現(xiàn)代通信技術(shù)-第一章課件

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信（第3版）第1章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)【內(nèi)容提要】本章主要介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義、產(chǎn)生和發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和分類，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能和應(yīng)用，以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述1.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義所謂計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是將分散的計(jì)算機(jī)通過通信線路有機(jī)地結(jié)合在一起，達(dá)到相互通信，實(shí)現(xiàn)軟、硬件資源共享的綜合系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)互連通常有兩種方式：通過雙絞線、同軸電纜、電話線、光纖等有線介質(zhì)連接；通過短波、微波、地球衛(wèi)星通信信道等無線介質(zhì)互連。計(jì)算機(jī)之間的通信是通過通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的開放系統(tǒng)互連參考模型已成為全世界公認(rèn)的國際標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展1．具有通信功能的單機(jī)系統(tǒng)階段2．具有通信功能的多機(jī)系統(tǒng)階段3．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)階段4．網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展20世紀(jì)90年代后，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展更加迅速，目前正在向綜合化、智能化、高速化方向發(fā)展，即人們所說的下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN），其突出特征表現(xiàn)為電信網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)的“三網(wǎng)融合”。⑴電信網(wǎng)的下一代網(wǎng)絡(luò)⑵第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3G）將使移動(dòng)電話成為能通信的掌上電腦⑶有線電視網(wǎng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接形成IPTV1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成和分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分成兩個(gè)部分：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)和終端；負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信的通信控制處理機(jī)CCP和通信線路。從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成角度來分，典型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在邏輯上可以分為兩個(gè)子網(wǎng)：資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)。1.2.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的邏輯組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)組成的，其結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。圖1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的邏輯組成1．資源子網(wǎng)資源子網(wǎng)由主機(jī)、終端、終端控制器、連網(wǎng)外設(shè)、各種軟件資源與信息資源組成。資源子網(wǎng)負(fù)責(zé)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，向網(wǎng)絡(luò)用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)資源與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。2．通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)由通信控制處理機(jī)、通信線路與其他通信設(shè)備組成，完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)等通信處理任務(wù)。1.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的軟件組成通常網(wǎng)絡(luò)軟件包括：（1）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和協(xié)議軟件——實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能，比如TCP/IP、IPX/SPX等。（2）網(wǎng)絡(luò)通信軟件——用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備之間進(jìn)行通信的軟件。（3）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)——網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是用以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源共享、管理用戶對(duì)不同資源訪問的應(yīng)用程序，它是最主要的網(wǎng)絡(luò)軟件。（4）網(wǎng)絡(luò)管理及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件——網(wǎng)絡(luò)管理軟件是用來對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行管理和對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)的軟件。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件是為網(wǎng)絡(luò)用戶提供服務(wù)并為網(wǎng)絡(luò)用戶解決實(shí)際問題的軟件。1.2.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可按不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。（1）從網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)分布來看，可分為局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）、廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）和城域網(wǎng)（MetropolitanAreaNetwork，MAN）。（2）按交換方式可分為線路交換網(wǎng)絡(luò)（CircuitSwitching）、報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)（MessageSwitching）和報(bào)文分組交換網(wǎng)絡(luò)（PacketSwitching）。（3）按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為星形網(wǎng)絡(luò)、樹形網(wǎng)絡(luò)、總線形網(wǎng)絡(luò)、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能和應(yīng)用1.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能1．?dāng)?shù)據(jù)通信2．資源共享3．遠(yuǎn)程傳輸4．集中管理5．實(shí)現(xiàn)分布式處理6．負(fù)荷均衡1.3.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用1．信息服務(wù)2．通信與協(xié)作服務(wù)3．交易服務(wù)與電子商務(wù)4．休閑娛樂服務(wù)5．計(jì)算服務(wù)6．分布式控制系統(tǒng)7．計(jì)算機(jī)集成與制造系統(tǒng)1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是拋開網(wǎng)絡(luò)電纜的物理連接來討論網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連接形式，是指網(wǎng)絡(luò)電纜構(gòu)成的幾何形狀，它能表示出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、工作站的網(wǎng)絡(luò)配置和相互之間的連接。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)按形狀可分為六種類型，分別是星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、總線/星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

1．星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是以中央結(jié)點(diǎn)為中心與各結(jié)點(diǎn)連接而組成的，各個(gè)結(jié)點(diǎn)間不能直接通信，結(jié)點(diǎn)間的通信必須經(jīng)過中央結(jié)點(diǎn)的控制，各結(jié)點(diǎn)與中央結(jié)點(diǎn)通過點(diǎn)到點(diǎn)方式連接，中央結(jié)點(diǎn)執(zhí)行集中式通信控制策略，因此中央結(jié)點(diǎn)相當(dāng)復(fù)雜，負(fù)擔(dān)也重。如圖1.5所示。圖1.5星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟孕切瓮負(fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)，中央結(jié)點(diǎn)的主要功能包括：（1）為需要通信的設(shè)備建立物理連接；（2）在兩臺(tái)設(shè)備通信過程中維持物理連接；（3）在完成通信或通信不成功時(shí)，拆除物理連接。在文件服務(wù)器/工作站（FileServers/Workstation）局域網(wǎng)模式中，中心結(jié)點(diǎn)為文件服務(wù)器，存放共享資源。由于這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的中心結(jié)點(diǎn)與多臺(tái)工作站相連，為便于集中連線，目前多采用集線器（Hub）。星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：很容易在網(wǎng)絡(luò)中增加新的站點(diǎn)，數(shù)據(jù)的安全性和優(yōu)先級(jí)容易控制，易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控；但是屬于集中控制，對(duì)中心結(jié)點(diǎn)的依賴性大，一旦中心結(jié)點(diǎn)有故障就會(huì)引起整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

2．環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)形網(wǎng)中各結(jié)點(diǎn)通過環(huán)路接口連在一條首尾相連的閉合環(huán)形通信線路中。環(huán)路上任何結(jié)點(diǎn)均可以請(qǐng)求發(fā)送信息，請(qǐng)求一旦被批準(zhǔn)，便可以向環(huán)路發(fā)送信息。環(huán)形網(wǎng)中的數(shù)據(jù)可以是單向也可以雙向傳輸。由于環(huán)線公用，一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息必須穿越環(huán)中所有的環(huán)路接口，信息流中目的地址與環(huán)上某結(jié)點(diǎn)地址相符時(shí)，信息被該結(jié)點(diǎn)的環(huán)路接口所接收，而后信息繼續(xù)流向下一環(huán)路接口，一直流回到發(fā)送該信息的環(huán)路接口結(jié)點(diǎn)為止，如圖1.6所示。環(huán)形網(wǎng)的特點(diǎn)是：信息在網(wǎng)絡(luò)中沿固定方向流動(dòng)，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間僅有唯一的通路，大大簡(jiǎn)化了路徑選擇的控制；某個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，可以自動(dòng)旁路，可靠性較高；由于信息是串行穿過多個(gè)結(jié)點(diǎn)環(huán)路接口，當(dāng)結(jié)點(diǎn)過多時(shí)，影響傳輸效率，使網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)確定時(shí)，其延時(shí)固定，實(shí)時(shí)性強(qiáng)；由于環(huán)路封閉，故擴(kuò)充不方便。3．總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用一條稱為總線的中央主電纜，將相互之間以線性方式連接的工作站連接起來的布局方式，稱為總線形拓?fù)?，如圖1.7所示。圖1.6環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D1.7總線形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓诳偩€結(jié)構(gòu)中，所有網(wǎng)上微機(jī)都通過相應(yīng)的硬件接口直接連在總線上，任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)的信息都可以沿著總線向兩個(gè)方向傳輸擴(kuò)散，并且能被總線中任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)所接收，類似于廣播電臺(tái)，故總線網(wǎng)絡(luò)也被稱為廣播式網(wǎng)絡(luò)?？偩€布局的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，非常便于擴(kuò)充；可靠性高，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度快；設(shè)備量少，價(jià)格低，安裝使用方便；共享資源能力強(qiáng)，極便于廣播式工作，即一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送所有結(jié)點(diǎn)都可接收。總線形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是目前使用最廣泛的結(jié)構(gòu)，也是最傳統(tǒng)的一種主流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，適合于信息管理系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用。4．樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹形結(jié)構(gòu)是總線形結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，它是在總線網(wǎng)上加上分支形成的，其傳輸介質(zhì)可有多條分支，但不形成閉合回路。樹形網(wǎng)是一種分層網(wǎng)，如圖1.8所示，其結(jié)構(gòu)可以對(duì)稱，聯(lián)系固定，具有一定容錯(cuò)能力，一般一個(gè)分支和結(jié)點(diǎn)的故障不影響另一分支結(jié)點(diǎn)的工作，任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)送出的信息都可以傳遍整個(gè)傳輸介質(zhì)，也是廣播式網(wǎng)絡(luò)。一般樹形網(wǎng)上的鏈路相對(duì)具有一定的專用性，無須對(duì)原網(wǎng)做任何改動(dòng)就可以擴(kuò)充工作站。5．總線/星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線/星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是用一條或多條總線把多組設(shè)備連接起來，相連的每組設(shè)備呈星形分布。采用這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用戶很容易配置和重新配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備?？偩€采用同軸電纜，星形配置可采用雙絞線，如圖1.9所示。圖1.8樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D1.9總線/星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?．網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將多個(gè)子網(wǎng)或多個(gè)局域網(wǎng)連接起來構(gòu)成網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。主要有三種網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：（1）網(wǎng)狀網(wǎng)。在一個(gè)大的區(qū)域內(nèi)，用無線電通信鏈路連接一個(gè)