发布时间 : 星期二 文章计算机网络讲义-洪老师更新完毕开始阅读0e1e5915866fb84ae45c8d6b
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第一学时：计算机网络体系结构
【知识点】
（一） 计算机网络概述
计算机网络的概念、组成与功能：
计算机网络：就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式、网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。
计算机网络：资源子网＋通信子网 资源子网：主机Host＋终端Ｔerminal 通信子网：通信链路组成 网络节点：分组交换设备PSE、分组装／卸设备PAD、集中器C、网络控制中心NCC、 网间连接器G。统称为接口住处处理机IMP。 阐述协议的定义、协议三要素：
为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。协议总是指某一层协议，准确地说，它是对同等实体之间的通信制定的有关通信规则约定的集合。网络协议的三个要素：
1)语义（Semantics)。涉及用于协调与差错处理的控制信息。
2)语法（Syntax)。涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。 3)定时（Timing)。涉及速度匹配和排序等。 计算机网络的分类：
1.按网络的分布范围分类:广域网WAN、局域网LAN、城域网MAN 2.按网络的交换方式分类:电路交换、报文交换、分组交换 3.按网络的拓扑结构分类:星形、总线、环形、树形、网形 4.按网络的传输媒体分类:双绞线、同轴电缆、光纤、无线 5.按网络的信道分类:窄带、宽带
6.按网络的用途分类:教育、科研、商业、企业
计算机网络与互联网的发展历史，计算机网络的标准化工作及相关组织如IETF，RFC等。
网络发展三阶段：面向终端的网络；计算机－计算机网络；开放式标准化网络。 1.面向终端的计算机网络
以单个计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端的计算机网络。用一台中央主机连接大量的地理上处于分散位置的终端。如50年代初美国的SAGE系统。
为减轻中心计算机的负载,在通信线路和计算机之间设置了一个前端处理机FEP或通信控制器CCU专门负责与终端之间的通信控制,使数据处理和通信控制分工。在终端机较集中的地区，采用了集中管理器(集中器或多路复用器)用低速线路把附近群集的终端连起来,通过MODEM及高速线路与远程中心计算机的前端机相连。这样的远程联机系统既提高了线路的利用率，又节约了远程线路的投资。
2.计算机－计算机网络
60年代中期，出现了多台计算机互连的系统，开创了“计算机－计算机”通信时代，并存多处理中心，实现资源共享。美国的ARPA网，IBM的SNA网，DEC的DNA网都是成功的典例。这个时期的网络产品是相对独立的，未有统一标准。 3.开放式标准化网络
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突破学习极限 文都引领未来 由于相对独立的网络产品难以实现互连，国际标准化组织ISO(Internation Standards Organization)于1984年颁布了一个称为“开放系统互连基本参考模型”的国际标准ISO 7498，简称OSI/RM。即著名的OSI七层模型。从此，网络产品有了统一标准，促进了企业的竞争，大大加速了计算机网络的发展。
（二） 计算机网络体系结构与参考模型 计算机网络分层结构：
所谓网络的体系结构(Architecture)就是计算机网络各层次及其协议的集合。层次结构一般以垂直分层模型来表示。 层次结构的要点：
1) 除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。 2)对等层的虚通信必须遵循该层的协议。
3)n层的虚通信是通过n/n-1层间接口处n-1层提供的服务以及n-1层的通信（通常也是虚通信）来实现的。 层次结构划分的原则：
1)每层的功能应是明确的，并且是相互独立的。当某一层的具体实现方法更新时，只要保持上、下层的接口不变，便不会对邻居产生影响。 2)层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。
3)层数应适中。若层数太少，则造成每一层的协议太复杂；若层数太多，则体系结构过于复杂，使描述和实现各层功能变得困难。 网络的体系结构的特点是：
1) 以功能作为划分层次的基础。
2)第n层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第n-1层提供的服务。
3)第n层在向第n+1层提供的服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。
4)仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。 ISO/OSI参考模型
开放系统互连(Open System Interconnection)基本参考模型是由国际标准化组织(ISO)制定的标准化开放式计算机网络层次结构模型，又称ISO's OSI参考模型。“开放”这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统进行互连。
OSI包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。OSI的体系结构定义了一个七层模型，用以进行进程间的通信，并作为一个框架来协调各层标准的制定；OSI的服务定义描述了各层所提供的服务，以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语；OSI各层的协议规范，精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息。
需要强调的是，OSI参考模型并非具体实现的描述，它只是一个为制定标准机而提供的概念性框架。在OSI中，只有各种协议是可以实现的，网络中的设备只有与OSI和有关协议相一致时才能互连。
TCP/IP模型 ，重点是相关的术语（SDU、PDU、IDU及SAP），比较TCP/IP网络体系结构与OSI/RM的异同点，OSI/RM的信息流动过程。
【教学重点和难点】ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型 【典型习题讲解】TCP/IP模型
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第二学时：物理层
【知识点】
（一） 通信基础
信道、信号、宽带、码元、波特、速率等基本概念：
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。
计算公式: S=1/T*log2N(bps)
式中 T为一个数字脉冲信号的宽度(全宽码)或重复周期(归零码)单位为秒；
N为一个码元所取的离散值个数。通常 N=2K，K为二进制信息的位数，K=log2N。 N=2时，S=1/T，表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。
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。
计算公式: B=1/T (Baud)
式中 T为信号码元的宽度，单位为秒．信号传输速率,也称码元速率、调制速率或波特率。
可见：S=B*log2N (bps) 或B=S/log2N (Baud)
3)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。像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。 4)离散的信道容量
奈奎斯特(Nyquist)无噪声下的码元速率极限值B与信道带宽H的关系：
B=2*H (Baud)
奈奎斯特公式--无噪信道传输能力公式：
C=2*H*log2N (bps)
式中 H为信道的带宽，即信道传输上、下限频率的差值，单位为Hz；N为一个码元 所取的离散值个数。 5)连续的信道容量
香农公式--带噪信道容量公式：C=H*log2(1+S/N) (bps)
式中 S为信号功率，N为噪声功率，S/N为信噪比，通常把信噪比表示成10lg(S/N) 分贝(dB)。
阐述数据传输的几种方式（四种），多元调制、PCM（脉冲编码调制）、抽样定理及其计算 ，曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码 。 多路复用技术及其分类（FDM和TDM、WDM）：
多路复用技术就是把许多个单个信号在一个信道上同时传输的技术。频分多路复用FDM和时分多路复用TDM是两种最常用的多路复用技术。
1.频分多路复用 FDM技术原理
在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同(或略宽)的子信道，每个子信道传输一路信号，这就是步分多路复用。
多路原始信号在步分复用前，先要通过频谱搬移技术将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，使各信号的带宽不相互重叠，然后用不同的频率调制每一个信号，每
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突破学习极限 文都引领未来 个信号要一个样以它的载波频率为中心的一定带宽的通道。为了防止互相干扰，使用保护带来隔离每一个通道。
2.时分多路复用 TDM技术原理
若媒体能达到的位传输速率超过传输数据所需的数据传输速率，可采用时分多路复用 TDM技术，即将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流地分配给多个信号使用。每一时间片由复用的一个信号占用，这样，利用每个信号在时间上的交叉，就可以在一条物理信道上传输多个数字信号。
时分多路复用 TDM不仅局限于传输数字信号，也可同时交叉传输模拟信号。 数据通信系统的一般结构（DTE、DCE和信道）。
数据通信方式及串行通信的分类（单工、半双工、全双工）：
1.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。
2.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。
3.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。 数据传输的同步技术，信源与信宿 ，编码与调制.
数据交换技术分类及特点，主要是电路交换、报文交换与分组交换的区别和联系:
数据经编码后在通信线路上进行传输，按数据传送技术划分，交换网络又可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。
电路交换的工作原理 1.电路交换的三个过程
1)电路建立：在传输任何数据之前，要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。
2)数据传输：电路建立以后，数据就可以从一端发送到另一端在整个数据传输过程中，所建立的电路必须始终保持连接状态。
3)电路拆除：数据传输结束后，由某一方发出拆除请求，然后逐节拆除到对方节点。 2.电路交换技术的优缺点及其特点
1)优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。
2)缺点：在某些情况下，电路空闲时的信道容易被浪费：在短时间数据传输时电路建立和拆除所用的时间得不偿失。因此，它适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。
3)特点：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于猝发式的通信，电路交换效率不高。
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