通信工程专业导论(第6-10章).pptx

第6章移动通信网 6 1概述6 1 1移动通信的概念和分类移动通信的概念不仅是指通信对象可以移动 而且更重要的是要求通信对象可以在运动中通信 按照移动通信类型区分 移动电话 移动数据 移动多媒体通信 无线寻呼等 按照移动通信工作方式区分 单工 半双工 双工通信等 按照组网方式区分 专线 广播网 集群网 自组织网 蜂窝网等 2020 3 20 1 6 1 2移动通信的发展历程无绳电话系统单信道接入系统 由一个基站和一部手机组成 第一代无绳电话 CT1 系统 由一个 或几个 基站和多部手机组成 模拟体制第二代无绳电话 CT2 系统 数字体制英国1987年CAI标准 用户只能呼出 不能呼入 欧洲1992年DECT标准 可以双向呼叫 并能传输数据 第二代的缺点 不能漫游 2020 3 20 2 2 无线寻呼系统是一种没有话音的单向广播式无线选呼系统 工作原理 由基站寻呼发射机 将主叫用户的消息发送给被叫寻呼机 寻呼机收到呼叫时 就会振铃 显示向用户传递的信息 若需要回电话 则必须找一个电话机回拨对方的电话机 对于只能呼出不能呼入的CT2用户 恰好可以和寻呼机配合使用 3 第三种移动通信系统是无线集群通信系统 将简单介绍 4 第四种移动通信系统是蜂窝网 将重点介绍 2020 3 20 3 6 2无线集群通信系统6 2 1无线集群通信的功能无线集群通信系统能把少量无线电信道集中起来 给大量无线电话用户使用 达到使大量无线电话用户自动共享少量无线电信道的目的 模拟集群网所能提供的容量曾因不能满足用户需求 一度衰落 在走向数字集群移动通信系统后 集群移动通信系统再次兴旺起来 2020 3 20 4 6 2 2无线集群通信的特点最大特点 话音通信采用一按即通方式接续 被叫用户无需摘机即可接听 并能支持群组呼叫等功能 以单工 半双工为主 采用信道动态分配方式 并且用户可以具有不同的优先等级和特殊功能 能在2 5G蜂窝网上提供PoC PTToverCellular 业务 PoC是一种双向 即时 多方通信方式 允许用户与一个或多个用户进行通信 该业务类似移动对讲业务 用户按键与某个用户通话或广播到一个群组 接收方收听到这个呼叫后 可以没有任何动作 例如不应答这个呼叫 或者在听到发送方呼叫之前 被通知并且必须接收该呼叫 在该初始呼叫完成后 其他参与者可以响应该呼叫消息 PoC通信是半双工的 每次最多只能有一个人发言 其他人接听 主要应用于非邮电系统的各个专业部门 例如军队 公安 消防 交通 防汛 电力 铁道 金融等 作为调度使用 2020 3 20 5 6 3地面基站蜂窝网6 3 0概述基本组成 从第一代至第四代的发展进步 传输速率 2020 3 20 6 6 3 1蜂窝网的小区划分和频率规划小区划分 地面按正6边形划分为小区 半径r约为10 30km 小区使用的频率在一定距离外的小区可以重复使用 为了进一步增大用户容量 可以 将小区再次划分成微蜂窝 用扇区方法 采用定向天线分别覆盖不同方向 2020 3 20 7 频率规划 a方案 4组频率重复使用 相邻同频基站的距离为 b方案 7组频率重复使用 相邻同频基站的距离为 比较 a方案距离小 频率多 b方案距离大 频率少 2020 3 20 8 6 3 2蜂窝网的组成基站 在每个小区中心建立的一个固定无线电台 移动台 车载电台或手机 切换 移动台运动到相邻小区的过程称为越区 切换 硬切换 瞬间立即转换软切换 逐渐过渡漫游 移动台在不同移动交换中心之间的运动 2020 3 20 9 6 3 3蜂窝网的发展概况第一代蜂窝网基本性能 模拟调频信号 7组频率重复小区划分 只能通话 缺点 模拟调制容易受到干扰 通话信号质量不很好 容易复制和克隆到另一个手机 被偷用电话号码 各系统之间没有公共接口 手机的体积 质量都很大 典型系统 美国AMPS系统 800MHz频段 英国TACS系统 900MHz频段 2020 3 20 10 2 第二代蜂窝网 1 第二代蜂窝网标准两种标准 欧洲GSM标准美国CDMA标准性能改进 数字调制 可以传输文字 短信 2 GSM标准工作频段900MHz频段1800MHz频段 2020 3 20 11 频道划分频道带宽 200kHz每路模拟语音信号用8kKz的频率采样 帧长为125 s 1 8000秒 时分多址 TDMA 每个频道的每帧时间划分为8个时隙 分别给8个用户使用 2020 3 20 12 信道容量900MHz频段共有174个频道可用174个频道分为9组时 每组中容纳的频道数等于 174 9 19 3频道 组 174个频道分为12组时 每组中容纳的频道数等于 174 12 14 5频道 组每个小区可以容纳的同时通话的信道数大约等于8 15 20 120 160两端用户在对话 因此可以同时通话的用户数应该是2 120 160 240 320户 在1800MHz频段 还可以容纳374个频道 按照上述方案计算 可以同时有496 656户通话 最后得到 第二代GSM体制的小区可以同时通话用户数目共为 240 320 496 656 736 976户 2020 3 20 13 GSM标准在我国的应用我国第二代GSM蜂窝网于1995年开始建设 并于1998年开始建设1800MHz频段的GSM蜂窝网 2G网络虽然已经采用了数字传输体制 但是仍然以语音通信为主 且语音质量还不算很高 其数据传输速率仅有22 8kb s 若加用不同的前向纠错编码 FEC 则其数据传输速率仅为14 5 12 6 3 6kb s 因此 2G网络很快做了若干改进 称为2 5G 其数据传输速率可以达到384kb s 第三代蜂窝网ITU于1996年提出了发展3G的IMT 2000计划 IMT 2000计划的总目标 全球化 能无缝隙地覆盖全球 实现国际漫游个人化 实现大容量 高质量和保密的通信综合化 能综合各种业务 实现多媒体 2020 3 20 14 IMT 2000对传输速率的要求 在室内环境中 2Mb s在城市环境中 384kb s 最高移动速率可达120km h 在各种环境中的最低速率 144kb sIMT 2000的业务等级 会话类 延迟时间最小 容许误码 双向业务对称 数据流类 要求与上类类似 但其双向业务极不对称 交互类 请求 应答型数据交换业务 要求透明传输 后台类 对延迟时间不太敏感 不需要透明地传输 ITU推荐的3种3G标准 欧洲提出的WCDMA美国提出的CDMA2000中国提出的TD SCDMA 2020 3 20 15 4 第四代蜂窝网ITU R对4G的要求 必须基于全IP分组交换网络 高速移动时 速率100Mb s 低速移动时 1Gb s 能够动态地共享网络资源 信道带宽可以在5 20MHz间调整 也可以调整到高达40MHz 下行的频谱利用率峰值达到15b s Hz 上行的频谱利用率峰值达到6 75b s Hz在室内 系统频谱利用率下行达到3b s Hz cell 上行达到2 25b s Hz cell 在异构网络间能平滑切换 2020 3 20 16 4G网络的标准 两种国际建议 FDD LTE和TD LTELTE是 LongTermEvolution 长期演进技术 LTE的特点 在20MHz带宽下能够提供下行100Mb s与上行50Mb s的峰值速率大大地提高了小区的容量网络延迟大大降低基站天线的波束更窄2013年12月我国工业和信息化部向有关通信公司正式发放了TD LTE体制的4G业务牌照 这标志着我国开始进入了4G时代 2020 3 20 17 5 第五代蜂窝网目前还没有完整的5G标准可用 下一代移动网络联盟规定了5G标准应当满足的要求 为数千用户提供数十Mb s的数据率 在大城市区域 数据率达到100Mb s 为同一楼层办公室的众多工作人员同时提供1Gb s的数据率 能够同时连接数十万个无线传感器 频谱利用率比4G大为提高 覆盖范围增大 信令传输效率提高 延迟时间比LTE大为减小 5G的性能 速度将比4G快数百倍 整部超高清晰度电影可在1秒之内下载完成 5G将渗透到各个领域 使万物互连 与工业设施 医疗设施等深度融合 2020 3 20 18 5G的研究进展2015年10月 ITU R正式确定了5G的法定名称是 IMT 2020 2017年12月 3GPP正式发布5G新空中接口 NR 简称空口 首发版本 空口指移动终端到基站之间的连接协议 2020 3 20 19 6 手机的发展从2G时代开始 手机的体积 重量都在逐步减小 从3G开始出现智能手机 它是掌上电脑演变而来的 智能手机诞生于1993年 其特点有 1 具有无线接入互联网的功能 包括能够直接接入WLAN 2 具有PDA的功能 包括记事 安排日程 多媒体和浏览网页等 3 具有开放性的操作系统 可以安装更多的应用程序 4 人性化 可以实时地扩展内置功能 以及升级软件 5 功能多样 具有照相机 指南针 手电筒 计步器 镜子等功能 以及自动旋转屏幕 自动调节屏幕亮度等功能 2020 3 20 20 6 4卫星基站蜂窝网 铱 系统公用分布在6个轨道平面上的66颗低轨道卫星 每个卫星上设置一个基站 地面移动台直接和某个卫星上的基站建立无线链路 卫星基站之间也有无线链路联系 每个卫星覆盖地面一个小区 保证无缝隙覆盖 至少有一个卫星基站能和地面上的移动台建立链路连接 2020 3 20 21 铱 系统基站的覆盖范围在卫星基站蜂窝网中 由于低轨道卫星和地面做相对运动 这相当于基站在运动 所以即使移动台在地面上不动 也有越区切换发生 铱 系统可以承担语音 数据 传真和寻呼等低速业务 其他系统 国际海事通信卫星系统等6 5小结 2020 3 20 22 第7章光纤通信 7 1概述7 1 1光纤通信的发展历程光纤和电缆相比 其优点在于传输带宽更宽 传输距离更长 并且不受电磁波的干扰 光纤通信的诞生 1966年华裔科学家高锟发明将玻璃纤维作为光波导用于通信的理论 光纤传输的实现 1970年美国康宁公司研制出传输损耗只有20dB km 长约30m的低损耗石英光纤 这标志着光纤用于通信有了现实的可能性 1975年 第一条商业光纤通信系统建成 光纤通信技术的进步 第一代 1975年建成 采用多模光纤 第二代 1980年后 采用单模光纤 半导体激光器 2020 3 20 23 第三代 工作波长从1 3 m改在1 55 m 使工作速率达到2 5Gb s 中继器间隔超过100km 第四代 采用了光放大器和波分复用 WDM 技术第五代 扩展WDM波长范围 采用无水光纤 光孤子技术 7 1 2光纤通信的优点 1 数据容量非常大 2 传输损耗非常小 3 用单根光纤放大器就能放大大量信道的信号 4 传输速率极高 所以传送每比特的价格就极低 5 光缆很轻 这一点对于在飞机中应用特别重要 6 光缆没有电磁干扰问题 7 光纤没有向外界的电磁辐射 故保密性好 8 光纤比电缆更适应恶劣环境 例如温度的剧烈变化 9 光纤的寿命更长 2020 3 20 24 7 2光纤通信技术7 2 1光发射器发光二极管 LED 常用磷化砷镓铟LED 工作波长1 3微米 产生非相干光 频谱较宽 效率较低主要用于速率为10 100Mb s及传输距离几千米的局域网 2 激光二极管输出相干光 输出功率高输出有一定的方向性 有高的耦合效率色散现象小 比特率高能在高频直接调制 即光输出直接受加于其上的电流控制 2020 3 20 25 7 2 2光接收器光接收器的主要部件是一个光检测器 利用光电效应把光变换成电 典型的光检测器是一个半导体光二极管 光电转换器与一个放大器和一个限幅器相耦合 以从输入的光信号产生电数字信号 后者被送入信道 7 2 3光纤光纤的结构光纤的组成 纤芯 包层光纤的种类 阶跃型光纤梯度型光纤 2020 3 20 26 2 光纤的传播模式多种传播模式 光线在光纤中有多种传播路线 阶跃型和梯度型多模光纤的传播路线 多模光纤用发光二极管 LED 作为光源 发出的光波包含许多频率成分 不同频率光波的传输时延不同 这样会造成信号的失真 从而限制了传输带宽 2020 3 20 27 单模光纤的直径较小 且用激光器作为光源 光源产生单一频率的光波 并且只有一种传播模式 因此 单模光纤的无失真传输频带较宽 传输容量较大 比较 多模光纤的发射器和接收器以及接插件都较便宜 但是因为多模光纤掺杂较多 故通常较贵 并且其传输带宽和距离都较小 单模光纤激光器的价格比LED贵 但是容许链路较长 且性能较好 所以 这两种光纤各有优缺点 都得到了广泛的应用 2020 3 20 28 3 光缆涂层 是光纤外面的一层薄丙烯酸酯塑料保护外套 光缆结构 将多根带涂层的光纤组合起来成为一根光缆 光缆有保护外皮 内部还加有增加机械强度的钢线和辅助功能的电线 2020 3 20 29 7 2 4光放大器光纤通信线路大约每20km就需要设置中继器 中继器先把光信号变换成电信号 放大后再发射出增强的光信号 从而抵消了前一段线路的信号衰减 光放大器直接放大光信号 不需要先把它变换成电信号 其原理是在光纤中掺入稀土元素铒 并用一个激光器发出的比通信信号波长更短的激光照射激发 使光信号直接放大 代替过去使用的中继器 掺铒光放大器模块 光放大器原理 2020 3 20 30 7 3光纤通信的技术性能7 3 1系统指标性能指标 带宽 距离乘积 单位为兆赫 千米 MHz km 带宽和距离可以互换 例 一根普通的多模光纤具有带宽 距离乘积500MHz km 它能够传输500MHz信号1km 或者传输1000MHz信号0 5km 7 3 2工作波段适用波段 在1 31 m和1 5 m波长上的两个损耗最小点 目前广泛采用的波长在1 5 m附近 因此范围硅光纤的损耗最低 并且掺铒光放大器的性能很好 2020 3 20 31 7 3光纤通信的技术性能7 3 3光纤的传输容量光纤的传输容量和其长度有关 光纤越长 色散等有害效应越大 可用的传输速率就越低 对于短距离传输 适宜使用多模光纤 因为它敷设便宜 其数据传输速率可达几百Mb s至10Gb s 对于长距离传输 适宜使用单模光纤 传输速率一般为每路10Gb s或40Gb s 距离在10千米以上 2014年的最新光纤通信系统速率达到100Gb s 若采用WDM技术 则光纤的传输容量将得到成倍的增长 例如2006年 使用光放大器后 一条采用WDM技术的160km线路的比特率已经达到14Tb s 这足以同时传输上千万路的电话信号 这仅是一条光纤的传输容量 而一条光缆中可以包含许多条光纤 7 4小结 2020 3 20 32 第8章数据通信网综述 8 1概述按照覆盖范围分类 个人网 约在1米内局域网 一般在一幢建筑物或一个庭院的范围 城域网 一个城市 一般约在50km范围以内 广域网 可达几千千米 互联网 全球按照用途分类 专用数据网公共数据网增值网 例 电子邮件信息交换网 数据通信的基础设施 2020 3 20 33 按照交换方式分类 电路交换 在用户之间建立一条连接通路 以直接传递信号 不同用户之间的连接是由交换机选择完成的 信息交换 将发送端送来的信号存储起来 然后按照信号中包含的目的地址信息 将它转发到接收端 报文交换 将整个报文一次转发 分组交换 先将报文分成长度相等的短的分组 然后再传输 2020 3 20 34 三种交换的比较 2020 3 20 35 8 2数据通信网的发展8 2 1数据通信网的诞生19世纪出现的有线电报通信是数据通信的鼻祖 20世纪60年代后 计算机之间的数据传输需求日益增长 出现计算机网 即数据通信网 电报通信融于数据通信中 今日 电报通信网已经被数据通信网所取代 计算机网的发展可以分为以下四个阶段 8 2 2远程终端网多台终端机公用一台大型计算机 主机 主机将工作时间分段分配给各个终端使用 主机和终端间用电话线连接 线路两端接有调解器 线路上传输的是模拟信号 2020 3 20 36 8 2 3计算机网将多部计算机互连以实现计算机之间通信 典型代表 阿帕网 将分布在美国的四所大学的四台大型计算机相连 阿帕网到1974年已经发展到包含约50个分布在美国各地的计算机了 1 局域网 计算机网广泛发展的推动力 微型计算机 1981年IBM推出 局域网 大量微机互连的需求 导致了局域网的发展 2020 3 20 37 2 计算机网的拓扑形式计算机网目前仅星形网在广泛地应用 星形网 由若干个结点和链路组成 结点 可以是计算机 集线器 交换机或路由器等 2020 3 20 38 3 集线器与以太网集线器功能 将每台计算机发出的信号转送给其他计算机 性能 按照以太网10BASE T标准802 3i协议 用双绞线传输时 其长度不超过100m 传输速率可达10Mbps 工作原理 一台计算机发出的信号可以送到其他各台计算机 在发送信号中带有地址信息 只有此地址的计算机才能接收到此信号 若同时有多台计算机发送信号 势必造成互相干扰 为解决此问题 制定一通信协议 2020 3 20 39 8 2 4计算机网互连互连网 将计算机网通过路由器互连起来的网络 路由器 比交换机功能更强大 它会根据信道的情况自动选择和设定路由 以最佳路径 按前后顺序发送数据分组 为了解决不同公司的不同规格计算机之间的互连问题 ISO制定了开放系统互连参考模型 OSI 但是 OSI模型不合实用 反而是非国际标准的TCP IP标准成为了目前广泛使用的事实上的国际标准 按照TCP IP标准建立的互连网 internet 则称为互联网 Internet 2020 3 20 40 8 2 5高速互联网进入1990年代 互联网 Internet 逐步形成世界各国的国家信息基础设施 很快就覆盖了全球的各个国家 并向高速化 智能化 可视化 多媒体化方向发展 目前利用互联网实现全球范围内的电视会议 可视电话 可视群聊 网上购物 网上银行 网络图书馆等已经成为人们每日不可须臾离开的工作和生活手段了 2020 3 20 41 8 3互联网8 3 1概述互联网是应用TCP IP协议连接计算机网的全球网络系统 互联网能够传输大量信息和提供多种应用 例如万维网 电子邮件 电话业务 文档传输 微信 电子商务 电子政务 信息检索 网络社交 网络游戏 网络视频 云盘等 互联网的接入和使用都没有集中管理 互联网中只有主要的两个命名空间 即互联网协议地址和域名系统 直接由一个维护机构 即互联网名字与编号分配机构分配 核心协议的技术支持和标准化是互联网工程任务组的业务 此任务组是一个非盈利组织 它是国际上任何一个愿意提供专业技术知识的人都可以加入的松散附属组织 2020 3 20 42 8 3 2互联网的历史互联网的诞生互联网在全球的扩展互联网的应用领域8 3 3互联网的管理互联网的运作没有中央管理机构 唯一中央协调机构是 互联网名字与编号分配机构 ICANN ICANN负责分配互联网协议地址 IPaddress 和域名系统 DNS 8 3 4互联网的基础设施 包括各种硬件和软件 1 路由器2 路由和服务层 路由软件分为不同层次 路由层次的顶层是第1层网络 在此层网络的各大通信公司 供应商 之间用对等协议直接交换流量 第2层网络和更低层网络从其他供应商购买互联网传送通路 2020 3 20 43 3 接入 用户接入互联网的方法 有下列几种 由计算机调制解调器通过电话线拨号接入通过同轴电缆宽带接入用Wi Fi接入用卫星电话或蜂窝网电话 智能手机 接入4 协议互联网协议版本4 IPv4 是互联网第一代协议版本 至今仍是主要在应用的版本 IPv4设计的主机地址约43亿 109 个 然而 互联网爆炸性的增长使IPv4的地址到2011年已经耗尽 在1990年代中期 研发出了一个新的协议版本IPv6 它能提供更多的地址和效率更高的路由 IPv6与IPv4之间没有直接互操作性 所有新的计算机操作系统基本上都支持这两种互联网协议版本 2020 3 20 44 5 业务 1 万维网 WorldWideWeb 万维网是互联网上的一个主要应用程序 万维网是一个包含由超级链接关联着的全球资源的集合 万维网的主要接入协议是超文本传送协议 HTTP 万维网浏览软件 IE 火狐 欧朋 Opera 等 用其能获取大量的分散在各地的在线信息 万维网还使个人和组织能向大量读者发布信息 2 通信电子邮件 Email 互联网电话 3 数据传输文档能够作为附件用电子邮件发送 数据传输能够将数据上传到一个网站或传到文件传输协议 FTP 服务器 使其他人容易下载 2020 3 20 45 6 安全 1 恶意软件 计算机病毒 计算机蠕虫 拒绝服务攻击 勒索软件 僵尸网络攻击 间谍软件 2 监控 3 审查制度 2020 3 20 46 8 3 5互联网的新应用区块链 由许多区块链接成的数据库特点 去中心化 公开 透明 匿名性 信息不可篡改 并且每人都可以参与记录 区块链也可以看作一个分布式账本 区块链的构成 主链 连接在根块上最长的链主块 主链上的区块孤块 主链外的区块 每写入一项业务数据 就创建一个区块 区块 由区块头和区块体两部分组成 区块体 存储交易记录的数据 区块头 包含前一区块的加密散列 本区块交易记录的散列和时间戳记等 2020 3 20 47 散列 是把任意长度的输入数据 通过散列算法 变换成一个长度相同的特征值 该特征值就是散列值 散列值 长度是256比特 即不管原始数据是什么 最后都会计算出一个256比特的二进制数字 而且可以保证 只要原始数据不同 对应的散列值一定是不同的 一个设计优秀的加密散列函数是一个 单向 运算函数 对于给定的散列值 没有实用的方法可以计算出其原始输入 也就是说很难伪造 时间戳记 记录当前区块产生的时间 区块头包含 前一区块的散列 本区块数据的散列 时间戳记 区块链的优点 是一个开放式的分布记录系统 任何一个结点都可以记录 当其中两个节点发生业务时 这笔业务会广播到其他所有结点 记录下来 目的是防止业务双方篡改业务信息 区块链适合用于事件记录 医疗记录和其他管理活动的记录 例如身份管理 交易处理 原产地记录 食品跟踪或投票 2020 3 20 48 8 4小结 2020 3 20 49 第9章互联网的体系结构 9 1体系结构概念9 1 1数据通信过程和协议电话和电报通信 都需要 硬件 和 软件 硬件 包括各种设备和线路 软件 则包括对通信过程的各种规定 电话通信过程 对摘机 发送拨号音 用户拨号 交换机发送振铃信号直至拆线等一系列步骤都有详细规定 数据通信过程的步骤更为复杂 例如 查明发送计算机与网络连接是否正常 接收计算机是否正在工作 接收计算机是否做好了接收数据的准备 将发送数据分组 编号 加上目的地址 以及加上纠错编码等 完成上述步骤必须遵守的规定称为通信协议 需要将复杂的通信过程分成一些层次 并为每个层次制定相应的协议 这些层次和协议的总和称为数据通信网的体系结构 2020 3 20 50 9 1 2体系结构的层次概念例 对应层的实体称为对等体 对等体可以是硬件设备 软件进程 或者是人 例 第2层双方好像直接用英语通信 2020 3 20 51 9 1 3OSI和TCP IPOSI 开放系统互连参考模型 ISO IEC和ITU的共同标准 TCP IP 互联网的体系结构OSI和TCP IP的比较TCP IP协议通常是指TCP IP协议族 2020 3 20 52 TCP IP体系结构TCP IP体系结构的信息流路径 2020 3 20 53 9 2体系结构各层功能9 2 1应用层 第5层 功能 为主机的应用进程AP规定应遵循的协议 进程 运行着的程序 不同的服务需要有不同的应用层协议 例如 支持万维网的HTTP协议 支持电子邮件的SMTP协议 支持文件传送的FTP协议 应用层传输的数据单元称为报文 应用层协议工作方式 基于客户 服务器工作方式 2020 3 20 54 9 2 2运输层 第4层 功能 提供应用进程之间的逻辑通信 包括复用和分用 例 一个主机的应用层在运行浏览器客户进程AP1 若与此同时用户还要用电子邮件发送反馈信息 则主机的应用层还要运行电子邮件的客户进程AP2 此时两进程同时使用同一个运输层协议传送数据 即 复用 此协议 端口 为了区别不同的应用进程 在运输层使用协议端口号 简称端口 它可以看作一种地址 报文交到目的主机的正确端口 就能够实现复用和分用功能 报文送到运输层后 在报文前面必须加上称为 首部 的一些数据 在首部的数据中就包含有端口 号 接收端分用后 按照端口号将报文交付给正确的端口 2020 3 20 55 9 2 3网络层 第3层 功能 用IP协议把上层交来的数据进行分组 构成统一格式的IP数据报 即 分组 并利用路由器解决在计算机网之间的路由选择问题 IP网的概念 使用IP协议把计算机网虚拟连接的网络简称IP网 路由器根据IP数据报中的目的计算机地址进行路由选择 2020 3 20 56 9 2 4数据链路层 第2层 功能 把来自网络层的IP数据报组成帧 然后发送到链路上 以及把接收到的帧中的数据取出并交给网络层 三个基本功能 封装成帧 透明传输和差错检测 封装成帧 在上层发来的IP数据报上添加首部和尾部 构成一个帧 进行帧定界 透明传输 本层协议必须解决帧的数据中出现 帧首部 和 帧尾部 中规定用的特定波特组合问题 以达到透明传输 差错检测 目前在数据链路层广泛使用的是循环冗余检验 CRC 检错技术 2020 3 20 57 9 2 5物理层 第1层 功能 确保原始的数据可在各种物理媒体上传输 物理层协议必须规定的接口特性 机械特性 接线器形状和尺寸 固定及锁定装置 引线数目和排列等 电气特性 接口的各条线上的电压范围 功能特性 接口的各条线上的电压代表的意义 规程特性 信号线上不同功能比特流的出现顺序 EIARS 232C是目前最常用的计算机通信接口 9 2 6类比 邮局应用层 用户向邮局提交服务内容 及寄平信 快递等 运输层 邮局要在邮件上贴运单 盖章 打包等 网络层 邮局要为邮包设计运送的路线图 数据链路层 传送邮件 物理层 为传送邮件提供车辆等交通工具 2020 3 20 58 9 3小结 2020 3 20 59 第10章互联网TCP IP体系结构协议 I 10 1应用层10 1 1域名系统 DNS 域名 计算机在互联网上的名字 域名系统 用户在与互联网上的某台主机通信时 必须使用对方主机的IP地址 因为它不易记忆 所以需要一个域名系统 它能够把IP地址转换为容易记忆的域名 域名结构 域名都是由标号序列组成的 而且各个标号之间用点 隔开 例 它是中央电视台电子邮箱的域名 顶级域名中可以划分多个子域 子域可以继续划分子域的子域 例如 西安电子科技大学邮件系统的域名是 而西安电子科技大学网站服务器的域名是 它们都由四级域名构成 2020 3 20 60 10 1 2文件传送协议 FTP FTP使用TCP协议 后者提供可靠传输服务 FTP能够减小或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性 FTP使用客户 服务器方式工作 FTP的进程由两部分组成 一个主进程 和若干个从属进程 主进程的工作步骤如下 1 打开熟知端口 端口号为21 使客户进程能够连接上 2 等待客户进程发出连接请求 3 启动从属进程处理客户进程发来的请求 从属进程对客户进程的请求处理完毕后即终止 但是从属进程在运行期间根据需要还可能创建其他一些子进程 4 回到等待状态 继续接受其他客户进程发来的请求 注 熟知端口是IANA指派给TCP IP重要进程的常用端口 2020 3 20 61 10 1 3万维网的协议万维网的功能 万维网能使用 超级链接 从互联网上的一个站点 网址 访问另一个网址 从而获取大量的信息 例 站点1的文档中有两处显示 和 它们表示可以链接到其他的文档 若我们用鼠标单击 就可以链接到站点2的某个文档 若单击 就可以链接到站点4的某个文档 类似地 单击站点2文档的 和 分别可以链接到站点3和站点4 2020 3 20 62 超文本 带有链接功能的文本 超文本传送协议 HTTP 万维网中客户程序与万维网服务器程序之间使用的协议 HTTP协议定义了浏览器 即万维网客户进程 怎样向万维网服务器请求万维网文档 以及服务器怎样把文档传送给浏览器 统一资源定位符 URL 浏览器向服务器发出浏览某个文档的请求时 必须给出的此文档的名称 URL的格式 URL由以下4部分组成 即使用什么协议来获取该万维网文档 最常用的协议是HTTP和FTP 使用HTTP协议时的URL的一般格式是 http 通常可以省略 若再省略文件的项 则URL就指到互联网的某个主页 例如 就是西安电子科技大学的主页 2020 3 20 63 更为复杂一些的路径是指向层次结构的从属页面 例如 是西安电子科技大学的 研究生教育 页面的URL 文件名就是最后的yjsjy htm 有时写为html 2020 3 20 64 10 1 4电子邮件电子邮件把邮件发送到收件人的邮件服务器的收件人邮箱中 收件人可以随时到自己的邮箱读取 电子邮件系统的三个主要组成构件 用户代理 邮件服务器和邮件协议 2020 3 20 65 1 用户代理用户代理 UA 又称电子邮件客户端软件 是用户与电子邮件系统的接口 它是一个程序 用来发送和接收邮件 用户代理的4个功能 1 撰写 给用户提供编辑信件的环境 2 显示 能方便地在计算机屏幕上显示出来信 3 处理 处理发送邮件和接收邮件 例如 删除 打印 4 通信 撰写完邮件后 利用邮件发送协议发送邮件 在接收邮件时 使用邮件读取协议从本地邮件服务器接收邮件 电子邮件由信封和内容组成 1 信封 须写收信人的电子邮件地址 其格式如下 其中 符号 读作 at 表示 在 的意思 2 内容 包括首部和主体 主体由用户自由撰写 首部的关键字 To 后面填收信人的电子邮件地址 Subject 后面填邮件的主题 Cc 抄送 Bcc 暗送 From和Date 自动填入 Reply To 回信用地址 2020 3 20 66 2 邮件服务器邮件服务器 设在互联网的网站上 必须24小时不间断地工作 有很大容量的邮件信箱和强大的CPU能力来运行邮件服务器程序 功能 发送和接收邮件 同时向发件人报告邮件发送的结果 协议 1 简单邮件传送协议 SMTP 用于发送邮件 2 邮局协议 POP3 从邮件服务器读取邮件 10 1 5基于万维网的电子邮件原理 使用浏览器收发电子邮件 优点 不需要在计算机中安装用户代理软件UA 用任何一种浏览器都可以非常方便地收发电子邮件 协议 在浏览器和互联网上的邮件服务器之间传送邮件时 仍然使用HTTP协议 但是在各邮件服务器之间传送邮件时 则仍然使用SMTP协议 2020 3 20 67 10 2运输层10 2 1运输层协议TCP协议 提供面向连接的 可靠的数据传输服务 其数据传输的单位是报文段 UDP协议 提供无连接的 不保证可靠性的数据传输服务 其数据传输的单位是用户数据报 10 2 2运输层的主要功能提供应用进程之间的逻辑通信 使用协议端口号 简称端口 把报文传送到正确地址 实现复用 运行UDP协议时运输层的功能 2020 3 20 68 运行TCP协议时运输层的功能 1 在传输数据之前建立连接 在传输数据完毕后释放已经建立的连接 2 提供全双工通信 3 提供可靠的传输服务由于TCP协议采用了上述的停止等待措施 就保证了报文段的可靠传送 在运输层 无论采用UDP还是TCP协议 只是首部的长度和内容不同 2020 3 20 69 10 3网络层10 3 1网络层的功能用IP协议支持无连接的 分组 传送服务 把来自上层的数据封装成 分组 进行传送 10 3 2虚拟IP网IP网的概念 2020 3 20 70 IP数据报在互联网中的传送路径虚拟IP网的概念 2020 3 20 71 10 3 3I