第2章计算机网络与技术PPT讲稿.ppt
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1、第2章计算机网络与技术1第1页,共129页,编辑于2022年,星期一2.1数据通信基础数据通信基础v通过计算机网络可以获取各种信息,这些通过计算机网络可以获取各种信息,这些信息在网络上的表现形式是数据。信息在网络上的表现形式是数据。v信息的获取,实质就是获取数据,也就是信息的获取,实质就是获取数据,也就是数据通信,它是计算机网络的基础。数据通信,它是计算机网络的基础。2第2页,共129页,编辑于2022年,星期一2.1.1数据表示和传输数据表示和传输(1)信息信息:数据的具体内容和解释:数据的具体内容和解释,对客观,对客观事物属性和特征的表征。事物属性和特征的表征。(2)数据数据:由数字、字符
2、和符号等组成,是:由数字、字符和符号等组成,是信息的载体。信息的载体。(3)信号信号:是数据的具体物理表示,具有确定:是数据的具体物理表示,具有确定的物理描述,如电压、磁场强度等。的物理描述,如电压、磁场强度等。3第3页,共129页,编辑于2022年,星期一模拟:模拟:波动性;波动性;持续变化;持续变化;反映事物的本质;反映事物的本质;在电信业已经被广泛在电信业已经被广泛 使用超过使用超过100100年;年;数字数字:离散性;离散性;跃变性;跃变性;设备性能先进。设备性能先进。模拟信号与数字信号的特点模拟信号与数字信号的特点4第4页,共129页,编辑于2022年,星期一数据通信系统的组成要素数
3、据通信系统的组成要素v信源:信息的发送源信源:信息的发送源v信宿信宿(su):信息的接收源:信息的接收源v信道信道:用来传输信号的介质或通路用来传输信号的介质或通路。有线信道有线信道、无线信道、无线信道数字信道、模拟信道数字信道、模拟信道v变换器变换器:将信源发出的信息变换成适合将信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号,典型的设备如调在信道上传输的信号,典型的设备如调制解调器。制解调器。5第5页,共129页,编辑于2022年,星期一2.1.2数据通信方式数据通信方式数据通信数据通信指信源和信宿之间传送指信源和信宿之间传送数据的通信方式数据的通信方式。v根据信道中传输的信号的不同,可以根据信
4、道中传输的信号的不同,可以分为:分为:模拟通信和数字通信。模拟通信和数字通信。6第6页,共129页,编辑于2022年,星期一1)模拟通信)模拟通信v模拟通信:在通信信道中传输模拟信模拟通信:在通信信道中传输模拟信号的通信方式。号的通信方式。v普通的电话、广播、电视等都普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信。属于模拟通信。7第7页,共129页,编辑于2022年,星期一v信源:发出原始模拟信号。信源:发出原始模拟信号。v调制器调制器:用发送的消息对载波的某个参数用发送的消息对载波的某个参数进行调制的设备。进行调制的设备。v信道信道:用来传输信号的介质或通路。用来传输信号的介质或通路。v噪声源噪声源
5、:在进行信号传输的时候,可能产生在进行信号传输的时候,可能产生的各种干扰,如脉冲噪声和随机噪声的各种干扰,如脉冲噪声和随机噪声。v解调器解调器:实现实现调制过程调制过程逆变换的设备。逆变换的设备。8第8页,共129页,编辑于2022年,星期一通信系统相关技术参数通信系统相关技术参数v信道带宽信道带宽:信道所能传输的信号的最信道所能传输的信号的最高频率与最低频率之差高频率与最低频率之差。v信号带宽信号带宽:信号所占据的频率范围。信号所占据的频率范围。9第9页,共129页,编辑于2022年,星期一信道的最大传输速率信道的最大传输速率:数据传输速率都有数据传输速率都有最大值,单位是最大值,单位是bi
6、t/s,即比特每秒。,即比特每秒。信道的吞吐量信道的吞吐量:把信道在单位时间内成把信道在单位时间内成功传输的信息量称为功传输的信息量称为吞吐量吞吐量,单位也是,单位也是bit/s。信道利用率信道利用率:信道的吞吐量和最大数据信道的吞吐量和最大数据传输速率之比传输速率之比。10第10页,共129页,编辑于2022年,星期一2)数字通信)数字通信 v数字通信:在通信信道中传送数字信数字通信:在通信信道中传送数字信号的通信方式。号的通信方式。v计算机通信、数字电话以及数字电视计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信都属于数字通信。11第11页,共129页,编辑于2022年,星期一数字通信系统的
7、主要特点数字通信系统的主要特点(1)抗干扰能力强)抗干扰能力强(2)可实现高质量的远距离通信)可实现高质量的远距离通信(3)能适应各种通信业务)能适应各种通信业务(4)能实现高保密通信)能实现高保密通信(5)通信设备的集成化和微型化)通信设备的集成化和微型化12第12页,共129页,编辑于2022年,星期一单工、半双工和全双工通信单工、半双工和全双工通信根据数据传输方向和时间的不同关根据数据传输方向和时间的不同关系,可将传输技术分成三种:系,可将传输技术分成三种:1单工通信单工通信v在通信线路上,数据只可按一个固定的在通信线路上,数据只可按一个固定的方向传送而不能进行相反方向传送的通方向传送而
8、不能进行相反方向传送的通信方式称为单工通信,如广播,电视节信方式称为单工通信,如广播,电视节目。目。13第13页,共129页,编辑于2022年,星期一2半双工通信半双工通信v数据可以双向传输,但不能同时进行数据可以双向传输,但不能同时进行v采用分时间段传输,在任一时刻只允许在采用分时间段传输,在任一时刻只允许在一个方向上传输主信息,这种通信方式称一个方向上传输主信息,这种通信方式称为半双工通信,如对讲机。为半双工通信,如对讲机。14第14页,共129页,编辑于2022年,星期一3全双工通信全双工通信v可同时双向传输数据的通信方式称为可同时双向传输数据的通信方式称为全双工通信。全双工通信。v如电
9、话系统如电话系统15第15页,共129页,编辑于2022年,星期一2.1.3多路复用技术多路复用技术v为了有效地利用通信线路,提高信道利用率,出现了多路复为了有效地利用通信线路,提高信道利用率,出现了多路复用技术。用技术。v多路复用:在一条物理通信线路上建立多条逻辑通多路复用:在一条物理通信线路上建立多条逻辑通信信道,同时传输若干路信号的技术就叫做多路复信信道,同时传输若干路信号的技术就叫做多路复用技术。用技术。v重点掌握三种:频分多路复用,重点掌握三种:频分多路复用,波分多路复用和波分多路复用和时分多路复时分多路复用。用。16第16页,共129页,编辑于2022年,星期一 1)1)频分多路复
10、用频分多路复用 v将将若若干干路路信信号号搬搬移移到到频频谱谱的的不不同同位位置置,相相邻邻两两路路频频谱谱之之间间留留有有一一定定的的频频率率间间隔隔,每每路路信信号号占占据其中一个频段据其中一个频段,从而形成多个子信道。从而形成多个子信道。17第17页,共129页,编辑于2022年,星期一2)波分多路复用波分多路复用v用于光纤网络中,用于光纤网络中,在光纤信道上使用的频分在光纤信道上使用的频分多路复用的一个变种就是波分多路复用多路复用的一个变种就是波分多路复用。v在一根光纤中传输多种不同波长的光信号,在一根光纤中传输多种不同波长的光信号,由于波长不同,所以各路光信号互不干扰,由于波长不同,
11、所以各路光信号互不干扰,最后再用波长解复用器将各路波长分解出来。最后再用波长解复用器将各路波长分解出来。18第18页,共129页,编辑于2022年,星期一 波波波波分多路复用分多路复用分多路复用分多路复用示意图示意图示意图示意图19第19页,共129页,编辑于2022年,星期一20第20页,共129页,编辑于2022年,星期一3)时分多路复用时分多路复用不同的信号在不同的时间轮流使用物理信道。具体实不同的信号在不同的时间轮流使用物理信道。具体实现原理:现原理:1.通信时把通信时间划分成为若干个时间片通信时把通信时间划分成为若干个时间片(非常非常短的时间段短的时间段),每个时间片占用信道的时间都
12、很短。,每个时间片占用信道的时间都很短。2.把时间片分配给各路信号,每一路信号使用一把时间片分配给各路信号,每一路信号使用一个时间片。个时间片。3.在某个时间片内,该路信号占用信道的全部带在某个时间片内,该路信号占用信道的全部带宽。宽。21第21页,共129页,编辑于2022年,星期一22第22页,共129页,编辑于2022年,星期一以电话系统为例说明时分多路复用的原理以电话系统为例说明时分多路复用的原理v对于带宽为对于带宽为4kHz的电话信号,每秒采样的电话信号,每秒采样8000次就可以完全不失真地恢复出话音信号,这种技次就可以完全不失真地恢复出话音信号,这种技术被称为脉冲编码调制(术被称为
13、脉冲编码调制(PCM技术技术)。)。23第23页,共129页,编辑于2022年,星期一v采样采样:在每隔固定长度的时间点上抽在每隔固定长度的时间点上抽取模拟信号的瞬时值。取模拟信号的瞬时值。v采样定理采样定理:在进行模拟在进行模拟/数字信号的转数字信号的转换过程中,当采样频率大于信号中最高换过程中,当采样频率大于信号中最高频率的频率的2倍时,采样之后的数字信号可倍时,采样之后的数字信号可以完整地保留原始信号中的信息。以完整地保留原始信号中的信息。24第24页,共129页,编辑于2022年,星期一2.1.4 数据交换技术数据交换技术常见的数据交换技术有三种:常见的数据交换技术有三种:电路交换电路
14、交换报文交换报文交换分组交换分组交换25第25页,共129页,编辑于2022年,星期一1.1.电路交换电路交换 有时也称线路交换,利用电路交换技术有时也称线路交换,利用电路交换技术进行通信一般包括三个阶段,类似于打进行通信一般包括三个阶段,类似于打电话的过程:电话的过程:建立电路建立电路传输数据传输数据拆除电路拆除电路 26第26页,共129页,编辑于2022年,星期一 电路交换过程电路交换过程A AB BC CD D发送呼叫信号发送呼叫信号传输传输发送发送 呼呼叫信号叫信号传输传输发送发送 呼叫呼叫信号信号传输传输发送回应发送回应 信信号号27第27页,共129页,编辑于2022年,星期一交
15、换技术 电路交换特点电路交换特点:1.1.有物理连接的建立过程有物理连接的建立过程2.2.通话建立以后源与目的间有一条专用的通路存在通话建立以后源与目的间有一条专用的通路存在3.3.实时性好,适用于实时性要求较高的数据传输实时性好,适用于实时性要求较高的数据传输28第28页,共129页,编辑于2022年,星期一电路交电路交换的优缺点换的优缺点优点:优点:传输延迟小,主要的延迟来自于物理信传输延迟小,主要的延迟来自于物理信号在信道中的传播时间;号在信道中的传播时间;一旦线路建立,便不会发生冲突。一旦线路建立,便不会发生冲突。缺点:有时用于建立物理线路连接所需缺点:有时用于建立物理线路连接所需的时
16、间比较长,一旦信道被占用,就不的时间比较长,一旦信道被占用,就不能被其它用户所使用。能被其它用户所使用。29第29页,共129页,编辑于2022年,星期一2.报文交换技术报文交换技术以报文为单位交换信息。以报文为单位交换信息。类似于邮局的信件投递过程。类似于邮局的信件投递过程。30第30页,共129页,编辑于2022年,星期一l报文交换不事先建立物理电路报文交换不事先建立物理电路;l当发送方有数据要发送时,把要发送的数当发送方有数据要发送时,把要发送的数据当做一个整体交给中间交换设备据当做一个整体交给中间交换设备;l中间交换设备先将报文存储起来,然后选中间交换设备先将报文存储起来,然后选择一条
17、合适的空闲输出线将数据转发给下择一条合适的空闲输出线将数据转发给下一个交换设备一个交换设备;l如此循环,直至将数据发送到目的节点。如此循环,直至将数据发送到目的节点。31第31页,共129页,编辑于2022年,星期一报文交换过程报文交换过程 发送报文发送报文传输传输等待等待-发送发送传输传输等待等待-发送发送传输传输32第32页,共129页,编辑于2022年,星期一电报系统使用的是报文交换技术。电报系统使用的是报文交换技术。在报文交换中,一般不限制报文的在报文交换中,一般不限制报文的大小,大小,一般一般要求各个中间节点必须要求各个中间节点必须使用磁盘等外设来缓存较大的数据使用磁盘等外设来缓存较
18、大的数据块。块。33第33页,共129页,编辑于2022年,星期一2.6 交换技术 报文交换报文交换特点特点1.1.没有呼叫建立的过程,不存在专用没有呼叫建立的过程,不存在专用通路。通路。2.2.属于属于存储存储-转发式的交换技术的类转发式的交换技术的类型型34第34页,共129页,编辑于2022年,星期一报文交换技术的优点:报文交换技术的优点:多个报文可以分时共享节点间的同多个报文可以分时共享节点间的同一条通道,一条通道,线路利用率较高线路利用率较高;35第35页,共129页,编辑于2022年,星期一缺点缺点报文传输延迟较长报文传输延迟较长不能满足实时或交互式通信要求,不能不能满足实时或交互
19、式通信要求,不能用于声音连接,不适于远程终端与计算用于声音连接,不适于远程终端与计算机之间的交互通信。机之间的交互通信。36第36页,共129页,编辑于2022年,星期一3.分组交换技术分组交换技术把报文分成若干个分组把报文分成若干个分组(Packet(Packet,包,包),以分组,以分组为单位进行暂存、处理和转发,分组携带地址为单位进行暂存、处理和转发,分组携带地址信息选择路线。信息选择路线。与报文交换的区别与报文交换的区别:规定了分组的长度。规定了分组的长度。37第37页,共129页,编辑于2022年,星期一分组交换技术 38第38页,共129页,编辑于2022年,星期一分组交换是报文交
20、换技术的改进分组交换是报文交换技术的改进。39第39页,共129页,编辑于2022年,星期一2.6 2.6 交换技术交换技术 分组交换特点分组交换特点同样没有连接建立的过程和专用通路的存在同样没有连接建立的过程和专用通路的存在也属于存储也属于存储-转发式的交换技术的一种转发式的交换技术的一种40第40页,共129页,编辑于2022年,星期一优点优点传输延迟小,提高了传输速率传输延迟小,提高了传输速率 小的分组还可减少重新传输出错分组的小的分组还可减少重新传输出错分组的开销开销 41第41页,共129页,编辑于2022年,星期一分组交换比报文交换分组交换比报文交换的的优越优越性性在具有多个分组的
21、报文中,中间交换机在具有多个分组的报文中,中间交换机在接收第二个分组之前,就可以转发已在接收第二个分组之前,就可以转发已经接收到的第一个分组经接收到的第一个分组;即各个分组可以同时在各个结点对之间传送,即各个分组可以同时在各个结点对之间传送,这样减少了传输延迟,提高了网络的吞吐量。这样减少了传输延迟,提高了网络的吞吐量。42第42页,共129页,编辑于2022年,星期一分组交换和电路交换分组交换和电路交换的的对比对比电电 路路 交交 换换分分 组组 交交 换换呼叫建立呼叫建立需要需要不需要不需要使用使用专用物理路径专用物理路径传输传输是是不是不是每个分组每个分组采取采取同样同样路线路线是是不是
22、不是分组按顺序到达分组按顺序到达是是不是不是所用带宽所用带宽固定固定动态动态出现拥塞时间出现拥塞时间连接建立阶段连接建立阶段每个分组每个分组可能浪费带宽可能浪费带宽是是不是不是存储转发存储转发不是不是是是43第43页,共129页,编辑于2022年,星期一2.2物理层物理层 物理层的主要物理层的主要功能功能:(1 1)为物理上相互关联的通信双方提供为物理上相互关联的通信双方提供物理连接物理连接(物理信道物理信道)(2 2)在数据通道上)在数据通道上实现按位实现按位传输数据传输数据44第44页,共129页,编辑于2022年,星期一物理层物理层的两类常用设备的两类常用设备数据终端设备数据终端设备DT
23、E 是具有一定的数据处理能力以及发送和接是具有一定的数据处理能力以及发送和接收数据能力的设备。收数据能力的设备。是计算机网络中的数据源和信源。是计算机网络中的数据源和信源。通常是一台计算机,也可以是输入通常是一台计算机,也可以是输入/输出输出设备。设备。根据设备的根据设备的不同不同功能,功能,可可分成分成DTEDTE和和DCEDCE两类。两类。45第45页,共129页,编辑于2022年,星期一数据电路端接设备数据电路端接设备DCE介于介于DTE与传输介质之间的设备与传输介质之间的设备;用于将用于将DTE发出的数字信号变为适合在传输发出的数字信号变为适合在传输介质上传输的信号形式介质上传输的信号
24、形式,并且负责建立、保,并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。持和释放数据链路的连接。46第46页,共129页,编辑于2022年,星期一物理层接口特性物理层接口特性物理层接口协议实际上是物理层接口协议实际上是DTE和和DCE或或其他通信设备之间的一组约定其他通信设备之间的一组约定;主要解决网络节点与物理信道如何连主要解决网络节点与物理信道如何连接的问题,协议包括了接的问题,协议包括了4个方面个方面。47第47页,共129页,编辑于2022年,星期一1.1.机械特性:规定了机械特性:规定了DTEDTE和和DCEDCE之间的连接器形式,之间的连接器形式,包括连接器的形状、几何尺寸、引线数目和排列
25、方包括连接器的形状、几何尺寸、引线数目和排列方式等。式等。2.2.电气特性:规定了电气特性:规定了DTEDTE与与DCEDCE之间多条信号线的连接之间多条信号线的连接方式、发送器和接收器的电气参数,包括信号源的方式、发送器和接收器的电气参数,包括信号源的输出阻抗、负载的输人阻抗、信号的电压范围、传输出阻抗、负载的输人阻抗、信号的电压范围、传输速率、平衡特性和距离的限制等。输速率、平衡特性和距离的限制等。48第48页,共129页,编辑于2022年,星期一3.3.功能特性:对接口各信号线的功能给出功能特性:对接口各信号线的功能给出了确切的定义,说明某些连线上出现的某了确切的定义,说明某些连线上出现
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