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1、1,计算机网络技术基础 2019/1/29,2,“计算机网络”是利用通信线路和通信设备，把地理上分散的、并具有独立功能的多个计算机及其外部设备互连起来，按照网络协议进行通信，由功能完善的网络软件实现资源共享的计算机系统的集合 简单地说，计算机网络就是通过电缆、电话线或无线通讯将两台以上的计算机互连起来的集合。,计算机网络,3,计算机网络的功能,1资源共享 所谓资源共享就是共享网络上的硬件资源、软件资源和信息资源。 （1） 共享打印机等各种硬件设备,4,（2）共享应用程序,（3）共享信息资源,5,2通信功能 数据通信就是依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息。可以让分布在不
2、同地理位置的计算机用户之间能够相互通信、交流信息和共享资源 3其他功能 高可靠性 均衡负荷 协调运算 分布式处理,6,按网络覆盖的地理范围可分为局域网、城域网和广域网 局域网（Local Area Network） IEEE定义: 通信一般被限制在中等规模的地理区域内，例如，一座办公楼、一个仓库或一所学校；能依靠具有从中等到较高信息传输速率的物理通信信道，而且这种信道具有始终一致的低误码率；局域网是专用的，由单一组织机构所使用。 特点：总线共享，广播式发送 无线局域网（Wireless LAN） WLAN利用电磁波在空气中发送和接收数据，而无需线缆介质。WLAN的数据传输速率现在已经能够达到1
3、1Mbps。无线联网方式是对有线联网方式的一种补充和扩展，使网上的计算机具有可移动性，能快速、方便的解决以有线方式不易实现的网络联通问题。,计算机网络的分类,7,文件服务器,数据库服务器,网管服务器,三层千兆 交换机,100/1000M 交换机,防火墙,10/100M 交换机,播出服务器,节目监审,编审机,制作机,采集机,广电 OA 办公网,路由,局域网应用举例：某电视台播控网构建方案 (应用中注意主干连接、服务器连接、自动协商与虚拟网设置),8,一种大型的LAN，采用分布式队列双总线DQDB（Distributed Queue Dual Bus）标准，即IEEE802.6 业务特点： 传输速
4、率高光纤、网线到用户桌面传输速度达到100M、1000M 用户投入少，接入简单 技术先进、安全城域网在网络中提供了第二层的VLAN隔离，使安全性得到保障。虚拟拨号的普通用户通过宽带接入服务器上网，经过账号和密码的验证才可以上网，用户可以非常方便地自行控制上网时间和地点； 主要用途及适用范围：高速上网、互动游戏、VOD、NETTV、远程医疗、远程会议、远程教育、WEBCAM，宽带业务还可为广大用户提供Internet信息浏览、信息查询、收发电子邮件、多媒体网上教育等多项服务。,城域网（MAN, Metropolitan Area Network）,9,通常跨越几十公里到几千公里很大物理范围，能连
5、接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。,广域网（WAN, Wide Area Network）,10,互联网（INTERNET）,又译因特网、网际网，即广域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络。 “联合网络委员会认为互联网指的是全球性的信息系统： 1.通过全球性的唯一地址逻辑地链接在一起。这个地址是建立在IP或今后其它协议基础之上的 2.可以通过TCP/IP，或者今后其它接替的协议来进行通信 3.让公共或者私
6、人用户使用建立在上述通信及相关基础设施之上的高水平服务。,11,按网络拓扑结构分类,1、星形网络:以一台中心处理机（通信设备）为主而构成的网络，其它入网机器仅与该中心处理机之间有直接的物理链路，中心处理机采用分时或轮询的方法为入网机器服务，所有的数据必须经过中心处理机。 2、树形网络:在星形网络结构的基础上，通过利用网络集线器的级联而形成 3、总线形网络:所有入网设备共用一条物理传输线路，所有的数据发往同一条线路，并能够被附接在线路上的所有设备感知。入网设备通过专用的分接头接入线路。总线网拓扑是局域网的一种组成形式 4、环形网络:入网设备通过转发器接入网络，每个转发器仅与两个相邻的转发器有直接
7、的物理线路。所有的转发器及其物理线路构成了一个环状的网络系统 5、网状网络:网状网络通常利用冗余的设备和线路来提高网络的可靠性，因此，结点可以根据当前的网络信息流量有选择地将数据发往不同的线路。,12,网卡 集线器 交换机 路由器 网络传输介质,计算机网络硬件,13,是网络通信接口的关键设备, 为计算机之间的数据通信提供物理连接。 组成 载波检测检测介质上有否信号 发送/接收部件负责信号的发送、接收 发送/接收控制部件及缓冲区 曼彻斯特编码/译码器对发送/接收的数据编码/译码，变换成适于在LAN上传输的信号 网络控制部件控制网卡各部件的协调运行 存放48位网卡(MAC)地址，标志设备物理地址
8、CPU(部分网卡有)增强网卡智能化，减少网络传输对主机CPU的依赖，提高传输效率。,网络接口卡(Network Interface Card),14,集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。共享带宽的工作方式。 工作原理：PC将带目的地址的数据“广播”到各端口，各端口PC用本机地址比较决定是否接收。,HUB,集线器(HUB),工作机制示意图,1 2 3,1,2,3,PC1 PC2 PC3,网络集线器 (HUB),15,交换机主要是用来增加网络带宽的网络连接和转发设备，适用于高通信流量的应用场合，如图像处理、视频流等 作为L
9、AN核心主干连接设备，用于连接网络站点和其他网段，组成以其为中心的交换式网络，如网络中心、数据中心等 解决共享介质网络碰撞域的分割问题，分离流量并创建更小的冲突域来使用户获得更高的带宽，适应对网络响应速度要求比较高的场合。,以太网交换机,Server,交换机(Switch),16,交换机拥有一条高带宽的背部总线和内部交换矩阵，交换机的所有端口都挂接在这条总线上。,Switch,以太网交换机工作机制示意图,当控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表 (转发表)，以确定目的设备(网卡MAC地址)是挂接在哪个端口上，通过交换矩阵迅速将数据包送到目的端口； 如果目的MAC不存在，交换机
10、将数据广播到所有端口，接收端口回应后交换机会 “学习”新的地址并将它加入内部转发表中。,交换机的工作原理,17,路由器的功能:在网络层对分组信息进行存储转发来实现多个网络互连。因此，路由器具有协议转换、路由选择、流量控制、过滤与隔离、限制广播风暴、分段和组装、网络管理功能； 路由器的工作过程： 一个信息包到达路由器后，排入队列，按“先入先出”顺序由路由器逐一处理 提取信息的目的地址，查看路由表。如有多条路径可到达，则选择一条最佳路径 如源信息包太长，目的网络无法接受，路由器就将其分为更小的包.,路由器(Router),18,计算机网络传输介质,传输介质是网络中传输数据信号的物理媒体。常用的网络
11、传输介质有： 双绞线 同轴电缆 光纤 无线介质,19,双绞线(Twist-Pair),双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质，它采用了一对互相绝缘的金属导线互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰。典型的双绞线有四对的，也有更多对双绞线放在一个电缆套管里的。这些我们称之为双绞线电缆； 目前，双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP=UNSHILDED TWISTED PAIR）和屏蔽双绞线（STP=SHIELDED TWISTED PAIR）。,20,双绞线(Twist-Pair),屏蔽双绞线电缆的外层由铝铂包裹，以减小辐射，但并不能完全消除辐射，安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。具有抗电磁干扰能力
12、强、传输质量高等优点，但它也存在接地要求高、安装复杂、成本高的缺点。因此，屏蔽式双绞线的实际应用并不普遍。 非屏蔽双绞线电缆具有以下特点： （1）无屏蔽外套，直径小，节省空间； （2）重量轻，易弯曲，易安装； （3）将串扰（Crosstalk）减至最小或加以消除； （4）具有阻燃性； （5）具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线； （6）传输时有信息辐射、容易被窃听 （7）是最常用的以太网电缆。,21,对应接法，用于网卡与HUB/交换机连接,交叉接法，用于HUB/交换机级连，服务器与交换机、对等网连接,568A：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕 568B：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、
13、棕白、棕 568A-568A或568B-568B是直连线，接不同接口如交换机和网卡 568A-568B是交叉线，接同种接口如两个网卡. 通常情况下，业界都使用作为标准,针对以太网，对于DTE到DTE设备和DCE到DCE设备的连接，使用交叉线缆；而对于DTE到DCE的连接，使用直通线缆。,接线标准,22,同轴电缆,同轴电缆（COAXIAL CABLE）内外由相互绝缘的同轴心导体构成的电缆：内导体为铜线，外导体为铜管或网。电磁场封闭在内外导体之间，故辐射损耗小，受外界干扰影响小。可以分为细同轴电缆与粗同轴电缆： 细缆直径为0.26厘米，最大传输距离185米。安装简单，造价低。安装过程要切断电缆，两
14、头须装上基本网络连接头（BNC，Bayonet Nut Connector），然后接在T型连接器两端，所以当接头多时容易产生不良的隐患，这是目前运行中的以太网所发生的最常见故障之一 粗缆直径为1.27厘米，最大传输距离达到500米。适用于比较大型的局部网络，可靠性高，由于安装时不需要切断电缆，因此可以根据需要灵活调整计算机的入网位置，但粗缆网络必须安装收发器电缆，安装难度大，所以总体造价高。粗缆的主要用途是扮演网络主干的角色，用来连接数个由细缆所结成的网络。,23,光纤通常是由石英玻璃拉成细丝，由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。单模光缆尺寸为8.3/125m,多模纤芯直径为62.5/125m，1
15、25m为包层直径，分子为纤芯直径。 通信中常用1.30m1.55m中心波段，具有2500030000GHz的带宽。,光纤（Fiber）,单模光缆主要用于长距离通信，使用激光光源（如GaAs Laser）； 多模光缆（4芯/8芯），采用普通发光二极管（如GaAs LED） ，广泛用作建筑物之间、园区主干网传输介质。,24,光纤的纤芯用来传导光波，包层有较低的折射率。当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角。如果折射角足够大，就会出现全反射，光线碰到包层时就会折射回纤芯，这个过程不断重复，光就会沿着光纤传输下去。,光纤的传输原理,25,无线介质,无线电波可分为短波和微波。短
16、波信号频率较低，传输时通信质量较差。微波是一种频率很高的电磁波，计算机网络中使用的无线介质主要是微波 根据微波传输距地面的远近可分为地面微波信道和空间微波信道 地面微波信道：地面微波一般按直线传输，受各种因素的影响，微波在传输时也有不同程度的衰减和损耗，因此，在远距离传输时，要在微波信道的两个端点之间建立若干个中继站“接力”，信息就被从发送端传输到接收端。地面微波信道常用于电缆(或光缆)铺设不便的特殊地理环境或作为地面传输系统的备份和补充,26,地面微波信道,地面站之间的直线线路,微波传送塔,微波在地面的直线传输距离与微波收发天线的高度有关，天线越高传输距离就越远。地面微波信道中继器间距离一般
17、为40-60km 微波的频率范围为300MHz300GHz，主要使用的是2GHz40GHz的频率范围 特点：频带宽、信道容量大、初建费用低、建设速度快、应用范围广，在互连网中微波信道有时与有线介质混用。,27,空间微波信道：主要是指卫星信道。实际上是使用人造地球同步卫星作为中继器构成的微波信道。通信卫星通常被定位在几万公里(如36,000公里)高空，卫星作为中继器可使信息的传输距离很远，覆盖范围达18000km。卫星通信已被广泛用于远程计算机网络中（VSAT），如手机手提移动通信。,与地面站相对固定位置 使用3个卫星覆盖全球,空间微波信道卫星信道,28,红外线通信：收发设备必须处于可视线范围内
18、，有很强的方向性，因此，防窃取能力强。但由于它们的频率太高，对环境因素（如天气）较为敏感，因而只能在室内和近距离使用 蓝牙：采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。,其他无线通信方式,29,地理信息系统(Geographic Information System),30,GIS,GIS 是一个基于数据库管理系统（DBMS）的管理空间对象的信息系统。 从技术和应用的角度， GIS 是解决空间问题的工具、方法和技术； 从学科的角度， GIS 是在地理
19、学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科，具有独立的学科体系； 从功能上， GIS 具有空间数据的获取、存储、现示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能； 从系统学的角度， GIS 具有一定结构和功能，是一个完整的系统。,31,地理信息,是指与空间地理分布有关，表示地表物体和环境固有的质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图形、图象等信息的总称。 特征： 区域性：是指地理信息的定位特征，通过公共的地理基础来体现。例如，用经纬网坐标来识别空间位置，并指定特定的区域； 多维性：是指在一个坐标位置上具有多个专题和属性信息。例如，在一个地面点上，可取得高程、污染、交通等多种信息；
20、动态性：是指地理信息的动态变化特征，即时序特性。常以时间尺度划分成不同时间段信息。这就要求及时采集和更新地理信息，并根据多时相数据和信息来寻找时间分布规律，进而对未来作出预测和预报。,32,GIS的组成,33,GIS硬件配置,主机 存储设备 外围设备 数字化仪器 扫描仪,34,GIS软件,35,GIS数据库系统,空间数据：表现地理空间实体的位置、大小、形状、方向以及几何拓扑关系，由点、线、面组成。数据表达可采用矢量和栅格两种形式。 非空间数据：即属性数据，表现了空间以外的其他属性特征，主要是对空间数据的说明。如一个城市点,它的属性数据有人口、GDP、绿化率等描述指标。 矢量结构：是既有方向又有大小的线元,矢量以线为单位,如CAD所作出的图形便是矢量图形。 栅格结构：是一种点阵结构,由栅格所构建的图形是以点为单位的位图,如bmp,photoshop等所做出的图形就是位图。 矢量图可以转换为位图,但位图通常情况不能转换为矢量图.,36,GIS组成中的“人”,人是地理信息系统中重要的构成要素，GIS不同于一幅地图，它是一个动态的地理模型，仅有系统软硬件和数据还不能构成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善以及应用程序开发，并采用空间分析模型提取多种信息。,