网络与通讯基础

1、网络与通讯基础一、基本概念 1.总线协议 管理主、从设备使用总线的规则称为”总线协议” (网络协议 - ) 2. 总线及总线段 (1) 总线 遵从同一技术规范和操作方式的信息传输 (2) 总线段 一组设备通过总线连在一起称为总线段.多个总线段互联组成网络 总线段1 3.总线主设备 发起信息传输的设备称为主设备. (在物理上不分主设备,在逻辑上分)4. 总线从设备 对总线信息进行接收,查询的设备称为总线从设备. 5. 总线操作 主、从设备完成一次连接 、数据传送、脱开操作称为 一次总线操作。6.总线仲裁 总线设备使用总线的管理规则，决定哪一个主设备是下一个占有总线的设备。 总线在传输信息操作的过

2、程中,有时会发生冲突,为解决这种冲突,就需要对总线占有权进行仲裁。27.出错检测 在总线上传送信息时,会因噪声和干扰而出错,因此在总线传输过程中要有检出传输数据错误的方法 侦错: 奇偶校验,CRC校验 纠错: ECC校验8. 总线容错 容错设计: 设备在总线上传送信息出错时 ,如何减少故障对系统的 影响。 （1）如何将故障分离或关闭。 （2）如何启用备用路径。 （3）如何启用备用设备。3二、通信系统简介2.1通信系统组成信息源编码调制传输介质解调解码信的4 2.2 数据编码 (1) 模拟数据编码 调幅ASK调频FSK调相PSK1 10 01ASKFSKPSK5(2)数字编码A。编码的意义:解决

3、数据频带和同步的问题B。曼彻斯特编码: a.前半周期位的反码 b. 后半周期位的原码特点:(1)每一位数据都有一时钟信息，解决数据同步问题。(2) 若是全”1”和全”0”,数据不存在”直流”现象。数据时钟编码10 0 1 0 1 0 1 1 62.3 网络拓扑结构 局域网 (1) 距离在10公里以内 (2)传输速率在0.1-10Mbps,误码率低于 10E-8 。 (3)传输介质:双绞线,同轴电缆,电话线。 网络拓扑: 优化网络结构,减少节点, 缩短通信距离。1.星形拓扑 (1)任何站通讯都通过中心站。中心站要维持多路并行通讯,所以结构复杂。 (2) 对端站性能要求低。 (3) 端站无多机通讯

4、要求。 (4) 适合通讯速率低,端站密集场合。中心站端站72.环形拓扑 端站连接站连结站:接收、存储、转发。优点: 链路单向,可采用光纤缺点: 一个节点故障会引起全网故障。环形网存在冲突问题。 解决方法令牌收到令牌的站有权发送数据。83.总线拓扑(1) 一个站发送,其他站可同时接收(适用广播式)(2) 总线无方向，简单可靠。(3) 由仲裁机制决定哪个站使用总线。优点: A.增减站点方便。 B.总线没有处理功能,简单可靠。 总线94.树形拓扑适合主次分等级的网络系统故障点容易隔离不适合最终端点间频繁通信HUB根102.4 网络传输介质1.介质的性能要求 (1)物理性能要求 传输介质的物理结构描述

5、(双绞线,光纤,同轴电缆) (2)传输特性 传输介质允许传送数字或模拟信号的传输容量,传输频率范围。 (3)连通特性 点对点,点对多点的连接性能。 (4)抗干扰性 传输介质防止噪声与电磁干扰对传输的影响。 112.各种介质及其主要特性 (1) 双绞线 a.物理性 一对双绞线只能作一条通信线路,双绞线的目的是减少各线间的电磁干扰。 b.传输性 带宽可达 268kHz c.连通性 可以点对点,也可以多点连接。 d. 抗干扰性 低频时抗干扰能力相当于同轴电缆,高频时(10-100kHz低于同轴电缆。保护层屏蔽层双绞线12(2) 同轴电缆 a.物理性 内导体 绝缘层 外导体 保护层 b.传输特性 基带

6、同轴:数字信号 10M bps 。 宽带同轴:频分多路复用 400Mbps 。 c. 连通性 支持点对点,也支持多点连接。 d.抗干扰性 抗干扰性较强。13(3)光纤 a.物理特性 光纤 包层 保护层 光导介质 50-100 um b.传输性 光纤传输速率可达几千Mbps c.连通性 :连通性不好,只能点对点。 d.抗干扰性 :抗干扰性强,保密性好。光纤芯包层电光转换光电转换光纤输入输出保护层142.5 介质访问控制方式 介质访问方式 a. 随机访问方式(总线争用) b. 控制访问方式(令牌总线)CSMA/CD 方式 (载波监听/冲突检测) 原则: 先听后讲,冲突退避。 工作过程: a.每个

7、工作站在发送信息前,先监听传输线是否 忙。 b. 若介质空闲,则发送信息,若忙则等待。 *等待时间短,优先级高,等待的三种方式。 (1) 不坚持CSMA 介质空闲则发送信息,若忙则等待一个随机时间再试。 缺点: 介质有空闲时间。 A B15(2)1_坚持CSMA a.介质空闲则发送信息 b.若介质忙,继续监听,直到介质空闲立即发送。 c.若冲突,则等待随机时间再试。(3) P_坚持CSMA 若介质空闲则以P概率发送,以(1-P)概率延迟时间发送。 若介质忙则监听。 这种方式:越忙越乱2. 令牌访问控制 原则:a.有序传递介质访问权(令牌) b.得到令牌的站,有数据则发送,无数据则将令牌下传。t

8、1t2 #1 #2 #3 #4162.6 差错控制1. 检错与纠错 检错:发现接收是误码. 纠错:发现并纠正错误.基本思想: a. 使报文含有发现差错的冗余信息。 b. 使报文带有足够的冗余信息,在接收端发现并纠正错误。2. CRC 校验 (Cyclie Redundancy Check ) (1)原理:设发送数据为二进制多项式f(x) 例.设二进制数为 1011001011,二进制多项式为17计算 G(x) : 特征多项式, Q(x):商, R(x):余数检错方法: a.双方约定G(x) b.将f(x)和R(x)一起发送 c.在接收端计算 =0 接收正确 接收错误(2)方法: (a) 将 余

9、数18k为特征多项式G(x)的最高次幂(b) R(x)为余数多项式(c) 将 发送(d) 在接收端计算 余数 =0 数据正确 0 数据错误说明: a. CRC只对余数感兴趣 b. CRC一般由硬件完成 同余法则: 加法不进位,减法不借位 异或 异或: 相同为0, 不同为 119例: a).发送数据 110011 b). 特征多项式 11001 c). K=4 d). e).发送数据 = 1100111001 f). 接收端接收的数据 1100111001 g).数据恢复 k =4 向右移4位 f(x)=110011 20说明: a. CRC校验增加R(x)的传输时间 b. G(x) 国际标准

10、CRC-12 CRC-16 c. CRC检错能力 . 能检出全部单个错误 .能检出全部离散的二位错误 .能检出全部奇数个错误 212.7开放系统互连参考模型(OSI) (Open System Interconnextion)目的:使各厂商开发的不同网络实现互连 方法: 制定一个公开系统规范及实现方法标准:OSI 参考模型版本: 国际标准 ISO7498 1983年2.7.1 OSI 参考模型(分层模型)1.基本思想 (1).强调对OSI标准的遵从,保证相关标准的一致性和兼容性。 (2).不强调具体的互连技术和手段的统一性和开放性。网络分层: a).各层相对独立 b).各层间交互通过接口 c)

11、.高层直接使用低层提供的服务来实现本层的功能。222. OSI结构应用层表示层物理层会话层传输层物理层网络层链路层链路层网络层传输层会话层表示层应用层7654321路由器网关网桥 1-3 层功能称为低层功能 - 通信传送功能 4-7 层功能称为高层功能 - 通信处理功能232.7.2 物理层协议 1.物理层的功能和特性 (1) 机械特性: 连接器的尺寸,结构,引排列 (2) 电器特性:信号电平,驱动能力,阻抗,速率等。 (3)功能特性:信号定义,功能分配 (4)规程特性:信号传输的一组操作过程 2. RS-232 物理接口标准 (1) 机械特性: DB-25 , DB-9连接器. (2)电器特

12、性: a). 逻辑“1” -5 - -15V , 逻辑“0” +5 - +15V b). 速度 20kbps ,距离15m24(3) 功能特性 引脚 2 RXD 、 3 TXD 、 5 GND 、 4 DTE、 7 RTS。(4) 规程特性 DTE准备好 DCE准备就绪RTS请求发送CTS允许发送发送数据接收数据调制解调器RS| 23225 2.7.3 数据链路层协议基本思想: (1) 将数据包分割,封装成数据数据帧。 (2) 针对具体硬件(FIFO)确定数据帧长度。目的: 提高数据传输效率,为上层提供透明无差错服务。物理层链路层物理层链路层起始 地址 控制 数据 校验 结束数据帧数据块n数据

13、包介质26数据链路功能 (1) 将报文分成数据块。 (2) 封装数据帧 (a).加起始、结束标志。 (b).源地址,目的地址。 (c).归属报文,块序号。 (3) 差错控制信息 CRC 校验、异或和、累加和等: (4) 建立数据链路,完成 数据传输。 (5) 拆除数据链路结束通信。272.7.4 网络层协议 目的:以最佳路径通过网络到达目的端. 功能: (1) 提供有效的路由选择. (2) 控制数据流量,防止网络死锁基本思想: 1. 数据报服务(邮政系统) 将数据分成若干组,可以经过不同的路径传送,到达目的的顺序和发送的顺序可以不同. 2.虚电路服务(电话系统) (a). 源和目的建立逻辑通道 (b).有序传输报文 (c).通讯结束,拆除通道.ABCDFEP3P2P1P2P1P3P2P1P1P3P2P1P3P2P3数据报服务28比较: (1) 虚电路:服务质量好,服务费用大,网络适应性差。 (2) 数据报:网络适应性强(网络出现故障和阻塞回自动调整路由)。2.7.5 传输层及高层协议 1.传输层 目的:为源端机到目的机提供可靠的端对端通讯(与具体网络无关) 功能:(1)建立传输连接:网络层成组,将数据块提供给传输层。 (2) 分解报文: 将数据分