演示课件：第2章++计算机网络基础知识.ppt

演示课件：第二章计算机网络基础知识，第二章计算机网络基础知识，学习要点：数据的传输方式计算机网络的架构网络传输媒体的特性计算机网络的拓扑，第二章计算机网络2.2数据交换，2.3计算机网络的架构，2.4数据传输媒体，2.5网络拓扑，退出2.1数据通信的基础，2.1.1数据通信的基本概念，2.1.2模拟数据和数字数据的传输形式，2.1.1 2.1.4复用、返回、2.1.1数据通信的基本概念、数据被定义为有意义的实体，是表现事物的形式，如文字、声音和图像等。 数据有模拟数据和数字数据两种。 模拟数据是指在某个区间连续变化的物理量，例如声音的大小或温度的变化等。 数字数据是指离散的不连续量，例如文本信息和整数。 信号信号是数据的电磁或电子编码。 信号在通信系统中分为模拟信号和数字信号。 这里，模拟信号是连续变化的电信号，例如是根据经由电话线传送的声音的强弱而连续变化的电波信号。 数字信号是离散变化的电信号，例如，计算机产生的电信号是“0”和“1”的电压脉冲串。 信道是表示在一个方向上传送信息的介质。 一般地，一个通信线路包括至少两个信道、一个用于发送的信道和一个用于接收的信道。 类似于信号的分类，信道大致可分为适合于传送模拟信号的模拟信道和适合于传送数字信号的数字信道。 另外，2.1.2模拟数据和数字数据的传输形式，典型的例子是在普通电话系统中传输语音信号。 一般人的声音频率范围是3003400Hz，为了进行传输，对线路分配一定的带宽，国际标准将4KHz设为标准会话路径占有的带宽。 在传输过程中，语音信号以3003400Hz频率输入，并且发送侧的电话机将该语音信号转换为模拟信号，并且该模拟信号通过频分多路复用器改变，使得可以同时在线路上传输复用的模拟信号。 到达接收侧后，通过逆频率的过程恢复为原来的频率范围的模拟信号，接收侧的电话机将模拟信号转换为语音信号。 1 .模拟数据通过模拟信道传输，2 .数字数据通过模拟信道传输，计算机和终端设备是数字装置，只能发送和接收数字数据，而电话系统只能传输模拟数据，所以， 此数字数据在进入模拟信道之前必须将数字信号转换为模拟信号，以便能够通过模拟信道传输的转换过程被称为调制(注意：该调制过程不改变数据的内容，仅仅改变数据的表示) 这个转换器也称为调制器。 调制后的模拟信号到达接收侧后，接收侧也有转换器，对该信号进行逆转换，恢复为数字信号这种转换过程称为解调。 该转换器也被称为解调器。 因为计算机和终端设备之间的数据通信通常是双向的，所以数据通信双方都有发送信号的调制器和接收信号的解调器，所以这两种设备结合起来形成我们一般说的调制解调器(调制解调器)。 调制解调器使用标准线路(3.1kHz标准线路带宽)来提供全双工数字信道。 另外，调制解调器的最基本的调制方法如下。 (1)振幅调制(AM )即载波的振幅取决于基带数字信号变化。 例如，0对应于无载波输出，1对应于有效载波输出。 (2)频率调制(FM )即载波的频率取决于基带数字信号变化。 例如，0与频率f1相对应，1与频率f2相对应。 (3)相位调制(PM )或载波的初始相位取决于基带数字信号变化。例如，0对应于相位0度，1对应于180度。 另外，在通过数字信道传输模拟数据并且通过数字信道传输模拟数据的情况下，必须对模拟数据进行脉冲编码调制(PCM )。 PCM最初不旨在传输计算机数据，而是设计为电话局之间的中继站不仅可以同时传输电话，还可以同时传输几十个线路的电话。 PCM首先对电话信号进行采样，以便将模拟电话信号转换为数字信号。 根据采样定理，如果采样频率等于或大于电话信号最高频率的两倍，则可以从采样的脉冲信号中无失真地复原原始电话信号。 标准电话信号的最高频率为3.4KHz，为了方便起见，假设最高频率为4KHz，则采样频率为8KHz，采样周期相当于125s，即每秒8000次。 下一步是进行编码。 在我国所使用的PCM方案中，电话信号将8位编码(即采样的模拟电话信号量化为256个阶段中的一个阶段。 4 .通过数字信道传输数字数据的方法的最典型示例是，在安装了Windows98操作系统的两台计算机上，使用Windows98附带的“直接电缆连接”功能，将两台计算机连接到串行端口或并行在这种情况下，由通信设备双方发送的数据、所接收的数据以及在信道上传输的数据都是数字信号。 通过数字信道传输数字数据的最常见和最简单的方式是用两个不同的电压电平代表两个二进制数字。 例如，没有电压(即没有电流)通常表示0，恒定的正电压表示1。 一般用负电压(低)表示0，并且用正电压(高)表示1。 后者的技术被称为归零制NRZ(NonReturntoZero )。 另外，使用这种未复位NRZ信号的最大问题在于难以确定一位的结束以及其它位的开始，在连续的一个或连续的零的长列发生的情况下，无法从在接收侧接收到的比特流中提取位同步信号。 曼彻斯特代码可以解决这个问题。 所述编码方法将每一符号进一步划分为两个相等间隔，且符号1从高电平切换到低电平，即，前一半的符号的电平为高电平并且后一半的符号的电平为低电平。 符号0相反地从低电平转换到高电平，即，前一半符号的电平为低电平，后一半符号的电平为高电平。 该编码的优点在于，每个码元的正中间确实发生电平的转变，即该比特中间跳跃提供时钟定时，该优点对于在接收侧提取同步信号是非常有利的。 但是，如从曼彻斯特码的波形图可以看出的，它占用的带宽是原始基带信号的两倍。 曼彻斯特编码中有另一种被称为差分曼彻斯特编码的变种，其特征与上述曼彻斯特编码的特征相同，前一符号的级别与前一符号的后半符号的级别相同(参照图中的黑圆圈箭头)。 其中，若符号为0，则该前半符号的等级与前一符号的后半符号的等级相反(参照图中的空白箭头)，即在各开始时有无等级跳跃，表示0(1)的编码。 不管符号是1还是0，在每一符号的中间点一定有等级的转变。 差分曼彻斯特码需要复杂的技术，但是可以获得良好的抗噪性能。 另外，2.1.3数据传输中的检错与纠错、纠错码在发送各组信息时发送足够的附加比特，接收端利用这些附加比特不仅能在接收解码器的控制下发现错误，还能自动纠正错误。 如果采用这样的编码，则传输系统可以不使用反馈信道实现到多个用户的通信，但是解码器设备很复杂，并且所选择的纠错码与信道干扰状况相关联。在一些情况下，必须添加额外的代码来校正错误，这导致传输效率降级。 目前，比较常见的纠错码包括海明威纠错码、正反纠错码等。 另外，纠错编码、2 .纠错编码、纠错编码在发送各组信息时发送多个附加比特，接收侧判断用这些附加比特接收到的数据是否正确，如果有错误则不进行纠正，使用反馈信道向发送侧发送响应帧最简单的检错码是奇偶校验。 这是为了检测错误，在二进制数据的字上追加了位。 例如，在奇偶校验的情况下，附加比特被添加到一个字符中，并且该字符的“1”的数目被设置为偶数。 奇书验证中，每1个字符追加追加位，将该字符的“1”的个数设为奇数。 接收端检测奇偶校验位来判断是否发生了错误。 奇偶校验并不是非常安全且可靠的校验方法，如果在传输偶数个数据位的同时发生错误，则接收端不能检测错误的数据，所以其校验概率为50%。 在低速传输中，奇偶校验是一种良好的检错方法。 奇偶校验通常用于异步传输或低速传输，奇偶校验通常用于同步传输。 循环冗馀校验码基于将比特串视为系数为0或1的多项式，可以将k比特帧视为从xk-1到x0的k次多项式的系数序列，其中该多项式的阶数为k-1。 上位(最左)是xk-1项的系数，其次是xk-2的系数，以下相同。 例如，110001表示为6位，多项式表示为x5 x4 x0。 其六个多项式系数分别为1、1、0、0、0、1。 多项式的算法是类型2运算。 根据那个法则，加法不进位，减法不进位。 加法和减法两者都和异或运算相同。 在采用多项式编码方法的情况下，发送端和接收端必须预先同意生成多项式G(x )，生成多项式的高位比特和低位比特必须为1。 为了计算m比特帧M(x )的校验和，生成多项式必须比校验和的多项式短。 基本思想是将校验和添加到帧的末尾，使得该带校验和的帧的多项式可以被G(x )除尽。 当接收方接收到具有校验和的帧时，将其用G(x )去除，并且如果有馀数，则将出现发送错误。 如果生成多项式G(x )是n次，n个零加在帧的末尾，并且帧是m n个比特，则循环冗馀校验(CRC )码并计算校验和的算法是对应的多项式为2nM(x )。 除以模式2，用与G(x )对应的位串去除与2nM(x )对应的位串。 从对应于2nM(x )的位串中，用模型2减去馀数。 结果，需要传送带校验和的帧被称为多项式T(x )。 图24表示帧1101011011和G(x)=x4 x 1的算法。 显然，T(x )可以被G(x )整除。 在任何除法问题中，当从被除数中减去馀数时，其馀部分必须被被除数除尽。 例如，100除以7，馀数为2。先从100减去2，剩馀的98能被7除尽。 除了没有检测到作为G(x )整数倍的数据的多项式错误之外，该方法还捕捉到另一错误，并且其错误检测率非常高。 目前常见的生成多项式G(x )的国际标准有以下几种： CRC-12g (x )=x 12 x 1x1x2x1crc-16g (x )=x 16x 15 x1crc-ccittg (x )=x 16x 12 x5x 1、循环冗馀校验(CRC )码、循环冗馀校验(CRC ) 频分复用FDM利用不同载波频率调制要发送的信号，使得各个载波频率完全独立，即，在不出现信号带宽重叠后，通过在传输介质上发送信号，可以在传输介质上同时发送很多信号。 另外，频分复用(FDM )、时分复用TDM利用这一优点。利用每个信号在时间上交叉的作用，可以在一个传输路径上传输多个数字信号，该交叉可以是位电平，也可以是由字节构成的块或更多的信息。 与频分复用一样，专用于某一信号源的时间片的序列被称为信道时间片的周期(每个信号源一个)，被称为帧。 时分复用TDM不仅能传输数字信号，还能同时交叉传输模拟信号。 进一步，对于模拟信号，还可以组合使用时分复用TDM和频分复用FDM。 一个传输系统可以频分多个信道，并且每一个信道被分割成时分复用。 使用2 .时分复用(TDM )、2.2数据交换、2.2.1线路交换、2.2.3消息分组交换、2.2.2消息交换、返回、线路交换方案是通过网络的节点在两站之间建立专用通信线路。 从通信资源的分配的角度来说，“交换”是以某种方式动态地分配传输线路的资源。 最常见的线路交换的例子是电话系统。 如果在通话之前通过用户的通话(拨号盘)通话成功，则从主叫方建立物理路径，使双方能够进行通话，当通话结束时，双方挂机，并且自动取出为了进行通话而建立的物理路径。 实际上，线路交换方式的通信应该包括线路建立、数据传输、线路解体三种状态。 假设2.2.1线路交换(例如，a站已准备好与b站建立连接)，典型的方法可以用另一种数据交换的方式将数据交换中不具有实时性的信息称为消息交换。 信息交换方式的传输单位是信息，信息中包含了发送的正文信息和指定发送接收站的地址和其他控制信息。 在这种信息交换方式中，不需要在两个站之间建立专用路径。 相反，如果一个站想向另一个站发送消息，只要在消息中附加目的地地址并发送完整消息即可。 该消息在从发射站到接收站的途中通过多个节点接收到来自各个中间节点的整条消息，并暂时保存该消息并转发给下一个节点。 假设发送2.2.2消息交换，例如从a站到b站的消息。 信息分组交换是国际计算机网络上普遍采用的数据交换方式。 消息分组交换试图集成消息交换和电路交换的优点。 因为消息分组交换的原理用于将要发送的消息划分成多个段，每个段作为消息分组的数据部分，并且消息分组交换接受每个消息分组的不同路径，所以在完整的消息分组中可以包含地址、分组号、列消息分组交换的机制非常类似于消息交换，其形式的主要差异在于分组交换网络中限制传输的数据单元的长度。 典型的最大长度从1000位到数千位。 考虑传输2.2.3消息分组，例如，一个消息分组。 2.3计算机网络的架构、2.3.1计算机网络架构的形成、2.3.3TCP/IP参考模型、2.3.2OSI的参考模型、返回、计算机网络通过通信线路与多个计算机和各种终端连接在该系统中，由于计算机模型不同，所以终端类型不同，还存在线路类型、连接方式、同步方式、通信方式的不同，给网络上的各节点的通信带来很多不便。 在不同的计算机系统之间，实际协作通信的任务非常复杂。 为了设计这样复杂的计算机网络，在最初的ARPANET设计时提出了分层的方法。 “分层”可以把庞大复杂的问题变成几个小的局部问题，这些小的局部总是容易研究和处理。 2.3.1计算机网络架构的形成，1974年发布了由美国IBM公司开发的系统网络架构SNA(SystemNetworkArchitecture )。为了使不同架构的