计算机网络02讲

1、1 分组交换的优点 n高效 动态分配传输带宽，对通信链路 是逐段占用。 n灵活 以分组为传送单位和查找路由。 n迅速 不必先建立连接就能向其他主机 发送分组；充分使用链路的带宽。 n可靠 完善的网络协议；自适应的路由 选择协议使网络有很好的生存性。 2 分组交换带来的问题 n分组在各结点存储转发时需要排队，这 就会造成一定的时延。 n分组必须携带的首部（里面有必不可少 的控制信息）也造成了一定的开销。 3 三种交换的比较 P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 P4 P3 P4 报 文 报 文 报 文 A B C D A B C DA B C D 报文交换电路交换分组交换 t 连接建立 数据

2、传送 报文 P2 P1 连接释放 4 ARPANET的成功使 计算机网络的概念发生根本变化 n早期的面向终端的计算机网络是以单个 主机为中心的星形网 n各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的 硬件和软件资源。 n分组交换网则是以网络为中心，主机都 处在网络的外围。 n用户通过分组交换网可共享连接在网络上的 许多硬件和各种丰富的软件资源。 5 从主机为中心到以网络为中心 主机 终端 以主机为中心以分组交换网为中心 主机 分组交换网 6 1.2.2 因特网时代 n因特网的基础结构大体上经历了三个阶 段的演进。 n但这三个阶段在时间划分上并非截然分 开而是有部分重叠的，这是因为网络的 演进是逐渐的而

3、不是突然的。 7 因特网发展的第一阶段 n第一个分组交换网 ARPANET 最初只是一个单 个的分组交换网。 nARPA 研究多种网络互连的技术。 n1983 年 TCP/IP 协议成为标准协议。 n同年，ARPANET分解成两个网络： nARPANET进行实验研究用的科研网 nMILNET军用计算机网络 n19831984 年，形成了因特网 Internet。 n1990 年 ARPANET 正式宣布关闭。 8 因特网发展的第二阶段 n1986 年，NSF 建立了国家科学基金网。 NSFNET。它是一个三级计算机网络： n主干网 n地区网 n校园网 n1991 年，美国政府决定将因特网的主干

4、网转 交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的 单位收费。 n1993 年因特网主干网的速率提高到 45 Mb/s （T3 速率）。 9 三级结构的因特网 n各网络之间需要使用路由器来连接。 n有时在结构图中可不画出路由器。 校园网校园网校园网校园网校园网校园网 国家主干网 地区网 地区网地区网 路由器 10 三级结构的因特网 n主机到主机的通信可能要经过多种网络。 校园网校园网校园网校园网校园网校园网 国家主干网 地区网 地区网地区网 11 因特网发展的第三阶段 n从1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET 逐渐被若干个商用的 ISP 网络所代替。 n1994 年开始创建了 4 个网络

5、接入点 NAP (Network Access Point)，分别由 4 个电信公 司经营。 nNAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在 NAP 中安装有性能很好的交换设施。到本世纪 初，美国的 NAP 的数量已达到十几个。 n从 1994 年到现在，因特网逐渐演变成多级结 构网络。 12 多级结构的因特网 大公司 地区 ISP 网络接入点 NAP （对等点） 公司 校园网 主干服务 提供者 校园网 校园网 校园网校园网 本地 ISP 地区 ISP地区 ISP 地区 ISP 本地 ISP 本地 ISP 大公司 大公司 网络接入点 NAP （对等点） n主机到主机的通信可能经过多种 ISP。

6、13 今日的多级结构的因特网 n大致上可将因特网分为以下五个接入级 n网络接入点 NAP n国家主干网（主干 ISP） n地区 ISP n本地 ISP n校园网、企业网或 PC 机上网用户 14 1.2.3 关于因特网的标准化工作 因特网协会 ISOC 因特网研究指导小组 IRSG 因特网研究部 IRTF 因特网工程部 IETF 因特网工程指导小组 IESG RG WG RG 领域领域 因特网体系结构 研究委员会 IAB WGWGWG 15 制订因特网的正式标准要经过 以下的四个阶段 n因特网草案(Internet Draft) 在这个 阶段还不是 RFC 文档。 n建议标准(Proposed

7、 Standard) 从 这个阶段开始就成为 RFC 文档。 n草案标准(Draft Standard) n因特网标准(Internet Standard) 16 1.2.4 计算机网络在我国的发展 (1) 中国公用计算机互联网 CHINANET (2) 中国教育和科研计算机网 CERNET (3) 中国科学技术网 CSTNET (4) 中国联通互联网 UNINET (5) 中国网通公用互联网 CNCNET (6) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET (7) 中国移动互联网 CMNET (8) 中国长城互联网 CGWNET（建设中） (9) 中国卫星集团互联网 CSNET（建设中） 17

8、1.3 计算机网络的分类 1.3.1 计算机网络的不同定义 n最简单的定义：计算机网络是一些互相连接 的、自治的计算机的集合。 n因特网(Internet)是“网络的网络”。 1.3.2 几种不同的分类方法 n从网络的交换功能进行分类 n从网络的作用范围进行分类 n从网络的使用者进行分类 18 1.3.2 几种不同的分类方法 （一） n从网络的交换功能分类 n电路交换 n报文交换 n分组交换 n混合交换 19 1.3.2 几种不同的分类方法 （二） n从网络的作用范围进行分类 n广域网 WAN (Wide Area Network) n局域网 LAN (Local Area Network)

9、n城域网 MAN (Metropolitan Area Network) n接入网 AN (Access Network) 20 广域网、城域网、接入网以及 局域网的关系 城域网城域网 接入网接入网接入网接入网接入网接入网 广域网 局域网局域网校园网企业网 21 1.3.2 几种不同的分类方法 （三） n从网络的使用者进行分类 n公用网 (public network) n专用网 (private network) 22 1.3.2 几种不同的分类方法 （三） n从拓扑结构划分 计算机网络按拓朴结构分为：星型计算机网络按拓朴结构分为：星型 网络、环型网络、总线型网络、树型网网络、环型网络、总线

10、型网络、树型网 络、网状型网络。络、网状型网络。 23 1.4 计算机网络的主要性能指标 1.4.1 带宽 n“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的 频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、 吉赫等）。 n现在“带宽”是数字信道所能传送的 “最高数据率”的同义语，单位是“比 特每秒”，或 b/s (bit/s)。 24 常用的带宽单位 n更常用的带宽单位是 n千比每秒，即 kb/s （103 b/s） n兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s） n吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s） n太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s） n请注意：在计算机界，K = 210 = 1024 M

11、= 220, G = 230, T = 240。 25 数字信号流随时间的变化 n在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而 变窄。 每秒 106 个比特 时间 1 0 1 0 1 1 1 s 带宽为 1 Mb/s 时间 每秒 4 106 个比特 0.25 s 带宽为 4 Mb/s 26 时延(delay 或 latency) n发送时延（传输时延 ） 发送数据时， 数据块从结点进入到传输媒体所需要的 时间。 发送时延 = 数据块长度（比特） 信道带宽（比特/秒） 27 时延(delay 或 latency) n传播时延 电磁波在信道中需要传播一 定的距离而花费的时间。 n信号传输速率（即发送速率）和

12、信号在 信道上的传播速率是完全不同的概念。 传播时延 = 信道长度（米） 信号在信道上的传播速率（米/秒） 28 时延(delay 或 latency) n处理时延 交换结点为存储转发而进行 一些必要的处理所花费的时间。 n结点缓存队列中分组排队所经历的时延 是处理时延中的重要组成部分。 n处理时延的长短往往取决于网络中当时 的通信量。 n有时可用排队时延作为处理时延。 29 时延(delay 或 latency) n数据经历的总时延就是发送时延、传播 时延和处理时延之和： 总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 30 三种时延所产生的地方 1 0 1 1 0 0 1 发送器 队列

13、在链路上产生 传播时延 结点 B 结点 A 在发送器产生发送时延 (即传输时延) 在队列中产生 处理时延 数据 从结点 A 向结点 B 发送数据 链路 31 容易产生的错误概念 n对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的 发送速率而不是比特在链路上的传播速率。 n提高链路带宽减小了数据的发送时延。 例1：一个长度为100MB数据块在带宽为1Mb/s 信道上，用光纤传送到1000km和1km远的目 的计算机所需的时间。 发送时延=100*220 *8/106=838.9s， 1000km的传播时延 =1000/200000=0.005s=5ms，若传播距离为 1km，则传播时延会减小到原来的千分

14、之一 32 容易产生的错误概念 例2：在带宽分别是1Mb/s和1Gb/s的情况 下，用光纤传送一个字节的数据到 1000km远的目的计算机上所需的时间。 在1Mb/s的信道上，发送时延=8/106=8us， 传播时延为5ms，总时延=5.008ms，即 使将信道的带宽提高到1Gb/s，总时延也 不会减少多少， 33 1.4.3 时延带宽积和往返时延 （传播）时延 链路 带宽 时延带宽积 = 传播时延 带宽 n链路的时延带宽积又称为以比特为单位 的链路长度。 时延带宽积 34 n例：设某段链路的传播时延为20ms，带 宽为10Mb/s，则时延带宽积= 20*10-3*10*106=2*105bi

15、t。这表示， 若发送端连续发送数据，则在发送的第 一个比特即将到达终点时，发送端就已 经发送了20万个比特，而这20万个比特 都正在链路上传输。 35 往返时延 RTT n往返时延 RTT (Round-Trip Time) 表示 从发送端发送数据开始，到发送端收到 来自接收端的确认（接收端收到数据后 立即发送确认），总共经历的时延。 36 习题 1 1、试在下列条件下比较电路交换和分组交、试在下列条件下比较电路交换和分组交 换。要传送的报文共换。要传送的报文共x x（bitbit），从源站），从源站 到目的站共经过到目的站共经过k k段链路，每段链路的传段链路，每段链路的传 播时延为播时延为

16、d d（s s），数据率为），数据率为C C（bit/sbit/s）。）。 在电路交换时电路的建立时间为在电路交换时电路的建立时间为s s（s s）。）。 在分组交换时分组长度为在分组交换时分组长度为p p（bitbit），且），且 各结点的排队等待时间可忽略不计。问各结点的排队等待时间可忽略不计。问 在怎样的条件下，分组交换的时延比电在怎样的条件下，分组交换的时延比电 路交换的要小？路交换的要小？ 37 答案 对电路交换，当对电路交换，当t=st=s时，链路建立；时，链路建立； 当当t=s+x/Ct=s+x/C，发送完最后一，发送完最后一bitbit； 当当t=s+x/C+kdt=s+x/C

17、+kd，所有的信息到达目的地。，所有的信息到达目的地。 对分组交换，当对分组交换，当t=x/Ct=x/C， 发送完最后一发送完最后一bitbit； 为到达目的地，最后一个分组需经过为到达目的地，最后一个分组需经过k-1k-1个分组交换机个分组交换机 转发，每次转发的时间为转发，每次转发的时间为p/Cp/C，所以总的延迟，所以总的延迟= x/C+(k-= x/C+(k- 1)p/C+kd1)p/C+kd所以当分组交换的时延小于电路交换所以当分组交换的时延小于电路交换 x/C+(k-1)p/C+kdx/C+(k-1)p/C+kds+x/C+kds+x/C+kd时，时， (k-1)p/C(k-1)p

18、/Cs s 38 习题 2 2、试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：、试计算以下两种情况的发送时延和传播时延： 1 1）数据长度为）数据长度为10107 7bitbit，数据发送速率为，数据发送速率为100kbit/s100kbit/s，传播距离为，传播距离为 1000km1000km，信号在媒体上的传播速率为，信号在媒体上的传播速率为2 210108 8m/sm/s。 n2 2）数据长度为）数据长度为10103 3bitbit，数据发送速率为，数据发送速率为1Gbit/s1Gbit/s，传输距离和信，传输距离和信 号在媒体上的传播速率同上。号在媒体上的传播速率同上。 答案：答案：（1 1

19、）：发送延迟）：发送延迟=10=107 7/ /（10010010001000）=100s=100s 传播延迟传播延迟=1000=10001000/1000/（2 210108 8）=5=51010-3 -3s=5ms s=5ms （2 2）：发送延迟）：发送延迟=10=103 3/ /（10109 9）=10=10-6 -6s=1us s=1us 传播延迟传播延迟=1000=10001000/1000/（2 210108 8）=5=51010-3 -3s=5ms s=5ms 39 相关标准化组织 n国际电信联盟（ITU，International Telecommunication Unio

20、n） 它的任务是国际电信的标准化。它的前身为CCITT。它的成员为 政府部门和电信厂商。 n国际标准化组织（ISO，International Standards Organization） 它的成员为国家标准化组织，如美国的ANSI 。它的标准化程序： 从CD（Committee Draft）到DIS （Draft International Standard），再到IS（International Standard）。 nInternet体系结构委员会（IAB，Internet Architecture Board） 它是一个非正式的标准化组织。它的标准化程序：草案标准 （DS，Draft

21、 Standard）到RFC （Request For comments）， 再到IS（Internet Standards）。 40 1.5 计算机网络的体系结构 分层的好处 n各层之间是独立的。 n灵活性好。 n结构上可分割开。 n易于实现和维护。 n能促进标准化工作。 分层注意事项 n若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。 n层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多 的困难。 n每一层的功能应当时非常明确的；层与层的边界应选择的使通过 这些边界的信息量尽量少些，否则不方便 41 划分层次的概念举例 n计算机 1 向计算机 2 通过网络发送文件 。 n可以将要做的工作进行如

22、下的划分。 n第一类工作与传送文件直接有关。 n确信对方已做好接收和存储文件的准备。 n双方协调好一致的文件格式。 n两个计算机将文件传送模块作为最高的 一层 。剩下的工作由下面的模块负责。 42 再设计一个通信服务模块 文件传送模块 计算机 1计算机 2 文件传送模块 只看这两个通信服务模块 好像可直接把文件 可靠地传送到对方 把文件交给下层模块 进行发送 把收到的文件交给 上层模块 通信服务模块通信服务模块 43 再设计一个网络接入模块 文件传送模块 计算机 1计算机 2 文件传送模块 通信服务模块通信服务模块 网络接入模块网络接入模块 通信网络 网络 接口 网络 接口 网络接入模块负责做

23、与网络接口细节有关的工作 例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。 44 1.5.1 ISO/OSI1.5.1 ISO/OSI参考模型参考模型 n OSI参考模型的由来参考模型的由来: 1974年年IBM公司的公司的SNA、1975年年DEC公司的公司的DNA 、HP公司的公司的DSN日本富士通公司的日本富士通公司的FNA等。这些种类等。这些种类 繁多的网络体系结构繁多的网络体系结构,由于各自所定义的层数、每层所由于各自所定义的层数、每层所 采用的协议常常不一样采用的协议常常不一样,造成彼此之间不兼容造成彼此之间不兼容,这些系统这些系统 常被称为常被称为“封闭封闭”系统。系统。 1978年年,

24、国际标准化组织国际标准化组织ISO(International Organization for Standardization)的技术委员会的技术委员会 TC97 建立了一个分委员会建立了一个分委员会 SC16 专门研究专门研究开放系统开放系统 互联互联 OSI (Open System Interconnection),并于并于1983 年春季年春季,使使开放系统互联基本参考模型开放系统互联基本参考模型OSI/RM成为成为 正式的国际标准正式的国际标准(ISO7498)开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型(OSI Reference Model:简称简称OSI/RM). 45 1.5.

25、1 ISO/OSI1.5.1 ISO/OSI参考模型参考模型 nOSIOSI参考模型的核心参考模型的核心 1 1、服务：为上一层提供的服务、服务：为上一层提供的服务 2 2、接口：上一层如何访问、接口：上一层如何访问 3 3、协议：每一层用到的对等协议、协议：每一层用到的对等协议 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或 约定即称为网络协议约定即称为网络协议(network protocol),(network protocol),简称协议。简称协议。 主要由以下三要素组成：主要由以下三要素组成： 语法语法（“如何讲如何讲”即数据与控制信息的结构或格

26、式）即数据与控制信息的结构或格式） 语义语义（“讲什么讲什么”即需要发出何种控制信息，完成何即需要发出何种控制信息，完成何 种动作以及做出何种响应）种动作以及做出何种响应） 同步同步（“讲话的次序讲话的次序”即事件实现顺序的详细说明）即事件实现顺序的详细说明） 。 46 1.5.1 ISO/OSI1.5.1 ISO/OSI参考模型参考模型 nOSI OSI 参考模型的层次结构参考模型的层次结构 47 层层 次次数据单位数据单位功功 能能 物理层比特 主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接， 以便透明地传送比特流。 数据链路层帧 在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间

27、建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，采用差错控制、 流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。 网络层分组（包） 网络层主要任务是通过路由算法，为分组通过通信子网选择 最适当的路径。网络层要实现路由选择、拥塞控制与网络互 连等功能。 传输层 （运输层） 报文 传输层的主要任务是负责主机中两个进程之间的通信。它向 高层屏蔽了下层数据通信的细节，因而是计算机通信体系结 构中最关键的一层。 会话层报文 会话层的主要任务是组织两个远程系统建立通信会话，并管 理数据的交换。 表示层报文 表示层主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。 它包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与

28、恢复等 功能。 应用层报文 应用层确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要（反映 在用户的服务请求上）。应用层不仅要提供应用进程所需要 的信息交换和远程操作，而且还要作为应用进程的用户代理 来完成一些为进行信息交换所必需的功能。 48 数据在各层传递的过程 主机主机A主机主机B 应用进程应用进程A 应用层应用层 运输层运输层 网际层网际层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 应用进程应用进程B 应用层应用层 运输层运输层 网际层网际层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 物物 理理 传传 输输 媒媒 体体 01100010 比比 特特 流流 10011100 数据部分数据部分首部首部尾部尾部

29、数据部分数据部分首部首部 数据部分数据部分首部首部 数据部分数据部分首部首部 应用程序数据应用程序数据 49 实体、协议、服务和服务访问点 n实体(entity) 表示任何可发送或接收信 息的硬件或软件进程。 n协议是控制两个对等实体进行通信的规 则的集合。 n在协议的控制下，两个对等实体间的通 信使得本层能够向上一层提供服务。 n要实现本层协议，还需要使用下层所提 供的服务。 50 n本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面 的协议。 n下面的协议对上面的服务用户是透明的。 n协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之 间通信的规则。 n服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通 过层间接口提供

30、的。 n同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称 为服务访问点 SAP (Service Access Point)。 实体、协议、服务和服务访问点 51 实体、协议、服务和服务访问点 协 议 交换原语交换原语 服 务 用 户 提 供 服 务 服 务 提 供 者 第 n 层 第 n + 1 层 服 务 用 户 SAPSAP 52 OSI OSI 参考模型的缺点参考模型的缺点 n糟糕的时机 53 OSI OSI 参考模型的缺点参考模型的缺点 n糟糕的技术 技术复杂 n糟糕的实现 实现困难 n糟糕的策略 非TCP/IP的开放式的系统 54 两种国际标准 n法律上的(from the law)国际标

31、准 OSI 并 没有得到市场的认可。 n是非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛 的应用。 nTCP/IP 常被称为事实上的(from the fact) 国 际标准。 55 1.5.2 TCP/IP体系机构 56 OSI模型与TCP/IP对应关系 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 运输层运输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 运输层运输层 网际层网际层 应用层应用层 （各种应用层（各种应用层 协议如协议如 FTP,TELNET, SMTP等）等） 网络接口层网络接口层 (a) OSI体系结构体系结构(b) TCP/IP体系结构体系结构 57 应用层的客户-服务器

32、方式 n在 TCP/IP 的应用层协议使用的是 客户-服务器方式 n客户(client)和服务器(server)都是指通信中 所涉及的两个应用进程。 n客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和 被服务的关系。 n客户是服务请求方，服务器是服务提供方。 58 客户软件的特点 n在进行通信时临时成为客户，但它也可在本地进行其 他的计算。 n被用户调用并在用户计算机上运行，在打算通信时主 动向远地服务器发起通信。 n可与多个服务器进行通信。 n不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。 59 服务器软件的特点 n专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地 或本地客户的请求。 n在共享计算机上运行。当系

33、统启动时即自动调用并一 直不断地运行着。 n被动等待并接受来自多个客户的通信请求。 n一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。 60 客户进程和服务器进程-使用 TCP/IP 协议进行通信 数据链路层 物理层 运输层 网络层 数据链路层 物理层 运输层 网络层 客户发起连接建立请求 服务器接受连接建立请求 应用层应用层 因特网 客户服务器 以后就逐级使用下层 提供的服务 (使用 TCP 和 IP） 61 功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程 数据链路层 物理层 运输层 网络层 应用层 计算机 3 服务器 1 服务器 2 数据链路层 物理层 运输层 网络层 应用层 计算机 1 客户 1 数据

34、链路层 物理层 运输层 网络层 应用层 计算机 2 客户 2 因特网 62 TCP/IP协议体系结构的缺点 n没有区分服务、接口和协议 n不是一个具有普遍性的模型 n主机和网络层之间必是一个真正的层，而是接口 nTCP/IP没有区分物理层和数据连路层 n许多协议很难更新 63 1.5.2 五层协议的体系结构 n因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的 优点，采用一种只有五层协议的体系结构 。 64 五层协议的体系结构 n应用层(application layer) n运输层(transport layer) n网络层(network layer) n数据链路层(data l

35、ink layer) n物理层(physical layer) 数据链路层 5 应用层 4 运输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层 65 第第2 2章章 物理层物理层 基本内容：计算机网络物理层的基本概念，数据通信系统的模计算机网络物理层的基本概念，数据通信系统的模 型、信道及其传输速率的计算，数字编码技术、常型、信道及其传输速率的计算，数字编码技术、常 用的传输媒体，信道复用技术。用的传输媒体，信道复用技术。 计算机网络计算机网络物理层的基本概念物理层的基本概念 信道及其传输速率的计算信道及其传输速率的计算 信道复用技术信道复用技术 常用物理传输介质常用物理传输介质 重点掌握： 66

36、 2.1 2.1 物理层的基本概念物理层的基本概念 物理层物理层考虑的是如何在传输媒体上传输数据比特流，而不是考虑的是如何在传输媒体上传输数据比特流，而不是 传输媒体或物理设备本身。传输媒体或物理设备本身。网络中的物理设备和传输媒体种类繁网络中的物理设备和传输媒体种类繁 多，通信手段也有多种方式。物理层的作用正是要尽可能地屏蔽多，通信手段也有多种方式。物理层的作用正是要尽可能地屏蔽 掉这些差异，使上一层感觉不到这些差异。掉这些差异，使上一层感觉不到这些差异。物理层的主要任务是物理层的主要任务是 确定与传输媒体的接口的一些特性：确定与传输媒体的接口的一些特性： （1 1）机械特性）机械特性 接口

37、的形状、尺寸、引线数目、排列顺序等。接口的形状、尺寸、引线数目、排列顺序等。 （2 2）电气特性）电气特性 接口电缆上各线的电压范围。接口电缆上各线的电压范围。 （3 3）功能特性）功能特性 指明某条线上某一电平的电压代表何种意义。指明某条线上某一电平的电压代表何种意义。 （4 4）规程特性）规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 67 2.2 2.2 数据通信基础知识数据通信基础知识 2.2.1 2.2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 通信：通信：将信息从一个地方传送到另一个地方将信息从一个地方传送到另一个地方 。 数据（数据

38、（datadata）: :运送信息的实体。运送信息的实体。 信号（信号（signalsignal）：）：数据的电气的或电磁的表现。数据的电气的或电磁的表现。 模拟的（信号或数据）（模拟的（信号或数据）（analog)analog)：连续变化的。连续变化的。 数字的（信号或数据）（数字的（信号或数据）（digital)digital)：取值仅允许为有限的几个取值仅允许为有限的几个 离散值。离散值。 t tt U U U 000 （a）模拟信号）模拟信号（b）数字信号）数字信号1（c）数字信号）数字信号2 68 数字通信的特点 n抗干扰能力强、无噪声积累 n便于加密处理 n便于存储、处理和交换 n

39、设备便于集成化、微型化 n占用信道频带较宽 69 2.2.2 2.2.2 数据通信系统的模型数据通信系统的模型 正文正文 数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号 公用电话网公用电话网 模拟信号模拟信号数字比特流数字比特流 正文正文 PC机机调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器PC机机 源点源点 输入输入 信息信息 发送器发送器 输入输入 数据数据 传输系统传输系统 发送的信号发送的信号接收的信号接收的信号 接收器接收器终点终点 输出输出 数据数据 输出输出 信息信息 源系统源系统传输系统传输系统目的系统目的系统 数据通信系统的模型 一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（发送端）、传输系

40、统一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（发送端）、传输系统 （传输网络）和目的系统（接收端）。（传输网络）和目的系统（接收端）。 70 调制与解调调制与解调 调制：调制：将数字数据转换为模拟信号的过程叫做调制。将数字数据转换为模拟信号的过程叫做调制。 解调：解调：将模拟信号转换为数字信号的过程叫做解调。将模拟信号转换为数字信号的过程叫做解调。 在公共电话网上，有些地区是数在公共电话网上，有些地区是数 数数字网、有些地区是模拟网，字网、有些地区是模拟网， 也有的是数字、模拟共存的综合也有的是数字、模拟共存的综合 业务网。业务网。 公用电话网公用电话网 71 基带信号和宽带信号基带信号和宽带

41、信号 n基带信号基带信号 就是将数字信号就是将数字信号 1 或或 0 直接用两种不同的电压直接用两种不同的电压 来表示，然后送到线路上去传输。来表示，然后送到线路上去传输。 n基带传输基带传输 指通过有线信道直接传输基带信号，一般用于指通过有线信道直接传输基带信号，一般用于 传输距离较近的数字通信系统，如基带局域网系统。传输距离较近的数字通信系统，如基带局域网系统。 n宽带信号宽带信号 则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模 拟信号。拟信号。 72 2.2.3 2.2.3 信道及其传输速率信道及其传输速率 1 1、几个概念、几个概念 信信 道（道（ch

42、annel） 信道和电路并不等同，信道一般表示向某一个方向传送信息的媒体。信道和电路并不等同，信道一般表示向某一个方向传送信息的媒体。 一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。 信道按所传输的信号可分为信道按所传输的信号可分为模拟信道模拟信道和和数字信道数字信道，信道上传输的信号，信道上传输的信号 还有还有基带信号基带信号和和宽带信号宽带信号之分。之分。 通信双方的交互方式通信双方的交互方式 单向通信（单工方式）：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。单向通信（单工方式）：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。 也称单工通信。也称单工

43、通信。 双向交替通信（双向交替通信（Half Duplex 半双工方式）：一方发送，另一方接收，半双工方式）：一方发送，另一方接收， 过一段时间后再反过来。但不能双方同时发送，也不能同时接收。也过一段时间后再反过来。但不能双方同时发送，也不能同时接收。也 称半双工通信。称半双工通信。 双向同时通信（双向同时通信（Full Duplex 全双工方式）：通信双方可以同时发送全双工方式）：通信双方可以同时发送 和接收信息，也称全双工通信。和接收信息，也称全双工通信。 73 信道的最高码元传输速率信道的最高码元传输速率 n任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以任何实际的信道都不是理想

44、的，在传输信号时会产生各种失真以 及带来多种干扰。及带来多种干扰。 n码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端 的波形的失真就越严重。的波形的失真就越严重。 74 有限带宽的信号分析 75 数字信号通过实际的信道数字信号通过实际的信道 n失真不严重 n失真严重 实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真） 输入信号波形输出信号波形 (失真不严重) 输入信号波形 实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真） 输出信号波形 (失真严重) 76 传输速率传输速率 77 示例示例 78 2 2、信道的最高码元传输速率、信道的最高码

45、元传输速率奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)(Nyquist)公式公式 n每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒 2 个码 元。 nBaud 是波特，是码元传输速率的单位，1 波特为每秒传送 1 个码元。 不能通过能通过 0频率(Hz) W (Hz) 79 另一种形式的奈氏准则另一种形式的奈氏准则 n每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒 1 个 码元。 不能通过能通过 0频率(Hz) W (Hz) 不能通过 80 即：奈奎斯特即：奈奎斯特(Nyquist)(Nyquist)公式公式 理想低通信道：理想低通信道： 信道的最高码元传输速率信道的最高码元传输速率 2 W (Baud

46、) 理想带通信道：理想带通信道： 信道的最高码元传输速率信道的最高码元传输速率 W (Baud) 信道的码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。单信道的码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。单 位为：码元位为：码元/ /秒，称为：波特（秒，称为：波特（BaudBaud）。）。 对于模拟信号的传输，波特率是指调制解调器上输出的调制信号对于模拟信号的传输，波特率是指调制解调器上输出的调制信号 每秒钟调制载波状态改变的次数。每秒钟调制载波状态改变的次数。 对于数字信号传输，波特率是指线路上每秒钟传送的波形个数。对于数字信号传输，波特率是指线路上每秒钟传送的波形个数。 81 示例示例 82 对多值信令而言，奈氏公式变为：对多值信令而言，奈氏公式变为： nNyquist Theorem: C=2Wlog2M n实际上，二进制传输实际上，二进制传输: C=2W 83 要强调以下两点