计算机网络概论

计算机网络第1章计算机网络概论第2章网络体系结构第3章广域网技术

第4章局域网技术第5章TCP/IP协议第6章IPv6协议

目录第1章计算机网络概论引言传输介质拓扑结构数据传输技术数据交换技术网络体系结构与标准化内容提要引言

计算机网络是将假设干台分布在不同地理位置上的、具有独立功能的计算机，通过通信设备和通信线路连接起来，以实现数据传输和资源共享的系统。●连接对象：计算机系统；●网络通信设备：路由器、交换机等；●传输介质：有线、无线；●连接方式与结构：拓扑结构。网络中的计算机又分为效劳器和工作站两类。

计算机网络的定义

连接对象——独立计算机引言工作站工件站是通过网卡连接到网络上的计算机系统，它可以作为独立的个人计算机为用户效劳，也可以按照被授予的权限访问效劳器。各工作站之间可以相互通信和共享网络资源。效劳器效劳器的配置要求比工作站的要求高，它是提供网络效劳的计算机，并负责对网络资源进行管理。主要的网络效劳有文件效劳、打印效劳、电子邮件效劳等。引言集线器实质上是一个多端口的中继器，可以汇接多台主机，属于物理层的设备。交换机既工作在物理层又工作在数据链路层，它可以检查分组中的MAC地址，然后决定是转发还是丢弃该分组。路由器可以识别IP地址，是三层设备。

通信设备——几种常用的通信设备

传输介质引言传输介质是网络数据流动的载体，是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。

传输介质大体上分为以下几类，如图1-1所示。图1-1传输介质分类对于用户来说，计算机网络提供的是一种透明的传输机构，用户在访问网络共享资源时，可不必考虑这些资源所在的物理位置。为此，计算机网络通常是以网络效劳的形式来提供网络功能和透明性访问的。网络效劳文件效劳为用户提供各种文件的存储、访问及传输等功能。对于不同的文件，可以设置不同的访问权限，以维护网络的平安性。这是一项最重要的网络效劳。打印效劳为用户提供网络打印机的共享打印功能，使得网引言络用户能够共享由网络管理的打印机。如每个网络用户都要使用激光打印机输出高质量的文档，但由于价格原因，不可能也不必每一台计算机都配备激光打印机，可以把一台激光打印机作为网络打印机，使每个用户都能共享这台激光打印机，执行打印输出任务。电子邮件效劳为用户提供电子邮件(E-mail)的转发和投递功能。电子邮件是一种无纸化的电子信件，具有传递快捷、准确等优点，已成为一种现代化的个人通信手段。信息发布效劳为用户提供公众信息的发布和检索功能。例如时引言事新闻、天气预报、股票行情、企业产品宣传以及导游、导购等公众信息的发布与远程检索。网络效劳还有很多种，如电视会议、电子报刊、新闻论坛、实时对话、布告栏等，并且新的网络效劳还在不断地被开发出来，以满足人们对网络效劳的不同需求。计算机网络系统的组成网络通信系统提供节点间的数据通信功能，这涉及到传输介质、拓扑结构以及网络访问控制等一系列核心技术，决定着网络的性能，是网络系统的核心和根底。引言网络操作系统对网络资源进行有效管理，提供根本的网络效劳、网络操作界面、网络平安性和可靠性措施等，是实现用户透明性访问网络必不可少的人-机(网络)接口。网络应用系统是根据应用要求而开发的基于网络环境的应用系统。例如，在机关、学校、企业、商业、宾馆、银行等各行各业中所开发的办公自动化系统、生产自动化系统、企业管理信息系统、决策支持系统、医疗管理效劳系统、电子银行效劳系统、辅助教学系统、电子商务系统等。引言计算机网络按各个节点分布的地理范围分类，可分成局域网(LocalAreaNetwork，LAN)和广域网(WideAreaNetwork，WAN)，两者的主要差异在于通信距离和传输速率。计算机网络分类局域网的通信距离一般在几公里之内，传输速率为10Mb/s~1Gb/s，主要用来构造单位的内部网。例如学校的校园网、企业的企业网等。它们属于单位所有，单位拥有自主管理权，并且以资源共享效劳和网络接入效劳为主要应用目的。

局域网引言广域网的通信距离可达几十公里、几百公里，甚至普及世界，过去传输速率比较低，一般为64kb/s～2Mb/s，而现在以光纤为传输介质的新型高速广域网可以提供高达2.5～10Gb/s的传输速率。广域网主要是指公用数据通信网，一般由国家委托电信部门建造、管理和经营，以数据通信为主要应用目的。

广域网引言有线介质双绞线双绞线(TwistedPairLine)是一种最常用的传输介质，由呈螺线排列的两根绝缘导线组成，两根导线相互扭绞在一起，可使线对之间的电磁干扰减至最小。一根双绞线电缆由多个绞在一起的线对(如8条线组成4个线对)组成。如图1-2所示。特点价格低廉，比较适合于短距离的信号传输，既可用于传输模拟信号，也可用于传输数字信号。传输介质

分类

传输介质图1-2双绞线传输介质双绞线有多种类型，不同类型的双绞线所提供的带宽各不相同。例如，在局域网中所使用的双绞线有无屏蔽双绞线(UnshieldedTwistedPair，UTP)和屏蔽双绞线(ShieldedTwistedPair，STP)两类。如图1-3所示。每一类中又分为假设干等级，比方UTP分为3类UTP、4类UTP和5类UTP，它们的传输带宽分别为16MHz、20MHz和100MHz。因此，在基于双绞线的100Mb/s高速网络中，通常使用5类UTP或STP作为其传输介质。一个网络系统的物理层标准规定了它所采用的传输介质、介质长度以及传输速率等。传输介质〔a)屏蔽双绞线(STP)铝箔屏蔽以减少干扰和串音(b)非屏蔽双绞线(UTP)双绞线外没有任何附加屏蔽图1-3

同轴电缆同轴电缆(CoaxialCable)是局域网中应用较为广泛的一种传输介质。它由内、外两个导体组成，内导体是单股或多股线，呈圆柱形的外导体通常由编织线组成并围裹着内导体，内、外导体之间使用等间距的固体绝缘材料来分隔，外导体用塑料外罩保护起来。如图1-4所示。

在网络系统中，主要使用两种同轴电缆：一种是50Ω电缆，它主要用于基带信号传输，其传输带宽为1~20Mb/s，如10Mb/sEthernet采用的就是50Ω同轴电缆；另一种是75Ω公用天线电视(CATV)电缆，它既可用于传输模拟信号，又可用于传输数字信号。传输介质传输介质图1-4CATV电缆的传输频带比较宽，高达300~400MHz，可用于宽带信号的传输。在CATV电缆上，通常通过频分多路复用(FDM)技术实现多路信号的传输，它既能传输数据，也能传输话音和视频信号。所谓宽带(Broadband)信号传输，是利用FDM技术在宽带介质上所进行的多路模拟信号的传输，它是一种用于宽带网络的信号传输技术。近年来，随着光纤技术的开展，越来越多的宽带网络采用光导纤维(简称光纤)作为传输介质。

光导纤维传输介质光导纤维(Fiber)是一种传送光信号的介质，它的内层是具有较高光曲折射率的光导玻璃纤维，外层包裹着一层折射率较低的材料，利用光波的全反射原理来传送编码后的光信号。根据光波的传输模式，光纤主要分为两种：多模光纤和单模光纤。如图1-6所示。在多模光纤中，通过多角度反射光波实现光信号的传输。由于多模光纤中有多个传输路径，每个路径的长度不同，通过光纤的时间也不同，因此会导致光信号在时间上出现扩散和失真，从而限制了它的传输距离和传输速率。在单模光纤中，只有一个轴向角度来传输光信号，或者说光波沿着轴向无反射地直线传输，光纤起着波导作用。由于单模光纤只有一个传输路径，不会出传输介质传输介质图1-6光缆结构图三局部组成：光发送器、光纤介质和光接收器。发送端的光发送器利用电信号对光源进行光强控制，从而将电信号转换为光信号；光信号经过光纤介质传输到接收端；光接收器通过光电二极管再把光信号复原成电信号。传输介质

光纤系统现信号传输失真现象，因此，在相同传输速率的情况下，单模光纤比多模光纤的传输距离长得多。通常，单模光纤传输系统的价格要高于多模光纤传输系统。光纤是一种不易受电磁干扰和噪声影响的传输介质，具有传输速率高、传输距离远、抗干扰能力强、保密

光纤特点性好

等特点，特别适合用来构造高速远程网或广域网。例如，现代广域网、城域网、园区网以及高速局域网等就主要采用光纤作为传输介质。

光纤已经成为高速远程网首选的传输介质。无线介质

微波(Microwave)是一种高频电磁波，其工作频率为109～1010Hz。微波通信系统可分成地面微波通信系统和卫星微波通信系统。传输介质

微波

地面微波通信系统由视野范围内的两个互相对准方向的抛物面天线组成，能够实现视野范围内的微波通信。地面微波通信系统主要作为计算机网络的中继链路，实现两个或多个局域网的互连，扩大网络的覆盖范围。如图1-7所示。传输介质图1-7传输介质可以克服地面微波通信的距离限制，通信距离远，但费用相对要高一些；传输延迟时间长。如图1-8所示。

卫星微波通信系统图1-8h传输介质

扩频(SpreadSpectrum)无线电是一种新的民用(不需要许可证)无线通信技术，它采用900MHz或2.4GHz的无线电频段作为传输信道，通过先进的直序扩展频谱或跳频方式发射信号，属于宽带调制发射，具有传输速率高、发射功率小、抗干扰能力强以及保密性好等特点。很多无线局域网技术都采用了扩频无线电通信方式，例如IEEE802.11无线局域网、无线家庭网以及蓝牙技术等。因此，扩频无线电通信已经成为无线局域网的主流技术。

扩频无线电

红外线

红外线(Infrared)的工作频率为1011~1014Hz，其方向性很强，不易受电磁波干扰。在视野范围内的两个互相对准的红外线收发器之间通过将电信号调制成非相干红外线而形成通信链路，可以准确地进行数据通信。由于红外线的穿透能力较差，易受障碍物的阻隔，一般将红外线作为一种可选的传输介质。传输介质

激光激光(Laser)的方向性很强，不易受电磁波干扰。但外界气候条件对激光通信的影响较大。激光通信系统由视野范围内的两个互相对准的激光调制解调器组成，激光调制解调器通过对相干激光的调制和解调，来实现激光通信。传输介质常用传输媒体的比较传输媒体速率传输距离抗干扰性价格应用双绞线10~1000Mbps几十km可以低模拟/数字传输50同轴电缆10Mbps3km内较好略高于双绞线基带数字信号75同轴电缆300~450MHz100km较好较高模拟电视、数据及音频光纤几十Gbps30km以上很好较高远距离传输短波<50MHz全球很差较低远程低速通信地面微波4~6GHz几百km好中等远程通信卫星微波500MHz18000km很好与距离无关远程通信网络拓扑结构是指一个网络中各个节点之间互连的几何构形，即指各个节点之间互相连接的方式。常见的网络拓扑结构有星形、环形、总线形等三种，参见图1-8。网络之间的相互连接，可以将不同拓扑结构的网络组合起来，组成一个集多种结构为一体的互连网络。

拓扑结构

特点1.在星形拓扑结构中，节点分成端节点和中间节点两种，每个端节点必须通过点到点链路连接到中间节点上，任何两个端节点之间都要通过中间节点实现

星形结构2.在节点通信时，网络必须采用适当的访问控制策略和方法来解决节点之间的有序通信问题。可以采用集中式访问控制策略

和分布式访问控制策略。拓扑结构数据交换和通信。4.典型代表是基于电路交换的交换网络和基于分组交换的100VG-AnyLAN网络。3.结构简单，便于管理；中央节点负荷太重，中间节点的故障会使整个网络瘫痪；

环形结构图1-9常见的网络拓扑结构(a)星形结构；(b)环形结构；(c)总线形结构

(a)端节点中间节点收发器(b)(c)拓扑结构拓扑结构

特点1.在环形拓扑结构中，各个节点通过收发器连入网络，收发器之间通过点到点链路连接成一个闭合的环形网络。2.发送节点所发送的数据帧沿着环路单向传递，每经过一个节点，该节点要判断这个数据帧是否是发送给本节点的，如果是发送给本节点的，那么要将数据帧拷贝下来，然后再将数据帧传递到下游节点。当数据帧遍历各个节点后，由发送节点将数据帧从环路上取下。这样，通过数据帧遍历各个节点可以实现“播送式〞传输。3.多个节点要共享同一环路，必须采用适当的访问控制方法来控制各个节点对环路的有序访问。常用的访问控制方法是基于令牌(Token)的访问控制。它是一种分布式访问控制技术，各个节点将根据令牌传递协议控制节点对网络的访问。因此，环形网络中的节点结构比较复杂。拓扑结构4.优点是网络的覆盖面积较大，节点的连接能力较强。缺点是链路可靠性较差，一旦环路上某段链路断开或环路上某个收发器发生故障都会导致环路的断路，甚至导致全网的瘫痪。一些网络系统，如FDDI采用双环结构来解决这个问题。5.典型的环形网络有TokenRing(令牌环)和FDDI(光纤分布式数据接口)等。拓扑结构

特点1.在总线形拓扑结构中，网络中的所有节点都直接连接到同一条传输介质上，这条传输介质称为总线。2.各个节点将依据一定的访问规那么分时地使用总线来传输数据，发送节点发送的数据帧沿着总线向两端传播，总线上的各个节点都能接收到这个数据帧，并判断是否是发送给本节点的。如果是发送给本节点的，那么将该数据帧保存下来；否那么将丢弃该数据帧。总线形网络的“播送式〞传输是依赖于数据信号沿着总线向两端传播的根本特性实现的。

总线形结构3.总线形网络中所有的节点共享一条总线，一次只允许一个节点发送数据，其他节点只能处于接收状态。拓扑结构4.总线形拓扑结构的另一种形式是树形拓扑结构，其传输介质是不封闭或不闭合的分支电缆。和总线形结构一样，树形拓扑结构中任何一个节点发送的数据都能被其他节点接收。5.典型的总线形网络是以太网(Ethernet)。

1.任何一种网络系统都规定了其网络连接的拓扑结构，并通过相应的访问控制方法来控制各个节点有序地使用介质来传送数据。

网络拓扑总结2.对于数据的接收，通常采用“地址匹配〞规那么。网络中的每个节点都分配有惟一的地址码。在每个数据帧中，包含有源地址码和目的地址码，以标识发送数据帧的源节点和接收数据帧的目的节点。当节点接收到一个数据帧后，要比较数据帧的目的地址是否与本节点地址相匹配。如果地址匹配，将数据帧保存下来；否那么将该数据帧丢弃。拓扑结构3.网络拓扑结构对一个网络系统的覆盖范围、连接能力、可靠性及可扩充性等网络性能产生直接的影响，也关系到一个网络系统的价格。4.从目前网络技术的开展和应用情况来看，总线形结构主要在早期的10Mb/sEthernet中使用；环形结构主要在TokenRing和FDDI网络中使用，比较适合构造大型的园区网；基于分组交换的星形网络将是今后网络系统的主流结构，大多数的高速网络都采用了通过交换机来连接各个节点的星形结构。拓扑结构数据传输技术

模拟数据在某个时间区域内产生的连续值，如声音、视频图像、温度等；

数字数据离散值，例如，文本、整数等；数据就是预先约定的、具有某种含义的数字或字母〔符号〕以及它们的组合；在数据通信中，数据通常分为模拟数据和数字数据。

数据

信号数据传输技术信号是数据的表现形式。也分模拟信号和数字信号。

模拟信号连续变化的电信号，可以在一定的数值范围内连续取值。

数字信号离散的脉冲序列，用不同的电压值来表示1，0。数据传输的根本任务是将数据正确、高效地从数据源端传送到目的端；这种传输技术包括：

数据传输技术数据传输技术数据编码技术数据传输方式过失处理技术多路复用技术通信操作方式同步技术数据交换技术数据传输技术数字数据的模拟信号编码是指将数字数据调制成模拟信号进行传输。通常采用模拟信号的三种载波特性(振幅、频率和相位)之一来表示被调制的数字数据，并由此产生三种根本调制方式，参见图1-9。

数字数据的模拟信号编码是将数据表示成适当的信号形式，以便于数据的传输和处理。计算机通过调制解调器接入网进行通信是利用模拟信号传输数字数据典型例子,如以下图所示。

数据编码技术数据传输技术1.幅移键控(ASK)法ASK(AmplitudeShiftKeying)是使用载波频率的两个不同振幅来表示两个二进制值的，参见图1-9(a)。在一般情况下，用振幅恒定载波的存在与否来表示两个二进制值。ASK方式的编码效率较低，容易受增益变化的影响，抗干扰性较差，在音频线路上一般只能到达1200b/s的传输速率。2.频移键控(FSK)法FSK(FrequencyShiftKeying)是使用载波频率附近的两个不同频率来表示两个二进制值的，参见图1-9(b)。FSK比ASK的编码效率高，不易受干扰的影响，抗干扰性较强，在音频线路上的传输速率可以大于1200b/s。3.相移键控(PSK)法

PSK(PhaseShiftKeying)是使用载波信号的相位移动来表示两个二进制值的，参见图1-9(c)。在PSK方式中，信号相位与前面信号序列相同的表示0，信号相位与前面信号序列相反的表示1。数据传输技术图1-9根本调制方式(a)ASK法；(b)FSK法；(c)PSK法数据传输技术PSK方式具有很强的抗干扰能力，其编码效率比FSK还要高，在音频线路上传输速率可达9600b/s。这些信号调制技术主要用于调制解调器(Modem)中。在实际的Modem中，一般将这些根本的调制技术组合起来使用，以增强抗干扰能力和编码效率。数据传输技术

数字数据的数字信号编码数字信号是离散的电压或电流的脉冲序列，用不同的电压或电流值来表示，每个脉冲代表一个信号单元(或称码元)。如以下图所示。码元的形式不同，便产生出不同的编码方法。数据传输技术常用的数字信号编码有不归零(NonReturntoZero,NRZ)码、差分不归零(DifferentialNonReturntoZero,DNRZ)码、曼彻斯特(Mancherter)码及差分慢彻斯特(DifferentialManchester)码等，如图1-10所示。1.NRZ码NRZ码是用信号的幅度来表示二进制数据的，通常用正电压表示数据“1〞，用负电压表示数据“0〞，并2.优点：一是每个脉冲宽度越大，发送信号的能量就越大，这对于提高接收端的信噪比有利；二是脉冲时间宽度与传输带宽成反比关系，即全宽码在信道上占用较窄的频带，并且在频谱中包含了码位的速度。3.缺点：当数据流中连续出现0或1时，接收端很难分辨一个信号位的开始或结束，而必须采用某种方法在数据传输技术且在表示一个码元时，电压均无需回到零，故称不归零码。

特点1.NRZ码是一种全宽码，即一位码元占一个单位脉冲的宽度。发送端和接收端之间提供必要的信号定时同步。同时，这种编码还会产生直流分量的积累问题，这将导致信号的失真与畸变，使传输的可靠性降低，并且由于直流分量的存在，使得无法使用一些交流耦合的线路和设备。因此，一般的数据传输系统都不采用这种编码方式。2.DNRZ码DNRZ码是NRZ码的一种改进形式，它是用信号的相位变化来表示二进制数据的，一个信号位的起始处有跳变表示数据“1〞，而无跳变表示数据“0〞。数据传输技术

特点1.DNRZ码不仅保持了全宽码的优点，同时还提高图1-10常用的数字信号编码数据传输技术

了信号的抗干扰性和易同步性。成为主流的信号编码技术，例如在FDDI、100BASE-T及100VG-AnyLAN等高速网络中都采用了DNRZ编码。2.为了解决数据流中连续出现0或1时所带来的信号编码问题，通常采用两级编码方案。第一级是预编码器，以对数据流进行预编码，使编码后的数据流不会出现连续0或连续1，常用的预编码方法有4B5B、5B6B等；第二级是DNRZ编码，可实现物理信号的传输。这种两级编码方案的编码效率可到达80%以上。数据传输技术3.曼彻斯特码

在曼彻斯特码中，用一个信号码元中间电压跳变这种编码也是一种相位码。由于电压跳变都发生在每一个码元的中间，接收端可以方便地利用它作为位同步时钟，因此这种编码也称为自同步码。数据传输技术的相位不同来区分数据“1〞和“0〞，它用正的电压跳变表示“0〞，用负的电压跳变表示“1〞。

特点4.差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码是曼彻斯特码的一种改进形式，其差异在于：每个码元的中间跳变只作为同步时钟信号，而数据“0〞和“1〞的取值是用信号位的起始处有无跳变来表示的，假设有跳变那么为“0〞，假设无跳变那么为“1〞。每一位均用不同电平的两个半位来表示，因而始终能保持直流的平衡。这种编码也是一种自同步码。数据传输技术

特点

模拟数据的数字信号编码在数字化的交换和传输系统中，需要将模拟的话音数据编码成数字信号后再进行传输。这里常用的编码技术是脉冲编码调制(PulseCodeModulation，PCM)技术。如以下图所示。数据传输技术PCM以采样定理为根底。PCM过程主要由采样、量化与编码三个步骤组成。PCM原理框图如图1-11所示。采样是把时间上连续的模拟信号转换成时间上离散的采样信号。当f≥2fmax时，离散信号可以无失真地代表被取样的模拟数据(采样定理)。量化是把幅度上连续的模拟信号转换成幅度上离散的量化信号。编码是把时间离散且幅度离散的量化信号用一个二进制码组表示。图1-11PCM原理框图数据传输技术音频信号的频带一般为300~3400Hz，采用PCM，采样频率用8000Hz，每个样值用8位二进制码表示，这样，对话音信号进行PCM编码后产生的数据传输率为:

例如8bit×8000次采样/秒=64000b/s=64kb/s数据传输技术典型的通信系统模型如以下图所示。

变换器将信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。

信道

数据传输方式数据传输技术

一般来说，模拟数据是时间的连续函数，并且占有一定的频谱范围。这种数据可以直接用占有相同频谱范围的电信号来表示。模拟传输是一种不考虑信号内容的信号传输方法。信号可以模拟数据或数字数据。根据传输信号的不同，可分为数字信道和模拟信道。在通信信道中传输模拟信号的通信方式是模拟通信系统；在通信信道中传送数字信号的通信方式是数字通信系统；

模拟传输系统数据传输技术无论是何种情况，在传输一定的距离之后，模拟信号都会衰减和畸变。为了实现长距离的传输，模拟传输系统使用放大器来增强信号的能量，但同时也放大了信号中的噪声分量。其结果会导致信号发生畸变，严重时会造成传输错误。模拟传输系统典型的例子是模拟传输系统。数字数据也可以利用模拟信道进行传输，典型的例子是计算机利用交换网进行数据交换。在这种情况下，计算机必须使用调制解调器(Modem)来连接交换网，在发送端，必须通过Modem将数字数据调制成与模拟信道特性相匹配的模拟信号才能传输；在接收端，再使用Modem把模拟信号解调复原成原来的数据。数据传输技术

数字传输系统

特点

1.数字传输与信号的内容有关。2.长距离的传输也会使信号衰减和畸变，从而严重地影响数据的完整性和正确性。为了延长传输距离，数字传输系统通常使用中继器(Repeater)来克服衰减和畸变。中继器将接收到的数字信号，经过整形恢复后，再发送出去，从而克服信号的畸变和衰减。3.为了提高信号的抗干扰能力，并且便于接收端信号同步，数据必须经过适当的编码后才能传输。在数字传输系统中，每个端节点必须通过编码或解码器(Codec)数据传输技术实现数据编码。例如，在局域网中，任何一种网卡都包含有Codec局部，它按照规定的编码方式对数字数据进行编码或解码。

主要质量指标1.高效性：传输速率；2.有效性：过失率/误码率。

传输速率

在数字传输系统中，通常使用传输速率来度量传输带宽。传输速率是指每秒钟所能传输的位数，也叫比特率，单位为b/s(位/秒)，它可按下式计算：数据传输技术式中，T为脉冲宽度(全宽码情况)或脉冲重复周期(归零码情况)；n为一个脉冲所表示的有效状态，即调制电平数；

数字传输系统中普遍采用的是二进制脉冲，只有两个有效状态，即n=2。这时，其传输速率为:

该式表示每秒位数等于单位脉冲的重复频率。

另一种度量传输带宽的单位是波特，也称调制速率或波特率，单位为单位为波特(Baud)。它反映了数据经过调制后的传输速率，也就是数据在调制过程中调制状态每秒转换的次数。调制速率为:

数据传输技术

调制速率

调制速率与传输速率的关系S=Blog2n

在二元制调制方式中，S=B=1/T，两者可以通用。但在多元制调制方式中，两者是有区别的。例如，对于2400b/s的四相调制解调器，采用T=833×10-6S的单位脉冲，该脉冲与两位组合的双位相对应，且状态数n=4。因此用传输位数表示的数据传输速率为:数据传输技术可见，在多相调制方式中，传输速率和调制速率是不相同的。

多路复用技术数据传输技术

复用目的提高媒体的传输能力！

复用多个信息源共享一个公共信道。如以下图所示。数据传输技术传输介质的可用带宽要大于多路给定信号所需带宽的总和。为了保证各路信号带宽不相互重叠，各路载波频率之间应当留有一定的保护间隔，参见图1-12。

FDMFDM的根本前提

FDM的复用原理在图(a)中，6路信号源输入到一个多路复用器中，这个多路复用器使用不同的频率来调制每一路信号，每一路信号具有一定的带宽，f1~f6分别对应于6路信号带宽，形成6个信道。为了防止各个信道之间的重叠干扰，相邻的信道之间要用保护带隔离开。保护带是信号带宽中不用的局部。f1~f6以及各个保护带宽之和要小于或等于传输介质的可用带宽。数据传输技术假设传输介质的可用带宽为70MHz，每路信号带宽为10MHz。如果采用FDM同时传输6路信号，那么各路信号带宽分配如下：f1=0~10MHz，f2=11~21MHz，f3=22~32MHz，f4=33~43MHz，f5=44~54MHz，f6=55~65MHz，其中各路信道之间的保护带宽为1MHz。携带多路信号的载波通过传输介质传送到另一端的例如图1-12多路复用(a)FDM；(b)TDM

数据传输技术图1-12多路复用(a)FDM；(b)TDM

数据传输技术

如果每路信号按时间先后轮流交替地使用单一信道，那么在宏观上多路数字信号便可以实现同时传输。各路信号可以位、字节、块或帧等为单位交替地使用单一信道。在图1-12(b)中，多路复用器有6路信号输入，设数据传输技术多路复用器后，再解调(复原)成各个单路信号，输出到各自对应的输出线上。

TDMTDM的根本前提传输介质能支持的位传输速率应大于多路数据传输所需的位传输速率的总和。

TDM的复用原理每路信号的传输速率为10Mb/s，传输介质的传输带宽大于60Mb/s，使用TDM技术同时传输这6路信号。具体的实现方法是：规定传送一个数据单元所需要的时间为一个时间片，每个输入端一次传送一个数据单元，6个时间片便可将6个输入端轮流输入一次，这6个时间片便构成了一帧(Frame)。在一般情况下，帧长是固定的，即一个帧所拥有的时间片数等于信号输入的个数。如果在某个时间片内对应的输入端无数据发送，那么在该时间片内填充空信号。可见，6路信号是平均分配和使用高速传输介质的。在TDM中，对应于某一路特定信号的时间片称为该路特定信号的信道。数据传输技术

同步TDM和异步TDM

在同步TDM中，每个时间片是预先分配好的，并且是固定不变的，如果某个时间片所对应的输入端无数据发送，那么该时间片便空闲不用，又因为传输介质的传输带宽不能低于各个输入信号的数据速率之和，所以必然造成信道容量的浪费。图1-12(b)所示的TDM是一种同步TDM。在异步TDM中，每个时间片是按需动态分配的。对于一个给定的输入端，只有当前有数据要发送时，才分配相应的时间片，如果无数据发送，那么不分配时间片。并且传输介质的传输带宽只要不低于各路输入信号的平均数据速率即可，从而提高了传输介质的利用率。另外，异步TDM中的时间片与输入端之间没有一一对应的数据传输技术关系，任何一个时间片都可以用来传输任何一路输入信号。因此，在所传输的数据单元中必须包含有地址信息，以便寻址目的节点。这样，在每个时间片里会增加一些额外的传输开销。异步TDM又称为统计TDM(STDM)。数据传输技术

传输介质与信道的理解从多路复用的角度来看，传输介质与信道属于不同范畴的两个概念，它们之间有联系又有区别。传输介质是指传送信号的物理实体；而信道那么提供了传送某种信号所需的带宽，着重表达介质的逻辑功能。一个传输介质可能同时提供多个信道，一个信道也可能由多个传输介质级联而成。数据传输技术

码分复用每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。各用户使用不同的地址码序列来区分。

波分复用整个波长频带被划分为假设干个波长范围，每个用户占用一个波长范围来进行传输。

通信操作模式一个数据通信系统至少由三局部组成：发送器、传输信道和接收器。发送器产生数据，经传输信道传送给接收器，从而完成一次数据传输过程。数据传输技术

单工操作模式根据传输方向与时间特性，数据通信可以分为三种通信操作模式：单工、半双工和全双工，参见图1-13。

发送器和接收器之间只有一个单向的传输信道，数据传输是单向的，只能从发送器传送到接收器。例如，收音机、电视机、计算机输出设备(打印机或显示器)等采用的就是单工操作模式。

半双工操作模式在半双工操作模式中，传输信道是双向的，并且每个设备同时具有发送器和接收器的功能，它们之间可以分时轮流进行双向数据传输，但在某一时刻只能沿一个方向传输数据。半双工操作模式一般用于通信设备或传输信道没有足够的带宽去支持同时双向通信的场合，或者通信双方的通信顺序需要交替进行的场合。例如，对讲机、共享式局域网等采用的就是半双工操作模式。数据传输技术

全双工操作模式在全双工操作模式中，传输信道是双向的，并且每个通信设备同时具有发送器和接收器的功能，它们之间可以同时进行双向数据传输。这种模式的优点是吞吐量大，缺点是要求传输信道能提供足够的带宽支持。例如，交换式网络等采用的就是全双工操作模式。根据数字信号码元排列方法分为串行传输和并行传输。图1-13通信操作模式(a)单工操作模式；(b)半双工操作模式；(c)全双工操作模式

数据传输技术数据传输技术

串行传输将数字信号码元序列按照时间顺序一个接一个地在信道中传输，通常只需要占用一条信道。

并行传输

通信同步方式将数字信号码元序列分割成多路数字信号码元序列同时在信道中传输。它需要占用多条通路。数字通信中，接收端必须要知道数据中各个位的开始和结束，才能保证数据的正确接收。因此，接收端和发送端必须在时间上保持同步。数据传输技术

三种同步方式

位同步；字符同步(异步传输)：字符与字符之间的时间间隔是可变的；帧同步(同步传输)：数据帧之间的时间间隔是固定的。

位同步目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步。又分为外同步和自同步。

●外同步——发送端发送同步时钟信号，接收方用它来锁定自己的时钟脉冲频率；●自同步——通过特殊编码(如曼彻斯特编码)，这数据传输技术些数据编码信号包含了同步脉冲，接收方提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。

异步传输

特点

●以字符为传输单位，接收设备每收到一个字符的开始位后进行同步。其数据格式如图1-14(a)所示；

●每个字符都要附加起始位和停止位，以标记一个字符的开始和结束，并以此实现数据传输同步；

●字符与字符(一个字符结束到下一个字符开始)之间的时间间隔是可变的，并不需要严格地限制它们的时间关系；数据传输技术

●发送端与接收端除了采用相同的数据格式(字符的位数、停止位的位数、有无校验位及校验方式等)外，还应当采用相同的传输速率；●又称为起止式异步通信方式，其优点是简单可靠，适用于面向字符的、低速的异步通信场合。如计算机与Modem之间的通信就采用这种方式。缺点是通信开销大，每传输一个字符都要额外附加2-3位，通信效率比较低。如使用Modem上网时，普遍感觉速度很慢，这与通信开销大、通信效率低密切相关。数据传输技术●起始位对应于二进制值0，以低电平表示，占用1位宽度。停止位对应于二进制值1，以高电平表示，占用1-2位宽度。一个字符占用5-8位，具体取决于数据所采用的字符集；图1-14异步传输和同步传输的数据格式(a)异步传输；(b)同步传输

数据传输技术

●以数据块为传输单位；●每个数据块的头部和尾部都要附加一个特殊的字符或比特序列，以标记一个数据块的开始和结束，一般还要附加一个校验序列(如16位或32位CRC校码)，对数据块进行过失控制。一般数据格式如图1-14(b)所示；●同步传输，是指数据块与数据块之间的时间间隔是固定的，必须严格地规定它们的时间关系；●根据同步通信规程，同步传输又分为面向字符的同步传输和面向比特的同步传输。数据传输技术

同步传输

特点每个数据块的头部用一个或多个同步字符SYN来标记数据块的开始；尾部用另一个惟一的字符ETX来标记数据块的结束。这些特殊字符的位模式与传输的任何普通字符都有显著的差异。典型的面向字符的同步通信规程是IBM公司的二进制同步通信规程BISYNC。数据传输技术

面向字符的同步传输

面向比特的同步传输每个数据块的头部和尾部用一个特殊的比特序(如01111110)来标记数据块的开始和结束。数据块将作为位流来处理，而不是作为字符流来处理。为了不使信息位中出现的与该特定模式相似的比特串被误判为帧的首尾标志，可以采用零比特填充的方法。数据传输技术典型的面向位流的同步通信规程是高级数据链路控制(HDLC)规程和同步数据链路控制(SDLC)规程。

例如：要发送数据0111101111101111110经填充后，出现在物理链路中的比特流为：011110111110011111010数字通信系统的根本任务是高效率而无过失地传送数据，但在任何一种通信线路上都不可防止地存在一定程度的噪声。信道噪声所造成的后果是使得接收端接收到的数据和发送端发送的数据不一致，造成传输过失。信道中的噪声可以分为两种：一种是白噪声；另一种是冲击噪声。白噪声长久地存在于信道之中，在任意传输速率上强度都相同，而且白噪声的幅值比较小。在信道中应保证有较大的信号/白噪声比值(简称信噪比)，这样白噪声所引起的过失将是很小的。冲击噪声是由特定的短暂原因而引起的。而且其幅值可能相当大。冲击噪声是造成传输过失的主要因素。数据传输技术过失处理技术由于这种过失呈突发状，故又称突发错误。通常，使用误码率Pe来度量信道的传输质量，即:数据传输技术数据通信中要求误码率低于10-6。设接收到10000个码元，经检查后发现有一个码元出错，其误码率为10-4。过失控制方法改善线路质量和过失的检测与纠正。

改善线路质量加强线路本身的抗干扰能力，这是减少过失的最根本途径。例如，使用光纤传输系统，其误码率已低于10－9，但这种改善是以较大的投入为代价的。数据传输技术过失的检测与纠正主动式的过失控制措施。它的主要思想是：●Step1：检错：采用某种校验码为数据单元附加一个冗余码，使冗余码与数据之间有一定的数学关系，当接收端收到数据块之后，使用相同的校验码对数据进行计算，如果得到的结果与附加在数据后的冗余码相同，那么传输正确。数据传输技术数据冗余码●Step2：纠错前向纠错法FEC:接收端发现错误后直接利用纠错码和适当算法进行纠正。算法复杂，实现困难。反响重发纠错法：接收端发现错误后通知发送方重新发送，直到正确为止。——常用！在网络中，两个端节点之间通常需要通过中间节点来实现数据通信。这些中间节点并不关心数据内容，而是提供一个交换设备，把数据从一个节点转发到另一个节点，直至到达目的端。数据交换技术主要是指网络中间节点所提供的数据交换功能。在网络系统中，主要使用三种数据交换技术：电路交换、报文交换和分组交换(虚电路交换和数据报交换)，参见图1-15。数据交换技术在数据传送之前，传输双方之间首先要建立一条专用的物理通信线路。交换网是最典型的电路交换系

电路交换数据交换技术统。一次通信必须经历如下三个阶段。

电路建立阶段首先，源端节点向一个交换节点发送呼叫请求信号，请求与目的端节点建立连接。交换节点在通向目的端节点的路由选择表中找出下一个路由，并为该条电路分配一个未用信道，然后把连接请求信号传送到下一个节点。这样，通过各个中间交换节点的分段连接，使源端节点和目的端节点之间建立起了一条实际的物理连接。

数据传输阶段

电路连接建立起来后，就可以通过这条专用的电路来传输数据了。这种连接通常是全双工操作模式。图1-15三交换方式的事件顺序数据交换技术(a)电路交换(b)报文交换(c)分组交换当数据传输结束后，应撤除连接，以释放该连接所占用的专用资源。两个端节点中的任一个端节点都可以发出撤除连接的请求信号。数据交换技术电路撤除阶段

特点

●优点：建立连接后，传输延迟小；

●缺点：建立连接的时间长；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低。

报文交换数据交换技术不用在两个站之间建立专用通路。如果一个端节点要发送数据，那么首先将数据封装成报文(Message)，整个报文作为一个整体发送。在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，这种数据传输技术称为存储-转发(StoreandForward)。

报文报文是数据传输的根本单位，它由报头和报体组成，报头中包含目的端地址、源端地址以及其他附加信息，报体就是要传输的数据。在网络中，报文从一个节点被传送到下一个节点。在每个节点上，必须接收整个报文并暂时存储，然后根据目的端地址选择适当的路由再发送到下一个节点。数据交换技术

特点●优点：1)与电路交换相比，线路利用率高；2)接收端和发送端无需同步工作，当接收端处于忙碌状态时，中间节点可以暂时存储报文，等到接收端空闲时再传送给它。3)报文交换系统可同时向多个目的端发送同一报文，可以实现多播功能；4)可以在报头中设置报文优先级，中间节点可根据报文优先级上下提供不同质量的转发效劳。5)可以在网络上分段实施过失控制和纠错处理功能。数据交换技术6)可以提供传输速率和数据格式的转换，使不同传输速率和数据格式的端节点之间能够相互通信。

●缺点：1)报文大小不一，造成缓冲区管理复杂；2)大报文造成存储转发的延时过长；3)出错后整个报文全部重发。4)报文交换不能满足实时或交互式的通信要求，一般在计算机网络中很少使用。分组交换与报文交换方式根本相同，但分组交换中将报文划分为假设干个大小相等的分组进行存储转发。

分组交换数据交换技术分组交换又分为数据报交换和虚电路交换。

数据报交换是一种无连接方式，在数据传输前不需要事先建立逻辑连接，而是按照每个分组头中的目的地址对各个分组独立进行选路；中间节点可能为每个分组选择不同的路由，这些分组到达目的端的顺序可能与发送的顺序不同，因此目的端必须重新排序分组，将其组装成一个完整的原始报文。

虚电路交换面向连接，在用户数据传送前先要建立一条连接，一旦这条连接建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着数据交换技术这一连接传送，最后通过呼叫去除分组来撤除连接。它不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接，它不独占线路，而是采用共享的方式来建立连接，因此被称为“虚电路〞。数据报和虚电路的比较分组头信息选路分组到达顺序故障敏感性应用数据报包含详细的目的地址每个分组独立选路失序分组可选择不同路由，可靠性较高面向事务的询向／响应型数据业务虚电路逻辑信道标识不需要进行复杂的选路按序到达故障可能引起虚电路的中断，需要重新建立较连续的数据流传送，如文件传送等数据交换技术

●线路交换：在数据传送之前需建立一条物理通路，在线路被释放之前，该通路将一直被一对用户完全占有。电路利用率低，通信费用高。

●报文交换：以报文为传输单位。报文从发送方传送到接收方采用存储转发的方式。转发报文过程中产生较大的网络延迟，引起网络性能的下降。因此报文交换不能满足实时通信和交互式通信的要求。

●分组交换：此方式与报文交换类似，但报文被分成组传送，并规定了分组的最大长度，到达目的地后需重新将分组组装成报文。分组交换限制了数据单元的最大长度，明显地改善了网络的性能。

数据交换技术小结通常，计算机网络系统是由各个节点相互连接而成的，每个节点都是具有通信功能的计算机系统，并且是按照层次结构来构造的。不同系统的各个层次实体之间应能够相互通信。实体是指能发送和接收信息的任何实体；如文件传送软件、数据库管理系统、电子邮件系统及各种终端等；系统是指计算机、终端和各种通信设备等，包含一个或多个实体。两个实体要想实现通信，那么必须遵从双方都能接受的规那么，以解决彼此之间交流什么、怎样交流以及何时交流等问题。网络体系结构与标准化

协议在两个实体间控制数据交换的规那么的集合称为协议(Protocol)。网络体系结构与标准化

协议的关键成分●语法：包括数据格式、编码和信号电平等。●语义：包括用于协调同步和过失处理的控制信息。●定时：包括速度匹配和排序等。

ISO/OSI参考模型

国际标准化组织(InternationalStandardOrganiza-tion，ISO)在1977年成立了一个分委员会来专门研究网络通信的体系结构问题，并提出了开放系统互连(