用同轴电缆作为传输介质ppt课件

.,1,计算机网络,课程性质：专业基础课课程学时：50学时考核方式：闭卷考试成绩构成：平时10%，半期20%，期终70%,.,2,计算机系统,硬件系统,软件系统,主机,系统软件,CPU,内存,运算器,控制器,RAMROM,外存储器,输入输出设备,外设,应用软件,操作系统,程序设计语言编译系统,开发工具、网络软件、诊断程序,数据库管理系统,引言,.,3,第一章：引论,一、计算机网络的产生和发展计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，始于20世纪50年代，近20年来得以迅猛发展。,.,4,一、计算机发展至今经历了多个阶段,第一代计算机网络：面向终瑞的计算机网络它与现代计算机网络相比主要有以下特点：,.,5,由于所有网上用户共享主机，且主机即负责数据处理，同时又负责各用户的通信，所有主机负荷较高，效率低由于主机和每个上网用户是一对一的连接方式，所以线路利用率低，费用高属集中控制方式，可靠性低,.,6,第一代网络改进,终端集中分配器前端处理机FEP,.,7,第二代计算机网络主机与主机直接互联，且以传输信息为主要目的的在一定地域范围内连接的计算机通信网络。,.,8,第三代计算机网络：以资源共享和通信为主要目的遵循网络体系结构标准构建，如ISO（国际化标准组织）的OSI（开放式系统互联）现代网络的国际标准。对资源和通信管理是由网络操作系统完成的地理范围从局域网扩展成广域网,.,9,现代计算机网络的典型特征,资源共享分散控制分组交换采用专门的通信控制处理机分层的网络协议,.,10,计算机网络未来发展趋势,将朝着更开放、更综合、更智能方向发展,.,11,二、什么叫计算机网络？,用通信线路将分散在不同地点的、具有独立自主性的计算机系统相互连接，并按网络协议进行数据通信和实现资源共享的计算机集合，称为计算机网络。,.,12,计算机网络建设的目的,提供资源共享提供信息的快捷交流提供分布处理功能实现集中控制和管理提高系统可靠性,.,13,网络应用1、BBS2、IPPHONE3、IRC4、电子商务5、网络虚拟现实6、网络娱乐,.,14,三、计算机网络组成与分类,计算机网络硬件组成：主机(host)、集中器、调制解调器(modem)、多路复用器、通信控制器、分组组装/拆卸设备PAD、前端通信处理机等。为了降低组网的复杂程序，减少工作量和方便异种机的互连，并且考虑到要充分利用通信线路资源，将“数据处理”与“通信处理”任务分开，由此网络分为“资源子网”和“通信子网”两部分。,.,15,通信子网（网络内层）：由转接部件（接口信息处理机IMP）和传输线路组成，属专门的通信公司所有，负责网络上各主机间的通信控制和通信处理“数据转接”是通信子网的重要功能，是由具有路由功能的IMP完成的。当数据从一条输入线到达某个IMP后，该IMP必须将数据暂存起来，然后选取一条合适的处于空闲状态的输出线及时向前发送，这里要涉及到IMP上缓冲的设置、路由算法、差错控制、流量控制等问题,.,16,资源子网（网络外层）：主要由主机构成，其次还有与主机相连的外部设备。属所有者拥有，负责全网的面向用户的数据处理与数据管理，以实现最大限度的全网资源共享。,.,17,通信子网和资源子网的关系？通信子网为资源子网提供信息传输服务，资源子网上用户间的通信是建立在通信子网的基础上。没有通信子网，网络不能工作，而没有资源子网，通信子网的转输功能也失去了意义，两者合起来组成了统一的资源共享的两层网络。通信子网的规模进一步扩大，使之变成社会公用的数据通信网。,.,18,计算机网络软件组成网络协议和协议软件网络通信软件网络操作系统网络管理及网络应用软件,.,19,计算机网络系统与计算机终端分时系统差别：,用户是否拥有资源终端用户不拥有计算机资源，而网络用户拥有计算机资源用户是否具有处理能力终端用户的终端不具有处理能力，而网络用户的计算机有处理能力。,.,20,用户工作是否独立终端用户的工作要受其它用户的影响，网络用户的工作一般是独立的。用户多少与资源利用率的关系终端用户越多，主机利用率越低；网络用户的多少与用户主机的利用率无关。,.,21,用户多少与主机处理能力的关系终端用户越多，主机处理能力越小；网络用户的主机处理能力不受用户多少影响使用的操作系统不一样一个使用的是分时操作系统，一个使用的是网络操作系统,.,22,计算机网络系统与计算机分布式系统的差别,存在五点差异：1、分布性分布式OS不是集中地驻留在某一点中，而是较均匀地分布在系统的各处站点上，因此，分布式计算机系统的处理功能和控制功能是分布的。而计算机网络虽然都具有分布处理功能，然而网络的控制管理功能则大多数是集中在某个主机或网络服务器上。,.,23,2、共享性分布式计算机系统的资源是完全共享的，而计算机网络中网络资源是共享是，但主机资源一般是独享的。3、透明性分布式计算机系统通常对用户能很好地隐藏系统内部的实现细节。对用户是透明的。但网络计算机系统用户对资源的访问是不透明的。,.,24,4、并行性分布式计算机系统是同一任务的并行处理。而计算机网络系统则是不同的任务的并行处理5、健壮性由于分布式系统的处理和控制功能是分布的，因此也是健壮的由于计算机网络系统的控制功能一般是集中的，因此是不健壮的,.,25,网络和分布式系统的区别更多地取决于软件，尤其是操作系统软件，而不是硬件，从效果上讲，二者硬件及其硬件连接是一样的。,.,26,四、计算机网络分类按距离划分为：局域网、城域网、广域网按通信介质划分：有线网、无线网按通信传播方式分：点对点传播方式网广播式传播方式网按通信速率划：低速网、中速网、高速网按网络控制方式：集中控制的计算机网络和分布式控制的计算机。按网络环境分：部门网络、企业网络、校园网络、公共网络按网络拓扑结构分：星型结构、层次结构、树型结构、总线型结构、环型结构、点点部分连接、点点全连接,.,27,五、计算机网络体系结构,在处理计算机网络这种复杂系统时所采用的方法就是：把复杂的大系统分层处理，每层完成特定功能，各层协调起来实现整个网络系统所完成的功能,.,28,1、什么是网络体系结构网络体系结构就是为了完成计算机网络的功能，把每个计算机互联的功能划分成定义明确的不同的层次，并规定了不同主机同层次进程通信的协议及同一主机相邻层之间的接口及服务。将这些同层进程间通信的协议以及相邻层接口服务统称为网络体系结构。,.,29,各层设计中要解决的问题建立连接与拆除连接确定数据传输方式差错控制数据流量控制路径选择多路复用信息的拆分与组装,.,30,3、分层原理层次结构的特点如下：(1)(N)层中的实体（硬，软件的集合）定义自身功能时，只直接使用(N1)层（下层）提供的服务；(2)(N)层将以下各层功能总和附加上自己的功能为(N1)层提供更强功能的服务，即“增值”服务，并将功能的实现细节屏蔽起来。每层既要对上层提供服务，也可以向应用（程序）直接提供服务。,.,31,4、分层结构的优点独立性强：每一层的功能实现非常独立适应性强：只要结口相同、所需功能相同，任意一层很好移植易于实现和维护：在结口信息和功能不变的情况下，可方便的对该层进行维护，不会影响整个网络体系。,.,32,5、通信协议网络中的通信有两种：一是不同实体同层间的彼此通信，这种通信是逻辑上的通信。为了完成这些通信功能彼此要遵守一定的规则，即同层的通信协议。二是同一实体相邻层间的通信，这种通信是物理上的通信，由一组结口服务原语完成。,.,33,通信协议规定了通信双方同层用于“交谈”的一套语义和语法规则，以规范彼此间的的通信操作。它具有：层次性可靠性有效性,.,34,通信协议由三要素构成：语议：是指对构成协议的协议元素含义的解释。语法：若干个协议元素和数据组合在一起为表达一个更完整的内容时所应遵守的格式时序：规定了某个通信事件及其由它而触发的一系列后续事件的执行顺序。,.,35,6、开放式系统互联参考模型开放系统遵守互联标准协议的系统，叫开放式系统。定义一个开放式系统模型，一般应实行：模块化：首先将网络的功能定义为明确的层次，然后再定义每一层的具体功能和接口服务，最后再规定同层应遵守的规则即协议。抽象化：避免汲及到具体的机型和技术实现现细节,.,36,7、OSI分层原则分层数量适当结构要清晰，相邻层间通过它传递的信息最少每一层要有明确的功能每一层的功能尽量局部化每一层在功能实现或提供功能时只与上下邻层产生关系,.,37,OSI七层模型,应用层通信协议,表示层通信协议,会话层通信协议,传输层通信协议,网络层通信协议,链路层通信协议,物理层通信协议,.,38,OSI分层概念实体：N层为实现N层功能所需硬件和软件（协议）的集合，叫N层实体。对等实体：不同节点间的N层实体叫N层的对等实体服务：N层向N+1层所提供的一组功能集合，叫N层向N+1层所提供的服务。最低层是服务提供者，最高层是服务享有者，中间各层即是服务提供者也是服务享有者。上层获取下层的服务是通过下层提供的服务访问点SAP来获取的。,.,39,下层向上层提供的服务有两类：即面向连接的服务与无连接服务面向连接的服务：两个实体在数据交换前必须先建立连接，数据交换过程中要维持连接，当数据交换结束后，应终止这个连接。相应层次的资源在整个服务中应保留。无连接服务：两个实体在通信前，不需要先建立一个连接，因此其下层的有关资源不需要事先进行预定保留。,.,40,注意：服务与协议是不同的概念服务是在同一开放系统中相邻层间使用的，而协议则是不同开放系统中对等层实体间虚拟通信必须遵守的约定。其次，服务与协议之间又是密切相关的，因为(N)对(N+1)层所提供的服务，是由(N-1)层提供的服务以及按(N)层协议与对等层实体交换信息来实现的。也就是说：服务是由协议来支持的。,.,41,数据单元服务数据单元SDU：上层服务用户要求下层服务提供者传递的逻辑数据单元。下层为了实现其功能可能对其进行分段或合并。协议数据单元PDU：不同节点对等层所交换的信息单位。是由本层协议控制信息PCI加上上层交给它的服务数据单元SDU构成接口控制信息ICI：是上层SDU数据传递到下层所附加的控制信息，是上层为获取下层服务所必须告诉下层的相关信息结口数据单元IDU：相邻层间通过层间接口SAP（服务访问接点）所传递的信息单元。,.,42,彼此间的关系:PDUn=PCIn+SDUn+1/nIDUn/n-1=ICIn/n-1+PDUnSDUn/n-1=PDUn,N+1层,N层,N-1层,.,43,第二章：物理层,物理层是OSI的最低层，它建立在物理通信介质的基础上，作为高层系统（数据链路层）和通信介质的接口，物理层的目的正是要尽可能地屏蔽掉各种媒体和通信手段之间的差异，使得其上的数据链路层感觉不到这些差异的存在，这样就可以使数据链路层不必考虑网络具体的传输媒体是什么，而只需完成本层的协议和服务。,.,44,1、物理层常用的两种设备：数据终端设备DTE：是一台计算机或某种I/O设备，是产生数据和接收数据的场所，属资源子网的实体。数据电路端接设备DCE：是介于DTE与传输介质之间的设备，主要作用是将DTE发出的数字信号变成适合在传输介质上传输的信号，并将它送到传输介质上，或相反。见教材P41图2-11,.,45,2、物理层协议主要作了以下规定：机械特性：规定了DTE/DCE接口连接器的形状和尺寸、引脚数和引脚的排列。电气特性：规定了什么电平代表1，什么电平代表0，每位信号的持继时间，数据传输的速率和最大传输距离。功能特性：规定了接口电路引脚的功能和作用，每根信号线的用途。规程特性：规定了接口信号发出的时序，应答关系和操作过程。,.,46,3、物理层功能以及为上层所提供的服务：为上层提供物理连接的建立和拆除功能，这种连接有点到点的连接和多点连接。并且对上层来说是透明的为上层提供安全有序的数据bit流传输。可采用串行传输方式和并行传输方式两种。数据电路标识和故障情况报告,.,47,4、物理层使用的传输介质有线介质A：双绞线构成：由两根互相绝缘的铜导线按照一定的密度互相扭绞在一起（抗相邻导线间电磁波干扰），并放入一个硬皮绝缘套中做成。如果在硬皮绝缘套内再加一层金属编织网作为屏蔽层，就形成了屏蔽双绞线STP（不易弯曲、不易安装、重量重，但抗干扰能力强、数据传输速率高，耐腐蚀），否则就是非屏蔽双绞线UTP。可以传输模拟信号，5-6km需加中继器也可传输数字信号，2-3km需加中继器特点：价格低廉，易于维护和安装。与其它有线介质比较，信道带宽和数据传输速率较低，通信距离也有限。,.,48,B、同轴电缆构成：由按同轴形式的一个线对构成，最里层是内导体铜质芯线，其外包裹一层塑料质地的绝缘层，其外是一个网状的金属屏蔽层作为导体，它和内导体铜质芯线构成一个线对，最外层是起保护作用的塑料封套。同轴电缆按直径大小可分为粗缆和细缆。同轴电缆按电阻特性分为：50欧姆的基带同轴电缆，用于传输数字信号，传输距离1-1.2km，因此广泛应用于局域网。75欧姆的宽带同轴电缆，用于传输模拟信号，是电视系统中的标准传输电缆。传输距离较长，用于面积覆盖比较广泛的区域中，如城域网中。特点：价格比双绞线贵，安装较复杂，但频带较宽，数据速率较高，传输距离较大，抗干扰能力较强，用途较广泛。,.,49,C、光纤构成：中心是由非常透明的石英玻璃拉成细丝做的玻璃芯（高折射率），直径只有几到几十微米，外面包裹一层玻璃质地的外包层（低折射率），最外层包裹的是塑料质地的封套，以起保护作用。光传系统一般由光源（发光二级管）、光纤线路、光探测器（光电二级管）组成。根据光纤芯的直径不同，光纤分为：多模光纤：直径50-100um，利用全反射，传输多路光信号（多模）单模光纤：直径8-10um（即一个光波长），光纤变成了波导，光在其中以直线传播，只能传输一路光信号（单模）数根光纤加上加强芯、填充物、外护套做成很结实的光缆特点：即能用于广域网，也可用于局域。传输频带宽，损耗小，中继距离长，无串音干扰，高保密性，抗雷电和抗电磁干扰性能好，且质量轻、体积小，易安装，目前被广泛使用。,.,50,无线介质：地面微波接力通信（见教材P38）卫星通信红外线通信,.,51,5、数据通信的基础知识,(1)、基本概念数据通信的一般概念信源：产生并发送信息的一方叫信源信宿：接收信息的一方叫信宿信道：在信源与信宿之间交换信息的线路叫信道噪声：转输过程中产生的干扰信号叫噪声,.,52,(2)、数据通信系统的主要构成由数据传输系统和数据处理系统两部分组成。A：数据转输系统也称做通信子网，主要任务是实现不同数据终端设备之间的数据转输。它包括：转输线路、调制解器、多路复用器、交换器。B：数据处理系统各种终端设备和计算机系统,.,53,(3)、数据通信过程每次数据通信包含两项内容：通信控制和数据传输。共由五阶段完成：1）建立通信物理线路2）建立数据传输链路3）传送通信控制信号和传送数据4）双方通过控制信号确认数据传输结束5）撤消物理线路和传输链路面向非连接的通信无第五阶段，采用专用通信线路时，无第一和第五阶段。,.,54,(4)、数据通信的主要技术指标转输速率：调制速率(码元速率)NBd：即每秒钟发送信号码元的个数。单位为“波特”如果码元的持继时间为T，则NBd=1/T（Bd）数据传输速率(信息速率)R：指每秒钟传输的二进制位的个数，也称比特率。单位为“bit/s”R=NBdlog2M(b/s)(其中M为进制信号）消息速率Rm：指每时钟传输的字符个数，单位为“字符/s”见教材P64,.,55,出错率：有误码率、误比特率、误字符率、误分组率。在计算机通信网络中，一般要求误码率低于10-6，即平均每传送1Mb，才允许1位出错。,.,56,6、信道及其主要特性,(1)、数字信道和摸拟信道传输离散脉冲数字信号的信道叫数字信道。转输连续模拟正弦信号的信道叫模拟信道。,.,57,模拟信道一般转输模拟信号，但也可传输数字信号，但数字信号在转输前要经过调制，在接收后要解调。实现此功能的设备叫调制解调器。数字信道一般转输数字信号，但也可传输模拟信号，但模拟信号在数字信道里转输前要采样。模拟信道受噪声干扰大，数字信道受噪声干扰小，便于信号无失真的传送。,.,58,(2)、信道的通信方式单工通信：信息流仅沿一个方向流动，发送站和接收站是固定的。如无线电广播。半双工通信：数据信号可以从A传到B，也可从B传到A，但不能在两个方向上同时进行传输。全双工通信：A与B可以同时双向传递信息。,.,59,(3)、数字数据转输方式基带传输：即数字传输。二进制最方便的电信号形式为方波，即1、0分别用高、低电平或低、高电平表示。方波电信号称号基带信号，在信道上直接传送数据的基带信号称为基带传输。频带传输：是指数字信号调制成模拟信号后再发送和传输，到达接收端时再把数字信号解调出来。宽带传输：用同轴电缆作为传输介质，利用它传输频带宽，划分为若干个子频带，分别用这些子频带来传送音频信号、视频信号以及数字信号，实现一体化传输。,.,60,同步传输：就是接收端要按照发送端所发送的每个码元的重复频率以及起止时间来接收数据，每个码元的电信号时间相同。异步传输：每个字符都以一个独立的整体进行发送，即一个字符串中的字符可随机发送，接收方为了识别字符，一般在每个发送的字符前后各加入一位或多位以表示一个字符的开始和结束标记。,.,61,7、数据编码数字数据在数字信道上传送需要数字信号编号数字数据在模拟信道上传送需要调制编码模拟数字在数字信道传送需要采样编码,.,62,(1)、数字数据的数字信号编码常用的有：不归零码归零码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码见教材P45,.,63,(2)、数字数据的调制编码常用的有：调幅调相调频见教材P45,.,64,香农（Shannon）定理香农定理解决了用模拟通道（通过调制或编码）传输数字信号的能力问题。香农定理：带宽为B，信号噪声功率比为S/N的模拟信道，所能传送的数字信号的容量（最大数据传输率）为：C=Blog2(1+S/N)(b/s),.,65,例题：求信噪比为1000，带宽为3000Hz的电话模拟信道采用56kbpsMODEM，求所能传送的数字信号的最大的数据传输率解：R=Blog2(1+S/N)=3000log2(1+1000)30kbps信号噪声比常用分贝为计量单位，分贝数=10log10S/N例如30db对应于1000:1的信噪比.,.,66,(3)、模拟数据的数字信号编码要经过：采样：采样频率越高，还原越好，但增加了信息流量，数据传输会较慢。量化：首先要分级，分级越细(级别越多)，以后还原越准确，但也会增加了信息流量，数据传输也会较慢。编码：采样数据取整量化后，按相应级别编成二进制编码。三个阶段,.,67,奈奎斯特定理（采样定理）：模拟信号经F频率采样成为离散信号，要无失真恢复，要求：F2f其中，f是模拟信号的最高频率。耐奎斯特定理解决了数字通道通过采样传送模拟信号的能力问题。,.,68,例如:话音的频谱为1003000Hz，数字话音的采样频率应大于23000Hz取为8000Hz，即每秒采样8000点。采用8位A/D转换，一路数字话音，需要：88000=64000（bps）的容量的数字通道来传输。,.,69,作业,1.通过MODEM在电话线上传送19.2Kbps的数字信号，问信号噪声比为多少才可能？2.测量模拟信号(电压)，其频谱分布为0100赫兹，通过采样和8位串行A/D转换后在数字通道上传送，试问采样频率应取多高?数字通道的容量应为多大？,.,70,8、多路复用技术多路复用技术就是用某种设备将来自若干信息源的信息进行合并，形成信息群，再经单一的线路和转输设备进行传输，在接收方，则使用能将信息群分离成各个单独信息的设备对信息群进行分离。目的：节省传输线路,.,71,多路复用技术有：,频分多路复用时分多路复用波分多路复用码分多路复用,.,72,频分多路复用FDM数字信号放在不同频率的模拟信号上调制并合并成信息群，再经单一信道传输。所需设备：调制解调器、滤波器频分多路复用技术一般用于模拟信号传输,.,73,时分多路复用TDM一个时间周期分成若干个时间片，每一个信道在自己的时间片中占据信道，传输信息。一般采用字节交叉多路复用。TDM进一步分为：同步时分：一个周期中时间片份额不变异步时分：一个周期中按需分配时间片时分多路复用一般用于数字信号传输,.,74,波分多路复用是用在光纤上的一种复用技术把数字信号调制在不同波长的光信号上以不同的入射角（皆大于临界角）合并成群，通过光纤传播。,.,75,码分多址（CDMA）,基本假定：1）多个信号在空间线性叠加,非“冲突假设”2）每比特时间被分成m个短的时间段，每段称为一个chip。3）每个站被指定一个唯一的m位的chip序列。发送bit1时，发送chip序列；发送bit0时，发送chip序列的反码。,.,76,例如:某站A被指定的chip序列为00011011，当它要发bit1时就发00011011；当它要发bit0时，就发该序列的反码即11100100。假设用双极码，即用算术值1表示0；用算术值1表示1。即站A的chip序列为-1-1-1+1+1-1+1+1,发1时就发：-1-1-1+1+1-1+1+1发0时就发：+1+1+1-1-1+1-1-1,.,77,每个站点i的chip序列表示：,把两个站点的chip序列EI和Ej的内积定义为：,如果两个chip序列的内积为0，就说它们是正交的。,把某个chip序列的长度的平方定义为：,Ei=ei1ei2ei3ei4eim,.,78,写出能与1100构成正交的chip序列,1100用双极码表示即+1+1-1-1,.,79,例如分配的chip序列分别为：,容易验证，这四个chip序列是相互归一化正交的。归一化正交的定义可表示为:,式中,称为克罗内克尔(Kronecker)d记号。i、j=1、2、3和4CDMA系统要求：所有站的chip序列都是归一化正交的。,E1=-1-1-1+1+1-1+1+1E2=-1-1+1-1+1+1+1-1E3=-1+1-1+1+1+1-1-1E4=-1+1-1-1-1-1+1-1,.,80,式中wi是第i站所发出的bit信号的算术值，它从+1,-1和0这三个数中取值，分别表示第i站所发出bit1、bit0和空闲。各站信号在空中叠加在一起构成下列混合信号：,以第k站的chip序列与混合信号作积便得到第k站的信号比特wk.,根据基本假定3），第i站所发出的bit信号可表示为下列形式：,.,81,例1：E1=00011011，E2=00101110，E3=01000010，若第1站发1，第2站发0，第3站和其它站不发，问混合信号X等于多少？,解：各站chip序列的双极码为：E1=-1-1-1+1+1-1+1+1E2=-1-1+1-1+1+1+1-1E3=-1+1-1-1-1-1+1-1第1站发1:S1=w1E1=-1-1-1+1+1-1+1+1若第2站发0:S2=w2E2=+1+1-1+1-1-1-1+1若第3站不发:S3=w3E3=00000000混合信号为:,=00-2+20-20+2,.,82,例2：E1=00011011，E2=00101110，E3=01000010，若收到的混合信号X：00-2+20-20+2。问第1、2和3站发出的bit是什么？解：W1=XE1=0+0+2+2+0+2+0+2/8=+1第1站发bit1W2=XE2=0+0-2-2+0-2+0-2/8=-1第2站发bit0W3=XE3=0+0+2-2+0+2+0-2/8=0第3站未发,.,83,练习1、写出与101010正交的几个chip序列2、CDMA系统4个站，其碎片矢量分别为：E1=-11-1+1+1-1+1+1E2=-1-1+1-1+1+1+1-1E3=-1+11+1+1+1-1-1E4=-1+1-1-1-1-1+1-1试验证它们是否为相互归一化正交的。当第1、2、3站分别发1、1、0，而其它站不发时，问混合信号矢量X等于多少？3、CDMA系统4个站，其碎片矢量分别和上题相同。假设收到的混合信号矢量X：-13+11+11+3+1。试请求出第1、2、3和4站发出的bit信号。,.,84,频分多路复用信号传输时，宏观上是同时传输的，微观上也是同时传输的。时分多路复用信号传输时，宏观上是同时传输的，但微观上却是分时传输的。,.,85,9、数据交换技术网络中的计算机不可能完全点点相连，总是通过许多中间节点间接相连，信息传输时也是通过中间节点交换，因此中间节点有时也称为交换节点。当交换节点转接的终端数很多时，则称该节点为转接中心，当网络规模很大时，许多转接中心又可互联成交换网络。实现数据交换的方法有很多，常见的有：电路交换，报文交换，分组交换,.,86,(1)、电路交换：数据交换双方必须先要建立一条物理通道，才能直接交换信息流。是一种面向连接的通信方式特点：通信前通路建立时间长信息传输延迟时间短适用于实时通信无差错控制（或由源端和目标端自行控制）不会出现拥塞现象线路利用率低一般用于摸拟信息传输和实时大批量数字信息传输,.,87,(2)、报文交换：面向非连接的通信方式什么叫报文？就是传输的整个数据块，可以是一篇文章，一个数据文件等。每个报文由三部分构成：报头：有报文号，源和目标地直址正文：发送的数据块报尾：检错码等信息报文要经过许多中转节点存储转发，因此要求中间节点要有较大的存储设备。属网络层功能。适用于非实时通信,.,88,优点：与电路交换方式相比，无需通信子网预选建立传输信道线路利用率比电路交换方式高中间交换节点要互责差错控制，因此传输可靠性高与分组交换方式相比，没有信息的拆装问题，控制简单,.,89,缺点：与电路交换相比，信息传输延迟时间长因此是存储转发，因此对中间接点缓存有要求与电路交换和分组交换相比，易引起中间节点拥塞，且不便于控制拥塞，在出现差错时更是如此,.,90,(3)、分组交换：面向连接和非连接通信方式什么叫分组？就是把一个数据整体即报文，拆分成多个较小的数据单位，加上一定的控制信息，构成的数据集合叫分组。同样，一个分组也由三部分构成：组头：有本组编号，源和目标地址虚电路方式无目标地址正文：发送的数据块（报文的一部分）组尾：检错码等信息多个分组要经过许多不同的中转节点存储转发。属网络层功能,.,91,分组交换常采用两种交换技术，即：分组数据报技术和分组虚电路技术A、分组数据报技术（面向非连接方式）此技术如同报文交换技术，每一个分组独立的在通信子网中存储转发。优点：无需建立连接和拆除连接过程，每个分组传输效率高，通信开销较小，对中间节点存储能力要求不高，便于差错控制和拥塞控制缺点：分组传输延时较大，不能保证分组按序到达，因此需要分组编号作保证,.,92,B、分组虚电路方式（面向连接方式）是一种电路分组交换技术，在进行分组交换时，先要建立一条物理信道，因此这种交换方式是一种面向连接的交换方式，但源和目标在通信期间并没有自始至终的占用一条端到端的信道，分组在通信子网内部是交换的方式存储转发的。,.,93,优点：每个分组无需单独路由，因此也无需在每个分组中包含目标地址信息每个分组走的是同一条信道，按序发送按序到达，无需分组编号可以预先在中间节点申请保留资源（存储设备和处理时间），因此较分组数据报方式更便于控制拥塞，便于差错控制有永久性虚电方式和临时性虚电路方式,.,94,第三章、数据链路层,数据链路层利用物理层提供的不太可靠的bit传输，实现本层可靠的数据帧的可靠传输。进而为网络层提供数据通信服务。,.,95,链路层功能以及为上层所提供的服务：数据链路连接的建立和拆除：可分为：无应答无连接的服务，是不可靠的服务有应答无连接的服务，属可靠的服务面向连接的服务，属可靠服务构成数据链路数据单元（成帧）和识别该单元（识别帧）：网络层传来的SDU加上数据链路层协议，形成数据链路层的PDU。,.,96,成帧的方式有：字符计数法带字符填充的首尾界符法带位填充的首尾标志法物理层编码违例法差错控制采用检错和纠错两种方式顺序控制面向非连接服务时，对帧进行编号,.,97,流量控制也就是解决发送方传送能力比接收方接收能力大的问题。一般采用反馈机制，使发送方能了解接收方的处理能力。,.,98,六、差错控制一切干扰源都叫噪声，噪声常包括：线路本身的电气特性导致信号幅度、频率、相位的畸形和衰减。线路上产生反射造成的回音效应。相邻线路之间的串线干扰大气中的闪电、电源开头的跳火等,.,99,差错控制的常用办法是在传输的信息中增加冗余信息，以便在接收端能发现错误甚至纠正错误。相应的编码叫查错码和纠错码。查错编码一般原理简单，实现容易，编码与解码速度快，是一种经常采用的方法。纠错编码所需冗余信息多，造价高，费时间。,.,100,奇偶检错编码,.,101,奇偶校验发现错误后的差错控制方法：请求发方重传数据，常见有以下三种方式：A：停等待方式接收方无接收缓冲，线路利用率低B：全部重发接收方无接收缓冲，线路利用率较高C：选择重发接收方有接收缓冲，线路利用率高,.,102,海明纠错编码,用2n位（即1位、2位、4位、8位等）作为纠错位（冗余信息），其余位作为信息位。1位：纠3、5、7、9、11等位2位：纠3、6、7、10、11等位4位：纠5、6、7等位8位：纠9、10、11等位,.,103,例：,为字母“a”编海明纠错码,.,104,例：,如收到10101011011海明码，是否出错？那一位出错？该是什么字母？,.,105,作业,1、请为字母“A”编海明纠错码2、如接收方收到一串海明编码：11011001100请问该编码是否在传输过程中出错，如出错，是那一位出错，请纠正之，并指出接收的是什么字母？3、P63页19题练习,.,106,五、网络层,物理层和链路层解决的是点到点的通信问题，而网络层是解决的是端到端的通信问题。主要功能是为实现不相邻的源DCE和目标DCE之间的透明通信，或任意主机间的数据传输，为更上层服务（使上层实体无需考虑为通信而建立网络连接，以及所需的路径选择和中转等细节）,.,107,网络层功能：路由功能：如采用的是数据报方式则多次路由，如采用虚电路方式则通信前一次路由。分段和组块中继功能网络层面上的流量控制异种网络的互联问题,.,108,网络层中的数据报通信与虚电路通信的比较见教材：7879页表3.2,.,109,路由功能：路由选择是网络层中最重要的功能之一，它与网络的传输性能密切相关。路由选择算法要求：正确性、简单性、健壮性、稳定性、公平性、最优性。路由选择算法有静态路由算法（非自适应式）和动态路由算法（自适应式）,.,110,静态路由常见的两种算法：扩散法和Dijkstra法,.,111,1、扩散法：路由器将收到的每一分组转发到除来端口以外的所有端口优点：使分组尽快的达到目标可以用以测量其他路由算法的最佳性最健状缺点:产生许多冗余分组，甚至造成广播风暴。解决办法：限制分组扩散次数为网络最大路径链路数；或结点遇到扩散过的分组就丢掉。,.,112,2、Dijkstra法、最佳原理和信源树,结点可为主机或路由器（源结点、目标结点或中间结点）边表示信道即链路，可以是局域网或专线通道。边上注以数字，表示距离、延迟、费用、链路数等的加权值,最佳原理：如果存在着一条最佳路径从I经J到K，那么其IJ段和JK段都是最佳的。信源树：结点a的信源树是以a为根的一棵生成树（覆盖网络全部结点的树称为网络的生成树），从a沿该树到其他结点的路径都是最佳路径。,网络的表示：,G=V，E其中G表示网络构成的图，它由结点和边构成。V=v1,v2,vn是结点的有穷非空集合,E是边的有穷集合,.,113,若所有链路是双向信道，且每个方向的加权值都相同，则网络的图称为无向图。若存在着单向的链路，或者存在着两个方向的加权值不同的双向链路，则网络的图称为有向图。,.,114,三、重复二，直到vo的子信源树成为vo的信源树（即到所有结点的相应链路都加入到子信源树中）。,Dijkstra法（设源结点为vo）从源结点vo到结点v的权值和D(v)vo的子信源树N,一、初始化D(v)=,L(V0,V)对于源结vo的相邻结点对于源结vo的不相邻结点,vo的子信源树N仅包含源结点vo,二、取vo的子信源树N的相邻各结点D(v)的最小值Dmin(vi)将到vi的相应链路加入到源结点子信源树中，更新与vi相邻的其它结点的D(v)值。Dmin(vi)即结点vo到vi的最佳路径的权值和。,.,115,表5.2Dijkstra算法表,.,116,最佳递交和路由表,.,117,动态路由常见的两种算法：距离矢量路由算法链路状态路由算法,.,118,1、距离矢量路由算法此算法要求每个路由器维持有一张子网中以每一个其它路由器为索引的路由选择表，表中的每一个项目都对应于子网中的每个路由器，表中给出了到每个目的地已知的最佳距离和输出线路，并通过与相邻路由器交换信息来更新表的信息。,.,119,2、链路状态路由算法算法步骤：发现它的邻居节点，并知道其网络地址测量到它各邻居节点的延迟或开销组装一个分组以告之它刚知道的所有信息将这个分组发送给其它路由器，同时也收到其它路由器发来的类似分组计算到每个其它路由器的最短路径。,.,120,六、传输层,传输层是网络体系结构中的一个特殊层，从信息传输角度看，传输层是面向通信，解决有关传输问题的最高层；但从用户网络功能来看，传输层则是面向应用的最底层。引入传输层的基本目的是在网络层的基础上再增添一层软件，使之能屏蔽各种通信子网的差异，并对用户的应用进程提供一个服务结口，通过该结口，用户便能使用网络资源和进行通信，满足其要求的通信服务。,.,121,1、传输层功能：传输连接的建立与释放为此要获得一条网络连接、要进行多路复用与分割，建立最佳的传输层PDU，映射传输地址到网络地址，对传连输接的识别等映射传输层地址到网络地址一个传输地址可映射为一个网络地址和多个网络地址，也可多个传输地址映射为一个网络地址。,.,122,多路复用与分割一个传输连接可对应一个网络连接和多个网络连接，也可多个传输连接对应一个网络连接。分段与重新组装发送方把上层递交的SDU分段，并组装成多个本层的PDU传到网络层，接收方把下层交来的多个PDU重新组装成SDU传到上层。,.,123,传输层一般使用端口（Port）与上层进行通信，它是通信进程所识别的唯一标志，在通信中起着非常重要的作用。可以使用以下方法来获得对方的端口号：通信双方预先约定使用系统保留的从名字服务器或目录服务器获得端口,.,124,传输层在流量控制上采用可变滑动窗口协议来实现收发方处理能力不匹配的问题。当然这也需要接收方有接收缓冲。,.,125,七、应用层,应用层是OSI/RM的最高层，是各种应用进程使用网络功能的窗口。不同的用户使用网络的目的是不同的，或者说应用是不同的，但每一种应用，在应用层都应有相应的应用层协议，因此应用层的功能是最丰富的，实现也是最复杂的一层，同时又是相对最不成熟的一层，需要不断完善的一层。,.,126,现在已有很多应用层协议标准，而且还会有更多的应用层协议不断加入。文件传递、存取和管理协议FTAM虚拟终端协议VTP报文处理系统MHS作业传递与操作协议JTM事务处理协议TP等等,.,127,TCP/IP体系结构,TCP/IP是一个事实上的工业标准，其协议集的设计独立于网络访问方法、帧的组成格式、传输介质等，因此TCP/IP协议集可以用来连接不同类型的网络，包括局域网和广域网。,.,128,TCP/IP体系结构分为四层：应用层（HTTP、FTP等）传输层（TCP协议和UDP协议）网络层（IP协议）数据链路层和物理层（令牌环网等）,.,129,TCP/IP的物理层和数据链路层负责把TCP/IP数据包发送到网络传输介质上以及从网络传络介质上接收TCP/IP数据包。TCP/IP的网络层的主要功能是寻址、打包、路由选择。该层的核心协议是IP协议（互联协议），是一种无连接的协议，主要功能就是寻址、路由和分段重组。TCP/IP的传输层的主要功能是在源节点和目的节点的两个进程实体之间提供端到端的数据传输。采用了两个协议，即传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP,.,130,TCP（传输控制协议）是一个可靠的、面向连接的传输协议，发送方把上层的字节流组建成报文发送，报文传输过程中有确认机制，出错或丢失必须重新发送。UDP（用户数据报协议）是一个不可靠的无连接的传输协议，它把可靠性问题交给上层应用程序解决。,.,131,TCP/IP的应用层TCP/IP已制定了丰富的应用层协议，并且不断有新的应用层协议加入。超文本传输协议HTTP文件传输协议FTP邮件协议POP域名解析协议DNS终端仿真协议TELNET等等,.,132,计算机局域网络,一、局域网概述1、局域网的特点地理范围较小。近到几十米，远到十多公里。速率较快(可达1000Mb/s)，误码率低（一般在10-8-10-11之间）便于管理,.,133,2、局域网的关键技术A：局域网的拓扑结构常见的有星形（分布式星形结构现代比较常用）、环形（现在常用的有令牌环网和光纤分布式数据结口）、总线形（局域网采用最多的一种方式）,.,134,B：局域网的数据传输形式常见有两种传输方式：基带传输和宽带传输基带传输：传输介质上传输的数字脉冲信号。宽带传输：传输介质上传输的模拟信号（数字信号调制在其中）,.,135,C：局域网的介质访问控制方法介质访问控制方法即信道访问控制方法，也就是网络中的各个站点如何利用共享信道的问题。常见五类介质访问控制方法：固定分配、按需分配、适应分配、探询访问、随机访问介质访问控制协议基本要求：协议简单、低负荷时响应快、高负荷时利用率高，各站点用户公平。,.,136,网络传输介质与这三种技术密切相关。目前常用的介质包括：同轴电缆、双绞线、光纤、无线介质。C：局域网的介质访问控制方法,.,137,3、局域网的体系结构局域网一方面吸取了广域网标准化工作不及时给用户和计算机网络生产厂家带来的困难教训，另一方面广域网标准化的成果特点是ISO/OSI体系结构为局域网标准化工作提供了很多有益的经验和良好的基础。因此局域网的标准化研究工作开展得比较及时。美国电气与电子工程师协会为局域网颁布的IEEE802标准被ISO接纳为局域网的国际标准。,.,138,IEEE802标准主要描述了网络体系结构中最低两层：物理层和数据链路层的功能以及为网络层提供的结口服务。它所定义的物理层功能：实现位流传输与接收、同步前序的产生与删除、信号的编码与译码等。,.,139,此外它还规定：信号编号采用曼彻斯特编码传输介质为双绞线、同轴电缆、光缆、无线介质拓扑结构为总线型、树形、和环形传输速率为1Mb/s到1000Mb/s间,.,140,IEEE802标准把数据链路层分为两层，下层为MAC（介质访问控制子层），该层与硬件相关，负责解决介质利用问题，为此IEEE802制定了多种介质访问标准（见page92，图4.3）。上层为LLC（逻辑链路控制），该层与硬件无关。从而使LAN体系结构能适应多种传输媒体。负责成帧、发送接收帧、控制字段、循环冗余校验、帧顺序控制、差错控制和流量控制等。,.,141,二、介质访问控制方法,1、载波侦听多路访问（CSMA）的介质访问控制方法(IEEE802.3标准)属于有冲突的介质访问控制方法该方法主要解决两个问题：一是各站点如何访问共享介质(一般是总线型)二是如何解决同时访问造成的冲突,.,142,802.3帧的格式,|7B先导字段|1B帧开始标志|2B-6B目标地址|2B-6B源地址|2B数据长度|0B-1500B数据|0B-46B填充字段|4B校验和|先导字段：用于接收方与发送方的时钟同步数据长度：用于标明有效载荷的长度填充字段：用于保证最小长度的帧,.,143,主要有三种：A：不坚持的CSMA访问方法特点：低通信量时延迟较大，高通信量时线路有效利用率较高。B：1坚持的CSMA访问方法特点：低通信量时延迟较小（几乎无延迟），高通信量时冲突较大，线路有效利用率较低。,.,144,C：P坚持的CSMA访问方法：如果介质为空闲，则以P的概率发送帧，而以（1-P）的概率延迟一个时间单位继续侦听。是A、B两种方法的折中。特点：P越大，发送侦延迟就越小，冲突的可能性就越大。P越小，发送侦延迟就越大，冲突的可能性就越小。在通信量不大的情况下，可能把P取大一点，保证低负荷时延迟小，在通信量大的情况下，可把P取小一点，保证高负荷时线路有效利用率高。,.,145,N个站点，P的取值一定要保证：NP1如果NP1，则冲突不可避免。载波侦听多路访问（CSMA）法最大的缺点是有可能多个站点同时侦听到线路为空，并同时发出侦，则线路冲突，如不加以解决，则线路利用率低，且信号不能安全到达目的地。,.,146,2、载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）的介质访问控制方法(IEEE802.3标准的改进)此法要求站点发现信道为空发送帧后，依然侦听信道，如发现帧发送期间有冲突，就立即停止发送帧，等待一个随机时间在侦听信道。一个基本概念：竞争时隙（争用时隙、时间槽），指局域网中两个最远站点间电磁波传输所需时间（a）的两倍（2a）。,.,147,因此发送帧的站点只要从发送帧的第一位bit开始计时，再侦听一个时槽（2a）的时间，如果没有发现冲突，则以后的帧发送就不可能再发生冲突，不用在继续侦听。一般局域网取时间槽长度为51.2um，对于传输速度为10Mb/s的局域网来说，每个站点只需在发送帧的前512bit（64B）侦听，如果冲突，则立即停止发送，这时已发送的部分形成碎片帧（长度小于64B的帧）。如没有发现冲突，则此次帧发送成功，无需再继续侦听。,.,148,CSMA/CD如果侦听到冲突，常采用退避算法，即发现冲突，则在0，T，2T，3T，(2k-1)T(T为时槽)中随机取一个时间，再继续侦听。如k=16，即重传16次依然冲突，则报错。,.,149,3、补充两种无冲突的协议,基本位图协议：信道利用时间由竞争周期和帧传送时间构成。竞争周期由N个时槽构成，正好对应N个站点。如果某个站点要发送帧，则在其时槽内填一个“1”，否则不填。竞争周期过后，每一个站点都知道下一个该谁发送帧，所以根本就不可能发生冲突。当最后一个站点成功发送完帧后，新的一轮N时槽竞争周期又将开始。,.,150,二进制地址倒计数法：基本位图法的问题是每站点需要1比特的额外开销，但通过采用二进制地址倒计数法，可以完全没有开销。其方法是每个想发帧的站点首先把地址从高位到低位同时广播，并将各站地址的对应位进行逻辑或运算，地址低的站点逐渐退出竞争，最后地址最高的站点取得信道使用权。信道利用率可达100%,.,151,基本位图法小序号站优先：同时产生帧，小序号站先发送，大序号站后发送。二进制倒计数法大序号站优先，而且大序号站只要有帧发送，小序号站就无权发送。在低负荷时，基本位图法有N时槽的延迟,而二进制倒计数法无延迟。在高负荷时，二者都无冲突，线路有效利用率都高。,.,152,4、IEEE802.4令牌总线访问控制标准,属于无冲突的介质访问控制