城市轨道交通综合自动化系统通信原理

计算机网络的产生计算机网络的形成和发展计算机网络的发展信息高速公路与未来的计算机网络计算机网络的发展趋势计算机网络的形成和发展计算机网络的产生1计算机网络技术的产生与发展是随着计算机技术和通信技术的发展而发展起来的，它是计算机技术与通信技术的有机结合，代表了当代计算机体系结构发展的一个极其重要的方向；计算机网络的形成和发展计算机网络的产生计算机网络的雏形是美国在1952年建立的半自动化地面防空系统SAGE，它第一次实现了把计算机技术和通信技术结合起来进行远程集中处理；2计算机网络的形成和发展计算机网络的产生1969年由美国国防部高级研究计划局(ARPA)主持研制的ARPA计算机网络投入运行，它可以说是世界上的第一个计算机网络；3计算机网络的形成和发展计算机网络的产生41976年，美国Xerox公司开发基于载波监听多路访问/冲突检测原理的、用同轴电缆连接多台计算机的局域网，取名以太网；计算机网络的形成和发展计算机网络的产生随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机网络也经历了从简单到复杂，从单机到多机的发展过程，其发展大致可分为以下4个阶段：01具有通信功能的单机系统（终端）；02具有通信功能的多机系统；03以共享资源为主要目的的计算机网络阶段04局域网络及其互连为主要支撑环境的分布式计算阶段计算机网络的形成和发展计算机网络的产生1、具有通信功能的单机系统（终端）图1-1采用多重线路控制器的“具有通信功能的单机系统”计算机网络的形成和发展计算机网络的产生2、具有通信功能的多机系统计算机网络的形成和发展计算机网络的产生3、以共享资源为主要目的的计算机网络阶段(ArpaNet)图1-3计算机——计算机网络模型计算机网络的形成和发展计算机网络的产生4、局域网络及其互连为主要支撑环境的分布式计算阶段由局域网互连的若干台计算机组成了分布式计算机系统；网络计算机由微型计算机组成；系统中的各台计算机无主次之分，即没有主机、从机之分；一个任务由多台计算机通过网络分解，并行地运行完成。计算机网络的形成和发展信息高速公路与未来的计算机网络1、信息高速公路1991年美国国会参议员阿尔•戈尔提出了“信息高速公路法案”。1993年9月美国政府正式提出了建立“国家信息基础设施”计划，即美国信息高速公路计划，简称NII计划。【（1）信息高速公路的由来】计算机网络的形成和发展信息高速公路与未来的计算机网络1、信息高速公路【（2）信息高速公路的基本组成】信息高速公路的全部内涵，包括以下四部分：通信网、计算机、信息和人从信息高速公路的结构来看，可分为三部分：主干线、支线和支点计算机网络的形成和发展信息高速公路与未来的计算机网络1、信息高速公路（3）我国的信息高速公路计划与“金”字工程发起中国信息基础设施建设——CII建设“三金”工程：“金桥”、“金卡”、“金关”。计算机网络的形成和发展信息高速公路与未来的计算机网络2、未来的计算机网络世界电视电话、电视购物、电视教学、电视会议、家庭影院、家中办公、全球医疗会诊、全球电脑数据库等。幻想变成现实计算机网络的形成和发展计算机网络的发展趋势在全球建设完善的信息基础设施一个目标计算机、通信、信息内容。三个融合微电子技术、光电技术。二个支撑多媒体、宽带网、移动通信、信息安全。四个热点计算机网络的定义计算机网络的定义计算机网络的定义内容计算机网络的定义计算机网络的定义将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。计算机：微型计算机、大型计算机，巨型计算机。网络软件网络协议、信息交换方式、网络操作系统。通信线路双绞线、同轴电缆、光纤、通信卫星、微波。资源硬件、软件、数据。计算机网络的定义计算机网络的定义内容123计算机网络是由两台或两台以上的具有“自主”功能计算机连接起来构成的系统；计算机之间要通信和交换信息彼此之间需要有共同遵守的规则，这就是协议；建立网络的目的：实现通信的交往、信息资源的交流、计算机分布资源的共享或协同工作。计算机网络的功能计算机网络的功能和分类计算机网络的分类计算机网络的功能和分类计算机网络的功能计算机之间和计算机用户之间的相互通信交往；资源共享；计算机之间和计算机用户之间的协同工作；最基本的功能：资源共享。1234计算机网络的功能和分类计算机网络的分类1、按网络拓扑结构划分：总线型星状环状网状树状计算机网络的功能和分类计算机网络的分类2、按网络的覆盖范围划分：局域网城域网广域网计算机网络的功能和分类计算机网络的分类3、按数据传输所用的结构和技术划分：交换网广播网包括电路交换网、分组交换网。包括分组无线网、卫星网、局域网。计算机网络的功能和分类计算机网络的分类4、按通信传输介质划分：双绞线网同轴电缆网光纤网卫星网计算机网络的功能和分类计算机网络的分类5、按信号频带占用的方式划分：基带网频带网计算机网络的功能和分类计算机网络的分类6、按交换方式划分：电路交换网分组交换网帧中继交换网信元交换网计算机网络的功能和分类计算机网络的分类7、按网络的数据传输和系统的拥有者分类：专用网公用网计算机网络的功能和分类计算机网络的分类8、按网络结构划分：资源子网通信子网计算机网络的功能和分类计算机网络的分类9、按照互联网分InternetIntranetExtranet计算机网络的功能和分类计算机网络的分类一般主要按计算机网络的分布距离来分类：局域网是局部地区网的简称，计算机网络的通信距离通常限于中等规模的地理区域内，一般不超过10km，可以是一个单位或地区组建。广域网又称远程网，其覆盖范围可以是几个城市、地区，甚至国家、洲和全球。局域网广域网计算机网络的功能和分类计算机网络的分类一般主要按计算机网络的分布距离来分类：城域网是介于局域网与广域网之间的高速网络，其规模限于一个城市范围。这类网络近几年发展迅速，其设计目标是要满足几十公里范围内的大量机关、公司、企事业单位的计算机联网需求，实现大用户、多种信息传输的综合信息网络。因特网不是一种具体的网络，它把全球各种局域网和广域网通过路由器连接起来，采用TCP／IＰ协议通信来实现全球化的信息服务。城域网因特网计算机网络的功能和分类计算机网络的分类广域网城域网城域网接入网接入网接入网接入网图1-4广域网、城域网和局域网局域网接入网企业网计算机网络的组成虽然计算机网络系统的结构和组成是复杂的、多样的，但对于以分组交换技术为基础建立起来的计算机网络系统来说，所有系统都具有相同的结构和组成。按照逻辑划分，可将计算机网络划分为：资源子网通信子网计算机网络的组成图1-5通信子网和资源子网计算机网络的组成1、资源子网资源子网由主计算机、终端、通信控制设备、连网外设、各种软件资源等组成。主要负责全网信息处理，向网络用户提供可用的资源和网络服务。计算机网络的组成2、通信子网通信子网由网络中的各种通信设备及只用作信息交换的计算机构成。传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤等有线通信线路，也可以是微波、通信卫星等无线通信线路。计算机网络的组成2、通信子网通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分，完成全网之间的数据传输、交换、控制。基本概念数据同步技术异步传输方式同步传输方式数据同步技术基本概念1、概念数据的发送和接收要求同步，发送端以一定的速度在一定的起止时间内发送数据，接收端也必须以相同的速度在相同的起止时间内发送数据。数据同步技术基本概念2、需解决问题01正确区分和识别每个比特----位同步02正确区分和识别每个比特----位同步03区分出完整的报文数据块的开始和结束位----帧同步数据同步技术基本概念3、同步方式异步传输方式同步传输方式数据同步技术异步传输方式每个字符在传输时都前后分别加上起始位和结束位，以表示一个字符的开始和结束。起始位为“0”，结束位为“1”，结束位的长度可以为1位、1.5位或2位。图1-13异步传输发送端接收端停止位

奇偶位

b7b6b5b4b3b2b1

起始位起始位校验位终止位数据同步技术异步传输方式工作特点各个位以串行方式发送，并附有“起止位”作为识别符以字符为单位，字符之间通过“空号”来分隔优点：设备简单、技术容易、费用低缺点：每传输一个字符，都需要附加2~3位附加位，开销大，消费传输时间应用：适用低速的通信场合数据同步技术同步传输方式以固定的时钟节拍来发送数据信号，字符间顺序相连，既无间隙也没有插入位。收发双方的时钟信号与传输的每一位严格对应，以达到位同步，在开始发送一帧数据前须发送固定长度的帧同步字符，发送完数据后再发送帧终止字符，这样就实现了字符和帧的同步，之后连续发送空白字符，直到发送下一帧时重复上述过程。数据同步技术同步传输方式发送端接收端数据块同步信号同步信号数据块0111111001111110图1-14同步传输数据同步技术同步传输方式同步传输中，信息是以数据块的方式传输。附加位多，效率高于异步传输。在位流中采用同步字符来保证定时。工作特点数据同步技术同步传输方式优点：传输速率高。缺点：设备较贵，线路使用高，加大DCE设备负担。应用：计算机和计算机之间的通信，智能终端与主机之间的通信，以及网络通信等。基本概念多路复用技术频分多路复用（FDM）时分多路复用技术（TDM）课前预习多路复用技术基本概念1、概念当信道的传输能力超过某一信息的需求时，为了提高信道的利用率，需要用一条信道传输多路信号，即多路复用技术。多路复用技术基本概念1、概念通过多路复用器，将多路信号进行汇集后传输，接收端再通过多路复用器将信息进行分离。多路复用技术基本概念1、概念常用的多路复用技术频分多路复用（FDM）时分多路复用（TDM）波分多路复用（WDM）空分多路复用（SDM）多路复用技术基本概念1、概念多路复用器多路复用器图1-15多路复用技术多路复用技术频分多路复用（FDM）频分多路复用FDM是利用传输介质的可用带宽超过给定信号所需的带宽这一优点。频分多路复用FDM是把每个要传输的信号以不同的载波频率进行调制，而且各个载波频率是完全独立的，即信号的带宽不会相互重叠，然后在传输介质上进行传输，这样在传输介质上就可以同时传输许多路信号。多路复用技术频分多路复用（FDM）应用：适用于宽带局域网、公用电话网传输语音信息时的电话线复用技术。图1-16频分多路复用技术多路复用技术时分多路复用技术（TDM）时分多路复用TDM利用每个信号在时间上交叉，可以在一个传输通路上传输多个数字信号。这种交叉可以是位一级的，也可以是由字节组成的块或更大量的信息。多路复用技术时分多路复用技术（TDM）与频分多路复用类似，专门用于一个信号源的时间片序列被称为是一条通道时间片的一个周期（每个信号源一个），称之为一帧。在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。多路复用技术时分多路复用技术（TDM）应用：适用于传输占信道带宽较宽的数字基带信号，常用于基带局域网中。图1-17时分多路复用技术多路复用技术课前预习1什么是协议？协议的组成？协议的功能？2计算机网络体系结构为何要采用分层结构？3ISO的开放系统互连参考模型分几层？从高到低分别是什么？各层各有什么功能？多路复用技术课前预习4著名的标准化组织有哪些？5TCP/IP的参考模型分几层？各有什么功能？6IP地址分为哪几类？什么是子网掩码？有何功能？多路复用技术课前预习7计算机系统的软件包括哪3个部分？8网络操作系统是如何定义的？有何功能？9计算机网络系统主要由哪几种系统结构？基本概念数据交换技术线路交换（静态分配）存储转发交换（动态分配）数据交换技术基本概念1、概念交换也称为转接。是在多结点网络中实现数据传输的技术，两结点要通信时，在双方之间建立一条物理的或逻辑的通道，称为链路。数据交换技术基本概念1、概念所谓交换技术是采用交换机或节点机等交换系统，通过路由选择技术以实现通信双方的信息传输和交换的一种技术。数据交换技术基本概念1、概念常用的数据交换方式可分为两大类：电路交换方式和存储转发方式。其中，存储转发方式按照被转接的信息单位不同，又可分为报文交换和报文分组交换。数据交换技术线路交换（静态分配）原理：通过呼叫(拨号)在通信的双方之间建立起一条传输信息的实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被通信双方独占而不能被其它站使用，直到数据传输结束。建立线路传输数据线路拆除包括三个阶段数据交换技术线路交换（静态分配）特点在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的固定传输带宽。优点数据传输可靠、速度快，且按序传送缺点线路利用率低；线路建立和拆除的时间较长；不具备差错控制能力；不具有存储转发能力数据交换技术存储转发交换（动态分配）产生1964年，巴兰提出了“存储转发”的概念；1969年美国的分组交换网ARPANET投入运营。1966年，戴维斯提出了“分组”的概念。数据交换技术存储转发交换（动态分配）存储转发和线路交换的主要区别发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网通信子网中的结点要负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。数据交换技术存储转发交换（动态分配）分类数据通过通信子网传输时可以有报文（message）与报文分组（packet）两种方式；不管发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻辑单元发送；限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文分组发送。报文传输报文分组传输数据交换技术存储转发交换（动态分配）分类1、报文交换报文交换属于存储交换，它不需要在两个站之间建立一条专用通路。存储交换的主要原理是：把待传送的信息存储起来，等到信道空闲时发出去。存储交换具有存储信息的能力。数据交换技术存储转发交换（动态分配）分类1、报文交换无需建立专用通道，传送的报文可分时共享通路，从而提高线路利用率；可以进行不同速率、不同码型的交换，从而实现不同种类的终端间的数据传送；可以实现把一个报文送到多个目的站点。优点数据交换技术存储转发交换（动态分配）分类1、报文交换报文不按顺序到达；延迟时间较长，为“报文接收时间+排队等待时间+报文转发时间”；中间节点须具备很大的存储空间,且大报文从外存调入内存增加了延迟时间；大报文长时间占用线路进行传输,增加了其他小报文在网络中的延迟时间；大报文出错率较高而引起频繁的重发,影响传输效率。缺点数据交换技术存储转发交换（动态分配）分类1、报文交换电报、电子邮件等非实时系统应用数据交换技术存储转发交换（动态分配）分类2、分组交换较长的报文分割长若干个一定长度(等长)的段,每段加上交换时所需的地址信息、差错校验信息，按规定格式构成的数据单元。限制信息的长度,以分组为单位进行存储转发，在接收端再将各分组重新组装成一个完整的报文。分组基本思想数据交换技术存储转发交换（动态分配）分类2、分组交换优点：高效、灵活、迅速、可靠缺点：实现复杂。合适：计算机间联网通信，是目前数据网络中最广泛使用的一种交换技术。数据交换技术存储转发交换（动态分配）虚电路分组交换（面向连接）特点：分组传送前在发送站和接收站间建立一条逻辑电路。优点：数据传送前仅作一次路由选择；数据传送时不需目的地址减少了分组长度；节省通信处理时间等额外的开销；保证每个分组正确有序的到达。缺点：当某个节点出故障时，沿途经过的虚电路瘫痪。合适：系统之间长时间的数据交换。数据交换技术存储转发交换（动态分配）数据报分组交换（面向无连接）数据报：指每个独立处理的报文分组。特点：没有建立连接的过程；以数据报为信息单元来处理；接收节点割据网络中的实际情况等来选择路由；

每个数据报经过的路径可能不同，到达时可能不按序，甚至有的数据报可能会丢失。优点：传输少数分组时速度更快、灵活;；且传输较为可靠,当某个节点出故障而失效，报文分组还可以通过其它路径传送。缺点：分组不按序到达，不能及时发现分组丢失。数据交换技术存储转发交换（动态分配）3、三种交换技术的比较数据交换技术存储转发交换（动态分配）4、虚电路方式和数据报方式的比较对比的方面虚电路服务数据报服务思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不要目的站地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号每个分组都有目的站的全地址路由选择在虚电路建立时进行，所有分组均按同一路由每个分组独立选择路由数据交换技术存储转发交换（动态分配）4、虚电路方式和数据报方式的比较对比的方面虚电路服务数据报服务当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化分组的顺序总是按发送顺序到达目的站到达目的站时不一定按发送顺序端到端的差错处理和流量控制由分组交换网负责由用户主机负责基本概念数据通信的基本概念数据通信的基本概念基本概念1、信息1信息是人脑对客观物质的反映。既可以是对物质的形态、大小、结构、性能等部分或全部特性的描述，也可以是物质与外部的联系。信息有各种存在形式，如：文字、声音、图像等等。数据通信的基本概念计算机网络的产生数据是定义为有意义的实体，是表征事物的形式，例如文字、声音和图像等。数据可分为模拟数据和数字数据两类。模拟数据是指在某个区间连续变化的物理量，例如声音的大小和温度的变化等。数字数据是指离散的不连续的量，例如文本信息和整数。22、数据数据通信的基本概念计算机网络的产生数据通信中的“信号”是指数据的电磁编码或电编码，信号可分为模拟信号和数字信号两种