计算机网络第1章计算机网络概论课件.ppt

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1、第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第 1 章章 计算机网络概论计算机网络概论1.1 引言引言 1 1.2 数据通信技术数据通信技术 1.3 数据交换技术数据交换技术 1.4 传输介质传输介质 1.5 拓扑结构拓扑结构 1.6 网络体系结构与标准化网络体系结构与标准化 返回主目录返回主目录第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第 1 章章 计算机网络概论计算机网络概论1.1 引引 言言在信息化社会中,计算机已从单一使用发展到群集使用。越来越多的应用领域需要计算机在一定的地理范围内联合起来进行群集工作,从而促进了计算机和通信这两种技术紧密的结合,形成了计算机网络这门学科。计算机

2、网络是指把若干台地理位置不同且具有独立功能的计算机，通过通信设备和线路相互连接起来，以实现信息传输和资源共享的一种计算机系统。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述也就是说,计算机网络是将分布在不同地理位置上的计算机通过有线的或无线的通信链路连接起来,不仅能使网络中的各个计算机(或称为节点)之间相互通信,而且还能共享某些节点(如服务器)上的系统资源。所谓系统资源包括硬件资源(如大容量磁盘、光盘以及打印机等),软件资源(如语言编译器、文本编辑器、工具软件及应用程序等)和数据资源(如数据文件和数据库等)。对于用户来说,计算机网络提供的是一种透明的传输机构,用户在访问网络共享资源时,可不必考虑

3、这些资源所在的物理位置。为此,计算机网络通常是以网络服务的形式来提供网络功能和透明性访问的。主要的网络服务有：第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述文件服务。它为用户提供各种文件的存储、访问及传输等功能。对于不同的文件,可以设置不同的访问权限,维护网络的安全性。这是一项最重要的网络服务。打印服务。它为用户提供网络打印机的共享打印功能。它使得网络用户能够共享由网络管理的打印机。例如,每个网络用户都需要使用激光打印机输出高质量的文档。由于价格原因,不可能也不必每一台计算机都配备激光打印机。而网络可以将某一台激光打印机作为网络打印机,使每个用户都能共享这台激光打印机,执行打印输出任务。第第1

4、1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述网络通信系统。它提供节点间的数据通信功能,这涉及到传输介质、拓扑结构以及介质访问控制等一系列核心技术,决定着网络的性能,是网络系统的核心和基础。网络操作系统。它对网络资源进行有效管理,提供基本的网络服务、网络操作界面、网络安全性和可靠性措施等,是实现用户透明性访问网络必不可少的人-机(网络)接口。网络应用系统。它是根据应用要求而开发的基于网络环境的应用系统。例如,在机关、学校、企业、商业、宾馆、银行等各行各业中所开发的办公自动化、生产自动化、企业管理信息系统、决策支持系统、医疗管理服务系统、电子银行服务系统、辅助教

5、学系统、电子商务系统等各种应用系统。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述计算机网络按各个节点分布的地理范围分类,可分成局域网LAN(Local Area Network)和广域网WAN(Wide AreaNetwork),两者的主要差别在于通信距离和传输速率。通常,局域网的通信距离一般限于几公里之内,传输速率为 10Mb/s1Gb/s。广域网的通信距离可达几十公里、几百公里,甚至遍及世界，过去传输速率比较低,一般为64kb/s2Mb/s；而现在以光纤为介质的新型高速广域网可以提供Gb/s级传输速率。在一般情况下,局域网主要用来构造一个单位的内部网。例如,学校的校园网,企业的企业网等。它

6、们属于该单位所有,单位拥有自主管理权,并且网络以资源共享为主要目的。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述广域网主要是指公用数据通信网,一般由国家委托电信部门建造、管理和经营,以数据通信为主要目的。自1969年世界上第一个计算机网络ARPANET在美国诞生后,经过30多年的发展,取得了惊人的成就,已成为社会信息化的重要支柱。尤其是近几年,无论是局域网还是广域网,在技术水平和应用规模上都跃上了一个新台阶。从我国实施的金桥(国家公用经济网)工程、金卡(电子货币)工程、金关(国家外贸信息管理系统)工程、金卫(国家医疗卫生信息管理系统)工程等金字号信息化工程,到Internet的兴起,都充分显示

7、了计算机网络在社会信息化中的巨大作用和良好的发展前景。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述2.信号信号信号是数据的表示形式,或称数据的电磁或电子编码；它使数据能以适当的形式在介质上传输。信号也有如下的模拟信号和数字信号两种基本形式。模拟信号是在一定的数值范围内可以连续取值的信号,是一种连续变化的电信号(例如,某些物理量的测量结果,模拟计算机的输出)。这种电信号可以按照不同频率在各种介质上传输。数字信号是一种离散的脉冲序列(例如,计算机的输出,数字仪表的测量结果)。它用恒定的正电压和负电压来表示二进制的1和0值,这种脉冲序列可以按照不同的位速率

8、在有线介质上传输。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述3.传输传输数据传输是指用电信号把数据从发送端传送到接收端的过程。传输信道为数据信号从发送端传送到接收端提供了物理通路。传输信道可能是由同轴电缆、光纤、双绞线等构成的有线线路,也可能是由卫星和地面微波站等构成的无线线路,还可能是有线线路和无线线路的结合。传输信道给数据信号传输提供了通路,又会引入噪声和干扰，使信号发生畸变,可能造成数据传输的差错。由于传输信道的传输介质特性不同,还会使信息的传输速率受到一定的限制。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述人的声音通过电话机产生频率为300

9、3400Hz的电信号,经过电话线和电话交换设备传输到另一端的电话机,再把电信号还原成原来的声音。数字数据也可以用模拟信号来表示,以便在模拟信道上进行传输。这时要使用调制解调器(Modem),将数字数据调制成与模拟信道特性相匹配的模拟信号进行传输。Modem的作用是通过一个载波频率把二进制电压脉冲序列调制转换成模拟信号,使这些数据能够适合在音频电话线路上传输。在线路的另一端,再由Modem把模拟信号解调还原成原来的数据。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述但同时也放大了信号中的噪声分量。其结果会导致信号发生畸变,严重时会造成传输错误。数字传输与

10、信号的内容有关。同样,长距离的传输会使信号衰减和畸变,将会严重地影响数据的完整性,故数字信号只能在一个有限的距离内传输。为了延长传输距离,数字传输系统则使用中继器(Repeater)来克服衰减和畸变。中继器将接收数字信号,经过整形恢复后,再将信号以新的面目发送出来,从而克服了信号的畸变和衰减。在局域网中,主要采用数字传输技术。在广域网中,过去以模拟传输为主。随着光纤通信技术的发展,广域网中越来越多地采用数字传输技术,它在传输成本和质量上都优于模拟传输。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述4.传输速率传输速率数据传输速率是指每秒钟所能传输的位数,可用b/s(位/秒)来表示,它可按下式计算

11、:S=式中,T为脉冲宽度(全宽码情况)或脉冲重复周期(归零码情况);n为一个脉冲所表示的有效状态,即调制电平数;lb是log2的符号表示。对于在数据传输系统中普遍采用的单位脉冲,只有两个有效状态,即n=2。这时,其传输速率为:第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述例如,对于2400b/s的四相调制解调器,采用T=83310-6s的单位脉冲,该脉冲与两位组合的双位相对应,且状态数n=4。因此用传输位数表示的数据传输速率为:而用传输过程中调制次数来表示调制速率时,则有可见,在多相调制方式中,传输速率和调制速率是不相同的。第第1 1章章 计算机网络概

12、述计算机网络概述1.2.2 数据编码技术数据编码技术数据编码是将数据表示成适当的信号形式,以便于数据的传输和处理。在数据传输系统中,主要采用如下三种数据编码技术:数字数据的模拟信号编码;数字数据的数字信号编码;模拟数据的数字信号编码。1.数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码这种编码方式是将数字数据调制成模拟信号进行传输。通常被调制的数字数据用三种载波特性(振幅、频率和相位)之一来表示并由此产生三种基本调制方式,参见图1.1。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述(1)幅移键控法ASKASK(AmplitudeShiftKeying)是用

13、载波频率的两个不同振幅来表示两个二进制值，参见图1.1(a)。在有些情况下,用振幅恒定载波的存在与否来表示两个二进制字。ASK方式易受增益变化的影响,是一种效率较低的调制技术。在音频电话线路上,通常只能达到1200b/s的传输速率。(2)频移键控法FSKFSK(FrequencyShiftKeying)是用载波频率附近的两个不同频率来表示两个二进制值，参见图1.1(b)。这种调制方式不易受干扰的影响,比ASK方式的编码效率高。在音频电话线路上,其传输速率为1200b/s或更高。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述(3)相移键控法PSKPSK(PhaseShiftKeying)是用载波信

14、号的相位移动来表示二进制数据，参见图1.1(c)。在PSK方式中，信号相位与前面信号串同相位的信号表示0,信号相位与前面信号串反相位的信号表示1。PSK方式也可以用于多相的调制,如在四相调制中可把每个信号串编码为两位。PSK方式具有较强的抗干扰能力,而且比FSK方式编码效率更高。在音频线路上,传输速率可达9600b/s。这些基本调制技术也可以组合起来使用。常见的组合是PSK和FSK方式的组合及PSK和ASK方式的组合。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述一是每个脉冲宽度越大,发送信号的能量就越大,这

15、对于提高接收端的信噪比有利;二是脉冲时间宽度与传输带宽成反比关系,即全宽码在信道上占用较窄的频带,并且在频谱中包含了码位的速度。NRZ编码的主要缺点是:当出现连续0或连续1时,首先是难以分辨一位的结束和另一的开始,这需要通过某种方法在发送端和接收端提供同步或定时;其次是会产生直流分量的积累问题,这将导致信号的失真与畸变,使传输的可靠性降低,并且由于直流分量的存在,使得无法使用一些交流耦合的线路和设备。因此,过去大多数数据传输系统都不采用这种编码方式。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述近年来,随着100Mb/s及更高速率网络技术的发展,NRZ编码受到人们的关注,并成为主流编码技术,在F

16、DDI、100BASE-T及100VG-AnyLAN等高速网络中都采用了NRZ编码。其原因是在高速网络中要求尽量降低信号的传输带宽,以利于提高传输的可靠性和降低对传输介质带宽的要求。而NRZ编码中的码元速率与编码时钟速率相一致,具有很高的编码效率,符合高速网络对信号编码的要求。至于当出现连续0或连续1时所产生的同步和直流分量积累问题,主要通过加一级预编码器来解决。也就是,NRZ并非单独应用,而是采用两级编码方案。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述(3)差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码是曼彻斯特编码的一种修改格式。其不同之处在于:每位的中间跳

17、变只用于作同步时钟信号;而0和1的取值判断是用位的起始处有无跳变来表示(若有跳变则为0;若无跳变则为1)。这种编码的特点是每一位均用不同电平的两个半位来表示,因而始终能保持直流的平衡。这种编码也是一种自同步编码。令牌环(TokenRing)网采用的是这种差分曼彻斯特编码。这两种曼彻斯特编码主要用于中速网络(Ethernet为10Mb/s;TokenRing最高为16Mb/s)中,而高速网络并不采用曼彻斯特编码技术。其原因是它的信号速率为数据速率的两倍,即对于10Mb/s的数据速率,则编码后的信号速率为20Mb/s,编码的有效率为50%。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述对于100Mb

18、/s的高速网络来说,200Mb/s这样高的信号速率无论对传输介质的带宽的要求,还是对传输可靠性的控制都未免太高,将会增加信号传输技术的复杂性和实现成本,难以推广应用。因此,高速网络主要采用两级的NRZ编码方案。而中速网络采用曼彻斯特编码方案,尽管它增加了传输所需的带宽,但在实现上简单易行。3.模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码在数字化的电话交换和传输系统中,通常需要将模拟的话音数据编码成数字信号后再进行传输。这里常用的是一种称为脉冲编码调制PCM(PulseCodeModulation)的编码技术。PCM编码是以下面的采样定理为基础的。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第

19、1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述话音数据的最高频率通常为3400Hz。如果以8000Hz的采样频率对话音信号进行采样的话,则在采样值中包含了话音信号的完整特征。由此而还原出的话音是完全可理解和可识别的。对于每一个采样值还需要用一个二进制代码来表示,二进制代码的位数代表了采样值的量化精度。话音信号通常采用8位二进制代码来表示一个采样值。这样,对话音信号进行PCM编码后所产生的数据传输速率为8bit8000次采样/秒=64000b/s=64kb/sPCM编码不仅可用于数字化话音数据,还可用于数字化图像等模拟数据。例如,彩色电视信号的带宽为4.6M

20、Hz,采样频率应为9.2MHz。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述1.2.3 多路复用技术多路复用技术无论是广域网还是局域网,都存在这样一个事实,即传输介质的带宽大于传输单一信号所需的带宽。为了有效地利用传输系统,通常采用多路复用(Multiplexing)技术以同时携带多路信号来高效率地使用传输介质。多路复用主要有两种:频分多路复用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)和时分多路复用TDM(TimeDivisionMultiplexing)。1.FDMFDM是基于这样的前提:传输介质的可用带宽必须超过各路给定信号所需带宽的总和。如果将这几路信号中的每路

21、信号都以不同的载波频率进行调制,而且各路载波频率之间留有一定的间隔以使各路信号带宽不相互重叠,那么这些信号就可同时在介质上传输。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述FDM的一般情况如图1.4(a)所示。在图中,6路信号源输入到一个多路复用器中,这个多路复用器以不同的频率调制每一个信号。每一路信号需要一个以它的载波频率为中心的一定带宽,图中的f1f6便是对应于6路信号各自要求的带宽,即6路信道。为了防止各路信道之间的干扰,相邻的信道之间用保护带隔离开。保护带是带宽中不用的部分。f1f6以及各个保护带宽之和要小于或等于传输介质的可用带宽。例如，假设传输介质的可用带宽为70MHz，每路信号带

22、宽为10MHz。如果采用FDM同时传输6路信号，则各路信号带宽分配如下：f1=010MHz，f2=1121MHz，f3=2232MHz，f4=3343MHz，f5=4454MHz，f6=5565MHz。其中各路信道之间的保护带宽为1MHz。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述当携带多路信号的载波通过传输介质传送到另一端的多路复用器后,再解调(还原)成各个单路信号,输出到各自对应的输出线上。2.TDMTDM是基于这样的前提:传输介质能达到的位传输率应超过各路传输数字信号所需的数据传输率的总和。如果每个信号按时间先后轮流交替地使用单一信道,那么,

23、多个数字信号的传输便可在宏观上同时进行。对单一信道的交替使用可以按位、字节或块等为单位来进行。在图1.4(b)中,多路复用器有6路输入,设每路输入为9600b/s,具有57.6kb/s传输带宽的传输介质便可以传输这6路信号。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述具体的实现方法是:规定传送一个数据单元所需要的时间为一个时间片,每个输入端一次传送一个数据单元,6个时间片便可将6个输入端轮流输入一次,这6个时间片便构成了一帧(Frame)。对于某一TDM,帧长是固定的,即帧所拥有的时间片数等于输入的个数。若在某个时间片内,对应的输入端没有数据要发送,则在该时间片内发送空信号。所以6路输入信号是

24、平均分配使用高速传输介质的。与FDM类似,专用于某一特定信号源的时间片序列称为它的信道。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述TDM又分为同步TDM和异步TDM。图1.4(b)所示的TDM方案称为同步TDM。它的每个时间片长度固定且预先指定,因而从各个信号源的发送是定时同步的。与此相反,异步TDM允许动态地分配使用传输介质的时间。在同步TDM中,如果某个时间片对应的装置无数据发送,则该时间片便空闲不用,造成信道容量的浪费,并且传输介质的传输带宽不能低于各个输入信号的数据速率之和。在异步TDM中,时间片是按需动态分配的,即在输入端有数据要发送时,才分配时间片。并且传输介质的传输带宽只要不低

25、于各个输入信号的平均数据速率即可,这提高了传输介质的利用率。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述同时,异步TDM中的时间片与输入装置之间没有一一对应的关系,任何一个时间片都可以被用于传输任一路输入信号。这样,在传输的数据单元中必须包含有地址信息,以便寻址目的节点。因此,在每个时间片里会增加一些额外的传输开销。异步TDM又称为统计TDM(STDM)。TDM并不仅仅局限于传输数字信号,模拟信号也可以在时间上交替传输。对于模拟信号,TDM和FDM可以组合起来使用。一个传输系统可先频分成许多FDM信道,每个信道再按TDM进行时分复用。在有些宽带局域网中就使用了这种技术。引入多路复用概念之后,我

26、们对传输介质和信道之间的关系和区别有了更清楚的认识。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述1.2.4 通信操作方式通信操作方式一个通信系统至少由三部分组成:发送器、传输介质和接收器。发送器产生信息,经传输介质传送给接收器,这样便完成了信息从一端向另一端的传送。根据信息传输方向与时间关系,可以分为下列三种通信操作方式:单工、半双工和全双工，参见图1.5。在单工通信操作方式中,发送器和接收器之间只有一个传输通道,信息单方向地从发送器传输到接收器。计算机和输出设备(如打印机或显示器)之间的通信大都采用单工方式进行操作。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第1 1章章 计算机网络概述计

27、算机网络概述2.半双工通信半双工通信在半双工通信操作方式中,两个设备之间有两个传输通道,可以分时轮流进行双向的信息传输,在某一时刻只能沿着一个方向传输信息。每个设备都具备发送器和接收器。半双工通信方式一般用在通信设备或传输通道没有足够的带宽去支持同时双向通信,或者通信双方的通信顺序需要交替进行的场合。3.全双工通信全双工通信在全双工通信操作方式中,两个通信设备之间有两个传输通道,可以同时进行双向的信息传输。这种通信方式的信息通过量大,但要求传输通道以足够的带宽给予充分的支持。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述1.2.5 通信同步方式通信同步方式在数字数据通信中,一个最基本的要求是发送

28、端和接收端之间以某种方式保持同步,接收端必须知道它所接收的数据流每一位的开始时间和结束时间,以确保数据接收的正确性。为此,通信双方必须遵循同一通信规程,使用相同的同步方式进行数据传输。根据通信规程所定义的同步方式,可分为异步传输和同步传输两大类。1.异步传输异步传输异步传输是以字符为单位的数据传输,其数据格式如图1.6(a)所示。每个字符都要附加1位起始位和1位停止位,以标记一个字符的开始和结束。此外,还要附加1位奇偶校验位,可以选择奇校验或偶校验方式对该字符实施简单的差错控制。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述起始位对应于二进制值0,以低电平表示,占用1位宽度。停止位对应于二进制值

29、1,以高电平表示,占用12位宽度。一个字符占用58位,具体取决于数据所采用的字符集。例如,电报码字符为5位、ASCII码字符为7位、汉字码则为8位。起始位和停止位结合起来,便可实现字符的同步。发送端与接收端除了采用相同的数据格式(字符的位数、停止位的位数、有无校验位及校验方式等)外，还必须采用相同的传输速率。典型的速率有：1200、2400、4800、9600和19200b/s等。异步传输又称为起止式异步通信方式。其优点是简单、可靠,常用于面向字符的、低速的异步通信场合。例如,主计算机与终端之间的交互式通信通常采用这种方式。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述2.同步传输同步传输同步传

30、输是以数据块为单位的数据传输。每个数据块的头部和尾部都要附加一个特殊的字符或比特序列,标记一个数据块的开始和结束,一般还要附加一个校验序列(如16位或32位CRC校验码)，以便对数据块进行差错控制，参见图1.6(b)。根据同步通信规程,同步传输又分为面向字符的同步传输和面向位流的同步传输。(1)面向字符的同步传输在面向字符的同步传输中,每个数据块的头部用一个或多个同步字符SYN来标记数据块的开始;尾部用另一个惟一的字符ETX来标记数据块的结束。其中,这些特殊字符的位模式与传输的任何普通字符都有显著的差别。典型的面向字符的同步通信规程是IBM公司的二进制同步通信规程BISYNC。第第1 1章章

31、计算机网络概述计算机网络概述第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述(2)面向位流的同步传输在面向位流的同步传输中,每个数据块的头部和尾部用一个特殊的比特序列(如01111110)来标记数据块的开始和结束。数据块将作为位流来处理,而不是作为字符流来处理。为了避免在数据流中出现标记块开始和结束的特殊位模式,通常采用位插入的方法,即发送端在发送数据流时,每当出现连续的五个1后便插入一个0。接收端在接收数据流时,如果检测到连续五个1的序列,就要检查其后的一位数据：若该位是0,则删除它;若该位为1,则表示数据块的结束,转入结束处理。典型的面向位流的同步通信规程是高级数据链路控制(HDLC)规程和同

32、步数据链路控制(SDLC)规程。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述1.2.6 差错控制与处理差错控制与处理数字通信系统的基本任务是高效率而无差错地传送数据,但在任何一种通信线路上都不可避免地存在一定程度的噪声。信道噪声所造成的后果是使得接收端接收到的数据和发送端所发送的数据不一致,即造成传输差错。信道中的噪声可以分为两种:一种是白噪声;另一种是冲击噪声。白噪声长久地存在于信道之中,在任意传输速率上强度都相同,而且白噪声只有较小的幅值。只要在信道中保证有较大的信号/白噪声比值(简称信噪比),这样白噪声所引起的差错将会很小。冲击噪声是由特定的短暂原因引起的。产生冲击噪声的原因各种各样,而

33、且其幅值可能相当大。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述因此,它是造成传输差错的主要因素。由于这种差错呈突发状,故又称突发错误。在实际中,传输线路上产生的差错是突发错误和随机差错的混合,而经常发生的是突发错误。各种噪声源可以来自信道的内部,也可以来自信道的外部。虽然可以采用屏蔽、改善线路和设备的质量、选择合理的调制和编码方式等措施来减少噪声,但还不能完全消除噪声的影响。也就是说,在传输数据时,或多或少总会出现差错。通常,使用误码率Pe来度量信道的传输质量,即：Pe=错误接收的码元数/接收的总码元数假设接收到10000个码元,经检查后发现有一个码元出错,其误码率为10-4。为了减少传输差

34、错,通常采用两种基本的方法:改善线路质量和差错检测与纠正。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述改善线路质量。加强线路本身的抗干扰能力,这是减少差错的最根本途径。例如,现在的广域网正越来越多地使用光纤传输系统(如DDN),其误码率已低于10-9,这就从根本上提高了信道的传输质量。但是,这种改善是以较大的投入为代价的。差错的检测与纠正。它也称差错控制,是一种主动式的防范措施。它的主要思想是:对所传输的数据进行抗干扰编码,并以此来检测和校正传输中的错误。具体的方法是:在发送端,用某种编码方法给数据码元加上冗余码元,使数据码元与冗余码元建立一定的数学关系(即编码过程),然后把它们一起传送给接收

35、端;第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述当接收端接收到这些码元后,用相同的编码方法来检验它们之间的数学关系(解码过程)是否正确,如果不正确,就说明传输有错误,则需要采用某种手段来纠正错误。纠正错误的方法有两种:一种是反馈重发纠错法,即接收端将传输是否正确的信息作为应答反馈给发送端,对于传输有误的数据,发送端要重新传送,直至传送正确为止,这样就纠正了错误；另一种是前向纠错法,即接收端发现错误后,不是通过重传进行纠正,而是由接收端通过数学方法进行自动校正。由于这种纠错方法比较复杂,所需的冗余码元较多,实现比较困难,故很少使用。目前,绝大多数的通信系统都采用反馈重发纠错法来纠正差错。第第1

36、1章章 计算机网络概述计算机网络概述校验码主要有奇偶校验码、循环冗余校验CRC(CycleRedundancyCheck)码等。由于CRC码比较可靠,且易于实现,故很多通信规程和网络协议都采用了CRC码。在国际标准中一般采用16位CRC码和32位CRC码,它们的生成式分别为:16位:CRC=x16+x12+x5+132位:CRC=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1通过CRC多项式对数据序列进行校验和计算，其计算结果作为校验码。通常，16位CRC码用于广域网的通信规程中，32位CRC码用于局域网的通信协议中。第第1 1章章 计算机

37、网络概述计算机网络概述1.3 数据交换技术数据交换技术在网络中，两个端点之间通常需要通过中间节点实现数据通信,这些中间节点并不关心数据内容，而是提供一个交换设备,把数据从一个节点转发到另一个节点,直至达到目的端因此，数据交换技术主要是指网络中间节点所提供的数据交换功能。通常，在网络系统中主要使用三种交换技术:电路交换、报文交换和分组交换，参见图1.7。1.电路交换电路交换在电路交换(CircuitSwitching)中,通过中间节点在两个端点之间建立一条专用的物理连接。最典型的例子是电话交换系统。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述在基于电路

38、交换的网络系统中,两个端点之间必须首先建立实际的物理连接才能进行数据通信，这种连接由节点间的各段电路组成,每一段电路都要为该连接提供一条信道。在电路交换方式中，一次数据通信过程要经历如下三个阶段:(1)电路建立阶段开始传送数据之前,必须建立端-端(站-站)的电路。首先,源端点向一个交换节点发送呼叫请求信号，请求与目的端点建立连接。交换节点在通向目的端点的路由选择表中找出下一个路由,并为该条电路分配一个未用信道;然后,把连接请求信号传送到下一个节点。这样通过各个中间交换节点的分段连接,使源端点和目的端点之间建立起一条实际的物理连接。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述(2)数据传输阶段一

39、旦电路连接建立起来后,就可以通过这条专用的电路来传输数据。数据可以是数字的(如来自终端或主机),也可以是模拟的(如声音)。传输的信号形式可以采用数字信号,也可以采用模拟信号。这种连接通常是全双工方式,数据可以双向传输。(3)电路拆除阶段当数据传输结束后,应拆除连接,以释放该连接所占用的专用资源。两个端点中的任一个端点都可以发出拆除连接的请求信号。由于在数据传输开始之前必须建立连接,因此在该连接上节点之间的信道容量必须是可用的,每个节点必须具有处理连接操作的交换能力,能够分配信道和选择网络路由。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述信道容量在连接期间是专用的,即使没有数据传送,其它端点也不

40、能使用,所以电路交换的效率可能是很低的。对于传输声音信号的连接,利用率要高一些,但仍然达不到100%。对于计算机之间的连接,在连接的大部分时间内,信道容量可能是空闲的。就网络性能而论,在电路建立阶段有一定延迟,而在数据传输阶段除了线路的传播延时之外,没有其它的延迟,因此实时传输性能比较好。2.报文交换报文交换报文交换(MessageSwitching)是一种完全不同于电路交换的通信方法。在这种交换方式中,两个端点之间无需建立专用的信道。如果一个端点想要发送报文(数据传输单位),则需要把目的端地址添加在报文中一起发送出去。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述报文将从一个节点被传送到另一个

41、节点。在每个节点上,要接收整个报文并进行暂时存储,然后经过路由选择再发送到下一个节点。这种方式也称为存储-转发报文方式。与电路交换方式相比，报文交换方式具有如下优点:线路利用率高。因为节点之间的信道可被报文所共享。这样,对相同的流量要求,所需的总传输容量要小些。接收者和发送者无需同时工作,当接收者处于“忙”时,中间节点可将报文暂时存储起来。当流量加大时,在电路交换网络中可能导致一些呼叫被阻塞;而在报文交换网络中,报文仍然可以接收,但延时会增加。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述报文交换系统可同时向多个目的站发送同一报文。这种功能在电路交换方式中是难以实现的。可以建立报文传输的优先级。

42、能够在网络上实现报文的差错控制和纠错处理。报文交换网络可以进行传输速率和代码格式的转换,使两个传输速率不同且数据格式相异的端点可相互连接。发送给未准备好终端的报文可以被暂时存储下来,或者转发给其它终端。报文交换方式的主要缺点是不适于实时通信或交互式通信,网络的延时比较长,波动范围比较大。所以,它不能用来传输声音或图像信号,也不适用于交互式通信。报文交互方式主要用在早期的广域网中。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述3.分组交换分组交换分组交换(PacketSwitching)综合了报文交换和电路交换的优点,并使两者的缺点能够相互弥补。分组交换与报文交换十分相似。形式上的主要差别在于:在

43、分组交换网络中,要限制所传输数据单元的长度,典型的报文长度限制在1千到数千比特；而报文交换网络中的报文长度则要长得多。因此,对于分组交换，如果报文长度超过最大长度的限制，则必须将报文分成若干较小的数据单元方可发送,每次只能发送一个单元。为了区别这两种交换技术,分组交换中的数据单元称为分组(Packet)。在每个分组中都包含有数据和地址信息，其传输过程与报文交换方式相类似。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述从表面上看,分组交换与报文交换相比似乎没有什么区别。事实上,限制数据单元的最大长度将会明显地改善网络性能。在分组交换网中,通常采用数据报和虚电路两种方式来处理这些分组流。(1)数据报

44、在数据报(Datagram)方式中,每个分组将独立地进行传输,如同报文交换中每个报文被独立地传输那样。由于网络的中间交换节点对每个分组可能选择不同的路由,这些分组到达目的端的顺序可能与发送的顺序不同,因此目的端必须重新排序分组，组装成一个完整的原始报文。在这种方式中,这些被独立传输的分组称为“数据报”。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述(2)虚电路在虚电路(VirtualCircuit)方式中,数据传输过程与电路交换方式类似,也是分成三个阶段：建立连接、数据传输和拆除连接。建立连接。源端在发送数据分组之前,首先使用建立连接请求分组建立一条逻辑连接，网络中间节点将根据该请求在源端和目的

45、端之间预先选择一条传输路径。由于该路径上的各段线路是共享的，并非独占的，因此，这种逻辑连接称为虚电路。数据传输。当虚电路建立起来后，源端和目的端之间便可以在这条虚电路上交换数据,并且每个数据分组中都必须包含一个虚电路标识符，用于标识这个虚电路。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述由于虚电路的传输路径是预先选择好的，因此，每个中间节点只要根据虚电路标识符都能查找到相应的路径来传输这些数据分组,而无需重新选择路由。拆除连接。当数据传输完毕后,其中的任一个端点都可以发出拆除连接请求分组,终止这个虚电路。虚电路是一种面向连接的数据传输方式,它既不像电路交换那样需要一条专用的通道，每个分组还要暂

46、存于每个中间节点进行排队,等待转发；又和数据报方式不同，它只是在建立虚电路时选择一次路由，而无需为每个分组选择路由。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述4.数据交换技术小结数据交换技术小结最后简单小结一下三种数据交换技术的主要特点:电路交换。在数据传送开始之前必须首先建立一条独占的信道;在电路释放以前,该信道将被一对端点完全占用;对于猝发式的通信,电路利用率不高。报文交换。报文从源端传送到目的端采用存储-转发方式。在传送报文时,同时只占一段信道;在交换节点中需要缓冲存储,报文需要排队。因此,报文交换不能满足实时通信的要求。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述分组交换。报文被分成

47、若干分组进行传输,并规定了最大的分组长度。在数据报方式中,交换节点必须为每个分组选择路由，并且目的端需要重新组装报文；在虚电路方式中,交换节点只是建立虚电路时选择一次路由，以后的数据传输将沿着该路由转发各个分组，而无需再为每个分组选择路由。分组交换技术是一种广泛应用于网络中的交换技术。现有的公共数据交换网都采用分组交换技术,如X.25网络等。局域网也采用分组交换技术。电路交换技术主要用于ISDN(Integrated Services DigitalNetwork,综合业务数字网)中第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述1.4 传输介质传输介质 1.4.1 有线介质有线介质常用的有线介质

48、有双绞线、同轴电缆和光纤等。不同的传输介质对网络的传输性能和成本产生很大的影响。1.双绞线双绞线双绞线(TwistedPairLine)是一种最常用的传输介质,由呈螺线排列的两根绝缘导线组成,两根导线相互扭绞在一起,可使线对之间的电磁干扰减至最小。一根双绞线电缆有多个绞在一起的线对(如8条线组成4个线对)。双绞线既可用于传输模拟信号,又可用于传输数字信号,比较适合于短距离传输。网络用它作为传输介质时,其传输速率取决于所采用的芯线质量、传输距离、驱动器和接收器能力等因素。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述一般网络系统的物理层规范都规定了它所采用的传输介质、介质长度以及传输速率等。双绞线

49、有多种类型，不同类型双绞线的带宽各不相同。通过适当的屏蔽和扭曲长度可提高双绞线的抗干扰性能,传输信号波长远大于扭曲长度时,其抗干扰性最好。因此,在低频传输时,双绞线的抗干扰能力比同轴电缆要强,但传输信号频率高于10100kHz时,双绞线的抗干扰能力就不如同轴电缆了。在局域网中双绞线是一种较为廉价的传输介质,特别是10BASE-T及100BASE-T网络技术的发展,为双绞线的应用开辟了广阔的前景。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述目前,在局域网中所使用的双绞线有无屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pair)和 屏 蔽 双 绞 线 STP(ShieldedTwist

50、edPair)两类。每一类中又分为若干等级,如UTP分为3类UTP、4类UTP和5类UTP,它们的传输带宽分别为16MHz、20MHz和100MHz。因此,在基于双绞线的100Mb/s高速网络中,通常使用5类UTP或STP作为其传输介质。2.同轴电缆同轴电缆同轴电缆(CoaxialCable)是局域网中应用较为广泛的一种传输介质。它由内、外两个导体组成,内导体是单股或多股线,呈圆柱形的外导体通常由编织线组成并围裹着内导体,内外导体之间使用等间距的固体绝缘材料来分隔,外导体用塑料外罩保护起来。第第1 1章章 计算机网络概述计算机网络概述在局域网中主要使用两种同轴电缆:一是50电缆,主要用于基带信