第12章 计算机通信(精简)

第6部分通信层通信层在计算机系统的位置第12章计算机通信

本章讨论的主要问题是：

1.信息在传送中是什么样子？如何表示要传送的信息？2.通信要将信息从源头传送到目的地，用什么样的线路和传送方式将信息从一个通信的节点传送到另一个节点？3.信息应该怎样寻找有效的网络路径，一步步到达目的地？情景问题——通信系统与物流系统

物流系统与通信系统的类比：货物——信息交通工具——信号道路——传输线路和信道道路的交叉点——交换机、路由器等中间设备通过调制信号，可以搭载信息。情景问题——通信系统与物流系统

在物流系统中，源头需将货物拆分、打包，再选择合适的交通工具，比如大型货车、小型货车、冷藏车等，在目的地需将货物拆包、组装，这就是通信系统中的编码、解码以及数据分组格式的选择。在运输过程中，有的包丢失一个两个没有关系，有的包不允许有任何丢失，一旦丢失就需要重新运输这个包，例如，如果运输的是一批煤，丢一包煤并不会影响其他煤的使用，如果运输的是一台数控机床，丢一个包就会造成整个机床无法使用，这就是通信系统中的监测和重发机制。情景问题——通信系统与物流系统

交通工具在道路上行驶必须遵守交通规则，这就是通信系统中的通信协议。交通工具在行驶的过程中应该根据最新的路况信息来选择路径，这就是通信系统中的流量分析、路由选择。通信领域的工作1.对通信中的“道路”、“交通工具”、“交通规则”的标准定义、设计、开发、制造、建设和维修维护2.向有运输需求的人提供有偿服务。12.1概述

12.1.1通信的起源和发展1.面对面地说话；2.用肢体语言表示。人与人之间近距离如何交流？人与人之间远距离如何交流？把要表达的内容转换为文字、声音、图像等形式，再通过某种装置从一个地方传送到另一个地方。从“烽火台、信号灯、信鸽

现代通信”12.1概述

12.1.1通信的起源和发展19世纪40年代，电磁技术开始应用于通信领域。1844年，电报的发明使人类首次具有了远程快速传递信息的能力。1876年，电话的发明使人类的通信能力扩展到语音模式。人们开始使用电话、电报、传真，到大规模地建设各种电信网络（如公众交换电话网PSTN），远程通信技术得到了长足的发展。电子技术开始应用于通信领域，开启了现代通信的篇章，

12.1.2计算机通信系统模型

信源：通信的源头。

信宿：通信的目的地。

信道：传送信号的通路，也就是传输介质。

信息以电子、电磁、光等不同形式的信号在信道上传输。计算机通信系统模型如图12.1所示：邮件的传输过程？12.1.3通信协议

通信协议：节点间的通信要一种双方都能理解的通用语言，遵守一些事先约定好的规则，这种通用语言和规则就是~。任何情况下，直接连接两台通信设备是不现实的。信号要经过许多中间交换设备才能从源地改善到目的地。国际标准化组织的OSI；国际电信联合会的X系列、V系列以及I系列建议书；美国电气电子工程师学会的IEEE802LAN协议标准；美国电子工业协会的RS系列标准等。通信协议有哪些？通信和数学的本质区别数学是诠释大自然普通规律的一门科学，任何定律，虽是人发现的，但无人的感情成分。而通信则不同，通信中的大量协议是在基础上人为定义的，所以出现了同一技术规范下，不同的标准化组织定义不同协议。计算机通信是用电磁信号传递信息，那么通信的第一个要解决的问题是：如何把文字、声明、图像等变成电磁信号，即信息的编码。12.2信息的编码信息必须转换为信号才能在通信系统里传输。信号分类类：模拟信号和数字信号。12.2信号

1.模拟信号和数字信号模拟信号是一种连续变化的波，模拟信号的基本特征是频率和振幅。数字信号是一系列的脉冲，脉冲的状态只有两种，例如高电平和低电平。因为不存在中间状态，脉冲在不断地跃变，因此数字信号是离散的。★传送模拟信号时，隔一定距离要用放大器增强信号。存在问题：由噪声引起的信号失真也随之放大。传输距离增大时，多级放大器的串联会导致失真的叠加，从而使得信号的失真越来越大。★在传送数字信号时，每隔一定距离要用中继器等中间设备来增强信号的强度，并且修复信号的波形。特点：重新产生的信号完全消除了前一段传输过程中信号的衰减和畸变。所以，远距离通信通常采用数字信号。2.信号的传送信号在传送过一段距离后都会有信号的衰减和畸变，强度会衰减，波形会走样。因此，需要有某种装置将失真的信号还原。图12.5数字信号在线路上的传输3.调制与解调

在通信中，需在数字信号和模拟信号之间进行多次转换。调制：把数字信号转换为模拟信号。解调：把模拟信号还原为数字信号。调制解调器（Modem

）：完成调制和解调的设备。（1）调制调制是把信息“装载”到载波上的过程。有三种基本调制方法：①调幅通过改变载波信号的振幅，假设现在要传送数字信息，调幅是用振幅的变化来表示0和1，例如，用振幅大的波表示1，用振幅小的波表示0。②调频

通过改变载波信号的频率，用频率的变化来表示0和1，例如，用高频载波表示1，用低频载波表示0。③调相通过改变载波信号的相位变化来表示0和1，例如，如果载波一个周期的相位与前一个周期相比，相位发生发生了改变表示1，没有发生改变表示0。相位：描述信号波形变化的度量，通常以度（角度）作为单位，也称作相角。在函数y=Acos(ωx+φ)中，ωx+φ称为相位一分钟练习把数字信号转换为模拟信号叫________，把模拟信号还原为数字信号叫________。调制解调12.2.2信道——传输介质

传输介质：即信道，是传送信号的通路。模拟信道：传输模拟信号的信道数字信道：传送数字信号的信道。不同的通信信道有不同的带宽和数据传输速率带宽：通信信道能够通过信号的频率范围，其单位是Hz速率：每秒钟传输的比特数，其单位是bps。显然，带宽和速率成正比。对于模拟信号，带宽又称为频宽，以赫兹（Hz）为单位。例如模拟语音电话的信号带宽为3400Hz，一个PAL-D电视频道的带宽为8MHz。数字设备中，频宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。描述带宽时常常把“比特/秒”省略。例如，带宽是10M，实际上是10Mb/s。传输介质的分类传输介质分有线介质和无线介质两大类。常用的有线介质：（1）双绞线。（2）同轴电缆。（3）光纤。常用的无线介质：（1）微波。（2）卫星。双绞线是由一对相互绝缘的金属导线绞合而成。一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰，而且可以降低自身信号的对外干扰。注意：一般扭线的越密其抗干扰能力就越强，与其他传输介质相比，双绞线在传输距离，信道宽度和数据传输速率等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。由一根空心的外圆柱体及其所包围的竟要导线组成，柱体和导线之间用绝缘材料填充。特点：频率特性和屏蔽性能比双绞线好，能进行较高速率的传输。光纤由一束光导纤维组成。特点：通信容量较大、传输距离较远，电磁绝缘性能较好、衰减较小。微波。使用高频率的无线电波以直线形式通过大气传播。传播距离短，对城市建筑物间和大型的校园中传输数据，是一个理想介质。卫星通信使用地球36000km的卫星作为微波转播站。卫星能发送大量数据，但易受天气的影响。12.3数据交换

12.3.1线路交换线路交换是在通信双方之间建立一条专用的通信线路。最典型的线路交换是电话系统，

评价：

就通信网络的公共资源利用率而言，线路交换方式的使用效率比较低。

但是，一旦建立起通信线路，通信双方就能够以固定的传输率来传送数据，除了在线路和中间交换设备上必须消耗的时间外，不会再有其他的延迟，因此，数据传输率比较高。数据交换是指信号在通信网络中的整个传输过程。数据交换的方式分为线路交换和存储转发交换。12.3.2存储转发交换

分组交换：较常用，即把要传输的数据分割成比较小的一个个分组独立传送。分组交换分为虚电路交换和数据报交换

虚电路交换首先建立一条连接源地和目的地的线路，每个数据分组都沿着这条线路传输，在中间交换设备不再进行路径选择。

数据报方式是一种无连接方式，各个数据分组可以沿着不同的传输路径到达目的地。

IP电话是哪种数据交换方式？12.4寻址

12.4.1通信方向寻址首先要寻找方向。所谓通信方向是指两个网络节点设备之间的数据流向。通常有以下三种通信方向：

（1）单工。信道上数据流向是单方向的，数据只能向一个方向流动。通信时，一方只能发送，另一方只能接收。