第1章 计算机网络通信基础

1、计算机网络技术(版本2)、张纪元编辑、高等教育出版社、第一章计算机网络技术基础、1.1计算机网络的基本概念1.2计算机网络配置和包交换1.3通道技术1.4数据传输控制1.5计算机网络体系结构、1.1.1计算机网络的基本概念、1.1计算机网络及其功能1.1.2 LAN、man和wawan 以信息为对象的两种技术计算机技术和通信技术相结合：通信技术、计算机技术、计算机网络技术、现代通信技术、计算机网络是连接了多个自主计算机系统的系统自治计算机。 能够独立工作的计算机。连接计算机：传输介质和传输设备，在计算机之间进行物理连接，以便进行信息交换。计算机网络的功能，(1)信息服务，(2)资源共享，(3)

2、负载平衡，提高计算机系统的可靠性，1.1.2 LAN，man，1。localareanetwork(本地区域网络)、LAN(本地区域网络)局域网(LAN)，通信距离通常在中等规模区域(通常在10千米范围内)PAN (personalcareanet)通常在100米以内。2.MAN (metropolitanareanetwork)表示信件距离通常在5km50km以内3。广域网(WAN)可扩展到整个区域和全球网络。1.1.3作为计算机网络的主要性能指标，带宽(bandwidth)带宽表示可以传输的信号的频率范围。窄带通道：通过频带宽度小的通道。例如，现有语音传输信道的通过频带宽度为3400-30

3、0=3100Hz。窄带通道仅适用于连续信号传输，一般称为模拟通道。宽带通道：使用大频带(通常大于2.5Gb/s)的通道经常可以实现在同一传输介质上进行多个(并行)传输的高速数据传输通道。(b)ADSL频谱结构，(a)ADSL通道结构，表1.1通用数量词在计算机领域和通信领域的意义，延迟，总传输延迟=处理延迟传输延迟传播延迟，单字节数据通过光纤传输100公里的距离时，传播延迟为100103在带宽为1Mb/s的链路上传输时，传输延迟为810-6s；是。不考虑大气处理延迟，总传输延迟为0.500008s。在100Mb/s链路上传输时，传输延迟为810-4s，不考虑等待处理延迟，总传输延迟为0.500

4、8s。要在1Mb/s(其中1M=1048576，1B=8bit)的链路上传输200MB(其中1M=106)长度的数据块，则不能超过200104885768/106=1677.8s。此数据块必须在最近30分钟内传输。但是，如果在带宽为100Mb/s的链路上传输，则必须在16.7秒内传输数据。服务质量(QoS)网络服务质量是在网络过载或拥塞的情况下，防止重要工作量延迟或丢失，并高效运行网络。1.1.4计算机网络标准和相关机构，美国国家标准协会；国际电气技术委员会(iec)；international electechnicalcommission，iec国际电信运营联盟(ITU)；电子工业协会(E

5、IA)；互联网工程特别任务组(InternetEngineeringTaskForce，IETF)；电气和电子工程师协会(instituteofelectronic engineers，IEEE)；国际标准化组织(iso)；NIST(国家instituteofstandardsandtechnology)。法定标准是一些国家或国际公认的标准机构认证和通过的标准。事实标准是由于成见和垄断等原因，人们不得不或习惯性地接受的标准。，1.2计算机网络配置和数据包交换；1 . 2 . 1计算机网络3要素：链路、节点和协议1.2.2数据包交换；1 . 2 . 1计算机网络3要素：链路、节点和协议；1 .网

6、络拓扑2。网络节点3。协议，1 .网络拓扑，(a)星形网络(b)树网络，(c)环形网络(d)栅格网络(e)整个互连网络，(f)总线形状网络(g)环形总线网络(h)无限制网络，围绕中心节点连接多个周围节点的发射互连结构，中心节点实现对整个网络的控制，并通过单独的链接与每个周围节点分别连接。此拓扑的特点是中央节点和多链路连接，周围节点仅连接到一个链路，(2)树结构树结构实际上是多个星形结构的多层组合。其特点是，网络中有多个中央节点，在不同管理部门对数据传输进行分级时，形成了适合的分级管理的集中式网络。(3)环状结构是将所有节点的末端和末端连接在一起的通信链路连接在一起。拓扑的特点是每个节点都连接到

7、两个链路。如果一个链路出现故障，还可以通过其他路径进行通信。(4)网格网格结构是所有节点具有两个或更多直接路径的拓扑。整个互连结构是在所有节点之间具有直接路径的拓扑。(5)将总线结构总线形状结构中每个计算机网络节点上的设备连接到一条总线。总线形状的结构目前在局域网中广泛使用，具有以下特征：易于插入或删除节点，易于扩展。不需要中央控制器，有助于分布式控制，一个节点故障对整个系统的影响小，网络的可靠性高。总线本身的故障对系统是致命的，因此需要高安装质量。这种总线结构在网络中的总线用闭合环路连接时称为环形总线结构。(6)无限结构卫星通信和微波通信使用电磁波传输信息。这是无约束的传输结构。2 .网络节

8、点、(1)终端节点(2)中继节点(3)交换节点(4)路由触点、(1)终端节点、终端节点是用于数据处理的节点。在计算机网络中，终端节点有两个功能：数据处理和通信。dataterminalequipment(DTE)是具有特定数据处理能力的收发设备，它可以是计算机或终端设备。datacommunicationequipment(DCE)提供DTE和传输线路之间的信号转换和编码，并建立、维护物理连接，如波形转换器、基带发射器、调制解调器、网卡(networkinterfacecard、NIC)等，结束节点结构，(2)起到中继节点、信号再现、放大的作用，用于同类网络媒体之间的互连。再生是扭曲的，但仍可

9、识别的波形分析，重新生成原始波形。放大是恢复信号减少的振幅。再生和放大将扩大网络可以传输的距离范围。中继器的工作方式，(3)传递连接的过程称为交换。交换机机构将数据从一个输入通道传输到另一个输出通道并将输入端口映射到输出端口的功能。通过节点连接的通信交换，(4)路由节点是特殊的交换节点。位于网络之间，充当所连接网络的公用连接网络。网络连接到路由节点，3 .为协议、通信或连接而创建的规则、规则和标准称为协议。所有通信过程都需要适当的通信协议来保持通信的有效性、完整性和公平性。协议包含三个限制：发送的信息的格式(语法)、语义和计时(发送的时间顺序)。(1)语法语法语法是关于信息格式的规定。在计算机

10、网络中传输的信号是一些二进制数字流，必须以一定的格式组织和传输信息，以便系统识别。例如，一个数据被分组到几个字段等多长时间，两个不同的网络互连，即一个数据分组转换为数字信号，然后从一个网络移动到另一个网络时，必须执行数据格式转换，因此必须按照两个网络协议的规定分割和装配数据。(2)语义计算机网络中传输的数据有用户信息和控制命令两种。含义用于规定命令和响应的含义。(3)定时通信的定时是指通信相互行为之间的时间关系规则。电话计时关系，第一来电方向来电者请求(拨号)；然后听到铃，拿起话筒。然后双方通话。1.2.2数据包交换，1 .电路交换通过电路交换(circuitswitching或circuit

11、exchanging)方式进行通信的双方在继续数据传输之前建立实际物理电路连接，连接的电路只有一对通信的用户独占，通信关闭电路后，其他人才能使用。简单地说，它需要三个阶段：连接(呼叫)、数据传输和线路删除(释放)。在通信过程中，交换机向通信方提供物理电路连接。电路交换的基本过程电路交换具有以下特征：(1)需要连接过程，建立连接需要时间，因此适合传输大量数据，在传输少量数据时效率不高；(2)建立连接后，可以固定速度传输数据，除传输延迟外，没有进一步的延迟；(3)一旦连接成功，即使没有通信，也会建立其他人无法使用的临时专线。2 .存储转发交换、存储转发交换是一种不需要专用物理通道部署的交换技术。发

12、件人要发送信息，必须先将目标地址添加到消息中，然后从发送节点发送到目标节点，依次为消息节点、节点和节点。在传输过程中，中间节点必须先暂时存储消息，然后在线路不忙时传送消息。不适于消息交换的基本过程、消息交换和包交换、大消息、长传输延迟、语音等实时信号传输；另外，在传输过程中，由于个别错误，整个消息传输很容易失效。数据包交换机，也称为数据包交换。即可从workspace页面中移除物件。分组交换网首先将消息分成一定长度的信息组，然后打包，再将标签头附加到每个组，从而按数字顺序批量发送“数据分组”。消息分组，3 .数据包交换的虚拟电路服务和数据报服务，数据包交换的虚拟电路(virtualcircui

13、t)和数据报(datagram)服务。(1)设置虚拟电路服务、虚拟电路通信方法、虚拟电路运行时间关系、虚拟电路服务进程、虚拟电路a启动路由算法，选择下一节点b，并将“呼叫请求分组”发送到b。b随后启动路由算法，选择下一个节点c，并将调用请求分组转发到c。调用请求分组沿着ABC的路径到达目标节点d。目标节点d返回沿DCBA路径的调用响应分组。将创建此虚拟回路。数据传输a不添加目标主机的完整地址，而是将数据包分组为b的虚拟电路号(a可以到达的每个节点号)，并按该虚拟电路号发送到b。b将每个数据分组到c，然后从c传输到d。虚拟电路消息传输完成后，a将沿着ABCD路径向d发送“释放请求分组”。d返回到

14、“释放响应分组”，然后删除虚拟电路。(2)数据报服务，每个组添加了目标地址，根据“各自战争”战略，根据网络运营情况，分别选择适当的路径，向目的地前进。，数据报工作原理图，1.3通道技术，1.3.1通道的物理介质1.3.2通道的基本通信模式1.3.3通道带宽和通道容量，1.3.1通道的物理介质，表1.2多个传输介质的性能比较，1.2双绞线，(a)非屏蔽双绞线电缆，(b)屏蔽双绞线电缆，同轴电缆，3 .光缆，4 .无约束传输介质，常用的无约束传输介质包括短波、微波、微波、4。光缆，(a)地面微波中继器架设，(b)微波地面中继器天线，1.3.2通道的基本通信模式，1 .信道的交互方式：(1)单工作方

15、式(2)全双工方式(3)半双工方式，(1)单工作方式的单工作方式以单向通信为特征，信号只能向无线广播、电视等一个方向流动。(2)全双工模式全双工模式的特点是双向，即通信方可以同时发送和接收信号。全双工通信线路对应于两个单线组合，例如电话。(3)半双工方式半双工方式的特点是双向不同，即双向变化的方式。也就是说，通信当事人可以发送和接收信息，但不能同时进行，一次只能向一个方向发送信号，只能从一端发送，另一端可以接收对讲机等。(c)全双工方式，(b)全双工方式，(a)单一工作方式，2 .并行传输通道和串行传输通道在两个或多个线路上同时传输信号时，称为并发传输。如果只使用一条线，使信号按位顺序传输，则

16、称为串行传输。(a)并行传输，(b)串行传输，1.3.3通道带宽和通道容量，1。信道的通过频带宽度通过一个信道可以通过的信号频率范围传输的信号的最大频率和最小频率的差异称为该信道的通过频带宽度。2.通道容量通道容量是通道允许的最大数据传输速率。niquist (H.Nyquist)识别通道对数据速率的限制，并推导出限制带宽无噪声通道(称为niquist指令)的最大数据速率表达式。在Smax=2Wlog2M(b/s)中，m是在通道中传输的信号的理想离散值数(即信号级系列)，w是有限带宽无噪声通道的带宽，2W是采样频率。奈奎斯特准则考虑了噪声，考虑了复杂得多的理想低通信路。根据奈奎斯特准则，1948年香农进一步研究了有限带宽随机(基于高斯分布)噪声干扰信道的极限数据传输速率。通道的限制数据传输速率=在Wlog2(1 S/N)(b/s)格式中，w是有限带宽无噪声通道的通过频带宽度，S是通道中数据信号的平均功率，N是通道内部噪声功率，S/N是信噪比。香农公式表明，信道的通过频带宽度越大，信噪比越大，信道的极限数据传输速率越高。1.4数据传输控制、1.4.1数据信号的调制和编码1.4.2串行通信