第6章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

1、計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)1第第6章章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)本章從數(shù)據(jù)通信的基本理論知識入手，對數(shù)據(jù)通信基本技術(shù)進(jìn)行扼要講解，并介紹了常用的通信系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)2 掌握數(shù)據(jù)通信的概念、通信信號的原理、通信模型、通信介質(zhì) 了解通信信道的分類及通信的技術(shù)指標(biāo) 掌握數(shù)據(jù)傳輸模式，了解數(shù)據(jù)交換方式、多路復(fù)用技術(shù) 了解常用的通信系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)3 數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)通信技術(shù) 常用通信系統(tǒng)學(xué)習(xí)綱要學(xué)習(xí)綱要計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)41. 通信信號與通信模型2. 信道分類及通信主要指標(biāo)3. 通信介質(zhì)數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)5 所謂數(shù)據(jù)通信，是指依照通信協(xié)議、利用數(shù)據(jù)傳輸

2、技術(shù)在兩個(gè)功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息。它可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與終端以及終端與終端之間的數(shù)據(jù)信息傳遞。 數(shù)據(jù)通信的概念數(shù)據(jù)通信的概念計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)6通信信號與通信模型通信信號與通信模型1通信信號（1）信號（Signal）概念 信號簡單地說是信息的表現(xiàn)形式，具有確定的物理描述。如電信號、光信號等。計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)7（2）數(shù)字信號與模擬信號 信號可以分為數(shù)字信號和模擬信號，從時(shí)間的角度來看，數(shù)字信號是一種離散信號，模擬信號是一段連續(xù)變化的信號。 數(shù)據(jù)可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。模擬是與連續(xù)相對應(yīng)的。模擬數(shù)據(jù)是取某一區(qū)間的連續(xù)值，而模擬信號是一個(gè)連續(xù)變化的物理量，如下圖所示。 （a）模擬信號 （

3、b）數(shù)字信號 模擬信號和數(shù)字信號 計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)82通信模型 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是指以計(jì)算機(jī)為中心，用通信線路與分布于遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接起來，執(zhí)行數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)。發(fā)送端變換器信道反變換器信宿噪聲源發(fā)送端接收端通信系統(tǒng)模型計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)9從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的組成部分來看，一個(gè)完整的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般由以下幾個(gè)部分組成：數(shù)據(jù)終端設(shè)備、通信控制器、通信信道、信號變換器，如下圖所示。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信模型 計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)10一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)實(shí)例如下圖所示。通信系統(tǒng)實(shí)例計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)11 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)要完成通信任務(wù)，必須考慮以下關(guān)鍵性問題。 傳輸系統(tǒng)利用率：指有效地使用傳輸設(shè)備，這些設(shè)施通常是由很多的通信設(shè)

4、備共享。因此要有效地分配傳輸介質(zhì)的容量，如采用多路復(fù)用技術(shù)等；要協(xié)調(diào)傳輸服務(wù)的要求以免系統(tǒng)過載，如采用擁塞控制技術(shù)等。 接口規(guī)范：為了通信，設(shè)備必須和傳輸系統(tǒng)有接口，使發(fā)送端產(chǎn)生的信號特征（如信號的波形和信號強(qiáng)度）能適應(yīng)信道的傳輸，以及在接收端能對數(shù)據(jù)做正確解釋。計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)12 同步：接收端要按發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)頻率和起止時(shí)間來接收數(shù)據(jù)，使自己的時(shí)鐘與發(fā)送端一致，實(shí)現(xiàn)同步接收。 交換管理：在兩個(gè)實(shí)體通信期間的各種協(xié)調(diào)管理。 差錯(cuò)檢測和校正：對通信中產(chǎn)生的差錯(cuò)進(jìn)行檢測和校正，并通過流量控制防止反變換器來不及接收的信號。計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)13 尋址和路由：決定信號到達(dá)目標(biāo)的最優(yōu)路徑。 恢復(fù)：不同于差

5、錯(cuò)檢測和校正，“恢復(fù)”指在系統(tǒng)由于某種原因被破壞或中斷后（包括自然災(zāi)害），對系統(tǒng)進(jìn)行必要的恢復(fù)。 報(bào)文格式：兩個(gè)對話實(shí)體需要進(jìn)行協(xié)商，使報(bào)文格式一致。計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)14 安全：保證正確地、完整地、不被泄露地將數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳輸至接收端。 網(wǎng)絡(luò)管理：對復(fù)雜的通信系統(tǒng)進(jìn)行配置、故障、性能、安全、計(jì)費(fèi)等管理。計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)151.信道分類 （1）廣義信道和狹義信道 （2）有線信道和無線信道 （3）模擬信道和數(shù)字信道信道分類及通信主要指標(biāo)信道分類及通信主要指標(biāo)計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)162.數(shù)據(jù)通信中的幾個(gè)主要指標(biāo) （1）比特率 （2）波特率 （3）帶寬 （4）信道容量 （5）誤碼率 （6）吞吐量計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)1

6、7 通信（傳輸）介質(zhì)是通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方和接收方之間的物理通路。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中通常使用雙絞線、同軸電纜、光纖等有線傳輸介質(zhì)。另外，也經(jīng)常利用無線電短波、微波、紅外線、激光、衛(wèi)星通信等無線傳輸介質(zhì)。常用的傳輸介質(zhì)如下。通信介質(zhì)通信介質(zhì)計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)181雙絞線 雙絞線是兩根絕緣銅線相互纏繞而成的有規(guī)則的螺旋形介質(zhì)，由1對線作為一條通信線路，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常用的是由4對雙絞線構(gòu)成雙絞線電纜。雙絞線是一種廣泛使用的通信傳輸介質(zhì)，既可以傳輸模擬信號，也可以傳輸數(shù)字信號。雙絞線電纜的連接器一般使用RJ-45接頭，用來連接計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡或集線器等通信設(shè)備。雙絞線與RJ-45接頭連接方式如下圖所示。 雙絞線與

7、RJ-45接頭連接示意圖計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)19 雙絞線主要分為兩類，即非屏蔽雙絞線（Unshielded Twisted-Pair，UTP）和屏蔽雙絞線（Shielded Twisted-Pair，STP）。12345678計(jì)算機(jī) 橙白 橙 綠白 藍(lán) 藍(lán)白 綠 棕白 棕 集線器 橙白 橙 綠白 藍(lán) 藍(lán)白 綠 棕白 棕 計(jì)算機(jī)與集線器之間的雙絞線連接方法12345678計(jì)算機(jī)橙白 橙綠白藍(lán) 藍(lán)白 綠棕白棕集線器橙白 橙綠白 藍(lán) 藍(lán)白 綠棕白棕計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的雙絞線連接方法計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)202同軸電纜 同軸電纜是由一根空心的圓柱形導(dǎo)體圍繞著單根內(nèi)導(dǎo)體構(gòu)成的。內(nèi)導(dǎo)體為實(shí)芯或多芯硬質(zhì)銅線電纜，外導(dǎo)體為

8、硬金屬或金屬網(wǎng)，內(nèi)、外導(dǎo)體之間有絕緣材料，如下圖所示。同軸電纜的連接器可以采用BNC或T連接器。外層絕緣蒙皮外導(dǎo)體金屬屏蔽絕緣層內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線同軸電纜的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)213光纖 光導(dǎo)纖維電纜，簡稱光纖。它是由纖芯、包層和護(hù)套組成，其中纖芯由玻璃或塑料制成，包層由玻璃制成，護(hù)套由塑料制成，四芯光纖及其剖面如下圖所示。外護(hù)套包帶層光纖及其包層填充物加強(qiáng)芯遠(yuǎn)供電源線四芯光纖及剖面示意圖計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)224無線傳輸介質(zhì) 在一些電纜光纖難于通過或施工困難的場合，例如高山、湖泊或島嶼等，特別是通信距離遠(yuǎn)，對通信安全性要求不高，敷設(shè)電纜或光纖成本過高時(shí)，可以利用無線電波等無線傳輸介質(zhì)在空間傳播，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)

9、通信。計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)23數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸模式數(shù)據(jù)交換方式多路復(fù)用技術(shù)計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)24 數(shù)據(jù)傳輸模式是指數(shù)據(jù)在通信信道上傳送所采取的方式。按數(shù)據(jù)代碼傳輸?shù)捻樞蚩煞譃椴⑿袀鬏敽痛袀鬏?；按?shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞娇煞譃橥絺鬏敽彤惒絺鬏敚话磾?shù)據(jù)傳輸?shù)牧飨蚩煞譃閱喂?、雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸；按被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號特點(diǎn)可分為基帶傳輸、頻帶傳輸和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)251串行和并行傳輸 串行傳輸是數(shù)據(jù)以串行方式在一條信道上傳輸。該方法易于實(shí)現(xiàn)，成本低，用于長距離傳輸，但速度慢。 并行傳輸是將數(shù)據(jù)以成組的方式在兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸。并行傳輸速度快，不需要另外的措施實(shí)現(xiàn)

10、同步，但設(shè)備復(fù)雜，成本高，適用于短距離傳輸。 計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)262同步與異步傳輸（1）同步傳輸 同步就是接收端按發(fā)送端發(fā)送的每個(gè)碼元的起止時(shí)間及重復(fù)頻率來接收數(shù)據(jù)，并且要校準(zhǔn)自己的時(shí)鐘以便與發(fā)送端的發(fā)送取得一致，實(shí)現(xiàn)同步接收。 數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞揭话惴譃樽址胶臀煌剑址酵ǔＪ亲R別每一個(gè)字符或一幀數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束；位同步則識別每一位的開始和結(jié)束。字符同步傳輸如下圖所示。DCE 同步字符 字符塊 同步字符 DCE 同步傳輸方式示意圖計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)27（2）異步傳輸 在異步傳輸中，發(fā)送端可以在任意時(shí)刻發(fā)送字符，字符（信息幀）之間的間隔時(shí)間可以任意變化。該方法是將字符看作一個(gè)獨(dú)立的傳送單元，

11、在每個(gè)字符的前后各加入13位信息作為字符的開始和結(jié)束標(biāo)志位，以便在每一個(gè)字符開始時(shí)接收端和發(fā)送端同步一次，從而在一串比特流中可以將每個(gè)字符識別出來。異步傳輸實(shí)現(xiàn)字符同步比較簡單，收發(fā)雙方的時(shí)鐘信號不需要精確地同步，數(shù)據(jù)傳輸效率低于同步傳輸。異步傳輸1個(gè)字符的方式如下圖所示。DCE 同步字符 字符塊 同步字符 DCE 異步傳輸方式示意圖計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)283單工、半雙工和全雙工通信（1）單工通信 單工通信是指通信雙方傳送的數(shù)據(jù)是一個(gè)方向，不能反向傳送。如下圖所示，數(shù)據(jù)只能從A傳送至B，而不能由B傳送至A。單工通信在理論上只需一根線，而在實(shí)際中一般采用二線制，一根線正向傳送數(shù)據(jù)，一根線反向傳送控制信

12、號。無線電廣播和電視信號傳播都是單工通信。 發(fā)送機(jī) 接收機(jī) 監(jiān)視信號 數(shù)據(jù)流 單工通信計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)29（2）半雙工通信 半雙工通信是指通信雙方傳送的數(shù)據(jù)可以雙向傳輸，但不能同時(shí)進(jìn)行，發(fā)送和接收共用一個(gè)數(shù)據(jù)通路，若要改變數(shù)據(jù)的傳輸方向，需要利用開關(guān)進(jìn)行切換。由于通信需要切換傳輸方向，因此效率較低，但可以節(jié)省傳輸線路。如下圖所示，信息可以從A傳送至B，或從B傳送至A。對講機(jī)就是半雙工通信的一個(gè)例子。半雙工通信計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)30（3）全雙工通信 全雙工通信是指通信雙方可以同時(shí)雙向傳輸，如下圖所示。它相當(dāng)于兩個(gè)相反方向的單工通信的組合，因此可采用四線制。顯然，全雙工通信較前兩種方式效率高、控制簡單，

13、但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。例如，電話是全雙工通信，雙方可以同時(shí)講話；計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)通信也可以是全雙工通信。全雙工通信計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)314基帶傳輸、頻帶傳輸和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸（1）基帶傳輸 基帶傳輸是指計(jì)算機(jī)（或終端）輸出的二進(jìn)制“1”或“0”的電壓（或電流）直接送到電路的傳輸方式，即終端設(shè)備將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成脈沖電信號直接傳送。基帶傳輸用于短距離的數(shù)據(jù)通信。（2）頻帶傳輸 頻帶傳輸是指將代表二進(jìn)制“1”或“0”的信號，通過調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)化成具有一定頻帶范圍的模擬信號進(jìn)行傳輸。頻帶傳輸可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信。計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)32（3）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸方式是利用數(shù)字信道傳輸數(shù)據(jù)信號的一種方式。這種方式效

14、率高，傳輸質(zhì)量好。計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)33 在網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)的一個(gè)重要因素就是怎樣進(jìn)行信息交換。交換方式是指計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與終端之間和各終端之間交換信息所用信息格式和交換裝置的方式。根據(jù)交換裝置和信息處理方法的不同，常用的交換方式有3種： 1電路交換 2報(bào)文交換 3分組交換 其他數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換方式數(shù)據(jù)交換方式計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)34 多路復(fù)用是指在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，允許兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)源共享同一個(gè)公共傳輸介質(zhì)，也就是將若干個(gè)彼此無關(guān)的信號合并為一個(gè)在一個(gè)共用信道上傳輸?shù)膹?fù)合信號的方法。多路復(fù)用技術(shù)通常包括： 1頻分多路復(fù)用 2時(shí)分多路復(fù)用 3波分多路復(fù)用多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)計(jì)算機(jī)

15、文化基礎(chǔ)35常用通信系統(tǒng)常用通信系統(tǒng)電話系統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)361電話系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 在電話系統(tǒng)中，為使任何兩個(gè)終端用戶之間能進(jìn)行通信，而且既要保證通信質(zhì)量，又要求經(jīng)濟(jì)合理，就需要根據(jù)通信的流量和終端所在范圍把整個(gè)電話網(wǎng)絡(luò)分成區(qū)域，再將各區(qū)域的通信流量匯聚起來，以此來提高網(wǎng)絡(luò)線路的利用率，更加有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。 在我國，電話網(wǎng)分成長途網(wǎng)和本地網(wǎng)，如下圖所示。電話系統(tǒng)電話系統(tǒng)模擬電話系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)372綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）是以綜合數(shù)字網(wǎng)（IDN）為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，它是支持語音和非語音等各類業(yè)務(wù)的綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)絡(luò)。ISDN具有通信業(yè)務(wù)的綜合化、高可靠性和高質(zhì)量的通信、使用方便等特點(diǎn)，用于數(shù)字電話、數(shù)字傳真、可視圖文、數(shù)據(jù)通信、視頻業(yè)務(wù)等。計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)3