第6章计算机网络基础

第6章计算机网络基础本章从数据通信的基本理论知识入手，对数据通信基本技术进行扼要讲解，并介绍了常用的通信系统。1掌握数据通信的概念、通信信号的原理、通信模型、通信介质了解通信信道的分类及通信的技术指标掌握数据传输模式，了解数据交换方式、多路复用技术了解常用的通信系统学习目标2数据通信的基本概念数据通信技术常用通信系统学习纲要3通信信号与通信模型信道分类及通信主要指标通信介质数据通信的基本概念4所谓数据通信，是指依照通信协议、利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息。它可实现计算机与计算机、计算机与终端以及终端与终端之间的数据信息传递。数据通信的概念5通信信号与通信模型1．通信信号（1）信号（Signal）概念信号简单地说是信息的表现形式，具有确定的物理描述。如电信号、光信号等。6（2）数字信号与模拟信号信号可以分为数字信号和模拟信号，从时间的角度来看，数字信号是一种离散信号，模拟信号是一段连续变化的信号。数据可以是模拟的，也可以是数字的。模拟是与连续相对应的。模拟数据是取某一区间的连续值，而模拟信号是一个连续变化的物理量，如下图所示。（a）模拟信号（b）数字信号模拟信号和数字信号72．通信模型数据通信系统是指以计算机为中心，用通信线路与分布于远地的数据终端设备连接起来，执行数据通信的系统。发送端变换器信道反变换器信宿噪声源发送端接收端通信系统模型8从计算机网络技术的组成部分来看，一个完整的数据通信系统一般由以下几个部分组成：数据终端设备、通信控制器、通信信道、信号变换器，如下图所示。计算机网络通信模型9一个计算机网络通信系统实例如下图所示。通信系统实例10数据通信系统要完成通信任务，必须考虑以下关键性问题。传输系统利用率：指有效地使用传输设备，这些设施通常是由很多的通信设备共享。因此要有效地分配传输介质的容量，如采用多路复用技术等；要协调传输服务的要求以免系统过载，如采用拥塞控制技术等。接口规范：为了通信，设备必须和传输系统有接口，使发送端产生的信号特征（如信号的波形和信号强度）能适应信道的传输，以及在接收端能对数据做正确解释。11同步：接收端要按发送端发送的数据频率和起止时间来接收数据，使自己的时钟与发送端一致，实现同步接收。交换管理：在两个实体通信期间的各种协调管理。差错检测和校正：对通信中产生的差错进行检测和校正，并通过流量控制防止反变换器来不及接收的信号。12寻址和路由：决定信号到达目标的最优路径。恢复：不同于差错检测和校正，“恢复”指在系统由于某种原因被破坏或中断后（包括自然灾害），对系统进行必要的恢复。报文格式：两个对话实体需要进行协商，使报文格式一致。13安全：保证正确地、完整地、不被泄露地将数据从发送端传输至接收端。网络管理：对复杂的通信系统进行配置、故障、性能、安全、计费等管理。141.信道分类（1）广义信道和狭义信道（2）有线信道和无线信道（3）模拟信道和数字信道信道分类及通信主要指标152.数据通信中的几个主要指标

（1）比特率（2）波特率（3）带宽（4）信道容量（5）误码率（6）吞吐量16

通信（传输）介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。在计算机网络通信中通常使用双绞线、同轴电缆、光纤等有线传输介质。另外，也经常利用无线电短波、微波、红外线、激光、卫星通信等无线传输介质。常用的传输介质如下。通信介质171．双绞线双绞线是两根绝缘铜线相互缠绕而成的有规则的螺旋形介质，由1对线作为一条通信线路，计算机网络中常用的是由4对双绞线构成双绞线电缆。双绞线是一种广泛使用的通信传输介质，既可以传输模拟信号，也可以传输数字信号。双绞线电缆的连接器一般使用RJ-45接头，用来连接计算机的网卡或集线器等通信设备。双绞线与RJ-45接头连接方式如下图所示。双绞线与RJ-45接头连接示意图18双绞线主要分为两类，即非屏蔽双绞线（UnshieldedTwisted-Pair，UTP）和屏蔽双绞线（ShieldedTwisted-Pair，STP）。12345678计算机橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕集线器橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕计算机与集线器之间的双绞线连接方法12345678计算机橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕集线器橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕计算机与计算机之间的双绞线连接方法192．同轴电缆

同轴电缆是由一根空心的圆柱形导体围绕着单根内导体构成的。内导体为实芯或多芯硬质铜线电缆，外导体为硬金属或金属网，内、外导体之间有绝缘材料，如下图所示。同轴电缆的连接器可以采用BNC或T连接器。外层绝缘蒙皮外导体

金属屏蔽绝缘层内导体铜质芯线同轴电缆的结构203．光纤光导纤维电缆，简称光纤。它是由纤芯、包层和护套组成，其中纤芯由玻璃或塑料制成，包层由玻璃制成，护套由塑料制成，四芯光纤及其剖面如下图所示。外护套包带层光纤及其包层填充物加强芯远供电源线四芯光纤及剖面示意图214．无线传输介质

在一些电缆光纤难于通过或施工困难的场合，例如高山、湖泊或岛屿等，特别是通信距离远，对通信安全性要求不高，敷设电缆或光纤成本过高时，可以利用无线电波等无线传输介质在空间传播，实现数据通信。22数据通信技术数据传输模式数据交换方式多路复用技术23

数据传输模式是指数据在通信信道上传送所采取的方式。按数据代码传输的顺序可分为并行传输和串行传输；按数据传输的同步方式可分为同步传输和异步传输；按数据传输的流向可分为单工、双工和全双工数据传输；按被传输的数据信号特点可分为基带传输、频带传输和数字数据传输。数据传输241．串行和并行传输

串行传输是数据以串行方式在一条信道上传输。该方法易于实现，成本低，用于长距离传输，但速度慢。并行传输是将数据以成组的方式在两条以上的并行信道上同时传输。并行传输速度快，不需要另外的措施实现同步，但设备复杂，成本高，适用于短距离传输。

252．同步与异步传输（1）同步传输同步就是接收端按发送端发送的每个码元的起止时间及重复频率来接收数据，并且要校准自己的时钟以便与发送端的发送取得一致，实现同步接收。数据传输的同步方式一般分为字符同步和位同步，字符同步通常是识别每一个字符或一帧数据的开始和结束；位同步则识别每一位的开始和结束。字符同步传输如下图所示。DCE…同步字符字符块同步字符…DCE同步传输方式示意图26（2）异步传输在异步传输中，发送端可以在任意时刻发送字符，字符（信息帧）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将每个字符识别出来。异步传输实现字符同步比较简单，收发双方的时钟信号不需要精确地同步，数据传输效率低于同步传输。异步传输1个字符的方式如下图所示。DCE…同步字符字符块同步字符…DCE异步传输方式示意图273．单工、半双工和全双工通信（1）单工通信单工通信是指通信双方传送的数据是一个方向，不能反向传送。如下图所示，数据只能从A传送至B，而不能由B传送至A。单工通信在理论上只需一根线，而在实际中一般采用二线制，一根线正向传送数据，一根线反向传送控制信号。无线电广播和电视信号传播都是单工通信。单工通信28（2）半双工通信半双工通信是指通信双方传送的数据可以双向传输，但不能同时进行，发送和接收共用一个数据通路，若要改变数据的传输方向，需要利用开关进行切换。由于通信需要切换传输方向，因此效率较低，但可以节省传输线路。如下图所示，信息可以从A传送至B，或从B传送至A。对讲机就是半双工通信的一个例子。半双工通信29（3）全双工通信全双工通信是指通信双方可以同时双向传输，如下图所示。它相当于两个相反方向的单工通信的组合，因此可采用四线制。显然，全双工通信较前两种方式效率高、控制简单，但结构复杂，成本高。例如，电话是全双工通信，双方可以同时讲话；计算机与计算机通信也可以是全双工通信。全双工通信304．基带传输、频带传输和数字数据传输（1）基带传输基带传输是指计算机（或终端）输出的二进制“1”或“0”的电压（或电流）直接送到电路的传输方式，即终端设备将数字信号转换成脉冲电信号直接传送。基带传输用于短距离的数据通信。（2）频带传输频带传输是指将代表二进制“1”或“0”的信号，通过调制解调器转化成具有一定频带范围的模拟信号进行传输。频带传输可实现远距离的数据通信。31（3）数字数据传输数字数据传输方式是利用数字信道传输数据信号的一种方式。这种方式效率高，传输质量好。32在网络通信系统中，考虑网络结构时的一个重要因素就是怎样进行信息交换。交换方式是指计算机之间、计算机与终端之间和各终端之间交换信息所用信息格式和交换装置的方式。根据交换装置和信息处理方法的不同，常用的交换方式有3种：

1．电路交换

2．报文交换

3．分组交换其他数据交换技术数据交换方式33

多路复用是指在数据传输系统中，允许两个或多个数据源共享同一个公共传输介质，也就是将若干个彼此无关的信号合并为一个在一个共用信道上传输的复合信号的方法。多路复用技术通常包括：

1．频分多路复用

2．时分多路复用

3．波分多路复用多路复用技术34常用通信系统电话系统移动通信系统351．电话系统的结构在电话系统中，为使任何两个终端用户之间能进行通信，而且既要保证通信质量，又要求经济合理，就需要根据通信的流量和终端所在范围把整个电话网络分成区域，再将各区域的通信流量汇聚起来，以此来提高网络线路的利用率，更加有效地利用网络资源。在我国，电话网分成长途网和本地网，如下图所示。电话系统模拟电话系统的一般结构362．综合业务数字网

综合业务数字网（ISDN）是以综合数字网（IDN）为基础发展起来的，它是支持语音和非语音等各类业务的综合业务通信网络。ISDN具有通信业务的综合化、高可靠性和高质量的通信、使用方便等特点，用于数字电话、数字传真、可视图文、数据通信、视频业务等