第二章 Internet技术基础(1).ppt

1、第2章 Internet技术基础 2.1 Internet通信基础 2.2 交换技术 2.3 网络传输媒体 2.4 信道复用技术,2.1.1 通信方式 并行通信： 每个数据编码的各个比特都是同时发送的。 通常用于计算机系统内部及与外设之间大量频繁的数据传输。 远距离网络传输？ 线路的成本、串扰等原因，一般不采用并行通信。 串行通信： 比特(bit)的逐位传送(从低位到高位)。 线路成本低、无串扰，远距离数据传输较好的选择。 2.1.2 通信制式 单工通信： 利用一条物理信道(2线制）进行单向信息传输。 多用于测试或控制环境下的数据传输。,2.1 Internet通信基础,半双工通信： 可以进行

2、双向传输，但由于只有一条物理信道(2线制)，因此，同一时刻只限于一个方向传输。 广泛应用于交互式会话通信情况下。 全双工通信： 通信双方在任何时刻，均可进行双向通信，无任何限制。 需要两条以上的物理信道(3线制或4线制)。 可以构成全双工网络。 2.1.3 数据的同步方式 （1）为什么要同步？ 如果发送端和接收端的时钟不同步，即使只有极小的误差，随着时间的增加，误差逐渐积累，终究会造成收发之间的失步。 同步技术直接影响着通信的质量。 （2）如何同步？,接收端不但要知道一组二进制位的开始与结束，还需要知道每位的持续时间，这样才能做到用合适的采样频率适时采样所接收到的数据。 与发送端同步 （3）能

3、否利用各自的时钟信号同步？ 由于发送端和接收端的时钟信号不可能绝对一致，因此不够可靠。 往往需要另外采取一定的同步手段。 （4）异步传输控制(字符同步方式) 用字符作为数据传输的基本单位，同时实现同步控制。 首末分别增加1位起始位和1位停止位，表示字符的开始和结束 字符编码连校验位是8位。 通常，起始位是“0”，结束位是“1” 数据传输形式： 1 0 1 1 0 0 1 0 起始位 结束位,（5）同步传输控制（位同步） 以“数据块”(几千个数据位)为单位进行传输。用二进制“位”实现同步控制。 特定要求：由于单位大，为了防止发送端和接收端的失步，发送时钟和接收时钟必须高度同步。 目前方法：自同步

4、法。 即从所接收的数据中提取时钟的特征。因为其发送数据中包含着发送时钟信号。实现了双方采样点的同步 如何使接收端能准确判断出数据的开始与结束？ 做法：在数据块前面加一个确定长度的位模式，称为前文，数据结束后也加上后文 帧 帧的接收过程： 接收端检测到前文后，即说明有数据到达，接收端利用从数据中提取的时钟信号作为接收时钟，按顺序接收前文后的数据信息，直至接收到后文为止。 效率高。,2.1.4 数据调制和编码,数据的传输方式： 数字数据的数字调制与编码； 数字数据的模拟调制与编码； 模拟数据的数字调制与编码。 1、数字数据的数字调制与编码 1）基带信号： 从数据终端设备送出的未经任何转换的脉冲数字

5、信号。 2）基带传输： 直接传送基带信号，无需转换成频带信号。 但往往要转换成更适于传输的数字信号形式。 局域网广泛应用。 3）曼彻斯特编码, 自同步编码，无需用另外一条信道去发送同步信号。 特点：在每一数据位的中间产生一次信号跳变 表示数据的发送时钟，用于实现同步。 数据表示：高-低：0，低-高：1,基带数字信号,曼彻斯特编码,码元,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,出现电平转换,曼彻斯特编码的应用 以太网发送的数据都使用曼彻斯特(Manchester)编码,非归零码 同步时钟 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码,基带传输的缺陷： 基带信号的抗干扰能力不支持在模拟线路(如电话线路)上进行远

6、距离传输。 必须采取某种措施将基带数字信号调制到模拟线路的频带范围内，转换成频带信号再行传输。 调制器： 将基带脉冲信号转换成连续载波信号的设备。 已调信号： 经过调制后的信号。 解调器： 将连续载波信号转换成基带脉冲信号的设备 调制解调器： 同时具备调制与解调功能，实现两个相反方向转换的设备 信号的调制就是利用基带信号对载波波形的某些参数进行控制，使这些参数随基带脉冲信号的变化而变化。,2、数字数据的模拟调制与编码,0,1,0,0,1,1,1,0,0,基带信号,调幅,调频,调相,调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。 调相(PM)：载波

7、的初始相位随基带数字信号而变化。,3. 模拟数据的数字调制与编码,实现过程：采样，量化，量程变换，编码 具体实现：略。,2.2 交换技术,(1) 交换的概念 2个结点间通信：专线? 5个结点间通信：专线？ 需要10条通信线路 N个结点间通信： 需要N(N1)/2条通信线路 通信线路的数量很大，不可行。 交换（switching）方式的提出： 减少通信线路的数量，降低成本。 解决方法： 选择一个合适的位置，采用一台专用交换机，承担结点间的数据交换任务。 效果： 5个结点，只需5条线路。 N个结点，共需N条线路。,（2）电（线）路交换（Circuit switching）方式 根据请求为通信双方在

8、交换机内部建立一条物理通信线路 通信过程： 建立连接，传输数据，释放连接 特点： 数据传输内容、格式等不受任何限制，但双方的格式和速率须相同。不能实现数据缓冲和对数据进行必要的处理。 应用：基于交换机的计算机网CBX。,点-点直连方式 交换连接方式,（3）存储-转发（Store and forward）方式 先存储，等到去目的结点的线路空闲时，再转发。 要求： 交换设备必须具有一定的存储空间，能够实现缓冲。 特点： 可以对经过交换机的数据进行必要的处理和变换，包括：差错检测，格式、速率的变换等。 根据交换的信息单位不同，可分为2种形式： 1）报文（Message）交换 特点： 交换的数据单位大

9、 ，要求缓存大，延迟时间长。 较少采用 2）报文分组（Packet）交换 特点： 交换的数据单位小 ，需要缓存小，延迟时间短 普遍采用,报文,分组交换过程,在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。,数 据,数 据,数 据,每一个数据段前面添加上首部构成分组。,分组首部：？ 地址等控制信息，以确保正确传输。,数 据,数 据,数 据,首部,首部,首部,分组传输过程： 以“分组”作为数据传输单元，依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。,数 据,首部,数 据,首部,数 据,首部,收到的数据,接收端：,接收端收到分组后剥去首部还原成报文。,数 据,数 据,数 据,最后，在接收端把

10、收到的数据恢复成为原来的报文。 这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。,2.3 网络的传输媒体2.3.1 有线传输媒体,1、双绞线 4对铜线（橙/橙白、绿/绿白、蓝/蓝白、棕/棕白），每对按螺旋结构排列？ 电磁干扰（串扰）最小，彼此抵消。 传输特性： 传输距离不超过100m。 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) 保护外套内即为8芯铜线。 16共6类，常用3类，5类，5e类，6类 3类：用于10Base-T以太网，传输速率10Mbps 4类：用于令牌环网，传输速率16Mbps 5类/超5类：用于100Base-T网络，传输速率100

11、Mbps 6类：适用于1000base-T网络，传输速率1000mbps。,T568A线序： 1 2 3 4 5 6 7 8 绿白 绿 橙白 蓝 蓝白 橙 棕白 棕 T568B线序： 1 2 3 4 5 6 7 8 橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕 直通线： 两头都按T568B线序标准连接。 应用于： 客户机与交换机/集线器。 交叉线： 一头按T568A线序连接，一头按T568B线序连接。 应用于： 客户机与客户机，交换机/集线器与交换机/集线器，交换机与路由器 说明： 为方便连接，现在的部分设备接口已经能够进行检测，发现是直通线，自己实现交叉。,屏蔽双绞线 STP (Shielded

12、Twisted Pair) 保护外套内有铝箔包覆内部铜线。 传输距离更长，传输速率更高。,铜线,聚氯乙烯 套层,屏蔽层,绝缘层,屏蔽双绞线 STP,无屏蔽双绞线 STP,2、光纤/光缆 传播光信号，将对应的电信号通过光电转换器转换得到。 光源：发光二极管LED/激光二级管ILD 特点： 传播过程不受电磁及静电干扰，因而误码率低。此外由于损耗小，因而传播距离长。 每根光纤只能单向传输，要双向通信，必须成对出现。 缺点： 光缆不易施工(有钢丝保护，不能形成直角)，价格昂贵。,高折射率 (纤芯),低折射率 (包层),光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射,光纤的工作原理,单模光纤： 芯很细，10m以内

13、，光信号基本沿轴线向前传输. 典型值：8.3/125m(芯径/包层直径) ，带宽达几百GHZ。,多模光纤： 芯较粗，1075m，光波以不同角度进入光纤，以不同路径进行传输 散射。 导致不同时到达终点，结果造成光脉冲在接收端重叠、混乱，致使带宽下降， 典型值：62 .5/125m、50/125m、100/140m（芯径/包层直径）。,多模光纤,2.3.2 无线传输媒体,无线传输媒体： 空间 无线数据传输过程： 发送结点将数据编码后送高频发射装置，产生高频电磁波，通过天线发送出去； 接收结点通过接收装置的接收天线接收高频电磁波，解码。 无线传输的频率范围： 短波和微波 短波通信 特点：靠地球上空电

14、离层反射，质量不稳定。 微波通信 特点：直线传播，不能绕射。 地面微波接力通信 卫星通信,2.4 信道复用技术,概念: 复用(Multiplex) 共享,共享信道,信道,A1,A2,B1,B2,C1,C2,信道,信道,A1,A2,B1,B2,C1,C2,复用,分用,(a) 不使用复用技术,(b) 使用复用技术,逻辑思想：,目的： 充分利用信道的容量，提高信道的利用率。,把单条物理信道划分成多条逻辑信道，每一条逻辑信道传输一路数据，那么，一条物理信道就可以传输多路数据。,使用设备：, 各种不同形式的“多路复用器”,技术实现： 频分多路复用 (FDM) 按信号占用的频谱范围对信道的(频)带宽(度)

15、进行分割。 在传输多路信号时，通过调制技术将不同路的信号搬到不同频段，使每路信号占用互不重叠的频率范围，在共享信道传输完成后，再利用解调技术将各路信号搬回原来的频段上。 更适于模拟数据信号的传输。,时分多路复用 (TDM) 多路信号按帧的传输时间对信道的占用时间进行周期性分割，每路信号占用互不重叠的时间片。 利用不同时隙传送不同路信号。 主要特点： 各路信号在频谱上是重叠的(占用同样带宽) 但在时间上是不重叠的。 更适合于数字信号的传输。 传输形式：,频率,时间,B,C,D,B,C,D,B,C,D,B,C,D,A 在 TDM 帧中 的位置不变,频率,时间,C,D,C,D,C,D,A,A,A,A

16、,C,D,B 在 TDM 帧中 的位置不变,频率,时间,B,D,B,D,B,D,A,A,A,A,B,D,C 在 TDM 帧中 的位置不变,频率,时间,B,C,B,C,B,C,A,A,A,A,B,C,D 在 TDM 帧中 的位置不变,效率分析： 由于数据的突发性，用户对分配到的时隙利用率不高。,A,B,C,D,a,a,b,b,c,d,b,c,a,t,t,t,t,t,4 个时分复用帧,#1,a,c,b,c,d,时分复用,#2,#3,#4,用户,用户,A,B,C,D,a,b,c,d,t,t,t,t,t,3 个 STDM 帧,#1,a,c,b,a,b,b,c,a,c,d,#2,#3,统计时分复用,统计

17、时分多路复用 STDM (Statistic TDM) 不固定分配时隙，而是按需动态分配时隙。 特点： 每路的帧无固定插入位置， 但每个帧必须给出地址信息，以便识别。,波分多路复用(WDM),按信号的波长(频率)对光纤信道的(频)带宽(度)进行分割。 通过调制技术使不同路的光信号具有不同的波长，在共享信道传输完成后，再利用解调技术将各路信号恢复为原来的波长。 波分多路复用原理示意图 ：,1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 7,0 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm,8 2.5 Gb/s 1310 nm,20 Gb/s,复 用 器,分 用 器,EDFA,120 km,光调制器,光解调器,第2章 总结,重点掌握: 2.1 数据通信基础 模拟/数字信号，并行/串行通信，通信制式，同步方式，分组交换 数据的编码与传输数字数据的数字传输方式(差分/曼彻斯特编码) ，数字数据的模拟传输方式(调制/解调(器) 2.2 数据交换方式电路、报文 2.4 信道复用技术频分方式、时分方式、统计时分方式、波分 一般了解：