、软件应用和外部设备之类的资源；
而操作系统（OS）则偏重于优化用户与系统的接口以及在其上面运行的应用。
因此，NOS可定义为经整个网络管理资源的一种程序 。
NOS基本任务：
屏蔽本地资源与网络资源的差异性
为用户提供各种基本网络服务功能
完成网络共享系统资源的管理
提供网络系统的安全性服务。
LANOS的发展
分类：面向任务型与通用型。
通用型又分为：变形级系统与基础级系统
前者是在原有的单机OS的基础上，通过增加网络服务功能构成的；
后者是以计算机硬件为基础，根据网络服务的特殊要求，直接利用计算机硬件与少量软件资源专门设计的。
发展：对等结构非对等结构
对等结构
非对等结构
以共享硬盘服务为基础的系统
以共享文件服务为基础的系统
变形级系统
基础级系统
对等结构LANOS
在该OS中，所有的连网结点平等，安装在每个连网结点的操作系统软件相同，连网计算机的资源在原则上都是可以相互共享的。
每台连网计算机都以前后台方式工作，前台为本地用户提供服务，后台为其他结点的网络用户提供服务。
结点
结点
结点
结点
结点
对等结构
对等网用于以下情形：
1）网络用户较少；
2）网络用户都处于同一区域中；
3）对于网络来说，网络安全不是最重要的。
优点：1）结构相对简单，网中任何结点间均能直接通信；
2）网络成本低、网络配置和维护简单。
缺点：1）网络性能较低；
2）数据保密性差；
3）文件管理分散；
4）计算机资源占用大。因为每台连网结点既要完成工作站的功能，又要完成服务器的功能
非对等结构LANOS
连网的结点分为：服务器与工作站
在非对等结构局域网中，连网计算机都有明确的分工。
网络服务器采用高配置与高性能的计算机，以集中方式管理局域网的共享资源，并为网络工作站提供各类服务。
工作站一般是配置较低的微型机系统，主要为本地用户访问本地资源与访问网络资源提供服务。
文件服务器
支持文件的概念和标准的文件操作，提供网络用户访问文件、目录的并发控制和安全保密措施。
因此，具行完善的文件管理功能，能对全网实行统一的文件管理。
LANOS的基本功能
LAN基本构成：
硬件：标准以太网卡、非屏蔽双绞线、集线器或交换机；
软件：局域网操作系统（lanOS）,如windows NT server，Netware，lan server、UNIX、linux。
如图教材5-3所示。
基本功能：
文件服务：
文件服务是局域网操作系统操作中最重要、最基本的网络服务。文件服务器以集中方式管理共享文件，为网络提供完整的数据、文件、目录服务。用户可以根据所规定的权限对文件进行建立、打开、删除、读写等操作
打印服务
共享打印服务可以通过设置专门的打印服务器来实现，打印服务器也可由文件服务器或工作站兼任。
数据库服务
CLIENT/SERVER工作模式以数据库管理系统为后援，将数据库操作与应用程序分离开来，分别由服务器端数据库和客户端工作站来执行。用户可以使用结构化查询语言SQL向数据库服务器发出查询请求，由数据库服务器完成查询后再将结果传送给用户。CLIENT/SERVER工作模式优化了局域网操作系统的协同操作性能，有效地增强了局域网操作系统的服务功能。
通信服务
局域网操作系统提供的通信服务主要有工作站与工作站之间的对等通信、工作站与主机之间的通信服务等功能。
信息服务
局域网可以存储一转方式或对等的点一点通信方式向用户提供电子服务邮件，也可提供文本文件、二进制数据文件的传输服务以及图象、视频、语音等数据的同步传输服务。
分布式服务
局域网操作系统的分布式服务功能，将不同的地理位置的互局域网中的资源组织在一个全局性的、可复制的分布式数据库中，网络中的多个服务器均有该数据库的副本。用户在一个工作站上注册，便可与多个服务器连接。服务器资源的存放位置对于用户来说是透明的，用户可以通过简单的操作访问大型互连局域网中的所有资源。
网络管理服务
提供了丰富的网络管理服务工具,可以提供网络性能分析、网络状态监控、存储管理等多种管理服务。
Internet/Intranet服务
支持TCP/IP，提供各种Internet服务，支持Java应用开发工具，使局域网服务器很容易成为web服务器。
Windows NT操作系统
Windows NT的发展
Windows NT的特点
Windows 2000 Server的特点
Windows NT的发展
Windows ：DOS环境中增加图形用户界面
Windows ：降低了对微型机配置的要求，而且在网络性能、安全性与网络管理等方面都有了很大的提高。
Windows 2000：以Windows 为基础开发出来的，是服务器端的多用途网络操作系统。
Windows NT的特点
1、域的概念：
域,是安全边界.类似工作组但是比工作组功能强大,安全性高.
如果说工作组是“免费的旅店”那么域（Domain）就是“星级的宾馆”；工作组可以随便出出进进，而域则需要严格控制。
“域”的真正含义指的是服务器控制网络上的计算机能否加入的计算机组合。一提到组合，势必需要严格的控制。所以实行严格的管理对网络安全是非常必要的。
在对等网模式下，任何一台电脑只要接入网络，其他机器就都可以访问共享资源，如共享上网等。尽管对等网络上的共享文件可以加访问密码，但是非常容易被破解。
域需要域控制器
在windows NT域中，有主域控制器(primary domain controller)，它往往是一台运行windows NT server的计算机；
此外，还有后备域控制器(backup domain controller)与普通服务器，它们都是运行windows NT server的计算机。
主域控制器保存用户文件与应用程序，对网络文件访问进行集中、高效地管理，并为用户与用户组提供信息。
后备域控制器的主要功能是提供系统容错，它保存着用户与用户组信息的备份。
Windows NT的特点：
内存与任务管理：32位体系结构，内存空间可达4GB。
开放的体系结构：内置了四种标准网络协议：TCP/IP、MWLink、Netbios的扩展用户接口（netbeui)、数据链路控制协议。
内置管理：安全保密机制，可为每个文件设置不同的访问权限
集中式管理：利用域与信任关系实现对大型网络的管理；
用户工作站管理：通过用户描述文件，可对工作站用户的优先级、网络连接、程序组与用户注册进行管理。
Widows 2000 server操作系统
活动目录Active directory（AD）：是一种目录服务，它存储有关网络对象的信息，例如用户、组、计算机、共享资源、打印机和联系人等信息，并使管理员和用户可以方便地查找和使用这些网络信息。
域仍是windows2000server的基本管理单位，但增加了许多的新功能。
域与工作组
1、创建方式不同，“工作组”可以由任何一个计算机的主人来创建，他在“工作组”输入新名称，重新启动一下就创建了一个新组，每一个电脑都可以创建一个组。而“域”只能由服务器来创建，其他的计算机只能加入这个域。
如图
域与工作组
2、安全机制不同，在“域”中有可以登录该域的帐号，这些由域管理员来建立。在“工作组”中不存在组帐号，只有本机上的帐号和密码。
域与工作组
3、登录方式不同，在工作组方式下，计算机启动后自动就在工作组中。登录"域"是要提交"域用户名"和"密码"，一旦登录，便被赋予相应的权限。
小结
LANOS的基本概念
对等与非对等LANOS
LANOS的基本功能
对域的理解
Windows NT的特点
Windows 2000 server的新功能
作业
什么是局域网OS，其基本任务是什么？
说明对等网的特点.
LANOS的基本功能有哪些，简述之
简述域与工作组的区别。
第5讲 数据通信基本概念
基本概念
几个术语
模拟与数字通信的表示
数字通信中的主要技术指标
几种通信方式
数据通信基本概念
数据通信的定义 ：是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列的过程。
模拟数据通信和数字数据通信
几个术语的解释
模拟信号和数字信号的表示
模拟数据和数字数据的表示
几个术语
数据－定义为有意义的实体。数据可分为模拟数据和数字数据。模拟数据是在某区间内连续变化的值；数字数据是离散的值
信号－是数据的电子或电磁编码。信号可分为模拟信号和数字信号。
模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波；数字信号则是一系列离散的电脉冲。可选择适当的参量来表示要传输的数据
信息－是数据的内容和解释
信源－通信过程中产生和发送信息的设备或计算机
信宿－通信过程中接收和处理信息的设备或计算机
信道－信源和信宿之间的通信线路
模拟信号和数字信号的表示
模拟信号和数字信号可通过参量(幅度)来表示： 如图所示
模拟数据和数字数据的表示
模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，因而无论信源产生的是模拟数据还是数字数据，在传输过程中都可以用适合于信道传输的某种信号形式来传输
1）模拟数据可以用模拟信号来表示。模拟数据是时间的函数，并占有一定的频率范围，即频带。这种数据可以直接用占有相同频带的电信号，即对应的模拟信号来表示。模拟电话通信是它的一个应用模型
2）数字数据可以用模拟信号来表示。如Modem可以把数字数据调制成模拟信号也可以把模拟信号解调成数字数据。用Modem拨号上网是它的一个应用模型
3）模拟数据也可以用数字信号来表示。对于声音数据来说，完成模拟数据和数字信号转换功能的设施是编码解码器CODEC。
它将直接表示声音数据的模拟信号编码转换成二进制流近似表示的数字信号;
而在线路另一端的CODEC,则将二进制流码恢复成原来的模拟数据。数字电话通信是它的一个应用模型
4）数字数据可以用数字信号来表示。数字数据可直接用二进制数字脉冲信号来表示，但为了改善其传播特性，一般先要对二进制数据进行编码。数字数据专线网DDN网络通信是它的一个应用模型
数据通信中的主要技术指标
数据传输速率:
1)数据传输速率--每秒传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps或b/s;
2)信号传输速率--单位时间内通过信道传输的码元数，单位为波特，记作Baud。信号传输速率,也称码元速率、调制速率或波特率
信道容量：
信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，单位：位/秒(bps)
信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输速率。
如公路上的最大限速与汽车实际速度的关系。
带宽与信道容量
1、奈奎斯特定理：频带宽度为B（赫兹）的无噪声数字信道，所能传输的信号的最高码元速率为2B波特，则最大数据传输速率（信道容量）C可由下式确定：
C=2Blog2N 比特/秒
式中，N为码元所能取的离散值的个数，即给定时刻数字信号可能取的电平状态个数。
例：若一理想低通信道带宽为6kHz，并通过4个电平的数字信号，则在无噪声情况下，信道容量为：
C=2×6×log24 =24kbps
带宽与信道容量
2、香农定理
B是信道带宽（赫），S是信号功率（瓦），N是噪声功率（瓦）
信噪比（dB）=10lg（S/N）
例如：电话拨号线路，信道带宽4000Hz，以信噪比30dB计算，信道容量C=4000*log2（1＋103 ）=40Kbps
数字信号的频带特性
数字信号方波频带从0~∞
因此当这样的信号通过带限信道时，会发生变形。
当数字信号传输速度越快，由于变形所造成的相互干扰越严重。
数字信号通过带限信道
因此信道容量和频带宽度呈一定比例关系。
影响信道容量的因素-1
香农公式 C=Hlog2（1＋S/N）(bps)
带宽
信噪比（信号功率/噪声功率）
影响信道容量的因素-2
信道容量不仅由传输介质决定，还受到信道上网络设备处理速度的影响。
带宽就像水管的粗细
网络设备就像水管的阀门、连接器等
数据就像水管中的水
信道容量
带宽就像道路的宽窄
数据就像要跑在道路上的车
误码率--二进制数据位传输时出错的概率
它是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。
在计算机网络中，一般要求误码率低于10-6，若误码率达不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错
公式：Pe=Ne/N
式中 Ne为其中出错的位数； N 为传输的数据总数
带宽
在模拟系统中，当输入的信号频率高或低到一定程度，使得系统的输出功率成为输入功率的一半时(即-3dB)，最高频率和最低频率间的差值就代表了系统的通频带宽，其单位为赫兹(Hz)。
比如在传统的固定电话系统中，从固定话机终端到交换中心的双绞线路系统(Twist pair)，所能提供的通信带宽可以到2MHz以上，其中我们的语音通信只使用了从300Hz~3400Hz的频段，使用的通信带宽约为3KHz。现在，基于双绞线传输的xDSL接入网技术，能够充分使用语音带宽以外的频率，高速传送数据业务，实现宽带网接入。
带宽
图 模拟电话线的频带
(300Hz~3400Hz为语音通信频带，25KHz~为ADSL频带)
通信方式
按信道数分:并行通信与串行通信
串行通信:成本低，
远程通信中常用
需解决位同步问题
并行通信:成本高，
速度快,用于近距离
通信
并行通信方式
并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。
并行方式主要用于近距离通信。计算机内的总线结构就是并行通信的例子。
这种方法的优点是传输速度快，处理简单。 见图 并行数据传输
串行通信方式
串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由具有几位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并--串转换硬件转换成串行方式，再逐位经传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。
串行数据传输的速度要比并行传输慢得多，但对于覆盖面极其广阔的公用电话系统来说具有更大的现实意义。
见图 串行数据传输
串行通信的方向性结构
串行数据通信的方向性结构有三种，即单工、半双工和全双工
单工数据传输只支持数据在一个方向上传输；
半双工数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输.它实际上是一种切换方向的单工通信；
全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输.因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力
同步技术
同步，就是要求通信的收发双方在时间基准上保持一致。
同步问题分为：
正确区分信号中的每个比特----位同步
区分每个单元（字符或字节）的开始和结束位----字符同步
区分每个完整的信号块或帧（报文）的开始和结束位----帧同步
1）位同步：
为了保持通信过程中收发双方的时钟频率一致，接收方根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率，来校正自己的时间基准与时钟频率。这个过程就是位同步。
实现位同步有两种方法：
外同步法：
是在发送段发送一路数据信号的同时，另外发送一路同步时钟信号。接受段根据接收到的同步时钟信号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步
内同步法
是从自含时钟编码的发送数据中提取同步时钟的方法
2)字符同步：
保证双方正确传输字符的过程。如ASCII码的传输。
实现字符同步的方法主要有两种：
同步式：将字符组织成组,以组为单位连续传送.在每组字符之前加上一个或多个用于同步控制的同步字符SYN，每个数据字符内不加附加位。如书中图所示
异步式：每个字符作为一个独立的整体进行发送，字符之间的时间间隔可以是任意的。
如书中图所示，为了实现字符同步，每个字符的第一位前加1位起始位（逻辑“1”），字符的最后一位后加1、或2位终止位（逻辑“0”）。
同步通信方式更适用于高速数据传输。
同步、异步
（a）单同步格式
（b）双同步格式
（a）异步格式
本课小结
数据通信的基本概念和术语
数据通信的一般过程
数据传输的类型与方式:并行与串行通信,单工、半双工、全双工通信，基于同步问题的同步与异步通信。
作业
1、简述并熟记几个术语与概念：数据传输速率，信道容量，误码率。
2、简述并画图说明串行、并行通信与单工、双工、半双工通信。
3、说明什么是同步，分为哪两类，有何实现方法？
4、写出计算信道容量的两个公式，并举例计算。
第6讲 数据通信基础二
一、传输介质及主要特性
二、基带传输
三、频带传输
一、传输介质及主要特性
传输介质:是网络中接收双方的物理通路,也是通信中实际传送信息的载体.
常用的传输介质:双绞线、同轴电缆、无线与卫星通信信道。
1、双绞线
STP (屏蔽双绞线) 和 UTP(非屏蔽双绞线)
用在 100M以太网中，支持高速网络。
100M
4
CAT 5
600M
4
CAT 6
200M
4
CAT 5+
用在16M 令牌环和10M以太网
20M
4
CAT 4
通常用于低速网
10M
4
CAT 3
很少用于现代网
4M
4
CAT 2
传输声音
20K
2
CAT 1
特 点
bps
对
类型
双绞线主要特性
物理特性：屏蔽与非屏蔽，见图
传输特性：五类双绞线，常用第三、四、五类非屏蔽双绞线。
其中，三类线带宽16MHZ，五类线带宽100MHZ。
连通性：既可用于点-点连接，也可用于多点连接。
地理范围：远各中继线时，15KM；用于10MbpsLAN时，100m。
抗干扰性：取决于扭曲长度及适当的屏蔽
价格：低于其它介质，安装、维护方便。
双绞线是现在以太网组网时最常使用的一种连接线
UTP 连接设备
RJ-45 连接器
1
8
两种连线标准
TIA/EIA T568A 国际首推
TIA/EIA T568B 广泛使用
三种连线方式
直通线
交叉线
翻转线
TIA/EIA T568B 标准的直通线
两端线缆的顺序完全一致
Pin Label
1 RD+
2 RD-
3 TD+
4 NC
5 NC
6 TD-
7 NC
8 NC
10BaseT/ 100BaseTx 直通线
Pin Label
1 TD+
2 TD-
3 RD+
4 NC
5 NC
6 RD-
7 NC
8 NC
Server/Router
1
8
直通线
8
1
Hub/Switch
1
1
8
8
TIA/EIA T568B 标准的交叉线
线缆的一端做交叉
10BaseT/ 100BaseT 交叉线
Pin Label
1 RD+
2 RD-
3 TD+
4 NC
5 NC
6 TD-
7 NC
8 NC
Pin Label
1 RD+
2 RD-
3 TD+
4 NC
5 NC
6 TD-
7 NC
8 NC
交叉线
1
8
1
8
8
1
Hub/Switch
Hub/Switch
1
8
2、铜轴电缆 (Coaxial Cable)
广泛使用的同轴电缆有两种。一种是阻抗为50 欧姆的基带同轴电缆，另一种是阻抗为75 欧姆的宽带同轴电缆
93
ARCnet网
RG-62A/U
75
ARCnet网，有线电视网
RG-59/U
50
10Base2 以太网
RG-58A/U
50
10Base5 以太网
RG-11
50
10Base5 以太网
RG-8
电缆电阻/端接器(Ω)
网络类型
电缆类型
表 铜轴电缆的类型
铜轴电缆
100
500
10M
收发器
inch
粗缆
30
185
10M
BNC
inch
细缆
每段节点数
网段长度
速率
连接器
直径
类型
同轴电缆主要特性
物理特性：如图
传输特性：分为基带与宽带同轴电缆
连通性：既支持点-点连接，也支持多点连接。
地理范围：基带：几公里范围内；宽带：几十公里范围内
抗干扰性：较强
价格：介于双绞线与光缆之间
3、光纤
用光脉冲的出现表示“1 ”，不出现表示“0 ”
光传输系统由三个部分组成：光纤传输介质、光源和检测器
多模光纤：纤芯的直径较粗，光纤中可能有许多种沿不同途径同时传播的模式
单模光纤：光在光纤中的传播没有反射，而沿直线传播
较易
较难
端接
低
高
造价
大
小
信号衰减
发光二极管
激光
光源
低
高
数据传输率
短
长
距离
多模光纤
单模光纤
项 目
表 单模光纤与多模光纤的比较
光纤主要特性
物理描述：50~100um、传导光波的介质
传输特性：通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号，如图所示
光纤传输分为单模与多模两类。单模指光纤的光信号仅与光纤轴成单个可分辨角度的单光线传输；相应地，多模光纤的光信号与光纤轴成多个可分辨角度的多光线传输。
连通性：一般是点-点方式
地理范围：由于衰减极小，可在6~8公里距离内
抗干扰性：不受外界电磁干扰与噪声的影响，能在长距离、高速率传输中保持低误码率。几种介质误码率比较：
双绞线典型误码率：10-6~10-5
基带同轴电缆：低于10-7
宽带同轴电缆：低于10-9
光纤：低于10-10
价格：高于前两种介质
4、无线通信与卫星通信
无线电波：传播距离远，容易穿过建筑物，全方向传播。无线通信使用的频率在3MHz至1GHz
微波：频率在100MHz以上的无线电波，其能量集中于一点并沿直线传播。典型的工作频率为2GHz、4GHz、8GHz、12GHz
卫星通信：卫星和地面站之间的微波通信系统
图 无线电波的传播
地球表面
地球表面
地面波
电离层
(a) 无线电波沿地表传播
(b) 无线电波被电离层反射
无线通信与卫星通信
电磁波谱与移动通信：
1）了解电磁波谱与通信类型关系，如图
2）不同传输介质传输不同频率的信号，如普通双绞线可传输低频与中频信号，同轴电缆可传输低频到特高频信号，光纤可传输可见光信号。
无线通信与卫星通信
微波通信：载波频率为2GHZ至40GHZ。频率高，可同时传送大量信息；由于微波是沿直线传播的，故在地面的传播距离有限。
卫星通信：是利用地球同步卫星作为中继来转发微波信号的一种特殊微波通信形式。卫星通信可以克服地面微波通信距离的限制，三个同步卫星可以覆盖地球上全部通信区域
红外通信和激光通信：和微波通信一样，有很强的方向性，都是沿直线传播的。但红外通信和激光通信要把传输的信号分别转换为红外光信号和激光信号后才能直接在空间沿直线传播。
二、基带传输基本概念
基带：表示计算机二进制的比特序列的矩形脉冲信号的固有频率。
基带信号：即表示计算机二进制的比特序列的这种矩形脉冲信号。
基带传输：在数字通信信道上直接传送基带信号的方法。
通信信道带宽对传输的影响：它对数据信号传输中失真的影响很大。
信道带宽越宽，信号传输的失真就越小
三、频带传输的基本概念
频带传输：利用模拟通信信道传输数据信号的方法
调制解调器工作原理
调制解调器的类型：
1）内置的：指在计算机扩展槽中的调制解调器卡；
2）外置的：安装简单，连接到串行口即可
传输速率：与56kbps
了解宽带
宽带是指在同一传输介质上，使用特殊的技术或者设备，可以利用不同的频道进行多重（并行）传输，并且速率在256Kbps以上。
至于到底多少速率以上算作宽带，目前没有国际标准，有人说大于56K就是宽带，有人说1Mbps以上才算宽带，这里我们按照约定俗成和网络多媒体视频数据量来考量为256K。因此与传统的互联网接入技术相比，宽带接入技术最大的优势就是其带宽速率远远超过56Kbps拨号。
这里还涉及到另外一种接入方式：ISDN,虽然他的接入速度也高过56K拨号，但是看看中国电信自己对ISDN的称谓“窄带综合数字业务网”，所以它并不能算作宽带接入。
了解宽带
宽带网的特点和优点：
传输速率高。每个用户的最大速率都远远大于56K和ISDN。这样，有效地保证了图像、声音、数据传送的清晰度和连贯性，无论是通过电子邮件收发大型文件还是下载图像或软件均可在瞬间完成。
相对费用低。一方面高速的连接节约了大量网上等待时间，使上网费用大大降低。 另一方面，宽带接入技术都不通过传统的电话网络交换机，不存在占用电话线的问题，无需交纳电话费，进一步减少了用户的上网费用。
高速连接使得视频点播，远程教育，网上娱乐等深层次应用成为可能，极大地丰富了互联网的应用。
了解ADSL
ADSL是英文Asymmetrical Digital Subscriber Loop(非对称数字用户环路)的英文缩写，ADSL技术是运行在原有普通电话线上的一种新的高速宽带技术，它利用现有的一对电话铜线，为用户提供上、下行非对称的传输速率(带宽)。
非对称主要体现在上行速率(最高640Kbps)和下行速率(最高8Mdps)的非对称性上。上行(从用户到网络)为低速的传输，可达640Kbps；下行(从网络到用户)为高速传输，可达8Mbps。它最初主要是针对视频点播业务开发的，随着技术的发展，逐步成为了一种较方便的宽带接入技术，为电信部门所重视。
小结
比较几种传输介质的特性
理解基带传输、频带传输与宽带传输
作业
通过比较说明双绞线、同轴电缆与光纤等三种常用传输介质的特点
什么是基带信号和基带传输
什么是频带传输
第7讲数据通信基础3
--数据交换技术
问题的提出：在解决了数据的编码与传输等基本问题后，接下来要考虑的是：数据是如何通过通信子网，实现资源子网中两台计算机间的数据交换的？
几种数据交换技术
ATM技术
远程传输网络，不可能铺设用户到用户的线路，因此产生了交换技术。
交换技术是指数据被从设备的一个端口送到另一个端口所采用的技术。
电路交换
报文交换
分组交换
高速交换技术
帧中继
信元交换（ATM）
光交换
一个交换网络的拓扑结构
广域网中的数据交换技术
线（电）路交换方式
存储转发交换方式，分为：
报文交换
分组交换
数据报方式
虚电路方式
1．电路交换（线路交换）
在数据传输期间，在源结点与目的结点之间有一条利用中间结点构成的一条专用的物理连接线路，直到数据传输结束。如：电话网。
电路交换技术完成数据传输要经历三个过程：
电路建立
数据传输
电路拆除
电路建立
传输数据之前，要经过呼叫过程，建立一条端到端的电路。 如：建立ABC电路。
数据传输
电路ABC建立后，数据可从A → B → C，也可以从C → B → A 。
电路拆除
数据传输结束后，由某一方（A或C）发出拆除请求，一直拆除到对方结点。
电路交换的优点：
数据传输可靠、迅速；
可保持原来的序列。
缺点：
线路接通时间较长，特别是在通信线路繁忙的情况下；
线路接通后，独占信道，不利于提高线路利用率。
总结：适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。
2．报文交换
采用存储 —— 转发方式。
数据发送者将用户信息连同目的地址等辅助信息合在一起，形成一定格式的报文发往中间结点；
各中间结点收到报文后，将它全部存储到本地硬盘，直到输出线路有空闲时，再转发到下一个中间结点；
最后直至到达目的结点。
报文交换原理
报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。
每个节点在收到整个报文并检查无误后，就暂存这个报文，然后利用路由信息找出下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点。因此，端与端之间无需先通过呼叫建立连接。
一个报文在每个节点的延迟时间，等于接收报文所需的时间加上向下一个节点转发所需的排队延迟时间之和。
报文交换过程,如图所示
报文交换优点：
不需要预先建立电路和事后拆除电路；
在中间结点可以进行校验和代码转换；
线路的效率高，许多报文可分时共享一条结点到结点的通道；
网络中结点都有缓冲存储区，不需要收发双方同时处于激活状态；
当通信量很大时，电路交换网会因阻塞而拒绝某些请求，但报文交换网却仍然可接收报文，但传送延迟会增加；
报文交换系统可把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网很难做到这一点；
能够建立报文的优先权。
报文交换缺点：
每个中间结点必须有较大容量的硬盘等存储器；
当报文很大时，会明显增加时延，不能满足实时或交互式通信要求；
发出的报文不一定按顺序到达目的地（因为可能走的不是一条路）。
3．分组交换
分组交换分为：
虚电路（分组）交换
数据报（分组）交换
分组交换的工作原理
分组交换是报文交换的一种改进，它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度。
它适用于交互式通信，如终端与主机通信。
分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种。
它是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术
(1)虚电路分组交换
如图所示， 分三个阶段：
虚电路建立阶段
数据传输阶段
虚电路拆除阶段
（1）虚电路分组交换
以建立H1-H3虚电路为例.
首先发一个呼叫请求分组到结点A，请求建立一条到H3站的连接；
结点A决定到结点B的路径，结点B决定到结点C的路径，结点C最终把呼叫请求分组传送到H3站；
若H3站准备接收这个连接，就发一个呼叫接收分组到结点C,这个分组通过结点B和A返回到H1站。虚电路建立完成；
传输数据：来自H1站的每一个数据分组都通过结点A、B和C传输，来自H3站的每一个数据分组都通过结点C、B和A传输；
数据传送完毕，有一个站用清除请求分组来结束这次连接。
虚电路分组交换特点
在每次报文分组发送之前，必须在发送方与接收方之间建立一条逻辑连接（虚电路）；
一次通信的所有报文分组都通过这条虚电路顺序传送，因此报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息；
报文分组通过虚电路上的每个站点时，结点只需要做差错检测，而不需要做路径选择；
通信子网中每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。
虚电路方式
1
2
3
4
5
6
7
B
A
C
D
E
a1
a2
a3
a1
a2
a3
a1
a2
a3
a1
a2
a3
a1
a2
a3
（2）数据包（报）分组交换
数据包（报）：每个分组带有完整的目的地址，独立地进行传输，这种分组常叫做数据包（报）。
每个数据报自身携带足够的地址信息。
数据报分组交换
一个节点收到一个数据报后，根据数据报中的地址信息和节点所储存的路由信息，找出一个合适的出路，把数据报原样地发送到下一节点。
由于各数据报所走的路径不一定相同，因此不能保证各个数据报按顺序到达目的地，有的数据报甚至会中途丢失。整个过程中，没有虚电路建立，但要为每个数据报做路由选择。
工作过程，如图所示
数据报方式
1
2
3
4
5
6
7
B
A
C
D
E
a1
a2
a3
a1
a2
a3
a1
a2
a3
a1
a2
a3
a1
a2
a3
数据报分组交换
特点：
同一报文的不同分组可以有不同的传输路径通过通信子网。
同一报文的不同分组到达目的节点时可能出现乱序、重复与丢失现象。
每一个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址。
数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不使用于长报文、会话式通信。
例：假如H1站有3个分组报文要发送到H3站，且按1、2、3次序发送到结点A。
结点A必须对每个数据报作出路径选择。当数据报1进入时，结点A测定到去B的队列比去结点F的队列短，因此选择去结点B的路径；
数据报2也是如此；
对数据报3，结点A发现去结点F的队列短，因此把数据报3发送到结点F。
结果：
具有同样目的地址的数据报不能遵循同样的路径，有可能数据报3比数据报2先到达结点C；
三个数据报不能按顺序到达H3，即对到达H3站的数据报要重新排序。
虚电路和数据报的比较：
虚电路：
虚电路适用于两端之间的长时间数据交换，尤其是在交互式会话中每次传送的数据很短的情况下，可免去每个分组要有地址信息的额外开销；
可按顺序到达；
可对流量进行控制，接收方在来不及接收数据时，可以通知发送方暂缓发送分组；
弱点是当某个结点或某条链路出故障即彻底失效时，则所有经过故障点的虚电路将立即破坏。
数据报：
省去呼叫建立阶段，它传输少数几个分组的速度比虚电路简便灵活；
各结点需为每个分组作路径选择判定，故可绕开故障点而到达目的地；
不保证按顺序到达，数据的丢失也不会立即知道。
从表面上看，分组交换与报文交换没什么特殊的优点，其实不然，其优点有：
把数据单位的最大长度限制在较小的范围内，这个结点所需要的存储能力降低了，分组可以存储在内存中，提高了交换速度；
源结点发出一个报文的第1分组后，可以连续发出第2个、第3个分组，而第1个分组可能还在半路中，这些分组在各个结点中被同时接收、处理和发送，而且可走不同的路径。这种并行性降低了整体传播时间，并随时利用网络中流量的分布变化而走尽可能快的路径。
小结
电路交换：在数据传输前必须先设置一条完全的通路。在线路释放前，该电路由一对用户独占。对于突发式的通信，电路交换效率不高。
报文交换：报文从源点传送到目的地采用存储转发的方式，在传送报文时，同时只占用一段通道。在交换结点中需要缓冲存储，报文需要排队。因此，报文交换不能满足实时通信的要求。
分组交换：交换方式和报文交换方式类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大的分组长度。在数据报分组交换中，目的地需要重新组装报文。在虚电路分组交换中，在数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。
ATM技术基本概念
ＡＴＭ(Asynchronous Transfer Mode)即异步传输模式,就是国际电信联盟ITU-T制定的标准,现已成为实现B-ISDN的核心技术.
ATM是一种传输模式，在这一模式中，信息被组织成信元，因包含来自某用户信息的各个信元不需要周期性出现，这种传输模式是异步的。
ATM信元是固定长度的分组，共有５３个字节，分为２个部分。前面５个字节为信头，主要完成寻址的功能；后面的４８个字节为信息段，用来装载来自不同用户，不同业务的信息。
ATM技术基本概念
话音，数据，图象等所有的数字信息都要经过切割，封装成统一格式的信元在网中传递，并在接收端恢复成所需格式
由于ATM技术简化了交换过程，去除了不必要的数据校验，采用易于处理的固定信元格式，所以ATM交换速率大大高于传统的数据网，如，DDN,帧中继等
下图就是ATM的一般入网方式，与网络直接相连的可以是支持ATM协议的路由器或装有ATM卡的主机，也可以是ATM子网。在一条物理链路上，可同时建立多条承载不同业务的虚电路，如语音，图象，文件传输等
svc :交换型虚电路; pvc :永久型虚电路
ATM的工作原理
ATM信元交换是面向连接的.
源ATM端主机在数据传输之前将根据对网络带宽的需求,发出连接建立请求。ATM交换机在接收到请求后，将根据网络状况选择从源ATM端主机，经过ATM网到达目的ATM主机的路径，构造相应的路由表，从而建立源与目的ATM主机的虚拟连接。
小结
比较几种数据交换方式
ATM技术的原理与特点
作业
简述电路(线路)交换的优缺点；
比较报文、分组与信元；
简述数据报分组交换的特点；
简述虚电路分组交换的特点。
月考1复习题纲
名词解释:
1.计算机网络;2.计算机网络体系结构;3.数据通信; ;5.数据传输速率;6.串行通信;7.并行通信;8.单工通信;9.半双工通信;10.双工通信;11.同步;12.位同步;13.字符同步;14.信道容量;15.带宽;16.基带传输;17.频带传输; 18.误码率;19.信元;20.活动目录。
问答:
简述计算机网络发展的四个阶段？
计算机网络按拓扑结构和覆盖范围是如何分类的？必要时，画图演示。
简述ISO/OSI参考模型各层及其功能；
简述TCP/IP参考模型各层和常用协议。
比较实现位同步的两种方法？
比较实现字符同步的两种方法？
什么是网络协议？其主要由哪三要素组成？
说明对等网的特点；
简述域与工作组的区别。
简述电路(线路)交换的优缺点；
比较报文、分组与信元；
简述数据报分组交换的特点；
简述虚电路分组交换的特点。
简述局域网OS的基本任务；
写出计算信道容量的两个公式，并会举例计算。
实训部分:
熟记常用的网络命令；
熟记双绞线T568B标准的线序；
进一步理解域、活动目录和域控制器之间的关系，理解域和工作组的具体区别。
理解并熟悉windows操作系统的用户与用户组及其应用。
熟悉如何升级为域控制器、又如何降级。
第8讲 局域网使用的传输介质与设备
参考模型与协议
LAN使用的传输介质
LAN组网需要的设备
参考模型与协议
IEEE制定的局域网标准，它与OSI参考模型的关系如图所示，即对应于OSI参考模型的数据链路层与物理层，它将数据链路层划分为逻辑链路控制（LLＣ）子层与介质访问控制（ＭAC）子层。
介质访问控制方法：带有冲突检测的载波侦听多路访问方法(CSMA/CD)、令牌总线（token bus)与令牌环(token ring）方法。
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
物理层
介质访问控制子层
逻辑链路控制子层
IEEE802参考模型
IEEE802标准及它们之间的关系如图：
----定义了LAN体系结构、网络互连以及网络管理与性能测试；
----定义了逻辑链路控制子层功能与服务；
----定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范；
----定义了令牌总线介质访问控制子层与物理层规范；
----定义了令牌环介质访问控制子层与物理层规范；
----定义了城域网介质访问控制子层与物理层规范；
----定义了宽带网络技术
----定义了光纤传输技术
----定义了综合语音与数据局域网(IVD-LAN)技术；
----定义了可互操作的局域网安全性规范(SILS)；
----定义了无线局域网技术
局域网使用的传输介质
标准支持的传输介质：
的物理层标准：
10 BASE-5（粗缆）；
10 BASE-2（细缆）；
10 BASE-T（非屏蔽双绞线）；
10 BASE-FP、10 BASE-FB与10 BASE-FL（光缆）。
的物理层标准：
100 BASE-TX(５类非屏蔽双绞线）；
100 BASE-T4(３类非屏蔽双绞线）；
100 BASE-FX(光缆）
物理层标准类型
10 BASE-5:
1)传输介质:50欧姆的基带同轴电缆
2)最大干线段长度是500米
3)数据传输速率为10Mbps
4)AUI连接器
10 BASE-2:
1)传输介质 :50欧姆的基带细同轴电缆;
2)最大长度:185m
3)数据传输速率:10Mbps
4)BNＣ器连接插头
10 BASE-T:
1)介质：３类或５类非屏蔽双绞线
2)RJ-45接插件
3)网卡与集线器间最大长度１００m
10 BASE-FP、10 BASE-FB与10 BASE-FL：
1)介质：光纤；
2)速率：１０Ｍbps；
3) 10 BASE-FP：无源集线器连接光纤，最大长度５００米；
4) 10 BASE-FB：有源集线器连接光纤，最大长度２０００米；
5) 10 BASE-FL：将以太网中继器的数目由最多４个扩展到６个。
100BASE-TX：支持５类非屏蔽双绞线UTP与１类屏蔽双绞线STP
100BASE-T4：支持３类非屏蔽双绞线UTP
100 BASE-FX:支持２芯的多模或单模光纤
另外，千兆以太网出现后，物理层又相应增加了支持５类非屏蔽双绞线的1000 BASE－T标准以及支持单模和多模光纤的1000 BASE-X与1000 BASE-SX标准。
局域网组网需要的设备
网卡（NIC）
集线器（hub)
局域网交换机（LAN switch)
网卡
即网络接口卡(NIC):它固化了物理层与数据链路层的协议.
分类：
1)按网卡支持的计算机种类分：
标准以太网卡:用于台式机
PCMCIA：用于便携式计算机连网
2)按网卡支持的传输速率分：
10M bps、100M bps、10/100M bps自适应、1000M bps网卡
3)按网卡支持的传输介质类型分：
双绞线网卡、粗缆网卡、细缆网卡、光纤网卡。
4)按网卡所支持的总线类型分：
ISA网卡与PCI网卡
集线器
是以太网的中心连接设备，它是对“共享介质”总线型局域网结构的一种改进。
采用CSMA/CD介质访问控制方法
普通hub提供两类端口：一类是用于连接结点的RJ-45端口，另一类端口可以是用于连接粗缆的AUI端口，用于连接细缆的BNC端口，也可以是光纤连接端口，这类端口称为向上连接端口。
Hub传送数据
Hub的分类：
1)按hub支持的传输速率分为：10Mbps; 100Mbps和10/100Mbps自适应集线器；
2)按hub是否能堆叠，分为：普通hub与堆叠式hub。
3)按hub是否支持管理功能,分为:简单集线器与带网管功能的智能集线器
局域网交换机
是交换式局域网的核心设备，它从根本上改变了“共享介质”的工作方式，它可以通过局域网交换机支持交换机端口结点之间的多个并发连接，实现多结点之间数据的并发传输。
端口：分为半双工端口与全双工端口。
专用端口与共享端口
分类：
1)简单的10Mbps交换机：只能提供固定数量的端口，用来连接专用的10Mbps以太网结点或10Mbps以太网集线器。
2)10/100Mbps自适应的交换机：保证10Mbps与100Mbps结点工作在同一网络中。
3)大型局域网交换机：是一种箱式结构，可在其中灵活地插入各种模块，如10Mbps以太网模块、路由器模块、ATM模块以及FDDI模块，通过它可以构成大型局域网的主干网。
小结
IEEE802参考模型
IEEE802标准支持的传输介质
局域网使用的设备：网卡、集线器和交换机
作业
列出IEEE802系列协议标准
以太网卡、集线器和交换机分别分为哪些类型？
第9讲 局域网组网方法
与结构化布线
局域网组网方法
局域网结构化布线技术
局域网的组网方法
同轴电缆组网方法
双绞线组网方法
快速以太网组网方法
千兆以太网组网方法
同轴电缆组网方法
粗缆方式
细缆方式
粗缆与细缆混用方式
粗缆方式组网
基本硬件设备：
1、带AUI接口的以太网卡；
2、粗缆的外部收发器；
3、收发器电缆；
4、粗同轴电缆
中继器（repeater)用来作为总线的同轴电缆的长度。它作为物理层的连接设备，能起到接收、放大、整形与转发同轴电缆中的数据信号的作用。
常见规范：
在典型以太网中，常用AUI接口的两端口相同的介质中继器。如不用中继器，最大粗缆长度不能超过 米，
如使用中继器，一个以太网中最多只允许4个中继器；
在每个粗缆以太网中，最多只能连入100个结点。
两个收发器之间的最小距离为米，收发器电缆最大长度为50米。
500
细缆方式组网
基本硬件设备：
1、带有BNC接口的以太网卡；
2、BNC T型连接器；
3、细同轴电缆。
常见规范：
在典型以太网中，如不使用中继器，则最大细缆长度不能超过 米。
在细缆以太网中，最多允许使用4个中继器，连接5条细缆缆段。
两个相邻的BNC T型连接器之间的距离应是米的整数倍，并且最小距离为米。
185
粗缆与细缆混用方式
粗缆与细缆混合结构的电缆缆段最大长度为500米。如果粗缆长度为L、细缆长度为t，则L、t之间的关系为：
L+<=500
优点：造价合理，粗缆用于室外，细缆用于室内；
缺点：结构复杂，维护困难
双绞线组网方法
基本的硬件设备
组网方法：
1、单一集线器结构；
2、多集线器结构；
3、堆叠式集线器结构。
单一集线器结构
拓扑：星型；
从结点到集线器的非屏蔽双绞线最大长度为100米；
适用于小型工作组规模的局域网，典型的单一集线器一般支持8~24个RJ-45端口与一个BNC、AUI或光纤连接端口。
多集线器级联结构
普通集线器两个端口：RJ45与向上连接端口（包括AUI、BNC或光纤连接端口）
因而有两种方法：
1、使用双绞线、通过RJ-45端口实现级联
2、用同轴电缆或光纤，通过向上连接端口实现级联
堆叠式集线器结构
由一个基础集线器与多个扩展集线器组成。
基础集线器是一种具有网络管理功能的独立集线器。通过在其上堆叠多个扩展集线器，一方面可以增加以太网的结点数，另一方面可以实现对网中结点的网络管理功能。
快速以太网组网方法
基本的硬件设备：
1、100Mbps集线器或100Mbps以太网交换机
2、10Mbps集线器；
3、10Mbps以太网卡、100Mbps以太网卡或10/100Mbps以太网卡；
4、双绞线或光缆
组网方法：
与普通的10BASE-T集线器基本相同
注意：
1、快速以太网一般是作为局域网的主干部分；
2、很多公司开发出快速以太网交换机，可以用它代替100BASE-T集线器。
千兆以太网组网方法
基本的硬件设备：
1、1000Mbps以太网交换机；
2、1000Mbps以太网卡；
3、100Mbps以太网交换机或100Mbps集线器
4、10Mbps、100Mbps或10/100Mbps以太网卡
5、双绞线或光缆
组网方法：如图
1、一般在网络主干部分需要使用性能很好的千兆以太网主干交换机；
2、在网络支干部分使用性能较低一些的千兆以太网支干交换机；
3、在楼层或部门一级，根据实际需要选择100Mbps集线器或以太网交换机；
4、用户端使用10Mbps或100Mbps以太网卡，将工作站连到100Mbpshub或交换机上
结构化布线技术
基本概念
智能大楼
结构化布线系统的组成与安装
基本概念
是指在一座办公大楼或楼群中安装的传输线路.这种传输线路能连接所有的语音、数字设备，并将它们与电话交换系统连接起来。
从用户角度来看，结构化布线系统是使用一套标准的组网器件，按照标准的连接方法来实现的网络布线系统。
与传统式布线区别：结构化布线设计时只考虑需要安装计算机或通信设备的位置和性能，而不考虑设备本身和具体安装时间
智能大楼
如图
组成：除了结构化布线系统外,还包括：
1、办公自动化系统（OA）：包栝各类计算机，终端，传真机等办公设备；
2、通信自动化系统（CA）：以电话机为核心通信网络及多媒体信息通信设备；
3、楼宇自动化系统（BA）：包栝传感器以及计算机对建筑内电力，空调，电梯安全监控系统；
4、计算机网络（CN）：在结构化布线基础上实现上述系统的集成系统。
楼宇自控网络结构图
家庭网络平台系统示意图
信息集中管理服务器
PC
《家庭网络通信协议》
家庭网关
智能信息家电设备
集中抄表和智能火匪报警
PDA移动控制
水表
电表
火警
盗警
微波炉
电视机
VCD
空调器
PC
远程查询控制
Internet
Internet
结构化布线系统的组成
户外系统
垂直竖井系统
平面楼层系统
用户端子
机房子系统
布线配线系统
如图
小结
同轴电缆组网方法
双绞线组网方法
快速以太网组网方法
千兆以太网组网方法
结构化布线技术
作业
请说明使用双绞线与集线器组网的基本方法？
智能大楼由哪几部分组成？简述之。
结构化布线系统由哪几部分组成？简述之。
第10讲 局域网的结构与原理
LAN的技术特点
LAN的拓扑结构的特点
共享介质局域网的工作原理
局域网的技术特点
LAN覆盖有限的地理范围；
LAN提供高数据传输速率（10M~1000Mbps)、低误码率的高质量数据传输环境；
LAN一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；
决定LAN特性的主要技术要素为网络拓扑、传输介质与介质访问方法；
从介质访问控制方法的角度，LAN可分为共享介质与交换局域网两类。（而不用存储转发）
LAN的拓扑结构
总线型拓扑结构
环型拓扑结构
星型拓扑结构
总线型拓扑结构
优点：结构简单、实现容易，易于扩展，可靠性好；
主要特点：
1、所有结点都通过网卡直接连到总线上；
2、总线通常采用双绞线或同轴电缆作传输介质；
3、所有结点都可以通过总线发送或接收数据，但一段时间内只允许一个结点通过总线发送数据；
4、由于总线被多个结点共享，就有可能出现同一时刻有两个以上结点通过总线发送数据的情况，因此会出现“冲突”，如图；
5、在“共享介质”方式的总线型LAN中，必须解决多个结点访问总线的介质访问(MAC)控制问题。
环型拓扑结构
各节点通过一条首尾相连的通信链路连接起来的闭合环形结构.
点-点线路连接
环中数据沿一个固定的方向传输
介质访问控制方法：控制令牌、开槽环
故障的诊断、隔离困难。
星型拓扑结构
网络中每一个结点都以中心结点为中心，各结点以星形方式连接（物理结构）；
网络结构简单、建网容易、便于控制和管理；
网络可靠性由中心结点决定；
注意逻辑结构与物理结构的不同。
共享介质LAN工作原理
以太网工作原理
令牌总线网工作原理
令牌环网工作原理
以太网工作原理
以太网：目前应用最广的一类总线型局域网，其核心技术是CSMA/CD。
CSMA/CD：是用来解决多结点如何共享公用总线问题的方法。主要用于总线形和树形网络拓扑结构，基带传输系统。信息传输是以“包”为单位，简称信包，发展为IEEE 基带CSMA/CD局域网标准
CSMA/CD概述
CSMA/CD的工作原理:
LAN中每一个结点在利用总线发送数据时,总是监听到信道空闲就发送数据帧，并继续监听下去。如监听到发生了冲突，则立即放弃此数据帧的发送
主要特点：原理比较简单，技术上较易实现，网络中各工作站处于同等地位，不要集中控制，但这种方式不能提供优先级控制，各结点争用总线，不能满足远程控制所需要的确定延时和绝对可靠性的要求。此方式效率高，但当负载增大时，发送信息的等待时间较长
演示:广播、产生冲突、监听、整个过程
令牌总线网工作原理
标准；
主要用于总线形或树形网络结构中。1976年美国Data Point公司研制成功的ARCnet (Attached Resource Computer)网络，它综合了令牌传递方式和总线网络的优点，在物理总线结构中实现令牌传递控制方法从而构成一个逻辑环路。此方式也是目前微机局域中的主流介质访问控制方式。
ARCnet网络把总线或树形传输介质上的各工作站形成一个逻辑上的环，即将各工作站置于一个顺序的序列内（例如可按照接口地址的大小排列）。方法可以是在每个站点中设一个网络结点标识寄存器NID，初始地址为本站点地址。
网络工作前，要对系统初始化，以形成逻辑环路，其过程主要是：网中最大站号n开始向其后继站发送“令牌”信包，目的站号为n+1，若在规定时间内收到肯定的信号ACK，则n+1站连入环路，否则再n+1继续向下询问（该网中最大站号为n=255，n+1后变为0，然后1、2、3、…递增），凡是给予肯定回答的站都可连入环路并将给予肯定回答的后继站号放入本站的NID中，从而形成了一个封闭逻辑环路，经过一遍轮询过程，网络各站标识寄存器NID中存放的都是其相邻的下游站地址。
逻辑环形成后，令牌的逻辑中的控制方法类似于Token Ring。在Token Bus中，信息是按双向传送的，每个站点都可以“听到”其他站点发出的信息，所以令牌传递时都要加上目的地址，明确指出下一个将到控制的站点。
这种方式与CSMA/CD方式的不同在于除了当时得到令牌的工作站之外，所有的工作站只收不发，只有收到令牌后才能开始发送，所以拓扑结构虽是总线型但可以避免冲突。
Token Bus方式的最大优点是具有极好的吞吐能力，且吞吐量随数据传输速率的增高而增加并随介质的饱和而稳定下来但并不下降；各工作站不需要检测冲突，故信号电压容许较大的动态范围，连网距离较远；有一定实时性，在工业控制中得到了广泛应用
其主要缺点在于其复杂性和时间开销较大，工作站可能必须等待多次无效的令牌传送后才能获得令牌。
演示
令牌环网工作原理
标准；
网络拓扑为环形布局，基带网;
数据传送速率4Mbps;
采用单个令牌（或双令牌）的令牌传递方法;
环形网络的主要特点：只有一条环路，信息单向沿环流动，无路径选择问题。
令牌（Token）也叫通行证，它具有特殊的格式和标记，是一个1位或几位二进制数组成的码。
举例:如果令牌是一个字节的二进制数“11111111”，该令牌沿环形网依次向每个结点传递，只有获得令牌的结点才有权利发送信包。令牌有“忙”和“空”两个状态。“11111111”为空令牌状态。当一个工作站准备发送报文信息时，首先要等待令牌的到来，当检测到一个经过它的令牌为空令牌时，即可以“帧”为单位发送信息，并将令牌置为“忙”（“00000000”）标志附在信息尾部向下一站发送。下一站用按位转发的方式转发经过本站但又不属于由本站接收的信息。由于环中已没不空闲令牌，因此其他希望发送的工作站必须等待。
接收过程为：每一站随时检测经过本站的信包，当查到信包指定的地址与本站地址相符时，则一面拷贝全部信息，一面继续转发该信息包。环上的帧信息绕网一周，由源发送点予以收回。
按这种方式工作，发送权一直在源站点控制之下，只有发送信包的源站点放弃发送权，把Token置“空”后，其他站点得到令牌才有机会发送自己的信息。
令牌方式在轻负载时，由于发送信息之前必须等待令牌，加上规定由源站收回信息，大约有50%的环路在传送无用信息，所以效率较低。
然而在重负载环路中，令牌以“循环”方式工作，故效率较高，各站机会均等。
令牌环的主要优点在于它提供的访问方式的可调整性，它可提供优先权服务，具有很强的实时性。
其主要缺点是需有令牌维护要求，避免令牌丢失或令牌重复，故这种方式控制电路较复杂。
演示
小 结
LAN的技术特点
LAN的拓扑结构的特点
几种共享介质局域网的工作原理
练习
1、以下关于Ethernet网说法哪一个是不正确的?
A．Ethernet中任何一个结点发送数据都要首先争取总线使用权。
B．在Ethernet网中，一个结点要发送数据它将以"广播"方式把数据通过作为公共传输介质的总线发送出去。
C．连在总线上的所有结点都能"收听"到发送结点发送的数据信号。
D．结点从它准备发送数据到成功发送数据的发送等待延迟时间是确定的。
本题主要考查大家对Ethernet网基本工作原理的了解。
(1)CSMA／CD是一种随机争用型介质访问控制方法；
(2)在Ethernet网中，如果一个结点要发送数据，它将以"广播"方式把数据通过作为公共传输介质的总线发送出去，连在总线上的所有结点都能"收听"到发送结点发送的数据信号。
(3)如果一个结点准备好发送的数据帧，并且此时总线空闲，它就可以启动发送。同时也存在着这种可能，那就是在几乎相同的时刻，有两个或两个以上结点发送了数据，那么就会产生冲突，因此结点在发送数据的同时应该进行冲突检测。
(4)Ethernet中任何一个结点发送数据都要首先争取总线使用权。如果在发送数据过程中检测出冲突，为了解决信道争用冲突，结点停止发送数据，随机延迟后重发。那么结点从它准备发送数据到成功发送数据的发送等待延迟时间是不确定的。
2、在采用确定型介质访问控制方法的局域网中，令牌用来控制结点对总线的访问权。它是一种特殊结构的
A．控制帧 B．控制分组 C．控制字符 D．控制报文
分析：本题主要考查大家对确定型介质访问控制方法中"令牌"(Token)作用的理解。
在确定型介质访问控制方法中，"令牌"(Token)是作为一种特殊结构的控制帧，用来控制结点对总线的访问权。
同时，介质访问控制方法属于介质访问控制子层，它的数据传输单位是帧，因此字符、分组与报文都是错误的。
3、在以下关于CSMA／CD与Token Bus、Token Ring比较中，哪个论述是错误的?
A．CSMA／CD是一种随机竞争总线的方法，它适用于办公自动化与对数据传输实时性要求严格的应用环境。
B．CSMA／CD介质访问控制方法算法简单，易于实现。Token Bus与Token Ring需要复杂的环维护功能，实现较困难。
C．Token Bus或Token Ring是一种确定型的方法，它适用于对数据传输实性要求较高的应用环境，如生产过程控制领域。
D．CSMA／CD在网络通信负荷大时，网络吞吐率下降、传输延迟增加。
分析：本题主要考查大家对CSMA／CD与Token Bus、Token Ring协议特点的理解。
(1)从介质访问控制方法的性质角度看，CSMA／CD属于随机型介质访问控制方法，而Token Bus、Token Ring则属于确定型介质访问控制方法。
(2)CSMA／CD方法的主要特点：控制方法算法简单，易于实现；用户访问总线时间不确定的随机竞争总线的方法，适用于办公自动化等对数据传输实时性要求不严格的应用环境；在网络通信负荷较低时表现出较好的吞吐率与延迟特性。当网络通信负荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延迟增加。
Token Bus或Token Ring网中结点两次获得令牌之间的最大间隔时间是确定的，因而适用于对数据传输实性要求较高的应用环境，如生产过程控制领域；在网络通信负荷较重时表现出很好的吞吐率与较低的传输延迟，因而适用于通信负荷较重的应用环境；需要复杂的环维护功能，实现较困难。
作 业
局域网基本拓扑构型主要分为哪三类?它们之间有什么区别与联系？
为什么CSMA/CD是随机访问类型的介质访问控制方法？请说明它基本工作原理。
第11讲高速局域网
与交换式局域网
高速局域网
交换式局域网
高速局域网技术
高速局域网的研究和分类
快速以太网
千兆以太网
高速局域网的研究
高速以太网的发展:
个人计算机的广泛应用--->用户对局域网的带宽与性能提出了更高的要求：个人计算机已从初期简单的文字处理、管理信息等应用发展到分布式计算、多媒体应用等。
传统的“共享介质”局域网已越来越不能满足需要。
几种解决方案：
1、提高以太网数据传输速率，从10Mbps到100Mbps,但是介质访问控制仍采用CSMA/CD技术；
2、将大型局域网划分成多个子网，通过减少每个子网内部结点数N的方法，使每个子网的性能得到改善介质访问控制仍采用CSMA/CD技术；
3、将介质访问控制方式改为交换方式。
LAN的分类：共享介质与交换式 LAN
如书中图所示：
共享介质局域网可分为以太网、令牌总线、令牌环与FDDI，以及在此基础上发展起来的快速以太网、千兆以太网、FDDI II等；
交换式局域网可分为交换式以太网、ATM局域网仿真、IP over ATM与MPOA，以及在此基础上发展起来的虚拟局域网。[MPOA(Multiprotocol Encapsulation Over ATM Adaptation Layer 5)：基于AAL5的多协议封装协议]
快速以太网
发展与特点：
1、其传输速率比普通以太网快10倍，达到了100Mbps；
2、保留了传统以太网的所有特征，包括相同的数据帧格式、介质访问控制方法与组网方法；
3、标准。
协议结构：如书中图
千兆以太网
千兆以太网(GE-Gigabit Ethernet)是提供1000Mbps数据传输速率的以太网。
它是对10Mbps和100Mbps 以太网非常成功的扩展，它和传统以太网使用相同的IEEE CSMA/CD协议、相同的帧格式和相同的帧大小（64字节-1518字节）。
它与现有以太网完全兼容，仅仅是速度快，它的传输速率达到1Gbps。它支持全双工操作，最高速率可以达到2Gbps。它将成为主干网和桌面系统的主流技术
协议结构：如图所示
千兆以太网的一种典型应用
光纤分布式数据接口（FDDI）
光纤分布式数据接口 （FDDI—Fiber Distributed Data Interface）是一个应用光纤介质传输数据的高性能令牌环局域网。
它的传输速率为100Mbps，网络覆盖的最大距离可达200km，最多可连接1000个结点。
FDDI的独到之处是双环结构，它用4束光纤芯组成两个环，一个环顺时针发送，一个环逆时针发送(如图4-20a)，当其中一个环发生故障时，另一个环代替，如果两个环同时在一个点断路则两个环连成一个单环，从而保证通信不断。一般情况下FDDI的两个环被称为主环（Primary ring）和副环（Secondary ring），主环用于传输数据，副环作为备份。如图所示：
FDDI双环结构
交换式局域网技术
回顾共享介质局域网
交换式LAN的特点
局域网交换机的工作原理
交换式LAN的特点
独占传输通道，独占带宽；网络的总带宽通常为各个交换端口带宽之和。
允许多对站点同时通信，所以交换式网络大大地提高了网络的利用率。
灵活的接口速度：在交换机上可以配置10Mbps、100Mbps或者10Mbps/100Mbps
高度的可扩充性和网络延展性。
易于管理、便于调整网络负载的分布，有效地利用网络带宽。
交换网可以构造“虚拟网络”，通过网络管理功能或其他软件可以按业务分类或其他规则把网络站点分为若干个逻辑工作组，每一个工作组就是一个虚拟网。虚拟网的构成与站点所在的物理位置无关。
交换式局域网可以与现有网络兼容
局域网交换机具有自动转换帧格式的功能，因此它能够互连不同标准的局域网。如：在一台交换机上能集成以太网、FDDI和ATM。
局域网交换机的工作原理
交换机和集线器在外型上非常相似，而且都遵循及其扩展标准，介质存取方式也均为CSMA／CD，但是它们之间在工作原理上还是有着根本的区别。
简单地说，交换机的每个端口都能独享带宽，所有端口都能够同时进行通讯，并且能够在全双工模式下提供双倍的传输速率。而集线器构建的网络称之为共享式网络，在同一时刻只能有两个端口（接收数据的端口和发送数据的端口）进行通讯，所有的端口分享固有的带宽。
如图，我们可以把“共享”和“交换”理解成公路。“共享”方式就是来回车辆共用一个车道的单车道公路，而“交换”方式则是来回车辆各用一个车道的双车道公路。
从右图可以知道交换式网络可以是“全双工”（Full Duplex）状态，即可以同时接收和发送数据，数据流是双向的。而集线器的“共享”方式的网络就称之为“共享式网络”，共享式网络采用集线器（集线器）作为网络连接设备。显然，共享网络的效率非常低，在任一时刻只能有一个方向的数据流，即处于“半双工”（Half Duplex）模式。
MAC address table
E0
E1
E2
E3
A
B
C
D
地址学习过程
初始的MAC地址表是空的
MAC address table
E0:
E0
E1
E2
E3
D
C
B
A
Station A sends a frame to Station C
Switch caches station A MAC address to port E0 by learning the source address of data frames
The frame from station A to station C is flooded out to all ports except port E0
E0:
E3:
E0
E1
E2
E3
D
C
A
B
Station D sends a frame to station C
Switch caches station D MAC address to port E3 by learning the source Address of data frames
The frame from station D to station C is flooded out to all ports except port E3
E0:
E2:
E1:
E3:
E0
E1
E2
E3
X
X
D
C
A
B
MAC address table
Station A sends a frame to station C
Destination is known, frame is not flooded
学习完毕,过滤帧,不再广播
三种帧转发方式：
直接交换方式：交换机只要接收并检测到目的地址字段，立即将该帧转发出去，而不管这一帧数据是否出错；
存储转发交换方式：交换机首先完整地接收发送帧，并先进行差错检测。
改进的直接交换方式：它将前两者结合起来，它在接收到帧的前64字节后，判断以太网的帧头字段是否正确，如果正确则转发出去。
分析三者的优缺点。
小结
高速局域网：
FDDI、以太网、快速以太网、千兆以太网
交换式局域网：
与共享介质局域网有何不同；
工作原理
几种以太网对比，如下表
是
是
全双工能力
MII
AUI
介质接口
100m
100m
用UTP连接距离
双绞线、光纤
同轴 电缆、双绞线、光纤
传输介质
CSMA/CD
CSMA/CD
介质访问控制
星型
总线或星型
拓扑结构
IEEE标准
100Mbps
10Mbps
传输速率
快速以太网
以太网
特定
5千米
20千米
25千米
单模光纤
2千米(全双工)
220米(半双工)
412米(半双工)
2千米
多模光纤
25米
100米
500米
STP/同轴线缆
1000米
100米
100米
5类UPT
最
大
网
段
距
离
千兆位以太网1000BASE-F
快速以太网
100BASE-T
以太网
10BASE-T
传输介质
以太网最大网段距离
作 业
为了解决网络规模与网络性能间的矛盾，针对传统的共享介质局域网的缺陷，人们提出了哪些改善局域网性能的方案？（P84习题）
请说明局域网交换机的基本工作原理（画图说明）
简述交换机的几种帧转发方式，并对比其优缺点。
第12讲 虚拟局域网与城域网
虚拟局域网
城域网
虚拟局域网
Vlan的提出
Vlan的特点
Vlan的实现
Vlan的提出
vlan是建立在交换技术基础上的
很多企业在发展初期，人员较少 ，因此对网络的要求也不高，而且为了节约成本，很多企业网都采用了通过路由器实现分段的简单结构，如下图所示，其特点：
1）逻辑工作组的组成要受站点所在网段的物理位置限制,如图所示；
2）每一个LAN上的广播数据包都可以被该段上的所有设备收到，而无论这些设备是否需要.
简单的网络分段
随着企业规模的不断扩大，特别是多媒体在企业局域网中的应用，使每个部门内部的数据传输量非常大。
此外，由于公司发展中一些遗留下来的问题，使得一个部门的员工不能相对集中办公。更重要的是，公司的财务部门需要越来越高的安全性，不能和其他的部门混用一个以太网段，以防止数据窃听。这些新问题需要更灵活地配置局域网，因此就产生了虚拟局域网（Virtual LAN）技术。
VLAN概念的引入，使交换机承担了网络的分段工作，而不再使用路由器来完成。VLAN的经典拓扑结构见下图。
VLAN的网络分段
VLAN的特点
VLAN具有控制广播、安全性高和灵活性及可扩展性等技术优势；
通过VLAN，能够把原来一个物理的局域网划分成很多个逻辑意义上的子网，而不必考虑具体的物理位置，每一个VLAN都可以对应于一个逻辑单位，如部门、车间和项目组等。由于在相同VLAN内的主机间传送的数据不会影响到其他VLAN上的主机，因此减少了数据交互的可能性，极大地增强了网络的安全性,如图所示。
VLAN的实现
用交换机端口号定义VLAN;
用MAC地址定义VLAN;
用网络层地址定义VLAN；
IP广播组VLAN。
用交换机端口号定义VLAN
许多最初的虚拟局域网实施按照交换机端口分组来定义虚拟局域网成员。
如书Ｐ79图a，一台交换机的端口１、２、３、７和８上的最终工作站组成了虚拟局域网Ａ，而端口４、５和６上的最终工作站组成了虚拟局域网Ｂ。
此外，在多数最初的实施当中，虚拟局域网只能在同一台交换机上得到支持。
第二代实施支持跨越多台交换机的虚拟局域网，如图，１号交换机的端口１和２以及２号交换机的端口４、５、６和７上的最终工作站组成了虚拟局域网Ａ；而１号交换机的端口３、４、５、６、７和８加上２号交换机的端口１、２、３和８上的最终工作站组成了虚拟局域网Ｂ。
端口分组仍然是定义虚拟局域网成员最常用的方法，而且配置也相当直截了当。纯粹用端口分组来定义虚拟局域网不会容许多个虚拟局域网包含同一个实际网段（或交换机端口）。
但是，用端口定义虚拟局域网的主要局限性是：当用户从一个端口移动到另一个端口的时候网络管理员必须重新配置虚拟局域网成员。
用MAC地址定义VLAN
由于硬件地址层的地址是硬连接到工作站的网络界面卡（ NIC ）上的，所以基于硬件地址层地址的的虚拟局域网使网络管理者能够把网络上的工作站移动到不同的实际位置，而且可以让这台工作站自动地保持它原有的虚拟局域网成员资格。
按照这种方式，由硬件地址层地址定义的虚拟局域网可以被视为基于用户的虚拟局域网
基于硬件地址层地址的虚拟局域网解决方案的缺点之一是要求所有的用户必须初始配置在至少一个虚拟局域网中。在这次初始手工配置之后，用户的自动跟踪才有可能实现，而且取决于特定的供应商解决方案。
然而，这种不得不在一开始先用人工配置虚拟局域网的方法，其缺点在一个非常大的网络中变得非常明显：几千个用户必须逐个地分配到各自特定的虚拟局域网中。
用网络层地址定义VLAN
即使用结点的网络层地址，如IP地址来定义VLAN。
优点：
１）首先，它允许根据协议类型来定义VLAN。这有利于组成基于服务或应用的VLAN；
２）其次，用户可以实际地移动结点而不必重新配置每个结点的网络地址。这对 TCP/IP 用户十分有利。
与用MAC和端口定义VLAN相比，缺点：性能比较差。检查数据包中的第三层地址要比查看数据帧中的硬件地址层地址耗时更多。
IP广播组VLAN
这种VLAN的建立是动态的，它代表了一组IP地址。VLAN中由称之为代理的设备对虚拟局域网的成员进行管理。
当一个 IP 数据包通过多点传输发送时，就动态建立VLAN代理，这个代理和多个IP结点组成IP广播组虚拟局域网。
网络用广播信息通知各IP站，表明存在一个特定 IP 多点传输组的广播，结点如果响应信息，就可以加入IP广播组，成为VLAN中的一员。
然而，它们仅仅是在某一时段内特定多点广播组的成员。
因此，用 IP 多点传输组定义的VLAN的动态特性提供了很高的灵活性，可以根据服务灵活地组建，且可以跨越路由器，形成与广域网的互连。
城域网(MAN)技术
基本概念
FDDI
接入网技术的发展
城域网的基本概念
定义：它是介于WAN和LAN之间的一种高速网络。其目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求，以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能。
主要技术：FDDI、ATM、密集波分多路复用等。
多路复用
多路复用是指将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号分离出来的技术。
多路复用可以极大地提高通信线路的利用率
分类：
频分复用——波分复用
时分复用——统计时分复用
（同步时分复用）（异步时分复用）
码分复用
时分多路复用（TDM）
时分多路复用：当信道达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时，可以将使用信道的时间分成一个个的时间片（时隙），按一定规则将这些时间片分配给各路信号，每一路信号只能在自己的时间片内独占信道进行传输，所以信号之间不会互相干扰。如图所示.
TDM(Time Division Multiple)如同在同一个房间轮流发言的方式，但一次只能一个人说，一个说完，另一个继续。如图所示.
频分多路复用（FDM）
频分多路复用：当信道带宽大于各路信号的总带宽时，可以将信道分割成若干个子信道，每个子信道用来传输一路信号。或者说是将频率划分成不同的频率段，不同路的信号在不同的频段内传送，各个频段之间不会相互影响，所以不同路的信号可以同时传送。这就是频分多路复用（FDM）,如图.
FDM(Frequency Division Multiple)如同先将大房间隔成若干个小房间，每个小房间里的人互相交流。
频
带
8
频
带
7
频
带
6
频
带
5
频
带
4
频
带
3
频
带
2
频
带
1
频率
波分多路复用（WDM）
波分多路复用：发送端将多个不同波长的光纤信号通过波长复用的方式整合在同一光纤中传输，接收端再将这些整合好的光信号还原到各自的光纤信道中去。
这个原理像我们物理中的三棱镜，将不同波长（彩色光）通过三棱镜变成白光，然后将这白光通过三棱镜还原成不同波长的彩色光。
WDM最典型的应用在干线的光纤传输，现在密集波分复用（>16波）的应用是一种趋势。
密集波分复用（DWDM）是在光域内的FDM。
它通过在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，以达到使数据传输速度和容量获得倍增的目的。如下图，左为粗波分复用，右为密集波分复用。
码分多址（CDMA）
码分多址（CDMA）：这种技术多用于移动通信，不同的移动台（或手机）可以使用同一个频率，但是每个移动台（或手机）都被分配带有一个独特的“码序列”，该序列码与所有别的“码序列”都不相同，所以各个用户相互之间也没有干扰。
CDMA(Code Division Multiple Access)则如同把所有的人放在一个大房间里，他们说着不同的语言。这样他要交流只要找自己的语言的那个，而不用担心别的语言的噪声。
光纤分布式数据接口(FDDI)
技术特点：
使用协议；
数据传输速率为100Mbps，连网结点数≤1000，环路长度为100km；
可以使用双环结构，具有容错能力；
可以使用多模或单模光纤；
具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。
应用环境：
计算机机房网，用于机房中大型计算机与高速外设之间的连接；
办公室或建筑物群的主干网，用于连接大量的小型机、工作站、个人计算机与各种外设；
校园网的主干网，连接分布在校园中各个建筑物中的小型机、服务器、工作站以及多个LAN；
多校园的主干网，用于连接地理位置相距几千米的多个校园网、企业网。
接入网技术的发展
概念：解决最终用户接入地区性网络的技术就是接入网技术。
发展：目前作为用户接入网主要有三类：邮电通信网、计算机网络与广播电视网。正向数字化方向发展。
主要接入技术分5类：地面有线通信系统，无线通信，移动通信网，卫星通信网，有线电视网，地面广播电视网。
小结
VLAN的原理与组网；
城域网技术；
多路复用技术；
FDDI特点与应用；
接入网技术了解。
作业
请说明VLAN的基本工作原理（用图说明）
简述VLAN的几种实现方式；
什么是多路复用技术，简述几种多路复用技术。
FDDI的技术特点有哪几个？
第13讲 无线局域网概述
一、无线局域网概述
二、常见的无线网络接入方式
三、无线局域网的应用发展
一、概述
无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。
通俗点说，无线局域网（Wireless local－area network，WLAN）就是在不采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不需要再埋在地下或隐藏在墙里，网络却能够随着实际需要移动或变化。
概述
无线局域网技术具有传统局域网无法比拟的灵活性。
无线局域网的通信范围不受环境条件的限制，网络的传输范围大大拓宽，最大传输范围可达到几十公里。
在有线局域网中，两个站点的距离在使用铜缆时被限制在500米，即使采用单模光纤也只能达到3000米，而无线局域网中两个站点间的距离目前可达到50公里，距离数公里的建筑物中的网络可以集成为同一个局域网。
二、常见的无线网络接入方式
. 家族
. 蓝牙技术
. 红外线系统
. 家庭网络的HomeRF
. 比较
. 家族
（1）
是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中，用户与用户终端的无线接入，
业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mb/s。目前，3Com等公司都有基于该标准的无线网卡。
由于在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE小组又相继推出了和两个新标
准。三者之间技术上的主要差别在于MAC子层和物理层。
. 家族
（2）
物理层支持
使用动态速率漂移，可因环境变化，在11Mb/s、
. 家族
（3）
工作在5GHz U-NII频带，物理层速率可达54Mb/s，传输层达25Mb/s。采用正交频分复用(OFDM)的独特扩频技术；
可提供25Mb/s的无线ATM接口和10Mb/s的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区
可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。但是，芯片没有进入市场、设备昂贵、空中接力不好、点对点连接很不经济、不适合小型设备。
值得庆幸的是，Radiata的低成本COMS无线引擎芯片装置可支持。
. 家族
（4）
目前，IEEE推出最新版本IEEE 认证标准,该标准提出拥有IEEE 的传输速率，安全性较IEEE 好，
采用2种调制方式，含中采用的OFDM与中采用的CCK，做到与和兼容。
虽然较适用于企业，但WLAN运营商为了兼顾现有设备投资，选用的可能性极大。
. 家族
（5）
IEEE 标准是结合中的用户端口身份验证和设备验证，对WLAN MAC层进行修改与整合,定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善WLAN的安全性。
IEEE 新修订标准主要包括两项内容：“Wi-Fi保护访问”(Wi-Fi Protected Access：WPA)技术和“强健安全网络”(RSN)。Wi-Fi联盟计划采用 标准作为WPA的第二个版本，并于2004年初开始实行。
IEEE 标准在WLAN网络建设中的是相当重要的，数据的安全性是WLAN设备制造商和WLAN网络运营商应该首先考虑的头等工作。
. 蓝牙技术
蓝牙()是一项最新标准，对于来说，它的出现不是为了竞争而是相互补充。
蓝牙比更具移动性，比如，限制在办公室和校园内，蓝牙能把一个设备连接到LAN和WAN，甚至支持全球漫游。此外，蓝牙成本低、体积小，可用于更多的设备。
但是，蓝牙主要是点对点的短距离无线发送技术，本质上要么是RF要么是红外线。而且，蓝牙被设计成低功耗、短距离、低带宽的应用，严格来讲，不算是真正的局域网技术。
. 蓝牙技术
. 红外线系统
红外线局域网采用小于1微米波长的红外线作为传输媒体，有较强的方向性，由于它采用低于可见光的部分频谱作为传输介质，使用不受无线电管理部门的限制。
红外信号要求视距传输，并且窃听困难，对邻近区域的类似系统也不会产生干扰。
在实际应用中，由于红外线具有很高的背景噪声，受日光、环境照明等影响较大，一般要求的发射功率较高，红外无线局域网是目前“100Mbit／s以上、性能价格比高的网络”唯一可行的选择。
. 家庭网络的HomeRF
HomeRF主要为家庭网络设计，是与DECT的结合，旨在降低语音数据成本。HomeRF也采用了扩频技术，工作在频带，能同步支持4条高质量语音信道。
但目前HomeRF的传输速率只有1~2Mb/s。FCC建议增加到10Mb/s。
. 比较
通过比较分析可以看出，各种标准都是根据不同的使用场合，不同的用户需求而制定的。
有的是为了增加带宽和传输距离，有的则是考虑移动性和经济性，局部最优不等于全局最优。因此，用户应视实际需求选择适合自己的标准。
三、无线局域网的应用发展
在现阶段，我国市场上的无线局域网主要是应用于公众服务、企业内部网、校园网、及地理位置较特殊的政府机构等领域；
从发展趋势来看，随着产品价格和技术方面日渐成熟，校园网对无线局域网应用会增长迅速，尤其是高等教育和科研机构对无线局域网的需求不断增加，将为无线局域网创造广阔的空间。
像现在一些大学校园就构建了校园无线局域网网络。另外，在政府内部，电子政务建设正如火如荼，无线局域网在政府的网络建设中有非比寻常的机会。
三、无线局域网的应用发展
虽然标准由于其高带宽被人们津津乐道，但从实际应用来看，到现在为止，在国内仍然是无线局域网的主流标准，而市场中的无线局域网产品大多还是基于协议的；
而且，也会凭借其优秀的兼容性得到比更广泛的使用。
第14讲 网络互连基础
网络互连的基本概念
网络互连的定义
网络互连发展的动力
网络互连的要求
网络互连的功能
网络互连的定义
网络互连(internetworking)是指将分布在不同地理位置的网络、设备相连接，以构成更大规模的互联网络系统，实现互联网络中的资源共享。
互连的网络和设备可以是同种类型的网络、不同类型的网络协议的设备与系统。
网络互连发展的动力
商业需求
新的网络应用不断出现
技术进步
信息高速公路的发展
网络互连的要求
1、了解网络互连系统能适应各网络间的差异:
不同的编址方案
不同的分段
不同的网络访问机制
不同的超时
不同的差错恢复方法
不同的状态报告
不同的路由选择技术
不同的用户访问控制
不同的服务（面向连接和无连接服务）
2、提供网络间的连接，至少必须有物理层和数据链路层的链接；
3、提供不同网络间的路径选择和数据传输
网络互连的功能
基本功能：即网络互连所必需的功能，包括不同网络之间传送数据时的寻址与路由功能选择等。
扩展功能：指的是当各种互连的网络提供不同的服务类型时所需的功能，它包括协议转换、分组长度变换、分组重新排序及差错检测等功能。
网络互连的类型与层次
网络互连的类型
网络互连的层次
网络互连的类型
LAN—LAN
LAN—WAN
LAN—WAN—LAN
WAN—WAN
如图所示
网络互连的层次
互连、互通与互操作
几个互连的层次
互连：指两个物理网络之间至少有一条在物理上连接的线路，它为两个网络的数据交换提供了物质基础和可能性，但并不能保证两个网络一定能够进行数据交换，这要取决两个网络的通信协议是不是相互兼容。
互通：指两个网络之间可以交换数据。
互操作性：指网络中不同计算机系统之间具有透明地访问对方资源的能力。它是由高层软件来实现的。
互连是基础，互通是手段，互操作则是网络互连的目的。
网络互连的几个层次
数据链路层互连
网桥实现数据链路层互连时，互联网络的数据链路层与物理层协议可以不同。
网络层互连
用路由器实现网络互连时，互联网络的网络层及以下各层协议可以不相同。
高层互连
用应用网关实现网络互连时，互联网络的应用层及以下各层协议可以不相同。
网络互连设备
将网络互相连接起来要使用一些中间设备，ISO的术语称之为中继(relay)系统。根据中继系统所在的层次，可以有以下五种中继系统:
物理层中继系统，即中继器(repeater);
数据链路层中继系统，即网桥(bridge);
网络层中继系统，即路由器(router);
网络层以上的中继系统，即网关(gateway)。
中继器
物理层的互连设备，用于协议相同,便传输媒体不同的局域网之间的连接,可扩展局域网段的长度。
特点:
1、中继器不了解传输帧的格式，也没有物理地址；
2、每个中继器都增加延迟，故其数量有限制；
3、不能区分数据信号是否失效，会将失效的包括差错信号一起传输。
如以太网常常利用中继器扩展总线的电缆长度，标准细缆以太网的每段长度最大 米，最多可有 段，因此增加中继器后，最大网络电缆长度则可提高到 米。
主要功能：
1、信号恢复：物理层内实现透明的二进制比特复制，补偿信号衰减，有完全再生原物理信号的能力；
2、隔离：不同的传输媒体连接，接口管理。
优点:便宜、简单
缺点:再生电子干扰信号及错误信号
185
5
925
集线器（Hub）是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。
功能：信号再生、信息包转发及其他功能。
智能集线器，还可将网络管理、路径选择等网络功能集成于其中。随着网络交换技术的发展，集线器正逐步为交换机所取代。
演示：连接、数据传送
网桥(bridge)
1、应用环境：
1）一个单位的多个LAN互连；
2）一个单位的多幢办公楼（内部有LAN）互连
3）将一个大的企业网或校园网划分成多个子网
4）扩展局域网的范围；
5）信息安全与保密的要求。
2、基本特征
1）能够连接两个采用不同数据链路层协议、不 同传输介质与不同传输速率的网络；
2）以接收、存储、地址过滤与转发的方式，实现互连的网络之间的通信；
3）要求互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议；
4）可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互联网的性能与安全性。
2．网桥的基本工作原理
参照书中下图来说明。
3、使用网桥可以带来以下好处：
（1）过滤通信量。
（2）扩大了物理范围。
（3）提高了可靠性。
（4）可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率(如10 Mbit/s和100 Mbit/s以太网)的局域网。
LAN1
203
数据
102
数据
网桥1
102
数据
LAN2
202
站
站
站
201
203
网桥2
LAN3
站
站
站
301
302
303
4、分类：
基于与标准，根据路由策略不同，可分为透明网桥与源路选网桥。
透明网桥
标准中规定，路由选择功能只设在网桥中，局域网上各工作站都不设置路由选择功能。所以网桥中要建立一张站表，内容包括：
站地址 —— 源站地址
端口号 —— 将帧发往目的地址应从哪个端口发出去（或连接哪个网络）
LAN类型 —— 用于标识MAC规程，以便了解是否需进行协议转换
表目登记时间（或帧到达时间） —— 记录帧到达时间，以便保留网络拓扑中最新状态信息，网桥中有一程序，周期性扫描表中项目，清除以前（几分钟）的登记。
当一个网桥刚连接到局域网上时，其站表是空的。这时若网桥收到一帧，则不能根据站表来决策，而是采用“洪泛法”将收到的帧向除进入端外的所有端口转发，如果这个帧又到了另一网桥，也由同样方法转发，直至到达目的站为止。
举例
透明网桥的路由选择方法：
透明网桥的优点：
容易安装，无需人工输入路由信息。
缺点：
没有选择最佳路由。
查目的地址（在站表中）
若查到
若没查到，用洪泛法转发此帧，并登记站表
不在入口端所在局域网中，转发
在入口端所在局域网中，丢弃此帧
源路由选择网桥
网桥标准规定 —— 由发送帧的源工作站负责路由选择。所以每个工作站中都配置一张路由选择表；
表中为本站所能到达的工作站都建立一个表目，列出了由本站到达目的站沿途所有工作站和网桥的站址；
由本站发往该目的站所有帧，都将沿着这条路径传输。
源站以广播方式向目的站发送一个路由选择帧，沿所有可能的路径传送；
在传送中，每个路由选择帧都记下所经过的路径；
当路由选择帧到达目的站后，就沿原路径返回源站，带回路由信息；
源站从所有可能的路径选择一条最佳路由，记入本站的路由选择表中。以后凡从这个目的站发送的帧，其首部都携带源站所确定的路由信息。如下图
优点：可寻找最佳路由。
缺点：
网络工作站的实现较复杂；
当网络规模很大时，广播帧的数目会剧增，引起拥塞。
广播风暴
广播风暴”是指在局域网中带宽大多部分被广播的数据包占用，正常业务数据不能通过或者很难通过 的现象。
形成广播风暴的原因：不合理的网络设计；网络上的计算机等终端数量过多；网络中有损坏的通讯设备等等。
据书中P91图说明。
路由器
路由器是在网络层对分组信息进行存储转发，实现多个网络互联的设备。
1、基本功能：
协议转换
路由选择
能支持多种协议的路由选择
流量控制
分段和重组功能
网络管理功能
2、路由器工作原理
多协议路由器：由于每一种协议都有自己的规则，要在一个路由器中完成多种协议的算法，势必会降低路由器的性能。因此，支持多协议的路由器性能相对较低。购买路由器时，需要根据自己的实际情况，选择自己需要的网络协议的路由器。 如书中图。
举例，工作站A需要向工作站B传送信息（并假定工作站B的IP地址为），它们之间需要通过多个路由器的接力传递，路由器的分布如下图所示。
其工作过程如下：
（1）工作站A将工作站B的地址连同数据信息以数据帧的形式发送给路由器1。
（2）路由器1收到工作站A的数据帧后，先从报头中取出地址，并根据路径表计算出发往工作站B的最佳路径：R1->R2->R5->B；并将数据帧发往路由器2。
（3）路由器2重复路由器1的工作，并将数据帧转发给路由器5。
（4）路由器5同样取出目的地址，发现就在该路由器所连接的网段上，于是将该数据帧直接交给工作站B。
（5）工作站B收到工作站A的数据帧，一次通信过程宣告结束。
3、通过路由器实现网络互连
应用较广泛的产品：
1） Cisco的系列路由器；
2）3com的office connect NetBuilder系列；
3）Nortel的Accelar系列；
4）Intel的Express Router系列。
交换机
1990年问世的交换式集线器(switching hub)，可明显地提高局域网的性能。交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机(表明这种交换机工作在数据链路层)。
“交换机”并无准确的定义和明确的概念，而现在的很多交换机已混杂了网桥和路由器的功能。
三种交换技术:
(1)端口交换
(2)帧交换
(3)信元交换
交换机的工作原理
(1)二层交换机的工作原理
①可以把每个端口所连接的网站分割为独立的LAN
②每个端口都提供专用的带宽
③流量控制
④采用不同的专用集成电路
⑤转发机制
⑥网络管理
⑦限制
(2)三层交换机的工作原理
第三层交换机的概念就是将网络层的功能融入交换机,以交换机的性能完成路由器的功能。
网关
网关（Gateway）又称网间连接器、协议转换器。
网关在传输层上实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。
为什么会使用网关呢？::
现行的IPV4的IP地址是32位的，根据头几位再划分为A、B、C三 类地址；但由于INTERNET的迅猛发展，IP资源日渐枯竭，可供分配的IP地越来越少，跟一日千里的INTERNET发展严重冲突，在IPV6还远未能全面升级的情况下，惟有以代理服务器的方式，实行内部网地址跟公网地址进行转化而实现接入INTERNET。
中介作用的代理服务器就是一个网关.
小结
网络互连基本知识
网络互连设备介绍:
网桥(交换要)
路由器
网关
练习
1、网关是_______。
A.物理层的互连设备 B.数据链路层的互连设备
C.网络层的互连设备 D.高层的互连设备
2、网桥是______。
A.物理层的互连设备 B.数据链路层的互连设备
C.网络层的互连设备 D.高层的互连设备
3、路由器是______。
A.物理层的互连设备 B.数据链路层的互连设备
C.网络层的互连设备 D.高层的互连设备
4、如果一个以太网要与一帧中继网互连，应选择的互连设备是_______。
A.中继器 B.网桥 C.路由器 D.网关
5、在一个采用粗铜轴电缆作为传输媒体的以太网中，两个节点之间的距离超过500m，欲扩大局域网覆盖的范围，最简单的方法是选用________。
A.中继器 B.网桥 C.路由器 D.网关
6、在一个单位中，有两个部门都已经组建了自己的以太网，并且操作系统都选用同一软件，欲将这两个局域网互连起来，最简单的方法是选用_______。
A.中继器 B.网桥 C.路由器 D.网关
作业
网络互连的类型有哪些？
分别说明什么是互连、互通和互操作性。
按OSI模型,网络互连有哪几个层次？
网桥分哪两种,比较之,并说明透明网桥的路选策略。
路由器的基本功能有哪些?
作业
第15讲 Internet基础
Internet及其发展
Internet的发展前景
Internet的通信协议
Internet及其发展
Internet:把世界各地的计算机网、数据通信网以及公用电话网，通过路由 器和各种通信线路在物理上连接起来，再利用TCP/IP协议实现不同类型的网络之间相互通信，是一个“网络的网络”，Internet网的基础是现存的各种计算机网络和通信网络。
Internet要解决的问题：
(1)、两个网络之间要通过中间设备实现物理连接，这台设备属于两个网络，解决低层物理的硬件‘互连’，即路由器或IP网关。
(2)、中间设备要实现网络之间的分组交换及寻径、协议转换等，解决高层的逻辑的软件“互连”，即TCP／IP协议。 Internet网可抽象为应用TCP／IP技术由路由器连接起来的网络。
Internet的发展:
Internet起源于1969年美国国防部高级研究计划局协助开发的4个节点组成的ARPANET.
1987年，NSF(美国国家科学基金会)采用招标的形式，由IBM等三家公司合作建立了一个新的广域网，美国其它部门的计算机网络相继并入此网，形成了目前的Internet主干网ANSnet。
1994年4月，中科院计算机网络信息中心(CNIC，Cas)正式接入Internet网，目前，我国已初步建成四个骨干广域网，即邮电部的CHINANET，教委的CERNET，科学院的CSTNET，电子部的CHINAGBN，这四个网均与Internet直接相连。
1997年4月，CHINAGBN、CERNET、CSTNET网之间己实现了互联。
Internet基本结构
Internet逻辑结构:
见书中图示.
Internet组成部分:
通信线路、路由器、主机与信息资源等
服务器：指使用专用的服务器软件向用户提供信息资源与服务的主机，一般性能较高
分为：ftp、www、E-mail、与域名服务器。
Internet的发展前景
政府上网工程
开展远程教育
发展远程医疗
Internet通信协议
TCP/IP：一组协议集(或协议栈)的总称，TCP／IP是这组协议的核心。 这组协议的功能是利用已有的物理网络互连起来，屏蔽或隔离具体网络技术的硬件差异，建立为一个虚拟的逻辑网络，实现不同物理网络的主机之间的通信。
1、IP地址概念：
就是给每个连接在Internet上的主机分配一个在全世界范围唯一的32bit地址。
这里的主机是指网络上的一个节点，不能简单地理解为一台计算机，实际上IP地址是分配给计算机的网络适配器（即网卡）的，一台计算机可以有多个网络适配器，就可以有多个IP地址，一个网络适配器就是一个节点。
由于二进制使用起来不方便，用户使用“点分十进制”方式表示。
IP地址共有32位地址，一般以4个字节表示，每个字节的数字又用十进制表示，即每个字节的数的范围是0~255，且每个数字之间用点隔开，例如：，这种记录方法称为“点-分”十进制记号法。IP地址的结构如下所示：
网络号
主机号
IP地址
为了充分利用IP地址空间，Internet委员会定义了五种IP地址类型以适合不同容量的网络，即A类至E类，如图所示。其中A、B、C三类由InterNIC（Internet网络信息信心）在全球范围内统一分配，D、E类为特殊地址。
常用A、B、C三类，下面详细介绍
2．IP地址的分类
IP地址的使用范围
A：这类地址的特点是以0开头，第一字节表示网络号，第二、三、四字节表示网络中的主机号，网络数量少，最多可以表示126个网络号，每一网络中最多可以有16777214个主机号。
0******* ******** ******** ********
l—126 0—255 0—255 1—254
B：这类地址的特点是以l0开头，第一、二字节表示网络号，第三、四字节表示网络中的主机号，最多可以表示16384个网络号，每一网络中最多可以有66534个主机号。
10****** ******** ******** ********
128一191 0—255 0—255 1—254
C：这类地址的特点是以110开头，第一、二、三字节表示网络号，第四字节表示网络中的主机号，网络数量比较多，可以有2097152个网络号，每一网络中最多可以有254个主机号。
110***** ******** ******** ********
192—233 0—255 0—255 1—254
D类IP不标识网络,其范围是:—,用于其他特殊用途,如多目的地址广播(multicasting).
E类IP暂时保留,其范围：２４０．０．０．０－２５５．２５５．２５５．２５５，用于实验和将来使用．
几个特殊的IP地址形式：
1、网络地址：IP保留主机地址为0的地址，并用它来表示一个网络。网络地址指网络本身而非连到该网络上的主机。举例。
2、广播地址
TCP/IP规定，主机号全为“1”的网络地址用于广播之用，叫做广播地址。
3、有限的广播地址
前面提到的广播地址包含一个有效的网络号和主机号，技术上称为直接广播（directed boradcasting）地址。在网间网上的任何一点均可向其他任何网络进行直接广播，但直接广播有一个缺点，就是要知道信宿网络的网络号。
有时需要在本网络内部广播，但又不知道本网络网络号。TCP/IP规定，32比特全为“1”的网间网地址用于本网广播，该地址叫做有限广播地址（limited broadcast address）。举例
4、“0”地址
TCP/IP协议规定，各位全为“0”的网络号被解释成“本”网络。
5、回送地址
A类网络地址127是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，叫做回送地址（loopback address）。无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件立即返回之，不进行任何网络传输。
TCP/IP协议规定，一、含网络号127的分组不能出现在任何网络上；二、主机和网关不能为该地址广播任何寻径信息。由以上规定可以看出，主机号全“0”全“1”的地址在TCP/IP协议中有特殊含义，不能用作一台主机的有效地址。
6、私有地址
私有地址不被正式分配给任何人，而且不能被使用在外部网络（即Internet上）。有—,
—,
—
测试
回送（loopback)
任意
127
在本地网上广播
有限广播
全1
全1
在特定网上广播
直接广播
全1
网络
标识一个网络
网络地址
全0
网络
启动时使用
本机地址
全0
全0
用途
地址类型
主机号
网络号
特殊IP地址格式一览表
3.子网掩码
为了快速确定IP地址的哪部分代表网络号，哪部分代表主机号，判断两个IP地址是否属于同一网络,就产生的子网掩码的概念，子网掩码按IP地址的格式给出。 A、B、C类IP地址的默认子网掩码如下：
A：255．0．0．0 B：255．255．0．0 C：255．．0
用子网掩码判断IP地址的网络号与主机号的方法是用IP地址与相应的子网掩码 进行与运算，可以区分出网络号部分和主机号部分。 如是A类IP地址，所以默认子网掩码为255．0．0，O，分别转化为二进制进行与运算后，得出网络号为10。再如202．30．和202．30．152．80为C类 IP地址，默认子网掩码为255．255．255．0，进行与运算后得出二者网络号相同，说明两主机位于同一网络。
子网掩码的另一功能是用来划分子网。在实际应用中，经常遇到网络号不够的问题，需要把某类网络划分出多个子网，采用的方法就是将主机号标识部分的一些二进制位划分出来用来标识子网。
办法是：把原网络地址与子网地址均设为1，剩余的主机地址则设为0。
下面是一个划分子网的例子。
有一个B类网络地址，欲将其划分为8个子网，问如何设置子网掩码？
原来B类IP默认子网掩码为：，即后两位为主机号，现要把主机号高位拿来划分子网。
由于要划分为8个子网：8=23，把第3个8位二进数的前三位置为1，掩码变成：
,换算成十进制为：。这样，划分后的地址中网络地址为19位，主机地址为13位，每个子网可有主机213-2台。
思考：还是上题，如已知掩码，如何算子网？已知要划分的每个子网的主机数，如何算掩码和子网？
*
224--254
111
8
192--223
110
7
160--191
101
6
128--159
100
5
96--127
011
4
64--95
010
3
32--63
001
2
*
0—31
000
1
备注
子网网络号
主机地址范围(5位)
子网号段(3位)
序号
掩码对应的8个网段
如采用的路由协议不支持全0或全1，则*不可用。实际可划分的子网个数为23-2。
把接口的IP地址和该接口上的掩码进行“与”运算，就得到该接口所在网络的子网地址，而把地址和掩码的反码进行“与”运算，可得到主机地址。
如，一个网络接口地址为,掩码为,则其子网地址为：,主机地址为：。
这样，在IP协议中，主机或路由器的每一个网络接口都为之分配一个地址。对应每个地址有相应掩码，在同一个网络上的网络接口的IP地址的掩码应该是一样的，以保证通过掩码计算的子网地址是一样的。
新一代IP地址
现有IP地址是只有32位，IP地址资源非常紧张，接近枯竭。
所以现在发展用IPV6，它将建立128位长的新IP地址，从而会包含2128个地址。
域名系统
数字型IP地址的缺点是不直观，难以理解和记忆，所以TCP/IP又提供了一种字符型名字机制，即域名系统DNS(Domain Name System)。
DNS包含两方面的内容：一是主机域名字的管理；另一个就是主机域名与IP地址之间的映射。
域名结构
Internet中每台计算机的域名结构为：主机名、机构名、网络名、最高层域名。
域名是由有规律的英文单词组成的，非常便于记忆，而且还可以根据域名组成的规律，猜测某一个站点的域名。
常见的标准域名结构为：主机名、机构名、网络名、最高层域名。在Internet的域名系统中最高层域名有三种：
第一类为国别域名，由两个英文字母组成，如：“.CN（中国）”、“.JP（日本）”、“.US（美国）”、“.UK（英国）”、“.CA（加拿大）”。 第二类为国际域名，现只有一个“.INT”代表国际组织。 第三类为通用域名，目前用到的有13个：
.net——网络服务机构；.edu——教育部门； .web——web服务机构；
.arts——文化娱乐部门；.info——信息部门；.rec——娱乐机构；
.org——非赢利机构； .Store——销售部门 .Firm——公司企业；
.gov——政府部门； .com.——商业机构 .mil——军事部门；
.nom——个人。
中国的域名注册由国务院信息化工作领导小组办公室授权中国互联网络信息中心（CNNIC）负责办理。
如：。
域名解析
用域名比用IP地址直观、易记忆，但不能用域名寻址，因为通过软件发收数据时，使用的是IP地址。所以必须将域名映射成IP地址 —— 该过程叫做域名解析；
解析方式有两种：
递归解析
非递归解析
例：假设.域中的lab客户要浏览的内容，解析过程：
递归解析
根的名字服务器
.gov的名字服务器
.com的名字服务器
.cn的名字服务器
.的名字服务器
.的名字服务器
.的名字服务器
lab
……
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
?
找到了
非递归解析
根的名字服务器
.gov的名字服务器
.com的名字服务器
.cn的名字服务器
.的名字服务器
.的名字服务器
.的名字服务器
lab
……
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
?
找到了
可见，用非递归方式时，若该名字服务器中没有所要查询的IP地址，则仅向申请者返回下一个可用的名字服务器的地址，由查询者继续请求下一个名字服务器。
使用递归方式时，名字服务器不向申请者返回下一个可用的名字服务器的地址，而是直接请求下一个服务器以获得答案。
非递归方式是所有名字服务器必须能够实现的基本的域名解析服务功能。
小结
Internet基本知识
IP地址与子网划分
域名系统
作业
1、什么是Internet？
2、什么是IP地址，它是如何划分的？
3、子网掩码有何作用？
4、域名解析有哪两种？有何区别？
5、有一个网络地址为：，现规划实验室，每个实验室放50台主机，问如何划分子网？写出详细的主要的计算过程。
第16讲 Internet技术
Internet基本服务功能
Internet基本接入方法
Internet基本服务功能
WWW服务
电子邮件服务
文件传输服务
远程登录服务
新闻与公告类服务
WWW服务
WWW:World Wide Web,即万维网服务.
1、超文本与超媒体
超文本：是一种信息管理技术，它将信息自然地相连接，建立穿过文档的大量信息路径，注释已有文本。如图
超媒体：多媒体+超文本，如书P126中图
2、WWW的工作方式
WWW是以超文本标志语言（HTML）与超文本传输协议（HTTP）为基础，能够提供面向Internet服务的、一致的用户界面的信息浏览系统。
采用客户机/服务器（C/S）模式，其工作原理为：
3、URL与信息定位
为什么用URL（Uniform Resource Locate)：在Internet中有众多的WWW服务器，而每台服务器中又包含很多主页，所以需要URL来定位。
URL组成：服务器类型、主机名和路径及文件名。
如
http:指出要使用http协议，指要访问的服务器主机名，“”指要访问的主页的路径与文件名。
4、主页（home page)是指个人或机构的基本信息页面，用户通过主页可以访问有关的信息资源。
主页一般包含以下几种基本元素：
文本、图像（一般只识别GIF与JPEG）、表格（table）和超链接（hyperlink）。
5、WWW浏览器：
1）Netscape的Navigator;
2）Microsoft的Internet Explorer(IE)。
6、搜索引擎：Internet上的一个WWW服务器。
电子邮件服务
1、邮件服务器：是Internet邮件服务系统的核心，其作用相当于日常生活中的邮局。
一方面，它负责接收用户送来的邮件，并根据收件人地址发送到对方的邮件服务器中；
另一方面，它负责接收由其他服务器发来的邮件，并根据收件人地址分发到相应的电子邮箱。
2、电子邮箱：是由提供电子邮件服务的机构（一般是ISP）为用户建立的。
邮件地址：用户名@主机名
如island@
3、电子邮件的工作过程：是基于客户机/服务器结构，工作过程如书中P131图示。
文件传输服务（ftp）
1、概念：文件传输服务是由ftp应用程序提供的，而ftp应用程序遵循TCP/IP中的文件传输协议，它允许用户将文件从一台计算机传输到另一台计算机上，并且能够保证传输的可靠性。
2、ftp服务的工作过程
采用客户机/服务器（c/s）工作模式，工作过程如书中P133图所示。
远程登录服务
1、又称为telnet服务，是指用户使用telnet命令，使自己的计算机暂时成为远程计算机的一个仿真终端的过程。
2、远程登录过程：如书中（P135）图。
3、需备条件：1）用户的计算机要有Telnet应用软件，如windows提供的Telnet客户端程序；2）用户在远程计算机上有自己的用户帐户（用户名和密码）或远程计算机提供公开的用户帐户（如guest)。
新闻与公告类服务
1、网络新闻组（Usenet)：是一种利用网络进行专题讨论的国际论坛。
2、电子公告牌（BBS）：早期的BBS服务是一种基于远程登录的服务，而现在很多BBS站点也提供WWW访问方式。
Internet接入方法
了解ISP
拨号上网的接入方式
局域网接入的方法
Intennet基本接入方式
1、ISP：Internet Service Provider，是用户接入Internet的入口点, ISP是掌握Internet ________的机构 。
一方面，为用户提供Internet接入服务
另一方面，也为用户提供各类信息服务。
如图书中（P203）所示
2、国内主要的ISP：见书中（P204）表
3、如何选择ISP：
1）ISP所在的位置；
2）ISP支持的传输速率；
3）ISP的可靠性；
4）ISP的出口带宽；
5）ISP的收费标准。
拨号上网的接入方法
1、结构：如书中（P205）图示。
2、调制解调器设置；
3、创建和使用拨号连接
局域网接入方法
1、结构如书中图（P206）所示；
2、网卡与TCP/IP设置。
小结
Internet的基本服务
Internet的接入方法
作业
ISP在用户接入Internet时的作用是什么？如何选择ISP？
通信子网完成信息分组的传递工作，每个通信节点具有存储转发功能，当通信线路繁忙时，每个分组能在节点存储、排队，当线路空闲时分组被转发送出，从而提高了线路的利用率和整个网络的效率。资源子网包含所有由资源子网连接的主机，这些主机向网络提供各种类型的资源。
Purpose: This figure illustrates an unshielded twisted-pair RJ-45 connector.
Emphasize: the RJ-45 has eight pins. Some are for tip (T) and some for ring(R).
Emphasize: Make sure each student has seen a Cat 5 cable. Describe the test for straight through cable determination. If you hold the two ends of an RJ-45 cable side by side, you'll see eight colored strips, or pins, at each end.
If the order of the colored pins is the same at each end, then the cable is straight through.
If the order of the colors is reversed at each end, then the cable is crossed over or rolled.
Straight-thru Ethernet uses pins 1, 2, 3, and 6.
Straight-thru cables are used for switch to router cabling, switch to PC or server cabling, or hub to PC or server cabling.
Emphasize: Make sure each student has seen a Cat 5 cable. Describe the test for crossover cable determination. If you hold the two ends of an RJ-45 cable side by side, you'll see eight colored strips, or pins, at each end.
If the order of the colored pins is the same at each end, then the cable is straight through.
If the order of the colors is reversed at each end, then the cable is crossed over or rolled.
Ethernet uses pins 1, 2, 3, and 6. For crossover, pin 1 is connected to 3, and oin 2 is connected to 6.
Crossover cables are used for switch to switch cabling, PC to PC cabling, switch to hub cabling, hub to hub cabling, or router to router cabling.
