数据通信原理课件

第第1章章 计算机网络基础计算机网络基础第1章 计算机网络基础1.1 概述概述1.1.1 发展历史发展历史ARPNet，将多个主机系统通过通信线路互连起来，为用户，将多个主机系统通过通信线路互连起来，为用户提供可以容灾的可靠信息通信服务。提供可以容灾的可靠信息通信服务。第二代计算机网络，依靠第二代计算机网络，依靠“接口报文处理机接口报文处理机”的设备转接后的设备转接后互连。接口报文处理机和通信线路共同负责各个主机系统间的互连。接口报文处理机和通信线路共同负责各个主机系统间的通信任务，组成了通信任务，组成了通信子网通信子网。通信子网互连的主机系统提供共享信息资源通信子网互连的主机系统提供共享信息资源资源子网资源子网。为了使得两个主机系统通信时，所传送的信息能够相互理为了使得两个主机系统通信时，所传送的信息能够相互理解，对信息表示形式和通信交互应答信号规定了共同遵守的规解，对信息表示形式和通信交互应答信号规定了共同遵守的规约，称为约，称为网络通信协议网络通信协议。第二代计算机网络以通信子网为核心，定义为第二代计算机网络以通信子网为核心，定义为“以能够相互以能够相互共享资源为目的互连起来的具有独立功能的计算机集成共享资源为目的互连起来的具有独立功能的计算机集成”。1.1 概述1.1.1 发展历史第三代计算机网络，上个世纪第三代计算机网络，上个世纪80年代中期。年代中期。ISO发布了发布了ISO/RM。将具有统一的网络体系结构，遵循国际标准的开放式将具有统一的网络体系结构，遵循国际标准的开放式和标准化的网络定义为第三代计算机网络。和标准化的网络定义为第三代计算机网络。将多个具有独立工作能力的计算机系统通过通信设备将多个具有独立工作能力的计算机系统通过通信设备和线路由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的和线路由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的系统。系统。计算机网络发展到第四代以后，全世界涌现出成千上万的计算机网络发展到第四代以后，全世界涌现出成千上万的局域网，这些网络的互连又形成了更大更复杂的计算机网局域网，这些网络的互连又形成了更大更复杂的计算机网络，网络管理的职能逐渐从计算机系统管理员的工作范围络，网络管理的职能逐渐从计算机系统管理员的工作范围分离出来，出现了网络管理员这一新职业。分离出来，出现了网络管理员这一新职业。第三代计算机网络，上个世纪80年代中期。31.1 概述概述1.1.2 计算机网络的主要功能计算机网络的主要功能(1)数据通信数据通信完成计算机与服务器、计算机与计算机间的数据传输。完成计算机与服务器、计算机与计算机间的数据传输。(2)资源共享资源共享(3)远程控制与操作远程控制与操作(4)集中管理集中管理(5)分布处理分布处理(6)负载均衡负载均衡1.1 概述1.1 概述概述1.1.3 计算机网络的组成计算机网络的组成 计算机网络的两大基本功能：信息处理与数据通信。计算机网络的两大基本功能：信息处理与数据通信。在物理上分为两个部分：信息资源子网和数据通信子网。在物理上分为两个部分：信息资源子网和数据通信子网。(1)网络硬件网络硬件 构成计算机网络资源子网的硬件设备是各种计算机设备。构成计算机网络资源子网的硬件设备是各种计算机设备。包括：服务器、客户计算机和各种附属硬件设备，主要用包括：服务器、客户计算机和各种附属硬件设备，主要用于信息处理、信息共享和信息存储服务。于信息处理、信息共享和信息存储服务。构成计算机网络通信子网的硬件设施除了各种数据传输线构成计算机网络通信子网的硬件设施除了各种数据传输线路外，主要是各种数据通信设备。路外，主要是各种数据通信设备。包括：包括：HUB、Switch、Bridge、Router、Gateway1.1 概述1.1.3 计算机网络的组成(2)网络软件网络软件 对资源进行有效的管理和控制，全面的管理、调对资源进行有效的管理和控制，全面的管理、调度和分配，并采取一系统的安全保密措施，防止用度和分配，并采取一系统的安全保密措施，防止用户对数据和信息的不合理访问，确保信息不被破坏户对数据和信息的不合理访问，确保信息不被破坏和丢失。和丢失。包括：协议和协议软件、通信软件、操作系统软包括：协议和协议软件、通信软件、操作系统软件、管理软件、应用软件件、管理软件、应用软件(2)网络软件61.1 概述概述1.1.4 分类分类(1)按节点分布范围分类按节点分布范围分类 LAN-Local Area Network MAN-Metropolitan Area Network WAN-Wide Area Network(2)按通信交换方式分类按通信交换方式分类 线路交换网线路交换网 报文交换网报文交换网 分组交换网分组交换网1.1 概述1.1.4 分类(3)按拓朴结构分类按拓朴结构分类 星型星型 环型环型 总线型总线型 树型树型 网状网状(4)按通信协议分类按通信协议分类 以太网以太网(使用使用CSMS/CD)令牌环网令牌环网(如如FDDI)(5)按通操作系统分类按通操作系统分类 Unix Windows Netware数据通信原理课件81.1 概述概述1.1.5 Internet1.1.6 发展趋势发展趋势1.1 概述1.1.5 Internet1.1.6 发展趋势1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.1 基本概念基本概念信道信道-信息传输所经之路，分为：物理信道和逻辑信道。信息传输所经之路，分为：物理信道和逻辑信道。物理信道物理信道-网络中两个节点之间的物理通路。由传输介质及网络中两个节点之间的物理通路。由传输介质及有关设备组成。有关设备组成。逻辑信道逻辑信道-信号的起始发送端和最终接收端之间并不存在一信号的起始发送端和最终接收端之间并不存在一条物理上直接连接的传输介质，而是通过多条物理信道接续条物理上直接连接的传输介质，而是通过多条物理信道接续连接传递实现的，称为连接传递实现的，称为“链接链接”。1.2 数据通信原理1.2.1 基本概念信道-码元码元-网络中传送的二进制数字中的每一位。网络中传送的二进制数字中的每一位。数据数据-模拟数据。模拟数据。数据数据。数据数据。码元-数据-111.2.1 基本概念基本概念调制与解调调制与解调-数据传输速率数据传输速率-指通信线路上传输信息的速度，有信号速率和调制速率两指通信线路上传输信息的速度，有信号速率和调制速率两种表示方法。种表示方法。信号速率信号速率-S：B-调制速率，脉冲信号经过调制后的传输速率。调制速率，脉冲信号经过调制后的传输速率。N-一个脉冲信号所表示的有效状态一个脉冲信号所表示的有效状态1.2 数据通信原理数据通信原理误码率误码率-信息传输的错误率，应低于信息传输的错误率，应低于10-61.2.1 基本概念调制与解调-数据传输速率-1.2 数121.2.1 基本概念基本概念信息容量信息容量-指信道能够提供的最大信息传输能力，以单位时间内最大指信道能够提供的最大信息传输能力，以单位时间内最大 可传送信息的位数表示。可传送信息的位数表示。基带传输基带传输-在通信电缆上传输数字信号。在通信电缆上传输数字信号。一般不超过一般不超过2KM，需要使用中继器进行放大。，需要使用中继器进行放大。1.2 数据通信原理数据通信原理多路复用多路复用-宽带传输宽带传输-传输介质在信息传输时支持较宽的频带。传输介质在信息传输时支持较宽的频带。可使用可使用FDM进行复用。进行复用。1.2.1 基本概念信息容量-基带传输-1.2 数据通信131.2.1 基本概念基本概念串行传输串行传输-并行传输并行传输-1.2 数据通信原理数据通信原理数据交换方式数据交换方式 通常利用公共通信传输线路进行数据交换。为了提高传输通常利用公共通信传输线路进行数据交换。为了提高传输设备的利用率，网络中的数据交换的方式有线路交换和存储设备的利用率，网络中的数据交换的方式有线路交换和存储交换两大类，存储交换又分为报文交换和分组交换两种模式。交换两大类，存储交换又分为报文交换和分组交换两种模式。半双工传输与全双工传输半双工传输与全双工传输-1.2.1 基本概念串行传输-并行传输-1.2 数据通信141.2.1 基本概念基本概念数据通信编码数据通信编码-.参考资料参考资料数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码.doc差错校正差错校正-1.2 数据通信原理数据通信原理协议协议 流量控制流量控制-1.2.1 基本概念数据通信编码-差错校正-1.2 数据151.2.1 基本概念基本概念同步传输同步传输-异步传输异步传输-1.2 数据通信原理数据通信原理路由与中继路由与中继-1.2.1 基本概念同步传输-异步传输-1.2 数据通信161.2.2 特点特点 在通信领域，信息可分为声音、数据、图像三大类。在通信领域，信息可分为声音、数据、图像三大类。数据通信有以下数据通信有以下5大特点：大特点：(1)数据通信是人和计算机间的通信或计算机与计算机间的相互数据通信是人和计算机间的通信或计算机与计算机间的相互通信，计算机直接参与通信是数据通信的重要特征。通信，计算机直接参与通信是数据通信的重要特征。(2)为了保证数据通信的顺利进行，必须采用统一的协议。为了保证数据通信的顺利进行，必须采用统一的协议。(3)数据传输对准确性的可靠性要求很高，要求达到数据传输对准确性的可靠性要求很高，要求达到10-8-10-9的误的误码率。码率。(4)数据通信的传输速率通常很高，要求连续传输、传输响应时数据通信的传输速率通常很高，要求连续传输、传输响应时间快。间快。(5)数据通信的突发度高。数据通信的突发度高。突发度：数据通信的峰值速度与平均速率之比。突发度：数据通信的峰值速度与平均速率之比。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.2 特点 在通信领域，信息可分为声音、数据171.2.3 系统构成系统构成 数据通信系统由数据终端设备数据通信系统由数据终端设备(DTE)、数据通信设备、数据通信设备(DCE)和传输信道和传输信道3个部分组成。个部分组成。1.2.3.1 数据终端设备数据终端设备 具有一定数据处理能力和数据发送、接收能力的设备。具有一定数据处理能力和数据发送、接收能力的设备。可以是一台计算机、一台输入输出设备。可以是一台计算机、一台输入输出设备。功能：输入、输出功能。功能：输入、输出功能。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.3 系统构成 数据通信系统由数据终端181.2.3.2 数据通信设备数据通信设备 介于数据终端设备与传输介质间的设备，称为数据通信设备。介于数据终端设备与传输介质间的设备，称为数据通信设备。提供信号变换和编码功能，负责建立、维护和释放物理连接。提供信号变换和编码功能，负责建立、维护和释放物理连接。调制解调器是典型的调制解调器是典型的DCE。1.2.3.3 调制解调器调制解调器1.2.3.4 传输信道传输信道1.2.3.2 数据通信设备191.2.4 数据传输与传输介质数据传输与传输介质1.2.4.1 数据传输的基本形式数据传输的基本形式1、基带传输、基带传输 基带基带-指电信号固有的基本频带；指电信号固有的基本频带；在通信信道在通信信道 中不经频谱般移而直接传送基带信号时，称为中不经频谱般移而直接传送基带信号时，称为基带传输。基带传输。2、频带传输、频带传输 将二进制数字信号调制转换成能在公共电话网中传输的音将二进制数字信号调制转换成能在公共电话网中传输的音频信号进行传输。频信号进行传输。要求收发端都要使用调制解调器。要求收发端都要使用调制解调器。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.4 数据传输与传输介质1.2.4.1 数据传输的基本203、宽带传输、宽带传输 比音频更宽的频带。比音频更宽的频带。可多用途，在一个信道中可以同时传输声音、图像可多用途，在一个信道中可以同时传输声音、图像和数据；和数据；可多路复用，可划分为多条逻辑基带信道使用；可多路复用，可划分为多条逻辑基带信道使用；可用于距离更远的信息传输。可用于距离更远的信息传输。3、宽带传输211.2.4 数据传输与传输介质数据传输与传输介质1.2.4.2 数字数据传输数字数据传输 利用数据信道传输数据。利用数据信道传输数据。1.2.4.3 数据传输介质数据传输介质 同轴电缆同轴电缆 双绞线电缆双绞线电缆 光缆光缆 微波微波 无线电波无线电波 激光激光 红外线红外线1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.4 数据传输与传输介质1.2.4.2 数字数据传输1221.2.5 数据信号与通信编码数据信号与通信编码 在数据通信中，在信道上传送的数据信号是在时间上和在数据通信中，在信道上传送的数据信号是在时间上和幅度上都取有限离散数值的电信号。幅度上都取有限离散数值的电信号。最简单的数据信号是最简单的数据信号是“二元码二元码”。第二次作业第二次作业1、讨论数据信号的编码方式。、讨论数据信号的编码方式。提示：提示：4种基本形式单极性、双极性、归零、不归零种基本形式单极性、双极性、归零、不归零每个码元只能是每个码元只能是“1”或或“0”。但可以增加每个码元能。但可以增加每个码元能取的状态。取的状态。进制越高，级差越小，抗干扰能力越差。进制越高，级差越小，抗干扰能力越差。进制越高，每个信号所能代表的信息量就越大。进制越高，每个信号所能代表的信息量就越大。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.5 数据信号与通信编码 在数据通信中，在信道上231.2.6 数据通信的工作模式数据通信的工作模式1.2.6.1单工、半双工和全双工单工、半双工和全双工1.2.6.2数据传输模式数据传输模式并行传输、串行传输并行传输、串行传输1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.6 数据通信的工作模式1.2.6.11.2 数据通信24异步传输异步传输以字符为单位，不论所采用的字符编码长度多以字符为单位，不论所采用的字符编码长度多少，在发送每个字符时，在其编码组的前面均加上少，在发送每个字符时，在其编码组的前面均加上“起始起始”信号，长度为信号，长度为1个编码元，通常为个编码元，通常为0；在字符编码组后面均加；在字符编码组后面均加上一个上一个“终止终止”信号，长度为信号，长度为1或或2个编码元，通常为个编码元，通常为1。起止信号的作用起止信号的作用：为了能区分串分传输数据流中的字符，：为了能区分串分传输数据流中的字符，实现串行数据传输中收发双方码组或字符的同步。实现串行数据传输中收发双方码组或字符的同步。优点：同步实现简单，收发双方设备的时钟信号不需要优点：同步实现简单，收发双方设备的时钟信号不需要严格同步；严格同步；缺点：每个字符都需要附加同步码，传输效率低。缺点：每个字符都需要附加同步码，传输效率低。异步传输以字符为单位，不论所采用的字符编码长度多少，在发25同步传输同步传输发送端以同步的时钟节拍来发送数据信号。发送端以同步的时钟节拍来发送数据信号。在一个串行的数据流中，各信号码元之间的相对间隔都是固在一个串行的数据流中，各信号码元之间的相对间隔都是固定的。定的。接收端为了从收到的数据流中正确辨识出每个信息编码接收端为了从收到的数据流中正确辨识出每个信息编码元，首先必须建立准确的时钟信号。发送的数据一般以组元，首先必须建立准确的时钟信号。发送的数据一般以组（帧）为单位，帧同步是通过传输特定的传输控制字符或同（帧）为单位，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。步序列来完成。同步传输方式效率较高。同步传输方式效率较高。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2 数据通信原理261.2.6 数据通信的工作模式数据通信的工作模式1.2.6.3网络连接服务模式网络连接服务模式根据网络连接服务模式，将数据通信分为：面向连接的根据网络连接服务模式，将数据通信分为：面向连接的服务和非连接的服务。服务和非连接的服务。面向连接的服务面向连接的服务虚电路，源与目的节结在通信前事先建立好一个连接。虚电路，源与目的节结在通信前事先建立好一个连接。分为：连接建立、数据传输和网络连接释放分为：连接建立、数据传输和网络连接释放3个阶段。个阶段。提供的是可靠的报文分组按顺序传输服务，适用于确定提供的是可靠的报文分组按顺序传输服务，适用于确定对象、长报文及会话型传输要求。对象、长报文及会话型传输要求。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.6 数据通信的工作模式1.2.6.3网络连接服务模27非连接的服务非连接的服务源与目的节点不需要事先建立连接。源与目的节点不需要事先建立连接。包括：包括：数据报数据报（Datagram）不需要接收端应答，额外开销）不需要接收端应答，额外开销小，但可靠性较差；小，但可靠性较差；确认交付确认交付（confirmed delivery）需要一个应答报文；）需要一个应答报文；请求回答请求回答（request reply）相当于事务中的一问一答。）相当于事务中的一问一答。非连接的服务281.2.7 数据链路数据链路 信道分为物理信道和逻辑信道。信道分为物理信道和逻辑信道。物理信道物理信道用来传送信号或数据的物理链路，网络中两个节用来传送信号或数据的物理链路，网络中两个节点之间的物理通路，由传输介质及相关设备组成。点之间的物理通路，由传输介质及相关设备组成。12.7.1 数据链路的功能数据链路的功能将一条在通信物理层中有可能出差错的实际链路，转变将一条在通信物理层中有可能出差错的实际链路，转变成一条让通信逻辑层看起来无差错的链路。成一条让通信逻辑层看起来无差错的链路。思考：思考：如何实现？如何实现？1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.7 数据链路 信道分为物理信道和逻辑信道。1291、帧控制、帧控制将要发送的数据流分割编组，采用特殊的码为开头为结将要发送的数据流分割编组，采用特殊的码为开头为结尾标志，将数据码组按一定的格式成尾标志，将数据码组按一定的格式成帧帧。以以帧为单位帧为单位进行数据发送、接收、检验和应答操作。进行数据发送、接收、检验和应答操作。2、差错控制、差错控制差错产生的原因：干扰、噪声差错产生的原因：干扰、噪声控制办法：水平、垂直冗余检验、控制办法：水平、垂直冗余检验、CRC校验，确认及出校验，确认及出错重发机制。错重发机制。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2 数据通信原理303、顺序控制、顺序控制帧序号帧序号4、流量控制、流量控制解决发送端和接收端接收能力之间的差异问题。解决发送端和接收端接收能力之间的差异问题。控制发送速率、暂停发送、恢复发送，采用窗口机制控制发送速率、暂停发送、恢复发送，采用窗口机制和保速流量控制规程来解决。和保速流量控制规程来解决。3、顺序控制315、链路管理、链路管理对数据流的传输方向进行控制，建立、维护和终止链路对数据流的传输方向进行控制，建立、维护和终止链路连接，掌握节点工作状态。连接，掌握节点工作状态。6、异常状态恢复、异常状态恢复当链路发生异常情况时，当链路发生异常情况时，异常收到含义不清的序列、数据码组不完整或接时收异常收到含义不清的序列、数据码组不完整或接时收不到响应不到响应自动地重新启动恢复到正常的工作状态。自动地重新启动恢复到正常的工作状态。1.2 数据通信原理数据通信原理5、链路管理1.2 数据通信原理321.2.7 数据链路数据链路数据链路的数据链路的5个工作阶段个工作阶段1.2 数据通信原理数据通信原理建立物建立物理连接理连接建立数建立数据链路据链路数据传输数据传输结束结束传输传输拆线拆线1.2.7 数据链路数据链路的5个工作阶段1.2 数据通信原331.2.7 数据链路数据链路12.7.2 数据链路通信控制规程数据链路通信控制规程1、面向字符的通信控制规程、面向字符的通信控制规程用字符编码集当中专门定义的传输控制字符控制数据链用字符编码集当中专门定义的传输控制字符控制数据链路操作，主要用于低、中速异步或同步传输，以半双工方式路操作，主要用于低、中速异步或同步传输，以半双工方式工作，在电话网上使用较多。工作，在电话网上使用较多。目前广泛使用的有基本型传输控制规程和扩展基本型控目前广泛使用的有基本型传输控制规程和扩展基本型控制规程。制规程。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.7 数据链路12.7.2 数据链路通信控制规程1.234（1）对数据通信划分阶段；）对数据通信划分阶段；（2）对数据传输进行控制：规定数据链路的起始控制和）对数据传输进行控制：规定数据链路的起始控制和中止控制、同步控制和收发关系的确认、差错控制、数据中止控制、同步控制和收发关系的确认、差错控制、数据传送和异常情况的恢复处理；传送和异常情况的恢复处理；（3）规定字符编码与字符结构：在数据通信中，我国采）规定字符编码与字符结构：在数据通信中，我国采用用GB198880编码，与编码，与ASCII码基本相同；码基本相同；（4）定义传输控制字符：基本型传输控制规程以字符作）定义传输控制字符：基本型传输控制规程以字符作为传输信息的基本单位，并规定了为传输信息的基本单位，并规定了10个用于传输控制的控个用于传输控制的控制字符；制字符；（5）规定传输电文格式。）规定传输电文格式。（1）对数据通信划分阶段；352、面向数据位的通信控制规程、面向数据位的通信控制规程采用某数据位序列完成控制功能，传输效率和可靠性较高，采用某数据位序列完成控制功能，传输效率和可靠性较高，适用于中、高速半双工或全双工传输。适用于中、高速半双工或全双工传输。使用较多的是使用较多的是HDLC（高级数据链路控制规程），由（高级数据链路控制规程），由ISO根根据据IBM的的SDLC（同步数据链路控制）协议扩充而来。（同步数据链路控制）协议扩充而来。解决了面向字符类型控制规程存在的信息报文和监控报文解决了面向字符类型控制规程存在的信息报文和监控报文格式不统一、使用不方便和传输透明性差等缺点。格式不统一、使用不方便和传输透明性差等缺点。1.2 数据通信原理数据通信原理2、面向数据位的通信控制规程1.2 数据通信原理36（1）无论是信息报文还是监控报文均以帧为单位进行传输，）无论是信息报文还是监控报文均以帧为单位进行传输，帧具有统一格式，用统一的标识符作为帧分界符，控制简单。帧具有统一格式，用统一的标识符作为帧分界符，控制简单。（2）对组成信息文电的数据位结构无限制，可以是任意的）对组成信息文电的数据位结构无限制，可以是任意的字符码集或任意的数据位串，不影响链路的监控操作，数据字符码集或任意的数据位串，不影响链路的监控操作，数据传输具有良好的透明性。传输具有良好的透明性。（3）报文数据和控制信息都采用）报文数据和控制信息都采用CRC校验方式，可靠性高。校验方式，可靠性高。（4）不必等对方应答就可以发下一帧，信息连续发送，传）不必等对方应答就可以发下一帧，信息连续发送，传输效率高。输效率高。（1）无论是信息报文还是监控报文均以帧为单位进行传输，帧具有371.2.8 数据通信网的交换方式数据通信网的交换方式12.7.1 电路交换方式电路交换方式要求通信时，连接发送端的源交换机根据通信的目的地要求通信时，连接发送端的源交换机根据通信的目的地址，把线路接到与接收端节点连接的目的交换机。址，把线路接到与接收端节点连接的目的交换机。线路接通后，形成了一条端对端的信道。通信完毕，由线路接通后，形成了一条端对端的信道。通信完毕，由通信双方的任一方，向自己所属的交换机发出拆除线路的要通信双方的任一方，向自己所属的交换机发出拆除线路的要求，交换机收到此信号就将此线路拆除。求，交换机收到此信号就将此线路拆除。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.8 数据通信网的交换方式12.7.1 电路交换方式138优点：优点：（1）信息传输延迟小，传输延迟是固定不变的；）信息传输延迟小，传输延迟是固定不变的；（2）信息编码方法、信息格式、传输控制程序都不）信息编码方法、信息格式、传输控制程序都不受限制，可向用户提供透明的通路。受限制，可向用户提供透明的通路。缺点：缺点：（1）电路接续时间长、线路利用率低。）电路接续时间长、线路利用率低。主要应用：通过电话网实现。主要应用：通过电话网实现。优点：391.2.8 数据通信网的交换方式数据通信网的交换方式12.7.1 电路交换方式电路交换方式1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.8 数据通信网的交换方式12.7.1 电路交换方式1401.2.8 数据通信网的交换方式数据通信网的交换方式12.7.2 报文交换方式报文交换方式存储转发。存储转发。不需要先建立信道，将需要发送的信息以报文形式先存不需要先建立信道，将需要发送的信息以报文形式先存入本地的源交换机存储器，等到连接该交换机的线路空闲时，入本地的源交换机存储器，等到连接该交换机的线路空闲时，再根据确定的路由转发到目的交换机送接收端。再根据确定的路由转发到目的交换机送接收端。每份报文头部均含有接收端节点的地址，线路是由多个每份报文头部均含有接收端节点的地址，线路是由多个用户复用。用户复用。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.8 数据通信网的交换方式12.7.2 报文交换方式141优点：优点：电路利用率高，一个报文可以发送到多个目的地电路利用率高，一个报文可以发送到多个目的地缺点：缺点：若报文较长，需要较大容量的存储器；若报文较长，需要较大容量的存储器；通信线路的使用效率不高。通信线路的使用效率不高。优点：421.2.8 数据通信网的交换方式数据通信网的交换方式12.7.3 分组交换方式分组交换方式存储转发。存储转发。传输时的数据信息单位与报文交换不同。传输时的数据信息单位与报文交换不同。报文长度不固定报文长度不固定分组定长的报文，将来自用户的待发信息存储后，将分组定长的报文，将来自用户的待发信息存储后，将其分割为多个定长的分组，每个分组进行封装。其分割为多个定长的分组，每个分组进行封装。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.8 数据通信网的交换方式12.7.3 分组交换方式143优点：优点：交换节点不需要等待用户所发信息全部分组到齐，逐个分交换节点不需要等待用户所发信息全部分组到齐，逐个分组转发，大大降低存储转发所需要的存储容量。组转发，大大降低存储转发所需要的存储容量。分组报文可大大减少差错的产生，提高传输的可靠性。分组报文可大大减少差错的产生，提高传输的可靠性。其它？其它？缺点：缺点：附加信息多，附加信息多，技术复杂技术复杂优点：441.2 数据通信原理数据通信原理1.2 数据通信原理451.2.9 多路复用技术多路复用技术FDMFrequency-Division Multiplexing TDM-Time-Division Multiplexing其它的复用技术？其它的复用技术？码分复用、统计时分复用？码分复用、统计时分复用？CDMA 1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.9 多路复用技术FDMFrequency-Divi461.2.10 帧中继技术帧中继技术在用户同网络接口之间提供用户信息流的双向传送，并保在用户同网络接口之间提供用户信息流的双向传送，并保持信息顺序不变的一种承载业务。持信息顺序不变的一种承载业务。信息以帧为单位，用户同网络接口之间采用虚电路进行信息以帧为单位，用户同网络接口之间采用虚电路进行连接。连接。通过对用户信息流进行统计复用，向用户提供共享网络通过对用户信息流进行统计复用，向用户提供共享网络资源，提高网络资源的利用率。资源，提高网络资源的利用率。帧中继简化了协议处理，将更多的带宽留给用户数据，帧中继简化了协议处理，将更多的带宽留给用户数据，不仅可以使用预定带宽，还可以有空余带宽时，超过预定值不仅可以使用预定带宽，还可以有空余带宽时，超过预定值使用。使用。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.10 帧中继技术在用户同网络接口之间提供用户信息47特点：特点：对易出现突发性大数据量业务的用户有吸引力。对易出现突发性大数据量业务的用户有吸引力。实现简单。实现简单。能为多种业务提供共用的网络传送能力。能为多种业务提供共用的网络传送能力。对高层协议保持透明。对高层协议保持透明。特点：481.2.11 差错检测及控制差错检测及控制 误码率要求：误码率要求：108方法：冗余码方法：冗余码检错码、纠错码。检错码、纠错码。奇偶校验法、水平冗余校验法、垂直冗余校验法、水平奇偶校验法、水平冗余校验法、垂直冗余校验法、水平垂直冗余校验法、垂直冗余校验法、CRC校验等。校验等。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.11 差错检测及控制 误码率要求：108491.3.1 体系结构体系结构 层次体系结构。层次体系结构。高层次的系统只需要利用低层次系统提供的接口和功能，高层次的系统只需要利用低层次系统提供的接口和功能，不需要了解低层次功能所采用的算法和协议；不需要了解低层次功能所采用的算法和协议；低层次仅需要接收和使用从高层系统传送来的参数。低层次仅需要接收和使用从高层系统传送来的参数。构成了层次间的构成了层次间的无关性无关性。分层次体系结构的优点：分层次体系结构的优点：降低问题的程度，进行故障隔离和定位。降低问题的程度，进行故障隔离和定位。1.3 计算机网络体系结构与网络协议计算机网络体系结构与网络协议1.3.1 体系结构 层次体系结构。1.3 计算机网501.3.2 计算机网络协议计算机网络协议1、语义：对协议元素含义的解释。、语义：对协议元素含义的解释。2、语法：将若干个协议元素和数据组合在一起，表达一个完、语法：将若干个协议元素和数据组合在一起，表达一个完整的内容所应遵循的格式，是对信息的数据结构所做的规定。整的内容所应遵循的格式，是对信息的数据结构所做的规定。3、时间：对事件实现顺序的详细说明。、时间：对事件实现顺序的详细说明。1.3.2 计算机网络协议1、语义：对协议元素含义的解释。511.3.3 OSI/RMOpen System Interconnection/Reference Model1.3.3.1 层次划分层次划分1.3 计算机网络体系结构与网络协议计算机网络体系结构与网络协议资源子网（信息处理系统）通信子网1.3.3 OSI/RMOpen System Inter521.3.3 OSI/RMOpen System Interconnection/Reference Model1.3.3.2 各层功能各层功能1.3 计算机网络体系结构与网络协议计算机网络体系结构与网络协议1.3.3 OSI/RMOpen System Inter531.3.4 TCP/IP协议体系结构协议体系结构1.3 计算机网络体系结构与网络协议计算机网络体系结构与网络协议应用层应用层TCPUDP网络层（互联网层）网络层（互联网层）网络接入层（网络接入层（DL、PL）1.3.4 TCP/IP协议体系结构1.3 计算机网络体系结541.3.4 TCP/IP协议体系结构协议体系结构1.3.4.1 TCP/IP协议的特点协议的特点（1）适用性广泛）适用性广泛（2）通信效率高）通信效率高（3）公开性强）公开性强（4）普及率高）普及率高（5）编程开发使用方便）编程开发使用方便（6）容易扩充）容易扩充1.3.4.2 TCP/IP协议的层次结构协议的层次结构1.3 计算机网络体系结构与网络协议计算机网络体系结构与网络协议1.3.4 TCP/IP协议体系结构1.3.4.1 TCP/551、网络基础知识、网络基础知识（1）发展）发展（2）组成及分类）组成及分类（3）功能与实现）功能与实现2、数据通信原理、数据通信原理（1）基础知识和基本概念）基础知识和基本概念（2）信号与编码）信号与编码（3）链路与传输）链路与传输（4）其它）其它3、计算机网络体系结构、计算机网络体系结构（1）为什么分层次？）为什么分层次？（2）如何分层次？）如何分层次？（3）OSI/RM与与TCP/IP总结总结本章作业本章作业第第1次：次：什么是什么是ANSI/TIA/EIA568布线标布线标准？准？什么是什么是ISO/IEC11801布线标准布线标准？第第2次：次：1、讨论数据信号的编码方式。、讨论数据信号的编码方式。2、总结、总结TCP/IP协议及其主要内容，协议及其主要内容，与与OSI/RM的异同点。的异同点。3、分析帧中继、分析帧中继、DDN、X.25、ATM的异同和优缺点。的异同和优缺点。1、网络基础知识总结本章作业56ANSI:美国国家标准学会(AmericanNationalStandardInstitute)TIA:电信工业协会(TelecommunicationsIndustryAssociation)EIA:电子工业协会(ElectronicIndustriesAssociation)IEEE:电气与电子工程师协会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）ISO:国际标准化组织(InternationalOrganizationforStandardization)IEC:国际电工委员会（InternationalElectroTechnicalCommission）美国布线的标准：1991年568,1995年568A，2001年568B国际上布线的标准：11801-1995，11801-2002.参考资料综合布线标准.docANSI:美国国家标准学会(American Nationa57第第1章章 计算机网络基础计算机网络基础第1章 计算机网络基础1.1 概述概述1.1.1 发展历史发展历史ARPNet，将多个主机系统通过通信线路互连起来，为用户，将多个主机系统通过通信线路互连起来，为用户提供可以容灾的可靠信息通信服务。提供可以容灾的可靠信息通信服务。第二代计算机网络，依靠第二代计算机网络，依靠“接口报文处理机接口报文处理机”的设备转接后的设备转接后互连。接口报文处理机和通信线路共同负责各个主机系统间的互连。接口报文处理机和通信线路共同负责各个主机系统间的通信任务，组成了通信任务，组成了通信子网通信子网。通信子网互连的主机系统提供共享信息资源通信子网互连的主机系统提供共享信息资源资源子网资源子网。为了使得两个主机系统通信时，所传送的信息能够相互理为了使得两个主机系统通信时，所传送的信息能够相互理解，对信息表示形式和通信交互应答信号规定了共同遵守的规解，对信息表示形式和通信交互应答信号规定了共同遵守的规约，称为约，称为网络通信协议网络通信协议。第二代计算机网络以通信子网为核心，定义为第二代计算机网络以通信子网为核心，定义为“以能够相互以能够相互共享资源为目的互连起来的具有独立功能的计算机集成共享资源为目的互连起来的具有独立功能的计算机集成”。1.1 概述1.1.1 发展历史第三代计算机网络，上个世纪第三代计算机网络，上个世纪80年代中期。年代中期。ISO发布了发布了ISO/RM。将具有统一的网络体系结构，遵循国际标准的开放式将具有统一的网络体系结构，遵循国际标准的开放式和标准化的网络定义为第三代计算机网络。和标准化的网络定义为第三代计算机网络。将多个具有独立工作能力的计算机系统通过通信设备将多个具有独立工作能力的计算机系统通过通信设备和线路由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的和线路由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的系统。系统。计算机网络发展到第四代以后，全世界涌现出成千上万的计算机网络发展到第四代以后，全世界涌现出成千上万的局域网，这些网络的互连又形成了更大更复杂的计算机网局域网，这些网络的互连又形成了更大更复杂的计算机网络，网络管理的职能逐渐从计算机系统管理员的工作范围络，网络管理的职能逐渐从计算机系统管理员的工作范围分离出来，出现了网络管理员这一新职业。分离出来，出现了网络管理员这一新职业。第三代计算机网络，上个世纪80年代中期。601.1 概述概述1.1.2 计算机网络的主要功能计算机网络的主要功能(1)数据通信数据通信完成计算机与服务器、计算机与计算机间的数据传输。完成计算机与服务器、计算机与计算机间的数据传输。(2)资源共享资源共享(3)远程控制与操作远程控制与操作(4)集中管理集中管理(5)分布处理分布处理(6)负载均衡负载均衡1.1 概述1.1 概述概述1.1.3 计算机网络的组成计算机网络的组成 计算机网络的两大基本功能：信息处理与数据通信。计算机网络的两大基本功能：信息处理与数据通信。在物理上分为两个部分：信息资源子网和数据通信子网。在物理上分为两个部分：信息资源子网和数据通信子网。(1)网络硬件网络硬件 构成计算机网络资源子网的硬件设备是各种计算机设备。构成计算机网络资源子网的硬件设备是各种计算机设备。包括：服务器、客户计算机和各种附属硬件设备，主要用包括：服务器、客户计算机和各种附属硬件设备，主要用于信息处理、信息共享和信息存储服务。于信息处理、信息共享和信息存储服务。构成计算机网络通信子网的硬件设施除了各种数据传输线构成计算机网络通信子网的硬件设施除了各种数据传输线路外，主要是各种数据通信设备。路外，主要是各种数据通信设备。包括：包括：HUB、Switch、Bridge、Router、Gateway1.1 概述1.1.3 计算机网络的组成(2)网络软件网络软件 对资源进行有效的管理和控制，全面的管理、调对资源进行有效的管理和控制，全面的管理、调度和分配，并采取一系统的安全保密措施，防止用度和分配，并采取一系统的安全保密措施，防止用户对数据和信息的不合理访问，确保信息不被破坏户对数据和信息的不合理访问，确保信息不被破坏和丢失。和丢失。包括：协议和协议软件、通信软件、操作系统软包括：协议和协议软件、通信软件、操作系统软件、管理软件、应用软件件、管理软件、应用软件(2)网络软件631.1 概述概述1.1.4 分类分类(1)按节点分布范围分类按节点分布范围分类 LAN-Local Area Network MAN-Metropolitan Area Network WAN-Wide Area Network(2)按通信交换方式分类按通信交换方式分类 线路交换网线路交换网 报文交换网报文交换网 分组交换网分组交换网1.1 概述1.1.4 分类(3)按拓朴结构分类按拓朴结构分类 星型星型 环型环型 总线型总线型 树型树型 网状网状(4)按通信协议分类按通信协议分类 以太网以太网(使用使用CSMS/CD)令牌环网令牌环网(如如FDDI)(5)按通操作系统分类按通操作系统分类 Unix Windows Netware数据通信原理课件651.1 概述概述1.1.5 Internet1.1.6 发展趋势发展趋势1.1 概述1.1.5 Internet1.1.6 发展趋势1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.1 基本概念基本概念信道信道-信息传输所经之路，分为：物理信道和逻辑信道。信息传输所经之路，分为：物理信道和逻辑信道。物理信道物理信道-网络中两个节点之间的物理通路。由传输介质及网络中两个节点之间的物理通路。由传输介质及有关设备组成。有关设备组成。逻辑信道逻辑信道-信号的起始发送端和最终接收端之间并不存在一信号的起始发送端和最终接收端之间并不存在一条物理上直接连接的传输介质，而是通过多条物理信道接续条物理上直接连接的传输介质，而是通过多条物理信道接续连接传递实现的，称为连接传递实现的，称为“链接链接”。1.2 数据通信原理1.2.1 基本概念信道-码元码元-网络中传送的二进制数字中的每一位。网络中传送的二进制数字中的每一位。数据数据-模拟数据。模拟数据。数据数据。数据数据。码元-数据-681.2.1 基本概念基本概念调制与解调调制与解调-数据传输速率数据传输速率-指通信线路上传输信息的速度，有信号速率和调制速率两指通信线路上传输信息的速度，有信号速率和调制速率两种表示方法。种表示方法。信号速率信号速率-S：B-调制速率，脉冲信号经过调制后的传输速率。调制速率，脉冲信号经过调制后的传输速率。N-一个脉冲信号所表示的有效状态一个脉冲信号所表示的有效状态1.2 数据通信原理数据通信原理误码率误码率-信息传输的错误率，应低于信息传输的错误率，应低于10-61.2.1 基本概念调制与解调-数据传输速率-1.2 数691.2.1 基本概念基本概念信息容量信息容量-指信道能够提供的最大信息传输能力，以单位时间内最大指信道能够提供的最大信息传输能力，以单位时间内最大 可传送信息的位数表示。可传送信息的位数表示。基带传输基带传输-在通信电缆上传输数字信号。在通信电缆上传输数字信号。一般不超过一般不超过2KM，需要使用中继器进行放大。，需要使用中继器进行放大。1.2 数据通信原理数据通信原理多路复用多路复用-宽带传输宽带传输-传输介质在信息传输时支持较宽的频带。传输介质在信息传输时支持较宽的频带。可使用可使用FDM进行复用。进行复用。1.2.1 基本概念信息容量-基带传输-1.2 数据通信701.2.1 基本概念基本概念串行传输串行传输-并行传输并行传输-1.2 数据通信原理数据通信原理数据交换方式数据交换方式 通常利用公共通信传输线路进行数据交换。为了提高传输通常利用公共通信传输线路进行数据交换。为了提高传输设备的利用率，网络中的数据交换的方式有线路交换和存储设备的利用率，网络中的数据交换的方式有线路交换和存储交换两大类，存储交换又分为报文交换和分组交换两种模式。交换两大类，存储交换又分为报文交换和分组交换两种模式。半双工传输与全双工传输半双工传输与全双工传输-1.2.1 基本概念串行传输-并行传输-1.2 数据通信711.2.1 基本概念基本概念数据通信编码数据通信编码-.参考资料参考资料数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码.doc差错校正差错校正-1.2 数据通信原理数据通信原理协议协议 流量控制流量控制-1.2.1 基本概念数据通信编码-差错校正-1.2 数据721.2.1 基本概念基本概念同步传输同步传输-异步传输异步传输-1.2 数据通信原理数据通信原理路由与中继路由与中继-1.2.1 基本概念同步传输-异步传输-1.2 数据通信731.2.2 特点特点 在通信领域，信息可分为声音、数据、图像三大类。在通信领域，信息可分为声音、数据、图像三大类。数据通信有以下数据通信有以下5大特点：大特点：(1)数据通信是人和计算机间的通信或计算机与计算机间的相互数据通信是人和计算机间的通信或计算机与计算机间的相互通信，计算机直接参与通信是数据通信的重要特征。通信，计算机直接参与通信是数据通信的重要特征。(2)为了保证数据通信的顺利进行，必须采用统一的协议。为了保证数据通信的顺利进行，必须采用统一的协议。(3)数据传输对准确性的可靠性要求很高，要求达到数据传输对准确性的可靠性要求很高，要求达到10-8-10-9的误的误码率。码率。(4)数据通信的传输速率通常很高，要求连续传输、传输响应时数据通信的传输速率通常很高，要求连续传输、传输响应时间快。间快。(5)数据通信的突发度高。数据通信的突发度高。突发度：数据通信的峰值速度与平均速率之比。突发度：数据通信的峰值速度与平均速率之比。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.2 特点 在通信领域，信息可分为声音、数据741.2.3 系统构成系统构成 数据通信系统由数据终端设备数据通信系统由数据终端设备(DTE)、数据通信设备、数据通信设备(DCE)和传输信道和传输信道3个部分组成。个部分组成。1.2.3.1 数据终端设备数据终端设备 具有一定数据处理能力和数据发送、接收能力的设备。具有一定数据处理能力和数据发送、接收能力的设备。可以是一台计算机、一台输入输出设备。可以是一台计算机、一台输入输出设备。功能：输入、输出功能。功能：输入、输出功能。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.3 系统构成 数据通信系统由数据终端751.2.3.2 数据通信设备数据通信设备 介于数据终端设备与传输介质间的设备，称为数据通信设备。介于数据终端设备与传输介质间的设备，称为数据通信设备。提供信号变换和编码功能，负责建立、维护和释放物理连接。提供信号变换和编码功能，负责建立、维护和释放物理连接。调制解调器是典型的调制解调器是典型的DCE。1.2.3.3 调制解调器调制解调器1.2.3.4 传输信道传输信道1.2.3.2 数据通信设备761.2.4 数据传输与传输介质数据传输与传输介质1.2.4.1 数据传输的基本形式数据传输的基本形式1、基带传输、基带传输 基带基带-指电信号固有的基本频带；指电信号固有的基本频带；在通信信道在通信信道 中不经频谱般移而直接传送基带信号时，称为中不经频谱般移而直接传送基带信号时，称为基带传输。基带传输。2、频带传输、频带传输 将二进制数字信号调制转换成能在公共电话网中传输的音将二进制数字信号调制转换成能在公共电话网中传输的音频信号进行传输。频信号进行传输。要求收发端都要使用调制解调器。要求收发端都要使用调制解调器。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.4 数据传输与传输介质1.2.4.1 数据传输的基本773、宽带传输、宽带传输 比音频更宽的频带。比音频更宽的频带。可多用途，在一个信道中可以同时传输声音、图像可多用途，在一个信道中可以同时传输声音、图像和数据；和数据；可多路复用，可划分为多条逻辑基带信道使用；可多路复用，可划分为多条逻辑基带信道使用；可用于距离更远的信息传输。可用于距离更远的信息传输。3、宽带传输781.2.4 数据传输与传输介质数据传输与传输介质1.2.4.2 数字数据传输数字数据传输 利用数据信道传输数据。利用数据信道传输数据。1.2.4.3 数据传输介质数据传输介质 同轴电缆同轴电缆 双绞线电缆双绞线电缆 光缆光缆 微波微波 无线电波无线电波 激光激光 红外线红外线1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.4 数据传输与传输介质1.2.4.2 数字数据传输1791.2.5 数据信号与通信编码数据信号与通信编码 在数据通信中，在信道上传送的数据信号是在时间上和在数据通信中，在信道上传送的数据信号是在时间上和幅度上都取有限离散数值的电信号。幅度上都取有限离散数值的电信号。最简单的数据信号是最简单的数据信号是“二元码二元码”。第二次作业第二次作业1、讨论数据信号的编码方式。、讨论数据信号的编码方式。提示：提示：4种基本形式单极性、双极性、归零、不归零种基本形式单极性、双极性、归零、不归零每个码元只能是每个码元只能是“1”或或“0”。但可以增加每个码元能。但可以增加每个码元能取的状态。取的状态。进制越高，级差越小，抗干扰能力越差。进制越高，级差越小，抗干扰能力越差。进制越高，每个信号所能代表的信息量就越大。进制越高，每个信号所能代表的信息量就越大。1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.5 数据信号与通信编码 在数据通信中，在信道上801.2.6 数据通信的工作模式数据通信的工作模式1.2.6.1单工、半双工和全双工单工、半双工和全双工1.2.6.2数据传输模式数据传输模式并行传输、串行传输并行传输、串行传输1.2 数据通信原理数据通信原理1.2.6 数据通信的工作模式1.2.6.11.2 数据通信81异步传输异步传输以字符为单位，不论所采用的字符编码长度多以字符为单位，不论所采用的字符编码长度多少，在发送每个字符时，在其编码组的前面均加上少，在发送每个字符时，在其编码组的前面均加上“起始起始”信号，长度为信号，长度为1个编码元，通常为个编码元，通常为0；在字符编码组后面均加；在字符编码组后面均加上一个上一个“终止终止”信号，长度为信号，长度为1或或2个编码元，通常为个编码元，通常为1。起止信号的作用起止信号的作用：为了能区分串分传输数据流中的字符，：为了能区分串分传输数据流中的字符，实现串行数据传输中收发双方码组或字符的同步。实现串行数据传输中收发双方码组或字符的同步。优点：同步实现简单，收发双方设备的时钟信号不需要优点：同步实现简单，收发双方设备的时钟信号不需要严格同步；严格同步；缺点：每个字符都需要附加同步码，传输效率低。缺点：每个字符都需要附加同步码，传输效率低。异步传输以字符为单位，不论所采用的字符编码长度多少，在发82同步传输同步传输发送端以同步的时钟节拍来发送数据信号。发送端以同步的时钟节拍来发送数据信号。在