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计算机网络

计算机网络

第1章 引言

计算机网络概述

计算机网络的概念

计算机网络的分类

根据网络的覆盖范围进行分类

1、个域网(PAN)

2、局域网(LAN)

3、城域网(MAN)

按拓扑结构分类

1、总线形拓扑结构

2.星形拓扑结构

3、环形拓扑结构

4.树形拓扑结构

5.网状拓扑结构

6.混合结构

计算机网络的功能

实现资源共享

计算机网络最具吸引力的功能是,进入计算机网络的用户可以在网络中共享各种硬件和软件资源。

数据通信

数据通信是计算机网络最基本的功能之一

集中管理

随着计算机网络技术的发展和应用,现代办公和管理发生了很大的变化

分布处理

对于综合性的大问题,可以采用适当的算法将任务分散到网络中不同的计算机上进行分布式处理,以达到平衡利用网络资源和实现分布式处理的目的

负载平衡

负载平衡是指任务均匀分配到网络中的每台计算机上。

网络控制中心负责分配和测试。当计算机负载过重时,系统将自动将部分转移到负载较轻的计算机中进行处理

提高了计算机的可靠性和可用性

当网络中的计算机可以通过网络备份时,当计算机出现故障时,其他计算机可以通过网络代替;

当网络中的计算机负载过重时,可以将操作传送到网络中的另一台空闲计算机进行处理,从而减少用户的等待时间,

平衡各计算机的负载,提高系统的可靠性和可用性

计算机网络发展阶段

1、面向终端的计算机网路

2.计算机通信网络

3.计算机网络的标准和开放阶段

4.计算机网络高速智能阶段

计算机网络的标准化及相关组织

计算机网络的性能

计算机网络的性能指标

计算机网络的非性能指标

计算机网络系统结构

计算机网络系统结构及协议概念

OSI参考模型

TCP/IP参考模型

OSI参考模型和TCP/IP参考模型的比较

本书使用的参考模型

网络实例

Internet

移动电话网络

无线局域网:802.11

RFID和传感器网络

第2章 应用层

网络应用模型

客户/服务器模型

P2P模型

标准客户/服务器应用示例

DNS

FTP

万维网和HTTP

E-mail

Telnet

DHCP

P2P应用举例

P2P文件分发

在P2P在区域内搜索信息

案例学习:BitTorrent

实训 配置网络服务器

实训目的

实训设备

实训任务

实训步骤

第3章 传输层

传输层概述

传输层功能及提供的服务

应用过程、传输层接口和套接字

多路复用和多路分解传输层

无连接服务和面向连接服务

UDP

用户数据报概述

UDP服务

UDP应用

TCP

TCP服务

TCP报文格式

TCP连接管理

滑动窗口机制

TCP流量控制和拥塞控制

TCP差错控制

实现 TCP 传输控制协议分析

实验目的

实验设备

实验原理

实验步骤

注意事项

第4章 网络层

网络层概述

网络层功能

网络层提供的服务

网络层协议

IP概述

IPv4数据报格式

IPv4地址

ARP和RARP

ICMP

IP多播与IGMP

路由选择

分组交付和路由选择的基本概念

路由选择协议的基本概念

路由信息协议(RIP)

开最短路径优先协议(OSFP)

边界网关协议(BGP)

路由器

移动IP

移动IP的基本概念

移动IP4的通信过程

IPV6

IPv6数据报格式

IPv6的地址空间

从IPv4过渡到IPv6

实训

实训1 路由器的基本操作

实验目的
实验设备
实验拓扑
实验原理
实验步骤
注意事项

实训2 单臂路由

实验目的
实验设备
实验拓扑
实验原理
实验步骤
注意事项

第5章 数据链路层

数据链路层功能

所有的数据链路层的基本功能 都是 将数据帧通过单条链路 从 一个结点 移动到 相邻结点,

但具体细节 依赖于 该链路上应用的具体数据链路层协议。

数据链路层协议包括 以太网、802.11无线局域网、令牌环 和 PPP。

数据链路层 的 一个重要特点是在 通信路径的 不同链路上 可能又不同的链路层协议 来处理。

例如,在第一段链路上 可能由 PPP 来处理,在最后一段量路程可能由 以太网来处理,

在中间的链路上 由 广域网链路层 协议来处理。

需要着重注意的是,

不同的数据链路层协议 的 提供功能是不同的,

如一个数据链路层协议可能提供可靠的交付,

另一个数据链路层协议可能不提供可靠的交付

组帧

差错控制

由于通信链路中存在信号的衰减和电池干扰,帧中的比特在传输过程中可能产生差错,

1接收方判断为0,0接收方判断为1

转发有差错的数据是没有意义的,数据链路层的许多协议提供检测是否存在差错的机制。

这是通过在帧中设置差错检测冗余位,让接受结点对收到的帧进行差错检测来完成的。

链路层的差错检测通常很复杂,而且通过硬件来实现

差错纠正不仅能检测是否帧中出现了差错,而且能够判决帧中的差错出现在哪里并纠正这些错误。

一些协议如ATM只为分组的首部提供链路层差错纠正

流量控制

可靠控制

当数据链路层提供 可靠传输服务时,它保证将 网络层的分组无差错地通过 数据链路层。

OSI的观点是 必须把 数据链路层做成 可靠传输的

前面讲过,传输层的协议TCP 也提供可靠的传输服务。

和传输层的可靠传输服务类似,数据链路层的可靠传输是通过 确认 和 重传来获得的

现在通信线路的质量已经大大提高了,通信链路不好引起差错的概率已经大大降低。

低差错率的链路,包括光纤、双绞线和同轴电缆,链路层的可靠传输被认为是不必要的开销,为了提高通信效率,

许多有线的链路层协议不提供可靠的交付,

Internet广泛使用的数据链路层不提供可靠的服务。

数据链路层可靠地传输服务常用于容易产生高差错率的链路,如无线链路

介质访问控制

组帧

差错控制

奇偶校验

循环冗余检测

目前在数据链路层广泛使用了循环冗余检验(Cyclic Redundancy Check, CRC)的检错编码。

循环冗余检验编码也称为 多项式编码,因为能把比特串看做是系数是0和1的一个多项式,对比特串的操作被解释为多项式算术。

在发送端要发送的k比特的数据M,发送结点要把数据M发送给接收结点。

发送方和接收方首先要协商一个n+1比特生成码P,称为生成多项式P(X).

要求P(X)的最高有效位的比特(最左边)是1。

CRC码不可以自动纠错,要做到可靠传输,必须加上确认和重传机制。

海明码

介质访问控制

静态划分介质访问控制

随机访问介质访问控制

轮询访问机制访问控制:令牌传递协议

网卡、网桥和交换机

网卡

网卡的功能
查看网卡的MAC地址
修改MAC地址

网桥

网桥的工作原理

使用网桥具有如下的优点

1、过滤通信量,增大吞吐量

2、扩大物理范围,增加局域网上结点的数目

3、可使用不同的物理层、不同类型MAC子层和不同速率的以太网

4、提高了可靠性,性能得到改善

网桥的类型

1、透明网桥

2、源路由网桥

网桥带来的问题有以下几方面

1、广播风暴

2、增加网络时延

3、帧丢失

交换机

第二层交换机

以太网交换机的帧转发方式可以分为以下3类

1、直接交换方式

2、存储转发方式

3、改进直接交换方式

第三层交换机

传统的局域网交换机是一种第二层网络连接设备,它在操作过程中不断收集信息去建立起它本身的一个MAC地址表。

这个表相当简单,基本上说明某个MAC地址是在哪个端口上被发现的。

这样当交换机收到一个数据包时,它便会查看该数据包的目的MAC地址,核对一下自己的地址表以确认从哪个端口把数据包发出去。

但当交换机收到一个不认识的数据包时,也就是说如果目的MAC地址不在MAC地址表中,

交换机便会把该数据包“扩散”出去,即从所有端口发出去,就如同交换机收到一个广播包一样,

这就暴露出传统局域网交换机的弱点:

不能有效地解决广播风暴和异种网络互连以及安全性控制等问题

第三层交换也称剁成交换技术或IP交换技术,是相当于传统交换概念提出的。

总所周知,传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层–数据链路层进行操作的,而第三层交换技术在网络模型中的第三层实现了分组的高速转发。

简单地说,第三层交换技术就是 “第二层交换技术” + “第三层转发”。

第三层交换技术的出现,解决了局域网中网段划分之后网段中的子网必须依赖路由器进行管理的局面,解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题

一个具有第三层交换功能的设备,是一个带有第三层路由功能的第二层交换机,但它是二者的有机结合,而不是简单地把路由器设备及软件叠加在局域网交换机上。

实训 以太网交换机的配置

实训目的

实训环境

实训步骤

第6章 物理层

物理层的基本概述

数据通信基础

基本概念

奈奎斯特定理与香农定理

数据编码技术

数据交换

多路复用技术

频分多路复用

是指当传输介质的带宽 大于 单个信号的要求时,为了有效地利用传输系统将多个信号同时在一条传输信道上传输的技术 叫 多路复用。

时分多路复用

是指当传输介质的位传输率 大于 单个信号的要求时,为有效地利用传输系统,

将一条物理信道按时间分成若干时间片轮流地分配给多个信号使用。

时分多路复用 不仅局限于 传输数字信号,也可同时交叉传输模拟信号

时分多路复用 又分为 同步时分 和 异步时分

同步 TDM 特点:时间片固定分配,适合固定速率传输

异步 TDM 特点:时间片按需分配,适合可变速率传输

波分多路复用

物理层下的传输介质

传输介质也称为 传输媒体或传输媒介,它是数据传输系统中再发生器和接收器之间的物理通路。

传输介质是传输信息的载体。

有线传输介质,电磁波沿着固定传输介质被导引。

无线传输介质,无线传输介质是自由空间,在无线传输介质中,电磁波在空气或外层空间中传播。

有线传输介质

双绞线

双绞线是最便宜并且最为普遍的导引型传输介质。

把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起,然后规则地绞合起来就构成了双绞线。

通常是由4对螺旋结构排列的铜导线构成双绞线电缆。

把各个县对扭在其可使导线之间的电磁干扰最小,这样可减少串扰及信号放射影响的程度,

每根导线在导体传输中放出的电波会被另一根线上发出的电波所抵消

双绞线 一般分为非屏蔽双绞线 和 屏蔽双绞线 两种。

非屏蔽双绞线电缆 由 多对双绞线 和 一个塑料外皮构成

同轴电缆

同轴电缆 由 铜质内芯、绝缘层、网状编织金属屏蔽层以及保护塑料外皮组成,同轴电缆的结构形式如图所示。

这种结构中的金属屏蔽往可防止中心导体向外辐射电磁波,也可用来防止外界电磁场干扰中心导体的信号,具有较好的抗干扰特性

常见的同轴电缆有以下几种

1、RG-58A/u

阻抗50Ω,直径0.18英寸,用于传输基带数据信号,又称为"细同轴电缆",简称"细缆"

2、RG-11

阻抗50Ω,直径0.4英寸,也用于传输基带数据信号,又称为 “粗同轴电缆”,简称 “粗缆”,

粗缆相对于 细缆抗干扰能力更强,传输距离也更长,但相应地连接复杂,价格略高

3、RG-59u

阻抗75Ω,直径0.25英寸,常用于有线电视电缆线,也可作为宽带数据传输线

4、RG-62u

阻抗95Ω,直径0.25英寸,是专用同轴电缆。用于IBM终端、ARCnet等

与双绞线相比,同轴电缆由于有金属屏蔽网,因而受到电磁干扰较小,传输距离较长;

但布线不够方便,且成本相对较高

在局域网发展的初期层广泛地使用同轴电缆作为传输介质。

但随着技术的进步,在局域网领域基本上都是采用双绞线作为传输介质。

目前同轴电缆主要用于有线电视网的居民小区中。

光纤

无线传输介质

无线电波

无线电波是指在自由空间(包括空气和真空)传播的射频频段的电磁波。

无线电技术是通过 无线电波传播声音或其他信号的技术。

无线电技术的原理在于,导体中电流强弱的改变会产生无线电波。

利用这一现象,通过调制可将信息加载于无线电波之上。

当电波通过空间传播到达收信端,电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。

通过解调将信息从电流变化中提取出来,就达到信息传递的目的

短波频率范围在 3-300MHZ,这一频率范围的震荡波可以从地球上空的电离层反射回来,因而传输的较远,

但由于该电离层是出于地球上空的一层带电离子区域,受太阳就会有力,

一年四季,白天黑夜都在变化着,从而导致电磁波反射回来的强度不同,

另外反射途径也不止一条,所以反射回来的电磁波会互相干扰,由此造成通信质量较差。

然而它具有灵活、机动、经济的特点,适用于移动式的通信

微波

微波是指频率为 300MHZ-300GHz的电磁波,是无线电波中一个有限频带的简称,即波长在1m(不含1m)到1mm之间的电磁波,

是分米波、厘米波、毫米波的统称。

微波频率比一般的无线电波频率高,通常也称为 “超高频电磁波”

微波在电离层已不能反射,而在地球表面

红外线
激光传输

物理层设备

中继器

集线器

实训 双绞线跳线制作与测试

实训目的

实训设备

实训任务

实训步骤

第7章 局域网和广域网

局域网的基本概念

局域网的特点

局域网的分类

按拓扑结构分类

依拓扑结构的不同,局域网可分为总线型网、环型网、星型网、树型网

但有实际应用中,以树型网居多

按传输的信号分类

按传输介质上所传输的信号方式不同,局域网可分为基带网和宽带网。

基带网传送数字信号,信号占用整个频道,但传输范围较小。

宽带网传输模拟信号,同一信道上可传输多路信号,它的传输范围较大。

目前局域网中绝大多数采用基带传输方式。

按网络使用的传输介质分类

局域网使用的传输介质有双绞线、光纤、同轴电缆、无线电波、微波等,

因此对应的局域网有双绞线网、光纤网、同轴电缆网、无线局域网、微波网等。

目前小型局域网大都是 双绞线网,而大型局域网则采用 光纤 和 双绞线 传输介质的混合型网络。

近些年来,无线网络技术发展迅速,它将成为未来局域网的一个重要发展方向。

按介质访问控制方式分类

局域网从介质访问控制方式的角度可以分为共享介质局域网 与 交换局域网。

共享介质局域网 又可以分为 Ethernet, Token Bus, Token Ring 与 FDDI, 以及在此基础上发展起来的 Fast Ethernet, FDDI II等

2、按传输的信号分类

3、

局域网的组成

局域网传输介质类型与特点

局域网体系结构

典型局域网的组网技术

10Mbit/s以太网

100Mbit/s以太网

1000Mbit/s以太网

10吉比特以太网

虚拟局域网

广域网

广域网的基本概念

高级数据链路控制(HDLC)协议

PPP协议

帧中继

VPN

异步传输模式

网络互连

网络互连的必要性

网络互连的基本原理

网络互连的类型

实训 配置虚拟局域网(VLAN)

第8章 无线网络和移动通信网络

无线局域网

无线局域网的组成

802.11体系结构与 协议栈

无线局域网应用

宽带无线

802.16体系结构与协议栈

802.16技术应用

蓝牙

蓝牙网络结构

蓝牙应用

移动自组织网络

移动自组织网络概述

自组织网络应用领域

实训 搭建 Ad Hoc 模式无线网络

实训目的

实训设备

实训任务

实训步骤

第9章 网络安全

网络安全概述

网络安全定义

网路面临的安全威胁

网路安全的特征

网络安全体系结构

加密技术

加密技术概述

数字签名与身份认证技术

加密软件介绍

计算机病毒与防范技术

计算机病毒定义及特征

计算机病毒分类

病毒防范技术

防火墙技术

防火墙概述

防火墙的主要技术

防火墙体系结构

防火墙发展趋势

实训

计算机网络介绍

TCP/IP五层协议:

  • 应用层
    • HTTP, POP3/IMAP, SSH, FTP
  • 传输层
    • TCP, UDP
  • 网络层
    • IP
  • 数据链路层
    • 协议:以太网协议、WIFI协议、PPP
  • 物理层
    • 设备及线缆:以太网线缆、光纤、modems
TCP端口 服务
21 file transfer(FTP)
22 secure shell(SSH)
23 telnet
25, 110 email(SMTP, POP3)
80 web(HTTP)
443 secure web(HTTPS)
993, 995 secure email

URP & DNS

URL: Uniform Resource Locator

统一资源定位器,是对可以从互联网上得到的资源的位置和访问方法的一种简洁的表示,是互联网上标准资源的地址。

互联网上的每个文件都有一个唯一的URL,它包含的信息指出文件的位置以及浏览器应该怎么处理它。

样式1:

http://www.xjtu.edu.cn/info/1697/47137.htm

样式2:

https://ctec.xjtu.edu.cn:8080/secret/money.html#a1

  • protocol主要有以下几种:
    • http http://www.163.com
    • https https://ww.icbc.com.cn
    • ftp ftp://ctec.xjtu.edu.cn
    • mailto mailto:taoxie@mail.xjtu.edu.cn
    • telnet telnet 202.117.58.114

HTTP

一些HTTP命令

GET: 从服务器请求文件或资源(下载)

POST: 将表单信息提交到服务器

PUT: 上传文件到服务器

HTTP-MIME Types

为了支持多媒体数据类型,HTTP协议中使用了附加在文档之前的MIME数据类型信息来表示数据类型

MIME意为多功能的Internet右键扩展,它涉及的最初目的是为了在发送电子右键时福佳多媒体数据,让邮件客户程序能根据其类型进行处理

每个MIME类型由两部分组成,前面是hi数据的大类别,例如声音audio、图像image等,后面定义具体的种类

MIME type File extension(s) Description
application/octet-stream .exe executable programs
audio/mpeg .mp3, mpg MPEG or MP3 music
image/gif .gif GIF images
image/jpeg .jpg JPEG images
image/png .png PNG images
multipart/form-data web form data
text/css .css style sheets
text/html .html, .htm, .php web pages
text/javascript .js JavaScript programs
text/palin .txt plain text data
text/xml .xml XML formatted data
video/quicktime .qt, .mov APP Quick Time movie

实验1

单个交换机,参考实验四、 双交换机,参考 第5章 多交换机VLAN配置,多trunk模式

单交换机上设置VLAN

实验背景 某一公司内财务部、销售部的PC,通过1台交换机实现通信,

要求财务部和销售部的PC可以互通,

但设备为了数据安全起见,销售部和财务部需要进行相互隔离,

现在在交换机上做适当配置来实现这一目标

VLAN 1:caiwuPC1, PC3 VLAN 10: xiaoshouPC2, PC4

实验步骤 1.配置PC 2.设置交换机,添加VLAN 10,划分端口 F0/2, FO/4到VLAN 10 3.测试

注意事项 思科 软件中,设置显示端口号 Options - Preferences - 勾选 Always Show Port Labels

具体步骤

1.选择交换机1个,PC机4个 2.用线连接

IP: 172.16.1.1 掩码:255.255.255.0 默认网关:172.16.1.254

IP: 172.16.1.2 掩码:255.255.255.0 默认网关:172.16.1.254

IP;172.16.1.3 掩码:255.255.255.0 默认网关:172.16.1.254

IP:172.16.1.4 掩码:255.255.255.0 默认网关:172.16.1.254

问题

1.什么是交换机?

2.什么是VLAN?

3.什么是掩码?

4.什么是默认网关?

5.什么是Packet Tracer拓扑图?

两个交换机之间是trunk模式 注意fo/3 和 fo/24 的区别

命令

Switch1

en
conf t
vlan 2
exit
vlan 3
exit
inter fa 0/1
switch access vlan2
exit
inter fa 0/2
switch access vlan 3
exit
inter fa 0/24
switch mode trunk
end
show vlan

Switch2

en
conf t
vlan 2
exit
vlan 3
exit
infa 0/1
switch access vlan2
exit
int fa 0/2
switch access vlan 3
exit
int fa 0/24
switch mode trunk
end
show vlan
PC1 ping PC2 timeout
PC1 ping PC3 Reply

标签: token电流传感器

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