《计算机通信基础》教学课件第1章计算机通信概论解析

1、计算机通信基础卓然 zhuoran1第1页，共46页。计算机通信基础课程教材计算机通信技术，北京航空航天出版社参考书目：计算机网络，电子工业出版社通信原理，国防工业出版社2第2页，共46页。课程内容提要1、数据通信系统数据终端设备数据电路和数据链路传输（信道、方式、复用技术）接口2、性能指标信息传输速率码元传输速率频带利用率差错率3、数据通信网3第3页，共46页。计算机通信基础第1章 计算机通信概论Computer Communications Overview4第4页，共46页。通信简史模拟通信和数字通信同步通信与异步通信 5第5页，共46页。通信模型通信系统的基本目的是通信双方数据的交换6

2、mr(t)g(t)g(t)s(t)m信源发送器信道信宿接收器噪声第6页，共46页。通信模型7第7页，共46页。通信系统的组成信源产生要传输的数据发送器把数据转化为可以传输的信号信道承载数据接收器把接收到的信号转化为数据信宿接收输入的数据8第8页，共46页。通信主要任务Transmission System Utilization（传输系统的利用）Interfacing（接口）Signal Generation（信号产生）Synchronization（同步）Exchange Management （交换管理）Error Detection and Correction（差错检测与纠正）Addr

3、essing and Routing（寻址与路由选择）Recovery（恢复）Message Formatting（报文格式化）Security（安全措施）System Management（系统管理）9第9页，共46页。通信主要任务传输系统的利用充分合理利用传输设施复用：在多个用户之间分配传输系统的总传输能力拥塞控制：保证传输系统不因传输请求过量而超载接口设备与传输系统之间的连接信号的产生按某种格式产生具有一定强度的电磁波信号能够在传输系统上传播能够被接收器转换为数据10第10页，共46页。通信主要任务同步接收器能够判断信号的起始、结束和信号单元的持续时间在发送器与接收器之间达成某种同步位同

4、步、帧同步、网同步交换的管理对建立的连接进行管理协议的协商故障处理，出错后的措施差错控制检测或纠正因信号失真或信道噪声等原因而产生的传输差错11第11页，共46页。通信主要任务流量控制信宿不会因信源发送太快而导致超载寻址当传输设施被两个以上设备共享时，信源必须给出信宿的标识路由选择当传输系统是不只一条路径的网络时需要确定路由恢复信息交换过程中因通信系统某处出现故障而致使传输中断，需要从中断处恢复工作，或者把系统被涉及部分恢复到数据交换开始之前的状态12第12页，共46页。通信主要任务报文格式化数据交换双方必须就传输的数据格式达成一致协议交换代码转换、压缩、加密安全措施发送方希望确保只有它期望的

5、接收者接收到数据接收方希望保证收到的数据来自正确的发送方，且数据在传输过程中未被改变系统管理数据通信设施是一个复杂系统，需要合理地规划和配置，需要对系统运行状态进行监控，并处理拥塞、死锁、故障等引发的问题13第13页，共46页。通信网络概述通信网络的组成通信网络的分类14第14页，共46页。通信网络的组成从物理设备上看由各种用户终端、交换机（或路由器）、集中器、连接器和传输线路组成从图论上看链路电缆、光缆、无线电、卫星等传输线路功能是传输信息节点交换机、路由器、集中器、终端等所有独立的设备功能是提供交换场所、选择路由、进行流量控制等。15第15页，共46页。计算机通信网的组成资源子网通信子网1

6、6第16页，共46页。资源子网和通信子网资源子网也称为用户子网包括计算机、终端控制器及终端等设备这些设备负责运行用户的应用程序，向网络用户提供可共享的软硬件资源。通信子网由若干网络节点、传输链路及信号变换设备组成负责完成计算机之间的通信任务在通信系统模型中，如果从信源到信宿存在多个可选的信道，则这些信道就构成了一个通信子网。 17第17页，共46页。通信网络的分类交换网络电路交换网络分组交换网络广播网络分组无线电网络卫星网络局部网络等 18第18页，共46页。通信网络的分类按距离局域网（LAN）城域网（MAN）广域网（WAN） 19第19页，共46页。计算机通信体系结构OSI参考模型 TCP/

7、IP协议模型 20第20页，共46页。通信协议参考模型 协议协议用于不同系统实体间的通信，它是管理两实体间数据交换的一组规则 实体指用户应用程序、文件传输软件包、数据库管理系统、电子邮件业务和终端等客观存在的事物。实体具有发送或接收信息的能力系统指计算机、MODEM、终端设备、远程传感器和控制器等组成的一个整体。系统是一个特殊的实际物体，它可以包含一个或多个实体。 21第21页，共46页。协议的组成语法数据格式信号电平语义控制信息差错处理时序速率匹配顺序22第22页，共46页。协议的关键要素：语法：用户数据与控制信息的结构与格式。包括数据格式、 编码和信号电平等;即，做什么（what to d

8、o）。语义：需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应。包括用于协调同步和差错处理的控制信息;即，怎么做（how to do）。定时：对事件实现顺序的详细说明。包括速度匹配和排序等。即，何时做（when to do）。23第23页，共46页。OSI参考模型一个层次模型每一层实现一个必须实现的通信功能的子集每一层依赖于下一层每层提供服务给上一层某一层的变化不应当引起其他层的变化24第24页，共46页。OSI参考模型 7层25第25页，共46页。OSI各层的主要功能物理层（physical layer）数据链路层（data link layer）网络层（network layer）传输层（t

9、ransport layer）会话层（session layer）表示层（presentation layer）应用层（application layer）26第26页，共46页。1. 物理层设备间的物理接口机械特性设备之间连接件的尺寸和接头数以及每根连线的用途等。电气特性它涉及到用什么电压代表“1”,用什么电压代表“0”一个比特持续多少时间功能特性传输是双向的，还是单向的，过程特性一次通信中发送方和接收方如何应答，用以建立,维持和释放数据链路实体间的连接。这一层的规程都与电路上传输的原始比特有关,27第27页，共46页。2.数据链路层激活，保持以及解除一个可行连接的手段建立、维持和释放网络实

10、体之间的数据链路差错检测和控制数据链路对网络层应表现为一条无差错的信道。相邻节点之间的数据交换按帧，各帧按顺序传送，并通过接收端的校验检查和应答保证可靠的传输。高层可以执行无差错传输数据链路层对损坏、丢失和重复的帧应能进行处理，这种处理过程对网络层是透明的。共享媒介的访问控制方法28第28页，共46页。3.网络层信息的传输这一层的功能属于通信子网，通过网络交换来自运输层的数据。把数据组织成分组，在通信子网的节点之间交换传送使高层不需要知道低层的技术需要管理各种中介通信装置路径选择：路径既可以是固定不变的(通过静态路由表实现)，也可以是根据网络的负载情况动态变化的。拥塞控制：防止网络中出现局部的

11、拥挤或全面的阻塞。 29第29页，共46页。4.传输层终端系统间的数据交换无差错有序无丢失无重复服务质量30第30页，共46页。传输层端到端连接传输层提供一种通用的传输服务。使会话实体不必考虑通信网络的工作细节数据传输能高效地进行。传输层采用多路复用或分流的方式优化网络的传输性能。31第31页，共46页。5.会话层会话层提供的会话服务类型:会话管理：把两个表示层实体结合在一起，或把它们分开。会话控制：控制两个表示层实体间的数据交换过程。会话层提供的服务对话准则全双工/半双工编组通过标志定义数据组恢复 设置检查点32第32页，共46页。6.表示层提供一个可供应用层选择的服务的集合，使得应用层可以

12、根据这些服务功能解释数据的涵义。表示层以下各层只关心如何可靠地传输数据，而表示层关心的是所传输的数据的表现方式、它的语法和语义。 表示层提供的服务数据格式和编码数据压缩加密33第33页，共46页。7.应用层这是OSI体系结构的最高层。这一层的协议直接为端用户服务,提供分布式处理环境。为应用程序提供网络服务;应用层需要识别并保证通信对方的可用性，保持协同工作的应用程序之间的同步;建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。34第34页，共46页。TCP/IP协议参考模型由美国国防部高级研究计划署(DARPA)开发分组交换网ARPANETInternet用之在TCP/IP协议研究时，并没有提出参考

13、模型；没有官方的模型目前的TCP/IP参考模型不是很统一目前网络层使用的版本是IPv4 ；IPv6（IPng）35第35页，共46页。TCP/IP协议的特点 开放的协议标准;独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。36第36页，共46页。TCP/IP协议体系结构的层次应用层传输层或称主机对主机层互联网络层网络接入层37第37页，共46页。网络接入层终端系统和网络之间的数据交换负责通过网络发送和接收IP数据报;允许主机连

14、入网络时使用多种现成的与流行的协议，如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的X.25、帧中继、ATM协议等;当一种物理网被用作传送IP数据包的通道时，就可以认为是这一层的内容;提供目的地址调用网络服务38第38页，共46页。互联网络层相当OSI RM网络层的无连接网络服务； 处理互连的路由选择、流控与拥塞问题；IP协议是无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议。另：通信协议四种服务类型面向连接与确认服务；面向连接与不确认服务；无连接与确认服务；无连接与不确认服务； 39第39页，共46页。传输层主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端-端连接；传输控制协议TC

15、P是一种可靠的面向连接协议；可靠的数据交付数据交付的有序性用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议。 40第40页，共46页。TCP常用的传输层可靠的连接连接不同系统中实体的临时逻辑联系TCP PDU 称作TCP报文段包括源和目的端口 (c.f. SAP)标识单独的用户 (应用程序)连接指的是端口对TCP跟踪每对连接实体间的报文段41第41页，共46页。UDP不可靠交付无序号不保证重复到达开销小在IP上加端口地址42第42页，共46页。应用层支持用户应用应用层协议主要有：网络终端协议Telnet文件传输协议FTP简单邮件传输协议SMTP域名系统DNS简单网络管理协议SNMP超文本传输协议HTTP43第43页，共46页。TCP/IP与OSI模型的比较共同点层次化的结构OSI的主要问题定义复杂实现困难有些功能在每一层重复出现效率低下TCP/IP的主要问题网络接入层并不是实际的一层各层的功能定义与实现方法没能区分开来等44OSITCP/IP应用层应用层表示层无对应层会话层传输层传输层网络层互联网络层数据链路层网络接入层物理