计算机网络的通信子网

计算机网络的通信子网

在这部分我们主要讲述：

♦:♦数据通信基本知识

♦:♦局域网技术

♦:♦城域计算机网和广域计算机网

网络互连技术

♦:♦端■端的通信

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学习目标

通过学习这部分知识，应该做到：：

♦:♦掌握信道带宽与传输速率之间的关系、通信子

网的组成、TCP/IP规程的主要内容、网际互

连的基本技术和设备。

♦:♦了解编码解码技术，掌握中继与交换的概念、

工SO-8802系列标准协议中的主要几种局域网、

基于电话传输系统的工SDN接入方式、端口的概

念。

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计算机网络是

计算机技术和通信技术的结合。

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通信子网概述

计算机网络首先是一个通信网络，各计章

机之间通过通信媒体、通信设备进行数字通信,

在此基础上各计算机可以通过网络软件共享其

它计算机上的硬件资源、软件资源和数据资源。

从计算机网络各组成部件的功能来看，各部件

主要完成两种功能，即网络通信和资源共享。

把计算机网络中实现网络通信功能的设备及其

软件的集合称为网络的通信子网，而把网络中

实现资源共享功能的设备及其软件的集合称为

资源子网。

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计算机网络系统

。计算机网络系统是由通信子网和资源子网组成■

的。

。通信子网：是由用作信息交换的节点计算机NC

和通信线路组成的独立的通信系统，它承担全

网的数据传输、转接、加工和交换等通信处理

工作。

。资源子网：主机和终端都处于网络的外围，它

们构成了资源子网，资源子网的任务是负责信

息处理，向网络提供可用的资源。

♦:♦注意子网、网络、互联网的概念。子网是相对

广域网而言，一般指路由器和通信线路的集合。

子网和主机构成网络。各种网络构成互展网。

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通信子网概述

因特网体系结构以TCP/工P协议为核心。工叩

议用来给各种不同的通信子网层或局域网提供

一个统一的互连平台，TCP协议用来为应用程

序提供端到端的通信和控制功能。

网络层协议IP

网络层

通信子网层

链路层

电话网…卫星网x.25网局域网物理层

基于TCP/IP协议通信子网体系结构

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数据通信系统

数据通信系统的基本组成：它具有三个基本要素:

信源、信宿和信道。

数据通信系统基本组成

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4

数字通信与模拟通信

⑴数据与信号

数据是传递信息的实体，它总是和一定的形式相联系

O数据分为模拟数据和数字数据两大类。

信号是数据的电编码或电磁编码。它有模拟信号和数

字信号两种基本形式，如图所示。

模拟信号和数字信号

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①模拟数据反映的是连续信息，取值是连续值，如语音

和图像等。

②数字数据反映的是离散信息，数字数据的取值是离散

形式的并由字母、符号、数码等表示的数据。

③模拟信号是在某一数值范围内可以连续取值的电信

号。

④数字信号是一种离散信号，它的取值是有限的。

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数据通信

MM

信道

。信道：信号传输的通道

♦:♦模拟信道：传输模拟信号的通道

♦:♦数字信道：传输数字信号的通道

模拟数据模拟信号

电话

(a)模拟数据在模拟信道上传输

模拟信号

H——」A调制/解调器V

(b)数字数据在模拟信道上传输

模拟数吨|编码解码器J数字信号*

(C)模拟数据在数字信道上传输

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信道

♦:♦信道：是通信中传递信息的通

发送信息与接收信息的设备以及与这些发送和

接收信息的相关设备连接在一起的传输介质组

成。

♦:♦信道有共享和独占之分。

♦:♦信道带宽与信道容量是信道的两个基本参数，

它由信道的物理特性所决定。

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14山东广播电视大学计算机与通信学院

信道容量

♦:♦信道容量：是指单位时间内信道上所能传输的

最大比特数，用bps（比特/秒）表示。

♦:♦信道带宽的增加虽然可以增加信道的容量，但

在某些情况下，信道带宽的无限增加并不能使

信道容量无限增大。

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♦:♦信道容量(C)

-信道的最大数据传输速率

-信道容量的计算

■理想无噪声信道的信道容量

奈奎斯特公式C=2Wlog2k(bps)

■理想有噪声信道的信道容量

香农公式C=Wlog2(1+S/N)(bps)

信噪比(dB)=101g(S/N)

例如：电话拨号线路，信道带宽4000Hz,以信噪比30dB计算,

信道容量C=4000*log2(1+103)=40Kbps

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C=wlog2(l+5/2V)

其中，c为信道容量，W为信道带宽，S为

信号功率，N为噪声功率。

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影响信道容量的因素

♦:♦香农公式C=Wlog2(1+S/N)(bps)

■市见

■信噪比(信号功率/噪声功率)

18山东广播电视大学计算机与通信学院

影响信道容量的因素

。信道容量不仅由传输介质决定，还受到信道上网络设

备处理速度的影响。

。带宽就像水管的粗细*

*4^

网络设备就像水管的阀门、连接器等

iff_;-----

。数据就像水管中的水

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信道容量

♦:♦带宽就像道路的宽窄

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。提高信号和噪声之间的功率比能够增加信道容量。

信道容量一定时，带宽W与信噪比S/N之间可

以互换，即提高信噪比与提高带宽具有等价意义。

♦:♦当噪声功率NfO,信道容量趋于无穷大，此时信

道传输信息的多少完全由带宽决定，得到有限带

宽无噪音信道的最大数据传输速率的表达式：

D=2WTog2k(bps)

左为传输系统中所使用的逻辑值数

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香农定理的实际应用

♦:♦在近距离传输时，通常噪声较小，信号功率铲

低，可以采用未经调制的电脉冲信号直接传输。

此时所传输的信息量只与信号带宽有关

(D=2W)o

♦:♦如果远距离传输，则必须提高信噪比。此时要

选择好信号调制方式，还要注意增加信号的功

率。

♦:♦当信道容量一定时，如果信号频率过低，为避

免造成信道浪费，此时可以采用信道复用。

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数据传输方式

♦:♦宽带传输：在数据通信技术中，利用模拟通信

信道，通过调制解调器传输模拟数据信号的方

法称为宽带传输。

。基带传输：利用数字通信信道直接传输数字数

据信号的方法称为基带传输。

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远距离通信与载波传输

。为了将数字信号传输到较远的地方，必须对数

字信号进行载波传输。否则，信号功率衰减或

干扰使得信号变弱而使得接收方无法接收。

。与传输模拟信号时相同，数字信号的调制采用

调幅、调频和调相等三种不同的调制方法。

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25山东广播电视大学计算机与通信学院

调制解调器（MODEM）

♦:♦接收一串数据位，并根据这些比特流虚最孰

的硬件线路称为解调器。接收载波，并重新调

制在载波上的数据的硬件线路称为解调器。将

这两个线路组合在单个设备中，称为MODEM。

♦:♦一对MODEM是远程通信所需的，每个

MODEM包含独立的线路发送和接收数字数据。

发送数据时，MODEM发出连续载波，并根据

待发送数据的各位二进制数去调制载波。接收

数据时，MODEM检测到达的载波中的调制信

息，并据此重新建数据的各位。

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信号传输

■让数字信号控制一个基本的电磁波（载

波），使得电磁波的特性随数字信号的变

化而变化。

■解调

■从调制过的电磁波中去掉载波，取得数字

信号。

27山东广播电视大学计算机与通信学院

■调制信号到信道频带内

。基带MODEM

-数字信号编码

♦:♦无线MODEM

28山东广播电视大学计算机与通信学院

信道复用技术

♦:♦频分多路复用

♦:♦时分多路复用

♦:♦波分多路复用

♦:♦码分多路复用

29山东广播电视大学计算机与通信学院

频分多路复用（FDM）

♦:♦频分复用本质上就是在频率上并列地把云温俞

的几个信号合在一起，形成一个合成的信号进

行传输。

♦:♦主要针对模拟信号。计算机网络系统一般不使

用频分复用技术共享信道。

♦:♦主要问题就是串扰。

。使用时要注意：要求复用频谱之间有足够大的

保护间隔，调制系统要具有很高的线性滤波功

台匕

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频分复用示意图

31山东广播电视大学计算机与通信学院

频分复用

34o

3O

15700

34oo

3OQ8600

7700

4600

3OI

40f

3004

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未复用

33

频分复用

34山东广播电视大学计算机与通信学院

频分多路复用

3E要应用：

『1.传统电话通信系统

2.ADSL

■将双绞线划分出3个频段

1.0~4KHz传统语音信号

2.20-50KHZ计算机上传的信号

3.150-500KHZ计算机下载的信号

140-1100KHZ

35山东广播电视大学计算机与通信学院

■每个载波频率是完全独立的，即各个信道所占用的频

率不相互重叠。

-相邻信道之间用“警戒频带”隔离

♦:♦那么

■每个信道就能独立的传输一路信号。

。信道被划分成若干通道，每个通道互不重叠，

独立进行数据传递。

36山东广播电视大学计算机与通信学院

时分多路复用（TDM）

♦:♦主要特点：是按信道内传送信号的最大周期后

为间隔，在Ts内按信道带宽划分相应的时隙，

并利用这些时隙来传递各路信号。广泛应用于

数字通信系统。多条低速线路轮流使用同一条

高速线路进行数据传递

♦:♦特点：一个信道可供多少路信号共享与复用，

主要取决于信道的带宽与每路信号的需求。

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Tsi

时分复用示意图

38山东广播电视大学计算机与通信学院

网络TDM与电话系统TDM区别

♦:♦电话系统中发送和接收系统独占一

占用一个固定的子信道。如果用户没有足够多

的信息，则会造成该信道资源的浪费。

。计算机网络系统则使用分组交换技术，即共享

信道的设备每次发送一组信息而不是一个比特

进入信道，并不允许某台设备独占时隙，从而

提高了信道的利用率和传输的可靠性。

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波分多路复用（WDM）

♦:♦是频分多路复用的一个变种，即波分多蔽•

用。

。为了在同一时刻能进行多路传送，需要将光纤

可工作的有效波长划分为多个波段，这相当于

频分复用中的频段。

。波分复用技术主要用于全光纤网组成的通信系

统，将是计算机网络系统今后的主要通信传输

复用技术之一。

♦:♦在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，

以提高单根光纤的传输能力。

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入1

1l+，2，，3+）、4

Long-haulsharedfiber

码分多路复用（CDMA）

♦:♦码分复用技术是一种用于移动通信系统的技术:

♦:♦原理是基于码型分割信道，即每个用户分配给

一个地址码，且这些码不重复。其特点是频率

和时间资源均可共享。

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计算机网络中的通信连接方式

。点到点的连接：通信双方处于信道的两端，其

它通信设备不与其发生信息共享与交互。

。共享信道：多台计算机连接道同一信道，在同

一信道上传播数据，可以被全体用户接受，也

可只被指定的用户接受。

。信道复用：在同一共享信道上实现多个互相独

立的点到点连接。

43山东广播电视大学计算机与通信学院

异步通信与编码

由于信号无论是在有线的方式还是在无线方

式下传波都会受到一些因素的影响而衰减，

这就产生一个编码问题和提高信号功率和提

高信噪比的问题。

♦:♦异步通信：指发送方和接收方之间不需要严

格的定时关系。相反，同步通信则要求发送

和接收数据的双方有严格的定时关系。

PC机的RS-232口就是采用异步通信方式。

44山东广播电视大学计算机与通信学院

传输信号的编码方式

♦:♦计算机网络传输信息时必须把信息进行编码后y

『进行传输。

。计算机网络中常用的编码方法有三种：即RS・

232异步串行ASCH码、曼彻斯特编码和差分

曼彻斯特编码。

。常见的标准化组织：ISO、ITU-T>E1A、

IEEEO

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RS-232

♦:♦规定了详细的物理连接方式（如最大连接距离

不超过15米）和电气特性（传输电压的范围

+15V）o

表示高电平，1表示低电平，用7个比特表示

一个字符。

46山东广播电视大学计算机与通信学院

RS・232・C传输一个字符时的波形图

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曼彻斯特编码

♦:♦将一个比特分成两个相等的间隔，代表工信号用

比特的前一个间隔为高电平而后一个间隔为低

电平，0信号正好相反。即每个比特的周期T分

为前T/2与后T/2两部分。

。前T/2传送该比特的反码，后T/2传送该比特

的原码。

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曼彻斯特编码时的字符

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差分曼彻斯特编码

♦:♦是曼彻斯特编码的一个变种。r

♦:♦编码规则是当比特位为工时，前半个比特位的电

平与上一个比特位的后半个比特位的电平一样，

若比特位为0,则前半个比特位的电平与上一个

比特位的后半个比特位的电平相反。

。优点是抗干扰性强。

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51山东广播电视大学计算机与通信学院

交换技术

。远程传输网络，不可能铺设用户到用户的线酢

因此产生了交换技术。

。交换技术是指数据被从设备的一个端口送到另

一个端口所采用的技术。

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交换技术的必要性

♦:♦现代计算机、工作站和服务器对通信的需求增"

加。

♦:♦整个网络的增长，同时也在考验网络的基础设

备。

因而会产生带宽不够、网络堵塞、用户的网上

应用需求急剧增加。

♦:♦解决方案：采用交换技术。

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交换的技术特征

♦:♦整体数据传送速度（交换机要快）。

数据的发送方法或电子逻辑智能化O