计算机网络教案全集.ppt

计算机网络,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,绪论,计算机网络课程的特点课程的基本内容学习要求主要参考书,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,一.计算机网络课程的特点,1.计算机网络技术在现代社会发展中的作用21世纪一个重要特征是：数字化、网络化与信息化；它的基础是支持全社会的、强大的计算机网络；计算机网络是当今计算机学科中发展最为迅速的技术之一，也是计算机应用中一个空前活跃的领域；计算机网络正在改变着人们的工作方式、生活方式与思维方式；网络技术发展与应用已成为影响一个国家与地区政治、经济、军事、科学与文化发展的重要因素之一。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,为什么网络会对人类社会生活中产生如此重大的影响？,社会学家指出：人类社会的生活方式与劳动方式从根本上说是具有群体性、交互性、分布性与协作性的；计算机网络的出现使人类这样一种本质的特征得到了充分的体现；计算机网络的应用可以大大地缩短人与人之间的时间与空间距离，更进一步扩大了人类社会群体之间的交互与协作范围；人们一定会很快地接受在计算机网络环境中的工作方式；计算机网络对社会的进步产生了不可估量的影响；,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,以Internet为代表的网络应用技术和高速网络技术使得网络技术发展到了一个更高的阶段；基于网络技术的电子政务、电子商务、远程教育、远程医疗与信息安全技术正在以前所未有的速度发展；我国信息技术与信息产业的发展，需要大批掌握计算机网络技术的人才；网络技术已经成为广大学生学习的一门重要课程，也是从事计算机应用与信息技术的研究、应用的专业技术人员应该掌握的重要知识。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2.网络技术是多学科交叉的产物，也是一门基础性课程,计算机网络是计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合而形成的一门交叉科学；计算机网络已经成为软件编程的基本环境；很多课程的学习是建立在学生掌握了网络知识的基础上的；计算机网络教学已经成为计算机专业学生学习的一门基础性的课程。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,3.网络课程教学的特点,网络技术经过几十年的发展，已经形成了自身比较完善的体系；目前网络技术发展十分迅速，应用广泛，知识更新快；网络课程的教学中应该注意：教学体系的组织如何反映出新的技术发展如何帮助同学掌握网络技术的基本知识与基本技能课堂教学与实验的结合。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,对于计算机专业学生学习的要求:,理解网络的最基本工作原理，掌握处理网络问题的基本方法;面对不断变化的网络技术，具有跟踪、继续学习的基础与能力。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,二.主要内容,第1章：计算机网络概论第2章：数据通信基础知识第3章：网络体系结构第4章：局域网第5章：广域网第6章：网络互连技术第7章：网络操作系统第8章：网络安全与网络管理技术第9章：宽带技术第10章：网络系统集成第11章：Internet与应用,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,全书分成6个学习单元：,第一单元：网络基本概念（第1章与第3章）主要内容：网络的基本概念、发展与应用网络体系结构与网络协议的基础知识第二单元：广域网技术基础（第2章、第5章）主要内容：数据通信基础知识广域网的物理层、数据链路层的基本概念与协议第三单元：局域网技术基础（第4章、第10章）主要内容：介质访问控制方法局域网、城域网技术的发展与应用交换局域网、虚拟局域网、网络集成,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,第四单元：TCP/IP协议基础（第6章、第7章）主要内容：TCP/IP协议的网络层、传输层与应用层网络互联分布式进程通信客户/服务器模型第五单元：网络安全技术基础（第8章）主要内容：网络安全技术研究的基本问题加密与认证入侵检测与防火墙技术网络防病毒、网络文件备份与恢复技术网络管理技术第六单元：宽带技术与Internet（第7章、第9章、第11章）主要内容：常见的网络操作系统宽带传输技术宽带接入技术Internet的接入及应用,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,本课程的组织基本遵循分层模型，但不拘泥于分层结构模型；以Internet技术与高速网络技术为主线，加入网络发展的最新内容；,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,三.与其他课程的关系,前期课程：计算机原理操作系统,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,四.主要参考书,刘远生，计算机网络，电子工业出版社，2005年全国计算机等级考试三级教程网络技术（2004年版）,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,五.考试方式,平时：30%作业、出勤期末考试（闭卷）70%,第1章,计算机网络概述,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,本章主要内容：,计算机网络的产生与发展网络的定义及常用网络概念网络的组成要素、网络的硬件系统和软件系统组成及其作用网络的拓扑结构及其特点网络的功能和分类网络的传输介质,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,1.1计算机网络的发展,计算机网络的发展经历了从简单到复杂、从单机到多机、从终端与计算机之间的通信到计算机与计算机之间的直接通信的演变过程。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,四个阶段：,(1)面向终端的计算机网络阶段(2)多机系统的互连阶段(3)标准化计算机网络阶段(4)网络互连和高速网络阶段,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,1.面向终端的计算机网络,第一代计算机网络-面向终端的计算机网络计算机网络形成和发展始于50年代中后期，发展过程也经过：具有通信功能的脱机系统,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,具有通信功能的联机系统,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,由一台主机通过MODEM连接远程的多台终端，够成多终端系统,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,用户可在自己的办公室内的终端上输入数据和程序，通过通信线路传输到中心计算机上，分时访问和使用其资源，进行信息处理，处理结果再通过通信线路送回用户终端显示和打印。该阶段就是将计算机技术与通信技术相结合实现了远距离的数据通信。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,第一代计算机网络的特点:,面向终端以主机为中心解决了多个用户共享主机资源的问题主机负担过重，通信的费用高终端无处理能力第一代计算机网络是由主机-通信线路-终端组成，只可算是计算机网络的“雏形”。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2.多机系统互连阶段,第二代计算机网络-多机系统互连形成以通信子网为中心的系统该阶段始于60年代后期，由多个多机系统互连在一起而形成(各计算机通过通信线路连接，相互交换信息，实现了互连的计算机之间的资源共享)，真正有了“网”的概念。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,它的出现使计算机网络的通信方式由终端与计算机之间的通信，发展到计算机与计算机之间的直接通信用户可把整个系统看作由若干个功能不同的计算机系统之集合而成。这就是第二代计算机网络，它比第一代面向终端的计算机网络的功能扩大了很多。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,美国的ARPA网就是最早的这种形式的代表。ARPA网是美国国防部高级研究计划局于1969年建成的，开始时有4个主机相连接，到1975年已经有100多台不同型号的大型计算机连于网内。它是一个典型的、也是全球第一个分组交换网。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,第二代计算机网络的特点：,以通信子网为中心数据处理与数据通信两功能分开使用分组交换技术网络对用户不是透明的第二代计算机网络是计算机网络的“形成与发展”阶段美国的ARPA网就是第二代网络的代表。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,3.标准化的计算机网络,第三代计算机网络-标准化的计算机网络该阶段始于70年代末，这是按照ISO提出的OSI参考模型为指导性标准构建的计算机网络。第三代计算机网络是计算机网络的“成熟”阶段。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,第三代计算机网络的特点：,网络体系结构的形成和网络协议的标准化建立全网统一的通信规则使计算机网络对用户提供透明服务,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,4.高速、综合化网络,第四代计算机网络-高速、综合化网络该阶段始于80年代末，相继出现了快速以太网、光纤分布式数字接口(FDDI)、快速分组交换技术(包括帧中继、ATM)、千兆以太网、B-ISDN等一系列新型网络技术，这就是高速与综合化计算机网络阶段。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,第四代计算机网络的特点：,高速（宽带）化业务综合化第四代计算机网络属于计算机网络的“继续发展”阶段Internet就是这一代网络的典型代表，已经成为人类最重要的、最大的知识宝库,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,高速化的特征：网络宽频带，低时延。光纤等高速传输介质，可实现高速率；快速交换技术可保证低时延。综合化：一个网中综合了多种媒体（语音、视频、图像、数据等）的信息。使用多媒体技术实现综合化。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,5.计算机网络的发展趋势,综合化、宽带化、智能化和个性化高速网络，宽带接入，高速交换网络，全光网络等曾经独立发展的电信网络、电视网络和计算机网络正在融合，进而将合而为一(即“三网合一”),2020/6/4,淮安信息职业技术学院,1.2计算机网络的一般概念,1.网络定义利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来、以功能完善的网络软件实现资源共享和信息传递的复合系统。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,计算机网络的基本特征：,具有共享能力各计算机自治(计算机自成系统)网络协议支持(管理、控制和通信)具有通信功能,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2.资源子网和通信子网,资源子网(用户子网)计算机系统组成终端控制器和终端设备和可供共享的数据库负责全网面向应用的数据处理工作功能向用户提供数据处理、存储、管理和输入输出能力,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,通信子网组成：通信硬件(通信设备和通信线路等)和通信软件功能：为网中用户共享各种网络资源提供必要的通信手段和通信服务,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,需要了解的概念,节点(Node)：就是由一条或多条通信线路连接的具有一定功能的设备。网络中的各主计算机、终端和通信设备等均可称为节点。网络节点有两类：访问节点、交换节点。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,两类节点,访问节点：也称为端节点，通常指计算机及附属设备和终端。交换节点：也叫转接节点，其作用是支持网络的连接并提供转发与交换功能，通过所连接的线路来交换信息，该类节点通常为通信设备。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,3.广域网、局域网和城域网,局域网（LAN，LocalAreaNetwork）传输距离有限：一般在10公里以内传输速率高，可达10Mbps以上误码率低一般用专线连接介质，协议，速度提高,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,广域网(WAN,WideAreaNetwork),传输距离广，一般在几十公里以上传输速率低一般租用公共通信线路广域网主要采用分组交换技术异构性，突发性，安全性，综合性,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,城域网(MAN,MetropolitanAreaNetwork),介于局域网与广域网之间。用于连接几十公里内的企业、机关的局域网。得到更高的数据传输速率。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,4.互连网,世界上有许多网络，而不同网络的物理结构、协议和所用的标准都各不相同。如果连接到不同网络的用户需要进行相互通信，就需要将这些不同的网络通过一种称为“中继系统”的设备连接起来，并由该“中继系统”完成相应的转换。这样，我们把由多个网络相互连接构成的复合网络称为互连网。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,5.公用网和专用网,就计算机网络的应用范围和管理性质来看，它可以分为公用网和专用网。公用网也叫通用网，一般由政府的电信部门组建、控制和管理。专用网通常是由某一部门、某一系统、某机关、学校、公司等组建、管理和使用的。多数局域网属于专用网。某些广域网也可用作专用网，如广电网、铁路网等。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,6.虚拟和透明,虚拟：如果一个事物或过程实际上并不存在，但却表现出来了，就象实际存在一样，这种属性就叫虚拟。如虚拟工作站、虚拟驱动器、虚拟终端、虚拟电路、虚拟网络等透明：如果一个事物或过程是实际存在的，但并没有表现出来，看似好象不存在一样，这种属性就叫透明。从用户的角度看，计算机网络通常提供透明的传输，使网络用户可以不必考虑网络的存在而访问网络的任何资源。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,7.联机多用户系统,该系统是为了充分利用昂贵的计算机资源而发展起来的,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,8.虚拟局域网与虚拟专用网,虚拟局域网(VLAN)是指利用网络软件和网络交换技术将跨越不同地理位置的一个或多个物理网段上的相关用户组成的一个逻辑工作组(逻辑网络)。VLAN是依赖网络软件建立起的逻辑网络，相当部分的VLAN是临时性的。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,虚拟专用网(VPN),依靠Internet服务提供者(ISP)和其他网络服务提供者(NSP)在公共网络中建立的专用的数据通信网。VPN可使用户利用公共网的资源将分散在各地的机构动态地连接起来，进行数据低成本的安全传输，这样既节省长途电话费用支出，又不再需要专用线路。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,1.3网络的功能和特点,1.计算机网络的功能资源共享信息传输集中管理均衡负荷和分布式处理综合服务和应用,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2.计算机网络的特点,可靠性：某子系统出现故障时，可由网内其他子系统代为处理独立性：网络系统中各相连的计算机系统各自既相互联系又相互独立可扩充性：可以很灵活地在网络中接入新的计算机系统高效性：网络信息传递迅速，系统实时性强，采用分布式操作廉价性：避免系统中的重复建设和重复投资，达到节省投资和降低成本透明性：如何利用网络高效而可靠地完成自己的任务易操作性：大多数用户感到使用方便，操作简单,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,1.4计算机网络的组成,1网络的基本要素：网络的基本三要素(硬件)包括网络端点设备、网络互连设备和网络传输介质。从系统功能角度看，计算机网络由资源子网和通信子网组成。资源子网中的设备通常又叫做数据终端设备DTE，通信子网中的设备通常又叫做数据通信设备DCE。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2从系统组成的角度看：,计算机网络由硬件部分和软件部分组成。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,计算机网络硬件系统,主计算机(HOST)作用:负责网络中的数据处理；执行网络协议；网络控制和管理；管理共享数据库。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,终端：用户访问网络的设备,功能：把用户输入的信息转变为适合传送的信息送到网络上；把网络上其他节点输出并经过通信线路接收的信息转变为用户所能识别的信息。虚拟终端：在进行网络设计时，无法对各种实际终端的复杂情况通盘考虑，而通常是按一个假设的、统一的标准终端来考虑。这种假设的标准终端就是虚拟终端。如下图所示：,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,通信控制处理机(CCP)：在某些网络中也叫前端处理机(FEP)、接口信息处理机(IMP)等。主要作用：承担通信控制和管理工作，减轻主机负担。调制解调器(MODEM)：一种数据传输和信号转换设备。借助于调制解调器，就可以进行远距离通信，便于实现多路复用。(5)多路复用器：利用多路复用器可实现在一条物理链路上同时传输多路信号，提高信道利用率。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,集中器：集中器用于在终端密集的地方，可以节省通信线路，提高线路利用率。集中器可由微型机或单片机担任。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,通信线路：通信线路是传输信息的载波媒体也称为通信信道，通信链路有线线路有双绞线、同轴电缆、光缆等无线线路有微波、卫星、红外线、激光等网络连接和互连设备网络连接设备有：中继器、集线器及各种线路连接器等网络互连设备有：网桥、路由器、交换机和网关等,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,计算机网络软件系统,网络软件：完成网络中的各种服务、控制和管理工作的程序。网络软件系统有：网络操作系统网络协议软件网络管理软件网络通信软件网络应用软件,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,1.5网络的分类和拓扑结构,1.计算机网络的分类按照网络的覆盖范围划分：广域网、城域网和局域网；按照网络的逻辑功能划分：资源子网和通信子网；按照网络的拓扑结构划分：星型网、总线型网、环型网、树型网和网型网等,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,按传输介质的种类划分：双绞线网、同轴电缆网、光纤网、卫星网和微波网等；按照网络的应用范围和管理性质划分公用网和专用网；按照网络的交换方式划分：电路交换网、分组交换网、ATM交换网等；,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2.网络拓扑结构,计算机网络拓扑的定义拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来。拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究了点、线、面之间的关系;计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系;计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型;拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,网络的拓扑结构对整个网络的设计、网络功能、网络可靠性、费用等方面有着重要的影响。常见的网络拓扑结构有星型、树型、总线型、环型和网型等。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,星型网络,组成：由中央节点与各站点通过传输介质连接而成。以中央节点为中心，实行集中式控制。该节点可能是转接设备，也可是主机.优点：控制简单、网络中的故障容易发现、在网络中通信量不大的情况下信息传输速度快。缺点：网络的共享能力差、网络的可靠性差、中心结点的负担过重，一旦中心结点出现问题就会导致整个网络瘫痪。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,总线型网络,组成：各站点通过相应的连接器连接到公共传输介质(总线)上，各站信息均在总线上传输，属广播式信道。特点：结构简单，扩充容易，可靠性较高；但控制复杂且时延不确定，受总线长度限制而使系统范围小，诊断维护较困难。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,环型网络,组成：各站点由传输介质连接构成闭合环路，数据在一个环路中单向传输。要双向传输时，必须有双环支持。特点：节省线路，路径选择简单；但故障诊断困难，不容易扩充，节点多时响应时间长。一个结点的故障会引起全网的故障.,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,其它类型,树型网络组成：多级星型，分级连接。特点：线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，故障隔离容易；但结构较复杂，传输延时较大。网型网络组成：节点间连线较多，各节点间都有直线连接时为全连通网，大多数连接不规则。特点：可靠性较高，节点共享资源容易，便于信息流量分配及负荷均衡，可选择较佳路径，传输延时小；控制和管理复杂，布线工程量大，建设成本高。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,1.6计算机网络的传输介质,常用的网络传输介质有很多种，可分为两大类：一类是有线传输介质，如双绞线、同轴电缆、光纤等；一类是无线传输介质，如微波信道和卫星信道等。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,1.双绞线,双绞线适于局域网和广域网，可传输数字信号和模拟信号。在广域范围一般可传输15km，但在以太LAN中最长为100m。双绞线可用于点到点传输，也可用于点到多点传输。双绞线分为非屏蔽式和屏蔽式两种。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,屏蔽式双绞线(STP)：通过屏蔽层减少相互间的电磁干扰。有三类和五类，带宽分别为16MHz和100MHz，常用于对辐射要求严格的场合。具有抗电磁干扰能力强、传输质量高等优点，但它也存在接地要求高、安装复杂、成本高的缺点。因此，屏蔽式双绞线的实际应用并不普遍。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,非屏蔽式双绞线UTP：通过对绞来减少或消除相互间的电磁干扰。有3类、4类和5类，带宽分别为16MHz、20MHz和100MHz，常用作局域网传输介质，长度为100米。具有成本低、易弯曲、易安装、适于结构化布线等优点。因此，在一般的局域网建设中被普遍采用。但它也存在传输时有信息辐射、容易被窃听的缺点。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2.同轴电缆,同轴电缆有两种基本类型：基带同轴电缆和宽带同轴电缆，它们的线间特性阻抗分别为50和75。宽带同轴电缆可用于频分多路复用模拟信号的传输，也用于数字信号的传输。较基带同轴电缆传输速率高，距离远(几十km)，但成本也高。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,基带同轴电缆一般只用来传输基带信号，因此较宽带同轴电缆经济，适合距离较短、速度要求较低的局域网。基带同轴电缆又可分为粗缆和细缆。粗、细缆基本线段最长要求分别为500m和200m，信息传输距离最远分别为2500m和1000m。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,3.光纤,光纤：是目前发展最为迅速、应用广泛的传输介质。它是一种能够传输光束的通信媒体。一根或多根光纤组合在一起形成光缆。光纤就是利用光学原理传输信息的。光纤可分成多模光纤和单模光纤：多模光纤可传输多个光信号，而单模光纤线径小，只能传输一种光信号。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,光信号光纤传输的理论一般有两种：射线理论和模式理论。射线理论是把光看作射线，引用几何光学中反射和折射原理解释光在光纤中传播的物理现象。模式理论则把光波当作电磁波，把光纤看作光波导，用电磁场分布的模式来解释光在光纤中的传播现象。这种理论相同于微波波导理论，但光纤属于介质波导，与金属波导有区别。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,光纤的特点：频带宽，传输速率高传输距离远，抗冲击和电磁干扰性能好数据保密性好损耗和误码率低，可传输多种媒体的信息连接和分支困难、工艺和技术要求高,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,4.无线电波,无线电波可分为短波和微波。短波信号频率较低，传输时通信质量较差。计算机网络中使用的无线介质主要是微波。微波是一种频率很高的电磁波。根据微波传输距地面的远近可分为地面微波信道和空间微波信道。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,地面微波信道的特点：频带宽、信道容量大初建费用低、建设速度快、应用范围广保密性能差、抗干扰性能差等,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,卫星信道的特点：通信容量极大、传输距离远、受自然环境影响大、一次性投资大、传输距离与成本无关,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,下课了。,休息一会儿。,第2章,数据通信基础知识,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2.1数据通信系统,1.通信系统模型通信系统组成三要素：信源、信宿和信道,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,信源:信源就是信息的发送端，是发出待传送信息的人或设备信宿:信宿就是信息的接收端，是接收所传送信息的人或设备大部分信源和信宿设备都是计算机或其他数据终端设备,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,信道-传输信息的通道。它是由通信线路为基础的、能够传输数据的通道。有线信道：由有线传输介质构成的信道无线信道：由无线传输介质构成的信道数字信道：可直接传输二进制信号或经过编码的二进制数据的信道,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,信号变换器：作用是将信源发出的信息变换成适合在信道上可靠传输的信号。对应不同的信源和信道,信号变换器有不同的组成和变换功能。发送端的信号变换器可以是编码器或调制器，接收端的信号变换器相对应的就是译码器或解调器。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,模拟信道：可传输连续变化的信号或二进制数据经过调制后得到的模拟信号的信道编码器：把输入的信号作相应的变换，以便于在信道中传输或在接收端正确识别信号。调制器：把信源或编码器输出的二进制脉冲信号变换成模拟信号，以便在模拟信道上进行远距离传输。译码器和解调器分别相应地做编码器和调制器的逆向工作。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,数据通信中有两类编码：信源编码和信道编码。信源编码：目的是将来自信源的信号作相应的编码变换后，便于在信道上传输。信道编码：目的是将要传输到信道上的信号编码变换后降低误码率，提高传输质量。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,噪声源：一个通信系统客观上是不可避免地存在着噪声干扰的，而这些干扰分布在数据传输过程的各个部分。为分析或研究问题方便，通常把它们等效为一个作用于信道上的噪声源。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2数据通信的基本概念,1.数据、信息和信号2.数据通信、数字通信和模拟通信4.数据通信的主要技术指标5.数据通信方式6.数据通信过程,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,（1）数据、信息和信号,数据：由数字、字符和符号等组成，是信息的载体。它没有实际含义，总是和一定的形式相联系。信息：是数据的具体内涵和解释，有具体含义。信息是数据经过加工处理(说明或解释)后得到的，即信息是按一定要求以一定格式组织起来的、具有一定意义的数据。数据是信息的表示形式，信息是数据形式的内涵。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,信号：数据的具体物理表示，具有确定的物理描述，如电压、磁场强度等。在数据通信系统中，要进行数据传输，总是要借助于一定的物理信号来完成，如电信号或光信号。电磁信号一般有模拟信号和数字信号两种形式。模拟数据或数字数据都可以通过编码形成两种信号(模拟信号和数字信号)中的任何一种信号。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,（2）数字通信和模拟通信,数据通信：指信源和信宿之间传送数据的通信形式。数据通信就是利用通信系统对各种数据信号进行变换、处理和传输的过程。因此，计算机与计算机、计算机与终端之间的通信及计算机网络中的通信主要是数据通信。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,数字通信：信道中传送数字信号的通信形式模拟通信：信道中传输模拟信号的通信形式二者的区别：两种通信强调的是信道中传输的信号形式，也即强调的是信道的形式。前者是数字信道，后者是模拟信道。至于信源发出和信宿接收的信号可以是数字信号、模拟信号或其他形式的信号。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,数字通信和数据通信是两个不同的概念,前者强调的是信道的形式或信道中传输的信号的形式，而后者强调的是信源与信宿之间传输的信息形式。数字信号并非一定要用数字通信系统来传输，数字信号经D/A转换后，即可在模拟通信系统传输。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,数字通信系统比模拟通信系统有突出的特点:,便于差错控制：由编码/译码器进行信道编码；便于保密通信：对基带信号进行加密，接收端解密，用于保密通信；便于同步：数字信号按节拍传输，容易做到时钟同步；便于信号再生重传：远距离传输时，中继器可将数字信号再生恢复成“0”和“1”标准电平后，继续重传；增强抗干扰能力：离散的数字信号容易使小的噪声和干扰信号不起作用，有效地抑制干扰信号，增强抗干扰能力；但数字通信的这些优点都是以牺牲带宽为代价换取的；,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,3.数据通信的主要技术指标,数据通信的主要技术指标有数据传输速率、传输延迟、信道带宽、信道容量、数据传输的误码率等，这些指标是衡量数据传输的有效性和可靠性的参数。有效性主要由数据传输速率、传输延迟、信道带宽和信道容量等指标来衡量。可靠性一般用数据传输的误码率指标来衡量。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,(1)数据传输速率,数据传输速率是指单位时间内传输信息量的多少。它是衡量数据传输有效性的主要指标。数据传输速率通常用波特率和比特率来表示。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,波特率:是指单位时间内传输码元的个数，单位为波特(Baud)。每个码元表示一个波形或一个电平。波特率又叫调制速率、码元速率。调制速率是指信号经过调制后的传输速率，表示调制后信号每秒钟变化的次数。若用T(秒)表示调制周期，则波特率为：Rs1/T(Baud)可见，1波特表示每秒钟传送一个码元,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,比特率：指单位时间内传输二进制码的位数(记为b/s或bps)，也叫信息速率。比特率公式：Rb(1/T)log2N(bps)式中T为传输的脉冲信号周期，N为脉冲信号所有可能的状态数，Rb为比特率。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,例:在传输语音或图象信息的64Kbps的数字信道上，若传真机将每英寸数字化为300个像素，每个像素用4比特表示，问该信道以传真方式传输一幅8*10英寸的图像需要多少时间？t=8*10*300*4/64k,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,误码率：二进制码在传输过程中出现错误的概率。它是衡量通信系统在正常情况下传输可靠性的指标。误码率计算公式为：PeNe/N式中Ne表示被传错的码元数，N表示传输的二进制总码元数，Pe为误码率，即错误接收的码元数在所传输的总码元数中所占的比例。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,传输延迟：是指由于各种原因的影响，而使系统信息在传输过程中存在着不同程度的延误或滞后的现象。信息的传输延迟时间包括发送和接收处理时间、电信号响应时间、中间转发时间和信道传输时间等。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,(2)信道带宽和信道容量,信道带宽是指通信系统传输信息的信道具有的最大频率范围。信道容量是指单位时间内信道所能传输的最大信息量，它表征信道的传输能力。信道容量有时也表示为单位时间内最多可传输的二进制数的位数(b/s),2020/6/4,淮安信息职业技术学院,奈奎斯特准则在理想信道情况下，信道的容量为：C2Flog2N式中F为信道带宽，N为信号的状态个数，C为信道容量(最大传输速率)，即每秒所能传输的最大比特数为：C2Flog2N(bps),2020/6/4,淮安信息职业技术学院,4.数据通信过程,通信线路的建立阶段数据传输链路的建立阶段数据及控制信息的传输阶段数据传输链路的拆除阶段通信线路的拆除阶段,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2.2通信方式,1并行通信和串行通信在计算机内部各部件之间、计算机与各种外部设备之间、计算机与计算机之间，按信息传输的时空顺序不同存在两种通信方式：并行通信和串行通信。并行通信：通常用于计算机内部各部件之间或近距离设备之间的数据传输。串行通信：常用于计算机与计算机或计算机与终端之间远距离的数据传输。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2单工通信、半双工通信和全双工通信,数据在通信线路上传输是有方向的。根据数据在线路上的传输方向和特点，有单工通信、半双工通信和全双工通信三种通信方式。单工通信：在通信线路上，数据只可按一个固定的方向传送而不能进行相反方向传送的通信方式。例如广播、遥控通信。半双工通信：数据可以双向传输，但不能同时进行，在任一时刻只允许在一个方向上传输主信息的通信方式。全双工通信：可同时双向传输数据的通信方式。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,3点到点通信和广播式通信,在数据通信系统中，根据发送端和接收端的连接方式及信息传输信道区分，相应地有点到点通信和广播式通信的通信方式。点到点通信：是由一条通信线路把两个DTE连接起来构成的通信方式，也叫端到端式通信。广播式通信：是指系统中多个端点共享一个通信信道，一个端点发出信息，其他端点接收信息的通信方式。该通信方式中的信息是单向传输的。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2.3数据传输技术,1.基带传输、频带传输和宽带传输基带传输基带信号：由计算机或终端等数字设备产生的、未经调制的数字数据相对应的原始信号(方波脉冲)。基带信号通常呈矩形波形式，它所占据的频率范围通常从直流到高频的频谱，范围宽。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,基带：基带信号所占有的频率范围基带信道：与基带信号频谱相适应的信道基带传输：在基带信道中直接传输这种基带信号的传输方式。基带传输的特点：基带通信是一种最简单、最基本的传输方式，它适合于传输各种速率要求的数据。基带传输过程简单，设备费用低，适合于近距离传输。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,(2)频带传输：频带信号：基带信号变换(调制)成的便于在模拟信道中传输的、具有较高频率的信道信号。频带传输：在信道中传输频带信号的传输方式。在远距离传输中通常不采用基带传输而采用频带传输方式。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,(3)宽带传输宽带是指比音频带宽更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱。利用宽带进行的传输称为宽带传输。宽带传输系统可以是模拟或数字传输系统，它能够在同一信道上进行数字信息和模拟信息传输。宽带传输系统可容纳全部广播信号，并可进行高速数据传输。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,在局域网中，存在基带传输和宽带传输两种方式。基带传输的数据速率比宽带传输速率低。一个宽带信道可以被划分为多个逻辑基带信道。宽带传输能把声音、图像、数据等信息综合到一个物理信道上进行传输。宽带传输采用的是频带传输技术，但频带传输不一定是宽带传输。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2.信源编码技术,信源编码是把从信源或其他设备输出的数据作相应的变换，其目的就是使之便于在相应的信道上有效地传输。模拟数据可以用模拟信号载荷，也可以用数字信号载荷；同样，数字数据可以用数据信号载荷，也可以用模拟信号载荷。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,这样就构成了四种方式，所对应的四种数据信息编码为：模拟数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码数字数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,3.多路复用技术,多路复用：利用一条物理信道同时传输多路信息的过程。这是共享信道的应用。多路复用技术能把多个信源信号组合在一条物理信道上传输，使多个计算机或终端设备共享信道资源，提高信道的利用率。多路复用技术通常有频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用和码分多路复用等。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,(1)频分多路复用(FDM),频分多路复用：就是将具有一定带宽的信道分割为若干个有较小频带的子信道，每个子信道供一个用户使用。这样在信道中就可同时传送多个不同频率的信号。采用频分多路复用时数据在各子信道上是并行传输的。由于各子信道相互独立，故一个信道发生故障时不会影响其他信道。被复用的信号是模拟的，但信源信号可以是模拟的，也可以是数字的。不同的信号在进入频分复用信道前要做相应变换，使之成为模拟信号。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,(2)时分多路复用(TDM),时分多路复用：是将一条物理信道的传输时间分成若干个时隙，把这些时隙轮流地给多个信号源使用，每个时隙被复用的一路信号占用。这样，当多路信号准备传输时，一个信道就能在不同的时隙传输多路信号。时分多路复用实现的条件是信道能达到的最高传输速率超过待传输的各路信号的传输速率之和。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,4.同步技术,同步：统一收发两端动作、保持收发步调一致的过程。接收方按照发送方发送信息的重复频率和起止时间来接受数据。数据通信系统能否可靠而有效地工作，在很大程度上依赖于是否能很好实现同步。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,同步形式：位同步、字符同步和帧同步。常用的数据传输的同步方式有异步式同步和同步式同步。两者的区别在于发送端和接收段的时钟是独立的还是同步的。前者有位同步和字符同步形式，后者有位同步、字符同步和帧同步形式。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,异步传输是指同一个字符内相邻两位的间隔是固定的，而两个字符间的间隔是不固定的，即所谓字符内同步，字符间异步。异步传输是面向字符的，每个字符独立传输。异步式同步方式又称起止式同步。异步传输不需在发收两端间传输时钟信号，实现简单，但传输效率较低。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,同步传输可以面向字符，也可以面向比特。面向字符时数据以字符为单位传输，多个字符构成一个字符组(串)，由一个或几个同步字符(如SYN)为组头和组尾做同步标识；接收方识别出SYN后，即可接收数据组，直至组尾。面向比特时，数据由任意比特组成数据块(帧)，在每个数据块的前后加上起始和结束标志序列(0111110)，以固定时钟节拍串行发送数据。接收端要建立与发送端一样的时钟，才可便于实现同步。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,同步传输时，发送端以固定的时钟信号频率串行发送数据，每比特与时钟严格对应；因接收端有与之一样的时钟，接收端可从接收的数据中区分出每个比特，达到同步目的。远距离传输时，接收端可从数据流中提取同步时钟，从而实现位同步，这就是内同步或自同步。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,两种传输方式的比较,异步传输方式不需要在发送端和接收端之间传输时钟信号，而是靠它的起始位和停止位来确定的。因此实现简单，控制容易，如果出现错误，只需重发一个字符即可，但传输效率较低，开销大。适于低速率场合。同步传输方式的传输效率高，开销小，但收发双方需建立同步时钟，实现和控制比较复杂；在传输的数据中有一位出错，就必须重新传输整个数据块。同步传输方式适合于高速场合。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2.4数据交换技术,1.数据交换的概念数据交换是指在任意拓扑结构的通信网络中，通过网络节点的某种转换方式实现任意两个或多个系统之间的连接。数据交换是多节点网络中实现数据传输的有效手段。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,数据交换通过中间网络实现，这个中间网络只为数据从一个节点到另一个节点直至到达目的点提供交换的功能。这个中间网络也叫交换网络，组成交换网络的节点叫交换节点，一般的交换网络都是通信子网。按交换原理区分，数据交换有线路交换、存储交换和混合交换。而具体实现的交换技术有：线路交换、报文交换、报文分组交换、ATM交换、帧中继交换等。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2.线路交换,线路交换是数据通信领域最早使用的交换方式,多用于电话网络交换。线路交换就是要通过中间交换节点在两个站点之间建立一条专用的通信线路。利用线路交换进行通信包括建立线路、传输数据和拆除线路三个阶段。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,三个阶段,建立线路：源点向网络发送带目的点地址的请求连接信号。该信号先到达连接源点的第一个交换节点，该节点根据请求中的目的点地址，按一定的规则将请求传送到下一个节点；依此类推，直到目的点。目的点接到请求信号后，若同意通信，从刚才的来路返回一个应答信号，此时，源木节点之间的线路即已建成。传输数据：源点在已建立的线路上发送数据和控制信息，直至全部发送完毕。拆除线路：源点数据发送完毕，且目的点也正确接收完毕，就可由某一点提出拆线请求，拆除原来建立的线路。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,线路交换方式的特点,用户可以以固定的速率传输数据；中间节点也不对数据进行其他缓冲和处理；数据不丢失、不乱序，传输可靠，传输实时性好，透明性好；线路建立时间延迟较大，传输效率较低；线路建立后即为专用线路，线路利用率低；不具备数据存储和差错控制能力；,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,3.存储交换,存储交换的过程(原理)是：交换节点将输入的信息先在存储区暂存，并对存储的信息进行处理，待指定输出线空闲时，再分别将信息转发出去。交换设备可控制输入信息存入缓冲区等待出口的空闲，接通输出并传送信息。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,存储交换方式的特点,具有均衡负荷、不需建立线路线路利用率高、差错控制、灵活性好实时性不好，网络传输延迟大适用于对一些实时性要求不高(如计算机数据处理)的场合,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,(1)报文交换,报文交换过程：发方把待传送的正文信息再加上相应的控制信息形成一份份报文；再以报文为单位送到各节点；交换节点在接收报文后进行缓存和必要的处理；待指定输出端线路和下一节点空闲时，再将报文转发出去，直到目的节点；目的节点将收到的各份报文中的正文信息交付给收端DTE。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,报文交换方式是以报文为单位交换信息。每个报文包括三部分：报头、报文正文和报尾。报头通常由报文编号、发送端地址、接收端地址及报文起始、数据起始和结束标志等控制信息组成。报尾通常包括差错控制信息等。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,(2)报文分组交换,报文分组交换简称分组交换(包交换)。报文分组交换方式是把信息正文再分成若干个正文组，每个组再加上相应的头部和尾部控制信息，就形成了报文分组，在线路和节点上是以报文分组为单位进行存储、处理和转发的。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,与报文交换相比，报文分组交换有如下特点：利用节点主存进行存储转发，不需访问外存，处理速度加快，降低了传输延迟；较短的信息分组，其下一节点和线路的响应时间也较短，可提高传输速率；短信息传输中出错的概率小，即使有差错重发的也只是一个分组，提高了传输效率；,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,分组交换的数据报形式可使多个分组在网络的不同链路上并发传送，提高传输效率和线路利用率；可大大降低对节点存储容量的要求。分组交换要进行组包、拆包和重装过程，增加了报文的加工处理时间。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,报文分组交换技术是由数据报分组和虚电路分组两种传输方式实现的。数据报传输是一种面向无连接的传输方式；虚电路传输是一种面向连接的传输方式。,2020/6/4,淮安信息职业技术学院,数据报分组交换：数据报传输类似于邮政系统的信件投递。每个分组都携带完整的源、目的节点的地址信息，独立地传输。每经过一个中间节点时，都要根据目标地址、