2.5计算机网络 ★☆☆☆☆
2.5.1网络的基本概念
1.计算机网络的发展
计算机网络发展，其大致经历了诞生、形成、互联互通和高速发展等4个阶段。
2.计算机网络的功能
1)数据通信
数据通信是依照一定的通信协议，利用数据传 输技术在两个通信结点之间传递信息的一种通信方式。
2)资源共享
计算机资源包括硬件资源、软件资源和数据资源。
3)管理集中化
4)实现分布式处理
5)负荷均衡
负荷均衡是指工作负荷 (Workload) 被均匀地分配给网络上各台计算机系统。
3.网络有关指标
1)性能指标
可以从速率、带宽、吞吐量和时延等不同方面来度量计算机网络的性能。
2)非性能指标
费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性、可升级性、易管理性和可维护性等非性能指标 与前面介绍的性能指标有很大相关性。
2.5.2通信技术
信道可分为物理信道和逻辑信道。
物理信道由传输介质和设备组成，根据传输介质的不同，分为无线信道和有线信道。
逻辑信道是指在数据发送端和接收端之间存在的一条虚拟线路，可以是有连接的或无连接的。逻辑信道以物理信道为载体。
1.信道
信息传输就是信源和信宿通过信道收发信息的过程。
2.信号变换
发信机进行的信号处理包括信源编码、信道编码、交织、脉冲成形和调制。
3.复用技术和多址技术
1)复用技术
复用技术是指在一条信道上同时传输多路数据的技术，如T D M 时分复用、 F D M 频分复用 和C D M码分复用等。
2)多址技术
多址技术是指在一条线上同时传输多个用户数据的技术，在接收端把多个用户的数据分离 ( T D M A 时分多址、 F D M A频分多址和C D M A码分多址)。
4.5G 通信网络
1)基于 OFDM优化的波形和多址接入
2)实现可扩展的 OFDM 间隔参数配置
3 ) OFDM加窗提高多路传输效率
4)灵活框架设计
-
大规模MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)
-
毫米波
7)频谱共享
8)先进的信道编码设计
2.5.3网络技术
网络通常按照网络的覆盖区域和通信介质等特征来分类，可分为局域网 (LAN)、 无线局域网 (WLAN) 、 城域网 (MAN)、 广域网 (WAN) 和移动通信网等。
1.局域网 (LAN)
局域网 (Local Area Network,LAN) 是指在有限地理范围内将若干计算机通过传输介质互联成的计算机组(即通信网络)，局域网是封闭型
1)网络拓扑
常见的局域网拓扑结构有星状结构、树状结构、总线结构和环形结构。
2)以太网技术
以太网 (Ethernet) 是一种计算机局域网组网技术。
2.无线局域网 (WLAN)
无线局域网 WLAN(Wireless Local Area Networks) 利用无线技术在空中传输数据、话音 和视频信号。
无线局域网在室外主要结构：点对点型、点对多点型、多点对点型和混合型。
1 ) WLAN标准
IEEE 802.11
2)WLAN 拓扑结构
拓扑结构主要有3种形式：点对点型、 HUB 型和全分布型。
3.广域网(WAN)
广域网是一种将分布于更广区域的计算机设备 联接起来的网络。
广域网由通信子网与资源子网组成。
通信子网主要是由一些通信结点设备和连接这些设备 的链路组成。
资源子网是指网络中实现资源共享功能的设备及其软件的集合。
1)广域网相关技术
(1)同步光网络 (Synchronous Optical Networking,SONET) 是使用光纤进 行数字化信息通信的一个标准。
(2)数字数据网。数字数据网DDN(Digital Data Network) 利用数字信道提供半永久性连 接电路以传输数据。
(3)帧中继。帧中继FR(Frame Relay) 是一种高性能广域网技术，运行于 OSI/RM 的物 理层和数据链路层，是一种数据包交换技术
(4)异步传输技术。异步传输模式 (Asynchronous Transfer Mode,ATM) 是以信元为基础 的面向连接的一种分组交换和复用技术。
2)广域网的特点
(1)主要提供面向数据通信的服务，支持用户使用计算机进行远距离的信息交换。
(2)覆盖范围广，通信的距离远，广域网没有固定拓扑结构。
(3)由电信部门 或公司负责组建、管理和维护，并向全社会提供面向通信的有偿服务等。
3)广域网的分类
广域网可以分为公共传输网络、专用传输网络和无线传输网络。
4.城域网 (MAN)
城域网是在单个城市范围内所建立的计算机通信网，简称MAN(Metropolitan Area Network)。
城域网络通常分为3个层次：核心层、汇聚层和接入层。
核心层主要提供高带宽的业务承载和传输，实现网络的互联互通，特征：宽带传输和高速调度。
汇聚层主要功能是给业务接入结点提供用户业务数据的汇聚和分发处理，实现业务的服务等级分类。
接入层利用多种接入技术，进行带宽和业务分配，实现用户的接入。
5.移动通信网
1)移动通信网发展
1G 通信时代。采用模拟信号传输，容量非常有限， 一般只能传输语音信号，
2G 移动通信采用数字调制技术，容量增加，可传输文字信息
3G开辟新电磁波频谱及研发新标准，速度、稳定性大幅提高
4G 采用更先进的通信协议和技术，
5G一个多业务、多技术融合的网络，基本特征高速率、低延迟、海量设备连接、低功耗
2)5G 网络的主要特征
(1)服务化架构。
(2) 网络切片。
2.5.4组网技术
1.网络设备及其工作层级
基本的网络设备有集线器、中继器、网桥、交换机、路由器和防火墙等。
2.网络协议
1)开放系统互连模型
由低层至高层分别为物理层 (Physical Layer)、 数据链 路层 (Datalink Layer)、 网络层 (Network Layer)、 传输层 (Transport Layer)、 会话层 (Session Layer)、 表示层 (Presentation Layer) 和应用层 (Application Layer)。
2)OSI 协议集
实现7个功能层次的各种协议和服务标准
3)TCP/IP 协议集
TCP/IP(Transmission Control Protocol /Internet Protocol) 作为 Internet的核心协议，主要包括因特网协议 (IP)、 传输控制协议(TCP)、 用户数据报协议 (UDP)、虚拟终端协议 (TELNET)、文件传输协议(FTP)、电子邮件传输协议 (SMTP)、网上新闻传输协议 (NNTP)和超文本传送协议 (HTTP) 等8个。
TCP/IP 网络协议模型共分为网络接口层、网际层、传输层和应用层4层。
4)ISO/OSI模型与 TCP/IP 模型的对比
3.交换技术
交换机功能包括：
(1)集线功能。提供大量可供线缆连接的端口
(2)中继功能。在转发帧时重新产生不失真的电信号。
(3)桥接功能。在内置的端口上使用相同的转发和过滤逻辑。
(4)隔离冲突域功能。将部署好的局域网分为多个冲突域，每个冲突域都有自己独立的带宽，以提高交换机整体宽带利用效率。
1)基本交换原理
交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。
2)交换机协议
生成树协议 (STP) 可以很好解决链路环路问题
为提高链路可靠性，或提升与邻接交换设备之间端口带宽，可采用链路聚合协议
4.路由技术
路由功能由路由器 (Router) 来提供，具体包括：
(1)异种网络互连，如具有异种子网协议的网络互连；
(2)子网协议转换，不同子网间包括局域网和广域网之间的协议转换；
(3)数据路由，即将数据从一个网络依据路由规则转发到另一个网络；
(4)速率适配，利用缓存和流控协议进行适配；
(5)隔离网络，防止广播风暴，实现防火墙；
(6)报文分片和重组，超过接口的MTU报文被分片，到 达目的地之后的报文被重组；
(7)备份、流量控制，如主备线路的切换和复杂流量控制等。
1)路由原理
路由器工作在网络层，主要任务是接收数据包，通常根据数据包的目地址决定待转发的下一个地址(即下一跳地址)。
2)路由器协议
路由器是通过路由表来转发接收到的数据。
路由协议 (Routing Protocol) 是一种指定数据包转送方式的协议。
路由协议可分为内部网关协议 (IGP) 和外部网关协议 (EGP) 两类。
(1)内部网关协议。
在一个自治系统AS(Autonomous System) 内运行的路由协议称为内部网关协议 (Interior Gateway Protocol)。
内部网关协议可以划分为两类：距离矢量路由协议、 链路状态路由协议。
(2)外部网关协议。
在AS 之间的路由协议称为外部网关协议(ExteriorGatewayProtocol, EGP)。
最初采用EGP，后续使用边界网关协议 (BGP)
2.5.5网络工程
网络建设工程可分为网络规划、网络设计和网络实施三个环节。
网络规划以需求为导向，兼顾技术和工程可行性。网络规划包括：网络需求分析、可行性分析以及对现有网络的分析(需对现有网络进行优化升级时)。
网络设计是在网络规划基础上设计一个解决方案。网络设计包括：网络总体目标确定、总体设计原则确定以及通信子网设计，设备选型，网络安全设计等。
网络实施是依据网络设计结果进行设备采购、安装、调试和系统切换(需对原有系统改造升级时)等。网络实施具体包括：工程实施计划、网络设备验收、设备安装和调试、系统试运行 和切换、用户培训等。
