计算机网络技术实用教程)第一章课件

1、第1篇 计算机网络基础知识本章学习目标本章学习目标本章主要讲解计算机网络的基础知识。通过本章的学习，读者本章主要讲解计算机网络的基础知识。通过本章的学习，读者应掌握以下内容：应掌握以下内容：计算机网络的定义、发展简史计算机网络的定义、发展简史计算机网络的组成及主要功能计算机网络的组成及主要功能计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑结构计算机网络的分类计算机网络的分类计算机网络通信基础计算机网络通信基础计算机网络标准及通信协议计算机网络标准及通信协议计算机网络新技术计算机网络新技术1.1 计算机网络1.1.1 什么是计算机网络凡将地理位置不同，并具有独立功能的多台计算机系统通过通信设备和线路连接起来，

2、并通过功能完善的网络软件实现在网络中资源共享的系统，称为计算机网络系统。计算机网络系统由网络硬件和网络软件两部分组成。网络硬件有计算机网络系统由网络硬件和网络软件两部分组成。网络硬件有计算机（服务器、工作站）、网络接口卡、通信介质以及各种网络互计算机（服务器、工作站）、网络接口卡、通信介质以及各种网络互联设备。网络软件有网络操作系统和网络协议软件。如图联设备。网络软件有网络操作系统和网络协议软件。如图1-1所示给所示给出了一个计算机网络的图例。出了一个计算机网络的图例。计算机网络是计算机技术和通信技术紧密结合的产物。计算机网络系统是由网络操作系统、用以组成计算机网络的多台计算机，以及各种通信设

3、备构成的。1.1.2 计算机网络发展简史计算机网络发展简史在计算机发展史中，计算机技术的发展史中，计算机技术的发在计算机发展史中，计算机技术的发展史中，计算机技术的发展对人类的影响主要体现在三个阶段。展对人类的影响主要体现在三个阶段。 第一个阶段是第一个阶段是1946年，第一代计算机的诞生在人类科学发展年，第一代计算机的诞生在人类科学发展史上是一个重要的里程碑。在机械化、电气化时代，人们用机器代史上是一个重要的里程碑。在机械化、电气化时代，人们用机器代替了部分的体力劳动，而计算机的诞生，使得人们可以用它部分地替了部分的体力劳动，而计算机的诞生，使得人们可以用它部分地代替人的脑力劳动。代替人的脑

4、力劳动。 第二个阶段是第二个阶段是20世纪世纪80年代微型计算机的出现，改变了主机模式年代微型计算机的出现，改变了主机模式的集中管理和运行方式，把强大的计算和处理能力交到了个人手里，的集中管理和运行方式，把强大的计算和处理能力交到了个人手里，这为各行各业普遍使用计算机奠定了基础。计算机的普及也正是从计这为各行各业普遍使用计算机奠定了基础。计算机的普及也正是从计算机的出现开始的算机的出现开始的 第三个阶段是网络的出现，人们称网络就是计算机，深刻地第三个阶段是网络的出现，人们称网络就是计算机，深刻地反映了网络在计算机发展史中极为重要的作用和影响。反映了网络在计算机发展史中极为重要的作用和影响。到目

5、前为止，到目前为止，Internet的发展经历了三个阶段，逐渐走向成熟。从的发展经历了三个阶段，逐渐走向成熟。从1969年年Internet的前身的前身ARPANET的诞生到的诞生到1983年，这是研究试验阶段；年，这是研究试验阶段；主要是进行网络技术的研究和试验；从主要是进行网络技术的研究和试验；从1983年到年到1994年是年是Internet的实的实用阶段，它是作为用于教学、科研和通信的学术网络。从用阶段，它是作为用于教学、科研和通信的学术网络。从1994年以后，年以后，Internet开始进入商业化阶段，政府部门、商业企业以及个人开始广泛开始进入商业化阶段，政府部门、商业企业以及个人开

6、始广泛使用使用Internet。Internet也正面临着多种挑战，包括网络的频宽和可扩也正面临着多种挑战，包括网络的频宽和可扩展性、网络的安全性、网络的服务质量、多种新的网络应用需求以及引展性、网络的安全性、网络的服务质量、多种新的网络应用需求以及引发的商业、文化和社会问题。美国为此启动了两个项目，一个是下一代发的商业、文化和社会问题。美国为此启动了两个项目，一个是下一代Internet，即，即NGI，另一个是，另一个是Internet2，以迎接网络时代所面临的挑战。，以迎接网络时代所面临的挑战。1.1.3 计算机网络的组成及主要功能1计算机网络的组成客户机。客户机是网络中请求其他计算机上的

7、资源或服务的计算机。在有些情况下，它也可以充当服务器。术语“客户机”也可以指客户机工作站的使用者。服务器。网络上管理共享资源的计算机。通常，服务器比客户机拥有更强的处理能力、更多内存和硬盘空间。服务器上运行的网络操作系统不仅可以管理网络上的数据，而且可以管理用户、用户组、安全和应用程序。工作站。工作站是桌面计算机，它也许会连接到某网络上，也许没有。大多数客户机是工作站计算机。网络接口卡（网络接口卡（NIC）。网络接口卡（简称网卡）是使工作站连接到网络，）。网络接口卡（简称网卡）是使工作站连接到网络，并与网络中其他计算机相互通信的设备。各家生产的网络接口卡规格不并与网络中其他计算机相互通信的设备

8、。各家生产的网络接口卡规格不一样，但都满足网络和工作站的需求。由于不同的一样，但都满足网络和工作站的需求。由于不同的PC和网络需要不同类和网络需要不同类型的网络接口卡，所以不能想当然地认为在某工作站上运行正常的网络型的网络接口卡，所以不能想当然地认为在某工作站上运行正常的网络接口卡在别的工作站上也能照样运行。接口卡在别的工作站上也能照样运行。网络操作系统（网络操作系统（NOS）。网络操作系统运行在服务器上，使服务器具有）。网络操作系统运行在服务器上，使服务器具有管理数据、用户、用户组、安全、应用程序以及其他网络的功能。现在最管理数据、用户、用户组、安全、应用程序以及其他网络的功能。现在最流行的

9、网络操作系统是流行的网络操作系统是Windows Server 2003、Linux以及以及UNIX。主机。主机是管理共享资源的服务器。主机。主机是管理共享资源的服务器。节点。节点是网络中由常称作网络地址的惟一数字标识的客户机、服节点。节点是网络中由常称作网络地址的惟一数字标识的客户机、服务器或其他设备。务器或其他设备。拓扑结构。拓扑结构指的是计算机网络的物理布局。网络拓扑应根据拓扑结构。拓扑结构指的是计算机网络的物理布局。网络拓扑应根据组织的需求、所拥有的硬件和技术人员的不同而变化。通常，网络拓组织的需求、所拥有的硬件和技术人员的不同而变化。通常，网络拓扑结构有环型、总线型或星型，或以上三种

10、的混合模型。网络拓扑结扑结构有环型、总线型或星型，或以上三种的混合模型。网络拓扑结构会在构会在1.2节中详细介绍。节中详细介绍。协议。协议是网络传输数据的规则。协议保证数据正确地依次从协议。协议是网络传输数据的规则。协议保证数据正确地依次从网络中一个节点传送到其他节点。为有效地维护和管理网络，必网络中一个节点传送到其他节点。为有效地维护和管理网络，必须对网络协议有深刻的理解。须对网络协议有深刻的理解。数据包。数据包是从网络上某台计算机传送到其他计算机的分散的数据数据包。数据包是从网络上某台计算机传送到其他计算机的分散的数据单元。数据包也被称作数据报、协议数据单元（单元。数据包也被称作数据报、协

11、议数据单元（PDU）、帧或信元。）、帧或信元。编址。编址是给网络中每台工作站和设备分配惟一标识数字的方案。编址。编址是给网络中每台工作站和设备分配惟一标识数字的方案。具体使用何种编址方案依赖于网络协议和网络操作系统。网络中每具体使用何种编址方案依赖于网络协议和网络操作系统。网络中每台计算机都应该有一个惟一的地址，这样才可能保证数据在计算机台计算机都应该有一个惟一的地址，这样才可能保证数据在计算机间可靠地传送。间可靠地传送。传输介质。传输介质是真正承载数据流动的介质。传输介质可以是物传输介质。传输介质是真正承载数据流动的介质。传输介质可以是物理上可以看得到的介质，比如电缆或电话线，也可以是物理上

12、看不见理上可以看得到的介质，比如电缆或电话线，也可以是物理上看不见的介质（无线介质），比如无线电波。图的介质（无线介质），比如无线电波。图1-2是几种介质的示例图。是几种介质的示例图。2计算机网络的主要功能（1）共享资源。建立计算机网络的主要目的在于实现“资源共享”，共享资源除了共享数据信息资源，还可利用计算机网络共享主机设备。（2）数据通信。利用计算机网络可以实现计算机用户相互间的通信，如通）数据通信。利用计算机网络可以实现计算机用户相互间的通信，如通过网络上的文件服务器交换信息和报文、收发电子邮件、相互协同工作等。过网络上的文件服务器交换信息和报文、收发电子邮件、相互协同工作等。这些对办公

13、室自动化、提高生产率起着十分重要的作用。随着这些对办公室自动化、提高生产率起着十分重要的作用。随着Internet在世在世界各地的风行，传统的电话、电报、邮递等通信方式受到很大冲击，电子邮界各地的风行，传统的电话、电报、邮递等通信方式受到很大冲击，电子邮件、件、BBS已为人们广泛接受，视频会议等各种通信方式正在迅速发展。已为人们广泛接受，视频会议等各种通信方式正在迅速发展。（3）分布式数据处理。在获得数据和需进行数据处理的地方设置计算机，把数据处理的功能分散到各台计算机上，利用网络环境来实现分布处理，如建立性能优良、可靠性高的分布式数据库系统。1.2 计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑结构 组建

14、局域网时应根据网络安装的费用、网络的灵活性和可组建局域网时应根据网络安装的费用、网络的灵活性和可靠性来选择网络中各节点相互连接的结构类型，即网络的拓扑靠性来选择网络中各节点相互连接的结构类型，即网络的拓扑结构。组建局域网的拓扑结构有很多种，其中最常见的有星型结构。组建局域网的拓扑结构有很多种，其中最常见的有星型（Star）网络拓扑结构、总线型（）网络拓扑结构、总线型（Bus）网络拓扑结构和环型）网络拓扑结构和环型（Ring）网络拓扑结构。）网络拓扑结构。 1.2.1 总线型网络拓扑结构总线型网络拓扑结构 总线结构是比较普遍采用的一种方式，它将所有的入网计算机总线结构是比较普遍采用的一种方式，它

15、将所有的入网计算机均接入到一条通信线上，为防止信号反射，一般在总线两端连有终均接入到一条通信线上，为防止信号反射，一般在总线两端连有终结器匹配线路阻抗。在图结器匹配线路阻抗。在图l-3所示的总线型网络拓扑结构中，文件所示的总线型网络拓扑结构中，文件服务器和所有工作站都连在一条主干电缆上。这种拓扑类型的典型服务器和所有工作站都连在一条主干电缆上。这种拓扑类型的典型例子是以太网。例子是以太网。总线型网络拓扑结构的特点主要表现在以下几个方面。总线型网络拓扑结构的特点主要表现在以下几个方面。线路利用率高：由于多个节点共用一条传输线路，因此线路利用率较高。线路利用率高：由于多个节点共用一条传输线路，因此

16、线路利用率较高。地理覆盖范围小：公用总线的长度受到一定的限制，通常小于几千米，地理覆盖范围小：公用总线的长度受到一定的限制，通常小于几千米，节点至总线的连接线也较短，因此一般局限于某个单位。节点至总线的连接线也较短，因此一般局限于某个单位。传输速率高：可利用高速信道来连接多个节点，其传输速率可达到传输速率高：可利用高速信道来连接多个节点，其传输速率可达到100Mbps或更高。或更高。网络建造容易：由于网络的物理结构简单，将节点连接到总线上也容易，网络建造容易：由于网络的物理结构简单，将节点连接到总线上也容易，相应的传输控制机构也简单，因此网络建造容易。相应的传输控制机构也简单，因此网络建造容易

17、。1.2.2 星型网络拓扑结构 星型网络拓扑结构是以一个节点为中心的处理系统，各种类型的入网机器均与该中心节点有物理链路直接相连，节点间不能直接通信，需要通过该中心节点转发，因此中心节点必须有较强的功能和较高的可靠性。如图1-4所示 星型网络拓扑结构的特点主要表现在以下几个方面。星型网络拓扑结构的特点主要表现在以下几个方面。功能高度集中：整个网络的处理和控制功能高度集中在中心节点。功能高度集中：整个网络的处理和控制功能高度集中在中心节点。响应时间与终端数目有关：当终端数目较少时，终端的请求能够获得响应时间与终端数目有关：当终端数目较少时，终端的请求能够获得及时响应，但随着终端数目的增多，响应时

18、间也随之加长。及时响应，但随着终端数目的增多，响应时间也随之加长。单信息流通路径：每个终端通常只有一条信息流通路径到达单信息流通路径：每个终端通常只有一条信息流通路径到达中心节点，反之亦然，因此不存在路径选择问题。中心节点，反之亦然，因此不存在路径选择问题。线路利用率低：每条通信线路只连接一个终端，使该线路利用率不高。线路利用率低：每条通信线路只连接一个终端，使该线路利用率不高。可扩充性差：星型网络由于受到硬件接口和软件功能的限制，因而可扩充可扩充性差：星型网络由于受到硬件接口和软件功能的限制，因而可扩充性较差。性较差。1.2.3 环型网络拓扑结构环型网络拓扑结构在如图在如图1-5所示的环型网

19、络拓扑结构中，信号沿一个方向在闭合环路电所示的环型网络拓扑结构中，信号沿一个方向在闭合环路电缆中传播。网上传输的数据中都赋有一个具体地址，该地址也是网上某缆中传播。网上传输的数据中都赋有一个具体地址，该地址也是网上某站点的地址。站点的地址。环型网络拓扑结构的特点主要表现在以下几个方面。传输时延的确定性：从某源点发出的信息能在确定的时间内到达目标节点。基于这一特点，可构成实时性要求较高的网络。可靠性差：当环路上任何一个转发器或者两个转发器之间的连线发生故障时，将导致整个网络的瘫痪，因此，基本环型网络是不可靠的。灵活性差：无论在增加或是减少网络节点时，都需要断开原有环路，并对介质访问控制进行调整。

20、网络建造容易：由于网络中的每个转发器都只与相邻的两个转发器相连接，这使网络结构简单，且介质访问控制也不复杂，所以网络建造比较容易。1.2.4 网络型网络拓扑结构网络拓扑结构分为全连接网状型和不完全连接网状型两种形式。在全连接网状型中，每一个节点和网中其他节点均有链路连接。在不完全连接网型中，两节点之间不一定有直接链路连接，它们之间的通信，可以依靠其他节点转接。最能容错的网络拓扑结构是网络型拓扑结构，在这种拓扑结构中，网络中的每个节点都能连接到其他节点上，如图1-6所示。网络型拓朴结构的最大优点是单一节点或者电缆区段的故障不会引起网络崩溃。当某个电缆区段出现故障时，数据能够通过其他节点重新确定线

21、路，并到达最终的目的地。因而，这种拓扑结构具有较强的容错（Fault Tolerant）能力。但是，网络型拓扑实现起来成本非常高，布线也很麻烦。一般地，网络型拓扑仅用于大型系统，例如帧中继、ATM或者其他分组交换网络。在这些网络中，成本相对性能和容错退居到次要位置。1.2.5 混合型网络拓扑结构以上介绍的是最基本的网络拓扑结构，在组建局域网时常采用星型、环型、总线型和树型结构。树型和网络型结构在广域网中比较常见。但是在一个实际的网络中，可能是上述几种网络构型的混合。在选择拓扑结构时，主要考虑的因素有：安装的相对难易程度、重新配置的难易程度、维护的相对难易程度、通信介质发生故障时受到影响的设备的

22、情况等。1.3 计算机网络的分类网络分类方式繁多，一般有以下几种分类方式：（1）按地域范围可分为局域网、城域网和广域网3类。（2）按拓扑结构可分为总线、星型、环型、网络型等。（3）按交换方式可分为电路交换网、分组交换网、帧中继交换网、信 元交换网等。（4）按网络协议可分为采用TCP/IP、SNA、SPX/IPX、Apple Talk等协议的网络。（5）按应用规模可分为Intranet、Extranet等。下面详细介绍从网络的作用范围进行分类所涉及到的几种网络类型（见表1-1）。分类缩写分布距离(近似)所处的范围局域网LAN10米房间100米楼宇10千米校园城域网MAN数千米城市广域网WAN几十

23、到几千千米城市、国家、洲或全球因特网Internet1.3.1 局域网局域网LAN（Local Area Network）一般用微型计算机通过高速通信线路相连（速率通常在10Mbps以上），但在地理上则局限在较小的范围（如1km左右）内。它是由一个部门或单位组建的网络。局域网是在微型计算机大量应用后才逐渐发展起来的计算机网络。一方面，局域网容易管理与配置；另一方面，局域网容易构成简洁整齐的拓扑结构。局域网速率高，延迟时间短，因此，网络站点往往可以对等地参与对整个网络的使用与监控。再加上局域网具有成本低廉、应用广泛、组网方便和使用灵活等特点，因此深受广大用户的欢迎。1局域网的典型应用场合同一房间

24、内的所有计算机，覆盖范围一般不超过10m。同一楼宇内的所有计算机，覆盖范围一般不超过100m。同一校园、厂区、院落内的所有计算机，覆盖范围一般不超过10km。2局域网的基本特征（1）局域网是限定区域的网络。“限定区域”指Local Area，但其具体大小并无太大的意义，比较恰当的是将“限定区域”理解为一个在功能上相对独立、组织上相对封闭的空间，例如公司的大楼、学校园区等。（2）局域网的线路是专用的。）局域网的线路是专用的。“线路专用线路专用”是局域网的是局域网的显著特点之一。局域网一般不使用公用通信线路，是用传显著特点之一。局域网一般不使用公用通信线路，是用传输介质自行连接而成的网络。输介质自

25、行连接而成的网络。（3）局域网具有较高的数据通信速率。由于覆盖范围有限，线路较短，所以构建局域网时可选用高性能的传输介质以获取较高的数据通信速率。如以太网的数据传输速率可达10M、100M甚至1000M。（4）局域网具有开放性。局域网的体系结构符合）局域网具有开放性。局域网的体系结构符合ISO的的OSI标准，能与任何符合标准，能与任何符合OSI标准的系统进行通信。标准的系统进行通信。1.3.2 城域网（城域网（MAN）城域网城域网MAN（Metropolitan Area Network）的作用范围在广）的作用范围在广域网和局域网之间，因为随着局域网的广泛使用，人们逐渐要域网和局域网之间，因为

26、随着局域网的广泛使用，人们逐渐要求扩大局域网的使用范围，或者要求将已经使用的局域网互相求扩大局域网的使用范围，或者要求将已经使用的局域网互相连接起来，使其成为能够覆盖一座城市的网络。因此，城域网连接起来，使其成为能够覆盖一座城市的网络。因此，城域网的设计目标是满足几十千米范围内的大量机构中用户的联网需的设计目标是满足几十千米范围内的大量机构中用户的联网需求，能够满足大量用户传输多种信息的要求。例如作用范围是求，能够满足大量用户传输多种信息的要求。例如作用范围是一个城市，其传送速率比局域网的更高，但作用距离约为一个城市，其传送速率比局域网的更高，但作用距离约为550km。由于各种原因，城域网的特

27、有技术没能顺利应用。在实践中，由于各种原因，城域网的特有技术没能顺利应用。在实践中，使用广域网技术构建与城域网目标范围和大小相当的网络，使用广域网技术构建与城域网目标范围和大小相当的网络，反而显得更加便捷实用。反而显得更加便捷实用。1.3.3 广域网广域网 广域网广域网WAN（Wide Area Network）的作用范围通常为几十到）的作用范围通常为几十到几千千米。广域网有时也称为远程网。几千千米。广域网有时也称为远程网。WAN是与局域网相对而言的，是与局域网相对而言的，一般用来连接广阔区域中的一般用来连接广阔区域中的LAN网络。广域网通常是租用电话线或网络。广域网通常是租用电话线或用专线建

28、造的，它的覆盖范围可以遍布于城市、国家，甚至全球。用专线建造的，它的覆盖范围可以遍布于城市、国家，甚至全球。广域网的基本特征如下：广域网的基本特征如下：（1）信息的传输距离相对较长，一般都在几千米以上。）信息的传输距离相对较长，一般都在几千米以上。（2）数据传输速率较低，一般在）数据传输速率较低，一般在2Mbps之内。但随着通信技术的迅速之内。但随着通信技术的迅速发展，国内使用的广域网的数据传输速率可望达到发展，国内使用的广域网的数据传输速率可望达到1Gbps。（3）网络的连接结构不很规范，有较大的随意性。）网络的连接结构不很规范，有较大的随意性。1.3.4 因特网（因特网（Internet）

29、 因特网（又称为国际互联网）是广域网与广域网、广域网与因特网（又称为国际互联网）是广域网与广域网、广域网与局域网、局域网与局域网进行互联而形成的网络。局域网、局域网与局域网进行互联而形成的网络。 与局域网、广域网和城域网不同，因特网不是一种具体的物理网络与局域网、广域网和城域网不同，因特网不是一种具体的物理网络技术，而是将不同的物理网络技术按某种协议统一起来的一种高层技术。技术，而是将不同的物理网络技术按某种协议统一起来的一种高层技术。 目前，世界上发展最快、最热门的网络就是目前，世界上发展最快、最热门的网络就是Internet，它是世界上，它是世界上最大、应用最广泛的计算机网络。最大、应用最

30、广泛的计算机网络。1.3.5 从使用范围进行分类从使用范围进行分类从网络的使用范围进行分类，可以划分为公用网和专用网。从网络的使用范围进行分类，可以划分为公用网和专用网。公用网（公用网（Public network）一般是国家的电信部门建造的网络。）一般是国家的电信部门建造的网络。“公用公用”的意思就是所有愿意按电信部门规定交纳费用的人都可以使用。因此公用的意思就是所有愿意按电信部门规定交纳费用的人都可以使用。因此公用网也可称为公众网。网也可称为公众网。专用网（专用网（Private network）是某个部门为本系统的特殊业务工作的需要）是某个部门为本系统的特殊业务工作的需要而建造的网络。这

31、种网络一般不向本系统以外的人提供服务。例如，军队、而建造的网络。这种网络一般不向本系统以外的人提供服务。例如，军队、铁路、电力等系统均有本系统的专用网。铁路、电力等系统均有本系统的专用网。1.4 计算机网络通信基础计算机网络通信基础1.4.1 数据、信号、信道和异步通信数据、信号、信道和异步通信l数据数据 数据是有意义的实体，是描述事物的形式，例如数字、文字、声音和数据是有意义的实体，是描述事物的形式，例如数字、文字、声音和图像等。数据可分为模拟数据和数字数据两类。模拟数据是指在某个区间图像等。数据可分为模拟数据和数字数据两类。模拟数据是指在某个区间连续变化的量，例如声音的大小和温度的高低等。

32、数字数据是指离散（不连续变化的量，例如声音的大小和温度的高低等。数字数据是指离散（不连续）的量，例如文本信息和自动生产线上零件个数的计数值等。连续）的量，例如文本信息和自动生产线上零件个数的计数值等。2信号信号 信号是数据的电磁编码或电子编码。在通信系统中，信号可分为模信号是数据的电磁编码或电子编码。在通信系统中，信号可分为模拟信号和数字信号。其中，模拟信号指随时间连续变化的电信号，例如拟信号和数字信号。其中，模拟信号指随时间连续变化的电信号，例如电话线上传送的按照语音强弱幅度连续变化的电信号；数字信号指离散电话线上传送的按照语音强弱幅度连续变化的电信号；数字信号指离散变化的电信号，例如计算机

33、产生的用于表达变化的电信号，例如计算机产生的用于表达“0”和和“l”的电压脉冲。的电压脉冲。 3信道信道信道一般是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。因此，一条信道一般是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。因此，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。一条信道可以通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。一条信道可以看成是一条电路的逻辑部件。看成是一条电路的逻辑部件。从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三个基本方式：从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三个基本方式：（1）单向通信。又称为单工通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的）单向通信。又称为单工通信，即只能有一个

34、方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。（2）双向交替通信。又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但）双向交替通信。又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能同时发送（也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，不能同时发送（也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后再反过来。过一段时间后再反过来。（ 3）双向同时通信。又称为全双工通信，即通信的双方可以同时发送和接）双向同时通信。又称为全双工通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息。单向通信只需要一条

35、信道，而双向交替通信或双向同时通信则都需收信息。单向通信只需要一条信道，而双向交替通信或双向同时通信则都需要两条信道（每个方向各一条）。显然，双向同时通信的传输效率最高。要两条信道（每个方向各一条）。显然，双向同时通信的传输效率最高。 如果从通信的发送端所产生的信号形式来看，信号可以分为以下两大类：如果从通信的发送端所产生的信号形式来看，信号可以分为以下两大类：模拟信号。即连续的信号，如话音信号和目前的广播电视信号。模拟信号。即连续的信号，如话音信号和目前的广播电视信号。数字信号。即离散的信号，如计算机通信所用的由二进制代码数字信号。即离散的信号，如计算机通信所用的由二进制代码1和和0组成的信

36、号。组成的信号。信道也可以分成传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道信道也可以分成传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道两大类。但应注意，数字信号在经过数模变换后就可以在模拟信道上两大类。但应注意，数字信号在经过数模变换后就可以在模拟信道上传送，而模拟信号在经过模数变换后也可在数字信道上传送。传送，而模拟信号在经过模数变换后也可在数字信道上传送。信道上传送的信号还有基带（信道上传送的信号还有基带（baseband）信号和宽带）信号和宽带（broadband）信号之分。）信号之分。 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。 宽带信号则是将基带

37、信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。 4异步通信若发送方与接收方之间在发送数据前无须协调（同步），则这种通信称为异步的（asynchronous）。 异步通信中接收硬件必须具备接收并解释发送硬件本身产生的信号的能力。 为理解电流如何编码位串，可假设在一根连接两台电子设备的导线上，用负电压来表示1，用正电压来表示0。例如，为发送一位0，发送设备在导线上放置一个正电压并保持一小段时间，然后返回零伏。图1-7显示了导线上的电压在发送设备发送位串时如何随时间变化。这样的图叫做波形图（这样的图叫做波形图（waveform diagram），这样一张图形象地说明），这样一张图形象地说明了电信号如何随时间

38、发生变化。了电信号如何随时间发生变化。 （1）通信标准）通信标准 国际电信联盟（国际电信联盟（ITU）、电子工业协会（）、电子工业协会（EIA）以及电子电气工程师协）以及电子电气工程师协会（会（IEEE）等组织出版了作为工业标准的通信设备规格的标准文本）等组织出版了作为工业标准的通信设备规格的标准文本 。一个由一个由EIA提出的标准已经被广泛接受，并被用于在计算机与调制解调提出的标准已经被广泛接受，并被用于在计算机与调制解调器、键盘或终端之类的设备之间传输字符。器、键盘或终端之类的设备之间传输字符。 EIA标准标准RS-232-C，常简称为，常简称为RS-232 RS-232。允许发送方在任何

39、时。允许发送方在任何时刻发送一个字符，并可在发送另一个字符前延迟任意长的时间。刻发送一个字符，并可在发送另一个字符前延迟任意长的时间。 RS-232硬件并不在导线上保持零伏状态，当发送方不再发送时，它使导硬件并不在导线上保持零伏状态，当发送方不再发送时，它使导线处于一个负电压状态，而这代表位值为线处于一个负电压状态，而这代表位值为1。由于导线上在各个位的间隙之间并不回到零伏，接收方不能从电压的消失来由于导线上在各个位的间隙之间并不回到零伏，接收方不能从电压的消失来标记一位的结束或另一位的开始。因此发送器和接收器必须使每一位上电压标记一位的结束或另一位的开始。因此发送器和接收器必须使每一位上电压

40、维持的时间完全一致，当字符的第一位到达时，接收器启动一个计时器，并维持的时间完全一致，当字符的第一位到达时，接收器启动一个计时器，并且使用该计时器定时测量每一个后续位的电压。由于接收器并不能对线路的且使用该计时器定时测量每一个后续位的电压。由于接收器并不能对线路的空闲状态和一位真正的空闲状态和一位真正的1做出区分，做出区分，RS-232标准要求发送器在传输字符的各标准要求发送器在传输字符的各位之前先传输一位额外的位之前先传输一位额外的0，这一附加位就是我们所说的起始位。，这一附加位就是我们所说的起始位。在一个字符结束与下一个字符开始之间的空闲时间可以持续任意长，但在一个字符结束与下一个字符开始

41、之间的空闲时间可以持续任意长，但RS-232要求发送方必须使线路保持空闲状态至少达到某一最小时间，通常所选要求发送方必须使线路保持空闲状态至少达到某一最小时间，通常所选定的最小时间就是传输一位所需的时间。是跟有一位定的最小时间就是传输一位所需的时间。是跟有一位1。在。在RS-232术语中，术语中，这一虚幻的位称为终止位（这一虚幻的位称为终止位（stop bit）。图）。图1-8中的波形图说明了在用中的波形图说明了在用RS-232传输一个字符时导线上的电压是如何变化的。例子中所显示的字符仅包传输一个字符时导线上的电压是如何变化的。例子中所显示的字符仅包含含7位，但位，但RS-232在传输中增加了

42、起始位和终止位，这样整个传输需要在传输中增加了起始位和终止位，这样整个传输需要9位。位。-15V表示表示1，+15V表示表示0。 RS-232的主要性能：的主要性能：RS-232是在计算机与调制解调器或是在计算机与调制解调器或ASCII终端之间实终端之间实现短距离异步串行通信的一个流行标准。现短距离异步串行通信的一个流行标准。RS-232在每个字符前用一位起始在每个字符前用一位起始位做前导，在每个字符后跟随至少一位长的空闲时间（终止位），并且传输位做前导，在每个字符后跟随至少一位长的空闲时间（终止位），并且传输每一位都使用相同的时间。每一位都使用相同的时间。2）波特率和帧对齐差错）波特率和帧对

43、齐差错 波特率（波特率（baud rate）：传输硬件的工作速率，也就是每秒中硬件产生的）：传输硬件的工作速率，也就是每秒中硬件产生的电信号变化的次数，就等于每秒中传输的位数。波特率既能手工设置，电信号变化的次数，就等于每秒中传输的位数。波特率既能手工设置，也能由程序自动设置也能由程序自动设置 帧对齐差错（帧对齐差错（framing error）：电压彼此不一致，或停止位并不在期待）：电压彼此不一致，或停止位并不在期待的时刻出现，接收器将报告出错。的时刻出现，接收器将报告出错。（3）全双工异步通信）全双工异步通信 在两个方向上的同时传输就是我们所说的全双工传输（在两个方向上的同时传输就是我们所

44、说的全双工传输（full duplex transmission），而单向传输则被称为半双工传输或单工传输（），而单向传输则被称为半双工传输或单工传输（half duplex transmission或或simplex transmission）。）。 上图接地线直接从一个设备的接地端连向另一设备的接地端。但上图接地线直接从一个设备的接地端连向另一设备的接地端。但是，另两根导线相互交叉：一台设备的数据发送端连到另一台设是，另两根导线相互交叉：一台设备的数据发送端连到另一台设备的接收端。备的接收端。 为使连线更简单，设计者决定计算机与调制解调器在标准的为使连线更简单，设计者决定计算机与调制解调器

45、在标准的25针连接器上采针连接器上采用相反的引脚，即计算机用引脚用相反的引脚，即计算机用引脚2发送，引脚发送，引脚3接收；而调制解调器用引脚接收；而调制解调器用引脚3发发送，引脚送，引脚2接收（接地线用引脚接收（接地线用引脚7）。）。 1.4.2 调制、解调与远距离数据传输一个连续振荡信号能比其他信号传播到更远的地方。这一结果形成了绝大多数远距离通信系统的基础。与仅传输数据位变化而变化的电流不同，远距离通信发送连续的振荡信号，通常为正弦波，称为载波（Carrier）。下图给出了其波形。调制（调制（modulation）：）： 为发送数据，发送器略微修改其载波为发送数据，发送器略微修改其载波网络

46、技术使用多种调制技术，包括调幅（网络技术使用多种调制技术，包括调幅（amplitude modulation）与调）与调频（频（frequency modulation），也就是），也就是AM与与FM电台所使用的技术。电台所使用的技术。 1几种最基本的调制方法几种最基本的调制方法 如图所示：如图所示：（1）调幅（）调幅（AM）。即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，）。即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0对应于无载波输出，而对应于无载波输出，而1对应于有载波输出。对应于有载波输出。（2）调频（）调频（FM）。即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，）。即载波的频率随基带数字信号而变化。

47、例如，0对应于频率对应于频率f1，而，而1对应于频率对应于频率f2。（3）调相（）调相（PM）。即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，）。即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如， 0对应于相位对应于相位 0度，而度，而1对应于相位对应于相位180度。度。2用于调制和解调的调制解调器硬件用于调制和解调的调制解调器硬件接收一串数据位，并根据这些位串调制载波的硬件线路称为调制器接收一串数据位，并根据这些位串调制载波的硬件线路称为调制器（modulator）；而接收载波，并重建调制在载波上的数据的各二进制）；而接收载波，并重建调制在载波上的数据的各二进制位的硬件线路称为解调器（位的硬件线路称

48、为解调器（demodulator）。因此，长距离数据传输要）。因此，长距离数据传输要求在线路的一端有一个调制器，另一端有一个解调器。求在线路的一端有一个调制器，另一端有一个解调器。调制解调器，即MODEM（调制器和解调器英文字头的缩写）。下图显示了用于连接相隔距离很远的两台计算机的一对调制解调器。3载波频率和多路复用计算机网络应用分离频道的原理可以使多个通信共享单根物理连线。每一发送器用一个给定频率的载波传输数据，每一接收器被设置成只接收给定频率的载波，且不受其他频率的干扰。所有载波可在同一时间通过同一导线而互不干扰。频分多路复用（frequency division multiplexing

49、，FDM）是用多个载波频率在一个介质中同时传输多个独立信号的计算机网络术语。FDM技术可用于在导线、RF或光纤上传输信号。下图说明了这一概念并显示了FDM所需的硬件。4基带和宽带技术基带和宽带技术工程师们利用频分多路复用建立了许多网络技术，它们允许在同一介质工程师们利用频分多路复用建立了许多网络技术，它们允许在同一介质上同时进行相互独立的通信。例如，无线网络中使用的发送器和接收器上同时进行相互独立的通信。例如，无线网络中使用的发送器和接收器可以设定为特定的频道，使同一房间内两组独立的计算机能同时通信。可以设定为特定的频道，使同一房间内两组独立的计算机能同时通信。一组计算机使用频道一组计算机使用

50、频道1进行通信，同时另一组使用频道进行通信，同时另一组使用频道2进行通信。进行通信。 使用频分多路复用的主要动机在于对高吞吐率的需求。为了达到更高的吞使用频分多路复用的主要动机在于对高吞吐率的需求。为了达到更高的吞吐率，底层的硬件使用电磁频谱中更大的一部分（即更高的带宽）。用宽吐率，底层的硬件使用电磁频谱中更大的一部分（即更高的带宽）。用宽带技术（带技术（broadband technology）这一术语用来描述这些技术。另一方）这一术语用来描述这些技术。另一方面，任何只使用电磁频谱中很小的一部分，一次只在介质上发送一个信号面，任何只使用电磁频谱中很小的一部分，一次只在介质上发送一个信号的技术

51、称为基带技术（的技术称为基带技术（baseband technology）。）。5波分多路复用波分多路复用用于无线电传输的频分多路复用技术同样可以应用于光传输系统。从技用于无线电传输的频分多路复用技术同样可以应用于光传输系统。从技术上来说，光的术上来说，光的FDM称为波分多路复用（称为波分多路复用（wave division multiplexing）。因为可见光的频率在人们看来就是不同的颜色，工程）。因为可见光的频率在人们看来就是不同的颜色，工程师们有时也使用非正式的说法：色分多路复用（师们有时也使用非正式的说法：色分多路复用（color division multiplexing），并将载

52、波戏称为），并将载波戏称为“红红”，“橙橙”，“蓝蓝”等。等。波分多路复用将多种光波通过同一根光纤发送。在接收端，用一块玻璃棱波分多路复用将多种光波通过同一根光纤发送。在接收端，用一块玻璃棱镜来分开不同频率的光波。和一般的镜来分开不同频率的光波。和一般的FDM类似，因为特定频率的光不会类似，因为特定频率的光不会干扰另一频率的光，所以不同频率的载波可以合并在同一介质中传输。干扰另一频率的光，所以不同频率的载波可以合并在同一介质中传输。6时分多路复用时分多路复用和和FDM不同的另一种复用形式是时分多路复用（不同的另一种复用形式是时分多路复用（time division multiplexing，T

53、DM）。在这种方式中各个发送源）。在这种方式中各个发送源轮流使用共享的通信介质。例如，某些轮流使用共享的通信介质。例如，某些TDM硬件使用循环硬件使用循环（round-robin）方案共享介质，多路复用器从源）方案共享介质，多路复用器从源1发送一小发送一小批数据，然后从源批数据，然后从源2发送一小批数据，如此循环。这一方法发送一小批数据，如此循环。这一方法给每个数据源以同等的机会使用共享的介质。实际上，绝大给每个数据源以同等的机会使用共享的介质。实际上，绝大多数计算机网络使用某种形式的多数计算机网络使用某种形式的TDM。1.4.3 数据交换技术 要通过有中间节点的网络来把数据从源地发送到目的地

54、，以此实现通信。这些中间节点并不关心数据内容，其目的是提供一个交换设备，用这个交换设备把数据从一个节点传到另一个节点直至到达目的地，下图表示了这种情况。通常将希望通信的一批设备称为站，而将提供通信的一批设备称为节点。这些节点以某种方式用传输链路相互连接起来，每个站都连接到一个节点上去。节点集称为通信网络，如果所连接的设备是计算机和终端的话，那么节点集加上一些站称为计算机网络。通常使用三种交换技术：线路交换，报文交换和分组交换。通常使用三种交换技术：线路交换，报文交换和分组交换。1.4.3.1 线路交换线路交换 使用线路交换（使用线路交换（circuit switching）的方式，就是通过网络

55、中的节点）的方式，就是通过网络中的节点在两个站之间建立一条专用的通信线路，最典型的线路交换的例子是电话在两个站之间建立一条专用的通信线路，最典型的线路交换的例子是电话系统。系统。 通过线路交换进行通信指的是：在两个站之间有一个实际的物理连接，通过线路交换进行通信指的是：在两个站之间有一个实际的物理连接，这种连接是节点之间线路的连接序列。在每条线路上，通道专门用于连接。这种连接是节点之间线路的连接序列。在每条线路上，通道专门用于连接。线路交换方式的通信包括三种状态，这三种状态可利用上图加以解释。线路交换方式的通信包括三种状态，这三种状态可利用上图加以解释。1线路建立线路建立在传输任何数据之前，都

56、必须建立端到端（站到站）的线路。在传输任何数据之前，都必须建立端到端（站到站）的线路。 例如，例如，A站发送一个请求到节点站发送一个请求到节点4，请求与，请求与B站建立一个连接。典型站建立一个连接。典型的做法是，的做法是，A站先向与之相连的节点站先向与之相连的节点1提出请求，节点提出请求，节点1必须在通向节点必须在通向节点4的路径中找到下一个支路。根据路径选择信息，节点的路径中找到下一个支路。根据路径选择信息，节点1选择节点选择节点2的线的线路，在此线路上分配一个未用的通道（使用时分多路复用路，在此线路上分配一个未用的通道（使用时分多路复用TDM或频分或频分多路复用多路复用FDM），并且并告诉

57、节点），并且并告诉节点2发送一个报文请求连接到发送一个报文请求连接到4节点，节点，至此，已经建立了一条从至此，已经建立了一条从A站经过节点站经过节点2到节点到节点4的专用通路的专用通路124。因为。因为可能有许多站点连接到节点可能有许多站点连接到节点4，当线路发生拥塞，则可能另建立一条经，当线路发生拥塞，则可能另建立一条经过节点过节点3的线路的线路134或经过节点或经过节点6、7、5的线路的线路16754。在完成这些连接。在完成这些连接的过程中，要通过测试来测定，若都不行则不能传输数据。的过程中，要通过测试来测定，若都不行则不能传输数据。2数据传送数据传送 现在，可以通过网络把信号从现在，可以

58、通过网络把信号从A站传送到站传送到B站，所传输的数据可以是站，所传输的数据可以是数字的（例如从终端传输到计算机），也可以是模拟的（例如声音），数字的（例如从终端传输到计算机），也可以是模拟的（例如声音），信号发送和传输可以分别是数字的或者是模拟的。总之，经济的路径是：信号发送和传输可以分别是数字的或者是模拟的。总之，经济的路径是：从从A站到节点站到节点4的线路，经过节点的线路，经过节点1，节点，节点2到节点到节点4形成通道，到形成通道，到B站。站。一般来说，这种连接是全双工的，可以在两个方向传输数据。一般来说，这种连接是全双工的，可以在两个方向传输数据。3线路拆除线路拆除 在某个数据传送周期结

59、束以后，就要结束连接，通常由两个站中的一个在某个数据传送周期结束以后，就要结束连接，通常由两个站中的一个来完成这个动作。必须把信号传播到节点来完成这个动作。必须把信号传播到节点1、2和和4，以便释放专用资源。，以便释放专用资源。 因为在数据传输开始以前必须建立连接通路，因此通路中的每对节点之因为在数据传输开始以前必须建立连接通路，因此通路中的每对节点之间的通道容量必须是可用的，而且每个节点必须有内部交换能力来处理连接，间的通道容量必须是可用的，而且每个节点必须有内部交换能力来处理连接，交换节点必须有智能以进行分配和求出通过网络的路径。交换节点必须有智能以进行分配和求出通过网络的路径。1.4.3

60、.2 报文交换报文交换 另一个完全不同的在网络上通信的方法是报文交换（message switching）。 在报文交换中，不需要在两个站之间建立一条专用通路。相反，如果一个站在报文交换中，不需要在两个站之间建立一条专用通路。相反，如果一个站想要发送一个报文（信息的一个逻辑单位），它把一个目的地址附加在报文想要发送一个报文（信息的一个逻辑单位），它把一个目的地址附加在报文上，然后把报文从节点到节点依次通过网络。每个节点先接收整个报文，暂上，然后把报文从节点到节点依次通过网络。每个节点先接收整个报文，暂存这个报文，然后发送到下一个节点。存这个报文，然后发送到下一个节点。 在线路交换的网络中，每个