计算机网络技术教程

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,计算机网络技术教程,第一部分 计算机网络基础知识,第一章 计算机网络基础,第二章 网络体系结构、协议和软件系统,第三章 局域网实用组网技术,第四章 广域网实用组网技术,第五章,Internet,基础,第六章,Intranet,网络管理,9/19/2024,2,第二部分,Windows NT,组网技术,第七章 构建,Windows NT,网络,第八章,NT,网络中的,TCP/IP,管理,第九章 各种,NT,网络工作站的连接,9/19/2024,3,第一章 计算机网络基础,本章具体内容：,计算机网络的形成和发展,计算机网络的定义、功能、分类、组成和网络拓扑结构,计算机网络的典型应用,数据通信的基本概念和通信系统的常用指标,数据传输类型和编码技术,数据通信方式和同步技术,多路复用技术,广域网中的数据交换技术,差错控制技术,9/19/2024,4,1.1,计算机网络的形成和发展,计算机网络的产生,计算机网络技术的产生与发展是随着,计算机技术,和,通信技术,的发展而发展起来的，它是计算机技术与通信技术的有机结合，代表了当代计算机体系结构发展的一个极其重要的方向；,计算机网络的雏形是美国在,1952,年建立的,半自动化地面防空系统,SAGE,，它第一次实现了把计算机技术和通信技术结合起来进行远程集中处理；,9/19/2024,5,1969,年由美国国防部高级研究计划局,(ARPA),主持研制的,ARPA,计算机网络,投入运行，它可以说是世界上的第一个计算机网络；,1976,年，美国,Xerox,公司开发基于载波监听多路访问,/,冲突检测原理的、用同轴电缆连接多台计算机的局域网，取名,以太网,；,随着微型计算机的广泛应用，目前,Internet,是计算机网络的发展主流。,9/19/2024,6,计算机网络的发展,随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机网络也经历了从简单到复杂，从单机到多机的发展过程，其发展大致可分为以下,4,个,阶段：,具有通信功能的单机系统 （终端）；,具有通信功能的多机系统 ；,以共享资源为主要目的的计算机网络阶段,(,ARPAnet,);,局域网络及其互连为主要支撑环境的分布式计算阶段。,9/19/2024,7,具有通信功能的单机系统（终端）,图,1-1,采用多重线路控制器的,“,具有通信功能的单机系统,”,9/19/2024,8,具有通信功能的多机系统,图,1-2,具有通信功能的多机系统,9/19/2024,9,以共享资源为主要目的的计算机网络阶段,(,ArpaNet,),图,1-3,计算机,计算机网络模型,外界干扰引起,9/19/2024,10,局域网络及其互连为主要支撑环境的分布式计算阶段,由局域网互连的若干台计算机组成了分布式计算机系统；,网络计算机由微型计算机组成；,系统中的各台计算机无主次之分，即没有主机、从机之分；,一个任务由多台计算机通过网络分解，并行地运行完成。,9/19/2024,11,信息高速公路与未来的计算机网络,信息高速公路,（,1,）,信息高速公路的由来,1991,年美国国会参议员阿尔,戈尔提出了,“,信息高速公路法案,”,。,1993,年,9,月美国政府正式提出了建立,“,国家信息基础设施,”,计划，即美国信息高速公路计划，简称,NII,计划。,9/19/2024,12,（,2,）,信息高速公路的基本组成,信息高速公路的全部内涵，包括以下四部分：,通信网、计算机、信息和人,从信息高速公路的结构来看，可分为三部分：,主干线、支线和支点,（,3,）,我国的信息高速公路计划与“金”字工程,发起中国信息基础设施建设,CII,建设,“,三金,”,工程：,“,金桥,”,、,“,金卡,”,、,“,金关,”,9/19/2024,13,未来的计算机网络世界,幻想变成现实：,电视电话、电视购物、电视教学、电视会议、家庭影院、家中办公、全球医疗会诊、全球电脑数据库等。,9/19/2024,14,计算机网络的发展趋势,一个目标,：在全球建设完善的信息基础设施。,二个支撑,：微电子技术、光电技术。,三个融合,：计算机、通信、信息内容。,四个热点,：多媒体、宽带网、移动通信、信息安全。,9/19/2024,15,1.2,计算机网络的定义,计算机网络的定义,将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的,计算机,、终端及其附属设备用通信设备和,通信线路,连接起来，并配置,网络软件,，以实现计算机,资源,共享的系统。,计算机：微型计算机、大型计算机，巨型计算机。,通信线路： 双绞线、同轴电缆、光纤、通信卫星、微波。,网络软件：网络协议、信息交换方式、网络操作系统。,资源：硬件、软件、数据,。,9/19/2024,16,计算机网络的定义中包括三个方面的内容,计算机网络是由两台或两台以上的具有“自主”功能计算机连接起来构成的系统；,计算机之间要通信和交换信息彼此之间需要有共同遵守的规则，这就是协议；,建立网络的目的：实现通信的交往、信息资源的交流、计算机分布资源的共享或协同工作。,9/19/2024,17,1.3,计算机网络的功能和分类,计算机网络的功能,计算机之间和计算机用户之间的相互通信交往；,资源共享；,计算机之间和计算机用户之间的协同工作；,最基本,的功能：资源共享。,9/19/2024,18,计算机网络的分类,按网络拓扑结构划分：,总线型、星状、环状、网状、树状,。,按网络的覆盖范围划分：,局域网、城域网、广域网,。,按数据传输所用的结构和技术划分：,交换网,：包括电路交换网、分组交换网。,广播网,：包括分组无线网、卫星网、局域网。,按通信传输介质划分：,双绞线网、同轴电缆网、光纤网、卫星网,等。,9/19/2024,19,按信号频带占用的方式划分：,基带网、频带网,。,按交换方式划分：,电路交换网、分组交换网、帧中继交换网、信元交换网,。,按网络的数据传输和系统的拥有者分类：,专用网、公用网,。,按网络结构划分：,资源子网、通信子网,。,按照互联网分：,Internet,、,Intranet,、,Extranet,。,9/19/2024,20,一般主要按计算机网络的分布距离来分类：,局域网,局域网是局部地区网的简称，计算机网络的通信距离通常限于中等规模的地理区域内，一般不超过,10km,，可以是一个单位或地区组建。,广域网,广域网又称远程网，其覆盖范围可以是几个城市、地区，甚至国家、洲和全球。,9/19/2024,21,城域网,城域网是介于局域网与广域网之间的高速网络，其规模限于一个城市范围。这类网络近几年发展迅速，其设计目标是要满足几十公里范围内的大量机关、公司、企事业单位的计算机联网需求，实现大用户、多种信息传输的综合信息网络。,因特网,因特网不是一种具体的网络，它把全球各种局域网和广域网通过路由器连接起来，采用,TCP,I,协议通信来实现全球化的信息服务。,9/19/2024,22,广域网,城域网,城域网,接入网,接入网,接入网,接入网,图,1-4,广域网、城域网和局域网,局域网,接入网,企业网,9/19/2024,23,1.4,计算机网络的组成,虽然计算机网络系统的结构和组成是复杂的、多样的，但对于以分组交换技术为基础建立起来的计算机网络系统来说，所有系统都具有相同的结构和组成。按照逻辑划分，可将计算机网络划分为,：,资源子网,通信子网,9/19/2024,24,图,1-5,通信子网和资源子网,9/19/2024,25,资源子网,资源子网由主计算机、终端、通信控制设备、连网外设、各种软件资源等组成。,主要负责全网信息处理，向网络用户提供可用的资源和网络服务,。,9/19/2024,26,通信子网,通信子网由网络中的各种通信设备及只用作信息交换的计算机构成。传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤等有线通信线路，也可以是微波、通信卫星等无线通信线路。,通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分，完成全网之间的数据传输、交换、控制,。,9/19/2024,27,1.5,网络的拓扑结构,拓扑的概念,拓扑学是几何学中的图论演变而来的,“,拓扑,”,(TOPOLOGY),方法。它把具体实体抽象为,“,点,”,，把连接实体的线路抽象为,“,线,”,，进而研究点、线、面之间的关系。,9/19/2024,28,网络拓扑结构,采用拓扑学方法抽象出的网络结构被称为计算机网络系统的拓扑结构。,各种不同计算机网络系统的拓扑结构是不同的,。,拓扑结构对整个网络系统的设计、功能、可靠性、费用等方面有着重要的影响,。,9/19/2024,29,几种常见的拓扑结构,环形,总线型,星型,树型,9/19/2024,30,总线形网络拓扑结构,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，并能够由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。,9/19/2024,31,星形网络拓扑结构,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，所有的数据必须经过中心处理机。,9/19/2024,32,环形网络拓扑结构,入网设备通过转发器接入网络。环形网的数据传输具有单向性，所有的转发器及其物理线路构成了一个环状的网络系统。,9/19/2024,33,树型拓扑结构,树型拓扑结构是星型拓扑的扩展。采用分层结构，有一个根节点和多层分支节点，除叶节点外，所有根节点和层分支节点都是转发节点。,适用于分级管理或控制型网络,。,网状拓扑结构,由分布在不同地理位置的计算机经传输介质和通信设备相连，节点间连接是任意的、无规律的。点,点之间多条路径，由路由选择来进行路径选择。,9/19/2024,34,1.6,计算机网络的典型应用,管理信息系统（,MIS,）,办公自动化系统（,OA,）,信息检索系统（,IRS,）,电子收款机系统（,POS,）,分布式控制系统（,DCS,）,计算机集成与制造系统（,CIMS,）,电子数据交换系统（,EDI,）,9/19/2024,35,1.7,数据通信的基本概念,基本概念,信息,信息是人脑对客观物质的反映。,既可以是对物质的形态、大小、结构、性能等部分或全部特性的描述，也可以是物质与外部的联系。信息有各种存在形式，如：文字、声音、图像等等。,数据,数据是定义为有意义的实体，是表征事物的形式，例如文字、声音和图像等。,数据可分为模拟数据和数字数据两类。模拟数据是指在某个区间连续变化的物理量，例如声音的大小和温度的变化等。数字数据是指离散的不连续的量，例如文本信息和整数,。,9/19/2024,36,信号和信号发送,数据通信中的“信号”是,指数据的电磁编码或电编码,，信号可分为,模拟信号和数字信号,两种。,信号发送是指沿传输介质传播信号的动作,。,信号带宽,信号通常都是以电磁波的形式传送的，电磁波都有一定的频谱范围，该频谱范围称做该信号的带宽。但在实际应用中，频谱宽度被看做是信号能量比较集中的那样一个频谱范围。,9/19/2024,37,模拟信号和数字信号,模拟信号,（,analog,signal,）的信号电平是连续变化的。,数字信号,（,digital signal,）是用两种不同的电平去表示,0,、,1,比特序列的电压脉冲信号表示。,模拟传输与数字传输,以模拟信号的形式在信道上传输数据称做,模拟传输。,以数字信号的形式在信道上传输数据称做,数字传输。,9/19/2024,38,图,1-6,模拟信号和数字信号,9/19/2024,39,信道,信道是传送信号的一条通路，由传输介质及相应的 附属设备组成。,信道可以按以下标准进行分类：,计算机网络结构划分：,物理信道,和,逻辑信道,传输介质划分：,有线信道,和,无线信道,传输数据信号类型划分：,模拟信道,和,数字信道,信道的使用方式划分：,专用信道,和,公共交换信道,9/19/2024,40,信道的几个主要技术指标,比特率,（,S,）,：单位时间内传递的二进制代码的有效位数。,波特率,（,B,）,：表示调制后模拟电信号每秒钟的变化次数。（,B,1/T,）。,信道容量,：物理上信道所能传输数据的最大能力。,误码率,（,Pe,）,：二进制位在数据传输中被传错的概率。（,Pe,=,Ne,/N,，,一般,Pe, 10,-6,）,吞吐量,：信道在单位时间内传输的总的信息量。,9/19/2024,41,网络通信系统设计中涉及的主要问题,数据传输类型,模拟通信,、,数字通信,数据通信方式,串行通信,、,并行通信,数据交换方式,线路交换,、,存储转发交换,同步技术,同步传输,、,异步传输,差错控制技术,奇偶校验,、,循环冗余校验,9/19/2024,42,1.8,串行传输与并行传输,数据传输,图,1-7,数据的传输,模拟通信,数字通信,数据通信,信源发、信宿收的都是数字信号。,信源,信宿,发,数字信号,数字信号,收,模拟信号,数字信号,9/19/2024,43,传输方式,并行传输,字符编码的各位（比特）同时传输 。,图,1-8,并行传输,9/19/2024,44,特点：,传输速度快,:,一位（比特）时间内可传输一个字符；,通信成本高,:,每位传输要求一个单独的信道支持；因此如果一个字符包含,8,个二进制位，则并行传输要求,8,个独立的信道的支持；,不支持长距离传输,:,由于信道之间的电容感应，远距离传输时，可靠性较低。,9/19/2024,45,串行传输,将组成字符的各位串行地发往线路。,图,1-9,串行传输,9/19/2024,46,特点：,传输速度较低,，一次一位；,通信成本也较低,，只需一个信道；,支持长距离传输,，目前计算机网络中所用的传输方式均为串行传输。,数据的通信方式：,单工通信,：传送的信息始终是一个方向。,半双工通信,：通信双方都可以发送或接收信息，但不能同时 双向发送。,双工通信,：通信双方可以同时发送和接收信息,。,9/19/2024,47,图,1-10,数据传输的三种方式,9/19/2024,48,1.9,数据传输类型与编码技术,数据的传输类型,数据通信,：在不同的计算机和数字设备之间传送二进制代码,0,、,1,比特位的过程。,频带传输（模拟传输）,：信源发出模拟信号在模拟信道传输。,基带传输（数字传输）,：信源发出模拟信号以数字信号的形式传输。,9/19/2024,49,基带传输与数字信号编码,基带传输,：,信号只占有一定的频率范围。这种由计算机或终端产生的，频谱从零开始而未经调制的数字信号所占用的频率范围叫基本频带，简称基带。利用基带信号直接传输的方式称基带传输,。,数字基带信号的编码,非归零编码,曼彻斯特编码,差分曼彻斯特编码,9/19/2024,50,非归零编码,码元,每一位二进制数字。,9/19/2024,51,优点：,简单、容易实现,。,缺点：,无法保证收发双方的同步，必须附加发送同步信号。,应用：,计算机串口和调制解调器之间。,9/19/2024,52,曼彻斯特编码,曼彻斯特编码,是目前广泛使用的编码方法之一。在每一码元时间间隔内，当发,0,时，在间隔的中间时刻电平从低向高跃变；当发,1,时，在间隔的中间时刻电平从高到低的跃变。,差分曼彻斯特编码,是对曼彻斯特编码的改进。在每一码元时间间隔内，无论发,0,或,1,，在间隔的中间都有电平的跃变；但发,1,时，间隔开始时刻不变；发,0,时，间隔开始时刻变。,9/19/2024,53,1 0 1 1 0,前半周期,传送原码,、后半周期,传送反码,发,0,时在中间时刻电平,从低跃变到高,发,1,时在中间时刻电平,从高跃变到低,曼特斯特编码,发,0,时前半码元与上一后半码元相反发,1,时前半码元与上一后半码元相同,差分曼特斯特编码,9/19/2024,54,曼彻斯特编码的特点及应用,优点：,内同步、成本低,缺点：,效率低,应用：,典型的,10BASE,以太网等,差分,曼彻斯特编码的特点,优点：,内同步、抗干扰性能较好,缺点：,实现技术复杂,9/19/2024,55,图,1-11,数字信号三种编码波形,9/19/2024,56,基带传输的特点及应用,优点：,抗干扰能力强、成本低,缺点：,信道利用率低，使用有线介质限制了使用场合,应用：,一般局域网中经常使用基带传输技术,9/19/2024,57,频带传输与模拟信号编码,基本概念,编码,：是将模拟数据或数字数据变换成数字信号，以便通过数字传输介质传输出去。,调制,：将数字信号或非正弦波的模拟信号变成正弦波的模拟信号的过程。,解调,：将经过调制变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。,解码,：在接收端，将数字信号变换成原始数据。,9/19/2024,58,数字数据的模拟信号编码,通过调制振幅、频率和相位等载波特性或者这些特性的某种组合，来对数字数据进行编码。最基本的数字数据,模拟信号调制方式有以下三种,:,幅移键控方式（,ASK,）,频移键控方式（,FSK,）,相移键控方式（,PSK,）,9/19/2024,59,幅度调制,幅度调制又称“振幅键控”，在幅度调制中，频率和相位都是常数，振幅为变量,即载波的幅度随发送的信号而变化。,频率调制,频率调制又称“移频键控”，在频率调制中，振幅和相位为常量，频率为变量，即载波的频率随发送的信号而变化。,9/19/2024,60,相位调制,相位调制又称“移相键控”,。在相位调制中，振幅、频率为常量，相位为变量，即载波的相位随发送的信号而变化。,9/19/2024,61,图,1-12,三种调制方式波形,9/19/2024,62,1.10,数据同步技术,基本概念,概念,数据的发送和接收要求同步，,发送端以一定的速度在一定的起止时间内发送数据，接收端也必须以相同的速度在相同的起止时间内发送数据。,9/19/2024,63,需解决问题,正确区分和识别每个比特,-,位同步,区分每个代码的起始和结束位,-,字符同步,区分出完整的报文数据块的开始和结束位,-,帧同步,同步方式,异步传输方式,同步传输方式,9/19/2024,64,异步传输方式,每个字符在传输时都前后分别加上起始位和结束位，以表示一个字符的开始和结束。起始位为“,0”,，结束位为“,1”,，结束位的长度可以为,1,位、,1.5,位或,2,位。,图,1-13,异步传输,发送端,接收端,停止位,奇偶位,b,7,b,6,b,5,b,4,b,3,b,2,b,1,起始位,起始位,校验位,终止位,9/19/2024,65,工作特点,各个位以串行方式发送，并附有“起止位,”,作为识别符,以,字符,为单位，字符之间通过“空号”来分隔,优点,设备简单、技术容易、费用低,缺点,每传输一个字符，都需要附加,23,位附加位，开销大，消费传输时间,应用,适用低速的通信场合,9/19/2024,66,同步传输方式,以固定的时钟节拍来发送数据信号，字符间顺序相连，既无间隙也没有插入位。收发双方的时钟信号与传输的每一位严格对应，以达到位同步，在开始发送一帧数据前须发送固定长度的帧同步字符，发送完数据后再发送帧终止字符，这样就实现了字符和帧的同步，之后连续发送空白字符，直到发送下一帧时重复上述过程。,9/19/2024,67,工作特点,同步传输中，信息是以,数据块,的方式传输,在位流中采用同步字符来保证定时,附加位多，效率高于异步传输,发送端,接收端,数据块,同步,信号,同步,信号,数据块,01111110,01111110,图,1-14,同步传输,9/19/2024,68,优点,传输速率高。,缺点,设备较贵，线路使用高，加大,DCE,设备负担。,应用,计算机和计算机之间的通信，智能终端与主机之间的通信，以及网络通信等。,9/19/2024,69,1.11,多路复用技术,基本概念,当信道的传输能力超过某一信息的需求时，为了提高信道的利用率，需要用一条信道传输多路信号，即多路复用技术,。,通过多路复用器，将多路信号进行汇集后传输，接收端再通过多路复用器将信息进行分离。,常用的多路复用技术,频分多路复用（,FDM,）,时分多路复用（,TDM,）,波分多路复用（,WDM,）,空分多路复用（,SDM,）,9/19/2024,70,多路,复用器,多路,复用器,图,1-15,多路复用技术,9/19/2024,71,频分多路复用（,FDM,）,频分多路复用,FDM,是利用传输介质的可用带宽超过给定信号所需的带宽这一优点。,频分多路复用,FDM,是把每个要传输的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，即信号的带宽不会相互重叠，然后在传输介质上进行传输，这样在传输介质上就可以同时传输许多路信号。,9/19/2024,72,应用,适用于,宽带局域网,、,公用电话网,传输语音信息时的电话线复用技术,图,1-16,频分多路复用技术,9/19/2024,73,时分多路复用技术（,TDM,）,时分多路复用,TDM,利用每个信号在时间上交叉，可以在一个传输通路上传输多个数字信号。,这种交叉可以是位一级的，也可以是由字节组成的块或更大量的信息。,与频分多路复用类似，专门用于一个信号源的时间片序列被称为是一条通道时间片的一个周期（每个信号源一个），称之为一帧。,在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。,9/19/2024,74,应用,适用于传输占信道带宽较宽的数字基带信号，常用于,基带局域网,中。,图,1-17,时分多路复用技术,9/19/2024,75,1.12,广域网中的数据交换技术,基本概念,交换,也称为转接。是在多结点网络中实现数据传输的技术，两结点要通信时，在双方之间建立一条物理的或逻辑的通道，称为,链路,。,所谓,交换技术,是采用交换机或节点机等交换系统，通过路由选择技术以实现通信双方的信息传输和交换的一种技术。,常用的数据交换方式可分为两大类：,电路交换方式,和,存储转发方式,。其中，存储转发方式按照被转接的信息单位不同，又可分为,报文交换,和,报文分组交换,。,9/19/2024,76,线路交换（静态分配）,原理,：通过呼叫,(,拨号,),在通信的双方之间建立起一条传输信息的实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被通信双方独占而不能被其它站使用，直到数据传输结束。,包括三个阶段,建立线路,传输数据,线路拆除,9/19/2024,77,特点,在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的固定传输带宽。,优点,数据传输可靠、速度快，且按序传送,缺点,线路利用率低；线路建立和拆除的时间较长；,不具备差错控制能力；不具有存储转发能力,9/19/2024,78,存储转发交换（动态分配）,产生,1964,年，巴兰提出了“存储转发”的概念；,1966,年，戴维斯提出了“分组”的概念。,1969,年美国的分组交换网,ARPANET,投入运营。,存储转发和线路交换的主要区别,发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网,通信子网中的结点要负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。,9/19/2024,79,分类,数据通过通信子网传输时可以有,报文,（,message,）与,报文分组,（,packet,）两种方式；,报文传输,：不管发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻辑单元发送；,报文分组传输,：限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文分组发送。,9/19/2024,80,报文交换,报文交换属于存储交换，它不需要在两个站之间建立一条专用通路。存储交换的,主要原理,是：把待传送的信息存储起来，等到信道空闲时发出去。存储交换具有存储信息的能力。,优点,无需建立专用通道，传送的报文可分时共享通路，从而提高线路利用率；,可以进行不同速率、不同码型的交换，从而实现不同种类的终端间的数据传送；,可以实现把一个报文送到多个目的站点。,9/19/2024,81,缺点,报文不按顺序到达 ；,延迟时间较长，为“报文接收时间,+,排队等待时间,+,报文转发时间”；,中间节点须具备很大的存储空间,且大报文从外存调入内存增加了延迟时间；,大报文长时间占用线路进行传输,增加了其他小报文在网络中的延迟时间；,大报文出错率较高而引起频繁的重发,影响传输效率。,应用,电报、电子邮件等非实时系统,9/19/2024,82,分组交换,分组,：将较长的报文分割长若干个一定长度,(,等长,),的段,每段加上交换时所需的地址信息、差错校验信息，按规定格式构成的数据单元。,基本思想,:,限制信息的长度,以分组为单位进行存储转发，在接收端再将各分组重新组装成一个完整的报文。,优点,:,高效、灵活、迅速、可靠,缺点,:,实现复杂。,适合,:,计算机间联网通信，是目前数据网络中最广泛使用的一种交换技术,9/19/2024,83,虚电路分组交换,（面向连接）,特点,:,分组传送前在发送站和接收站间建立一条逻辑电路,优点,:,数据传送前仅作一次路由选择,;,数据传送时不需目的地址减少了分组长度,节省通信处理时间等额外的开销,;,保证每个分组正确有序的到达,缺点,:,当某个节点出故障时,沿途经过的虚电路瘫痪,适合,:,系统之间长时间的数据交换,9/19/2024,84,数据报分组交换 （面向无连接）,数据报,:,指每个独立处理的报文分组,特点,:,没有建立连接的过程,;,以数据报为信息单元来处理,;,接收节点割据网络中的实际情况等来选择路由,;,每个数据报经过的路径可能不同,到达时可能不 按序,甚至有的数据报可能会丢失,优点,:,传输少数分组时速度更快、灵活,;,且传输较为可靠,当某个节点出故障而失效,报文分组还可以通过其它路径传送,缺点,:,分组不按序到达,不能及时发现分组丢失,9/19/2024,85,三种交换技术的比较,9/19/2024,86,虚电路方式和数据报方式的比较,对比的方面,虚电路服务,数据报服务,思路,可靠通信应当由网络来保证,可靠通信应当由用户主机来保证,连接的建立,必须有,不要,目的站地址,仅在连接建立阶段使用，每,个分组使用短的虚电路号,每个分组都有目的站的全地址,路由选择,在虚电路建立时进行，所有,分组均按同一路由,每个分组独立选择路由,当结点出故障时,所有通过出故障的结点的虚,电路均不能工作,出故障的结点可能会丢,失分组，一些路由可能会发生变化,分组的顺序,总是按发送顺序到达目的站,到达目的站时不一定按发送顺序,端到端的差错处,理和流量控制,由分组交换网负责,由用户主机负责,9/19/2024,87,1.13,差错控制技术,基本概念,差错控制方法,数字通信系统的基本任务是高效率而无差错的传送数据。但在任何一种通信线路上都不可避免地存在一定程度的噪声。信道噪声所造成的后果是使得接收端接收到的数据和发送端所发送的数据不一致，即造成传输差错,。,9/19/2024,88,提高传输质量的方法,选择好的通信线路，即改善通信线路的电气性能，使误差的出现概率降低到系统的要求。,在通信线路上，设法检查错误，采取措施对错误进行差错控制。,差错的分类,热噪声差错（随机差错）：,传输介质内部因素引起,冲击噪声差错（突发差错）：外界干扰引起,9/19/2024,89,常用的差错控制法,奇偶校验,奇偶校验又叫字符校验、垂直冗余校验（,VRC,）。它是,以字符为单位,的校验方法。它在每个字符编码的后面（或最前面），另外增加一个二进制位，该位叫做,校验位,。其主要目的是使整个编码中,1,（或,0,）的个数成为奇数或偶数。如果使编码中,1,的个数成为奇数则叫做奇校验，反之，则叫做偶校验。,9/19/2024,90,例如：,我们要传送的一组二进制编码为,1010010,后面增加一位进行奇校验,10100100,（使,1,的个数为奇数）,传送时未出现错误：,10100100,，奇校验正确,传送时其中一位出错：,10110100,，奇校验能检查出错误,传送有两位出错时：,10111100,，奇校验就不能检查出错误了,9/19/2024,91,这种方法只能检测错误而不能纠正错误，因为它不能检测出错在哪一位。,奇偶校验法虽然简单，但并不是一种安全的差错控制方法，一般用于低速传输，如：普通电话线与,ISP,（低速时）。其中，,偶校验用于异步传输方式，奇校验用于同步传输方式,。,9/19/2024,92,方块校验,方块校验又叫报文校验、水平垂直冗余校验（,LRC,）。是一种对行和列都进行奇偶校验的方法。这种方法是在奇偶校验的基础上，在,一批字符,传送之后，另外增加一个检验字符，该检验字符的编码方法是使每一位纵向代码中,1,的个数成为奇数（或偶数）。,9/19/2024,93,LRC,的工作方式,字符,位,1,位,2,位,3,位,4,位,5,位,6,位,7,校验位（偶）,N,1,0,0,1,1,1,0,0,E,1,0,0,0,1,0,1,1,T,1,0,1,0,1,0,0,1,W,1,0,1,0,1,1,1,1,O,1,0,0,1,1,1,1,1,校验位（偶）,1,0,0,0,1,1,1,0,9/19/2024,94,例如：,奇偶校验位（奇校验）,字符,1 1010010 0,字符,2 1000001 1,字符,3 1001100 0,字符,4 1010000 1,字符,5 1001000 1,字符,6 1000010 1,-,方块校验字符（奇校验）,1111010 1,9/19/2024,95,这种方法的纠错能力较强，基本可以检测出所有,1,位、,2,位或,3,位的错误，从而,使误码率能降低,2,4,个数量级，纠错效果十分显著，广泛用于计算机通信和某些计算机外部设备的数据传输中。,9/19/2024,96,循环冗余校验,在反馈重发纠错法中，最常用的校验码是循环冗余校验码,(CRC),，简称循环码，又称（,n,k,）循环码，循环码共,n,位，其中前,k,位为数据位，后（,n,k,）位为冗余位。一种通过,多项式除法检测错误,的方法。,检错思想,：收发双方约定一个生成多项式,G(x,),（其最高阶和最低阶系数必须为,1,），发送方在帧的末尾加上校验和，使带校验和的帧的多项式能被,G(x,),整除。接收方收到后，用,G(x,),除多项式，若有余数，则传输有错。,9/19/2024,97,校验码计算方法,将要发送的数据当作一个多项式,F,（,x,）的系数；最高指数为,r;,选择一个生成多项式,G(x,),，最高指数为,k,，,0kr;,计算,F,（,x) *,x,k,;,计算,F,（,x) *,x,k,/ G,（,x),，生成余数多项式,R,（,x,）,-,校验码。,生成多项式,G(x,),：,是接受方和发送方的一个约定，也就是一个二进制数，在整个传输过程中，这个数始终保持不变。,9/19/2024,98,生成多项式,9/19/2024,99,3,种已成为标准的多项式,CRC-12 X,12,+X,11,+X,3,+X,2,+X+1,CRC-16 X,16,+X,15,+X,2,+1,CRC-CCITT X,16,+X,12,+X,5,+1,在数据通信与网络中，通常,k,相当大，由一千甚至数千数据位构成一帧，而后采用,CRC,码产生,r,位的校验位。它只能检测出错误，而不能纠正错误。一般取,r=16,，标准的,16,位生成多项式有,CRC-16 X,16,+X,15,+X,2,+1,和,CRC-CCITT X,16,+X,12,+X,5,+1,9/19/2024,100,CRC,码的生成步骤,将,x,的最高幂次为,R,的生成多项式,G(x,),转换成对应的,R+1,位二进制数；,将信息码左移,R,位，相当与对应的信息多项式,F(x,)*2,R,；,用生成多项式（二进制数）对信息码做模,2,除，得到,R,位的余数；,将余数拼到信息码左移后空出的位置，得到完整的,CRC,码,。,9/19/2024,101,模,2,除（按位除）：,模,2,除做法与算术除法类似，但每一位除（减）的结果不影响其它位，即不向上一位借位。然后再移位做下一位的模,2,减。,步骤如下：,用除数对被除数最高几位做模,2,减，没有借位。,除数右移一位，若余数最高位为,1,，商为,1,，并对余数做模,2,减。若余数最高位为,0,，商为,0,，除数继续右移一位。,一直做到余数的位数小于除数时，该余数就是最终余数。,9/19/2024,102,例：,试通过计算求出,CRC,校验码，并写出完整传输的比特序列。要求：,(1)CRC,校验的生成多项式：,G(x,)=x,4,+x+1,相应的比特序列为,10011,，,k=4,；,(2),要发送的二进制多项式为：,F(x,)=x,4,+x,2,+1(,比特序列,10110),9/19/2024,103,解：,F(x,),序列左移,4,位得到：,101100000,进行模,2,除法,10101,10011|101100000,10011,10100,10011,11100,10011,1111,余数多项式,R,（,x,）,=1111,9/19/2024,104,经通信信道实际传输的数据比特序列为：,101101111,它由两部分组成,：,校验过程,：,用实际传输的数据比特序列对,G(x,),进行模,2,除法，若得到的余数为,0,，则表示传输正确,要发送的二进制信息,CRC,校验码,10110,1111,9/19/2024,105,注意事项,生成多项式的最高位和最低位必须为,1,当被传送信息（,CRC,码）任何一位发生错误时，被生成多项式做模,2,除后应该使余数不为,0,不同位发生错误时，应该使余数不同,对余数继续做模,2,除，应使余数循环,当余数不足,R,位时，在前添“,0”,补足,9/19/2024,106,循环冗余校验的基本思想是：,在发送时，将报文码多项式用生成多项式来除，将相除结果的余数作为校验码跟在报文码之后一同发送出去。,在接收端，把接收到的含校验码的报文码再用同一个生成多项式来除，如在传送过程中无差错，则应该除尽，即余数应为,0,，若除不尽，则说明传输过程中有差错，应要求对方重新发送一次。,多项式以,2,为模运算。按照它的运算法则，,加法不进位，减法不借位,。,9/19/2024,107,循环冗余校验码的特点,可检测出所有奇数位错,可检测出所有双比特的错,可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错,9/19/2024,108,CRC,的纠错,在接收端收到了,CRC,码后用生成多项式为,G(x,),去做模,2,除，若得到余数为,0,则码字无误。,若如果有一位出错，则余数不为,0,，而且不同位出错，其余数也不同。,可以证明，余数与出错位的对应关系只与码制及生成多项式有关，而与待测码字（信息位）无关。,下表给出了,G(x,),1011,，,F(x,),1010,的出错模式，改变,F(x,),（码字），只会改变表中码字内容，不改变余数与出错位的对应关系。,9/19/2024,109,（,7,，,4,）,CRC,码的出错模式（,G(x,),1011,）,9/19/2024,110,如果循环码有一位出错，用,G(x,),作模,2,除将得到一个不为,0,的余数。如果对余数补,0,继续除下去，我们将发现一个有趣的结果；各次余数将按上图所给顺序循环。,例如第一位出错，余数将为,001,，补,0,后再除（补,0,后若最高位为,1,，则用除数做模,2,减取余；若最高位为,0,，则其最低,3,位就是余数），得到第二次余数为,010,。以后继续补,0,作模,2,除，依次得到余数为,100,，,011,，反复循环，这就是“循环码”名称的由来。,9/19/2024,111,【,例,】,假设使用的生成多项式是,G(x,)=x,3,+x+1,。,4,位的原始报文为,1010,，求编码后的报文。,9/19/2024,112,解：,1,、将生成多项式,G(x,)=x3+x+1,转换成对应的二进制除数,1011,。,2,、此题生成多项式有,4,位（,R+1,），要把原始报文,C(x,),左移,3,（,R,）位变成,1010000,3,、用生成多项式对应的二进制数对左移,4,位后的原始报文进行模,2,除：,1001-,商,-,1010,000,1011-,除数,-,1000,1011,-,0,11-,余数（校验位）,1010011,9/19/2024,113,例,:,某循环冗余码（,CRC,）的生成多项式,G(x,),x,3,+x,2,+1,，用此生成多项式产生的冗余位，加在信息位后形成,CRC,码。若发送信息位,1111,和,1100,则它的,CRC,码分别为,A,和,B,。由于某种原因，使接收端收到了按某种规律可判断为出错的,CRC,码，例如码字,C,、,D,、和,E,。,A,：,lllll00 1111101 1111110 1111111,B,：,1100100 1100101 1100110 1100111,C,E,：,0000000 0001100 00101110011010,1000110 1001111 1010001 1011000,9/19/2024,114,解,:,A,：,G(x,),1101,，,F(x,),1111,F(x,)*2,3,G(x),11110001101,1011,余,111,得到的,CRC,码为,1111111,B,：,G(x,),1101,，,F(x,),1100,F(x,)*2,3,G(x),11000001101,1001,余,101,得到的,CRC,码为,1100101,C,E,：,分别用,G(x,),1101,对,作模,2,除,:, 00000001101,余,000 11111011101,余,001, 00101111101,余,000 00110101101,余,000, 10001101101,余,000 10011111101,余,100, 10100011101,余,000 10110001101,余,100,所以,C,、,D,和,E,的答案是,、,、,9/19/2024,115,计算机中常用的一种检错码是,CRC,，即,_A_,码。在进行编码过程中要使用,_B_,运算。假设使用的生成多项式是,G(X)=X4+X3+X+1,， 原始报文为,11001010101,，则编码后的报文为,_C_,。,CRC,码,_D_,的说法是正确的。,供选择的答案：,A,：,水平垂直奇偶校验,循环求和,循环冗余,正比率,B,：,模,2,除法,定点二进制除法,二十进制除法,循环移位法,C,：, 1100101010111 110010101010011, 110010101011100 110010101010101,D,：,可纠正一位差错,可检测所有偶数位错,可检测所有小于校验位长度的突发错,可检测所有小于、等于校验位长度的突发错,9/19/2024,116,解：,从前面有关,CRC,的论述中可得出：,A,：,循环冗余,B,：,模,2,除法,C,：,G(x,),11011,，,F(x,),11001010101,，,F(x,)*2,4,G(x),11001010101000011011,余,0011,得到的,CRC,码为, 110010101010011,D,：从前面,有关通信与网络中常用的,CRC,的论述,中可得出：,可检测所有小于、等于校验位长度的突发错,9/19/2024,117,两种差错控制机制,停止等待方式,连续工作方式,拉回式方式,选择重发方式,9/19/2024,118,课前预习,什么是协议？协议的组成？协议的功能？,计算机网络体系结构为何要采用分层结构？,ISO,的开放系统互连参考模型分几层？从高到低分别是什么？各层各有什么功能？,著名的标准化组织有哪些？,TCP/IP,的参考模型分几层？各有什么功能？,IP,地址分为哪几类？什么是子网掩码？有何功能？,计算机系统的软件包括哪,3,个部分？,网络操作系统是如何定义的？有何功能？,计算机网络系统主要由哪几种系统结构？,9/19/2024,119,