第一章 数据网络基础知识.ppt

第一章数据网络基础知识 中国网通运维人员课程体系 数据专业 目标 掌握数据通信网基本结构和数据通信系统组成了解数据通信网发展过程中的网络技术了解数据传输的基本概念熟悉信号和信道的基本概念掌握数据传输的方式 形式和介质掌握数据编码技术和数据传输中差错产生和基本控制方法掌握多路复用的基本概念掌握OSI参考模型的定义和每层功能熟悉数据封装过程了解物理层接口的定义和基本概念熟悉物理层协议熟悉网络层路由协议熟悉各类数据通信网对应OSI参考模型了解面向连接和无连接技术熟悉数据通信中的寻址方式掌握数据通信交换方式以及各种交换方式的特点及对比 1 1 1 2 数据通信网络概述 数据传输基本概念 3 1 3 数据通信规程 数据通信寻址和交换方式 1 4 目录 1 1 1数据通信结构 常见结构 总线结构 环形结构 星形结构 树形结构 网状结构 全连通结构 1 1数据通信概述 1 1数据通信概述 1 1 2数据通信系统组成 数据通信 计算机与计算机或计算机与终端之间的通信 数据通信系统主要由数据终端设备 数据电路 计算机系统三部分组成 如图1 5所示 1 1数据通信概述 分组交换网 国际电信联盟电信标准部门ITU T为分组交换网制定了一系列通信协议 其中最著名的标准是X 25协议 有人把分组交换网简称X 25网 1 1 3数据通信网络技术 帧中继 帧中继仅完成OSI物理层和链路层核心层的功能 将流量控制 纠错等留给智能终端去完成 大大简化了节点机之间的协议 数据数字 DDN 是采用数字信道来传输数据信息的数据传输网 数字信道包括用户到网络的连接线路 即用户环路的传输也应该是数字的 ATM AsynchronousTransferMode ATM就是一种在网络中以信元为单位进行统计复用和交换 传输的技术 1 1数据通信概述 IP网 IP网是基于IP协议组建的网络 这种网络支持的各种应用业务 统称为IP业务 而实现这些业务的技术 即为IP技术 局域网就是局部区域的网络 一般来讲局域网的物理覆盖范围比较小 城域网可以看成是扩大了的局域网 城域网的地理范围比局域网大 可跨越几个街区 甚至整个城市 广域网是在一个广泛范围内建立的计算机IP通信网络 广泛的范围是指地理范围而言 可以超越一个城市 一个国家甚至及于全球 1 1 1 2 数据通信网络概述 数据传输基本概念 3 1 3 数据通信规程 数据通信寻址和交换方式 1 4 目录 1 2数据传输基本概念 模拟信号 是指某一电参量 如幅度 频率 相位 在一定取值范围内连续变化的信号 数字信号 某一电参量在一定的取值范围内跳跃变化 仅有有限个取值的信号 图1 1时间连续的模拟信号 图1 2时间离散的模拟信号 图1 3数字信号 1 2 1信号与信道 1 2数据传输基本概念 模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示 因而无论信源产生的是模拟数据还是数字数据 在传输过程中都可以用适合于信道传输的某种信号形式来传输 模拟数据和数字数据的表示 1 2数据传输基本概念 所谓调制 是一种波形变换过程 利用原始信息改变某种基本电波 称为载波 的某一个参数 调制的主要作用有两个 一是对原始信息实行频谱搬移 二是形成一种最有利于传输和恢复原始信息的信号波形 调制 解调 图1 8调制和解调 1 2数据传输 信道 信道 Channel 指信号的传输通道 包括通信设备 如集线器 路由器等 和传输介质 如同轴电缆 光纤等 通信网发展的重要里程碑是采用分组交换方式 构成分组交换网 信道按传输介质 可分为有线信道或无线信道 按传输信号类型 可分为模拟信道和数字信道 按使用权限 可分为专用信道和公用信道等 1 2数据传输基本概念 传输形式 基带传输 基带传输是按照数字信号原有的波形 以脉冲形式 在信道上直接传输 它要求信道具有较宽的通频带 频带传输是一种采用调制 解调技术的传输形式 传输方式 单工 单工数据传输指的是两个数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输 半双工 数据传输是两个数据之间可以在两个方向上进行数据传输 但不能同时进行 全双工 数据传输是在两个数据站之间 可以两个方向同时进行数据传输 并行 通过一组传输线多位同时传输数字数据单工数据传输指的是两个数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输 串行 通过一对传输线逐位传输数字代码 1 2 1数据传输 1 2数据传输基本概念 传输方式 异步传输与同步传输均存在基本同步问题 两者之间的主要区别在于发送器或接收器之一是否向对方发送时钟同步信号 异步传输 以字符为单位传输数据 采用位形式的字符同步信号 发送器和接收器具有相互独立的时钟 频率相差不能太多 并且两者中任一方都不向对方提供时钟同步信号 同步传输 以数据帧为单位传输数据 可采用字符形式或位组合形式的帧同步信号 后者的传输效率和可靠性高 由发送器或接收器提供专用于同步的时钟信号 1 2数据传输基本概念 传输介质 铜线 具有较低的电阻率 价廉和容易安装 双绞线 双绞线分屏蔽 FoiledTwistedPair 简称FTP 和非屏蔽 UnshieldedTwistedPair 简称UTP 两种 同轴电缆 同轴电缆 CoaxialCable 由一对同轴导线组成 光纤 采用易弯曲的石英玻璃纤维来作为传输介质 1 2数据传输基本概念 位同步 目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步 位同步又称同步传输 它是使接收端对每一位数据都要和发送端保持同步 外同步 发送端发送数据时同时发送同步时钟信号 接收方用同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率 自同步 通过特殊编码 如曼彻斯特编码 这些数据编码信号包含了同步信号 接收方从中提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率 1 2 3同步技术 1 2数据传输基本概念 群同步 在数据通信中 群同步又称异步传输 是指传输的信息被分成若干 群 数据传输过程中 字符可顺序出现在比特流中 字符间的间隔时间是任意的 但字符内各个比特用固定的时钟频率传输 字符间的异步定时与字符内各个比特间的同步定时 是群同步即异步传输的特征 1 2数据传输基本概念 编码 数字数据的模拟信号编码 为了利用廉价的公共电话交换网实现计算机之间的远程通信 必须将发送端的数字信号变换成能够在公共电话网上传输的音频信号 经传输后再在接收端将音频信号逆变换成对应的数字信号 数字数据的数字信号编码 数字信号可以直接采用基带传输 基带传输就是在线路中直接传送数字信号的电脉冲 它是一种最简单的传输方式 近距离通信的局域网都采用基带传输 模拟数据的数字信号编码 脉码调制PCM是以采样定理为基础 对连续变化的模拟信号进行周期性采样 利用 有效信号最高频率或其带宽 倍的采样频率 通过低通滤波器从这些采样中重新构造出原始信号 1 2 4编码 差错控制 1 2数据传输基本概念 编码 模拟信号数字化的三步骤采样 以采样频率Fs把模拟信号的值采出 量化 使连续模拟信号变为时间轴上的离散值 编码 将离散值变成一定位数的二进制数码 图1 15脉码调制 PCM 原理 1 2数据传输基本概念 差错控制 数据通信要求信息传输具有高度的可靠性 即要求误码率足够低 然而 数据信号的传输过程中不可避免地会发生差错 即出现误码 差错类型 1 随机差错差错是相互独立 互不相关的 2 突发差错指成串出现的错码 错码与错码之间有相关性 一个差错往往会影响后面一串字 1 2数据传输基本概念 差错控制基本方式 1 前向纠错 2 检错重发 3 反馈校验 4 混合纠错 1 2数据传输基本概念 多路复用 在一条物理通信线路上建立多条逻辑通信信道 同时传输若干路信号的技术就叫做多路复用技术 1 2 5多路复用技术 1 2数据传输基本概念 多路复用 频分多路复用 FDM Frequency DivisionMultiplexing 1 2数据传输基本概念 多路复用 波分多路复用 WDM Wave DivisionMultiplexing 1 2数据传输基本概念 多路复用 时分多路复用 TDM Time DivisionMultiplexing 1 1 1 2 数据通信网络概述 数据传输基本概念 3 1 3 数据通信规程 数据通信寻址和交换方式 1 4 目录 1 3数据通信规程 1 3 1OSI参考模型 1 3数据通信规程 物理层 定义接口与传输介质的机械 电气特性数据链路层 对数据不昨任何改动的传输变成可靠的链路 并负责接点到接点的传输网络层 负责将包从源到目标的传递 可能会通过多个网络传输层 负责整个报文从源到目标 端到端 的传递会话层 是网络的对话控制器 它建立和维护以及同步通信系统交互操作表示层 关于两个系统之间交换信息的语法和语义应用层 使得用户 不管是人还是软件 可以访问网络 1 3 2OSI参考模型各层功能 1 3数据通信规程 1 3 3OSI参考模型中的数据封装过程 1 3数据通信规程 1 3 4物理层接口作用 保证比特流的透明的传送特性 机械特性 电气特性 功能特性和规程特性应用 常用CCITT的V系列建议 用于模拟信道 和X系列建议 用于数字信道 1 3数据通信规程 物理层接口的特性 1 机械特性 定义了连接器件的大小 形状 接口线的数量和插针分配等 2 电气特性 定义接口电路的电气参数 如接口电路的电压 或电流 负载电阻 负载电容等 3 功能特性 定义了接口电路执行的功能 4 规程特性 定义了接口电路的动作和各动作之间的关系和顺序 1 3数据通信规程 V系列建议 V系列接口标准 一般指数据终端设备与调制解调器或网络控制器之间的接口 这类系列接口除了用于数据传输的信号线外 还定义了一系列控制线 是一种比较复杂的接口 V系列常见接口 RS 232 规定9芯的插头 插座RS 232 V 24 规定25芯的插头 插座V 35 规定34芯的插头 插座 1 3数据通信规程 X系列建议 X系列接口是较晚制定的 这类接口适用于公共数据网的宅内电路终接设备和数据终端设备之间的接口 定义的信号线很少 因此是一种比较简单的接口 关于X系列常见建议 有关接口电路机械特性的建议有 X 21 X 21bis 有关接口电路电气特性的建议有 X 26 X 27 有关接口电路功能特性的建议有 X 25有关接口电路规程特性的建议有 X 20 X 21 CCITTG 703 定义了分级数字接口的电气特性和功能特性 该建议用于网络接口 如分组交换机和PCM传输设备的连接 1 3数据通信规程 局域网接口 AUI端口AUI端口它就是用来与粗同轴电缆连接的接口 它是一种 D 型15针接口RJ 45端口RJ 45端口是我们最常见的端口了 它是我们常见的双绞线以太网端口SC端口也就是我们常说的光纤端口 它是用于与光纤的连接 1 3数据通信规程 局域网接口 AUI端口AUI端口它就是用来与粗同轴电缆连接的接口RJ 45端口即双绞线以太网端口SC端口光纤端口 它是用于与光纤的连接 广域网接口 AUI端口AUI端口也被常用于与广域网的连接 但是这种接口类型在广域网应用得比较少 RJ 45端口这里的RJ 45端口所连接的网络一般就不太可有是10Base T这种了 一般都是100Mbps快速以太网以上 1 3数据通信规程 广域网接口 高速同步串口在路由器的广域网连接中 常见的端口是 高速同步串口 SERIAL 异步串口异步串口 ASYNC 主要是应用于Modem或Modem池的连接 ISDNBRI接口用于ISDN这种互联网接入方式 POS155M 622M 2 5G 10G接口主要用于运营商 或者大型企业 的骨干网之间互联 1 3数据通信规程 数据链路层传输数据过程 在数据链路上传输数据的过程分为五个阶段 这和电话通信过程十分相似 1 第一阶段该阶段主要是接通线路 建立物理连接 2 第二阶段该阶段主要是建立数据链路 确定通信对象 3 第三阶段这一阶段主要是传送数据 这是数据链路传输控制规程中的主要阶段 4 第四阶段该阶段主要是结束传送 拆除链路 但并不拆除物理连接 可以再一次进入第二阶段 建立新的数据链路 5 第五阶段这一阶段主要是拆线 拆除物理连接 1 3 5数据链路层协议 HDLC 1 3数据通信规程 点对点协议 PPP PointtoPointProtocol 点对点协议 PPP 为在点对点连接上传输多协议数据包提供了一个标准方法 PPP最初设计是为两个对等节点之间的IP流量传输提供一种封装协议 1 3 5数据链路层协议 PPP 1 3数据通信规程 点对点协议 PPP PointtoPointProtocol PPP主要由以下几部分组成 1 封装 一种封装多协议数据报的方法 PPP封装提供了不同网络层协议同时在同一链路传输的多路复用技术 2 链路控制协议 PPP提供的LCP功能全面 适用于大多数环境 3 网络控制协议 一种扩展链路控制协议 用于建立 配置 测试和管理数据链路连接 4 配置 使用链路控制协议的简单和自制机制 该机制也应用于其它控制协议 例如 网络控制协议 NCP 1 3数据通信规程 点对点协议 PPP PointtoPointProtocol PPP链路建立的过程 一个典型的链路建立过程分为三个阶段 创建阶段 认证阶段和网络协商阶段 阶段1 创建PPP链路 阶段2 用户验证 阶段3 调用网络层协议 1 3数据通信规程 点对点协议 PPP PointtoPointProtocol PPP协议的应用 PPP协议是目前广域网上应用最广泛的协议之一 它的优点在于简单 具备用户验证能力 可以解决IP分配等 1 3数据通信规程 典型的路由选择方式有两种 静态路由和动态路由动态路由选择协议又分为距离矢量 链路状态和平衡混合3种动态路由协议分为内部网关协议 IGP 和外部网关协议 EGP 1 3 6网络层路由协议 1 3数据通信规程 IGP协议简要介绍 1 RIP RIP2 路由选择信息协议 2 OSPF 开放最短路径优先 OSPF OpenShortestPathFirst 3 IS IS IntermediateSystem to IntermediateSystem 4 IGRP EIGRP InteriorGatewayRoutingProtocol EnhandcedInteriorGatewayRoutingProtocol 协议 EGP协议简要介绍 目前主要使用EGP协议是BGP 4 BGP边界网关协议 不同自治系统路由器之间进行通信的外部网关协议 作为EGP替代品 1 3数据通信规程 1 X 25对应OSI参考模型X 25建议将数据网的通信功能划分为三个相互独立的层次 即物理层 数据链路层和分组层 对应OSI参考模型的物理层 数据链路层和网络层 2 FR对应OSI参考模型帧中继将X 25网络的下三层协议进一步简化 差错控制 流量控制推到网络的边界 从而实现轻载协议网络 与X 25相比 帧中继在第二层增加了路由的功能 3 DDN对应OSI参考模型DDN是数字数据网对应OSI参考模型的物理层 4 ATM对应OSI参考模型到目前为止 ITU T并没有就ATM分层结构和OSI参考模型之间的对应关系作出明确的定义 1 3 7数据通信网与OSIRM的对应关系 1 3数据通信规程 5 LAN对应的OSI参考模型局域网由物理层 介质访问控制层和逻辑链路控制层组成 相当于OSI参考模型下面的两层 图1 31IEEE局域网参考模型和OSI参考模型关系 1 1 1 2 数据通信网络概述 数据传输基本概念 3 1 3 数据通信规程 数据通信寻址和交换方式 1 4 目录 1 4数据通信寻址和交换方式 通信协议要么是面向连接的 要么是无连接的 这依赖于信息发送方是否需要与接收方联系并通过联系来维持一个对话 面向连接的 还是没有任何预先联系就发送消息 无连接的 且希望接收方能顺序接收所有内容 这些方法揭示了网络上实现通信的两种途径 1 4 1面向连接与无连接概述 1 4数据通信寻址和交换方式 面向连接网络负责顺序发送报文分组并且以一种可靠的方法检测丢失和冲突 这种方法被 可靠的 传输服务使用 面向无连接网络只需要将报文分组发送到接收点 检错与流控由发送方和接收方处理 这种方法被称作 尽力而为 best effort 或 无应答 unacknowledged 的传输协议所使用 1 4数据通信寻址和交换方式 不管通信双方采用何种哪种连接方式 能够实现通信的基础是通信路由的选择和建立 即寻址 通信路由选择和建立的基础是通信地址 1 4 2通信寻址 1 4数据通信寻址和交换方式 常见寻址编码1 E 164根据CCITT的E 164标准的规定 标准的电话号码格式是由国家码 CountryCode 区域码以及一般电话号码三部分所组成 国家码 1到3位数字 区位码 M个数字 一般电话 最多为15减M个数字 2 X 121X 121 公用数据网的国际编号方案 指