第1章计算机网络通信基础精选文档.ppt

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1、第1章计算机网络通信基础本讲稿第一页，共一百页第第1章章 计算机网络技术基础计算机网络技术基础1.1 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念1.2 计算机网络组成与分组交换计算机网络组成与分组交换1.3 信道技术信道技术1.4 数据传输控制数据传输控制1.5 计算机网络体系结构计算机网络体系结构本讲稿第二页，共一百页1.1 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念1.1.1 计算机网络及其功能计算机网络及其功能1.1.2 局域网、城域网和广域网局域网、城域网和广域网1.1.3 计算机网络的主要性能指标计算机网络的主要性能指标1.1.4 计算机网络标准及其相关机构计算机网络标准及其相关机构本讲

2、稿第三页，共一百页1.1.1 计算机网络及其功能计算机网络及其功能以信息为对象的两种技术计算机技术和通信技术的结合：通信技术计算机技术计算机网络技术现代通信技术本讲稿第四页，共一百页计算机网络是多台自治计算机系统连接而成的系统自治计算机：可以独立工作工作的计算机。连接计算机：通过传输介质和传输设备建立计算机间的物理上连接，连通进行信息交换。本讲稿第五页，共一百页计算机网络的功能（1）信息服务（2）资源共享（3）均衡负载，提高计算机系统的可靠性本讲稿第六页，共一百页1.1.2 局域网、城域网和广域网局域网、城域网和广域网1.局域网（local area network，LAN）局域网(又称局部地

3、域网)指通信距离通常在中等规模的地理区域内（一般在10 km范围内）的网络微微网（piconet）采用蓝牙等技术，以特定方式组成的、位于一个房间内的几台计算机组成的网络。个人局域网（personal area network，PAN）一般覆盖距离为100 m以内。2.城域网（metropolitan area network，MAN）信距离一般在5km50km以内 3.广域网（wide area network，WAN）跨地区甚至延伸到整个国家和全世界的网络。本讲稿第七页，共一百页1.1.3 计算机网络的主要性能指标计算机网络的主要性能指标带宽（bandwidth）带宽指的是可以传输的信号的频

4、率范围。窄带信道：通频带宽小的信道称为。例如，传统的传输语音的话路的通频带宽为3400-300=3100Hz。窄带信道只适合传输连续的信号，通常称为模拟信道。宽带信道：通频带宽很宽（一般大于2.5Gb/s）的信道，常常可以在同一传输介质上实现多重（并行）传输的高速数据传输通道。本讲稿第八页，共一百页（b）ADSL频谱结构（a）ADSL信道结构本讲稿第九页，共一百页表1.1 常用量词在计算机领域与通信领域的含义使用领域k/K（千）M（兆）G（吉）T（太）应用举例通信领域1k=1031061091012带宽计算机领域1K=210=1024220=1 048 576230=1 073 741 824

5、240存储容量、信息量大小本讲稿第十页，共一百页时延（delay）传输总时延=处理时延+发送时延+传播时延本讲稿第十一页，共一百页1个字节的数据用光纤传输100km的距离，则传播时延为100103/（2.0105）=0.5s。若在带宽为1Mb/s的链路中传输，发送时延为810-6s；不考虑排队处理时延，传输总时延为0.500008s。若在100Mb/s的链路中传输，发送时延为810-4s，不考虑排队处理时延，传输总时延为0.5008s。本讲稿第十二页，共一百页一个长度为200MB（这里，1M为220=1 048 576，1B=8bit）的数据块，要在1Mb/s（这里，1M=106）的链路中传输

6、，则发送时延不能超过2001 048 5768/106=1677.8s，既必须在不超过近半小时的时间内把这个数据块发送完毕。但是若在带宽为100 Mb/s的链路上传输，必须在16.7秒内将这些数据发送完毕。本讲稿第十三页，共一百页服务质量（quality of service，QoS）网络服务质量就是当网络出现过载或拥塞时，要保证重要的业务量不被延迟或丢失，并使网络高效运行。本讲稿第十四页，共一百页1.1.4 计算机网络标准及其相关机构计算机网络标准及其相关机构 美国国家标准协会（American National Standards Institute,ANSI）；国际电工技术委员会（Int

7、ernational Electrotechnical Commission,IEC）;国际电信联盟（International Telecommunications Union,ITU）;电子工业协会（Electronic Industries Association,EIA）;Internet工程特别任务组（Internet Engineering Task Force，IETF）；电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronic Engineers,IEEE）；国际标准化组织（International Organization for

8、Standardization,ISO）；国家标准和技术协会（National Institute of Standards and Technology，NIST）。本讲稿第十五页，共一百页法定标准是经过一些国家或国际公认的标准机构认证并采纳的标准。事实标准是由于先入为主、垄断等原因形成的被人们无奈或习惯接受的标准。本讲稿第十六页，共一百页1.2 计算机网络组成与分组交换计算机网络组成与分组交换1.2.1 计计算算机机网网络络三三要要素素：链链路路、结结点和协议点和协议1.2.2 分组交换分组交换本讲稿第十七页，共一百页1.2.1 计算机网络三要素：计算机网络三要素：链路、结点和协议链路、结

9、点和协议1.网络拓扑2.网络结点3.协议本讲稿第十八页，共一百页1.网络拓扑（a）星形网络 （b）树形网络（c）环形网络 （d）格状网络 （e）全互连网络（f）总线形网络 （g）环形总线网络 （h）无约束形网络本讲稿第十九页，共一百页（1）星形结构。以中央结点为中心，把若干外围结点连接起来的辐射式互连结构，中央结点实施对全网的控制，并分别通过单独的链路与各个外围结点相连接。其拓扑特点是中央结点与多条链路连接，外围结点只与一条链路连接，（2）树形结构树形结构实际上是多个星形结构的级联组合。特点是网络中有多个中心结点，形成一种分级管理的集中式网络，适宜于各种管理部门进行分级数据传送的场合。（3）环

10、形结构环形结构是把所有结点首尾相连的通信链路连接成环形。其拓扑特点是每一个结点都与两条链路连接。当某一链路有故障时，还可以通过另一条路径进行通信。（4）网状结构格状结构是所有结点具有两个或两个以上直接通路的拓扑结构。全互连结构是所有结点之间都有直接通路的拓扑结构。本讲稿第二十页，共一百页（5）总线结构在总线形结构中各个计算机网络结点的设备用一根总线挂接起来。总线形结构目前在局域网中应用很广，有如下一些特点：结点的插入或拆卸方便，易于扩充；不需要中央控制器，有利于分布式控制，某个结点发生故障时对整个系统影响很小，网络的可靠性高；总线自身的故障对系统是毁灭性的，因而要求较高的安装质量。当网络的总线

11、首尾相连成闭合的环路时，这种总线形结构称为环形总线结构。（6）无约束结构卫星通信和微波通信采用电磁波传输信息。这种结构属无约束形传输结构。本讲稿第二十一页，共一百页2.网络结点（1）端结点（2）中继结点（3）交换结点（4）路由接点本讲稿第二十二页，共一百页（1）端结点端结点是进行数据处理的结点。在计算机网络中，端结点具有两种功能：数据处理和通信。数据终端设备（data terminal equipment，DTE）为具有一定数据处理能力的发送、接收设备，可以是计算机或终端设备。数据通信设备（data communication equipment，DCE）为通信接口设备，在DTE与传输线路之间

12、提供信号变换及编码功能，并负责建立、维护和释放物理连接，如波形变换器、基带传输器、调制解调器、网络接口卡（network interface card,NIC）等。端结点结构 本讲稿第二十三页，共一百页（2）中继结点中继结点用于同类网络介质之间的互连，起到信号再生、放大作用。再生就是通过对失真的但仍可以辨认的波形分析，重新生成原来的波形；放大就是将信号衰减了的幅度加以恢复。通过再生和放大能够使网络传输的距离范围得以扩大。中继器的工作原理 本讲稿第二十四页，共一百页（3）交换结点转发连接的过程称为交换。交换机构的功能,实际上是将一条输入信道上的数据转送到另外的输出信道上，将输入端口与输出端口对应

13、起来。通过交换结点连接的通信 本讲稿第二十五页，共一百页（4）路由结点路由结点是一种特殊的交换结点。它位于网络之间，起连接网络的作用，属于所连接的网络共有。用路由结点连接网络 本讲稿第二十六页，共一百页3.协议为了通信或联系所制定的约定、规则和标准称为协议。任何通信过程都需要相应的通信协议，其目的是维护通信的有效性、完整性和公平性。协议包含了所传输信息的格式（语法）、语义和时序（传输的时间顺序）三个方面的约束。本讲稿第二十七页，共一百页（1）语法语法是关于信息格式的规定。在计算机网络中传输的信号是一些二进制数字流，为了让系统能够识别这些数字流，需要将信息按一定的格式进行组织和传输。例如，一个数

14、据分组有多长，具体划分为几个字段等。两个不同的网络互连，即当一个数据分组被转换为数字信号以后从一个网络进入另一个网络时，必须进行数据格式的转换，这就需要根据两种网络协议的规定进行数据的分割与组装。（2）语义在计算机网络中，传输的数据有用户信息和控制命令两种。语义用来规定命令和应答的含义。（3）时序通信中的时序表明通信双方动作之间的时间关系规则。本讲稿第二十八页，共一百页电话的时序关系 首先主叫方向被叫方发出请求（拨号）；接着被叫方听到振铃后拿起话筒；然后双方通话。本讲稿第二十九页，共一百页1.2.2 分组交换分组交换1.电路交换在电路交换（circuit switching或circuit e

15、xchanging）方式下通信的双方在进行数据传送之前先要建立一个实际的物理电路连接，连接的电路被通信的一对用户独占，只有通信结束电路释放后，才能被别人使用。简单地说，它要经过3步：建立连接（呼叫）,数据传送,线路拆除（释放）。在通信过程中，交换机为通信双方提供物理电路连接。本讲稿第三十页，共一百页电路交换的基本过程 本讲稿第三十一页，共一百页电路交换有如下特点：（1）由于需要连接过程，建立连接需要时间，故适合传输大量数据，而传输少量数据时效率不高；（2）连接一旦建立，便可以固定的速率传输数据，除了传输延迟外，不再有别的延迟；（3）一旦连接成功，就建立了一条临时专线，即使不通信，他人也不可使用

16、。本讲稿第三十二页，共一百页2.存储-转发交换存储-转发交换（store-and-forward switching）是一种不要求建立专用物理信道的交换技术。当发送方要发送信息时，应把目的地址先加到报文中，然后从发送结点起，按地址把报文一个结点、一个结点地转送到目的结点；在转送过程中，中间结点要先把报文暂时存储起来，然后在线路不忙时将报文转发出去。本讲稿第三十三页，共一百页报文交换的基本过程 本讲稿第三十四页，共一百页报文交换与分组交换报文大，传输延时就长，不适合传输语音等实时信号；并且,在传输过程中容易因为个别错误而导致整个报文传输作废。分组交换（packet switching）,也称包交

17、换。在分组交换网中，要先把一个报文分割成规定长度的信息组分组打包，然后在每个分组上贴上标签报头，按编号一批一批地将“数据分组”发出去。报文分组 本讲稿第三十五页，共一百页3.分组交换的虚电路服务和数据报服务分组交换有虚电路（virtual circuit）和数据报（datagram）两种服务方式。本讲稿第三十六页，共一百页（1）虚电路服务 虚电路的通信方式 本讲稿第三十七页，共一百页虚电路工作时的时序关系 本讲稿第三十八页，共一百页虚电路服务过程 建立虚电路 A启动路由算法，选择下一个结点B，并向B发送一个“呼叫请求分组”；接着B也启动路由算法，选择下一个结点C，并向C转发“呼叫请求分组”。于

18、是“呼叫请求分组”沿ABC的路径到达目的结点D。目的结点D则沿DCBA的路径返回“呼叫应答分组”。至此虚电路建立。数据传输 A将报文分组打包，不需再加目的主机的全地址，只需带上到B的虚电路号（A对可能到达的每个结点编号）即可，按照该虚电路号将各数据分组发送到B。B如法炮制，将各数据分组发送到C，由C再发送到D。拆除虚电路 报文传送完毕，A沿ABCD路径发送“释放请求分组”到D；D返回“释放应答分组”，将虚电路拆除。本讲稿第三十九页，共一百页（2）数据报服务每个分组都加有目的地地址，并且按“各自为战”的策略，依据网络的运行情形各自选择合适的路径，向目的地进发。数据报工作原理示意图 本讲稿第四十页

19、，共一百页1.3 信道技术信道技术1.3.1 信道的物理介质信道的物理介质1.3.2 信道的基本通信模式信道的基本通信模式1.3.3 信道带宽与信道容量信道带宽与信道容量本讲稿第四十一页，共一百页1.3.1 信道的物理介质信道的物理介质表1.2 几种传输介质的性能比较性 能双绞线同轴电缆（基带）同轴电缆（宽带）光 纤地面微波卫 星最 大 传 输 距 离（km）0.32.5 1001004050不受限制抗强电干扰性较差高高极高差差安装难易程度易中中较难易易布局多样性好较好较好中好好保密性一般好好极好差差经济性低较低较低较高中较高时延小小小小小大本讲稿第四十二页，共一百页1.双绞线 （a）非屏蔽双

20、绞线电缆 （b）屏蔽双绞线电缆本讲稿第四十三页，共一百页表1.3 铜质UTP参数UTP传输带宽（100米时）3类(Category III)16Mb/s4类(Category IV)20Mb/s5类(Category V)100Mb/sCAT 5E200 300Mb/s6类(E类)(Category VI)350 600Mb/s7类(F类)(Category VII)700750 Mb/s本讲稿第四十四页，共一百页2.同轴电缆本讲稿第四十五页，共一百页3.光缆本讲稿第四十六页，共一百页4.无约束传输介质 常用的无约束传输介质有短波、微波、红外线和激光信束。（a）地面微波中继站的架设（b）微波地

21、面中继站天线 本讲稿第四十七页，共一百页1.3.2 信道的基本通信模式 1.信道的交互方式：（1）单工方式（2）全双工方式（3）半双工方式 本讲稿第四十八页，共一百页(1)单工方式单工方式的特点是单向通信，信号只能进行一个方向的流动，如无线广播、电视等。(2)全双工方式全双工方式的特点是同时双向，即通信双方都可同时发送和接收信号。全双工通信线路相当于2个单工线路的组合，如电话。(3)半双工方式半双工方式的特点是不同时双向，也称双向交替方式，即通信双方都可收发信息，但不可同时进行，同一时刻只限一个方向的信号传输，只能由一端发出，另一端接收，如对讲机。本讲稿第四十九页，共一百页（c）全双工方式（b

22、）全双工方式（a）单工方式 本讲稿第五十页，共一百页2.并行传输信道与串行传输信道如果将信号的各位分别在多条线路同时传输，则称为并行传输；如果只用一条线，让信号以位为单位顺序传输，就称为串行传输。（a）并行传输 本讲稿第五十一页，共一百页（b）串行传输本讲稿第五十二页，共一百页1.3.3 信道带宽与信道容量信道带宽与信道容量1.信道的通频带宽一个信道允许通过的信号频率范围，即可传送的信号最高频率与最低频率之差，称为该信道的通频带宽。2.信道容量信道容量即信道上所允许的最大数据传输速率。本讲稿第五十三页，共一百页奈奎斯特(H.Nyquist)意识到信道对于数据传输率的限制，并推导出一个被称为奈奎

23、斯特准则的有限带宽无噪声信道的最大数据传输速率表达式：Smax=2Wlog2 M (b/s)式中，M为信道上所传输信号的可取离散值的个数（即信号电平的级数），W是有限带宽无噪声信道的带宽，2W为采样频率。本讲稿第五十四页，共一百页奈奎斯特准则考虑的是一个理想的低通信道，如果考虑噪声，问题就复杂多了。在奈奎斯特准则基础上，1948年香农（Shannon）进一步研究了有限带宽的随机（服从高斯分布的）噪声干扰信道的极限数据传输速率：信道的极限数据传输率=Wlog2(1+S/N)(b/s)式中，W是有限带宽无噪声信道的通频带宽，S为信道上数据信号的平均功率，N为信道内部的噪声功率，S/N为信噪比。香农

24、公式表明，信道的通频带宽越宽、信噪比越大，信道的极限数据传输速率就越高。本讲稿第五十五页，共一百页1.4 数据传输控制 1.4.1 数据信号的调制与编码数据信号的调制与编码1.4.2 串行通信中的同步控制串行通信中的同步控制1.4.3 多路复用技术多路复用技术1.4.4 差错检测与控制差错检测与控制1.4.5 流量控制与滑动窗口协议流量控制与滑动窗口协议本讲稿第五十六页，共一百页1.4.1 数据信号的调制与编码数据信号的调制与编码1.数字信号的模拟调制 2.模拟信号的数字编码脉冲编码调制技术3.数字信号的数字编码本讲稿第五十七页，共一百页1.数字信号的模拟调制将不适合信道传输的信号变换为适合信

25、道传输的信号称为调制(modulate)。调制的逆过程称为解调(demodulate)。数字信号的调制是将数字信号转换为频带信号，以便能将数字数据在传统的模拟线路上进行传输可以采用调幅、调频、调相三种移动键控技术来进行数字数据的模拟调制，分别称为幅移键控（amplitude-shift keying，ASK）、频移键控（frequency-shift keying，FSK）、相移键控（phase-shift keying，PSK）本讲稿第五十八页，共一百页数字模拟信号调制 本讲稿第五十九页，共一百页（1）幅移键控（ASK）在ASK方式中，用不同幅值的正弦载波信号来分别表示数字“1”和“0”。例

26、如，用某一幅值的正弦载波信号表示数字“1”，用零幅值（无载波信号）表示数字“0”。ASK的技术简单、实现容易，但抗干扰能力差。（2）频移键控（FSK）在FSK方式中，用不同角频率的正弦载波信号来分别表示数字“1”和“0”。FSK的技术简单、实现容易、抗干扰能力强，是目前最常用的方法。（3）相移键控（PSK）在PSK方式中，用不同初相位的正弦载波信号来分别表示数字“1”和“0”。它的抗干扰能力强，但实现技术复杂。本讲稿第六十页，共一百页2.模拟信号的数字编码脉冲编码调制技术模拟数据的数字编码是将连续的信号波形用有限个离散（不 连续）的值近似代替的过程。简单地说，就是将模拟信号用 数字信号近似地代

27、替，其中最常见的方法是脉冲编码调制 （pulse code modulation，PCM）技术，简称脉码调制。PCM基本步骤是：采样：即将原波形的时间坐标离散化，得到一系列的样本值。量化：对采样得到的样本值按量级分级并取整。编码：将分级并取整的样本值转换为二进制码。数字化的质量取决于下列技术参数：(1)采样频率(2)测量精度本讲稿第六十一页，共一百页3.数字信号的数字编码（1）单极性码和双极性码（2）归零码和不归零码（3）曼彻斯特码和差分曼彻斯特码本讲稿第六十二页，共一百页1.4.2 串行通信中的同步控制串行通信中的同步控制1.异步传输方式 异步传输方式按照字符为单位发送数据，由如下4部分组成

28、：（1）1个起始位：低电平数字“0”状态；（2）5位或7位数据；（3）1位校验位，用做奇偶校验；（4）长度为1.5位（5位数据）或2位（7位数据）的停止位：高电平也是不通信状态。异步传输的帧结构 本讲稿第六十三页，共一百页2.同步传输方式 同步传输方式从帧和位两个方面实现同步控制。（1）帧同步的实现方法是在数据块的两端加上前文（preamble）和后文（postamble），表示帧的起始和结束。前文和后文的特性取决于所用的协议，分为面向字符和面向位两大类。在面向字符的同步传输中，帧头包含一个或多个同步字符SYN。SYN是一个控制字符，后面是控制和数据字节。接收端发现帧头，便开始接收后面的数据块

29、，直至遇到另一个同步字符。IBM的二进制同步规程（BSC或bisync）是具有代表性的面向字符的同步传输规程。目前应用最普遍的面向位的同步传输规程是ISO制定的高级数据链路控制协议（high-level data link control，HDLC）。它把数据块看作数据流，并用序列“0111110”作为开始和结束的标志。为了避免在数据流中出现序列“0111110”时引起混乱，发送方总是在其发送的数据流中每出现5个连续的“1”，就插入一个附加的“0”；接收方则每检测到5个连续的“1”并且其后有一个“0”时，就删除该“0”。显然,同步传输的传输效率要比异步传输高。本讲稿第六十四页，共一百页（2）位

30、同步实现帧同步并不能完全解决传输的同步问题，因为每个帧都比较长，位漂移的积累将使一个帧的后面部分的数据位无法正确接收。为此还需要实现位的同步。位同步可以通过两种方法进行。外同步法和自同步法。外同步法在发送方和接收方之间提供单独的时钟线路，发送方在每个比特周期都向接收方发送一个同步脉冲。接收端根据这一串同步脉冲来调整自己的接收时序，把接收时钟的重复频率锁定在同步频率上，以便在接收数据的过程中始终与发送端同步。这种方法在短距离传输中比较有效；长距离传输中，会因同步信号失真而失效。自同步法利用特殊编码（如曼彻斯特编码或微分曼彻斯特编码）让数据信号携带时钟同步信号，不断校正接收端的定时机构。本讲稿第六

31、十五页，共一百页1.4.3 多路复用技术多路复用技术多路复用（MUX）指在一个物理信道上同时传送多路信号，或者说是把一个物理信道设法分成多个逻辑信道，以提高信道利用率。1.频分多路复用技术 2.时分多路复用技术3.光波分多路复用技术 4.码分多路复用技术本讲稿第六十六页，共一百页1.频分多路复用技术频分多路复用技术FDM（frequency division multiplexing，它把一个物理信道划分为多个逻辑信道，各个逻辑信道占用互不重叠的频带，相邻信道之间用“警戒频带”隔离，以便将不同路的信号调制（滤波）分别限制在不同的频带内，在接收端再用滤波器将它们分离，就好像在大气中传播的无线电信

32、号一样，虽同时传送多个频率信号，但互不重叠，可以分辨。最典型的应用是普通收音机。本讲稿第六十七页，共一百页频分多路复用 本讲稿第六十八页，共一百页2.时分多路复用技术时分多路复用技术 时分多路复用（time division multiplexing，TDM）是一种非同时发送的多路复用技术。如图1.32所示，它将一个传送周期划分为多个时隙，让多路信号分别在不同的时隙内分时地传送，形成每一路信号在连续的传送周期内轮流发送的情形。时分多路复用 本讲稿第六十九页，共一百页时分多路复用的两种同步方式同步时分多路复用（synchronous transfer mode，STM）。同步时分多路复用是指时分

33、方案中的时间片是预先分配好的，时间片与数据源是一一对应的，不管某一个数据源有无数据要发送，对应的时间片都是属于它的；或者说，各数据源的传输定时是同步的。在接收端，根据时间片的序号来分辨是哪一路数据，以确定各时间片上的数据应当送往哪一台主机。异步时分多路复用（asynchronous transfer mode，ATM）。各时间片与数据源无对应关系，系统可以按照需要动态地为各路信号分配时间片，各时间片与数据源无对应关系。为使数据传输顺利进行，所传送的数据中需要携带供接收端辨认的地址信息，因此异步时分多路复用也称为标记时分多路复用。ATM技术中的传输就是这种方式。本讲稿第七十页，共一百页3.光波分

34、多路复用技术 光波分多路复用（wavelength division multiplexing，WDM）技术是在一根光纤中能同时传输多个光波信号的技术。光波分多路复用单纤传输 本讲稿第七十一页，共一百页4.码分多路复用技术码分多路复用技术 码分多路复用（code division multiplexing，CDM）是与码分多址（code division multiple access，CDMA）相联系的一项技术。在CDMA传输时，要给每位用户分配一个m（通常m取64或128）比特序列，称为码片序列（chip sequence）或码片向量。不同的用户的拥有不同的码片序列，好像他们具有不同的地址

35、。CDMA按照下面的规则进行用户数据的发送：发1，发送该站的码片序列的原码；发0，发送该站的码片序列的反码。本讲稿第七十二页，共一百页1.4.4 差错检测与控制差错检测与控制1.差错产生的原因与基本对策 2.误码检测3.差错控制协议本讲稿第七十三页，共一百页1.差错产生的原因与基本对策差错产生的原因与基本对策 在数据传输中，接收到的数据与原来发送的数据不一致称为传输差错。信道噪声引起传输信号的畸变是产生差错的主要原因。通信信道的噪声分为两类：热噪声和冲击噪声。误码率是数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性指标，指信道传输信号的出错率，用后面的公式表示：P=NE/N，式中N为数据传输的总位数，

36、NE为数据传输过程中出错的位数。在数据通信中，差错的基本应对策略有3个：（1）提高信道质量：使用高质量的信道 即使用具有热噪声小、信号屏蔽能力强等优点的信道；使用中继器 中继器的作用是每经过一定的传输距离将数据信号重新复制一次。（2）提高数据信号的健壮性：纠错码为传输的数据信号增加冗余码，以便能自动纠正传输差错；检错码为传输的数据信号增加冗余码，以便查出哪一位出错。（3）采用合适的差错控制协议本讲稿第七十四页，共一百页2.误码检测误码检测的基本原理是通过在数据部分附加一定数目的冗余码来提供一种检测机制发现传输中的错误。最简单的冗余检错码是奇偶校验码。此外还有两种校验码：校验和和循环冗余校验码。

37、本讲稿第七十五页，共一百页3.差错控制协议差错控制协议 差错控制协议通常采用自动请求重传（auto repeat request，ARQ）机制，即接收方检测出错误后，要求发送方重传出错的数据。ARQ的具体实现，采用两种策略：停等ARQ和连续ARQ。（1）停等ARQ（stop-and-wait ARQ）当主机A发送一个数据帧到主机B时，若B正确地收到，便会立即发一个确认应答帧ACK给A，A接到确认应答帧，就可以再发下一个数据帧；若B收到的数据帧不正确，便立即发一个否认应答帧NAK给A，A接到否认应答帧，就将数据帧重发一次。本讲稿第七十六页，共一百页 当A发出的数据帧丢失，B收不到时不会发任何应答

38、帧。这时A一直等待，当等待时间超过一个限度tout时，就将数据帧重新发送一次。B虽然收到了A发来的数据帧，也发出了应答帧（可能是ACK，也可能是NAK），A却没有收到。这种情况下，A等待超过一定时限时，也要将数据帧重新发送一次。停等ARQ的工作原理 本讲稿第七十七页，共一百页（2）连续ARQ 连续ARQ是在发完一个数据帧后，不再等待，而是连续地发送若干个数据帧，具体实现方式有拉回(back to N)方式和选择重发（selective repeat）方式。拉回ARQ的工作原理是在发送方A连续地发送数据帧的同时，接收方对接收到的数据帧进行校验，并向A方发送应答帧；当A接收到一个数据帧对应的应答帧

39、为NAK时，就从这个数据帧开始将此后所发送过的数据帧重发一遍。选择重发ARQ与拉回ARQ的不同之处在于它只重发出错的数据帧。连续ARQ的工作原理 本讲稿第七十八页，共一百页1.4.5 流量控制与滑动窗口协议流量控制与滑动窗口协议1.拥塞与死锁当网上传输的数据量增加到一定程度时，网络的吞吐量下降，这种现象称为“拥塞”（congestion）。传输数据量急剧增加时，丢弃的数据帧不断增加，从而引起更多的重发；重发数据所占用的缓冲区得不到释放，又引起更多的数据帧丢失；这种连锁反应将很快波及全网，使通信无法进行，网络处于“死锁”（deadlock）状态，陷于瘫痪。本讲稿第七十九页，共一百页2.滑动窗口协

40、议滑动窗口协议的基本思想是：某一时刻，发送方只能发送编号在规定范围内，即落在发送窗口内的几个数据单元，接收方也只能接收编号在规定范围内，即落在接收窗口内的几个数据单元。使用滑动窗口协议，要涉及两个方面的问题：数据单元的编号问题（这与数据单元中用于编号的位数有关）；窗口的大小，即缓冲区大小问题。本讲稿第八十页，共一百页3.发送器窗口的工作原理发送器窗口的大小（宽度）规定了发送方在未接到应答的情况下允许发送的数据单元数 发送器窗口的工作原理 本讲稿第八十一页，共一百页4.接收器窗口的工作原理 接收器窗口的工作原理 本讲稿第八十二页，共一百页1.5 计算机网络体系结构计算机网络体系结构 1.5.1

41、两级模型：通信子网与资源子网1.5.2 OSI/RM参考模型结构 1.5.3 IEEE 802模型 1.5.4 TCP/IP模型 本讲稿第八十三页，共一百页1.5.1 两级模型：通信子网与资两级模型：通信子网与资源子网源子网 计算机网络系统可以分为通信子网和资源子网两大部分，通信子网提供通信，即数据传输的能力。资源子网提供网络上的资源（主计算机涉及软硬件处理能力和数据）以及访问能力（终端及其终端控制器）。本讲稿第八十四页，共一百页通信子网与资源子网 本讲稿第八十五页，共一百页1.资源（用户）子网资源子网（也称用户子网）负责全网的数据处理业务，向全网用户提供所需的网络资源和网络服务。它由一些资源

42、单元组成。每个资源单元包括由一台主机（HOST）、若干终端设备（Terminal，T）以及相关软件资源和数据资源。2.通信子网通信子网由通信处理机（communication control processor，CCP）、通信链路以及信号变换器等组成，承担全网的数据传输、转接、加工和变换等通信处理工作。本讲稿第八十六页，共一百页1.5.2 OSI/RM参考模型结构参考模型结构 开放系统互连参考模型 本讲稿第八十七页，共一百页1.物理层物理层（physical layer）是OSI/RM模型的最低一层，它的主要功能是在物理介质之上为上一层提供传输原始二进制数据比特流的服务。具体地说，物理层就是在

43、DTE和DCE之间建立连接。为了实现这个目标，物理层具备如下功能：（1）建立、维护和拆除物理连接（2）实现二进制流的传输 物理层的规程主要规定了如下接口特性（1）机械特性（2）电气特性（3）功能特性（4）规程特性 本讲稿第八十八页，共一百页2.数据链路层在物理层实现了透明的“0”和“1”码传输的基础上，数据链路层（data link layer）将加强这些原始比特的传输，使之成为一条无错的数据传输链路。要解决如下问题：（1）成帧。（2）确定帧的顺序，以便数据拼接。（3）帧同步控制。（4）差错校验 根据校验序列对帧进行校验。（5）流量控制和差错控制（如停等协议、滑动窗口协议）。（6）数据链路管理

44、（链路的建立、维护和拆除）。一般帧格式 本讲稿第八十九页，共一百页3.网络层网络层（network layer）从整个网络的角度来处理数据传输中的有关问题，处理问题过程中需要考虑通信双方的终端结点及中间结点间的关系，具体内容包括：（1）路由选择 如何在组成网络的各子网之间找到到达传送目的地的最佳路径；（2）流量和拥塞控制 防止在子网中间出现过多的分组，造成通路阻塞，形成瓶颈；（3）差错控制。（4）对报文包（分组）编号，进行定序。本讲稿第九十页，共一百页4.运输层运输层处理的是主机间的数据通信，是源结点到目的结点之间的传输，它考虑的具体内容有：（1）两个主机间数据传输的方式：虚电路方式是与连接有

45、关的数据传输服务，像打电话；数据报方式是与连接无关的数据传输服务，像邮局传输信件。（2）把数据分割成数据包并分组，为会话层提供最佳的数据传输服务，以便充分地利用网络。运输层也要进行流量和拥塞控制、差错控制、多路复用/解复用。本讲稿第九十一页，共一百页5.会话层会话层（session layer）是建立在用户与网络间的接口，主要控制两台计算机通信的建立、组织、重建与主控，简单地说，是解决两个主机之间如何会话，具体内容有：（1）确定包含有确认联机的通信协议是什么协议。（2）建立会话连接。（3）验证会话资格。（4）确定会话方式：全双工、半双工还是单工。（5）传输工作如何调试，如何结束等。本讲稿第九十

46、二页，共一百页6.表示层表示层（presentation layer）处理两个应用实体间数据交换的语法问题，解决数据交换中存在的数据格式不一致和数据表示方法不同等问题。7.应用层应用层（application layer）主要进行应用管理和系统管理，直接为用户服务，在信息网络用户之间形成一个交换信息的界面用户应用程序，如电子邮件、文件传输等。简单地说，就是接收用户数据。应用层的主要功能有：（1）应用管理。（2）用户信息的语义表示。（3）执行应用程序。（4）分配网络资源。本讲稿第九十三页，共一百页1.5.3 IEEE 802模型模型1.局域网的特点（1）局域网的物理层与OSI的物理层具有相同的功

47、能，包括了位流传输与接收、信号电平与编码、拓扑结构、传播速率等。分成两个子层：下面的子层用于对传输介质进行说明，如以太网中的物理信令（physical signaling，PLS）子层；上面的子层作为传输介质的访问单元，用于发送/接收比特、编码以及介质处理，类似于OSI/RM的物理层，如以太网中的物理连接（physical medium attachment，PMA）子层。（2）局域网的拓扑结构比较简单且多个站点共享传输信道。分为两个子层：一个与介质有关的子层传输介质访问控制（Medium Access Control，MAC）子层；一个与介质无关的子层逻辑链路控制（Logical Link

48、Control，LLC）子层。本讲稿第九十四页，共一百页（3）由于局域网在任意两个结点之间只有惟一的一条链路，不需要进行路由选择和流量控制，因而它不需要定义网络层，只具备OSI/RM低两层的功能就可以了。由于考虑到局域网要互连，所以在LLC子层之上设置了网际层。IEEE 802模型及其与OSI/RM的比较 本讲稿第九十五页，共一百页2.IEEE 802协议标准IEEE 802是一个标准系列，新的标准不断增加，现有的标准有：IEEE 802.1A概述和体系结构；IEEE 802.1B寻址、网际互联及网络管理；IEEE 802.2LLC协议；IEEE 802.3CSMA/CD访问方法及物理层规范；

49、IEEE 802.4令牌传送总线访问方法及物理层规范；IEEE 802.5令牌传送环访问方法及物理层规范；IEEE 802.6城域网（MAN）标准；IEEE 802.7宽带局域网标准；IEEE 802.8光纤局域网标准；IEEE 802.9综合数据/语音网络标准；IEEE 802.10网络安全与保密标准；IEEE 802.11无线局域网标准；IEEE 802.12100Base-VG标准；IEEE 802.14有线电视网（CATV Broadband）标准；IEEE 802.15无线个人网络（WPAN）标准；IEEE 802.16无线宽带局域网（BBWA）标准。本讲稿第九十六页，共一百页1.5

50、.4 TCP/IP模型模型 1.TCP/IP协议栈TCP/IP模型是在物理网基础上建立的，包括：（1）网络接口层。负责将IP分组封装成适合在具体的物理网络上传输的帧结构并交付传输。它包括：用于协作IP分组在现有网络介质上传输的协议，如IEEE 802.x；IP地址与实际物理网络地址间的转换协议ARP（Address Resolution Protocol）和RARP；用于串行线路连接主机与网络或连接网络与网络的SLIP协议和PPP协议。本讲稿第九十七页，共一百页（2）网际层 主要作用是解决网络互连中的问题，即网际寻址（包括地址格式、地址转换等）。主要协议有：IP协议 规定一种统一的地址格式协议