計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教程

第一講概論

一、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展史

1.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的雛形1一一主機(jī)與終端機(jī)結(jié)構(gòu)

缺點(diǎn)：由于主機(jī)既處理通信，又處理數(shù)據(jù)，所以主機(jī)負(fù)擔(dān)過重

2.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的雛形2一—主機(jī)一前端機(jī)一終端機(jī)結(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn)：緩解了主機(jī)的壓力

3.計算機(jī)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一現(xiàn)在的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

說明：計算機(jī)之間的連線可以是直接的連線，也可以是中間的計算機(jī)

網(wǎng)絡(luò)，還可以有中間的設(shè)備

4.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)特例1一計算機(jī)局域網(wǎng)

局域網(wǎng)：以某種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接起來的局部范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)。

種類：總線形，星形，環(huán)形

總線：星形：環(huán)形:

優(yōu)點(diǎn)：速度快，誤碼率低。

5.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)特例2"分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

以分布式操作系統(tǒng)連接起來的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，可能是個局域網(wǎng)，也可能是一個廣域

網(wǎng)，主要用于分布式計算。

分布式計算的兩種情形：

①把數(shù)據(jù)交給分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的多臺計算機(jī)去處理，究竟是哪一個計算機(jī)處

理的并不知道。

②分布式計算機(jī)系統(tǒng)：一臺計算機(jī)使用分布式操作系統(tǒng)，并且有多個CPU。

二、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：通過通信設(shè)備，將多個具有自治功能的計算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)起來，以達(dá)

到信息交換、資源共享、互操作和協(xié)同處理的系統(tǒng)。它是計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)

相結(jié)合的產(chǎn)物。

三、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的物理組成

1.通信子網(wǎng)。

①構(gòu)成：通信處理設(shè)備（交換機(jī)、MODEM等）和通信線路（有線：同軸、雙絞線

和光纖；無線：衛(wèi)星、微波和紅外線）構(gòu)成。

②作用：數(shù)據(jù)的傳輸和交換。

2.資源子網(wǎng)。

①構(gòu)成：用戶設(shè)備（用戶主機(jī)、用戶終端或集中器組成）和應(yīng)用軟件。

②作用：數(shù)據(jù)處理。

**3.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件：通信雙方共同遵守的約定和規(guī)范。

**4.網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)管理軟件

四、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：通信節(jié)點(diǎn)和通信線路的連接所構(gòu)成的幾何形式。

2.兩類拓?fù)洌?/p>

①點(diǎn)對點(diǎn)信道：一條線路連接?對節(jié)點(diǎn)，信息傳輸采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式。

常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

②廣播信道：只有一條供各個節(jié)點(diǎn)共享的信道。

五、網(wǎng)絡(luò)的分類

1.按作用范圍分：

局域網(wǎng)(LAN)；城域網(wǎng)(MAN)；廣域網(wǎng)(WAN)

2.按信息傳輸交換方式分：

廠電路交換：中間節(jié)點(diǎn)為交換機(jī)。

1-存儲一轉(zhuǎn)發(fā)交換:「報文交換；

1-分組交換「數(shù)據(jù)報

匚虛電路

中間節(jié)點(diǎn)可能為路由器。

六、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo)

1.市范：

①模擬信道：容許通過的信號頻帶范圍。單位是Hz,kHz(103Hz),MHZ(106HZ)O

例如：電話的標(biāo)準(zhǔn)帶寬是：3.1kHz(300Hz?3.4kHz)

②數(shù)字信道：在信道上能夠傳送的數(shù)字信號的速率，即數(shù)據(jù)率或比特率，

也稱吞吐量。單位是b/s,kb/s(103b/s),Mb/s(106b/s),Gb/s(109b/s)?

這里我們主要討論數(shù)字信道的帶寬。

說明兩點(diǎn)：

①存儲單位與通信單位的區(qū)別

存儲單位：lk=1024=2i°,1M=1024k=210X2,0=220=1048576；1G=1O24M

通信單位：lk=1000=l()3,lM=1000k=103xl03=106；1G=1OOOM=1O9

②帶寬與二進(jìn)制信號脈沖的關(guān)系

帶寬越寬，二進(jìn)制信號脈沖越窄。

例如:2b/s與4b/s

111

n________________nn_________________________________

75~FF

2.時延

A）非隊時彩jr發(fā)送時延B

[傳播時延------------------?.

■///1001010101011-Z-]

數(shù)加到B所需時間(時延)：=排隊時延+發(fā)送時延+稱

討論：

排隊時延：與網(wǎng)絡(luò)的通信量有關(guān)，后面的討論忽略。

發(fā)送時延：數(shù)據(jù)長度+發(fā)送速率(信道帶寬)

傳播時延：信道長度?傳播速率(電磁波)

例1：數(shù)據(jù)長度為10'bit,數(shù)據(jù)發(fā)送速率為100kbit/s,傳輸距離為1000km,信

號在媒體上的傳播速率為2X10Z/S。求：發(fā)送時延和傳播時延。

發(fā)送時延=1。+(100X1()3)=i00s

傳播時延=1000X1(/4-(2X108)=0.005s

例2：比較電路交換和分組交換。要傳送的數(shù)據(jù)共X(bit),從源站到目的站共

經(jīng)過K段鏈路，每段鏈路的傳播時延為D(s),數(shù)據(jù)發(fā)送速率為C(bit/s)。設(shè)

電路交換時電路的建立時間為S(s)。在分組交換時分組長度為P(bit),且各

節(jié)點(diǎn)的排隊等待時間可忽略不計。問：在怎樣的條件下，分組交換的時延比電路

交換的要?。?/p>

示例：

再目的站|

①對于電路交換：

發(fā)送:X/C

傳播：KD

建立鏈路：S

電路交換時延=X/C+KD+S

②對于分組交換：

發(fā)送：(X/P)(P/C)=X/C

最后一個分組的轉(zhuǎn)發(fā)時延：(K-1)(P/C)

傳播：KD

分組交換時延=X/C+(K-1)(P/C)+KD

據(jù)題意：X/C+(K-1)(P/C)+KD<X/C+KD+S

即：S>(K-1)(P/C)

3.傳播時延帶寬積和往返時延

①傳播時延帶寬積：傳播時延X帶寬

例如：鏈路的傳播時延為1s,帶寬為10bit/s。則傳播時延帶寬積為IX

10=10bit

意義：可表示用比特為單位的鏈路長度。

②往返時延：

從發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到收到來自接收端的確認(rèn)為止所經(jīng)歷的時間。

第二講計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

一、幾個問題

1.協(xié)議的引入

①引入原因：計算機(jī)的種類不同；所用的操作系統(tǒng)不同：傳輸介質(zhì)的不同。

②協(xié)議：為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換，通信雙方需要共同遵守的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。

協(xié)議有三要素：

語法：數(shù)據(jù)和控制信息的格式

語義：控制信息的含義。（如：建立鏈路，傳數(shù)據(jù)，釋放鏈路等）

同步（或時序）：通信雙方相互應(yīng)答的次序。（何時接收數(shù)據(jù)）

2.分層理論

①分層思想：解決復(fù)雜問題的難度＞＞把它分解成多個小問題的難度之和。

舉例：軟件的模塊化思想（可以畫一個層次圖加以說明）。

②分層原則：

a.當(dāng)需要一個不同等級的抽象表示。（如：控制節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸；控制端點(diǎn)數(shù)據(jù)

傳輸）

b.每一層的功能應(yīng)當(dāng)是非常明確的。（不能模糊不清）

c.層之間邊界的信息流量應(yīng)盡量少。（否則，接口太復(fù)雜）

d.層數(shù)要適中。（如層數(shù)太少，每層協(xié)議太復(fù)雜；層數(shù)太多，應(yīng)用太復(fù)雜）

3.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義

體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及各層協(xié)議的集合，它是理論上的抽象，需要用硬

件和軟件來實(shí)現(xiàn)它。

二、OSI/RM與TCP/IP的比較

1.OSI/RM（開放系統(tǒng)互聯(lián)/參考模型）

見右圖，下面簡單說明：應(yīng)用層

應(yīng)用層：與用戶應(yīng)用進(jìn)程的接口（用戶做什么）表不層

常用的協(xié)議：SMTP（簡單郵件傳輸），HTTP（超文本傳會話層

輸，F(xiàn)TP（文件傳輸）運(yùn)輸層

表示層：數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)層

會話層：會話管理（雙工還是單工）數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)傳輸同步：收發(fā)雙方如何正確接收數(shù)據(jù)物理層

傳輸層：保證端到端的正確數(shù)據(jù)傳輸（盡力）

網(wǎng)絡(luò)層：路徑選擇

數(shù)據(jù)鏈路層：保證相令10點(diǎn)間的正確數(shù)據(jù)傳輸（盡力）

路由器1特在扁的傳輸介質(zhì)上透明的傳輸

物理層：保證比

2.OSI參考模型下數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖疽鈭D

假設(shè)數(shù)據(jù)由計算機(jī)A傳給計算機(jī)B：

計算機(jī)A路由器2》計算機(jī)B

計算機(jī)A計算機(jī)B

應(yīng)用層應(yīng)用層

表示層表不層

會話層會話居

運(yùn)輸層運(yùn)輸總

網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層

數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層

物理層物理層物理層物理層

.'F

在OSI參考模型下的示意圖（A-----?B）

3.TCP/IP模型（實(shí)際中常用）

4.OSI/RM與TCP/IP的對應(yīng)關(guān)系

說明：應(yīng)用層

OSITCP/IP表示層

應(yīng)用層'會話層

表不層“應(yīng)用層運(yùn)輸層

會話層■>網(wǎng)絡(luò)層

運(yùn)輸層運(yùn)輸層數(shù)據(jù)鏈路層

網(wǎng)絡(luò)層1IP層物理層

大部分J

網(wǎng)絡(luò)層小部分

數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)OSI與TCP/IP模軀的比較示意圖

物理層接口層

5.TCP/IP與OSI的比較

相同點(diǎn)：均使用層次結(jié)構(gòu)；傳輸層幾乎相同

不同點(diǎn)：層次數(shù)不樣；每層的協(xié)議大多數(shù)不同：OSI是理想模型，TCP/IP是實(shí)

際模型；OSI是標(biāo)準(zhǔn)，TCP/IP是非標(biāo)準(zhǔn)

6.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)

討論：應(yīng)用層

OSI模型層數(shù)太多（接口太多，層間功能重復(fù)）傳輸層

TCP/IP層數(shù)太少（層內(nèi)功能豐富，造成功能不網(wǎng)絡(luò)層

單一）數(shù)據(jù)鏈路層

結(jié)合實(shí)際情況和發(fā)展方向，準(zhǔn)備使用五層結(jié)構(gòu)物理層

三、關(guān)于層次結(jié)構(gòu)中的幾個術(shù)語

1.基本概念

①N層,N子系統(tǒng)，N實(shí)體

N子系統(tǒng)：第N個層次所完成的所有功能。對于OSI模型有7個子系統(tǒng)。

N實(shí)體：一個N子系統(tǒng)由一個或多個實(shí)體組成。N實(shí)體是N子系統(tǒng)內(nèi)的活動元素,

執(zhí)行N層的功能。它包括兩個方面：類型和一組實(shí)例。類型是執(zhí)行N層功

能的特定集合。實(shí)例是對N實(shí)體類型的一次特定調(diào)用。

②N服務(wù)，N協(xié)議

見下邊圖示：

N-1層、N層、N+1層間協(xié)議與服務(wù)的關(guān)系圖

2.N層服務(wù)訪問點(diǎn)N-SAP和N層服務(wù)原語

服務(wù)模型示意圖

說明：

①N-SAP：是一個訪問工具，由一組服務(wù)元素和抽象操作組成，由N+1實(shí)體或N實(shí)體

在該點(diǎn)調(diào)用。

抽象操作：由服務(wù)原語來實(shí)現(xiàn)，服務(wù)原語是一種原子動作,可由服務(wù)用戶發(fā)出也可由

服務(wù)提供者發(fā)起，常見的有四種：請求、指示、響應(yīng)及確認(rèn)。

服務(wù)元素：有三類：確認(rèn)服務(wù)、非確認(rèn)服務(wù)、僅由服務(wù)提供者發(fā)起的服務(wù)。

確認(rèn)服務(wù)（如連接建立）非確認(rèn)服務(wù)（廣播服務(wù)）

僅由服務(wù)提供者發(fā)起的服務(wù)（釋放連接）

指示指示N+1層

N服務(wù)提供者

N層

3.關(guān)于連接的術(shù)語：連接、連接端點(diǎn)地址、標(biāo)題與標(biāo)題域

①連接、連接端點(diǎn)、地址

N連接：根據(jù)N+1對等實(shí)體的要求，由N對等實(shí)體的N—SAP間建立的種邏輯連接,

每條N連接由兩個連接端點(diǎn)及相應(yīng)的連接端點(diǎn)標(biāo)示符組成。

②N連接的屬性：N+1層()N+1實(shí)體N+1實(shí)體

⑴N實(shí)體的名：N實(shí)體的局部標(biāo)題和全局標(biāo)題

局部標(biāo)題：某層內(nèi)的局部名。(NT)CEP(N-l)CEP

全局標(biāo)題：某層的域名+局部標(biāo)題N-SAPN—SAP

例如：應(yīng)用層有一個實(shí)體是ABC,則局部標(biāo)題為：BCN連接

全局標(biāo)題為：ABC

(2)N—SAP的地址：用來標(biāo)識

N層服務(wù)訪問點(diǎn)的標(biāo)識符。

(3)N連接端點(diǎn)標(biāo)識符的組成：

N連接端點(diǎn)所在的

N服務(wù)訪問點(diǎn)地址：

N連接端點(diǎn)后綴：唯一地標(biāo)識在該服務(wù)訪問點(diǎn)的一個連接端點(diǎn)。

如何理解N連接：

當(dāng)N+1對等實(shí)體進(jìn)行通信時，要求N層的某個對等實(shí)體要建立連接，所以一定要確定

是哪一個實(shí)體，即確定要建立連接的某個實(shí)體名。

N層實(shí)體本身不能直接建立連接，需要通過N層某個實(shí)體的服務(wù)訪問點(diǎn)來進(jìn)行，即要

確定是哪一個服務(wù)訪問點(diǎn)，也即確定VSAP的地址。

N層某個實(shí)體的服務(wù)訪問點(diǎn)也不能直接建立連接，需要利用其中的連接端點(diǎn)來直接進(jìn)

行，即要確定利用哪一個連接端點(diǎn)來進(jìn)行連接，也即確定連接端點(diǎn)標(biāo)示符。

4.不同角度的數(shù)據(jù)單元

①在對等層實(shí)體之間交換信息的角度一N協(xié)議數(shù)據(jù)單元(N-PDU)

N—PDU由兩部分組成：協(xié)議控制信息(N-PCI)和用戶數(shù)據(jù)(N—UD)

N-PCI：N協(xié)議標(biāo)識符、N—PDU的類型、地址信息等。

N-UD：從用戶(即N+1實(shí)體)接收到的內(nèi)容。見下圖所示。

②從相鄰(即上下)兩層實(shí)體交換信息是服務(wù)提供者與服務(wù)用戶之間交換信息的角

度一N服務(wù)數(shù)據(jù)單元(N—SDU)

N實(shí)體通過N-SDU在N—SAP向N+1實(shí)體提供服務(wù)；或者說N+1實(shí)體在N—SAP從

N—SDU索取N實(shí)體的服務(wù)。見下頁圖所示。

③從相鄰(即上下)兩層接口的角度一N接口數(shù)據(jù)單元(N-IDU)

N+1實(shí)體與N實(shí)體的信息交換形成(N+l)PDU與N—SDU的變換，這是在N+1層與

N層的接口上發(fā)生的。因此需要一種接口控制信息ICI來協(xié)調(diào)這種聯(lián)合操作。N+1

實(shí)體與N實(shí)體的交換信息稱為N接口數(shù)據(jù)，即N—ID,相應(yīng)的ICI記為N—ICI。N

—ID與N—ICI合稱為N接口數(shù)據(jù)單元，即N—IDU。見下頁圖所示。

③從接口角度看PDU、SDU、IDU之間的關(guān)系

（N）層

(N-1)層

①從對等層實(shí)體之間交換信息的角度：上下層PDU的關(guān)系

5.面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)

從通信的角度，各層所提供的服務(wù)分為兩大類：面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)。

①面向連接服務(wù)

所謂連接就是兩個對等實(shí)體為進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而進(jìn)行的一種結(jié)合，它需要三個階

段，即建立連接、數(shù)據(jù)傳送及連接釋放。

A.連接建立

B.數(shù)據(jù)傳送

（N+1）實(shí)體

數(shù)據(jù)傳送指示個

（N）實(shí)體

N連接___________I

特權(quán)數(shù)據(jù)傳送：哪個服務(wù)用戶獲得權(quán)標(biāo)，哪個服務(wù)用戶就可以發(fā)送數(shù)據(jù)。一條

N連接上只有?個權(quán)標(biāo)。

加速數(shù)據(jù)傳送：傳送比常規(guī)數(shù)據(jù)、特權(quán)數(shù)據(jù)優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)，?般用于傳送中

斷指令。

C.連接釋放

正常釋放:（N+1）實(shí)體

連接釋放指示個

（N）實(shí)體

N連接小

有序釋放（有兩種情況）:

連接釋放請求—連接釋放指示一?連接釋放響應(yīng)一?連接釋放確認(rèn)

連接釋放請求一?連接釋放指示一?連接釋放未響應(yīng)一?連接釋放未確認(rèn)

異常釋放（有兩種情況）：

（N）服務(wù)用戶發(fā)起的釋放：（N+1）向N發(fā)異常終止請求一?（N+1）向N發(fā)送異常終止指示

（N）服務(wù)提供者發(fā)起的釋放：（N）實(shí)體向其用戶發(fā)送異常終止指示

說明兩點(diǎn)：

虛電路：一條連接建立起來以后，好象有了一個完整的通路，實(shí)際上是逐段占用。

永久虛電路：只需要建立一次虛電路，以后再傳送數(shù)據(jù)就不用建立連接，每次傳

送完數(shù)據(jù)后，也不需要釋放連接。

②無連接服務(wù)

特點(diǎn)：

A.不需要建立連接，也即不需要預(yù)留資源，即動態(tài)分配資源。

B.不需要通信的兩個實(shí)體同時處于活動狀態(tài)（會減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)）

C.不能防止報文的丟失、重復(fù)或失序。

類型：

A.數(shù)據(jù)報：發(fā)送完數(shù)據(jù)就算，不需要接收端作任何響應(yīng)（廣播、組播）

B.證實(shí)交付：由發(fā)送方服務(wù)提供者向發(fā)送方用戶發(fā)送一個證實(shí)。（掛號的

電子郵件）

C.請求回答：接收端接到數(shù)據(jù)后，向發(fā)送端發(fā)送應(yīng)答報文。（機(jī)票查詢、股

票交易）

第三講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)理論

一、數(shù)據(jù)通信基本原理

1.數(shù)據(jù)通信定義與分類

①數(shù)據(jù)通信定義：數(shù)字計算機(jī)或其它數(shù)字終端裝備之間的通信

②分類：

A.一般通信系統(tǒng)模型：

B.數(shù)字通信系統(tǒng)模型:

模擬信號轉(zhuǎn)化數(shù)字信號對數(shù)字信號編碼（數(shù)據(jù)壓縮、抗干擾）轉(zhuǎn)化為數(shù)字信道傳輸?shù)恼{(diào)制信號

③數(shù)字通信系統(tǒng)的主要參數(shù)

碼元傳輸速率：也叫波特率。數(shù)字信號由碼元組成，碼元攜帶有一定的信息量，

單位時間內(nèi)傳輸?shù)拇a元的個數(shù)。單位是波特。

信息傳輸速率：單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚ū忍財?shù)），單位是b/s。

信道容量：信道每秒能傳送的最大比特數(shù)，即信道的極限傳輸速率。受信道的帶

寬制約。

關(guān)于信道容量問題，奈奎斯特與香農(nóng)分別給出了兩個著名的公式。

（1）奈奎斯特（Nyquist）公式：

條件：無熱噪聲（熱噪聲：信道中分子熱運(yùn)動給信號引起的誤差）

理想低通信道最高碼元傳輸速率：2W（波特）

理想低通信道最高信息傳輸速率：C=2Wlog2L（b/s）

其中：理想低通信道，信號的頻率為0——f,只要f＜信道的最高頻率，信號既可通過。

W：信道的帶寬，單位為Hz;

L：給定時刻一個信號可能取的離散值的個數(shù)或一個碼元攜帶信息的個數(shù)。

理想帶通信道最高碼元傳輸速率：W

理想帶通信道最高信息傳輸速率：WlogzL(b/s)

其中：理想帶通信道是指信號的fl?f2之間的分量可以通過信道，低于fl或大

于f2的分量不能通過該信道。

W與L的含義與前面的相同。

說明：以后如果不作特殊說明，均指理想低通信道。

例如：設(shè)理想低通信道帶寬為4kHz,任何時刻數(shù)字信號可取0,1,2,3四種電

平(即L=4)。求最大碼元速率和最大信息速率。

最大碼元速率=2W=2X4kHz=2X4000=8000波特

最大信息速率=2Wlog2L=2X4000Xlog24=16000b/s=16kb/s

Nyquist公式為估算已知帶寬信道的最高速率提供了依據(jù)。

⑵香農(nóng)公式

非理想信道

實(shí)際的信道上存在三類損耗：衰減、延遲、噪聲。

a)衰減

信道的損耗引起信號強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致信噪比S/N降低。

b)延遲

信號中的各種頻率成分在信道上的延遲時間各不相同，在接收端會產(chǎn)生信

號畸變。

c)噪聲

熱噪聲：由導(dǎo)體內(nèi)的熱擾動引起，又稱為白噪聲。

串?dāng)_：信道間產(chǎn)生的不必要的耦合。例：多對雙絞線

脈沖噪聲：非連續(xù)、隨機(jī)、振幅較大。多由外部電磁干擾造成(閃電、大

功率電機(jī)啟動等)。

噪聲將破壞信號，產(chǎn)生誤碼。持續(xù)時間0.01s的干擾可以破壞約560個比

特(56Kbps).

條件：有服從高斯分布的噪聲，如熱噪聲，串?dāng)_、脈沖，內(nèi)調(diào)制雜音(不同頻率

的信號共享同一介質(zhì)時?，信號的頻率可能是某兩個頻率的和、差或倍數(shù))

信道最高信息傳輸速率：C=Wlog2(1+S/N)

其中：W：信道的帶寬，單位為Hz。

S：信道內(nèi)所傳信號的平均功率

N：信道內(nèi)的高斯噪聲功率

說明：S/N為信噪比，由于實(shí)際使用的信噪比數(shù)值非常大，常用10跑,。(S/N)

以及分貝(dB)為單位計量。

例如：信號的帶寬為4000Hz,信噪比30dB。求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。

因為10logio(S/N)=30

所以S/N=103=1000

所以信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率

w

C=Wlog2(1+S/N)=4000Xlog2(1+1000)??4000Xlog22=40000b/s

二、數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)幕拘问?/p>

1.調(diào)制的概念

把由信源發(fā)出的原始電信號轉(zhuǎn)換成適宜于在信道上傳輸?shù)碾娦盘?。調(diào)制的過

程就是按照發(fā)送信號的變化規(guī)律使載波信號的幅度、頻率或相位發(fā)生變化，有調(diào)

幅、調(diào)相或調(diào)頻，也可能是它們的某種組合。解調(diào)與調(diào)制正好相反。

調(diào)幅：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號的變化而變化

調(diào)相：載波的相位隨基帶數(shù)字信號的變化而變化

調(diào)頻：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號的變化而變化

例如：一個信號(碼元)可以取8種振幅，每種振幅可以取兩種相位。則

任一時刻碼元可以取16組合之一，也即一個碼元可以攜帶4個比特。

2.基帶傳輸

基本頻帶：由計算機(jī)或終端產(chǎn)生的頻譜從0開始，并且未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號所占

用的頻率范圍就叫基本頻帶，簡稱基帶。

基帶傳輸：傳送數(shù)據(jù)時，以原封不動的形式把基帶信號送入線路，稱為基帶傳輸。

使用范圍：近距離的數(shù)據(jù)傳輸，一般用于局域網(wǎng)中

優(yōu)點(diǎn)：收發(fā)兩端不需要使用調(diào)制解調(diào)器

3.頻帶傳輸

用基帶脈沖對載波波形的某些參量進(jìn)行控制，使這些參量隨基帶脈沖變化，

也就是調(diào)制。經(jīng)過調(diào)制的信號稱為已調(diào)信號。已調(diào)信號通過線路傳輸?shù)浇邮斩耍?/p>

然后通過解調(diào)恢復(fù)為原始基帶脈沖。

使用范圍：遠(yuǎn)程通信

優(yōu)點(diǎn)：①克服了許多長途電話線不能直接傳輸基帶信號的缺點(diǎn)

②能夠?qū)崿F(xiàn)多路復(fù)用的目的，提高通信線路的利用率。

缺點(diǎn)：收發(fā)兩端都需要設(shè)置調(diào)制解調(diào)器

三、數(shù)據(jù)編碼技術(shù)

1.編碼的作用及種類

在數(shù)據(jù)通信中，編碼的作用是用信號來表示數(shù)據(jù)信息。

種類有：單極性編碼、極化編碼和雙極性編碼。

2.單極性編碼

是指它的電壓只有一極，也即二進(jìn)制的兩個狀態(tài)只有一個進(jìn)行了編碼，通常

是1，另一個是0，由。電壓或電路是空閑狀態(tài)來表示。

例如：數(shù)據(jù)010100101

0H-lOf0OH-1Of-H-1

3.極化編碼

極化編碼采用兩個電壓值：一個是正電壓，另一個是負(fù)電壓?有非歸零編碼、

歸零編碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼

①非歸零編碼

用正電壓表示1,負(fù)電壓表示0。例如：01010010

電壓

0?1：0：1：0：0

②歸零編碼0：由負(fù)電平到0；1：由正電平到0；二者均在比特中間有跳變

電壓

0.0.1.0.，

.JALIIIIIIII

JiUiUUiUi

IIItIIII

③曼徹斯特編碼

曼徹斯特編碼在每個比特的中間引入跳變（或躍遷），一個正電平到負(fù)電平

的跳變表示I,另一個負(fù)電平到正電平的跳變表示0。如：01010010

④差分曼徹斯特編碼

差分曼徹斯特編碼在每個比特的中間引入跳變（或躍遷），開始位置有躍遷

代表比特0,沒有躍遷則代表比特1。如：01010010

對差分曼徹斯特編碼的說明：匕例是假設(shè)傳數(shù)據(jù)01010010的開始時刻處于高平,

如果假設(shè)開始時刻處于低電平，則圖形正好相反。

4.雙極性矩形碼

用到三個電平：正電平、負(fù)電平和0。

0：用電平0表示；

1:正負(fù)電平交替表示，即第一個1用正電平表示，第二個1用負(fù)電平表示，…。

舉例：數(shù)據(jù)40010011

10010011

四、多路復(fù)用技術(shù)

1.常見的多路復(fù)用技術(shù)及種類

多路復(fù)用技術(shù)：把許多信號放在單??的傳輸線路上用單一傳輸設(shè)備進(jìn)行傳

輸，提高線路的利用率。

種類：常用的形式有頻分多路復(fù)用（FDM）和時分多路復(fù)用（TDM）,統(tǒng)計時

分復(fù)用（STDM）是一種改進(jìn)的時分復(fù)用，波分復(fù)用（WDM）是一種光的頻分復(fù)用。

碼分復(fù)用（CDM）廣泛用在移動通信中，特別是用在無線的局域網(wǎng)中。

2.頻分復(fù)用

把傳輸線的總頻帶劃分成若干個子頻帶，-個固定終端被分配給一個固定的

子頻帶使用。利用頻率調(diào)制技術(shù)將各路信號的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段

上，實(shí)現(xiàn)物理線路的信號復(fù)用。多用于模擬信號傳輸。

例如：一個標(biāo)準(zhǔn)話路的帶寬是4kHz,現(xiàn)在物理線路的帶寬為12kHz.問：在此物

理線路上可傳輸幾路電話？如何分配帶寬？采用什么方法？

因為124-4=3所以可傳輸3路

分配方法：1?4為一路5?8為?路9?12為一路

采用頻率調(diào)制搬移技術(shù)

3.時分復(fù)用

將一條物理的傳輸線路按時間分為若干個時間片，若干個時間片構(gòu)成時分復(fù)

用幀（TDM幀），每個時間片只能由復(fù)用的一個信號占用。

例如：一個物理傳輸線路的TDM幀分為4個時間片，現(xiàn)假設(shè)有四個用戶在用，

并且每個用戶發(fā)送數(shù)據(jù)的情況如下：則發(fā)送數(shù)據(jù)的順序如下：

A：a-aa①a一cd

B:-b-b②一b—d

C:c-c—③a-c-

D:dd——④ab——信道的利用率：9/16

4統(tǒng)計時分復(fù)用（STDM）

在時分復(fù)用的基礎(chǔ)上能夠動態(tài)分配時隙（時間片）。也即時隙并不固定地分

配給某一個用戶使用。

例如：一個物理傳輸線路的STDM幀分為2個時間片，現(xiàn)假設(shè)有四個用戶在用，

并且每個用戶發(fā)送數(shù)據(jù)的情況如下

A：則發(fā)送數(shù)據(jù)的順序如下：①ac⑤b—

B②db

II

C③da

④ca信道的利用率：9/10

5」波分復(fù)用?(WDM)

主要應(yīng)用光纖通信，由于頻率與波長有一一對應(yīng)關(guān)系，所以波分復(fù)用實(shí)質(zhì)上

是在光信道上采用的一種頻分多路復(fù)用的變種，只不過光復(fù)用采用的技術(shù)與設(shè)備

不同于電復(fù)用。同學(xué)們自己去了解。

6.碼分復(fù)用(CDM)

也叫碼分多址(CDMA),容許所有站點(diǎn)同時在整個頻段上進(jìn)行傳輸，不同站點(diǎn)

的信號采用不同的編碼加以區(qū)分。每一個比特時間再劃分為M個短的間隔，稱為

碼片，通常m的值為64或128。碼分復(fù)用假設(shè)多重信號是線性疊加的

原理：1：發(fā)送m比特碼片；0：發(fā)送m比特的二進(jìn)制反碼

例如，某站點(diǎn)的碼片序列表示為：1：011010010：10010110

為了運(yùn)算的方便性，將碼片中的。用7表示，1用+1表示。這樣，此站點(diǎn)的碼

片為(-1+1+1-1+1-1-1+1)

下面的舉例均假設(shè)碼片序列m為8。

下面討論CDMA的幾個性質(zhì)：

①每一個站點(diǎn)分配的碼片序列各不相同，且互相正交。

令S表示站點(diǎn)S碼片向量，令T表示站點(diǎn)T碼片向量，則S與T的內(nèi)積為0。

BPS?T=l/m>,StTi=0。

例：S(-1_1_1+1+1-1+1+1),T(-1_1+1_1+1+1+1-1)?可以驗證S與T的內(nèi)

積為0?

②站點(diǎn)S的碼片向量S與站點(diǎn)T碼片的反碼向量的內(nèi)積也為0。

③任何一個站點(diǎn)碼片向量的規(guī)格化內(nèi)積都是1。即

*22

S,S=l/mZs-1/mZ田)=1

④接收站點(diǎn)如何判斷哪一個站點(diǎn)向自己發(fā)送了數(shù)據(jù)，還是沒發(fā)送數(shù)據(jù)？發(fā)送的數(shù)

據(jù)是1,還是0?

方法：讓接收站點(diǎn)的疊加信號碼片序列與已知的某站的碼片序列作內(nèi)積運(yùn)算，

如果結(jié)果是+1，則某站發(fā)送的是數(shù)據(jù)1,如果結(jié)果是-1,則某站發(fā)送的是數(shù)據(jù)0,

如果結(jié)果為0,則某站沒有發(fā)送數(shù)據(jù)。

舉例：見書上第69頁16題。

五、數(shù)據(jù)傳輸方式與控制方式

1.數(shù)據(jù)傳輸方式

①并行數(shù)據(jù)傳輸

可以同時傳輸一組比特，每個比特使用單獨(dú)一條線路（導(dǎo)線）

缺點(diǎn)：造價高；長距離傳輸施工難（把若干根粗導(dǎo)線捆在一起相當(dāng)困難）；長距

離傳輸同步難（發(fā)送端的所有二進(jìn)制位不可能同時到達(dá)接收端）o

②串行數(shù)據(jù)傳輸

只使用一條線路，逐個地傳送所有的比特。

2.數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂品绞?/p>

①單工；②半雙工；③全雙工

六、檢錯糾錯技術(shù)

1.奇偶校驗碼

分奇校驗與偶校驗。

奇校驗：在發(fā)送的數(shù)據(jù)后面增加一個二進(jìn)制位，使1的個數(shù)變?yōu)槠鏀?shù)個。

偶校驗：在發(fā)送的數(shù)據(jù)后面增加一個二進(jìn)制位，使1的個數(shù)變?yōu)榕紨?shù)個。

特點(diǎn)：只能檢測奇數(shù)個錯，但不能檢測到偶數(shù)個錯。

舉例：要發(fā)送數(shù)據(jù)1001101。采用偶校驗如何構(gòu)成發(fā)送數(shù)據(jù)，對方如何檢測？

構(gòu)成：1001011<------------------------偶校驗位

偶校驗位的構(gòu)成：增加的偶校驗位與發(fā)送的所有二進(jìn)制位作模2加運(yùn)算，讓它結(jié)

果為0。

接收端：模2加運(yùn)算，如果結(jié)果為0,則認(rèn)為正確。

0+0=10+1=11+0=11+1=0

奇校驗同上，在此不在論述。

2.水平垂直校驗碼

是二維奇偶校驗碼，對每個比特掃描兩次來增加檢測出多個比特錯誤和突發(fā)

錯誤的可能性。把一個數(shù)據(jù)塊分成若干個數(shù)據(jù)單元，每個單元本身具有一個奇偶

校驗位，每個數(shù)據(jù)單元的對應(yīng)位置也生成一個奇偶校驗位。所有對應(yīng)位置的校驗

位又組成了一個新的數(shù)據(jù)單元。

舉例:假設(shè)每7個二進(jìn)制位組成一個數(shù)據(jù)單元,一個數(shù)據(jù)塊由4個數(shù)據(jù)單元組成。

發(fā)送數(shù)據(jù)如何構(gòu)成？（水平垂直奇偶校驗均采用奇校驗）

假設(shè)發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)為：1001111010111010101010110011

10011110]

010111011

10101011I水平校驗位

000111

11110000-垂直校驗位

接收方：對水平垂直校驗碼均進(jìn)行校驗，如果與預(yù)期的校驗符合，則認(rèn)為正確，

接收方于是丟失校驗碼并接收數(shù)據(jù)，否則拒絕接收整個數(shù)據(jù)塊。

3.循環(huán)冗余校驗碼(CRC碼)

①如何構(gòu)成發(fā)送數(shù)據(jù)

Ao生成多項式的含義

生成多項式一般由G(X)表示，并且最高項系數(shù)、最低項系數(shù)均為lo

舉例：G(X)=x5+x4+x2+l,貝lj對應(yīng)的二進(jìn)制序列為：110101

G(X)=x6+x4+x3+x+l,則對應(yīng)的二進(jìn)制序列為：1011011

B。模2力口、減、乘、除運(yùn)算

模2力口、減運(yùn)算同異或運(yùn)算，即相同為0,不相同為1。

0+0=01+1=00+1=11+0=1

0-0=01-1=00-1=11-0=1

模2乘除法同二進(jìn)制乘除法

C?構(gòu)造被除數(shù)

要發(fā)送的數(shù)據(jù)+N個0,其中N為生成多項式的最高項次數(shù)。

舉例：要發(fā)送的數(shù)據(jù)為11100110,生成多項式為G(X)=X4+X2+1,

則被除數(shù)為：111001100000(4個0)

D?求余數(shù)

被除數(shù)+生成多項式的二進(jìn)制序列，要求余數(shù)的位數(shù)必須為生成多項式的最

高項次數(shù)。

仍然以C為例，即求1110011000004-10101的余數(shù)

余數(shù)的結(jié)果為：0110(實(shí)際上商為11011110,但不用)

過程在黑板上給同學(xué)們演示一下。

E。構(gòu)造發(fā)送數(shù)據(jù)

實(shí)際要發(fā)送的數(shù)據(jù)十余數(shù)。

接上例，則發(fā)送方最終發(fā)送的數(shù)據(jù)為：111001100110

②接收方接收數(shù)據(jù)

接收方把接收到的數(shù)據(jù)與生成多項式作除法運(yùn)算，如果結(jié)果為0,則認(rèn)為數(shù)據(jù)

正確，接收；如果結(jié)果不為0,則認(rèn)為錯誤，拒絕接收。

七、異步傳輸與同步傳輸?shù)母拍?/p>

1.異步傳輸

以字符為傳輸單位，字符的發(fā)送時間是異步的，即后一字符的發(fā)送時間與前

一字符的發(fā)送時間無關(guān)。時序或同步僅在每個字符范圍內(nèi)部是必須的。接收端可

以在每個字符開始時抓住再同步的機(jī)會。

2.同步傳輸

以比特塊為單位進(jìn)行的傳輸，接收端與發(fā)送端之間通過專門的時鐘線路或把

同步信號嵌入數(shù)字信號進(jìn)行同步。

八、交換技術(shù)

交換：即轉(zhuǎn)接，是在通信網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸必不可少的技術(shù)。

1.電路交換

①定義：是一種直接的數(shù)據(jù)交換方式，它在一對需要通信的站之間提供一條

臨時的專用通道，即提供一條專用的傳輸通道，即可是物理通道，也可是邏輯通

道（使用時分復(fù)用或頻分復(fù)用技術(shù)）

②經(jīng)由電路交換的通信包括三個階段：

電路建立-----?數(shù)據(jù)傳輸-------?電路拆除

③電路交換的特點(diǎn)

A.呼叫建立時間長且存在呼損。（呼損：電路建立只建立了一部分，由于

資源不足而建立失?。〣。電路建立后提供給用戶的是透明傳輸（即不管編碼

方法、信息格式、傳輸控制程序）。Co以固定速率傳輸，除了具有傳播延遲外,

節(jié)點(diǎn)延遲可以忽略）。Do線路（信道）利用率低（因為信道是專用的）。

2.報文交換（存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換的一種）

①定義：在報文交換中，節(jié)點(diǎn)都有足夠的緩存，以便報文進(jìn)入時進(jìn)行緩沖存

儲。等到輸出線路空閑時在根據(jù)報文的目的地址轉(zhuǎn)發(fā)到下一個合適的節(jié)點(diǎn)。其中

的每個節(jié)點(diǎn)能進(jìn)行差錯檢查和糾錯、速率轉(zhuǎn)換、流量控制及編碼方式的轉(zhuǎn)換等等。

②特點(diǎn)

A.通信時不需要建立一條專用的通路（不需要中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)同時處于空狀態(tài)）

B.沒有建立線路和拆除線路的時延。

C.線路利用率高。

D.要求節(jié)點(diǎn)具備足夠的報文數(shù)據(jù)存儲能力。（一般節(jié)點(diǎn)為微機(jī)或小型機(jī)）

E.數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿撸總€節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行檢錯、糾錯）

3.缺點(diǎn)

A.節(jié)點(diǎn)存儲/轉(zhuǎn)發(fā)的時延較大（因為節(jié)點(diǎn)要對完整報文存儲/轉(zhuǎn)發(fā)），不利于

交互式通信；

B.對報文長度沒有限制，這樣就有可能使報文長時間占用某兩點(diǎn)間的鏈路，

不利于實(shí)時交互通信

3.分組交換

以更短的、標(biāo)準(zhǔn)的“報文分組”為單位進(jìn)行交換傳輸。分組是一組包含數(shù)據(jù)、

呼叫控制信號及可能的差錯控制信息的二進(jìn)制數(shù)，把它作為一個整體進(jìn)行轉(zhuǎn)接。

交換網(wǎng)有兩種分組交換方式：數(shù)據(jù)報傳輸分組交換和虛電路傳輸分組交換

①數(shù)據(jù)報傳輸分組交換

把分組作為獨(dú)立的“報小文”來處理，獨(dú)立的“小報文”叫做數(shù)據(jù)報。

特點(diǎn)：每一個分組獨(dú)立選擇路徑，所有分組到達(dá)終點(diǎn)時需要重新排序。

優(yōu)點(diǎn)：對短報文數(shù)據(jù)通信傳輸效率比較高；對網(wǎng)絡(luò)故障的適應(yīng)能力強(qiáng)；

缺點(diǎn)：時延大

②虛電路傳輸分組交換

兩個通信的設(shè)備在通信之前需要建立邏輯上的連接，直至用戶不需要發(fā)送和

接收數(shù)據(jù)為止清除這種連接。

特點(diǎn)：與電路交換相比較，并不是實(shí)體間存在著像電路交換方式那樣的專用

線路，而是選定了特定路徑進(jìn)行傳輸，分組所經(jīng)過的所有節(jié)點(diǎn)都對這些分組進(jìn)行

存儲/轉(zhuǎn)發(fā)，這是與電路交換的實(shí)質(zhì)性區(qū)別。

優(yōu)點(diǎn)：對數(shù)據(jù)量較大的通信傳輸率高；分組傳輸時延短；不易產(chǎn)生分組丟失

缺點(diǎn)：對網(wǎng)絡(luò)的依賴性大

4.信元交換

ATM（異步傳輸模式）中采用的是信元交換。它是一種快速分組技術(shù)，它

將信息切割成固定長度（53字節(jié)）的信元，以信元為單位進(jìn)行傳送。它是電路

交換與分組交換技術(shù)的結(jié)合，能最大限度地發(fā)揮電路交換與分組交換技術(shù)的優(yōu)

點(diǎn)。

第四講物理層

一、了解與物理層連接的傳輸介質(zhì)

1.雙絞線

是用兩根絕緣銅線扭在一起的通信介質(zhì)。絞合在一起是為了減少相臨導(dǎo)線的

電磁干擾。（兩條導(dǎo)線絞合的程度如果是垂直的，則影響幾乎為0）

種類：屏蔽雙絞線（STP）無屏蔽雙絞線（UTP）最常用的UTP為3類、5

類，超5類、6類線都在用（幾類是按照單位長度絞合次數(shù)不一樣來區(qū)分）

2.同軸電纜

種類：50歐同軸電纜：又分為同軸細(xì)纜（RG58）和同軸粗纜（RG59）,主要用在

局域網(wǎng)中傳送基帶信號

75歐同軸電纜：主要用在有線電視網(wǎng)絡(luò)中傳輸模擬信號

93歐同軸電纜（RG62）：主要用于ARCNET局域網(wǎng)

3.光導(dǎo)纖維

簡稱光纖，有光脈沖相當(dāng)于1,而沒有光脈沖相當(dāng)于0。

①光纖通信的基本原理圖：

電信號光信號電信號

-------驅(qū)動器光源-............光檢測］—放大器］--------->

說明：

驅(qū)動器：用來把較弱的電信號轉(zhuǎn)換成電脈沖

光源：指發(fā)光二極管（LED）或激光發(fā)射二極管（ILD）,用來把電脈沖轉(zhuǎn)換成光

脈沖，并送到光纖上傳輸。

光檢測器：指光電二極管。用來檢測光脈沖，并把光脈沖轉(zhuǎn)換成電脈沖。

放大器：用來把較弱的電脈沖轉(zhuǎn)換成電信號。

②光線在光纖中的傳播圖

光纖的構(gòu)成：是由密度較大的纖芯和密度較小的包層構(gòu)成的圓柱體。

光線在光纖中的傳播圖：當(dāng)入射角增大到一定程度時，就會發(fā)生全反射，連續(xù)的

全反射就形成了光脈沖在纖芯中的傳播

3.光纖的種類

多模光纖：光線沿著光纖以多種角度不斷被包層反射而向前傳播。多模指的是

反射角的多樣性。

條件：當(dāng)光纖的直徑大于一個光的波長。

單模光纖：光線主要沿著光纖的軸心向前傳播。

條件：光纖的直徑等于一個光的波長。

多模光纖的光傳輸情況

一條光線反射角會逐漸增大，即aKazVa：,

4.光纜

多根光纖、加強(qiáng)芯、填充物、包帶層和外護(hù)套組成。

二、物理層功能

1.物理層的基本功能

是OSI的最低層，它向下直接與傳輸介質(zhì)相連，向上服務(wù)于數(shù)據(jù)鏈路層，其

作用是在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體之間提供必需的物理連接，并屏蔽掉這些物理設(shè)備或傳

輸介質(zhì)的差異，為數(shù)據(jù)鏈路層提供原始比特流的透明傳輸。發(fā)現(xiàn)錯誤時，向數(shù)據(jù)

鏈路層提交報告。

具體說來，物理層協(xié)議要解決的是主機(jī)、工作站等數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）與

通信線路上通信設(shè)備（DCE）之間的接口問題。

2.物理層的四個基本特性

將物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸介質(zhì)的接口的一些特性：

①機(jī)械特性：說明接口所用連接器的形狀和尺寸、引腳數(shù)目和排列、固定和鎖定

裝置等。

②電氣特性：說明在接口電纜的哪條線上出現(xiàn)的電壓電平應(yīng)是什么范圍。

③功能特性：說明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。

④規(guī)程特性：說明不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。

四、物理層協(xié)議（也叫規(guī)程）

1.物理層標(biāo)準(zhǔn)

為了使不同生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的設(shè)備能夠互相連接起來，就必需統(tǒng)一物理層的操

作，為物理層制定標(biāo)準(zhǔn)。ISO、CCITT、IEEE、EIA等均為物理層制定了相應(yīng)的標(biāo)

準(zhǔn)和建議。

物理層協(xié)議的功能主要是在DTE-DCE或DCE-DCE之間把數(shù)據(jù)信號由一方經(jīng)過

傳輸介質(zhì)傳到另方。數(shù)據(jù)信號可以在模擬信道上傳輸,也可在數(shù)字信道上傳輸。

對于模擬信道，DCE就是Modem,對于數(shù)字信道，DCE就是數(shù)據(jù)服務(wù)單元（DSU）

和信道服務(wù)單元（CSU）o（DCE:數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備；DTE：數(shù)據(jù)終端設(shè)備）

2.EIA-RS-232c接口標(biāo)準(zhǔn)

①對EIA-RS-232c接口標(biāo)準(zhǔn)的字面意義的了解

EIA：電子工業(yè)協(xié)會；RS：推薦標(biāo)準(zhǔn)：232：是標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識號碼

C：RS-232標(biāo)準(zhǔn)的一個修改版本；

EIA-RS-232c接口標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于CCITTV.24

②EIA-RS-232C與物理層特性的對照說明

機(jī)械特性：規(guī)定使用DB-25插針和插孔，插針用于DTE方面，插孔用于DCE方面。

引腳分為上下兩排:分別有13根和12根。

電氣特性：邏輯0：對信號地線有高于+3V的電壓

邏輯1：對信號地線有低于-3V的電壓

功能特性：它規(guī)定了什么電路應(yīng)當(dāng)連接到25根引腳的哪一根以及該引腳的功能。

規(guī)程特性：規(guī)定了在DTE與DCE之間所發(fā)生的事件的合法序列。

3.EIARS-449接口標(biāo)準(zhǔn)

由三個標(biāo)準(zhǔn)組成

①RS-449：規(guī)定了接口的機(jī)械特性、功能特性和規(guī)程特性

②RS-423A：規(guī)定在采用非平衡傳輸（即所有的電路共用一個公共地）時的電氣

特性。

③RS-422A：規(guī)定在采用平衡傳輸（即所有的電路沒有公共地）時的電氣特性。

第五講數(shù)據(jù)鏈路層

一、數(shù)據(jù)鏈路層的概念和功能

1.與數(shù)據(jù)鏈路層有關(guān)的兒個概念

①鏈路：中間沒有任何交換結(jié)點(diǎn)的一條無源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路。

②數(shù)據(jù)鏈路：把實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議、硬件及鏈路稱為數(shù)據(jù)鏈路。

③傳輸數(shù)據(jù)單位：幀（指的是DL-PDU,即數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)單元）

2.數(shù)據(jù)鏈路層的功能*

①鏈路管理：主要用于面向連接的服務(wù)。三個階段：建立數(shù)據(jù)鏈路（交換信息，

對序號初始化），維持鏈路（出現(xiàn)差錯后重新初始化；重新自動建立連接），

釋放鏈路。

②幀同步：如何構(gòu)造幀才能使接收方區(qū)別出一幀的開始和結(jié)束。

③差錯控制：差錯檢測和糾錯。發(fā)送方設(shè)置定時器超時或接收方利用檢錯碼檢

查出錯誤，采用重傳機(jī)制；或利用前向糾錯碼檢查出錯誤時進(jìn)行糾正錯誤。

④流量控制：限制發(fā)送方的數(shù)據(jù)速率，使得發(fā)送方的發(fā)送速率＜=接收方的接收

速率。

⑤將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開：要采取相應(yīng)的措施使接收方能將處于同一幀中的

數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開。

⑥透明傳輸：任何數(shù)據(jù)的比特組合都能在數(shù)據(jù)鏈路上傳輸，而不管數(shù)據(jù)的比特

組合恰巧是控制信息都能使接收方區(qū)分開來。

⑦尋址：在多點(diǎn)連接的情況下，必須保證每一幀都能送到正確的目的站，同時

保證接收方知道發(fā)送方是哪個站。

二、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的基本原理

1.通用性較強(qiáng)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

①美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI）：高級數(shù)據(jù)通信控制規(guī)程，即ADCCP

②國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）：高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程，即HDLC

③國際電報電話咨詢委員會（CCITT）：X.25建議書

④IBM公司:二進(jìn)制同步協(xié)議,BPBSC

2.數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的種類

①面向字符型規(guī)程

在數(shù)據(jù)鏈路上所傳送的數(shù)據(jù)必須是由規(guī)定字符集中的字符所組成，在鏈路上

所傳送的控制信息也必須由同一個字符集中的若干制定的控制字符組成。如IBM

的BSC。

②面向比特型規(guī)程

報文的數(shù)據(jù)和控制信息完全獨(dú)立，具有良好的透明性。差錯檢驗一般用CRC

校驗，可靠性強(qiáng)?？蛇M(jìn)行信息連接和雙向發(fā)送，傳輸效率高。信息都統(tǒng)一以幀為

單位,控制簡單。如：HDLC、ADCCP是典型的面向比特型的通信控制規(guī)程。

三、滑動窗口協(xié)議的基本原理

1.關(guān)于滑動窗口的若干問題

①發(fā)送窗口

物理上：是發(fā)送方的緩存，其個數(shù)由使用的協(xié)議來決定

邏輯上：用來表示在還沒有接收到接收方確認(rèn)的情況下，發(fā)送方最多可以發(fā)送的

幀數(shù)

例如：幀序號由三個比特編碼，發(fā)送窗口為5。見書上81頁例

發(fā)送序號：0?7（發(fā)送數(shù)據(jù)的幀循環(huán)使用的編號）

發(fā)送窗口：5（發(fā)送方最大發(fā)送的幀數(shù)）

01234

56701

23456

發(fā)送窗口

一般的，停等協(xié)議發(fā)送窗口為1

連續(xù)ARQ協(xié)議發(fā)送窗口為多個

選擇重傳ARQ協(xié)議發(fā)送窗口為多個

②接收窗口

物理上：是接收方的緩存，其個數(shù)由使用的協(xié)議來決定

邏輯上：用來表示，接收方最多可以接收的幀數(shù)

一般的，停等協(xié)議接收窗口為1

連續(xù)ARQ協(xié)議接收窗口為1

選擇重傳協(xié)議接收窗口為多個

③滑動窗口的含義

以連續(xù)ARQ為例，講述滑動窗口的含義。

例：幀序號由三個比特編碼，發(fā)送窗口為5,接收窗口為1。

發(fā)送序號：0-7（發(fā)送數(shù)據(jù)的幀循環(huán)使用的編號）

初始情況如下：

發(fā)送方:接收方：

01234E

567011------?2—?3-----?…

④發(fā)送窗口與接收窗口的關(guān)系

舉一個例子說明一下。在連續(xù)ARQ協(xié)議中，設(shè)幀序號占用的比特數(shù)為3。

A?假設(shè)發(fā)送窗口的大小為8（23）,接收窗口的大小為1。發(fā)送方已經(jīng)發(fā)送完8

個數(shù)據(jù)幀，并且全部到達(dá)接收端。考慮以下兩種情況：

lo所有的確認(rèn)幀都到達(dá)了發(fā)送端，發(fā)送端又發(fā)送8個新的數(shù)據(jù)幀，編號為0?

7,接收端認(rèn)為是新的數(shù)據(jù)幀，接收，結(jié)果是正確的。

2o所有的確認(rèn)幀全部丟失，發(fā)送端由于定時器超時，重發(fā)8個數(shù)據(jù)幀，編號

為0-7,接收端仍然認(rèn)為是新的數(shù)據(jù)幀，接收，結(jié)果是錯誤的。

Bo假設(shè)發(fā)送窗口的大小為7（2乙1）,接收窗口的大小為1。發(fā)送方已經(jīng)發(fā)送完

7個數(shù)據(jù)幀，并且全部到達(dá)接收端?？紤]以下兩種情況：

Io所有的確認(rèn)幀都到達(dá)了發(fā)送端，發(fā)送端又發(fā)送7個新的數(shù)據(jù)幀，編號為7、

0、1、2、3、4、5,接收端認(rèn)為是新的數(shù)據(jù)幀，接收，結(jié)果是正確的。

2。所有的確認(rèn)幀全部丟失，發(fā)送端由于定時器超時，重發(fā)7個數(shù)據(jù)幀，編號

為。?6,接收端認(rèn)為是舊的數(shù)據(jù)幀（因為如果不是舊的，編號應(yīng)該從7

開始），拒收（為了不重復(fù)），結(jié)果是正確的。結(jié)論：

協(xié)議幀序號比特發(fā)送窗口接收窗口滿足關(guān)系

停等1111+1W2'

連續(xù)ARQnWt1Wt+1W2n

選擇重傳ARQnWtW,Wt+WW2n

2.停止等待協(xié)議

發(fā)方接收方

結(jié)點(diǎn)A―-------------------------------------?）結(jié)點(diǎn)B

原理：發(fā)方每發(fā)送一幀，等待接收方的確認(rèn)幀的到來，當(dāng)確認(rèn)幀到來時，發(fā)方再

發(fā)送第二幀，依次類推?

分析：

①正常情況下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程如下：

發(fā)方接收方

時間時間

②幀破壞

A.數(shù)據(jù)幀破壞

接收方：通過校驗（可能就是CRC）發(fā)現(xiàn)錯誤，向發(fā)送方發(fā)送否認(rèn)幀（NAK）

發(fā)送方：重發(fā)（重發(fā)有次數(shù)限制）。

B.****￡■答幀破壞

發(fā)送方：重新發(fā)送數(shù)據(jù)幀；