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计算机网络教育应用中的那勾画
第一章计算机网络概述(21分)
(一)计算机网络产生与发展
1、计算机网络产生
电报和电话等技术的发展和应用推动了通信技术的飞速发展.另外,电子技术的发展加速了计算机技术的发展.
计算机网络就是在计算机技术和通信技术得到了快速发展的时候,二者相互结合的产物。
20世纪60年初的计算机网络系统ARPANet是计算机网络技术发展的里程碑.
2、计算机网络的发展
计算机网络发展大致经历四个阶段:
第一代是面向终端的计算机网络
第二代是计算机到计算机的简单网络
第三代是开放式标准化的网络
第四代是网络的高速化发展阶段
ARPANet的主要特点是:
提出了存储转发(StoreandForward)的工作模式将网络划分为通信子网和资源子网
通信子网:
由IMP以及通信线路构成了网络的内层子网.
资源子网:
各主机是计算机网络资源的拥有者,它们构成了网络的外层子网.称为资源子网.
3、我国计算机网络的发展
(二)计算机网络的定义和功能
1、计算机网络的定义
计算机网络就是将分散在不同地理位置上的具有自主处理能力的多台计算机经过传输媒介和通信设备相互连接起来,在网络操作系统和网络通信软件的控制下,按照统一的协议下进行协同工作,达到资源共享目的的计算机系统。
计算机网络的最基本的目的是为了资源共享和信息共享。
2、计算机网络的功能
资源共享
数据通信
信息的集中和综合处理
负载均衡
提高系统可靠性和性能价格比
3、计算机网络的应用
计算机网络已经广泛应用到经济、文化、教育、科学等各个领域,对人们的生活产生越来越大的影响.
包括:
网络通信、电子商务、办公自动化及企业信息管理、信息检索、远程教育、金融管理等方面.
(三)计算机网络的分类
1、按照地理覆盖范围分类
局域网(LocalAreaNetwork,LAN)位于相对有限区域内的一组计算机、打印机和其它设备连接起来的通信网络。
城域网(MetropolitanAreaNetwork,MAN)一个城市或者地区的主干网络。
介于广域网和局域网之间的网络系统。
广域网(WideAreaNetwork,WAN)一种可跨越国家及地区的遍布全球的计算机网络。
2、按传输介质分类
有线网:
采用同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质来传输数据的网络。
无线网:
无线局域网采用的是IEEE80.11标准。
该标准规定了三种发送和接收技术,即扩频(spreadSpeetrum)技术、红外技术、窄带技术和蓝牙技术。
3、按网络的拓扑结构来分类
星型结构、总线型结构、环型结构、树型结构和网状结构
4、按服务方式来分类
客户机/服务器网络
服务器是指专门提供服务的高性能计算机或专用设备,客户机是用户计算机。
这是客户机向服务器发出请求并获得服务的一种网络形式,多台客户机可以共享服务器提供的各种资源,这是最常用、最重要的一种网络类型。
对等网
对等网不要求文件服务器,每台客户机都可以与其他客户机对话,共享彼此的信息资源和硬件资源,组网的计算机一般类型相同.
(三)计算机网络的体系结构
1、定义
计算机网络采用层次化的体系结构,将计算机网络按照功能划分层次(layer),规定相邻层间的接口(interface)和提供的服务(Service),以及对等层之间的通信协议(protocol),这些层次、接口、服务和通信协议称之为层次化的网络体系结构(networkarchitecture)
2、计算机网络的层次结构
要点:
(1)除了在的理媒介上进行的通信外,其余各对等层实体间都是进行虚通信
(2)对等层之间通信必须尊循该层的通信协议
(3)N层的虚通信是通过N-1/N层间接口处N-1层提供的服务以及N-1层的通信来实现的
(4)下层不关心上层的通信内容
3、ISO/OSI体系结构标准
(1)物理层(physicallayer):
主要涉及通信线路上比特流的传输问题。
(2)数据链路层(datalinklayer):
主要涉及在数据链路上帧(通常将数据链路层传输的数据单元称之为帧)流的传输问题。
(3)网络层(networklayer):
主要处理分组(通常将网络层传输的数据单元称之为分组)在网络中的传输。
(4)运输层(transportlayer):
是第一个端到端的层次,也就是计算机-计算机的层次。
(5)会话层(sessionlayer):
是指用户与用户的连接,它通过在两台计算机间建立、管理和终止通信来完成对话。
(6)表示层(presentationlayer):
主要处理应用实体间交换数据的语法,其目的是解决格式和数据表示的差别。
(7)应用层(applicationlayer):
提供了一个应用网络通信的接口。
4、TCP/IP体系结构标准
(1)网络接口层(网络访问层):
负责把IP包发送到网络传输介质上,以及从网络传输介质上接收IP包。
(2)互连网络层:
使主机可以把分组发往任何网络,并使分组独立地传向目的地。
定义了IP协议。
(3)传输层:
使源端和目的端主机上的对等实体可以进行会话(和OSI的传输层一样)。
定义了两个协议TCP和UDP。
(4)应用层:
为用户提供服务。
应用层的功能相当于OSI的会话层、表示层、应用层三层所提供的服务。
它包含所有的高层协议,如TELNET、SMTP、FTP等.
5、局域网体系结构标准
局域网只涉及到相当于OSI/RM通信子网的功能。
20世纪80年代初,美国电气和电子工程师协会IEEE802委员会首先制订出局域网的体系结构,即著名的IEEE802标准.许多IEEE802标准已成为ISO国际标准。
(1)物理层:
信号的编码和译码;为进行同步用的前同步码的产生和去除;比特的传输和接收等。
(2)MAC子层:
主要功能是MAC帧的封装与拆卸;实现和维护各种MAC协议;比特差错检测;寻址等。
(3)LLC子层:
主要功能是数据链路的建立和释放;LLC帧的封装和拆卸;差错控制;提供与高层的接口等。
第二章数据通信基础(5分)
(一)数据通信系统
1、基本概念
信息:
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。
数据:
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。
数据可分为模拟数据和数字数据两类。
信号:
信号(Signal)是携带信息的载体.信号在通信系统中可分为模拟信号和数字信号.模拟信号是指一种连续变化的电信号.数字信号是指一种离散变化的电信号.
信道:
信道是信号传输的通道,包括通信设备和传输媒体。
基带信号与载波信号:
未经调制的电脉冲信号呈现方波形式,所占据的频带通常从直流和低频开始,称为基带信号。
将由编码表示的数字基带信号通过高频调制后能在信道中进行传输的信号称为载波信号。
宽带信号与宽带传输:
利用基带信号对载波信号的某些参数进行调控,从而得到易于在通道上传输的被调波形,在通道中传输的被调制后的数字信号,被称为宽带信号.这种传输方式称为宽带传输.
基带传输与载波传输:
数字信号以原来的0和1的形式直接在通道中传输,就被称为“基带传输”。
将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输,称为载波传输.
带宽:
带宽即传输信号的最高频率与最低频率之差,即信号的频谱范围。
2、数据通信系统模型
发送端信源的作用是把各种可能信息转换成原始电信号,为了使这个原始电信号适合在信道上传输,就要通过变换器转换成适合于在信道上传输的信号。
信道是信号的传输媒介及有关的设备(如中继器等)。
通过信道传输到远地的电信号先由接收端的反变换器转换复原成原始的信号,再送给接收者(信宿),而后由信宿将其转换成各种信息。
图中,噪声源是信道中噪声(即对信号的干扰)以及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。
3、数字传输与模拟传输
模拟传输是一种不考虑其内容的模拟信号传输方式。
数字传输则不一样,关心的是信号的内容,有如下优点:
抗干扰能力强
提高了通信的可靠性
提高了信息安全度
灵活性好,通用性强
适合长距离传输
便于利用计算机技术对数字信息进行处理
4、数字信号与模拟信号的四种传输方式:
模拟数据在模拟信道上传输、模拟数据在数字信道上传输、数字数据在模拟信道上传输、数字数据在数字信道上传输
(二)差错控制技术
1、差错产生原因
传输中的差错都是由噪声引起的。
噪声有两大类,一类是信道固有的、持续存在的随机热噪声;另一类是由外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声。
2、差错控制方法
差错控制是在数据通信过程中能发现或纠正差错,把差错限制在尽可能小的允许范围内的技术和方法。
差错控制方法分两类,一类是自动请求重发(AutomaticRequestforRepeat,ARQ),另一类是前向纠错(ForwardErrorCorrection,FEC)。
3、奇偶校验码
基本原理是:
在需要传输的k位信息的尾部都加上1个冗余校验位,构成一个带有校验位的码组,使码组中“1”的个数成为偶数(称为偶校验)或奇数(称为奇校验),并把整个码组一起发送出去。
接收端在收到码组后,对码组中的每个码元进行异或运算检查其中“1”的个数是否为偶数(偶校验)或奇数(奇校验),如果检查通过就认为收到的数据正确,否则认为出错。
奇偶校验法简单,易于实现,编码效率高,其编码效率为R=k/(k+1),但它并不是一种十分安全可靠的检错方法.
4、循环冗余码
CRC的基本原理是:
1.发送方和接收方预先约定一个r次的生成多项式G(x)(其最高项的系数xr为1);
2.将需要发送的k位信息转换成(k-1)次的多项式K(x);
3.将算式T(x)=xr×K(x)/G(x)所得余数作为(r-1)次的冗余位多项式R(x);
4.将r位冗余位附加到k为信息位的后面组成一个n(n=k+r)位的码组发送;
5.当接收方收到完整的码组后,用G(x)去除它,如果能够整除(余数为0),则表明数据正确,否则表明出错。
5、海明码
是计算机信息传输中信息检错和纠错常采用的方法.
基本思想是:
在要发送的信息位上附加足够的冗余位,使接受方能够知道发送的信息是什么,正确就接受,错误则自动修正,保证信息传递无误.
利用r个监督关系式产生r个校正因子(r个校正因子最多可编码取2r个不同的值)来区分无错和在码组中n个不同位置的单比特错,要求:
2r≥n+1
即 2r≥k+r+1
(三)数据通信技术
1、数据通信方式:
按照数据在信道上的传输方向,可分为单工通信、半双工通信和全双工通信三种。
按照数据在信道上同时传输的位数可分为串行通信和并行通信两类。
串行通信:
数据一位一位地在通信线路上传输。
并行通信:
有多个数据位同时在两个设备之间传输。
并行方式用于近距离通信,串行方式用于距离较远的通信。
2、异步传输与同步传输
在异步传输中,被传输的单位是字符,每个字符前需加一位起始位“0”,在字符后加上一位校验位,当不发送信号时一直发送停止位“1”.
例如:
传输ASCII字符E(1000101)。
传输的信号包含起始位1位,码元7位,校验位1位,停止位1.5位。
在同步传输过程中,大的数据块一起发送,在它的前后使用一些特殊字符进行标识,这些字符在发送端和接收端建立起一个同步的传输过程.
3、数据通信的主要技术指标
信息传输速率(Rb)
码元传输速率(RB)
误码率
时延(delay)
(四)数据交换方式
1、电路交换(CircuitSwitching)
使用电路交换的通信意味着在通信的两个站之间首先需要存在一条专用的通信通路。
电话通信就是线路交换的典型例子。
电路交换的通信要经历三个阶段:
电路建立阶段、数据传输和电路释放阶段.
2、报文交换
在报文交换方式中,当发送方有数据要发送时,它把数据块加上目的地址,源地址与控制信息作为一个整体,按照一定的格式打包组成报文,交给交换设备。
在每一个交换设备处,报文首先被存储起来,并且在待发报文登记表中进行登记,等待报文前往的目的地址的路径空闲下来再选择合适的路径转发出去,直到到达目的地。
在分组交换技术中,将大报文分成若干个报文分组包,并以报文分组为单位,在网络中传输,每一报文分组均含有源地址、目的地址等信息,这些分组逐个由各中间节点采用存储-转发方式进行传输,最终到达目的端。
分组交换在实际应用中有两种方式:
(1)虚电路(VirtualCircuit)分组交换
虚电路交换的数据传输过程与电路交换方式类似,要求在发送端和接收端之间建立一条所谓的逻辑连接。
(2)数据报(Datagram)分组交换
数据报分组交换方式类似于报文交换,每个分组将独立地进行传输,如同报文交换中每个报文被独立地传输那样。
分组到达目的端的顺序可能与发送的顺序不同,因此目的端必须重新排序分组,组装成一个完整的原始报文。
(五)信道复用技术
多路复用系统将来自若干信息源的信息进行合并,然后将这一合成的信息群经单一的线路和传输设备进行传输。
在接收方,则使用能将信息群分离成各个单独信息的设备对信号群进行分离。
多路复用技术也就是在一条物理线路上,建立多条通信信道的技术。
1、FDM:
就是将信道按频率划分为多个子信道。
每个信道可以传送一路信号。
2、TDM:
时分多路复用是将一条物理信道按时间分成若干时间片(即时隙)轮流地分配给每个用户,每个时间片由复用的一个用户占用,即按照时间片划分子信道。
TDM要求各个子通道按时间片轮流地占用整个带宽。
3、码分复用CDM:
根据码型结构的不同来实现信号分割的多路复用称为码分多路复用(CDM)或码分多址复用(CDMA)。
4、波分复用WDM:
在WDM技术中,是利用光纤系统中的衍射光栅来实现多路不同频率光波信号的合成与分解的。
第三章计算机网络软件基础(21分)
(一)网络操作系统
1、操作系统的作用和地位
操作系统是一种特殊的、用于管理和控制计算机硬件和软件的程序。
它位于计算机的硬件和应用程序之间,是最底层的系统软件。
操作系统具有五个方面的功能:
处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理和作业管理
2、网络操作系统的概念
网络操作系统NOS(NetworkOperatingSystem)是管理计算机网络资源的系统软件,是网络用户与计算机网络之间的接口。
主要的功能是实现软硬件资源共享,管理用户程序对不同资源的访问。
3、网络操作系统的功能
网络操作系统一般具有如下功能。
(1)资源管理:
对网络中的共享资源集中进行管理,如硬盘、打印机和文件等。
(2)通信服务:
操作系统在源端主机和目的端主机之间建立一条暂时性的通信链路。
(3)信息服务:
Email服务、文件传输、Web信息发布及数据库共享等。
(4)网络管理:
存取权限控制,网络性能分析和监控,存储管理等。
(5)互操作能力:
不同物理网络和装有不同操作系统的主机之间能够以透明的方式访问对方的系统。
4、网络操作系统的特点
•支持多种文件系统
•高可靠性
•安全性
•容错性
•开放性
•可移植性
•图形化界面(GUI)
•Internet支持
5、常用网络操作系统介绍
(1)UNIX操作系统
UNIX网络操作系统是由美国贝尔实验室开发的一种多用户、多任务的通用操作系统。
特点:
可靠性高、极强的伸缩性、强大的网络功能以及开放性好等。
对于没有网络安装和维护经验的一般用户来说,在短时间内掌握UNIX是非常困难的。
(2)Netware操作系统
Novell公司的Netware是基于Intel系列计算机的网络服务器操作系统。
特点:
①强大的文件及打印服务能力
②良好的兼容性及系统容错能力
③比较完备的安全措施
④对DOS的兼容
⑤需要专用的服务器
(3)Windows操作系统
Windows网络操作系统在中小型局域网配置中是最常见的,一般只是用在中低档服务器中。
Windows2000服务器端操作系统包括Windows2000Server、Windows2000AdvancedServer和Windows2000DatacenterServer等产品。
(4)Linux操作系统
Linux是UNIX操作系统的一个克隆,可以免费使用。
Linux几乎包含了所有网络操作系统应该拥有的特性,不仅仅是UNIX原有的,而且是其它任何一个操作系统的功能。
因为Linux太过自由,因此使用者必须对计算机技术有深入的了解,它不适合于初学者。
(二)Windows2000
1、Windows2000简介
Windows2000是微软公司开发的新一代操作系统,它提供了一个具有强大功能、容易使用、高效率、集中管理、保密措施完善、自动修复等功能的操作系统。
Windows2000系列软件包括4个版本:
Windows2000Professional;
Windows2000Server;
Windows2000AdvancedServer;
Windows2000DatacenterServer。
2、Windows2000的特点
服务器端的多硬件平台支持。
操作简单,功能强大
强大的硬件兼容性
全面的软件兼容性
系统更加健壮
强大的磁盘文件系统
增强的网络打印管理
内置的Internet/Intranet功能
3、Windows2000Server的安装
(三)网络通信协议
1、NetBEUI协议
NetBEUI(NetBIOSExtendedUserInterface)。
是建立在NetBIOS(NetworkBasicInput/OutputSystem)基础之上的一个网络传输协议。
它的优点是效率高,速度快,内存开销小,并易于安装、实现。
但是它不能在网络之间进行路由选择,因此只能用于小型局域网络,不能单独使用它来构建多个局域网络组成的大型网络。
2、IPX/SPX协议
IPX/SPX(InternetPacketExchange/SequencedPacketExchange)即互联网分组交换/顺序交换协议。
是Novell公司的通信协议集。
其中IPX负责为到另一台计算机的数据传输编址和选择路由,并将接收到的数据送到本地的网络通信进程中。
SPX位于IPX上一层,在IPX的基础上,保证分组按顺序接收,并检查数据的传送是否有误。
3、TCP/IP协议
TCP/IP(TransferControlProtocol/InternetProtocol)协议是目前最完整、最为广泛使用的通信协议。
虽然从名字上看TCP/IP包括两个协议,传输控制协议(TCP)和网际协议(IP),但TCP/IP实际上是一组协议,它包括所有实现网络互连的必要协议,同时对网络中主机的寻址方式、主机的命名机制、信息的传输规则以及各种服务功能均做了详细约定,TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。
(1)IP协议
IP(InternetProtocol)协议为TCP/IP协议集中的其他所有协议提供“包传输”功能。
IP协议为计算机上的数据提供了一个最有效的无连接传输系统。
IP包不能保证到达目的地,接收方也不能保证按顺序收到IP包。
IP协议的功能是把数据报在互联的网络上,通过一个个IP协议的节点,传送到目的节点。
IP数据包的中的完整性只能由更高一级的协议来保证,因为网络上的包的大小可能不同,因此IP协议还进行数据的分段。
(2)TCP协议
TCP〔TransferControlProtocol〕是IP协议的高一层协议,TCP在IP之上提供了一个可靠的、有连接方式的协议。
TCP能保证包的可靠传输以及正确的传输顺序,并且它的“检验和”功能可以确认包头和包内数据的准确性。
如果出错由TCP负责重传
(3)UDP协议
TCP〔userdatagramProtocol〕是IP协议的高一层协议,UDP在IP之上提供了一个不可靠的、无连接方式的协议。
省去了包头,不能提供数据包的重传,适合传输较短的文件。
SHAPE \*MERGEFORMAT
4)其它协议
Telnet:
远程登录协议
FTP:
远程文件传输协议
SMTP:
简单邮件传输协议
NFS:
网张文件服务器
(5)IP地址
连入因特网中的每台计算机分配有一个地址编号来区分,被称之为IP地址。
即每一个连入因特网中的计算机都被分配有一IP地址,这个IP地址在整个因特网络中是惟一的。
IP地址是一个32位的二进制数值(4个字节),但为了方便理解和记忆,它采用了十进制标记法。
一个IP地址由两部分组成:
网络号+主机号,网络号用于识别一个网络,而主机号则用于识别网络中的计算机。
IP地址可以分为5类,分别用A、B、C、D、E来表示。
类
IP地址分配
A
0+网络地址(7bit)+主机地址(24bit)
B
10+网络地址(14bit)+主机地址(16bit)
C
110+网络地址(21bit)+主机地址(8bit)
D
1110+广播地址(28bit)
E
11110+保留地址(27bit)
类
IP地址分配
A
1-126
126个网络 224-2台主机
B
128-191
16382(214-2)个网络 216-2台主机
C
192-223
2097150(221-2)个网络 28-2台主机
特殊IP地址:
①回送地址:
网络号为127的IP地址,是用于测试TCP/IP协议和本地主机进程之间通信的。
②网络地址:
在TCP/IP协议中保留了所有的主机号为“0”的IP地址,这些地址用于标识整个相同网络号的网络,以便于进行对整个网络的操作。
③直接广播地址:
对于主机号为255的IP地址,在TCP/IP协议中约定为直接广播地址。
④有限广播地址:
是指在一个本地网络中的广播,所有的位都是“1”,也就是255.255.255.255
⑤本地地址:
在TCP/IP协议中,全部是“0”的地址保留给本地计算机。
0.0.0.0
(6)子网掩码
划分IP地址中的网络号部分和主机号部分则是用子网掩码来区分的,子网掩码也是一个32位的二进制数值,分别对应IP地址的32位二进制数值。
对于IP地址中的网络号部分在子网掩码中用“1”表示,而对于IP地址中的主机号部分在子网掩码中用“0”表示。
子网掩码的另一个功能就是将网络分割成以多个IP路由连接的子网。
(7)主机名和IP地
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