湖南电大计算机部-计算机网络(开放教育专科)

计算机网络

第三讲

主讲：蒋慧平讲师

E-mail:jhp@

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计算机网络的通信子网

在这部分我们主要讲述：

⑥数据通信基本知识

⑥局域网技术

⑥城域计算机网和广域计算机网

⑥网络互连技术

争端一端的通信

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学习目标

通过学习这部分知识，应该做到：

⑥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。

⑥了解编码解码技术，掌握中继与交换的

概念、ISO-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ISDN

接入方式、端口的概念。

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通信子网

⑥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。

⑥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。

各种网络构成互联网。

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信道

⑥信道：是通信中传递信息的通道，它由

相应的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。

翁信道有共享和独占之分。

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独占信道与

共享信道

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信道容量

⑥信道容量：是指单位时间内信道上所能

便输的最大比特数，用bps（比特/秒）表

Zpso

⑥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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香农定理-公式

C=wlogA,(1+S/N)

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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香农定理-公式说明

从香农定理可以得出：

合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。

⑥当噪声功率N玲0,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—2Wlog2k{bps）

后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

⑥在近距离传输时，通常噪声较小，信号功率较

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

⑥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。

⑥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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信道复用技术

合频分多路复用

命时分多路复用

⑥波分多路复用

合码分多路复用

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频分多路复用（FDM）

合频分复用本质上就是在频率上并列地把要传输

的几个信号合在一起，形成一个合成的信号进

行传输。

⑥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。

⑥主要问题就是串扰。

⑥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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♦通道1通道2通道3

多路复用的通道

频分复用示意图

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时分多路复用(TDM)

⑥主要特点：是按信道内传送信号的最大

周期Ts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。

合一个信号=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

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网络TDM与电话系统TDM区别

⑥电话系统中发送和接收系统独占一个时隙，即

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。

金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）

⑥是频分多路复用的一个变种，即波分多

路复用。

卷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。

⑥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。

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码分多路复用(CDMA)

⑥码分复用技术是一种用于移动通信系统

的屐术。

⑥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

卷点到点的连接：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。

卷共享信道：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。

合信道复用：在同一共享信道上实现多个

互相独立的点到点连接。

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异步通信与编码

卷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。

今异步通信：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。

合PC机的RS-232口就是采用异步通信方式。

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传输信号的编码方式

⑥计算机网络传输信息时必须把信息进行

编码后进行传输。

⑥计算机网络中常用的编码方法有三种：

即RS-232异步串行ASCII码、曼彻斯特编

码和差分曼彻斯特编码。

⑥常见的标准化组织：ISO、ITU-T、EIA>

IEEEO

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RS-232

⑥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

⑥0表示高电平，1表示低电平，用7个比特

表示一个字符。

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RS・232・C传输一个字符时的波形图

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曼彻斯特编码

⑥将一个比特分成两个相等的间隔，代表1

信号的比特的前一个间隔为高电平而后

一个间隔为低电平，。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。

⑥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

⑥是曼彻斯特编码的一个变种。

⑥编码规则是当比特位为1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。

⑥优点是抗干扰性强。

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T

差分曼彻斯特编码时的字符波形

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数据传输方式

卷宽带传输：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。

⑥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

⑥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。

⑥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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调缶强军调器(MODEM)

今接收一串数据位，并根据这些比特流调制载波

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。

⑥一对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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中继器(REPEATER)

⑥中继器是网络物理层的一种介质连接设

备。

⑥其作用是将接收到的弱信号放大再生放

大以保持与原数据相同，并继续传送。

因此，可以说中继器是用以扩展局域网

的硬件设备。

⑥其缺点是：不了解一个完整的信息

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交换技术的必要性

合现代计算机、工作站和服务器对通信的

需求增加。

⑥整个网络的增长，同时也在考验网络的

基础设备。

今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。

⑥解决方案：采用交换技术。

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交换的技术特征

令整体数据传送速度（交换机要快）。

⑥数据的发送方法或电子逻辑智能化。

争有更多的端口数。

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交换的分类

⑥静态交换与动态交换。

⑥分段交换与端口交换。分段交换能在每

个端口处理来自整个网络分段的通信。

端口交换：为适应每个物理端口上的单

个设备设计。缺陷是需要大量的资金和

足够的交换机等。

⑥其它交换方式有：直接交换、存储转发。

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有关传输介质的几种常用标准

合有关部门机械特性的标准：规定了数据终端设

备(DTE)和数据电路终接设备(DCE)之间

的连接器形式；常用的标准有：ISO2110

(25)、2583(34)、4902(37)、4903

(15)o

⑥有关电气特性的标准：ITU-T

V.28\V.10\V.ll\V.35o

⑥有关功能性的标准：ITU-TV.24\X.24O

合有关规程特性的标准。

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局域网的基本特点

金已经成为计算机网络中使用最广的形式。

⑥具有l~1000Mbps的数据传输速率；

⑥地方范围为10m~10km左右。

今可连接几百个相互独立的设备，各设备平等访

问网络资源。

⑥能进行组播。

⑥有效使用共享资源。

⑥稳定性好、易于安装配置和维护。

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局域网的网络拓扑

⑥网络拓扑：在计算机网络中，计算机之

间的物理连接方式。

⑥常用的有：星形、环形、总线形、树形

和网络形。

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局域网的参考模型

⑥按照IEEE802标准，局域网分为物理层、

介质访问控制层和逻辑链路控制层。

⑥已经增加到11个分委员会。

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介质访问控制方式

♦“为确保数据尽可能准确无误的传输，我

们可以通过介质访问控制方式。

⑥常用的有CSMA/CD）。CSMA用来确定何

时传输信号。CD则为冲突检测。

⑥CSMA/CD不仅可以检测冲突，也可以从

冲突不恢复。

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关于几个网络实例

⑥通过实例掌握各种网络的特点，理解其

技术原理，以及一些技术的具体的应用。

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虚拟局域网

⑥虚拟局域网(VLAN)是一个与位置无关

的局域网。对于虚拟局域网，由一个站

点发送的广播信息只能发送到本网。

⑥与普通网络相比，需虚拟网络具有如下

特点：地域范围不受限制、虚拟局域网

建立在交换网络的基础之上、属于OSI模

型中的第二层技术，能充分发挥网络的

优势、虚拟网络具有更好的安全性。

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2001-11-20(开放教育专科)42

VLAN的技术特点

♦借助子网络管理软件，网络管理能轻松

配置和构建逻辑虚拟网络。降低了网络

成本和网络管理开销。

⑥大大降低了网络的广播风暴。LAN可以划

分为几个VLAN,不同的VLAN要通过路由

来连接和通信，因而可以有效的减少广

播流量。

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VLAN的安全性

⑥借助VLAN,网络管理员能限制用户的数

量，禁止未经许可的用户访问VLAN中的

应用。

⑥可基于多种安全策略来划分VLAN。

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VLAN的分类

⑥基于端口的VLAN：弱点是无法解决设备

的移动、变更。

⑥基于MAC地址的VLAN：弱点是不能解决

一台设备与多个VLAN的连接。

合基于网络层的VLAN。通过路由来实现。

⑥基于策略的VLAN。

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2001-11-20（开放教育专科）45

虚拟网络的发展

⑥随着计算机网络和宽带的发展，共享式

局域网已不能满足应用的需求。

⑥分布各地部门之间需要连网，实现资源

共享，VLAN是一种非常有效的技术。

卷网络的发展正在向以交换为中心的虚拟

交换网络方向发展。

⑥标准已经形成，更有利于VLAN的发展。

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城域计算机网络

⑥相关标准：IEEE802.6,分布队列双总

线。如图P933-23。

⑥相关网络实例：CATV网络、ISDN等。

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综合业务数字网（ISDN）

⑥基本特征：端到端的数字连接、综合的

业务、标准的入网接口。

⑥ISDN的接口：共有7种标准化的信道。

⑥基本速率：2B+D,主速率：23B+D（美

国、日本）或30B+D（欧洲）、混合：

A+Co

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2001-11-20（开放教育专科）48

广域计算机网络

⑥广域网是覆盖地理范围较广的数据通信

网络。

⑥一般由主机和通信子网组成，子网用于

在计算机主机之间传递信息。

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广域网中的路由

⑥广域网在扩展的时候，一般是通过添加

分组交换机来实现。

⑥信息在通过交换机存储转发是，需要一

张路由表，这样网络才能准确无误发送

信息。

⑥路由表要求：路由完备、路由优化。

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路由表的计算

方法有两种：

⑥静态路由：分组交换机启动时由程序计

算机后而设置，此后路由不再改变。

⑥动态路由：分组交换机启动时由程序设

置初始路由，当网络改变时随时更改。

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广域网技术

合X.25

令M中继

与SLIP和PPP

合DDN

合ATM

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X.25

⑥公共分组交换网诞生于20世纪70年代。

⑥特点：能接入不同类型的设备、可靠性

高、多路复用、流量控制和拥塞控制、

点对点协议。

⑥X.25规定了最低三层：物理层、数据链

路层、网络层。

⑥主要由分组交换机、用户接入设备和传

输线路组成。

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2001-11-20（开放教育专科）53

M中继

⑥1992年起步，1994年开始迅速发展。

⑥是点到点交换网络。着重于数据的快速

传输，最大程度上提高网络吞吐量。

卷运行在OSI参考模型的物理层和数据链路

层。

卷M中继网由三要素组成：M中继接入设

备、M中继交换设备和公用M中继业务。

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SLIP通信协议

⑥SLIP是早期的IP协议，主要完成数据的

传送，但没有寻址、数据校验、分组类

型识别和数据压缩等功能，只能传送IP

分组，对一些高层应用不支持。

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ppp协议

与SLIP相比，PPP具有如下优点:

⑥支持多种协议

令错误检测

⑥链路管理

令选项协商

令授权

令IP地址协商

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2001-11-20（开放教育专科）56

ppp的工作原理

⑥ppp对物理层的要求是必须提供全双工电

路。

⑥PPPM的格式：包括标志域、地址域、协

议域、数据域、M检测序列。

⑥PPP是个协议族，包括：链路控制协议

(LCP)、IP控制协议(IPCP)、口令授

权协议(PAP)、询问握手协议

(CHAP)o

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DDN

⑥DDN,数字数据网。由数字传输电路、

相应数字交叉连接复用设备和网络管理

系统组成。

⑥优点：DDN是传输网络，不具备交换能

力、DDN传输速率高，网络延时小、

DDN传输质量高、DDN提供灵活的连接

方式、支持多种传输速率、提供定时开

放能力。

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2001-11-20（开放教育专科）58

DDN的接入技术

⑥通过二线（或四线）MODEM接入。

⑥通过2B+D速率的数据终端单元（DTU）

接入。

⑥通过用户集中设备接入。

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ATM技术

⑥ATM,异步传输模式。是未来的宽带综

合服务数字网的底层传输技术。

⑥基本思路：把数据分割成固定长度的信

元来传输。提供面向连接的服务。

⑥特点：面向连接、固定信元、统计复用、

提供多种服务类型。

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2001-11-20（开放教育专科）60

ATM的虚路径与虚通道

⑥在ATM层，连接被分为两个层次：虚信

道和虚通道。

卷虚通道是指一个单向的ATM信元传输信

道。一条虚路径中包含有多条虚通路。

⑥虚信道是指一条单向ATM信元传输信道,

有一个惟一的标志符。

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2001-11-20（开放教育专科）61

ATM的连接

⑥ATM连接分为两种：永久连接和交换虚

拟连接。

⑥永久虚连接相当于租用线路，它是先建

立好的，在任何时候可以用。而交换虚

连接则象使用电话一样，每次在使用时

都需要建立。

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2001-11-20（开放教育专科）62

ATM的拥塞控制

♦“为保证不同的业务获得相应的服务质量,

ATM提供流量和拥塞控制功能。在ATM

交换技术中，拥塞是指交换机的处理能

力小于当前要求转发的数据量。

⑥ATM网络预防和控制拥塞控制的机制有：

接纳控制、资源预约和基于速率的拥塞

控制、数据流整形、流量监控。

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2001-11-20（开放教育专科）63

ATM局域网仿真

⑥局域网仿真就是要在ATM上模拟传统局

域网的一些特性，在ATM上构见新的局

域网，让ATM网络上的设备和传统局域

网上的设备能透明通信。

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MPOA技术

⑥MPOA是一种在ATM网络上使用的路由机

缶|）。使用MPOA技术，可以解决在ATM网

络上的路由器瓶颈问题。

合MPOA通过在进行通信的源端和目的端之

间建立直接的ATM连接，把路由器从传

输路径中短路掉，从而提高网络的传输

能力。

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2001-11-20（开放教育专科）65

网际互连技术(IP)

⑥集线器

⑥网桥

⑥路由器

⑥网关

⑥交换网络的控制和FastIP技术

卷IPV6

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集线器

⑥必须遵守IEEE标准。绝大多数集线器的

连接主要通过RJ-45连接器。每个连接到

集线器的电缆长度受所使用的传输介质

限制。

⑥类型有：被动集线器、主动集线器、智

能集线器。

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网桥

⑥网桥是一个局域卬与另一个局域网之间建立连

接的桥梁。属于链路层的一种设备。它的作用

是扩展局域网和通信手段，在各种传输介质中

转发数据信号，扩展网络的距离，同时又有选

择地将带有地址的信号从一个传输介质发送道

另一介质。

⑥主要有：透明网桥、源路由的网桥。不支持路

由协议。与中继器、路由不同。

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路由器

⑥路由器用于连接多个逻辑上分开的网络,

而逻辑网络是指一个单独的网络或一个

子网。它具有判断网络地址和选择路径

的功能。

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IP寻址

⑥在可寻找路由的网络层协议中，协议地

址必须包含两条信息：网络地址和主机

地址。

⑥IP将网络地址和主机地址合为32位域。

主机地址部分时长时短。

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