计算机导论- 计算机通信

通信层通信层在计算机系统的位置计算机通信

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，信息就必须通过各种中间设备，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.信息从源头进入通信网络，传送过程要经过很多中间节点，应该怎样寻找有效的网络路径，一步一步到达目的地？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、路由器等中间设备情景问题——通信系统与物流系统

在物流系统中，必须保证任何地点出发的交通工具都能安全、顺利、完整地到达目的地。在运输的源头需要将货物根据自身的特点拆分、打包，然后选择合适的交通工具，比如大型货车、小型货车、冷藏车等，在运输的目的地需要将货物拆包、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。形象地说，通信领域不断地进行着通信中的“道路”、“车辆”、“交通规则”、“交通设备”的标准定义、设计、开发、制造、建设和维修维护，并向有运输需求的人提供有偿服务。计算机通信——概述

通信的起源和发展1.面对面地说话；2.用肢体语言（如手势、表情等）表示。人与人之间近距离如何交流？如果两个人之间隔着一定距离如何交流？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、信鸽开始，发展到现代通信计算机通信——概述

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，

请举例说明现代通信的高速发展？计算机通信——概述

计算机通信系统模型

信源：通信的源头称为信源。

信宿：通信的目的地称为信宿。信息以电子、电磁、光等不同形式的信号在信道上传输。

信道：传送信号的通路，也就是传输介质。

邮件的传输过程？计算机通信——概述

通信协议

计算机通信系统由多个互联的节点组成，通信各节点之间传送的信号必须要有一些基本的规则。就像使用不同语言的人之间需要一种通用语言才能交流一样，网络节点之间的通信也需要一种通信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通信协议。

计算机通信——概述

通信协议

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。计算机通信——信息的编码

信号

信息必须转换为信号才能在通信系统里传输。不同的通信系统会使用不同形式的信号，可以将信号分成两大类：模拟信号和数字信号。不管是模拟信号还是数字信号，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。计算机通信——信息的编码

模拟信号

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。在传送模拟信号时，每隔一定的距离就要通过放大器来增强信号的强度，但与此同时，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。计算机通信——信息的编码

数字信号

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。计算机通信——信息的编码

数字信号

在传送数字信号时，每隔一定的距离就要通过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，这样，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。

计算机通信——信息的编码

调制与解调

在实际的通信过程中，往往需要在数字信号和模拟信号之间进行多次转换。把数字信号转换为模拟信号称为调制。把模拟信号还原为数字信号称为解调。完成调制和解调的设备叫做调制解调器，也称为Modem。计算机通信——信息的编码

调制与解调

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）调幅是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。计算机通信——信息的编码

调制与解调

调制是把信息“装载”到载波上的过程。有三种基本调制方法：（2）调频是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。

计算机通信——信息的编码

调制与解调

调制是把信息“装载”到载波上的过程。有三种基本调制方法：（3）调相是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。计算机通信——信息的编码

信道——传输介质

两个通信设备之间必须由物理传输介质连接才能传送信号，信道就是传送信号的通路，也就是传输介质。信道本身可以是模拟的，也可以是数字的，用以传输模拟信号的信道称为模拟信道，用以传送数字信号的信道称为数字信道。不同的通信信道有不同的带宽和数据传输速率，带宽指的是通信信道能够通过信号的频率范围，其单位是Hz，速率指的是每秒钟传输的比特数，其单位是bps。显然，带宽和速率成正比。计算机通信——信息的编码

信道——传输介质

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。

计算机通信——数据交换

线路交换

所谓线路交换是在通信双方建立一条专用的通信线路。最典型的线路交换是电话系统，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。计算机通信——数据交换

存储转发交换

常用的存储转发交换方式是分组交换，即把要传输的数据分割成比较小的一个个分组独立传送。按照分组在通信网络上传输的管理方式，可以把分组交换分为虚电路交换和数据报交换两种不同的交换方式。

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？计算机通信——寻址

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。

计算机通信——寻址

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：

（2）半双工。在同一时刻，通信双方只能有单一方向的数据流向，一方要么处于发送状态，要么处于接收状态，不能同时又发又收。可以将半双工看成是可切换方向的单工通信，从某一时刻看是单工的，从总体上看是双工的。

计算机通信——寻址

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：（3）全双工。在同一时刻，通信双方有两个方向相反的数据流向，任何一方都可以一边发送数据一边接收数据，允许数据在两个方向上同时传输，在能力上相当于两个单工通信方式的结合。计算机通信——寻址

地址标识

任何接入通信网络的终端A，如果需要从通信网络的另一个终端B获取信息，必须知道B所在的位置，这个位置就是地址。在各种通信手段中，应用了各种各样的通信地址，相对应地就有各种各样的寻找地址的方法。

计算机通信——寻址

地址标识

1.MAC地址网络中的每一个主机都有一个物理地址，也称硬件地址或MAC地址（MediaAccessAddress，介质访问地址）。

MAC地址是一个全局地址，而且要保证世界范围内唯一。主机的MAC地址实际上是其连网所用的网卡上的地址，通常每一块网卡都带有一个全球唯一的6字节地址。为保证唯一性，网卡的生产厂商要向IEEE的注册管理委员会购买地址的前3个字节，作为生产厂商的唯一标识，后3个字节由生产厂商自行分配，并在生产网卡时固化在ROM中。计算机通信——寻址

地址标识

2.IP地址

IP地址是在Internet上某台主机（包括路由器和交换机）的惟一标识，IP地址的分配和管理由全球唯一的IP网地址管理机构——互联网名称和数字地址分配机构（ICANN）负责。

IP地址是一个32位的二进制数字，用二进制直接表示IP地址非常繁琐和令人费解，于是，人们采用4段数字，每一段数字就是8位二进制数字，并且用十进制表示，就是0~255。一个IP地址可以表示为211.99.34.33。计算机通信——寻址

地址标识

3.域名地址通过IP地址可以访问互联网上的任何主机，但记住这些数字串很令人头疼，DNS（域名解析体系）将IP地址翻译成域名。域名类似于写信时写在信封上的地址，如省名、城市名、区名和门牌号等，有一定的层次性。

DNS将IP地址自左向右分成3~4段，非别用字符表示主机名、网络名、机构名和最高域名，其中，最高域名是第一域名，一般是代表国家和地区的名称，如cn表示中国；机构名称是第二级域名，通常是代表组织或城市名称，如edu表示教育机构。计算机通信——寻址

路由

数据从一个通信节点到达另一个通信节点的路径选择过程称为路由，完成路由选择的设备称为路由器。数据到达路由器后，路由器从数据的分组结构中取出源地址和目的地址，与路由器中存储的