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通信系统模型 一 传输介质及其工作原理1 传输介质的种类 分3种类型 第一类型 铜 铁等金属导体 用电信号传输数据 第二类型 透明玻璃 通过光波实现数据传输第三类型 电磁波 不用物理连接 通信系统模型 铜缆及电信号大多网络是用铜缆作介质双绞线 扭在一起的两跟绝缘铜线所组成 同轴电缆 由四部分组成 传导物 铜或铝质裸线 携带带信号 绝缘体 网状导线和塑料外皮 通信系统模型 光纤与光信号传输光纤 玻璃纤维 其由核心 纯净玻璃或塑胶材料 覆层和保护层 光信号传输原理 发射装置 发光二极管或激光器 光纤 接收装置 光敏元件 注 光线在光纤核心边界之间不断反弹而沿着核心媒体向前传播 见书P162图 通信系统模型 模式散布 一个脉冲反射出来的光波因其反射角较小而经过的距离较短将有可能最终追上前一个脉冲所产生的反射角度较大的光波 从而使接收端无法分辨两者的顺序 这种现象叫模式散布 解决模式散布的方法 使用级率多模光纤 见书P163图 光纤的四大优点 见书P163 光纤的缺点 见书P163 通信系统模型 无线电波无线电波信号传输原理 反射天线感应电流而产生的电磁振荡辐射 这些电磁波在自由空间或空中传播 最后被接收天线所接收 发射器接收器 抛物柱面 自由空间 通信系统模型 微波 频率较高的电磁波直线传播 防止他人截取信号 传送和接受装置 抛物面微波缺点 不能穿透金属结构 通信系统模型 二 传输速度比特率 每单位时间传输的比特位 单位为比特每秒 bps 带宽 媒体能够传输的最高频率与最低频率的差值 也用于指媒体能够传输的比特数 奈奎斯特定理 D 2Blog2k B 带宽 k 不同电压 通信系统模型 三 传输模式并行传输 可以同时传输一组比特 每个比特使用单独的一条线路 导线 串行传输 只使用一条线路 逐个地传送所有的比特 异步传输 串 比特被划分成小组独立传送 发送方可以在任何时刻发送这些比特组 接收方从不知道它们会在什么时候到达 通信系统模型 4 同步传输 串 把若干个字符组合起来构成所谓的数据帧一起发送 通信方式单工通信 从一个设备到另一个设备数据只能一个方向通信 双工通信 从一个设备到另一个设备数据可以双向通信 但任何时刻只能一个方向通信 全双工通信 从一个设备到另一个设备数据可以同时进行双向通信 见书P170图 四 计算机网络 计算机网络 利用通信设备和线路将地理位置不同的 独立自主的多个计算机系统互联起来 以功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息传递的系统 如下图 计算机网络 计算机网络的组成 1 资源子网 负责信息处理 2 通信子网 负责全网中的信息传递 计算机网络分类 按覆盖的范围分 R 10km 10km R 100km R n 10km n 1 局域网 城域网 广域网 网络拓扑结构 计算机中常见的拓扑结构有 星型拓扑 总线型拓扑 环型拓扑和网状拓扑计算机网络的类型 按计算机之间的关系分 见书P176 对等网模式客户机 服务器模式分布式系统 通信协议 协议 指有关双方就某一问题而制定的双方应共同遵循的一组规则和约定 网络协议 在计算机通信系统中 规定消息的格式以及每条消息所需的适当动作的一套规则 OSI RM 开放系统互连参考模型 是国际标准化组织提出的一个七层模型 每一层实现特定的功能 并且只与相邻两层直接通信 高层协议偏重于处理用户服务和各种应用请求 低层协议偏重于处理实际的信息传输 通信协议 ISO共分为七层 见书P178 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层和应用层 二 ISO OSI参考模型 OpenSystemsInterconnection 国际标准化组织ISO发布的最著名的ISO标准是ISO IEC7498 通常又称为X 200建议 体系结构标准定义了网络互连的七层框架 即ISO开放系统互连参考模型 在这一框架下 进一步详细规定了每一层的功能 以在实现开放系统环境中的互连性 interconnection 互操作性 interoperation 与应用的可移植性 portability OSI参考模型的结构与各层的主要功能 OSI各层的主要功能是 1 物理层 Physicallayer 物理层处于OSI参考模型的最低层 物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接 以便透明地传送比特流 2 数据链路层 Datalinklayer 在物理层提供比特流传输服务的基础上 在通信的实体之间建立数据链路连接 传送以帧为单位的数据 采用差错控制 流量控制方法 使有差错的物理线路变成无差错的数据链路 3 网络层 Networklayer 网络层主要任务是通过路选算法 为分组通过通信子网选择最适当的路径 网络层要实现路由选择 拥塞控制与网络互连等功能 4 传输层 Transportlayer 传输层的主要任务是向用户提供可靠的端到端 End to End 服务 透明地传送报文 它向高层屏蔽了下层数据通信的细节 因而是计算机通信体系结构中最关键的一层 5 会话层 Sessionlayer 会话层的主要任务是组织两个会话进程之间的通信 并管理数据的交换 6 表示层 Presentationlayer 表示层主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式 它包括数据格式变换 数据加密与解密 数据压缩与恢复等功能 7 应用层 Applicationlayer 应用层是OSI参考模型中的最高层 应用层确定进程之间通信的性质和内容 以满足用户的需要 三 TCP IP参考模型与协议 TCP IP 传输控制协议 网际协议 与OSI参考模型不同的是 它更侧重于互联设备间的数据传输 它不是按严格的功能层次划分的 TCP协议 IP协议都不是OSI标准 但它们是目前最流行的商业化的协议 并被公认为当前的工业标准或 事实上的标准 TCP IP参考模型最早是由kahn在1974年定义的 1985年Leiner等人进一步对它开展了研究 1988年Clark在参考模型出现之后对其设计思想进行了讨论 TCP IP协议特点 1 开放的协议标准 可以免费使用 并且独立于特定的计算机硬件与操作系统 2 独立于特定的网络硬件 可以运行在局域网 广域网 更适用于互连网中 3 统一的网络地址分配方案 使得整个TCP IP设备在网中都具有唯一的地址 4 标准化的高层协议 可以提供多种可靠的用户服务 TCP IP参考模型与层次 TCP IP参考模型可以分为五个层次 应用层 Applicationlayer OSI应用层传输层 Transportlayer OSI传输层互联层 Internetlayer OSI网络层网络接口层 OSI数据链路层物理层 OSI物理层在TCP IP参考模型中 对OSI表示层 会话层没有对应的协议 按照层次结构思想 对计算机网络模块化的研究结果是形成了一组从上到下单向依赖关系的协议栈 ProtocolStack 也叫做协议族 IP地址 网间网技术 采用一种全局通用的地址格式 为全网的每一网络和每一主机都分配一个网间网地址 依次屏蔽物理网络地址的差异 IP InternetProtocol 网际协议 提供一种全网间网通用的地址格式 并在统一管理下进行地址分配 保证一个地址对应一台网间网主机 包括网关 IP地址 IP层所用到的地址 又叫网间网地址 由类别 网络号和主机号组成 用4个字节共32位二进制代码表示 如 01100101001110101110001101010101IP地址的表示法 带点十进制标记法 即每个字节作一组 用小数点隔开 转化为十进制形式 如上面的地址表示为 101 58 227 85 IP地址分类 IP地址分为A E类 A类 126个 用于最大实体 如政府机关 支持1600多万台主机 理论 B类 用于大型机构 如大学和大公司 支持65000台主机C类 用于使用IP网络的其他机构 每个网络主机不超过255台D类 预留组播地址E类 实验性地址 IP地址分类 IP地址分类 子网的划分 网络中再划分更小的网络子网的地址 借用主机位 从主机ID最高位开始借位变为新的子网位 剩余为主机位 由此 IP地址 网络 子网位 主机位例 0101101010011100000011111111000001011010100111000000111111110000 子网掩码 子网掩码 用一个32位的值来区分任意IP地址中的网络IP和主机ID 把所有的网络位用1来标识 主机位用0来标识 就得到了子网掩码 地址掩码 如 1101101010011100000011111111000011111111111111111111111100000000 网络服务 传统服务 WWW 用HTML语言书写 采用HTTP协议传送E mail远程登陆文件传输信息查询 网络服务 新兴服务 视频会议视频点播 网络硬件 网络接口卡 一种连接设备 它们能够使工作站 服务器 打印机或其他节点通过传输介质接收并发送数据 网络接口卡的类型 所连的根据总线分 1 PCI外围部件互连2 USB通用串行总线3 IEEE1394也称火线 FireWire 注 网络接口卡与网络的连接采用无线方式 网络硬件 中继器 一种放大模拟或数字信号的网络连接设备 注 1 中继器不能降低所传输的信号 也不能提高传输信号 更不能纠正错误信号 只是转发信号 包括噪声信号 2 一个中继器只有一个输入端口和一个输出端口 只能接受和转发数据流 只适用于总线拓扑结构 3 整个网络传输距离不能超过1000米 即不能依次级连五个以上的中继器 网络硬件 集线器 一种扩展网络接口的网络连接设备 注 1 通常支持星型或混合型拓扑结构 2 能够支持各种不同的传输介质和数据传输率 网络硬件 网桥 是一种能够对所收发的数据进行解释的网络连接设备 它们能够进行流控制 纠错处理以及地址分配 网络硬件 交换机 相当于多个网桥的集合 交换机的每一个端口相当于一个网桥 所有端口共享同一指定带宽 注 最初的交换机是用来代替集线器并解决局域网的传输拥塞问题的 使用交换机的优点 1 各台设备数据传输相互独立2 为每台设备都提供了独立的信道 交换机的缺点 1 数据不保证不丢失2 数据传输发生冲突次数累加到一个极限后数据传输会被挂起 网络硬件 路由器 是一种可以连接不同传输速率并运行与各种环境的局