第1章计算机网络基础优秀课件.ppt

第1 章计算机网络基础第1 页，本讲稿共70 页1.1计算机网络的形成与发展1.2 计算机网络的定义1.3 计算机网络的功能和分类1.4 计算机网络的组成1.5 计算机网络拓扑结构1.6 计算机网络的典型应用1.7 数据通信的基本概念1.8 串行传输与并行传输1.9 数据传输类型与编码技术1.10 数据同步技术1.11 多路复用技术1.12 广域网中的数据交换技术 1.13差错控制技术第2 页，本讲稿共70 页1.1计算机网络的形成与发展计算机网络是计算机和通信技术这两大现代技术密切结合的产物。它代表了当代计算机体系结构发展的一个极其重要的方向。计算机网络技术包括了硬件、软件、网络体系结构和通信技术。1.面向终端的计算机通信网络2.初级计算机网络3.开放式的标准化计算机网络4.新一代的计算机综合性、智能化、宽带高速网络第3 页，本讲稿共70 页1.2 计算机网络的定义人们通常对“计算机网络”的定义是：为了实现计算机之间的通信交往、资源共享和协同工作，采用通信手段，将地理位置分散的、各自具备自主功能的一组计算机有机地联系起来，并且由网络操作系统进行管理的计算机复合系统就是计算机网络。第4 页，本讲稿共70 页 一个计算机网络可以包含有多台具有“自主”功能的计算机。所谓的“自主”是指这些计算机离开计算机网络之后，也能独立地工作和运行。因此，通常将这些计算机称为“主机”(host)，在网络中又叫做节点或站点。一般，在网络中的共享资源(即硬件资源、软件资源和数据资源)均分布在这些计算机中。构成计算机网络时需要使用通信的手段，把有关的计算机(节点)“有机地”连接起来。所谓的“有机”地连接是指连接时彼此必须遵循所规定的约定和规则。这些约定和规则就是通信协议。建立计算机网络的主要目的是为了实现通信的交往、信息资源的交流、计算机分布资源的共享，或者是协同工作。一般将计算机资源共享作为网络的最基本特征。第5 页，本讲稿共70 页1.3 计算机网络的功能和分类1.3.1 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，包含计算机硬件资源、软件资源和数据与信息资源共享。计算机之间或计算机用户之间的协同工作。第6 页，本讲稿共70 页1.3.2 计算机网络的分类 1.局域网(LAN)局域网(LAN，Local Area Network)，顾名思义就是局部区域的计算机网络。在局域网中，计算机及其他互连设备的分布范围一般在有限的地理范围内，因此，局域网的本质特征是分布距离短、数据传输速度快。局域网的分布范围一般在几公里以内，最大距离不超过10公里，它是一个部门或单位组建的网络。LAN是在小型计算机和微型计算机大量推广使用之后才逐渐发展起来的计算机网络。一方面，LAN容易管理与配置；另一方面，LAN容易构成简洁整齐的拓扑结构。局域网速率高，延迟小，因此，网络站点往往可以对等地参与对整个网络的使用与监控。再加上LAN具有成本低、应用广、组网方便和使用灵活等特点，因此，深受广大用户的欢迎，LAN是目前计算机网络技术中，发展最快也是最活跃的一个分支。第7 页，本讲稿共70 页2.城域网(MAN)城域网原本指的是介于局域网与广域网之间的一种大范围的高速网络。3.广域网(WAN)广域网(WAN，Wide Area Network)，也称远程网。计算机广域网一般是指将分布在不同国家、地域甚至全球范围内的各种局域网以及计算机、终端设备等互连而成的大型计算机通信网络。第8 页，本讲稿共70 页4.因特网(Internet)因特网(也称国际互联网)其实并不是一种具体的物理网络技术，而是将不同的物理网络技术，按某种协议统一起来的一种高层技术。因特网是广域网与广域网、广域网与局域网、局域网与局域网进行互连而形成的网络。它采用的是局部处理与远程处理、有限地域范围的资源共享与广大地域范围的资源共享相结合的网络技术。目前，世界上发展最快、也是最热门的网络就是Internet。它是世界上最大的、应用最广泛的互联网。第9 页，本讲稿共70 页1.4 计算机网络的组成由于计算机网络的基本功能分为数据处理和数据通信两大部分，因此，它所对应的结构也可以分成相应的两个部分。其一，负责数据处理的计算机与终端设备；其二，负责数据通信的通信控制处理机(CCP，CommunicationControlProcessor)和通信线路。第10 页，本讲稿共70 页1.4.1 计算机资源子网 1.资源子网的组成资源子网由拥有资源的主计算机系统、请求资源的用户终端、终端控制器、通信子网的接口设备、软件资源和数据资源组成。(1)主计算机(Host)在计算机网络中，“主计算机”可以是大型机、中型机、小型机，也可以是终端工作站或者微型机(PC)。主计算机是资源子网的主要组成单元，它通过高速线路与通信子网的通信控制处理机相连接。普通的用户终端机通过主计算机连接入网。主计算机还为本地用户访问网络的其他计算机设备和共享资源提供服务。第11 页，本讲稿共70 页(2)终端(Terminal)终端是用户访问网络的界面装置。终端一般是指没有存储与处理信息能力的简单输入、输出终端设备；但有时也指带有微处理机的智能型终端。智能型终端除了具有输入、输出信息的基本功能外，本身还具有存储与处理信息的能力。各类终端既可以通过主机连入网中，也可以通过终端控制器、报文分组组装/拆卸装置或通信控制处理机连入网中。2.资源子网的基本功能资源子网负责全网的数据处理业务，并向网络客户提供各种网络资源和网络服务。第12 页，本讲稿共70 页1.4.2 计算机通信子网1.通信子网的组成通信子网按功能分类可以分为数据交换和数据传输两个部分；从硬件角度看，通信子网由通信控制处理机、通信线路和其他通信设备组成。(1)通信控制处理机(CCP，CommunicationControlProcessor)(2)通信线路2.通信子网的基本功能通信子网提供网络通信功能，完成全网主机之间的数据传输、交换、控制和变换等通信任务。负责全网的数据传输、转发及通信处理等工作。第13 页，本讲稿共70 页1.5 计算机网络拓扑结构1.5.1 计算机网络拓扑的定义1.拓扑结构与计算机网络拓扑对于复杂的网络结构设计，人们引入了拓扑结构的概念。拓扑学是几何学中的一个分支，它是从图论演变过来的。拓扑学首先把实体抽象为与其大小、形状无关的“点”，并将连接实体的线路抽象为“线”，进而研究点、线、面之间的关系。计算机网络拓扑是通过计算机网络中的各个结点与通信线路之间的几何关系来表示网络结构，并反映出网络中各实体之间的结构关系。第14 页，本讲稿共70 页2.网络拓扑的定义我们将通信子网中的通信处理机和其他通信设备称为节点，通信线路称为链路，而将节点和链路连接而成的几何图形称为该网络的拓扑结构。3.网络拓扑的用途第15 页，本讲稿共70 页1.5.2 计算机网络拓扑结构的分类与通信子网的类型1.5.2.1通信子网的分类1.广播信道通信子网在采用广播信道的通信子网中，一个公共通信信道被多个节点使用。在任一时间内只允许一个节点使用公共通信信道，当一个节点利用公共通信信道“发送”数据时，其他节点只能“收听”正在发送的数据。2.点-点线路通信子网在点-点线路通信子网中，每条物理线路连接一对节点。第16 页，本讲稿共70 页1.5.2.2基本拓扑结构类型常见的基本拓扑结构有：总线型、星型、环型、树型和网状等。1.总线型拓扑结构总线上传输信息通常多以基带形式串行传递，每个节点上的网络接口板硬件均具有收、发功能，接收器负责接收总线上的串行信息并转换成并行信息送到微机工作站；发送器是将并行信息转换成串行信息后广播发送到总线上，总线上发送信息的目的地址与某节点的接口地址相符合时，该节点的接收器便接收信息。第17 页，本讲稿共70 页由于各个节点之间通过电缆直接连接，所以总线拓扑结构中所需要的电缆长度是最小的，但总线只有一定的负载能力，因此总线长度又有一定限制，一条总线只能连接一定数量的节点。因为所有的节点共享一条公用的传输链路，所以一次只能由一个设备传输。需要某种形式的访问控制策略、来决定下一次哪一个站可以发送通常采取分布式控制策略。在总线两端连接有端结器(或终端匹配器)，主要与总线进行阻抗匹配，最大限度吸收传送端部的能量，避免信号反射回总线产生不必要的干扰。第18 页，本讲稿共70 页总线型拓扑结构的优点：(1).结构简单灵活，非常便于扩充，网络响应速度快。(2).设备量少、价格低廉、安装使用方便。(3).某个站点失效不会影响到其他站点。(4).共享资源能力强，极便于广播式工作，一个节点发送的数据帧所有节点都可接收。(5).所需电缆长度很短，减少了安装费用，易于布线和维护。(6).易于扩充，在层、线的任何点都可将欲增加的新站点接入或者通过中继器加上一个附加段来增加长度。(7).多个节点共用一传输信道，信道利用率高；(8).传输速率高，可达l-l0Mbps。第19 页，本讲稿共70 页总线型拓扑结构的缺点：(1).总线拓扑的网不是集中控制，故障检测需在网上各个站点进行，使故障诊断困难。(2).如果故障发生在站点，只需将该站点从总线上去掉，但如果传输介质故障，则整个这段总线要切断。因而故障隔离困难。(3).在总线的干线基础上扩充，可采用中继器，但此时需重新配置，包括电缆长度的剪裁，终端器的调整等。(4).接在总线上的站点要有介质访问控制功能，因此站点必须具有智能，从而增加了站点的硬件和软件费用。(5).所有的工作站通信均通过一条共用的总线，导致实时性很差。第20 页，本讲稿共70 页2.星型拓扑结构第21 页，本讲稿共70 页 在星型拓扑结构中，网络中的各节点通过点到点的方式连接到一个中央节点(又称中央转接站)上，由该中央节点向目的节点传送信息。中央节点执行集中式通信控制策略，因此中央节点相当复杂，负担比各节点重得多。在星型网中任何两个节点要进行通信都必须经过中央节点控制，因此，中央节点的主要功能有三项：当要求通信的站点发出通信请求后，控制器要检查中央转接站是否有空闲的通路，被叫设备是否空闲，从而决定是否能建立双方的物理连接；在两台设备通信过程中要维持这一通路；当通信完成或者不成功要求拆线时，中央转接站应能拆除上述通道。由于中央节点要与多机连接，线路较多，为便于集中连线，目前多采用一种成为集线器(HUB)的硬件作为中央节点。值得注意的是，不仅星型，就是其他拓扑结构都已开始采用HUB 方式构造网络。星型网是目前广泛使用的局域网之一。第22 页，本讲稿共70 页星型结构的优点：(1)网络结构简单，便于管理，便于大型网络的维护和调试。(2)控制简单，建网容易，移动某个工作站非常简单。(3)网络延迟时间较短，误码率较低。(4)中央节点和中间接线盒都有一批集中点，可方便地提供服务和网络重新配置。(5)每个连接只接一个设备，单个连接的故障只影响一个设备，不会影响全网。(6)每个站点直接连到中央节点，故障容易检测和隔离，可很方便地将有故障的站点从系统中删除。(7)任何一个连接只涉及到中央节点和一个站点，控制介质访问的方法简单，使访问协议也十分简单。第23 页，本讲稿共70 页星型结构的缺点：(1)一条通信线路只被该线路上的中央节点和一个站点使用，因此线路利用率不高；(2)中央节点负荷太重，而且当中央节点产生故障时，全网不能工作，所以对中央节点的可靠性和冗余度要求很高。(3)电缆长度和安装：星型拓扑中每个站点直接和中央节点相连，需要大量电缆，电缆沟、维护、安装等一系列问题会产生，因此而增加的费用相当可观。星型拓扑结构广泛应用于网络中智能集中于中央节点的场合。从目前的趋势看，计算机的发展已从集中的主机系统发展到大量功能很强的微型机和工作站，在这种环境下，星型拓扑的使用还是占支配地位。第24 页，本讲稿共70 页 3.环型拓扑结构在环型拓扑结构中，各个节点通过通信线路，首尾相接，形成闭合的环型。环中的数据沿一个方向传递。由于信号单向传递，因此，适宜使用光纤，可以构成高速网络。环型拓扑结构简单，传输延迟固定；环中的任何一个节点发生故障，都会导致全网瘫痪，因此各个节点都可能成为网络的瓶颈；环节点的加入和撤出的过程都很复杂，网络扩展和维护都不方便。第25 页，本讲稿共70 页环型拓扑的优点：(1)信息在网中沿固定方向流动，两个节点间仅有唯一的通路，简化了路径选择的控制；(2)某个节点发生故障时，可以自动旁路（由“中继器”完成），可靠性较高；(3)所需电缆长度比星型拓扑要短得多，同时不需像星型拓扑结构那样配制接线盒。第26 页，本讲稿共70 页环型拓扑的缺点：(1)扩充环的配置比较困难，同样要关掉一部分已接入网的站点也不容易。(2)由于信息是串行穿过多个节点环路接口，当节点过多时，影响传输效率，使网络响应时间变长。但当网络确定时，其延时固定，实时性强。(3)环上每个节点接到数据后，要负责将它发送至环上，这意味着要同时考虑访问控制协议。节点发送数据前，必须事先知道传输介质对它是可用的。环型网结构比较适合于实时信息处理系统和工厂自动化系统。FDDI(Fiber Distributed Data Interface)是环型结构的一种典型网络，在二十世纪九十年代中期，就已达到100Mbps 至 200Mbps 的传输速率。但在近期，该种网络没有什么发展，已经很少采用。第27 页，本讲稿共70 页4.树型拓扑结构第28 页，本讲稿共70 页 树型结构是总线型结构的扩展，它是在总线网上加上分支形成的，其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路；也可以把它看成是星型结构的叠加。又称为分级的集中式结构，如上图所示。树型拓扑以其独特的特点而与众不同，具有层次结构，是一种分层网，网络的最高层是中央处理机，最低层是终端，其他各层可以是多路转换器、集线器或部门用计算机。其结构可以对称，联系固定，具有一定容错能力，一般一个分支和节点的故障不影响另一分支节点的工作，任何一个节点送出的信息都由根接收后重新发送到所有的节点，可以传遍整个传输介质，也是广播式网络。著名的因特网(Internet)也是大多采用树型结构。第29 页，本讲稿共70 页树型网的优点：(1)结构比较简单，成本低。(2)网络中任意两个节点之间不产生回路，每个链路都支持双向传输。(3)网络中节点扩充方便灵活，寻找链路路径比较方便 树型网的缺点：(1)除叶节点及其相连的链路外，任何一个工作站或链路产生故障都会影响整个网络系统的正常运行。(2)对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作。因此这种结构的可靠性问题和星型结构相似。第30 页，本讲稿共70 页5.网状拓扑结构第31 页，本讲稿共70 页 将多个子网或多个网络连接起来构成网际拓扑结构。在一个子网中、集线器、中继器将多个设备连接起来，而桥接器、路由器及网关则将子网连接起来。根据组网硬件不同，主要有三种网际拓扑：网状网：在一个大的区域内，用无线电通信链路连接一个大型网络时，网状网是最好的拓扑结构。通过路由器与路由器相连，可让网络选择一条最快的路径传送数据。主干网：通过桥接器与路由器把不同的子网或LAN 连接起来形成单个总线或环型拓扑结构，这种网通常采用光纤做主干线。星状相连网：利用一些叫做超级集线器的设备将网络连接起来，由于星型结构的特点，网络中任一处的故障都可容易查找并修复。第32 页，本讲稿共70 页6.卫星通信网络网状拓扑的优点：(1)网络可靠性高，一般通信子网中任意两个节点交换机之间，存在着两条或两条以上的通信路径，这样，当一条路径发生故障时，还可以通过另一条路径把信息送至节点交换机。(2)网络可组建成各种形状，采用多种通信信道，多种传输速率。(3)网内节点共享资源容易。(4)可改善线路的信息流量分配。(5)可选择最佳路径，传输延迟小。网状拓扑的缺点：(1)控制复杂，软件复杂。(2)线路费用高，不易扩充。网状拓扑结构一般用于Internet 骨干网上，各网络的互联中。第33 页，本讲稿共70 页1.6 计算机网络的典型应用1.管 理 信 息 系 统(MIS，ManagementInformationSystem)2.办公自动化系统(OA，Office Automationsystem)3.信息检索系统(IRS，Information RetrieveSystem)4.电子收款机系统(POS，PointOfSells)第34 页，本讲稿共70 页5.分布式控制系统(DCS，DistributedControlSystem)6.计算机集成与制造系统(CIMS，ComputerIntegratedManufacturingSystem)7.电 子 数 据 交 换 系 统(EDI，Electronic DataInterchangesystem)8.信息服务系统第35 页，本讲稿共70 页1.7 数据通信的基本概念1.7.1 信息、数据和信号1.信息(Information)信息的载体是数字、文字、语音、图形和图像等。计算机及其外围设备产生和交换的信息都是由二进制代码表示的字母、数字或控制符号的组合。为了传送信息，必须对信息中所包含的每一个字符进行编码。因此，用二进制代码来表示信息中的每一个字符就是编码。第36 页，本讲稿共70 页2.常用的二进制代码在数据通信过程中，要进行编码，就要采用一定的编码标准，目前最常用的二进制编码标准为美国标准信息交换码(ASCII，AmericanStandardCodeforInformationInterchange)，目前它已被国际标准化组织ISO(InternationalStandardsOrganization)和原国际电报电话咨询委员会(CCITT，ConsultativeCommitteeInternationalTelegraphandTelephone)采纳，并已发展成为国际通用的标准交换代码。第37 页，本讲稿共70 页3.数据(data)和信号(Signal)网络中传输的二进制代码被称为数据，它是传递信息的载体。数据与信息的区别在于，数据仅涉及事物的表示形式，而信息则涉及到这些数据的内容和解释。通常，对数据的表示方式分为数字信号和模拟信号两种。从时间域来看，数字信号是一种离散信号，模拟信号是一种连续变化信号。因此，信号(Signal)是数据在传输过程中的电磁波表示形式。第38 页，本讲稿共70 页 1.7.2 信道及信道的分类 1.信道及其组成“信道”是数据信号传输的必经之路，它一般由传输线路和传输设备组成。2.物理信道和逻辑信道物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，它由传输介质及有关通信设备组成。逻辑信道也是网络上的一种通路，在信号的接收和发送之间不仅存在一条物理上的传输介质，而且在此物理信道的基础上，还在节点内部实现了其他“连接”，通常把这些“连接”称为逻辑信道。因此，同一物理信道上可以提供多条逻辑信道；而每一逻辑信道上只允许一路信号通过。第39 页，本讲稿共70 页3.有线信道和无线信道根据传输介质是否有形，物理信道可以分为有线信道和无线信道。有线信道包括电话线、双绞线、同轴电缆、光缆等有形传输介质。无线信道包括无线电、微波、卫星通信信道、激光和红外线等无形传输介质。第40 页，本讲稿共70 页4.模拟信道和数字信道如果按照信道中传输数据信号类型的不同来分，物理信道又可以分为模拟信道和数字信道。模拟信道中传输的是模拟信号，而在数字信道中直接传输的是二进制数字脉冲信号。如果要在模拟信道上传输计算机直接输出的二进制数字脉冲信号，就需要在信道两边分别安装调制解调器，对数字脉冲信号和模拟信号进行调制或解调。第41 页，本讲稿共70 页5.专用信道和公共交换信道如果按照信道的使用方式来分，又可以分为专用信道和公共交换信道。专用信道又称专线，这是一种连接用户之间设备的固定线路，它可以是自行架设的专门线路，也可以是向电信部门租用的专线。专用线路一般用在距离较短或数据传输量较大的场合。公共交换信道是一种通过公共交换机转接，为大量用户提供服务的信道。顾名思义，采用公共交换信道时，用户与用户之间的通信，通过公共交换机到交换机之间的线路转接。公共电话交换网就属于公共交换信道。第42 页，本讲稿共70 页 1.7.3 码元和码字我们将计算机网络传送中的每一位二进制数字称为“码元”或“码位”。1.7.4 数据单元在数据传输时，通常将较大的数据块分割成较小的数据单元，并在每一段上附加一些信息，这些附加信息通常包括序号、地址及校验码等。这些数据单元及其附加信息一起被称为“数据包”(即数据分组)。在实际传输时，还要将数据包进一步分割成更小的逻辑数据单位，这就是“数据帧”。第43 页，本讲稿共70 页1.7.5 通信系统的主要技术指标1.数据传输速率S(比特率)和波形调制速率B(波特率)(1)比特率S比特率是一种数字信号的传输速率，它是指在有效带宽上，单位时间内所传送的二进制代码的有效位(bit)数。S用每秒比特数(bit/s)、每秒千比特数(kbit/s)或每秒兆比特数(Mbit/s)等单位来表示。(2)波特率B第44 页，本讲稿共70 页2.带宽带宽是指物理信道的频带宽度，即信道允许的最高频率和最低频率之差，单位为赫兹(Hz)。3.信道容量信道容量一般是指物理信道上能够传输数据的最大能力。信道容量(信道的极限数据速率Rmax)=Flog2(1+S/N)(bit/s)其中各项参数如下。F：信道带宽，单位为赫兹(Hz)。S/N：信噪比，单位为分贝(dB)。S：信道上所传信号的平均功率，单位为瓦特。N：信道内部的噪声功率，单位为瓦特。第45 页，本讲稿共70 页4.带宽、数据传输速率和信道容量的关联5.误码率Pe误码率是指二进制码元在数据传输中被传错的概率，也称为“出错率”。6.吞吐量吞吐量是信道或网络性能的另一个参数，数值上大于等于信道在单位时间内传输的总的信息量，单位也是bit/s或bit/s。第46 页，本讲稿共70 页1.8 串行传输与并行传输在进行数据传输时，有并行传输和串行传输两种方式。其中串行通信是指通信时的数据流以串行方式在信道上传输。并行通信是指数据以成组的方式在多个并行的信道上同时传输。串行传输是一位一位地传送，从发送端到接收端只要一根传输线即可。由于串行通信的收发双方只需要一条通信信道，易于实现，因此是目前采用的一种主要通信方式。第47 页，本讲稿共70 页 1.8.1 并行传输并行传输可以一次同时传输若干比特的数据，从发送端到接收端的信道需要用相应的若干根传输线。常用的并行方式是将构成一个字符的代码的若干位分别通过同样多的并行信道同时传输。1.8.2 串行传输并行传输的速率高，但传输线路和设备都需要增加若干倍，一般适用于短距离、要求传输速度高的场合；虽然串行传输速率只有并行传输的几分之一(如1/8)，但可以节省设备，因而是当前计算机网络中普遍采用的传输方式。串行数据通信又有3种不同方式：即单工通信、半双工通信和全双工通信。第48 页，本讲稿共70 页1.9 数据传输类型与编码技术1.9.1 数据传输类型如果信源(发出信号的一方)发送出的信号是模拟信号，并且以模拟信道进行传输，则称为模拟传输(或频带传输)。如果信源发送出的信号是模拟信号，而以数字信号的形式传输，则称为基带传输(或数字传输)。第49 页，本讲稿共70 页1.9.2 基带传输与数字信号编码1.9.2.1基带、基带信号和基带传输在数据通信中，由计算机、终端等直接发出的信号是二进制数字信号。这些二进制信号是典型的矩形电脉冲信号，由“0”和“1”组成。其频谱包含直流、低频和高频等多种成分。我们把数字信号频谱中，从直流(零频)开始到能量集中的一段频率范围称为基本频带(或固有频带)，简称为“基带”。因此，数字信号也被称为“数字基带信号”，简称为“基带信号”。如果在线路上直接传输基带信号，就称为“数字信号基带传输”，简称为“基带传输”。第50 页，本讲稿共70 页1.9.2.2数字基带信号的编码1.非归零编码非归零编码NRZ(Non-ReturntoZero)。NRZ码规定为：用负电压代表“0”，正电压代表“1”。当然也可以有其他表示方法。第51 页，本讲稿共70 页2.曼彻斯特编码(1)编码规则曼彻斯特(Manchester)编码是目前广泛使用的编码方法之一，它的编码规则如下。每比特的周期T分为前后两个相等的部分。前半周期传送该码元值的反码，后半周期传送该码元值的原码。中间的电平跳变可以作为双方的同步信号。根据编码规则，当码元值为“1”时，前半部分为低电平，后半部分为高电平，中间有一次由低电平向高电平的跳跃。当码元值为“0”时，前半部分为高电平，后半部分为低电平，每位中间由高电平向低电平跳跃。第52 页，本讲稿共70 页3.差分曼彻斯特编码(1)编码规则差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进，它的编码规则如下。每个“码元值”无论是“1”还是“0”中间都有一次电平跳变，这个跳变做同步之用。若码元值为“0”，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。若码元值为“1”，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同。若码元值为“0”，则开始处出现电平跳变，反之码元值为“1”，开始处不发生跳。第53 页，本讲稿共70 页1.9.3 频带传输与模拟信号编码1.9.3.1调制、解调与频带传输频带传输，又称宽带传输。频带传输中常用普通电话线作为传输介质，它的带宽一般在3003400Hz之间。这是因为对于远距离通信来说，目前经常使用的仍然是普通的电话线，因为它是当今世界上覆盖范围最广、应用最普遍的一类通信信道。众所周知，传统的电话通信信道是为传输语音信号而设计的，它只适用于传输音频范围(3003400Hz)的模拟信号，不适用于直接传输频带很宽，又集中在低频段的计算机产生的数字基带信号。第54 页，本讲稿共70 页为了利用电话交换网实现计算机之间的数字信号传输，必须将数字信号转换成模拟信号。为此，需要在发送端选取音频范围的某一频率的正(余)弦模拟信号作为载波，用它运载所要传输的数字信号，通过电话信道将其送至另一端；在接收端再将数字信号从载波上分离出来，恢复为原来的数字信号波形。这种利用模拟信道实现数字信号传输的方法称为“频带传输”。其中，在发送端将数字信号转换成模拟信号的过程称为“调制”(modulation)，相应的调制设备称为“调制器”(modulator)；在接收端把模拟信号还原为数字信号的过程称为“解调”(demodulation)，相应的设备称为“解调器”(demodulator)。同时具备调制和解调功能的设备称为“调制解调器”(modem)。第55 页，本讲稿共70 页1.9.3.2模拟信号的编码1.幅度调制ASK2.频率调制FSK3.相位调制PSK1.9.3.3调制解调器是数据通信的重要设备1.调制解调器(Modem)的工作原理在介绍频带传输时，我们介绍了实现模拟数据信号编码的3种方式，即振幅键控(幅度调制)、移频键控(频率调制)和移相键控(相位调制)。根据模拟数据信号编码类型不同，可以将Modem分为各种类型。第56 页，本讲稿共70 页2.调制解调器的分类与标准(1)按功能分类专门用于数据传输的调制解调器。用于数据传输并兼有传真功能的调制解调器，FAX/Modem。用于数据传输并兼有传真和语音、数据同传功能的调制解调器。(2)按连接方式分类有线、外接式调制解调器。有线、内置式调制解调器。无线式调制解调器。第57 页，本讲稿共70 页(3)按传信数据速率分类低速调制解调器，传输速率S9600bit/s。中速调制解调器，传输速率9600 S14400bit/s。(4)按使用的通信线路分类 普通电话拨号线路。专用通信线路(专线)。第58 页，本讲稿共70 页(5)按调制解调器的操作状态分类 异步调制解调器。同步调制解调器。(6)按调制解调器的调制原理分类 FSK移频键控调制解调器。PSK移相键控调制解调器。混合式调制解调器。第59 页，本讲稿共70 页3.调制解调器的标准调制解调器的标准是每一个选购调制解调器的用户都会遇到的问题。调制解调器的早期标准为Bell，后来该标准被原国际电报电话咨询委员会(CCITT)发展为国际标准。调制解调器的标准主要有以下几种。第60 页，本讲稿共70 页 针对300bit/s的全双工调制解调器的V.21标准。针对600bit/s和1200bit/s的全双工调制解调器的V.22标准。针对1200bit/s和2400bit/s全双工调制解调器的V.22bis标准。针对7200、12000和14400bit/s全双工调制解调器的V.32bis标准。针对高于14400bit/s的带有数据压缩和差错检测功能的全双工调制解调器的V.42bis/MNP等更高标准。第61 页，本讲稿共70 页1.10 数据同步技术1.10.1 异步传输方式在被传送的字符前后加起止位，实现定时的传输方式，被称为异步传输方式(也称起止式)。1.10.2 同步传输方式同步传输是在高速数据传输过程中，所使用的定时方式。在同步传输过程中，大的数据块是一起发送的，在块的前后使用一些特殊的字符作为成帧信息。这些特殊字符使得发送端与接收端建立起一个同步的传输过程。另外，这些成帧信息还用来区分和隔离连续传输的数据块。第62 页，本讲稿共70 页1.11 多路复用技术1.11.1 多路复用技术概述1.什么是多路复用技术多路复用技术是指在同一传输介质上“同时”传送多路信号的技术。因此，多路复用技术也就是在一条物理线路上建立多条通信信道的技术。2.多路复用技术的分类常用的3种多路复用技术为：频分多路复用(FDM，Frequency Division Multiplexing)、时分多路复用(TDM，TimeDivisionMultiplexing)和波 分 多 路 复 用(WDM，Wavelength DivisionMultiplexing)。其他常用的复用技术还有：空分复用(SDM，Space Division Multiplexing)，以及动态时分多路复用等。第63 页，本讲稿共70 页1.11.2 频分多路复用FDM采用频分多路复用技术时，将信道按频率划分为多个子信道，每个信道可以传送一路信号。1.11.3 时分多路复用(TDM)TDM的工作原理：首先，将各路传输信号按时间进行分割，即将每个单位传输时间划分为许多时间片(时隙)；其次，每路信号使用其中之一进行传输，我们将多个时隙组成的帧称为“时分复用帧”。这样，就可以使多路输入信号在不同的时隙内轮流、交替地使用物理信道进行传输。1.11.4 波分多路复用技术(WDM)第64 页，本讲稿共70 页1.12 广域网中的数据交换技术1.12.1 线路交换(circuitswitching)在线路交换和转接过程中，通信的双方首先必须通过网络节点建立起专用的通信信道，也就是在两个网络节点之间建立起实际的物理线路连接，然后，双方使用这条端到端的线路进行数据传输。电话通信系统就是这种工作方式。其通信过程可以分为：电路建立阶段、数据传输阶段和拆除电路连接3个阶段。第65 页，本讲稿共70 页1.12.2 存储转发交换(Store-and-ForwardExchanging)1.存储转发交换方式与线路交换方式的两个主要区别拟发送的数据与目的地址、源地址、控制信息等一起，按照一定的格式组成一个数据单元(报文或报文分组)进入通信子网。作为通信子网节点的通信控制处理机CCP，负责完成数据单元的接收、存储、差错校验、路径选择和转发工作。2.存储转发交换方式的应用特点第66 页，本讲稿共70 页3.存储转发交换方式的分类(1)报文交换(messageswitching)在报文交换(messageswitching)方式中，两个节点之间无需建立专用通道。当发送方有数据块要发送时，它把数据块(无论尺寸的大小)加上目的地址、源地址与控制信息作为一个整体，按一定格式打包组成为报文(message)，交给交换设备IMP(接口信息处理机)。交换设备便根据报文的目的地址，选择一条合适的空闲输出线，将报文传送出去。在这个过程中，交换设备的输入线与输出线之间不必建立物理连接。与线路交换一样，报文在传输过程中，也可能经过若干交换设备。在每一个交换设备处，报文首先被存储起来，并且在待发报文登记表中进行登记，等待报文前往的目的地址的路径空闲时再转发出去。所以报文交换技术是一种存储转发(store-and-forward)技术。第67 页，本讲稿共70 页(2)分组交换(packetswitching)分组交换(packetswitching)技术可以解决上述问题，它将用户的大报文分成若干个报文分组(包)，并以报文分组为单位在网络中传输。每一个报文分组均含有数据和目的地址，同一个报文的不同分组可以在不同的路径中传输，到达终点以后，再将它们重新组装成完整的报文。第68 页，本讲稿共70 页1.13差错控制技术1.差错的分类与差错出现的可能原因热噪声差错冲击噪声差错2.无差错传输通常采用的两种控制技术(1)检错法(2)纠错法(又称为正向纠错法)第69 页，本讲稿共70 页1.13.1 奇偶校验(也称垂直冗余校验VRC)奇偶校验是以字符为单位的校验方法。一个字符由8位组成，低7位是信息字符的ASCII代码，最高位(附加位)为“奇偶校验码”位，接收方使用这个附加位来检验传输的正确性。1.13.2 方块校验(也称水平垂直冗余校验LRC)1.13.3 循环冗余校验CRC最精确和最常用的差错控制技术是循环冗余校验(CRC)，这是一种较复杂的校验方法，CRC的基本思想是先建立实际发送数据的二进制之间的数量关系。第70 页，本讲稿共70 页