《计算机网络导论》第二章.ppt

什么是交换？ 由中间节点进行转接的通信称为交换。 例如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可 用的线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该 线路又可分配给其它用户。 最初的交换：人工转接交换 为什么要采用交换技术？ 节省线路投资，提高线路利用率。 实现交换的方法主要有：电路交换、报文 交换 和分组交换。 电路交换 在通信双方之间建立一条临时专用线路的过程。 可以是真正的物理线路，也可以是一个复用信道。 特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。 称为“面向连接的”（典型例子：电话） 过程：建立连接通信释放连接 优缺点： 建立连接的时间长； 一旦建立连接就独占线路，线路利用率低； 无纠错机制； 建立连接后，传输延迟小。 不适用于计算机通信：因为计算机数据具有突发性的 特点，真正传输数据的时间不到10%。 例如：建立连接的时间为0.5秒，计算机以1Mb/s的速率发送 10k字节。线路利用率？ 电话网络中的电路交换 电路交换也能在多路复用信道上实现 在物理线路的某个信道上建立连接 报文交换 以报文为单位进行“存储-转发”交换的技术。 在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储， 待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目 的地。这种数据传输技术称为存储-转发。 传输之前不需要建立端到端的连接，仅在相邻 结点传输报文时建立结点间的连接。称为“ 无连接的”（典型例子：电报） 整个报文（Message）作为一个整体一起发送 。 报文：需要发送的整个数据块（报头、正文 、报尾） 优缺点： 没有建立和拆除连接所需的等待时间； 线路利用率高； 传输可靠性较高； 报文大小不一，造成存储管理复杂； 大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量要 求较高； 出错后整个报文全部重发。 比较：下载时若无断点续传功能，一旦出错你会怎样做？ 分组交换（包交换） 将报文分割成若干个大小相等的分组（Packet）进行 存储转发。 数据传输前不需要建立一条端到端的通路也是“无 连接的”。 有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择 功能。 优缺点： 对转发结点的存储要求较低，可以用内存来缓冲分组速度 快； 转发延时小适用于交互式通信； 某个分组出错可以仅重发出错的分组效率高； 各分组可通过不同路径传输，容错性好。 需要分割报文和重组报文，增加了端站点的负担。 分组交换有两种交换方式： 数据报方式和虚电路方式 数据报方式（Datagram） 各分组独立地确定路由（传输路径） 不能保证分组按序到达，所以目的站点需要按分组编号 重新排序和组装 数据报方式不能保证分组按序到达 分组可能通过多个路径穿越网络 虚电路方式（Virtual Circuit） 通信前预先建立一条逻辑连接虚电路 虚电路是由其路径上的所有交换机中的路由表定义的 类比：铁路系统（旅客/列车:分组，铁路网:网络，火车站:节点） “西安北京”这条线路可以看成是一条虚路径 也需要三个过程：建立数据传输拆除 建立虚电路时，交换机将预留传输时所需的所有资源 虚电路的路由在建立时确定，传输数据时则不再需要选 则传输路径 数据传输时只需指定虚电路号，分组即可按虚电路的路由穿越网 络“数字管道” 提供的是“面向连接”的服务 但却没有像电路交换那样始终占用一条端到端的物理通道，只是 断续地依次占用传输路径上各个链路段与铁路系统类比！ 可以看成是采用了电路交换思想的分组交换 能够保证分组按序到达 永久虚电路PVC和交换虚电路SVC 分组通过预先建立好的虚电路穿越网络 三种交换方式的事件顺序 呼 叫 请 求 呼 叫 应 答 数 据 ABCD 寻路延迟 线路交换 分组1 分组2 分组3 ABCD 分组交换 分组4 t 报文 ABCD 排队延迟 报文交换 第2章 网络传输介质 传输介质的分类及基本连接方法 2.1双绞线 2.2同轴电缆 2.3光纤 2.4无线传输 l磁介质 高带宽、低费用、高延时（小时） 在通信中很少使用 l金属导体 双绞线、 同轴电缆(粗、细) l光纤 l无线介质 无线电、微波、卫星、红外线、激光 网络传输系统的分类根据介质 有线传输系统 无线传输系统 有线传输介质 双绞线 光纤 同轴电缆 大对数缆 无线传输介质 电磁波谱 红外线与激光 无线电传输 2.1 双绞线 2.1.1结构 两根绝缘导线按一定密度相互绞在一起 双绞线的一个双绞循环称作扭矩 扭矩越小，抗干扰能力越强 应用领域：电话网络、计算机局域网 传输信号：传输模拟信号和数字信号 双绞线（Twist Pair，TP） -螺旋绞合的双导线 -每根4对、25对、1800对（2- 1800） -典型连接距离100m（LAN） -RJ45插座、插头 -优缺点： 成本低 组装密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统） 平衡传输（高速率） 抗干扰性一般 连接距离短 内导体芯线 绝缘 内屏蔽 外屏蔽 外套 2.1.2分类与规格型号 1. 分类 屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP） 铜质线芯，传导性能良好。 可用于传输模拟信号和数字信号。 速率： 较高 抗干扰性：弱于同轴电缆。 相对价格：比同轴电缆和光纤便宜得多 屏蔽双绞线(STP) 非屏蔽双绞线(UTP) 以铝箔屏蔽以减少干 扰和串音，应用较少 双绞线外无任何屏蔽 层，应用广泛 常用的双绞线：3类（16Mb/s） 和5类（155Mb/s）两种 2. 规格型号 1类语音信号80年代之前的电话线 2类语音传输 数据传输 1MHz 4Mb/s 令牌环网 3类语音传输 数据传输 16MHz 10Mb/s 10Base-T(双绞线 ) 4类语音传输 数据传输 20MHz 16Mb/s 10Base-T 100Base-T 基于令牌的LAN 5类语音传输 数据传输 100MHz 100Mb/s 10Base-T 100Base-T 超5类语音传输 数据传输 =2.5m 终端匹配器 技术参数 最大干线段长度:500米。 最大网络干线电缆长度:2500米 。 每条干线段支持的最大结点数 :100。 收发器之间最小距离:2.5米。 收发器电缆的最大长度:50米 所需硬件： 网络接口卡：具有AUI接口 的以太网卡 收发器 收发器电缆（AUI电缆） 终端匹配器 中继器（4个联5段 2500米） AUI接口 特点： （1）可靠性高，抗干扰能 力强 （2）地理覆盖范围较大 （3）安装维护和扩展难 （4）造价高 2.细缆的连接 Pc网卡 特点： （1）抗干扰能力强 （2）电缆系统容易产生断点， 影响可靠性 （3）维护和扩展难 （4）造价低 技术参数 最大的干线段长度:185米。 最大网络干线电缆长度:925米。 每条干线段支持的最大结点数:30。 BNC-T型连接器之间的最小距离:0.5米 。 细缆网络的硬件 网络接口卡 BNC连接器 BNC T型连接器 BNC终端匹配器 中继器（4个） 具有BNC接口的网卡 2.3光纤（Optical Fiber） 依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播 优缺点： 传输带宽高：仅受光电转换器件的限制（100Gb/s） 传输损耗小，适合长距离传输 抗干扰性能极好、误码率低，保密性好 轻便 价格较高 需要光电转换 纤芯材料： 塑料 二氧化硅 （高纯玻璃） 光纤传输原理光的反射 光从折射率高的介质入射到折射率低的介质时会产生折射。当入射 角临界值时产生全反射，不会泄漏。 纤芯-折射率高，玻璃包层-折射率低 亮度调制：有光脉冲-1，无光脉冲-0 光传输系统：光源、介质、光检测 光源：850nm/1300nm/1500nm，发光二极管/激光二极管 光检测器：光电二极管PIN/雪崩二极管APD 单向传输，双向需两根光纤 应用领域：局域网主干、电信网络、服务器连接 多模光纤(MMF) 单模光纤(SMF)：光纤的直径接近一个光波波长 多束光线以不同的反射角传播 激光器 包层，折射率低 纤芯，折射率高 亮度调制 光检波器 激光器光检波器 单束光线沿直线传播 多模 光纤（MMF） 多模 光纤电缆容许不同光束于一条电缆上传输，通常建议在距离不到 5英里时应用。 带宽：多模光纤的带宽大约为4000Mb/s 单模光纤 （SMF） 单模光纤的纤芯较细，使光线能够直接发射到中心。建议距离较长时 、传输大带宽数据信号采用。 带宽：在一根单模光缆上可将40G以太网的64信道传输长达2，840英 里的距离。 典型的光缆典型的光缆 单芯光缆 多芯光缆 玻璃封套塑料外套 玻璃内芯 玻璃内芯 塑料外套 玻璃封套 外壳 常见规格：纤芯50um缓变型-MMF 62.5um缓变型/增强型-MMF 8.3um突变型-SMF 包层125um 高密度多芯光缆剖面结构 芯 封套 外套 加强芯 光纤 外鞘 加强芯 光纤束 光纤连接线 光纤网络组件 光纤网络简介 光发送器 光纤中继器光接收器 电信号光信号光信号电信号 光纤 光纤 2. 光纤收发器、 光纤中继器 3.光缆 ：光纤以光缆的形式使用。一根光缆包含多根光纤 4.带有光纤模块的交换机 5. 光纤网卡 1.光纤通信过程 2.4 无线传输 2.4.1电磁波谱 1.特点 电磁波是变化的电磁场在空间的传播，它在真空中的传 播速度等于光速。 频率范围： 11024Hz 波长范围：10810-16m 可承载信息的电磁波：无线电波、红外线、可见光 不可承载信息的电磁波：紫外线、 X射线、伽玛射线 频率越高，承载的信息量就越大 2. 电磁波谱的分配 900MHZ频段 ： 无线电话、蜂窝电话 2.4GHZ频段：无线局域网802.11b 5GHZ频段：无线局域网802.11a 2.4.2 红外线和激光 1.红外线 波长：750nm1mm；频率高于微波而低于可见 光，无法穿透固体物质。 传输模式 （1）直接式红外线连接 （2）反射式红外线连接 （3）全向性红外线连接 2.激光 365326Hz 方向性强 激光通信具有数据传输保密性 精确对准 2.4.3 无线电传输 根据波长和频率范围， 无线电波分为长波、中波、中短波、短波、微波 几个波段 传播方式： 地波（长波、中波、中短波） 天波（短波） 沿直线传播的波（微波） 以微波作为传输介质的技术有：窄带微波技术 和扩频微波技术 无线电 基站与终端之间通信采用无线链路 应用领域：移动通信、无线局域网（WLAN） BS 基站覆盖的无线电区域 BS 基站 用户计算机和终端 地面微波 通过地面站之间接力传送 接力站之间距离：50 -100 km 速率：每信道 45 Mb/s 地球地球 地面站之间的直视线路 微波传送塔 地球同步卫星 与地面站相对固定位置 使用3颗卫星即可覆盖全球 传输延迟时间长（270ms） 广播式传输