主題3計算機網絡基礎目錄頁contents3.1數據通信與計算機網絡基礎3.2互聯網基礎及應用3.3無線通信技術及應用123選題背景及意義ONE3.1數據通信與計算機網絡基礎數據通信是通信技術和計算機技術相結合的一種通信方式，通過傳輸信道將數據終端與計算機連接起來。數據通信系統主要由數據終端設備、數據傳輸設備、傳輸介質和計算機中心等組成。數據終端設備：是數據通信系統中的發送和接收數據的設備，負責數據的生成和接收，并通過數據電路與其他DTE進行通信。數據傳輸設備：負責將DTE產生的數字信號轉換為適合在傳輸介質上傳輸的信號，并在接收端進行反向轉換，如調制解調器（Modem）。傳輸介質：是連接DTE和DCE的物理媒介，包括有線介質和無線介質。計算機中心：是數據處理和存儲的核心，接收來自各數據終端的數據，進行處理后存儲或轉發。數據通信基本概念3.1.1數據通信基礎數據通信的傳輸媒介主要分為有線傳輸媒介和無線傳輸媒介兩大類。有線傳輸媒介：雙絞線、同軸電纜、光纖等無線傳輸媒介：紅外線、微波、衛星等數據通信的傳輸媒介3.1.1數據通信基礎雙絞線非屏蔽雙絞線（UTP）屏蔽雙絞線（STP）數據通信的傳輸媒介雙絞線是由兩根絕緣的銅導線按一定密度互相絞在一起組成的線纜，能減少信號干擾，提高傳輸質量。3.1.1數據通信基礎同軸電纜由一根中心導線、一個絕緣層、一個網狀屏蔽層和一個外部絕緣層組成，常用的有50Ω和75Ω兩種型號，分別用于數字信號和模擬信號的傳輸。數據通信的傳輸媒介3.1.1數據通信基礎光纖光纖是光導纖維的簡寫，是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導工具。傳輸原理是“光的全反射”。數據通信的傳輸媒介3.1.1數據通信基礎紅外線紅外線傳輸是一種利用紅外線波段的電磁波來進行信息傳輸的無線傳輸方式。紅外線常用于短距離通信，安全性較高，不會受到無線電波干擾。數據通信的傳輸媒介3.1.1數據通信基礎微波微波是頻率較高的無線電波，常用于高速、大容量的數據傳輸。微波傳輸需要直線傳播，不能穿透障礙物。數據通信的傳輸媒介3.1.1數據通信基礎衛星衛星傳輸利用人造地球衛星作為中繼站，實現遠距離的無線通信，覆蓋范圍廣，可以跨越國界，實現全球通信。衛星傳輸具有不受地理環境和通信距離的限制、通信頻帶很寬等優點，但延遲較高，且成本也相對較高。數據通信的傳輸媒介3.1.1數據通信基礎傳輸速率3.．數據通信技術指標定義：數據傳輸速率是指單位時間內傳輸的比特數，也稱為比特率（BitRate）。單位：比特每秒（bps）、千比特每秒（Kbps）、兆比特每秒（Mbps）、吉比特每秒（Gbps）。示例：傳統以太網的數據速率為10Mbps。5G網絡的峰值速率可達10Gbps。影響：數據速率越高，傳輸效率越高。但高數據速率需要更高的帶寬和更復雜的調制技術。3.1.1數據通信基礎差錯率3.．數據通信技術指標定義：衡量數據傳輸過程中發生錯誤的概率，通常分為誤碼率和誤包率等。誤碼率是錯誤比特數占總傳輸比特數的比例，誤包率是錯誤數據包數占總傳輸數據包數的比例。計算方法：誤碼率BER=錯誤比特數/總傳輸比特數誤包率PER

=錯誤數據包數/總傳輸數據包數示例：光纖通信的誤碼率通常低于10?12。無線通信的誤碼率可能高達10?3。影響：高誤碼率會導致數據重傳，降低有效吞吐量。高誤包率會導致網絡延遲增加、數據傳輸速度下降，甚至會導致數據包丟失。3.1.1數據通信基礎可靠性3.．數據通信技術指標定義：可靠性指數據傳輸過程中不出現錯誤或丟失的概率，指系統在規定條件下和時間內完成預定功能的能力。公式：平均無故障時間MTBF=總運行時間/故障次數平均修復時間MTTR=總修復時間/故障次數可用性=MTBF/(MTBF+MTTR)影響：高可靠性確保數據準確傳輸，減少錯誤或丟失。同時，增強系統穩定性，減少故障中斷，保障持續服務。3.1.1數據通信基礎帶寬3.．數據通信技術指標定義：帶寬是指信道能夠傳輸的頻率范圍，即最高頻率與最低頻率之差。它決定了信道能夠承載的數據量。公式：帶寬=最高頻率-最低頻率單位：赫茲（Hz）。示例：電話線的帶寬通常為300Hz到3400Hz。光纖的帶寬可達數THz（太赫茲）。影響：帶寬越大，能夠傳輸的數據量越多。帶寬受限時，高頻信號會被衰減，導致信號失真。3.1.1數據通信基礎公用電話系統4.．常用通信網絡PSTN指公共交換電話網絡，是一種基于電路交換技術的全球語音通信基礎設施。以電路交換技術為基礎，通過物理路徑（如銅線、光纖等）連接用戶終端，實現實時通信。3.1.1數據通信基礎移動通信系統4.．常用通信網絡指通過無線電波進行的通信方式。隨著移動通信系統的傳輸速度和效率的不斷提升，用戶可以在任何覆蓋區域內自由移動并保持通信。3.1.1數據通信基礎衛星通信系統利用人造地球衛星作為中繼站轉發或發射無線電波，實現兩個或多個地球站之間或地球站與航天器之間通信的一種通信系統。4.．常用通信網絡3.1.1數據通信基礎按網絡覆蓋的范圍分類局域網（LAN，LocalAreaNetwork）城域網（MAN，MetropolitanAreaNetwork）廣域網（WAN，WideAreaNetwork）3.1.2計算機網絡基礎按網絡的使用范圍分類按網絡的傳輸介質分類有線網無線網 公用網 專用網3.1.2計算機網絡基礎按網絡的拓撲結構分類：總線型網環型網星型網樹型網網狀型網3.1.2計算機網絡基礎計算機網絡將多個計算機系統用傳輸介質互連起來，以達到數據共享的目的，其中貫穿著數據通信的實現、各通信結點間數據信息和控制信息的流動、各通信數據交換的規則與層次化運作機制等相關內容。網絡體系結構也就是構成計算機網絡的軟硬件產品的標準。計算機網絡體系結構3.1.2計算機網絡基礎

網絡協議（NetworkProtocol）是計算機網絡中相互通信的對等實體間為進行數據通信而建立的規則、標準或約定。它是一組使網絡中的不同設備能進行數據通信，而預先制定的一整套通信雙方相互了解和共同遵守的格式和約定。

網絡協議由語義、語法、時序三個要素構成。語義：指構成協議元素的含義，包括需要發出何種控制信息，完成何種動作及做出何種應答。語法：指數據或控制信息的格式或結構形式。時序：指事件執行的順序及其詳細說明。網絡協議3.1.2計算機網絡基礎開放系統互連參考模型（OSI/RM）3.1.2計算機網絡基礎互聯網體系結構（TCP/IP）3.1.2計算機網絡基礎3．網絡互聯設備3.1.2計算機網絡基礎中繼器集線器3．網絡互聯設備3.1.2計算機網絡基礎交換機網橋3．網絡互聯設備3.1.2計算機網絡基礎網關路由器3.1.3計算機網絡安全防火墻（firewall）是提供信息安全服務，實現網絡和信息系統安全的重要基礎設備，主要用于限制被保護的內部網絡與外部網絡直接進行的信息存取及信息傳遞等操作。防火墻可以有效的監控內部網絡（Intranet）和外部網絡（Internet）之間、專用網絡與公共網絡之間的所有行為活動，保證內部網絡的安全。防火墻是不同網絡之間信息的唯一出口，能根據企業網絡安全策略控制出入網絡的信息流且本身具有較強的抗攻擊能力。1．防火墻技術3.1.3計算機網絡安全什么是防火墻3.1.3計算機網絡安全防火墻的功能防火墻是安全策略的檢查站防火墻能有效防止內部網絡相互影響防火墻是網絡安全的屏障對網絡存取和訪問進行監控審計1．防火墻技術3.1.3計算機網絡安全2．加密技術3.1.3計算機網絡安全加密是指對數據(明文)進行編碼，使它成為一種不可理解的形式（即密文）。解密是將密文還原成原來可理解的形式。加密E解密D明文M密文C明文MKe加密密鑰Kd解密密鑰2．加密技術3.1.3計算機網絡安全對稱密鑰加密算法：加密與解密密鑰相同非對稱密鑰加密算法：加密與解密密鑰不同特性對稱加密體制非對稱加密體制密鑰的數目單一密鑰密鑰是成對的密鑰種類密鑰是秘密的一個私有、一個公開密鑰管理簡單不好管理需要數字證書及可靠第三者相對速度非常快慢用途用來做大量資料的加密用來做加密小文件或對信息簽字等不太嚴格保密的應用3.1.3計算機網絡安全-防病毒技術計算機病毒是指編制者在計算機程序中插入的破壞系統功能或破壞數據，影響系統使用并能夠自我復制的一組指令或程序代碼。手機病毒是一種具有傳染性、破壞性等特征的手機程序，其實質上同計算機病毒基本一樣，以后統稱為網絡病毒。防病毒技術防病毒技術是指通過使用特定的軟件和硬件工具，以及采取相應的策略和措施，來檢測、阻止、隔離和清除計算機病毒、木馬、蠕蟲等惡意軟件的技術。計算機病毒的特點寄生性傳染性潛伏性隱蔽性破壞性可觸發性3.1.3計算機網絡安全-防病毒技術計算機病毒的危害破壞系統、文件和數據竊取機密文件和信息造成網絡堵塞或癱瘓消耗內存、磁盤空間和系統資源電腦運行緩慢對用戶造成心理壓力病毒傳播的途徑通過FTP、電子郵件傳播通過軟盤、光盤、磁帶傳播通過Web瀏覽傳播，主要是惡意的Java控件網站通過聊天通訊工具和移動通信終端傳播3.1.3計算機網絡安全-

防病毒技術病毒預防技術：通過一系列措施阻止計算機病毒進入和感染系統給計算機安裝防病毒軟件及時更新操作系統/應用軟件廠商發布的補丁定期備份重要文件不輕易打開外來文件留意計算機出現的異常情況阻止病毒的傳播建全網絡安全管理制度3.1.3計算機網絡安全-

防病毒技術病毒檢測、清除技術：通過一系列措施阻止計算機病毒進入和感染系統，從系統中徹底刪除或隔離殺毒軟件也稱反病毒軟件或防毒軟件，是用于對電腦病毒、特洛伊木馬和惡意軟件等一切已知的對計算機有危害的程序代碼進行清除的程序工具。殺毒軟件通常集成監控識別、病毒掃描和清除等功能，有的殺毒軟件還帶有數據恢復、防范黑客入侵和網絡流量控制等功能，是計算機防御系統的重要組成部分。TWO3.2互聯網基礎及應用3.2.1互聯網簡介互聯網的起源背景：20世紀60年代，冷戰時期，美國國防部為了確保通信網絡的穩定性，啟動了阿帕網（ARPANET）項目。阿帕網的特點：分布式網絡：數據可以通過多條路徑傳輸，即使部分網絡被破壞，通信仍能繼續。分組交換技術：數據被分割成多個“分組”，通過不同路徑傳輸，最終在目的地重新組合。互聯網的誕生：20世紀80年代初，阿帕網的軍事部分分離出去，剩余部分演變為互聯網，主要用于學術和研究機構之間的數據交換。3.2.1互聯網簡介中國的互聯網發展1986年：中國開始研究網絡互聯技術，最初僅用于科研機構和高校的電子郵件服務。1994年：中關村地區教育與科研示范網絡工程接入互聯網，標志著中國正式成為國際互聯網的一部分。四大骨干網絡：中國教育科研計算機網（CERNET）中國科技網（CSTNET）中國公用計算機互聯網（ChinaNET）中國金橋信息網（ChinaGBN）3.2.1互聯網簡介IP地址定義：IP地址是互聯網中用于唯一標識通信實體（如主機、路由器）的數字標簽。IPv4：地址格式：32位，點分十進制表示（如）。地址分類：A類：大型網絡，前8位為網絡號，后24位為主機號。B類：中型網絡，前16位為網絡號，后16位為主機號。C類：小型網絡，前24位為網絡號，后8位為主機號。D類：用于組播（Multicast）。E類：保留未用。保留地址：：回送地址，用于測試本機網絡協議棧。私有地址：用于局域網（如192.168.x.x），不能直接在互聯網上使用。3.2.1互聯網簡介IP地址保留地址11111個字節1個字節1個字節1個字節組播地址1110主機號11010保留地址0網絡號主機號網絡號網絡號ABCDE-55-55-55-55-55（IPv4）地址格式3.2.1互聯網簡介IP地址保留IP地址地址類型網絡號主機號用途本機地址全0全0啟動時使用網絡地址某網絡號全0表示一個網絡本地網絡廣播地址全1全1在本地網絡上廣播定向廣播地址某網絡號全1在指定網絡上廣播回送地址127任意測試TCP/IP協議棧及本機應用程序間的通信3.2.1互聯網簡介IP地址IPv6：地址格式：128位，冒分十六進制表示（如2001:0DB8::1）。特點：擴展地址空間：可為地球表面每平方米分配超過1024個地址。提高網絡效率：提高路由效率。增強安全性：支持IPSec協議，提供加密和認證功能。支持更好的移動性：設備在不同網絡間切換時，IP地址可以保持不變。3.2.1互聯網簡介域名系統（DNS）域名的作用：將難記的IP地址轉換為易于記憶的域名（如）。域名結構：層次結構：從右到左依次為頂級域名（TLD）、二級域名、三級域名等。例如：。cn：頂級域名（國家代碼）edu：二級域名（教育機構）ecnu：三級域名（華東師范大學）頂級域名分類：通用頂級域名（gTLD）：如.com（商業）、.org（非營利組織）、.net（網絡服務）。國家代碼頂級域名（ccTLD）：如.cn（中國）、.us（美國）。表3-2-2常用的組織頂級域名域名說明域名說明com表示商業組織mil表示軍事機構net表示網絡服務機構gov表示政府部門org表示非商業非贏利性組織edu表示教育機構info表示信息提供name表示個人網站3.2.1互聯網簡介域名系統（DNS）域名解析過程：用戶在瀏覽器中輸入域名（如）。本地DNS服務器查詢域名對應的IP地址。如果本地DNS服務器沒有記錄，則向根DNS服務器請求，逐級查詢，直到找到對應的IP地址。瀏覽器使用獲取的IP地址訪問目標服務器。3.2.2互聯網典型應用萬維網（WWW）定義：由全球范圍內的網頁組成的超文本系統，通過超鏈接實現頁面跳轉。核心技術：HTML：用于編寫網頁的標記語言。HTTP/HTTPS：用于傳輸網頁數據的協議。HTTP：明文傳輸，安全性較低。HTTPS：在HTTP基礎上加入SSL/TLS加密，保護數據安全。網頁瀏覽過程：用戶在瀏覽器中輸入URL（如https://

）。瀏覽器通過DNS解析獲取服務器的IP地址。瀏覽器向服務器發送HTTP請求。服務器返回HTML文件，瀏覽器解析并渲染頁面。3.2.2互聯網典型應用電子郵件（E-Mail）定義：通過電子手段進行信息交換的通信方式。電子郵件地址格式：用戶名@郵件服務器域名（如user@）。核心協議：SMTP：簡單郵件傳輸協議，用于發送郵件。POP3：郵局協議第三版，用于從服務器下載郵件，支持離線訪問。IMAP：互聯網信息訪問協議，支持在服務器上管理郵件，適合多設備同步。郵件傳輸過程：用戶通過郵件客戶端（如Outlook）撰寫郵件并發送。郵件通過SMTP協議傳輸到發送方郵件服務器。發送方服務器通過SMTP將郵件轉發到接收方服務器。接收方通過POP3或IMAP協議從服務器下載郵件。3.2.2互聯網典型應用虛擬專用網絡（VPN）定義：VPN是一種物理上分布在不同地點的主機和網絡，通過公共網絡建立安全、加密連接的技術。目的：在公共網絡（如互聯網）上創建一個安全的、私有的通信通道，確保數據傳輸的機密性、完整性和可用性。通信過程：用戶發起連接：用戶通過VPN客戶端連接到VPN服務器。建立隧道：VPN客戶端與服務器協商加密協議，建立安全隧道。數據傳輸：數據通過加密隧道傳輸，確保安全性。數據解密：VPN服務器解密數據并轉發到目標網絡。返回響應：目標網絡的響應數據通過相同路徑返回用戶。THREE3.3無線通信技術及應用3.3.1無線通信技術簡介什么是無線通信技術無線通信定義與分類無線通信：利用電磁波在空間中傳播實現信息交換，擺脫物理線纜束縛。核心類型：微波通信（短距離，需中繼站接力傳輸）。衛星通信（長距離，依賴通信衛星中繼）。無線接入技術：通過無線電波連接終端與網絡節點，包含微波、衛星、WLAN、移動通信、藍牙、ZigBee、NFC等。3.3.1無線通信技術簡介微波與衛星通信微波通信：無線電波中的一個有限頻帶，波長在1mm~1m之間，定向傳輸，需中繼站，應用于軍事/專業領域。衛星通信：需衛星接收天線（如75cm口徑），典型應用：SpaceX“星鏈計劃”（4.2萬顆低軌衛星，目標覆蓋全球高速互聯網）。無線局域網（WLAN）技術特性：短距離（幾百米），以無線電波為傳輸媒介。典型場景：家庭、公共場所（機場、咖啡店）的Wi-Fi覆蓋。3.3.1無線通信技術簡介移動通信

利用無線電傳輸技術實現的數據傳輸技術代際技術特點典型應用2GGSM/TDMA語音通話3GCDMA/WiMAX基礎視頻4GLTE（TD/FDD）高清視頻5G高速率、低時延自動駕駛、VR6G太赫茲頻段全息通信、AIoT7G亞太赫茲波和埃克赫茲波智慧城市、量子通信