第2章網絡數據傳輸

1、1第第2章章 網絡數據傳輸網絡數據傳輸 數據通信技術是建立計算機網絡系統(tǒng)的基礎之一，它本身即是一 門獨立的學科。 現代計算機之間的通信主要以傳遞數字數據為主，數據通信技術是計算機技術與通信技術結合的產物，主要研究計算機中數字數據的傳輸交換、存儲以及處理的理論、方法和技術。 本章主要學習要點本章主要學習要點：l 數據通信基礎l 信道的特征參數l 信號傳輸模式l 數據交換技術l 介質訪問方法22.1 數據通信基礎數據通信基礎 數據通信系統(tǒng)是由計算機、遠程終端和數據電路以及有關通信設備組成的一個完整系統(tǒng)。任何一個遠程信息處理系統(tǒng)或計算機網都必須實現數據通信與信息處理兩方面的功能。42.1.1 數據通

2、信簡述數據通信簡述 信息、數據和信號是緊密相關的內容。并且在數據通信系統(tǒng)中，一般被人們最為關注的就是數據和信號。 數據通信中傳輸的對象是數據，而信號則是數據的電磁或電子編碼，信號沿著通信介質發(fā)送從而實現數據的傳輸。 在數據通信過程中，通信的目的就是傳遞信息。其中，通信中產生和發(fā)送信息的一端叫做信源，接收信息的一端叫做信宿，信源和信宿之間的通信線路稱為信道。52.1.2 數據通信系統(tǒng)的構成數據通信系統(tǒng)的構成 數據通信系統(tǒng)是通過數據電路將分布在遠端的數據終端設備與計算機系統(tǒng)連接起來，實現數據傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)。比較典型的數據通信系統(tǒng)主要由數據終端設備DTE、數據電路終接設備DCE 、計算

3、機系統(tǒng)三部分組成。62.1.3 模擬通信與數字通信模擬通信與數字通信 信號是數據的具體表現形式。在通信系統(tǒng)中，所通過的信號為電信號，即隨時間變化的電壓或者電流。而在發(fā)送時所產生的信號，可以分為模擬信號和數字信號兩種。2.1.4 數據通信的分類 在計算機網絡中，一般都是采用數字通信方式，并且在該通信方式下，可以分為有線數據通信和無線數字通信。在有線數據通信中，分別包含有數字數據網、分組交換網和幀中繼網。72.2 信道的特征參數信道的特征參數 信道的作用是將信號從信源傳送到信宿。因此，它的最重要的特征參數是信息通過能力。并且信道的信息通過能力與信道的通過頻帶寬度、信道的工作時間、信道的噪聲功率密度

4、相關。如頻帶越寬，工作時間越長，信號與噪聲功率比越大，則信道的通過能力越強.82.2.1 信道帶寬信道帶寬 任何信道都不是理想的，每一個信道都對能通過的信號頻率范圍有一個限制。信道允許通過的信號頻率范圍，即可傳送的信號的最高頻率與最低頻率之差，被稱為信道的通頻帶寬，亦即信道帶寬，單位為Hz。92.2.2 信道容量信道容量 從信息論的觀點來看，各種信道可概括為兩大類：離散信道和連續(xù)信道。所謂離散信道就是輸入與輸出信號都是取值離散的時間函數；而連續(xù)信道是指輸入和輸出信號都是取值連續(xù)的?？梢钥闯?，前者就是廣義信道中的編碼信道，后者則是調制信道。 102.2.3 吞吐量吞吐量 吞吐量是指信道在單位時間

5、內成功傳輸的總信息量，單位為bps。也就是說吞吐量是指在沒有幀丟失的情況下，設備能夠接受的最大速率。 其測試方法是：在測試中以一定速率發(fā)送一定數量的幀，并計算待測設備傳輸的幀，如果發(fā)送的幀與接收的幀數量相等，那么就將發(fā)送速率提高并重新測試；如果接收幀少于發(fā)送幀則降低發(fā)送速率重新測試，直至得出最終結果。吞吐量測試結果以比特/秒或字節(jié)/秒表示.112.2.4 信道的誤碼率信道的誤碼率 誤碼率是指信道傳輸信號的出錯率，是數據通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可靠性指標。其公式為： P= NE /N 其中N為傳輸的總位數；NE為傳錯的位數。通常計算機網絡要求誤碼率低于10-6，即每傳送1兆位，不能多于一個

6、錯誤。122.3 信號傳輸模式信號傳輸模式 按照信號傳輸的方向及時間把傳輸方式分為單工方式、半雙工方式和全雙工方式。并且在傳輸過程中，又分為并行傳輸與串行傳輸。132.3.1 信道的交互方式信道的交互方式 信道的交互方式是指在一條物理信道上所允許的信號流動方向?？煞譃槿N： 1單工方式：廣播和電視 2半雙工方式：對講機 3全雙工方式:電話 2.3.2 并行傳輸與串行傳輸并行傳輸與串行傳輸 在計算機中，數據都是以字節(jié)或字為單位，來進行處理的。而將這個數據進行傳輸時，則一條線路同一時刻只能傳輸信號的一位。如果將字節(jié)/字的各位分別在多條線路同時傳輸，稱為并行傳輸；如果只用一條線，讓信號以位為單位順序

7、傳輸，則稱為串行傳輸。2.3.3 串行通信中的同步控制串行通信中的同步控制 在計算機中，各部件間的工作是靠時鐘定時和定序的。在計算機網絡中，接收方和發(fā)送方的時序協(xié)調也要依靠時鐘來確定對每一位的采樣取值位置和時間間隔。然而，任何兩個系統(tǒng)間時鐘完全準確的同步（一致）是不太可能的。隨著時鐘漂移（不一致）的積累，就將產生接收方取值位置和時間間隔的錯位，要么在某一位上多一次采樣，要么某一位被跳過。主解決這一問題，目前已經形成異步傳輸和同步傳輸兩種同步技術。162.4 數據交換技術數據交換技術 經過編碼后的數據要在通信線路上進行傳輸，最簡單的形式是在兩個互連的設備之間直接進行數據通信，但是，在網絡節(jié)點較多

8、的情況下，在任意兩個節(jié)點之間建立一條連線幾乎是不現實的，并且在廣域網中，兩個距離非常遠的設備之間不可能有直接的連線，它們是通過通信子網來建立連接的。通信子網由傳輸線路和中間節(jié)點組成，當數據源點沒有直接到目的地點的直線連接時，數據源點發(fā)出的數據先到達與它相連的中間節(jié)點，再通過中間節(jié)點向下一個中間節(jié)點轉發(fā)，直至到達目的地，這個過程就稱為數據交換。2.4.1 電路交換電路交換 電路交換是數據通信領域最早使用的交換方式，多用于電話網絡交換。電路交換就是在數據傳輸期間，數據源節(jié)點與目的節(jié)點之間有一條利用中間節(jié)點構成的一條專用的物理連接線路，這條線路被通信雙方獨占，而不能被其他節(jié)點使用，直到數據傳輸結束。

9、如果兩個相鄰節(jié)點之間的通信容量很大時，這兩個相鄰節(jié)點之間可以同時有多個物理電路。利用電路交換技術完成的數據傳輸要經歷建立電路、傳輸數據和電路拆除三個階段。182.4.2 報文交換報文交換 報文交換的基本過程是：采用存儲轉發(fā)交換技術，將數據源節(jié)點一次性要發(fā)送的數據塊作為一個報文，連同目的地址等輔助信息發(fā)往中間節(jié)點，各中間節(jié)點收到報文后，先將它完整地接收下來存于緩沖區(qū)里，然后為它選擇一條合適的輸出線路，并把它排在相應的輸出隊列中，等輸出線路空閑后再將它轉發(fā)給下一個中間節(jié)點，直至到達目的節(jié)點，最后傳給接收端。192.4.3 報文分組交換報文分組交換 報文分組交換的原理：分組交換技術類似于報文交換，分

10、組交換技術是限制信息的長度，將長報文分割成若干個一定長度的短信息（稱之為短信息），并以分組為單位進行存儲轉發(fā)，在接收端再將各分組重新組裝成一個完整的報文。 與報文交換相比，報文分組交換有如下特點：利用節(jié)點主存進行存儲轉發(fā)，不需訪問外存，處理速度加快，降低了傳輸延遲；較短的信息分組，其下一節(jié)點和線路的響應時間也較短，可提高傳輸速率；短信息傳輸中出錯的概率小，即使有差錯重發(fā)的也只是一個分組，提高了傳輸效率；分組交換的數據報形式可使多個分組在網絡的不同鏈路上并發(fā)傳送，提高傳輸效率和線路利用率；可大大降低對節(jié)點存儲容量的要求。但是，分組交換要進行組包、拆包和重裝過程，增加了報文的加工處理時間。202.

11、4.4 幀中繼交換幀中繼交換 幀中繼（Frame Relay）是以分組交換技術為基礎的高速分組交換技術。它利用數字系統(tǒng)的低誤碼率和高傳輸速率的特點，為用戶提供質量更高的快速分組交換服務，是一種用于連接計算機系統(tǒng)的面向分組的通信方法。212.4.5 信元交換技術信元交換技術 ATM是英文“Asynchronous Transfer Mode”(異步傳輸方式)的縮寫，它是一種面向連接的分組交換技術，在這種交換方式中，用于交換的分組長度都是固定的，一個分組的長度是53個字節(jié)，53個字節(jié)又被分成5個字節(jié)的頭部信息和48個字節(jié)的有效載荷信息，這些字節(jié)在網絡上一次一個字節(jié)的依次發(fā)送，從第1個字節(jié)一直到第5

12、3個字節(jié)。為了區(qū)分固定長度的分組和計算機網絡中更常用的可變長度的分組，我們把固定長度的分組叫作信元（Cell）。ATM被認為是信元交換的范例。222.5 介質訪問方法介質訪問方法 訪問控制方式是指控制網絡中各個節(jié)點之間信息的合理傳輸，對信道進行合理分配的方法。目前在局域網中常用的訪問控制方式，分為有線介質訪問方法和無線訪問方法。232.5.1 有線介質訪問方法有線介質訪問方法 有線介質訪問方法有三種：載波偵聽多路訪問(CSMA/CD)、令牌傳遞訪問和令牌總線(Token Bus).24載波偵聽多路訪問(CSMA/CD) 先聽后發(fā)，邊聽邊發(fā) 一旦沖突，立即停發(fā) 等待時機，然后轉發(fā)2.5.2 無線訪問方法無線訪問方法 我們知道總線型局域網在MAC層的標準協(xié)議是CSMA/CD，即載波偵聽多點接入/沖突檢測（Ca