大学计算机网络基础与INTERNET应用-王俊红-大学教学资料课件PPT
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第2章 计算机网络通信与体系结构主 要 内 容2.1 数据通信基础 2.2 计算机网络体系结构 2.3 数据传输介质 2.4 网络的拓扑结构 2.1 数据通信基础主要内容2.1.1 数据通信的基本概念 2.1.2 模拟数据与数字数据的传输形式 2.1.3 数据传输中的检错与纠错 2.1.4 多路复用 2.1.5 数据传输方式 2.1.6 数据交换方式 返回2.1.1 数据通信的基本概念 1数据（数据是有意义的实体，是描述事物的形式。 ）2信号（信号是数据的电磁编码或电子编码。 ）3信息（信息是数据的内容和解释。 ）4信源（通信过程中发送信息的设备称为信源。 ）5信宿（通信过程中接受信息的设备称为信宿。 ）6信道（信源和信宿之间的通信线路称为信道。 ）返回2.1.2 模拟数据与数字数据的传输形式 1模拟数据在模拟信道上传输 如图所示2数字数据在模拟信道上传输（频带传输:只占有有限的频带） 如图所示3模拟数据在数字信道上传输4数字数据在数字信道上传输（基带传输：占有很大的频带） 如图所示返回模拟数据在模拟信道上传输返回数字数据在模拟信道上传输返回数字数据在模拟信道上传输返回只有两种相位的调相方式称为两相调制。为了提高信息的传输速率，还经常采用四相调制和八相调制方式。（a） 四相调制方式的相位分配（b） 八相调制方式的相位分配数字数据在数字信道上传输返回双极性码单极性码常用的RS-232就是一种典型的不归零型双极性二元码接口电路。比起单极性码来，双极性码的可靠性要高，抗干扰性强。数字数据在数字信道上传输返回2.1.3 数据传输中的检错与纠错 常用误码率来表示错码的程度。误码率可表示为：在计算机通信网中，通常要求误码率应在10-510-9之间。 信道噪声分为热噪声与冲击噪声两类。 热噪声由传输介质导体的电子热运动产生。 热噪声是一种随机噪声，所引起的传输差错为随机差错，这种差错的特点是在数据序列中前后位之间的差错彼此无关。 冲击噪声是由外界电磁突发干扰引起，与热噪声相比，冲击噪声幅度较大，是引起传输差错的主要原因。错误之间有相关性。 返回2.1.3 数据传输中的检错与纠错 1检错码 检错码是指在发送每一组信息时发送一些附加位，通过这些附加位，接收端可以判断所接收的数据是否正确。（奇偶校验、CRC校验）2纠错码指在发送每一组信息时发送足够的附加位，借助于这些附加信息，接收端在接收译码器的控制下不仅可以发现错误，而且还能自动纠正错误。（方块校验）返回2.1.4 多路复用 多路复用的原理如下图所示，在发送端，多路复用器合并N个输入信号，在接收端，多路复用器通过译码，从复合信号中分离出原始信号。分为三大类：频分多路复用（FDM）和时分多路复用（TDM） 波分多路复用 返回频分多路复用 在物理信道的可用带宽超过单路信号所需带宽的情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个子信道，每个子信道传输一路信号。（例如语音信号300-3400Hz） 为避免相临频段互扰，频段之间必须保留一定的间隙，该间隙称为保护带。 返回时分多路复用 如果物理信道所能达到的传输率超过传单一信源要求的数据传输率，则可将物理信道按时间分成时间片，供多个信源轮流使用。 返回2.1.5 数据传输方式 1并行传输方式 采用并行传输方式，可以一次传输多位数据。相应地，从发送端到接收端的信道需要若干根传输线。例如，计算机的并行口常用于连接打印机，每次并行输出8位数据，如图所示。2串行传输方式 串行传输是一位一位地传送的，从发送端到接收端只要一根传输线即可如图所示。 串行数据通信又有三种不同的方向性结构：单工、半双工和全双工，如图所示。返回并行传输方式返回串行传输方式 返回单工、半双工和全双工返回2.1.6 数据交换方式 1. 线路交换2. 报文交换 3. 分组交换 返回1. 线路交换 进行数据通信时，在数据传输期间，源结点与目标结点之间存在一条由中转结点构成的专用物理线路。需要线路建立、数据传送和线路拆除三个过程。如图示返回线路交换返回 线路交换方式的优点是：通信实时性强，适用于交互式会话类通信。 线路交换方式的缺点是：对突发性通信不适应，系统效率低；系统不具有存储数据的能力，不能平滑交通量；系统不具备差错控制能力，无法发现与纠正传输过程中发生的数据差错。 在进行线路交换方式研究的基础上，人们提出了存储转发交换方式。2. 报文交换报文: 在发送数据时，不管发送数据的长度是多少，都把它当做一个逻辑单元，在发送的数据上加上目的地址、源地址与控制信息，按一定的格式打包后组成一个报文。报文交换的传输方式为“存储转发”，特点如下：线路利用率较高可以将一个报文发送到多个目的地可以设置优先权每个报文都要进行路由实时性较差返回3. 分组交换分组交换的传输方式为“存储转发”，实时性较差。分组交换与报文交换的区别在于限制所传输数据的最大长度,典型的最大长度是1000或几千比特。发送站将一个长报文分成多个报文分组，接收站将多个报文分组按顺序重新组织成一个长报文。报文分组通常也被称为分组。分组交换的两种工作方式为数据报和虚电路方式返回数据报方式返回在数据报方式中，与线路交换方式相比，分组传送之间不需要预先在源主机与目的主机之间建立线路连接。源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传输路径。每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径，从源主机到达目的主机。数据报方式的特点返回 同一报文的不同分组可以有不同的传输路径。 同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序、重复与丢失现象。 每一个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址。 数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。 在研究数据报交换方式的优缺点的基础上，人们进一步提出了虚电路交换方式。虚电路方式返回虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式结合起来，发挥两种方法的优点，达到最佳的数据交换效果。虚电路方式在分组发送之前，需要在发送方和接收方建立一条逻辑连接的虚电路。虚电路方式的特点返回(1) 在每次报文分组发送之前，必须在发送方与接收方之间建立一条逻辑连接。(2) 一次通信的所有报文分组都通过这条虚电路顺序传送，因此报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息。报文分组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象。(3) 报文分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要做差错检测，而不需要做路径选择。(4) 通信子网中每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。2.2 计算机网络体系结构 主要内容2.2.1 计算机网络体系结构概述 2.2.2 OSI的参考模型 2.2.3 TCP/IP参考模型 返回2.2.1 计算机网络体系结构概述 1. 网络的分层体系结构 层次模型如右图：对等层（同层）协议、接口协议2.计算机网络标准制定组织 (1)国际标准化组织ISO（OSI） (2)电气电子工程师协会（802.3、802.5） (3)美国国防部高级研究计划署（TCP/IP） 返回OSI参考模型 返回开放系统互连模型OSI/RM，简称为OSI。“系统”：计算机、终端、外部设备、信息传输设备及相应的集合。“开放”：按OSI参考模型建立的任意两系统能够相互连接或操作。 开放系统：按OSI标准相互连接的系统称为开放系统。OSI参考模型将整个网络的通信功能划分成7个层次，由低到高分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。层次结构的特点： 各层之间相互独立 灵活性好 结构上可分割开 易于实现和维护 能促进标准化工作OSI参考模型返回1. 物理层 返回物理层传送数据的单位：比特物理层的作用是尽量屏蔽具体物理设备或传输媒体的差异，为上层（数据链路层）提供统一的服务。物理层具体考虑的问题如下： 如何表达“1” 或“0”。 确定连接介质，确定连接器引线的数目及定义、接头的几何尺寸 和锁紧装置。 指出一比特信息占用多长时间。 采用何种传输方式。 初始连接如何建立。 结束通信时如何拆除连接。OSI参考模型 2. 数据链路层 返回数据链路层传送数据的单位：帧（标志位 地址信息位 控制信息位 数据位 校验信息位 标志位）数据链路层的作用是实现在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。数据链路层具体考虑的问题如下： 数据透明性问题。 将物理层的比特流分组装成数据帧，怎样分割比特流？ 根据发送方的0比特插入技术，识别标志位。 流量控制问题。 解决信息淹没问题，协调收发速率。3. 网络层 返回网络层传送数据的单位：分组或包网络层的作用是利用地址信息将源端发出的分组经过各种途径（结点和链路）送到目的端。（无连接的服务，不可靠）网络层具体考虑的问题如下： 路由选择问题。最佳路径 流量控制问题。解决拥塞问题（供不应求） 网络寻址问题。 网络互连问题。 4. 传输层 返回传输层传送数据的单位：报文传输层的作用是承上启下，在源端和目的端提供可靠的端到端的服务，实现通信子网的透明传输。（面向连接的服务，可靠）传输层具体考虑的问题如下： 分割和重组数据。 提供可靠的端到端服务。 流量控制问题。 5. 会话层 返回会话层传送数据的单位：报文会话层的作用是网络到用户应用程序的入口，向表示层提供建立连接，在连接上有序的传输数据（进程间的会话）。会话层具体考虑的问题如下： 会话控制问题。通信方式（令牌机制） 会话管理问题。同步管理 6. 表示层 返回表示层传送数据的单位：报文表示层的作用是表示数据，对数据结构和类型进行编码（解码），同时进行，并压缩（解压缩），送到会话层（应用层）表示层具体考虑的问题如下： 编码（解码）。 加密（解密）。 压缩（解压缩）。7. 应用层 返回应用层传送数据的单位：报文应用层的作用是为网络用户通信提供专用的程序，即各种应用协议。应用层具体协议如下： 虚拟终端协议 FTP 电子邮件收发协议 HTTP2.2.3 TCP/IP参考模型 返回TCP/IP参考模型 返回TCP/IP体系分四层：网络接口层、网络层、传输层、应用层网络接口层：不是TCP/IP协议的一部分， 是TCP/IP与各种通信网的接口。网络层：IP协议将数据封装成分组、路由、提供不可靠的非连接数据传输服务。传输层：TCP提供可靠的面向连接的数据传输服务，UDP是无连接的协议。应用层：Telnet、FTP、SMTP、DNS。2.3 数据传输介质 主要内容2.3.1 有线传输介质 2.3.2 无线传输介质 返回2.3.1 有线传输介质 1双绞线 双绞线由两根彼此绝缘的铜导线组成，如下图。双绞线既能传输模拟信号，也能传输数字信号。双绞线分为屏蔽双绞线（STP）与非屏蔽双绞线（UTP）两大类。 UTP：1类 2类 3类 4类 5类 超5类 双绞的目的？ RJ-45接头，连接方式（拓扑结构） 传送距离？ 10 Base-T直通双绞线、交叉双绞线的概念及应用场合 返回1. 双绞线返回1. 双绞线返回压线钳、测线器2. 同轴电缆 基带传输：50 欧（10Base2 、10Base5）频带传输：75欧（有线电视）粗缆 细缆10Base-5 10Base-2终端电阻连接方式（拓扑结构） 返回3. 光纤 以光的出现和消失分别代表两个二进制数字 分为多模光纤、单模光纤 多条入射角度不同的光线同时在一条光纤中传播，这种光纤称为多模光纤（62.5m或50m）。 如果光纤导芯的直径（如9m）小到只有一个光的波长，光纤就成了一种波导管，光线则不必经过多次反射式的传播，而是一直向前传播，这种光纤称为单模光纤。 优点： l数据传输速率高，误码率低； l 重量轻； l 抗电磁干扰性能好； l 保密性好，无串音干扰； l抗化学腐蚀能力强。 返回4. 双绞线、同轴电缆、光纤的比较 返回2.3.2 无线传输介质 1无线电短波 （全方向 ）2微波 （方向性 ）3红外线 （无导向 ）返回2.4 网络的拓扑结构主 要 内 容拓朴结构的定义总线型网络拓朴结构星型网络拓朴结构环型网络拓朴结构树型网络拓朴结构网型网络拓朴结构混合型网络拓朴结构返回拓朴结构的定义将网络单元抽象为结点，通信线路抽象为链路。计算机网络是由一组结点和连接结点的链路组成的，拓扑结构指计算机网络的几何形状。返回总线型网络拓朴结构终接器终接器工作站工作站工作站工作站返回星型网络拓朴结构工作站工作站工作站工作站工作
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