《计算机网络与通信》课件_第2章 计算机网络基础知识.pdf

《《计算机网络与通信》课件_第2章 计算机网络基础知识.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《计算机网络与通信》课件_第2章 计算机网络基础知识.pdf（95页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、计算机网络与通信PC PC有志者自有千计万计，无志者只感千难万难。1第2章计算机网络基础知识2.1数 据通信的几个基本概念2.2数据调制与编码技术2.3差错控制编码2.4网 络拓扑结构2.5 传输介质2.6 多路复用技术2.7网 络交换技术22.1数据通信的几个基本概念2J.1几种信号1.信号周期（T）：信号重复变化一次的时间。单位：s信号频率（f）：单位时间内信号重复变化的次数。单位：Hz角频率（）：单位时间信号相位变化的弧度。单位：rad/s17iT =27rco=2可J=rj-i 32.模拟信号：时间上和幅值上连续。也 称“连续信号”o离散信号：时间上离散，幅值可以连续。数字信号：时间上

2、和幅值上都是离散的。是离散信号经量化和编码后的信号。计算机网络采用的都是二进制数字信号。3.周期信号、非周期信号42.1.2模拟通信系统与数字通信系统教我遹恪系或拓出信息数字出将范 模拟借号 模拟信弓 敏宇出将流证系统-横箱系统正文目的系统-箱出基羯一接收的信号技辂系统发送的格号输人敏据启源-M箱人格息虑柒器恢接送发图3数据通信.系统的模型5(1)模拟通信系统定义 利用模拟信号传送信息的通信系统。模拟通信系统模型信息源 一 调制器 一 信 道 一 解调器 一 受信者噪声源 远距离传输的失真处理：采用多级中继放大器。(2)数字通信系统 定义 利用数字信号传送信息的通信系统。数字通信系统模型信息源

3、 一 编码器 一 调制器 一 信 道 一 解 调 器 一“译码器 一 受信者噪声源 涉及的技术问题：数字编码技术、数字调制技术、数字复接技术、同步技术等。远距离传输的失真处理：采用中继器。抗干扰能力强、可差错控制、保密通信、需同步。7模拟数据l数字数据模拟数据I数字数据数字信号发送的优点是：价格便宜，对噪声不敏感;缺点是：易受裳减，频率越局，技减越厉害。82.1.3波特率、比特率和误码率波特率R （调制速率、酝 传 输 速 率）单 位 时 间 传 输 酝（波形）的个数，单位：Baud。码元：数字信号由码元组成，码元携带一定的信息量。公式：若单位信号波的周期为T,则波特率为：Rs=1/T（Bau

4、d）I 比特率Rb（数据传输速率、信息传输速率）一 一 单位时间传送的出技数（信息量），单位：b/s。公式:若波特率为Rs,M 进制码元,则比特率为：.=Rslog2 M（b/s）例如：四进制数字信号，有4个不同的电平，如图课本P15 2 9b所示。每个码元包含2个比特，可 以是00,01,10,11。此时，Rb=2Rs对于二进制数字信号，只有两个电平，每个码元只含有1个比特位，故：Rb=Rs9通常使用“鬻!军”来衡量。差错率越小，可靠性越高。误码元率R=错误码元数久传输总码元数以I误比特率凡=错误比特数加传输总比特数”特点：在二进制数字通信中，Rb=Rso要求：计 算 飕 据 通 则，应满足

5、：Rb 屏蔽双绞线(STP,Shielded Twisted Pair)非屏蔽双绞线(UTP,Unshielded Twisted Pair)无屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP聚氯乙烯 绝 缘 层 铜 线套层屏蔽双绞线的抗干扰性优于非屏蔽双绞线。但由于屏蔽双绞线价格较高，而且安装时比非屏蔽双绞线复杂，所以，在组建局域网时通常使用非屏蔽双绞线。50非屏蔽双绞线的分类 1类双绞线：通常在局域网中不使用，主要用于模拟话音。传统的电话线即为1类线；2类双绞线：支持4Mbps传输率，在局域网中很少使用；3类双绞线：可用于10Mbps以太网；4类双绞线：适用于16Mbps令牌环局域网；5类和超5类双绞线：

6、是目前最常用的线缆，其传输距离是100米，传输速率是100Mbps,用于构建100M以太网，是目前最常用的线缆；可用于构建星型拓扑结构的网络。6类、7类双绞线：能提供更高的传输率和更远的距离。51双绞线的连接.在制作网线时，要用到RJ-45接头，俗 称“水晶头”的连接头。图 RJ.45接头与制作好的网线52 在 将网线插入水晶头前，要对每条线排序。根 据日A/TIA接线标准，RJ45接口制作有两种排序标准:日A/TIA 568B标准和日A/TIA 568A标准具 体线序：(1)568B标准的线序：如图(a)(2)568A标准的线序为：如图(b)532.同轴电缆(Coaxial cable),同

7、轴电缆曾经是局域网中使用最普遍的一种线缆。特点：传输距离长，抗干扰性强。保6同轴电缆屏 绝赧 场导层 层级54同轴电缆的分类1 .根据传送信号的不同进行分类(1)5 0 c 基带同轴电缆 用于数字 传 输(基带传输)具有高带宽和极好的噪声抑制特性。目前，基带同轴电缆大量被光纤取代。(2)7 5 c 宽带同轴电缆使用有线电视电缆进行模拟信号传输的同轴电缆系统被称为宽带同轴电缆。552.基带同轴电缆根据线缆粗细进行分类。(1)细同轴电缆 直径为0.25英寸，传输速率为1 0 M,最大传输距离为185米。如 果超过此距离必须添加中继器放大信号，延长传输距离。(2)粗同轴电缆 直径为0.5英寸，传输速

8、率为1 0 M,最大传输距离为500米。若超出此距离时必须添加中继器放大信号，延长传输距离。同轴电缆主要用于组建总线型拓扑结构的网络，因总线型网络维护起来比较困难，所以同轴电缆目前已很少使用了。56*同轴电缆的连接方法在使用同轴电缆组网时，细同轴电缆和粗同轴电缆的连接方法是不同的。-细同轴电缆：要通过T型头和BNC头将细缆与网卡连接起来，同时需要在网线的两端连接终结器。细缆连接如图5。终结器的作用是吸收电缆上的电信号，防止信号发生反弹。粗同缆电缆：在连接时需要通过收发器将网线和计算机连接起来，线缆两端也要连接终结器。细缆连接图573.光 纤(Optical Fiber)光线在光纤中的折射折射角

9、 包层氐折射率的媒体）纤芯（高折射率的媒体）包层（总斤射率的媒体）58光纤的工作原理低折射率高折射率（包层）（纤芯）5960 光纤传输的特点：损耗低、频带宽、串音干扰极小。由于光纤本身不导电，通信中受外界电磁影响极小。由于光纤光缆具有比电缆明显的优点，因此在长途线路上已逐渐成为重要的传输介质。随着计算机网络本身速度的提高，尤其是FDDI（光纤分布式数据接口）的普及，光纤光缆会成为计算机网络布线系统中最常遇见的部件之一。光 纤与双绞线及同轴电缆一样，既可用来传输模拟信号，也可用来传输数字信号。每 根光纤在任何时候都只能单向传输。因此，要实行双向通信，它必须成对出现，一个用于输入，一个用于输出，光

10、纤两端到光学接口上。最常在计算机网络中使用的光纤为玻璃多模850mm波长的L E D 7 传输率100Mbps,有效范围约20公里。R2.5.2无线传输介质：无线电波、红外线1.无线电波：短波、微波-短 波通信主要是靠电离层的反射。短波信道的通信质量较差，一般都是低速传输。一个模拟话路传输几十到几百bit/s。-短 波信号频率低于100MHz。62 微波在空间主要是直线传播。频率范围为300MHz 300GHz。-利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离，因此是国家通信网的一种重要通信手段。-广泛应用于无线网络和移动通信。A 地面微波接力通信 卫星通信2.红外线红外线：近距离、无障

11、碍的数据通信。红外接口已成为国际标准，广泛应用于手机、掌上电脑、笔记本电脑中。64Return2.6多 路 复 用 技 术1.多路复用(multiplexing)的定义在通信系统中能实现多种信号在同一媒体中传输的技术。2.多路复用技术的三个过程复合、传输、分离653.多路复用技术频分复用技术(FDM)时分复用技术(TDM)码分复用技术(CDMA)波分复用技术（WDM）66频分复用技术(FDM,Frequency Division Multiplexing)频分多路复用本质上就是把每路信息以某种调制方式调制到不同频率的载波上，然后合并成一个信号送到信道上传输。接收方把接收到的信号送入带通滤波器，

12、分离出各载波信号，这些载波经过解调，最后借助低通滤波器将原始信息恢复出来。（同时发送）有 线 电 视 A D S L 收音机67频分多路复用68时分复用技术(TDM,Time Division Multiplexing)O 将一个传输周期划分为多个时隙（时间片），让多路信号分别在不同的时隙内传送，形成每一路信号在连续的传送周期内轮流发送的情形。（非同时发送）同步时分多路复用（S T D M）异步时分多路复用（A T D M）69时分多路复用数 据 1-A数 蛇 _数 据 3数 据 4.多路复用器ns llnoA信 号 的 帧多路解复用器数信时 间，清华大学信息 工 程研究中心数 据 1A数 据

13、 2A数 据 3数 据 4A4070时分复用技术71码分复用技术(CDM,Code Division Multiplexing)也 称“码分多址技术”，用于移动通信，无线计算机网络。所有用户共享信道的频率和时间，各个用户可以同时发送或接收信号，用各自不同的地址码序列区分。通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分。如果从频域或时域来观察，多个C D M A 信号是互相重叠的。接收机用相关器可以在多个C D M A 信号中选出其中使用预定码型的信号。其它使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。72波分复用技术(WDM

14、,Wavelength Division Multiplexing)光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为波分复用W D M;在一根光纤上复用80路或更多路的光载波信号称为密集波分复用D W D M ；732.7网络交换技术 线路交换方式：物理线路连接。报文交换方式 分组交换方式：数据报方式-一 分组交换虚电路方式一一逻辑电路 ATM交换方式：信元交换。742.7.1 线路交换方式(circuit switching mode)线路交换是面向连接的服务；两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接；线路交换在数据传输过程中要经过三个阶段：建立连接

15、、数据传输、释放连接 优点：通信实时性强，适用于交互式会话类通信；缺点：对突发性通信不适应，系统效率低，系统没有存储数据的能力，不能平滑交通量。75线路交换的基本过程762.7.2 报文交换方式(message switching mode)信息以报文（逻辑上完整的信息段，包括报文的正文信息，指明发送和接收节点地址以及各种控制信息）为单位进行存储转发。特点 线路利用率高；要求转接结点（网络通信设备）缓冲大;延迟时间长。77时间报文交换的基本过程782.7,3 分组交换方式(Packet Switching mode)分组交换（Packet Switching）的概念由巴兰（Baran）于196

16、4年8月提出。分组交换又称包交换，它是现代计算机网络的技术.理。1969年12月美国的分组交换网ARPAnet投入运行。B当一个主机向另一个主机发送数据时，首先将主机发出的数据划分成一个个较小的数据包（分组），每个分组都携带有关目的地址信息，系统根据分组中的目的地址信息，利用系统中数据传输的路径选择算法确定分组的下一个节点并将数据发往所确定的节点，分组数据被一步步传下去，直至目的计算机接收。79工 分组交换(packet switching)_序理.建 鼻 髓 鲁 露 粉 矍 行售重富 繇 谬 黄睿普噩笑分为分组，分组：比报文还小的信息段，可定长，也可变长。_特点,餐个分组头包括目的地址，独立

17、进行路由选择 网 络结点设备中不预先分配资源 线路利用率高；结点存储器利用率高；易于重传，可靠性高；易于开始新的传输，让紧急信息优先通过；额外信息增加。节点暂存的是分组，而非整个文件 组是暂存在节点的内存中，而非其它地方，保证线速转 愈加交换采用动态分配信道的策略，提高发通信线路的利用率。L 分组交换的主要任务就是负责系统中分组数据的存储、转发和路径选择。保证将分组准确无误地送往目的地。分组交换网络中交换结点示意图 A node in a packet switching networkincoming links Node outgoing links81L分组交换分为-数 据 报(data

18、gram)一虚电路(virtual circuit)82数 据 报（datagram）数据报是分组存储转发的一种形式；在数据报方式中，分组传送之间不需要预先在源主机与目的主机之间建立“线路连接”；源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传输路径；每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目的主机。83数据报整序提供不可靠的服务，或者说无连接服务84虚电路(virtual circuit)虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式结合起来，充分发挥两种方法的优点，以达到最佳的数据交换效果；数 据报方式在分组发送之前，发送方与接收方之间不需要预先建立连接。虚电路方式在分组发送之前，需要在发

19、送方和接收方建立一条逻辑连接的虚电路；虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过程分为以下三个阶段：虚电路建立、数据传输与虚电路释放阶段。Note:packet headers dont need to contain thefull destination address of the packet 虚电路分组交换示意图Fig.2-43.The dotted line shows a virtual circuit.It is simplydefined by(able entries inside the switches.虚电路提供可靠的服务，或者说面向连接服务87:虚电路方式的特点 在每

20、次分组发送之前，必须在发送方与接收方之间建立一条逻辑连接。因为不需要真正去建立一条物理链路，连接发送方与接收方的物理链路已经存在；一 次通信的所有分组都通过这条虚电路顺序传送,因此报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息。分组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象；分 组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要做差错检测，而不需要做路径选择；每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接产数据交换技术L小结:89分类电路交换报文交换分组交换原理当你或你的计算机发出一个电话呼叫时，电话系统中的交换设备在你的电话与接收者的电话之间找出一条实际的“铜线”（包括光纤和无线）通路。这种技术叫做电路交换。电话

21、交换分电路建立、通话、拆除电路这样几个过程。信息以报文为单位，在交换装置控制下先存入缓冲存储器中并进行一些必要的处理，当指定的输出线空闲时，再将数据转发出去。分组交换与报文交换类似，并不在发送方和接收方之间提前建立实际的铜线连接，而是采用存储转发的方式。只是这里交换的单位为分组，即是将长的报文分成若干个报文组。报文分组要进行编号，但并不一定按顺序抵达。数据交换技术工比较90分 类电 路 交 换报 文 交 换分 组 交 换优 缺 点优点：信息延时短，并且固定不变；适用于连续、大批量的数据传输。缺点：有呼损；不同速率和不同电码之间的用户不能进行交换；效率低。优点：信道可以进行复用且需要时才分配信道

22、，效率高；不同速率和电码之间可以联接；无呼损。缺点：延时长；对中继结点存储容量要求较高。优点：转发延时短；数据传输灵活（每个分组可按不同路径不同顺序到达）；转发差错少；缺点：在目的结点要对分组进行重组，增加了复杂性。实例电 话 系 统电报因特网2.7.4 ATM交换方式 A T M：异步传输模式，线路交换十 分组交换。A T M 交换是一种面向连接的快速分组交换技术。是一种高可靠性，高速率的技术。A T M 的基本数据传输单元是信元；信元长度固定为53字节；信元包括5字节的信元头与48字节的用户数据。-53(X15-MM-5(X 1 4 -48(X 欣 -a 在物理链路中开辟多个虚路径（V P

23、）,每条通道分成多个虚信道（V C）,具有动态分配网络资源的特点这种技术使其物理链路、虚通路与虚通道的关系 物 理链路(Physical Link)虚 路径(VP,Virtual Path)虚 信道(VC,Virtual Channel)采 用“虚路径”和“虚信道”技术，实现动态分配网络资源。9 3ATM的特点话音数据视频面向连接快速分组交换统计复用支持多速率、多业务支持话音、数据和图象对实时业务提供完全的QoS保证A TM 交换机中的连接分为永久虚拟电路(P V C)和交换虚拟电路(S V C)两种。PVC是在源地址与目的地址之间的永久性硬件电路连接。-SVC是根据实时交换要求建立的临时交换电路连接。两者的最大区别是：PVC不论是否有数据传输，它都保持连接;SVC在数据传输完成后就自动断开。95