《数据通信与计算机网络》课件第1章 通信网络概述

第1章通信网络概述数据通信的发展数据通信的概念与模型

计算机网络的形成与发展计算机网络的概念与组成第1章通信网络概述数据通信的发展数据通信的概念与模型

计算机网络的形成与发展计算机网络的概念与组成第1章通信网络概述数据通信的发展过程1937年，英国人里夫斯提出脉冲编码调制（PCM）1947年，美国贝尔实验室研制出供实验用的24路电子管脉码调制装置，证实了实现PCM的可行性20世纪60年代，数字传输理论与技术得到迅速发展；计算机网络开始出现20世纪90年代，光纤通信得到迅速普遍的应用1997年，68个国家签定国际协定，互相开放电信市场20世纪90年代，数字通信向超高速大容量长距离方向发展数据通信的发展过程脉冲编码调制技术的提出，推动了模拟信号数字化的过程20世纪的70年代至80年代，商用卫星通信、数字程控交换机、光纤通信系统投入使用。在此背景下，一些公司制定计算机网络的体系结构，个人计算机和计算机局域网出现，整体的网络体系结构国标陆续制定20世纪90年代，光纤通信普及后，互联网和多媒体通信技术得到极大发展。数字通信朝着超高速、大容量、长距离的方向发展数据通信的发展数据通信的概念与模型

计算机网络的形成与发展计算机网络的概念与组成第1章通信网络概述数据通信的概念与模型数据通信数据通信是两个实体之间的数据传输和交换，通过各种不同的方式和传输介质，把处在不同位置的终端和计算机，或计算机和计算机连接起来，从而完成数据传输、信息交换和通信处理等任务。数据通信的概念与模型数据通信模型数据通信模型是指远端的数据终端设备DTE通过数据电路与计算机系统相连。数据电路由通信信道和数据DCE通信设备组成。如果通信信道是模拟信道，DCE的作用就是把DTE送来的数据信号变换成模拟信号再送往信道，信号到达目的节点后，把信道送来的模拟信号变换成数据信号再送到DTE；如果通信信道是数字信道，DCE的作用就是实现信号码型与电平的转换、信道特性的均衡、收发时钟的形成与供给以及线路接续控制。数据通信的概念与模型数据通信的概念与模型数据通信系统模型5要素源点。通常是生成传输数据的设备，如PC机。发送器。源点生成的数据要通过发送器编码后才能成为在传输系统中传输的电信号。传输系统。传输线或者传输网络系统。接收器。接收来自传输系统的信号，并转换为终点能处理的信息。终点。获取来自接收器数据的设备。数据通信的概念与模型模拟信号与模拟通信模拟信号指在一定范围内可以连续取值的信号。时间上连续的模拟信号包括连续变化的图像（电视、传真）信号等，时间上离散的模拟信号是一种抽样信号。模拟通信是一种以模拟信号传输信息的通信方式，非电的信号（如声、光等）输入到变换器（如送话器、光电管），使其输出连续的电信号，使电信号的频率或振幅等随输入的非电信号而变化。数据通信的概念与模型模拟通信的特点模拟通信系统设备简单，占用频带窄且容易实现，但存在以下几个缺点：保密性差抗干扰能力弱设备不易大规模集成化不适于飞速发展的计算机通信要求数据通信的概念与模型数字信号与数字通信数字信号是一种离散的脉冲序列，它的取值是有限个数。数字通信是一种以数字信号传输信息或用数字形式对载波信号进行调制后再传输的通信方式。数据通信的概念与模型数字通信系统的组成通常在数字通信系统模型中信源输出的是模拟信号，经过数字终端的信源编码器编码后成为数字信号，终端输出的数字信号经过信道编码器后变成适合于信道传输的数字信号，然后由解调器把数字信号调制到系统所使用的数字信道上，再传输到接收端，经过相反的转换后最终送到信宿。数据通信的概念与模型数字通信系统各部分的作用信源：把原始信息变换成原始电信号。信源编码：实现模拟信号的数字化即完成A/D变化。信道编码：对传输的信息码元按一定的规则加入冗余码（监督码），形成新的码字，接收端按照约定好的规律进行检错甚至纠错。数字调制：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。信道：信号传输媒介的总称。分有线信道（如电缆、光纤）和无线信道（如自由空间）两种。噪声源：通信系统中各种设备及信道中所固有的噪声。数据通信的概念与模型数字通信的优点抗干扰能力强差错可控易加密易于与现代技术相结合数字通信的缺点频带利用率不高系统设备比较复杂数据通信的概念与模型数据通信系统的主要技术指标频谱与带宽信号具有时域和频域两种最基本的表现形式和特性。时域特性反映信号随时间变化的情况。频域特性不仅含有与信号时域中相同的信息量，而且通过对信号的频谱分析，还可以清楚地了解该信号的频谱分布情况及所占有的频带宽度。信号大部分能量集中的频带称为有效带宽，即带宽。数据通信的概念与模型数据通信系统的主要技术指标截止频率信道是具有不同的振幅频率特性的。信号在信道传输过程中某个分量的振幅衰减到原来的0.707（即输出信号的功率降低了近一半）时所对应的那个频率称为信道的截止频率。如果输入信号的带宽大于信道的带宽，则信号中某些频率分量就不能通过信道，这样输出得到的信号将与发送端发送的信号有些不同，即产生了失真。为了保证数据传输的正确性，必须限制信号的带宽。数据通信的概念与模型数据通信系统的主要技术指标数据传输率定义为单位时间内能传输的二进制位数。单位时间内在信道上传送的信息量（比特数）称为数据速率。在一定的波特率下提高速率的途径是用一个码元表示更多的比特数。如果把两比特编码为一个码元，则数据速率可成倍提高。对此，有以下公式：

R=Blb(N)=2Wlb(N)(b/s)其中R表示数据速率，B表示码元速率，N代表码元种类。数据通信的概念与模型数据通信系统的传输手段电缆通信微波中继通信光纤通信卫星通信移动通信数据通信的概念与模型电缆通信电缆通信多指采用双绞线、同轴电缆等介质，进行通信的一种手段。双绞线是由两条互相绝缘的铜线组成，这两条铜线拧在一起，就可以减少邻近线对电气的干扰。双绞线分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线两种。同轴电缆以硬铜线为芯（导体），外包一层绝缘材料（绝缘层），这层绝缘材料再用密织的网状导体环绕构成屏蔽，其外又覆盖一层保护性材料（护套）。这种结构使它具有更高的带宽和极好的噪声抑制特性。数据通信的概念与模型微波中继通信微波中继通信指利用微波作为载波并采用中继的方式在地面上进行无线通信的过程。微波是一种频率极高的，波长很短的电磁波。其对应频率范围为300MHz～3000GHz，波长范围为1m～0.1mm。采用中继方式的原因微波传播具有视距传播特性微波在传播过程中有损耗，在远距离通信时有必要采用中继方式对信号逐段接收、放大和发送数据通信的概念与模型光纤通信光纤通信指利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式。光纤因传输频带宽、抗干扰性能强和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为全球通信中的主要传输方式。数据通信的概念与模型卫星通信卫星通信指地球上（包括地面和低层大气中）的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星通信的特点：通信范围大不易受陆地灾害的影响，可靠性高只要设置地球站电路即可开通（开通电路迅速）可在多处接收，能经济地实现广播、多址通信电路设置非常灵活，可随时分散过于集中的话务量同一信道可用于不同方向或不同区间（多址联接）数据通信的概念与模型移动通信移动通信指移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。移动通信系统由空间系统和地面系统两部分组成。从用户角度看，可以使用的接入技术包括：蜂窝移动无线系统，如3G；无绳系统，如DECT；近距离通信系统，如蓝牙和DECT数据系统；无线局域网(WLAN)系统；固定无线接入或无线本地环系统。数据通信的发展数据通信的概念与模型计算机网络的形成与发展计算机网络的概念与组成第1章通信网络概述计算机网络的形成与发展计算机网络的发展历程分为以下三个阶段：第一阶段：以单个计算机为中心的远程联机系统，称为面向终端的计算机通信网络计算机网络的形成与发展第二阶段：多台主计算机通过通信线路互连构成的计算机网络计算机网络的形成与发展第三阶段：互联网计算机网络的形成与发展计算机网络在我国的发展过程我国互联网发展的历程可以划分为以下三个阶段：（1）从1987年9月20日钱天白教授发出第一封E-mail开始，到1994年4月20日NCFC（TheNationalComputingandNetworkingFacilityofChina，中国国家计算机与网络设施）接入Internet这段时间里，中国的互联网处于酝酿和萌芽阶段。计算机网络的形成与发展计算机网络在我国的发展过程（2）从1994年5月开始，到1997年11月我国互联网信息中心发布第一次《中国Internet发展状况统计报告》，互联网已经开始从少数科学家手中的科研工具，走向广大群众。人们开始了解到互联网的神奇之处：通过廉价的方式方便地获取自己所需要的信息。（3）1998～1999年中国网民开始成几何级数增长，上网变成了大众的真正需求。进入21世纪，计算机网络在我国开始迅速发展，计算机网络已成为我们社会结构的一个基本组成部分，网络被应用于工商业的各个方面。计算机网络的形成与发展计算机网络在我国的发展过程我国的四大互连网络：中国科技网（CSTNET）、中国公用计算机互联网（ChinaNET）、中国教育和科研计算机网（CERNET）、中国金桥网（ChinaGBN）。计算机网络的形成与发展计算机网络在我国的发展过程中国科技网的前身是中国科学院于1989年8月建立的中国国家计算机与网络设施，又称中关村教育与科研示范网络（NCFC）。1994年4月，NCFC与美国NSFNET直接互联，实现了中国与Internet全功能网络连接。1996年2月，以NCFC为基础发展起来的中国科学院院网（CASNET）更名为中国科技网（CSTNET）。计算机网络的形成与发展计算机网络在我国的发展过程中国公用计算机互联网于1994年2月，由原邮电部与美国Sprint公司签约，为全社会提供Internet的各种服务。1994年9月，中国电信与美国商务部布朗部长签定中美双方关于国际互联网的协议，协议中规定中国电信将通过美国Sprint公司开通两条64k专线（一条在北京，另一条在上海），中国公用计算机互联网的建设开始启动。1995年初与Internet连通，同年5月正式对外服务。截止2000年12月，中国公用计算机互联网用户已超过1600万。计算机网络的形成与发展计算机网络在我国的发展过程中国教育和科研计算机网是为了配合我国各院校更好地进行教育与科研工作，由国家教委主持兴建的一个全国范围的教育科研互联网。该网络于1994年年初兴建，同年10月启动。该项目的目标是建设一个全国性的教育科研基础设施，利用先进实用的计算机技术和网络通信技术，把全国大部分高等学校和中学连接起来，推动这些学校校园网的建设和学校资源的交流共享。该网络并非商业网，以公益性经营为主，采用免费服务或低收费方式经营。计算机网络的形成与发展计算机网络在我国的发展过程中国金桥网也称为国家公用经济信息通信网。1993年3月，国家提出和部署建设国家公用经济信息通信网（简称金桥工程）。1994年6月8日，金桥前期工程建设全面展开。1995年8月，金桥工程初步建成，在24省市开通联网（卫星网），并与国际网络实现互联。1996年9月6日，中国金桥信息网连入美国的256k专线正式开通。中国金桥信息网宣布开始提供Internet服务，主要提供专线集团用户的接入和个人用户的单点上网服务。数据通信的发展数据通信的概念与模型计算机网络的形成与发展计算机网络的概念与组成第1章通信网络概述计算机网络的概念与组成计算机网络的概念和功能计算机网络是信息传输、接收、共享的虚拟平台，可以把信息和资源联系到一起，从而实现这些资源的共享。其功能包括：（1）资源共享。（2）性能提高。（3）分布处理。计算机网络的概念与组成计算机网络的性能指标计算机网络中常用的性能指标包括速率（网速）：主机在数字通信上传送数据的速率，其单位为比特每秒（b/s）。带宽：单位时间内从网络中的某一个点到另外一个点所能通过的最高数据率。吞吐量：单位时间内通过某个网络（通信线路、接口）的数据量。时延：数据从网络的一端发送数据帧到另一端所需要的时间。计算机网络的概念与组成计算机网络的组成计算机网络系统由计算机网络硬件系统和计算机网络软件系统组成。计算机网络的概念与组成计算机网络的组成（1）网络的主体设备。计算机网络中的主体设备称为主机（Host），一般可分为中心站（服务器）和工作站（客户机）两类。服务器是为网络提供共享资源的基本设备，在其上运行网络操作系统，是网络控制的核心。其工作速度、磁盘及内存容量的指标要求都较高。工作站是网络用户入网操作的节点，有自己的操作系统。1.硬件系统计算机网络的硬件系统由网络的主体设备、网络的连接设备和网络的传输介质这三部分组成。计算机网络的概念与组成计算机网络的组成（2）网络的连接设备。网络的连接设备是指在计算机网络中起连接和转换作用的一些设备或部件，如调制解调器、网络适配器、集线器、中继器、交换机、路由器和网关等。计算机网络的概念与组成计算机网络的组成（3）网络的传输介质。传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体。传输介质是指计算机网络中用来连接主体设备和网络连接设备的物理介质，可分为有线传输介质和无线传输介质两大类。其中，有线传输介质包括同轴电缆、双绞线和光纤等；无线传输介质包括无线电波、微波、红外线和激光等。计算机网络的概念与组成计算机网络的组成2.软件系统计算机网络的软件系统主要包括网络通信协议、网络操作系统和各类网络应用软件。（1）网络通信协议。网络通信协议是指实现网络数据交换的规则，在通信时，双方必须遵守相同的通信协议才能实现。如TCP/IP，UDP等。计算机网络的概念与组成计算机网络的组成（2）网络操作系统（NOS），是多任务、多用户的操作系统，安装在网络服务器上，提供网络操作的基本环境。网络操作系统的功能：处理器管理、文件管理、存储器管理、设备管理、用户界面管理、网络用户管理、网络资源管理、网络运行状况统计、网络安全性的建立、网络通信等。常如NetWare、WindowsNTServer、Unix等。（3）网络应用软件是用来对网络资源进行监控管理和对网络进行维护的软件；网络应用软件是为网络用户提供服务并为网络用户解决实际问题的软件，如SNMP，CMIP等。计算机网络的概念与组成计算机网络的分类按照地理覆盖范围划分按照传输介质划分按照拓扑结构划分计算机网络的概念与组成按照地理覆盖范围划分从地理范围来划分，可以把各种计算机网络类型分为局域网、城域网、广域网三种。1）局域网（LocalAreaNetwork，LAN）所谓局域网，就是在局部地区范围内的网络。它所覆盖的地区范围较小。局域网在计算机数量配置上没有太多的限制，少的可以只有两台，多的可达几百台。局域网是最常见、应用最广的一种网络。计算机网络的概念与组成按照地理覆盖范围划分2）城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）城域网一般来说是指在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计算机的互联。这种网络的连接距离可以在10～100km，它采用的是IEEE802.6标准。MAN与LAN相比扩展的距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上可以说是LAN网络的延伸。在一个大型城市或都市地区，一个MAN网络通常连接着多个LAN网，如连接政府机构的LAN、医院的LAN、电信的LAN、公司企业的LAN等。计算机网络的概念与组成按照地理覆盖范围划分3）广域网（WideAreaNetwork，WAN）广域网也称远程网（LongHaulNetwork），通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十千米到几千千米，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。广域网主要使用分组交换技术。广域网可以将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。因特网（Internet）是世界范围内最大的广域网。计算机网络的概念与组成按照传输介质划分按照传输介质是有线的还是无线的，可以把计算机网络分为有线网络和无线网络。计算机网络的概念与组成按照传输介质划分1）有线网络有线网络是采用同轴电缆、双绞线和光纤等来连接的计算机网络。同轴电缆网是常见的一种连网方式。它比较经济，安装较为便利，传输率和抗干扰能力一般，传输距离较短。双绞线网是目前最常见的连网方式。它价格便宜，安装方便，但易受干扰，传输率较低，传输距离比同轴电缆要短。光纤，即光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。计算机网络的概念与组成按照传输介质划分2）无线网络无线网络乃是采用无线通信技术所实现的现代通信网络，无线网络最主流的应用是通过公众所使用的移动通信网所实现的无线网络区域（如：3G、4G或GPRS）和（WiFi)所组成的两种形式。而使用GPRS手机上网乃是一种借助移动电话网络来接入lnternet的无线上网方法，因此只需你所在的城市里开通了GPRS网上业务服务便可在任何一个角落里都可使用电脑或手机移动WLAN来上网。计算机网络的概念与组成按照拓扑结构划分按照拓扑形状，可以把计算机网络分为星型拓扑网络、总线型拓扑网络、环型拓扑网络和树型拓扑网络。计算机网络的概念与组成常见的国际标准化组织国际标准化组织（ISO）国际电信同盟（ITU）电气电子工程师协会（IEEE）美国国家标准局（ANSI）电子工业协会（EIA）因特网工程任务组（IETF）因特网架构委员会（IAB）因特网上的IP地址编号机构（IANA）计算机网络的概念与组成国际标准化组织（ISO）ISO成立于1947年，是世界上最大的国际标准化专业机构。ISO的宗旨是在世界范围内促进标准化工作的发展，其主要活动是制定国际标准，协调世界范围内的标准化工作。ISO标准的制定过程要经过四个阶段，即工作草案（workingDocument，WD）、建议草案（DraftDocument，DP）、国际标准草案（DraftInternationalStandard，DIS）和国际标准（InternationalStandard，IS）。计算机网络的概念与组成国际电信联盟（ITU）ITU成立于1932年，其前身为国际电报联合会（UTI）。ITU的宗旨是维护与发展成员国间的国际合作以改进和共享各种电信技术；帮助发展中国家大力发展电信事业；通过各种手段促进电信技术设施和电信网的改进与服务；管理无线电频带的分配和注册，避免各国电台的互相干扰。其中，国际电信联盟电信标准部（ITU-T）是一个开发全球电信技术标准的国际组织，也是ITU的四个常设机构之一。计算机网络的概念与组成电气电子工程师协会（IEEE）电气电子工程师协会是世界上最大的专