2017年11月全国计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试《网络管理员(初级)》复习全书【核心讲义+历年真题详解】(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

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2017年11月全国计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试《网络管理员(初级)》复习全书【核心讲义+历年真题详解】

2017年11月全国计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试《网络管理员(初级)》复习全书【核心讲义+历年真题详解】试读:

第1部分 备考指南

第1章 计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试概述(网络管理员篇)

一、考试简介

计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试(以下简称计算机软件考试)是原中国计算机软件专业技术资格和水平考试(简称软件考试)的完善与发展。这是由国家人力资源和社会保障部、工业和信息化部领导下的国家级考试,其目的是,科学、公正地对全国计算机与软件专业技术人员进行职业资格、专业技术资格认定和专业技术水平测试。

原软件考试在全国范围内已经实施了二十年,截止2011年,累计参加考试的人数约有三百万人。该考试由于其权威性和严肃性,得到了社会及用人单位的广泛认同,并为推动我国信息产业特别是软件产业的发展和提高各类IT人才的素质做出了积极的贡献。

根据人事部、信息产业部文件(国人部发[2003]39号),计算机软件考试纳入全国专业技术人员职业资格证书制度的统一规划。通过考试获得证书的人员,表明其已具备从事相应专业岗位工作的水平和能力,用人单位可根据工作需要从获得证书的人员中择优聘任相应专业技术职务(技术员、助理工程师、工程师、高级工程师)。计算机专业技术资格(水平)实施全国统一考试后,不再进行计算机技术与软件相应专业和级别的专业技术职务任职资格评审工作。因此,这种考试既是职业资格考试,又是职称资格考试。

同时,这种考试还具有水平考试性质,报考任何级别不需要学历、资历条件,只要达到相应的技术水平就可以报考相应的级别。部分级别的考试已与日本、韩国相应级别的考试互认,以后还将进一步扩大考试互认的级别以及互认的国家。

考试合格者将颁发由中华人民共和国人力资源和社会保障部、工业和信息化部用印的计算机技术与软件专业技术资格(水平)证书。

二、考试专业与级别

根据《计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试暂行规定》(以下简称《暂行规定》)第五条规定,计算机专业技术资格(水平)考试划分为计算机软件、计算机网络、计算机应用技术、信息系统和信息服务5个专业类别,并在各专业类别中分设了高、中、初级专业资格考试,详见《计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试专业类别、资格名称和级别层次对应表》(见下)。人事部和信息产业部将根据发展需要适时调整专业类别和资格名称。

  考生可根据本人情况选择相应专业类别、级别的专业资格(水平)参加考试。

三、报考条件

凡遵守中华人民共和国宪法和各项法律,恪守职业道德,具有一定计算机技术应用能力的人员,均可根据本人情况,报名参加相应专业类别、级别的考试。

因此,计算机软件资格考试报名条件不设学历与资历条件、年龄以及专业等限制,考生可根据自己的技术水平选择合适的级别合适的资格进行报考。

注:每次考试个人只允许报考一种资格。

四、报考方式

符合《暂行规定》(即《计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试暂行规定》)第八条规定的人员,由本人提出申请,按规定携带身份证明到当地考试管理机构报名,领取准考证。凭准考证、身份证明在指定的时间、地点参加考试。

各地的报名办法由考生报考所在地的当地考试机构决定。考生相关报考费用标准由当地物价部门核准。

考生报名方式主要分为:网上报名与考生本人到指定地点报名两种。

注:报名时依据的身份证明包括:居民身份证、军人的证件、护照、户口本等。

五、报考时间

计算机专业技术资格(水平)考试原则上每年组织两次,在每年第二季度和第四季度举行。

注:各地的报名时间由考生报考所在地的当地考试机构决定。

六、考试形式与时间规定

除信息处理技术员和多媒体应用制作技术员采取笔试与上机操作考试相结合的形式外,其他各种考试都采用笔试形式。考试实行全国统一大纲、统一试题、统一时间、统一标准、统一证书的考试办法。

高级资格考试设综合知识、案例分析和论文3个科目;中级、初级资格考试设基础知识和应用技术2个科目。各级别考试均分2个半天进行。笔试安排在一天之内。上机考试将分期分批进行。

知识科目采用单项选择题,考试150分钟,考生需要用2B铅笔填涂答题卡;

应用技术科目采用问答题,考试时间150分钟;上机考试时间为150分钟;

案例分析科目采用问答题,考试时间为90分钟;论文科目考试时间为120分钟。各个科目的满分均为75分。

七、网络管理员考试科目设置(1)计算机与网络基础知识,考试时间为l50分钟,笔试,选择题;(2)网络系统的管理与维护,考试时间为150分钟,笔试,问答题。

八、考试目标

通过本考试的合格人员能够进行小型网络系统的设计、构建、安装和调试,中小型局域网的运行维护和日常管理;根据应用部门的需求,构建和维护Web网站,进行网页制作;具有助理工程师(或技术员)的实际工作能力和业务水平。

九、网络管理员考试要求(1)熟悉计算机系统基础知识;(2)熟悉数据通信的基本知识;(3)熟悉计算机网络的体系结构,了解TCP/IP协议的基本知识;(4)熟悉常用计算机网络互连设备和通信传输介质的性能、特点;(5)熟悉Internet的基本知识和应用;(6)掌握局域网技术基础;(7)掌握以太网的性能、特点、组网方法及简单管理;(8)掌握主流操作系统的安装、设置和管理方法;(9)熟悉DNS、WWW、MAIL、FTP和代理服务器的配置和管理;(10)掌握Web网站的建立、管理与维护方法,熟悉网页制作技术;(11)熟悉综合布线基础技术;(12)掌握交换机和路由器的基本配置;(13)熟悉计算机网络安全的相关问题和防范技术;(14)了解计算机网络有关的法律、法规,以及信息化的基础知识;(15)了解计算机网络的新技术、新发展;(16)正确阅读和理解本领域的简单英文资料。

十、指定书目

考试大纲——《网络管理员考试大纲与培训指南(2009版)》  清华大学出版社

指定教材——《网络管理员教程(第四版)》  清华大学出版社

十一、考试内容(网络下载资源)考试科目1:计算机与网络基础知识

一、计算机系统知识

1.1 硬件知识

1.1.1 计算机结构

·计算机组成

◆运算器

◆控制器

◆存储器

◆存储器

◆I/O部件

·指令系统

◆指令

◆寻址方式

◆CISC、RISC

·多处理器

◆紧耦合系统、松耦合系统

◆阵列处理机

◆双机系统

◆同步

·处理器性能

1.1.2 存储器

·存储介质(半导体存储器、磁存储器、光存储器)

·存储系统

·主存与辅存

·主存类型,主存容量和性能

·主存配置(主存奇偶校验、交叉存取、多级主存、主存保护系统)

·高速缓存

·辅存设备的性能和容量计算

1.1.3 输入输出结构和设备

·I/O接口(中断、DMA、通道、SCSI、并行接口、通用接口总线、RS-232、IEEE1394

·红外线接口、输入输出控制系统、通道)

·输入输出设备类型和特性

1.1.4 嵌入式系统基础知识

1.2 操作系统知识

1.2.1 基本概念

·操作系统定义、特征、功能及分类(批处理、分时、实时、网络、分布式)

·多道程序

·内核和中断控制

·进程和线程

1.2.2 处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、作业管理

·进程的状态及转换

·进程调度算法(分时轮转、优先级、抢占0

·死锁

·存储管理方案(分段与分页、虚存、页面置换算法)

·设备管理的有关技术(Spooling、缓冲、DMA、总线、即插即用技术)

·文件管理

·共享和安全(共享方式、可靠性与安全、恢复处理、保护机制)

·作业的状态机转换

·作业调度算法(先来先服务、短作业优先、高响应比优先)

1.3 系统配置方法

1.3.1 系统架构模式(2层、3层及多层C/S和B/S系统)

·系统配置方法(双机、双工、热备份、哦那个错、紧耦合多处理器、松耦合多处理器)

·处理模式(集中式、分布式、批处理、实时系统、Web计算、移动计算)

1.3.2 系统性能

·性能设计(系统调整、响应特性)

·性能指标、性能评估(基测试准、系统监视器)

1.3.3 系统可靠性

·可靠性计算(MTBF、MTTR、可用性、故障率)

·可靠性设计(失效安全、软失效、部件可靠性及系统可靠性的分配及预估)

·可靠性指标和可靠性评估,RAS(可靠性、可用性和可维护性)

二、系统开发和运行基础知识

2.1 系统开发基础知识

2.1.1 需求分析和设计方法

·需求分析

·结构化分析设计

·面向对象设计

·模块设计、I/O设计、人机界面设计

2.1.2 开发环境

·开发工具(设计工具、编程工具、测试工具、CASE)

·集中开发环境

2.1.3 测试评审方法

·测试方法

·评审方法

·测试设计和管理方法(注入故障、系统测试)

2.1.4 项目管理基础知识

·制定项目计划

·质量计划、管理和评估

·过程管理(PERT图、甘特图、工作分解结构、进度控制、关键路径)

·配置管理

·人员计划和管理

·文档管理(文档规范、变更手续)

·开发组织和作用(开发组成员、项目经理)

·成本管理和风险管理

2.1.5 系统可审计性

·审计方法、审计跟踪

·在系统中纳入和可审计性

2.2 系统运行和维护知识

2.2.1 系统运行

·系统运行管理(计算机系统、网络)

·系统成本管理

·系统运行(作业调度、数据I/O管理、操作手册)

·用户管理(ID注册和管理)

·设备和设施管理(电源、空调设备、设备管理、设施安全和管理)

·系统故障管管理(处理手续、监控、恢复过程、预防措施)

·安全管理

·性能管理

·系统运行工具(自动化操作工具、监控工具、诊断工具0

·系统转换(转入运行阶段、运行测设、版本控制)

·系统运行服务标准

2.2.2系统维护

·维护的类型(完善性维护、纠错性维护、适应性维护、预防性维护)

·维护的实施(日常检查、定期维护、预防性维护、事后维护、远程维护)

·硬件维护,软件维护,维护合同

三、网络技术

3.1 网络体系结构

·网络拓扑结构

·OSI/RM

·应用层协议(FTP 、TELNET、 SNMP 、DHCP 、POP、 SMTP 、HTTP)

·传输层协议(TCP、UDP)

·网络层协议(IP地址、子网掩码)

·数据链路层协议(ARP、RARP、PPP、SLIP)

·物理地址(单薄、多播、广播)

3.2 编码和传输

3.2.1 调制和解码

·AM、FM、PM、QAM

·PCM、抽样

3.2.2 传输技术

·通信方式(单工/半双工/双工、串行/并行、2线/4线)

·差错控制(CRC、海明码、奇偶校验、比特出错率)

·同步控制(起停同步、SYN同步、标志同步、帧同步)

·多路复用(FDM、TDM、WDM)

·压缩和解压方法(JPEG、MPEG、MH、MR、MMR、游程长度)

3.2.3  传输控制

·竞争系统

·轮询/选择系统

·基本规程、多链路规程、传输控制字符、线路控制

·HDLC

3.2.4 交换技术

·电路交换

·存储转发

·分组交换

·ATM交换

·帧中继

3.2.5 公用网络和租用线路

3.3 网络

3.3.1 网络分类

·按地址分类(LAN、MAN、WAN)

·按服务分类(因特网、企业内部网)

·按传输媒介分类(电话、数据、视像)

·按电信网分类(驻地、接入、骨干)

3.3.2 LAN

·LAN拓扑(总线型、星型、环型)

·访问控制系统(CSMA/CD、令牌环、令牌总线)

·LAN间的连接、LAN-WAN的连接、对等连接、点对点连接

·高速LAN技术(千兆以太网)

·无线LAN

3.3.3 MAN常用结构

3.3.4 WAN与远程传输服务

·租用线路服务、线路交换服务、分组交换服务

·ISDN、VPN、帧中继、ATM、IP连接服务

·卫星通信服务、移动通信服务、国际通信服务

3.3.5 因特网

·因特网概念(网际互联设备、TCP/IP、IP路由、DNS、代理服务器)

·电子邮件(协议、邮件列表)

·Web(HTTP、浏览器、URL、HTML、XML)

·文件传输(FTP)

·搜索引擎(全文搜索、目录搜索、智能搜索)

·QoS、CGI、VoIP

3.3.6 接入网与接入技术

3.3.7 网络性能

·有关线路性能的计算(传输速度、线路利用率、线路容量、通信量、流量设计)

·性能评估

·排队论的应用

3.4 网络通信设备

3.4.1 传输介质和通信电缆

·有线/无线介质(双绞线、同轴电缆、光线;无线电波、光、红外线)

·分配线架(IDF)、主配线架(MDF)

3.4.2 各类通信设备

·线路终端设备、多路设备、交叉设备、转换设备

·线路连接设备(调制解调器、DSU、NCU、TA、CCU、PBX)

3.5 网络连接设备

·网际连接设备(网关、网桥、生成树网桥、源路由网桥、路由器、中继器、集线器、交换机)

3.6 网络软件系统

3.6.1 网络操作系统

·网络操作系统的功能、分类和特点

·网路设备驱动程序(ODL、NDIS)

·网络通信的系统功能调用(套接字API)

·RPC

·IP Monitor

·分布式文件系统

·网络设备功能

3.6.2 网络管理

·网络管理的功能域(安全管理、配置管理、故障管理、性能管理、计费管理)

·网络管理协议(CMIS/CMIP、SNMP、RMON、MIB-II)

·网络管理工具(ping、traceroute、NetXray、Analyzer、Sniffer)

·网络管理平台(OpenView、netView、SunNet、Manager)

·分布式网络管理

3.6.3 网络应用与服务

·WWW

·FTP文件传输

·电子邮件

·Telnet

·信息检索

·视频点播

·网络会议

·远程教育

·电子商务

·电子政务

·CSCW和群件

四、网络安全

4.1 安全计算

4.1.1 保密性和完整性

·私钥和公钥加密标准(DES、IDEA、RSA)

·认证(数字签名、身份认证)

·完整性(SHA、MD5)

·访问控制(存取权限、口令0

4.1.2 非法入侵和病毒的防护

·防火墙

·入侵检测

·VPN、VLAN

·安全协议(IPSec、SSL、ETS、PGP、S-HTTP、TLS)

·硬件安全性

·计算机病毒防护

4.1.3 可用性

·文件的备份和恢复

4.1.4 安全保护

·个人信息控制

·匿名

·不可跟踪性

4.1.5  LAN安全

·网络设备可靠性

·应付自然灾害

·环境安全性

·UPS

4.2 风险管理

4.2.1 风险分析和评估

4.2.1 应付风险的对策

·风险预防(风险转移、风险基金、计算机保险)

·意外事预案(意外事故类别、应付意外事故的行动预案)

4.2.3 内部控制

·安全规章制度

·安全策略和安全管理

五、标准化知识

5.1 标准的制订和获取

5.1.1 标准的制订和获取过程

5.1.2 环境和安全性评估标准化

5.2 信息系统基础设施标准化

5.2.1 标准

·国际标准(ISO、IEC)与美国标准(ANSI)

·国家标准(GB)

·行业标准与企业标准

5.2.2 开放系统(X/Open、OSF、POSIX)

5.2.3 数据交换标准(EDIFACT、STEP、XML)

5.2.4 安全性标准

·信息系统安全措施标准

·计算机防病毒标准

·计算机防非法访问标准

·CC标准

·BS7799标准

5.3 标准化组织

·国际标准化组织(ISO、IEC、IEIT、IEEE、IAB、W3C)

·美国标准化组织

·欧洲工业标准化组织

·中国国家标准化委员会

六、信息化基础知识

·信息化意识

·全球信息化趋势、国家信息化战略、企业信息化战略和策略

·企业信息资源管理基础知识

·互联网相关的法律、法规知识

·个人信息保护规则

七、计算机英语

·掌握计算机技术的基本词汇

·能正确阅读和理解计算机领域的英文资料考试科目2:网络系统设计与管理

一、网络系统的设计和构建

1.1 网络系统的需求定义

1.1.1 应用需求分析

·应用需求的调研(应用系统性能、信息产生和接收点、数据量和频度、数据类型和数据流向)

·网络应用的分析

1.1.2 现有网络系统分析

·现有网络体系结构调研(服务器的数量和位置、客户机的数量和位置、同时访问的数量、每天的用户数,每次使用的时间、每次传输的数据量、网络拥塞的时间段、采用的协议、通信模式)

·现有网络体系结构分析

1.1.3 需求定义

·功能需求(待实现的功能)

·通信需求(期望的通信模式)

·性能需求(期望的性能)

·可靠性需求(期望的可靠性)

·安全需求(安全性标准)

·维护和运行需求(运行和维护的费用)

·管理需求(管理策略)

1.2 网络系统的设计

1.2.1 技术和产品的调研评估

收集信息

采用的技术和产品的比较研究

采用的技术和设备的比较要点

1.2.2 网络系统的设计

·确定协议

·确定拓扑结构

·确定连接(链路的通信性能)

·确定结点(结点的处理能力)

·确定网络的性能(性能模拟)

·确定可靠性措施

·确定安全性措施(安全措施的调研、实现安全措施的技术和设备的评估)

·网络设备的选择,制订选择标准(成本、性能、容量、处理器、延迟),性能指标的一致性,高级测试的必要性,互连性的确认

1.2.3 新闻网络业务的运营计划

·业务过程的确认

·安装计划

·转换到新网络的计划

1.2.4 设计评审

1.3 网络系统的构建和测试

1.3.1 安装工作

·事先准备

·过程监督

1.3.2 测试和评估

·连接测试

·安全性测试

·性能测试

1.3.3 转换到新网络的工作计划

二、网络系统的运行、维护管理、评价

2.1 网络系统的运行和维护

2.1.1 用户措施

·用户管理、用户培训、用户协商

2.1.2 制订维护和升级的策略和计划

·确定策略

·设备的编址

·审查的时间

·升级的时间

2.1.3 维护和升级的实施

·外部合同要点

·内部执行要点

2.1.4 备份和数据恢复

·数据的存储与处置

·备份

·数据恢复

2.1.5 网络系统的配置管理

·设备管理

·软件

·网络配置图

2.2 网络系统的管理

2.2.1 网络系统的监视

·网络管理协议(SNMP、MIB-2、RMON)

·利用工具监视网络性能(LAN监视器)

·利用工具监视网络故障

·利用工具监视网络安全(入侵检测系统)

·性能监视的检查点

·线路故障检查点

·安全监视的检查点

2.2.2 故障恢复分析

·故障分析要点(LAN监控程序)

·排除故障要点

·故障报告撰写要点

2.2.3 系统性能分析

·系统性能分析要点

2.2.4 危害安全的对策

·危害安全情况分析(调查损失情况,收集安全信息,查找原因)

·入侵检测要点

·对付计算机病毒的要点(查杀病毒措施)

2.3 网络系统的评价

2.3.1 系统评价

·系统能力的限制

·潜在问题分析

·系统评价要点

2.3.2. 改进系统的建议

·系统生命周期

·系统经济效益

·系统的可扩充性

·建议改进系统的要点

三、网络系统实现技术

3.1 网络协议

·商用网络协议(SNA/APPN、IPX/SPX、AppleTalk、TCP/IP)

·商用协议(XML、CORBA、COM/DCOM、EJB)

·Web服务(WSDL、SOAP、UDDI)

3.2 可靠性设计

·硬件高可靠性技术

·软件高可靠性技术

·系统维护高可靠性技术

·容错技术

·通信质量

3.3 网络设施

3.3.1  xDSL调制解调器

3.3.2  ISDN路由器

·接口功能(非通信控制功能、NAT功能)

3.3.3  FRAD(幁装配/拆装)、CLAD(信元装配/拆装)

3.3.4 远程访问服务器

·功能和机制

3.3.5 办公室个人手持系统(PHS)

·数字无绳电话的功能特性

3.3.6 中继式HUB

3.3.7 L2、L3、L4及多层交换机功能和机制

3.3.8 IP路由器功能和控制

3.3.9 虚拟网(功能与机制)

3.3.10 与其他协议的共存(多协议路由器、IP隧道)

3.4 网络应用服务

3.4.1 地址服务

·机制、DHCP、IPv6(机制和传输技术)

3.4.2 DNS(功能和机制)

·域名、FQDN

3.4.3 电子邮件(功能、机制)

·SMTP、POP、MIME、IMAP4、LDAP

·邮件列表

·Web Mail

3.4.4 电子新闻(功能和机制、NNTP)

3.4.5  Web服务(功能和机制、HTTP)

3.4.6 负载分布(Web交换)

3.4.7 电子身份验证(功能、机制、认证授权、电子证书)

3.4.8 服务机制

·服务供应商、供应商漫游服务、拨号IP连接、CATV连接、Ip电话、因特网广播和组播、电子商务、电子政务、移动通信、EZweb、主机服务提供者、EDI(规则、表单、Web EDI)、B2B、B2C、ASP、数据中心

四、网络新技术

4.1 光纤网

·ATM-PDS、STM-PDS

·无源光网PON(APON   、EPON)4.2 无线网

·移动电话系统(WLL、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA)

·高速固定无线接入(FWA)

·802.11a  802.11b 802.11g

·微波接入(MMDS、LMDS)

·卫星接入

·蓝牙接入

4.3 主干网

·IPoverSONET/SDH     IpoverOptical

4.4 通信服务

·全天候IP连接服务(租用线路IP服务)

·本地IP网(NAPT)

·Ipv6

4.5 网络管理

·基于TMN的网路管理

·基于CORMBA的网络管理

4.6 网格结算

第2章 网络管理员考试复习技巧

一、解题的步骤

1.把握题意

根据问题的描述,确定问题的已知条件和隐含条件,并了解算法(程序)要达到的目的,窥测出题者的用意。这是至关重要的一步,是对题目的整体把握。准确的讲,这一步就要知道输入是什么,又得到什么样的输出结果。

2.快速确定算法

每个题目的题干都有详细的描述,通过对描述的分析,要确定题目应该属于哪种类型的题,用到了哪一类数据结构以及相应的算法。有些题目可能不属于任何数据结构,则它可能与某类算法有关;但也有一些算法纯粹是数学方法。

3.带着问题阅读程序

阅读和分析程序结构时,如果有很多子函数,首先弄清楚各函数之间的关系和各函数的作用,如果程序较长,则应该根据算法过程,把每个程序段与算法的每个过程对应起来,确定相应的程序段功能。在程序中,已经定义了某些变量,则在理解程序时,首先必须理解这些变量的含义。找到算法思想的核心程序段及主函数,重点阅读。

4.根据具体的语言填空

区分结构化程序设计语言和面向对象的程序设计语言的不同,由于C++与Java比较接近,有时容易搞混。要区分是语法填空还是算法填空。

二、解题的方法与技巧

1.勇往直前

进入下午的考试,会有些许疲劳的感觉,尤其当看到题干很长、算法较复杂的题时,就有想回避或焦虑、急躁的情绪。这是典型的“两军未战,兵先屈”的败兴思绪。要知道两对手相遇勇者胜,勇者相遇智者胜。抛开所有不必要的想法,相信自己的实力,做到心无旁鹜,勇往直前。

2.审清题干

题干包含了整个题目的条件和要求,但也有很多提示信息在程序的“注释”当中;若题干比较复杂,就要注意将题干“分段”来阅读,前后注意衔接,必要时在草稿纸上记录下关键数据。有时候题干很长,看似很复杂,让很多人望而却步。其实,这种题更好解,因为题干长了预示着题目的提示信息相应的多了,此时,主要是考你有没有勇气和耐心。

3.巧读程序

要从主函数开始,再到子函数(过程),整体阅读两遍,找出各部分功能,对照题干的算法要求,然后再定位填空。

4.巧妙填空

填空时要注意整体观念,因为有些空的答案在后面有提示。通常比较集中的填空,不容易填,往往这是题目的核心算法所在。比较分散的空通常是对语法的填空。

三、总结

常言道“熟能生巧”、“打铁还得本身硬”,再好的方法与技巧若没有基础,是发挥不了作用的;如若有了一定的功底,再差的招式也会产生很大的威力,就像金庸小说中杨过的那柄钝剑。网络管理员考试的难度较大,下午题要求网络系统的搭建以及在其过程中的参数配置、网络安全知识非常熟练;如果只看不练,不会有提高。建议大家多做模拟试题和历年试题,锻炼解题的能力与节奏。

第2部分 核心讲义

第1章 计算机网络概述

1.1 数据通信基础

一、数据通信的基本概念

1.数据信号

数据可分为模拟数据与数字数据两种。图1-1 模拟信号和数字信号(1)模拟信号

①定义

在通信系统中,表示模拟数据的信号称作模拟信号。

②特点

a.在时间、幅度取值上都是连续的。

b.电平随时间连续变化。

③应用

a.话音。

b.模拟传感器接收到的信号(如温度、压力、流量等)。

④图像显示如图1-1(a)。(2)数字信号

①定义

在通信系统中,表示数字数据的信号称作数字信号。

②特点

a.在时间上是离散的。

b.在幅值上是经过量化的。

c.一般是由二进制代码0、1组成的数字序列。

③应用

计算机中传送的就是典型的数字信号。

④图像显示如图1-1(b)。(4)几个重要的术语

①调制

调制指利用现有的模拟线路传输数字信号,必须将数字信号转化为模拟信号的过程。

②解调

解调指在另一端,将接收到的模拟信号还原成数字信号的过程。

③调制解调器(Modem)

进行调制和解调的设备。

④模拟信号数字化的过程

a.采样

用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号,也就是在时间上将模拟信号离散化。

b.量化

用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值,把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。

c.编码

按照一定的规律,把量化后的值用二进制数字表示,然后转换成二值或多值的数字信号流。

这样得到的数字信号可以通过电缆、光纤、微波干线、卫星通道等数字线路传输,上述数字化的过程又称为脉冲编码调制。

2.信道(1)定义

信息传输的必经之路称为“信道”。(2)分类

①物理信道

用来传送信号或数据的物理通路,网络中两个节点之间的物理通路称为通信链路,物理信道由传输介质及有关设备组成。

②逻辑信道

逻辑信道也是一种通路,但在信号收、发点之间并不存在一条物理上的传输介质,而是在物理信道的基础上,由节点内部或节点之间建立的连接来实现的。通常把逻辑信道称为“连接”。(3)信道与电路的区别

信道一般都是用来表示向某一个方向传送数据的媒体,一个信道可以看成是电路的逻辑部件,一条电路至少包含一条发送信道或一条接收信道。

注意:进行数据终端设备之间的通信的传输电磁波信号的电路,这里所说的电路既包括有线电路,也包括无线电路。

3.数据通信模型

图1-2所示的是数据通信系统的基本模型。远端的数据终端设备(Data Terminal Equipment,DTE)通过数据电路与计算机系统相连。图1-2 数据通信系统模型(1)数据电路

①组成

数据电路由通信信道和数据通信设备(Data Communication Equipment,DCE)组成。

②DCE的作用

a.如果通信信道是模拟信道, DCE的作用就是把DTE送来的数字信号变换为模拟信号再送往信道,信号到达目的节点后,把信道送来的模拟信号变换成数字信号再送到DTE。

b.如果通信信道是数字信道,DCE的作用就是实现信号码型与电平的转换、信道特性的均衡、收发时钟的形成与供给以及线路接续控制等。(2)数据通信存在的问题及解决办法

①存在问题

传统电话通信必须有人直接参与,摘机拨号,接通线路,双方都确认后才开始通话,通话过程中有听不清楚的地方还可要求对方再讲一遍,等等。数据通信也必须解决这类问题。

②解决办法

由于数据通信没有人直接参与,所以通过对传输过程按一定的规程进行控制,包括通信线路的连接、收发双方的同步、工作方式的选择、传输差错的检测与校正、数据流的控制以及数据交换过程中可能出现的异常情况的检测和恢复来解决这些问题,从而使双方能协调可靠地工作。

4.数据通信方式

根据所允许的传输方向,数据通信方式可分成以下三种:(1)单工通信

数据只能沿一个固定方向传输,即传输是单向的,如图1-3(a)所示。(2)半双工通信

允许数据沿两个方向传输,但在同一时刻信息只能在一个方向上传输,如图1-3(b)所示。(3)双工通信

允许信息同时沿两个方向传输,这是计算机通信常用的方式,可大大提高传输速率,如图1-3(c)所示。图1-3 数据通信方式

二、数据传输

1.数据传输的方式(1)并行传输与串行传输

①并行传输

a.定义

数据以成组的方式,在多条并行信道上同时进行传输。

b.原理

将构成一个字符代码的几位二进制码分别在几个并行信道上进行传输。

c.优点

收、发双方不存在字符的同步问题,不需要另加“起”、“止”信号或其他同步信号来实现收、发双方的字符同步。

d.缺点

必须有并行信道,这往往带来了设备或实施条件上的限制,因此,实际应用受限。

②串行传输

a.定义

数据流以串行方式,在一条信道上传输。

b.原理

一个字符的8个二进制代码,由高位到低位顺序排列,再接下一个字符的8位二进制码,这样串接起来即形成串行数据流传输。

c.优点

串行传输只需要一条传输信道,易于实现,是目前采用的一种主要的传输方式。

d.缺点

存在收、发双方如何保持码组或字符同步的问题,这个问题不解决,接收方就不能从接收到的数据流中正确地区分出一个个字符,传输将失去意义。对于码组或字符的同步问题,目前有两种不同的解决办法,即异步传输方式和同步传输方式。(2)异步传输与同步传输

①异步传输

a.原理

一般以字符为单位,不论所采用的字符代码长度为多少位,在发送每一字符代码时,前面均加上一个“起”信号,其长度规定为1个码元,极性为“0”,即空号的极性;字符代码后面均加上一个“止”信号,其长度为1或2个码元,极性皆为“1”,即与信号极性相同,加上起、止信号的作用就是为了能区分串行传输的“字符”,也就实现了串行传输收、发双方码组或字符的同步。

b.优点

实现简单,收发双方的时钟信号不需要严格同步。

c.缺点

每一个字符都需加入起、止码元,使传输效率降低,故适用于1200bps以下的低速数据传输。

②同步传输

a.原理

以同步的时钟节拍来发送数据信号,因此在一个串行的数据流中,各信号码元之间的相对位置都是固定的(即同步的)。接收端为了从收到的数据流中正确地区分出一个个信号码元,首先必须建立准确的时钟信号。

b.优点

数据的发送一般以组(帧)为单位,一组数据包含多个字符收发之间的码组或帧同步,是通过传输特定的传输控制字符或同步序列来完成的,传输效率较高。

2.数据传输的形式(1)基带传输

①定义

在信道上直接传输基带信号的方式称为基带传输,它是指在通信电缆上原封不动地传输由计算机或终端产生的数字脉冲信号。

②特点

a.一个信号的基本频带可以从直流成分到数兆赫,频带越宽,传输线路的电容电感等对传输信号波形衰减的影响越大。

b.传输距离一般不超过2km,超过时则需加中继器放大信号,以便延长传输距离。

c.基带信号绝大部分是数字信号,计算机网络内往往采用基带传输。(2)频带传输

①定义

将基带信号转换为频率表示的模拟信号来传输的方式。

②应用

使用电话线进行远距离数据通信,需要将数字信号调制成音频信号再发送和传输,接收端再将音频信号解调成数字信号。

③作用

采用频带传输时,要求在发送和接收端安装调制解调器,这不仅实现了数字信号可用电话线路传输,而且可以实现多路复用,从而提高了信道利用率。(3)宽带传输

①定义

将信道分成多个子信道,分别传送音频、视频和数字信号的方式。

②特点

a.宽带传输是基于传输介质频带宽度较宽的信息传输方式,通常为300~400MHz。

b.系统设计时将此频带分割成几个子频带,采用“多路复用”技术。

③宽带传输较基带传输具有的优点

a.能在一条信道中传输声音、图像和数据信息,使系统具有多种用途。

b.一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道,实现多路复用,因此信道的容量大大增加。

c.宽带传输的距离比基带远,因为基带传输直接传送数字信号,传输的速率越高,能够传输的距离越短。

3.速率(1)比特率

①定义

比特率是指单位时间内所传送的二进制码元的有效位数,以每秒多少比特数计,即bps。

②码元

码元是对于网络中传送的二进制数字中每一位的通称,也常称作“位”或b。例如1010101,共有7位或7b。(2)信道带宽

模拟信道的带宽如图1-4所示,信道带宽W=f-f,其中,f是信211道能通过的最低频率,f是信道能通过的最高频率,两者都是由信道2的物理特性决定的。为了使信号传输中的失真小些,信道要有足够的带宽。图1-4 模拟信道的带宽(3)波特率

数字信道是一种离散信道,它只能传送取离散值的数字信号。信道的带宽决定了信道中能不失真地传输的脉冲序列的最高速率。

①码元

一个数字脉冲称为一个码元。

②码元速率(波特率)

码元速率表示单位时间内信号波形的变换次数,即单位时间内通过信道传输的码元个数。若信号码元宽度为T秒,则码元速率B=1/T。码元速率的单位叫波特(Baud)。

注意:此处码元可以是二进制的,也可以是多进制的。

③波特率N和比特率R的关系

R=N logM,当码元为二进制时M为2;码元为四进制时M为4,2依此类推。如果波特率为600Baud,在二进制时,比特率为600bps,在八进制时为1800bps。(4)奈奎斯特定理

①定义

1924年,贝尔实验室的研究员亨利·奈奎斯特(Harry Nyquist)就推导出了有限带宽无噪声信道的极限波特率,称为奈奎斯特定理。

②最大码元速率公式表示

若信道带宽为W,则最大码元速率为:B=2W(Baud)。

③延伸

奈奎斯特定理指定的信道容量也叫做奈奎斯特极限,由信道的物理特性所决定。超过奈奎斯特极限传送脉冲信号不可能,所以要进一步提高波特率,须改善信道带宽。码元携带的信息量由码元取的离散值个数决定。若码元取两个离散值,则一个码元携带1比特(b)信息。若码元可取4种离散值,则一个码元携带两比特信息,即一个码元携带的信息量n(比特)与码元的种类数N的关系为:n=logN。在2一定的波特率下提高速率的途径是用一个码元表示更多的比特数。如果把两比特编码为一个码元,则数据速率可成倍提高,即:R=B logN=2W logN(bps)其中,R表示数据速率,单位是每秒位(bit 22per second),简写为bps或b/s。(5)香农(Shannon)定理

①背景

奈奎斯特定理是在无噪声的理想情况下的极限值。实际信道会受到各种噪声的干扰,因而远远达不到按奈奎斯特定理计算出的数据传送速率。

②内容

香农的研究表明,有噪声信道的极限数据速率为:

其中,W为信道带宽,S为信号的平均功率,N为噪声平均功率,为信噪比。由于在实际使用中S与N的比值太大,故常取其分贝数(dB)。分贝与信噪比的关系为:

例如当时,信噪比为30dB。该公式与信号取的离散值个数无关,即无论用什么方式调制,只要给定信噪比,则单位时间内最大的信息传输量就确定了。

③举例

信道带宽为3000Hz,信噪比为30dB,则最大数据速率为:C=3000 log(1+1000)≈3000×9.97≈30000 bps,此为极限值,只有2理论上的意义。实际上,在3000 Hz带宽的电话线上,数据速率能达到9600bps就很不错了。(6)误码率

①定义

信息传输的错误率,是衡量系统可靠性的指标。

②衡量标准

以接收信息中错误比特数占总传输比特数的比例来度量,通常应-6低于10。

三、数据编码

在计算机中,数据是以离散的二进制比特流方式表示的,称为数字数据。计算机数据在不同的信道中传输要采用不同的编码方式。

1.模拟数据编码

调制可将计算机中的数字数据在网络中用模拟信号表示,或称波行变换,即进行频谱变换,将数字信号的频谱变换成适合于在模拟信道中传输的频谱。最基本的调制方法如下:(1)调幅AM(Amplitude Modulator)  

①定义

载波的振幅随着基带数字信号而变化,例如数字信号1用有载波输出表示,数字信号0用无载波输出表示,如图1-5(a)所示。

②别名

幅移键控(Amplitude Shift Keying,ASK)。

③特点

信号容易实现,技术简单,但抗干扰能力差。(2)调频FM(Frequency Modulator)

①定义

载波的频率随着基带数字信号而变化,例如数字信号1用频率f1表示,数字信号0用频率f表示,如图1-5(b)所示。2

②别名

频移键控(Frequency Shift Keying,FSK)。

③特点

信号容易实现,技术简单,抗干扰能力较强。(3)调相PM(Phase Modulator)

①定义

载波的初始相位随着基带数字信号而变化,例如数字信号1对应于相位180°,数字信号0对应于相位0°,如图1-5(c)所示。

②别名

相移键控(Phase Shift Keying,PSK)。

③特点

抗干扰能力较强,但信号实现的技术比较复杂。图1-5 基带数字信号的调制方法

2.数字数据编码(1)不归零编码(Non-Return-Zero,NRZ)

①内容

用低电平表示二进制0,用高电平表示二进制1,如图1-6(a)所示。

②缺点

无法判断每一位的开始与结束,收发双方不能保持同步。为保证收发双方同步,必须在发送不归零编码的同时用另一个信道传送同步信号。(2)曼彻斯特编码(Manchester Encoding)

不用电平的高低表示二进制,而用电平的跳变来表示。每一个比特的中间均有一个跳变,该跳变作为时钟信号和数据信号。电平从高到低的跳变表示二进制1,从低到高的跳变表示二进制0,如图1-6(b)所示。(3)差分曼彻斯特编码(Differential Manchester Encoding)

对曼彻斯特编码进行了改进,每比特中间的跳变仅做同步用,每比特的值根据其开始边界是否发生跳变来决定。每比特的开始,无跳变表示二进制1,有跳变表示二进制0,如图1-6(c)所示。图1-6 数字信号的编码(4)曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码

①二者的优点

无须另发同步信号,是数据通信中最常用的数字信号编码方式。

②二者的缺点

编码效率低,如果传送10Mbps的数据,将需要20MHz的脉冲。

四、多路复用技术

多路复用技术指为充分利用传输媒介,在一条物理线路上建立多个通信信道的技术。其实质为将一个区域的多个用户数据通过发送多路复用器进行汇集,将汇集后的数据通过一条物理线路进行传送,接收多路复用器再对数据进行分离,分发到多个用户。多路复用常分为以下几种方式:

1.频分多路复用(Frequency Division Multiplexing,FDM)(1)实现原理

若每路信号以不同的载波频率进行调制,而且各个载波频率是完全独立的,即各个信道所占用的频带不相互重叠,相邻信道之间用“警戒频带”隔离,则每个信道能独立地传输一路信号。其基本原理如图1-7所示。图1-7 频分多路复用(2)主要特点

信号被划分成若干通道(频道,波段),每个通道互不重叠,独立进行数据传递。(3)应用

无线电广播和电视领域。ADSL是典型的频分多路复用。其采用该方法,在PSTN使用的双绞线上划分出三个频段,0~4kHz用来传送传统的语音信号;20~50kHz用来传送计算机上载的数据信息;150~500kHz或140~1100kHz用来传送从服务器上下载的数据信息。

2.时分多路复用(Time Division Multiplexing,TDM)(1)实现原理

以信道传输时间作为分割对象,为多个信道分配互不重叠的时间片来实现多路复用。即把时间分成一些均匀的时间片,将各路信号的传输时间分配到不同的时间片,以达到互相分开、互不干扰的目的。图1-8为时分多路复用示意图。图1-8 时分多路复用(2)应用

贝尔系统的T1载波。T1载波将24路音频信道复用在一条通信线路上,每路音频信号在送到多路复用器之前,通过一个脉冲编码调制(PCM)编码器,编码器每秒取样8000次。24路信号的每一路轮流将一个字节插入帧中,每个字节的长度为8位,其中7位是数据位,1位用于信道控制。每帧由24×8=192位组成,附加1bit作为帧的开始标志位,所以每帧共有193bit。由于发送一帧需要125 ms,所以一秒钟可以发送8000帧。因此T1载波的数据传输速率为:193b×8000=1544000bps=1544Kbps=1.544Mbps。

3.波分多路复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)(1)定义

波分复用指在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号,以提高单根光纤的传输能力。(2)实现原理

其基本原理如图1-9所示。图1-9 波分多路复用

将一系列载有信息的不同波长的光载波,在光频域内以1至几百纳米的波长间隔合在一起沿单根光纤传输,在接收端再用一定的方法将各个不同波长的光载波分开,故转换成电信号后,可以独立地保存每一个不同波长的光源所传送的信息。(3)提示

在光纤的工作窗口上安排100个波长不同的光源,同时在一根光纤上传送各自携带的信息,能使光纤通信系统的容量提高100倍。

4.码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)(1)概述

它是采用地址码和时间、频率共同区分信道的方式。CDMA是在扩频技术的基础上发展起来的无线通信技术。(2)特征

每个用户具有特定的地址码,地址码之间相互具有正交性,因此各用户信息的发射信号在频率、时间和空间上都可能重叠,从而使有限的频率资源得到利用。(3)实现原理

将需要传送的具有一定信号带宽的信息数据,用带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制,使原数据信号的带宽被扩展,载波调制后发送出去。接收端也使用伪随机码对接收的带宽信号做相关处理,把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号,即解扩,以实现信息通信。不同的移动台(或手机)可以使用同一个频率,但每个移动台(或手机)都被分配一个独特的“码序列”,从而区分不同的移动台(或手机),故各个用户相互之间无干扰,因此实现多路复用。

5.空分多址(Space Division Multiple Access,SDMA)(1)实现原理

将空间分割以构成不同的信道,从而实现频率的重复使用,达到信道增容的目的。如:在一颗卫星上使用多个天线,各个天线的波束射向地球表面的不同区域,地面上不同地区的地球站在同一时间,即使使用相同的频率进行工作,相互之间也不会形成干扰。SDMA系统的处理程序如下:

①首先对来自所有天线中的信号进行快照或取样,后将其转换成数字形式存储于内存。

②SDMA处理器立即分析样本,对无线环境评估,确认用户、干扰源及其所在的位置。

③处理器对天线信号的组合方式进行计算,力争最佳地恢复用户的信号。借助这种策略,每位用户的信号接收质量将大大提高,而其他用户的信号或干扰信号则会被屏蔽。

④系统将进行模拟计算,使天线阵列可以有选择地向空间发送信号。在此基础上,每位用户的信号都可以通过单独的通信信道——空间信道实现高效的传输。

⑤在上述处理的基础上,系统就能够在每条空间信道上发送和接收信号,从而使这些信道成为双向信道。

利用上述流程,SDMA系统就能够在一条普通信道上创建大量的频分、时分或码分双向空间信道,每一条信道都可以完全获得整个阵列的增益和抗干扰功能。(2)特点

SDMA系统可使系统容量成倍增加,使系统在有限的频谱内支持更多的用户,从而成倍提高频谱使用效率。

五、数据交换技术

1.电路交换

在数据通信网发展初期,根据电话交换原理,发展了电路交换方式。(1)实现原理

电路交换与电话交换方式的工作过程类似,如图1-10所示。图1-10 电路交换示意图

主机A要向主机D传送数据,通过通信子网B和C在A和D之间建立连接。首先,主机A向节点B发送呼叫信号,其中含有要建立连接的主机D的目的地址;节点B根据目的地址和路径选择算法选择下一个节点C,并向节点C发送呼叫信号;节点C根据目的地址和路径选择算法选择目的主机D,并向主机D发送呼叫信号;主机D如果接受呼叫请求,它一方面建立连接,另一方面通过已建立的连接A-B-C-D向主机A发送呼叫回应包。(2)优点

由于电路交换的接续路径是采用物理连接的,在传输电路接续后,控制电路就与信息传输无关,故该方式可实现可靠、迅速的数据传输,不丢失且保持原来的序列。(3)缺点

有些环境中,电路空闲时的信道容量被浪费,而且如果数据传输阶段的持续时间不长,电路建立和拆除所用的时间也得不偿失。(4)适用范围

它适合于系统间要求高质量的大量数据传输的情况,一般按照预定的带宽、距离和时间来计费。

2.报文交换(1)简介

为了获得较好的信道利用率,而产生的存储-转发思想,即报文交换。(2)实现原理

用户之间进行数据传输,主叫用户无需先建立呼叫,而先进入本地交换机存储器,等到连接该交换机的中继线空闲时,再根据确定的路由转发到目的交换机。由于每份报文的头部都含有被寻址用户的完整地址,故每条路由不是固定分配给某一个用户的,而由多个用户进行统计复用。如图1-11所示。

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