第二章 计算机网络基础

1、第二章 计算机网络基础 计算机网络的基本概念 计算机网络的分类方法 数据通信系统的主要技术指标 局域网的概念和基本组成、主要网路设备本章要点 早期的计算机应用模式单机 大、中、小型机庞大，昂贵，资源无法共享 分散的计算机构成了一个个的信息“孤岛” 计算机网络产生始于20世纪50年代，产生的原因： 资源共享的需求（计算能力、外设、软件、数据数据） 大型项目的合作（进行工程项目协作） 人与人之间的信息沟通（数据通信）第一节 计算机网络的产生与发展从体系结构来观察，计算机网络的发展可分为三个阶段（三代网络）：1. 以主机为中心的联机终端系统“计算机终端”系统2. 以通信子网为中心的主机互联分组交换网

2、络3. 体系结构标准化网络层次化结构，并对每层进行了精确定义三个阶段 特征：终端(Terminal)共享主机(Host)的软硬件资源 单台主机：执行计算和通信任务 多台终端：执行用户交互 (终端集中器/终端服务器) 连接方式：本地或远程1.以主机为中心的联机终端系统 例子：飞机订票系统 HOST(航空公司总部) Terminals(订票点) 通信线路(电话线路) 缺点 主机负荷重数据处理通信 线路利用率低 集中控制方式，可靠性低 改进 终端集中器(近/远距) 前端处理机（Front-End Processor, FEP），将通信任务从主机中分离出来 特征 多个终端主机系统互联，形成了多主机互联

3、网络 网络结构从“主机终端” 转变为“主机主机”2.以通信子网为中心的主机互联HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路 通讯子网：也称数据传输系统，其主要任务是实现不同数据终端设备之间的数据传输。 资源子网：也称数据处理系统，它包括拥有资源的用户主机和请求资源的用户终端。 子网的概念一般用于广域网通讯子网与资源子网9主机主机网络的演变 演变阶段1 通信任务从主机中分离，由通信控制处理机（CCP）完成 CCP：(Communication Control Processor)处理主机之间完成通信任务的专用计算机CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT10 两层网络概

4、念的出现 由CCP组成的传输网络通信子网通信子网，提供信息传输服务 建立在通信子网基础上的主机集合资源子网资源子网，提供计算资源CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子网通信子网11两层网络的概念结构CCCHHH资源子网资源子网通信子网通信子网在通信子网上可有多个资源子网，共享通信子网的服务HH12 演变阶段2 通信子网规模逐渐扩大 私有社会公用 公用数据通信网 PSTN（Public Switched telephone Nework）公共交换电话网 X.25 分组交换网 优点 降低用户系统建设成本 提高通信线路利用率 兼容性好公用数据公用数据通信网通信网HOSTH

5、OSTTTTTTTHOSTTTTT133. 体系结构标准化网络 为什么需要标准化？ 不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力 而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享 标准化的时机？ 先制定标准再开发，还是先开发再制定标准？ 各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、理论等方面的研究日趋成熟是基础14 网络体系结构标准化过程的演变 厂商标准：IBM-SNA，DEC-DNA等 缺点：适用范围：兼容性？ 技术垄断：竞争？ 标准不统一：用户利益？ 国际标准（ISO OSI/RM） Open System Interconnection/Recommended Model(开

6、放系统互联参考模型，简称OSI参考模型参考模型) OSI参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的框架：7个层次 只说明了做什么（What to do），而未规定怎样做（How to do） 太复杂，几乎没有与之完全符合的网络 事实上的标准：TCP/IP(因特网的骨干协议) 从体系结构上看，它是OSI参考模型的简化（4层）第二节第二节 计算机网络的概念计算机网络的概念 从应用的观点：以相互共享资源方式连接起来，且各自具有独立功能的计算机系统的集合。 从物理的观点：在网络协议的控制下，由若干台计算机和数据传输设备组成的系统。 观点3：利用各种通信手段，把地理分散的计算机互联起来，能够互

7、相通信且共享资源的系统。16一、计算机网络的一、计算机网络的定义定义 计算机网络就是 一些互相连接、自治的计算机的集合。 何谓“自治”：autonomous computer 自治排除了网络系统中主从关系的可能 性。如果一台计算机可以强制地启动、停止 或控制另一台计算机，则称这两台计算机之间具有主从关系，从机就不是自治的。注意： 面向终端的计算机通讯不符合此定义联机系统 通常将具有“自治”功能的计算机称为Host（主机），在网络中也称之为Node（节点） 网络中的节点不仅仅是计算机，还可以是其他通信设备。如：Hub，Router等17 自治自治：能独立运行，不依赖于其他计算机 “主控从属”类型

8、的系统是计算机网络吗？ “主机终端”系统（第一代网络）呢？ 互连互连：以任何可能的通信连接方式 有线方式：铜线、光纤 无线方式：红外、无线电（微波）、卫星 协议协议：网络中个节点之间相互通信，需要有某些约定和规则，这些约定和规则的集合就是协议。 共享共享：计算机网络以实现数据通信和网络资源共享为目的。通信网络通信网络计算机系统计算机系统归纳与综合归纳与综合18二二 计算机网络系统的组成计算机网络系统的组成 计算机网络系统由通讯子网和资源子网构成计算机网络系统由通讯子网和资源子网构成 通讯子网：负责数据传输 资源子网：提供资源 网络的构成元素网络的构成元素硬件与软件两方面硬件与软件两方面计算机网

9、络系统的硬件构成 网络节点 端节点：通讯的源节点和目的节点 例如：计算机 中间节点：（又称转接节点）网络通讯过程中起控制作用和转发数据作用的节点。如：交换机、集中器、复用器、路由器、中继器 通信链路：信息传输的通道 物理：传输介质 ； 有线： 同轴电缆、光纤、双绞线； 无线：微波、无线电、红外线 逻辑：信道 类比CATV的电缆和频道之间的关系19计算机网络系统的软件构成 软件软件 通信软件（网络协议软件） 网络操作系统 网络管理/安全控制软件、网络应用软件20计算机网络的系统资源 1）硬件资源 磁盘、显示器、打印机 2）软件资源 程序编译器、工具软件、系统软件 3）数据资源 most impo

10、rtant 数据库、文件21 1. 资源共享 软件资源 和 硬件资源 2. 数据通信 实现不同地理位置的数据传输 3. 分布式处理 三个方面：分布式输入、分布式计算、分布式输出 4. 综合信息服务 多媒体信息，综合信息发布平台三、计算机网络的功能23 四 计算机网络与其他类似系统的比较 终端分时系统 各终端分时占用主机资源 终端无计算能力，对主机的依赖性极强 通信主要采用异步串行连接（本地或远程） 多机系统 耦合度 - 处理器之间连接的紧密程度。 距离、信号线数量。紧耦合和松耦合 紧耦合：主机间通信多采用共享存储器、共享总线等（有的系统也采用高速局域网） 1. 计算机网络与多终端计算机系统的区

11、别 共享性： 计算机网络共享网络中所有资源 终端共享中心计算机资源 并行性： 网络中的计算机具有自治性。 终端在某一时刻不具有并行性。 2. 计算机网络和通信系统的区别 通信系统只能进行数据传输无法共享软、硬件 3. 计算机网络与分布式计算机系统的区别 共同点：都具有通信和资源共享的功能 区别： 分布式操作系统与网络操作系统的设计思想、结构、工作方式和功能差别很大。 分布式计算机系统 在分布式OS统一调度下，各计算机协调工作，共同完成一项任务，如并行计算。 用户面对的是一台逻辑上的计算机，组成分布式系统的各计算机怎样协同工作，对用户透明。 用途主要是科学计算和事务处理。 计算机网络 非协调性的

12、；对某一任务而言 松散耦合的； 各计算机对用户非透明，用户必须指定资源的位置； 用途主要是资源共享。 联系： 分布式系统往往是基于计算机网络来实现的： 在因特网中，域名服务系统（DNS)是分布式系统的一项典型的应用。 分布式数据库系统也需要网络的支持。计算机网络与计算机网络与分布式计算机系统分布式计算机系统26第三节 计算机网络的分类n按地域范围分类按地域范围分类 局域网局域网(Local Area Network ， LAN) 范围：小，20km 传输技术：基带，10Mb/s1000Mb/s，延迟低，出错率低（10-11） 拓扑结构：总线，环 城域网城域网(Metropolitan Area

13、 Network ， MAN) 范围：中等，100km 传输技术：宽带/基带 拓扑结构：总线 广域网广域网(Wide Area Network ， WAN) 范围：大，100km 传输技术：宽带，延迟大，出错率高 拓扑结构：不规则，点到点 什么是拓扑？什么是拓扑？ 什么是网络的物理拓扑和什么是网络的物理拓扑和逻辑拓扑？逻辑拓扑？ 星形星形有一个中心节点，其他节点与其构成点到点连接 树形树形一个根节点、多个中间分支节点和叶子节点构成星形拓扑树形拓扑按拓扑结构按拓扑结构分类（一）分类（一）28总线型总线型所有节点挂接到一条总线上，广播式信道需要有介质访问控制规程以防止冲突环形环形所有节点连接成一个

14、闭合的环，节点之间为点到点连接总线型拓扑环形拓扑按拓扑结构按拓扑结构分类（二）分类（二）n点对点点对点 全连接全连接 点到点全连接，连接数随节点数的增长迅速增长（N(N1)/2），使建造成本大大提高，只适用于节点数很少的广域网中 不规则（网状）不规则（网状） 点到点部分连接，多用于广域网，由于连接的不完全性，需要有交换节点不规则拓扑全连接拓扑按拓扑结构按拓扑结构分类（三）分类（三） 1. 客户机/服务器网络 Client/Server C/S结构 2. 对等网络 Peer to Peer P2P结构按网络的管理方式分类31点对点传输方式的网络：由一对对机器间的多条传输链路构成。 信源与信宿之间

15、的通信需经过一台和多台中间设备进行传输。 网状、环形、树形、星形 广播式网络：一台计算机发送的信息可被网络上所有的计算机接收。 总线型、无线（微波、卫星） 局域网络通常使用广播方式，广域网络通常使用点对点方式(也有例外)。按传输技术分类按传输技术分类广播式网络与广播操作 广播式网络：指发送到网络中的分组能够被所有网络节点收到，其分组中的地址是网络中的某个节点的地址，在广播式网络中由Host(宿主机）判别收到的分组是否是发给自己的。是则接收，否则丢弃。 广播操作：将分组发送到网络上的所有网络节点。其分组中的地址是所有机器3233 有线网有线网 采用如同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质来传输数据的网

16、络 无线网无线网 采用卫星、微波等无线形式来传输数据的网络。 按传输介质分类按传输介质分类 低速网低速网网上数据传输速率在300b/s1.4Mb/s之间的系统。这种系统通常是借助调制解调器利用电话网来实现的。 中速网中速网网上数据传输速率在1.5Mb/s45Mb/s之间的系统。这种系统主要是传统的数字式公用数据网。 高速网高速网网上数据传输速率在50Mb/s 1000Mb/s之间的系统。信息高速公路的数据传输速率会更高。 按通信速率分类按通信速率分类公用网公用网公用网又称公众网。对所有的人来说，只要符合网络拥有者的要求就能使用这个网，也就是说它是为全社会所有的人提供服务的网络。专用网专用网专用

17、网为一个或几个部门所拥有，它只为拥有者提供服务，这种网络不向拥有者以外的人提供服务。 按使用按使用用户分类用户分类 集中式计算机网络集中式计算机网络 这种网络的处理控制功能都高度集中在一个或少数几个节点上，所有的信息流都必须经过这些节点之一。 分布式计算机网络分布式计算机网络在这种网络中，网络中的任一节点都至少和另外两个节点相连接，信息从一个节点到达另一节点时，可能有多条路径。按信息处理和控制的方式按信息处理和控制的方式 部门网络（部门网络（Departmental Network）部门网络是局限于一个部门的LAN，该网络通常由几十个工作站、若干个服务器，以及可共享的打印机等设备所组成。 企业

18、网络（企业网络（Enterprise-Wide Network）这是在一个企业中配置的、能覆盖整个企业的计算机网络。 校园网络（校园网络（Campus Network）指在学校中配置的、覆盖整个学校的计算机网络。按网络环境分类按网络环境分类 数据通信技术是计算机技术与通信技术结合的产物。它主要研究计算机中数字数据的传输、交换、存储、处理的理论、方法和技术。 早期：数据通信不同于计算机通信 现代：数据通讯网往往是计算机网络中的分组交换网第四节 数据通信的基本概念 通信的目的是为了交换信息。 数据（Data）把事件的某种属性规范化后的表现形式。数据分为：模拟数据（analog data）和数字数据

19、（digital data）模拟数据：随时间连续变化的函数。模拟数据在一定范围内有连续的、无限个值（人的声音）数字数据：采用某种编码方式表示的数据（发送的文件）。数字数据是离散的，仅有有限个值。 信息（Information）是人对现实世界事务存在方式或运动状态的某种认识。是数据的内容或解释。联系：数据是信息的载体，信息涉及数据所表示的内涵。一、 数据通信常用术语1 数据、信息 信号：数据以信号的形式在介质中传播。信号是某个物理量随时间变化的一种度量。信号在介质中都是以电磁波的形式进行传输的。传输信号是数据在介质中传输时的电磁波表现形式。 信号分为模拟信号和数字信号。 信道：传输信号的通道，由

20、传输线路和相应的附属设备组成。 信道分为：物理信道和逻辑信道。 数字与信号：数据是通过信号传输的，信号是传输数据的载体。 信号与信道：信号通过信道而得以传输。2.信号与信道41 模拟信号模拟信号 时间上连续，包含无穷多个值的信号时间上连续，包含无穷多个值的信号 数字信号数字信号 时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号ta） 模拟信号tb） 数字信号3. 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号42二、数据通信系统二、数据通信系统 例 2.1 两台计算机经普通电话网网络进行数据通信的过程通信系统的构成 源系统源系统 源点（信源）：

21、源点设备产生通信网络要传输的数据。 发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。 传输系统（信道）传输系统（信道） 可以是简单的物理通信线路 也可以是连接源系统和目的系统之间的复杂网络设备 目的系统目的系统 接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。 终点（信宿）：终点设备从接收器获取传送来的信息。43噪声噪声信源信源发送器发送器信道信道接收器接收器信宿信宿源系统源系统目的系统目的系统 通信系统的作用： 将信源的数据可靠地传输到信宿 通信系统的组成： 1. 源系统 源点： 源点设备产生通讯网络所要传输的数据 发送器：源点生成的数据通过

22、发送器编目后在传输系统中进行传输。 2. 目的系统 接收器：负责接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被终点设备处理的信息。 终点：从接收器获取传送过来的信息。 3. 传输系统 既可以是简单的物理通信线路，也可以是复杂的网络设备。通信系统的作用和组成 数据通信过程：数据从发送端被发送到接收端接收的整个过程。 数据通信过程的5个基本阶段： 第1阶段：建立物理连接。 第2阶段：建立数据传输链路 第3阶段：传送通信控制信号和数据 第4阶段：数据传输结束 第5阶段：切断物理连接数据通信过程1. 数据传输速率（信息传输速率） 计算机网络的数据传输速率是指每秒钟传输的编码前的数字数据的二进制位数（比

23、特数）。 单位： 比特/秒 = bps ， Kbps，Mbps，Gbps 数据传输速率又称比特率。 在数字信道中，通常用数据传输率来表示信道的传输能力。如通常所说的100兆以太网指的就是其数据传输速率为100Mbps。三、数据通信系统的主要技术指标 波特率（码元传输速率） 数字线路经线路编码后形成的传输信号在信道上的传输速率称为波特率，即码元传输速率。 它是指每秒钟传输的码元数，即传输信号每秒钟变化的次数。 单位：波特（baud） 波特率与比特率之间的关系： C Blog2 M （bps）其中：比特率波特率 M码元状态数（为的整数次幂）例如：对于波特率 B = 2000baud; 若M= 2，

24、4， 8； 则比特率C分别为 2000bps ， 4000bps， 6000bps波特率 计算机网络中，和数据传输速率具有相同含义的另一个术语，称为带宽（bandwidth） 信道带宽的定义原本来自通信领域，原来的通信信道是模拟信道。 带宽是指信道上能够正常通过的模拟的物理信号的频率范围，即最大频率与最小频率之差。 单位：赫兹Hz 信道的带宽受传输介质的物理性质的影响。 注意：一般带宽表示模拟信道的传输能力； 而比特率表示数字信道的传输能力。2. 带宽493.信道的最大数据传输率（信道容量）信道的最大数据传输率（信道容量） Nyquist准则准则：（理想信道）：（理想信道） 对于一个带宽为对于

25、一个带宽为W（单位（单位Hz）的无噪声低通信道，其最高的波）的无噪声低通信道，其最高的波特率为特率为B为带宽的为带宽的2倍，即倍，即 Bmax= 2W（baud） 在多个信号电平条件下，信道的极限信息传输速率即信道容量在多个信号电平条件下，信道的极限信息传输速率即信道容量Cmax定义为定义为 Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高数据传输速率提供了依公式为估算已知带宽信道的最高数据传输速率提供了依据。据。 它它用于用于理想理想的无噪声低通的无噪声低通信道信道，给出的只是理论上限。，给出的只是理论上限。Cmax = 2W log2 MC max 数据传输率，单位数据传输率，单位b/s W 带

26、宽，单位带宽，单位HzM 信号编码信号编码级数（码元状体数）级数（码元状体数） 例例1. 对于带宽为对于带宽为100MHz的的5类非屏蔽双绞线，其最高的类非屏蔽双绞线，其最高的波特率为波特率为200M baud，如果编码方式的码元状态数，如果编码方式的码元状态数M为为4，那么该信道的极限信息传输速率即信道容量为那么该信道的极限信息传输速率即信道容量为400Mbps。 例例2 话音话音级线路的级线路的带宽带宽约为约为3.1kHz，根据，根据上上 式计算的信式计算的信道最大道最大数据数据 传输率如右表所示传输率如右表所示示例M 最大数据率最大数据率 2 6200 b/s 4 12400 b/s 8

27、 18600 b/s16 24800 b/s32 31000 b/s51非理想信道非理想信道 实际的信道上存在损耗、延迟、噪声。实际的信道上存在损耗、延迟、噪声。 损耗损耗引起信号强度减弱，导致信噪比信噪比S/N降低降低。 延迟延迟会使接收端的信号产生畸变信号产生畸变。 噪声噪声会破坏信号，产生误码破坏信号，产生误码。 例如：数据传输速率为56kb/s时，持续时间0.01s的干扰会破坏约560个比特。010110011001010010110011001010010110111001000误码位传输数据：信号：噪声：信号与噪声叠加：采样时序：接收数据：原始数据： Shannon定理定理：用于有

28、噪声干扰信道用于有噪声干扰信道例：例：信道带宽信道带宽W=3.1kHz，S/N=2000，则，则 C = 3100log2（1+2000） 34kb/s 即该信道上的最大数据传输率不会大于即该信道上的最大数据传输率不会大于34kb/s。信噪比的单位也可用分贝(dB)表示： S/NdB=10log10 S/N所以，若S/NdB=30dB ，则S/N=1000。C = W log2 （1+S/N） C传输率，单位传输率，单位b/sW 带宽，单位带宽，单位HzS/N信噪比信噪比53Nyquist公式和公式和Shannon公式的比较公式的比较 C = 2W log2M 用于理想信道（这样的信道存在吗？

29、）用于理想信道（这样的信道存在吗？） 数据传输率随信号编码级数增加而增加。数据传输率随信号编码级数增加而增加。 C = W log2（1+S/N） 用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！）用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！） 无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有噪声无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有噪声信道可能达到的最大数据传输速率上限。信道可能达到的最大数据传输速率上限。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。544. 时延时延 时延：一个数据块（帧、分组、报文段等）从链路或网络的一端传送到另一端所需要的时间。 总时延发送时延

30、+ 传播时延 + 转发时延 发送时延发送时间数据块长度/信息传输速率 传播时延传播时延信道长度/电磁波在信道上的传播速率 转发时延 转发时延包括 排队 时延、处理时延55四四 数据编码数据编码1 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码 使数字数据能在数字信道上传输使数字数据能在数字信道上传输2数字数据的调制编码数字数据的调制编码 使数字数据能在模拟信道上传输使数字数据能在模拟信道上传输3 模拟信号的数字编码模拟信号的数字编码 使模拟数据能在数字信道上传输使模拟数据能在数字信道上传输561. 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码 不归零码（不归零码（Non-Return to Ze

31、ro， NRZ ） 二进制数字二进制数字0、1分别用两种电平来表示；分别用两种电平来表示；常用常用5V表示表示1，5V表示表示0； 缺点：缺点： 存在直流分量，传输中不能有变压器或电容；存在直流分量，传输中不能有变压器或电容； 不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。 曼彻斯特编码（曼彻斯特编码（Manchester Coding） 用电压的变化表示用电压的变化表示0和和1。 规定在规定在每个码元的中间发生跳变每个码元的中间发生跳变 高高低的跳变代表低的跳变代表0，低，低高的跳变代表高的跳变代表1 每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同

32、步每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号。这种信号。这种编码也称为自同步码（编码也称为自同步码（Self-Synchronizing Code）。）。 缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2倍）。倍）。 差分曼彻斯特编码（差分曼彻斯特编码（Differential Manchester Coding，DMC） 每个码元的中间每个码元的中间仍要发生跳变。仍要发生跳变。 用用码元开始处码元开始处有无跳变来表示有无跳变来表示0和和1 ，有跳变代表，有跳变代表0，无跳变代表，无跳变代表1。57 三种数字编码的波形图三种

33、数字编码的波形图582. 数字数据的调制数字数据的调制 三种常用的调制技术三种常用的调制技术： 幅移键控ASK （Amplitude Shift Keying） 频移键控FSK （Frequency Shift Keying） 相移键控PSK （Phase Shift Keying） 原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。 载波信号载波信号 S(t) = Acos( t+ ) S(t)的参量包括：的参量包括： 幅度幅度A、频率频率 、初相位初相位 调制就是要使调制就是要使A、 或或 随数字基带信号的变化而变化随数字基带信号的变化而变化59 ASK：

34、用载波的两个不同振幅表示：用载波的两个不同振幅表示0和和1 FSK：用载波的两个不同频率表示：用载波的两个不同频率表示0和和1 PSK：用载波的起始相位的变化表示：用载波的起始相位的变化表示0和和1603. 模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码 Nyquist采样定理：采样定理： 如果模拟信号的最高频率为如果模拟信号的最高频率为F，若以，若以2F的采样频率对其的采样频率对其采样，则从采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出采样，则从采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。原始信号。 要转换的模拟数据主要是电话语音信号，模拟数要转换的模拟数据主要是电话语音信号，模拟数据要在数字线路

35、上传输，必须将其转换成数字信据要在数字线路上传输，必须将其转换成数字信号。号。 PCM编码：编码： 采样采样：按一定间隔对语音信号进行采样：按一定间隔对语音信号进行采样 量化量化：把每个样本舍入到最接近的量化级别上：把每个样本舍入到最接近的量化级别上 编码编码：对每个舍入后的样本进行编码：对每个舍入后的样本进行编码 编码后的信号称为编码后的信号称为PCM信号（信号（ Pulse Coded Modulation，脉码调制）。脉码调制）。61 语音信号的数字化语音信号的数字化 语音带宽语音带宽f2倍语音最大频率）倍语音最大频率） 样本量化级数：样本量化级数：256级（级（8b/每样本）每样本）

36、数据率：数据率：8000次次/s8b = 64kb/s 每路每路PCM信号的速率信号的速率 = 64kb/s采样电路采样电路量化和编码量化和编码62PCM编码过程举例 信道上传送的信号有基带信号和宽带信号之分； 与之相对应的数据传输类型分别称为基带传输和宽带传输。 基带传输基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。传送。例如：以太网（局域网）例如：以太网（局域网） 频带传输频带传输：数字信号调制成音频模拟信号后再传送，接收方：数字信号调制成音频模拟信号后再传送，接收方需要解调。需要解调。例如：通过电话网络传输数据例如：通过电话网络传输

37、数据 宽带传输宽带传输：把信号调制成频带为几十：把信号调制成频带为几十MHZ到几百到几百MHZ的模拟的模拟信号后再传送，接收方需要解调。信号后再传送，接收方需要解调。例如：闭路电视的信号传输例如：闭路电视的信号传输五、数据传输类型 在计算机等数字化设备中，二进制数字序列最方便的电信号形式是数字脉冲信号，即“1”和“0”分别用高（或低）电平和低（或高）电平表示。 数字脉冲信号固有的频带称为基带； 数字脉冲信号称为基带信号。 在信道上直接传送数据的基带信号的传输方式称之为基带传输。 一般来说，基带传输要将信源的数据转换成可直接传输的数字基带信号，这称之为信号编码。 在发送端由编码器实现编码；在接收

38、端，由解码器进行解码，恢复成发送端发送的原始数据。局域网通常使用基带传输。 特点：1. 信道简单、成本低 2. 基带传输占据信道的整个带宽、利用率低 设备：编码解码器（基带modem）1. 基带传输 也称 频带传输。 宽带传输是指 先将数字信号调制成音频信号后再发送到信道上进行传输；在到达接收端时，再把音频信号解调成原来的数字信号。这种利用模拟信道传输数字信号的方法称为宽带传输。 特点：1. 传输距离远 2. 可实现多路复用 设备：调制解调器2. 宽带传输 1 串行传输与并行传输 并行传输：一次同时传输若干比特数据，从发送端到接收端的信道也需要用相应的若干根传输线。 串行传输：一位一位传输数据

39、，从发送端到接收端只要一根传输线。六 数据传输方式发送端接收端信道8信道7信道6信道5信道4信道3信道2信道1发送端接收端67 2 信道的通信方式信道的通信方式 从通信双方交换信息的方式看，数据通信可以有三种从通信双方交换信息的方式看，数据通信可以有三种基本方式：基本方式： 单工、半双工、全双工单工、半双工、全双工 单工单工数据单向传输数据单向传输（例：无线电广播，电视信号）（例：无线电广播，电视信号） 半双工半双工数据可以双向交替传输，但数据可以双向交替传输，但不能在同一时刻双向传输不能在同一时刻双向传输（例：对讲机）（例：对讲机） 全双工全双工数据可以数据可以双向同时传输双向同时传输（例：

40、电话）（例：电话） 需要具有两条物理上独立的传输线路；需要具有两条物理上独立的传输线路； 或者需要具有一条物理线路上的两个信道，分别用于不同方或者需要具有一条物理线路上的两个信道，分别用于不同方向的信号传输。向的信号传输。68发送器发送器接收器接收器发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器单工方式：单工方式：半双工方式：半双工方式：全双工方式：全双工方式：A站站B站站可同时不可同时七七 数据交换技术数据交换技术 什么是交换？什么是交换？ 按某种方式动态地分配传输线路资源按某种方式动态地分配传输线路资源。 例如，电话交换机在用户呼叫

41、时为用户选择一条可用例如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用的线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该线路的线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该线路又可分配给其他用户。又可分配给其他用户。 最初的交换：人工转接交换最初的交换：人工转接交换 为什么要采用交换技术？为什么要采用交换技术？ 节省线路投资，提高线路利用率。节省线路投资，提高线路利用率。 实现交换的方法主要有：实现交换的方法主要有：电路交换电路交换、报文交换报文交换和和分组交换分组交换。 电路交换电路交换 在通信双方之间建立一条临时专用线路的过程。在通信双方之间建立一条临时专用线路的过程。 可以是真正的物理线路，也可以是一个复

42、用信道。可以是真正的物理线路，也可以是一个复用信道。 特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。称称为为“面向连接的面向连接的”（典型例子：电话）（典型例子：电话） 过程：过程：建立连接建立连接通信通信释放连接释放连接 优缺点：优缺点： 建立连接的时间长；建立连接的时间长； 一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低； 无纠错机制；无纠错机制； 建立连接后，传输延迟小建立连接后，传输延迟小; 可靠性和实时响应能力好可靠性和实时响应能力好 不适用于计算机通信：因为计算机数据具有突发性的特不适用于计算机通信：因为计算机数据具

43、有突发性的特点，真正传输数据的时间不到点，真正传输数据的时间不到10%。 例如：建立连接的时间为例如：建立连接的时间为0.5s，计算机以，计算机以1Mb/s的速率发送的速率发送10KB。线路利用率？线路利用率？71 电话网络中的电路交换 电路交换也能在多路复用信道上实现 在物理线路的某个信道上建立连接72报文交换报文交换 以报文为单位进行以报文为单位进行“存储存储-转发转发”交换的技术。交换的技术。 在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储下来，待信道空在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储下来，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技闲时再转发出去，一级一级中转

44、，直到目的地。这种数据传输技术称为术称为存储存储-转发转发。 传输之前不需要建立端到端的连接传输之前不需要建立端到端的连接，仅在相邻节点传输，仅在相邻节点传输报文时建立节点间的连接。报文时建立节点间的连接。称为称为“无连接的无连接的”（典（典型例子：电报）型例子：电报） 整个报文（整个报文（Message）作为一个整体一起发送。）作为一个整体一起发送。 优缺点：优缺点： 没有建立和拆除连接所需的等待时间；没有建立和拆除连接所需的等待时间； 线路利用率高；线路利用率高； 传输可靠性较高；传输可靠性较高； 报文大小不一，造成存储管理复杂；报文大小不一，造成存储管理复杂； 大报文造成存储转发的延时过

45、长，且对存储容量要求较高；大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量要求较高； 出错后整个报文全部重发。出错后整个报文全部重发。 类比：下载时若无断点续传功能，一旦出错你会怎样做？类比：下载时若无断点续传功能，一旦出错你会怎样做？73分组交换（包交换）分组交换（包交换） 将报文分割成若干个大小相等的分组（将报文分割成若干个大小相等的分组（Packet）进行存）进行存储转发。储转发。 数据传输前不需要建立一条数据传输前不需要建立一条端到端端到端的通路的通路也是也是“无无连接的连接的”。 有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择功有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择功能。能。 优缺

46、点：优缺点： 对转发节点的存储要求较低，可以用内存来缓冲分组对转发节点的存储要求较低，可以用内存来缓冲分组速度快；速度快； 转发延时小转发延时小适用于交互式通信；适用于交互式通信； 某个分组出错可以仅重发出错的分组某个分组出错可以仅重发出错的分组效率高；效率高； 各分组可通过不同路径传输，容错性好。各分组可通过不同路径传输，容错性好。 需要分割报文和重组报文，增加了端站点的负担。需要分割报文和重组报文，增加了端站点的负担。 分组交换有两种交换方式：分组交换有两种交换方式： 数据报数据报方式和方式和虚电路虚电路方式方式74 数据报方式（Datagram） 各分组独立地确定路由独立地确定路由（传输

47、路径） 不能保证分组按序到达不能保证分组按序到达，所以目的站点需要按分组编号重重新排序新排序和组装数据报方式不能保证分组按序到达数据报方式不能保证分组按序到达分组可能通过多个路径穿越网络分组可能通过多个路径穿越网络75 虚电路方式（Virtual Circuit） 通信前预先建立一条逻辑连接虚电路虚电路 虚电路是由其路径上的所有交换机中的路由表定义的逻辑连接虚电路是由其路径上的所有交换机中的路由表定义的逻辑连接 类比：铁路系统（旅客类比：铁路系统（旅客/列车列车:分组，铁路网分组，铁路网:网络，火车站网络，火车站:节点）节点） “西安北京西安北京”这条线路可以看成是一条虚路径这条线路可以看成是

48、一条虚路径 也需要三个过程：建立数据传输拆除 建立虚电路时，交换机将预留传输时所需的所有资源 虚电路的路由在建立时确定，传输数据时则不再需要 数据传输时只需指定虚电路号，分组即可按虚电路的路由穿越网络“数字管道” 提供的是“面向连接”的服务 但却没有像电路交换那样始终占用一条端到端的物理通道，只是断断续地依次占用传输路径上各个链路段续地依次占用传输路径上各个链路段与铁路系统类比！ 可以看成是采用了电路交换思想的分组交换 能够保证分组按序到达 永久虚电路PVC和交换虚电路SVC76 分组通过预先建立好的虚电路穿越网络 局域网的概念 局域网的特点 局域网的硬件组成 局域网的软件组成第五节 局域网基

49、础知识 局域网是计算机网络的一种。 局域网：一组物理位置上彼此相隔不远的计算机和相关设备的连互集合，该集合使用户达到数据通信和资源共享的目的。 局域网的研究始于20世纪70年代。 以太网（Ethernet）是其典型代表。 对局域网的研究是计算机网络中的重要内容一 局域网的概念79二、二、局域网局域网（LAN）概述概述 1. LAN1. LAN的特点的特点 覆盖范围小覆盖范围小 房间、建筑物、园区范围房间、建筑物、园区范围 距离距离25km25km 高传输速率高传输速率 10Mb/s10Mb/s1000Mb/s1000Mb/s 低误码率低误码率 1010-8 -8 1010-11-11 拓扑：总线型、星形、环形拓扑：总线型、星形、