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1、1计算机 网络是现代人类通信的基础设施 .计算机网络技术 给人类社会 带来的深远影响 .计算机网络第1章 计算机网络概述第1章：计算机网络概述2学习目标 了解 计算机网络的形成和发展趋势 理解 计算机网络的定义和分类方法 掌握 计算机网络的组成与拓扑结构了解 计算机网络基本功能和应用 熟悉 计算机网络层次体系结构，网络协议的定义和作用了解 OSI和TCP/IP网络参考模型的异同点3第1章：计算机网络概论1.1 计算机网络形成和发展（四个形成阶段、发展趋势） 1.2-1.5 计算机网络概述（定义、分类、组成、结构、功能和应用）1.6 计算机网络体系结构(分层体系结构、协议的定义和作用、OSI和T

2、CP/IP参考模型）1.1 计算机网络的形成5计算通信面向终端的远程联机系统资源共享计算机网络第1章 计算机网络概述1.1.1 面向终端的远程联机系统追溯到20世纪50年代，人们利用通信线路将地理位置分散的多个终端连接到中心计算机，建立面向终端的远程联机系统。这个阶段的数据通信技术日趋成熟，为计算机网络的形成奠定了技术基础。分组交换概念的提出为计算机网络的研究奠定了理论基础。著名的产品：20世纪60年代初，美国航空公司与IBM公司联合研制的预订飞机票系统，由一台计算机与分布在全国的2000多个订票终端组成。6计算机网络第1章 计算机网络概述1.1.2 多个计算机互联的计算机网络从20世纪60年

3、代末出现了多个分散计算机互联的计算机网络，其中最成功的是阿帕网络（ARPANET），ARPANET的成功运行证明了分组交换理论的正确性。其中TCP/IP通信协议的广泛应用为更大规模的网络互联奠定了坚实的基础。E-mail、FTP、TELNET、BBS等应用展现出网络技术广阔的应用前景。典型代表是美国国防部高级研究计划局的网络阿帕网络（ARPANET）。ARPANET通过有线、无线和卫星通信线路，连接了从美国本土到欧洲的广阔地域的计算机。ARPANET是计算机网络技术发展的一个里程碑。7计算机网络第1章 计算机网络概述1.1.3 国际标准化的计算机网络20世纪70年代中期开始，人们认识到不同网络

4、体系结构和通信协议标准不统一，将会限制计算机网络的发展和推广应用，为此推出网络技术的国际标准，包括： OSI参考模型的研究对网络理论体系的形成与发展，以及在网络协议标准化研究方面起到了重要的推动作用。TCP/IP协议经受了市场和用户的检验，吸引了大量的投资，推动了Internet应用的发展，成为业界标准。美国电子与电气工程师协会（IEEE）成立了IEEE802局域网络标准委员会，制定了一系列局域网技术国际标准。8计算机网络第1章 计算机网络概述1.1.4 以Internet为核心的高速互联网络20世纪90年代开始，计算机网络的发展进入了第四个阶段。 Internet作为全球性的网际网与大型信息

5、系统，在当今政治、经济、文化、科研、教育与社会生活等方面发挥了越来越重要的作用。Internet大规模接入推动了接入技术的发展，促进了计算机网络、电信通信网与有线电视网的“三网融合”。至今为止，Internet应用、无线网络、物联网络、网络安全技术研究的正蓬勃兴起和持续发展。9计算机网络第1章 计算机网络概述计算机网络发展趋势（技术发展的三条主线）10计算机网络第1章 计算机网络概述主线1：从ARPANET到InternetARPANET的研究奠定Internet的通信协议TCP/IP协议。在Internet形成过程中，伴随着Internet的信息高速公路的建设，广域网、城域网、局域网与个人区

6、域网技术逐步成熟并持续向前发展。除了计算机外，各种PDA、智能手机、传感器、射频标签系统等移动数字终端设备都会连接到Internet之中。11计算机网络第1章 计算机网络概述物联网是Internet的接入方式的延伸与功能的扩展，实现物理世界与信息世界的无缝连接，预示着网络技术将会在更大范围、更深层次应用的发展趋势。12计算机网络第1章 计算机网络概述主线2：从无线分组网、无线自组网到无线传感器网无线自组网Ad hoc是一种特殊的无线、自组织、对等、多跳、移动的网络，具有重要的应用价值。无线传感器网络WSN的研究受到高度关注，被评价为“21世纪最有影响的21项技术之一”和“改变世界的十大技术之首

7、”。无线传感器网络已经成为物联网重要的支撑技术之一。13计算机网络第1章 计算机网络概述无线个人区域网络在家庭网络中的应用具有很好的应用前景。无线个人区域网的802.15.4标准、蓝牙协议、ZigBee协议已经成为当前研究与应用的热点。14计算机网络第1章 计算机网络概述主线3：网络安全技术现实社会对网络技术依赖的程度越高，网络安全技术就越显得重要。物联网时代将要面临着更为严峻的网络安全问题。网络安全是一个系统的社会工程，涉及技术、管理、道德与法制环境等多个方面。不断发展中的网络信息安全技术将要为网络应用推广普及提供了必要的安全保障。15计算机网络第1章 计算机网络概述返回1.2.1 计算机网

8、络定义广义的观点：互联起来的自治的计算机的集合。两台计算机能互相交换信息即称为互联，互联的计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议，互联的基础是物理连接。自治是指计算机能够独立进行处理的设备，不是无自行处理能力的附属设备。资源共享观点：计算机网络是以相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合。实现计算机资源的共享，计算机系统为自治的系统。联网计算机之间的通信：遵循共同的网络协议。用户透明的观点：具备能为用户自动管理资源的操作系统，由它来调用完成用户任务所需资源，使整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。16计算机网络第1章 计算机网络概述1.2.2 计算机网络的分类方法序号网络分类

9、准则网络类型1覆盖的地理范围个域网、局域网、城域网、广域网和互联网2拓扑结构总线网、环形网、星形网、树形网、网状网和混合网3通信协议TCP/IP网、ATM网、FDDI网等4传输介质双绞线网、光纤网、卫星网、有线网和无线网等5数据传输技术广播式网络和点对点网络6数据的交换方式电路交换网、分组交换网、帧中继网、信元交换网等7网络拥有单位的性质企业网、校园网、园区网和政府网等8网络应用的行业性质远程教育网、电子商务网、证券业务网等9网络的服务对象专用网和公共网17计算机网络第1章 计算机网络概述 1.2.3 按网络覆盖的地理范围分类计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类，可以很好地反映不同类型网络的

10、技术特征。计算机网络可以分为：局域网、城域网、广域网和互联网。18计算机网络第1章 计算机网络概述 1. 局域网（LAN）用于将有限范围内的各种计算机、终端与外部设备互联成网。主要特征：覆盖有限的地理范围，10km以内。提供高数据传输速率（10Mbps100Gbps）、低误码率的高质量数据传输环境。属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。决定局域网性能的三个技术因素是：拓扑、传输介质与介质访问控制方法。19计算机网络第1章 计算机网络概述 2. 城域网(MAN)满足10公里-100公里左右范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互联的需求，以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的

11、传输需要。宽带城域网通过计算机网络、广播电视网、电信网的三网融合，形成覆盖城市区域的网络通信平台，为语音、数据、图像、视频传输与大规模的用户接入提供高速与保证质量的服务。20计算机网络第1章 计算机网络概述 3. 广域网广域网（WAN）作用的范围很大，可以是一个地区、一个国家或者一个大陆，一般在100km范围以上，传输速率相对较低。广域网是一种公共数据网络。广域网研究的重点是宽带核心交换技术。21计算机网络第1章 计算机网络概述 4. 互联网将较大范围不同的网络相互连接在一起时，形成了互联网（internet）。例如将一个局域网和一个广域网、或者把两个局域网连接起来构成互联网。较显著的特点：如

12、果不同机构出资构建网络的不同部分，则由各自运营自己出资构建的那部分网络。如果互联网络的不同部分采用了不同的底层技术，则使用网络连接转换的设备网关（gateway）来实施互联。全球最大的、开放的互联网是因特网（Internet），由全球的广域网、局域网、主机和网关设备，依据TCP/IP通讯协议互联，提供特定的公共服务。 22计算机网络第1章 计算机网络概述 1.2.4 按传输技术分类分为广播式网络和点对点网络广播式网络中所有联网的计算机都共享一个公共通信信道当一台计算机发送数据帧时，所有其它计算机都会“收听”到这个数据帧，由于帧中带有接收地址，故接收到帧的计算机将检查接收地址是否与本机地址相同，

13、如果相同，则接收，否则丢弃。点对点网络每条物理线路连接一对计算机。假如两结点之间没有直接连接的线路，那么它们之间的数据传输就要通过中间结点的接收、存储与转发，直至到达目的计算机。分组存储转发与路由选择机制是区分点对点网络与广播式网络的重要特性之一。23计算机网络第1章 计算机网络概述1.3 计算机网络的组成广域网的组成：从逻辑功能上看，广域网是由资源子网与通信子网等两个部分组成。资源子网包括：主机与终端、终端控制器、联网外设、各种网络软件与数据资源。通信子网包括：路由器、各种互联设备与通信线路。局域网的组成：资源、服务器、工作站、网络连接部件、传输介质、网络协议、网络操作系统等组成。资源：被服

14、务器提供到网络上，供工作站使用的硬件、软件等。服务器/工作站：在网络上提供/使用资源的计算机。网络连接部件：连接计算机与传输介质、网络与网络的设备。传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线电。网络协议：网络中为数据交换而建立的规则。网络操作系统：网络用户和计算机网络的接口，网络用户通过网络操作系统请求网络服务。24计算机网络第1章 计算机网络概述1.4 计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑的定义在复杂 的网络设计 中，为了使网络结构合理 、成本低廉 ，引入了网络拓扑的概念。计算机网络拓扑是通过网中节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之间的结构关系。计算机网络拓扑分为：逻辑拓扑

15、和物理拓扑。25计算机网络第1章 计算机网络概述1.4.1 基本拓扑结构星形拓扑节点通过点-点通信线路与中心节点连接。中心节点控制全网的通信，任何两节点之间的通信都要通过中心节点。优缺点星形拓扑结构简单，易于实现，便于管理。网络的中心节点是全网性能与可靠性的瓶颈，中心节点的故障可能造成全网瘫痪。26计算机网络第1章 计算机网络概述环形拓扑节点通过点-点通信线路连接成闭合环路，环中数据将沿一个方向逐站传送。优缺点：环形拓扑结构简单，传输延时确定。环中任何一个节点和线路出现故障，都可能造成网络瘫痪。为了方便节点的加入和撤出环，控制节点数据传输顺序，保证环的正常工作，需要设计复杂的环维护协议。27计

16、算机网络第1章 计算机网络概述总线形拓扑所有节点连接到一条作为公共传输介质的总线，以广播方式发送和接收数据。优缺点：当一个节点利用总线发送数据时，其他节点只能接收数据。如果有两个或两个以上的节点同时发送数据时，就会出现冲突，造成传输失败。总线形拓扑结构的优点是结构简单，缺点是必须解决多节点访问总线的介质访问控制问题。28计算机网络第1章 计算机网络概述树形拓扑树形拓扑可以看成是星形拓扑的一种扩展，形状像一棵树。节点按层次进行连接，信息交换主要在上、下节点之间进行，相邻及同层节点之间通常不进行数据交换，或数据交换量比较小。优缺点：易于扩展：这种结构可以延伸出很多分支和子分支，这些新结点和新分支可

17、以较容易地加入网内故障隔离较易：如果某一分支的结点或线路发生故障，可容易地将故障分支和整个系统隔离开来树形拓扑的缺点是各结点对根的依赖性太大，如果根发生故障，全网就不能正常工作。29计算机网络第1章 计算机网络概述1.4.2 扩展拓扑结构混合型拓扑将以上几种单一拓扑结构混合起来，取两者的优点就可以构成一种混合型拓扑。30子分支主干环计算机网络第1章 计算机网络概述网状拓扑节点之间的连接是任意的，没有规律。网状拓扑的优点是系统可靠性高。网状拓扑结构复杂。一个有N个结点的全连接的网形网络，若所有结点相互连接，需要N（N-1）/2个连接，且每个结点必须有N-1个输入输出端口。在广域网中得到了广泛的应

18、用。31计算机网络第1章 计算机网络概述1.5.1 计算机网络功能计算机网络的主要功能：数据通信、资源共享和分布式处理。数据通信是最基本的功能之一，是计算机网络实现其他功能的基础。资源共享是人类建立计算机网络的主要目的之一。分布式处理是计算机网络具有解决复杂问题的能力。1.5.2 计算机网络应用计算机网络的商业应用：共享软硬件资源和信息资源，构建信息系统，促进办公自动化，提供形式多样的沟通方式，开展电子商务等。个人应用：通过互联网访问远程信息，人与人的通信，享用电子商务带来的购物乐趣，享用在线娱乐活动，普适计算等。移动应用：移动服务、移动商务等。社会应用：社会、政治和伦理道德方面应用，人际关系

19、等32计算机网络第1章 计算机网络概述返回1.6.1 网络协议的基本概念协议即指通信双方就如何进行通信而约定的一组规则。若通信的任何一方违反协议，将使通信出现困难。网络协议的三要素语法：用户数据与控制信息的结构和格式。即对通信双方采用的数据的格式和编码的顺序进行定义。语义：用于解释比特流的每个部分的意义，规定了需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种应答。时序：对事件发生顺序的详细说明。33计算机网络第1章 计算机网络概述34左图是：一位女士向一位陌生的男士询问“时间”的三次对话过程，双方默认遵守了一些良好的社会习俗。右图是：Web浏览器访问Web服务器以获取网页的通信过程，两机通信遵循T

20、CP和HTTP网络协议。男女对话过程 网页文件获取过程计算机网络第1章 计算机网络概述35P3P2P1 2 1 3 2 1物理通信线路 3 N+1 N N-1 N+1 N N-1Pn-1PnPn+1系统A系统B网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的同一网络中，任意两个端系统必须具有相同的层次每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务通信只在对等层间进行（间接的、逻辑的、虚拟的），非对等层之间不能互相“通信”实际的物理通信只在最底层完成Pn：第n层协议，即第n层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定网络分层模型体系结构计算机网络第1章 计算机网络概述1.6.2 协议层次结构36计算机网络第

21、1章 计算机网络概述保证一个庞大、复杂的计算机网络系统有条不紊地工作，有必要制定一套复杂的通信协议集。目前已经开发了很多网络协议，每种协议都是针对某个特定目标或解决特定的通信问题而设计的，以分层的形式组成了一个完整系统。网络体系结构是网络层次结构模型与各层协议的集合，对计算机网络应该实现的功能进行精确定义。网络体系结构是抽象的，而实现网络协议的技术是具体的。一个划分为5层的虚拟的网络系统示意图接口（interface）接口是同一主机内相邻层之间交换信息的连接点，例如在邮政系统中，邮局的邮箱是发信人与邮递员之间收发信件的接口；收信人家门口的邮箱是收信人与邮递员之间的接口。服务（service)服

22、务是指一个结点的某一层向它上一层提供的一组原语操作。定义了该层准备代表其用户执行哪些操作，但服务并不涉及如何实现这些操作。服务和上下两层的接口相关联，低层是服务提供者，高层是使用服务的用户。层次结构是处理计算机网络问题最基本方法。对于一些难以处理的复杂问题，通常是采用分解为若干个容易处理的、小一些的问题，“化整为零，分而治之”的方法去解决。各层之间相互独立、灵活性好、易于实现和标准化 37计算机网络第1章 计算机网络概述1.6.3 网络参考模型实例四个著名的计算机网络分层结构模型SNA：IBM公司1974年公布的世界上第一个网络体系结构SNA（Systems Network Architect

23、ure），是OSI模型的主要基础。7个层次-物理层、数据链路控制层、路径控制层、传输控制层、数据流控制层、表示服务层、事务服务层。DNA（Digital Network Architecture）是美国DEC公司1975年提出的网络体系结构，8个层次-即物理链路层、数据链路层、路由层、端通信层、会晤层、网络应用层、网络管理层及用户层。国际标准化组织（ISO）于1985年发布ISO的开放系统互连（OSI）参考模型，个层次（物理层、数据链路控制层、网络层、传输控制层、会话层、表示层和应用层。）38计算机网络第1章 计算机网络概述39计算机网络第1章 计算机网络概述TCP/IP网络体系结构源于ARP

24、ANET网络。1989年被修订并标准化，称为TCP/IP参考模型（TCP/IP ），4个层次（网络接口层、互联网层、传输层和应用层）。TCP/IP 参考模型与OSI参考模型层次对应关系示意图。OSI参考模型（甲）与TCP/IP参考模型（乙）的比较共同点均采用了层次结构的概念在传输层之上，都定义了为应用层进程的通信提供一种端到端的独立于网络的传输服务。不同点（甲方优点-乙方缺点）划分的层次不同。OSI参考模型明确区分服务、接口和协议的概念。OSI参考模型更具有通用性。OSI参考模型相应的服务定义和协议都过于复杂，系统效率低下OSI参考模型对于每一层应设置哪些功能没有特别好的设想40计算机网络第1

25、章 计算机网络概述返回第2章：数据通信基础41学习目标 理解：信息的类型和信息的二进制数字表示形式、信号的类型和特性理解：数据通信系统的模型、数据传输性能衡量的技术指标掌握：信道基本特征和调制方法，传输介质的基本类型、特征和作用理解：数据传输的基本概念，信道传输差错控制，多路复用技术的分类和特点理解：电路交换、报文交换和分组交换技术的特点第2章：数据通信基础2.1 数据通信基本概念（信息类型、数字化表示、信号类型、特征） 2.2 数据通信系统模型（模型、定义、性能衡量技术指标）2.3 通信信道(信道的基本特性、物理传输介质特点和作用）2.4 数据传输和数据交换技术(数据传输方式、差错控制方法、

26、多路复用技术、数据交换方式）2.1.1 信息类型和数字化表示数据通信中的信息表示成：数字化的文字、字符、代码、语音、图像和视频等形式，可分为三种类型：数据信息、音频信息、视频信息。数据信息数据信息通常指文本信息，一般是文字、数字、图形、图表及任意符号的记录，例如电子邮件、Excel表格、传真图像这类信息可用字符编码、图形编码等方式表示成0、1序列串。字符编码是把符号转换成二进制序列的方法，如ASCII编码（美国标准信息交换码）、Unicode（统一码）44计算机网络第2章 数据通信基础音频信息音频信息一般指人们听觉范围内的语言、音乐、噪声。声音在电通信中，被转换成在连续时间范围内持续变化的电压

27、强度。音频信息是模拟数据，需要使用脉冲编码调制法（PCM）转换成二进制数据。视频信息视频信息由连续的图片组成，指人们所能见到的活动图像，比如电视、电影、录像、电视电话会议的现场图像等。视频信息是模拟数据，数字化过程更复杂，常用的方法有镶嵌图形法。45计算机网络第2章 数据通信基础46PCM脉码调制方法模拟信号不能直接在数字信道中传输，必须先转变成数字信号，采用PCM方法，可以把模拟信号转变成数字信号。PCM脉码调制方法分为采样、量化和编码三个步骤 1. 采样。对模拟信号按一定的时间间隔进行采样，产生一个 振幅等于取样信号的脉冲。其中采样的时间间隔小 于模拟信号最高频率2倍的倒数。 2. 量化。

28、确定取样后的离散脉冲信号的振幅数值。且采样信 号振幅数值的总个数必须是有限的。 3. 编码。用二进制码元取代取样值，完成模拟信号的PCM 编码，就可得到所需要的数字信号。 计算机网络第2章 数据通信基础47计算机网络第2章 数据通信基础PCM脉码调制基本步骤2.1.2 信号类型、特征在数据通信中，利用电压、电流、电荷及电磁波等物理量在强度上的变化，来携载各种形式的数据信息，通过传输线路进行传输。目前常用的是电信号有模拟信号和数字信号。数据能编码成模拟信号或数字信号，用于传输信息。数字信号更适于传输数据信息，其优势表现如下：数字信号受噪声干扰影响小，只需确定接收到的脉冲在参考电平之上还是之下就可

29、以再生原始信号了。数字信号更适合于利用多路复用技术进行处理和组合。数字信号传播的距离远，容易存储。对数字信号传输误差的检测和纠正来得容易。48计算机网络第2章 数据通信基础数据传输的信号类型模拟信号与数字信号波形49计算机网络第2章 数据通信基础50数字信号是一种非连续变化的电信号，其波形为不连续的。信号的强度始终在有限个数的值之间变化。当信号强度只有两种取值时，即为二进制数字信号。信号的强度在某一时间段内维持一个常量值，而在另一时间段内改变到另外一个常量值，即为离散的数字信号。tAOtAO 计算机网络第2章 数据通信基础51二进制数据的信号表示计算机产生的数据信息表示为由0和1组成的二进制序

30、列如果信号强度只取两种值，即用一个正电压值对应1，用一个负电压值对应0，这种形式的数字信号属于基带信号。基带信号不适合直接在信道中传输，要变换成适合在通信信道上传输的波形后，才能在对应的信道上传输。 计算机网络第2章 数据通信基础信息、数据与信号的基本概念52计算机网络第2章 数据通信基础返回数据通信是指通过计算机技术与通信技术结合来实现信息的传输。数据通信系统模型构成示意图。数据终端设备（DTE）：充当信源和信宿的设备的统称。数据通信设备（DCE）：连接DTE与传输信道的设备。通信信道：或叫传输信道，是通信系统必不可少的组成部分。传输控制规程和通信软件。532.2.1数据通信系统模型数据终端

31、（DTE）数据通信设备（DCE）通信信道数据通信设备（DCE）数据终端（DTE）165432输入信息输入数据g(t)发送信号s(t)接收信号r(t)输出数据g(t) 输出信息二进制数字序列模拟或数字信号模拟或数字信号二进制数字序列mm54两台主机通过电话网络通信的模型示意图两台主机通过计算机网络通信的模型示意图2.2.2性能衡量技术指标衡量和评估通信系统的效率的主要的性能指标包括带宽、数据传输速率、延时、误码率、吞吐率和容量带宽对于模拟信道，带宽是指信道能够传送的电磁波信号的最高频率与最低频率之差。单位是赫兹（Hz）、千赫（kHz）、兆赫（MHz）等。对于数字信道，带宽即数据传输速率或比特率。

32、单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 数据传输速率数据传输速率是指单位时间内传送的信息量，是衡量数据通信系统传输能力的一个重要指标。常见单位是：千比每秒，即 kb/s （103 b/s）、兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）、太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）55延时 (delay 或 latency)发送延时、传播延时、排队延时与处理延时发送延时 :主机发送速率是一定的，主机发送一个数据分组的第一位到最后一位需要一定的时间。传播延时 : 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。发送延时 = 发送的比特数（比特）发送速率（比

33、特/秒）传播延时 = 信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）56信号发送速率和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。真电磁波在真空中传播速度=3*108m/s; 空中的光速：3 * 105 km/s铜缆中的电信号速度：2.3 * 105 km/s光纤的传播速度：2 * 105 km/s1000km的光纤线路产生延迟5ms处理延时: 交换结点（主机与路由器）接收到一个分组，为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。排队延时：在结点缓存队列中，分组排队所经历的延时。处理延时的长短往往取决于网络中当时的通信量。有时可用排队延时作为处理延时。 总延时= 发送延时+ 传播延时+ 处理延时+排

34、队延时57四种延时所产生的地方 1 0 1 1 0 0 1发送器队列在链路上产生传播时延结点 B结点 A在处理时产生处理延时在队列中产生排队延时数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路在发送器产生发送延时58信道容量每个信道传输数据的速率有一个上限，把这个速率上限叫做信道的最大传输速率或信道容量。吞吐量吞吐量是信道在单位时间内成功传输的信息量误码率在数据通信中最常用的是比特错误率和分组错误率比特错误率是二进制比特位在传输过程中被误传的概率；分组错误率是指数据分组被误传的概率。59在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄 每秒 106 个比特时间1 0 1 0 1 11 s带宽为1 Mb/s 时间

35、每秒 4 106 个比特0.25 s带宽为4 Mb/s 返回602.3.1信道的基本特征和调制方法信道的基本特性信道是信号传输的通路，由传输介质、相关联的电气或光学设备构成的系统。常见的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤和自由空间等。信道和电路是两个不同的概念，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。61在数据通信中，来自信源的信号常称为基带信号（即基本频带信号）基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，许多信道不能传输这种低频分量或直流分量，必须对基带信号进行调制（modulation）后再传输。调制分为两大类：基带调制（或叫编码）带通调制（使用载波进行调制）62信号对应的数据

36、编码方法分类63计算机的二进制数据模拟信号数字信号模拟编码数字数据编码振幅键控ASK移频键控FSK移相键控PSK外同步编码非归零码差分曼彻斯特编码内同步编码曼彻斯特编码计算机内部二进制数据信号类型数据信号编码分类数据编码方法数据基带调制（或叫编码）方法把数字信号转换为另一种形式的数字信号，进过变换后的信号仍然是基带信号。以下是数据“01001011”的三种编码形式。64带通调制对于比特流010010，采用调幅、调频、调相3种基本调制方法后产生的信号波形图652.3.2 信道的分类按照传输信号的类型，信道可分为模拟信道和数字信道。模拟信道与数字信道并存的局面，使得计算机网络物理层的内容变得复杂。

37、若按照信道上信号传送方向与时间的关系，可分为单工信道、半双工信道和全双工信道。按照信道采用传输介质的不同，可分为有线信道和无线信道。按照使用信道的方法不同，可分为专(租)用信道和公用信道。662.3.3 信道的容量计算信道的容量以带宽指标来衡量。带宽是传输介质的一种物理特性，由介质的构成、厚度或长度决定。在实际应用中的信道都不是理想的，任何信道的带宽是有限的信道上还存在多种的干扰，在传输信号时会带来各种的失真，故信道传输码元速率是有上限的。信道既为信号提供传输通路，又对信号造成损害。这种损害具体反映在信号波形的衰减和畸变上，导致通信出现差错现象。奈奎斯特推导出著名的奈氏准则，给出了理想条件（无

38、噪声）下，信道中码元传输速率的上限公式香农用信息论的理论推导出了带宽受限且有噪声干扰的信道的极限数据传输速率，当用此速率进行传输时，可以做到不产生差错。672.3.4 有线介质电磁波可在有线和无线两种介质中传播，构建了通信信道的物质基础，每一种传输介质都有独特的性质。由双绞线、同轴电缆和光纤等传输介质组成的信道可统称为有线信道；由自由空间和电磁波组成的信道称为无线信道。电磁波频谱与传输介质带宽匹配示意图68双绞线由两根相互绝缘的导线以螺旋状的形式紧紧地绞在一起，是简单经济的传输介质。若将一对或多对双绞线安装在一个套筒里，就构成了双绞线电缆。双绞线可传输模拟信号和数字信号，传输速率通常可达100

39、Mb/s1Gb/s。安装方便，可靠性好，抗干扰能力较强，适用于局域网。69同轴电缆由硬的铜质芯线和外包一层绝缘材料组成，在绝缘材料外面是一层网状密织的外导体，以及塑料保护外套组成。同轴电缆具有寿命长、容量大、传输稳定、很高的抗干扰能力，适应范围较宽。从低速到高速的、从短距离到长距离的数据传输都可以采用同轴电缆。70光纤利用传递光脉冲进行数据通信，性能极好 。一个光纤通信系统的传输带宽远远大于其他各种传输介质的带宽。光纤有高数据传输率、有效地屏蔽外界的电磁干扰、传输损耗很小适合长距离传输。71典型的光纤传输结构多模光纤与单模光纤的比较72是指电磁波和大气空间的组合，是构建无线信道的基础。在无线介

40、质中，常用来传输信息的有无线电、红外、微波和激光等典型的无线通信介质有：微波通信、卫星通信和蜂窝无线通信无线信号的特点：发送方式、频率、功率与覆盖范围的关系。 常用频段：工业、科学与医药专用ISM频段73计算机网络第2章 数据通信基础2.3.5 无线介质微波通信是指在电磁频谱中，频率在100MHz10GHz，波长范围为3m30mm之间的信号叫做微波信号。微波只能直线传播，在地面上的传播距离有限，一般在4060 km。当传输距离超出时，要设置中继站，以便转接信息继续发送由于微波信号的波长比较短，可以用很小的发射功率来进行远距离通信。微波信号的频率很高，能获得较大的通信带宽，但保密性较差。74卫星

41、通信是微波通信中的一种特殊形式，是利用卫星微波形成点对点通信线路来传输数据。卫星通信的最突出的优点是传输一条消息的成本与该消息所经过的距离无关，适合远距离洲际间的通信时。它的不足之处是传输延时时间长，传输质量与气候条件、太阳活动、卫星相对地面站的方位等有关。75蜂窝无线通信主要用于移动通信。将一个大区制覆盖的区域划分成多个小区，每个小区中设立一个基站，通过基站在本区的用户移动台之间建立通信。第一代蜂窝移动通信（1G）系统属于模拟移动通信类型。第二代蜂窝数字移动通信（2G）系统属于数字移动通信类型。第三代移动通信（3G）系统提供数字语音和宽带数字数据服务。第四代移动通信（4G）系统融合数字通信、

42、数字音/视频接收。第五代移动通信（5G）系统将满足快速增长的移动互联网应用。76返回当一台设备传输信息到另一台设备时，从信号传输方向来看，有单工通信、半双工通信和全双工通信。 77计算机网络第2章 数据通信基础2.4.1 数据传输方式概述从数字信号传输的时空顺序来分类，基本传输方式有串行传输和并行传输。78计算机网络第2章 数据通信基础按照发/收两端实现同步的方法，传输方式可分为异步传输和同步传输。异步传输以字符为数据的传输单位,在每个字符的前后加上同步信息。例如起始位、校验位和停止位。一个数据传输单位的数据位与同步信息的数据位结合起来构成一个数据帧。再在数据帧之间加上空隙。79计算机网络第2

43、章 数据通信基础每个字符作为一个独立整体进行发送，字符内部是同步的。但由于各字符之间的时间间隔没有规定，可以任意时间间隔，因此各字符间并不同步。异步传输要求收、发端采用相同的数据帧格式，统一传输速率。计算机通信中常采用的典型速率有：300b/s、600b/s、1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s等。异步传输的特点是简单、可靠，用于计算机与终端之间的数据通信，缺点是速率较低。80计算机网络第2章 数据通信基础同步传输：数据块是由多个字符或二进制位串组成的，在数据块的前后加上同步信息。通常是附加一个特殊的字符或比特序列，标志数据块的开始与结束。以数据块为传输单位，并对其进

44、行同步。一个数据块的数据位与同步信息的数据位结合起来构成一个数据帧。81计算机网络第2章 数据通信基础差错产生与差错检测方法差错产生：信道的固有噪声：随机热噪声和外界短暂原因产生冲击噪差错类型：随机和突发822.4.2 传输差错控制方法计算机网络第2章 数据通信基础差错检测方法：检错和纠错检错是不纠正传输中的错误，不会标识哪些位出错，目的是防止接收数据中出现未被检测到的错误。数据通信中的检错方法主要利用冗余的概念。即在信息数据发送之前，先按照某种规则附加上额外的比特位（称为冗余位），构成一个符合某一规则的码字后再发送。接收一端收到码字后，判断其是否符合某一规则。如果不符合规则，就可以判定传输过

45、程中有错。常用的检验方法有3种：循环冗余校验（CRC）、奇偶校验、检验和。纠错是接收端能够发现并能够自动纠正传输差错。当消息的接收方在检测到差错时，可采取两种基本方法来纠正错误：一种是反馈重发纠错法（ARQ），另一种是前向纠错法（FEC）。目前大多数的通信系统都采用反馈重发纠错法。83计算机网络第2章 数据通信基础用接收到的代码，除以G(x)。只要得出的余数 R 不为 0，就表示检测到了差错。 只要经过严格的挑选，使用位数足够多的除数 G(x)，那么出现检测不到的差错的概率就很小。84计算机网络第2章 数据通信基础1. 循环冗余编码方法工作原理示例：设信息位为1010001，即 K(x)=x6

46、+x4+1G(x)=x4+x2+x+1（对应的代码为10111）则x4 K(x)=x10+x8+x4（对应的代码为10100010000），则冗余位为1101，R(x)=x3+x2+1T(X)=x4K(x)+R(x)= x10+x8+x4+x3+x2+1对应的发送代码为：10100011101计算机网络第2章 数据通信基础奇偶校验最简单的奇偶校验法是把一个位（称奇偶校验）添加到数据中，强制数据码字中的1的总数是奇数或者偶数。奇偶校验的主要优点是简单。检验和使用求和算法的一种差错检测机制。把要发送的信息数据相加，产生一个称为检验和的检错字符，该检验和被附加到信息的末尾。接收一端对收到的信息(包含

47、了信息数据和校验和)，进行求和计算就能检测出错误，如果计算结果是零，则没有检测出错误。86计算机网络第2章 数据通信基础2.4.3 信道复用技术多路复用技术:常用的包括频分复用、时分复用和码分复用。时分复用（TDM）、频分复用（FDM）、码分复用（CDMA）。87计算机网络第2章 数据通信基础时分多路复用：是指用户以循环的方式轮流传输。每个用户周期性地获得整个带宽非常短的一个时间间隔（简称时间片），包括同步时分多路复用, 统计时分多路复用88计算机网络第2章 数据通信基础频分多路复用：就是将信道的可用带宽按频率分割成若干个子频带信道，每路信道的信号以不同的载波频率进行调制，各路信道的载波频率互

48、不重叠。89计算机网络第2章 数据通信基础码分复用多路：它把一种窄带信号扩展到一个很宽的频带上，会有较强的抗干扰能力。允许来自不同用户的多个信号共享相同的频带，允许每个站利用整个频段发送信号，没有时间限制，且多个信号可以线性叠加，利用编码理论可以将多个并发的传输分离开。CDMA能够提取出期望的信号，同时拒绝所有其它的信号，应用在蜂窝网络、卫星通信和有线电视网络。90计算机网络第2章 数据通信基础2.4.4 数据交换技术数据交换方式的分类91计算机网络第2章 数据通信基础线路交换技术：也叫电路交换，是在数据的发送端和接收端之间，直接建立一条临时的通道，供通信双方专用。线路一旦接通，相连的两个站便

49、可以直接通信，交换装置对通信双方的通信内容不进行任何干预。线路交换方式的通信包括3个阶段：线路建立、数据传送和线路拆除。92计算机网络第2章 数据通信基础分组交换技术的特点：结合了报文交换和线路交换的优点，将发送的数据与目的地址、源地址、控制信息一起，按照一定的格式组成一个数据单元（分组）再发送出去，每个分组的长度是固定的。分组交换技术在实际应用中可分为数据报方式和虚电路方式。93计算机网络第2章 数据通信基础分组交换技术包括虚电路方式 数据报方式94计算机网络第2章 数据通信基础报文与报文分组，报文交换与分组交换的比较95计算机网络第2章 数据通信基础返回第3章：OSI参考模型学习目标理解：

50、OSI模型的分层、接口、服务和数据单元等概念。了解：OSI模型层的功能、对等层间的协议关系。掌握：基于OSI模型的系统间的数据传输过程第3章：OSI参考模型3.1 OSI参考模型概述（分层概念、模型结构和服务、 OSI环境中数据传输过程） 3.2-3.3 OSI模型7层功能定义（物理层、数据链路层）3.4 -3.6 OSI模型7层功能定义(网络层，传输层、会话层、表示层、应用层）3.1.1 OSI参考模型的产生国际标准化组织（ISO）研究和制定一种开放、公开和标准化的网络结构模型，来实现计算机网络之间相互连接和通信著名的ISO 7498国际标准，称为开放系统互联参考模型，记为OSI/RM，简称

51、OSI模型。OSI模型中的“开放”是指只要遵循OSI的标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的也遵循同一标准的其它任何系统通信。“系统”表示在现实世界中能够进行信息处理或信息传送的自治整体，它可以是一台或多台计算机，以及和这些计算机相关的软件、外部设备、终端、信息传输手段等的集合。计算机网络第3章 OSI参考模型991003.1.2 OSI模型结构OSI模型结构分为7层 服务定义应用层Application表示层Presentation会话层Session传输层Transport物理层Physical数据链路层Data Link网络层Network7654321为网络应用提供服务数据表示在用

52、户间建立会话关系不同主机进程间的通信在主机间传输分组在节点间可靠地传输帧节点间位流的透明传输计算机网络第3章 OSI参考模型101计算机网络第3章 OSI参考模型数据链路层数据链路层OSI模型中的层、协议和接口网中各主机都具有相同的层次。不同主机的同等层具有相同的功能。同一主机内相邻层之间通过接口通信。每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务。不同主机的同等层通过协议来实现同等层之间的通信。3.1.3 OSI模型的服务OSI模型的长远贡献在于提供了层、协议和服务的统一定义。在OSI模型中，下层向上层提供的服务分为：面向连接的服务和面向无连接的服务。面向连接服务（电话系统）两个N层实体在数

53、据交换前，必须先建立连接。即初始化状态信息，为N+1层实体的信息传输建立一个通道。在数据传输阶段，通过这些状态信息，第N层实体可以跟踪在它们之间的PDU交换及它们与更高层的SDU交换当数据交换结束后，应释放这个连接。即去除状态信息，释放建立连接时所分配的资源。无连接服务（邮政系统）两个N层实体通信前，不需要先建立一个连接，不需要事先保留状态信息，可以是可靠的或者不可靠的服务。102计算机网络第3章 OSI参考模型服务是通过一组服务原语来定义，供用户和其它实体访问服务，通知服务提供者采取某些行动或报告某个对等实体的活动。服务原语分为4类：请求：由服务使用者发往服务提供者，请求它完成某项操作。指示

54、：由服务提供者发往服务使用者，表示发生了某些事件。响应：由服务使用者发往服务提供者，对前面收到的指示的响应。证实：由服务提供者发往服务使用者，对上述响应的证实。下层向上层提供服务，为服务提供者；而上层调用下层的服务，为服务用户。下层为上层提供的服务可分为两类：面向连接服务和无连接服务。103计算机网络第3章 OSI参考模型3.1.4 OSI网络环境中的数据传输过程基于OSI参考模型的计算机网络结构104计算机网络第3章 OSI参考模型主机A应用进程A传送消息到目标主机应用进程B的过程：A的消息送到源网络体系的最高层，从最高层开始，自上而下逐层封装。经物理线路传输到目标系统的网络体系，接收到的信

55、息自下而上逐层处理并拆封。由最高层将消息提交给目标进程B。计算机网络第3章 OSI参考模型105数据多层封装和拆封装数据 段头数据 段头数据分组头帧头 段头数据分组头帧尾封装段分组帧拆封计算机网络第3章 OSI参考模型应用进程的数据在OSI环境中经过复杂的处理过程，才能够送到另外一台主机的应用进程，但是对于每一台主机的应用进程来说，OSI环境中数据流的复杂处理过程是透明的。在开放系统网络通信过程中，应用进程的数据好像是“直接”传送给对应主机的应用进程。返回3.2 物理层（Physical Layer）物理层是OSI参考模型的最低层。物理层利用传输介质为通信的网络主机之间建立、管理和释放物理连接

56、实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务。物理层的数据传输单元是比特（bit）。物理层应该能够为数据链路层建立相应的物理连接，在数据传输过程中维护物理连接，以及在数据传输结束时释放物理连接。107计算机网络第3章 OSI参考模型108为了实现物理层的功能，需要做如下方面的规程定义，规定了物理接口的各种特性：机械：物理连接器的尺寸、形状、规格。电气：信号电平，信号的脉冲宽度和频率，数据传送速率，最大传输距离等。功能：接口引（线）脚的功能和作用。规程：信号时序，应答关系，操作过程。计算机网络第3章 OSI参考模型EIA/TIA 568A标准 T568A线序 1 2 3 4 5 6 7 8

57、 绿白 绿 橙白 蓝 蓝白 橙 棕白 棕 T568B线序 EIA/TIA 568B标准 1 2 3 4 5 6 7 8 橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕 3.3 数据链路层（Data Link Layer）3.3.1 数据链路层概述数据链路层的低层是物理层，相邻高层是网络层。数据链路层在物理层基础上，通过建立数据链路连接，采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。数据链路层的数据传输单元是帧。数据链路层必须具备如下基本的功能将二进制数据组合为帧（Frame）。处理传输差错，保证按序、不丢失和不重复地接收信息帧。调节发送速率使发送方与接收方相匹配；以及在两个网络实

58、体之间提供数据链路的建立、维持和释放的管理。109计算机网络第3章 OSI参考模型组帧的目的是数据一帧一帧地传送，在出现差错时，将有差错的帧再重传一次，避免了全部数据的重传每个帧除了要传输的数据外，还包括校验码，使接收方能发现传输中的差错。发送方以帧为单位发送比特流，接收方按帧接收并检验比特流，将检验正确的数据帧交给网络层处理。帧的结构必须使接收方能够明确地从物理层的比特流中区分出帧的起始与终止处。常用组帧的方法：带字符填充的首尾标志法、带位填充的首尾标志法、物理层编码违例法。110帧首部 帧尾部IP数据包帧的数据部分帧开始帧结束=MTU数据链路层的帧长发送组帧计算机网络第3章 OSI参考模型

59、帧同步：能从比特流中区分出帧的起始与终止使用比特填充的首尾定界符法 以一组特定的比特模式(如01111110)来标志一帧的起始与终止。保证数据的透明性2、违法编码法 借用违法编码序列来定界帧的起始与终止。例: 在物理层，若用曼彻斯特编码时，高低表示”1”,低高表示”0” ，则可用高高或低低表示起止。 01111110data01111110011111101帧011111010010011010计算机网络第3章 OSI参考模型111差错控制方法为了控制差错，一般采用自动请求重发方法（ARQ）。它是指在接收站接收到包含出错数据的信息（帧）时，自动发出重传出错帧的请求。ARQ协议有三种形式：停等(

60、stop-and-wait)ARQ协议、连续ARQ协议、选择重传ARQ协议 112计算机网络第3章 OSI参考模型链路层的任务两节点间可靠的数据传输Ethernet, X.25, ATM, 停等ARQ协议发送方发送一个数据帧后，必须停下来等待接收方的确认帧后才可以发送下一个数据帧；在接收方接收错误时，接收方则发一否认帧，要求发送方重发该帧为防止发送的数据丢失，发送方内部设置一个定时器，当超过定时时间，而发送方仍未收到确认帧时，发送方重发该帧；为防止确认帧丢失而造成接收方接收并递交重复帧，要求发送方给每一个数据帧带上一个序列号。保证了传输的安全可靠，实现简单,传输过程中信道的利用率太低。计算机网