三級教程——網絡技術

第一部分基本知識

一、計算機概述

1.計算機的特點

高速自動進行信息解決的電子設備，它能按照人們預先編寫的程序對輸入的數據進行解

決、存儲、傳送，從而輸出有用的信息或知識，

2.計算機的發展階段

計算機發展的5個階段：

（1）大型主機階段：重要電子管時代

（2）小型計算機階段:晶體管時代

（3）微型計算機階段：大規模集成電路時代

（4）客戶機/服務器階段：網絡階段

（5）Internet階段:從APPANET開始到Intemet階段

3.計算機應用領域

（1）科學計算（2）事務解決（3）過程控制（4）輔助工程

（5）人工智能（6）多媒體應用

二、計算機硬件系統

1.計算機硬件分類

服務器:提供服務的計算機。解決器體系結構有三種:復雜指令集（CISC）.精簡指令集

（RISC），超長指令字（VLIW）。

工作站：面向計算機輔助設計等應用領域的高性能計算機。

臺式機:微型計算機（或個人計算機）。

筆記本:便攜機或移動PC機。

手持設備:掌上電腦或亞筆記本。

2.計算機配置

不同的計算機基本上分為：

解決器:雙核解決器，服務器工作站可采用多個CPU。

內存:1M?幾十G

硬盤:幾十到幾百G以上

緩存：一級或二級緩存，容量1M左右

光驅:CD-ROMDVD等，具有不同倍速

顯卡：具有顯示內存容量，支持顏色分辨率等

網卡:以太網卡

操作系統：windows,unix,linux等

3.計算機技術指標

字長：計算機的寄存器的字長。8,16,32,64等。1字節=8bit/word=16bit,計算

機只辨認。和1,稱為二進制。

速度：每秒鐘解決指令的數目。運算速度與施工頻率有關，有時用主頻衡量CPU的速度。

容量：內存和外存之分。內存必需。單位有1K=1O24,1M=1024K,1G=1024M

數據傳輸率：單位bps,每秒鐘傳送的b1t的位數。

可靠性:無端障時間越長，修復故障的時間越短，可靠性越高。

產品名稱與版本：一股版本不能做技術指標，但由于計算機行業發展快，高版本一般性

能優于低版本。

4.微解決器的技術特點

(1)超標量技術

通過內置多條流水線同時執行多個解決，其實質是以空間換時間。

(2)超流水線技術

通過細化流水，提高主頻，在一個周期內完畢一個或多個操作，實質是以時間換空間。

(3)分支預測

通過設立分支目的緩沖器，動態預測分支轉移情況，使得流水線的吞吐率能保持較高水平。

（4）雙高速緩存的哈佛結構:指令與數據分開。

兩個緩存，一個用于有指令，一個用于存數據，提高訪問緩存的命中率。

（5）同化常用指令。常用指令用硬件實現

（6）增強的64位數據總線。內部32位，但與存儲器之間外部總線增為64位。

（7）采用PCI標準的局部總線,重要用于解決I/O瓶頸問題。

（8）錯誤檢測以及功能冗余檢查技術

內部錯誤檢測采用偶檢查，冗余判斷系統是否出現異常。

（9）內置能源效率技術

系統不工作時進入睡眠模式，在幾個亳秒時間內可進入全速運營狀態。

（10）支持多重解決

多CPU,支持并行解決技術中最常用的體系結構。

5.主板與插卡

（1）主板的組成：

CPU,存儲器，總線，插槽以及電源。

（2）主板的分類

可按不同角度分類，如：

CPU插座分類:S。ckel7、sloti主板等；

按芯片集分類:TX主板，LX主板，BX主板等

（3）網卡

網卡是組網的關鍵部件也叫適配卡。

功能：實現與主機總線的通信連接，解釋并執行主機控制指令;實現鏈路層功能（形成幀,

差錯校驗，發送接受等）；實現物理層功能（傳輸驅動，信號偵聽與接受等）

三、計算機軟件系統

（1）軟件的基本概念

軟件是程序以及開發、使用和維護程序所需要的所有文檔的總和。

（2）軟件的分類

按用途分類：系統軟件和應用軟件

按授權分類:商業軟件、共享軟件、自由軟件。

（3）軟件開發

生命周期分3段:計劃階段、開發階段、運營階段。每個階段可分為若干子段。

四、多媒體系統

（1）多媒體概念

媒體是信息的載體，是信息傳遞與存儲的基本手段和工具。分為傳播信息的載體和存儲

信息的載體。

多媒體技術：對文本、聲音、圖像等多媒體信息通過計算機進行數字化采集、解決、傳輸、

存儲、播放的一體化集成技術。

（2）多媒體的組成

計算機至少應具有:CD-ROM,語音模擬與數字轉換（A/D和D/A），高清顯示器,

數據壓縮和解壓縮功能。

（3）數據壓縮與解壓縮技術

多媒體信息中有何多冗余數據，去掉冗余的數據即壓縮。

壓縮方法的種類：

按圖像是否有差別分：無損壓縮和有損壓縮。

按壓縮原理分類：皤編碼（無損壓縮），源編碼（有損玉縮）和混合編碼。

編碼方法：

a.信息端編碼：只壓縮冗余而不損害信息懶。典型的方法有哈夫曼編碼、游程編碼、算

術編碼等。

b.預測編碼法:去除相鄰像素之間的相關性和冗余性，只對新的信息進行編碼。典型方法

有:微分脈碼調制（DPCM）等

c.變換編碼法:將給定的圖像信號進行某種函數變換。如傅立葉變換，離散余弦變換等

d.矢量量化編碼法：對數據分組，每組構成一個矢量，以矢量為單位進行量化。

預測編碼，變換編碼，矢量編碼都是有損編碼即屬于源編碼。

(4)國際壓縮標準：

a.JPEG：靜止圖像壓縮的國際標準。適合于連續色調，多級灰度,單色或彩色靜止圖像

的數字壓縮編碼。

b.MPEG:運動圖像壓縮的國際標準。通常涉及三部分MPEG視頻，MPEG音頻，

MPEG系統。需要考慮音頻視頻同步。

c.國際電信聯盟ITU-T關于視頻編碼的H.26x系列建議。涉及H.261?H.264。H.26I

的目的是在ISDN上開展電視電話會議。

(5)超媒體與流媒體

超文本:非線性組織，每個文本一個結點，通過鏈接相關內容和其它結點實現瀏覽離散信

息。

超媒體:當信息不限于文本形式時，稱為超媒體。組成有兩部分:結點和鏈接。結點：表

達信息的基本單位;鏈接：建立結點之間的信息聯系指針。

流媒體:流式媒體。對多媒體文獻邊下載，邊播放的傳瑜技術稱為流媒體技術。

流媒體特點：連續性，實時性，時序性。

流媒體的服務模式：C/S模式和P2P模式。

(6)多媒體應用軟件

分類:多媒體播放軟件和多媒體制作軟件。

播放軟件:Windowsmediaplay,realp1ay等。

制作軟件：

文字編輯軟件:如word

圖像解決軟件：photoshop,corcldraw等

動畫制作軟件：cool3D,3DStudioMAX等

音頻解決軟件：realjukebox等

視頻解決軟件：moviemaker等

多媒體創作軟件：authorware等

第二部分網絡技術基礎

一、計算機網絡的形成與發展

1.計算機網絡的發展階段

(1)獨立發展的計算機技術與通信技術結合。奠定了i-算機網絡的理論基礎。

(2)ARPANET與分組互換技術的發展，奠定了互聯網的基礎。

(3)各種廣域網、局域網和公用分組互一換網絡的發展，網絡體系結構與網絡協議的標準

化。國際標準化組織(ISO)制定了開放系統參考模型(OSI)。

(4)Internel＞高速通信網絡、無線網絡與網絡安全技術的應用。

2.計算機網絡的形成

(1)由一臺中央主機通過通信線路連接大量的地理上分散的終端，構成面向終端的通信

網絡，終端分時訪問中心計算機的資源，中心計算機將解決結果返回終端。

(2)20世紀60年代中期，出現了多臺計算機通過通信系統互連的系統，開創了“計算機

——計算機''通信時代,這樣分布在不同地點且具有獨立功能的計算機就可以通過通信線路，

彼此之間互換數據、傳遞信息。

(3)ARPANET的發展以及OSI的制定，使各種不同的網絡互聯、互相通信變為現

實，實現了更大范圍內的計算機資源共享。

Internet是覆蓋全球的信息基礎設施之一,用戶可以運用Internet實現全球范圍的信

息傳輸、信息查詢、電子郵件、語音與圖像通信服務等力能。

廣域網分為資源子網和通信子網。

3.網絡體系結構與協議標準化

在計算機網絡發展的第三階段，出現了很多不同的網絡，導致網絡之間的通信困難。迫

切需要統一-的網絡體系結構和統一的網絡協議。

ISO制定了OSI參考模型，作為國際認可的標準模型。

TCP/IP協議以及體系結構早于OSI參考模型，因此TCP/IP協議與體系結構也是

業內公認的標準。

4.互聯網的應用與高速網絡技術的發展

(1)互聯網高速發展

互聯網不僅是一種資源共享、數據通信和信息查詢的手段，逐漸成為人們了解世界、討論

問題、休閑、學術研究、商貿、教育甚至軍事活動等重要領域。

(2)信息高速公路

高速網絡技術重要體現在：異步傳輸模式(ATM),寬帶綜合業務數字網(B—ISDN).高速

局域網，互換局域網，虛擬網絡與無線網絡。

(3)基于WEB技術的互聯應用的發展

Web技術的出現使網站的數量和網絡的通信量呈指數增長。

(4)基于P2P技術的應用技術發展

區別于C/S結構，對等(P2P)網絡淡化了服務提供者和服務使用者的界線，擴大了網絡資

源的范圍和深度。

(5)網絡安全技術的發展

計算:機網絡犯罪，使得網絡必須具有足夠的安全機制，防止信息被非法竊取、破壞與泄

露。

5.寬帶城域網的發展

寬帶城域網與傳統的通信網絡在概念和技術上發生了很大的變化,重要體現在以下幾個

方面：

傳統局域網、城域網與廣域網在技術上的界線模糊

傳統的電信傳輸技術與計算機網絡技術的界線越來越模糊

傳統的電信服務與互聯網應用的界線越來越模糊

電信傳輸網、計算機網絡與廣播電視網絡技術的界線越來越模糊

寬帶城域網的核心技術是:核心互換網和接入網。

二、計算機網絡的基本概念

1.計算機網絡的定義

所謂計算機網絡，就是把分布在不同地理區域的計算機與專門的外部設備用通信線路互連

成一個規模大、功能強的網絡系統，從而使眾多的計算機可以方便地互相傳遞信息，共享硬件、

軟件、數據信息等資源。

計算機網絡是現代通信技術與計算機技術相結合的產物。

其基本特性體現在三個方面：

(1)資源共享

(2)不同地理位置的“自治計算機”

(3)計算機之間必須遵守共同的網絡協議

2.計算機網絡的分類

計算機網絡分類的標準很多，如按拓撲結構、應用協議、傳輸介質、數據互換方式等等。

如按網絡的覆蓋范圍可以將網絡分為局域網、廣域網、城域網;按拓撲結構分類有總線網、

樹型網、星型網、環型網、網狀網；按傳播方式分為點對點傳輸和廣播式傳輸等。

(1)按覆蓋范圍分類：

局域網：一般用微型計算機通過高速通信線路相連，數據傳輸速率較快，通常在10Mb

i(/s以上，誤碼率較低。但其覆蓋范圍有限，是一個小的地理區域(例如:辦公室、大樓和方圓

幾公里遠的地區)內的專用網絡。局域網從介質訪問控制方法來看可分為共享式介質和互換

式局域網。

城域網：介于局域網和廣域網之間的高速計算機網絡。

廣域網:是遠距離、大范圍的計算機網絡，覆蓋范圍一般是幾十公里?幾千公里的廣闊

地理區域，其

(2)按拓撲結構分類

網絡拓撲結構:計算機網絡的幾何圖形表達。

廣播式網絡是指一個公共信道被多個網絡結點共享，用應的網絡拓撲結構有總線、樹型、

環型、無線通信與衛星通信。

點對點線路是指每個物理線路鏈接兩個結點。相應的拓撲結構有星型、環型、樹型與網

狀。

重要作用是實現遠距離計算機之間的數據傳輸和信息共享,并且通信線路大多租用公用

通信網絡(如公用電話網PSTN)。廣域網從邏輯功能上分為通信子網和資源子網。

3.計算機網絡傳輸特性的參數

(1)數據數據傳輸速率

每秒鐘傳輸二進制的比特數。單位bir/s或bps。

記作：s=I/T(bps)

T為傳送1bit所需要的時間。

單位變換時一般省略24進行記錄，如下:lKbps=1(M)Obps,1Mbps=1000Kbps,1G

bps=1000Mbps,ITbps=lOOOGbps

帶寬與速率的關系：

奈奎斯特給出沒有噪聲時帶寬與最大傳輸速率之間的關系：

Rniax=2*B

Rmax：最大數據傳輸速率。B通信信道帶寬(頻率)單位HZ。

香農給出了有隨機熱噪聲時帶寬與數據傳輸速率之間的關系：

Rmax=B*LOG2(1+S/N)

S/N信噪比(信號與噪聲功率比)單位是分貝。

(2)誤碼率

二進制碼元在數據傳輸過程中被傳錯的概率,其近似值為：

Pe=Ne/N

N為傳輸二進制碼元的總數，Ne為被傳錯的碼元數。

誤碼率應注意以下問題：

誤碼率是衡量數據傳輸系統正常工作狀態下傳輸可靠性的參數。

對于實際的傳輸系統，不能籠統地說誤碼率越低越好，要根據實際情況衡量。

實際的傳輸系統，假如不是傳輸二進制碼元，需要折合成二進制碼元計算。

誤碼率具有隨機性，實際測量時只有測試的二進制碼元越大，才會接近真正的誤碼率。

三、分組互換技術的基本概念

1.電路互換的基本概念

通信子網的互換方式中分為兩類：電路互換和存儲轉發互換。

存儲轉發互換分為保溫存儲轉發互換（報文互換）和報文分組存儲轉發互換（分組互換）。

電路互換分為三個階段：

（1）線路建立:兩臺主機要傳輸數據,一方面通過子網建立兩臺主機之間的線路連接。

（2）數據傳輸：線路連接后，可以實現實時、雙向的互換數據。

（3）線路釋放:數據傳輸結束后，原點想目的主機發送釋放請求，目的批準后逐步釋放連

接。

線路互換的優點：實時性強，適應于交互式會話通信。

線路互換的缺陷：對突發性通信不適應，系統效率低，不具有存儲數據能力，不具有差錯

控制能力。

2.存儲轉發互換的特點

與線路互換的特點區別

（1）發送的數據與目的地址、源地址、控制信息按照一定格式組成一個數據單元（報文

或報文分組）進入通信子網。

（2）通信子網的結點是通信控制解決機，它負責完畢數據單元的接受、差錯檢查、存儲、

途徑選擇和轉發功能。

轉發數據的單位分為兩種：報文和分組。

報文:數據長度不限，增長目的地址、源地址與控制信息組成一個邏輯單元。

分組:限制報文長度，源結點需要將報文提成多個分組，發送結束后，由目的結點按順序

重新組織成報文。

存儲轉發優點：共享信道，線路運用率高;路由選擇功能，提高系統效率；每個路由可進行

差錯檢查和糾錯解決，提高系統可靠性;路由器實現不同通信速率的轉換，也可對不同數據代

碼格式進行轉換。

3.數據報方式與虛電路方式

(1)數據報方式

分組傳輸前不需要預先在源與目的之間建立連接，源主機發送的每一個分組都可以獨立

選擇一條傳輸途徑,每個分組可以在通信子網中通過不同的途徑傳輸到達目的地。

具體環節：

源主機將報文提成若干個分組，發送給直接相連的解決機，收到的解決機存儲分組；

每個收到分組的解決機都進行差錯檢查,然后收到分組的解決機向發送解決機返還確認信

息。

假如分組發送對的，源解決機丟棄副本然后進行途徑選擇發送給下一個解決機。

假如分組發送錯誤,則規定重發；

直到到達目的地。

數據報的特點：各分組可按不同途徑發送;到達目的地的分組也許有亂序、丟失等現象;

每個分組要包含目的和源地址;傳輸延遲較大。

(2)虛電路方式

分組發送前,在發送方和接受方建立邏輯連接。所以虛電路的工作過程分為3個階段：虛

電路建立、數據傳輸、虛電路拆除。

虛電路的特點：

每次分組傳輸前,需要在源和目的之間建M邏輯連接；

所有分組按統一建立的虛電路傳輸，不會山現亂序和丟失現象；

分組通過的每一個結點時,結點只要差錯檢查，不需要途徑選擇；

通信子網中的每一個結點可以與任何結點建立多條虛電路。

虛電路與線路互換的區別:虛電路在傳輸分組時建立虛連接，這種電路不是專用的；而電

路互換的連接是物理連接、是獨占的。

四、網絡體系結構與網絡協議的基本概念

1.網絡體系結構的基本概念

網絡協議:為網絡數據互換而制定的規則，約定與標準。

重要有三要索：

語法:規定用戶數據與控制信息的結構和格式；

語義:規定需要發出何種控制信息以及完畢的動作與作出的響應；

時序:對事件實現順序的具體說明。

網絡體系系結構:對計算機網絡應完畢的功能的精擬定義。

體系結構是抽象的，而實現是具體的，是可以運營的一些硬件和軟件,體系結構采用層

次結構。

層次結構的好處：

?各層之間互相獨立

?靈活性好

?各層都可以采用最合適的技術實現，各層實現技術部影響其它層

?易于實現和維護

?有助于促進標準化

2.ISO/OSI參考模型

(1)OSI參考模型的概念

OSI中采用三級抽象體系結構、服務定義和協議規格說明。

體系結構:定義了層次結構、層次之間的互相關系以及各層所涉及的也許的服務，是對網

絡內部結構最精煉的概括與描述。

服務定義：具體說明了各層所提供的服務.通過接II提供應更高一層.同時還定義了層

與層之間接口和各層所使用的原語?，但不涉及接口的實現。

協議規格說明：精擬定義了應當發送什么控制信息，以及應當用什么樣的過程解釋這個

控制信息。協議的規程說明具有最嚴格的約束。

oSI參考模型僅僅是抽象描述，或者說是一個制定標準時所使用的框架。

(2)0SI參考模型的結構以及各層的重要功能

OSI分7層:物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表達層、應用層。

物理層:運用物理傳輸介質為數據鏈路層提供物理連接，以便透明傳輸比特流。

數據鏈路層：在物理提供比特流傳輸服務的基礎上,在通信的實體之間建立數據鏈路連

接，傳送以幀為單位的數據，并具有差錯控制和流量控制功能。

網絡層：通過路由選擇算法，為分組的通過選擇最適當途徑。需要實現途徑選擇、擁塞

控制與網絡互聯功能。

傳輸層:向用戶提供可靠的端到端服務，透明傳輸報文，它向高層屏蔽了下層功能，是體系

結構中最關鍵的一層。

會話層:組織兩個會話進程之間的通信，并管理數據互獲。

表達層：解決兩個通信系統中互換信息的表達方式。涉及格式轉換、數據加密解密、數據

壓縮與數據恢復等功能。

應用層:擬定進程之間通信的性質，以滿足用戶的需要。

3.TCP/IP參考模型與協議

TCP/IP的協議特點：

開放的協議標準，獨立于特定的計算機硬件和操作系統

獨立于特定的網絡硬件，可以在局域網、廣域網和互聯網中

統一的地址分派方案，使得每臺網絡中計算機具有唯一的地址

標準化的高層協議，可提供多種可靠的用戶服務。

TCP/IP參考模型與層次

主機一網絡層、互聯層、傳輸層和應用層。

與OSI模型相應：

主機-網絡層物理層和數據鏈路層

互聯層網絡層

傳輸層傳輸層

應用層會話層表達層應用層

TCP/IP的主機一網絡層實現了0S1模型中物理和鏈路層的功能。

TCP/IP的互聯層功能重要體現在3個方面：

解決來自傳輸層的分組發送請求

解決接受的數據報

解決互聯的途徑、流控與擁塞問題

傳輸層實現應用進程間的端到端通信，具有兩個協議：TCP和UDP協議。

TCP:是?種可靠面向連接的協議，允許將一臺主機的字節流無差錯地傳送到目的主機。

UDP：不可靠的無連接協議。不規定分組順序到達目的地。

應用層的重要協議有：遠程登錄協議（Telnet），文獻傳輸協議（FTP）,簡樸郵件傳輸協

議（SMTP）域名服務（DNS）,路由信息協議（RIP）,網絡文獻協議（NFS）,超文本傳輸協

議（HTTP）等。

五、互聯網應用的發展

1.基于WEB應用的發展

WEB技術的出現使互聯網從最初的重要由計算機專家和大學生使用，變為一種被廣泛使

用的信息交流工具；同時使得網站的數量和網路的通信量呈指數增長，已經廣泛應用于電子

政務、電子商務、遠程教育與信息服務等領域，并有繼續擴大的趨勢。

2.搜索引擎技術的發展

搜索引擎是運營在WEB上的應用系統軟件，是對網絡上大量資源建立索引并提供檢索服

務的應用軟件。

3.博客技術的應用

博客（blog）指以文章的形式在互聯網上實現信息共享，是基于互聯網的數字廣播技

術之一。

4.網絡電視的應用

網絡電視（IPTV）通過寬帶IP網絡傳輸，可以實現與用戶的互動點播，同時可以方便地

將傳統電視與WWW、E-MAIL等互聯網結合起來。

5.P2P技術的應用

P2P網絡中的每一臺計算機既可以作為網絡服務的使用者，又可以作為網絡服務的提供

者。

1.寬帶無線接入技術與IEEE802.16標準

IEEE802.16無線城域網標準,可提供2-155Mbps的帶寬，寬帶無線接入分為移動接入

和固定接入。

2.無線局域網與IEEE802.11標準

IEEE802.il標準以微波、激光與紅外線等作為傳輸介質，實現移動計算機網絡中的移動

結點的物理層與數據鏈路層的功能。

3.藍牙技術與IEEE8()2.15標準

藍牙技術是無線自組網的應用，IEEE802.15是以藍牙規范為基礎，制定的短跖離、

低功耗的無線通信標準。

第三部分局域網基礎

一、局域網與城域網的基本概念

I.決定局域網與城域網的三要素

局域網的發展設分迅速,將一個城市范圍內的大量局域網互聯起來又推動了城域網的發

展。

決定局域網與城域網特點的三要數是：

網絡拓撲結構

傳輸介質

介質訪問控制方法。

2.局域網拓撲結構的類型與特點

局域網與廣域網的重要區別是覆蓋的地理范圍不同,因此其基本通信機制與廣域網完全

不同:局域網采用共享介質與互換方式，廣域網采用存儲轉發。

局域網在傳輸介質、介質訪問控制方法上形成了自己的特點。其重要的網絡拓撲結構分

為：總線型、環型與星型，網絡介質重要采用雙絞線、同軸電纜與光纖等。

總線拓撲:

國r~pr"piTn

介質訪問控制方法：共享介質方式。

優點:結構簡樸、容易實現、易于擴展、可靠性好。

特點：

所有結點都通過網卡連接到公共傳輸介質總線上

總線通常采用雙絞線耳「

所有結點通過總線發送｛二三」

由于多個結點共享介pL1—（王手型網

必須解決介質訪問控偉

共享介質解決的3個I'，

環型網絡拓撲結構:

環型網絡拓撲是結點間通過網卡運用點到點線路連接形成閉合的環型。環中的數據沿著同一

個方向逐站傳輸。

環型結構中，多個站點共享一條環通路，為了擬定哪個結點可以發送數據，同樣需要進行介

質訪問控制。

環型結構通常采用分布式控制方法，環中每個結點都要執行發送和接受的控制邏輯。

3.傳輸介質類型和介質訪問控制方法：

局域網介質類型:同軸電纜、雙絞線、光纖和無線通道。

局域網介質訪問控制方法：

IEEE802.2標準定義了共享介質局域網有以下3類：

帶沖突檢測的載波偵聽多珞訪問(CSMA/CD)——總線網

令牌總線(I。kenbus)...........—總線網

令牌環------------------------------------------

4.IE802.1網間互連

IEE80J2部范圍內

80J2802,2喇觥灑雁路控制了層

的計算本體殳以上高

尋

系

層不屬工

址

結802H02m2媒體所悌制儂

.I.5.X

局域口構Toki,nToken

BusRing

數據物啦?

"*"\??r??????―?????，—???????―?，?，????????，—?/-

解決方案:不同的局域網在LLC中必須使用相同的協議。LLC子層與傳輸介質和介質訪

問控制方法無關。

在MAC子層和物理層中不同局域網可以采用不同協議。

5.IEEE802標準

IEEE802標準規定了局域網中不同層次(數據鏈路層和物理層)中的標準。

可簡樸分為3類：

定義局域網的體系結構、網絡互連、網絡管理與性能測試的IEEE802.1

定義邏輯鏈路控制(LLC)的功能與服務的IEEE802.2標準。

定義不同介質訪問控制技術的相關標準。

如下圖:

1976年7月，B。b在ALOHA網絡的基礎上，提出總線型局域網的設計思想，并提出沖

突檢測、教波偵聽與隨機后退延遲算法，將這種局域網命名為以太網(Ethernet)。

以太網的核心技術是：

介質訪問控制方法CDMA/CD.

這種方法解決了多結點共享公用總線的問題。

初期以太網的傳輸介質是同軸電纜，后用雙絞線,再后用光纖。

2.以太網的幀結構與工作流程

(I)以太網數據發送流程

沖突：多個站點同時運用總線發送數據，導致數據接受不對的。

總線網沒有控制中心，假如一個站點發送數據幀，以廣播方式通過總線發送，每一個站點都

能收到數據幀，其它站點也可以同時發送，因此沖突不可避免。

實現公共傳愉介質的控制策略,需要解決的問題是：

載波偵聽，沖突檢測，沖突后的解決方法。

CSMAQD發送流程可簡樸概括為：先聽后發，邊聽邊發，沖突停止，延遲重發。

如下圖:

CSMA/CD工作過程示意圖

⑶載波偵聽

結點運用總線發送數據時，一方面偵聽總線是否空閑，以太網規定發送數據采用曼徹斯特編

碼。判斷總線是否空閑可以判斷總線上是否有電平跳變。不發生跳變總線空閑。此時假如有

結點已準備好發送數據，可以啟動發送。

(b)沖突檢測方法

載波偵聽不能完全消除沖突，因素是數字信號是以一定的速率傳輸的。例如：結點A發送

數據幀時，離他1000m距離的結點在一定的時間延遲后才干收到數據幀，此時間段內暇如

B也發送數據，導致沖突。

從物理層上看，沖突時多個信號疊加，導致波形不同于任何結點的波形信號。

解決方案:結點A發送數據前，先發送偵聽信號,假如偵聽信號在最大距離傳輸時間2倍時，沒

有沖突信號出現，結點A肯定取得總線的訪問權。

沖突信號的延遲時間=2吩D/V

其中:D是結點到最遠結點的距離,V表達信號傳輸速度，信號往返的時間為延遲時間.

進行沖突檢測的方法有兩種：比較法和編碼違例法。

比較法：將發送信號波形與從總線上接受的信號比較，假如不同說明有沖突。

違例編碼法：檢查總線上的波形是否符合曼徹斯特編碼規則，不符合說明有沖突。

(c)沖突解決方案

發現沖突，停止發送

假如發送數據的過程中檢測出沖突，為解決信道爭用沖突，發送結點停止發送，隨機延遲后重

發的流程。

隨機延遲后重發的第一步:發送沖突加強信號，目的是延續沖突的連續時間，使得網絡中的所

有結點都能檢測出沖突的存在，并立即丟棄沖突幀，提高信道運用率。

隨機藤重發12/62/6246/5004

以太網協議規定每幀的最大重發次數不得超過16次，若超過則認為線路故障。

為公平解決信道爭用問題，需要擬定后退延遲算法。典型的CSMA/CD采用二進制指數退

避算法，退避延遲時間計算為：

PA：前同步碼-10101010序列，用于使接受方與發送方同步

t=2kxRxa

SFD：幀首定界-10101011

其中：a是沖突窗口大小，R是隨機數,k為沖突次數，定義k的最大值，一旦k是最大值時是

DA：目的MAC地址；SA：源MAC地址

最后一次發送。每次的延遲時間都會根據公式求出。

以太網中任何結點都需要通過CSMA/CD方法爭取總線使用權，從準備發送到成功發送時

間不擬定。因此又稱為隨機爭用介質訪問控制方法。簡外易實現。

(2)以太網幀結構

(3)以太網接受流程

假如一個結點運用總線成功發送數據，其它結點都應當處在接受狀態.所有結點只要不發送

數據，就應當處在接受狀態。

一個結點接受幀，一方面判斷幀的長度。（規定了最小長度，若小與最小長度,沖突，丟棄該

幀，結點重新進入接受狀態）

假如沒有沖突，結點接受幀后一方面檢查幀的目的地址,（目的地址單一地址或組地址或廣

播地址，屬二（存，否則丟至

F自己則cF)I

PASFDDASALENLLCPDUPadFCS

功接受”，進入結束狀態

<-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------4

假如檢查犯錯，一方面9可斷該幀是否是8為的整數倍，是，表達沒有丟失位，則記錄”幀檢杳錯”，

否則報告''幀位錯"，進入結束狀態。

以太網協議將接受犯錯分為3類：幀檢查錯、幀長度錯與幀位錯。

3.以太網的實現方法

a.每個站點都可以接受到所有來自其他站點的數據

b.為決定那個站點接受，需要尋址機制來標記目的站點

c.目的站點將該幀復制，其他站點則丟棄該幀

4.以網的物理地址

a.IE亶02標7量每個D*F規定了一個48位的全局墻恥，它是站點的全1一的標記符,

與C娟].此微魂質址）（4IB]:“尸

b.常用君、率端48位）。阻（2）C發送幀，FI的地力僅J

的旱沐'行是^噩’由IEEE統一」

c.IVL-IB

DB

一塊網卡。人

A

（3）B忽略該（4）A復制該

d.網卡的MAC地址可以認為就是該網卡所在站點的MAC地址。

幀幀

三、高速局域網工作原理

1.高速局域網的研究方法

傳統局域網技術建立在“共享介質”的基礎上，網中所有結點共享一條公共傳輸介質，典

型的控制方法有:CSMA/CD、令牌環和令牌總線。

介質訪問控制方法使得每個節點都可以”公平“使用公共傳輸介質，假如網絡中結點數目

增多，每個結點分派的帶寬將越來越少，沖突和重發現象將大量增長，網絡效率急劇下降，數

據傳輸的延遲增長,網絡服務質量下降。

解決方案：

(1)增長公共線路的帶寬。優點:仍然是局域網保護用戶已有的投資。

(2)將大型局域網劃提成若干個用網橋或路由連接的子網。

優點：每個子網作為小型局域網，隔離子網間的通信量,提高網絡的安全性。

(3)將共享介質改為互換介質

優點：互換式局域網的設備是互換機，可以在多個端口之間建立多個并發連接。互換方

式出現后,局域網分為：共享式和互換式局域網。

2.快速以太網

以入網采用相同的幀格式，同樣的介質訪問控制與組網方法，將速率從10Mbps提高10

倍到100Mbps。解決方法只要在MAC子層使用CSMA/CD,在物理層進行必要調整，

定義新的物理層標準。形成快速以太網標準IEEE802.3uo

IOObase-T標準定義了介質獨立接口，它將MAC子層與物理層隔開，傳輸介質和信號編

碼方式的變化不會影響MAC子層。

I00RASE-T的有關傳輸介質標準重要有3種：

(1)1OObase-TX：支持2對5類非屏蔽雙絞線或2對1類屏蔽雙絞線；其中1對用來發

送，1對用來接受,是全雙工系統，每個結點可同時以100Mbps發送和接受數據。

(2)10Obase-T4：支持4對3類非屏蔽雙絞線，其中3對用于數據傳輸，I對用于沖突

檢測。

(3)100base-FX：支持2芯的單模或多模光纖，重要用于高速主干網，從結點到集線器的

距離可達2km。是全雙工系統。

3.千兆以太網

在電視會議、三維圖形與高清楚圖像應用中，需要使用更高帶寬的局域網。

設想方案：

(1)桌面10M,部門采用快速以太網100M,公司級杲用1G的千兆以太網。

(2)將現有網絡連入到ATM網上，異構網絡連接。

IEEE802.3z標準定義了千兆網標準。

方法:

在物理層做一些必要調整，定義了1000BASE-T標準。支持多種傳輸介質。

4種標準：

(1)1000base-T:5類非屏蔽雙絞線，距離100m。

⑵lOOObase-CX：屏蔽雙絞線,長可到25m。

(3)1000base-LX:使用波長1300mn的單模光纖，長可3000m。

(4)1000basc-SX:波長850nm的多模光纖，長可30D?550m。

延伸到萬兆以太網，使用光纖做傳輸介質。不存在爭用問題，不再使用CSMA/CD協

議。

四、互換式局域網與虛擬局域網

1.互換式局域網的基本結構

(1)互換機的基本概念

互換機可以有多個端口，每個端口可以連接一個結點，也可連接共享介質的集線器

(HUB);實現多個端口的并發連接和多個節點的并發傳輸。互換機通常針對某種局域網設計,

互換式局域網的核心設備是局域網互換機。

(2)互換機的特點

低互換延遲

支持不同傳輸速率和工作模式(互換機端口支持不同的傳輸速率，互換機可完畢不同端

口速率之間轉換）

支持虛擬局域網服務［互換式局域網是虛擬局域網的基礎）

2.局域網互換機的工作原理

互換機需要建立端標語，'MAC地址映射表，某臺計算機發送數據時，運用幀的目的地址，通

過映射表找到相應端標語、將數據從一個端口送到另一個端II。

關鍵問題：

（1）互換機如何知道哪個結點連接哪個端口？

（2）當結點從互換機的一個端口轉移到另一個端口時，互換機如何來修改地址映射表？

互換機通過”地址學習“方法獲得。

“地址學習”是指通過讀取幀的源地址并記錄互換機的端標語;在得到端標語與MAC

地址的相應關系后，互換機檢查端標語/MAC地址映射表是否存在相應關系，假如存在就更

新該表項紀錄，假如沒有就加入到地址映射表中。

互換機加入或更新端標語/MAC地址映射表時，加入或更新的表項增長一個計時器，當計

時器溢出前沒有再次捕獲到該端口與MAC的相應關系,將該表項刪除。通過刪除過時的表項,

互換機維持一個精確的端標語/MAC地址映射表。

（3）互換機的幀轉發方式

以太網互換機的幀轉發方式包含3類：

a.直通互換方式

互換機只要接受幀并檢測目的地址，就立即將該幀轉發出去，不用判斷是否犯錯。幀犯錯

檢測由結點完畢。優點:互換延遲短；缺陷：缺少檢錯，不支持不同速率端口之間的幀轉發。

b.存儲轉發互換方式

互換機需要完整接受幀并進行差錯檢測。優點：具有差錯檢測能力，并支持不同速率端

II間的幀轉發;缺陷:互換廷遲將會延長。

c.改善直通互換方式

結合上述兩種方式，接受到前64B后,判斷幀頭是否對的，對的轉發。

對短幀而言，互換延遲同直通互換延遲；對長幀而言,由于只對幀頭（地址和控制字段）檢測,

互換延遲將會減少。

3.虛擬局域網的工作原理

(1)虛擬網絡概念：建V在互換機技術基礎上，將局域網上的結點按工作性質與需要劃提

成若干個“邏輯工作組”，一個邏輯工作組就是一個虛擬網絡。

虛擬網絡以軟件方式實現邏輯工作組的劃分與管理,工作組的結點不受物理位置的限制

(相同工作組的結點不一定在相同的物理網段上，只要可以通過互換機互聯)。從一個工作組

到另?個工作組時，只要通過軟件設定，無需改變結點在網絡中的物理位置。

(2)組網方法：(4種)

運用互換機端標語定義虛擬局域網：邏輯上將互換機端口劃分為不同的虛擬子網，當某一端

口屬于一個虛擬網時，就不能屬于此外一個虛擬子網。缺陷：當將結點從一個端口轉移到另

一個端口時,管理者需要重新配置虛擬網成員。

用MAC地址定義虛擬網絡：運用MAC地址定義虛擬局域網，由于MAC地址是與物理相

關的地址，因此稱為基于用戶的虛擬網；缺陷：所有用戶初始時必須配置到至少一個虛擬網，

初始配置人工完畢,隨后可自動跟蹤用戶。

用網絡層地址定義虛擬網絡：運用IP地址定義虛擬網。優點：用戶可按協議類型組成虛擬

網，可隨意移動不需要重新配置。缺陷:性能比較差，因素是檢直網絡層地址比檢查MAC地

址更費時。

基于IP廣播組的虛擬網絡：基于IP廣播組動態建立虛擬網。廣播包發送時，動態

建立虛擬網，廣播組中的所有成員屬于一個虛擬網。它們只是特定期間內特定廣播組成員。

優點:可根據服務靈活建立，可跨越路由器與廣域網。

4.虛擬局域網優點

(1)方便網絡用戶管理,減少網絡管理開銷

通過虛擬局域網的設立可以在調整用戶涉及結點位置變化時，不需要重新布線。

(2)提供更好的安全性

針對不同的用戶可以設立不同的權限和規定,虛擬網是一種簡樸、經濟和安全的方法。

(3)改善網絡服務質量

虛擬網可以隔離不同的用戶組，將同類的用戶控制在一個虛擬局域網中，減少廣播風暴

的危害，有助于改善網絡服務質量。

五、無線局域網

1、無線局域網的應用

體現在4個方面：

擴充傳統局域網

某些特殊環境局域網起不到作用，運用無線解決。

建筑物之間的互聯

鄰近的建筑物之間可采用點到點的無線鏈路。

海游訪問

移動設備與無線集線器之間實現漫游訪問。

特殊無線網絡的結構

無線自組網采用一種不需要基站的“對等結構”移動通信模式，網絡中的所有用戶都也許移動,

每個系統都具有動態搜索、定位和恢復連接的能力。

2、紅外無線局域網

按視距方式傳播，發送點必須能直接看到接受點，中間沒有阻擋。

數據傳輸技術重要有三種：

定向光束紅外傳輸、全方位紅外傳輸與漫反射紅外傳輸。

3、擴頻無線局域網

擴頻通信是將數據基帶信號頻譜擴展幾倍或幾十倍，以犧牲通信寬度為代價達成提高無

線通信系統的抗干擾性與安全性。

擴頻技術重要有2種：

調頻擴頻通信

特點:

將運用的頻帶分為多個子頻帶，子頻帶稱為信道。

每個信道帶寬相同，中心頻率有偽隨機數發生器的隨機數擬定，變化頻率叫跳躍系列.

發送端和接受端采用相同的跳躍系列。

直接序列擴頻通信

特點：

將發送數據通過偽隨機數發生器產生的偽隨機碼進行異或操作，再將異或操作的結果調

制后發送

所有接受結點使用相同頻段

發送端與接受端使用相同的偽隨機碼

4、無線局域網標準IEEE802.il

標準規定物理層定義豈外、跳頻擴頻與直接序列擴頻的數據傳輸。

MAC層的重要功能是對無線環境的訪問控制、提供多個接入點的漫游支持，同時提供數

據驗證與保密服務。

MAC層支持兩種訪問方式:無爭用服務和爭用服務。

無爭用服務：系統中存在中心控制結點。中心控制結點的具有點協調功能。

爭用服務：類似以太網的隨機爭用訪問控制方式，稱為分布協調功能。

六、局域網互聯與網橋的工作原理

1、網橋的工作原理

當多個局域網互聯時需要數據鏈路層的設備———網橋。

作用是：數據接受、地址過濾與數據轉發的作用。

網橋的特點：

a.互聯兩個采用不同鏈路層協議、傳輸介質與傳輸速率的網絡

b.接受、存儲、地址過漉與轉發的方式實現互聯網絡的通信

c.需要在鏈路層以上采用相同協議

d.分隔兩個網絡之間的廣播通信，有助于改善網絡的性能與安全性

常見的情況下是網橋連接兩個局域網。

注意：

a.網橋不更改接受幀的內容與格式，規定在MAC子層以上使用相同協議

b.衡量網橋性能指標是每秒鐘接受與轉發的幀數

c.網橋必須具有尋址能力和路由選擇能力

d.網橋連接的兩個局域網的MAC子層和物理層的協議可不相同

2、網橋的路由選擇策略

網橋通過路由表來實現不同網段之間的幀轉發。網橋的中工作是構建和維護路由表。路

由表是用于記錄不同結點的物理地址與網橋轉發端口的關系。

按路由表建立方法分為兩類：透明網橋與源路由網橋。

透明網橋:透明網橋的珞由表記錄3個信息：站地址、端口與時間。

路由表建立過程：

網橋初始連入局域網時，路由表為空；當透明網橋收到一個幀時，它將記錄源MAC地址、

幀進入網橋的端標語和時間，然后將幀向所有其它端口轉發，網橋在轉發的過程中，逐漸建

立路由表。

源路由網橋：源路由網橋由發送幀的源結點負責路由選擇。

過程:為發現合適的路此源結點以廣播方式向目的結點發送一個用于探測的發現幀，發現

幀在通過網橋連接的各個局域網中沿著所有也許的路由傳送。傳送過程中每個發現幀記錄路

由，到達目的地后，沿著各自的路由返回源結點。源結點從所有路由中選擇一個最佳路由。

3、網橋與廣播風暴

廣播風暴：當網橋的端口-一結點地址表中沒有結點地址信息時，網橋無法決定從哪個端

口轉發數據,簡樸方法是廣播傳輸，但“盲目”廣播使無用的通信品劇增，導致“廣播風暴。

網橋工作在鏈路層，網橋根據源地址與目的地址決定是否將接受和轉發數據幀。網橋假如

要轉發必需存儲一張端口一結點地址表。

當結點在表中不存在時，容易形成廣播風暴。

4、多端口網橋與第二層互換

以太網互換機通過提供在多個端口之間的并發連接提高局域網性能。

從工作角度看，以太網網橋與以太網互換機都工作在鏈路層,互換機可以看作是一個多端

口的網橋。

網橋一般采用接受、存儲、地址過濾與幀轉發

互換機完畢幀的轉發

互換機可以直接與計算機連接

網橋不是直接連接計算機而是連接局域網

由于互換機負責完畢M?級的互換，并工作在鏈路層，因此又被稱為第二層互換機。

目前很多互換機具有網橋和路由器的基本功能。

第四部分服務器操作系統

一、網絡操作系統的

1、操作系統定義

最靠近硬件的一層系統軟件，是計算機與用戶之間的接口。

分為單機操作系統和網絡操作系統。

從兩個方面說明操作系統：

a.為應用程序提供運營環境,為用戶提供簡樸方便的工作界面。

b.管理計算機資源，使資源運用率更高，使上層的應用程序可以獲得比硬件提供的功能更多的

支持。

操作系統的管理功能：

a.進程管理:進程是指將執行的程序。

b.內存管理

c.文獻管理

d.設備I/O

2.操作系統的組件：

a.驅動程序:是最底層的，直接控制和監視各類硬件的部分

h.內核：核心部分.負責提供基礎性、結構性功能

C.接口庫:一系列特殊程序庫，職責是將系統提供的服務包裝成應用程序可以使用的應用編

程接口（API）

d.外圍組件:以上3類外的其他部分，用r提供特定高級服務的組件。

這些組件在操作系統中的不同布局形成了操作系統的幾種結構。

e.簡樸結構：如MS-DOS

f.內核結構：分為單內核、微內核、外核等。如:unix、linux、windows等為單內核。

網絡操作系統除具有單機操作系統功能（進程、文獻、內存、I/O設備）外，還具有網

絡通信，并提供網絡服務功能的操作系統。

二、網絡操作系統的類型與功能

1、網絡操作系統的分類

專用的NOS：為某種特定網絡應用規定而設計的

通用NOS：提供基本的網絡服務功能,滿足用戶各個領域的需要。

通用性NOS分為：

變形級系統:在單機OS基礎上，通過增長網絡功能構成的

基礎級系統:以硬件為基礎的，根據網絡服務的規定，專門設計的網絡OS。

2、網絡操作系統的功能

文獻服務:以集中方式管理共享文獻

打印服務:網絡打印服務

數據庫服務:依照C/S工作模式，通過客戶端向數據庫服務器發送查找請求

通信服務：客戶機與客戶機之間的對等通信、客戶機與服務器之間的通信服務

信息服務:局域網可以通過存儲轉發或對等方式完畢電子郵件服務

分布式服務：將分布在不同地理位置的網絡中的資源，組織在全局性的、可復制的分布數據

庫中

網絡管理服務：提供網絡性能分析、網絡狀態監控、存儲管理等

Inlernet/Intranet服務:公司內部網與Internet之間的訪問

三、Windows網絡操作系統

1、Windows發展

1985年Windowsi.0-2.0x3.0、NT、95、98、2023、XP、vista

分為兩部分：WindowsNTServer服務器端，WindowsNTWorkslation客戶端

從應用角度的兩個概念:域模型和工作組模型

域的概念:WindowsNTServer以域為單位實現網絡資源的集中管理。

在NT域中，只能有一個主域控制器(運營WindowsNTserver的計算機)，尚有備份域

控制器與普通控制器，都是運營NTSERVER的計算機，

2、WindowsNT的特點：

內存與任務管理：采用32位體系結構，線程管理,應用程序更有效運營

開放體系結構:允許使用不同網絡協議。NT內置4種標準網絡協議：TCP/IP、MWlink協

議、NetBIOS的擴展用戶接LJ(NetBEUI)、數據鏈路控制協議

內置管理：可認為每個文獻規定不同的訪問權限與用戶審計

集中式管理：通過域與域信任關系實現對大型網絡的管理

用戶工作站管理：通過用戶描述文獻，對工作站用戶的優先級、網絡連接、程序組與用戶注

冊進行管理

3.WindowsNT的優缺陷

優點：

兼容性與可靠性：通過使用結構化異常解決方法，避免某個過程引發的操作系統癱瘓；NT

FS進一步提供安全保護,

便于安裝使用

優良的安全性:用戶權限管理

缺陷：

管理比較復雜，開發環境不盡人意。

4、Windows2023Server

是WindowsNT的升級版本。

特點：

活動H錄管理包含兩剖分:目錄（數據庫，用來存放網絡對象的物理容器）和目錄服務（網

絡服務，提供命名、描述、查找、訪問以及保護實體信息一致的方法）

基本管理單位是域管理員只能管理域內部，除非有更高的權限

5、WindowsScrver2023操作系統

依據.NET架構對NT技術做了實質性的改善，構筑了.NET的最基礎的一環。

WindowsServer2023的版本：WindowsServer2023Web版，Windows

Server2023標準板，WindowsServer2023數據中心版,WindowsServer202

3公司版

不同版本的WindowsServer2023的適應范圍不同，所規定的硬件支持都有所不同。

WindowsServer2023應用服務平臺：通過HS（InternetInformationg

services）,Asp.NET,NETFramework等技術以及Mierosoft的visuaIstudio2023T

具集結合，可為各類公司提供所需要的、運營在Web應用平臺上的應用服務器。

在WindowsServer2023R2版中還增長了UNIX；Windows互操作性堿少了存儲管

理成本等功能

6、WindowsServer2023操作系統

WindowsServer2023有4個方面的創新性能：

虛擬化技術:在操作系統與硬件之間,以一個角色的身份添加一個Hypervisor軟件層，負責直

接管理虛擬機的工作。可以將資源劃分為父分區（主操作系統）和子分區（虛擬機所在分區）。

增強平臺的可靠性：通過服務器內核、外殼、WindowsDeploymentServices以及增

強的聯網與集群技術，為應用規定和工作負荷提供可靠的WindowsSPrver平臺。

提高安全性：為網絡、數據和業務提供網絡接入保護、聯合權限管理以及只讀的域控制器等,

增長了操作系統的安全性,

廣泛適合的網絡解決方案：可以高效地提供豐富的Web體驗和最新的網絡解決方案。

四、UNIX網絡操作系統

UNIX特點：

a.UNIX系統是一個多用戶、多任務的分時操作系統

b.UNIX系統結構氛圍兩大部分：操作系統內核和外殼。內核的操作原語可以直接對硬件起

作用，外殼以外則是用戶程序。

c.UNIX大部分C編寫的，使得系統易讀、易修改、易移植

用*提供了強大的語言（外殼語言）

51；