大學信息技術基礎：第7章 信息的傳輸 通信與網(wǎng)絡技術

第7章信息的傳輸：通信與網(wǎng)絡技術

主要內(nèi)容：§7.1縮短世界的距離——通信與網(wǎng)絡技術的歷史回顧§7.2數(shù)據(jù)通信的基本原理§7.3計算機網(wǎng)絡§7.4計算機局域網(wǎng)§7.5Internet基礎§7.6Internet寬帶接入方式本章小結思考與練習

§7.1縮短世界的距離——通信與網(wǎng)絡技術的歷史回顧圖7-2貝爾(圖中坐者）

首次撥通了美國紐約§7.1縮短世界的距離——通信與網(wǎng)絡技術的歷史回顧電報與電話的發(fā)明使得人們由短距離通信轉入長距離通信，從而開辟了近代通信的歷史（圖7-1、圖7-2）。圖7-1莫爾斯電報機由于無線通信技術的進步，實現(xiàn)了廣播、電視的傳輸，不僅可傳送聲音，亦可傳送圖形和圖像，廣播與報紙、廣告、書籍等印刷品一同被稱為大眾傳媒。主機—主機間的通信迅速成為需求，因此產(chǎn)生了包(packed)交換網(wǎng)絡和個人數(shù)據(jù)網(wǎng)。20世紀70年代初產(chǎn)生了多種包交換技術。20世紀80年代以后，隨著微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展，大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路、數(shù)字傳輸理論和技術、商用通信衛(wèi)星、程控數(shù)字交換機、光纖通信、綜合數(shù)字業(yè)務等一系列技術都得到了迅速發(fā)展和應用?！?.1縮短世界的距離——通信與網(wǎng)絡技術的歷史回顧§7.2數(shù)據(jù)通信的基本原理7.2.1通信系統(tǒng)模型通信的基本目的是在接收端準確或近似地再現(xiàn)另一端發(fā)送出來的消息，因而通信系統(tǒng)的基本問題是信源、信道以及編碼問題。通信系統(tǒng)最簡單的概念模型如圖7-3所示：§7.2數(shù)據(jù)通信的基本原理圖7-3通信系統(tǒng)模型如圖7-3所示，信源（發(fā)送方）的作用是把消息轉換成要發(fā)送的信號。原始信號需要完成某種變換（如編碼與調制），編碼器是將信源輸出的消息或消息序列轉換成適合通信系統(tǒng)要求的信號的設備，使信號適合在信道中傳輸。相對于模擬通信系統(tǒng)而言，數(shù)字通信系統(tǒng)有如下優(yōu)點：信號狀態(tài)有限，抗干擾能力強，可實現(xiàn)低誤碼率，中繼再生可以避免噪聲積累，利于長距離傳輸；由信道糾錯編碼技術可進一步降低誤碼率；易于進行加密處理；§7.2數(shù)據(jù)通信的基本原理易于進行壓縮，以減少冗余度，提高信道利用率；易于不同種類的信源數(shù)據(jù)，共用數(shù)字通信系統(tǒng)；便于計算機與網(wǎng)絡通信?！?.2數(shù)據(jù)通信的基本原理7.2.4基帶傳輸與寬帶傳輸在通信術語中，基帶信號就是將數(shù)字信號1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸，即未經(jīng)頻率變換的原始信號。在數(shù)字信道中以基帶信號形式直接傳輸數(shù)據(jù)的方式稱為基帶傳輸。基帶傳輸占用的頻率范圍為信道提供的全部帶寬（圖7-4）?；鶐到y(tǒng)中的每個設備都共享相同的信道，當基帶系統(tǒng)上的一個節(jié)點在傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡中所有的其他節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)前必須等待前面的傳輸結束?；鶐到y(tǒng)也可以以半雙工方式支持雙向信號流，即基帶系統(tǒng)可在同一條線路上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收?！?.2數(shù)據(jù)通信的基本原理基帶信號的能量在傳輸過程中很容易衰減，只能利用有線介質近距離傳輸，一般用于短距離的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸距離不大于2.5km。由于基帶傳輸?shù)慕嚯x限制，在遠距離傳輸中通常采用模擬信道。§7.2數(shù)據(jù)通信的基本原理圖7-4基帶傳輸方式會占用

信道的全部帶寬7.2.3數(shù)字通信系統(tǒng)中帶寬的概念早期的電子通信系統(tǒng)都是模擬系統(tǒng)。帶寬就是媒體能夠傳輸?shù)男盘栕罡哳l率和最低頻率的差值。數(shù)字通信系統(tǒng)中“帶寬”的含義完全不同于模擬系統(tǒng)，它通常是指數(shù)字系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸速率?！?.2數(shù)據(jù)通信的基本原理數(shù)據(jù)傳輸速率是衡量系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)能力的主要指標，數(shù)據(jù)傳輸率是指單位時間內(nèi)傳送的信息量，即每秒鐘傳送的二進制位比特數(shù)，單位為每秒位，記作bps。對于數(shù)字通信系統(tǒng)來說，一般情況下系統(tǒng)所提供的帶寬越寬，其業(yè)務的實時性也越好。圖7-5給出了常用傳輸介質與相應傳輸速率間的大略對應關系?！?.2數(shù)據(jù)通信的基本原理圖7-5不同傳輸介質的帶寬容量比較7.2.4數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標與計算1.有效性指標數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率來衡量，傳輸速率越高，則系統(tǒng)的有效性越好。(1)碼元傳輸速率通常又可稱為碼元速率，是指單位時間（每秒鐘）內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，用符號RB來表示。（2）信息傳輸速率信息傳輸速率可簡稱信息速率，又可稱為比特率等?！?.2數(shù)據(jù)通信的基本原理(3)頻帶寬度因為傳輸速率越高，所占用的信道頻帶越寬。在計算信道容量時，頻帶寬度是一個重要的指標。奈奎斯特定理和香農(nóng)的有噪信道編碼定理中給出了信道容量與頻帶寬度的關系。2.可靠性（1）誤碼率（碼元差錯率）Pe是指發(fā)生差錯的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，即：§7.2數(shù)據(jù)通信的基本原理（2）誤信率（信息差錯率）Pb是指發(fā)生差錯的比特數(shù)在傳輸總比特數(shù)中所占的比例，即§7.2數(shù)據(jù)通信的基本原理7.2.5信道容量1.奈奎斯特定理奈奎斯特（Nyquist）HarryNyquist(1889—1976)。1917年在耶魯大學物理系獲哲學博士學位。1924年推導出在理想低通信道的最大傳輸速率的公式。曾任美國貝爾電話實驗研究所通信系統(tǒng)開發(fā)部工程師。定理最先闡述了帶寬與系統(tǒng)每秒能傳輸?shù)淖畲笪粩?shù)之間的基本關系。它對數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笏俾式o出了一個理論上的上限。對于采用二進制編碼數(shù)據(jù)的傳輸方案，奈奎斯特定理指出，在帶寬為B的傳輸系統(tǒng)上所能達到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率以每秒位數(shù)表示時可達到2B。更一般地，如果被傳輸?shù)男盘柊琋個狀態(tài)值（即信號的狀態(tài)數(shù)為N），那么帶寬為B赫茲信道所能承載的最大數(shù)據(jù)傳輸速率（信道容量）是：§7.2數(shù)據(jù)通信的基本原理奈奎斯特定理描述了有限帶寬、無噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率與信道帶寬的關系。2.有噪信道編碼定理香農(nóng)(Shannon)在1948年的文章中，推廣了奈奎斯特的結果，提出并證明了在噪聲影響下傳輸系統(tǒng)所能達到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。該定理被稱為有噪信道編碼定理，也稱為香農(nóng)第二定理。其計算公式表達如下：香農(nóng)的有噪信道編碼理論的貢獻在于，若在信息傳輸率R小于信道容量C（即R≤C），則可以找到一種信道編碼方法，使得信源信息可以在有噪聲信道進行無差錯傳輸，§7.2數(shù)據(jù)通信的基本原理如果信息傳輸率R大于信道容量C（R>C），那么無差錯傳輸在理論上是不可能的。香農(nóng)公式的理論價值在于給出頻帶利用的理論極限值。7.2.6通信系統(tǒng)中信道差錯控制方法香農(nóng)的研究證明：如果把要傳送的消息在傳送前事先進行編碼，并在接收端采用適當?shù)淖g碼，則消息有可能得到無錯誤的傳輸，也就是說，通過不可靠的信道可以實現(xiàn)可靠的信息傳輸。信道編碼的目的是提高信息傳輸或通信的可靠性，降低誤碼率，使系統(tǒng)具有一定的糾錯能力和抗干擾能力，提高數(shù)據(jù)傳輸效率?！?.2數(shù)據(jù)通信的基本原理下面簡單介紹幾種差錯控制方法：(1)前向糾錯方式（FEC）通信中在接收端收到傳輸碼字后，由譯碼器自動糾正傳輸中的錯誤，稱為前向糾錯。(2)檢錯重發(fā)方式（ARQ)發(fā)送端編碼器進行差錯編碼，接收端譯碼器只檢錯不糾錯。§7.2數(shù)據(jù)通信的基本原理（3）混合糾錯（HEC方式）將前向糾錯及檢錯重發(fā)方式結合起來使用，發(fā)送端的編碼兼具檢錯及糾錯能力。§7.2數(shù)據(jù)通信的基本原理7.2.7多路復用技術采用多路復用技術能把多個信號組合起來在一條物理信道上進行傳輸,在遠距離傳輸時可大大提高傳輸資源的利用率。頻分多路復用技術用于模擬信號?！?.2數(shù)據(jù)通信的基本原理圖7-8頻分多路復用示意圖多路復用器接受來自多個信源的模擬信號，每個信號有自己獨立的帶寬。時分多路復用技術不是將一個物理信道劃分成為若干個子信道，而是不同的信號在不同的時間輪流使用這個物理信道。波分多路復用技術主要應用在光纖通道上，WDM實質上也是一種頻分多路復用技術?！?.2數(shù)據(jù)通信的基本原理圖7-9波分多路

復用原理圖§7.3計算機網(wǎng)絡7.3.1網(wǎng)絡的形成與發(fā)展1.遠程終端聯(lián)機階段由一臺大型計算機和若干臺遠程終端通過通信線路連接起來，組成聯(lián)機系統(tǒng)，進行遠程批處理業(yè)務。2.計算機網(wǎng)絡階段為了解決聯(lián)機系統(tǒng)中的計算機既承擔通信工作又承擔數(shù)據(jù)處理工作而負擔較重的問題。3.計算機網(wǎng)絡互聯(lián)階段由于局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍終究有限，為了在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)計算機資源的共享，故將兩種網(wǎng)絡互聯(lián)起來，形成規(guī)模更大的網(wǎng)絡，這就是網(wǎng)絡互聯(lián)?！?.3計算機網(wǎng)絡4.信息高速公路階段把分散的計算機資源通過高速通信網(wǎng)實現(xiàn)共享，提高國家的綜合實力和人民的生活質量。7.3.2網(wǎng)絡的功能（1）數(shù)據(jù)通信。（2）資源共享。（3）提高計算機的可靠性和可用性。（4）分布式處理?！?.3計算機網(wǎng)絡7.3.3網(wǎng)絡的基本組成目前計算機網(wǎng)絡基本上都是分組交換網(wǎng)，分組交換網(wǎng)是由資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)構成(見圖7-10)。資源子網(wǎng)由主機、終端、I/O設備、各種軟件資源和數(shù)據(jù)庫等組成。把網(wǎng)絡中通信部分的子網(wǎng)和以主計算機為主體的資源子網(wǎng)分開，這是網(wǎng)絡層次結構思想的重要體現(xiàn)，使得對整個計算機網(wǎng)絡的分析和設計大為簡化?！?.3計算機網(wǎng)絡§7.3計算機網(wǎng)絡圖7-10計算機網(wǎng)絡由通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)組成7.3.4計算機網(wǎng)絡的分類按通信距離可劃分為：1.局域網(wǎng)（LAN—LocalAreaNetwork）局域網(wǎng)是指連接近距離的計算機組成的網(wǎng)，分布范圍一般在幾米到幾公里之間。2.廣域網(wǎng)（WAN—WideAreaNetwork）廣域網(wǎng)是指連接遠距離的計算機組成的網(wǎng)，分布范圍可達幾百公里乃至上萬公里。3.城域網(wǎng)(MAN—MetropolitanAreaNetwork)城域網(wǎng)擴大了局域網(wǎng)的范圍，是適應一個地區(qū)、一個城市或一個行業(yè)系統(tǒng)使用的網(wǎng)絡。§7.3計算機網(wǎng)絡按網(wǎng)絡拓撲結構劃分為：星型網(wǎng)、總線型網(wǎng)、環(huán)型網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)等。按信號頻帶的占用方式劃分為：基帶網(wǎng)和寬帶網(wǎng)等等。7.3.5網(wǎng)絡傳輸介質1.有線傳輸介質計算機網(wǎng)絡通常使用有線導線作為連接計算機的主要介質，因為導線便宜且易于安裝。雙絞線是局域網(wǎng)最常用的通信介質，也在電話系統(tǒng)中使用?！?.3計算機網(wǎng)絡同軸電纜由四個部分構成：最里層的傳導物，一根銅質或鋁質裸線，裸線攜帶信號；次內(nèi)層絕緣體包圍著裸線，以防金屬導體碰到第三層材料；第三層是一層緊密纏繞的網(wǎng)狀導線，這種編織導線起著屏蔽層的作用，保護裸線免受電磁干擾；最外層是起保護作用的塑料外皮，由編織導線構成的屏蔽層能夠很好地隔離外來的電信號。對于高速寬帶計算機網(wǎng)絡，一般使用柔軟的玻璃纖維即光纖傳輸數(shù)據(jù)。用光纖作傳輸介質有很多優(yōu)點。首先，光纖不會引起電磁干擾也不會被干擾。其次，光纖傳輸信號的距離比導線所能傳輸?shù)木嚯x要遠得多。再次，因為較之電信號，光可以對更多的信息進行編碼，所以光纖可在單位時間內(nèi)傳輸比導線更多的信息。最后，電流總是需要兩根導線形成回路，光僅需一根光纖即可從一臺計算機傳輸數(shù)據(jù)到另一臺計算機?！?.3計算機網(wǎng)絡光纖分多模光纖和單模光纖兩類（圖7-9）。

§7.3計算機網(wǎng)絡圖7-11同軸電纜、雙絞線和光纖的結構圖圖7-12單模與多模光纖的區(qū)別2.無線傳輸介質無線網(wǎng)絡就是利用無線電波作為信息傳輸?shù)拿浇闃嫵傻臒o線局域網(wǎng)（WLAN）?？梢栽谧杂煽臻g利用電磁波發(fā)送和接收信號進行通信就是無線傳輸。無線通信的方法有無線電波、微波和紅外線。圖7-13是電磁波的頻譜圖。§7.3計算機網(wǎng)絡圖7-13

電磁波的頻譜無線電波是指在自由空間傳播的射頻頻段的電磁波。無線電技術的原理在于，導體中電流強弱的改變會產(chǎn)生無線電波。與無線電波向各個方向傳播不同，微波傳輸集中于某個方向，即微波是直線傳播的，所以可以防止他人截取信號。微波傳輸在發(fā)送和接收器之間存在無障礙的通道時工作得很好。紅外線通信有兩個最突出的優(yōu)點：其一是不易被人發(fā)現(xiàn)和截獲，保密性強；其二幾乎不會受到電磁的干擾，抗干擾性強?！?.3計算機網(wǎng)絡§7.3計算機網(wǎng)絡圖7-14通過中繼實現(xiàn)長距離微波通信7.3.6網(wǎng)絡通信協(xié)議1.協(xié)議的概念為使網(wǎng)內(nèi)各計算機之間的通信可靠有效，通信雙方必須共同遵守的規(guī)則和約定稱為通信協(xié)議，計算機網(wǎng)絡與一般計算機互連系統(tǒng)的區(qū)別就在于有無通信協(xié)議的作用。通信協(xié)議主要由語義、語法和定時三部分組成。2.協(xié)議的分層圖7-15用兩個國家元首間的對話和交流方式，形象地解釋了協(xié)議分層的概念?？梢苑殖扇齻€層次完成，最底層是“通信層”，中間層是“語義表達層”，最高層是“會話層”。§7.3計算機網(wǎng)絡§7.3計算機網(wǎng)絡圖7-15協(xié)議

分層的概念這個例子包含三個含義：一是信息交換的雙方必須遵守某種協(xié)議；二是各層分別有不同協(xié)議，協(xié)議只能在對等層之間交流；三是協(xié)議不同時要轉換成相同的協(xié)議。3.開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RMOSI模型是由國際標準化組織（ISO）提出的一個七層模型（見圖7-16）。每一層實現(xiàn)特定的功能，并且只與相鄰兩層直接通信。下面簡單介紹每一層的作用：第一層：物理層標準化了連接在物理介質上的數(shù)據(jù)鏈路的電子、機械部件規(guī)范和功能控制，物理層只負責接收和發(fā)送比特流，而不考慮信息的格式和意義?！?.3計算機網(wǎng)絡§7.3計算機網(wǎng)絡圖7-16OSI參考

模型及協(xié)議第二層：數(shù)據(jù)鏈路層通過物理層建立的鏈路，將具有一定意義和結構的信息（幀的格式）正確地在實體之間傳輸。該層規(guī)定怎樣把數(shù)據(jù)組織成幀及怎樣在網(wǎng)絡中傳輸幀。第三層：網(wǎng)絡層主要任務是如何將源端發(fā)出的分組經(jīng)過各種途徑送到目的端，要解決路由選擇、流量控制和網(wǎng)絡管理和網(wǎng)絡互聯(lián)等問題。第四層：傳輸層提供可靠的端到端（主機—主機）的通信，屏蔽由于通信子網(wǎng)技術的不同而帶來的差異，為上層用戶提供透明的運輸服務。第五層：會話層規(guī)定怎樣與遠程系統(tǒng)建立一個通信會話（例如，怎樣登錄到一臺遠程分時計算機）。會話層規(guī)范了安全細節(jié)，例如，通過口令獲得授權。第六層：表示層與其他協(xié)議層不同，其他協(xié)議層大都只關注將數(shù)據(jù)從一個地方可靠地傳輸?shù)搅硪粋€地方，表示層更關注被傳輸信息的語義和語法。表示層協(xié)議主要規(guī)定了如何表示數(shù)據(jù)，將不同計算機上的表示方法進行相互的翻譯。第七層：應用層關心所有與應用有關的服務，包含了許多廣泛使用的協(xié)議，每一個協(xié)議規(guī)定了應用程序如何使用網(wǎng)絡，提供了支持終端用戶的各種應用，如電子郵件、遠程登錄和文件傳輸服務等機制?！?.3計算機網(wǎng)絡§7.4計算機局域網(wǎng)7.4.1局域網(wǎng)的基本概念局域網(wǎng)是在較小的地理區(qū)域內(nèi)，利用通信線路將眾多的計算機或數(shù)據(jù)終端設備連接起來的通信網(wǎng)絡。計算機局域網(wǎng)有以下特點:以微機為主要建網(wǎng)對象；較小的地理覆蓋范圍；具有較高的帶寬，一般為10～1000Mbps。拓撲結構簡單(總線形、星形、環(huán)形型、網(wǎng)狀)；傳輸速率高，誤碼少。建網(wǎng)周期短，成本低，為單位獨有，易管理，不受任何公共網(wǎng)絡當局的規(guī)定約束，容易進行設備更新?！?.4計算機局域網(wǎng)7.4.2局域網(wǎng)的拓撲結構網(wǎng)絡拓撲結構是指連接網(wǎng)絡各結點（可視為網(wǎng)絡中的計算機）的形式與方法。1.星型結構星型拓撲結構以中央結點為中心，其他結點都與中央結點相連（見圖7-17）。星型拓撲結構的優(yōu)點：控制簡單，網(wǎng)絡的故障容易發(fā)現(xiàn)，在網(wǎng)絡中通信容量不大的情況下通信速度較快。星型拓撲結構的缺點：網(wǎng)絡的可靠性差，中心節(jié)點的負擔過重，所需通信線路較長且安裝時的工作量較大?！?.4計算機局域網(wǎng)§7.4計算機局域網(wǎng)圖7-17星型拓撲結構2.環(huán)型結構環(huán)型拓撲結構結點形成一個封閉環(huán)路（見圖7-18）。§7.4計算機局域網(wǎng)圖7-18環(huán)型拓撲結構3.總線型結構總線型拓撲結構采用單根傳輸線作為傳輸介質，所有的結點都連接到這根總線上（見圖7-19）?！?.4計算機局域網(wǎng)圖7-19總線型拓撲結構7.4.3局域網(wǎng)的工作模式1.客戶機/服務器模式（C/S模式）采用客戶機/服務器模式的網(wǎng)絡也稱為基于服務器的網(wǎng)絡。2.瀏覽器/服務器(B/S)模式B/S模式應用系統(tǒng)由瀏覽器（Browser）和服務器（Web服務器／數(shù)據(jù)庫服務器／中間件等）組成。以B/S模式開發(fā)的系統(tǒng)維護工作集中在服務器上，客戶端不用維護，操作風格比較一致。3.對等模式§7.4計算機局域網(wǎng)對等網(wǎng)絡模式不使用服務器管理網(wǎng)絡共享資源，在這種網(wǎng)絡中，所有計算機都處于平等地位，一臺微機既可以作為服務器，又可以作為客戶機。7.4.4局域網(wǎng)互聯(lián)技術1.中繼器中繼器是一種放大模擬或數(shù)字信號的網(wǎng)絡連接設備。中繼器屬于OSI模型中的物理層，因而沒有必要解釋它所傳輸?shù)男盘枴?.集線器集線器的英文名稱是“HUB”，英文“HUB”是“中心”的意思，集線器的主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大，以擴大網(wǎng)絡的傳輸距離，同時把所有節(jié)點集中在以它為中心的節(jié)點上。§7.4計算機局域網(wǎng)它工作于OSI參考模型第二層，即“數(shù)據(jù)鏈路層”。集線器（HUB）是對網(wǎng)絡進行集中管理的最小單元，像樹的主干一樣，它是各分支的匯集點（圖7-20）?！?.4計算機局域網(wǎng)圖7-20集線器在網(wǎng)絡中的應用3.網(wǎng)橋網(wǎng)橋是在數(shù)據(jù)鏈路層上實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián)的設備，要求互聯(lián)的網(wǎng)絡在數(shù)據(jù)鏈路層以上采用相同的協(xié)議。4.交換機與交換網(wǎng)絡交換機這種設備可以把一個網(wǎng)絡從邏輯上劃分成幾個較小的網(wǎng)段，所有端口都共享同一指定的帶寬（圖7-21）。交換式局域網(wǎng)從根本上改變了“共享介質”的工作方式，它可以通過以太網(wǎng)交換機支持交換機端口結點之間的多個并發(fā)連接，可以實現(xiàn)多結點之間數(shù)據(jù)的并發(fā)傳輸。虛擬局域網(wǎng)在功能、操作上與傳統(tǒng)局域網(wǎng)基本相同，它們主要區(qū)別在“虛擬”二字上，即虛擬局域網(wǎng)的組網(wǎng)方法與傳統(tǒng)局域網(wǎng)不同。虛擬網(wǎng)絡是建立在交換技術基礎上的。§7.4計算機局域網(wǎng)§7.4計算機局域網(wǎng)圖7-21交換式局域網(wǎng)與

共享介質局域網(wǎng)的區(qū)別5.路由器路由器是一種多端口設備，它可以連接不同傳輸速率并運行于各種環(huán)境的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，也可以采用不同的協(xié)議。路由器工作在OSI模型的第三層。路由器不僅能追蹤網(wǎng)絡的某一節(jié)點，還能和交換機一樣，選擇出兩節(jié)點間的最近、最快的傳輸路徑?！?.4計算機局域網(wǎng)6.網(wǎng)關網(wǎng)關通過使用適當?shù)挠布c軟件實現(xiàn)不同網(wǎng)絡協(xié)議之間的轉換功能。網(wǎng)關實際上像一個多協(xié)議路由器，通過重新封裝信息以使它們能被另一個系統(tǒng)讀取?！?.4計算機局域網(wǎng)圖7-22網(wǎng)關的工作原理§7.5Internet基礎§7.5Internet基礎7.5.1Internet的發(fā)展Internet是使用路由器將分布在世界各地、數(shù)以萬計、規(guī)模不一的計算機網(wǎng)絡互聯(lián)起來的網(wǎng)際網(wǎng)。接入Internet的主機既可以是信息資源及服務的使用者，也可以是信息資源及服務的提供者。我國從1994年4月起正式加入Internet，開通了Int-ernet的全功能服務?！?.5Internet基礎7.5.2Internet的協(xié)議-TCP/IPTCP/IP協(xié)議是Internet使用的通信協(xié)議，通俗地講就是用戶在Internet上通信時所遵守的語言規(guī)范。TCP/IP協(xié)議遵守一個四層的概念模型：即應用層、傳輸層、互聯(lián)網(wǎng)層和網(wǎng)絡接口層，如圖7-23所示。該模型目的是使各種硬件在相同的層次上相互通信。TCP/IP的四層協(xié)議的主要功能是：(1)網(wǎng)絡接口層是該協(xié)議軟件的最低層，其作用是接收IP數(shù)據(jù)報，通過特定的網(wǎng)絡進行傳輸。(2)互聯(lián)網(wǎng)層(IP協(xié)議)為網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議。它負責將信息從一臺主機傳送到指定接收的另一臺主機?！?.5Internet基礎圖7-23TCP/IP的四層協(xié)議§7.5Internet基礎(3)傳輸層(TCP協(xié)議)為傳輸控制協(xié)議，負責提供可靠和高效的數(shù)據(jù)傳送服務。(4)應用層為用戶提供一組常用的應用程序協(xié)議，并且隨著Internet的發(fā)展，又為用戶開發(fā)了許多新的應用層協(xié)議。當前Internet上廣泛使用的TCP/IP協(xié)議為IPv4，其地址一般以4部分間點分的方法來表示，即4個數(shù)字用點分隔。這永不能滿足快速增長的因特網(wǎng)社會對IP地址的需求。為了解決這個問題，提出了下一代因特網(wǎng)協(xié)議IPv6。§7.5Internet基礎7.5.3IP地址IP地址是一個32位的二進制數(shù)，為了方便用戶理解與記憶，通常采用x.x.x.x的格式來表示，每個x為8位。IP地址由網(wǎng)絡號和主機號兩部分組成（圖7-24）其中，網(wǎng)絡號用來標識一個邏輯網(wǎng)絡，主機號用來標識網(wǎng)絡中的一臺主機。IP地址的設計者將IP地址空間劃分為五個不同的地址類別，如圖7-25所示，其中A，B，C三類最為常用：圖7-24IP地址的組成§7.5Internet基礎圖7-25IP地址的分類§7.5Internet基礎網(wǎng)絡號由因特網(wǎng)權力機構分配，目的是為了保證網(wǎng)絡地址的全球唯一性。7.5.4域名系統(tǒng)DNSInternet采取了一種層次型結構的命名機制。對Internet上主機的命名，一般必須考慮三個方面的問題：第一，主機名字在全局的唯一性，即能在整個Internet上通用；第二，要便于管理；第三，便于映射。域名系統(tǒng)也與IP地址的結構一樣，采用的是典型的層次結構（圖7-26）。域名通常是按分層結構來構成；每個子域名都有其特定的含義。§7.5Internet基礎圖7-26DNS的層次結構§7.5Internet基礎DNS層次型結構的另一層含義，是使它與層次型名字空間管理機制的層次相對應。域名地址和用數(shù)字表示的IP地址實際上是同一個對象，只是稱呼上不同而已。我國的域名注冊由中國互聯(lián)網(wǎng)絡信息中心（CNNIC）統(tǒng)一管理，其中，頂級域名大致可分為兩類：一類是組織性頂級域名；另一類是地理性頂級域名。7.5.5Internet提供的信息服務1.電子郵件（E-Mail）它是Internet上最受歡迎的一種通信方式，也是目前Inte-rnet上使用最頻繁的一種服務。如果我們要使用電子郵件服務，首先要擁有一個電子郵箱(mailbox)。電子郵箱是由提供電子郵件服務的機構(一般是ISP)為用戶建立的（圖7-27）。每個電子郵箱都有一個郵箱地址，稱為電子郵件地址

(E-mailaddress)。電子郵件地址的格式是固定的，并且在全球范圍內(nèi)是唯一的。用戶的電子郵件地址格式為：用戶名@主機名?！?.5Internet基礎§7.5Internet基礎圖7-27電子郵件服務2.文件傳輸（FTP）FTP服務采用的是典型的客戶機/服務器工作模式，它的工作過程如圖7-28所示。機稱為FTP服務器，它通常是信息服務提供者的計算機，就相當于一個大的文件倉庫。服務器必須安裝提供FTP訪問的軟件，有了一定的權限，客戶才能訪問。FTP服務器支持匿名服務，IE瀏覽器提供FTP功能。§7.5Internet基礎圖7-30文件傳輸服務3.萬維網(wǎng)WWW萬維網(wǎng)WWW（WorldWideWeb）簡稱Web，是Internet應用最為廣泛的網(wǎng)絡服務項目，它將世界各地的信息資源以特有的含有“鏈接”的超文本形式組織成一個巨大的信息網(wǎng)絡。WWW系統(tǒng)的結構采用了客戶機/服務器模式，它的工作原理如圖7-29所示。7.5.6Internet的信息資源搜索工具——搜索引擎1.什么是搜索引擎§7.5Internet基礎§7.5Internet基礎圖7-29WWW的工作原理搜索引擎是專門提供信息查詢服務的網(wǎng)站安裝在其服務器上的一種能在網(wǎng)上漫游并搜集它所得到的信息，同時自動生成本地索引的軟件，是因特網(wǎng)上最為有效的信息導航工具。搜索引擎具有龐大的數(shù)據(jù)庫記錄網(wǎng)上信息源的地址，是網(wǎng)絡用戶查找相關站點網(wǎng)址的工具，是目前采集、利用網(wǎng)絡信息資源的最常用的工具。2.搜索引擎的結構與功能搜索引擎由搜索軟件、索引軟件和檢索軟件三大部分組成。在軟件的支持下，搜索引擎主要有以下兩個功能：搜索引擎的第一個功能是收集信息資源建立索引數(shù)據(jù)庫。搜索引擎的第二個功能也是最主要的功能是提供網(wǎng)絡的導航與檢索服務?！?.5Internet基礎3.搜索引擎的工作原理(1)搜集信息搜索引擎的信息搜集基本都是自動的。搜索引擎利用稱為網(wǎng)絡蜘蛛(spider)的自動搜索機器人程序，普遍使用超鏈接分析技術，除了分析索引網(wǎng)頁本身的內(nèi)容，還分析索引所有指向該網(wǎng)頁的鏈接的URL。(2)整理信息,建立索引搜索引擎整理信息的過程稱為“建立索引”。搜索引擎不僅要保存搜集起來的信息，還要將它們按照一定的規(guī)則進行編排。(3)接受查詢用戶向搜索引擎發(fā)出查詢，搜索引擎接受查詢并向用戶返回資料?！?.5Internet基礎§7.6Internet寬帶接入方式接入網(wǎng)泛指“用戶網(wǎng)絡接口與業(yè)務節(jié)點接口問實施承載功能之實體”。寬帶接入網(wǎng)是指能同時承載語音、圖像、數(shù)據(jù)、視頻等寬帶業(yè)務需求的接入網(wǎng)絡。通常接入網(wǎng)傳輸系統(tǒng)按傳輸媒質分為有線接入和無線接入兩種方式，其分類如圖7-31所示?！?.6Internet寬帶接入方式7.6.1光纖接入網(wǎng)所謂光纖接入網(wǎng)（OAN）就是采用光纖傳輸技術的接入網(wǎng)，泛指本地交換機或遠端模塊與用戶之間采用光纖通信或部分采用光纖通信的系統(tǒng)。光纖接入網(wǎng)又稱光纖用戶環(huán)路(FITL),它是在交換局中設有光線路終端(OpticalLineTerminal;OLT),在用戶側有光網(wǎng)絡單元(OpticalNetworkUnit;ONU,ONU),OLT和ONU之間用光纖連接。FTTH(光纖到戶)是指將光網(wǎng)絡單元(ONU)安裝在住家用戶或企業(yè)用戶處，一直被認為是接入網(wǎng)的明日之星，也是寬帶發(fā)展的最終理想?！?.6Internet寬帶接入方式§7.6Internet寬帶接入方式圖7-32光纖接入網(wǎng)7.6.2銅纜接入技術DSL(DigitalSubscriberLine，數(shù)字用戶線)是以銅質電話線為傳輸介質的傳輸技術組合，它直接將數(shù)字信號調制在電話線上(并沒有經(jīng)過模/數(shù)轉換)，所以可以獲得比普通調制解調器高得多的帶寬和速率。DSL包括HDSL（高速數(shù)字用戶線）、VDSL（高速不對稱數(shù)字用戶線）和ADSL（不對稱數(shù)字用戶線）等，一般稱之為xDSL技術。不同數(shù)字用戶線技術的主要區(qū)別就是體現(xiàn)在信號傳輸速度和有效距離的不同，以及上行速率和下行速率對稱性的不同。ADSL具有傳輸速率高、頻帶寬、性能優(yōu)、安裝方便?！?.6Internet寬帶接入方式§7.6Internet寬帶接入方式圖7-33ADSL是Internet用戶的廣泛使用的接入方案7.6.2以太網(wǎng)接入方式以太網(wǎng)的幀格式和IP數(shù)據(jù)包是一致的，用以太網(wǎng)傳輸IP數(shù)據(jù)業(yè)務時沒有任何格式轉換問題。速率分為10/100/1000Mbps三種等級，可按需升級，萬兆（10Gb/s)以太網(wǎng)技術也已經(jīng)問世。局域網(wǎng)接入方式如圖7-34所示?！?.6Internet寬帶接入方式§7.6Internet寬帶接入方式圖7-34局域網(wǎng)接入方式7.6.3無線寬帶接入技術無線接入是指用無須物理傳輸媒質的無線傳輸手段來代替接入網(wǎng)的部分甚至全部的接入技術。無線接入以改進靈活性和擴展傳輸距離為目的。1.衛(wèi)星接入方式衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由空間部分——通信衛(wèi)星和地面部分——通信地面站兩大部分構成的。衛(wèi)星系統(tǒng)既可以和地面系統(tǒng)相結合，又可以繞開復雜的地面網(wǎng)絡建立獨立的衛(wèi)星網(wǎng)絡。從將來的發(fā)展來看，衛(wèi)星網(wǎng)絡因其覆蓋面廣、容易部署等特點，在將來有可能取代目前傳輸速率參差不齊、接入方式復雜的地面網(wǎng)絡，并提供全球寬帶主干系統(tǒng)?！?.6Internet寬帶接入方式§7.6Internet寬帶接入方式圖7-35衛(wèi)星通信示意圖。衛(wèi)星從一個地面站接收信號，再轉發(fā)至另一地面站2

無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)絡利用射頻(RadioFrequency；RF)的技術，取代雙絞銅線所構成的局域網(wǎng)絡，使得無線局域網(wǎng)絡能免去了大量的布線工作，只需要安裝一個或多個無線訪問點（AP)，就可以覆蓋一個建筑內(nèi)的局域網(wǎng)絡，而且便于管理和維護。WiFi的全稱是：WirelessFidelity，是無線保真的縮寫。在現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)基礎之上增加AP，就可以把小型網(wǎng)絡擴展成幾百個、上千個用戶的大型網(wǎng)絡，并且能夠提供節(jié)點間“漫游”等有線網(wǎng)絡無法實現(xiàn)的特性。利用WiFi技術構建家庭無線局域網(wǎng)是WLAN最常見的應用了?！?.6Internet寬帶接入方式3.藍牙技術藍牙是一種支持設備短距離通信（一般在10米內(nèi)）的無線電技術。利用“藍牙”技術，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化設備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路?！?.6Internet寬帶接入方式本章主要介紹計算機通信與網(wǎng)絡的基本概念、計算機局域網(wǎng)及互聯(lián)設備、網(wǎng)絡接入技術等知識，通過本章的學習使學生對計算機通信與網(wǎng)絡技術有一個基本的了解。通信是指一個信號在介質中從發(fā)送端傳至接收端的傳輸，介質是發(fā)送者與接收者之間攜帶信號的任何事物。目前通信技術主要包括有線通信和無線通信兩種技術。寬帶與復用技術大大提高了介質通信能力，光纖通信是未來最有潛力的發(fā)展方向。計算機網(wǎng)絡是通信技術與計算機技術相結合的產(chǎn)物。計算機之間進行通信，它們必須采用相同的信息交換規(guī)則，計算機網(wǎng)絡中用于規(guī)定信息的格式以及如何發(fā)送和接收信息的一套規(guī)則稱為網(wǎng)絡協(xié)議或通信協(xié)議。OSI為理解協(xié)議的作用提供了模型參考。網(wǎng)絡互聯(lián)離不開通信協(xié)議，Internet正是依靠TCP/IP協(xié)議和各種網(wǎng)絡互聯(lián)設備實現(xiàn)了各種不同類型網(wǎng)絡的互聯(lián)。需要同學們掌握IP地址、域名等基本概念，并了解Internet的應用與接入技術。本章小結一、思考題1.人類通信與網(wǎng)絡技術的發(fā)展歷史中發(fā)生了哪些重大事件？從中我們能得到哪些啟示？2.簡述通信系統(tǒng)模型的工作原理。3.基帶傳輸與頻帶傳輸?shù)闹饕獏^(qū)別是什么？為什么基帶傳輸要占用信道的全部帶寬？4.理解數(shù)字通信系統(tǒng)中帶寬的概念。5.數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標有哪些，如何計算？6.什么是信道容量？無噪聲信道與有噪聲信道計算公式適用于什么范圍？信道容量如何計算？7.為什么通信系統(tǒng)中要進行信道差錯控制？其主要方法有哪些？8.在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中,主要采用哪些多路復用技術？9.什么是計算機網(wǎng)絡？計算機網(wǎng)絡的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾個階段？10.簡述計算機網(wǎng)絡的資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)的作用。11.常用的有線傳輸介質與無線傳輸介質有哪些？思考與練習12.什么是計算機網(wǎng)絡協(xié)議？網(wǎng)絡協(xié)議的三要素是什么？13.協(xié)議分層的目的是什么？協(xié)議分層有哪些優(yōu)點？14.簡述開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI/RM)七層協(xié)議的作用。15.計算機局域網(wǎng)有哪些常用的拓撲結構?每種拓撲結構的特點是什么？16.試簡述集線器、網(wǎng)橋、交換機、路由器的作用與工作原理。17.Internet提供的信息服務主要有哪些？18.什么是IP地址？它由哪幾部分組成？19.采用域名系統(tǒng)的作用是什么？IP地址與域名之間有什么關系？20.IPv4與IPv6有什么區(qū)別？21.搜索引擎的工作原理是什么？22.什么是接入網(wǎng)？有線接入網(wǎng)與無線接入網(wǎng)采用哪些技術？23.就目前無線網(wǎng)接入技術，哪一種形式比較適合家庭用戶？二、計算題1.如果二進制獨立等概信號的碼元寬度為0.5ms，求碼元傳輸速率RB；若改為四進制信號，碼元寬度不變，求RB。思考與