计算机网络前三章PPT课件.ppt

2020 3 20 1 可编辑 哈尔滨工业大学 威海 通信工程系刘功亮Tel 0631 5687148Email liugl 计算机通信网络 2020 3 20 2 可编辑 教学内容 第1章概述第2章物理层第3章数据链路层第4章网络互连第5章运输层第6章应用层第7章网络安全 2020 3 20 3 可编辑 教材谢希仁编著 计算机网络教程 第3版 人民邮电出版社 课程情况教学 30学时考核 出勤 作业 期末考试 授课方式PPT结合板书 答疑随时 H503 参考资料高传善等编 数据通信与计算机网络 高等教育出版社B A Forouzan DataCommunicationsandNetworking 2020 3 20 4 可编辑 第1章概述 计算机通信网络 第3版 2020 3 20 5 可编辑 网络的基本拓扑结构 Note 2020 3 20 6 可编辑 几种主要的拓扑结构 2020 3 20 7 可编辑 网形网 Numberoflinks n n 1 2 2020 3 20 8 可编辑 星形 2020 3 20 9 可编辑 总线形 2020 3 20 10 可编辑 环形 2020 3 20 11 可编辑 网络的覆盖范围 Note 2020 3 20 12 可编辑 2020 3 20 13 可编辑 局域网 2020 3 20 14 可编辑 局域网 续 2020 3 20 15 可编辑 城域网 2020 3 20 16 可编辑 广域网 2020 3 20 17 可编辑 InternetworkmadeoffourWANsandtwoLANs 2020 3 20 18 可编辑 计算机网络的演进与发展 Note 2020 3 20 19 可编辑 早期的计算机应用模式 单机庞大 昂贵 资源无法共享计算机构成了一个个的信息 孤岛 计算机网络产生始于1950 s 产生的原因 资源共享的需求 计算能力 外设 软件 数据 大型项目的合作 进行工程项目协作 人与人之间的信息沟通 数据通信 2020 3 20 20 可编辑 从体系结构来观察 计算机网络的发展可分为三个阶段 三代网络 1 以主机为中心的联机终端系统 计算机 终端 系统2 以通信子网为中心的主机互连 计算机 计算机 网络3 体系结构标准化网络层次化结构 并对每层进行了精确定义 2020 3 20 21 可编辑 1 以主机为中心的联机终端系统 特征 终端 Terminal 共享主机 Host 的软硬件资源单台主机 执行计算和通信任务多台终端 执行用户交互 终端集中器 终端服务器 连接方式 本地或远程 TS T T T T T T HOST 通信线路 T 2020 3 20 22 可编辑 例子 飞机订票系统HOST 航空公司总部 Terminals 订票点 通信线路 电话线路 缺点主机负荷重 数据处理 通信线路利用率低集中控制方式 可靠性低改进终端集中器 近 远距 前端处理机 FrontEndProcessor FEP 通信任务分离 2020 3 20 23 可编辑 2 以通信子网为中心的主机互连 特征多个终端联机系统互连 形成了多主机互连网络网络结构从 主机 终端 转变为 主机 主机 2020 3 20 24 可编辑 主机 主机网络的演变 演变阶段1通信任务从主机中分离 由通信控制处理机 CCP 完成CCP 处理主机之间通信任务的专用计算机 2020 3 20 25 可编辑 两层网络概念的出现由CCP组成的传输网络 通信子网 提供信息传输服务建立在通信子网基础上的主机集合 资源子网 提供计算资源 CCP CCP HOST HOST T T T T T T CCP HOST T T T 通信子网 2020 3 20 26 可编辑 两层网络的概念结构 C C C H H H 资源子网 通信子网 在通信子网上可有多个资源子网 共享通信子网的服务 H H 2020 3 20 27 可编辑 演变阶段2通信子网规模逐渐扩大私有 社会公用公用数据通信网PSTNX 25优点降低用户系统建设成本提高通信线路利用率兼容性好 2020 3 20 28 可编辑 例子因特网的前身 ARPANET美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络最初4个节点 70 s的60多个节点地域跨越美洲 欧洲具有现代网络的许多特征 例如分组交换分层次的网络体系较为完善的通信协议 2020 3 20 29 可编辑 3 体系结构标准化网络 为什么需要标准化 不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享标准化的时机 先制定标准再开发还是先开发再制定标准 各厂商 研究机构 大学在网络技术 方法 理论等方面的研究日趋成熟是基础 2020 3 20 30 可编辑 网络体系结构标准化过程的演变厂商标准 IBM SNA DEC DNA等缺点 适用范围 兼容性 技术垄断 竞争 标准不统一 用户利益 国际标准 ISOOSI RM OpenSystemInterconnection RecommendedModel 开放系统互联参考模型 简称OSI参考模型 OSI参考模型是一种概念上的网络模型 规定了网络体系结构的框架 7个层次只说明了做什么 WHATTODO 而未规定怎样做 HOWTODO 太复杂 几乎没有与之完全符合的网络事实上的标准 TCP IP 因特网的骨干协议 从体系结构上看 它是OSI参考模型的简化 4层 2020 3 20 31 可编辑 计算机网络的概念 Note 2020 3 20 32 可编辑 计算机网络定义的主要观点 从应用的观点 以相互共享资源方式连接起来 且各自具有独立功能的计算机系统的集合 从物理的观点 在网络协议的控制下 由若干台计算机和数据传输设备组成的系统 观点3 利用各种通信手段 把地理分散的计算机互联起来 能够互相通信且共享资源的系统 2020 3 20 33 可编辑 归纳与综合计算机网络 相互连接的自治计算机的集合自治 能独立运行 不依赖于其他计算机互连 以任何可能的通信连接方式有线方式 铜线 光纤无线方式 红外 无线电 微波 卫星 通信网络 计算机系统 计算机系统 2020 3 20 34 可编辑 Internet定义的主要观点 从网络通信的观点 是一个由TCP IP把各个国家 各个机构 各个部门的内部网络连接起来的庞大的数据通信网 从信息资源的角度 Internet是一个集各个领域 各个部门内各种信息资源共享为目的的信息资源网 从技术角度 是一个 不同网络互连的网络 网际网 实际是由许多网络 包括局域网 城域网和广域网 互连形成的 简言之 Internet是网络的网络 2020 3 20 35 可编辑 互连网 互联网 计算机网络 互连网 互联网 计算机网络 一些相互连接的计算机的集合 互连网 一些相互连接的计算机网络的集合 网络的网络 互联网 就是互连网的同义词 2020 3 20 36 可编辑 使用路由器可以把不同的计算机网络互连起来 互连网 互联网 由许多网络通过路由器互连而成互连网 互联网 是 网络的网络 互联网 2020 3 20 37 可编辑 Internet的三个阶段 Note 2020 3 20 38 可编辑 以主机为中心 以分组交换网为中心 第一阶段 从ARPANET到互联网 2020 3 20 39 可编辑 各网络之间需要使用路由器来连接 有时在结构图中可不画出路由器 校园网 校园网 校园网 校园网 校园网 校园网 国家主干网 第二阶段 三级结构的因特网 2020 3 20 40 可编辑 主机到主机的通信可能要经过多种网络 校园网 校园网 校园网 校园网 校园网 校园网 国家主干网 2020 3 20 41 可编辑 大公司 地区ISP 网络接入点NAP 对等点 公司 主干服务提供者 本地ISP 地区ISP 地区ISP 地区ISP 本地ISP 本地ISP 大公司 大公司 网络接入点NAP 对等点 主机到主机的通信可能经过多种ISP 第三阶段 多级结构的因特网 2020 3 20 42 可编辑 Internet的标准化 Note 2020 3 20 43 可编辑 因特网协会ISOC 因特网研究指导小组IRSG 因特网研究部IRTF 因特网工程部IETF 因特网工程指导小组IESG RG WG RG 领域 领域 因特网体系结构研究委员会IAB WG WG WG 因特网管理组织结构 2020 3 20 44 可编辑 因特网草案 InternetDraft 在这个阶段还不是RFC文档 建议标准 ProposedStandard 从这个阶段开始就成为RFC文档 草案标准 DraftStandard 因特网标准 InternetStandard 制定因特网标准的四个阶段 2020 3 20 45 可编辑 因特网草案 建议标准 草案标准 因特网标准 历史的RFC 实验的RFC 提供信息的RFC 6种RFC 各种RFC之间的关系 2020 3 20 46 可编辑 交换技术 Note 2020 3 20 47 可编辑 WhySwitching 2020 3 20 48 可编辑 SwitchedNetwork 2020 3 20 49 可编辑 面向连接网络 2020 3 20 50 可编辑 无连接网络 2020 3 20 51 可编辑 电路交换网络 2020 3 20 52 可编辑 电路交换示例 2020 3 20 53 可编辑 电路交换示例 2020 3 20 54 可编辑 电路交换的工作过程 2020 3 20 55 可编辑 报文交换示意 2020 3 20 56 可编辑 网络 网络 网络 网络 网络 网络 网络 路由器 路由器 路由器 路由器 路由器 路由器 A B 存储转发 2020 3 20 57 可编辑 分组交换 在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块每个块增加带有控制信息的首部构成分组 包 依次把各分组发送到接收端接收端剥去首部 抽出数据部分 还原成报文 首部 首部 首部 发送 发送 接收端 数据 首部 数据 首部 数据 首部 11010011101 00101001110 2020 3 20 58 可编辑 H1 A 分组交换网 B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1向H5发送分组 结点交换机 主机 在结点交换机A暂存查找转发表找到转发的端口 在结点交换机C暂存查找转发表找到转发的端口 在结点交换机E暂存查找转发表找到转发的端口 最后到达目的主机H5 分组交换的存储转发过程 2020 3 20 59 可编辑 虚电路和数据报 2020 3 20 60 可编辑 Adatagramnetworkwithfourswitches routers 数据报交换网络 2020 3 20 61 可编辑 数据报交换网络的寻址 2020 3 20 62 可编辑 Aswitchinadatagramnetworkusesaroutingtablethatisbasedonthedestinationaddress Note 2020 3 20 63 可编辑 Thedestinationaddressintheheaderofapacketinadatagramnetworkremainsthesameduringtheentirejourneyofthepacket Note 2020 3 20 64 可编辑 Delayinadatagramnetwork 数据报交换网络的时延 2020 3 20 65 可编辑 Virtual circuitidentifier 虚电路交换 2020 3 20 66 可编辑 虚电路交换网络的寻址 基于转发表的交换方式 2020 3 20 67 可编辑 虚电路交换网络的寻址 端到端的寻路过程 2020 3 20 68 可编辑 Invirtual circuitswitching allpacketsbelongingtothesamesourceanddestinationtravelthesamepath butthepacketsmayarriveatthedestinationwithdifferentdelaysifresourceallocationisondemand Note 2020 3 20 69 可编辑 虚电路交换网络的时延 2020 3 20 70 可编辑 主要性能指标 Note 2020 3 20 71 可编辑 带宽 bandwidth 本来是指信号具有的频带宽度 单位是赫 或千赫 兆赫 吉赫等 计算机网络中的 带宽 是数字信道所能传送的 最高数据率 的同义语 单位是 比特每秒 或b s bit s 带宽 2020 3 20 72 可编辑 常用的带宽单位 更常用的带宽单位是千比每秒 即kb s 103b s 兆比每秒 即Mb s 106b s 吉比每秒 即Gb s 109b s 太比每秒 即Tb s 1012b s 请注意 在计算机界 k 210 1024M 220 G 230 T 240 2020 3 20 73 可编辑 数字信号流随时间的变化 在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄 2020 3 20 74 可编辑 发送时延 传输时延 发送数据时 数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间 信道带宽数据在信道上的发送速率 常称为数据在信道上的传输速率 时延 2020 3 20 75 可编辑 传播时延电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间 信号传输速率 即发送速率 和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念 时延 2020 3 20 76 可编辑 处理时延交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间 结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分 处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量 有时可用排队时延作为处理时延 时延 2020 3 20 77 可编辑 数据经历的总时延就是发送时延 传播时延和处理时延之和 总时延 发送时延 传播时延 处理时延 时延 2020 3 20 78 可编辑 三种时延所产生的地方 1011001 发送器 队列 结点B 结点A 数据 从结点A向结点B发送数据 链路 2020 3 20 79 可编辑 对于高速网络链路 我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率 提高链路带宽减小了数据的发送时延 注意 2020 3 20 80 可编辑 传播 时延 链路 带宽 时延带宽积 传播时延 带宽 链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度 时延带宽积 时延带宽积 BDP 2020 3 20 81 可编辑 往返时延RTT Round TripTime 表示从发送端发送数据开始 到发送端收到来自接收端的确认 接收端收到数据后立即发送确认 总共经历的时延 往返时延RTT 2020 3 20 82 可编辑 计算机网络的协议与体系结构 计算机通信网络 第3版 2020 3 20 83 可编辑 网络协议 Note 2020 3 20 84 可编辑 占据两个山顶的蓝军与驻扎在山谷的白军作战 力量对比是 一支蓝军打不过白军 但两个支蓝军协同作战就可战胜白军 蓝军1队拟于次日正午向白军发起攻击 于是发送电文给另一山顶上的友军 但通信线路很不好 电文出错的可能性很大 因此要求收到电文的友军必须发送确认电文 但确认电文也可能出错 试问能否设计出一种协议 使得蓝军能实现协同作战因而一定 即100 取得胜利 一个著名的例子 2020 3 20 85 可编辑 这样的协议无法实现 2020 3 20 86 可编辑 这样无限循环下去 两边的蓝军都始终无法确定自己最后发出的电文对方是否已经收到 没有一种协议能够蓝军能100 获胜 思考 有没有更加合适的方案 结论和进一步思考 2020 3 20 87 可编辑 人相互交流的协议和通信协议之间的对比 2020 3 20 88 可编辑 语义对协议中各协议元素的含义的解释 例如 在HDLC协议中 标志Flag 7EH 表示报文的开始和结束在BSC协议中 SOH 01H 表示报文的开始 STX 02H 表示报文正文的开始 ETX 03H 表示报文正文的结束语法协议元素与数据的组合格式 即报文格式 例如 时序通信过程中 通信双方操作的执行顺序和规则 BSC HDLC 通信网络协议的三要素 2020 3 20 89 可编辑 t t 时序例 2020 3 20 90 可编辑 网络协议分层思想 Note 2020 3 20 91 可编辑 划分层次的概念举例 计算机1向计算机2通过网络发送文件 可以将要做的工作进行如下的划分 第一类工作与传送文件直接有关 确信对方已做好接收和存储文件的准备 双方协调好一致的文件格式 两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 剩下的工作由下面的模块负责 2020 3 20 92 可编辑 两个计算机交换文件 文件传送模块 计算机1 计算机2 文件传送模块 只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的 把文件交给下层模块进行发送 把收到的文件交给上层模块 2020 3 20 93 可编辑 再设计一个通信服务模块 文件传送模块 计算机1 计算机2 文件传送模块 只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方 把文件交给下层模块进行发送 把收到的文件交给上层模块 通信服务模块 通信服务模块 2020 3 20 94 可编辑 再设计一个网络接入模块 文件传送模块 计算机1 计算机2 文件传送模块 通信服务模块 通信服务模块 网络接入模块 网络接入模块 通信网络 网络接口 网络接口 网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如 规定传输的帧格式 帧的最大长度等 2020 3 20 95 可编辑 层间服务 Note 2020 3 20 96 可编辑 层间服务模型 服务用户 第n层 第n 1层 服务用户 2020 3 20 97 可编辑 理解 下层对上层是 透明的 即某一层实体只能看到本层服务 而看不到下层的协议到底是如何工作的 协议是 水平的 即协议是控制对等实体之间通信的规则 服务是 垂直的 即服务是由下层向上层通过层间接口提供的 层间服务 2020 3 20 98 可编辑 对等层实体之间实现的是虚拟的逻辑通信 下层向上层提供服务 上层依赖下层提供的服务来与其他主机上的对等层通信 实际通信在最底层完成 对等层通信的实质 2020 3 20 99 可编辑 对等通信例 两个人收发信件 想一想 收信人与发信人之间 邮局之间 是在直接通信吗 邮局 运输系统各向谁提供什么样的服务 邮局 收发信人各使用谁提供的什么服务 信件内容 邮件地址 货物地址 发信人 邮局 运输系统 信件内容 邮件地址 货物地址 收信人 对信件内容的共识 对信件如何传递的共识 对货物如何运输的共识 P3 P2 P1 公路 铁路 航空 邮局 运输系统 2020 3 20 100 可编辑 网络体系结构 Note 2020 3 20 101 可编辑 应用层 运输层 网络层 表示层 会话层 数据链路层 物理层 7654321 OSI的体系结构 ISO的OSI模型 应用层 applicationlayer 表示层 presentationlayer 会话层 sessionlayer 运输层 transportlayer 网络层 networklayer 数据链路层 datalinklayer 物理层 physicallayer 2020 3 20 102 可编辑 应用层 applicationlayer 运输层 transportlayer 网络层 networklayer 数据链路层 datalinklayer 物理层 physicallayer 数据链路层 5应用层 4运输层 3网络层 2数据链路层 1物理层 五层协议的体系结构 2020 3 20 103 可编辑 各层功能 1 应用层 applicationlayer 应用层是原理体系结构中的最高层 应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要 这反映在用户所产生的服务请求 应用层直接为用户的应用进程 应用程序 提供服务应用层协议包括 HTTP SMTP FTP TELNET等 2020 3 20 104 可编辑 2 运输层 transportlayer 运输层的任务就是负责主机中两个进程之间的通信 其数据传输的单位是报文段 segment 因特网的运输层可使用两种不同协议 即面向连接的传输控制协议TCP TransmissionControlProtocol 和无连接的用户数据报协议UDP UserDatagramProtocol 各层功能 2020 3 20 105 可编辑 3 网络层 networklayer 网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信 在网络层 数据的传送单位是分组或包 在TCP IP体系中 分组也叫作IP数据报 或简称为数据报 各层功能 2020 3 20 106 可编辑 4 数据链路层 datalinklayer 数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧 frame 为单位的数据 每一帧包括数据和必要的控制信息 数据链路层有时也常简称为链路层 数据链路层就把一条有可能出差错的实际链路 转变成为让网络层向下看去好像是一条不出差错的链路 各层功能 2020 3 20 107 可编辑 5 物理层 physicallayer 物理层的任务就是透明地传送比特流 透明 是一个很重要的术语 它表示 某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样 各层功能 2020 3 20 108 可编辑 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 H3 物理传输媒体 数据部分 数据部分 数据部分 数据部分 10100110100101比特流11010111010 T2 计算机1 H5 H4 H2 首部 尾部 AP2 AP1 应用程序数据 计算机2 比特 帧 IP数据报IP分组 TCP报文段UDP报文段 各层功能 2020 3 20 109 可编辑 在OSI参考模型中 在对等层次上传送的数据 其单位都称为该层的协议数据单元PDU ProtocolDataUnit 而把上层来的数据称为服务数据单元SDU ServiceDataUnit 在文献中也还可以见到术语 协议栈 protocolstack 这是因为几个层次画在一起很像一个栈 stack 各层功能 2020 3 20 110 可编辑 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用程序数据 10100110100101比特流110101110101 注意观察加入或剥去首部 尾部 的层次 应用程序数据 2020 3 20 111 可编辑 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 10100110100101比特流110101110101 计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层 2020 3 20 112 可编辑 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层 H2 T2 2020 3 20 113 可编辑 H3 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层 2020 3 20 114 可编辑 H4 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层 2020 3 20 115 可编辑 应用程序数据 H5 应用程序数据 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层剥去应用层PDU首部后把应用程序数据交给应用进程 2020 3 20 116 可编辑 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 我收到了AP1发来的应用程序数据 2020 3 20 117 可编辑 应用层 运输层 网络层 表示层 会话层 数据链路层 物理层 7654321 OSI的体系结构 应用层 网络接口层 网际层IP 各种应用层协议如TELNET FTP SMTP等 运输层 TCP或UDP TCP IP的体系结构 无连接分组交付服务 传输服务 可靠或不可靠 TCP IP的三个服务层次 OSI模型与TCP IP体系结构对应关系 2020 3 20 118 可编辑 应用层运输层网际层网络接口层 主机A 主机B 路由器 网络2 网络1 应用层运输层网际层网络接口层 网际层网络接口层 4321 TCP IP四层协议栈表示方法 2020 3 20 119 可编辑 沙漏计时器形状的TCP IP协议族 HTTP SMTP DNS RTP TCP UDP IP 网际层 网络接口层 运输层 应用层 网络接口1 网络接口2 网络接口3 EverythingoverIPIP可为各式各样的应用程序提供服务 IPoverEverythingIP可应用到各式各样的网络上 2020 3 20 120 可编辑 思考题 P22 11 12 14 2020 3 20 121 可编辑 第2章物理层 计算机通信网络 第3版 2020 3 20 122 可编辑 数据通信的基本概念 Note 2020 3 20 123 可编辑 调制解调器 PC机 公用电话网 调制解调器 数字比特流 数字比特流 模拟信号 模拟信号 正文 正文 PC机 数据通信系统的模型 2020 3 20 124 可编辑 信号 signal 数据的电气的或电磁的表现 模拟的 analogous 连续变化的 数字的 digital 取值是离散数值 调制 把数字信号转换为模拟信号的过程 解调 把模拟信号转换为数字信号的过程 几个术语 2020 3 20 125 可编辑 模拟和数字的数据 信号 2020 3 20 126 可编辑 单向通信 单工通信 只能有一个方向的通信而没有反方向的交互 通信双方的交互方式 2020 3 20 127 可编辑 双向交替通信 半双工通信 通信的双方都可以发送信息 但不能双方同时发送 当然也就不能同时接收 通信双方的交互方式 2020 3 20 128 可编辑 双向同时通信 全双工通信 通信的双方可以同时发送和接收信息 通信双方的交互方式 2020 3 20 129 可编辑 基带信号就是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示 然后送到线路上去传输 宽带信号是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号 基带信号和频带信号 2020 3 20 130 可编辑 数据通信的理论基础 Note 2020 3 20 131 可编辑 失真不严重失真严重 实际的信道 带宽受限 有噪声 干扰和失真 输入信号波形 输出信号波形 失真不严重 数字信号通过实际信道 在信道条件一定时 码元速率越高 失真越严重 码元速率的上限是多少 2020 3 20 132 可编辑 最高码元传输速率 Nyquist准则 理想低通信道的最高码元传输速率 2WBaud Baud是波特 是码元传输速率的单位 1波特为每秒传送1个码元 W 理想低通信道的带宽 奈氏准则的另一种表达方法是 每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元 2020 3 20 133 可编辑 最高码元传输速率 Nyquist准则 理想带通信道的最高码元传输速率 WBaud 即每赫带宽的带通信道的最高码元传输速率为每秒1个码元 2020 3 20 134 可编辑 1 实际的信道所能传输的最高码元速率 要明显地低于奈氏准则给出的这个上限数值 2 波特是码元传输的速率单位 它说明每秒传多少个码元 码元传输速率也称为调制速率 波形速率或符号速率 3 比特是信息量的单位 与码元的传输速率 波特 是两个完全不同的概念 请注意 2020 3 20 135 可编辑 信道的极限信息传输速率 Shannon公式 C Wlog2 1 S N C 信道的极限信息速率 信道容量 bit sW 信道带宽 HzS 信号的平均功率 WattN 高斯噪声功率 WattS N 信噪比 2020 3 20 136 可编辑 信道的极限信息传输速率 Shannon定理 信道的带宽或信道中的信噪比越大 则信息的极限传输速率就越高 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率 就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输 若信道带宽W或信噪比S N没有上限 则信道的极限信息传输速率C也就没有上限 实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少 C Wlog2 1 S N 2020 3 20 137 可编辑 Nyquist准则和Shannon公式在数据通信系统中的作用范围 源系统 传输系统 目的系统 传输系统 源点 终点 发送器 接收器 输入信息 输出信息 2020 3 20 138 可编辑 传输媒体 Note 2020 3 20 139 可编辑 无线电 微波 红外线 可见光 紫外线 X射线 射线 双绞线 同轴电缆 卫星 地面微波 调幅无线电 调频无线电 海事无线电 光纤 电视 LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF 波段 1041051061071081091010101110121013101410151016 10010210410610810101012101410161018102010221024 移动无线电 电信领域使用的电磁波的频谱 2020 3 20 140 可编辑 双绞线屏蔽双绞线STP ShieldedTwistedPair 无屏蔽双绞线UTP UnshieldedTwistedPair 同轴电缆50 同轴电缆75 同轴电缆光缆 导向传输媒体 2020 3 20 141 可编辑 铜线 铜线 聚氯乙烯套层 聚氯乙烯套层 屏蔽层 绝缘层 绝缘层 外导体屏蔽层 绝缘层 绝缘保护套层 内导体 无屏蔽双绞线UTP 屏蔽双绞线STP 同轴电缆 2020 3 20 142 可编辑 基带数字信号在数字信道上的编码传输 差分编码 0 不变 1 翻转 2020 3 20 143 可编辑 高折射率 纤芯 低折射率 包层 光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射 光纤原理 2020 3 20 144 可编辑 多模光纤 单模光纤与多模光纤 2020 3 20 145 可编辑 短波通信 电离层反射微波通信 直线传播地面微波接力通信卫星通信移动通信无线局域网红外 非导向传输媒体 自由空间 2020 3 20 146 可编辑 模拟传输和数字传输 Note 2020 3 20 147 可编辑 长途干线最初采用频分复用FDM的传输方式FDM FrequencyDivisionMultiplexing 目前我国长途通信线路已实现了数字化 因而现在的模拟通信电路就只剩下从用户电话机到市话交换机之间的这一段几公里长的用户线上 从模拟传输到数字传输系统 2020 3 20 148 可编辑 数字信号经过模拟传输系统后会出现差错 数字信号经过模拟传输系统 2020 3 20 149 可编辑 1 发送的基带信号的某些频率成分 落在模拟传输系统的通带之外 2 信道衰减 3 干扰和噪声造成的失真 原因 调制解调技术 2020 3 20 150 可编辑 调制解调器 modem 包括 调制器 MOdulator 主要作用就是个波形变换器 把要发送的数字信号转换为频率范围在300 3400Hz之间的模拟信号 以便在电话用户线上传送 解调器 DEModulator 解调器的作用就是个波形识别器 它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号 调制解调器 2020 3 20 151 可编辑 调制就是进行波形变换 频谱变换 最基本的二元制调制方法有以下几种 调幅 AM ASK 调频 FM FSK 调相 PM PSK 几种基本的数字调制方法 2020 3 20 152 可编辑 0 1 0 0 1 1 1 0 0 基带信号 调幅 调频 调相 2020 3 20 153 可编辑 要提高信息传输速率 只能设法提高信噪比 在电话的用户线上 最大的噪声来自模拟到数字的模数转换所带来的量化噪声 调制解调器的速率 C Wlog2 1 S N 2020 3 20 154 可编辑 A 2 4 A D A D D A D A 交换机1 交换机2 V 3433 6kb s调制解调器 B D A A D 4 2 V 3433 6kb s调制解调器 使用V 34调制解调器 33 6kb s 2020 3 20 155 可编辑 使用V 90调制解调器 56kb s A 2 4 A D A D 交换机 因特网服务提供者 V 9056kb s调制解调器 D A V 9056kb s调制解调器 2020 3 20 156 可编辑 同步通信和异步通信 数据通信可分为同步通信和异步通信两大类 同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率精确一致 发送端发送连续的比特流 异步通信时 发送端发送完一个字节后 可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节 异步通信的通信开销较大 但接收端可使用廉价的 具有一般精度的时钟来进行数据通信 2020 3 20 157 可编辑 现在的数字传输系统均采用脉冲编码调制PCM PulseCodeModulation 体制 数字传输系统 PCM体制 2020 3 20 158 可编辑 为了有效地利用传输线路 可将多个话路的PCM信号用时分复用TDM TimeDivisionMultiplexing 的方法装成时分复用帧 然后发送到线路上 中国采用欧洲体制 以E1为一次群 美国和日本等国采用北美体制 以T1为一次群 数字传输系统 时分复用 2020 3 20 159 可编辑 E1的时分复用帧 2 048Mb s 传输线路 CH0 CH16 CH17 CH15 CH15 CH16 CH17 CH31 CH31 CH0 CH1 CH1 时分复用帧 CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH0 8bit t 时分复用帧 时分复用帧 T 125ms 15个话路 15个话路 2020 3 20 160 可编辑 频分复用 利用频率来划分信道时分复用 利用时间来划分信道波分复用 根据电磁波波长的差异来复用其他 码分复用等 信道复用技术 2020 3 20 161 可编辑 频分复用 频率 时间 频率1 频率2 频率3 频率4 频率5 2020 3 20 162 可编辑 时分复用 频率 时间 B C D B C D B C D B C D 2020 3 20 163 可编辑 时分复用可能会造成线路资源的浪费 A B C D a a b b c d b c a t t t t t 4个时分复用帧 1 a c b c d 时分复用 2 3 4 用户 请注意 2020 3 20 164 可编辑 用户 A B C D a b c d t t t t t 3个STDM帧 1 a c b a b b c a c d 2 3 统计时分复用 统计时分复用可以提高资源利用率 解决方案 2020 3 20 165 可编辑 1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm7 01550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm 波分复用就是光的频分复用 8 2 5Gb s1310nm 20Gb s 复用器 分用器 EDFA 120km 波分复用 2020 3 20 166 可编辑 码分多址CDMA CodeDivisionMultipleAccess 各用户使用经过特殊挑选的不同码型 因此彼此不会造成干扰 每一个比特时间划分为m个短的间隔 称为码片 chip 码分复用 2020 3 20 167 可编辑 每个站被指派一个惟一的mbit码片序列 如发送比特1 则发送自己的mbit码片序列 如发送比特0 则发送该码片序列的二进制反码 例如 S站的8bit码片序列是00011011 发送比特1时 就发送序列00011011 发送比特0时 就发送序列11100100 S站的码片序列 1 1 1 1 1 1 1 1 2020 3 20 168 可编辑 每个站分配的码片序列不仅必须各不相同 并且还必须互相正交 orthogonal 令向量S表示站S的码片向量 令T表示其他任何站的码片向量 两个不同站的码片序列正交 就是向量S和T的规格化内积 innerproduct 都是0 码片序列的正交关系 2020 3 20 169 可编辑 令向量S为 1 1 1 1 1 1 1 1 向量T为 1 1 1 1 1 1 1 1 把向量S和T的各分量值代入上页式就可看出这两个码片序列是正交的 例 2020 3 20 170 可编辑 任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1 一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 1 另一重要特性 2020 3 20 171 可编辑 S站的码片序列S 1 1 0 t t t t t t m个码片 t S站发送的信号Sx T站发送的信号Tx 总的发送信号Sx Tx 规格化内积S Sx 规格化内积S Tx 数据码元比特 发送端 接收端 CDMA工作原理 S Sx Tx t 2020 3 20 172 可编辑 CDMA工作原理 T站发送的数据 不会对接收S站的数据造成影响 反之亦然 也就是说 不存在相互干扰 2020 3 20 173 可编辑 第3章数据链路层 计算机通信网络 第3版 2020 3 20 174 可编辑 数据链路层使用的信道主要有以下两种类型 点对点信道 这种信道使用一对一的点对点通信方式 广播信道 这种信道使用一对多的广播通信方式 因此过程比较复杂 广播信道上连接的主机很多 因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发 数据链路层的信道 2020 3 20 175 可编辑 数据链路层的基本概念 Note 2020 3 20 176 可编辑 链路 link 是一条点到点的物理线路段 数据链路 datalink 除了物理线路外 还必须有通信协议来控制这些数据的传输 网络适配器 即网卡 包含了数据链路层 物理层的硬件和软件功能 常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道 而在这条数字管道上传输的数据单位是帧 基本概念 2020 3 20 177 可编辑 局域网 广域网 主机H1 主机H2 路由器R1 路由器R2 路由器R3 电话网 局域网 主机H1向H2发送数据 从层次上来看数据的流动 数据链路层的简单模型 2020 3 20 178 可编辑 局域网 广域网 主机H1 主机H2 路由器R1 路由器R2 路由器R3 电话网 局域网 主机H1向H2发送数据 链路层 应用层 运输层 网络层 物理层 链路层 应用层 运输层 网络层 物理层 链路层 网络层 物理层 链路层 网络层 物理层 链路层 网络层 物理层 R1 R2 R3 H1 H2 仅从数据链路层观察帧的流动 数据链路层的简单模型 2020 3 20 179 可编辑 IP数据报 1010 0110 帧 取出 数据链路层 网络层 链路 结点A 结点B 物理层 数据链路层 结点A 结点B a b 发送 接收 链路 IP数据报 1010 0110 帧 装入 数据链路层传送的是帧 2020 3 20 180 可编辑 数据链路层的传输功能 Hop to hopdelivery 2020 3 20 181 可编辑 数据链路层的传输功能 Thedatalinklayerisresponsibleformovingframesfromonehop node tothenext Note 2020 3 20 182 可编辑 网络层的传输功能 Source to destinationdelivery 2020 3 20 183 可编辑 网络层的传输功能 Thenetworklayerisresponsibleforthedeliveryofindividualpacketsfromthesourcehosttothedestinationhost Note 2020 3 20 184 可编辑 三个基本问题 Note 2020 3 20 185 可编辑 1 链路管理 2 帧定界 3 流量控制 4 差错控制 5 将数据和控制信息区分开 6 透明传输 7 寻址 数据链路层主要功能 2020 3 20 186 可编辑 帧定界 framing 就是确定帧的界限 帧结束 帧首部 IP数据报 帧的数据部分 帧尾部 MTU 数据链路层的帧长 从这里开始发送 帧开始 问题之一 帧定界 2020 3 20 187 可编辑 用控制字符进行帧定界的方法举例 SOH 装在帧中的数据部分 帧 帧开始符 帧结束符 发送在前 EOT 2020 3 20 188 可编辑 SOH EOT 出现了 EOT 被接收端当作无效帧而丢弃 被接收端误认为是一个帧 数据部分 EOT 完整的帧 发送在前 问题之二 透明传输 2020 3 20 189 可编辑 发送端的数据链路层在数据中出现控制字符 SOH 或 EOT 的前面插入一个转义字符 ESC 其十六进制编码是1B 字节填充 bytestuffing 或字符填充 characterstuffing 接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符 如果转义字符ESC也出现数据当中 那么应在转义字符前面插入一个转义字符 当接收端收到连续的两个转义字符时 就删除其中前面的一个 解决透明传输问题的方法 2020 3 20 190 可编辑 SOH SOH ESC SOH EOT ESC ESC z ESC y ESC z ESC x 原始数据 EOT EOT 经过字节填充后发送的数据 字节填充 字节填充 字节填充 字节填充 发送在前 帧开始符 帧结束符 字节填充法 2020 3 20 191 可编辑 比特在传输过程中可能会产生差错 1可能会变成0而0也可能变成1 在一段时间内 传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率BER BitErrorRate 误码率与信噪比有很大的关系 为了保证数据传输的可靠性 在计算机网络传输数据时 必须采用各种差错检测措施 问题之三 差错检测 2020 3 20 192 可编辑 单比特错误和突发错误 2020 3 20 193 可编辑 单比特错误和突发错误 Inasingle biterror onlyonebitinthedataunithaschanged Abursterrormeansthat2ormorebitsinthedataunithavechanged Note 2020 3 20 194 可编辑 Errordetectionusestheconceptofredundancy whichmeansaddingextrabitsfordetectingerrorsatthedestination 2020 3 20 195 可编辑 差错检测的方法 奇偶校验 循环冗余校验 校验和 2020 3 20 196 可编辑 奇偶校验法 2020