网络技术基础知识

计算机网络知识整理

第一章 计算机网络概述

一、计算机网络定义

计算机网络是指将分布在不同地理位置具有独立功能的多台计算机，用通信设备和通信链路连接起来、在网络操作系统和网络协议及网络管理软件的管理协调下，实现资源共享、信息传递的系统。

二、发展

第一代：面向终端的计算机通信网，采用电路交换方式，实质上是以主机为中心的星型网。

第二代：分组交换网，以通信子网为中心，多台主机和终端构成外围的资源子网，数据交换方式采用分组交换。

第三代：以“开放系统互连为参考模型(OSI/RM)”为标准框架，80年代中期，Intenet的出现(TCP/IP)。

第四代：宽带综合业务数字网(B-ISDN)，93年美国政府提出“信息高速公路”。

三、 系统组成

计算机网络是计算机技术与通信技术密切结合的产物，也是继报纸、广播、电视之后的第四媒体。

从网络拓扑结构来看，计算机网络是由一些网络节点和连接这些网络节点的通信链路构成。

从逻辑功能上讲，计算机网络是由通信子网和资源子网组成。

通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分，主要完成计算机之间数据的传输、交换以及通信控制，它由网络节点、通信链路组成。

资源子网提供访问网络和处理数据的能力，是由主机系统、终端控制器和终端组成，主机系统负责本地或全网的数据处理，运行各种应用程序或大型数据库，向网络用户提供各种软硬件资源和网络服务，终端控制器把一组终端连入通信子网，并负责对终端的控制及终端信息的接收和发送，所以用户的资源子网主要完成数据处理和提供共享资源的任务。

从系统组成来看，计算机网络是由网络硬件系统和网络软件系统构成。

1．网络硬件系统

网络硬件系统一般指构成计算机网络的硬件设备，包括各种计算机系统、终端及通信设备。

主机系统：是计算机网络的主体，根据在网络中的功能和用途的不同可分为服务器和工作站。 服务器是通过网络操作系统为网上工作站提供服务及共享资源的计算机设备。 网络工作站是连接到网络上的计算机，又称客户机，它是网络数据主要的发生场所和使用场所，除保持原有功能为用户服务之外，同时又可以按照被授予的权限去访问服务器，用户主要是通过使用工作站为利用网络资源并完成自己的工作。工作站又可分为无盘工作站和带盘(磁盘)工作站两种，带盘工作站是带有硬盘的微机，本身具有独立的功能，具有本地处理能力。而无盘工作站是不带硬盘的微机，其引导程序存放在网络适配器的EPROM中，加电后自动执行，与网络中的服务器进行相连。这种工作站不仅能防止计算机病毒通过工作站感染服务器，还可以防止非法用户拷贝网络中的数据。

终端：本身不具备本地处理能力，不能直接连接到网络上，只能通过网络上的主机与网络相连而发挥作用，常见的有显示终端、打印终端、图形终端等。

传输介质：在网络设备之间构成物理通路，以便实现信息的交换。最常见的有同轴电缆、双绞线、光纤。

网络互联设备：用于实现网络之间的互连，主要有中继器、集线器、路由器、交换机等。

网络接入设备：用于计算机与计算机网络进行连接的设备，常见的有网卡(又称网络适配器或网络接口卡)、调制解调器等。

2．网络软件系统

网络软件主要包括网络操作系统、网络通信协议和各种网络应用系统。

操作系统：包括服务器操作系统与工作站操作系统。

服务器操作系统一般为多任务、多用户的，它装在服务器上，主要承担网络范围内的资源管理与分配，对网络设备进行存取访问，支持网络用户间的通信。常见的有Windows NT 、Windows Server

2000、 NetWare 、Unix 、Linux等。

工作站操作系统：是本机处理能力的有力支撑，负责对本机资源的正常管理。常见的有Windwos 98 、Windows 2000、 DOS等。

通信协议：网络中计算机之间、网络设备与计算机之间、网络设备之间进行通信时，双方所要遵循的通信规则的约定。常见的有包交换协议IPX、传输控制协议/网际互联协议TCP/IP、以太网协议等。

网络管理软件：用来对网络运行状况进行信息统计、报告、警告、监控的软件系统。TCP/IP协议族中提供管理功能的协议为简单网络管理协议SNMP。

四、分类

1． 按网络覆盖的范围分：广域网(Wide Area Network)、局域网(Local Area Network)、城域网(Metrpolitan Area Network)。

表1.1 三种网络的比较

类型 分布范围 传输速率 应用场合

局域网LAN 1km左右 1Mbps以上 一个单位

城域网MAN 5~50km 1Mbps 一个城市

广域网WAN 几十~几千km 几Mbps以上 一个国家或洲际网

2．按网络的拓扑结构分：星型、树型、总线型、环型、网状型、混合型。

3．按传输介质分：同轴电缆网、双绞线网、光纤网、卫星网、无线网。

4．按带宽和传输能力分：基带网(窄带网)和宽带网(多媒体)。

5．按网络的使用性质分：公用网、专用网。

6．按网络的交换功能分：电路交换网、报文交换网、分组交换网、帧中继网、ATM网。

注：Intranet又称内联网，服务于企业网，集LAN、WAN和数据服务为一体，采用Internet的相关技术。

五、功能

建立计算机网络的基本目的是实现数据通信和资源共享。其主要功能有：

1．数据通信 传真、电子邮件、电子数据交换(EDI)、电子公告牌(BBS)、视频点播(VOD)、远程登录和信息浏览等。

2．资源共享 共享的资源主要指计算机系统的软件、硬件和数据；共享是指网内用户均能享受网络中各个计算机系统的全部或部分资源，且用户不需要知道资源所处的物理位置。

3．提高计算机系统的可靠性和可用性

网络中的每台计算机可通过网络相互成为后备机，一但某台计算机出现故障，它的任务就可由其他计算机代完成；而当网络中某台计算机负担过重时，网络又可以将新的任务交给网中较空闲的计算机完成，均衡负荷，从而提高每台计算机的可用性。

4．支持分布式的信息处理

通过算法将大型的综合性问题，交给不同的计算机分别同时进行处理，用户可根据需要合理选择网络资源，就近快速地进行处理；另一方面利用网络技术将多台计算机连成具有高性能的计算机系统来解决大型问题，也比用同样性能的大中型计算机节省费用。

第二节 数据通信基础

一、基本概念

1．数据通信：指通过计算机技术与通信技术结合来实现信息的传输、交换、存储和处理。

2．数据：在网络中可用的有两类数据即取连续值的模拟数据和取离散值的数字数据。

3．信号：数据的电磁波或电编码，是数据的具体表示形式。 根据电信号的形式分为取值为连续值的模拟信号和取值为离散值的数字信号两类。

4．信道：是信号传输的通道，通常是一种抽象的描述，与传输介质相比，它更侧重逻辑上的含义。

5．数据传输速率：通常用比特率来衡量，即指单位时间内传送的二进制数据位数，通常用b/s(位/秒)或Kb/s(千位/秒)、Mb/s(兆位/秒)。 数字信号经调制后的传输速率，即单位时间内传送的电信号的个数，又称波特率，它也可作为衡量信道性能的好坏的数据传输速率，单位为波特。

6．信道容量：信道允许的最大数据传输速率。

7．吞吐量：是单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是字节/秒或位/秒。

8．信道带宽：是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高频率与最低频率之差。带宽越大，所能达到的传输速度就越大。

9．误码率：指数据传输出中出错数据占被传输数据总数的比例。

信道的性能指标主要有信道容量、信道带宽、吞吐量、误码率等。

二、物理信道的分类

1． 按传输介质分 有线信道(如双绞线、同轴电缆、光缆)、无线信道(微波、红外线、激光)

2．按传输信号的形式分：模拟信道、数字信道

3．按使用方式分：专用信道、公用信道

三、传输技术 计算机网络知识整理

1．基带传输与频带传输

1)基带传输 基带指电信号固有的基本频带。 基带传输是指将数字设备发出的数字信号原封不动地送入信道上去传输。

2)频带传输 把数字设备上发出的数字信号调制成模拟信号后再发送、传输，到达接收端时再把模拟信号解调成原来的数字信号来进行传输。

3)宽带传输 将多路基带信号、音频信号和视频信号经调制后放到同一条电缆的不同频段处进行传输。宽带传输系统可实现文字、声音和图像的一体化传输。

2．异步传输与同步传输

1)异步传输

发送字符时发送端在每个字符的首尾分别加上一个起始位和2个停止位，以表示字符的开始和结束，一次只能收发一个字符。有数据需要发送的终端设备可以在任何时刻向信道发送信号，而不管接收方是否知道它已开始发送操作，且由于各字符的发送时间间隔是任意的，因此各字符之间是异步的，故称之为异步传输。

2)同步传输

在同步方式中，发送端连续发送一串字符(或数据块)一个字符紧接在另一个字符之后，只在每个数据块的前后各附加一个字节的同步字符SYN，接收端仅靠该字符来识别所要接收的数据。同步传输是一个接收与发送速度保持一致的过程，也就是接收端根据发送端所发送的信号频率和起止时间来接收信号,接收端校准自己的接收时间和重复频率,以求同发送端信号相一致的过程。

表1.2 异步传输与同步传输比较

传输方式 传输单位 优点 缺点

异步传输 字符 控制简单、价格便宜 效率低、速率慢

同步传输 报文或分组 传输效率高 误码率较高、控制复杂

3．单工、半双工、全双工：

单工：只允许数据按指定的一个方向传输，只需一个信道，结构简单。

半双工：在任何时刻信道上只有一个方向的数据传输，而在另一个时刻有反方向的传输。在要求不太高的场合，多采用此通信方式，如航空和航海的无线电台和对讲机及多数的计算机网络中的数据通信等，需两个信道。

全双工：允许在两个方向上同时传输数据。此方式效率最高，使用方便，常用于计算机与计算机间的通信，它需要两个信道分别传送两个方向上的信号，每一端在发送信息的同时也在接收信息。

全双工需要两个独立的信道，这两个独立信道可以采用两组传输线路实现，也可以用多路复用技术实现。此通信方式的性能最好，所需用要的设备最复杂，实现的成本也最高。

表1.3 三种通信方式的比较

通信方式 传输方向 信道个数 收、发方限制 优、缺点 应用

单工 固定单向 1 一方只能发送，另一方只能接收 结构简单、效率低、只能单向传递信息 广播、电视

半双工 限时双向 2 通信双方在不同时刻可分别发送或接收信息 效率低 对讲机等

全双工 双向 2 通信双方在同一时刻既可发送信息又可接收信息 结构复杂、成本高、性能最好、 计算机之间

4．多路复用技术 目的

使多个数据通信合用一条传输线路，提高线路的利用率。

分类

频分多路复用(FDM--Frequency Division Multiplexing)：当物理信道的可用带宽超过单个信号源的信号带宽时，可将信道按频率划分为若干个子信道，每个子信道传输一路信号。 时分多路复用(TM--Time Multiplexing)：将一条物理信道的传输时间分割为多个短的时间片，而将若干个时间片组成时分复用帧轮换地给多个信号使用。