信息传播技术-数据通信0704.ppt

信息管理与信息系统,信息传播技术-数据通信基础邵波shao,信息传播技术,一、通信发展的历史社会的人与人交换思想介质空气、书信、驿站电报1835，1837莫尔斯电磁电报1892，马可尼无线电报电话1876，贝尔电话机1878，人工电话交换机1892，史瑞乔自动电化交换机电话电报开始了近代通信的历史，几百年；发挥了极其重要的作用；20世纪30年代，信息论、调制论、预测论、统计论一系列的突破；20世纪50年代，载波传输、电话、电报通信系统；元件、光纤、收音机、电视机、计算机，广播电视、数字通信业大发展；目前已形成数字传输、程控电话交换通信为主，其他非语音通信为辅的综合电信通信系统；并且日益与计算机、电视等其他技术融合。,信息传播技术,二、数据通信的传输介质信道是指以传输介质为为基础的信号通路，它是传输数据的物理基础。有线传输介质：包括双绞线、同轴电缆和光纤。无线传输介质：包括无线电、微波、卫星、移动通信等各种通信介质。,信息传播技术,双绞线,最便宜的传输媒介,易受环境中电信号的干扰,通常用于较短距离的连接,信息传播技术,同轴电缆,比较便宜,绝缘层保护,外层绝缘层,外导体,信息传播技术,光纤,不受电信号的干扰昂贵的传输媒介使用于长距离、高速率的信号传输,信息传播技术,无线传输介质,无线电、微波、卫星、移动通信等，各种无线介质传输介质对应的电磁波谱范围如图所示。,各通信类型使用的电磁波谱范围,信息传播技术,在计算机网络领域，无线通信介质主要是微波和卫星。微波通信是指用频率在100MHz到10GHz的微波信号进行通信。特点是：只能进行可视范围内的通信；大气对微波信号的吸收与散射影响较大。微波通信主要用于几公里范围内，不适合铺设有线传输介质的情况，而且只能用于点到点的通信，速率也不高，一般为几百Kbps。卫星通信是指利用人造卫星进行中转的通信方式。商用的通信卫星一般被发射在赤道上方3.6万公里的同步轨道上，另外也有中低轨道的小卫星通信，如Motorala公司的铱星系统。特点是：适合与很长距离的传输，如国际之间、洲际之间；传输延时较大，一般为500ms左右；费用较高。,无线电,固定终端点（基站）和终端之间是无线链路,基站,用户计算机和终端,基站覆盖的无线电区域,F1,F2,F3=使用的频率,地面微波接力,两个地面站之间传送距离：50-100km,地球,地面站之间的直视线路,微波传送塔,卫星,使用微波使用转发器接收和转发,地球,地面站,地面站,C波段4/6GHz上行5.925-6.425GHz下行3.7-4.2GHzKU波段12/14GHz上行14-14.5GHz下行11.7-12.2GHz,地球同步卫星,与地面站相对固定位置使用3个卫星覆盖全球,22,300公里,地球,信息传播技术,传输介质的比较影响传输介质选择的因素包括：拓扑结构：(如星形结构不适合选用同轴电缆，可选择双绞线方等方式)容量：介质提供的传输速率应能够满足要求可靠性(差错率)：在可能的情况下，尽量选择可靠性高的介质应用环境：包括传输距离、环境恶劣程度、信号强度等等非屏蔽双绞线基带同轴电缆光纤卫星分类3类5类粗缆细缆单模多模同步低轨传输速率3类UTP最大16Mbps因种类、距离不同，几千Mbps根据租用费用变化较大5类UTP最大155Mbps变化较大(但总要高于UTP)地理范围100米左右细缆小于800米几公里到几十公里很大粗缆小于2500米差错率一般(1010)中等(1010)最低(10)高成本低中较高高,信息传播技术,三、数据通信概念1、信息和数据香农：I=log2（1/P）I是消息的信息量P是事件发生的概率不可能发生事件信息量=无穷信息总是与一定的形式相联系，这种形式可以是语音、图像、文字等；信息是人们要通过通信系统传递的内容。数据是任何描述物体概念、情况、形势的事实、数字、字母和符号。可以说，数据是传递信息的实体，而信息是数据的内容或解释。2、信号信号可以是模拟信号或数字信号。模拟信号是指表示信息的信号及其振幅、频率、相位等参数随着信息连续变化，幅度必须是连续的，但在时间上可以是连续的或离散的。,信息传播技术,3、信道在数据通信系统中，信道是传送信号的通路或媒体。信道本身可以是模拟的，也可以是数字方式的。用以传输模拟信号的信道叫作模拟信道，用以传输数字信号的信道叫作数字信道。4、信道带宽信道上传输的是电磁波信号，某个信道能够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽。数据通信系统的信道传输的是电磁波(包括无线电、微波、光波等)，带宽就是它所能传输电磁波的最大有效频率与最小有效频率之差。5、信道容量信道的传输能力是有一定限制的，某个信道传输数据的速率有一个上限，叫作信道的最大传输速率，即信道容量。信道的最大传输速率是与信道带宽有直接联系的。,信息传播技术,6、奈奎斯特定理1924年，奈奎斯特(Nyquist)就发现了信道传输速率有上限，并且给出了有限带宽、无噪声信道的最大传输速率公式：无噪声信道最大传输速率=2Blog2V(bps)B代表信道的带宽。V是信号有效状态的数量。对于二进制的数据信号，信号仅有两种有效状态，分别代表“0”和“1”，所以V=2，此时，无噪声信道的最大传输速率=2B(bps)。7、信道容量定理（香农（Shannon）定理）香农在二十世纪四十年代初奠定了通信的数字理论基础。他的“信道容量定理”指出，可以找到这样一种技术，当数据传输速率小于或等于某个最大传输速率（信道容量）时，通过它可以以任意小的错误概率传送信息。相反，如果大于这个上限，则不论采用什么编码技术，错误概率都将无法忍受。香农给出了有噪声信道的最大传输速率与带宽的关系，因为实际信道不可能没有噪声，所以香农定理比奈奎斯特定理更进了一步。C=Blog2(1+S/N)（B/s）C表示信道容量(最大传输速率），B代表信道的带宽。S是信号能量，N是噪声能量S/N是信噪比，用来描述信道的质量，噪声小的系统信噪比大，反之则小。,信息传播技术,8、并行传输(parallel)与串行传输(serial)并行传输：局域网距离近，至少有8位数据同时传输，如图(a)。计算机内部的数据多是并行传输。串行传输：距离较远的情况，每次由源到目的传输的数据只有一位，如图(b)。成本因素，远距离通信一般采用串行传输技术。,信息传播技术,9、数据传输方向(1)单工(Simplex)数据只能在一个方向上流动(2)半双工(Half-Duplex)在一时刻向一个方向传输。它实质上是可切换方向的单工通信。(3)全双工(Full-Duplex)通信允许数据在两个方向上同时传输它在能力上相当于两个单工通信方式的结合。单工好象是单行线，半双工就好比独木桥，全双工就是来回可对行的新干线,信息传播技术,10基带传输与频带传输基带和频带的概念最早是在电话界出现的，在电话界，人们将4KHz带宽以内的信道叫做基带信道，而将任何高于4K带宽的信道叫做宽带信道。计算机网络中采用如下概念：基带传输(Baseband)人们将数据信道直接传输数字信号的传输方式叫做基带传输。基带传输在基本不改变数字数据信号波形的情况下直接传输数字信号，具有速率高和误码率低等优点，在计算机网络通信中被广泛采用。频带传输(Broadband)利用模拟信道传输信号的传输方式叫做频带传输或宽带传输。频带传输的优点是可以利于现有的大量模拟信道(如模拟电话交换网)通信。价格便宜，容易实现。家庭用户拨号上网就属于这一类通信。它的缺点是速率低，误码率高。,信息传播技术,11、异步传输(asynchronous)数据通信的一个基本要求是接收方必须知道它所接收的每一位的开始时间和持续时间。满足上述要求的办法有两类：异步传输和同步传输。异步传输的工作原理是：每个字节作为一个单元独立传输，字节之间的传输间隔任意。为了标志字节的开始和结尾，在每个字符的开始加一位起始位，结尾加1位、1.5位或2位停止位，构成一个个的“字符”。这里的“字符”指异步传输的数据单元，不同于“字节”，一般略大于一个字节。如下图所示：,信息传播技术,12、同步传输(synchronous)同步传输方式不是对每个字符单独进行同步，而是对一组字符组成的数据块进行同步。同步的方法不是加一位停止位，而是在数据块前面加特殊模式的位组合(如01111110)或同步字符(SYN)，并且通过位填充或字符填充技术保证数据块中的数据不会与同步字符混淆。,信息传播技术,13、调制速率与数据信号速率调制速率：波形变换次数/单位时间数据信号速率：比特数/单位时间二者关系：与调制相数有关，如：波特率1200120012001200调制相数24816比特率1200240036004800,利用虚MOEM连接两台计算机,DTE,DTE,1,1,保护地,2,2,3R,3,6,5,4,22RI,20DTR,8CD,7CR,6DSR,5CTS,4RTS,22,20,8,7,T,信息传播技术,四、主要技术指标1.带宽：信道能够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽。有时，也把信号所占据的频率范围叫做信号的带宽。2.信号传播速度：信号在信道上每秒钟传送的距离，单位是米/秒。信号传播速度接近光在真空中的速度，基本上是20万公里/秒。3.数据传输速率：单位是比特/秒(bps)。如在100Mbps传输速率的情况下，每比特传输时间为10ns；在10Mbps传输速率的情况下，每比特传输时间为100ns。4.最大传输速率：每个信道传输数据的速率有一个上限，叫做信道的最大传输速率。5.波特率(码元速率)：信号每秒钟变化的次数叫做波特率(Baud)。6.吞吐量：信道在单位时间内成功传输的信息量。单位为比特/秒。例如：某信道在10分钟内成功传输了8.4M比特的数据，那么它的吞吐量就是8.4M比特/600秒=14Kbps。,信息传播技术,利用率：是吞吐量和最大数据传输速率之比。8.延迟：指从发送者发送第一位数据开始，到接收者成功的收到最后一位数据为止，所经历的时间。9.抖动(Jitter):延迟不是固定不变的，它的实时变化叫做抖动。抖动往往与机器处理能力、信道拥挤程度等有关。延迟敏感，如电话；抖动敏感，如实时图像传输。10.差错率(包括比特差错率、码元差错率、分组差错率)：在计算机通信中最常用的是比特差错率和分组差错率。比特差错率是二进制比特错传的位数与传输总位数之比。码元差错率(对应于波特率)指码元被误传的概率。分组差错率是指数据分组被误传的概率。,信息传播技术,五、局域通信计算机网络技术中把数据信道直接传输数字信号的传输方式叫做基带传输。基带传输中二进制数据信号的方法主要有以下三种：(1)非归零编码(NRZ)非归零编码是用低电平表示逻辑“0”，用高电平表示逻辑“1”的编码方式。非归零编码的缺点是：为了保持收发双方的时钟同步，需要额外传输同步时钟信号。它的另一个缺点是当“0”和“1”的个数不等时，会有直流分量，这在数据传输中是不希望出现的。(2)曼彻斯特编码(Manchester)每比特的中间有一次跳变，它有两个作用：一是作为位同步方式的内带时钟；二是用于表示二进制数据信号，我们可以把“0”定义为由高电平到低电平的跳变，“1”定义为由低电平到高电平的跳变。曼彻斯特编码的优点：一是“自带时钟信号”，不必另发同步时钟信号，二是不含直流分量。,信息传播技术,(3)差分曼彻斯特编码(DifferenceManchester)每比特的中间有一次跳变，它只有一个作用，即作为位同步方式的内带时钟，不论由高电平到低电平的跳变，还是由低电平到高电平的跳变都与数据信号无关。“0”和“1”是根据两比特之间有没有跳变来区分的。如果下一个数据是“0”的话，则在两比特中间有一次电平跳变；如果下一个数据是“1”的话，则在两比特中间没有电平跳变。,信息传播技术,数字数据到数字信号的编码方法,信息传播技术,数字数据到数字信号的编码方法,信息传播技术,RS-232机械特性指网络接口形状等。在RS-232C中，规定采用的连接器接口有25根针，接口形状为D形接口。电气特性包括信号电压、持续时间等。目前计算机的二进制信号多数是用电信号表示的，当然在用到光纤传输的时候也有光信号和光电转换问题。RS-232C规定，对数据信号，以+12V或+8V表示“0”，-12V或-8V表示“1”，对控制信号，“0”表示“开”，“1”表示“断”，数据速率0-20Kbps(比特每秒)。功能特性描述物理设备的功能，如RS-232-C的第二根针是用于发送数据的，第三根针是用于接收数据的，第四根针表示请求发送，第五根针表示允许发送。规程特性指事件发生的合法顺序。例如，RS-232-C的一段规程为：第四根针置位，请求发送第五根针置位，允许发送数据通过第二根针发送。,信息传播技术,六、远程通信1.数字数据转换为模拟信号的编码首先要选择某一频率的正弦(函数)作为载波，这一函数可以表示为U(t)=A(t)sin(t+)其中A、和，分别代表函数的幅度、频率和相位。对这三个参量的调制产生了三种调制技术：(1)调幅(ASK)调幅就是通过改变载波信号的振幅来表示数字信号0或1。这种调制方式简单、容易实现，缺点是有直流分量，抗干扰能力差。(2)调频(FSK)调频就是通过改变载波信号的频率来表示数字信号0或1。这种调制方式简单、容易实现，抗干扰力较强。(3)调相(PSK)调相就是通过改变载波信号的相位来表示数字信号0或1。调相又分为绝对调相和相对调相。绝对调相是指用相位的绝对值来表示数字信号;,信息传播技术,信息传播技术,调制解调器(MODEM)调制解调器是一种能将数字信号调制成模拟信号，又能将模拟信号解调成数字数字信号的装置。(MODEM=MODulate-DEModulate),信息传播技术,七、多路复用技术当传输介质的带宽超过了传输单个信号所需的带宽时，人们通常用在一条介质上同时携带多个传输信号的方法来提高传输系统的利用率，这就是所谓的多路复用(Multiplexing)。多路复用分为两大类：频分多路复用(FDM)和时分多路复用(TDM)。,信息传播技术,A.频分多路复用(FDM)在介质上同时传输多路信号，每路信号以不同的载波频率进行调制，而且各个载波频率完全独立，即载波形成的信号不互相重叠，则各路信号可以成功地在介质上传输。,信息传播技术,波分多路复用(WDM)有一类特殊的频分多路复用技术叫做波分多路复用(WDM)。波分多路复用是根据光波波长的不同分隔复用的方法。我们知道，不同波长的光波在通过透镜时会有不同的折射率，图表示了WDM的原理。其中，光纤1和光纤1的波谱范围相同，光纤2和光纤2的波谱范围相同，而光纤1和2的波谱范围不同且不重叠，共享光纤的波谱范围则是光纤1和2的总和，这样就达到了多路复用的条件。,时分多路复用(TDM)时分多路复用(TimeDivisionMultiplexing)是把时间分为若干个时间槽(Slot)，每个用户分得一个时间槽，在其占用的时间槽内，该用户可以独享信道的全部带宽。时间槽的划分有交替性和周期性。交替性是指不会有连续的时间槽被单个用户连续占用，而是大家轮流占用各个时间槽；周期性是指时间槽的分配要有一定周期性地重复出现。,信息传播技术,数字信号承载模拟数据,模拟话音,采样时钟,PAM信号,PCM信号,采样电路,量化和比较,数字化声音,信息传播技术,统计时分多路复用在传统的时分多路复用系统中，每个低速信道固定地对应于高速信道(干线)的一个时间槽(Slot)，高速信道速率等于各低速信道之和。不论每个低速信道是不是有数据要传输，分给它的时间槽是固定不变的，当它没有数据通信时，高速信道分给它的时间槽就浪费掉了。这就好比“大锅饭”一样，显然不利于提高通信干线的利用效率。统计时分多路复用能动态地分配时间槽，只把确实要传送数据的终端接入链路，这样，只有工作的终端才能够分到带宽，充分提高了总带宽的利用率。,信息传播技术,八、差错控制技术人们总是希望数据在通信线路中正确无误地传输。但是，信道内外的干扰与噪声又是不可避免的。传输出错：外来干扰随机错（信号前后无关）突发错（出错位相关）纠正方法：电器性能，差错控制差错控制：检测，纠正，处理方法：时间冗余，设备冗余，数据冗余差错控制技术：奇偶校验、海明校验、循环码冗余校验,奇偶校验（垂直冗余校验VRC）奇偶校验以字符为单位校验，一个字符由8位组成，低7位为信息字符的ASCII代码，最高位为“奇偶校验位”。B7B6B5B4B3B2B1B0原理：接收端、发送端“字符”中“1”的个数；“奇”或“偶”,信息传播技术,方块校验（水平垂直冗余校验LRC）在垂直冗余校验VRC的基础上，在一批字符传输之后，另加一个称为“方块校验字符”的校验位字符。奇偶校验位（VRC）字符110011000字符210000101字符310100100字符410010001字符510100001字符610000011方块校验字符（LRC）11110101上例是奇校验。采用这种方法，若二进制传输错，不仅从横行中VRC反映出来，也可以从纵行中LRC）得到反映。有较强的校错能力，不仅能发现一位、二位或三位错，且可以自动纠正，使误码率降低2-4个数量级。广泛应用于通信和计算机外设中。,信息传播技术,循环冗余校验-线性码由k个信息码元和r个校验码元构成的码组，其中每一个校验码元是该码组中某些信息码元的模2和，具有这种结构格式的码组称为线性码。习惯上用（n，k）表示码长为n，信息码元为k的线性码。线性码具有封闭性，即线性码的任何两个码组对应位按模2相加所得到的新码组仍然是该线性码的一个码组。（7，3）C3=C6+C4C2=C6+C5+C4C1=C6+C5C0=C5+C4信息码元码组C6C5C4C6C5C4C3C2C1C000000000000010011101010010011101101110101001001110101101001111011010011111110100,2、循环码对于码长为n、有k个信息码元的线性码，若它具有如下性质：任一码组的每一次循环右移或左移所得到的是码中另一码组。即若是（n,k）码的码组，则或也是（n，k）码的码组。我们把具有这种循环移位不变性的线形码称为循环码。用代数的方法研究，将码元对应多项式的系数。这样，每个码组都与一个不大于（n-1）次的多项式对应。左移一位，仍然是一个（n-1）次多项式（右移mod）多项式性质：在一个（n,k）循环码中，有且仅有一个（n-k）次的生成多项式此循环码中的每个码多项式C（X）都是g（X）的倍式。反之，能被G（X）除尽的次数不大于（n-1）的多项式，也必定是码多项式。,3、循环码原理假设待编码k位信息的码组是对应的多项式是按模2运算规则（加与减相同）后可得：其中，g（X）是生成多项式，Q（X）是商多项式相应的码组是4、常用的生成多项式有：CRC-12:g(x)=CRC-16:g(x)=CRC-CCITT:g(x)=,信息传播技术,九、数据通信数据通信任务是利用介质传输信息，与电报电话通信不同：-通信控制过程是自动的，有差错自纠-当前仍未脱离目前的通信网基础-总是与数据处理相结合，随处理方式、内容不同，通信要求也不同数据通信的研究内容-传输解决通路问题-通信接口将信号变成适合传输的形式，再转变成接收端认可形式-通信处理编辑-差错、格式、安排、监控转换-速度、代码控制-网控、查询、路由选择,信息传播技术,通信系统模型,信息传播技术,信息传播技术,数字通信系统模型对于数字通信系统，如果信息源输出的是模拟信号，可以通过取样、量化、编码等数字化处理后，以数字的形式通信。,信息传播技术,数据通信系统凡是将终端设备与计算机经由模拟或数字传输系统连接起来，并将以收集、传输、分配和处理数据为目的的系统称为数据通信系统。,-终端设备-数据传输子系统-数据处理子系统-子系统,信息传播技术,数据通信系统的质量标准传输速率单位时间内传送的信息单元的数量。bit/s，baud/s；二者不同，但可互换出错率误码率=接收出现差错的比特数/传输全部的比特数可靠性（正常工作时间/总工作时间）*100%，或平均无故障时间适应性对外界环境变化的适应能力可维护性维护方便程度标准化程度衡量设计水准，共享，开放经济性性能价格比通信建立时效同步性能的指标,信息传播技术,数据通信网数据通信：信息源的数据信道按协议形成数据流送受信者的过程数据通信系统主要功能是传输数据、处理数据。在远距离、多终端情况下，通常是通过数据通信网来完成。数据通信，再某种意义下，可以看作是数字通信的特例。数据通信网是由一些处于不同地理位置的数据传输设备、数据交换设备、通信线路组成的线路所构成的系统；以能使网上两结点间可以正确、快速地传输与交换数据,H,T,T,H,H,H,终端,计算机,交换结点,数据通信网,信息传播技术,信道共享技术分类：依据连接方式,通过集中器或复用器连接特点：附加设备，集中控制接入方法：顺序扫描查询，或使用中断技术通过公用信道连接特点：一条公用信道连接所有主机，按协议分配信道接入方法：受控接入,集中式控制：轮叫轮询，主机按顺序逐个询问各站是否有数据要发送,分散式控制：令牌环网，传递令牌，获得令牌才有权发送数据,随机接入：站点可随时发送数据，争用信道，易冲突,信息传播技术,通过复用器或集中器连接,主机,前端机,MUX,M,M,M,M,MUX,T,T,T,T,T,T,C,信息传播技术,信道共享技术分类,信道共享,TDM,FDM,STDM,ATDM,随机接入,受控接入,CATV,CBX,CSMA,CSMA/CD,集中控制,分散控制,轮询,令牌,静态分配,动态分配,信息传播技术,静态分配信道的缺点：,仅适用于站点较少、站点数目相对固定且每个站点通信量均较大的情形，不适于突发性数据。这种网络系统应属于M/M/1模型，即帧到达的时间服从泊松分布，平均到达率为帧/秒；服务时间（即帧长）服从指数分布，平均帧长为1/比特/帧；数据率为Cbps，则平均发送时间为1/C秒/帧。可计算出：平均时延,1,C-,T=,若采用静态分配方式，将信道分为N个独立的子信道，每个子信道的数据率为C/Nbps，每个子信道的平均到达率将为/N帧/秒，平均时延将是：,TD=,(C/N)-/N,1,=,C-,N,=NT,信息传播技术,动态分配的前提：5个假定,1.站模型假定：各站独立，且以固定速率产生帧。在成功发送一帧之前，站点不会产生新帧（单用户系统）2.单信道假定：只有一个信道，各站平等共享该信道3.冲突假定：若有冲突（两帧有重叠），必须重发4.时间假定连续时间：帧可以在任何时刻发送时隙：帧必须在时隙开始时发送5.载波假定有载波：站点可以检测到信道是否空闲无载波：站点在发送之前无法判断信道是否空闲,N,N-1,2,1,主机,收,发,轮叫轮询接入方式,信息传播技术,纯ALOHA协议,工作原理：站点只要产生帧，就立即发送到信道上；规定时间内若收到应答，表示发送成功；否则重发重发策略：等待一段随机的时间，然后重发；如再次冲突，则再等待一段随机的时间，直到重发成功为止缺点：极容易冲突性能：网络负载0.5吞吐量0.184,N,N-1,2,1,接口,总线信道,ALOHA系统的一般模型,信息传播技术,CSMA：载波监听多点访问,工作原理：发送前监听。附加硬件装置，每个站点在发送数据之前要监听信道上是否有数据在传送。若有，则此站暂停发送，等待一段时间后重试。载波监听策略：非坚持CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一个随机时间后再次监听。坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲1-坚持CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据（以概率1发送）p-坚持CSMA：听到信道空闲时，以概率p发送数据，即以概率1-p延迟一段时间后再发送性能：轻载时，1坚持CSMA吞吐量最大；重载时，非坚持CSMA吞吐量最大。缺点：由于传播时延的存在，冲突不可避免,信息传播技术,CSMA的流程图,有待发帧？,载波监听策略,（分时隙）延迟到下一个时隙的开始,发送,等待2t,收到ACK？,出口,N,Y,延迟随机时间,N,Y,ALOHA,lp?,Y,N,非坚持CSMA,信道忙？,选择0-1之间的随机数l,信道忙？,延迟t,N,N,Y,Y,P坚持CSMA,信息传播技术,CSMA/CD：带冲突检测的载波监听多点访问,工作原理：边发送边监听。若监听到冲突，则冲突双方都立即停止发送。信道很快空闲，从而提高效率。1-坚持的CSMA/CD：监听到信道空闲就立即发送数据，并继续监听；若监听到冲突，则立即放弃发送冲突检测方法：比较接收到的信号电压的大小检测曼彻斯特编码的过零点比较接收到的信号与刚发出的信号站点检测到冲突后，往往发送人为干扰信号，强化冲突，以通知其他站点退避算法：以截断二进制指数类型，来决定重发时延从0,1,2,.,2k-1中随机取一个数r，重发时延=r基本重发时延其中k=min重发次数，10动态退避算法,信息传播技术,LAN典型拓扑结构,总线型/树型:所有结点都直接连接到共享信道星型:所有结点都连接到中央结点环型:结点通过点到点链路与相邻结点连接,bus,star,ring,A,B,C,C,A,D,C,B,A,B,C,A,C,信息传播技术,总线拓扑总线型拓扑是网络中最简单的设计之一。只需使用普通的电缆将设备连接起来，无需额外的硬件设备就可连接计算机。学习目标1.理解总线拓扑中信息的流动2.描述广播和总线术语拓扑结构特性总线是由同轴电缆构成的单独的电路（虽然总线是由许多独立的电线构成的）。总线的每一端是一个终结器，实质上是个电阻。电阻连接在电缆的两端，可为每个节点处连接到总线的电路提供负载。网络被非正常终止就是指电阻丢失或者电阻的阻抗不正确。,节点同总线相连的那一点通常叫做分接点(tap)。连接到总线的最常用方法使用一个T型连接头，T连接头是连接到普通电缆上的。连接是被动的。同轴电缆用来实现总线拓扑。总线上的节点通过广播目的地址信息进行通信。总线上的每个节点能够听到每一个消息。当一个节点听到消息发送的地址是自身地址时，就把消息从总线上复制复制下来。,信息传播技术,10Base210Base2同轴电缆有时称作thinEthernet、Thinnet和Cheapernet。10Base2中的2代表每段的间隔大约是200米（实际上是185米）。10Base2常用于小型和低成本的场合，因为不像10BaseT（下一节讨论）那样需要一开始购买集线器的支出。10Base2适配卡完成所有的收发功能，无需额外的外部收发器。连接适配卡的是BNC连接器，T型连接头将适配卡直接连接至同轴电缆。在电缆的两个末端都必须有一个50的终结器。在10Base2适配卡与电缆图中描绘了这两个部件。,信息传播技术,10Base2连线规则表10Base2参数数值最大数据传输率10Mbps收发器之间最多中继数4每段最多工作站数30最多工作站数1024工作站间最小距离0.5m无中继时段最大长度185m有中继时段最大长度925m,信息传播技术,10BaseT以太网配置图给出了现在最流行的以太网连线方式。这个结构图中包括一个连接8台工作站的集线器(Hub)或称集中器。这就是采用星型拓扑结构并使用双绞线连接的以太网。双绞线采用RJ-45连接头连接设备端的NIC和另一端的集线器。通常在这种类型的网络中使用五类UTP。采用10BaseT的网络在如下方面比10Base2和10Base5网络要优越：集线器可以侦测发生故障的电缆和设备。可以很方便的向网络中增加设备和从网络中拆除设备。查找网络故障可更容易，因为可以很方便的将节点从集线器上断开。10BaseT集线器的基本功能描述如下：10BaseT集线器为每台工作站或者是一个段提供中心连线点。集线器中的线路提供中继和收发功能，将每个网络分组广播到所有与之相连的工作站。集线器之间也可以互连，从而扩展局域网的范围。10BaseT星型拓扑图描述了这种类型的配置情况。,信息传播技术,信息传播技术,信息传播技术,环型拓扑又是一种在计算机网络中常使用的拓扑结构。网络中有两种常见的环型拓扑：环型和星环型。一个环型拓扑是由多个节点以环状连接而成的，通过若干个点到点连接形成一个物理上和逻辑上都是环状的结构。一个星环型拓扑是由一个物理上星状但是逻辑上却是一个环状的结构构成的。学习目标1.理解物理上和逻辑上环状结构的区别2.知道环型拓扑采用何种电缆3.理解环型拓扑及其使用4.知道环型和星环型拓扑之间的区别,正如在环型拓扑图中看到的那样，在环中，每个节点或者接入设备连接到环上，如果节点发生故障(例如掉电)，就不能把输入端接收到的信号转发输出。如果任何一个节点失去这个功能，整个环就会被破坏，一直等到被破坏的节点恢复或移走后，环上数据才能重新进行传输。一些环型拓扑结构采用了双环结构，以提供节点或链路故障时的自愈功能。环型网通常是网络的骨干网。环型骨干网可为多层建筑物的不同楼层之间，或者是在城域网(MAN)中不同建筑物之间的系统提供互连。,信息传播技术,星环设计在IBM的令牌环网中(或在本质上相同的IEEE802.5中)，通过把环型和星型相结合得到了更可靠、更耐用的配置。如星环型拓扑图所示，有四条线从每个节点连接到一个中心集线器上，这个集线器又叫做多站点访问单元(MAU)或集线器(wiringhub)。集线器有两种重要的功能：当一个节点不响应或被封锁时，就进行侦测，因此网络在一个节点发生故障时仍能继续运行。这个动作是在集线器感觉到节点不响应时自动进行的。集线器为其它的环网提供了一个桥(bridge)，通过一个桥电路可把消息发送到其它环上的节点，而且可接收从其它环上节点发送给本环上节点的消息。集线器把各个环网有效地连接在一起，构成了一个单一的大环网；通过集线器这个桥，环网的大小不再受限制。,信息传播技术,一个星环型拓扑结构的网络运行所需要的连线，比单纯环型拓扑结构的网或总线拓扑结构的网要多。星环型网可以解决纯环型网中的问题。需要注意的是，星环型网在物理上虽然是星型结构的，但是节点到节点之间信息传输路线却是一个逻辑环。连接到中心集线器的每个节点依次接收信息，直到所有连接到MAU的节点都接收到了信息为止。正因为这种网络在物理上看来是星型结构，但是信息却是在一逻辑环上运行的，所以称作星环型网。通常用来构建星环型网的电缆是各种屏蔽或非屏蔽的双绞线。,信息传播技术,多站访问单元MAU是令牌环上工作站连接的中心集线器。每个工作站通过一对绞合的适配电缆连接到MAU，其中一对用来接收，另外一对用于发送。MAU的每一个端口上都有一个继电器，用于探测来自适配卡的幻像电压和建立与环的连接。如果适配卡掉电，幻像电压就消失，继电器随之关闭，切断与该适配卡的连接。这就提供了一种在适配卡错误及电缆故障时的容错机制。这种方式下排除在环之外的工作站就处于旁路模式，正如有旁路状态工作站连接的MAU图描绘的那样。,信息传播技术,网孔拓扑若干个点到点的链路用于连接多个网络的情况称为网孔拓扑。当又有新的网络加入整个网络时，网孔拓扑又会随时间作相应的变动。网孔网络拓扑结构图给出了一种网孔拓扑网络配置的例子。,网络云不是所有的网络都是使用点到点链路连接的，另外一种在网络图中常见的拓扑就是网络云。网络云其实不是一种实际的拓扑，只是代表一种不明的拓扑，通常代表网络服务提供商（例如电话公司）提供的一种服务。网络云拓扑图描述了网络云的配置。,信息传播技术,无线局域网随着工作人员和工作组移动性的日益增长，无线局域网正变得越来越受欢迎。在用户变动其物理处所时，使用无线局域网能够得到相对价廉的安装和重构的好处。除此以外，无线局域网在传统布线难以发挥用武之地的办公室环境（在那里布线和重新布线都是极为困难的）可以提供一种廉价有效的解决方案。多数情况下，无线局域网都是作为已有网络的延伸，并与这些硬件连线的网络之间以互操作的形式存在。历史上，出于电磁干扰、安全性能、传输速率低和平均成本高等原因的限制，无线局域网的普及程度一直受限,计算机通信协议,计算机通信协议计算机网络是用来在网络用户之间提供通信和信息共享功能的。为了完成这种通信过程，必须还有很多其它的条件。在生活的很多方面都会用到协议，计算机也不例外。从源计算机通过网络发送信息到另一台计算机，计算机网络采用协议的目的就是使计算机可以实现各种与之相关的操作。在例子中，计算机都理解相同的协议，即前三个字母表示消息的长度。如果接收计算机使用其它不同的协议（如，用前两个字母表示消息的长度），就会多出一个接收字符，引起错误。,协议的分层和服务把信件传递到正确位置的方法就是一个协议的例子。邮政业务使用的其中一种协议就是使用书写地址统一的格式。另外一个协议就是在转发到目的地之前所有的信件都要归总到中心邮局。计算机程序使用协议为用户提供服务。在计算机网络术语中，层就是一个或一系列的程序，能为相邻的更高层提供服务，同时使用到相邻低层提供的服务。位于最高层的程序为用户提供高级的服务，它要依靠低层为其格式化信息及传送消息。例如要通过网络传送Web页面时，需要高层程序即Web服务器以正确的格式复制传送给浏览器的信息。然后服务器使用TCP/IP协议过程建立分组和帧，依靠这些将页面从源传递到宿。由于一个程序只使用到相邻低层的服务，为相邻高层提供服务，所以对于任何给定的层作变动只会影响到上层。分层就可以将一个单个的大程序根据功能分成独立的单个小程序。这使得程序的编写和修改变的简单。分层也会带来性能的损失。将数据从程序的不同层之间移动会有相关的开销。结果是带来了维护程序的容易性，这足以抵消带来的性能损失。,分层的概念适用于协议，也适用于程序和服务。我们的例子中使用了发信者和收信者的名称，作为确保信件能够根据地址找到正确目的地的协议。这些协议发送者与接收者之间的双向通信可以成功进行。正如协议需要相邻上层和下层帮助完成工作一样，也需要与之对应的或者称为对等的协议协同工作，以保证能够成功的完成协同操作。这种互相协助的过程叫做对等进程。在网络中，进程就是实现某种服务的运行着的程序或过程。使用分层协议和服务的网络系统中，一个进程只与其对等进程通信。比如当登录网络时，网络服务器上运行着一个进程，本地PC机上的一个进程询问服务器进程的用户名和密码，并利用它们决定允许或者拒绝接入网络。这些对等进程使用协作的对等协议，通过网络相互之间进行通信。当网络上的对等进程一起实现某种服务的时候，要使用到对等协议在网络之间实现服务之间的通信。,协同进程的种类相互通信的进程必须在某种意义上协作才能完成一项有意义的功能。它们之间可以通过不同的方式协作，三种重要的协作方式是：对等、客户机/服务器和主从方式。1、对等进程两个使用相同通信协议并大致为各自的节点实现相同功能程序或者进程称为对等进程。一般来说，对等进程没有谁支配谁，两个方向上使用的数据传输协议是一样的。这两个进程之间的通信也是对等的。例如，一个Windows客户机程序与另外一个Windows客户机程序通信，就称为对等。在使用Windows的小型网络中，用户可以共享驱动器、文件夹和驱动程序。,2、客户机/服务器进程另外一种进程协作的方式就是一个进程处于客户机地位，另一个进程处于服务器地位。客户机通过协议发出请求，服务器进程完成这个功能。这种协作方式通常使用到共享资源的概念，如客户机/服务器进程图所示。客户机进程可以利用存在于服务器节点上的资源。通过客户机/服务器方式组织的共享资源的例子包括文件、打印机和数据库。通常客户机进程存在于低处理能力、端用户的节点上，比如工作站和PC机。服务器进程则通常是运行在高处理能力的节点上，如网络文件服务器。使用客户机/服务器架构的例子如UNIX的网络文件系统(NFS)和诸如Oracle和MicrosoftSQLServer的关系型数据库管理产品。,3、主从进程在一个等级架构的通信系统中，进程常被认为是主和从的关系。这是一种控制而不是服务。主从关系经常出现在当一个节点比另外的节点具有更高智能的情况，即具有更强的计算能力。主从关系出现在IBM系统网络架构(SNA)环境，因为SNA原本就是采用等级结构的。主从关系进程在两个方向上使用的协议一般是一致的，但是主节点处于控制地位。如主从进程图所示，主机和3270簇控制器的关系就是主从关系的一个例子。在SNA的主从环境中，“哑”从客户终端等待主机服务器命令其传送信息。从机仅仅显示从主机接收到的信息，并且以操作员敲击键盘的方式向主机发送信息。,协议栈每一台通信的计算机使用协议在一个计算机应用程序与另一个应用程序之间，执行必要的操作以传递信息。用于在网络中传递信息的协议是用栈来表示的，从一开始的与应用程序相关的最高层协议，到与通过电缆传送比特相关的最低层协议。在网络中协议的层称为“协议栈”或者“协议序列”。最低层协议处理比特数据，最高层协议处理的是完整的数据结构，或者是应用程序即将使用到或者显示给用户的对象。层与层之间的协议是变化的，其中一个原因是因为每层提供给相邻层的服务是这样变化的：从抽象的高级的服务到具体的面向比特的服务。但是，协议之间区别还有另外一个重要的原因。低层只通过一个链路通信，而高层必须与对等层通信，这样的链路是不直接的，也就是说，需要通过其它节点和穿越网络的边界。在我们的例子中，高层关心的是信件的格式和意思以及在对等双方之间通信（发信者和收信者）。而低层关心的则是靠步行、公路和空运把信封送到目的地。,协议的进栈数据通信程序从上层接收数据，并将数据传送到下层。它们必须以某种方式与其对等程序之间通信，利用为它们所在层设置的协议来实现相应功能。几乎被所有的现代通信系统所采用，就是在中层和低层仅仅是对原始的数据加上头部和尾部，即对数据进行封装。这和对信封标上序数是类似的。它允许接收者能够不打开信件，就能识别出这个部分在总体信件中的位置。如封装图所示。,协议的出栈接收方的对等程序处理完数据之后，在把数据传送给更上层之前，要除去添加的信息（解封装）。原始的信息未受影响，高层也看不到封装的信息，如解封装图所示。换句话说，接收程序通过除去每层的协议信息，对协议进行了出栈操作。接收程序通过和发送方相反的顺序除去每层增加的信息，把剩余的结果往上层传递，从而达到对附加信息的出栈操作。,OSI模型简介OSI模型有七层，逻辑上分为两个部分：低层的1至4层关心的是原始数据的传输，高层的5至7层关心的是网络下的应用程序。学习OSI参考模型的两个重要原因是：1.OSI模型的使用现在非常广泛，近期的数据通信文本是以OSI模型来表示其结构的。2.更为重要的是，理解了OSI各层的功能才可能理解许多不同种类的网络协议、产品和服务。OSI模型是国际标准化组织(ISO)创立的。ISO是由许多国家的标准化组织成员组成的，其中包括美国首要的非政府标准化组织机构-美国国家标准化学会(ANSI)。从OSI模型图中可以看出，这个开放参考模型由七层服务和协议构成。“开放”用在这里的意思就是表示这个标准允许网络间的互连，只要求使用的通信软件遵循这个标准，而无须考虑低层的硬件。,OSI模型的层为我们提供了网络层结构的视图，从类似于Email程序和Web浏览器等用户程序所在的最抽象的应用层，到针对比特格式和通过如电缆等物理媒体传输比特信息的具体的物理层,OSI,1、应用层应用层位于OSI协议栈的最高层，包含了一些应用程序，通过激活这些网络程序和服务来实现有实际意义的功能。这些程序可由程序员专门针对单个网络规范和编制。应用程序也可以是基于一个更普遍一般的工具，如Web站点开发工具等已被程序员改编用于特定目的的工具。网络用户有一些普遍的应用需求。例如，大多数用户需要每天使用到Email与同事联系，或者需要用到字处理程序来制作电子文档。应用就是我们在计算机上用来完成某项任务的东西应用程序必须拥有其各自的协议来通过网络通信。另外，OSI的应用层进程将信息从本层传递到协议栈的相邻层-表示层，对信息本身不作修改和封装操作。常用应用程序的例子比如：E-mail文件传输和访问Web浏览器和服务器,表示层表示层处理数据流经节点时的表示方式问题。表示层是处理有关计算机如何表示数据和在计算机内如何存储数据的过程。表示层提供了下列关于数据表示方式的服务：数据表示-表示层解决了连接到网络的不同计算机之间数据表示的差异。例如，可以处理使用EBCDIC字符编码的IBM大型机和一台使用ASCII字符编码的IBM或其兼容个人计算机之间的通信。数据安全-表示层通过对数据进行加密与解密使得任何即使窃取了通信信道的人也无法得到机密信息、更改传输的信息或者在信息流中插入假消息。表示层能够验证信息源，也就是确认在一个通信会话中的一方正是信息源所代表的那一方。数据压缩-表示层也能够以压缩的形式传输数据，以最优化的方式利用信道。通过压缩从应用层传递下来的数据并在接收端回传给应用层之前解压数据来实现。,（1）数据表示在不同的计算机中，数据的表示方法是不一样的。这样，如果一台计算机与另一台计算机采用的数据格式不相同，就不能处理这些具有不同格式的数据了。这些数据的主要不同点是：字符编码-EBCDIC和ASCII是使用广泛的两种编码方式。但也存在着其它的编码方式。浮点数的格式-一个浮点数包含一个尾数域、一个指数域和一个符号标识。每个域用以某种顺序排列的一定长度的比特来表示，在单精度和双精度浮点数中，比特的长度分别为一个字长和两个字长。两种精度的数字使用比特的数目根据计算机不同而各异。数据表示的另外一个例子就是Web文档的格式。提交给Web浏览器的信息是以一种特殊的格式表示的。这些文档叫做HTML文档。HTML是一种基于文本的格式化语言，用来生成格式化文本。Web浏览器读取文档信息再以HTML指示的格式码显示出来。因为格式化及显示HTML文档的智能是内建在Web浏览中的，因此这些文档一般都比较小。,（2）数据安全网络中的数据安全也是表示层的功能之一。必须警惕下列三种威胁：未经授权就使用网络，包括使用假标识。使用假标识指的是假冒他人，即以A、他人身份登录到网络或发送信息。B、从网络中窃取数据（例如搭线窃听）C、在数据流中加入错误信息或从流中删除信息数据窃取和加入错误信息都是网络问题。但是可以通过在信源给数据加密，在信宿给数据解密的方式使这两种威胁减小。和数据本身一样，用来验证信息和给信息排序的头部数据也应该加密，这样就可以防止错误信息及信息的删除了。有各种各样的数据加密方法。一般使用密钥进行加密，即把信息中的比特、字节或字进行重