第12章 計算機通信

第6部分通信層通信層在計算機系統(tǒng)的位置第12章計算機通信

本章討論的主要問題是：

1.信息在傳送中是什么樣子？如何表示要傳送的信息？2.通信要將信息從源頭傳送到目的地，信息就必須通過各種中間設備，用什么樣的線路和傳送方式將信息從一個通信的節(jié)點傳送到另一個節(jié)點？3.信息從源頭進入通信網絡，傳送過程要經過很多中間節(jié)點，應該怎樣尋找有效的網絡路徑，一步一步到達目的地？情景問題——通信系統(tǒng)與物流系統(tǒng)

物流系統(tǒng)與通信系統(tǒng)的類比：貨物——信息交通工具——信號道路——傳輸線路和信道道路的交叉點——交換機、路由器等中間設備情景問題——通信系統(tǒng)與物流系統(tǒng)

在物流系統(tǒng)中，必須保證任何地點出發(fā)的交通工具都能安全、順利、完整地到達目的地。在運輸的源頭需要將貨物根據自身的特點拆分、打包，然后選擇合適的交通工具，比如大型貨車、小型貨車、冷藏車等，在運輸的目的地需要將貨物拆包、組裝，這就是通信系統(tǒng)中的編碼、解碼以及數據分組格式的選擇。在運輸過程中，有的包丟失一個兩個沒有關系，有的包不允許有任何丟失，一旦丟失就需要重新運輸這個包，例如，如果運輸的是一批煤，丟一包煤并不會影響其他煤的使用，如果運輸的是一臺數控機床，丟一個包就會造成整個機床無法使用，這就是通信系統(tǒng)中的監(jiān)測和重發(fā)機制。情景問題——通信系統(tǒng)與物流系統(tǒng)

交通工具在道路上行駛必須遵守交通規(guī)則，這就是通信系統(tǒng)中的通信協(xié)議。交通工具在行駛的過程中應該根據最新的路況信息來選擇路徑，這就是通信系統(tǒng)中的流量分析、路由選擇。形象地說，通信領域不斷地進行著通信中的“道路”、“車輛”、“交通規(guī)則”、“交通設備”的標準定義、設計、開發(fā)、制造、建設和維修維護，并向有運輸需求的人提供有償服務。第12章計算機通信——概述

通信的起源和發(fā)展1.面對面地說話；2.用肢體語言（如手勢、表情等）表示。人與人之間近距離如何交流？如果兩個人之間隔著一定距離如何交流？把要表達的內容轉換為文字、聲音、圖像等形式，再通過某種裝置從一個地方傳送到另一個地方。從烽火臺、信號燈、信鴿開始，發(fā)展到現(xiàn)代通信第12章計算機通信——概述

通信的起源和發(fā)展19世紀40年代，電磁技術開始應用于通信領域。1844年，電報的發(fā)明使人類首次具有了遠程快速傳遞信息的能力。1876年，電話的發(fā)明使人類的通信能力擴展到語音模式。人們開始使用電話、電報、傳真，到大規(guī)模地建設各種電信網絡（如公眾交換電話網PSTN），遠程通信技術得到了長足的發(fā)展。電子技術開始應用于通信領域，開啟了現(xiàn)代通信的篇章，

請舉例說明現(xiàn)代通信的高速發(fā)展？第12章計算機通信——概述

計算機通信系統(tǒng)模型

信源：通信的源頭稱為信源。

信宿：通信的目的地稱為信宿。信息以電子、電磁、光等不同形式的信號在信道上傳輸。

信道：傳送信號的通路，也就是傳輸介質。

郵件的傳輸過程？第12章計算機通信——概述

通信協(xié)議

計算機通信系統(tǒng)由多個互聯(lián)的節(jié)點組成，通信各節(jié)點之間傳送的信號必須要有一些基本的規(guī)則。就像使用不同語言的人之間需要一種通用語言才能交流一樣，網絡節(jié)點之間的通信也需要一種通信雙方都能理解的通用語言，遵守一些事先約定好的規(guī)則，這種通用語言和規(guī)則就是通信協(xié)議。

第12章計算機通信——概述

通信協(xié)議

國際標準化組織的OSI；國際電信聯(lián)合會的X系列、V系列以及I系列建議書；美國電氣電子工程師學會的IEEE802LAN協(xié)議標準；美國電子工業(yè)協(xié)會的RS系列標準等。第12章計算機通信——信息的編碼

信號信息必須轉換為信號才能在通信系統(tǒng)里傳輸。不同的通信系統(tǒng)會使用不同形式的信號，可以將信號分成兩大類：模擬信號和數字信號。不管是模擬信號還是數字信號，在傳送過一段距離后都會有信號的衰減和畸變，強度會衰減，波形會走樣。因此，需要有某種裝置將失真的信號還原。第12章計算機通信——信息的編碼

模擬信號

模擬信號是一種連續(xù)變化的波，模擬信號的基本特征是頻率和振幅。在傳送模擬信號時，每隔一定的距離就要通過放大器來增強信號的強度，但與此同時，由噪聲引起的信號失真也隨之放大。傳輸距離增大時，多級放大器的串聯(lián)會導致失真的疊加，從而使得信號的失真越來越大。第12章計算機通信——信息的編碼

數字信號

數字信號是一系列的脈沖，脈沖的狀態(tài)只有兩種，例如高電平和低電平。因為不存在中間狀態(tài)，脈沖在不斷地躍變，因此數字信號是離散的。第12章計算機通信——信息的編碼

數字信號

在傳送數字信號時，每隔一定的距離就要通過中繼器等中間設備來增強信號的強度，并且修復信號的波形，這樣，重新產生的信號完全消除了前一段傳輸過程中信號的衰減和畸變。所以，遠距離通信通常采用數字信號。

第12章計算機通信——信息的編碼

調制與解調

在實際的通信過程中，往往需要在數字信號和模擬信號之間進行多次轉換。把數字信號轉換為模擬信號稱為調制。把模擬信號還原為數字信號稱為解調。完成調制和解調的設備叫做調制解調器，也稱為Modem。第12章計算機通信——信息的編碼

調制與解調

調制是把信息“裝載”到載波上的過程。有三種基本調制方法：（1）調幅是通過改變載波信號的振幅，假設現(xiàn)在要傳送數字信息，調幅是用振幅的變化來表示0和1，例如，用振幅大的波表示1，用振幅小的波表示0。第12章計算機通信——信息的編碼

調制與解調

調制是把信息“裝載”到載波上的過程。有三種基本調制方法：（2）調頻是通過改變載波信號的頻率，用頻率的變化來表示0和1，例如，用高頻載波表示1，用低頻載波表示0。

第12章計算機通信——信息的編碼

調制與解調

調制是把信息“裝載”到載波上的過程。有三種基本調制方法：（3）調相是通過改變載波信號的相位變化來表示0和1，例如，如果載波一個周期的相位與前一個周期相比，相位發(fā)生發(fā)生了改變表示1，沒有發(fā)生改變表示0。第12章計算機通信——信息的編碼

信道——傳輸介質

兩個通信設備之間必須由物理傳輸介質連接才能傳送信號，信道就是傳送信號的通路，也就是傳輸介質。信道本身可以是模擬的，也可以是數字的，用以傳輸模擬信號的信道稱為模擬信道，用以傳送數字信號的信道稱為數字信道。不同的通信信道有不同的帶寬和數據傳輸速率，帶寬指的是通信信道能夠通過信號的頻率范圍，其單位是Hz，速率指的是每秒鐘傳輸的比特數，其單位是bps。顯然，帶寬和速率成正比。第12章計算機通信——信息的編碼

信道——傳輸介質

傳輸介質分有線介質和無線介質兩大類。常用的有線介質：（1）雙絞線。（2）同軸電纜。（3）光纖。常用的無線介質：（1）微波。（2）衛(wèi)星。

第12章計算機通信——數據交換

線路交換所謂線路交換是在通信雙方建立一條專用的通信線路。最典型的線路交換是電話系統(tǒng)，就通信網絡的公共資源利用率而言，線路交換方式的使用效率比較低。但是，一旦建立起通信線路，通信雙方就能夠以固定的傳輸率來傳送數據，除了在線路和中間交換設備上必須消耗的時間外，不會再有其他的延遲，因此，數據傳輸率比較高。第12章計算機通信——數據交換

存儲轉發(fā)交換

常用的存儲轉發(fā)交換方式是分組交換，即把要傳輸的數據分割成比較小的一個個分組獨