网络实用技术基础

《网络实用技术基础》课程辅导1-计算机-专科

第一章 操作系统概论

一、 本章要求熟练掌握的内容

1、 操作系统的定义：计算机操作系统是与计算机硬件紧密相关的一层系统软件，由一整套分层次的控制程序（模块）组成，统一管理计算机系统的所有资源，包括处理器、存储器、输入输出设备以及其它系统软件、应用程序和数据文件等。操作系统合理地组织计算机系统工作流程，有效地利用计算机系统资源为用户提供一个功能强大、界面良好、使用方便的工作环境，让用户无需了解硬件细节，而是直接利用逻辑命令就能灵活方便地使用计算机。操作系统为计算机软硬件功能的进一步扩展提供了一个支撑平台。

2、 操作系统的特性：操作系统具备了程序并发、资源共享和独立随机可访问三大特征。

（1） 程序的并发：在操作系统中，我们把一个功能上独立的程序的一次执行称为一个进程，每一个进程都需要占用一部分系统资源，包括占用处理器时间、内存、输入输出设备等。若某一段时间内同时有两个或两个以上进程在运行，则称为“程序的并发”。

（2） 资源共享：资源的共享是指计算机的软硬件资源为多个拥有授权的用户或程序所共用，以提高这些资源的利用率。

（3） 独立随机可访问：在多任务环境下执行的每一个进程在逻辑上具有独立性和随机性。如果有充分的资源保障，每一个进程都会独立的完成并且其执行速度与其它进程无关，进程执行的起始和结束时间也是独立的并且是随机发生的。这种独立和随机性形成了对操作系统的客观要求，即必须具备同时处理多个随机并发进程的能力，操作系统的系统管理程序要保证对资源的访问的独立性和随机性。

3、 操作系统的功能：

（1） 处理机管理：处理机管理是操作系统最主要任务之一，其主要功能是对中央处理机的使用进行调度分配，最大限度地提高它的处理能力。操作系统通过对进程的管理实现对处理机的管理，包括进程创建、进程执行、进程通信、进程撤销、进程等待和进程优先级控制等。

（2） 存储管理：存储管理指对内存及其扩展空间的管理。由于内存资源的紧缺性，存储管理的目标是为程序设计者提供方便、安全和足够的存储空间。存储管理的主要功能包括：

①为每一个进程分配内存并保护每一个获得内存空间的进程不被其他进程破坏；

②将分配给各个进程的逻辑地址空间正确地映射为相应的物理地址空间； ③利用虚拟内存管理实现扩大内存空间的效果；

④进程完成或撤销时及时回收分配出去的内存，以供其它进程使用。 存储管理的主要方法有：

①分区式存储管理；

②页式存储管理；

③段式与段页式存储管理。

（3） 设备管理：设备管理指对计算机外围设备的管理。通常设备管理技术包括中断、输入输出缓存、通道技术和设备的虚拟化等技术。设备管理的主要任务可以归纳为：

①按照用户的要求和设备的类型控制设备工作、完成用户的输入输出操作； ②当多个进程同时请求某一独享设备时，按照一定的策略对设备进行分配和管理，以保证系统有条不紊的工作；

③充分利用系统的通道和中断功能等来提高设备的使用效率。

（4） 文件管理：大量的程序、文档、数据以文件形式保存在外存中。文件管理系统是操作系统中专门负责存取和管理外存中文件的那部分软件的集合。

（5） 作业管理：作业是用户所提供的一个完整计算任务，包括运行应用程序所需要的数据以及控制应用程序执行的指令集合。。作业控制的两种方式是：批处理和交互式终端控制。

随着计算机系统的网络化，对操作系统的要求越来越高。现代操作系统除了具备上述管理功能之外，还具有网络通信、服务和网络资源管理、安全机制等功能。

二、 本章要求掌握的内容

1、 操作系统的分类：按照用户数来分，可分为单用户（如MS-DOS）和多用户（如Unix）操作系统；按照可同时执行的任务数来分，可以分为单任务（如MS-DOS）和多任务（如Windows）操作系统；按照运行操作系统的计算机硬件来分，可分为主机+终端（如Unix）、微机（如Windows）、嵌入式（如Windows CE3.0）和掌上电脑操作系统（如Palm OS）等；从操作系统所具备的功能特性的角度来看，操作系统大致可分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、通用操作系统、网络操作系统或分布式操作系统。

2、 各类操作系统的特点：

（1） 批处理操作系统：批处理操作系统所追求的目标是作业周转时间短、系统吞吐量大、处理器资源使用效率高。批处理操作系统又称为作业流处理系统，分为“单道批”和“多道批”两种。

（2） 分时操作系统（TSOS：time slot operating system）是一种单主机、多终端体系结构，即多个用户利用终端设备共享一个主机。典型的分时操作系统如VAX/ VMS等。

（3） 实时操作系统（TOS：real-time operating system）能够及时响应和处理用户操作请求，并在规定的时间内将处理结果反馈给用户。与其他操作系统相比，实时操作系统的最大特征在于其实时性和专用性。根据应用领域的区分，实时操作系统分为实时控制和实时信息处理两类。

（4） 通用操作系统（COS：combination operating system）是指现代操作系统，除同时具有上述三类操作系统的功能特征外，还有更多的其他功能。对现代通用操作系统的发展起着重大影响的是Unix操作系统和Windows操作系统。

（5） 网络操作系统（NOS：network operating system），多种适用于网络环境下的操作系统的统称。网络操作系统除具有一般操作系统所具有的功能之外，还必须具备网络通信和网络资源管理的功能，以保证能够对多台计算机及其设备之间的信息传递和资源共享进行有效的管理。

（6） 分布式操作系统是近年来发展起来的更高水平的网络操作系统，它更倾向于一种“单机化的多处理机”结构，所有的系统资源虽然分布在不同的计算机上，但都是“透明”的，运行的程序可能在本地，也可能在其他计算机上，由分布式操作系统自行决定。

三、 本章要求了解的内容

1、 操作系统的形成与发展。

2、 操作系统与计算机硬件、软件的关系：硬件是计算机系统资源的基础，包括可摸可见的各种计算机设备和相关部件；操作系统是与硬件紧密结合的一层系统软件，为其它系统软件、应用软件和用户提供与硬件的接口，操作系统屏蔽了使用硬件的细节，担当起统一管理硬件资源的角色。

计算机软件产品的分类，总体上包括系统软件和应用软件两大类。系统软件是计算机能够完成正常使用和软件开发工作所需要配置的基本软件。操作系统归于系统软件之列，并且是其它系统软件的基础。当今操作系统的发展趋势是“微内核”，即尽量把一些非基本的操作移出操作系统核心，以增进操作系统的稳定性和可靠性，因此，把操作系统和其它系统软件进行严格的界定是困难的。一般区分原则是把操作系统软件包中包括的全部软件都可以认为是操作系统软件。 3、 操作系统的体系结构：是指操作系统运行过程中，各功能模块之间相互调用、相互联系的一种关系，它是随着软件技术的进步而发展变化的。

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第二章 操作系统的基本原理

一、 本章需要熟练掌握的内容

1、 计算机四大系统资源的管理机制：处理器、存储器、外围设备和文件四大资源的管理。

注重对基本概念的理解：

2、 进程

（1）、进程是指一个可并发执行的程序（或程序段）在给定的工作空间和数据集合上的一次执行过程。它是操作系统进行资源分配和调度的一个独立或基本单位。

（2）、进程是动态的，它由操作系统创建并独立地执行，在执行过程中可能因某个条件不足而被暂时“阻塞”，当条件满足时又被“唤醒”并继续执行，直到任务完成而“撤销”。因此，进程有生命期，并在不同的状态之间动态地转换。

（3）、进程的并发特征是指一个进程能和其它进程并行执行，但各进程在逻辑上又相对独立，同时各进程的执行速度是不可预知的、异步的。因此，系统必须为进程提供同步机构，以确保进程能协调操作和共享资源。

（4）、一个进程至少要对应一个或多个程序。不同的进程可以调用同一个程序，但该程序必须在不同的数据集合上执行。

（5）、程序和进程的关系在于：程序是指令的有序集合，是静态的。程序的执行过程才是进程。

3、 线程：在现代操作系统中，为了进一步提高进程的并发性，引入了线程（Thread）的概念。简单地说，一个进程可以包含多个线程，此时线程成为处理器调度的基本单位。

4、 页式存储：

页式存储基本原理是预先把内存物理空间分成大小相等的存储“块”，比如每块为1k字节，并编上号码，同时把要运行程序的逻辑地址空间分成与“块”大小相同的“页”，也编上号码。

当把程序调入内存时，恰好把程序的某一“页”装入内存某一“块”，而且可以见缝插针地将若干连续的页装入分散的不连续的块中。由于页和块大小相等，所以除了最后一页可能小于块之外，其余都很合适，这样每一个内存碎片的大小不会超过一“块”的大小。

页式虚拟存储就是把内存和外存作为一个整体连续起来划分成块。在一个进程运行前，不必将其所有页装入内存，而只需先装入当前要运行的若干页。

在运行过程中。一旦发现所需要的程序页不在内存时，便请求系统分配存储块，然后将所需页从外存调入，并在页表中登录新调入的页号与对应的块号。这一调度过程在操作系统控制下自动实现的，用户无须干预。

5、 虚拟存储：

当所运行进程需要较大的内存空间，而内存空间又有限时，存储管理提供虚拟存储的功能，将内存和大容量外存有机地结合起来，建立虚拟内存（VM：Virtual Memory），从而大大地扩展程序可运行空间。

虚拟存储的概念可从两个角度来理解。从逻辑存储空间角度看，程序的大小不定，经过编译连接后的目标程序地址多是从零地址开始的一维连续或二维段页式地址。这是一种虚拟地址或逻辑地址，它们都不是程序运行时的真正物理地址。

我们把程序逻辑地址的全体所对应的存储器称为虚拟存储器，简称虚存。虚存地址空间大小有可能会超过实际物理内存空间。

从程序设计者角度看，虚拟存储器就是把内存和外存作为一个整体连续起来划分，当内存空间不足时，参与当前运行的部分程序可以暂存在外存中，一旦需要及时调入内存，而已经在内存中的部分程序目前可能不再使用，可以保存到外存。这样程序设计者不必忧虑内存是否够用，因为有巨大容量的外存可供使用。虚拟存储管理的工作就是及时恰当地调入调出当前程序，为进程提供“透明”的存储空间。

6、 段式存储管理：

段式存储把其地址空间在逻辑上划分成若干个段（segment），如代码段、数据段、共享段等，这时用户程序的逻辑地址空间可以看成二维空间，其中一维是段号，另一维是段内从0开始的地址。利用连续可变分区或可重定位分区管理方式，为每一个段分配一个连续分区，而各段之间可以不连续。“段”成为程序的逻辑单位，它是由程序设计人员规定的，其长度随程序的不同而不同。

在分段存储管理中对每个进程需要建立一个进程段表，记录该进程各段的段号与段起始地址的对应关系。在硬件上需要设立段表地址寄存器来保存进程的段表在内存中的起始地址和段表长度，每个段都需要一个这样的段表地址寄存器。

7、 段页式存储管理：段页式存储管理综合了段式和页式存储技术的特点。在这种管理方式下，程序在地址空间中先分段，然后将每一段再分页，这样，同一段中的各页可以不连续存放，也不需要整段同时调入内存。

8、 覆盖与交换：

所谓覆盖技术，就是使一个程序的若干个数据段或程序段按照时间先后占用内存空间的某一部分。

交换技术（swapping）是另外一种扩展内存空间的技术。当多个程序并发执行时，将暂时不需要的程序送到外存中，剩余空间用来装载新的需要即将投入运行的程序。

9、 设备的输入/输出方式：

（1）、程序查询方式

（2）、中断控制方式

（3）、直接存储器存取方式

（4）、通道处理方式

10、 设备管理技术：

（1）、缓冲区技术

（2）、假脱机技术

（3）、设备虚拟化技术

11、 设备的分配：

设备分配程序根据相应的分配策略或算法来为不同的进程分配设备。为了高效利用外设资源，首先必须对所有外设有一个清楚的描述，包括它们的类型、标识、当前占用状况等，这就是设备分配时的数据结构，称为设备状态描述表列。其次设备的分配必须遵循一定的分配原则和策略。

（1）、设备状态描述表列

（2）、设备的分配原则和策略

（3）、设备输入输出进程控制

12、 文件结构：

文件是一个在逻辑上具有完整意义的一组相关信息的有序集合。

文件的结构即文件的组织形式，可分为逻辑结构和物理结构。

文件的逻辑结构从用户的角度看是独立于文件物理特性的一种组织形式，它又可分为记录式和流式。

文件的物理结构是指文件存放在外存储器（磁盘）中的组织形式。

13、 目录结构：

（1）、单级目录结构

单级目录结构较简单，是一张线性表。把系统中的所有文件属性信息都建立在一张单一的目录表中。

（2）、二级目录结构

从数据结构看，二级文件目录是一个树形结构，它由根（主目录）、结点（用户文件子目录）和叶（用户文件）所组成。主目录存储了各子目录的名称、物理地址等，用户子目录则是与单级目录类似结构的文件目录。

（3）、多级目录结构

多级目录结构是现代操作系统最常用的目录结构，它是由主目录、用户子目录及子目录下的子目录等多级子目录组成的树型结构，它是二级目录的推广。

二、 本章需要掌握的内容

1、 Windows 2000操作系统的系统资源管理。

（1）、Windows 2000/XP的进程调度

Windows 2000/XP中的进程是系统资源分配的基本单位。在一个进程内可能会出现若干个线程来分享进程得到的资源，因此处理器调度的最小对象是线程。

Windows 2000/XP提供一组控制进程对象的服务，通过读取进程对象的属性（如进程标识、资源访问令牌、优先级等）得到该进程状态，又通过向进程对象发送消息来控制进程对象。在Windows 2000/XP中描述一个进程对象的基本信息包括：线程列表、进程地址空间列表、进程控制对象列表。其中进程控制对象列表通过对象句柄列表控制进程，相当于进程控制块的作用。而每一个线程都会分享得到进程地址空间的一部分资源，再加上对处理器的调度控制，让线程的状态得以在就绪、运行、等待、备用等状态之间转换，实现了对线程的控制。

（2）、Windows 2000/XP内存管理

Windows 2000/XP的内存管理是通过文件Ntoskrnl.exe中的内存管理器来实现的。32位的Windows 2000/XP可提供最大2GB的用户进程内存空间，特殊情况下可支持到3GB，其余的空间被系统进程占用。

对于用户内存空间的分配，Windows 2000/XP提供了三种方式：一是以页为单位来分配内存；二是以内存映射文件的方法来分配内存；三是以内存堆的方法来分配内存。三种方式各有适用场合。

Windows 2000/XP还提供了内存保护机制，防止进程间的相互干扰或破坏。如当用户态进程试图访问核心态进程页面时硬件会产生错误信息；对于共享的内存区域采用设置存取控制表（ACL）的方法进行权限限制等。

（3）、Windows 2000/XP主要支持FAT和NTFS两种文件系统。

第三章 计算机网络基础

一、本章需要熟练掌握的内容

1、计算机网络的定义：计算机网络就是指把地理上分散的、多台独立工作的计算机，用通信设备和线路连接起来，按照网络协议(NP：Network Protocol)进行数据通信，以实现资源共享(RS：Resource Share)的大系统。

2、计算机网络的功能：资源共享、提高可靠性、负载均衡、分布式处理、数据传输。

3、开放系统互联参考模型：开放式系统互连参考模型是为不同开放系统的应用进程之间进行通信所定义的标准，它有七个层次，见下图所示。其中，每个层次在信息交换中均担当一个相对独立的角色，具有特定功能：最高层是应用层，它为用户提供了使用网络的界面接口，最低层是物理层，直接与媒体相连，提供了比特流穿越的界面。低三层主要完成通信功能，高四层实现了数据的处理。其服务原则是：下一层为上一层提供服务，高层利用低层的服务；同时上一层要利用下一层功能所提供的服务，直至最高的应用层，为应用进程使用网络环境提供服务。

4、局域网参考模型：本质上说，局域网是一个通信网，其协议应该包括OSI协议的低三层，即物理层、数据链路层和网络层，但由于局域网的网络结构比较简单，在LAN中也就没有没有路由问题，任何两点之间可用一条直接的链路，所以，也不需要单独设置网络层，而可将寻址、排序、流控和差错控制等功能放在数据链路层中去实现。

5、INTERNET参考模型：TCP/IP用于实现不同网络之间、不同类型设备之间的信息交换、资源的共享。实际上TCP/IP是两个协议，即TCP（传输控制协议）和IP(互连协议)，其主要目的是提供与底层硬件无关的网络之间的互连，它包容了各种物理网络技术。TCP/IP协议并不是单纯的两个协议，而是一组通信协议的集合，所包含的每个子协议都具有特定的功能，完成相应的OSI层的任务。

二、本章需要掌握的内容

1、计算机网络的分类：

（1）按照运营方式分有公用网和专用网。

所谓公用网是国家电信网的主体，是电信部门主管经营和建设的，在许多国家则是由政府或私人公司建设，并且租给希望获得服务的机构或个人。专用网是由某个部门兴建、并供自己本部门应用的网络。

（2）按照网络覆盖范围分有广域网（WAN）、局域网（LAN）、城域网（MAN：Metropolitan Area Network）和互连网（Internet）。

广域网的覆盖范围约在几十公里至几千公里，甚至上万公里，可以是一个地区、一个国家或者几个洲。WAN是由终端设备、节点交换设备和传送设备组成的，其主要功能是进行组/拆信息传送单元，进行路由选择和流量控制，以实现不同速率终端间的通信，同时还能进行网络的维护和管理等。一个广域网的骨干网络常采用分布式网状结构，在本地网与接入网中采用的是树型或星型连接。广域网内，用于通信的传输介质和大的通信设备一般是租用电信部门的公用通信网。广域网的网络规模大，资源共享的范围广，主要用于实现远程计算机之间的数据传输和资源共享。

局域网是一个高速数据通信系统，它在较小的区域内将若干独立的数据通信设备连接起来，使用户能够实现共享资源的目标。其应用范围可从简单的分时服务到复杂的数据库系统、管理信息系统、事务处理和分散的过程控制等。局域网的基本组成包括服务器、客户机、网络设备和通信介质。服务器是局域网的核心，它可用于文件存贮和进行网与网之间的通信连接，还可接收来自客户机的打印请求。客户机又称工作站，是用户与网络的接口设备，它通过网络接口卡、通信介质和设备连接到服务器上，以使用户能共享网络资源。

城域网是介于广域网和局域网之间的一种大的城区范围内的高速数据网，因此，它在区域范围、数据传输速率和协议上均与WAN和LAN有所不同。MAN的地域范围可以从几公里到几十公里或者上百公里，数据传输率可以从几kbit/s到Gbit/s。MAN的设计目标是为了把一个大城区范围内的大量的公司、企业、机关和学校等连网以实现更大范围的资源共享和多媒体信息的传输。

Internet是指将各种通信网络进行互连的一个大系统，在该系统中，任何一个用户都可以使用网络的线路或网上的资源。

（3）按照网络的拓扑结构来分，有星型网、树型网、分布式网、环型网、总线型和复合型六种。

星型网的结构如图 (a)所示。树型网结构如图 (b) 所示。分布式网络如图(c)所示。环型网结构如图 (d)所示。总线型网如图 (e)示。复合型网如图(f)所示。

（4）按传输技术分有广播网和点一点网。

（5）按照互联网分，有Internet、Intranet和Extranet。

（6）按照传输速率的高低分，有窄带和宽带之分。

2、协议：为了使众多不同计算机和终端互连起来以共享资源，就需要找到为解决这些众多不同功能、配置以及不同使用方式的设备间互连而需要约定的一组一致性的原则，使通信的双方能遵从这组原则来完成信息的控制、管理和转换，这组原则就叫做协议（Protocol）。一般的，协议应包含语法、语义和定时规则三个要素，它们表述了通信的双方应“怎样讲”、“讲什么”和“讲话的顺序”这样三个内容。

三、本章需要了解的内容

1、计算机网络的产生与发展

分析网络的发展和演变过程，大体可分四个阶段。

第一阶段：具有通信功能的单终端系统；

第二阶段：具有通信功能的多终端系统；

第三阶段：具有多个计算机的计算机网络；

第四阶段：多个网络系统互连的互连网（Internet）。

2、OSI和TCP/IP模型的比较

从以下三个方面分析一下两者的特点。

1）产生背景

2）共同点

3）不同点

第四章 数据通信基础

一、 本章需要熟练掌握的内容

1、 数据通信的基本概念：依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息。

2、 数据传输介质：通信介质又称传输媒介，是通信传输系统中发方与收方之间的物理路径，也是数据通信系统的重要组成部分之一。

（1） 双绞线：将一对绝缘线纽绞在一起，任意拧成螺旋形就构成了双绞线，见图4.8。拧在一起的原因是为了减少外部的干扰和对串音的敏感。双绞线的优点是价格较便宜，使用方便、安装容易，因此常作用户与本地中心站间及中心站与中心站间的连线。双绞线根据其有无屏蔽层可分为非屏蔽双绞线（UTP：Unshielded Twisted Pair）和屏蔽双绞线（STP：Shielded Twisted Pair）两种。

（2） 同轴电缆：由不对称的同轴管构成的一种通信回路，其内导体是一铜质芯线，外面包有绝缘层和网状编织物的外导体屏蔽层，最外面是塑料保护外层。同轴电缆按其阻抗特性来分主要有三大类，即50Ω、75Ω和93Ω。

（3） 光纤：又称光导纤维，通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝状，是一根很细的、可弯曲的、能传导光束的介质。其物理结构和同轴电缆相似，但是没有网状屏蔽层。中心是玻璃纤芯，芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，又叫包层，再外面是一层薄的塑料外壳，用来保护玻璃封套。塑料制成的外壳可以吸收光线，防止串音，保护外层表面；透明玻璃制成的纤芯和包层可使光线沿着纤芯传播，并在它们之间的接触面上进行光的反射。纤芯的折射率要高于包层的，以保证光线在纤芯中传输时比在包层中慢，这样就使从纤芯向包层传送的光波能被反射回纤芯，并沿光纤传播。

光纤的传输原理是利用光导纤维传递光脉冲来完成通信，目前广泛应用的光纤分为两类，一类是单模光纤，一类是多模光纤。

从传输特性等分析，无论何种光纤，都有以下共同特点：

①传输频带宽，速率高。光纤通信带宽高达25000～30000GHz，故通信容量大；

②传输损耗低，传输距离远。由于光纤的损耗明显低于同轴线的明线，故中继距离较长，可在几十公里以上的距离中以G级的高速率传输数据，；对远距离传输特别经济；

③抗雷电和电磁的干扰性好。主要因为光既不会受到电磁场干扰又不会幅射电磁能量，同时由于其抽头困难，故可用在有大电流脉冲干扰的环境，具有良好的光电隔离效果；

④保密性好，不易被窃听或截获数据；

⑤传输的误码率很低，可靠性高；

⑥体积小、重量轻。这对于现有电缆管道已拥塞不堪的状况特别有利。

⑦光纤的缺点是接续困难，光接口还比较昂贵。

（4） 无线传输介质：无线传输介质是利用可以穿越外太空的大气电磁波来传输信号的。由于无线信号不需要物理的媒体，它可以克服线缆限制引起的不便，解决某些布线有困难的区域联网问题。无线传输介质具有不受地理条件的限制、建网速度快等特点，目前应用于计算机无线通讯的手段主要有无线电短波、超短波、微波、红外线、激光以及卫星通信等。

3、 数据传输原理：

（1） 通信方式：通信线路可由一个或多个信道组成，根据信道的多少和在某一时间内信息传输的方向，可有三种通信方式。单工通信、半双工通信、全双工通信。

（2） 传输方式：按照数字信号在通信信道中的基本传输方式，有并行传输和串行传输两种。

并行传输是指数字信号以成组的方式在多个并行信道上传输，通常是将构成一个字符代码的几位(如7单位或8单位码)都在同一个时钟节拍上发送出去，因此需要多个并排的信道。并行传输的优点在于传送速率高，发收双方间不存在字符同步的问题；缺点是需要多个并行信道，增加了设备的成本，而且并行线路间的电平相互干扰也会影响传输质量。

串行传输就是将比特流逐位在一条信道上传送，由于数据流是串行的，必须解决收发双方如何保持码组或字符同步的问题，否则，在接收方将无法正确区分每一个码字，这样，会使传输过来的信息变为一串毫无意义的比特流。相对于并行传输，串行传输的效率低，但由于只有一条信道，减少了设备的成本，且易于实现，因此，是目前计算机通信采取的一种主要方式。

（3） 同步方法：同步方法是从可靠性角度来考虑数字信息传输的。目前所采用的同步方式有两种，一种叫做异步传输方式，一种叫做同步传输方式。

异步传输方式又称起止式同步方式，它是以字符为单位进行同步的，且每一字符的起始时刻可以为任意。为了给接收端提供一个字符开始和结尾的信息，在每个字符前设置“起”信号和在结尾处设置“止”信号。

在异步传输方式中，字符可以被单独发送或连续发送，字符与字符的间隔期间可以连续发送“1”状态，而且当不传字符时，不要求收发时钟同步，而仅在传输字符时，收发时钟才需在字符的每一位上均同步。同步的具体过程是：若发端有信息要发送时，即将自己从不传信息的平时态转到起始态，接收端检测出这种极性改变时，就利用该极性的反转启动接收时钟以实现收发时钟的同步。同理，接收端一旦收到终止位，就将定时器复位以准备接收下一个字符。

同步传输方式是以固定的时钟节拍来串行的发送数字信号的一种方法。在数字信息流中，各码元的宽度相同且字符间无间隙。为使接收方能够从连续不断的数据流中正确区分出每个比特，则需首先建立收发方的同步时钟。

（4） 复用方式：复用的概念是从提高通信的有效性角度提出来的，其主要目的是为了有效地利用带宽。复用的原理从其本质上来说，只有频分多路复用(FDM：Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用(TDM：Time Division Multiplexing)两大类。

频分复用是最早的复用技术，它应用于模拟信道中，其基本概念是在一对传输线上同时传送多路信号。

时分复用技术原理的基本思想是将每个信号在时间上分时采样，使之互不重叠。

4、数据同步方式

目前所采用的同步方式有两种，一种叫做异步传输方式，一种叫做同步传输方式。

1）异步传输方式

异步传输方式又称起止式同步方式，它是以字符为单位进行同步的，且每一字符的起始时刻可以为任意。。

在异步传输方式中，字符可以被单独发送或连续发送，字符与字符的间隔期间可以连续发送“1”状态，而且当不传字符时，不要求收发时钟同步，而仅在传输字符时，收发时钟才需在字符的每一位上均同步。

同步的具体过程是：若发端有信息要发送时，即将自己从不传信息的平时态转到起始态，接收端检测出这种极性改变时，就利用该极性的反转启动接收时钟以实现收发时钟的同步。同理，接收端一旦收到终止位，就将定时器复位以准备接收下一个字符。

异步传输方式的优点是每一个字符本身就包括了本字符的同步信息，不需要在线路两端设置专门的同步设备，使收发同步简单，其缺点是每发一个字符就要填加一对起止信号，造成线路的附加开销，降低了有效性。

2）同步传输方式

同步传输方式是以固定的时钟节拍来串行的发送数字信号的一种方法。在数字信息流中，各码元的宽度相同且字符间无间隙。为使接收方能够从连续不断的数据流中正确区分出每个比特，则需首先建立收发方的同步时钟。

同步传输方式克服了异步传输方式中的每一个字符均要附加起、止信号的缺点，因此，具有较高的效率，但实现起来较为复杂，该方式常用于速率较高的传输。

二、 本章需要掌握的内容

1、 数据通信的分类

（1） 按照电流(或电磁波)和光波在不同媒介中的传输，通信可以分为有线通信和无线通信两大类。

（2） 按照通信系统所传输的消息电信号有模拟信号与数字信号之分，通信可以分为模拟通信和数字通信两大类。

2、 数据通信系统的主要技术指标：通信的基本目的是及时准确地完成传递、交换信息的任务，因此，在衡量和评价一个通信系统的质量指标时，可以从有效性和可靠性两个方面来考虑。

（1） 有效性

（2） 可靠性

三、 本章需要了解的内容

数据通信差错控制：

（1） 差错控制的方式：差错控制方法是使构成传输数据的编码或编码组具有一定的逻辑性，接收端根据接收编码所发生的逻辑性错误来识别和纠正差错。差错控制的基本方式有如下三种：检错反馈重发方式、前向纠错方式、混合纠错方式。

（2） 常用的检纠错码：等重码、奇偶码、方阵检验码、循环冗余检验码。

第五章 广域网

一、本章需要熟练掌握的内容

1、物理层协议：物理层是OSI/RM中的第一层，也是计算机网络的最低层。在这一层中规定的既不是物理媒介，也不是物理设备，而是物理设备与物理媒介相连结时一些描述的方法和规定。具体点说，物理层定义了为激活、保持和关闭物理连接所应提供的关于机械的、电气的、功能的和规程的特性及手段，通过合理的中间系统为数据链路层的实体之间进行传输提供了保证。

（1）物理层功能

（2）物理层接口

2、数据链路层协议：数据链路层是以物理层为基础，向网络层提供可靠的服务，因此要求数据链路层能够建立、维持和拆除一条或多条无发送错误的数据链路。数据链路就是把实现这些规程的硬件和软件加到链路上之后的总和。数据链路就像一条数字管道，在它上面可以进行数据通信，当采用复用技术时，一条实际物理链路上又可以有多条数据链路，因此，有时又把数据链路称为逻辑链路。

数据链路层的协议就是研究如何实现数据在信道中被可靠传输的规程，其发展是随着通信的发展而发展的。

（1）数据链路层功能

（2）数据链路控制规程

（3）HDLC传输控制规程

3、网络层协议：网络层又叫通信子网层，是通信子网的最高层，其主要作用是完成对通信子网正常运行的控制。在计算机网络中，要使两个机器之间能够进行通信，需要非常复杂的过程和协议支持。网络层的主要功能就是要实现在整个网络系统内的连接。

网络层要完成数据通过系统的交换，就要将从高层传送下来的数据打包，再进行必要的路由选择、差错控制、流量控制以及顺序检测等处理，使发送站传输层所传下来的数据能够正确无误地按照地址传送到目的站，并交付给目的站传输层。

（1）网络层提供的服务

（2）虚电路与数据报

（3）路由选择

（4）流量控制

（5）网络层协议

二、本章需要掌握的内容

1、计算机网络的组成：

从通信网络组成的观点来分析，构成计算机网络的基本要素有终端设备、传输链路和交换设备。

2、DDN：数字数据网（DDN）采用光纤、数字微波和卫星等数字传输通道和数字交叉复用节点（简称DDN节点）组成的数字数据传输网，以传输数据信号为主，可以提供各种速率的高质量的数字半永久性连接电路，专用电路和其他新业务，满足用户多媒体通信和组建中、高速计算机通信网的需要。

（1）DDN网的工作原理

（2）数字数据网的特点

①与模拟网络相比较：DDN有传输速率高、质量好、传输距离远、可提供高速宽带业务的特点。

②与交换型网络相比较：DDN具有传输速率高、网络时延小、高度透明性、提供灵活的连接方式和网管简便的特点。DDN采用同步传输网络，信道容量大，特别是采用数字时分复用技术，可以直传高速数据信号；另外，DDN不具备交换功能、不受任何规程或者协议的约束，是一个全透明的大型中继系统，因而可以支持数据、图像和语音等各种业务，提供了灵活的组网环境。

3、FR：帧中继(FR)是随着传输介质和分组技术的发展而兴起的一种新型的数据传输方式，属于快速分组交换技术的一种。从技术上说，FR是基于OSI/RM的第二层上使用的简化方式来传送和交换数据单元的一种技术，是以X.25分组网或HDLC和由HDLC导出的LAPD等作为基础的一类协议，是为满足局域网互

联所需要的大容量传送和用户对数据传输延迟小的要求而开发的，从本质上说，它是一种减少节点处理时间的技术。

（1）帧中继的原理

（2）帧中继的特点

①帧中继协议是对X.25协议的简化，主要用于传递数据业务，它使用一组规程将数据信息以帧的形式进行传送，因此，处理效率很高，网络吞吐量大，通信时延低，帧中继用户的接入速率高。

②采用丢弃出错帧的传输技术，把检错与纠错功能分离开来，使网络工作侧重于传输而将纠错留给终端，这样可以提高传输效率。

③采用对物理媒介进行统计复用技术，使用逻辑连接取代物理连接，这样就可以在一个物理连接上复用多个逻辑连接，实现对不同信息流的带宽复用和动态分配。因此，较好地解决了对突发性数传要求适应能力强、减少传输时延和提高信道利用率等问题。

④采用与传统分组交换网不同的带外信息处理技术，将控制信号在专用信道内传输，隔离了传送用户数据的信道，既提高了数据信道利用率，又避免了控制信号和数据信号之间的相互干扰。

⑤帧中继的帧信息长度远比X.25分组长度要长，最大帧长度可达1600字节/帧，适合于封装局域网的数据单元，适合传送突发性业务，如压缩的视频业务、WWW业务等。

⑥采用灵活的接入方式，即对用户来说，接入简便灵活，接入的数率高；对网络来说，组网方式灵活并能够提供多种业务。

⑦它是以广域网为基础的，并设计成使LAN通过WAN互连的一种通信方式。

4、ATM：ATM称为异步转移模式，是一种结合电路交换和分组交换优点而形成的一个网络技术，它以信元(Cell)为信息传输、复接和交换的基本单位，是一种使用异步时分复用原理的、面向固定长度分组的特定转移模式，它进一步简化了网络层的功能，不参与任何数据链路层的功能。

（1）ATM的原理

（2）ATM的特点

①具有综合多种业务的能力。可以在同一网络中支持语音、数据、图形和图象等多媒体业务，并实现它们之间的无缝连接。

②实时性好。采用固定长度的短信元，节约缓存，减少排队时延和由于信息长度不等带来的时延抖动，另外，可用硬件来收发信元，减少了软件控制，满足了实时性要求。

③实现了动态的按需带宽分配。应用面向连接工作方式，要求用户先向网络提出呼叫请求，并给出业务的需求，如峰值比特率、平均比特率、突发性、质量要求、优先等级等，然后网络根据用户要求再动态的决定虚通道的分配。

④简化了信元头的功能。由于信头主要标志了虚电路、头信息的检验、优先级及简单维护等，不需要交换机对信元的内容进行处理，提高了交换机的处理速度。

⑤提高了网络的处理速度。由于采用光纤线路，误码率低，所以ATM不进行逐段的差错控制和流量控制，而是留给终端设备去完成，这样就把交换机的处理负担从交换机转移到通信终端上。

⑥可靠性好，灵活性与适应性强，可满足不同业务提出的服务质量（QoS：Quality of Service）要求。

⑦方便地实现LAN与WAN互通，省去路由器所要进行的信息格式转换。

三、本章需要了解的内容

高层协议：高层协议是指会话层、表示层和应用层的协议。对于Internet的高层主要为应用层，其协议有FTP、Telnet和SMTP等。

（1）会话层：任务就是提供一种有效的方法，以组织并协商两个表示层进程之间的会话，并管理它们之间的数据交换。会话是指两个用户(表示层进程)之间的连接，会话可允许一个用户进入远程分时系统，或在两个用户计算机之间传送一个文件。

会话层的主要功能。

（2）表示层：表示层主要解决用户信息的语法表示问题，它向上对应用层提供服务。

表示层的功能。

（3）应用层：应用层是OSI体系结构用的最高层，它是直接面向用户以满足用户不同需求的，是唯一向应用程序直接提供服务的层。

应用层功能

第六章 局域网

一、本章需要熟练掌握的内容

1、计算机局域网组成：计算机局域网由网络硬件设备和网络软件两大部分组成。网络硬件设备包括用于连接网络的电缆、光纤等传输介质，用于信号发送和接收的网络接口卡、介质连接设备和用于信号转发与交换的集线器、网桥和网络交换机等。网络软件包括网络操作系统和网络应用软件等。

2、MAC、LLC子层协议：局域网有物理层和数据链路层两个层次，而第二层又分为媒体访问控制子层（MAC）和逻辑链路控制子层（LLC）两个子层。

LLC的主要目的是在各种不同的介质访问控制子层之上为局域网的网络实体提供满足可靠性和传输效率要求的数据链路层服务，它屏蔽了各种MAC子层的差异。LLC协议是由高级数据链路控制（HDLC）派生出来的。IEEE802.2既规定了LLC子层的服务与协议，还描述了它对MAC子层所期望的服务。

（1）逻辑链路控制子层的功能

两个站或两个系统通过局域网进行通信时，高层提供站点之间的端—端的服务，链路之下的媒体访问控制提供为帧传输或者接收而访问网络所必备的逻辑，而LLC子层则执行：

①端-端的差错控制和确认。

②端-端的流量控制，可采用顺序号提供这些功能。

③局域网不需要独立的第三层协议，可以把第三层的基本功能归入第二层，即把数据报、虚电路和多路复用的实现纳入到第二层中。其中，数据报可采用源和目的地地址实现；虚电路与多路复用功能可以用SAP的概念加以支持。

④链路层还包括了一个能利用局域网的多路访问的特性，提供多址发送和广播发送，即提供将一个报文发送到多个站或者所有站的服务。

（2）LLC服务

LLC服务有3种：无确认无连接服务，有确认无连接服务和面向连接的服务。

（3）LLC协议

媒体访问控制子层（MAC子层）处于数据链路层的下半部分，直接与物理层连接。设定MAC子层是为了向逻辑链路控制子层提供一个与物理传输媒体和网络拓扑结构无关的信道访问服务界面。MAC子层为不同的物理介质定义了介质访问控制的方法和标准，同时，也完成将上一层的数据组装成带有MAC地址的数据帧。

（1）MAC地址

（2）MAC子层的协议

（3）802.3标准及以太局域网

二、本章需要掌握的内容

1、典型的局域网：

（1）传统局域网

在传统的局域网中，10Mb/s的以太网是使用的最多的网络类型。根据传输介质的不同，10Mb/s的以太网有如下常见类型：

10Base5：是使用粗缆为传输介质的标准，也是最初的10Mb/s以太网。

10Base2：是使用细缆为传输介质的标准。

10Base-T：使用双绞线为传输介质。

10Base-F：使用光纤为传输介质。

（2）快速局域网

100Base-T以太网

FDDI

（3）千兆以太网

千兆以太网与10M、100M以太网兼容，使用了相同的CSMA/CD协议和相同的帧长与帧结构。千兆以太网主要应用在网络的骨干上。

（4）无线局域网

无线局域网使用射频无线电波作为传输介质，通常采用一种被称为“直接序列扩频”的无线传输技术。其硬件包括：无线网卡、接入点和远程无线网桥。

和有线的局域网网卡一样，无线网卡也是网络的重要组层部分，它也插在计算机的扩展槽内。

接入点具有两种基本功能：作为无线网络的基站，接收无线设备的数据，并向无线设备转发数据；作为有线网络与无线网络的桥梁，使无线设备与有线设备间可以相互访问。接入点一般有三部分组成：天线、有线网络接口和桥接软件。

远程无线网桥的作用是通过无线的途径连接多个网络。这些网络可以是有线的网络，也可以是无线的网络。

三、本章需要了解的内容

1、局域网的特点：

①网络覆盖的地理范围有限：通常在几十米到几千米的范围内。

②传输速率高：其传输速率一般在1Mbps~10Mbps之间，随着技术的发展，目前的传输速率已经可以达到1000Mbps，甚至1000Gbps。

③延迟小：典型的局域网延迟一般在几毫秒到几十毫秒之间。

④误码率低：局域网的误码率通常在10-8~10-11之间。

⑤配置简单：共享式的局域网或交换式局域网的一般应用通常不需要任何配置就可直接进行网络通信，因此对网络使用者的技术水平的要求较低。

⑥拓扑结构有规则：局域网的拓扑结构比较简单，并且通常较规则，包括环型、总线型、星型或将上述几种形状组合起来形成复合型等。

2、构成局域网的主要设备：

（1）网络适配器：网络适配器的基本功能是把网络终端或者其它网络设备发来的数据传送给网络，或者反过来将网络发来的数据送给网络终端。

（2）集线器：集线器又叫Hub，是连接网络的重要而又常用的设备，主要用于把网络的服务器和工作站等连接到网络上，其性能的好坏直接关系到网络数据的传输特性。

（3）交换机：网络交换机的作用主要是可以减少局域网中的数据发送冲突的发生，避免拥挤，提高网络带宽利用率，它可以根据网络信息构造自己的转发表，作出数据转发决策。

（4）网桥：网桥是一个局域网到另一个局域网之间的连接设备，其主要作用包括网络的互联、网络寻址、网段隔离与负载均衡和数据转发等。

（5）中继器：中继器是一种网络线路的连接设备，用于完成两条线路间的信号的双向转发功能。中继器工作在物理层上，只负责对信号进行复制、整形和放大工作，而不对数据进行任何处理。

（6）网络服务器：网络服务器是局域网的核心设备，它控制整个网络的工作站，也可向用户提供通信和资源共享服务。

（7）网络工作站：网络工作站是一个连接到局域网的用户终端设备，其作用是对用户数据进行就地处理，并作为用户与网络之间的接口。用户可通过工作站，请求获得网络服务，网络服务器又把处理结果返回给工作站上的用户。

（8）网络其他设备：连接一个网络，除了以上设备外，还有一些其他设备，具体地可以分为两大类，一类是线路连接设备，如调制解调器等；另一类是网络连接配件：如连接头、插座模块和传输介质等。