第1章计算机网络基础精.ppt

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1、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计算机网络的形成与发展1.2 计算机网络的定义计算机网络的定义1.3 计算机网络的功能和分类计算机网络的功能和分类1.4 计算机网络的组成计算机网络的组成1.5 计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑结构1.6 计算机网络的典型应用计算机网络的典型应用1.7 数据通信的基本概念数据通信的基本概念1.8 串行传输与并行传输串行传输与并行传输1.9 数据传输类型与编码技术数据传输类型与编码技术1.10 数据同步技术数据同步技术1.11 多路复用技术多路复用技术1.12 广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术 1.13差错控制技术

2、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、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。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面向终端的计算机通信网络2.初级计算机网络初级计算机网络3.开放式的标准化计算机网络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、宽带高速新一代

3、的计算机综合性、智能化、宽带高速网络网络第3页，本讲稿共70页1.2 计算机网络的定义计算机网络的定义人们通常对人们通常对“计算机网络计算机网络”的定义是：的定义是：为了实现计算机之间的通信交往、资源共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进行管理的计算机复合系统就是计算机网络。络。第4页，本讲稿共70页 一一个个计计算算机机网网络络可可以以包包含

4、含有有多多台台具具有有“自自主主”功功能能的的计计算算机机。所所谓谓的的“自自主主”是是指指这这些些计计算算机机离离开开计计算算机机网网络络之之后后，也也能能独独立立地地工工作作和和运运行行。因因此此，通通常常将将这这些些计计算算机机称称为为“主主机机”(host)，在在网网络络中中又又叫叫做做节节点点或或站站点点。一一般般，在在网网络络中中的的共共享享资资源源(即即硬硬件件资资源源、软软件件资源和数据资源资源和数据资源)均分布在这些计算机中。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，把有关的构成计算机网络时需要使用通信的手段，把有关的计算机计算机(节点节点)“有机地有机地”连

5、接起来。所谓的连接起来。所谓的“有机有机”地连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。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、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。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网络的功能计算

6、机之间和计算机用户之间的相互通信交往。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。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。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 计算机网络的分类计算机网络的分类 1.局域网局域网(LAN)局局域域网网(LAN，Local Area Network)，顾顾名名思思义义就就是是局局部部区区域域的的计计算算机机网网络络。在在局局域域网网中中，计计算算机机及及其其他他互互连连设设备备的的分分布布范范围围一一般般在在有有限限

7、的的地地理理范范围围内内，因因此此，局局域域网网的的本本质质特征是分布距离短、数据传输速度快。特征是分布距离短、数据传输速度快。局局域域网网的的分分布布范范围围一一般般在在几几公公里里以以内内，最最大大距距离离不不超超过过10公公里里，它它是是一一个个部部门门或或单单位位组组建建的的网网络络。LAN是是在在小小型型计计算算机机和和微微型型计计算算机机大大量量推推广广使使用用之之后后才才逐逐渐渐发发展展起起来来的的计计算算机机网网络络。一一方方面面，LAN容容易易管管理理与与配配置置；另另一一方方面面，LAN容容易易构构成成简简洁洁整整齐齐的的拓拓扑扑结结构构。局局域域网网速速率率高高，延延迟迟

8、小小，因因此此，网网络络站站点点往往往往可可以以对对等等地地参参与与对对整整个个网网络络的的使使用用与与监监控控。再再加加上上LAN具具有有成成本本低低、应应用用广广、组组网网方方便便和和使使用用灵灵活活等等特特点点，因因此此，深深受受广广大大用用户户的的欢欢迎迎，LAN是是目目前前计计算算机机网网络络技技术中，发展最快也是最活跃的一个分支。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。种大范围的高速网络。3.广域网广域网(WAN)广域网广域网(WAN，

9、Wide Area Network)，也称远，也称远程网。计算机广域网一般是指将分布在不同国家、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。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.因特网因特网(Internet)因因特特网网(也也称称国国际际互互联联网网)其其实实并并不不是是一一种种具具体体的的物物理理网网络络技技术术，而而是是将将不不同同的的物物理理网网络络技技术术，按按某某种种协协议议统统一一起起来来的的一一种种高高层层技技术术。因因特特网网

10、是是广广域域网网与与广广域域网网、广广域域网网与与局局域域网网、局局域域网网与与局局域域网网进进行行互互连连而而形形成成的的网网络络。它它采采用用的的是是局局部部处处理理与与远远程程处处理理、有有限限地地域域范范围围的的资资源源共共享享与与广广大大地地域域范范围围的的资资源源共共享享相相结结合合的的网网络络技技术术。目目前前，世世界界上上发发展展最最快快、也也是是最最热热门门的的网网络络就就是是Internet。它它是是世世界界上上最最大大的的、应应用最广泛的互联网。用最广泛的互联网。第9页，本讲稿共70页1.4 计算机网络的组成计算机网络的组成由由于于计计算算机机网网络络的的基基本本功功能能

11、分分为为数数据据处处理理和和数数据据通通信信两两大大部部分分，因因此此，它它所所对对应应的的结结构构也也可可以以分分成成相相应应的的两两个个部部分分。其其一一，负负责责数数据据处处理理的的计计算算机机与与终终端端设设备备；其其二二，负负责责数数据据通通信信的的通通信信控控制制处处理理机机(CCP，CommunicationControlProcessor)和通信线路。和通信线路。第10页，本讲稿共70页1.4.1 计算机资源子网计算机资源子网 1.资源子网的组成资源子网的组成资资源源子子网网由由拥拥有有资资源源的的主主计计算算机机系系统统、请请求求资资源源的的用用户户终终端端、终终端端控控制制

12、器器、通通信信子子网网的的接接口口设设备备、软软件件资资源源和和数数据据资源组成。资源组成。(1)主计算机主计算机(Host)在在计计算算机机网网络络中中，“主主计计算算机机”可可以以是是大大型型机机、中中型型机机、小小型型机机，也也可可以以是是终终端端工工作作站站或或者者微微型型机机(PC)。主主计计算算机机是是资资源源子子网网的的主主要要组组成成单单元元，它它通通过过高高速速线线路路与与通通信信子子网网的的通通信信控控制制处处理理机机相相连连接接。普普通通的的用用户户终终端端机机通通过过主主计计算算机机连连接接入入网网。主主计计算算机机还还为为本本地地用用户户访访问问网网络络的的其其他他计

13、计算算机机设设备备和共享资源提供服务。和共享资源提供服务。第11页，本讲稿共70页(2)终端终端(Terminal)终终端端是是用用户户访访问问网网络络的的界界面面装装置置。终终端端一一般般是是指指没没有有存存储储与与处处理理信信息息能能力力的的简简单单输输入入、输输出出终终端端设设备备；但但有有时时也也指指带带有有微微处处理理机机的的智智能能型型终终端端。智智能能型型终终端端除除了了具具有有输输入入、输输出出信信息息的的基基本本功功能能外外，本本身身还还具具有有存存储储与与处处理理信信息息的的能能力力。各各类类终终端端既既可可以以通通过过主主机机连连入入网网中中，也也可可以以通通过过终终端端

14、控控制制器器、报报文文分分组组组组装装/拆拆卸卸装置或通信控制处理机连入网中。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的基本功能资资源源子子网网负负责责全全网网的的数数据据处处理理业业务务，并并向向网网络络客客户户提提供各种网络资源和网络服务。供各种网络资源和网络服务。第12页，本讲稿共70页1.4.2 计算机通信子网计算机通信子网1.通信子网的组成通信子网的组成通通信信子子网网按按功功能能分分类类可可以以分分为为数数据据交交换换和和数数据据传传输输两两个个部部分分；从从硬硬件件角角度度看看，通通信信子子网网由由通通信信控控制制处处理理机机、通信线路和其他通信设备组成。通信

15、线路和其他通信设备组成。(1)通通信信控控制制处处理理机机(CCP，Communication ControlProcessor)(2)通信线路通信线路2.通信子网的基本功能通信子网的基本功能通通信信子子网网提提供供网网络络通通信信功功能能，完完成成全全网网主主机机之之间间的的数数据据传传输输、交交换换、控控制制和和变变换换等等通通信信任任务务。负负责责全全网网的的数数据据传传输输、转发及通信处理等工作。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计算机网络拓扑结构1.5.1 计算机网络拓扑的定义计算机网络拓扑的定义1.拓扑结构与计算机网络拓扑拓扑结构与计算机网络拓

16、扑对于复杂的网络结构设计，人们引入了拓扑结构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、形状无关的状无关的“点点”，并将连接实体的线路抽象为，并将连接实体的线路抽象为“线线”，进而研究点、线、面之间的关系。计算机网络拓扑，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何关系来表示网络

17、结构，并反映出网络中各实体之间的结构关系。的结构关系。第14页，本讲稿共70页2.网络拓扑的定义网络拓扑的定义我们将通信子网中的通信处理机和其他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。络的拓扑结构。3.网络拓扑的用途网络拓扑的用途第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通信子网的分类通信子网的分类1.广播信道通信子网广播信道通信子网在采用广播信道的

18、通信子网中，一个公共通信信道被多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道，当一个节点利用公共通信信道“发送发送”数据时，其他节数据时，其他节点只能点只能“收听收听”正在发送的数据。正在发送的数据。2.点点-点线路通信子网点线路通信子网在点在点-点线路通信子网中，每条物理线路连接一对节点。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、常见的基本拓

19、扑结构有：总线型、星型、环型、树型和网状等。树型和网状等。1.总线型拓扑结构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

20、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

21、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

22、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

23、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

24、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

25、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；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，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

26、网络的瓶颈；环节点的加入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。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：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：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

27、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.树型拓扑结构树型拓扑结构第28页，本讲稿共70页 树型结构

28、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：树型网的优

29、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：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

30、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.卫星通信网络卫星通信网络网状拓扑的优点：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

31、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：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计算机网络的典型应用1.管管理理信信息息系系统统(MIS，ManagementInformationSystem)2.办公自动化系统办公自动化系统(OA，OfficeAutomationsystem)3.信信 息息

32、 检检 索索 系系 统统(IRS，Information RetrieveSystem)4.电子收款机系统电子收款机系统(POS，PointOfSells)第34页，本讲稿共70页5.分布式控制系统分布式控制系统(DCS，DistributedControlSystem)6.计计算算机机集集成成与与制制造造系系统统(CIMS，ComputerIntegratedManufacturingSystem)7.电电子子数数据据交交换换系系统统(EDI，ElectronicDataInterchangesystem)8.信息服务系统信息服务系统第35页，本讲稿共70页1.7 数据通信的基本概念数据通信

33、的基本概念1.7.1 信息、数据和信号信息、数据和信号1.信息信息(Information)信信息息的的载载体体是是数数字字、文文字字、语语音音、图图形形和和图图像像等等。计计算算机机及及其其外外围围设设备备产产生生和和交交换换的的信信息息都都是是由由二二进进制制代代码码表表示示的的字字母母、数数字字或或控控制制符符号号的的组组合合。为为了了传传送送信信息息，必必须须对对信信息息中中所所包包含含的的每每一一个个字字符符进进行行编编码码。因因此此，用用二二进进制制代码来表示信息中的每一个字符就是编码。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.常用的二进制代码常用的二进制代

34、码在数据通信过程中，要进行编码，就要采用在数据通信过程中，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为美国标准信息交换码(ASCII，AmericanStandardCodeforInformationInterchange)，目，目前它已被国际标准化组织前它已被国际标准化组织ISO(InternationalStandardsOrganization)和原国际电报电话咨询委和原国际电报电话咨询委员会员会(CCITT，ConsultativeCommitteeInternationalTelegraphandTe

35、lephone)采纳，并已发采纳，并已发展成为国际通用的标准交换代码。展成为国际通用的标准交换代码。第37页，本讲稿共70页3.数据数据(data)和信号和信号(Signal)网网络络中中传传输输的的二二进进制制代代码码被被称称为为数数据据，它它是是传传递递信信息息的的载载体体。数数据据与与信信息息的的区区别别在在于于，数数据据仅仅涉涉及及事事物物的的表表示示形形式式，而而信信息息则则涉涉及及到到这这些些数数据据的的内内容容和和解解释。释。通通常常，对对数数据据的的表表示示方方式式分分为为数数字字信信号号和和模模拟拟信信号号两两种种。从从时时间间域域来来看看，数数字字信信号号是是一一种种离离散

36、散信信号号，模模拟拟信信号号是是一一种种连连续续变变化化信信号号。因因此此，信信号号(Signal)是是数据在传输过程中的电磁波表示形式。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 信道及信道的分类信道及信道的分类 1.信道及其组成信道及其组成“信信道道”是是数数据据信信号号传传输输的的必必经经之之路路，它它一一般般由由传传输输线线路和传输设备组成。路和传输设备组成。2.物理信道和逻辑信道物理信道和逻辑信道物物理理信信道道是是指指用用来来传传送送信信号号或或数数据据的的物物理理通通路路，它它由由传传输输介介质质及及有有关关通通信信设设备备组组成成。逻逻辑辑信信道道也

37、也是是网网络络上上的的一一种种通通路路，在在信信号号的的接接收收和和发发送送之之间间不不仅仅存存在在一一条条物物理理上上的的传传输输介介质质，而而且且在在此此物物理理信信道道的的基基础础上上，还还在在节节点点内内部部实实现现了了其其他他“连连接接”，通通常常把把这这些些“连连接接”称称为为逻逻辑辑信信道道。因因此此，同同一一物物理理信信道道上上可可以以提提供供多多条条逻逻辑辑信信道道；而每一逻辑信道上只允许一路信号通过。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有线信道和无线信道根根据据传传输输介介质质是是否否有有形形，物物理理信信道道可可以以分分为为有

38、有线线信信道道和和无无线线信信道道。有有线线信信道道包包括括电电话话线线、双双绞绞线线、同同轴轴电电缆缆、光光缆缆等等有有形形传传输输介介质质。无无线线信信道道包包括括无无线线电电、微波、卫星通信信道、激光和红外线等无形传输介质微波、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，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中传输的是模拟信号，而在数字信道中直接

39、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。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

40、线路，它可以是自行架设的专门线路，也可以是向备的固定线路，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，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。的线路转接。公共电话交换网就属于公共交

41、换信道。第42页，本讲稿共70页 1.7.3 码元和码字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我们将计算机网络传送中的每一位二进制数字称为“码码元元”或或“码位码位”。1.7.4 数据单元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、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“数数据包据包”(即数据分组即数据分组)。在实际传输时，还要将数据包进一步。

42、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，这就是分割成更小的逻辑数据单位，这就是“数据帧数据帧”。第43页，本讲稿共70页1.7.5 通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标1.数据传输速率数据传输速率S(比特率比特率)和波形调制速率和波形调制速率B(波特率波特率)(1)比特率比特率S比比特特率率是是一一种种数数字字信信号号的的传传输输速速率率，它它是是指指在在有有效效带带宽宽上上，单单位位时时间间内内所所传传送送的的二二进进制制代代码码的的有有效效位位(bit)数数。S用用每每秒秒比比特特数数(bit/s)、每每秒秒千千比比特特数数(kbit/s)或每秒兆比特数或每秒兆比

43、特数(Mbit/s)等单位来表示。等单位来表示。(2)波特率波特率B第44页，本讲稿共70页2.带宽带宽带带宽宽是是指指物物理理信信道道的的频频带带宽宽度度，即即信信道道允允许许的的最最高高频频率和最低频率之差，单位为赫兹率和最低频率之差，单位为赫兹(Hz)。3.信道容量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信道容量一般是指物理信道上能够传输数据的最大能力。能力。信道容量信道容量(信道的极限数据速率信道的极限数据速率Rmax)=Flog2(1+S/N)(bit/s)其中各项参数如下。其中各项参数如下。F：信道带宽，单位为赫兹：信道带宽，单位为赫兹(Hz)。S/N：信噪比，单位为分

44、贝：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。：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。：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带宽、数据传输速率和信道容量的关联5.误码率误码率Pe误误码码率率是是指指二二进进制制码码元元在在数数据据传传输输中中被被传传错错的的概概率率，也称为也称为“出错率出错率”。6.吞吐量吞吐量吞吞吐吐量量是是信信道道或或网网络络性性能能的的另另一一个个参参数数，数数值值上上大大于于等等于于信信道道在在单单位位时时间间内内传传输输的的总总的的信信息息量量，

45、单单位位也是也是bit/s或或bit/s。第46页，本讲稿共70页1.8 串行传输与并行传输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。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。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根传输线即可。由于串行通信

46、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。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 并行传输并行传输并行传输可以一次同时传输若干比特的数据，从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。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。分别通过同样多的并行信道同时传输。1.8.2 串行传输串行传输并并行行传传输输的的速速率率高高，但但传传输输线线路路和和设设备

47、备都都需需要要增增加加若若干干倍倍，一一般般适适用用于于短短距距离离、要要求求传传输输速速度度高高的的场场合合；虽虽然然串串行行传传输输速速率率只只有有并并行行传传输输的的几几分分之之一一(如如1/8)，但但可可以以节节省省设设备备，因因而而是是当当前前计计算算机机网网络络中中普遍采用的传输方式。普遍采用的传输方式。串串行行数数据据通通信信又又有有3种种不不同同方方式式：即即单单工工通通信信、半双工通信和全双工通信。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数据传输类型与编码技术1.9.1 数据传输类型数据传输类型如如果果信信源源(发发出出信信号号的的一一方

48、方)发发送送出出的的信信号号是是模模拟拟信信号号，并并且且以以模模拟拟信信道道进进行行传传输输，则则称称为为模模拟拟传传输输(或或频频带带传传输输)。如如果果信信源源发发送送出出的的信信号号是是模模拟拟信信号号，而而以以数字信号的形式传输，则称为基带传输数字信号的形式传输，则称为基带传输(或数字传输或数字传输)。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是二进制

49、数字信号。这些二进制信号是典型的矩形电脉冲信号，由冲信号，由“0”和和“1”组成。其频谱包含直流、低频组成。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，从直流和高频等多种成分。我们把数字信号频谱中，从直流(零频零频)开始到能量集中的一段频率范围称为基本频带开始到能量集中的一段频率范围称为基本频带(或或固有频带固有频带)，简称为，简称为“基带基带”。因此，数字信号也被称。因此，数字信号也被称为为“数字基带信号数字基带信号”，简称为，简称为“基带信号基带信号”。如果在。如果在线路上直接传输基带信号，就称为线路上直接传输基带信号，就称为“数字信号基带传数字信号基带传输输”，简称为，简

50、称为“基带传输基带传输”。第50页，本讲稿共70页1.9.2.2数字基带信号的编码数字基带信号的编码1.非归零编码非归零编码非非归归零零编编码码NRZ(Non-ReturntoZero)。NRZ码码规规定定为为：用用负负电电压压代代表表“0”，正正电电压压代代表表“1”。当当然然也也可可以有其他表示方法。以有其他表示方法。第51页，本讲稿共70页2.曼彻斯特编码曼彻斯特编码(1)编码规则编码规则曼曼彻彻斯斯特特(Manchester)编编码码是是目目前前广广泛泛使使用用的的编编码码方方法之一，它的编码规则如下。法之一，它的编码规则如下。每比特的周期每比特的周期T分为前后两个相等的部分。分为前后