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网络技术教案资料
江苏省对口单招
下篇计算机网络技术
第一章计算机网络概述
第一节计算机网络概述
本节要求
●掌握计算机网络的定义
●了解计算机网络的发展历史
●理解计算机网络的系统组成
●掌握计算机网络的分类
●解计算机网络的功能与应用
知识精讲
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。
①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。
②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。
③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。
④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。
⑤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WindowsNT、WindowsServer2000、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Windwos98、Windows2000、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(WideAreaNetwork)、局域网(LocalAreaNetwork)、城域网(MetrpolitanAreaNetwork)。
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。
例题分析
选择题
1.早期的计算机网络是由组成系统。
A)计算机—通信线路—计算机
B)PC机—通信线路—PC机
C)终端—通信线路—终端
D)计算机—通信线路—终端
答案:
D
【解题指导】早期的计算机网络实质上是将一台计算机专门进行数据处理,用一个通信处理机或前端处理机通过调制解调器与远程终端相连。
2.计算机网络是计算机科学技术和技术相结合的产物。
A)人工智能B)集成电路C)通信科学D)无线电
答案:
C
【解题指导】计算机网络是计算机技术与通信技术的结合产物,人工智能是计算机发展的趋势之一,集成电路和无线电仅是电子技术中的其中之一。
3.下列说法中,正确的是。
A)通信子网是由主机、终端组成。
B)资源子网是由网络节点和通信链路组成
C)通信子网主要完成数据和共享资源的任务
D)通信子网主要完成计算机之间的数据传输、交换、以及通信控制
答案:
D
【解题指导】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;资源子网由主机系统、终端控制器和终端组成,主要完成数据处理和提供共享资源的任务。
4.下列所示的设备中,属于微机网络所特有的设备是
A)显示器B)UPS电源C)服务器D)鼠标器
答案:
C
【解题指导】UPS为不间断电源是保证计算机在断电情况下能正常工作一段时间的一个设备,显示器与鼠标是计算机的必不可少的设备而不是网络所特有的.
5.下列说法中正确的是。
A)服务器是网络的核心设备,它主要提供网络的通信服务
B)网络中的终端可以和主机一样直接和网络相连
C)无盘工作站的使用可以防止病毒的传播
D)调制解调器和网卡一样用于网络之间的互连
答案:
C
【解题指导】服务器是网络的核心设备,它主要为网上工作站提供服务及共享资源,而终端本身不具备本地处理能力,不能直接连接到网络上,调制解调器和网卡只是一种计算机与网络相连的接入设备,不能用于网络之间的互连,无盘工作站因无硬盘,所以可以防止病毒通过工站传播到网络中。
判断题
1.终端不具有本地处理功能,但可以直接连到网络中。
答案:
错
【解题指导】终端是资源子网中的一种设备,它不具有本地处理功能,也不可以与网络直接相连,但它通过与主机相连并最终实现与网络的连接,为用户提供网络中的资源共享服务。
2.工作站就是终端,二者是同一个概念。
答案:
错
【解题指导】工作站和终端均属于网络中的一种硬件设备,但工作站可以直接连接到网络上,一般也具备本地处理能力,在以客户/服务器方式工作的网络中一般又称客户机,但终端则只能借助于主机与网络相连,多出现在以集中式工作的网络中。
复习巩固
一、填空题
1.计算机网络是指将分布在不同地理位置具有独立____的多台计算机,用通信设备和_____连接起来的,在网络操作系统和____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。
2.网络资源包括_____、_______和数据等。
3.计算机网络的功能主要有、提高可靠性、和分布式信息处理等。
4.VOD的中文含义是______。
5.从逻辑功能看,计算机网络是由_____和_____两个子网组成。
6.计算机网络的发展和演变可概括为面向终端的计算机通信网、、以“开系统互连为参考模型”为标准框架的计算机网络和四个阶段。
7.网络工作站是连接到网络上的计算机,它保持原有功能为用户服务,同时又可以按照被授予的____________访问服务器。
8.第四代计算机网络也称宽带综合业务数字网简写为。
9.组成计算机网络的硬件系统主要由、、和网络接入设备组成。
10.计算机网络系统中的网络软件主要有_____和网络应用系统等。
11.网络按传输介质分可分为网和网。
12.按传输能力分计算机网络可分为和。
13.按交换方式来分类,计算机网络可以分为电路交换网,____________和____________三种。
14.最初的计算机网络是通过连接若干个终端的。
15.服务器操作系统一般为、。
16.从网络的控制方式可将网络分为和及分布式网络。
二、选择题
1.计算机网络中可以共享的资源包括
A)硬件、软件、数据、通信信道
B)主机、外设、软件、通信信道
C)硬件、程序、数据、通信信道
D)主机、程序、数据、通信信道
2.网络用户可共享的资源不包括。
A)硬件B)软件C)指令D)数据
3.计算机网络的功能具有除_____以外的几方面。
A)资源共享B)分布处理C)信息传递D)决策支持
4.第四媒体是指____。
A)广播B)报纸C)网络D)电视
5.下列不属网络操作系统的是
A)NOVELLB)WINDOWSNTC)UNIXD)NETWARE
6.计算机网络中不属于资源子网的设备是。
A)主机B)无盘工作站C)带盘工作站D)光纤
7.用来存储和管理需要共享资源的计算机称为___。
A)文件服务器B)打印服务器C)邮件服务器D)终端
8.按照计算机网络的覆盖范围,可将计算机网络分为:
A)公用网与专用网B)局域网与广域网
C)大网与小网D)星网与树网
9.在计算机网络中下列设备不具备本地处理能力的是。
A)服务器B)无盘工作站C)带盘工作站D)集线器
10.计算机网络最主要的功能在于。
A)扩充存储容量B)提高运算速度
C)传输文件D)共享资源
11.实现计算机网络连接需要硬件和软件,其中,负责管理整个网络各种上资源、协调种种操作的软件叫做。
A)网络应用软件B)通信协议软件C)OSID)网络操作系统
12.一座大楼内的一个计算机网络系统,属于。
A)PANB)LANC)MAND)WAN
13.把计算机网络分为有线网和无线网的分类依据是。
A)网络的地理位置B)网络的传输介质
C)网络的拓扑结构D)网络的成本价格
三、判断题
1.用户在访问网络时必须清楚知道共享的资源所在的物理位置。
2.网络中的用户只可共享服务器中的文件或数据,不可共享其中的应用程序。
3.计算机网络的分布处理功能就是可以将一个复杂的任务分散到网络中的多个计算机上并进行处理。
4.主机和终端属于计算机网络中通信子网的一部分。
5.资源子网负责提供信息、接收信息与处理信息。
6.Novell也是一种网络操作系统。
7.Unix与Linux是均是网络操作系统软件。
8.IPX与TCP/IP一样也是一种通信协议。
9.SNMP是一个网络管理软件。
10.WAN是广域网的缩写,MAN是局域网的缩写。
11.按网络的所有权可将网络分为对等网和公用网。
12.计算机网络的功能主要是通过资源子网来体现的。
13.资源子网负责全网的数据传输与处理业务。
第二节数据通信基础
本节要求
●掌握数据通信的基本概念
●了解数据的传输方式
●了解数据交换技术
知识精讲
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
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--FrequencyDivisionMultiplexing):
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--TimeMultiplexing):
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。
异步时分多路复用(ATDM--AsynchronousTimeDivisionMultiplexing)
码分多址复用技术CDMA
表1.4四种线路复用技术的比较
分类
特点(共享信道方式)
优点
缺点
频分多路复用(FDM)
同一时间传送多路信号,采用带宽划分方法
适用于传输模拟信号,无延时,费用低
速率低
时分多路复用(TDM)
多个信号分时使用一个信道,采用时间片轮转方法
速率高,适用于传输模拟信号
有一定的延时,费用较FDM高
异步时分多路复用(ATDM)
信道的使用与终端的需求相结合
信道利用率高
有一定的延时
码分多址复用技术(CDMA)
各发送端用互不同的地址码去调制其发送的信号,接收端通过地址识别从混合中选出相应的税收信号
抗干扰能力强,保密性好,灵活机动
五、数据交换技术:
在计算机通信中,两台计算机利用通信线路,通过多个中间节点或中转节点的计算机网络进行传送,中间节点计算机或计算机网络在传送信息时并不关心信息的具体内容,仅负责将信息从一个节点计算机传送到另一个节点计算机上,直到信息被传送到目的地,我们将这种由中间节点参与的通信称为“交换”。
传统的数据交换方式可分为:
线路交换和存储交换,存储交换又可分为报文交换和分组交换,目前常用的帧中继、异步传输模式(ATM)均属于快速的分组交换技术。
1.电路交换技术
又称线路交换技术,它是基于信道的共享方式,类似于电话,必须经过建立连接(信道建立)、传输数据、拆除连接(释放信道)三个通信过程,适合远距离成批传输数据。
表1.5数据交换技术的比较
交换技术
特点
工作位置
优点
缺点
电路交换
通信前先建立一条物理信道或子信道,通信结束后再释放信道,以比特为单位
物理层
设备及操作简单
实时性好
静态分配信道
线路利用率低
存储交换
报文交换
存储转发
以报文为单位进行传输,且长度无限制
网络层
信道利用率高
可靠性高
双方可不同时工作
实时性差
分组交换中结点必须有较高的处理能力
分组交换
以分组为单位,长度一般为1~nKbit
网络层
线路利用率高
速率快(64kbps)、
吞吐量大
误码率低
灵活性好
表1.6两种典型的分组交换技术的比较
交换技术
工作位置
特点
优点
帧中继
链路层
以帧为单位
边接收边转发
具有路由功能
传输速率高2.048Mbps
异步传输模式ATM
链路层
以信元为单位
信元定长为53B
发送端不独占时间片
实时性好
误码率低
传速率高2.2Mbps
时延小
2.存储交换技术
通信双方不必完整地占用一个物理信道,被传输的数据单元中含有目的地址,中间结点总是先将传输到本结点的数据单元暂存于本结点中,后寻找空闲的通路再转发给下一结点。
存储交换又可分为报文交换和分组交换,二者之间的主要区别是传输的数据单位不同,报文交换的数据单元是一个长度没有任何限制的报文,而分组交换对数据单元的长度有明确的规定,一般为1千至几千个比特位,所以在分组交换方式中长报文要先分割为多个短分组,然后再以分组为单位进行传送。
3.帧中继交换技术
帧中继是一种减少数据处理时间的技术,即一个节点在接收到一个数据帧的首部后就立即开始转发,帧是此种方式中的传输单位,它是可变长度的分组。
采用帧中继技术传送时可以使用更简单的通信协议。
4.异步传输模式ATM
又称信元交换,建立在电路交换和分组交换技术基础上,可以传送综合数字业务,采用异步时分复用方式,在此方式中传送的信元相当于一个分组,长度固定为53B,其中5B为信元头,可标志不同的信道和优先级,48B为传送的数据,只要有空闲的时间片,可在任何时刻传送信元。
例题分析
选择题
1.下列有关数据通信的说法中,______是不正确的。
A)基带传输是将音频信号调制成数字信号后发送和传输
B)频带传输是把数字信号调制成音频信号后发送和传输
C)异步传输可以在任何时刻向信道发送信号
D)同步传输是以报文或分组为单位进行传输
【解题指导】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;而频带传输则是把数据设备上发出的数字信号调制成音频信号后再发送和传输,到过接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号来进行的数据传输;异步传输是终端可以在任何时刻向信道发送信号,而同步传输方式中数据以报文或分组为单位进行传送,且字符的发送与时间同步。
答案:
A
2.在数据传输过程中,接收和发送共享同一信道的通信方式是。
A)单工B)半双工C)全双工D)自动
答案:
B
【解题指导】单工因只能进行一个方向的数据传输,只需一个信道,而全双工需要两个信道分别传送两个方向上的信号;半双工要求通信双方不在同一时刻同时发送信息或接收信息,但可以进行双向通信,因此也需要两个信道,不存在自动方式。
3.下列关于电路交换说法中正确的是:
A)线路利用率高B)
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