电脑网络教程

第1章计算机网络概论【学习目的】1、掌握计算机网络发展阶段、组成及分类；2、掌握计算机网络的拓扑结构类型和信息交换技术及其特点。【重点综述】1.1计算机网络的产生与发展1.1.1计算机网络的产生1、计算机网络是计算机技术和通信技术相互结合、相互渗透形成的一门新兴学科。2、发展的过程：⑴具有远程通信功能的单机系统⑵具有远程通信功能的多机系统⑶具有统一体系结构、国际化标准协议的计算机网络1.1.2计算机网络的发展这里所要讲的计算机网络的发展，系指现代计算机网络的发展。它包括：广域计算机网络、局域计算机网络和国际互联网络的发展。1.广域计算机网络的发展所谓广域计算机网络系指利用远程通信线路组建的计算机网络。简称广域网(WideAreaNetwork，简写为WAN)。广域网络的发展是从ARPANET的诞生开始的。随着计算机应用的不断深入发展，一些规模小的机构甚至个人也有联网需求。这就促使许多国家开始组建公用数据网。早期的公用数据网采用的是模拟通信电话网，进而发展成为新型的数字通信公用数据网。典型的公用数据网有美国的TELENET、日本的DDX、加拿大的DATAPAC等；我国也于1993年和1996年分别开通公用数据网CHINAPAC和CHINADDN。2.局域计算机网络的发展所谓局域计算机网络系指分布于一个部门、一个校园或一栋楼内局部区域的计算机网络，简称局域网或局部网(LocalAreaNetwork，简写为LAN)。局域网的发展是微处理器和微型计算机迅速发展的产物。3.互联网的发展所谓互联网的概念是指低层通信子网之间的互联，是在统一IP（InternetProtocol）网际互联协议的管理下各种局域、城域和广域通信网之间的互联（IP相当于OS/RM网络层协议）。随着广域网和局域网技术的发展和成熟，互联网络已成为计算机网络界新的热点。1.1.3计算机网络系统的发展趋势计算机网络系统的发展趋势。开放性方向发展；一体化方向发展；多媒体网络方向发展；高效、安全的网络管理方向发展；智能化网络方向发展。1.1.4计算机网络对社会信息化发展的影响管理信息化；企业生产自动化；商贸电子化；公众生活服务信息化；军事指挥自动化；网络协同工作；教育现代化；政府上网和电子政府。1.1.5我国计算机网络的发展1．我国公用网的初步建立(1)中国公用分组交换数据网(CHINAPAC)：1989年11月我国第一个公用分组交换网CNPAC(后改为CHINAPAC)通过试运行和验收。(2)中国数字数据网(CHINADDN)：它是我国的高速信息国道。CHINADDN采用三级网络结构，一级为全国骨干网，二级为省内网，三级为本地网。2．我国“三金”工程的建成“三金”工程指“金桥”、“金卡”和“金关”工程。“金桥”工程就是要建设我国社会经济信息平台，即建设国家公用经济信息网。“金桥”工程是“三金”工程的基础。“金卡”工程是指电子货币工程，是银行信用卡支付系统工程。它是金融电子化和商业流通现代化的重要组成部分，将与银行、内贸等部门紧密配合实施。“全关”工程是指国家对外经济贸易信息网工程，当前主要推广电子数据交换（EDI），实现无纸贸易。3．我国Internet的建立20世纪90年代兴起的“信息高速公路”和因特网的发展促进了我国全国范围的互联网的发展，我国开始构建全国范围的公用计算机网络，目前，我国有可以与因特网互连的六个全国范围的互联网，它们是：中国公用计算机互联网CHINANET、中国教育和科研计算机网CERNET、中国科学技术网CSTNET、中国金桥信息网CHINAGBN、中国联通计算机互联网UNINET和中国网络通信有限公司CNC。4.我国计算机网络发展战略的几点思考计算机网络建设与基础信息技术发展的关系；网络基础设施与应用系统建设的关系；中央统筹规划与地方分散建设的关系；独立自主与引进技术的关系。1．2计算机网络的组成1.2.1网络节点1.节点(Node)：也称为“站”，一般是指网络中的计算机，分为访问节点和转接节点两类。转接节点的作用是支持网络的连接性能，它通过所连接的链路转接信息，通常有集中器、信息处理机等。访问节点也简称为端点(Endpoint)，它除具有连接作用外，还可起到信源(Source)和信宿(Sink)(又称为发信点和收信点)的作用，一般包括计算机或终端设备。2．线路(Line)：在两个节点间承载信息流的信道称为线路。线路可以是采用电话线、电缆、光纤等的有线信道，也可以是无线电信道。3．链路（Link）：链路是指从发信点到收信点（即从信源到信宿）的一串节点和线路。链路通信是指端到端的通信。1.2.2网络构型一般说来，在多个节点需要互相连接以构成网络时，希望每一个节点与其他的节点都有直接的点到点通信线路，这种情况称为全连通的网络拓扑。如果有N个节点，就要求网络有N(N一1)／2条全双工的链路，且每一节点上的装置设备要有(N一1)个输入／输出端口。因为系统的成本、安装费用等随着节点数量的平方增长，当N很大时，这显然是不现实的。所以，所有网络都采用全连通的方法是不可行的。1.2.3计算机网络系统的组成1．按系统划分从系统角度上看，计算机网络由硬件系统和软件系统组成。⑴计算机网络硬件系统，包括：主计算机、终端、集中器、前端处理机、通信处理机、通信控制器、线路控制器等等。⑵计算机网络软件系统，它是实现网络功能所不可缺少的软件环境，通常包括：①网络操作系统：它是最主要的网络软件，负责管理网络中各种软硬件资源。②网络通信软件：它实现网络中节点间的通信。③网络协议和协议软件：它通过协议程序实现网络协议功能。④网络管理软件：它用来对网络资源进行管理和维护。⑤网络应用软件：它为用户提供服务，解决某方面的实际应用问题。2．按逻辑划分计算机网络从逻辑结构上可以分成两部分：负责数据处理，向网络用户提供各种网络资源和网络服务的外层用户资源子网和负责数据转发的内层通信子网。二者在功能上各负其责，通过一系列计算机网络协议把二者紧密地结合在一起，共同完成计算机网络工作。用户资源子网专门负责全网的信息处理任务，以实现最大限度地共享全网资源的目标，用户资源子网包括主机及其他信息资源设备。通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分，传输介质可以是架空明线、双绞线、同轴电缆、光导纤维等有线通信线路，也可以是微波、通信卫星等无线通信线路。一般终端与主计算机、终端与节点计算机及集中器之间采用低速通信线路；各计算机之间，包括主计算机与通信处理机及集中器之间采用高速通信线路。节点计算机和高速通信线路组成独立的数据通信系统，承担全网络的数据传输、交换、加工和变换等通信处理工作，即将一个主计算机的输出信息传送给另一台主计算机。1.3计算机网络的分类计算机网络的分类方法可以是多样的，其中最主要的两种方法是：1.3.1根据网络传输技术进行分类网络所采用的传输技术决定了网络的主要技术特点，因此根据网络所采用的传输技术对网络进行分类是一种很重要的方法。在通信技术中，通信信道的类型有两类：广播通信信道与点到点通信信道。1．广播式网络在广播式网络中，所有连网计算机都共享一个公共通信信道。2．点到点式网络与广播式网络相反，在点到点式网络中，每条物理线路连接一对计算机。1.3.2根据网络的覆盖范围进行分类按覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分为以下三类：局域网LAN（LocalAreaNetwork）；城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）；广域网WAN（WideAreaNetwork）。1．局域网LAN局域网用于将有限范围内(如一个实验室、一幢大楼、一个校园)的各种计算机、终端与外部设备互连成网。局域网按照采用的技术、应用范围和协议标准的不同可以分为共享局域网与交换局域网。局域网技术发展迅速，应用日益广泛，是计算机网络中最活跃的领域之一。2．城域网MAN城市地区网络常简称为城域网。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需求，以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。3．广域网WAN广域网也称为远程网。它所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里。广域网覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络。广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。1．4计算机网络的拓扑结构1.4.1计算机网络拓扑的概念计算机网络拓扑是通过网中节点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系。拓扑设计是建设计算机网络的首步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型。1.4.2网络拓扑分类方法在采用点到点线路的通信子网中，每条物理线路连接一对节点。采用点到点线路的通信子网的基本拓扑构型有四类：星型、环型、总线型、树型和网状型。在采用广播信道通信子网中，一个公共的通信信道被多个网络节点共享。采用广播信道通信子网的基本拓扑构型主要有四种：总线型、树型、环型和无线通信与卫星通信型。以下简单介绍点到点线路通信子网的拓扑特点，广播信道通信子网的拓扑特点将在第四章中讨论。1．星型拓扑的主要特点在星型拓扑构型中，节点通过点到点通信线路与中心节点连接。中心节点控制全网的通信，任何两节点之间的通信都要通过中心节点。星型拓扑构型结构筒单，易于实现，便于管理，但是网络的中心节点是全网可靠性的瓶颈，中心节点的故障可能造成全网瘫痪。2．环型拓扑的主要特点在环型拓扑构型中，节点通过点到点通信线路连接成闭合环路。环中数据将沿一个方向逐站传送。环型拓扑结构简单，传输延时确定，但是环中每个节点与连接节点之间的通信线路都会成为网络可靠性的瓶颈。环中任何一个节点出现线路故障，都可能造成网络瘫痪。为保证环的正常工作，需要较复杂的环维护处理。环节点的加入和撤出过程都比较复杂。3．树型拓扑的主要特点树型拓扑构型可以看成是星型拓扑的扩展。在树型拓扑构型中，节点按层次进行连接，信息交换主要在上、下节点之间进行，相邻及同层节点之间一般不进行数据交换或数据交换量小。树型拓扑可以看成是星型拓扑的一种扩展。树型拓扑网络适用于汇集信息的应用要求。4．网状型拓扑的主要特点网状拓扑构型又称做无规则型。在网状拓扑构型中，节点之间的连接是任意的，没有规律。网状拓扑的主要优点是系统可靠性高，但是结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法。目前实际存在与使用的广域网，基本上都是采用网状拓扑构型的。1.5信息交换技术通常使用的数据交换技术有三种：线路交换、报文交换、分组交换。1.5.1线路交换使用线路交换(CircuitSwitching)方式，就是通过网络中的节点在两个站之间建立一条专用的通信线路。最普通的线路交换例子是电话系统。通过线路交换进行通信，指的是在两个站之间有一个实际的物理连接。这种连接是节点之间的连接序列。在每条线路上，通道专用于连接。线路交换方式的通信包括三种状态。1．线路建立：在传输任何数据之前，都必须建立端到端(站到站)的线路。2．数据传送：所传输的数据可以是数字的也可以是模拟的。3．线路拆除：在某个数据传送周期结束以后，就要结束连接，通常由两个站中的一个来完成这个动作。1.5.2报文交换另一种网络通信的方法是报文交换(MessageSwitching)。在报文交换中不需要在两个站之间建立一条专用通路。相反，如果一个站想要发送一个报文(信息的一个逻辑单位)，它把一个目的地址附加在报文上。然后把报文通过网络从节点到节点。在每个节点中，接收整个报文，暂存这个报文，然后发送到下一个节点。这种方法比线路交换有以下优点：1）．线路效率较高，这是因为许多报文可以分时共享一条节点到节点的通道。2）．不需要同时使用发送器和接收器来传输数据，网络可以在接收器可用之前，暂时存储这个报文3）．在线路交换网上，当通信量变得很大时，就不能接受某些呼叫。而在报文交换网上，却仍然可以接收报文，但是报文被缓冲导致传送延迟增加，但不会引起阻塞。4）．报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地。5）．根据报文的长短或其他特征能够建立报文的优先权，使得一些短的、重要的报文优先传递。6）．报文交换网可以进行速度和代码的转换。因为每个站都可以用它特有的数据传输率连接到其他节点，所以两个不同传输率的站也可以连接。报文交换网还能转换数据的格式，例如从ASCII码转换为EBCDIC码。但报文交换不能满足实时或交互式的通信要求。经过网络的延迟时间相当长，而且由于负载不同，延迟时间有相当大的变化。这种方式不能用于声音连接，也不适合交互式终端到计算机的连接。1.5.3分组交换分组交换(PacketSwitching)试图兼有报文交换和线路交换的优点，而使两者的缺点最少。分组交换与报文交换的工作方式基本相同，形式上的主要差别在于，分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度。典型的最大长度是1千位至几千位，称为包(Packets)。报文交换系统却适应更长的报文。从一个站的观点来看，把超过最大长度的报文的数据块按限定的大小分割成一个个小段，为每个小段加上有关地址信息以及段的分割信息组成一个数据包，然后依次发送。为了区分这两种技术，分组交换系统中的数据单位通常称为分组。与报文交换的区别是，分组通常不归档，分组拷贝暂存起来的目的是为了纠正错误。目前有两种方法：数据报和虚电路。在数据报中，每个数据包被独立地处理，就像在报文交换中每个报文被独立地处理那样，每个节点根据一个路由选择算法，为每个数据包选择一条路径，使它们的目的地相同。一个节点在发送多个发往同一地址的数据包时，可以根据线路的拥挤情况为各个包选择不同的转发节点，所以一个大数据段的各个数据包可能是从不同的路径到达目的地的，并且到达的先后顺序也不一定是分割时的顺序，这要根据网络中当时的具体流量等情况而定。每个数据包都有相应的分割信息，接收端可以根据这些信息把它们重新组合起来，恢复原来的数据块。在虚电路中，数据在传送以前，发送和接收双方在网络中建立起一条逻辑上的连接，但它并不是像电路交换中那样有一条专用的物理通路，该路径上各个节点都有缓冲装置，服从于这条逻辑线路的安排，也就是按照逻辑连接的方向和接收的次序进行输出排队和转发，这样每个节点就不需要为每个数据包作路径选择判断，就好像收发双方有一条专用信道一样。发送方依次发出的每个数据包经过若干次存储转发，按顺序到达接收方。双方完成数据交换后，拆除掉这条虚电路。1.5.4三种数据交换技术的比较三种数据交换技术总结如下：1．电路交换在数据传送之前需建立一条物理的通路；在线路被释放之前，该通路将一直被一对用户完全占有。2．报文交换报文从发送方传送到接受方采用存储转发的方式。在传送报文时，只占用一段通路；在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队。因此，这种方式不满足实时通信的要求。3．分组交换此方式与报文交换类似，但报文被分成组传送，并规定了分组的最大长度；到达目的地后需重新将分组组装成报文。这是网络中最广泛采用的一种交换技术。三种数据交换方式各有其特点，对于实时性强的交互式传输，电路交换最合适，不宜采用报文方式；对于网络中较轻的或间歇式负载，电路交换方式较合算；对于中等或稍重的负载，数据包方式有较好的效果，并且在包交换中，短信息用数据报，长信息用虚电路较适合。1.5.5其他数据交换技术目前提高数据交换速度的方案有很多，主要有DSI，FrameRelay和ATM等。1.利用数字语音插空技术DSI(DigitalSpeechInterpolation)能提高线路交换的传输能力。2.帧中继(FrameRelay)是对目前广泛使用的X.25分组交换通信协议的简化和改进。3.异步传输模式ATM（AsynchronousTransferMode）是线路交换与分组交换技术的结合，能最大限度地发挥线路交换与分组交换技术的优点，具有从实时的语音信号到高清晰度电视图像等各种高速综合业务的传输能力。思考题答案1． 计算机网络的发展可划分为几个阶段？每个阶段各有何特点？ 答：计算机网络的发展可分为以下四个阶段： （1）面向终端的计算机通信网：其特点是计算机是网络的中心和控制者，终端围绕中心计算机分布在各处，呈分层星型结构，各终端通过通信线路共享主机的饿硬件和软件资源，计算机的主要任务还是进行批处理，在20世纪60年代出现分时系统后，则具有交互式处理和成批处理能力。 （2）分组交换网：分组交换网由通信子网和资源子网组成，以通信子网为中心，不仅共享通信子网的资源，还可共享资源子网的饿硬件和软件资源。网络的共享采用排队方式，即由节点的分组交换机负责分组的存储转发和路由选择，给两个进行通信的用户端续（或动态）分配传输带宽，这样就可以大大提高通信线路的利用率，非常适合突发式的计算机数据。 （3）形成计算机网络体系结构：为了使不同体系结构的计算机网络都能互联，国际标准化组织ISO提出了一个能使各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架——开放系统互联参考模型OSI。这样，只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的，也遵循同一标准的其他任何系统进行通信。 （4）高速计算机网络：其特点是采用高速网络技术，综合业务数字网的实现，多媒体和智能型网络的兴起。2． 计算机网络可从哪几个方面进行分类？ 答：计算机网络可以从不同的角度进行分类： 1）根据网络的交换功能分有电路、报文交换和混合交换； 2）根据网络的拓扑结构可以分为星型网、树型网、总线网、环型网、网状网等； 3）根据网络的通信性能可以分为资源共享计算机网络、分布式计算机网络和远程通信网络； 4）根据网络覆盖范围与规模可分为局域网、城域网和广域网； 5）根据网络的使用范围分有公用网和专用网；3． 局域网、城域网与广域网的主要特征是什么？ 答：局域计算机网（LAN,LocalAreaNetwork）通常简称为局域网，它是在有限的地域范围内构成的计算机网络，是把分散在一定范围内的计算机、终端、带大容量存储器的外围设备、控制器、显示器以及用于连接其它网而使用的网间连接器等相互连接起来，进行高速数据通信的手段。 4、试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。答：(1)电路交换:由于电路交换在通信之前要在通信双方之间建立一条被双方强占的物理通路（由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成）,因而有以下优缺点。优点:①由于通信线路为通信双方用户专用,数据直达,所以传输数据的时延非常小②通信双方之间的物理通路一旦建立,双方可以随时通信,实时性强。③双方通信时按发送顺序传送数据,不存在失序问题。④电路交换既适用于传输模拟信号,也适用于传输数字信号。⑤电路交换的交换设备(交换机等)及控制均较简单。缺点:①电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说嫌长。②电路交换连接建立后,物理通路被通信双方独占,即使通信线路空闲,也不能供其他用户使用,因而信道利用低.③电路交换时,数据直达,不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信,也难以在通信过程中进行差错控制。（2）报文交换:报文交换是以报文为数据交换的单位,报文携带有目标地址、源地址等信息,在交换结点采用存储转发的传输方式,因而有以下优缺点:优点:①报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路,不存在连接建事时延,用户可随时发送报文。②由于采用存储转发的传输方式,使之具有下列优点:（1）在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施,加之交换结点还具有路径选择功能,就可以做到某条传输路径发生故障时,重新选择另一条路径传输数据,提高了传输的可靠性；（2）在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配,甚至收发双方可以不同时处于可用状态。这样就便于类型、规格和速度不同的计算机之间选行通信（3）提供多目标服务,即一个报文可以同时发送到多个目的地址,这在电路交换中是很难实现的；（4）允许建立数据传输的优先级,使优先级高的种优先转换。③通信双方不是固是占有一条通信线路,而是在不同的时间一段一段地部分占用这条物理通路,因而大大提高了通信线路的利用率。缺点:①由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程,从而引起转发时延（包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等）,而且网络的通信量愈大,造成的时延就愈大,因此报文交换的实时性差,不适合传送实时或交互式业务的数据。②报文交换只适用于数字信号。③由于报文长度没有限制,而每个中间结点都要完整地接收传来的整个报文,当输出线路不空闲时,还可能要存储几个完整报文等待转发,要求网络中每个结点有较大的缓冲区。为了降低成本,减少结点的缓冲存储器的容量,有时要把等待转发的报文存在磁盘上,进一步增加了传送时延。(3)分组交换:分组交换仍采用存储转发传输方式,但将一个长报文先分割为若干个较短的分组,然后把这些分组(携带源、目的地址和编号信息)逐个地发送出去,因此分组交换除了具有报文交换的优点外,与报文交换相比有以下优缺点:优点:①加速了数据在网络中的传输。因为分组是逐个传输,可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行,这种流水线式传输方式减少了报文的传输时间。此外,传输一个分组所需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多,这样因缓冲区不足而言等待发送的机率及等待的时间也必然少得多。②简化了存储管理。因为分组的长度固定,相应的缓冲区的大小也固定,在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理,相对比较容易。③减少了出错机率和重发数据量。因为分组较短,其出错机率必然减少,每次重发的数据量也就大大减少,这样不仅提高了可靠性,也减少了传输时延。④由于分组短小,更适用于采用优先级策略,便于及时传送一些紧急数据,因此对于计算机之间的突发式的数据通信,分组交换显然更为合适些。缺点:①尽管分组交换比报文交换的传输时延少,但仍存在存储转发时延,而且其编点交换机必须具有更强的处理能力。②分组交换与报文交换一样,每个分组都要加上源、目的地址和分组编号等信息,使传送的信息量大约增大5%~则,一定程度上降低了通信效率,增加了处理的时间,使控制复杂,时延增加。③当分组交换采用数据报服务时,可能出现失序、丢失或重复分组,分组到达目的结点时,要对分组按编号进行排序等工作,增加了麻烦。若采用虚电路服务,虽无失序问题,但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。 总之,若要传送的数据量很大,且其传送时间远大于呼叫时间,则采用电路交换较为合适：当端到端的通路由很多段的链路组成时,采用分组交换传送数据则较为合适。从提高整个网络的信道利用率上看,报文交换和分组交换优于电路交换,其中分组交换比报文交换的时延小,尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。练习题一、选择题 1．在分组交换网中,X.25分组长度的缺省值为（） A.160字节 B.53字节 C.128字节 D.48字节 2．下列关于分组交换网络的说法不正确的是（）。 A.多个分组可以动态共事结点链路,线路利用率较高 B.在分组交换网中,不同数据率的站点可以交换分组 C.当负载比较重时,网络拒绝接收更多的连接 D.当负载比较重时,分组仍被接收,但增加传输延迟 3．在分组交换网络中,两种数据传输方式为（）。 A.虚电路方式和数据报方式 B.虚通路方式和数据报方式 C.数据报方式和虚通道方式 D.虚通道方式和虚通路方式 4．在分组交换网络中,外部虚电路,内部数据报方式的特点为（）。 A.从用户和网络角度看，每个分组都被单独处理 B.外部的用户没有连接,只是向网络发送分组 C.网络内部分别处理每个分组,发往网络的分组要标明虚电路号及顺序号 D.网络内部为传输分组建立逻辑连接 5．在分组交换网络中，若需在网络目的接点缓冲分组，重新排序后再发送至目的站点的传送方式（）。 A.外部虚电路,内部虚电路 B.外部虚电路,内部数据报 C.外部数据报,内部虚电路 D.外部数据报,内部数据报 答案 1、C 2、C 3、A 4、C 5、B二、填空题1、计算机网络由负责信息传递的和负责信息处理的组成。2、计算机网络的功能主要表现在、和用户间三个方面。3、按地理分布范围来分类，计算机网络可以分为、和三种。4、按交换方式来分类，计算机网络可以分为、和三种。 5、计算机网络的演变和发展可概括为、和三个阶段。 答案 1、通信子网；资源子网 2、硬件资源共享，软件资源共享，信息交换 3、广域网，局域网，城域网 4、电路交换网，报文交换网，分组交换网 5、面向终端的计算网络。计算机-计算机网络，开放式标准化网络第二章计算机网络数据通信基础【学习目的】 1、掌握数据通信与传输的基本概念和工作原理，包括数据通信模型、传输概念、模拟数据和数字数据传输、传输损害等。 2、掌握数据调制与编码的基本方法和简单工作原理，包括调制与编码原理、模拟数据的模拟信号调制、数字数据的模拟信号调制、数字数据的数字信息编码、模拟数据的数字信号编码等。 3、掌握多路复用的基本工作原理及其常用技术，包括多路复用技术、频分多路复用、时分多路复用、统计时分多路复用等。 4、熟悉物理层典型接口RS232所完成的工作及四种特性，掌握RS232C的内部电路功能及几种应用。比较RS232C接口及其它接口，了解V.24接口，RS449接口，V.35接口，X.21接口的特性。【重点综述】2.1数据通信与传输2.1.1数据通信模型简单的概念性通信模型包括数据源、发送器、传输系统、接受器和目的站，如图2-1所示。图2-1概念性的通信模型2.1.2传输概念从通信系统的基本理论上分析，传输的确知信号可用两类概念来描述：时域概念和频域概念。1.时域概念从时域概念分析，信号是时间的函数，可分为连续信号和离散信号。(1)连续信号：连续信号在时间上和取值上都是连续变化的，例如，话音是一种典型的连续信号。(2)离散信号：离散信号在时间上和取值上都是离散的，例如，计算机所用的二进制信号是一种典型的离散信号。(3)周期信号：信号可分为周期信号与非周期信号。周期信号是指周期性重复的信号形式，它的数学表达式为：S(t+T)=S(t)-∞<t<+∞ 式中T为信号周期。S(t)表示信号是一个时域函数，也表示每一瞬时信号的幅度。(4)正弦信号：正弦信号是典型的周期性连续信号，数学表达式为：S(t)=Asin()式中参数A表示幅度、f表示频率、表示相位。余弦信号也是典型的周期性连续信号，余弦信号与正弦信号仅在相位上相差900。2.频域概念从频域概念上分析，任何一个信号可由多个频率成分组成。频域法可用频谱分析或其它正交变换的方式来描述和研究信号。3.数据率与频带的关系根据频谱分析，可知不论单个方波脉冲信号，还是周期性矩形波信号均有无限频宽，但信号的大部分能量集中于一个相对窄的频带之内，我们把这个相对窄的频带称之为信号的有效频带或频带。在理论上，可进一步熟悉并理解下列有用结论：(1)奈奎斯特(Nyquist)准则：理想低通信道的最高码元传输速率=2B(波特,Baud)其中，B为理想低通信道的带宽，单位为赫兹(Hz)。(2)香农(Shannon)公式：给定信道的极限信息传输速率=Blog2(1+S/N)(比特/秒，bit/s)其中，B为信道的带宽；S为信道内所传送信号的平均功率；N为信道内的噪声功率。香农(Shanmn)公式是针对噪声信道而言的，适用于模拟信道和数字信道。而奈奎斯特(Nyquist)准则指明了无噪声的数字信道的信道容量。2.1.3模拟数据传输和数字数据传输首先要求理解术语：数据、信息和信号的含义，如图2-2所示。图2-2数据、信息和信号的含义数据是有意义的实体，分为模拟数据和离散数据，前者在某个区间产生连续的值，后者则产生离散的值。而信号是数据的(电子或电磁)编码形式，分为模拟信号和数字信号。模拟传输和数字传输的特征：? 模拟传输是一种不考虑内容的传输模拟信号的方法。不论模拟信号所表示的模拟数据还是数字数据，经过一定距离的传输，模拟信号的幅度会减小，即存在衰减(又称衰耗)。在模拟传输系统中，,通过放大器来支持远距离的模拟信号传输。问题是经多级放大后会使噪音分量累加，影响通信质量。? 数字传输则与所传信号的内容有关。传输介质的衰减频率特性，相移频率特性会使数字信号产生失真，数字信号只能在有限的距离内传输。为了延长数字信号的传输距离，通常使用中继器(也称再生器)，将其整形后传输。数字传输中主要问题是时延。数字数据可以通过调制解调器用模拟信号表示，而模拟数据也可以通过编码解码器用数字信号表示。模拟信号和数字信号都可以在合适的传输介质上进行传输。2.1.4传输损害在数据通信过程中，信号会受干扰而产生失真，称之为传输损害。传输损害有各种类型，分为外部损害和内部损害。前者是外部信号源使传输系统产生的信号失真，而后者是传输系统本身内部所引起的信号失真。传输损害的详细分类参见表2-1。衡量传输损害程度的重要参数之一是信噪比，它是传输介质同一点上信号与噪声的功率比，常以分贝(dB)计。设：S为信号功率(W)，N为噪声功率(W)。例如，信噪功率比为1000，则信噪比以电平分贝计为：10log10(S/N)=10log10(1000)=30dB信噪比越高，传输损害越小，信号在接收端也就失真越小。表2-1传输损害的分类2.2数据调制与编码2.2.1调制与编码原理所谓调制是在发送端载波信号的某些特性根据输入信号而变化的过程。所谓编码是将模拟数据或数字数据变换成数字信号，以便通过数字信道传送出去。在接收端相反处理过程，称为解码，再变换回原始的信号形式。信号经调制或编码后，将会更有效适合于系统、介质内进行数据传输。2.2.2模拟数据的模拟信号调制模拟数据的原始信号频谱分量的频率较低，不适合于直接在模拟信道中传输，必须进行模拟数据的模拟信号调制。模拟数据的模拟信号调制技术有：AM幅度调制、FM频率调制和PM相位调制，分别使载波的幅度、频率和相位随调制信号的变化而变化。而在接收端通过解调又可恢复原始的模拟信号。2.2.3数字数据的模拟信号调制用数字数据对连续的载波信号的参量进行调制称之为数字数据的模拟信号调制。数字数据的模拟信号传输是通过数字调制解调器来实现的。最基本的数字调制方式有：幅移键控法ASK，频移键控法FSK和相移键控法PSK，如图2-3所示。图2-3基本的数字调制方式其基本原理：? ASK通过调制载波的振幅来实现，用载波频率的两个不同的振幅来表示两个二进制值。在有些情况下，一个振幅为零，即用振幅恒定载波的存在来表示一个二进制数字，而另一个二进制数字用载波的不存在表示。图中‘0'为无载波输出，‘1’为恒幅载波。? FSK通过调制载波的频率来实现，用载波频率附近的两个不同频率来表示两个二进制值。图中‘0’为频率F1，‘1’为频率F2。? PSK通过调制载波的相位来实现，利用载波信号的相位移动来表示数据。在图2-4中，‘0’表示发送与以前已发信号串同相的信号；‘1’表示发送与以前已发信号串反相的信号。上述各种技术也可以组合起来使用，常见的组合是幅移键控法ASK和相移键控法PSK的组合，组合后在两个振幅上均可以分别出现部分相移和整体相移。例如：正交相移键控法(QPSK)、正交幅移键控法(QAM)等技术。2.2.4数字数据的数字信号编码在数字数据的数字信号编码中，可以用不归零电压电平表示，但它对同步的要求较高，系统本身也具有若干缺点。数字数据的数字信号传输是通过编解码器(CODEC)来实现的。最普遍而且最容易的方法是用两个电压电平来表示两个二进制数字。二进制数字‘0’用无电压来表示，二进制数字‘1’用正电压来表示，这种方法称之为不归零制(NRZ：NonRetumtoZero)编码。其它常用的编码有:曼彻斯特(Manchester)编码，差分曼彻斯特编码等，在局域网中得到了广泛的应用。? 曼彻斯特(Manchester)编码曼彻斯特(Manchester)编码规则：(1)在每个码元(即指一位)的中间必须存在跳变；(2)二进制数字‘0’用低电位跳变到高电位来表示；(3)二进制数字‘1’用高电位跳变到低电位来表示。? 差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码规则：(1)在每个码元的中间必须存在跳变；(2)二进制数字‘0’在每个码元周期开始时有跳变；(3)二进制数字‘1’在每个码元周期开始时无跳变。上述两种编码的特点：发送时钟均包含于信号的数据流中，例如，发送数据速率为10Mbit/s，则发送时钟频率为20Mbit/s。在接收端从信号的数据流中，获取发送端时钟，常称其为自同步编码。2.2.5模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码最常见的例子是脉冲代码调制(PCM，常称"脉冲编码调制")。它以采样定理为基础，常用于对声音信号进行编码。(1)什么是采样定理?采样定理是模拟信号数字化的理论基础，定理描述为：如果对某一带宽(B)有限的时间连续信号(模拟信号)进行采样，采样频率fs满足fs2B，那么接收端根据这些采样值就能准确地确定恢复原信号。这就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输按采样定理得到的采样值。(2)PCM处理三步骤：采样(或称取样)、量化、编码。PCM全称是脉冲编码调制,就是将模拟信号的采样量化值变换成代码。PCM通信系统组成方框图，如下图2-4所示：图2-4PCM工作原理输人的模拟信号m(t)经抽样、量化、编码后变成了数字信号(PCM信号)，经信道传输到达接收端，先由译码器恢复出抽样值，再经低通滤波器滤出模拟基带信号m(t)。通常，将量化与编码的组合称为模/数变换器；而译码与低通滤波的组合称为数/模变换器。前者完成由模拟信号到数字信号的变换；后者则相反，即完成数字信号到模拟信号的变换。2.3多路复用2.3.1多路复用技术 多路复用(Multiplex，简写为MUX)是指在一条物理线路上建立多条逻辑信道，使多个用户能共享某一线路。它能有效地节省线路的开销，降低通信的成本，提高系统的工作效率。这一共享原理在通信技术中十分重要，常用的多路复用有频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)和统计时分多路复用(STDM)。现在，在移动通信中还采用码分多址(CDMA)复用技术，在光纤上采用波分复用(WDM)技术。这章主要讨论FDM、TDM和STDM三种多路复用技术。2.3.2频分多路复用频分多路复用(FDM)是一种共享通信线路的方法，早就成为载波电话系统、无线通信系统、卫星通信系统的技术基础。它将传输介质的可用频带划分为多个子频带，传输介质允许传输的最大带宽即是信道容量，每一子频带构成一个子信道。现以在载波电话系统中应用频分多路复用(FDM)为例，说明其工作原理，如图2-5所示。通常话音频带为(300~3400)Hz，常用4KHz带宽计算。图2-5频分多路复用频分多路复用技术应用仍然很广泛，例如，在日常生活中，收听的无线广播电台、收看的电视节目等，都是采用FDM方式工作的。2.3.3时分多路复用TDM是将终端设备发送来的信号以交织的序列在一条线路上发送。时分多路复用器负责扫描相连的各终端以确定数据的发送，其扫描方法可以按位、按字节、按字符、按字等方式对每个终端进行扫描。这里侧重讨论隔位扫描和隔字符扫描。1.隔位扫描多路复用是按位轮流采样各路的数字输入信号，然后按采样次序串行发送，形成交错的位图称为位流(比特流)。其特点是：(1)位流的前后都得加上同步位，两同步位之间的数据形成一帧；(2)数字数据传输效率约为90-98%；(3)无论各信源有无数据传送，均发送信源的时隙，当存在空时隙时，会浪费传输容量。2.隔字符扫描多路复用是按字符轮流采样各路的数字输入信号，然后按采样的次序发送字符流。字符可设置成任意位数，其他特点类同隔位扫描多路复用。在数字传输网中，现有准同步数字系列(PDH)，同步数字系列(SDH)。PDH是以脉冲编码调制(PCM)为基础构成的，我国现采用E系列制式，其数字信号分级：? 一次群E1的数据速率为2.048Mbit/s(64Kbit/s32=2.048Mbit/s)? 二次群E2的数据速率为8.448Mbit/s? 三次群E3的数据速率为34.368Mbit/s? 四次群E4的数据速率为138.264Mbit/s? 五次群E5的数据速率为565.148Mbit/s而北美、日本等地区，采用的T系列分为DS0~DS4：DS0为64kbit/s；T1数据传输速率为24×64Kbit/s=1.544Mbit/s(DS-l)；T2传输速率为6.312Mbit/s(DS-2)；T3为44.736Mbit/s(DS-3)；T4为274Mbit/s(DS-4)等。为了在干线网上有效地传送高次群的比特流，以利于全球范围的宽带综合业务数字网间互连，美国贝尔通信研究公司(Bellcore)最早提出了同步光纤网(SONET：SynchronousOpticalNETwork)，后来成为美国国家标准ANYST1.105~105。SONET标准为应用光纤传输系统定义了线路传送速率的分级结构。以51.840Mbit/s(相当于PDH的E3/T3传输速率)为基础，对电信号来说，作为第1级同步传送信号，即STS-1(SynchronousTransportSignal-1)；对于光信号而言，则是第1级光载波，即OC-1(OpticalCarrier-1)。1988年ITU-T在SONET的基础上，经过修改，制定了相应的国际标准一同步数字系列(SDH：SynchronousDigitalHierarchy)，即G.707，G.708，G.709系列建议，随后又增加了十多条建议。SDH以155.520Mbit/s作为第1级同步转移模式，即STM-1(SynchronousTransferMode-1)，较高等级的STM-N则是N个STM-1的复用。2.3.4统计时分多路复用 在分组交换网中，采用的分组多路复用技术，是基于统计分布规律而设计的一种动态时分多路复用方式。统计时分复用(STDM：StatisticalTimeDivisionMultiple)又称动态时分复用，或称异步时分复用，是一种按需分配媒体资源的方式，即当用户有数据要传输时才分配资源，若用户暂停发送数据时，就不分配，如图2-6(a)所述。为了比较，图2-6(b)给出了静态时分复用，即同步时分复用，它是一种固定分配资源的方式，即将多个用户的数据分别置于预定的时隙内传送。图2-6（a）统计时分多路复用和（b）同步时分多路复用从图2-6(a)和(b)比较可见，设线路传输速率为19.2kbit/s，若用户终端数n=4，则采用静态时分复用方式时，传输的循环周期T=，其中ti表示第i个用户所用的时隙。因此，每个用户的平均数据速率为4800bit/s；当采用动态时分复用时，每个用户的数据传输速率可高于平均速率，最高可达到线路传输速率19.2Kbit/s。但动态时分复用方式在各个线路接口处应采取必要的技术措施：(1)设置缓冲区，按需要存储已到达的分组；(2)设置流量控制，以利于缓和用户争用资源而引发的冲突。2.4数据通信的物理层接口2.4.1RS232C接口RS232C接口是由美国电气工业协会(EIA)提出的参考标准，定义为数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备(DCE)间的接口，在数据通信中应用非常广泛，如图2-7所示。RS232C接口完成下列两项工作：提供DTE和DCE之间的物理连接；规定它的25个插脚的每个信号的含义。图2-7数据通信模式与RS232C接口(1)RS232C的电气特性：确定接口的电压电平和电压变化的定时关系。RS232C标准定义如下：比-3更负的电压电平=二进制‘1’=传号比+3更正的电压电平=二进制‘0’=空号采用反逻辑，即外部特性与设备内芯片的电气特性相反，当二进制‘1’=传号时，经驱动电路反向输出比-3更负的电压电平，当二进制‘0’=空号时，经驱动电路反向输出比+3更正的电压电平，如图2-8所示。图2-8非平衡方式RS232C电气特性(2)RS232C的机械特性：规定RS232C有25个插脚，引线做了具体安排：引线在每端都被捆扎成一根带端接插头的电缆；DTE和DCE必须各具有一个阴阳属性相反的插头，以便与该电缆连接。(3)RS232C功能特性：DTE和DCE之间的连接必须包含数据传输引线、信号传输引线和控制引线以及其他重要的功能。RS232C的功能分成以下四类：接地、数据、控制和定时。(4)RS232C接口的三种应用：异步应用的RS332C，同步应用的RS332C，零调制解调器连接。2.4.2其他标准接口1.V.24标准接口V.24标准接口是由CCITTV系列建议之一，其功能大体与RS232C相同，唯一的区别在于插脚号和有关数据终端准备引线状态。V.24标准对插脚采用lxx来编号，例如在RS232C上"数据终端准备"引线为插脚20，而在V.24上为电路108/1和108/2。2.RS449接口RS449接口比RS332有更多的引线和功能。RS232C标准的主要目的是将RS232C的电气特性、机械特性和功能特性分解成独立的文件。3.V.35接口V.35接口的一些特性如下：(1)34插脚连接器；(2)与V.24的设计相类似，但V.35具有平衡的数据和时钟信号；(3)较高的数据速率，但传输距离极限与RS232C相似。4.X.21接口X.21接口实现每根引线进行多路复用，完成多种功能。X.21为15插脚连接器，依赖于它所连接的设备要具有适当的智能，应用于公用数据网。它与RS232C的本质区别在于X.21接口要求DTE和DCE具有更多的逻辑功能和智能。2.5差错控制2.5.1差错检测侧重理解和应用奇偶校验，循环冗余校验码(简称循环冗余码)的检测方法。1.奇偶校验奇偶校验是在基于字符的通信(异步或同步)中采用的一种差错检测方法。它是在一个二进制字上加一位，以便检测差错。? 在偶校验时，要在每一个字符上增加一个附加位，使含"1"的个数为偶数。? 在奇校验时，要在每一个字符上增加一个附加位，使含"1"的个数为奇数。接收端检测该校验位，以确定是否有差错发生。奇偶检验方法的缺陷:如果有两个数据位在传输中出错，接收端仍将可能无法检测出差错的数据。奇偶检验检错适用于低速数据传输:通常偶检验常用于异步传输或低速传输，奇检验用于同步传输。2.循环冗余检错循环冗余码(CRC)是一种分组码。在一个长度为T的码组中有k个信息位和n个校验位，校验位的产生只与该组内的k个信息位有关。通常称这种结构的码为(T,k)码，此值k/T称为这种码的编码效率。发送站将含k位数据通过移位寄存器(即除以一常数)，产生一个含n位的帧校验序列，后随数据位组成发送帧T。接收站将收到的帧T仍除以同一常数P，若余数为0，则表示传输中没有出错。2.5.2差错控制计算机通信中的差错控制主要用来提高数据传输的可靠性与传输效率，它涉及纠、检错编码理论与方法、数据信道中差错分布的统计特性，以及选择相应的差错控制方式。计算机通信中的差错控制方式基本上可分为以下三类：(1)自动请求重发(ARQ)：接收端检测到接收信息有错时,通过重发发送端保存的副本以达到纠错的目的；(2)前向纠错(阻C)：接收端检测到接收信息有错后，通过计算，确定差错的位置，并自动加以纠正：(3)混合方式：接收端采取纠错混合，对少量差错予以自动纠正，而超过其纠正能力的差错则通过重发原信息的方法加以纠正。不论哪种控制差错方式，都是以降低实际传输效率来提高其传输的可靠性。因此，在信道特性已经确定的条件下，差错控制的基本任务是寻求简单、有效的方法确保系统的可靠性。目前，按码的构型可分为分组码和卷积码。常用的分组码有：恒比码、垂直水平奇偶校验码、记数校验玛、斜校法校验码、循环冗余校验码。其中卷积码则在前向纠错系统中应用较多，而循环冗余校验码在数据链路控制中应用最为普遍。思考题答案1、什么是基带信号？什么是宽带信号？信号的带宽与频谱有何关系？答：将数字信号"1"或"0"直接用两种不同的电压表示，这种高电平和低电平不断交替的信号称为基带信号。经过调制后的模拟信号是宽带信号。信号的带宽就是它的频谱宽度。2、奈氏准则与香农公式在数据通信中的意义是什么？答：它们分别给出了无噪声信道和有噪声信道的最大传输速率。3、什么是数据编码？简述三种常用的数字数据→数字信号的基带方式编码。答：所谓数据编码是将模拟数据或数字数据变换成数字信号，以便通过数字信道传送出去。常用的数据编码有：不归零编码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码。4、何谓波特率和比特率？它们之间的关系是什么？答：波特率（RB）是每秒发送的信号数，是调制速率；比特率（Rb）是每秒传输的二进制位数。关系：Rb=RBlog2V5、信号在传输中，常遇到哪几种噪声？产生的原因是什么？答：一般把噪声分为高斯白噪声、交叉调制噪声、串音及脉冲干扰噪声等。高斯白噪声又称为起伏噪声或热噪声，它是由于导体中电子的热运动而产生的，存在于所有的电子设备中，其能量随频谱是均匀分布的，主要包括信道内元器件所产生的热噪声和散弹噪声等。脉冲干扰噪声是指外来的幅度大而持续时间短的干扰，它是一种无规则的时而安静时而突发的噪声，例如：电火花、电吹风、雷电、闪电干扰等形成的噪声。这类噪声的特点是突发的脉冲幅度大，但每个突发脉冲的持续时间短，并且相邻突发脉冲之间往往有较大的平静期。串音是指附近线路上的信号经电耦合而形成的干扰；交叉调制噪声是指当两个不同频率的信号共用一条传输介质时，若系统中有非线性元件存在，则会产生这两个信号频率的和、差及其整数倍频率的信号来，并会干扰相应频率范围内的正常传输信号。6、请简述惠特克─卡切尼柯夫─香农模拟信号采样定理。答：采样定理：如果对某一带宽(B)有限的时间连续信号(模拟信号)进行采样，采样频率fs满足fs2B，那么接收端根据这些采样值就能准确地确定恢复原信号。7、模拟传输系统与数字传输系统的主要特点是什么？答：在模拟传输系统中是采用模拟信号传送数据，该系统的特点是使用放大器来补偿信号在传输过程中的衰减；在数字传输系统中，既可采用数字信号，也可采用模拟信号传送数据。数字传输系统的特点是在传输介质中插入转发器（Repeater）以补偿传输过程中信号的衰耗和抑制干扰。当采用数字信号时，转发器收到被干扰和衰减的数字信号后，恢复出原来的0、1信号序列，重新发送出去；当采用模拟信号时（假设这时模拟信号运载的是数字数据），转发器首先从模拟信号中恢复出数字数据，然后再产生一个新的无噪声模拟信号发送出去。8、简述TDM的基本原理，并分析TDM与ATDM的区别与特点。答：TDM是将终端设备发送来的信号以交织的序列在一条线路上发送。时分多路复用器负责扫描相连的各终端以确定数据的发送，其扫描方法可以按位、按字节、按字符、按字等方式对每个终端进行扫描。9、通信中的同步方式有几种？什么叫同步传输？什么叫异步传输？答：数据传输的同步方式一般分为位同步、字符同步等。同步传输中，在每块数据的开头设置专门的同步字符，它可以是一个字符或多个字符，然后要求发送端和接收端在该帧数据传输的过程中保持同步。 异步字符同步传输中，发送端可以在任意时刻发送字符，字符之间的间隔时间可以任意变化。该方法是将字符看作一个独立的传送单元，在每个字符的前后各加入1～3位信息作为字符的开始和结束标志位，以便在每一个字符开始时接收端和发送端同步一次，从而在一串比特流中可以把每个字符识别出来。练习题一、选择题1．多路复用是（）。A.在信道中增加带宽的过程 B.使多个数据源共享使用一个公共线路的技术C.到邮局去寄信 D.通过时间共享频率的能力2．"复用"是一种将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的（）。A.调制信号 B.已调信号 C.复合信号 D.单边带信号 3．设有一个频分多路复用系统，系统的频率为300~3000Hz，相连各终端的输入基带信号的频宽皆为制施，不考虑防护频带，试问该系统最多能允许的复用路数为（）。A.7 B.6 C.13 D.154．设有一个同步时分多路复用系统，它与三个用户终端相连。其用户终端的数据速率分别为2400bit/s、2400bit/s和4800bit/S。试问该多路传输线路的数据速率最高为：（）。A.2400bit/s B.4800bit/s C.7200bit/s D.9600bit/s5．在统计时分多路复用系统中，当某一输入端状态空闲时，将会（）。A.发送一个"1"或"0"字符 B.发送一个控制字符C.发送一个空字符 D.不发送数据6．在数字信号分级中，DS1信号包含的数字化话路的路数为（）。A.12 B.24 C.48 D.967．下列关于T1多路复用器说法：（）是不正确的。A.它必须通过信道服务部件与线路连接 B.它可以脱离数字信号分级而单独使用C.它不能处理输入的数字化话音 D.它可以在点对点的全双工线路上工作8．CCITT建议有两种PCM体制，其中E1的数据率为（）Mbit/s，共有（）个时隙。A.1.544,24 B.1.544,32 C.2.048,24 D.2.048,32 9．若在规定的时间间隔内，以高于（）最高有效信号频率的速率对信号f(t)进行采样，那么，这些采样值包含了原始信号的全部信息。A.一倍 B.两倍 C.三倍 D.四倍10．模拟信号的数字传输的理论基础是：（）。A.ASK调制 B.时分复用 C.采样定理 D.脉冲振幅调制11．脉冲代码调制的传输过程：先将模拟信号经采样、量化、编码后变成了数字信号，经信道传输到接收端，先由译码器恢复出采样值，在经（）滤出模拟基带信号。A.低通滤波器 B.高通滤波器 C.串并变换器 D.中继器12．PCM的采样速率为每秒8000次，这是因为（）。A.这个速率代表PCM技术所能支持的最大速率 B.这个速率确保了唯一性C.这个速率确保了语音信号能够无失真地重构D.这个速率通过采样芯片很容易获得13．一般来说，数字传输比模拟传输能获得较高的信号质量，这是因为（）。A.中继器再生数字脉冲，去掉了失真；而放大器在放大模拟信号的同时也放大了失真B.数字信号比模拟信号小，而且不容易失真C.模拟信号是连续的,不容易发生失真D.数字信号比模拟信号容易采样14．局域计算机网传输的主要编码方案为（）。A.格雷码 B.补码 C.曼彻斯特码 D.不归零码15．码通常是：（）。A.每位字符8位 B.每位字符8位或7位C.发送方和接收方同时约定 D在所有计算机中都相同16．ASCII码：（）。A.是一种七位代码，有128种组合 B.是8位EBCDIC码的子集C.只在美国和加拿大使用 D.第一个电编码系统17．当采用奇校验编码时，每个符号中含有0的个数是（）。A.奇数 B.偶数 C.未知数 D.以上都不对18．当采用偶校验编码时，每个符号(包括校验位)中含有1的个数是：（）。A.奇数 B.偶数 C.未知数 D.以上都不对19．对于低速传输来说，奇偶校验是一种令人满意的检错法，通常奇校验用于（）。A.异步传输 B.低速传输 C.同步传输 D.以上都不对 20．一维奇偶校验码适合于（）。A.检测随机错误 B.不仅检错，而旦可以纠错C.检测突发错码 D.检测两个错码21．在理论上，各种调制方式的频带利用率都存在着极限，对二进制频带传输来说，它的频带利用率是（）bit/s?Hz。A.2 B.1 C.O D.3答案：1、B 2、C 3、B 4、D 5、D 6、B 7、C 8、D 9、B 10、C 11、A 12、C 13、A 14、C 15、C 16、A 17、C 18、B 19、C 20、A 21、B二、填空题 1、将下列描述与设备类型相匹配。一个设备类型可以用一次、多次或根本不用；而对于每一个描述仅有一个正确的设备类型。 设备类型： a. DCE b. DTE 描述： （1）实际地处理和使用数据 （2）例子包括调制解调器或数字服务装置 （3）处理信号，使其与线路规范相一致 （4）例子包括终端和主计算机 2、把下列描述与复用类型相匹配。每一种复用类型可以使用一次、多次或根本不用；而对于每一个描述仅可以有一个正确的复用类型。 复用类型： a. 频分复用 b. 时分复用 c. 统计复用 描述： （1）免除了对调制解调器的需求，因为它使用模拟技术 （2）智能多路复用，能够最大限度地使用线路 （3）把通道划分成若干个较慢的窄的子信道 （4）把固定的时隙分配给每条传输线路，不管它的用户是否有数据要传输 3、根据RS-232-C标准，在传送每一个字符或每一比特块之前，DTE都要把引脚置成ON状态，DCE作为响应动作把引脚也置成ON状态。而在每一字符或比特块传送结束时，这两个引脚都会被关闭。如果在这里发生的握手过程是基于字符的，则可以推断，与RS-232-C相邻的高层采用步协议；如果在这里发生的握手过程是基于比特块的，则可以推断，与RS-232-C相邻的高层采用步协议。4、为了实现长距离传输，模拟传输系统需要使用来增强信号，而在数字传输系统中，则使用。5．数字调制技术的三种基本形式是、和。6．采用曼彻斯特编码的100Mb/s局域网的码元传输速率为Baud。7．模拟数据的数字化转换过程包括、和三个步骤。8．分组交换的具体方式可分为方式和方式。答案：1．（1）b（2）a（3）a（4）b2．（1）a（2）c（3）a（4）b3．RTS CTS 异同4．放大器 中继器5．移幅键控 移频键控 移相键控6．200M7．采样 量化 编码8．虚电路 数据报第三章计算机网络体系结构【学习目的】 1、了解开放系统互连参考模型中的若干重要概念。 2、熟悉OSI/RM各层协议的功能及基本原理。 3、掌握流量控制与差错控制的基本原理。 【重点综述】3.1网络体系结构概述3.1.1分层次的体系结构 计算机网络也采用了层次结构的方法，每一层都完成某些特定的功能。每一层的功能都是向它的上一层提供一定的服务，并把这种服务是如何实现的细节对上层屏蔽起来。其优点：灵活性、层与层的独立性。 一般将网络中的各层和协议的集合，称为网络体系结构。如SNA、DNA、OSI等。3.1.2开放系统互连参考模型 OSI参考模型只定义了分层结构中的每一层向其高层所提供的服务，它提供了一个概念化和功能化的结构。ISO/OSI参考模型从下至上定义了物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层七层。 各层的主要功能简介：（1）物理层(PhysicalLayer)：功能：完成相邻节点之间原始比特流的传输，分如下四个方面研究：机械特性：连接器形状，DB25；电气特性：正、负逻辑，传输介质、速率、距离等；功能特性：每一根信号线的功能定义；过程特性：完成特定功能时，各信号的工作过程；例如：EIARS-232-C，RS-449，RS-422，RS-423，RS-530；CCITTV.24，V.28，V.35，X.21，X.3，X.28，X.29；CCITT10Base5，10Base2，10BaseT；（2）数据链路层(DataLinkLayer)：功能：完成相邻节点之间数据的可靠传输；主要是解决：成帧(frame)、差错控制、流量控制；例如：SDLC，HDLC，LAPB；LAN的数据链路层又分为两个子层：介质访问子层（MAC）、逻辑链路子层（LLC）。（3）网络层(NetworkLayer)：功能：完成两个主机之间的报文的传输；主要解决：报文(packet)传输、主机寻址、路由选择、拥塞控制、网络互联、网络计费；例如：IP、IPX。（4）传输层(TransportLayer)：功能：在两个主机的不同进程之间提供无差错和有效的数据通信服务；主要解决：进程寻址、流量控制、差错控制、服务质量QoS、多路复用和分解；例如：TCP/UDP、SPX。（5）会话层(SessionLayer)：功能：完成用户进程之间的会话管理；主要解决：同步、令牌管理；例如：OSI’s会话层协议、SUN’sRPC；（6）表示层(PresentationLayer)：功能：完成数据格式转换、数据加密/解密、数据压缩/解压；例如：OSIASN.1。（7）应用层(ApplicationLayer)：功能：提供访问网络的各种接口和应用层协议；例如：E-mail、Telnet、FTP、WWW、BBS、Gopher、Achieve、WAIS。3.2OSI/RM中的若干重要概念3.2.1协议和接口网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则称为协议； 网络中上下层之间传递数据的约定称为接口；3.2.2PCI、SDU和PDU （N）PCI是第N层协议控制信息。（N）SDU是第N层的服务数据单元，它是供(N+1)层与(N)层间接口用的数据，只要求在(N)连接的两端保持其大小，而不管在传送过程中还要经过什么变化。因此,一个(N)层SDU就是(N)服务所要传送的逻辑数据单元。(N)PDU为第N层的协议数据单元，即不同站点的第N层对等实体之间，为实现第N层协议所交换的信息单元。上述三种数据单元的关系:在最简单的情况下,由于(N)层的服务数据单元(N)SDU就相当于(N)层的用户数据，所以(N)SDU和(N+1)PDIJ对应。而(N)PDU=(N)PCI+（N）SDU=(N)PCI+(N+1)PDU但是,在许多情况下,服务数据单元和协议数据并不等同,当(N)SDU较长,而(N)协议所要求的(N)协议数据单元(N)PDU较短时,就要对(NmDU进行分段处理。然后,再分别加上不同的协议控制信息,形成不同的(N)PDU来传送;当PDU所要求的长度比SDU大时,也可以将几个SDU及其相应的PCI合并,成为一个PDU来传送,这就是"合块"的情况。在物理层、数据链路层、网络层和运输层,其(N)pnu分别是指比特、帧、分组和报文。3.2.4面向连接和无连接服务面向连接服务(connection-oriented)，类似电话服务；每次数据传输要经过连接建立、数据传输和连接撤销三个过程。在数据传输过程中，各数据单元不携带目的(destination)地址，而使用连接号。接收方接收的数据与发送方发送的数据次序一致且不发生错误。无连接服务(connectionless)，类似邮政服务；每个数据单元携带完整的目的地址并单独传送，不保证顺序、正确性3.2.5、服务原语 是指服务用户与服务提供者之间进行交互时所要交换的一些必要信息。OSI/RM规定了四种服务原语类型。如表3-1所示：表3-14种服务原语及其意义3.3物理层 物理层主要负责在物理链路上传输非结构的位流;提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性。1.机械特性：机械特性规定了物理连接时采用的可接插连接器的规格、尺寸、连接器中引脚(Pin)数量等。2.电气特性：电气特性规定了在物理连接传输二进制位流(比特流)时线路上信号电压高低、阻抗匹配情况、传输速率和距离的限制等。物理层接口的电气特性主要分为三类：非平衡型、新的非平衡型和新的平衡型。? 非平衡型的信号发送器和接收器采用平平在首方式工作，信号用一根导线传输，所有信号公用一根地线；信号传输速率限于20kbps以内，电缆长度限于15m以内。? 新的非平衡型的发送器采用非平衡方式工作，接收器采用平衡方式工作，信号用一根导线传输，所有信号公用两根地线:随着传输速率的提高，传输距离将缩短。? 新的平衡型的发送器和接收器均以差分方式工作，信号用两根导线传输，信号的电平由两根导线上信号的差值表示；随着传输距离的缩短，传输速率提高。3.功能特性：功能特性规定了物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。物理接口上的信号线通常分为4类:致壁、控制、定时和地垒。4.规程特性：规程特性定义了各信号线的工作规则和先后顺序。3.4数据链路层数据链路层的作用：（1）帧同步，（2）流控，（3）差错控制，（4）寻址，（5）同一链路上的数据和控制信息的识别，（6）链路管理。3.4.1链路控制技术数据链路层引用流量控制(FlowControl)技术，其目的是确保发送站的发送速率不能超过接收站接收帧的速率，防止缓冲区溢出。两种基本的流控技术：停-等流控和滑动窗口流控。1.停-等流控停-等(stop-and-wait)流控是最简单的数据链路层流量控制方法，其基本原理：发方发出一帧后，必须停止发送且得等待收方发回的确认，才能接着发下一帧。存在问题是链路的利用率低。2.滑动窗口流控"滑动窗口"机制是实现数据帧的顺序控制的逻辑过程。要求通信两端结点(或称结点)设置发送存储单元(缓冲区)，用于保存已发送但尚未被确认的帧，对应着一张连续序号列表。实质上，这也等效成一个先进先出(FIFO：FirstInFirstOut))的队列，如图3-1所示。图3-1滑动窗口的概念图图中所示的允许发送但未收到确认的序号队列的界，称为发送窗口。其上界和下界分别称为发送窗口的上沿H(W)和下沿L(W)，上沿与下沿的区间定义为窗口尺寸W。设WT为发送窗口的尺寸，这表示要占用存储单元的数量。同理，在接收端也可设置类似的接收窗口，设WR为接收窗口尺寸，指示期待接收的帧序号。窗口尺寸W的选择与信道的数据速率以及传输延迟都有关，还与编号的位数有关。若用n位编号，可以编2n个序号，从0到2n-1，其中最大序号值Smax=2"-1。经常选用的n值为3或7。当n=3时，序号可为(O~7)，模8循环使用；当n=7时，序号可为(0-127)，模128循环使用。发送窗口是用来对发送端进行流量控制的，发送窗口尺寸WT表示在没有收到对方确认的条件下发送端可连续发送的帧数。就停止等待协议而言，按照窗口尺寸的概念，其WT=1。这意味着停止等待协议在发出一个数据帧后，没有收到对方确认的条件下，就不能连续发下个数据帧。现在来解释图3-1中滑动窗口的流量控制方法。假定其发送窗口尺寸WT=5，按定义这表明在没有收到对方确认的情况下，发送端可连续最多发5个数据帧。在结点初始化后，图3-1的发送窗口内包含5个序号，即0向4。当发送端依次发完了0~1号数据帧，而尚未收到确认信息之前，应保留缓冲区内用户信息，参看图3-1(a)。此时窗口的下沿L(W)=0，而窗口的上沿H(W)=4。设最后收到的确认帧的N(R)=2，则表示发送的帧编号为0、1号的帧已全部正确被对方所接收，收方期待接收序号为2的帧。这时将收到帧的N(R)作为窗口的下沿L(W)=2，则窗口上沿H(W)=W+N(R)-1(模8)=6