第1章 计算机网络概论

1.1 计算机网络的定义与发展

1.1.1 计算机网络的定义（P1）

 计算机网络：在网络通信协议和网络操作系统等软件支持下，

由若干计算机硬件按照一定的“规则”互联起来的资源共享系统。

1.1.2 计算机网络的发展（P2）

 1. 面向终端的计算机网络

 主机：网络的中心提供共享资源，综合处理信息。

 终端：键盘和显示器，分时占用主机的资源。

 2. 计算机通信网络

 计算机通信网络：实现计算机之间通信。

 通信子网：由通信控制处理机 CCP(Communication Control Processor)

组成的传输网络。

 资源子网：由网络中的所有主机构成。

 3. 计算机互联网络

 国际标准化组织(ISO)制订世界范围内网络互联的标准

“开放系统互联基本参考模型 OSI/RM”，实现了国际化的计算机互联网络。

 ISO/OSI 七层标准模型：国际标准组织/开放式系统互连。

 International Standard Organization

 Open System Interconnection

 4. 宽带综合业务数字网 ISDN（信息高速公路）

 千兆网的传输速率可达到 1 Gbps(1024 Mbps)。

1.2 计算机网络的组成

1.2.1 计算机网络的硬件组成（P5）

 1.资源子网

 资源子网：网络数据处理，提供网络服务和网络资源。

由主机、终端、终端控制器、联网外设等部分组成。

 2.通信子网

 通信子网：网络数据传输、转发等通信处理任务。

由通信控制处理机、通信线路与信号变换设备等组成。

1.2.2 计算机网络的软件（P6）

 1.网络协议软件

 例如：TCP/IP、FTP、HTTP、IPX/SPX（国际包交换/顺序包交换）。

 TCP/IP 通信协议：传输控制协议/网际协议。

 Transmission control Protocol

 Internet Protocol

 2.网络通信软件

 实现网络中各种设备之间的通信。

 3.网络操作系统

 网络操作系统：提供网络通信和网络资源共享功能。

例如：Windows 2003 Server。

 4.网络管理软件

 网络管理软件：管理网络资源、维护网络。

 5.网络应用软件

 例如：FTP、WWW、DNS。

1.3 计算机网络的分类

1.3.1 按网络覆盖的地理范围分类（P7）

  局域网 LAN（Local Area Network）

  城域网 MAN（Metropolitan Area Network）

  广域网 WAN（Wide Area Network）

1.3.2 按网络的传输介质分类（P8）

 1.有线网：双绞线、同轴电缆、光纤。

 2.无线网：微波信道、红外线通信。

1.3.3 按网络的拓扑结构分类（P9）

 网络拓扑：Network Topology（地形）。

 星型 Star、树型 Tree、总线型 Bus、环型 Ring、网状型。

1.3.4 按网络的通信方式分类（P11）

 点对点传输网络、广播式传输网络。

1.3.5 按网络的使用目的分类

 共享资源网、数据处理网、数据传输网。

1.3.6 按网络的服务方式分类（P12）

 客户机/服务器模式 C/S(Client/Server)

 浏览器/服务器模式 B/S(Browser/Server)

 对等网(Peer to Peer)

1.4 计算机网络的功能（P12）

 数据和信息资源共享、软、硬件资源共享。

第2章 数据通信技术

2.1 数据通信和数据通信系统

2.1.1 信息、数据和信号（P15）

 信息：用数字、文字、语音、图形、图像及动画表示。

 数据：用数字、字符、符号表示。

 信号：传输中的物理量，如电压。

 模拟信号：连续变化的信号。

 数字信号：取模拟信号的某一区间内有限个离散值。

2.1.2 数据通信系统的基本组成（P17）

 1.数据终端设备 DTE(Data Terminal Equipment)

 收发数据，通信控制器：如网卡，负责连接通信线路。

 2.数据通信设备 DCE(Data Communication Equipment)

 在通信控制器和通信信道之间进行信号转换，如调制解调器。

 3.传输信道

2.1.3 通信信道的分类

 1.有线信道和无线信道

 有线信道：电话线、双绞线、同轴电缆与光纤。

 无线信道：无线电、微波、红外、卫星通信。

 2.模拟信道与数字信道

 3.专用信道与公共信道

 专用信道：连接用户设备之间的固定线路。

 公共信道：通过公共交换网的线路转接不同的用户。

2.1.4 数据通信系统的技术指标（P18）

 1. 信道带宽

 信道能传送信号的频率范围。

 2.数据传输速率

 数据传输速率：位/秒，比特率 bps(bit/s)。

 1 Mbps = 1024 Kbps

 1 Gbps = 1024 Mbps

 3.信道容量

 信道容量：单位时间内可传输的二进制数据的位数。

 脉冲宽度越窄、信道带宽越宽，则信道容量越大。

 香农定理：信道带宽 W 与信道容量 C 之间的关系

   C = Wlog₂(1+S/N) (bps)

 奈奎斯特定理：有限带宽无噪音信道的最大数据传输速率

   D = 2 Wlog₂k (bps)

 使用二值逻辑时，k=2  信道的最大数据传输速率

   D = 2 W (bps)

 4.波特率

 波特率(baud)：传输信号值每秒变化的次数，波形速率。

 R_b=1/T

 5.信道延迟

 6.误码率

 误码率 P_e：被传错的二进制码元数 N_e与所传二进制码元数 N 的比值。

  P_e = N_e/N

2.2 数据的传输

2.2.1 串/并行传输（P20）

2.2.2 数据传输的同步技术（P22）

 1.异步传输

 异步传输(Asynchronous Transmission)：

 每个字符包括：起始位、7 位数据、校验位、停止位。

 字符之间的时间间隔是任意的。

 2.同步传输

 同步传输(Synchronous Transmission)：

 每个数据块包括：同步字符、数据块、同步字符。

 收发双方的时钟同步。

2.2.3 信道的通信方式（P23）

 1.单工通信：单向传输信号，如电视、广播。

 2.半双工通信：交替进行的双向传送信号，如对讲机。

 3.全双工通信：同时进行的双向传送信号，如电话。

2.2.4 信号的通信方式（P24）

 1.基带传输：以矩形脉冲信号的固有频带传输。

 2.频带传输：数字信号调制在模拟信号后按某一频带进行发送和传输。

 3.宽带网：传输频带宽，

例如：1Mbps、2Mbps、宽带综合业务数字网 ISDN 千兆网（1 Gbps）。

2.2.5 通信线路的连接方式

 点到点连接方式：通过一条线路连接收发端。

 多点连接方式：通过集线器或一条公共的通信线路连接多点计算机。

2.3 数据的编码和调制技术（P24）

信号编码技术（P44）

信号调制技术

2.3.1 数字数据的数字信号传输

 1.不归零编码

 不归零编码 NRZ(Non-Return to Zero)：

 逻辑“0”：负电平

 逻辑“1”：正电平

 2.曼彻斯特编码

2.3.2 数字数据的模拟信号传输

 模拟数据调制模拟信号：调幅 AM、调频 FM、调相 PM。

 数字数据调制模拟信号：振幅键控 ASK、频移键控 ASK、移相键控 PSK。

 1.振幅键控 ASK(Amplitude Shift Keying)：

 用载波信号振幅高低来表示数字信号的“0”和“1”。

 应用于调制解调器（Modem)。

 2.频移键控 ASK(Amplitude Shift Keying)：

 用载波信号频率高低来表示数字信号的“0”和“1”。

 3.移相键控 PSK(Phase Shift Keying)：

 用载波信号相位大小来表示数字信号的“0”和“1”。

 数字信号调幅：用数字基带信号调制高频载波信号。

2.3.3 模拟数据的数字信号传输（P28）

 脉冲码调制 PCM（Pulse Code Modulation）：采样、量化、编码。

 编码：A/D 转换。

 解码：D/A 转换。

 1.采样：采样频率 f=2B  B：信道带宽。

 例如：4000 Hz 音频，采样频率 8000 次/秒。

 2.量化：把采样所得的信号幅值按转换器的量级分级取整。

 3.编码：用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。

 例如：4 位二进制编码可以表示 16 级的量化级。

2.4 数据交换技术

2.4.1 电路交换（P29）

 电路交换：建立电路、传输数据、电路拆除。例如：公用电话交换网。

2.4.2 存储转发交换（P30）

 1. 报文交换

 待发信息分为多个报文正文；附加收发站地址及控制信息；

终节点收到各份报文后按原来的顺序进行组合。

 2. 报文分组交换

 报文分组(包 Packet)：较短的格式化信息单位。

  1）数据报交换

 分组通过通信子网的不同路径传输；

 数据报到达接收站点后需要排序重组。

  2）虚电路分组交换

 建立虚电路传输分组，报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息。

2.5 多路复用技术（P34）

2.5.1 频分多路复用 FDM（Frequency Division Multiplexing）：

   把几个信号进行不同升频值后，在频率上并列合成新信号，

实现同一信道传输各路带宽信号。

2.5.2 时分多路复用 TDM（Time Division Multiplexing）：

   按信道内传送的最大周期 Ts 为间隔，

在 Ts 内按信道带宽划分相应的时隙，轮换传输各路信号。

2.5.3 波分多路复用 WDM（Wavelength Division Multiplexing）：

  将光纤有效波长划分多个波段，分别传递各路信号。

2.5.4 码分多路复用 CDMA（Code Division Multiplexing Access）：

 信道频率和时间资源共享，按码型分割信道。

2.6 传输介质

2.6.1 有线传输介质（P36）

 1. 双绞线

 屏蔽双绞线电缆（STP）

 非屏蔽双绞线电缆（UTP）

 2.同轴电缆

 宽带同轴电缆：模拟信号传输，有线电视信号传输。

 基带同轴电缆：数字信号传输，用于组建局域网。

 3.光纤

 单模光纤（SMF：Single Mode Fibre）：

 单一模式传输，光纤中只能传输一个光波。

传输频带宽，传输容量大，传输距离远。

 多模光纤(MMF：Multi Mode Fibre)

 多个模式传输，光纤中同时传输多个光波。

传输频带窄，传输光源弱，传输距离近。

2.6.2 无线传输介质：微波、红外、卫星通信。

2.7 差错控制技术

2.7.2 差错的控制方法（P41）

 1.差错检测

 1）前向纠错 FEC(Forward Error Correction)：

 发送端编码器将信息编成具有检错和纠错能力的码字并发送出去，

接收端译码器通过一定的运算能进行自动纠正。

 2）自动请求重发方式 ARQ(Automatic Repeat reQuest)：

 用反馈信道要求发送端将有错的信息重发。

 3）混合纠错方式：

 如差错在可纠正范围内，则自动纠正；

如差错很多，超出纠正能力，则经反馈信道发送端要求重发。

 2.差错编码

 1）奇偶校验码：

 根据数据位中“1”的个数，附加位取“0”或“1”，

达到传输数据中“1”的个数统一为奇数或偶数。

 2）循环冗余校验码 CRC(Cyclic Redundancy Check)：

 发送端：信息数据/约定数据……余数—校验码序列（冗余码），

发送：信息数据 + 校验码序列。

 接收端：（信息数据 + 校验码序列）/约定数据……余数为 0 时，

接收的数据正确。