第1章 计算机网络概论1.1 1.1 计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展1.2 1.2 计算机网络的组计算机网络的组成与结构成与结构1.31.3 计算机网络的功能、分类与应用计算机网络的功能、分类与应用1.41.4 拓扑结构与传输介质拓扑结构与传输介质 1.51.5 数据通信基础知识数据通信基础知识 1.1 计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展1.1.1 面向终端的计算机网络（具有远程通信功能的单机系统）面向终端的计算机网络（具有远程通信功能的单机系统） 在计算机问世后的一段时期内，计算机的使用维持在单机运行状态。当时的计算机数量少、价格昂贵。为使多人同时使用同一台计算机，20世纪50年代，人们开始进行计算机网络技术的研究。最初，用一台计算机作为主机，通过通信线路与多台终端相连，构成简单的计算机连机系统，系统中所有数据处理都由主机完成，终端没有任何处理能力，仅起着字符输入、结果显示等作用，这种连机系统被称为主机终端系统，或称为面向终端的计算机网络。这一系统的出现标志着将计算机技术与通信技术相结合进行研究的开始。这时的连机系统与人们现在所定义的计算机网络在概念上是不同的。 20世纪60年代，随着计算机主机性能的提高，所连接的远程终端台数也不断增加，如美国航空公司60年代初投入使用的飞机订票系统SABRE1，就是由一台中心计算机和全美范围内2000多台终端相连而成的。 在大型主机终端系统中，随着终端数量的增加，系统的矛盾也更加突出。其矛盾主要表现在：作为主机的计算机既要进行数据处理，又要承担与各终端间的通信，主机负荷加重，实际工作效率下降；同时，主机与每一台远程终端都用一条专用通信线路连接，线路的利用率较低。 为了解决这些矛盾，人们开始研究如何将数据处理和数据通信进行分工，即在主机前端用一台通信处理机或前端处理机FEP(Front End Processor)，如图1-1所示，通过调制解调器与远程终端相连，专门完成通信工作，而计算机主机则专门进行数据处理，使系统的运行效率得到提高。另外，在终端比较集中的地区设置终端控制器TC(Terminal Controller)或集中器C(Concentrator)，以提高远程线路的利用率。图1-1 面向终端的计算机网络示意图通信设备1.1.2 多机互连系统（具有远程通信功能的多机系统）多机互连系统（具有远程通信功能的多机系统） 这一阶段主要是解决在第一阶段出现的问题。主要是：在主机前加一个前端处理机（FEP），用来对信息进行预处理，而主要主要用来对数据处理，提高了数据处理的效率。 为了降低建设费用，提高线路的利用率，在终端较集中的地方加上线路集中器，也就是相当于现在的集线器（HUB）。1.1.3 开放式标准化计算机网络（具有统一体系结构、国际化开放式标准化计算机网络（具有统一体系结构、国际化标准协议的计算机网络）标准协议的计算机网络） 大量自行研制的计算机网络的投入运营，暴露了不少缺乏统一规划而产生的弊端。其主要原因是因为各自研制的网络没有统一的网络体系结构，难以实现互连，这种自成体系的系统称为“封闭”系统。为此，人们迫切希望建立一系列的国际标准，渴望得到一个“开放”的系统。这也是推动计算机网络走向国际标准化的一个重要因素。 正是出于这种动机，1977年，国际标准化组织ISO(International Standardization Organization)设立分委员会SC16(属TC97信息处理系统技术委员会)，以“开放系统互连”为目标，专门研究网络体系结构、互连标准等。1984年，ISO正式颁布了一个称为“开放系统互连基本参考模型”(Open System Interconnection Basic Reference Model)的国际标准ISO7498，简称OSI参考模型或OSI/RM。OSI/RM共有七层，因此也称为OSI七层模型。OSI/RM的提出，开创了一个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新时代。 OSI标准不仅确保了各厂商生产的计算机间的互连，同时也促进了企业的竞争。厂商只有执行这些标准才能有利于产品的销路，用户也可以从不同制造厂商获得兼容的开放的产品，从而大大加速了计算机网络的发展。 特别要指出的是，ARPANET中使用的传输控制协议与互联网协议TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)尽管不是OSI标准协议，但至今仍被广泛采纳，成为事实上的工业标准。自1983年TCP/IP成为ARPANET上惟一的正式协议后，ARPANET上连接的网络和计算机迅速增长，逐渐形成了以ARPANET为主干、TCP/IP协议为核心的Internet原型。由上我们可以得出有关计算机网络的定义：由上我们可以得出有关计算机网络的定义： 计算机网络是指的在一定的范围内，通过一定的物理媒质和人为的手段把计算机连接起来，使计算机资源和信息在一定的程度上达到共享的一种计算机群体（集合）。 从定义我们可以看出，现代计算机网络有以下特点： (1) 资源共享是计算机网络的主要目的，计算机资源包括计算机硬件、软件和数据。 (2) 被连接的自主计算机应自成一个完整的系统。包括各种类型、档次的计算机，都必须有自已的CPU、主存储器、显示器、辅助存储器和完善的系统软件等，能单独进行信息加工处理。 (3) 自主性是指连网的计算机之间不存在制约控制关系。 (4) 一般的外部设备不能直接挂在网上，只有直接受一台计算机控制的外部设备，通过该台计算机的连网才能成为网上资源。 (5) 计算机之间的互连通过通信设备及通信线路来实现，其通信方式多种多样，通信线路包括有线介质和无线介质。 (6) 计算机网络要有功能完善的网络软件支持。 (7) 连网计算机之间的信息交换必须遵循统一的通信协议。 图1-2是典型的计算机网络系统示意图。从图中可见，一个计算机网络是由资源子网(虚框外部)和通信子网(虚框内部)构成的。资源子网负责信息处理，通信子网负责全网中的信息传递。1.2 计算机网络的组成与结构计算机网络的组成与结构图1-2 计算机网络构成示意图 通信子网是由用作信息交换的通信控制处理机、通信线路和其他通信设备组成的独立的数据信息系统，它承担全网的数据传递、转接等通信处理工作： (1) 分组交换器PSE(Packet Switching Equipment)用于实现分组交换，即接收从一条物理链路上送来的分组，经过适当处理后，根据分组中的目标地址选择一条最佳输出路径，将分组发往下一个节点。 (2) 多路转换器MUX(MultiPlexor)用于实现从多路到一路，或从一路到多路的转换，以便使多个终端共享一条通信线路，提高信道利用率。 (3) 集中器C(Concentrator)与多路转换器类似，其主要区别在于集中器是以动态方式分配信道，而多路转换器则以静态方式分配信道。 (4) 分组组装拆卸设备PAD (Packet Assembly and Disassembly)用于连接大量的同步和异步终端。其主要功能有： 拆卸：PAD接收从终端发来的字符流，将它们拆卸成适于在网络中传输的信息分组送入网络中。 组装：PAD接收从网络中传来的分组，根据分组中的目标地址和发送时的顺序，重新组装成字符流，然后送至相应的终端。 (5) 网络控制中心NCC(Network Control Center)主要用于管理整个网络的运行，为网络中的用户进行注册、登记和记账，对网络中发生的故障进行检测。 (6) 网关G(Gateway)用于实现各网络的互连，其作用是作为各网络之间的硬件和软件接口，实现各计算机网络之间信息的格式变换和规程变换。 (7) 调制解调器(Modem)实现数字信号和模拟信号之间的转换。 (8) 网络接口部件 NIU(Network Interface Unit)在局域网中，PC机通过网络接口部件与网络相连，NIU又被称为网络适配器(Network Adapter)，简称网卡。 资源子网包括网络中的所有主计算机、I/O设备、网络操作系统和网络数据库等。它负责全网面向应用的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源和网络服务，实现网络的资源共享。 (1) 主机HOST是资源子网中的主要组成单元，它通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机连接。在主机中除了装有本地操作系统外，还应配有网络操作系统。主机中还应装有各种应用软件，配置网络数据库和各种工具软件。 (2) 终端T(Terminal)是用户与网络之间的接口，用户可以通过终端得到网络服务。终端和主机一样，是网络的信源和信宿。但通常终端输出的是字符流，不能直接入网，而必须通过主机或PAD。 (3) 网络操作系统是建立在各主机操作系统之上的一个操作系统，用于实现在不同主机系统之间的用户通信以及全网硬件和软件资源的共享，并向用户提供统一的、方便的网络接口，以方便用户使用网络。 (4) 网络数据库系统是建立在网络操作系统之上的一个数据库系统。它可以集中地驻留在一台主机上，也可以分布在多台主机上。它向网络用户提供存、取、修改网络数据库中数据的服务，以实现网络数据库的共享。1.3.1 计算机网络的功能计算机网络的功能 1信息交换信息交换 信息交换是计算机网络最基本的功能，主要完成计算机网络中各节点之间的系统通信。用户可以在网上收发电子邮件，发布新闻消息，进行电子购物、电子贸易、远程教育等。1.3 计算机网络的功能、分类与应用计算机网络的功能、分类与应用 2资源共享资源共享 资源共享是指网络用户可以在权限范围内共享网中各计算机所提供的共享资源，包括软件、硬件和数据等。这种共享不受实际地理位置的限制。资源共享使得网络中分散的资源能够互通有无，大大提高了资源的利用率。它是组建计算机网络的重要目的之一。 3均衡使用网络资源均衡使用网络资源 在计算机网络中，如果某台计算机的处理任务过重，可通过网络将部分工作转交给较“空闲”的计算机来完成，均衡使用网络资源。 4分布处理分布处理 对于较大型综合性问题的处理，可按一定的算法将任务分配给网络，由不同计算机进行分布处理，提高处理速度，有效利用设备。采用分布处理技术往往能够将多台性能不一定很高的计算机连成具有高性能的计算机网络，使解决大型复杂问题的费用大大降低。 5数据信息的综合处理数据信息的综合处理 通过计算机网络可将分散在各地的数据信息进行集中或分级管理，通过综合分析处理后得到有价值的数据信息资料。例如政府部门的计划统计系统，银行、财政及各种金融系统数据的收集和处理系统，地震资料的收集与处理系统，地质资料的采集与处理系统，人口普查的信息管理系统等。 6提高计算机的安全可靠性提高计算机的安全可靠性 计算机网络中的计算机能够彼此互为备用机，一旦网络中某台计算机出现故障，故障计算机的任务就可以由其他计算机来完成，不会出现由于单机故障使整个系统瘫痪的现象，增加了计算机的安全可靠性。 由于计算机网络的功能特点，使得计算机网络应用已经深入到社会生活的各个方面，如办公自动化、信息金融管理、网上教学、电子商务、网络通信等。社会的信息化、数据的分布处理、计算机资源的共享等各种应用的要求都推动了计算机技术朝着群体化方向发展，促使计算机技术与通信技术紧密结合。这代表着当前计算机体系结构发展的一个重要方向。1.3.2 计算机网络的分类计算机网络的分类 计算机网络可按不同的方式分类，下面简要进行介绍。 (1) 按网络的通信距离和作用范围，计算机网络可分为广域网(WAN)、局域网(LAN)和城域网(MAN)。 广域网(WAN，Wide Area Network)又称远程网，其覆盖范围一般为几十至数千公里，可在全球范围内进行连接。其传输速率通常为1200 b/s45 Mb/s。 局域网(LAN，Local Area Network)的作用范围较小，一般不超过10公里，通常局限在一个园区、一座大楼，甚至在一个办公室内。局域网一般具有较高的传输速率，例如10 Mb/s、100 Mb/s，甚至更高。 城域网(MAN，Metropolitan Area Network)的作用范围、规模和传输速率介于广域网和局域网之间，是一个覆盖整个城市的网络。 (2) 按交换方式，计算机网络可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。 计算机网络除了以上两种分类方法外，还可按采用的拓扑结构分为星型网、总网、环型网、树型网和混合型网；按所采用的传输媒体分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网、无线网；按信道的带宽分为窄带网和宽带网；按网络的管理和使用范围分为公用网(对社会所有人服务的，并且对公众开放的网络，一般由国家有关部门或社会公益机构建立，如中国公用计算机互联网ChinaNet)和专用网(因特殊需要所建立的网络，不对外开放，如企业网、军用网)等。1.3.3 典型的计算机网络应用系统典型的计算机网络应用系统 计算机网络是目前计算机应用的热点，随着信息时代的到来和需求的增加，微机越来越得到普遍应用，且价格愈来愈低，更促进了计算机网络应用的迅速发展。计算机网络的应用可归纳为下列几个方面。 1办公自动化办公自动化OA(Office Automation) 人们已经不满足于用个人微机进行文字处理及文档管理，普遍要求把一个机关或企业的办公微机、打印机连成网络，简化办公室的日常工作。通过网络处理的事务性工作包括：信息录入、处理、存档；信息的综合处理与统计；报告生成与部门之间或上下级之间的报表传递；通信联络(电话、电子邮件等)；决策与判断。 2管理信息系统管理信息系统MIS(Manage Information System) 对于现代化企业，计算机局域网的应用给现代管理信息系统提供了网络平台。特别是部门多、业务活动复杂的大型企业，利用MIS具有更大的意义，可以使企业实现管理现代化，提高经济效益。MIS也是当前计算机网络应用最广泛的方面，常用的MIS主要有： 按不同业务部门设计的子系统，如计划统计子系统、人事管理子系统、设备仪器管理子系统、材料管理子系统。 生产管理子系统。 财务管理子系统。 工况监督子系统，对分布在各个现场的大型生产设备、仪器的参数、产量等信息进行实时采集并综合处理。 厂长或经理管理决策及查询子系统。 现代管理信息系统往往应用多媒体技术，以其生动形象的方式提供综合信息或决策指挥信息。 3图书、信息检索系统图书、信息检索系统 图书、信息检索系统的应用由来已久，随着Internet的建立和发展，这方面的应用更有价值，电子图书馆、网上图书馆、网上信息检索系统使人类创造的精神财富通过Internet被全世界分享。 4证券及期货交易系统证券及期货交易系统 证券及期货交易由于其获利大、风险大，且行情变化迅速，投资者对信息的依赖格外显得重要。金融业通过在线服务的计算机网络提供证券市场分析、预测、金融管理、投资计划等需要大量计算工作的服务，提供在线股票经纪人服务和在线数据库服务(包括最新股价数据库、历史股价数据库、股指数据库以及有关新闻、文章、股评等)，用户通过任何与Internet相连的计算机进入证券交易系统、期货交易系统，就可进行即时交易。 5校园网校园网 校园网是在学校园区内用以完成计算机资源及其它网内资源共享的通信网络。一些发达国家已将一些高校的校园网确定为信息高速公路的重要分支，同时校园网也是衡量学校学术水平与管理水平的重要标志。 共享资源是校园网最基本的应用，人们通过网络更有效地共享各种软、硬件及信息资源，为众多的科研人员提供一种崭新的合作环境。校园网可以与公用计算机网络相连，拓展信息空间。校园网提供海量的用户文件空间、打印输出设备、电子图书等服务，并包含为各级行政、业务部门提供服务的学校信息管理系统和为一般用户服务的电子邮件系统。 6POS与与ATM系统系统 POS柜台销售信息网络系统，是现代大型或超级布场(商场)现代化的标志，往往与财务、计划、仓储等业务连在一起。 ATM(自动取款机)实际上是信用卡业务的扩展，是向电子货币过渡的一个应用阶段。 7电子政务电子政务(Electronic Government) 所谓电子政务，就是应用现代化的电子信息技术和管理理论 对传统政务进行持续不断的革新和改善，以实现高效率的政府管理和服务。 电子政务内容十分广泛，从电子政务服务对象看，电子政务主要包括几个方面：政府内电子政务(Government-Government，G2G)；政府对企业电子政务(Government-Business，G2B)；政府对公民电子政务(Government-Citizen，G2C)。G2G是上下级政府、不同地方政府、不同政府部门之间的电子政务。 政府内电子政务主要包括以下内容：电子法规政策系统，对所有政府部门和工作人员提供相关的现行有效的各项法律、法规、规章、行政命令和政策规范，使所有政府机关和工作人员真正做到有法可依，有法必依；电子公文系统，在保证信息安全的前提下在政府上下级、部门之间传送有关的政府公文，如报告、请示、批复、公告、通知、通报等等，使政务信息十分快捷地在各级政府间和政府内流转，提高政府公文处理速度；电子司法档案系统，在政府司法机关之间共享司法信息，如公安机关的刑事犯罪记录，审判机关的审判案例，检察机关检察案例等，通过共享信息改善司法工作效率和提高司法人员综合能力； 电子财政管理系统，向各级国家权力机关、审计部门和相关机构提供分级、分部门历年的政府财政预算及其执行情况，包括从明细到汇总的财政收入、开支、拨付款数据以及相关的文字说明和图表，便于有关领导和部门及时掌握和监控财政状况；电子办公系统，通过电子网络完成机关工作人员大多数一般性重复工作，节约时间和费用，提高工作效率，如工作人员通过网络申请出差、请假、文件复制、使用办公设施和设备、下载政府机关经常使用的各种表格，报销出差费用等；电子培训系统，对政府工作人员提供各种综合性和专业性的网络教育课程，特别适应信息时代对政府的要求，可以加强对员工与信息技术有关的专业培训，同时员工也可以通过网络随时随地注册参加培训课程、接受培训、参加考试等；业绩评价系统，按照设定的任务目标、工作标准和完成情况对政府各部门业绩进行科学的测量和评估，等等。 8电子商务电子商务(Electronic Business) 电子商务是运用电子通信作为手段的经济活动，通过这种方式，人们可以对带有经济价值的产品和服务进行宣传、购买和结算。这种交易方式不受地理位置、资金多少或零售渠道所有权的影响，公有和私有企业、公司、政府组织、各种社会团体、一般公民、企业家都能自由地参加广泛的经济活动，其中包括农业、林业、渔业、工业、私营和政府的服务业。电子商务能使产品在世界范围内交易并向消费者提供多种多样的选择。 目前电子商务正在我国蓬勃发展，主要的电子商务类型有：企业对消费者的电子商务(B to C)，企业对企业的电子商务(B to B)，企业对政府的电子商务(B to G)，消费者对消费者的电子商务(C to C)。 9远程教育远程教育(Distance Education) 远程教育是利用计算机网络的一种在线服务系统，是用以开展学历或非学历教育的全新教学模式。远程教育几乎可以提供大学中所有的课程，学员通过网络登录到系统中后，就可以选择课程，下载课件、作业、辅导资料，点播视频课件，在线提问、讨论等。我国的中央电视大学的开放式教育就采用这种形式。 10信息高速公路信息高速公路 信息高速公路是一个国家经济信息化的重要标志。我国政府也十分重视信息化事业，目前，经国务院批准的全国性公用计算机互联网共有8个，分为经营性和非经营性两种类型，组成了我国信息高速公路的主干。 经营性的互联网有5个，它们是：中国公用计算机互联网(ChinaNet)，由中国电信负责建设与经营管理；中国金桥信息网(ChinaGBNet)，由原吉通通信有限公司建设与经营管理；中国联通公用计算机互联网(UNINet)，由中国联合通信有限公司负责建设与经营管理；中国网通公用互联网(CNCNet)，由中国网通通信有限公司负责建设与经营管理；中国移动互联网(CMNet)，由中国移动通信集团公司负责建设与经营管理。 非经营性的互联网有3个，它们是：中国教育科研网(CERNet)，由国家投资建设， 教育部负责管理；中国科学技术网(CSTNet)，由国家投资和世界银行贷款建设，由中国科学院网络运行中心负责运行管理；中国国际经济贸易互联网(CIETNet)，面向全国外经贸系统事业单位的专用互联网。由外贸经济合作部下属的中国国际电子商务中心负责建设与经营管理。1.4 计算机网络的拓扑结构和传输介质计算机网络的拓扑结构和传输介质1.4.1 总线型结构总线型结构 拓扑 采用一种传输媒体作为公用信道，所有站点都通过相应的硬件接口直接连接到这一公共传输媒体上，该公共传输媒体即称为总线。任何一个站点发送的信号都沿着传输媒体传播，而且能被所有其它站点接收，如图1-4所示，总线两端为终结器。著名的以太网(Ethernet)就是总线网的典型实例。*拓扑结构介绍拓扑结构介绍*图1-4 总线拓扑结构示意图 由于所有站点共享一条公用的传输信道，因此一次只能由一个站点占用信道进行传输。为了防止争用信道产生的冲突，出现了一种在总线型网络中使用的媒体访问方法-带有冲突检测的载波侦听多路访问方式,英文缩写成CSMA/CD。 总线拓扑的优点是： (1) 总线结构需要的电缆数量少， 。 (2) 总线结构简单，又是无源工作，有较高的可靠性。 (3) 易于扩充，数据端用户入网灵活。 总线拓扑结构的缺点是： (1) 总线的传输距离有限，通信范围受到限制。 (2) 当接口发生故障时，将影响全网，且诊断和隔离较困难。 (3)一次仅能由一个端用户发送数据，其它端用户必须等待，直到获得发送权，因此媒体访问控制机制较复杂。1.4.2 星型结构星型结构图1-5 电话网的星型结构图1-6 以Hub为中心的结构 星型拓扑结构的优点是： (1) 控制简单。因为端用户之间的通信必须经过中心站，媒体访问控制方法和采用的协议都简单。 (2) 故障诊断和隔离容易。中央节点对连接线路可以逐一隔离、进行故障检测和定位。单个节点的故障只影响一台设备，不会影响全网。 (3) 方便服务。中央节点可方便地对各个站点提供服务和网络重新配置。 星型拓扑结构的缺点是： (1) 电缆长度和安装工作量可观。因为每个站点都要和中央节点直接连接，需要耗费大量的电缆，使得安装、维护工作量骤增。 (2) 中央节点的负荷较重，形成信息传输速率的瓶颈。 (3) 对中央节点的可靠性和冗余度要求较高。中央节点一旦发生故障，将使全网瘫痪。 1.4.3 环型结构环型结构 环型拓扑结构是由站点和连接站点的链路组成的一个闭合环，如图1-7所示。每个站点能够接收从一条链路传来的数据，并以同样的速率串行地把该数据沿环送到另一端链路上。环型结构的特点是，每个端用户都与两个相邻的端用户相连，因而存在着点到点链路，但总是以单向方式操作。假设数据传输的方向为逆时针，则有上游端用户和下游端用户之分。例如，在图1-7中，用户N是用户N+1的上游端用户，N+1是N的下游端用户。如果N+1端需将数据发送到N端，则几乎要绕环一周才能到达N端。 环型网的典型实例有IBM令牌环(Token Ring)和剑桥环(Cambridge Ring)。 图图1-7 环型拓扑结构示意图环型拓扑结构示意图 环型拓扑结构的优点是： (1) 电缆长度短。环型拓扑网络所需的电缆长度和总线型拓扑网络相近，但比星型拓扑网络短得多。 (2) 当增加或减少工作站时，只需简单的连接操作。 (3) 可使用光纤。光纤的传输速率很高，十分适合环型拓扑的单方向传输。 环型拓扑结构的缺点是： (1) 节点故障会引起全网故障。因为环上的数据传输要通过连接在环上的每一个节点。 (2) 故障检测困难。这与总线拓扑相似，需在各个节点进行诊断和隔离。 (3) 环型拓扑结构的媒体访问控制协议都采用令牌传递的方式，在负载较轻时，信道利用率相对来说就比较低。 1.4.4 混合型结构混合型结构 将总线型、星型、环型中的某两种单一拓扑结构混合起来，取两者的优点构成的拓扑称为混合型拓扑结构。常见的一种是星型拓扑和环型拓扑混合成的“星环”拓扑，如图1-8所示。另一种是星型拓扑和总线拓扑混合成的“星总”拓扑，如图1-9所示。其实这两种混合型在结构上有相似之处，若将总线结构的两个端点连在一起也就成了环型结构。这种拓扑的配置是由一批接入环中或总线中的集中器组成，由集中器再按星型结构连至每个用户站。 图1-8 “星环”拓扑示意图 图1-9 “星总”拓扑示意图 混合型拓扑结构的优点是： (1) 故障诊断和隔离较为方便。一旦网络发生故障，只要诊断出哪个集中器有故障，将该集中器和全网隔离即可。 (2) 易于扩展。要扩展用户时，可以加入新的集中器，也可以在设计时，在每个集中器留出一些备用的可插入新的站点的接口。 (3) 安装方便。网络的主电缆只要连通这些集中器即可。 混合型拓扑结构的缺点是： (1) 需要选用带智能的集中器。这是为了实现网络故障自动诊断和故障节点的隔离所必需的。 (2) 像星型拓扑结构一样，集中器到各个站点的电缆安装长度会增加。 1.4.5 树型结构树型结构 树型拓扑是从总线拓扑演变而来的，形状像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带分支，如图1-10所示。树根接收各站点发送的数据，然后再广播发送到全网。树型拓扑的特点大多与总线拓扑的特点相同，但也有一些特殊之处。图1-10 树型拓扑结构示意图 树型拓扑结构的优点是： (1) 易与扩展。这种结构可以延伸出很多节点和子分支，这些新节点和新分支都能很容易地加入网内。 (2) 故障隔离较容易。如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将故障分支与整个系统隔离开来。 树型拓扑结图1-10 树型拓扑结构示意图构的缺点是： 各个节点对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作。从这一点来看，树型拓扑结构的可靠性类似于星型拓扑结构。 1.4.6 网型结构图1-11 网型拓扑结构示意图 网型拓扑结构的优点是：不受瓶颈问题和失效问题影响，可靠性高。 网型拓扑结构的缺点是：结构和协议复杂，成本也比较高。 1.4.7 无线型结构无线型结构计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质细缆通讯技术细缆通讯技术粗缆通讯技术粗缆通讯技术双双绞绞线通讯技术线通讯技术光缆通讯技术光缆通讯技术 计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质细缆通讯技术（细缆通讯技术（10base-2） 细缆最大段长度为细缆最大段长度为185米米细缆最大干线段数量为细缆最大干线段数量为5段段细缆的传送带宽为细缆的传送带宽为10M细同轴电缆阻抗细同轴电缆阻抗50欧姆欧姆通过通过T型接型接头头按按BNC标准标准直接和设备连接直接和设备连接它的传输标准遵循它的传输标准遵循以太网和IEEE802.3细缆网络专用细缆网络专用 工具工具 计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质 细细缆缆通通讯讯技技术术10base-2计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质 细缆通讯技术细缆通讯技术（10base-2）计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质粗缆通讯技术（粗缆通讯技术（10base-5） 粗缆最大段长度为粗缆最大段长度为500米米 粗粗缆最大干线段数量为缆最大干线段数量为5段段粗缆的传送带宽为粗缆的传送带宽为10M粗粗同轴电缆阻抗同轴电缆阻抗50 欧姆欧姆它的传输标准遵循它的传输标准遵循以以太网和太网和IEEE802.3它的接口通过粗缆收发器和收发器电缆它的接口通过粗缆收发器和收发器电缆按按AUI标准标准连接连接收发器电缆最大段长度为收发器电缆最大段长度为50米米粗缆网络专用粗缆网络专用 工具工具专用数据传送设备（粗缆收发器）专用数据传送设备（粗缆收发器）AUI:（abbr.Attachment Unit Interface）, 连接单元接口专用数据传送设备专用数据传送设备（粗缆收发器）（粗缆收发器）计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质双双绞绞线通讯技术（线通讯技术（10base-T/ 100base-TX ） 双双绞绞线最大段长度为线最大段长度为100米米双双绞绞线的传送带宽为线的传送带宽为10/1000M双双绞绞线线电缆阻抗电缆阻抗 100欧姆欧姆它的传输标准遵循它的传输标准遵循以以IEEE802.3遵循遵循TIA/EIA 568A/B网络布线标准网络布线标准双双绞绞线最大段长度与双线最大段长度与双绞绞线的传送带宽有关线的传送带宽有关UTP为非屏蔽双绞线；为非屏蔽双绞线；STP为为1类屏蔽双绞线。类屏蔽双绞线。计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质双双绞绞线通讯技术（线通讯技术（ 10base-T/ 100base-TX ）双双绞绞线分类为三类、五类、超五类双交线线分类为三类、五类、超五类双交线双双绞绞线通过线通过RJ45头直接和设备连接头直接和设备连接双绞线接法分为直通、交叉线的做法双绞线接法分为直通、交叉线的做法直通接法适应计算机到集线器或到交换机直通接法适应计算机到集线器或到交换机交叉接法适应计算机到计算机或接口板交叉接法适应计算机到计算机或接口板计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质双交线双交线RJ45接法规则：接法规则： 1（白绿）数据发送（白绿）数据发送 +2（绿）（绿） 数据发送数据发送 3（白橙）数据接受（白橙）数据接受 +6（橙）数据接受（橙）数据接受 4（兰）电源预留（兰）电源预留+5（白兰）（白兰） 电源预留电源预留7（白棕）音频预留（白棕）音频预留8（棕）音频预留（棕）音频预留只适应于（只适应于（ 10base-T/ 100base-TX ）绞绞线通讯技术线通讯技术对于对于1000base-TX绞绞线通讯技术接法另行规定。线通讯技术接法另行规定。（TIA/EIA 568A标准） TIA:电信工业联合会；EIA:电子工业联合会计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质双交线双交线RJ45接法规则：接法规则： 1 （白橙）数据发送（白橙）数据发送 +2 （橙）数据发送（橙）数据发送 3 （白绿）数据接受（白绿）数据接受 +6 （绿）数据接受（绿）数据接受 4（兰）电源预留（兰）电源预留+5（白兰）（白兰） 电源预留电源预留7（白棕）音频预留（白棕）音频预留8（棕）音频预留（棕）音频预留只适应于（只适应于（ 10base-T/ 100base-TX ）绞绞线通讯技术线通讯技术对于对于1000base-TX绞绞线通讯技术接法另行规定。线通讯技术接法另行规定。（TIA/EIA 568B标准）计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质双双绞绞线直通线直通计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质双双绞绞线交叉线交叉18计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质千兆以太网的补充说明：千兆以太网的补充说明： 1998年年IEEE正式规范了铜线传送千兆位以太网，正式规范了铜线传送千兆位以太网，其规范为其规范为: IEEE802.3ab；具体如下：具体如下：1000BASE-T规定：规定：UDP超五类以上的双绞线电缆传送距离为超五类以上的双绞线电缆传送距离为100米，米，1000BASE-CX规定：规定： STP一类双绞线电一类双绞线电缆传送距离为缆传送距离为25米。米。1000M简称为：简称为：“京京”，英文：，英文：giga 简称简称 “G”10000M简称为：简称为：“埃或千京埃或千京”，英文：英文：tera 简称简称 “T”计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质光缆通讯技术（光缆通讯技术（100base-FX） 光缆可分为：多模光缆和单模光缆光缆可分为：多模光缆和单模光缆光缆数据网络带宽目前达到光缆数据网络带宽目前达到1000M目前单模光缆最大段长目前单模光缆最大段长130千米以上千米以上它的传输标准遵循它的传输标准遵循FDDI和和IEEE802.7光缆通过光缆收发器和网络设备直接连接光缆通过光缆收发器和网络设备直接连接接口类型：接口类型：ST圆型口、圆型口、SC方型口、方型口、FC螺旋口螺旋口计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质光纤目前数据传输的性能：光纤目前数据传输的性能：单模光纤：是指的在某一特定的角度、在同一时刻所进入光单模光纤：是指的在某一特定的角度、在同一时刻所进入光纤的光束，只能有一束，且光束不能发散；因此单模光纤的光纤的光束，只能有一束，且光束不能发散；因此单模光纤的光源采用的是激光。源采用的是激光。多模光纤：是指的在某一特定的角度、在同一时刻所进入光多模光纤：是指的在某一特定的角度、在同一时刻所进入光纤的光束，可为多束；因此多模光纤的光源采用的是发光二极纤的光束，可为多束；因此多模光纤的光源采用的是发光二极管（管（LED）多模：多角度入射；多模：多角度入射； 光源：光源：LED； 线径：线径：62.5/125 m 、50/125 m（微米）微米） 波长：波长：850 nm /1300nm (纳米）纳米）单模：芯线的半径和光的波长在一个数量级内单模：芯线的半径和光的波长在一个数量级内, 直射；直射； 光源：必须光源：必须ILD（注入激光管）；注入激光管）； 线径：线径：9微米微米 波长：波长：1300 nm /1500 nm(纳米）纳米）计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质光缆通讯技术光缆通讯技术计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质千兆以太网的补充说明：千兆以太网的补充说明： 1998年初，年初，IEEE规范了千兆光纤以太网即规范了千兆光纤以太网即（IEEE802.3z ），）， 规定：多模光纤传送距离为规定：多模光纤传送距离为300-550米，基于以太网的米，基于以太网的1000BASE-SX规范规范 ； 规定：规定：单模光纤传送距离为单模光纤传送距离为2000-3000米，基于以太网的米，基于以太网的1000BASE-SX 规范规范。有关光纤的详细介绍，详见有关光纤的详细介绍，详见P138计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质通讯电缆技术一览表通讯电缆技术一览表 UTP 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线 STP 屏蔽双绞线屏蔽双绞线有线传输介质参数有线传输介质参数(一一)计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质光缆通讯技术光缆通讯技术有线传输介质参数有线传输介质参数(二二)计算机网络通讯介质计算机网络通讯介质光缆通讯技术光缆通讯技术1.5 数据通信基础数据通信基础1. 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 2. 数据编码技术数据编码技术 3. 数据交换技术数据交换技术 1.5.1 1.5.1 数据通信基本概念数据通信基本概念 1.5.1.1 数据通信的基本概念 1 1信息、数据和信号信息、数据和信号(1)信息（Information）是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。 (2)数据（Data）一般可以理解为“信息的数字化形式”或“数字化的信息形式”。狭义的“数据”通常是指具有一定数字特性的信息，如统计数据、气象数据、测量数据及计算机中区别于程序的计算数据等。但在计算机网络系统中，数据通常被广义地理解为在网络中存储、处理和传输的二进制数字编码。 (3)信号（Signal）简单地讲就是携带信息的传输介质。在通信系统中我们常常使用的电信号、电磁信号、光信号、载波信号、脉冲信号、调制信号等术语就是指携带某种信息的具有不同形式或特性的传输介质数据处理数据处理是把数据加工处理成为所需要的信息的过程。信息处理概念同上（但广泛）。4通信通信就是信息的传输与交换。5数据通信指传递数据类消息的通信方式。以传送数据为业务的通信。8 传输速率9传输模式10交换选择11访问控制方式2数据通信系统的模型图图2-1 通信系统模型通信系统模型图2-1所示的为单向通信系统，从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三种基本方式：（1）单向通信。又称单工通信，即只能有一个方向的通信，而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。（2）双向交替通信。又称半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（或同时接收），这种通信方式往往是一方发送另一方接收。（3）双向同时通信。又称全双工通信，即通信双方可以同时发送和接收信息。异步与同步通信 同步就是接收端按发送端发送的每个码元的起止时间及重复频率来接收数据，并且要校准自己的时钟以便与发送端的发送取得一致，实现同步接收。 数据传输的同步方式一般分为位同步、字符同步，字符同步通常是识别每一个字符或一帧数据的开始和结束；位同步则识别每一位的开始和结束。 在异步通信中，发送端可以在任意时刻发送字符，字符之间的间隔时间可以任意变化。该方法是将字符看作一个独立的传送单元，在每个字符的前后各加入13位信息作为字符的开始和结束标志位，以便在每一个字符开始时接收端和发送端同步一次，从而在一串比特流中可以把每个字符识别出来。 返回本章首页返回本章首页通常情况下，并行通信用于距离较近的情况，串行通信用于距离较远的情况。在并行数据传输中，至少有8个数据位同时从一个设备传送到另一个设备，发送设备将8个数据位通过8条数据线传送给接收设备。接收设备在收到这些数据后，不需经过任何改变就可以直接使用。计算机内部的总线数据传送通常都是以并行方式进行传输的。在串行数据传输中，每次由源地传到目的地的数据只有一位，与同时传输好几位数据的并行传输相比，串行数据传输的传输速度要比并行传输慢，但在实际应用中往往选择串行数据传输，这是因为实现串行数据传输的硬件具有经济性和实用性。 返回本节返回本节并行与串行通信 数据编码技术编码：将模拟数据或数字数据变换成数字信号，以便通过数字通信介质传输出去（就是把数据转换成适合在介质上传输的信号）。解码：在接收端收到到数字信号后，再反变换恢复成原来的模拟或数字信号。一种编码方案是曼彻斯特（Manchester）编码（见图2-3（b），它是一种自同步编码方式，包括数据信息和时钟信息。 编码方法：将每一个码元再分成两个相等的间隔，码元1是前一个间隔为高电平而后一个间隔为低电平；码元0则正好相反，从低电平变到高电平。另一种曼彻斯特编码的变种叫做差分曼彻斯特编码（见图2-3（c），它的编码规则是：若码元为1，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样；但若码元为0，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。不论码元是或，在每个码元的正中间时刻，一定要有一次电平的转换。差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术，但可以获得较好的抗干扰性能。数据编码技术图图2-3 常用数字信号编码常用数字信号编码信息交换技术 线路交换 报文交换 分组交换 三种数据交换技术的比较 其他数据交换技术 返回本章首页返回本章首页线路交换 使用线路（电路）交换（Circuit Switching）方式，就是通过网络中的节点在两个站之间建立一条专用的通信线路。最普通的线路交换例子是电话系统。线路交换方式的通信包括三种状态：（1）线路建立 （2）数据传送 （3）线路拆除 返回本节返回本节报文交换 报文交换比线路交换有以下优点：（1）线路效率较高，因为许多报文可以分时共享一条节点到节点的通道。（2）不需要同时使用发送器和接收器来传输数据，网络可以在接收器可用之前，暂时存储这个报文。（3）在线路交换网上，当通信量变得很大时，就不能接受某些呼叫。（4）报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地。（5）根据报文的长短或其他特征能够建立报文的优先权，使得一些短的、重要的报文优先传递。（6）报文交换网可以进行速度和代码的转换。 返回本节返回本节分组交换 分组交换（Packet Switching）试图兼有报文交换和线路交换的优点，而使两者的缺点最少。分组交换与报文交换的工作方式基本相同，形式上的主要差别在于，分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度。如何管理这些分组流呢?目前有两种方法：数据报和虚电路。在数据报中，每个数据包被独立地处理，就像在报文交换中每个报文被独立地处理那样，每个节点根据一个路由选择算法，为每个数据包选择一条路径，使它们的目的地相同。 在虚电路中，数据在传送以前，发送和接收双方在网络中建立起一条逻辑上的连接，但它并不是像电路交换中那样有一条专用的物理通路，该路径上各个节点都有缓冲装置，服从于这条逻辑线路的安排，也就是按照逻辑连接的方向和接收的次序进行输出排队和转发，这样每个节点就不需要为每个数据包作路径选择判断，就好像收发双方有一条专用信道一样。 返回本节返回本节三种数据交换技术的比较 三种数据交换技术总结如下：（1）线路交换：在数据传送之前需建立一条物理通路，在线路被释放之前，该通路将一直被一对用户完全占有。（2）报文交换：报文从发送方传送到接收方采用存储转发的方式。 （3）分组交换：此方式与报文交换类似，但报文被分成组传送，并规定了分组的最大长度，到达目的地后需重新将分组组装成报文。 其他数据交换技术 （1）利用数字语音插空技术（DSI，Digital Speech Interpolation）能提高线路交换的传输能力。 （2）帧中继（Frame Relay）是对目前广泛使用的X.25分组交换通信协议的简化和改进。 （3）异步传输模式（ATM，Asynchronous Transfer Mode）是线路交换与分组交换技术的结合，能最大限度地发挥线路交换与分组交换技术的优点，具有从实时的语音信号到高清晰度电视图像等各种高速综合业务的传输能力。返回本节返回本节网络基础部分作业网络基础部分作业根据你的理解简述计算机网络。双绞线直通接法适应那些设备的连接？交叉线接法适应那些设备的连接？常见的网络拓扑结构有那几种类型？P18页3、5（课后其余作业留课余时间完成）本章结束本章结束