第2章网络数据传输

1、1第第2章章 网络数据传输网络数据传输 数据通信技术是建立计算机网络系统的基础之一，它本身即是一 门独立的学科。 现代计算机之间的通信主要以传递数字数据为主，数据通信技术是计算机技术与通信技术结合的产物，主要研究计算机中数字数据的传输交换、存储以及处理的理论、方法和技术。 本章主要学习要点本章主要学习要点：l 数据通信基础l 信道的特征参数l 信号传输模式l 数据交换技术l 介质访问方法22.1 数据通信基础数据通信基础 数据通信系统是由计算机、远程终端和数据电路以及有关通信设备组成的一个完整系统。任何一个远程信息处理系统或计算机网都必须实现数据通信与信息处理两方面的功能。42.1.1 数据通

2、信简述数据通信简述 信息、数据和信号是紧密相关的内容。并且在数据通信系统中，一般被人们最为关注的就是数据和信号。 数据通信中传输的对象是数据，而信号则是数据的电磁或电子编码，信号沿着通信介质发送从而实现数据的传输。 在数据通信过程中，通信的目的就是传递信息。其中，通信中产生和发送信息的一端叫做信源，接收信息的一端叫做信宿，信源和信宿之间的通信线路称为信道。52.1.2 数据通信系统的构成数据通信系统的构成 数据通信系统是通过数据电路将分布在远端的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。比较典型的数据通信系统主要由数据终端设备DTE、数据电路终接设备DCE 、计算

3、机系统三部分组成。62.1.3 模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信 信号是数据的具体表现形式。在通信系统中，所通过的信号为电信号，即随时间变化的电压或者电流。而在发送时所产生的信号，可以分为模拟信号和数字信号两种。2.1.4 数据通信的分类 在计算机网络中，一般都是采用数字通信方式，并且在该通信方式下，可以分为有线数据通信和无线数字通信。在有线数据通信中，分别包含有数字数据网、分组交换网和帧中继网。72.2 信道的特征参数信道的特征参数 信道的作用是将信号从信源传送到信宿。因此，它的最重要的特征参数是信息通过能力。并且信道的信息通过能力与信道的通过频带宽度、信道的工作时间、信道的噪声功率密度

4、相关。如频带越宽，工作时间越长，信号与噪声功率比越大，则信道的通过能力越强.82.2.1 信道带宽信道带宽 任何信道都不是理想的，每一个信道都对能通过的信号频率范围有一个限制。信道允许通过的信号频率范围，即可传送的信号的最高频率与最低频率之差，被称为信道的通频带宽，亦即信道带宽，单位为Hz。92.2.2 信道容量信道容量 从信息论的观点来看，各种信道可概括为两大类：离散信道和连续信道。所谓离散信道就是输入与输出信号都是取值离散的时间函数；而连续信道是指输入和输出信号都是取值连续的。可以看出，前者就是广义信道中的编码信道，后者则是调制信道。 102.2.3 吞吐量吞吐量 吞吐量是指信道在单位时间

5、内成功传输的总信息量，单位为bps。也就是说吞吐量是指在没有帧丢失的情况下，设备能够接受的最大速率。 其测试方法是：在测试中以一定速率发送一定数量的帧，并计算待测设备传输的帧，如果发送的帧与接收的帧数量相等，那么就将发送速率提高并重新测试；如果接收帧少于发送帧则降低发送速率重新测试，直至得出最终结果。吞吐量测试结果以比特/秒或字节/秒表示.112.2.4 信道的误码率信道的误码率 误码率是指信道传输信号的出错率，是数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性指标。其公式为： P= NE /N 其中N为传输的总位数；NE为传错的位数。通常计算机网络要求误码率低于10-6，即每传送1兆位，不能多于一个

6、错误。122.3 信号传输模式信号传输模式 按照信号传输的方向及时间把传输方式分为单工方式、半双工方式和全双工方式。并且在传输过程中，又分为并行传输与串行传输。132.3.1 信道的交互方式信道的交互方式 信道的交互方式是指在一条物理信道上所允许的信号流动方向。可分为三种： 1单工方式：广播和电视 2半双工方式：对讲机 3全双工方式:电话 2.3.2 并行传输与串行传输并行传输与串行传输 在计算机中，数据都是以字节或字为单位，来进行处理的。而将这个数据进行传输时，则一条线路同一时刻只能传输信号的一位。如果将字节/字的各位分别在多条线路同时传输，称为并行传输；如果只用一条线，让信号以位为单位顺序

7、传输，则称为串行传输。2.3.3 串行通信中的同步控制串行通信中的同步控制 在计算机中，各部件间的工作是靠时钟定时和定序的。在计算机网络中，接收方和发送方的时序协调也要依靠时钟来确定对每一位的采样取值位置和时间间隔。然而，任何两个系统间时钟完全准确的同步（一致）是不太可能的。随着时钟漂移（不一致）的积累，就将产生接收方取值位置和时间间隔的错位，要么在某一位上多一次采样，要么某一位被跳过。主解决这一问题，目前已经形成异步传输和同步传输两种同步技术。162.4 数据交换技术数据交换技术 经过编码后的数据要在通信线路上进行传输，最简单的形式是在两个互连的设备之间直接进行数据通信，但是，在网络节点较多

8、的情况下，在任意两个节点之间建立一条连线几乎是不现实的，并且在广域网中，两个距离非常远的设备之间不可能有直接的连线，它们是通过通信子网来建立连接的。通信子网由传输线路和中间节点组成，当数据源点没有直接到目的地点的直线连接时，数据源点发出的数据先到达与它相连的中间节点，再通过中间节点向下一个中间节点转发，直至到达目的地，这个过程就称为数据交换。2.4.1 电路交换电路交换 电路交换是数据通信领域最早使用的交换方式，多用于电话网络交换。电路交换就是在数据传输期间，数据源节点与目的节点之间有一条利用中间节点构成的一条专用的物理连接线路，这条线路被通信双方独占，而不能被其他节点使用，直到数据传输结束。

9、如果两个相邻节点之间的通信容量很大时，这两个相邻节点之间可以同时有多个物理电路。利用电路交换技术完成的数据传输要经历建立电路、传输数据和电路拆除三个阶段。182.4.2 报文交换报文交换 报文交换的基本过程是：采用存储转发交换技术，将数据源节点一次性要发送的数据块作为一个报文，连同目的地址等辅助信息发往中间节点，各中间节点收到报文后，先将它完整地接收下来存于缓冲区里，然后为它选择一条合适的输出线路，并把它排在相应的输出队列中，等输出线路空闲后再将它转发给下一个中间节点，直至到达目的节点，最后传给接收端。192.4.3 报文分组交换报文分组交换 报文分组交换的原理：分组交换技术类似于报文交换，分

10、组交换技术是限制信息的长度，将长报文分割成若干个一定长度的短信息（称之为短信息），并以分组为单位进行存储转发，在接收端再将各分组重新组装成一个完整的报文。 与报文交换相比，报文分组交换有如下特点：利用节点主存进行存储转发，不需访问外存，处理速度加快，降低了传输延迟；较短的信息分组，其下一节点和线路的响应时间也较短，可提高传输速率；短信息传输中出错的概率小，即使有差错重发的也只是一个分组，提高了传输效率；分组交换的数据报形式可使多个分组在网络的不同链路上并发传送，提高传输效率和线路利用率；可大大降低对节点存储容量的要求。但是，分组交换要进行组包、拆包和重装过程，增加了报文的加工处理时间。202.

11、4.4 帧中继交换帧中继交换 帧中继（Frame Relay）是以分组交换技术为基础的高速分组交换技术。它利用数字系统的低误码率和高传输速率的特点，为用户提供质量更高的快速分组交换服务，是一种用于连接计算机系统的面向分组的通信方法。212.4.5 信元交换技术信元交换技术 ATM是英文“Asynchronous Transfer Mode”(异步传输方式)的缩写，它是一种面向连接的分组交换技术，在这种交换方式中，用于交换的分组长度都是固定的，一个分组的长度是53个字节，53个字节又被分成5个字节的头部信息和48个字节的有效载荷信息，这些字节在网络上一次一个字节的依次发送，从第1个字节一直到第5

12、3个字节。为了区分固定长度的分组和计算机网络中更常用的可变长度的分组，我们把固定长度的分组叫作信元（Cell）。ATM被认为是信元交换的范例。222.5 介质访问方法介质访问方法 访问控制方式是指控制网络中各个节点之间信息的合理传输，对信道进行合理分配的方法。目前在局域网中常用的访问控制方式，分为有线介质访问方法和无线访问方法。232.5.1 有线介质访问方法有线介质访问方法 有线介质访问方法有三种：载波侦听多路访问(CSMA/CD)、令牌传递访问和令牌总线(Token Bus).24载波侦听多路访问(CSMA/CD) 先听后发，边听边发 一旦冲突，立即停发 等待时机，然后转发2.5.2 无线访问方法无线访问方法 我们知道总线型局域网在MAC层的标准协议是CSMA/CD，即载波侦听多点接入/冲突检测（Ca