数据与计算机通信--第1章.ppt

1数据通信与网络数据通信与网络2课程地位与任务地位l通信工程专业专业方向课中的一门必修课任务l掌握数据通信的基本原理和方法l掌握数据通信网协议体系结构和基本协议l掌握局域网、广域网、互联网的构成和特点课时l40 学时数据通信与网络3课程的基本要求基本要求l数据通信基本概念和原理l数据通信网的物理层借口标准和基本链路控制方法l广域网的组成原理和主要协议l局域网的组成原理和主要协议l互联网的组成原理和TCP/IP协议栈关键协议要求完成的习题l约20题数据通信与网络4导读本书概要l概述l数据通信l广域网l局域网l通信体系结构与协议l因特网应用Internet和万维网上的资源标准*5第 一 部分 概述第一章 数据通信、数据网络和因特网 数据通信与网络6数据通信和网络构成要点数据通信l信号传输l传输媒体l信号编码l接口l数据链路控制及复用网络构成lLAN&WAN因特网数据通信与网络7现代企业的数据通信及网络构成趋势l通信量的上升l新服务的发展l技术的进步数据传输和网络容量需求l高速局域网的出现l企业广域网的需求l数字电器数据通信与网络8通信模型源点（Source）l生成传输数据发送器（Transmitter）l信息转化并编码成为可传输的电磁信号传输系统（Transmission System）l携带数据接收器（Receiver）l转化接收的数字信号为模拟信号终点（Destination）l获取数据数据通信与网络9简化的通信模型数据通信与网络10表述更详细的通信模型数据通信与网络11思考题根据通信模型，试回答以下问题：l通信的基本目的？l数据通信模型各基本要素的内涵及作用？l系统收发双方为何需要同步l通信系统的噪声是否只存在于信道？l为什么说它只是一个原理性的抽象模型，实际通信系统与它相比主要有哪些差别？数据通信与网络12通信模型解述通信模型解述 通信的基本目的是由信源向信宿传送消息数据通信与网络13信源 顾名思义，指信息产生的源头，可以是人或设备。其发出的信息也可以是多种多样的，如语音、文字、图像、数据等。这些信息可以是离散的，也可以是连续的。数据通信与网络14发送器 种类及其功能多样化，如编码、调制、放大、滤波、发射等。发送器含有与传输线路匹配的接口，其基本作用是将信源发出的信息转换成便于传输的某种信号。模拟与数字通信系统两者的发送器功能有很大差异。数据通信与网络15信道 即信息传输通道，也是传递物质信号的媒体。信道可以是明线、电缆、波导、光纤、无线电波等。数据通信与网络16 是整个系统噪声与干扰的总折合，用以表征信息在信道中传输时遭受的干扰情况。在任何通信系统中，干扰的性质与强弱都是影响系统性能的重要因素。噪声源数据通信与网络17接收器 其作用主要是接收信道中的信号，并转换成发送前相同表示形式的信息传递给信宿，与发送器功能正好相反。对接收器的要求是尽可能地从受干扰的信号中精确地提取和还原来自信源的信息。数据通信与网络18信宿信息传输的目的地，即接收消息的人或机器。数据通信与网络19同步 狭义地讲，是信息在通信系统传输过程中，其数据信号在系统各部分的收发时序上保持一致，包括比特同步、帧同步、网同步。更广的意义是信息在通信系统中保持时间、空间、内容以及它们之间的同步。数据通信与网络20噪声 噪声的干扰实际存在于整个通信系统中，为便于分析，并考虑到信道上的干扰最为严重，故通信模型把噪声干扰集中在信道上表示为n(t)。数据通信与网络21通信模型示意图l表面上描述的是一个一对一的单向通信系统l图中的同步也只是一种时间上协调的会意性描述l却是适于各种通信系统的一个抽象模型l概括地反映了各种通信系统实际应用中的共性。实际应用中的通信系统l往往是双向的，而且可能是多个信源与多个信宿间的通信。l传输系统一般不是简单的点对点的关系，而是涉及比较复杂的网络结构，包含交换技术、路由选择等内容通信模型与实际系统的差别数据通信与网络22信源信源信源信源发送器发送器发送器发送器信宿信宿信宿信宿传输媒体传输媒体传输媒体传输媒体接收器接收器接收器接收器信道信道信道信道噪声源噪声源噪声源噪声源调制器调制器调制器调制器解调器解调器解调器解调器非电非电非电非电/电变换电变换电变换电变换器器器器发信者发信者发信者发信者电电电电/非非非非电变换电变换电变换电变换器器器器收信者收信者收信者收信者A.A.简单的通信系统模型简单的通信系统模型简单的通信系统模型简单的通信系统模型输入数据输入数据g(t)g(t)输出数据输出数据g (t)g (t)发送信号发送信号S(t)S(t)接收信号接收信号r r(t)(t)B.B.模拟通信系统模拟通信系统模拟通信系统模拟通信系统信信信信道道道道噪噪噪噪声声声声源源源源解解解解调调调调器器器器C.C.数字通信系统数字通信系统数字通信系统数字通信系统调调调调制制制制器器器器加加加加密密密密器器器器二二二二次次次次解解解解码码码码器器器器解解解解密密密密器器器器二二二二次次次次编编编编码码码码器器器器一一一一次次次次解解解解码码码码器器器器一一一一次次次次编编编编码码码码器器器器非电非电非电非电/电变电变电变电变换器换器换器换器电电电电/非非非非电变电变电变电变换器换器换器换器收收收收信信信信者者者者发发发发信信信信者者者者数据通信与网络23思考题一个通信系统要完成的主要任务有哪些？一个通信系统要完成的主要任务有哪些？数据通信与网络24通信任务(Communications Tasks)传输系统的利用（Transmission system utilization）寻址（Addressing）接口（Interfacing）路由选择（Routing）信号的产生（Signal generation）恢复（Recovery）同步（Synchronization）报文的格式化（Message formatting）交换管理（Exchange management）安全保证（Security）差错检测和纠正（Error detection and correction）网络管理（Network management）流量控制（Flow control）数据通信与网络25通信主要任务传输系统的利用传输系统的利用l充分合理利用传输设施l复用复用：在多个用户之间分配传输系统的总传输能力l拥塞控制拥塞控制：保证传输系统不因传输请求过量而超载接口接口l设备与传输系统之间的连接信号的产生信号的产生l按某种格式产生具有一定强度的电磁波信号l能够在传输系统上传播l能够被接收器转换为数据数据通信与网络26通信主要任务同步同步l在发送器与接收器之间达成某种同步l接收器能够判断信号的起始、结束和信号单元的持续时间交换的管理交换的管理l通信双方为交换数据而建立连接l通信双方数据处理设备的其它协商工作l差错控制差错控制：检测或纠正因信号失真或信道噪声等原因而产生的传输差错l流量控制流量控制：保证信宿设备不会因信源设备发送太快以至无法及时接收和处理这些数据而导致超载数据通信与网络27通信主要任务寻址寻址l当传输设施被两个以上设备共享时，信源必须给出信宿的标识路由选择路由选择l当传输系统是不只一条路径的网络时需要确定路由恢复恢复l信息交换过程中因通信系统某处出现故障而致使传输中断，需要从中断处恢复工作，或者把系统被涉及部分恢复到数据交换开始之前的状态报文格式化报文格式化l数据交换双方必须就传输的数据格式达成一致协议l交换代码转换、压缩、加密数据通信与网络28通信主要任务安全措施安全措施l发送方希望确保只有它期望的接收者接收到数据l接收方希望保证收到的数据来自正确的发送方，且数据在传输过程中未被改变网络管理网络管理l数据通信设施是一个复杂系统，需要合理地规划和配置，需要对系统运行状态进行监控，并处理拥塞、死锁、故障等引发的问题数据通信与网络29数据通信数据通信及计算机通信 数据通信与其它通信的区别 数据通信过程 信息、数据与信号以一种可靠且高效的方式来传输数据数据通信与网络30数据通信及计算机通信数据通信是指信源产生的数据，按一定通信协议，通过模拟传输信道或者数字传输信道，形成数据流传送到信宿的过程。数据通信是为了实现计算机与计算机之间或者终端与计算机之间的信息交互而产生的一种通信技术。从某种意义上说，数据通信是计算机通信的组成部分，数据通信着重于数据的传输，而不涉及数据所表示的原始信息；而计算机通信则着重于信息的交互。目前数据通信与计算机通信界定日益模糊。数据通信与网络31数据通信与其它通信语音通信l电话图象通信l传真、静态图像视频通信l电视数据通信l计算机数据（包括数字化的多媒体信息）l语音等其它通信可以允许适当范围的误差，数据通信要求传输完全正确数据通信最基本要求l迅速和可靠（“快”与“对”）数据通信与网络32思考题数据通信系统中Data Terminal Equipment和Data Communication Equipment分别有何功能？对应于通信模型中的哪些基本要素？数据通信与网络33DTE与DCE数据通信系统中，发送端信源和接收端的信宿称为DTE（Data Terminal Equipment），如计算机之类的终端设备。发送器和接收器称为DCE(Data Communication Equipment），它将DTE连接到传输系统中，如调制解调器，网卡等。DTEDTEDCEDCE数据通信与网络34数据通信过程l简化的数据通信模型数据通信与网络35数据通信网络的构成两个通信设备点对点直接连接的不实际性l两个设备之间的距离很远l设备组中的每个设备都可能需要在不同的时间与不同的设备连接解决办法：通信网络l广域网（WAN）l局域网（LAN）数据通信与网络36通信网相关术语图示通信网相关术语图示电路电路端局端局链路链路链路链路链路链路链路链路链路链路链路链路传输中继传输中继传输中继传输中继接入中继接入中继接入线接入线链路链路端局端局中心局中心局网络网络发送端发送端接收端接收端数据通信与网络37网络连接的术语节点（node）：网络中通信线路连接的计算机和交换机线路（line）：节点间通信的物理连接链路（link）：建立在相邻节点物理连接上的逻辑信道电路（circuit）：源站点与目的站点之间建立的传输通路交换（switching）：交换节点建立、保持和改变数据传输通路的过程路由选择（routing）：交换技术中选择传输路径的功能端节点：位于网络边缘连接源或目的站点的交换设备路由节点：网络中间的交换设备传输中继/传输网接入线/接入网数据通信与网络38发送端与接收端发送端与接收端发送端发送端 是信息产生与发送的设备，包括通信模型中的整个信源以及发送器的部分变换功能。常用的信源有电话、数据终端、主计算机系统和视频摄像机。接收端接收端 指用来接受信息的目的地设备，包括通信模型中的整个信宿以及接收器的部分逆变换功能。常用的信宿有电话、数据终端、主计算机系统和视频显示器。除无线广播和电视等单向传输外，发送和接收通常是双向的。数据通信与网络39电路（电路（1）l电路是通过已有媒介建立的发送端与接收端之间、或者网络中任两点或多点之间的端到端端到端的信息传输通路。l电路一般指一条物理线路上的一个逻辑连接。电路这一术语在不同的特定场合，可以与通路通路、链路链路、线路线路和信信道道等术语互换使用。l接入电路 是从用户到电信公司网络的电路。l传输电路 用于网络中或网络之间的长途传输。l单工电路 单向传输l 双工电路 双向传输。双向不能同时传输半双工l 双向可以同时传输全双工l二线电路 通过相同物理线路双向传输l四线电路 通过独立的物理线路双向传输数据通信与网络40电路（电路（2）l交换电路 在电路交换电路交换网络中灵活地通过一台或多台中间交换设备临时建立的电路连接l虚电路 在分组交换分组交换网络中由软件路由表定义的端到端的数据分组传输通路，它是逻辑上而非物理上的电路l永久虚电路（PVC）长期定义在路由表中的逻辑电路l交换虚电路（SVC）在要求通信时据网络状况选择最佳路径而临时建立在路由表中的逻辑电路数据通信与网络41链路链路链路是通过已有的媒介建立的直接相连的两点间的点到点点到点信息传输通路，是端到端电路的组成部分。一条电路既可能包含着多段链路，也可能只包含单段链路。如计算机与打印机之间的电路就只含有一段链路，图中数据终端到主计算机之间的这条电路就包含着多条链路。链路这一术语有时也可和线路或电路互换使用，如计算机与打印机之间的点到点连接就可互换这些术语。数据通信与网络42线路线路l线路是通过已有媒介建立的网络中任意两点或多点间的物理连接，包括传输媒介及通信装置与接口。这种物理连接可以是端到端或点到点的连接。l接入线 连接用户设备到网络的这段线路l中继线 是指能提供汇接和多路复接能力、实现多个用户共享的一段线路l接入中继 终端到交换点的中继线l传输中继 交换点到交换点之间的中继线l中继线是有方向的，可以是单向出中继、单向入中继或双向中继。数据通信与网络43信道信道在正式标准术语中，信道是指发送器与接收器之间的单向连接，即单向电路或信息传输通路。在一般用法中，信道是在物理电路上用于支持单一会话的逻辑连接。可以用某种方式构成物理电路，以支持一个或多个逻辑对话。数据通信与网络44交换交换l交换设备建立、保持和改变物理电路上的逻辑连接。用用户户小小交交换换机机（PBX）和中中心心交交换换机机（CO或COE）提供电路交换功能，电路交换按要求在可用状态下建立电路之间或链路之间的连接。l电路交换虽然研制的初衷是支持语音通信的，但它可以支持数据等任何形式信息的传输。l分组交换、帧交换和信元交换在较先进的网络中发展起来，主要支持数据和图像传输。l端局交换机位于网络边缘，用户通过接入链路接入到端局交换机l中心交换机也称汇汇接接交交换换机机，是一种高容量的交换机，位于网络中心，用于互联端局交换机。数据通信与网络45网络网络网络是工作在一起用于支持信息传输的各台设备单元构成的集合。广义地讲，网络包括从发送器到接收器之间的所有设备l所有链路和所有相关的交换机以及其它中间设备广域网常被描述成云状l这起源于20世纪70年代推广数据通信网的活动l意指网络内部结构和特性像云一样千变万化，其中的工作情况像云一样模模糊糊难以看见l云表达了一种网络的透明性概念:数据简单地从网络一端进去，又从网络的另一端出来。数据通信与网络46数据通信网络基本要素数据通信网络基本要素构成数据通信网的基本要素l数据终端设备（DTE-Data Terminal Equipment）l数据通信设备（DCE-Data Communication Equipment）l交换设备l传输链路数据通信网是这样一种系统：l在在一一定定范范围围内内以以数数据据通通信信设设备备与与交交换换设设备备为为点点，以以传传输输链链路路为为线线，点点线线按按一一定定顺顺序序相相连连，将将地地理理分分散散的的数数据据终终端端设设备备连连接接起起来来，可可以以完完成成用用户户间间多多对对多多的的数数据据通信。通信。数据通信与网络47计算机网络与计算机通信计算机网络与计算机通信计算机通信网计算机通信网l以独立自治的计算机为数据终端设备的数据通信网络以独立自治的计算机为数据终端设备的数据通信网络l计算机通信网是目前数据通信最主要的表现形式计算机通信网是目前数据通信最主要的表现形式计算机网络计算机网络l由两级子网构成：由两级子网构成：l以计算机通信网为通信子网；以计算机通信网为通信子网；l以网络连接的计算机提供的硬软件资源为资源子网以网络连接的计算机提供的硬软件资源为资源子网l以数据通信为手段，以资源共享为目的以数据通信为手段，以资源共享为目的l数据交换、资源共享、分布处理、信息服务是计算机网络主要功数据交换、资源共享、分布处理、信息服务是计算机网络主要功能能l网络操作系统是计算机网络有别于计算机通信网的主要标志网络操作系统是计算机网络有别于计算机通信网的主要标志多媒体网络多媒体网络l多媒体计算机网络多媒体计算机网络l数据通信网、电话网、有线电视网的融合数据通信网、电话网、有线电视网的融合数据通信与网络48简化的网络模型简化的网络模型交换式网络广播式网络数据通信与网络49routerworkstationservermobile数据和计算机通信网的类型数据和计算机通信网的类型（1）根据所采用的传输技术的不同，数据和计算机通信网可分为l交换式网络交换式网络l电路交换l存储-转发（报文交换、分组交换）l帧中继l信元中继l广播式网络广播式网络l有线信道（总线型、环型）l无线信道（微波、卫星）数据通信与网络50数据通信网的类型（数据通信网的类型（2）根据网络规模及所覆盖地域范围大小，计算机网络可分为l局域网lPAN-Personal Area Network PAN-Personal Area Network(个人区域网)lLAN-Local Area Network LAN-Local Area Network(局域网）lSAN-Storage Area Network SAN-Storage Area Network(存储区域网)lCAN-Campus Area Network CAN-Campus Area Network(园区网、校园网）l城域网lMAN-Metropolitan Area NetworkMAN-Metropolitan Area Networkl广域网lWAN-Wide Area Network WAN-Wide Area Network(广域网)lGAN-Global Area NetworkGAN-Global Area Network(全球区域网)数据通信与网络51数据通信网的类型（数据通信网的类型（3）在本课程中l将Internet网归于WAN范畴lInternet实际上是最大的GANl将MAN归于LANlMAN在地域上可归类于WAN，在技术上归属于LAN有些教材中称CAN为BNlBackbone Network（主干网）数据通信与网络52广域网广域网（WAN）覆盖地理范围大穿越公众设施依靠公共电信运营公司建立的电路广域网建立所采用的技术l电路交换（Circuit switching）l分组交换（Packet switching）l帧中继（Frame relay）l异步传递方式ATM（Asynchronous Transfer Mode）数据通信与网络53电路交换电路交换两个站点在会话期间需建立专用的通信路径通过网络节点（包括端节点和路由节点）和连接节点的一连串链路构成特点l独占性l实时性e.g.telephone network数据通信与网络54分组交换分组交换传送的数据称为报文（message，消息），可以是一份文件，一张表格，一幅图片。以整个报文为单位传送称为报文交换报文交换（message switching）把报文分成若干块，每次传送一小块（packets，包或报文分组），即分组交换l问题：为什么要将报文分块？有什么优越性？问题：为什么要将报文分块？有什么优越性？分组交换中，报文的数据可以不按序发送源站点和目的站点之间传送的分组，途中经过一 个个交换节点，穿越整个网络常用于终端终端-计算机通信计算机通信或计算机计算机-计算机通信计算机通信X.25 典型的公众分组交换数据网标准（ITU-T）数据通信与网络55帧中继FR-Frame Relay分组交换机制中各交换节点为纠正差错需要大量额外开销当今电信系统越来越可靠，交换节点不必进行差错控制差错主要发生在端系统，差错控制完全可以只由端系统实现帧中继是在分组交换的基础上发展起来的，大多数用于差错控制的额外开销被抛弃，因此传输速率大幅度提高数据通信与网络56异步传输模式ATM-Asynchronous Transfer Mode 某个特定用户信息并不一定在信道上周期性出现FR的演进，分组交换与电路交换的结合几乎没有差错控制的额外开销固定的分组（称为信元，cell）长度各种通信业务工作速率范围 10Mbps至10 Gbps使用分组交换技术能提供恒定数据速率的通路每条通路的数据速率又可以按需动态定义数据通信与网络57局域网（LAN）覆盖范围较小l一栋楼或者是一小片楼群相连接的设备属于同一组织l要求大量资金用于采购和维护l网管完全用户负责较高的数据率数据通信与网络58局域网的几种配置交换局域网l交换以太局域网l一个交换机l多个互连的交换机lATM局域网l光纤通道无线局域网l移动性l安装配置的简易性数据通信与网络59局域网数据通信与网络60骨干网数据通信与网络61校园局域网Campus Area Network数据通信与网络62广域网数据通信与网络63Wide Area Network数据通信与网络64域域网（MAN）Metropolitan Area Networks工作范围在WAN和LAN之间专用或者公用网络高性能大范围数据通信与网络65Metropolitan Area Network数据通信与网络66InternetRouter/Gateway数据通信与网络67网络配置举例数据通信与网络68思考题(应掌握的要点)1.1 简要说明数据通信系统模型包含哪些组成部分？1.2 列出并简述数据通信的主要任务。1.3 简要描述数据通信过程。1.4 简述构成传输系统的网络类型。69课辅资料课辅资料Stallings,W.http:/ 教材网站教材网站http:/ IETF,IEEE,ITU-T,ISO