计算机网络与通信基础

计算机网络技术的发展，促进了我国信息化的发展。信息化是当今世界经济社会发展的重要因素，是我国实现现代化、工业化的关键性的一环。《计算机网络与通信基础》着眼于实际应用，具有鲜明特点，依据且不限于专业规范，分别从基本概念、专业技能素质和专业综合素质三个方面突出本课程所要具备的知识和能力；注重计算机网络与通信技术与专业结合的紧密性，为进一步深入学习研究智能化和信息化技术提供相关的知识基础。
《计算机网络与通信基础》在内容组织和编排方式上突出以下特点：
（1）按照教育部的有关精神，实施“工学结合”的人才培养模式和“岗位导向”的课程教学模式。在每一章节的一开始，给出教学基本要求，然后按知识能力要求，循序渐进地写出正文
（2）从技术现状出发，注重发展前沿。教材将保证内容的新颖性、案例的多样性和版式的创新性。力求反映计算机网络与通信技术的*成果。编写中注重内容的科学性、严谨性、先进性、实用性和针对性，与我国现有计算机网络与通信技术发展的环境紧密结合，与本科教育教学改革的理念相适应。
（3）从教学角度思考，建立立体化教材。通过图片、视频以及音频等多种多媒体技术手段，充分考虑教师教学需求，提供电子课件、实例源文件、

 

本书将计算机网络与通信和建筑相结合，由多年从事计算机网络与通信技术教学，且在建筑智能化、信息化方面具备丰富教学科研经验的教师撰写，内容简而精，以满足应用为尺度，降低难度。 本书分为理论篇和实践篇： 理论篇包括计算机网络基础知识、数据通信基础、计算机局域网、计算机广域网、网络互联技术、网络管理、计算机网络操作系统、网络规划与设计； 实践篇包括网络基础实践、网络操作系统的配置实践、局域网组网与配置。 本书可以作为本科相关专业“计算机网络与通信”课程的教材，也可作为建筑智能化技术、建筑信息技术、楼宇控制系统等相关工程技术人员、建筑弱电工程师、设计人员和管理人员学习计算机网络与通信相关知识的参考书。

目录

 

理论篇

第1章绪论

1．1计算机网络的概念

1．1．1计算机网络的定义

1．1．2计算机网络的功能

1．1．3计算机网络的特征

1．2计算机网络的分类

1．3计算机网络体系结构

1．3．1计算机网络体系结构的概念

1．3．2ISO/OSI参考模型

1．3．3TCP/IP模型

1．4计算机网络与通信技术和智能建筑与“智慧城市”

1．4．1计算机网络和智能建筑

1．4．2通信技术和智能建筑

1．4．3计算机网络与通信技术和“智慧城市”

本章小结

习题

第2章数据通信基础

2．1数据通信的基本知识

2．1．1信息、数据与信号

2．1．2信道

2．2数据传输技术

2．2．1传输方式

2．2．2模拟传输与数字传输

2．2．3模拟信号的数字化传输

2．2．4数字调制技术

2．2．5数字信号的基带传输

2．2．6信道复用

2．3数据交换技术

2．3．1电路交换

2．3．2报文交换

2．3．3分组交换

本章小结

习题

第3章计算机局域网

3．1局域网概述

3．1．1局域网的体系结构

3．1．2局域网的组成和特点

3．1．3网络拓扑结构

3．1．4介质访问控制

3．1．5局域网的相关标准

3．2常用局域网

3．2．1以太网

3．2．2令牌环网

3．2．3FDDI网

3．3高速局域网技术

3．3．1构建高速局域网的技术

3．3．2需要考虑的问题

3．4无线局域网

3．4．1无线局域网概述

3．4．2无线局域网的组网模式

3．5虚拟局域网

3．5．1虚拟局域网的概念

3．5．2虚拟局域网的分类

本章小结

习题

第4章计算机广域网

4．1广域网的基本概念

4．1．1广域网的特点

4．1．2广域网的类型

4．1．3广域网的组网方式

4．2常用的广域网技术

4．2．1公用电话交换网

4．2．2综合业务数据网

4．2．3X．25分组交换数据网

4．2．4帧中继

4．2．5数字数据网

4．2．6数字用户线

4．2．7异步传输模式

本章小结

习题

第5章网络互联技术

5．1网络互联的概念

5．1．1网络互联的类型

5．1．2网络互联的层次

5．1．3网络互联的方式

5．2网络设备选型

5．2．1网络接口卡

5．2．2集线器

5．2．3交换机

5．2．4路由器

5．2．5防火墙

5．2．6服务器

5．3网络传输介质

5．3．1双绞线

5．3．2同轴线缆

5．3．3光纤

5．3．4无线传输介质

5．4TCP/IP

5．4．1TCP/IP概述

5．4．2IP

5．4．3ARP

5．4．4网络控制信息协议

5．4．5虚拟专用网与NAT

5．4．6DHCP

5．5IPv6

5．5．1IPv6的产生背景

5．5．2IPv6的组成结构

5．5．3IPv4向IPv6的过渡技术

5．5．4IPv6的优势特点

5．6物联网

5．6．1物联网的定义

5．6．2物联网的关键技术

5．6．3物联网的特点

5．6．4物联网的发展现状和未来趋势

本章小结

习题

第6章网络管理基础

6．1网络管理的概念

6．1．1网络管理的定义

6．1．2网络管理的方式

6．1．3网络管理的结构

6．1．4网络管理系统的组成

6．2网络管理的功能和性能指标

6．2．1网络管理的功能

6．2．2网络管理系统的性能指标

6．3网络管理协议

6．3．1网络管理协议发展简介

6．3．2常见的网络管理协议

6．4网络管理的发展趋势

本章小结

习题

第7章计算机网络操作系统

7．1网络操作系统概述

7．1．1网络操作系统的定义

7．1．2网络操作系统的结构

7．1．3网络操作系统的工作模式

7．2网络操作系统的基本服务功能及其特征

7．2．1网络操作系统的基本服务功能

7．2．2网络操作系统的特征

7．3常见的网络操作系统

7．3．1Windows类

7．3．2NetWare类

7．3．3UNIX系统

7．3．4Linux系统

本章小结

习题

第8章网络规划与设计

8．1网络规划设计的意义

8．2网络规划设计的内容

8．3网络拓扑层次化结构设计

8．4网络安全系统设计

8．5网络规划设计案例

8．5．1某企业网络规划与设计

8．5．2校园网络设计方案

本章小结

习题

实践篇

第9章网络基础实践

9．1常见网络设备与连接线的认识

9．2双绞线的制作与测试

9．3常见网络测试命令使用

本章小结

习题

第10章网络操作系统的配置实践

10．1用户的创建、删除与登录

10．2FTP文件服务器配置与管理

10．3WWW网页服务器配置与管理

本章小结

习题

第11章局域网组网与配置

11．1对等网的组建与文件共享

11．2组建客户端/服务器网络

11．3交换机的配置

11．4路由器的配置

本章小结

习题

参考文献

前言
计算机网络技术的进步，促进了我国信息化的发展。信息化是当今经济与社会发展的重要趋势，是我国实现现代化、工业化关键性的一环。
建筑行业是信息知识密集型行业，计算机网络是其信息化建设中重要的组成部分。计算机网络技术有助于工程设计和人员管理，提高工程效率。建筑行业在网络技术应用方面，与其他行业有相同点，但同时也存在不同点。建筑产业网络技术应用包括以下三方面： ①构建建筑产业局域网，实现资源共享； ②建设建筑产业管理自动化办公系统，主要功能包括办公自动化管理、人事管理系统等； ③建立企业管理信息制度系统和图库管理信息系统，及时查看已完成的工作，更有效地实施建筑施工。因此，建筑业从业人员根据行业需求与规范，了解计算机网络与通信相关知识是十分必要的。
然而，计算机网络与通信技术在建筑行业的应用还存在一些问题。首先，网络技术应用普及率低，我国现有建筑施工企业的人员素质建设存在很大的差别，在发展方面存在严重不平衡问题； 其次，网络技术应用编制深度不够，只能够反映各单元项目间的关系，没有更好地体现企业网络技术的优化特点。可见，在建筑行业普及计算机网络与通信知识也十分必要。
本书可以作为建筑行业中涉及建筑智能化技术、建筑信息技术、楼宇控制系统等相关工程技术人员、建筑弱电工程师、设计人员和管理人员学习计算机网络与通信知识的参考书。
本书将计算机网络与通信和建筑相结合，由具有多年从事计算机网络与通信技术教学和建筑智能化、信息化教学经验的教师撰写，内容简而精，以满足应用为尺度，降低难度。全书分为理论篇和实践篇： 理论篇包括计算机网络基础知识、数据通信基础、计算机局域网、计算机广域网、网络互联技术、网络管理、计算机网络操作系统、网络规划与设计； 实践篇包括网络基础实践、网络操作系统的配置实践、局域网组网与配置。
本书由谢雨飞和田启川编著，谢雨飞负责全书的策划和组织工作，并编写了第1~6章，田启川编写了第7~11章。本书由山东科技大学白培瑞老师主审。
由于编者水平有限，经验不足，疏漏和不当之处在所难免，敬请专家和读者批评指正。
编者2019年3月

第3章
CHAPTER 3

计算机局域网

 

 

计算机局域网(Local Area Network，LAN)是在一个局部的地理范围内(如一个企业、学校和机关内)，面积一般是方圆几千米以内，将各种计算机、外部设备和数据库等互相连接起来组成的计算机通信网。它可以通过数据通信网或专用数据电路，与远方的局域网、数据库或处理中心相连接，构成一个较大范围的信息处理系统。
局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、扫描仪共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网严格意义上是封闭型的，可以由办公室内几台甚至成千上万台计算机组成。决定局域网的主要技术要素为网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法。
本章重点阐述局域网的相关概念、几种常用的局域网及其技术、高速局域网和无线局域网。

3．1局域网概述
3．1．1局域网的体系结构

局域网的体系结构与OSI的体系结构有很大的差异。它的体系结构只有OSI的下三层，即物理层、数据链路层、网络层，而没有第四层以上的层次。即使是下三层，也由于局域网是共享广播信道，且产品的种类繁多，涉及多种介质访问方法，所以两者存在着明显的差别。
在局域网中，物理层负责物理连接和在介质上传输比特流，其主要任务是描述传输介质接口的一些特性，这与OSI参考模型的物理层相同。
但由于局域网可以采用多种传输介质，各种介质的差异很大，所以局域网中物理层的处理过程更加复杂。通常，大多数局域网的物理层分为两个子层： 一个子层描述与传输介质有关的物理特性，另一子层描述与传输介质无关的物理特性。
在局域网中，数据链路层的主要作用是通过一些数据链路层协议，在不太可靠的传输信道上实现可靠的数据传输，负责帧的传送与控制，这与OSI参考模型的数据链路层相同。但局域网中，由于各站共享网络公共信道，因此必须解决信道如何分配，如何避免或解决信道争用，即数据链路层必须具有介质访问控制功能。又由于局域网采用的拓扑结构与传输介质多种多样，相应的介质访问控制方法也有多种，因此在数据链路功能中应该将与传输介质有关的部分和无关的部分分开。这样，IEEE 802局域网参考模型中的数据链路层划分为两个子层： 介质访问控制层(Medium Access Control，MAC)和逻辑链路控制层(Logical Link Control，LLC)。
在IEEE 802局域网参考模型中没有网络层。这是因为局域网的拓扑结构非常简单，且各个站点共享传输信道，在任意两个节点之间只有唯一的一条链路，不需要进行路由选择和流量控制，所以在局域网中不单独设置网络层，这与OSI参考模型是不同的。但从OSI的观点看，网络设备应连接到网络层的服务访问点SAP上。因此，在局域网中虽不设置网络层，但将网络层的服务访问点SAP设在LLC子层与高层协议的交界面上。
3．1．2局域网的组成和特点
一般来说，局域网由资源硬件、通信硬件、网络操作系统和通信协议组成。
1. 资源硬件
局域网中的设备可大体分为服务器、工作站、连接设备和外围设备，它们统称为资源硬件。
(1) 服务器。服务器和工作站具有提供服务与被服务的对应关系，服务器是中枢核心，通常可以进一步分为文件服务器、打印服务器和邮件服务器。服务器通常选用高档微机、专用服务器或小型计算机。
(2) 工作站。联网的计算机如果不是服务器，便称为网络工作站，简称工作站。
(3) 连接设备。连接设备是把局域网中的通信线路连接起来的各种设备的总称，这些设备包括中继器、集线器、交换机等。
(4) 外围设备。服务器连接的磁带机、绘图仪、外接硬盘等都可以作为共享的外围设备，最常见的是网络共享打印机。
2. 通信硬件
资源硬件的互联要通过通信硬件完成，通信硬件主要由网卡和通信线路组成，从网络协议的观点看，局域网的通信硬件主要是实现物理层和介质访问控制层功能，在网络节点(工作站和服务器都是网络节点)之间提供数据帧的传输通路。
(1) 网卡： 是网络接口卡的简称(Network Interface Card，NIC)，也称网络适配器。每一台接入局域网的计算机，包括工作站和服务器，都要在它的扩展槽中插入一块网卡，通过网卡上的线缆接头接入局部网络的线缆系统。
(2) 通信线路： 网络中实际进行数据传输的物理介质。
3. 网络操作系统
网络操作系统除了具有一般操作系统的功能以外，还具有网络通信相关功能。目前常见的网络操作系统有Windows系列、Linux等。
4. 通信协议
不同的拓扑结构具有不同的通信控制要求，不同的带宽要求不同的帧长，不同的传输介质决定了不同的编码方式、作用距离和工作方式(半双工、全双工)，等等，这一切细节都需要在通信协议中具体规定。
局域网一般为一个部门或单位所有，建网、维护以及扩展等较容易，系统灵活性高。其主要特点是： 
(1) 覆盖的地理范围较小，只在一个相对独立的局部范围内联，如一座或集中的建筑群内； 
(2) 使用专门铺设的传输介质进行联网，数据传输速率高(10Mbps~10Gbps)； 
(3) 通信延迟时间短，可靠性较高； 
(4) 局域网可以支持多种传输介质； 
(5) 局域网大多采用广播方式传输数据； 
(6) 便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。