計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)高職PPT完整版全套教學(xué)課件

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)第1章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第3章網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)第4章

TCP/IP協(xié)議集第5章局域網(wǎng)技術(shù)第6章網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)第7章Internet基礎(chǔ)與應(yīng)用第8章網(wǎng)絡(luò)安全全套PPT課件第1章01計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

概述章節(jié)導(dǎo)讀目前，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已成為全球信息產(chǎn)業(yè)的基石，它在信息的采集、存儲(chǔ)、處理、傳輸和分發(fā)中扮演了極其重要的角色。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)突破了單臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的局限，使多臺(tái)計(jì)算機(jī)交換信息、資源共享和協(xié)同工作成為可能。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛使用，改變了傳統(tǒng)意義上的時(shí)間和空間的概念，對(duì)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，包括對(duì)人們的生活方式產(chǎn)生了革命性的影響，促進(jìn)了社會(huì)信息化的發(fā)展進(jìn)程。本章主要講解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展、定義、功能、組成、分類、應(yīng)用以及常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還涉及了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新技術(shù)。學(xué)

習(xí)

目

標(biāo)了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史。掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義和功能。掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。熟悉計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類。了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新技術(shù)。1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物?？v觀計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和其他事物的發(fā)展一樣，也經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從低級(jí)到高級(jí)的過程。在這一過程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)緊密結(jié)合，相互促進(jìn)，共同發(fā)展，最終產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。從1946年世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC的誕生到現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的全面普及，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展大體可以分為以下4個(gè)階段。第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第二代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以通信子網(wǎng)為中心的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)以Internet為中心的新一代網(wǎng)絡(luò)1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也稱面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，是以單機(jī)為中心的通信系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)中除了一臺(tái)中心計(jì)算機(jī)（主機(jī)），其余終端均不具備自主處理功能。面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上有3種形式。1（1）第一種結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)與終端直接相連，如右圖所示。在這種結(jié)構(gòu)中，主機(jī)負(fù)載較重，且一條通信線路只能與一個(gè)終端相連，通信線路的利用率較低。1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展（a）計(jì)算機(jī)與終端直接相連

（2）第二種結(jié)構(gòu)是終端共享通信線路，如右圖所示。這種結(jié)構(gòu)提高了通信線路的利用率，但當(dāng)多個(gè)終端同時(shí)要求與主機(jī)通信時(shí)，主機(jī)無法確定與哪一個(gè)終端進(jìn)行通信。為解決這一問題，主機(jī)需增加相應(yīng)的設(shè)備和軟件完成相應(yīng)的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，但是這樣會(huì)使得主機(jī)工作負(fù)荷加重。1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展（b）終端共享通信線路（3）為了減輕主機(jī)負(fù)荷，在主機(jī)前增加通信處理機(jī)（CommunicationControlProcessor，CCP）或前端機(jī)（FrontEndProcessor，F(xiàn)EP），在終端云集的地方增加集中器或多路器，這就是第三種結(jié)構(gòu)，如圖1-1（c）所示。CCP或FEP專門負(fù)責(zé)通信控制，而主機(jī)專門進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。集中器或多路器實(shí)際上是設(shè)在遠(yuǎn)程終端的通信處理機(jī)，其作用是實(shí)現(xiàn)多個(gè)終端共享同一通信線路。1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展（c）主機(jī)前增加CCP或FEP，終端前增加集中器或多路器圖1-1面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀(jì)60年代初美國航空公司與IBM公司聯(lián)合研制的預(yù)訂飛機(jī)票系統(tǒng)，由1個(gè)主機(jī)和2000多個(gè)終端組成，是一個(gè)典型的面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。但這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)存在著一些缺點(diǎn)：如果主機(jī)的負(fù)荷較重，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間過長；而且單機(jī)系統(tǒng)的可靠性一般較低，一旦主機(jī)發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的癱瘓。1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展第二代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——以通信子網(wǎng)為中心的網(wǎng)絡(luò)為了克服第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性，人們開始研究將多臺(tái)計(jì)算機(jī)相互連接的方法。1969年12月，美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃署（DefenseAdvancedResearchProjectsAgency，DARPA）的計(jì)算機(jī)分組交換網(wǎng)ARPANET投入運(yùn)行，它成功地連接了美國加州大學(xué)洛杉磯分校、加州大學(xué)圣巴巴拉分校、斯坦福大學(xué)和猶他大學(xué)四個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)。ARPANET的誕生，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新紀(jì)元，也使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生了根本性的變化。21.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展早期的面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以單個(gè)主機(jī)為中心的星型網(wǎng)，各終端通過電話網(wǎng)共享主機(jī)的硬件和軟件資源。但分組交換網(wǎng)則以由接口信息處理機(jī)（InterfaceMessageProcessor，IMP）構(gòu)成的通信子網(wǎng)為中心，主機(jī)和終端都處在網(wǎng)絡(luò)的邊緣，構(gòu)成了用戶資源子網(wǎng)，如圖1-2所示。用戶不僅共享通信子網(wǎng)的資源，而且還可共享用戶資源子網(wǎng)中豐富的硬件和軟件資源。這種以通信子網(wǎng)為中心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常被稱為第二代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。圖1-2采用資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)組成的兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)中，相互通信的計(jì)算機(jī)必須高度協(xié)調(diào)工作，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的。為了降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，早在當(dāng)初設(shè)計(jì)ARPANET時(shí)就有專家提出了層次模型。分層設(shè)計(jì)方法可以將龐大而復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化為若干較小且易于處理的子問題。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（InternationalStandardOrganization，ISO）于1977年設(shè)立專門的機(jī)構(gòu)研究解決不同公司之間的網(wǎng)絡(luò)不能互連互通的問題，并于不久后提出了一個(gè)使各種計(jì)算機(jī)能夠互連的標(biāo)準(zhǔn)框架——開放式系統(tǒng)互連參考模型（OpenSystemInterconnection/Reference

Model，OSI/RM），簡稱OSI模型。OSI模型是一個(gè)開放體系結(jié)構(gòu)，它將網(wǎng)絡(luò)分為7層，并規(guī)定每層的功能。3OSI參考模型是一個(gè)開放體系結(jié)構(gòu)，它將網(wǎng)絡(luò)分為7層，并規(guī)定每層的功能。OSI參考模型的出現(xiàn)，意味著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到第三代，即標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)。在開放式環(huán)境下，所有計(jì)算機(jī)設(shè)備和通信設(shè)備只要遵循共同制定的國際標(biāo)準(zhǔn)，就可以實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品在同一網(wǎng)絡(luò)中的順利通信。1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——以下一代Internet為中心的新一代網(wǎng)絡(luò)第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是從20世紀(jì)80年代末開始出現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)局域網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展成熟，光纖、高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及多媒體、智能網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)相繼出現(xiàn)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就像一個(gè)對(duì)用戶透明的大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，發(fā)展為以Internet為代表的互聯(lián)網(wǎng)。20世紀(jì)90年代，微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、光通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，為網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了進(jìn)一步有力的支持。4如今的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將無數(shù)個(gè)具有獨(dú)立工作能力的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過通信設(shè)備和線路相連，并由功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)資源共享和數(shù)據(jù)通信。隨著人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求的日益提高，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)正迅速朝著高速化、實(shí)時(shí)化、智能化、集成化和多媒體化的方向不斷深入，它的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用對(duì)全球的經(jīng)濟(jì)、教育、科技、文化等的發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生并且仍將發(fā)揮重要影響。1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義與功能隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)涵也在不斷變化，人們對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有著不同的理解和定義。從資源共享的角度看，通常將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義為：將地理位置不同的具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)或由計(jì)算機(jī)控制的外部設(shè)備，通過通信設(shè)備和線路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的控制下，按照約定的通信協(xié)議進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)資源共享的系統(tǒng)。自20世紀(jì)60年代末誕生以來，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以異常迅猛的速度不斷發(fā)展，越來越廣泛地應(yīng)用于政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、生產(chǎn)及科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。1.數(shù)據(jù)通信3.提高系統(tǒng)的可靠性2.資源共享4.均衡負(fù)荷與分布式處理1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義與功能組建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要目的之一就是使分布在不同地理位置的計(jì)算機(jī)用戶能夠相互通信。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間，或計(jì)算機(jī)與終端之間可以快速、可靠地相互傳遞各種信息，如程序、文件、圖形、圖像、聲音、視頻等。利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信功能，人們可以使用網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用（也稱服務(wù)），如收發(fā)電子郵件、視頻點(diǎn)播、視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。數(shù)據(jù)通信11.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義與功能所謂資源共享就是共享網(wǎng)絡(luò)上的硬件資源、軟件資源和信息資源。許多計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備是十分昂貴的，如可以進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算的巨型計(jì)算機(jī)、海量存儲(chǔ)器、高速激光打印機(jī)、大型繪圖儀和一些特殊的外設(shè)等。共享硬件資源可以讓連接在網(wǎng)絡(luò)上的用戶都可以使用網(wǎng)絡(luò)中包括這些昂貴設(shè)備在內(nèi)的各種不同類型的硬件設(shè)備。共享硬件資源的好處是顯而易見的。網(wǎng)絡(luò)中一臺(tái)低性能的計(jì)算機(jī)，可以通過共享使用不同類型的設(shè)備，既解決了當(dāng)前計(jì)算機(jī)硬件資源貧乏的問題，同時(shí)也有效地利用了現(xiàn)有的資源，充分提高了資源利用率。資源共享21）硬件資源1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義與功能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中有極為豐富的軟件資源，如網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、工具軟件、數(shù)據(jù)庫管理軟件等。共享軟件功能允許多個(gè)用戶同時(shí)調(diào)用服務(wù)器的各種軟件資源，并且保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性和統(tǒng)一性。要實(shí)現(xiàn)這一功能，用戶可以使用各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件共享遠(yuǎn)程服務(wù)器上的軟件資源；也可以通過一些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，將共享軟件下載到本機(jī)使用。信息資源是一種非常重要和寶貴的資源?；ヂ?lián)網(wǎng)就是一個(gè)巨大的信息資源寶庫，其信息資源涉及各個(gè)領(lǐng)域，內(nèi)容極為豐富。每個(gè)接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的用戶都可以在任何時(shí)間以任何形式去搜索、訪問、瀏覽及獲取這些信息資源。2）軟件資源3）信息資源1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義與功能在某些對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高的場合，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的備份技術(shù)可以提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以立即由另一臺(tái)計(jì)算機(jī)代替其完成所承擔(dān)的任務(wù)。這種技術(shù)在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如鐵路、工業(yè)控制、空中交通、電力供應(yīng)等。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)荷過重時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)和一些應(yīng)用程序的管理，可以將任務(wù)傳送給網(wǎng)絡(luò)中其他計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，以均衡工作負(fù)荷，減少網(wǎng)絡(luò)延遲，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中各計(jì)算機(jī)的作用，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作效率。這種處理方式稱為分布式處理，既方便處理大型任務(wù)，減輕計(jì)算機(jī)負(fù)荷，又提高了系統(tǒng)的可用性。均衡負(fù)荷與分布式處理4提高系統(tǒng)的可靠性31.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成典型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從邏輯功能上可以分成兩個(gè)子網(wǎng)：資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)，如圖1-3所示。圖1-3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成資源子網(wǎng)11.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)資源子網(wǎng)主要負(fù)責(zé)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，為全網(wǎng)用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)資源與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。資源子網(wǎng)由主機(jī)、終端、各種軟件資源與信息資源等組成。主機(jī)是資源子網(wǎng)的主要組成單元，它通過高速通信線路與通信子網(wǎng)的通信控制處理機(jī)相連接。在資源子網(wǎng)中，主機(jī)可以是大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、工作站或微型機(jī)。主機(jī)主要為本地用戶訪問網(wǎng)絡(luò)或其他主機(jī)設(shè)備、共享資源提供服務(wù)。根據(jù)其作用的不同分為文件服務(wù)器、應(yīng)用程序服務(wù)器、通信服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。1）主機(jī)1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)終端是用戶訪問網(wǎng)絡(luò)的界面，可以是簡單的輸入、輸出終端，也可以是帶有微處理機(jī)的智能終端。終端可以通過主機(jī)連入網(wǎng)內(nèi)，也可以通過終端控制器、報(bào)文分組組裝/拆卸裝置或通信控制處理機(jī)連入網(wǎng)內(nèi)。在網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)用戶都可享用系統(tǒng)中的各種資源。所以需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行全面的管理、合理的調(diào)度和分配，并防止網(wǎng)絡(luò)資源丟失或被非法訪問、破壞。網(wǎng)絡(luò)軟件是實(shí)現(xiàn)這些功能不可缺少的工具。網(wǎng)絡(luò)軟件主要包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件、網(wǎng)絡(luò)通信軟件、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件等。其中，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)用于控制和協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)資源分配、共享，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，是最主要的網(wǎng)絡(luò)軟件。2）終端（Terminal）3）網(wǎng)絡(luò)軟件通信控制處理機(jī)（communicationcontrolprocessor，CCP）是一種在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸和控制的專用計(jì)算機(jī)，一般由小型機(jī)、微型機(jī)或帶有CPU的專門設(shè)備承擔(dān)。CCP在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中通常稱為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，它一方面作為資源子網(wǎng)的主機(jī)、終端的接口節(jié)點(diǎn)，將它們連入網(wǎng)中；另一方面又實(shí)現(xiàn)通信子網(wǎng)中數(shù)據(jù)包的接收、校驗(yàn)、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)等功能。1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通信子網(wǎng)2通信子網(wǎng)主要承擔(dān)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)、加工、轉(zhuǎn)換等通信處理工作，一般由通信控制處理機(jī)、通信線路和其他通信設(shè)備組成。1）通信控制處理機(jī)1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通信線路是指在CCP與CCP、CCP與主機(jī)之間提供數(shù)據(jù)通信的通道。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的通信線路的種類很多，如雙絞線、同軸電纜、光纖等有線通信線路，或微波、無線電、紅外線等無線通信線路。通信設(shè)備指網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，包括網(wǎng)卡、集線器、中繼器、交換機(jī)、網(wǎng)橋、路由器、調(diào)制解調(diào)器等。通信線路和網(wǎng)絡(luò)上的各種通信設(shè)備共同組成了通信信道。2）通信線路和通信設(shè)備1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.3.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指用傳輸媒體互連各種設(shè)備的物理布局，即用什么方式把網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)等設(shè)備連接起來。將工作站、服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備抽象為點(diǎn)，稱為“節(jié)點(diǎn)”；將通信線路抽象為線，稱為“鏈路”。由節(jié)點(diǎn)和鏈路構(gòu)成的抽象結(jié)構(gòu)就是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型、星型、環(huán)型、樹型和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1圖1-4總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由單根總線連接網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)，如圖1-4所示。在總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有節(jié)點(diǎn)共享總線的全部容量。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它先向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播一條消息，通知其他節(jié)點(diǎn)它將發(fā)送數(shù)據(jù)，正式發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)則目的節(jié)點(diǎn)將接收發(fā)送給它的數(shù)據(jù)，其他節(jié)點(diǎn)將忽略這條數(shù)據(jù)消息。總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、便于擴(kuò)充、價(jià)格相對(duì)較低、安裝使用方便。但是由于單信道的限制，一個(gè)總線型網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)越多，網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的速率就越慢。另外，一旦總線出現(xiàn)故障，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將陷于癱瘓。1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都通過一條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路與中心節(jié)點(diǎn)相連，如圖1-5所示。任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都必須通過中心節(jié)點(diǎn)，并且只能通過中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。中心節(jié)點(diǎn)通過存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳送，其設(shè)備可以是集線器，也可以是交換機(jī)。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、組網(wǎng)容易，便于控制和管理，網(wǎng)絡(luò)延遲小。其缺點(diǎn)是中心節(jié)點(diǎn)負(fù)荷較重，容易形成系統(tǒng)的“瓶頸”，線路的利用率也不高。圖1-5星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由各節(jié)點(diǎn)首尾相連形成的閉合環(huán)型線路，如圖1-6所示。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳送是單向的，即沿一個(gè)方向從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)；每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需安裝中繼器，以接收、放大信號(hào)。環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，組網(wǎng)容易，便于管理。其缺點(diǎn)是若某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓；且當(dāng)節(jié)點(diǎn)過多時(shí)，將影響數(shù)據(jù)傳輸效率，非常不利于擴(kuò)展。圖1-6環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4在實(shí)際建造一個(gè)較大型的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，往往采用多級(jí)星型網(wǎng)絡(luò)，將多級(jí)星型網(wǎng)絡(luò)按層次方式排列，即形成樹型網(wǎng)絡(luò)。因此，樹型拓?fù)淇梢钥闯墒切切屯負(fù)涞臄U(kuò)展，如圖1-7所示。在樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)按層次進(jìn)行連接，頂部節(jié)點(diǎn)是中央處理機(jī)，底部節(jié)點(diǎn)是終端，而其他各層可以是多路轉(zhuǎn)換器、集中器或部門用計(jì)算機(jī)。信息交換主要在上、下層節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，相鄰及同層節(jié)點(diǎn)之間一般不進(jìn)行數(shù)據(jù)交換或數(shù)據(jù)交換量小。樹型拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是易于擴(kuò)展，可以延伸出許多分支和子分支；故障隔離容易。其缺點(diǎn)是越靠近頂部的節(jié)點(diǎn)，處理能力越強(qiáng)，其可靠性要求就越高。由于對(duì)頂部節(jié)點(diǎn)的依賴性太大，如果頂部節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，則全網(wǎng)不能正常工作。圖1-7樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)5在網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)之間的連接是任意的，如圖1-8所示。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是可靠性高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必須采用路由選擇算法和流量控制方法；線路成本高，不易管理和維護(hù)。在實(shí)際組網(wǎng)中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不是單一的，而是要根據(jù)具體需要和環(huán)境混用幾種結(jié)構(gòu)。圖1-8網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類1.4.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類依據(jù)很多，如按通信介質(zhì)、傳輸方式、使用對(duì)象分類等。下面介紹最常見的3種分類方式。依據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的大小分類1依據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的大小，可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）和廣域網(wǎng)（WAN）。（1）局域網(wǎng)僅工作在較小的地理范圍內(nèi)，采用單一的傳輸介質(zhì)。（4）局域網(wǎng)組網(wǎng)方便、使用靈活，是目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最活躍的分支。（2）傳統(tǒng)局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps～100Mbps。如今的局域網(wǎng)傳輸速率更高，可達(dá)到1000Mbps。（3）由于數(shù)據(jù)傳輸距離短，局域網(wǎng)傳輸時(shí)延低且誤碼率低。局域網(wǎng)（localareanetwork，LAN）是指范圍在幾千米內(nèi)的辦公樓群或校園內(nèi)的計(jì)算機(jī)相互連接所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于連接辦公室、校園、工廠及企業(yè)的個(gè)人計(jì)算機(jī)或工作站，以利于個(gè)人計(jì)算機(jī)或工作站之間共享資源（如打印機(jī)）和數(shù)據(jù)通信。局域網(wǎng)具有以下特征：1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類與應(yīng)用1）局域網(wǎng)廣域網(wǎng)（wideareanetwork，WAN）通?？缃雍艽蟮牡乩矸秶梢允且粋€(gè)地區(qū)、一個(gè)省、一個(gè)國家甚至全球，其傳輸速率比局域網(wǎng)低得多。廣域網(wǎng)的典型代表就是Internet，它是世界上發(fā)展速度最快、應(yīng)用最廣泛和最大的公共計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。Internet的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從局部到全國進(jìn)而將全世界連在一起，用戶可以利用Internet來實(shí)現(xiàn)全球范圍的信息查詢與瀏覽、文件傳輸、語音與圖像通信服務(wù)、電子郵件收發(fā)等功能。1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類與應(yīng)用城域網(wǎng)（metropolitanareanetwork，MAN）所采用的技術(shù)與局域網(wǎng)類似，只是規(guī)模上更大一些。城域網(wǎng)覆蓋范圍通常為一個(gè)城市，地理范圍為幾千米至幾萬米，傳輸速率在1Mbps以上。城域網(wǎng)目前多采用光纖或微波作為通信介質(zhì)。2）城域網(wǎng)3）廣域網(wǎng)1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類與應(yīng)用依據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的不同分類2有線網(wǎng)無線網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)傳輸介質(zhì)的不同，還可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為兩種：有線網(wǎng)和無線網(wǎng)。1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類與應(yīng)用依據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的不同分類2有線網(wǎng)是采用如同軸電纜、雙絞線、光纖等有線介質(zhì)進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。雙絞線網(wǎng)是目前最常見的連網(wǎng)方式，這是因?yàn)殡p絞線價(jià)格便宜且安全方便，容易組網(wǎng)，但其傳輸能力和抗干擾能力一般。光纖網(wǎng)用光纖作為傳輸介質(zhì)，因?yàn)楣饫w傳輸距離長，傳輸率高。無線網(wǎng)是采用衛(wèi)星、微波等無線形式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)，特別是無線局域網(wǎng)有很多優(yōu)點(diǎn)，如易于安裝和使用。但無線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)低于有線局域網(wǎng)。另外，無線局域網(wǎng)的誤碼率也比較高，而且節(jié)點(diǎn)之間相互干擾比較厲害。1）有線網(wǎng)2）無線網(wǎng)1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類與應(yīng)用依據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的不同分類3在廣播式網(wǎng)絡(luò)中僅使用一條通信信道，該信道由網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)共享。在傳輸信息時(shí)，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送數(shù)據(jù)，并被其他所有節(jié)點(diǎn)接收。其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)包中的目的地址進(jìn)行判斷，如果是發(fā)給自己的則接收，否則便丟棄它。總線型以太網(wǎng)就是典型的廣播式網(wǎng)絡(luò)。與廣播式網(wǎng)絡(luò)相反，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)由許多互相連接的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，在每對(duì)節(jié)點(diǎn)之間都有一條專用的通信信道，因此在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中，不存在信道共享與復(fù)用的情況。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)根據(jù)目的地址，經(jīng)過一系列中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，直至到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，這種傳輸技術(shù)稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，采用這種技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。1）廣播式網(wǎng)絡(luò)2）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)依據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的不同，可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為兩種：廣播式網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新技術(shù)1.5.1物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的概念1物聯(lián)網(wǎng)（internetofthings，IoT），顧名思義，就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。目前，物聯(lián)網(wǎng)的精確定義并未統(tǒng)一。關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)比較準(zhǔn)確的定義是：物聯(lián)網(wǎng)是利用射頻識(shí)別系統(tǒng)、傳感器、全球定位系統(tǒng)（GPS）、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)2物聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，與其他網(wǎng)絡(luò)一樣，也有其特有的體系結(jié)構(gòu)。它包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3個(gè)層次，如圖1-9所示。1）感知層。感知層利用RFID、傳感器、攝像頭、全球定位系統(tǒng)等傳感技術(shù)和設(shè)備，隨時(shí)隨地獲取物體的屬性信息并傳輸給網(wǎng)絡(luò)層。（3）應(yīng)用層。應(yīng)用層有一個(gè)信息處理中心，用來處理從感知層得到的信息，以實(shí)現(xiàn)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等實(shí)際應(yīng)用。（2）網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層通過各種網(wǎng)絡(luò)，將物體的信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地傳遞給應(yīng)用層。物聯(lián)網(wǎng)的3層結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的基本特征，即全面感知、可靠傳遞和智能處理。1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新技術(shù)1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的分類3物聯(lián)網(wǎng)可分為私有物聯(lián)網(wǎng)、公有物聯(lián)網(wǎng)、社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)和混合物聯(lián)網(wǎng)4種。其中，私有物聯(lián)網(wǎng)一般面向單一機(jī)構(gòu)內(nèi)部提供服務(wù)，公有物聯(lián)網(wǎng)基于互聯(lián)網(wǎng)向公眾或大型用戶群體提供服務(wù)，社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)向一個(gè)關(guān)聯(lián)的“社區(qū)”或機(jī)構(gòu)群體（如一個(gè)城市政府下屬的各委辦局）提供服務(wù)，而混合物聯(lián)網(wǎng)是上述的兩種或以上的物聯(lián)網(wǎng)的組合，但后臺(tái)有統(tǒng)一運(yùn)維實(shí)體。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域4當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)相連時(shí)，可隨時(shí)隨地全方位“感知”對(duì)方，人們的生活方式將從“感覺”跨入“感知”，從“感知”到“控制”。作為一種新興技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用正在迅速向各個(gè)領(lǐng)域蔓延，從家居、醫(yī)療、物流、交通、零售、金融、工業(yè)到農(nóng)業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用無處不在，如圖所示。1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域41.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新技術(shù)1.5.25G5G的研發(fā)歷程1我國在2016年～2018年進(jìn)行了5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)，分為5G關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)、5G技術(shù)方案驗(yàn)證和5G系統(tǒng)驗(yàn)證三個(gè)階段實(shí)施。2019年10月31日，在2019年中國國際信息通信展覽會(huì)上，工信部與三大運(yùn)營商舉行5G商用啟動(dòng)儀式。中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國電信正式公布5G套餐，并于11月1日正式上線5G商用套餐。這標(biāo)志著中國正式進(jìn)入5G商用時(shí)代。1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新技術(shù)5G的優(yōu)點(diǎn)2（1）用戶體驗(yàn)（2）行業(yè)應(yīng)用（3）發(fā)展趨勢(shì)具有更高速率、更大帶寬的5G能夠滿足消費(fèi)者對(duì)更高網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)的需求?！翱臁笔?G帶給大眾用戶最直觀的感受。5G具有更高的可靠性、更低的時(shí)延，能夠滿足智能制造、自動(dòng)駕駛等行業(yè)應(yīng)用的特定需求，拓寬融合產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間，支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)創(chuàng)新發(fā)展。5G已于2019年在我國正式商用，且在持續(xù)高速發(fā)展，大有取代4G、占據(jù)行業(yè)主導(dǎo)地位之勢(shì)。5G的關(guān)鍵技術(shù)31.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新技術(shù)5G的實(shí)現(xiàn)主要依靠大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)。1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新技術(shù)大規(guī)模天線陣列對(duì)滿足5G系統(tǒng)容量和速率需求起到重要的支撐作用。大規(guī)模天線陣列通過增加基站部署密度，可實(shí)現(xiàn)百倍量級(jí)的容量提升，是滿足5G千倍容量增長需求的最主要手段之一。超密集組網(wǎng)通過發(fā)送信號(hào)的疊加傳輸來提升系統(tǒng)的接入能力，可有效支撐5G網(wǎng)絡(luò)千億設(shè)備的連接需求。新型多址技術(shù)通過有效利用各類頻譜資源，可有效緩解5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻譜資源的巨大需求。全頻譜接入技術(shù)基于SDN、NFV和云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)以用戶為中心的更靈活、智能、高效和開放的5G新型網(wǎng)絡(luò)。新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G技術(shù)的應(yīng)用場景41.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新技術(shù)隨著5G在2019年正式商用，各行業(yè)在應(yīng)用5G后紛紛迸發(fā)出了強(qiáng)勁的發(fā)展活力。無論是智慧城市的建設(shè)、自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)，還是遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程辦公的進(jìn)一步發(fā)展，抑或是VR、AR、云游戲等娛樂方式的顛覆，都離不開5G的支持，如圖1-11所示。1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新技術(shù)1.5.3三網(wǎng)融合三網(wǎng)融合的概念1三網(wǎng)融合就是實(shí)現(xiàn)有線電視網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)三者之間的融合，目的是構(gòu)建一個(gè)健全、高效的通信網(wǎng)絡(luò)，從而滿足社會(huì)發(fā)展的需求。三網(wǎng)融合并不意味著三大網(wǎng)絡(luò)的物理合一，而主要是指高層業(yè)務(wù)應(yīng)用的融合。三大網(wǎng)絡(luò)通過技術(shù)改造，其技術(shù)功能趨于一致，業(yè)務(wù)范圍趨于相同，網(wǎng)絡(luò)互連互通、資源共享，能為用戶提供語音、數(shù)據(jù)和廣播電視等多種服務(wù)。1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新技術(shù)1.5.3三網(wǎng)融合三網(wǎng)融合的優(yōu)點(diǎn)2信息服務(wù)將由單一業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向文字、語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等多媒體綜合業(yè)務(wù)。三網(wǎng)融合可極大地減少基礎(chǔ)建設(shè)投入，并簡化網(wǎng)絡(luò)管理，降低維護(hù)成本。三網(wǎng)融合將使網(wǎng)絡(luò)從各自獨(dú)立的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)向綜合性網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變，網(wǎng)絡(luò)性能得以提升，資源利用水平進(jìn)一步提高。1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新技術(shù)1.5.3三網(wǎng)融合三網(wǎng)融合的優(yōu)點(diǎn)2三網(wǎng)融合是業(yè)務(wù)的整合，它不僅繼承了原有的語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)，而且通過網(wǎng)絡(luò)的整合，衍生出了更加豐富的增值業(yè)務(wù)類型，如圖文電視、VoIP、視頻郵件和網(wǎng)絡(luò)游戲等，極大地拓展了業(yè)務(wù)范圍。三網(wǎng)融合打破了電信運(yùn)營商和廣電運(yùn)營商在視頻傳輸領(lǐng)域的惡性競爭狀態(tài)，未來看電視、上網(wǎng)、打電話資費(fèi)可能打包下調(diào)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述小結(jié)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，它的應(yīng)用已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步做出了巨大貢獻(xiàn)。數(shù)據(jù)通信和資源共享是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最基本的功能。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個(gè)很重要的基本概念，不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有不同的特點(diǎn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、功能、可靠性等方面都有著重要的影響。本章著重介紹了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中常見的幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類的方法很多，通常按照網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的大小可分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)；按照網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)不同可分為有線網(wǎng)和無線網(wǎng)；按照網(wǎng)絡(luò)的傳輸技術(shù)不同可分為廣播式網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G、三網(wǎng)融合等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能和提供的服務(wù)將會(huì)不斷增加。THANKS計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)第2章02數(shù)據(jù)通信

基礎(chǔ)章節(jié)導(dǎo)讀計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，因此，數(shù)據(jù)通信技術(shù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。要研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，首先要研究數(shù)據(jù)通信技術(shù)。本章主要介紹與數(shù)據(jù)通信技術(shù)有關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括數(shù)據(jù)通信的基本概念、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型、數(shù)據(jù)傳輸方式、多路復(fù)用技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)和差錯(cuò)控制技術(shù)等內(nèi)容。學(xué)

習(xí)

目

標(biāo)理解數(shù)據(jù)通信的基本概念，掌握數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型的基本組成。掌握不同角度的數(shù)據(jù)傳輸方式，如并行傳輸和串行傳輸，單工、半雙工和全雙工通信，異步傳輸和同步傳輸，基帶傳輸和頻帶傳輸。掌握電路交換、報(bào)文交換和分組交換3種數(shù)據(jù)交換技術(shù)。掌握奇偶校驗(yàn)碼和循環(huán)冗余碼兩種差錯(cuò)控制技術(shù)。掌握頻分多路復(fù)用、時(shí)分多路復(fù)用、波分多路復(fù)用和碼分多路復(fù)用4種信道復(fù)用技術(shù)。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信是一種以信息處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的通信方式，它通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)以某種信號(hào)方式從一處傳送到另一處。數(shù)據(jù)通信為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展提供了技術(shù)支持和可靠的通信環(huán)境，是人們獲取、傳遞和交換信息的重要手段。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念信息1信息是對(duì)客觀事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和存在形式的反映，可以是客觀事物的形態(tài)、大小、結(jié)構(gòu)、性能等描述，也可以是客觀事物與外部之間的聯(lián)系。信息的載體可以是數(shù)字、文字、語音、圖形和圖像等。計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備產(chǎn)生和交換的信息都是由二進(jìn)制代碼表示的字母、數(shù)字或控制符號(hào)的組合。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)是傳遞信息的實(shí)體，是信息的一種表現(xiàn)形式。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種。其中，用于描述連續(xù)變化量的數(shù)據(jù)稱為模擬數(shù)據(jù)，如聲音、溫度等；用于描述不連續(xù)變化量的數(shù)據(jù)稱為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，如文本信息、整數(shù)等。提示實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)和信息的概念很多時(shí)候并不加以區(qū)分，可認(rèn)為是同一概念。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)信號(hào)3信號(hào)是攜帶信息的介質(zhì)，是數(shù)據(jù)的一種電磁編碼。信號(hào)一般以時(shí)間為自變量，以表示信息（或數(shù)據(jù)）的某個(gè)參量（振幅、頻率或相位）為因變量。信號(hào)按其因變量的取值是否連續(xù)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。（a）模擬信號(hào)

圖2-1模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)是指信號(hào)的因變量完全隨連續(xù)消息的變化而變化的信號(hào)，其因變量一定是連續(xù)的，如圖2-1（a）所示。例如，電視圖像信號(hào)、語音信號(hào)、溫度壓力傳感器的輸出信號(hào)以及許多遙感遙測(cè)信號(hào)等都是模擬信號(hào)。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（b）數(shù)字信號(hào)

圖2-1模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)雖然模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)有著明顯的差別，但它們?cè)谝欢l件下也是可以相互轉(zhuǎn)化的。模擬信號(hào)可以通過采樣、量化、編碼等步驟變成數(shù)字信號(hào)，而數(shù)字信號(hào)也可以通過解碼、平滑等步驟變換為模擬信號(hào)。信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)三者的關(guān)系是：信息一般用數(shù)據(jù)來表示，而數(shù)據(jù)通常需要轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)進(jìn)行傳輸。數(shù)字信號(hào)是指表示消息的因變量是離散的，其自變量時(shí)間的取值也是離散的信號(hào)，如圖2-1（b）所示。數(shù)字信號(hào)的因變量的狀態(tài)是有限的，例如計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)、數(shù)字電話信號(hào)和數(shù)字電視信號(hào)等都是數(shù)字信號(hào)。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成1信息的傳遞是通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，一個(gè)完整的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般由信源、信號(hào)變換器、通信信道、信宿等構(gòu)成，如圖2-2所示。圖2-2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型1）信源和信宿信源就是信息的產(chǎn)生和發(fā)送端，是發(fā)出待傳送信息的人或設(shè)備。信宿就是信息的接收端，是接收所傳送信息的人或設(shè)備。大部分信源和信宿設(shè)備都是計(jì)算機(jī)或其他數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DataTerminalEquipment，DTE）。2）通信信道2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)通信信道是傳送信號(hào)的一條通路，由傳輸線路和傳輸設(shè)備組成。同一個(gè)傳輸介質(zhì)上可以同時(shí)存在多條信號(hào)通路，即一條傳輸線路上可以有多個(gè)通信信道。信道類型是由所傳輸?shù)男盘?hào)決定的，用來傳輸模擬信號(hào)的信道稱為模擬信道，用來傳輸數(shù)字信號(hào)的信道稱為數(shù)字信道。3）信號(hào)變換器信號(hào)變換器的作用是將信源發(fā)出的數(shù)據(jù)變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘?hào)，或?qū)⑿诺郎蟼鱽淼男盘?hào)變換成可供信宿接收的數(shù)據(jù)。發(fā)送端的信號(hào)變換器可以是編碼器或調(diào)制器，接收端的信號(hào)變換器相對(duì)應(yīng)的就是譯碼器或解調(diào)器。4）噪聲2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)信號(hào)在傳輸過程中受到的干擾稱為噪聲。噪聲可能來自外部，也可能由信號(hào)傳輸過程本身產(chǎn)生。噪聲雖然不算嚴(yán)格意義上的通信系統(tǒng)組成部分，但噪聲過大將影響被傳送的信號(hào)的真實(shí)性或正確性。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)2描述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的大小和傳輸質(zhì)量的好壞，往往需要運(yùn)用信道帶寬、比特率、波特率、信道容量和誤碼率等技術(shù)指標(biāo)。1）信道帶寬信道帶寬是指信道中傳輸?shù)男盘?hào)在不失真的情況下所占用的頻率范圍，即傳輸信號(hào)的最高頻率與最低頻率之差。例如，若某通信線路可以不失真地傳送2MHz～10MHz的信號(hào)，則該通信線路的信道帶寬為8MHz。2）波特率波特率又稱作波形速率或調(diào)制速率。它是指數(shù)據(jù)傳輸過程中，在線路上每秒鐘傳送的波形個(gè)數(shù)。其單位是波特，記作baud。設(shè)一個(gè)波形的持續(xù)周期為T，則波特率B可按下式計(jì)算：B=1/T（baud）2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)3）比特率比特率又稱數(shù)據(jù)傳輸速率，是指數(shù)字信號(hào)的傳輸速率，用每秒鐘所傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼的有效位數(shù)表示，單位為比特/秒（記作b/s或bps）。比特率S可按下式計(jì)算：S=Blog2N（bps）式中B是波特率，N是一個(gè)波形代表的有效狀態(tài)數(shù)。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)提示需要注意的是，波特率和比特率的概念是不同的，因此500baud和500bps的含義不同。只有當(dāng)一個(gè)波形代表的有效狀態(tài)數(shù)為2時(shí)，二者在數(shù)值上才相等。4）信道容量信道容量一般是指物理信道能夠傳輸信息的最大能力，它的大小由信道的帶寬、可使用的時(shí)間、傳輸速率以及信道質(zhì)量（即信號(hào)功率與干擾功率之比）等因素決定。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)5）誤碼率誤碼率，也稱出錯(cuò)率，是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下傳輸可靠性的重要指標(biāo)。誤碼率等于傳輸出錯(cuò)的碼元數(shù)占傳輸總碼元數(shù)的比例。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中一般要求數(shù)字信號(hào)誤碼率低于10-6。6）信道的傳播延遲信號(hào)在信道中的傳輸，從信源到信宿需要一定的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間叫做傳播延遲（也叫時(shí)延）。傳播延遲與信源和信宿間的距離有關(guān)，也與具體的通信信道中的信號(hào)傳播速度有關(guān)。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)7）信噪比在信道中，信號(hào)功率與噪聲功率的比值稱為信噪比（Signal-to-NoiseRatio）。如果用S表示信號(hào)功率，用N表示噪聲功率，則信噪比應(yīng)被表示為S/N。在實(shí)際傳輸中，更多地使用10lg10（S/N）來表示信噪比，單位是分貝（dB）。對(duì)于S/N等于10的信道，則稱其信噪比為10dB；同樣的道理，如果信道的S/N等于100，則稱其信噪比為20dB；以此類推。一般來說，信噪比越大，說明混在信號(hào)里的噪聲越小，因此信噪比應(yīng)該越高越好。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸是指利用信號(hào)把數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳送到接收端的過程，通?？蓮亩鄠€(gè)不同的角度對(duì)數(shù)據(jù)傳輸方式進(jìn)行描述。2.2.1并行傳輸與串行傳輸數(shù)據(jù)的傳輸方式有并行傳輸和串行傳輸兩種。并行傳輸串行傳輸2.2數(shù)據(jù)傳輸方式在計(jì)算機(jī)中，通常使用8個(gè)數(shù)據(jù)位來表示一個(gè)字符。串行傳輸指的是數(shù)據(jù)的若干位按順序一位一位地傳送，從發(fā)送端到接收端只要一條傳輸信道即可，如圖2-3（a）所示。串行傳輸可以節(jié)省傳輸線路和設(shè)備，利于遠(yuǎn)程傳輸，所以廣泛用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。例如，通信網(wǎng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸都是以串行方式進(jìn)行的。并行傳輸?shù)乃俾矢撸珎鬏斁€路和設(shè)備都需要增加若干倍，一般用于短距離并要求快速傳輸?shù)那闆r。串行傳輸1（a）

圖2-3并行傳輸與串行傳輸2.2數(shù)據(jù)傳輸方式并行傳輸2（b）

圖2-3并行傳輸與串行傳輸在進(jìn)行近距離傳輸時(shí)，為獲得較高的傳輸速率，使數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延盡量小，常采用并行傳輸方式，即字符的每一個(gè)數(shù)據(jù)位各占一條傳輸信道，通過多條并行的信道同時(shí)傳輸，如圖2-3（b）所示。例如，計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)總線就是采用并行傳輸?shù)?，根?jù)信道數(shù)量不同可分為8位、16位、32位和64位等。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2.2.2單工、半雙工和全雙工通信根據(jù)信號(hào)在信道上的傳輸方向，數(shù)據(jù)通信分為單工通信、半雙工通信和全雙工通信。單工通信半雙工通信雙全工通信數(shù)據(jù)通信2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2.2.2單工、半雙工和全雙工通信根據(jù)信號(hào)在信道上的傳輸方向，數(shù)據(jù)通信分為單工通信、半雙工通信和全雙工通信。單工通信半雙工通信雙全工通信數(shù)據(jù)通信2.2數(shù)據(jù)傳輸方式單工通信1單工通信又稱為單向通信。在單工通信中，數(shù)據(jù)信號(hào)固定地從發(fā)送端傳送到接收端，即信息流僅沿一個(gè)方向流動(dòng)，如圖2-4所示。如無線電廣播采用的就是單工通信。圖2-4單工通信2.2數(shù)據(jù)傳輸方式半雙工通信2半雙工通信又稱為雙向交替通信。在半雙工通信中，數(shù)據(jù)信號(hào)可雙向傳送，但不能在兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行。通信雙方都具有發(fā)送器和接收器，但在同一時(shí)刻信道只能容納一個(gè)方向的信息傳輸，如圖2-5所示。例如，無線電對(duì)講機(jī)采用的就是半雙工通信，當(dāng)甲方講話時(shí)，乙方無法講話；等甲方講完后，乙方才能開始講話。圖2-5半雙工通信2.2數(shù)據(jù)傳輸方式全雙工通信3全雙工通信又稱為雙向同時(shí)通信。在全雙工通信中，同一時(shí)刻雙方能在兩個(gè)方向上傳輸數(shù)據(jù)信息，它相當(dāng)于把兩個(gè)相反方向的單工通信方式組合起來，如圖2-6所示。例如，打電話時(shí)，雙方可以同時(shí)講話。全雙工通信效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。圖2-6全雙工通信2.2.3數(shù)據(jù)傳輸同步方式當(dāng)發(fā)送端將數(shù)據(jù)發(fā)送出去后，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，收發(fā)雙方要同步處理數(shù)據(jù)。所謂同步，就是指通信雙方在發(fā)、收時(shí)間上必須保持一致；否則，數(shù)據(jù)傳輸就會(huì)發(fā)生丟包或重復(fù)讀取等錯(cuò)誤。根據(jù)通信雙方協(xié)調(diào)方式的不同，同步方式有兩種：異步傳輸和同步傳輸。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式異步傳輸1異步傳輸又稱為起止式傳輸。發(fā)送端可以在任何時(shí)刻向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)，且將每個(gè)字符（5～8位）作為一個(gè)獨(dú)立的整體進(jìn)行發(fā)送，字符間的間隔時(shí)間可以任意變化。為了便于接收端識(shí)別這些字符，發(fā)送端需要在每個(gè)字符的前后分別加上一位或多位信息作為它的起始位和停止位，如圖2-7（a）所示。（a）圖2-7異步傳輸方式2.2數(shù)據(jù)傳輸方式如果傳送的字符由7位二進(jìn)制位組成，那么在其前后各附加一位起始位和停止位，甚至還有校驗(yàn)位，其字符長度將達(dá)10位，如圖2-7（b）所示。很顯然，由于輔助位多，這種方式的傳輸效率較低，適用于低速通信。（b）圖2-7異步傳輸方式2.2數(shù)據(jù)傳輸方式同步傳輸2同步傳輸要求數(shù)據(jù)的發(fā)送端和接收端始終保持時(shí)鐘同步。根據(jù)同步通信規(guī)程，同步傳輸具體又分為面向字符的同步和面向位的同步，如圖2-8所示。（a）面向字符的同步幀格式（b）面向位的同步幀格式圖2-8同步傳輸方式2.2數(shù)據(jù)傳輸方式面向字符的同步發(fā)送端將字符分成組進(jìn)行連續(xù)發(fā)送，并在每組字符前后各加一個(gè)同步字符（SYN）。當(dāng)接收端接收到同步字符時(shí)開始接收數(shù)據(jù)，直到再次收到同步字符時(shí)停止接收，然后進(jìn)入等待狀態(tài)，準(zhǔn)備下一次通信。面向位的同步發(fā)送端每次發(fā)送一個(gè)二進(jìn)制位序列，并在發(fā)送過程的前后分別使用一個(gè)特殊的8位位串（01111110）作為同步字節(jié)來表示發(fā)送的開始和結(jié)束。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式在同步傳輸中將整個(gè)字符組作為一個(gè)單位進(jìn)行傳送，且附加位比較少，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。這種方式一般用于高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中。但是要求收發(fā)雙方的時(shí)鐘嚴(yán)格同步，加重了數(shù)據(jù)通信設(shè)備的負(fù)擔(dān)。如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中出現(xiàn)與同步字符（或同步字節(jié)）相同的數(shù)據(jù)，則需要額外的技術(shù)來解決；如果一次傳輸有錯(cuò)，則需要將該次傳輸?shù)恼麄€(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行重傳。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2.2.4基帶傳輸和頻帶傳輸在數(shù)據(jù)通信中，計(jì)算機(jī)等產(chǎn)生的信號(hào)是二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，即“1”和“0”。若要在相應(yīng)的信道中傳輸，需轉(zhuǎn)換成適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)在信道中的傳輸技術(shù)分為基帶傳輸和頻帶傳輸兩類。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式基帶傳輸1由計(jì)算機(jī)等直接發(fā)出的數(shù)字信號(hào)是一連串矩形電脈沖信號(hào)，包含直流、低頻和高頻等多種成分。在其頻譜中，從零頻開始到能量集中的一段頻率范圍稱為基本頻帶，簡稱為基帶。在線路上直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)就稱為基帶傳輸?；鶐鬏斨?，發(fā)送端需要用編碼器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼，然后在接收端由譯碼器進(jìn)行解碼才能恢復(fù)發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，常采用以下三種編碼方法。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式1）非歸零編碼圖2-9常用二進(jìn)制編碼方法非歸零編碼規(guī)定：用高電位表示“1”，低電位表示“0”。這種編碼方法難以判斷一個(gè)位的結(jié)束和另一個(gè)位的開始，需要同時(shí)發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào)來保證發(fā)送方和接收方同步。假設(shè)要發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)為10011101，則用非歸零碼編碼后如圖2-9（a）所示。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2）曼徹斯特編碼圖2-9常用二進(jìn)制編碼方法曼徹斯特編碼是一種“自含時(shí)鐘”的編碼方法，其編碼規(guī)則是在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)產(chǎn)生一次跳變，由高電位向低電位跳變時(shí)，代表“0”；由低電位向高電位跳變時(shí)，代表“1”，如圖2-9（b）所示。這種編碼的優(yōu)點(diǎn)是收發(fā)雙方可以根據(jù)自帶的“時(shí)鐘”信號(hào)來保持同步，無須專門傳遞同步信號(hào)的線路，因此這種編碼方法通常用于局域網(wǎng)傳輸。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式3）差分曼徹斯特編碼圖2-9常用二進(jìn)制編碼方法差分曼徹斯特編碼規(guī)定當(dāng)前比特位的取值由開始的邊界是否存在跳變而定，開始邊界有跳變表示“0”，無跳變表示“1”，如圖2-9（c）所示。每個(gè)比特位當(dāng)中的跳變僅用作同步信號(hào)?；鶐鬏斒且环N最簡單的傳輸方式，它抗干擾能力強(qiáng)、成本低，但是由于基帶信號(hào)含有從直流到高頻的頻率特性，傳輸時(shí)必須占用整個(gè)信道，因此通信信道利用率低。另外，基帶傳輸信號(hào)衰減嚴(yán)重，傳輸?shù)木嚯x受到限制，因此常用于局域網(wǎng)。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式頻帶傳輸2在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信時(shí)，最經(jīng)常使用的仍然是普通的電話線。電話信道的帶寬為3.1kHz，只適用于傳輸音頻范圍300Hz～3400Hz的模擬信號(hào)，不適用于直接傳輸頻帶很寬而且又集中在低頻段的數(shù)字基帶信號(hào)。因此必須將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸。一般采用的方法是發(fā)送端在音頻范圍選擇某一頻率的正（余）弦波作為載波，用它寄載所要傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，通過電話信道將其送至接收端；在接收端再將數(shù)字信號(hào)從載波上分離出來，恢復(fù)為原來的數(shù)字信號(hào)波形。這種利用模擬信道實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)姆椒ǚQ為頻帶傳輸。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式在頻帶傳輸中，由發(fā)送端將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的過程稱為調(diào)制，使用的調(diào)制設(shè)備稱為調(diào)制器；在接收端把模擬數(shù)據(jù)信號(hào)還原為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的過程稱為解調(diào)，使用的設(shè)備稱為解調(diào)器。同時(shí)具備調(diào)制和解調(diào)功能的設(shè)備稱為“調(diào)制解調(diào)器”（Modem）。在實(shí)現(xiàn)全雙工通信時(shí)，則要求收發(fā)兩端都安裝調(diào)制解調(diào)器，如圖2-10所示。圖2-10頻帶傳輸2.2數(shù)據(jù)傳輸方式知識(shí)庫調(diào)制解調(diào)器（Modem），俗稱“貓”，是在發(fā)送端通過調(diào)制將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，而在接收端通過解調(diào)再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的一種裝置。Modem有各種各樣的分類方法，例如按照接入Internet的方式不同，可將Modem分為撥號(hào)Modem和專線Modem；又例如按照接口類型不同，可將Modem分為外置Modem、內(nèi)置Modem、PC卡式移動(dòng)Modem等。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式模擬信號(hào)傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波，載波信號(hào)可以表示為：其中，振幅A、角頻率、相位是載波信號(hào)的三個(gè)可變參量，它們是正弦波的控制參數(shù)，也稱為“調(diào)制參數(shù)”，它們的變化將對(duì)正弦載波的波形產(chǎn)生影響。為此，我們可以通過改變這三個(gè)參量來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)的編碼。1）振幅鍵控（ASK）ASK方式是指載波的幅度A隨發(fā)送的數(shù)字信號(hào)而變化，以不同振幅表示二進(jìn)制數(shù)字“1”和“0”，如圖2-11（a）所示。這種方法實(shí)現(xiàn)簡單，但抗干擾能力差，調(diào)制效率低。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式圖2-11數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2）移頻鍵控（FSK）FSK方式是指用兩個(gè)靠近載波頻率的不同頻率1和2分別表示二進(jìn)制數(shù)字“1”和“0”，如圖2-11（b）所示。移頻鍵控的電路簡單，抗干擾能力強(qiáng)，但頻帶的利用率低。3）移相鍵控（PSK）PSK方式只是以載波的相位變化來表示數(shù)據(jù)。在二相制情況下，二進(jìn)制數(shù)字“0”和“1”分別用不同相位載波信號(hào)波形表示，如圖2-11（c）和圖2-11（d）所示。PSK電路實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式知識(shí)庫模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼是將連續(xù)的信號(hào)波形用有限個(gè)離散（不連續(xù)）的值近似代替的過程，其中最常用的方法就是脈沖編碼調(diào)制（PCM）技術(shù)，簡稱脈碼調(diào)制。PCM一般通過采樣、量化和編碼3個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)。（1）采樣：將原信號(hào)波形的時(shí)間坐標(biāo)按照固定的時(shí)間間隔離散化，以模擬數(shù)據(jù)的最大值（或平均值）作為樣本，代替模擬數(shù)據(jù)在某一區(qū)間的值。（2）量化：量化是指對(duì)采樣得到的樣本值按量化分級(jí)并取整。（3）編碼：將量化取整的樣本值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進(jìn)制編碼。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2.3多路復(fù)用技術(shù)2.3多路復(fù)用技術(shù)在同一介質(zhì)上，同時(shí)傳輸多個(gè)有限帶寬信號(hào)的方法，被稱為多路復(fù)用（Multiplexing）。將多路復(fù)用技術(shù)引入通信系統(tǒng)，目的是充分利用通信線路的帶寬，提高通信介質(zhì)利用率。多路復(fù)用技術(shù)可以分為頻分多路復(fù)用、時(shí)分多路復(fù)用、波分多路復(fù)用和碼分多路復(fù)用等多種形式，最常用的是頻分多路復(fù)用和時(shí)分多路復(fù)用。頻分多路復(fù)用（FrequencyDivisionMultiplexing，F(xiàn)DM）1任何信號(hào)只占據(jù)一個(gè)寬度有限的頻率，而信道可被利用的頻率要比一個(gè)信號(hào)的頻率寬得多，因而可以利用頻率分割的方式來實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用。頻分多路復(fù)用是利用頻率變換或調(diào)制的方法，將若干路信號(hào)搬移到頻譜的不同位置，相鄰兩路的頻譜之間留有一定的頻率間隔，以防相互干擾，這樣排列起來的信號(hào)就形成了一個(gè)頻分多路復(fù)用信號(hào)。發(fā)送端將信號(hào)發(fā)送出去，接收端接收到信號(hào)后，再利用接收濾波器把各路信號(hào)區(qū)分開來。這種方法起源于電話系統(tǒng)，如圖2-12所示。圖2-12頻分多路復(fù)用的電話系統(tǒng)2.3多路復(fù)用技術(shù)所有電話信號(hào)的頻帶本來都是一樣的，即標(biāo)準(zhǔn)頻帶0.3KHz～3.4KHz。利用頻率變換，使每路電話信號(hào)占有4KHz的帶寬，然后將三路電話信號(hào)搬到頻段的不同位置，就形成了一個(gè)帶寬為12KHz的頻分多路復(fù)用信號(hào)。當(dāng)信號(hào)到達(dá)接收端后，接收端就可以將各路電話信號(hào)用濾波器區(qū)分開。由此可見，信道的帶寬越大，容納的電話路數(shù)就會(huì)越多。隨著通信信道質(zhì)量的提高，在一個(gè)信道上同時(shí)傳送的電話路數(shù)會(huì)越來越多。頻分多路復(fù)用主要用于寬帶模擬線路中，最典型的是有線電視系統(tǒng)。2.3多路復(fù)用技術(shù)時(shí)分多路復(fù)用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）2時(shí)分復(fù)用是利用時(shí)間分隔方式來實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用的，它將一個(gè)傳送周期劃分為多個(gè)時(shí)間間隔，讓多路信號(hào)分別在不同的時(shí)間間隔內(nèi)傳送。對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)主干網(wǎng)的復(fù)用采用的就是時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)。2.3多路復(fù)用技術(shù)下面以電話系統(tǒng)為例來說明時(shí)分多路復(fù)用的工作原理。對(duì)于帶寬為4kHz的電話信號(hào)，每秒采樣8000次就可以完全不失真地恢復(fù)出語音信號(hào)。假設(shè)每個(gè)采樣點(diǎn)的值用8位二進(jìn)制數(shù)來表示，那么一路電話所需要的數(shù)據(jù)傳輸速率為8×8000=64kbps。如果有24路電話信號(hào)，每路電話信號(hào)包含8位采樣值，最后加上1位用于區(qū)分或同步每一次的采樣間隔，這樣在一個(gè)采樣周期（125μs）中主干線路共要傳輸24×8+1=193位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，即要求主干線路的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到193bit/125μs=1.544Mbps。因此，利用一條數(shù)據(jù)傳輸率為1.544Mbps的信道就可以同時(shí)傳輸24路電話，如圖2-13所示。圖2-13數(shù)字電話系統(tǒng)的基群采樣周期2.3多路復(fù)用技術(shù)波分多路復(fù)用（WaveDivisionMultiplexing，WDM）3波分多路復(fù)用（wavedivisionmultiplexing，WDM）是頻率分割技術(shù)在光纖中的應(yīng)用，主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)中。所謂波分多路復(fù)用是指在一根光纖上能同時(shí)傳送多個(gè)波長不同的光信號(hào)的復(fù)用技術(shù)，它實(shí)質(zhì)上是利用了光具有不同波長的特征。波分多路復(fù)用的原理與頻分多路復(fù)用十分類似，不同的是它利用波分復(fù)用設(shè)備將不同信道的信號(hào)調(diào)制成不同波長的光，并復(fù)用到光纖信道上；在接收端，又采用波分復(fù)用設(shè)備分離不同波長的光。用于波分復(fù)用的設(shè)備在通信系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端分別稱為分波器和合波器。波分多路復(fù)用不僅使得光纖的傳輸能力成倍增加，還可以利用不同波長沿不同方向傳輸來實(shí)現(xiàn)單根光纖的雙向傳輸。除波分多路復(fù)用外，還有光頻分多路復(fù)用（OFDM）、密集波分多路復(fù)用（DWDM）、光時(shí)分多路復(fù)用（OTDM）、光碼分多路復(fù)用（OCDM）技術(shù)等。其中，光纖的密集波分多路復(fù)用技術(shù)可極大地增加光纖信道的數(shù)量，從而充分利用光纖的潛在帶寬，是今后計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用的重要技術(shù)。2.3多路復(fù)用技術(shù)碼分多路復(fù)用（CodeDivisionMultiplexing，CDM）4碼分多路復(fù)用（codedivisionmultiplexing，CDM）是一種用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)，它的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是微波擴(kuò)頻通信。擴(kuò)頻通信的特征是使用比發(fā)送的數(shù)據(jù)速率高許多倍的偽隨機(jī)碼對(duì)載荷數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展，形成寬帶低功率頻譜密度的信號(hào)來發(fā)射。碼分多路復(fù)用利用擴(kuò)頻通信中不同碼型的擴(kuò)頻碼之間的相關(guān)性為每個(gè)用戶分配一個(gè)擴(kuò)頻編碼，以區(qū)別不同的用戶信號(hào)。發(fā)送端可用不同的擴(kuò)頻編碼，分別向不同的接收端發(fā)送數(shù)據(jù)；同樣，接收端進(jìn)行相應(yīng)的解碼就可得到不同發(fā)送端送來的數(shù)據(jù)。碼分多路復(fù)用的特點(diǎn)是頻率和時(shí)間資源均為共享。因此，在頻率和時(shí)間資源緊缺的情況下，碼分多路復(fù)用將獨(dú)具魅力，這也是它受到人們普遍關(guān)注的原因。2.3多路復(fù)用技術(shù)2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)通常采用部分連接的方式，不相鄰節(jié)點(diǎn)之間的通信只能通過中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)接來實(shí)現(xiàn)。這些中轉(zhuǎn)的節(jié)點(diǎn)稱為交換節(jié)點(diǎn)，它們并不處理流經(jīng)的數(shù)據(jù)，只是簡單地將數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送給另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，直至到達(dá)目的地。數(shù)據(jù)交換技術(shù)就是用來解決資源子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)如何通過通信子網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換問題的。通常使用的數(shù)據(jù)交換技術(shù)有3種：電路（線路）交換、報(bào)文交換和分組交換。2.4.1電路交換在電話系統(tǒng)中，當(dāng)用戶進(jìn)行撥號(hào)時(shí)，電話系統(tǒng)中的交換機(jī)（TelephoneSwitch）在呼叫者的電話與接收者的電話之間建立了一條實(shí)際的物理線路，通話便建立起來；此后兩端的電話一直使用該專用線路，直到通話結(jié)束才能拆除該線路。電話系統(tǒng)中用到的這種交換方式叫做電路交換（CircuitSwitching）技術(shù)。2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換技術(shù)的通信過程包括線路建立、數(shù)據(jù)傳輸和線路釋放3個(gè)過程。在數(shù)據(jù)開始傳輸之前，呼叫信號(hào)必須經(jīng)過若干個(gè)交換機(jī)，得到各交換機(jī)的認(rèn)可，并最終傳到被呼叫方。這個(gè)過程常常需要10秒甚至更長的時(shí)間。對(duì)于許多應(yīng)用（如商店信用卡確認(rèn)）來說，過長的電路建立時(shí)間是不合適的。另外，在電路交換系統(tǒng)中，物理線路的帶寬是預(yù)先分配好的。對(duì)于已經(jīng)預(yù)先分配好的線路，即使通信雙方都沒有數(shù)據(jù)要交換，線路帶寬也不能為其他用戶所使用，從而造成帶寬的浪費(fèi)。雖然電路交換技術(shù)存在上述缺點(diǎn)，但它有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，第一是傳輸延遲小，唯一的延遲是物理信號(hào)的傳播延遲，因?yàn)橐坏┙⑽锢磉B接，便不再需要交換開銷；第二是一旦線路建立，通信雙方便獨(dú)享該物理線路，不會(huì)與其他通信發(fā)生沖突。2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.4.2報(bào)文交換報(bào)文交換（MessageSwitching）屬于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式交換，事先并不建立物理電路，當(dāng)發(fā)送方有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，它將要發(fā)送的數(shù)據(jù)當(dāng)做一個(gè)整體交給中間交換設(shè)備，中間交換設(shè)備先將報(bào)文存儲(chǔ)起來，然后選擇一條合適的空閑輸出線將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)交換設(shè)備，如此循環(huán)往復(fù)直至將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)。采用這種技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)就是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)。在報(bào)文交換中，一般不限制報(bào)文的大小，這就要求網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)中間節(jié)點(diǎn)必須使用磁盤等外設(shè)來緩存較大的數(shù)據(jù)塊。同時(shí)某一塊數(shù)據(jù)可能會(huì)長時(shí)間占用線路，導(dǎo)致報(bào)文在中間結(jié)點(diǎn)的延遲非常大（一個(gè)報(bào)文在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的延遲時(shí)間等于接收整個(gè)報(bào)文的時(shí)間加上該報(bào)文在結(jié)點(diǎn)等待輸出線路所需的排隊(duì)延遲時(shí)間），這使得報(bào)文交換不適合交互式數(shù)據(jù)通信。2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.4.3分組交換分組交換（PacketSwitching）又稱為包交換，是報(bào)文交換技術(shù)的改進(jìn)，與報(bào)文交換同屬于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式交換。在分組交換中，用戶的數(shù)據(jù)被劃分成一個(gè)個(gè)大小相同的分組（packet），這些分組被稱為“包”。這些“包”可以被緩存在交換設(shè)備的內(nèi)存而不是磁盤中，通過不同的線路到達(dá)同一目的地。由于分組交換能夠保證任何用戶都不能長時(shí)間獨(dú)占傳輸線路，因而它非常適合于交互式通信。在分組交換中，根據(jù)傳輸控制協(xié)議和傳輸路徑不同，可將其分為兩種方式：數(shù)據(jù)報(bào)分組交換和虛電路分組交換。2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)報(bào)分組交換1在該方式中，每個(gè)數(shù)據(jù)分組又稱為數(shù)據(jù)報(bào)。發(fā)送方將數(shù)據(jù)報(bào)按順序發(fā)送，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)在傳輸過程中按照不同的路徑到達(dá)目的地，因此接收方接到的數(shù)據(jù)報(bào)的順序與發(fā)送順序是不同的，接收方還需要按照?qǐng)?bào)文的分組順序?qū)⑦@些數(shù)據(jù)報(bào)組合成完整的數(shù)據(jù)。虛電路分組交換2虛電路方式是將數(shù)據(jù)報(bào)方式與電路交換方式結(jié)合起來，在發(fā)送數(shù)據(jù)分組之前，首先在發(fā)送方和接收方之間建立一條通路。通路建立后，數(shù)據(jù)分組將依次沿此路徑進(jìn)行傳輸。因此，接收方接到的數(shù)據(jù)分組的順序與發(fā)送順序是相同的。但是與電路交換不同的是，虛電路方式建立的通路不是一條專用的物理線路，而只是一條路徑，因此被稱為“虛電路”。數(shù)據(jù)分組經(jīng)過時(shí)，路徑中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)還是需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并等待列隊(duì)輸出。2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.4.4三種交換技術(shù)的比較電路交換技術(shù)、報(bào)文交換技術(shù)和分組交換技術(shù)的比較如圖2-14所示。（a）電路交換

（b）報(bào)文交換

（c）分組交換圖2-14三種交換技術(shù)的比較2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)比較圖2-14（b）和圖2-14（c），可以看到：在具有多個(gè)分組的報(bào)文中，分組交換中的中間交換設(shè)備在接收第二個(gè)分組之前，就可以轉(zhuǎn)發(fā)已經(jīng)接收到的第一個(gè)分組，即各個(gè)分組可以同時(shí)在各個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)之間傳送，這樣就減少了傳輸延遲，提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。分組交換除吞吐量較高外，還提供了一定程度的差錯(cuò)檢測(cè)和代碼轉(zhuǎn)換能力。因此，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常常使用分組交換技術(shù)，偶爾才使用電路交換技術(shù)，但決不會(huì)使用報(bào)文交換技術(shù)。當(dāng)然，分組交換也存在許多問題，比如擁塞、報(bào)文分片和重組。2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換和分組交換兩種技術(shù)有許多不同之處，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：信道帶寬的分配方式不同電路交換中信道帶寬是靜態(tài)分配的，而分組交換中信道帶寬是動(dòng)態(tài)分配的。在電路交換中已分配的信道帶寬未使用時(shí)都會(huì)被浪費(fèi)掉。而在分組交換中，這些未使用的信道帶寬可以被其他分組所利用，從而提高了信道的利用率。收發(fā)雙方的傳輸要求不同電路交換是完全透明的，發(fā)送方和接收方可以使用物理線路支持范圍內(nèi)的任何速率、任意幀格式來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。而在分組交換中，發(fā)送方和接收方必須按一定的數(shù)據(jù)速率和幀格式進(jìn)行通信。計(jì)費(fèi)方法不同在電路交換中，通信雙方是獨(dú)占信道帶寬的，因此通信費(fèi)用取決于通話時(shí)間和距離，而與通話量無關(guān)。而在分組交換中，通信費(fèi)用主要按通信流量（如字節(jié)數(shù)）來計(jì)算，適當(dāng)考慮通話時(shí)間和距離。因特網(wǎng)電話（InternetPhone）就是使用分組交換技術(shù)的一種新型通信方式，它的通話費(fèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)電話。2.5差錯(cuò)控制技術(shù)數(shù)據(jù)在信道上傳輸?shù)倪^程中，由于線路熱噪聲的影響、信號(hào)的衰減、相鄰線路間的串?dāng)_和外界的干擾等各種原因，不可避免地會(huì)造成接收的數(shù)據(jù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致，這種現(xiàn)象稱為傳輸差錯(cuò)，簡稱差錯(cuò)。2.5.1產(chǎn)生差錯(cuò)的原因差錯(cuò)主要是由外界的干擾引起的。外界的干擾也稱為噪聲干擾，噪聲主要有熱噪聲和沖擊噪聲兩種。（1）熱噪聲是傳輸電路中的電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，它的特點(diǎn)是：持續(xù)存在，幅值較小，幅度較均勻且與頻率無關(guān)，但頻帶很寬，具有隨機(jī)性。由熱噪聲引起的差錯(cuò)是隨機(jī)差錯(cuò)。2.5差錯(cuò)控制技術(shù)（2）沖擊噪聲是由外界干擾造成的。與熱噪聲相比，沖擊噪聲的幅度很大，持續(xù)時(shí)間短。這類噪聲可以搏擊相鄰的多位數(shù)據(jù)位，從而導(dǎo)致更多的差錯(cuò)。沖擊噪聲是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中引起傳輸差錯(cuò)的主要原因。由沖擊噪聲引起的傳輸差錯(cuò)是突發(fā)差錯(cuò)。在通信過程中產(chǎn)生的差錯(cuò)是由隨機(jī)差錯(cuò)和突發(fā)差錯(cuò)共同構(gòu)成的。此外，信號(hào)的幅度衰減、傳播的速率改變、相鄰兩通條線路的串音等因素也會(huì)引起傳輸差錯(cuò)。2.5差錯(cuò)控制技術(shù)要提高傳輸質(zhì)量，一是要改善傳輸信道的傳輸特性；二是采取差錯(cuò)控制技術(shù)，檢測(cè)和糾正數(shù)據(jù)通信中可能出現(xiàn)的差錯(cuò)，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。最常用的差錯(cuò)控制方法是差錯(cuò)控制編碼，即在發(fā)送的報(bào)文中附加校驗(yàn)碼，接收方檢測(cè)到有差錯(cuò)的報(bào)文后進(jìn)行糾錯(cuò)。常用的校驗(yàn)碼有奇偶校驗(yàn)碼和循環(huán)冗余碼。2.5.2差錯(cuò)控制編碼2.5差錯(cuò)控制技術(shù)奇偶校驗(yàn)碼1奇偶校驗(yàn)碼是最簡單的校驗(yàn)碼，其編碼規(guī)則是：先將要傳送的數(shù)據(jù)碼元分組，并在每組數(shù)據(jù)后面附加一位冗余位，即校驗(yàn)位，使分組中包括冗余位在內(nèi)的數(shù)據(jù)碼元中“1”的個(gè)數(shù)保持為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。在接收端按照同樣的規(guī)則進(jìn)行檢查，只有“1”的個(gè)數(shù)仍符合原定的規(guī)則才認(rèn)為傳輸正確，否則認(rèn)為傳輸出錯(cuò)。例如，傳輸數(shù)據(jù)為“1010010”，采用奇校驗(yàn)時(shí)附加位為“0”，因此傳輸數(shù)據(jù)變?yōu)椤?0100100”。如果接收端收到的數(shù)據(jù)中有一位出錯(cuò)（如10110100），此時(shí)奇校驗(yàn)就可以檢查出錯(cuò)誤。但是若接收到收到的數(shù)據(jù)中有兩位出錯(cuò)（如01100100），此時(shí)奇校驗(yàn)就無法檢查出錯(cuò)誤。因此，奇偶校驗(yàn)一般只能用于通信要求較低的環(huán)境，且只能檢測(cè)錯(cuò)誤，無法確認(rèn)錯(cuò)誤位置及糾正錯(cuò)誤。在實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸中，所采用的奇偶校驗(yàn)碼分為垂直奇偶校驗(yàn)、水平奇偶校驗(yàn)和水平垂直奇偶校驗(yàn)3種。2.5差錯(cuò)控制技術(shù)循環(huán)冗余碼（CyclicRedundancyCode，CRC）2循環(huán)冗余碼（CyclicRedundancyCode，CRC），又稱為多項(xiàng)式碼，是使用最廣泛且檢錯(cuò)能力很強(qiáng)的一種檢錯(cuò)碼。CRC的工作方法是在發(fā)送端產(chǎn)生一個(gè)冗余碼，附加在信息位后面一起發(fā)送到接收端，接收端收到信息后按照與發(fā)送端形成循環(huán)冗余碼同樣的算法進(jìn)行校驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則通知發(fā)送端重發(fā)。CRC將整個(gè)數(shù)據(jù)塊當(dāng)做一串連續(xù)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，把各位看成是一個(gè)多項(xiàng)式的系數(shù)，則該數(shù)據(jù)塊就和一個(gè)n次多項(xiàng)式M(X)相對(duì)應(yīng)。例如，信息碼1101表示為多項(xiàng)式為M(X)=X3+X

2+X0。2.5差錯(cuò)控制技術(shù)CRC在發(fā)送端編碼和接收端校驗(yàn)時(shí)，可以利用事先約定的生成多項(xiàng)式G(X)來計(jì)算冗余碼。CRC中使用的生成多項(xiàng)式由協(xié)議規(guī)定，目前國際標(biāo)準(zhǔn)中常用的G(X)包括以下幾種：CRC-12：

G(X)=X12+X11+X3+X2+X+1CRC-16：G(X)=X16+X15+X2+1CRC-CCITT：G(X)=X16+X12+X5+1CRC-32：G(X)=X32+X26+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+12.5差錯(cuò)控制技術(shù)CRC編碼步驟如下：（設(shè)r為生成多項(xiàng)式G(X)的階）（1）將數(shù)據(jù)塊轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的多項(xiàng)式M(X)，并在后面附加r個(gè)“0”，得到一個(gè)新的多項(xiàng)式M’(X)。（2）用模2除法求M’(X)/G(X)的余數(shù)，此余數(shù)就是冗余碼。（3）將冗余碼附加在原信息位后面即為最終要發(fā)送的信息碼。2.5差錯(cuò)控制技術(shù)例如，假設(shè)準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)信息碼為1101，生成多項(xiàng)式采用G(X)=X4+X+1，計(jì)算使用CRC后最終發(fā)送的信息碼。（1）將原信息碼轉(zhuǎn)化為多項(xiàng)式M(X)=1101，r=4，因此M’(X)=11010000。解（2）G(X)=10011，用模2除法求M’(X)/G(X)的余數(shù)（即冗余碼）為：2.5差錯(cuò)控制技術(shù)解（3）將冗余碼0100直接附加在M(X)后面，可得到最終要發(fā)送的信息碼為11010100。知識(shí)庫模2運(yùn)算是指按位模2加減為基礎(chǔ)的四則運(yùn)算，包括模2加、模2減、模2乘、模2除。模2運(yùn)算中每一位計(jì)算的結(jié)果不影響其他位，即“加不進(jìn)位，減不借位”。模2加減的運(yùn)算規(guī)則是：兩數(shù)相同則結(jié)果為0，兩數(shù)不同則結(jié)果為1，等同于“異或”運(yùn)算。模2除與算數(shù)除法類似，但每一位除的結(jié)果不影響其他位，例如：數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)小結(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，而數(shù)據(jù)通信是指在不同的計(jì)算機(jī)之間傳送表示字符、數(shù)字、語音、圖像的二進(jìn)制代碼的過程。數(shù)據(jù)通信是通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，一個(gè)完整的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般由信源、信號(hào)變換器、通信信道、信宿等構(gòu)成。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)包括信道帶寬、波特率、比特率、誤碼率等。數(shù)據(jù)通信可分為并行傳輸和串行傳輸；還可以按照信號(hào)傳送方向與時(shí)間的關(guān)系分為3種：單工通信、半雙工通信和全雙工通信。在單工通信方式中，信號(hào)只能向一個(gè)方向傳輸；在半雙工通信中，信號(hào)可以雙向傳送，但是同一時(shí)間只能向一個(gè)方向傳送；在全雙工方式中，信號(hào)可以同時(shí)雙向傳送。數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信中同步技術(shù)是解決通信的收發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致的問題。數(shù)據(jù)通信的同步方式主要包括異步傳輸和同步傳輸，同步傳輸又分為面向字符的同步和面向位的同步兩種。數(shù)字信號(hào)在信道中的傳輸技術(shù)分為基帶傳輸和頻帶傳輸兩種。在基帶傳輸中，常采用非歸零編碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼方式；在頻帶傳輸中，常采用振幅鍵控、頻移鍵控、相移鍵控來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的模擬化編碼。為了充分利用通信線路的帶寬，提高通信介質(zhì)利用率，可采用多路復(fù)用技術(shù)。最常用的多路復(fù)用技術(shù)是頻分多路復(fù)用和時(shí)分多路復(fù)用。數(shù)據(jù)交換技術(shù)是用來解決資源子網(wǎng)中的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)如何通過通信子網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換問題的。通常使用的數(shù)據(jù)交換技術(shù)有3種：電路交換、報(bào)文交換和分組交換。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常常使用分組交換，偶爾才使用電路交換，一般不使用報(bào)文交換。差錯(cuò)的控制方法是在發(fā)送的報(bào)文中附加校驗(yàn)碼，接收端檢測(cè)到有差錯(cuò)的報(bào)文后進(jìn)行丟棄或糾錯(cuò)。常用的校驗(yàn)碼有奇偶校驗(yàn)碼和循環(huán)冗余碼。THANKS計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)第3章03網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)章節(jié)導(dǎo)讀計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)龐大的、多樣化的復(fù)雜系統(tǒng)，涉及多種通信介質(zhì)、多廠商和異種機(jī)互連、高級(jí)人機(jī)接口等各種復(fù)雜的技術(shù)問題。要使這樣一個(gè)系統(tǒng)高效、可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)部分都必須遵守一套合理而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木W(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。這套網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)就是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。本章主要介紹網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念，以及開放式系統(tǒng)互連（OSI）參考模型和TCP/IP參考模型的分層結(jié)構(gòu)及各層功能。學(xué)

習(xí)

目

標(biāo)了解分層設(shè)計(jì)的思想和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念。掌握OSI參考模型的分層結(jié)構(gòu)及各層功能。掌握OSI參考模型中數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。掌握T