网络技术与应用课件

1、网络技术与应用第1章计算机网络概论第一讲 掌握计算机网络的定义；理解计算机网络的系统组成；掌握计算机网络的分类；熟悉网络拓朴结构含义。 了解数据编码技术、数据传输方式及交换技术的基本概念；掌握数据通信中数据、信号、传输及传输速率的基本概念。 了解计算机网络体系结构，掌握OSI、TCP/IP参考模型分层方法，理解IEEE 802局域网参考标准。一、计算机网络概述1、网络概念 计算机网络是将地理上分散的且具有独立功能的多个计算机系统，通过通信线路和设备相互连接起来，在软件支持下实现数据通信和资源（资源包括硬件、软件等）共享的系统。 对于这个定义可从以下几个方面进行理解： （1）计算机网络是多个计算

2、机的集合系统。网络中的计算机最少是两台，大型网络可容纳几千台甚至几万台主机。目前世界上最复杂的最大的网络就是国际互联网即因特网（Internet）。这些计算机可处在不同的地理位置，小到一个房间，大至可在全球范围内。网络中的各计算机具有独立功能，即没有主从关系，一台计算机的启动、运行和停止不受其他计算机的控制。 （2）网络中的各计算机进行相互通信，需要有一条通道（信道），即网络传输介质，它可以是有线的（如双绞线、同轴电缆和光纤等），也可以是无线的（如激光、微波和通信卫星等），通信设备是在计算机与通信线路之间按照一定通信协议传输数据的设备。网络内的计算机通过一定的互联设备与通信技术连接在一起，通信

3、技术为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段。因此，网络中的计算机之间能够互相进行通信。 （3）网络中的各计算机之间交换信息和资源共享，必须在完善的网络协议和软件支持下才能实现。（4）资源共享是指网络中的计算机都可以使用其它各计算机系统提供的资源，包括硬件、软件和数据信息等。 计算机网络的组成与结构计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能。早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为资源子网和通信子网两个部分：资源子网负责数据处理的主计算机与终端；通信子网负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路。 网络基本组成 从网络系统基本组成讲，一个计算机网络主要分成计算机系统、数据通信设备

4、、网络软件及协议三大部分；而从系统功能讲，一个计算机网络又可分为资源子网和通信子网两大部分。（1）计算机系统 计算机系统是网络的基本模块，主要完成数据信息的收集、存储、处理和输出任务，并提供各种网络资源。计算机系统根据在网络中的用途可分为服务器和客户机。（2）数据通信设备 数据通信系统是连接网络基本模块的桥梁，它提供各种连接技术和信息交换技术，主要由通信控制处理机、传输介质和网络连接设备等组成。（3）网络软件 网络软件一般包括网络操作系统、网络协议、通信软件以及管理和服务软件等。 从计算机网络的系统功能来看，主要完成两种功能，即网络通信和资源共享。把计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的

5、集合称为通信子网，而把网络中实现资源共享的设备和软件的集合称为资源子网。 通信子网主要负责全网的数据通信，为网络用户提供数据传输、转接、加工和变换等通信处理工作，它主要包括通信线路、网络连接设备、网络通信协议、通信控制软件等。 资源子网主要负责全网的信息处理，为网络用户提供网络服务和资源共享功能等，它主要包括网络中所有的主计算机、I/O设备、终端、各种网络协议、网络软件和数据库等。 资源子网和通信子网两个部分的结构示意图 资源子网的概念资源子网的组成 主机 终端 终端控制器 外设 软件资源 信息资源主机（host） 大型机、中型机、小型机、工作站或微机 终端（terminal） 用户访问网络的

6、界面; 终端可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理机的智能终端; 终端可以通过主机连入网内，也可以通过终端控制器、报文分组组装与拆卸装置或通信控制处理机连入网内。通信子网的概念 通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务； 通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点；通信控制处理机作为与资源子网的主机、终端的连接的接口，将主机和终端连入网内；通信控制处理机作为通信子网中的分组存储转发结点，完成分组的接收、校验、存储、转发等功能；早期的ARPA net中，承担通信控制处理机功能的设备是接口报文处理机（interface message p

7、rocessor，IMP）。 网络类型 计算机网络分类的方法很多，按照计算机网络覆盖的地理范围来进行分类一般可分为：局域网、城域网和广域网。各类计算机网络的特征参数见下表 网络分类 缩写 分布距离约 计算机位于同一 传输速度范围 局域网 LAN 10m 100m 1km 房间 建筑物 校园 4Mbps10Gbps 城域网 MAN 10km 城市50Kbps100Mbps 广域网 WAN 100km 国家9.6Kbps45Mbps 互联网 INTERNET 1000km 全球（1）局域网（Local Area Network简写LAN） 局域网的覆盖范围一般为几千米以内，属于一个部门、单位或学校

8、组建的小范围网。通信线路一般采用有线传输介质，如光纤、电缆和双绞线。其主要特点是信号的传输速度快、误码率低，网络的建造周期短、使用灵活。局域网可以专为一个企业、学校或公司服务，即属于某个组织完全拥有。局域网一般无须租用电话线，而使用专门建立的数据通信线路。局域网易于建立、管理方便，可以随时扩充，因此发展很快，得到了广泛的应用。局域网的技术特点覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求；提供高数据传输速率（10Mb/s10Gb/s）、低误码率的高质量数据传输环境；一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；从介质访问控制方法的角度，局

9、域网可分为共 享介质式局域网与交换式局域网两类。局域网的应用领域个人计算机局域网大型计算设备群的后端网络存储区域网络办公室与实验室的网络企业与学校的主干网 （2）城域网（Metropolitan Area Network，简写MAN） 城域网处于局域网和广域网之间，覆盖范围为几千米至几十千米，可作为多个单位或一个城市组建的计算机高速网络，因此称为城域网。城域网的主要功能是为连入网络的企业、机关、公司和社会单位提供通信、数据传输，以及声音、图像的集成服务。 城域网的技术特点城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络；城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的

10、需求；实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能；城域网在技术上与局域网相似。（3）广域网（Wide Area Network，简写WAN） 广域网又称远程网，是一种远距离的计算机网络。其覆盖范围远大于局域网和城域网，通常可以覆盖一个省、一个国家或一个洲，可以从几十千米到几千千米。由于距离遥远，信道的建设费用很高，因此很少像局域网一样铺设自己的专用信道，而是租用（或借用）电信通信部门的通信线路，如长途电话线、光缆通道、微波与卫星通道等。 世界上最大的广域网是国际互联网（Internet），又称因特网，是一个跨越全球的计算机互联网络。它以开放的连接方式将各个国家、各个地区、各个

11、机构，分布在世界每个角落的各种局域网、城域网和广域网连接起来，组成全球最大的计算机通信网络。它遵守TCPIP网络协议，以实现相互通信、资源共享。4、网络功能 计算机网络发展迅猛，具有许多单机根本无法实现的功能，归纳总结如下： （1）数据通信 （2）资源共享 （3）均衡使用网络资源 （4）分布处理 （5）数据信息的综合处理 （6）提高计算机的安全可靠性5、发展过程 随着计算机的广泛使用，计算机之间联网成为计算机发展的必然趋势，计算机网络从形成、发展到广泛应用大致经历了以下几个阶段： 第一阶段：远程终端联机阶段。 第二阶段：计算机网络阶段。 第三阶段：计算机网络互联阶段。 第四阶段：信息高速公路阶

12、段。第一阶段：20世纪50年代 数据通信技术的研究与发展第二阶段：20世纪60年代 ARPAnet与分组交换技术的研究与发展第三阶段：20世纪70年代 网络体系结构与协议标准化的研究 广域网、局域网与分组交换技术的研究与应用第四阶段：20世纪90年代 Internet技术的广泛应用 网络计算技术的研究与发展 宽带城域网与接入网技术的研究与发展 网络与信息安全技术的研究与发展 计算机网络拓扑的定义拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来。拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究了点、线、面之间的关系;计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表

13、示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系;计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型; 拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。拓朴结构(Topology) 网络的拓朴结构是指网络中计算机及其它设备的连接关系。拓朴结构隐去了网络的具体物理特性（如距离、位置等）而抽象出节点之间的关系加以研究。四种主要的拓朴结构为：星型、总线型、环型、网格型。 计算机网络拓扑的定义拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来。拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究了点、线、面之间的关系;计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网

14、络中各实体间的结构关系;计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型; 拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。（1）星型拓扑 星型结构以中央节点为中心，用单独的线路使中央节点与其它各站点直接相连。（2）总线型拓朴 总线型拓朴结构采用单根传输线缆作为传输介质，即所有的计算机都连接到一条公共传输介质（或称总线）上。任何一个站点发送的信号都可以沿着介质双向传播，而且能被其他所有站接收（广播方式）。 （3）环型拓朴 环型拓朴结构的特点是计算机相互连接而形成一个环。实际上，参与连接的不是计算机本身而是环接口，计算机连接环接口，环接口又逐段连接起来而形成环。 （4）网格型拓朴 真正的网格型网络

15、使用单独的电缆将网络上的设备两两相接，从而提供了直接的通信途径，不采用路由，报文直接从发送端送到接收端。 网络计算研究与应用的发展 网络计算的基本概念移动计算网络的研究与应用网络多媒体计算的研究与应用网络并行计算的研究与应用存储区域网络的研究与应用 “计算”这个词在不同的时代有不同的内涵；20世纪初，图灵设计的第一个理论计算机模型和第一台电子计算机ENIAC问世，从那时以来，人类开始进入了计算机计算时代；需求和计算机能力迅速交替上升,而每一次计算能力的重大进步都会对科学和人类生活带来重大的影响；电子邮件、Web服务、电子商务与IP电话己给我们的生活带来了很多变化，但是这仅仅是一个开始；网络带宽

16、迅速地增长，软件越来越丰富，网络用户数与日剧增，人们的生活、学习和工作将离不开网络， 21世纪人类将进入的网络计算时代； 网络时代的“计算”已经有了更为广泛的含义；网络将被看作是最强有力的超级计算环境，它包含了丰富的计算、数据、存储、传输等各类资源，用户可以在任何地方登录，处理以前不能完成的问题；人们可以在不同的地点，很多人共同完成大型的科学计算和工程设计；学生可以在网上听世界任何一家其他大学知名教授的讲座，查阅全球的数字图书馆的图书、文献；电话、电视机、收音机、空调和家庭安全装置等各种信息家电都可以联入网络，可以用户在异地和移动过程中控制和管理。 移动计算网络的研究与应用 移动计算网络是当前

17、网络领域中一个重要的研究课题；移动计算是将计算机网络和移动通信技术结合起来，为用户提供移动的计算环境和新的计算模式，其作用是在任何时间都能够及时、准确地将有用信息提供给在任何地理位置的用户；移动计算技术可以使用户在汽车、飞机或火车里随时随地办公，从事远程事务处理、现场数据采集、股市行情分析、战场指挥、异地实时控制等。移动计算网络的主要研究内容蜂窝式数字分组数据通信平台的应用 无线局域网的应用 Ad hoc网络的研究与应用 无线应用协议WAP 多媒体网络的研究与应用 多媒体网络的基本概念 通过网络和多媒体技术的结合，参与者与计算机组成了一个统一的虚拟环境。在网络多媒体系统所提供的虚拟空间中，多台

18、计算机及其用户通过网络构成一个分布式交互仿真环境;多媒体网络需要支持多媒体传输所需要的交互性与实时性要求;典型的网络多媒体系统有网络视频会议系统、分布式多媒体交互仿真系统、远程教学系统与远程医疗系统。多媒体网络应用对数据通信的要求 高传输带宽要求；不同类型的数据对传输的要求不同； 网络中的多媒体流传输的连续性与实时性要求； 网络中多媒体数据传输的低时延要求； 网络中的多媒体传输同步要求； 网络中的多媒体的多方参与通信的特点。 传统网络对多媒体应用的不适应及解决的思路 改进传统网络的方法主要是： 增大带宽； 改进协议。增大带宽的主要方法是： 增大传输介质的带宽； 提高路由器性能。 改进协议： 改

19、进协议最直接有效的方法是支持IP多播通信； 支持多媒体网络QoS的协议之一是资源预留协议(resource reservation protocol，RSVP) ；区分服务DiffServ是根据每一类服务进行控制； 多协议标识交换(multi protocol label switching，MPLS)技术的提出主要是为了更好地将IP协议与ATM高速交换技术结合起来，实现IP分组的快速交换； 网络并行计算的研究与应用 基于网络的并行计算：机群计算（cluster computing）工作站网络（network of workstation）可扩展的计算（scalable computing）元

20、计算（metacomputing）机群计算机群计算是采用高速网络连接一组工作站或微机组成一个机群，或在通用网上寻找一组空闲处理机形成一个动态的虚拟机群，在中间件管理控制下提供具有很高性价比的高性能计算服务 ； 机群系统主要包括下列组件： 高性能的计算结点机（PC或工作站）； 具有较强网络功能的微内核操作系统； 高性能的局域网系统； 高速传输协议和服务； 中间件与并行程序设计环境； 编译器和语言等。网格计算网格计算被定义为一个广域范围的无缝的集成和协同计算环境；网格计算不仅提供利用超级计算能力与环境，还是一种基础组织。它把各种其他类远程资源和设备组织成统一的整体，这些设备包括从传感器到数据源、从

21、超级计算机到个人数字设备等广泛的领域，对用户提供最普遍的服务；网格计算包括分布式计算、高吞吐量计算、协同工程和数据查询等多种功能。它也可理解为一种把广义的各类资源（包括机群系统）综合起来的超级机群；网格计算的应用包括： 桌面超级计算、智能设备、协同环境与分布式并行计算。桌面超级计算可以将普通桌面用户和超级计算中心、大型数据库连接起来，用户可以不受距离限制使用这些计算能力；智能设备可以连接用户和大量的、分布的、远程的智能设备，如显微镜、望远镜、传感器、卫星设备等，进行实时处理和远程操作等；协同环境可以连接多个虚拟环境使不同位置的用户能进行交互、仿真。 存储区域网络的研究与应用 Internet与

22、存储技术的结合，数据存储数量的剧增和对数据高效管理的要求导致了存储区域网络（storage area network，SAN）和网络连接存储（network attached storage，NAS）的出现；网络存储一个重要的发展趋势是存储服务提供商(storage services provider，SSP)的出现；SSP将提供Internet存储服务和资源 。数据通信基础知识基本概念 数据通信基础理论传输介质多路复用数据交换技术基本概念1、信号信号是数据的电子或电磁编码。信号可分为模拟信号和数字信号。模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波；数字信号则是一系列离散的电脉冲。 可以互相转

23、化。2、信号频率f 信号每秒钟振动的次数，记作 f，单位为Hz.3、信道：传送信号的介质。信号传输速率B - 每秒传输的码元数，单位为波特，记作 Baud。计算公式: B=1/T (Baud) . 式中 T为信号码元的宽度，单位为秒 信号传输速率也称波特率。数据传输速率R -每秒传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps。计算公式: R=1/T * log 2 N (bps). 式中 T为一个码元信号的宽度，单位为秒； N为对一个码元编码采样的离散值的个数； log 2 N为每个码元的bit数。数据传输速率也称比特率。4、波特率与比特率t码元1码元2码元3码元4码元5信号 码元（Code

24、cell）：时间轴上一个信号的编码单元。T例：脉冲编码采样return假设信号的幅度为：- 0.90.7,采样后用8个值对采样结果进行量化，量化间隔为：(0.7+0.9)/8 = 0.2, 可用3 - 4 对信号进行量化，8个数可用3bit二进制进行编码。0.7-0.9波特率与比特率的关系由 、式得： R = B*log2 N(bps) .或B = R / log2 N(Baud).例采用四相调制方式，即N=4，且一个数字脉冲信号的宽度T=833x10-6秒,则：（1） f = 1/（833*10-6 ）= 1200 Hz （2）R=1/T*log2N=1/(833x10-6)*log24=2

25、400 (bps)（3）B=1/T=1/(833x10-6)=1200 (Baud)* 4、信道容量（信道最大数据传输速率）信道容量：一个信道的最大数据传输速率，单位：位/秒(bps)信道容量与数据传输速率的区别：信道容量表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限；数据传输速率是实际的数据传输速率。像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。影响信道容量的主要因素是噪音。Nyquist证明，无噪声下的信道的最大信号传输速率Rmax与信道带宽B的关系，即奈奎斯特-无噪信道容量公式：Rmax=2*B*log2N (bps).式中 B为信道的带宽，单位为Hz； N为对一个码元抽样的离散值个

26、数。说明在无噪声的理想条件下，信道的容量与采样量化从正比。例2 普通电话线路带宽约3kHz，若码元抽样的离散值个数N=16，则最大数据传输速率：Rmax=2*3k*log216=24kbps。(1)无噪声下的信道容量（奈奎斯特定理） N 最大数据率 2 6000 b/s 4 12000 b/s 8 18000 b/s16 24000 b/s32 30000 b/s(2)有噪声下的信道容量（山农定理）Shannon证明，对于带宽为B，信噪比为S/N的有噪声信道，其最大数据传输率Rmax为Rmax = B*log 2 (1 + S/N) (bps) . 其中S/N为信号功率与噪声功率的比，称为信噪

27、比(Signal-to-Noise Ratio)；我们一般使用数值10*log10S/N -分贝(dB)来表示信噪比。例3已知信噪比为30dB，带宽为3kHz，求信道的最大数据传输速率。 10log10(S/N)=30 S/N=10(30/10)=1000 Rmax=3k log2(1+1000)30kbpsS/N是一个符号Nyquist公式和Shannon公式的比较C = 2B log2N用于理想信道数据传输率随信号抽样的离散值个数增加而增加。C = B log2（1+S/N）用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！）无论信号抽样的离散值个数增加到多少，此公式给出了有噪声信道可能达到的最大数据

28、传输速率上限。原因：噪声的存在将使抽样的离散值个数不可能无限增加。5. 误码率-二进制数据位传输时出错的概率它是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。在计算机网络中，一般要求误码率低于10-6，若误码率达不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。误码率公式：Pe=Ne/N .(7)式中 Ne为其中出错的位数； N 为传输的数据总数。6. 数据传输方式单/双工通信单/双向传输单工：数据单向传输（例：无线电广播）半双工：数据可以双向交替传输，但不能在同一时刻双向传输（例：对讲机）全双工：数据可以双向同时传输（例：电话）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

29、个信道，分别用于不同方向的信号传输。传输介质有线介质双绞线同轴电缆光纤无线介质无线电微波（大地微波、卫星微波）红外线（毫米波）激光双绞线双绞线(TP)-由螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成。屏蔽双绞线STP（IBM）Type 1或Type 2非屏蔽双绞线UTP（ EIA/TIA）Cat 1 :一对线组成，用作电话线,9600bps；Cat 2 :一对线组成，用作ISDN或T1/E1线路1.54MbpsCat 3 :四对线组成，用作10Mbps或100Mbps以太网；Cat 5 :四对线组成，用作100Mbps以太网；特点距离短：100m5000m，传输容量：100Mbps以内；价格便宜; 低频(

30、10kHz以下)抗干扰性能强于同轴电缆，高频(10-100kHz)抗干扰性能弱于同轴电缆。 双绞线的连接标准色彩标记和连接方法：直连线：PC/路由器-交换机/HUB、HUB-HUB(级连端口)交叉线：交换机-交换机、PC-PC、HUB-HUB(标准端口)线对色彩码1白蓝，蓝2白橙，橙3白绿，绿4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉线EIA-568B直连线EIA-568A同轴电缆铜芯绝缘层外导体屏蔽层保护套基带电缆粗缆非中继传输距离10kmRmax=10 Mbps细缆（便宜的同轴电缆）非中继传输距离185米Rmax=10 Mbps宽带电缆非中继传输距离10

31、0kmRmax= 900Mbps传有线电视光纤光纤-由能传导光波的石英玻璃纤维外加保护层构成的 。带宽频率范围：50 T Hz数据传输率：100 Gbps实际使用：10Gbps,原因：光/电、电/光转换的速度跟不上;光电子技术/光子技术通过光纤中光的波长0.85m / 1.3m / 1.55 m光纤及光缆构成玻璃封套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳单芯光缆多芯光缆单模光纤和多模光纤多模光纤（multi-mode fiber）内芯直径稍大,其中有多个光沿不同的方向同时传播。直径为62.5m使用普通发光二极管作为光源波长为0.85um中继距离2公里单模光纤（single-mode fi

32、ber）内芯直径较小，与光的波长接近，光沿同一方向传播。直径为810m使用激光源,波长为1.55um中继距离100公里激光器光检波器单束光线沿直线传播多束光线以不同的反射角传播激光器包层折射率低纤芯折射率高亮度调制光检波器光纤的特点优点高带宽、高数据传输率抗电磁干扰强，数据传输安全、可靠抗腐蚀衰减小缺点单向传输光纤接口价格昂贵工艺复杂、安装技术复杂无线介质无线介质是指信号通过空气传输，信号不被约束在一物理导体内无线介质主要包括无线电波微波（地面微波、卫星微波）红外线、激光（1）无线电波无线电通信就是利用地面发射的无线电波通过电离层的反射而到达接收端的一种远距离通信方式。无线电通信使用的频率一般

33、在3MHz 至1GHz。无线电波的传播特性与频率有关。在低频上，无线电波能轻易地绕过一般障碍物，但其能量随着传播距离的增大而急剧递减。在高频上，无线电波趋于直线传播并易受障碍物的阻挡，还会被雨水吸收。(2) 微波对于频率在100MHz以上的无线电波，其能量将集中于一点并沿直线传播，这就是微波。微波通信是利用无线电波在对流层的视距范围内进行信息传输的一种通信方式，它使用的频率范围一般在1GHz至20GHz左右。由于微波只能沿直线传播，所以微波的发射天线和接收天线必须精确对准，而且每隔一段距离就需要一个中继站。中继站之间的距离与微波塔的高度成正比例。对于100m高的微波塔，中继站之间的距离可以达到

34、80km。 地面微波-通过地面站之间接力传送-接力站之间距离：50 -100 km-速率：每信道 45 Mb/s地球地面站之间的直视线路 微波传送塔35,784公里地球 地球同步卫星-与地面站相对固定位置-使用3颗卫星即可覆盖全球-传输延迟时间长（270ms）-广播式传输-应用领域： 电视传输、长途电话、专用网络、 广域网 常用传输介质的比较传输介质传输方式速率/工作频带传输距离性能价格应用双绞线宽带基带1Gb/s模拟: 10km数字: 500m较好低模拟/数字信号传输50同轴电缆基带10Mb/s3km较好较低基带数字信号75同轴电缆宽带450MHz100km较好较低模拟电视、数据及音频光纤基

35、带40Gb/s20km以上很好较高远距离高速数据传输微波宽带4-6GHz几百km好中等远程通信卫星宽带1-10GHz18000km很好高远程通信多路复用 多路复用技术就是在一个信道上同时传输多个信号的技术。 频分多路复用FDM(Frequency Division Multiplexing)主干线路的频带被划分为若干逻辑信道，每个用户独占某些频段；调频广播以及有线电视。波分多路复用WDM(Wave Division Multiplexing)FDM在光纤介质中的应用；时分多路复用TDM(Time Division Multiplexing）每个用户轮流瞬间地占有主干线路的整个带宽；在数字通信系

36、统中，对主干线路的多路复用只能采用TDM，因为数字信号的频谱有可能占居整个信道带宽。DEMUX复用器解复用器共享信道MUX信源信宿（1） FDM 上大课，讲小话（2） WDM（3） TDM例如：电话的带宽为4KHZ，每秒进行8000次采样即可还原信号，即采样周期为：T=1/8000 = 125us；如用8bit来表示每个采样值，则一路电话需要8*8K=64Kbps 的数据传输率；如要传24路电话，则要求信道数据传输率为24*64Kbps=1.544Mbps；在一个采样周期T =125us 内要传输 8*24 +1 = 193 bit 。数据交换技术电路交换(Circuit Switching)

37、传统电话网报文交换(Message Switching)电报系统分组交换(Packet Switching)X.25网(1)电路交换原理传输双方在数据传输之前要建立一条物理电路（可以是真正的物理线路，也可以是一个复用信道），该物理电路一直保持到双方通信结束后才释放。特点建立物理电路所需的时间比较长；建立连接后，传输延迟小，主要的延迟是物理信号的传播延迟；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；电路的带宽是预先分配的，通信过程中固定不变；不会发生数据传输冲突；无纠错机制；不适用于计算机通信：因为计算机数据具有突发性的特点，真正传输数据的时间不到10%。(2)报文交换原理报文交换不事先建立电路，当发

38、送方有数据要发送时，它把要发送的数据当作一个整体交给中间交换设备，中间交换设备先将报文存储起来，然后选择一条合适的输出线将数据转发给下一个中间交换设备，直到将数据发送到目的结点。这种数据传输技术称为存储-转发。 特点没有建立和拆除连接所需的等待时间，线路利用率高；报文大小不一，造成存储管理复杂；大报文转发可能会长时间占用线路，导致报文在中间结点的延迟非常大，导致吞吐率低，不适合交互式通信；如果报文丢失或出错，需全部重传。(3)分组交换原理是报文交换技术的改进；将用户的数据划分成若干个分组(packet)，而且分组的大小有严格的上限，这样使得分组可以被缓存在交换设备的内存而不是磁盘中；对于每个分

39、组，按存储-转发的机制发给下一站直到目的地；有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择功能。特点对转发结点的存储要求较低，可以用内存来缓冲分组速度快；转发延时小适用于交互式通信；某个分组出错可以仅重发出错的分组效率高；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。实现方式数据报(Datagram)每个Packet单独寻址，IP数据报虚电路(Virtual Circuit)在传输双方先建立一条虚电路，所有Packet沿着同一条虚电路到达目的地：X.25/FR/ATM电路交换和分组交换的比较带宽分配电路交换技术静态预留线路带宽（物理电路）；而分组交换技术动态申

40、请和释放线路、带宽（虚电路）。透明性电路交换是完全透明的。发送方和接收方可以使用任何速率(当然是在物理线路支持的范围内)、帧格式来进行数据通信。而在分组交换中，发送方和接收方按一定的数据速率和帧格式进行通信。计费方式在电路交换中，通信费用取决于通话时间和距离，而与通话量无关；而在分组交换中，通信费用主要按通信流量(如字节数)来计算，适当考虑通话时间和距离。2、数据编码技术 编码是将模拟数据或数字数据变换成数字信号，以便于数据的传输和处理。信号必须进行编码，使得与传输介质相适应。在数据传输系统中，主要采用如下三种数据编码技术：即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

41、码。 （1）数字数据的模拟信号编码移幅键控法ASK ：是用载波频率的两个不同振幅来表示两个二进制值。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值。移频键控法FSK ：是用载波频率附近的两个不同频率来表示两个二进制值。这种调制方式不易受干扰的影响，比ASK方式的编码效率高。移相键控法PSK：是用载波信号的相位移动来表示二进制数据。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。 （2）数字数据的数字信号编码 不归零制编码 曼彻斯特编码 差动曼彻斯特编码 （3） 模拟数据的数字信号编码-脉冲编码调制 采样定理指出： 如果在规则的时间间隔内，以高于两倍最高

42、有效信号频率的速率对信号f(t)进行采样的话，那么，这些采样值就包含了原始信号的全部信息。利用低通滤波器可以从这些采样中重新构造出函数f(t)。3、数据传输类型（1）基带传输 在数据通信中，用典型的矩形脉冲表示二进制数据信号。将矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带（简称基带）。矩形脉冲信号就叫做基带信号。在通道上直接传输基带信号的方法称为基带传输。（2）频带传输 频带传输是指利用模拟通信信道传输数字信号的方法。由于电话网是用于传输语音信号的模拟通信信道，并且是目前覆盖面最广的一种通信方式，为利用电话交换网实现计算机之间的数字信号传输，必须将数字信号转换成模拟信号。为此，要在发送端选取音频范围的某

43、一频率的正（余）弦模拟信号作为载波，用它运载所要传输的信号，通过电话信道将其送到另一端；在接收端再将数字信号从载波上取出来，恢复为原来的信号波形。 4、数据传输方式（1）异步传输 异步传输是以字符为单位的数据传输。 （2）同步传输 同步传输是以数据块为单位的数据传输。每个数据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，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。5、数据交换技术 在网络中常常要通过中间节点把数据从源站点发送到目的站点，以此实现通信。这些中间节点并不关心数据内容，它的目的只提供一个交换设备，把数据从一个节点传向另一个节点，直至达到目的地。

44、（1）线路交换（Circuit Switching） 线路建立阶段 数据传送阶段 线路拆除阶段（2）报文交换（Message Switching） 报文交换是网络通信的另一种完全不同的方法。在这种交换方式中，两个工作站之间无需建立专用的通路。相反，如果一个工作站想要发送报文，就把目的地址添加在报文中一起发送出去。该报文将在网络上从一个节点被传送到另一个节点。在每个节点中，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。（3）分组交换（Packet Switching） 数据报（Datagram） 虚电路（Virtual Circuit）（4）三种数据交换技术比较线路交换：在数据传送开始之前必须建立一条完全的通路；在线路释放之前，该通路将被一对用户完全占用。对于猝发式通信线路的利用率不高。报文交换：报文从源站点传送到目的地采用存储转发方式。在传送报文时，同时只占一段通道；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。分组交换：报文被分成分组进行传输，并规定了最大的分组长度。在数据报方式中，目的站需要重新组装报文。分组交换技术是网络中使用最为广泛的一种交换技术。局域网采用的是分组交换技术。