计算机网络课件

SDisccSyaonDfKuutioaSyficm

计算机通信网

教材：

«计算机通信与计算机网络》杨心强等清华出版社了廿r

教学参考书：i'lMicI'rkfiu'ne\ci«>.-<k

1.DataandComputerCommunications(5thedition)(b)Ekuuifde

WilliamStallings清华出版社

2.〈〈计算机网络〉〉谢希仁等电子出版社

计算机通信网

第一章数据通信技术基础

第二章计算机通信网及其交换方式

第三章网络体系结构

第四章通信协议

第五章局域网

第六章网络互连技术/Ixxzal

，,'netMork

第一章数据通信技术基础

第一节数据通信系统

第二节数据通信基本知识

第三节传输信道

第四节数据通信系统的质量指标

第五节同步技术

第六节差错控制技术

第七节多路复用技术

第一章数据通信技术基础

第一节数据通信系统

一、通信系统

通信系统的组成：终端设备交换设备传输设备

电话通信系统：电话机交换机传输线路数据终端设备DTE(dataterminalequipment)：数据输入、输出和处

计算机通信系统：计算机交换机传输线路理。

通信控制器CCP(communicationcontrolprocessor)：对通信过程进

行控制

数据电路端接设备DCE(datacircuitterminatingequipment)：对

数据信号进行变换，使之适合线路的传输特性。

2.有关术语

1)数据传输：沿发送和接收间的传输介质传送数据。

涉及的内容：数据信号和传输介质。

(信号的编码和调制技术，信道的传输特性。

是计算机通信的基础)

两DCE间的数据传送称为数据传输。

该部分构成数据电路。两DCE及其之间的部分）7单位码（7位二进制码表示一个字母、数字或符号）

DigitalbitAnakiKAnalogDigitalbit此代码由美国标准化协会提出，称为：美国信息交换用标准代码

streimUgmilsignalstream（ASCII）

leu_TLTfwuPVb_TLT

TSO和ITU-T采纳发展成为国际通用标准代码简称为国际NO.5代码。

NO.5与ASCII码的区别：货币符号不同，

ASCII码的货币符号是“$”，NO.5采用国际通用货币符号。

000Q002.我国通用代码

InpuilioiumincdAccrivcd(JhnpuiiMml>Ut|XU

哂5dMgnal触iti(hnn,!ti<nl我国根据IS02022标准“7单位编码字符集扩充编码方法”的有关规定，

tfij

结合我国国情制定了数据交换用标准代码GB1988-80。它与NO.5等效,

2）数据通信：数据终端间的数据交换。但货币符号为人民币符号“¥”。

涉及的内容：通信双方的高度协调和通信规程（协议）。（何时建立连汉字编码的标准为GB2312-80“汉字信息交换用代码”。每一汉字用2

接，收发间的同步，差错控制，故障恢复，等等）由通信控制部件完字节表示，每一字节采用GB1988-80的7单位编码。

成这一功能。增加了通信控制功能的数据电路称为数据链路。（两三、并行传输与串行传输

CCP及其之间的部分）1.并行传输

3）计算机网络构成一个字符的二进制代码在并行信道上同时传输的方式。

互连的、独立自主的计算机集合。2.串行传输

通过通信设备和线路连接，具有功能完善的网络软件，实现网络中资构成一个字符的二进制代码序列在一条信道上按位依次传输的方式。

源共享的计算机通信系统。四、同步方式

包括通信子网和资源子网。在数据传输中为了正确接收，收发信机必须保持同步。（收端准确识别

4）数据通信系统每一位的开始和结束，每一字符的开始和结束，每一数据块的开始和

一般指计算机网络中的通信子网。结束）。

5）计算机网络体系结构（architecture）异步传输与同步传输是两种不同的实现同步的方式。

计算机进行通信时，通信双方必须保持高度的协调，按照统一的通信1.异步传输（字符同步）

规程和协议进行动作，方能完成通信任务。以字符为单位进行传送，每字符前加一“起始”信号，字符后加一“停

通信的协调是一个复杂的过程，不可能用单一的进程或模块处理，也止”信号。

不是一个单一的协议，而是包括实现通信功能的各个协议的结构化的起始信号——“0”，等于码元长度。

集合。停止信号——“1”，等于1,1.5,或2个码元长度。

计算机网络体系结构：实现通信功能的各个协议的结构化的集合。是

计算机网络的重要组成部分。

第二节数据通信基本知识

一、数据传输方式这一方式适于低速数据传输。

三种基本数据传输方式2.特殊码序列同步法

1.基带传输（1）收发双方必须建立准确的位定时信号，以正确区分每一位数据信

不经调制（但进行码形变换）直接将数据信号送线路传送。号；

适于短距离传输（2）以帧为单位传送，以特殊码序列作为同步标志；将同步标志加在

2.频带传输每一帧的开始和结尾位置，表示一帧的开始和结束。此方式适于高速

将数据信号调制到某一频带后，进行传输。数据传输。

其目的是为了适应传输信道的频率特性。五、数据通信的工作方式

例如：话带传输。将数据信号调制到话音频带，利用电两点间的通信按信息传送的方向和时间分为：

话线进行数据传输。1.单工通信

3.数字数据传输任何情况下，信号只能沿单一方向传送。

利用数字传输线路进行数据传输。2.半双工通信

目前多利用PCM传输线路进行数据传输。信号可双向传送，但同一时间只能有一方传送。

二、传输代码3.全双工

信息（数字、字母、符号等）的二进制表示。可同时进行双向传送。

1.国际5号代码（NO.5,ASCII码）

第三节传输信道（2）附加的起止码位。

数据通信与•般通信系统相同，都是由收信系统和传输信道三部分组二、频带利用率

成。有效性指标。

1.传输介质单位频带内的码元速率：波特/赫兹，Baud/Hz

1）分类单位频带内的信息速率：比特/秒.赫兹，bit/s.Hz

制导（有线）介质和非制导（无线）介质三、差错率

光介质和电介质可靠性指标。通常有三种表示

2）信道的传输特性1.误码率

不同的传输介质具有不同的传输特性，直接影响传输质量。比特或码元差错率。

决定传输质量的主要特性：Pe=Ne/NNf8

可用频带宽度,中继距离,抗干扰性N：发送的总码元数

2.传输损害Ne：收端错误码元数

传输损耗，时延和噪声二进制传输系统中：Pe=PebPeb：比特差错率

群时延和脉冲噪声对数据信号传输危害最大。M进制传输系统中:Pe=Peb2（M-l）/M

3.信道标准M足够大时：Pe^2Peb

信道的种类繁多，按不同的分类方法可分为：2.误字率

有线信道和无线信道字符错误的概率。这是电报通信中使用的指标。

数字信道和模拟信道误字率=收端差错字符数/总发送字符数

时分复用信道和频分复用信道3.误组率

码组错误概率。有时称误帧率，帧是数据传送单位。

不同种类的信道特性差异很大，且不同程度的受到各种噪声的干扰，误组率=收端误组数/总发送组数

为保证可靠传输对信道特性应有一定要求。国际电信联盟ITU-T针对误码率用于评价系统的传输质量；

模拟信道的数据传输制定了信道标准。为M系列标准。误字率与误帧率用于根据接收端设备的输出，比较差错控制的效果。

具体内容：总衰耗，幅度失真，群时延失真，噪声，等。CC1TT（ITU-T）专门提出了关于数据传输误码率的维护建议。

例如：电话线路上的数据传输，当传输速率为1200bps时，

第四节数据通信系统的质量指标交换线路的误码率维护极限值是10-8

通信质量：有效性和可靠性。专用线路的误码率维护极限值是5*10-5

数据通信系统的质量指标也是围绕着有效性和可靠性超过此值，则认为是发生故障。

来制定的。除以上三种指标外，还有：

一、传输速率可靠度，适应性，使用维护性，经济性，标准性，通信建立时间，等

有效性指标。系统传输能力的主要指标质量指标。

1.码元速率（RB）

单位时间内传输的码元（符号）个数，又称符号速率。第五节同步技术

单位：波特（Baud）,符号/s。故又称波特率。一、同步的概念

RB=I/T（Baud）T：单位符号的时间长度。同步：发送与接收保持步调一致,通常，数据按比特经线路传输。数据

RB又称调制速率：单位时间内（秒）调制信号波的变换次数（调制符是以一定的传输速率、一定的信号持续时间、一定的间隔在传输介质

号的个数）。上传送。要求收、发设备对比特的计时（数据速率、持续时间、间隔）

2.数据信号速率（Rb）必须相同。

单位时间内传送的数据信息的位数（二进制位bit）。称信息传输速率。二、同步的任务

单位：比特/秒，bps,bit/s。简称比特率。注意：波特率与比特率1.位（码元）同步

不同，但有联系，关系：Rb=RBlog2MM：调制信号的状态数。准确地识别每一位（码元）的起止时刻，在适当的时刻取样判决。

3.数据传输速率2.载波同步

单位时间内传送的数据量。采用相干解调时，除了位同步，还要求接收端提供一个与发送端同频

数据单位：比特，字符，码组同相的参考载波（相干载波），即载波同步。

时间单位：秒，分，小时3.群同步（码组同步，帧同步）

通常采用：字符/分数据传送的基本单元为字符、码组或帧时，接收端要正确识别每一字

与Rb的关系：换算为Rb时应考虑（1）每一字符用多少比特表示，符、码组和帧的起止时刻。

三、同步的实现方法分组码

1.位同步载波同步卷积码

（1）插入导频法三、差错控制的基本方式

（2）直接提取法1.自动请求重发（ARQ），又称：反馈重发

2.群同步发送端对发送数据信息进行检错编码，接收端译码，发现错误后，通

1）起止同步（异步传输）以字符位单位传送数据。过反馈信号送回出错信息，发送端重发，直至无差错为止。

2）特定码组同步法（同步传输）用特殊码组作为同步标志。2.前向纠错（FEC）

发送端对发送数据信息进行纠错编码，接收端在译码过程中自动纠错。

第六节差错控制技术3.混合纠错（1IEC）

一、差错控制的概念ARQ与FEC的结合。发送端发送既有检错能力又有纠错能力的混合检错

实际通信系统中存在着各种不利因素的影响，导致无论如何设计总会纠错码，

出现误码。不同业务对误码率的要求：接收端译码，若误码的位数在纠错能力以内，自动纠错，否则，请求

电话（数字）10-3"10-4重发。

数据10-8以下除以上三种方式外，也可以采用非编码技术实现差错控制，如回程校

一般条件下（中速传输），信道误码率：验法和重发多判法。

有线（电介质）：10-4~10-6习题：4-30,4-31

无线：10-2~10-4

通常，传输速率越高，误码率越高。第七节多路复用技术（第五章第三节）

降低误码的方法：当信道的可用带宽（容量）大于信道中传输的信号带宽时，采用多路

（1）改善信道的特性，减少信道产生的误码。复用技术，提高信道的利用率。

如：选择合适的传输线路，增加发送功率，选用抗干扰能力强的调制一、多路复用的基本概念

方案，等。1.多路复用

（2）在传输控制设备中增加差错控制机制，对误码进行纠正。将若干路彼此无关的信号合并成一路复合信号，在一条公用线路上传

差错控制：出现误码时，发现误码，纠正误码。输，到达接收端后，再将各路信号分离，从而使通信系统中多个信息

差错控制的核心是信道编码。源共享一条传输线路。

二、信道编码2.多路复用的基本原理

1.信道编码的基本思想多路复用功能包括：信号复接，传输，分路。复接：在发送端（信道

通过对传输的数据信息进行编码，在信息序列中引入一定的相关性，输入端）将各路信号组合为多路复用信号。

利用相关性发现误码、纠正误码。例如：奇偶校验码包括信号正交化处理和信号复合。

1）信道编码的一般原理正交化处理：将各路信号变换为互相正交的信号，避免多路信号在信

将数据信息码序列划分成为码组，每组k位。每组引入n-k位冗余位道中重叠。不同的复用方式采用不同的正交化处理技术。

（称为监督位），编为n位码。n-k位监督码决定于码组中的k位信息传输：通过一条传输线路传送多路复用信号。

位（相关性），接收端根据码组中码位间的相关性检错纠错。码的检错分路：接收端将复接的多路复用信号分解为多路信号流。

和纠错能力与监督位数有关。分路是通过正交分离技术实现的。

2）编码效率通信系统中，多路复用功能由多路复用器完成。

r=k/n（在一定的纠错能力下，n尽量短，I■尽量高，且方案简单，

易实现。）

3）检错编码和纠错编码

检错编码：能发现错误的编码。

纠错编码：能纠正错误的编码。

2.常用的检错纠错码

1）检错码

奇偶校验码XfUX:Multiplexer

DMUXDemultiplexer

行列校验码

等比码实际应用中，在线路两端对称设置多路复用器，发送接收数据。.

循环冗余校验码多路复用器：实现多路复用功能的设备。

2）纠错码传统通信系统中常用的复用方式：频分复用，时分复用。

二、频分复用（FDM）与系统时钟同步的数据信号的设备。

按频率划分信道的复用方式。2.同步时分复用的特点

复用条件：传输线路的可用带宽大于各路传输信号的总带宽。公共信道中的时隙数固定；

复用方式：将每一路信号调制到不同的我频，每一载频分配足每一路信号对应于每一帧中固定的时隙；

以传输信号的带宽。（频率搬移，横向分割）为防止各路信号每一时隙固定地预先分配给每一路信号；

之间的干扰，相邻频带之间需留有一定的保护带宽。每一路信号速率v与公共信道速率V的关系：

复用原理：V>nv（v：速率适配后的速率）

3.交织（交错）

在同步时分复用方式中各路信号交错占用信道进行传输，交错的单位

可以是比特，也可以是字符。

比特交织：每一时隙传送一比特。

字符交织：每一时隙传送一字符。

为保证同步接收，交织后的数据以一定格式构成帧，每帧内加入同步

序列。例如PCM帧

（-）统计时分复用

动态地、按需要向各路信号分配时隙。

三、时分多路复用（TDM）特点：

以时间划分信道的多路复用方式。*信号对线路的占用（时隙的分配）不固定周期；

复用方法：将公用信道的传输时间划分成若干时隙，每路信号分配*线路上的时隙数不等于复用输入端的信号路数；

一个时隙（纵向分割），各路信号分时共享同一公共信道。*信号与时隙不一一对应；

*终端设备的数据速率总和可大于复用线的容量。

相对于同步时分复用方式，统计时分复用控制复杂。

习题：

2-14,2-16,2-18（1）（2）,2-22,3-2,4-13,4-14,4-15,4-18

第二章计算机通信网及其交换方式

第一节计算机通信网的基本概念

第二节数据通信网的交换方式

第二章计算机通信网及其交换方式

根据时隙的分配方法不同，有两种不同的时分复用方式:第一节计算机通信网的基本概念

同步时分复用一、计算机网通信网的定义和组成（第六章第一节）

统计时分复用。-）定义

（一）同步时分复用互连的、独立自主的计算机集合，是通过通信设备和线路连接，具有

以相同的周期，周期性的向每一路信号分配相等的时隙.功能完善的网络软件，实现网络中资源共享的系统。

（均分）二）组成

（1）向用户提供服务的若干主机；

（2）由专用的通信处理机（网络节点）和连接这些节点的通信链路构

成的通信子网；

（3）主机与主机、主机与通信子网和通信子网中各节点之间通信遵循

的通信协议。

二、计算机网络的分类

1.按分布距离划分

1.同步时分复用的实现局域网（LAN：LocalAreaNetwork）1km左右。

整个时分复用系统和与之相连的数据终端按同一时钟工作。（复用器、城域网（MAN：MetropolitanAreaNetwork）5、50km。

分路器、终端）广域网（WAN：WideAreaNetwork）几十~几千公里。

速率适配器：将数据终端的非同步数据信号转换为具有同一脉冲宽度2.按信号传输方式划分

交换网：点（信源）到点（信宿）传输。通信子网由相互连接的交换1）网络内部

节点构成。数据从信源（源网络结构，交换方式，控制协议等。

站）经交换节点传送到信宿（终点站）。2）接入方式

广播网：点到多点传输。通信网络中无交换节点。任一站发出的数据站（终端设备）接入网络的方式。

可以被其它各站接收。二、交换方式

一般LAN多采用广播网，WAN采用交换网。网络交换节点的作用：

3.按服务对象划分作为用户站入网的接口（网络边界节点）；.完成数据交换功能。

公用（public）网：向全社会提供服务。数据交换功能：通过节点到节点的转接，将用户数据由源站送到终点

专用（private）网：专为某一行业或部门服务。站。

交换节点的交换方式：电路交换，报文交换，分组交换。

一）电路交换（circuitswitching）

根据用户的通信要求，通过交换节点在两站之间建立一条专用的通信

线路。

史按节点

（-）数据通信过程

1.建立电路数据通信之前，首先建立站之间的物理连接:

2.数据传输按照传输规程，进行数据传输；

计算机篇信网E*匹

3.拆除电路传输结束，拆除物理连接。

通信过程与电话交换相似。

第二节数据通信网的交换方式（第四章第五节）

一、数据通信网的基本概念

1.数据通信网

计算机网络中的通信子网。

2.构成

网络节点（node）交换设备

链路（link）传输设备

站（station）终端设备

文及向姑示意IB

3.通信子网所涉及的内容

.数据传输之前，必须建立物理连接：

.两站必须同时空闲可用；

.建立连接的时延长，传输时延可忽略：

.电路一旦建立，在拆线之前为通信双方所独占；

.网络过载时会产生呼损；

.数据的编码、格式和传输控制与网络节点无关。

优点和缺点：

优点：传输时延小，传输效率高，网络对数据的格式和编码的类型没

有限制。

缺点：电路建立时延较长，电路利用率低，可能产生呼损，要求通信

双方同时空闲可用，要求通信双方的信息格式、

编码类型、传输速率、同步方式通信规程应完全兼容。

数据通信网早期使用的一种方式。

二）报文交换（messageswitching）

（-）交换方式

基本思想：存储转发

方法：

.数据发送前，不必建立站与站之间的连接；

.发送站将要发送的数据（报文）附上接收站地址，送往与之连接的节报文交换传输过程示意图

点交换机；（二）特点

.节点机接收并暂存报文，按地址选择通往目的站的下一节点，然后发.线路利用率高；

出。按照此方法，由节点到节点，一直送到终点站。报文必须按照一.不必建立站与站之间的连接；

定的格式进行组织。.不要求收发站同时可用；

不会产生呼战，但可能产生较大传输时延；

.交换网内可执行速率和码制的转换

.可实现同报通信；

.交换机存储容量要求大。

三）分组交换（packetswitching）

综合电路交换和报文交换的优点，将其缺陷减少到最小，产生了分组

交换。

（-）基本思想

.采用存储-转发的交换方式；

.对入网的数据单位长度加以限制，超出限定长度的报文分解为较小的

数据单位后逐次发送；

.分解后的数据单位称为分组（packet）,是网络传输、交换、流量控

制及差错控制的基本单位。

ISrdata

trricJ

数据分组示意图.传输前，需在两站之间建立电路，该电路建立后，并不为收发站所独

（二）传输过程占，故称虚电路；

发送站：将数据分组，在每一分组附加所需的控制信息后，发往交换.网络节点对分组进行存储转发，转发路径是已经建立的虚电路：

节点。.传输结束后，拆除虚电路。

交换节点：对分组进行存储，转发（处理方式依不同的分组交换方式通信过程分为三各阶段：

而不同）。（1）建立虚电路；

接收站：依次从交换节点接收分组，去掉控制信息，按序号进行装配,（2）数据传输；（发送站，节点，接收站）

恢复报文。（3）拆除虚电路。

两种不同的分组交换方式：数据报和虚电路。

1.数据报（datagram）

网络节点处理分组的方式与报文交换相似：

.传输前不需建立连接，发送站依次将附有接收站地址的分组送往发送

节点；

.分组是节点传输、交换、控制的独立数据单位，节点根据各链路的忙

闲程度分别进行处理，同一报文的分组可沿不同路径到终点站，因此

到达的时延不同，且不按序。

虚电路分组交换示意图（a）

（三）特点

.传输速度快（与报文交换相比）

・传输质量高（与电路交换相比）

.可靠性高（数据报迂回）

.信道利用率高

第拄件*过程示意阕分蛾殛传输比衽示》

2I1341M—RI（四）三种交换方式的比较

报文交换传输过程示意图数据报分组交换传输过程示意图

2.虚电路（virtualcircuit）

性;J式可将该层取消；

电路婢报文交换分盥交掩

山目、

(3)易于实现和维护。

(4)易于标准化。分层后对每一层的功能及所提供的服务有了明确的

接续需一定时址.

网络时延传输时延长.杓除时星较小规定。

传输时延可忽MU生化葩国大

二、分层原则

基箱拄制能力fl有

独立原则：某一层服务不变，其内部的功能结构的变化不影响

时硅增加,

时延痛加.其它层。

业务过就反应11''I1''声生拥塞

徵可E以控制服务原则；第N层使用第NT层提供的服务，N层的功能以NT层

女时性好整较好的服务为基础。

三、网络体系结构

既高高网络体系结构(architecture)：实现通信功能的各个协议的结构化的

习题：4-28,6-1-3集合。

包括：各层和协议集合。是计算机网络及其部件所应完成的功能的精

第三章计算机网络体系结构确定义。

第一节协议的概念功能的实现是遵循体系结构的实现(implementation)的问题。

第二节通信协议的分层结构体系结构是抽象的，实现则是具体的。

第三节开放系统互连参考模型

第四节TCP/IP网络体系结构第三节开放系统互连参考模型

OSI/RM：OpenSystemInterconnection/ReferenceModel

计算机通信网络体系结构OSI/RM是由国际标准化组织(ISO)提出的关于计算机网络体系结构的

第一节通信协议的概念国际标准。

一、通信协议参考模型：指0SI是一抽象结构。

通信协议：通信各方必须遵守的规则和约定。一、开放系统互连的基本概念

二、协议的基本内容-)开放系统

(1)使用共同的语言；I.开放：其含义为只要遵循0SI标准，一个系统就可以和位于世界上

(2)协调一致的操作步骤；任何地方的、也遵循这一标准的其它任何系统进行通信。

(3)异常情况的处理；2.系统：在OSI/RM中称为实系统(realsystem).指能进行信息处

(4)与通信线路的连接；等等。理和(或)信息传输的自治整体。

三、协议的组成要索3.开放系统：遵循0SI标准的实系统。

协议的三要素：语义、语法、定时。二)0SI的三级抽象