計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)（第6版）全套教學(xué)課件

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)（第6版）第1章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識.pptx第2章數(shù)據(jù)通信技術(shù).pptx第3章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議.pptx第4章局域網(wǎng).pptx第5章網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)與IP.pptx第6章Internet基礎(chǔ)知識.pptx第7章Internet接入技術(shù).pptx第8章網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng).pptx第9章網(wǎng)絡(luò)安全.pptx第10章網(wǎng)絡(luò)管理.pptx第11章云計算與物聯(lián)網(wǎng).pptx全套可編輯PPT課件第一章

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

三大網(wǎng)絡(luò)介紹標(biāo)準(zhǔn)化組織1.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展大體上可以分為四個時期。在這期間，計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)緊密結(jié)合，相互促進(jìn)，共同發(fā)展，最終產(chǎn)生了今天的Internet。1.面向終端的通信網(wǎng)絡(luò)階段誕生于20世紀(jì)50年代。由一臺中央主機(jī)通過通信線路連接大量的地理上分散的終端，構(gòu)成面向終端的通信網(wǎng)絡(luò)，也稱為遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。這是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的雛形，如圖1-1所示。圖1-1遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)示意圖2.計算機(jī)互聯(lián)階段

遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)最突出的特點(diǎn)是：終端無獨(dú)立的處理能力，單向共享主機(jī)的資源(硬件、軟件)，所以稱為面向終端的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)屬集中控制方式，可靠性低。隨著計算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展以及計算機(jī)的普及和價格的降低，20世紀(jì)60年代中期，出現(xiàn)了多臺計算機(jī)通過通信系統(tǒng)互連的系統(tǒng)，開創(chuàng)了“計算機(jī)——計算機(jī)”通信時代，這樣分布在不同地點(diǎn)且具有獨(dú)立功能的計算機(jī)就可以通過通信線路，彼此之間交換數(shù)據(jù)、傳遞信息。如圖1-2所示：圖1-2計算機(jī)互聯(lián)示意圖3.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)階段1984年，ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）正式制訂和頒布了“開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型”，簡稱OSIRM，即著名的OSI七層模型。ISO/OSIRM被國際社會所公認(rèn)，是研究和制訂新一代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。從此，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品有了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了企業(yè)的競爭，大大加速了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。并使各種不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、互相通信變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)了更大范圍內(nèi)的計算機(jī)資源共享。第二代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)是：資源的多向共享、分散控制、分組交換、采用專門的通信控制處理機(jī)、分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。這些特點(diǎn)往往被認(rèn)為是現(xiàn)代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的典型特征。但是這個時期的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品彼此之間是相互獨(dú)立的，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。4.Internet與高速網(wǎng)絡(luò)階段

這一階段計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的特點(diǎn)是：互聯(lián)、高速、智能與更為廣泛的應(yīng)用。Internet是覆蓋全球的信息基礎(chǔ)設(shè)施之一，用戶可以利用Internet實(shí)現(xiàn)全球范圍的信息傳輸、信息查詢、電子郵件、語音與圖像通信服務(wù)等功能。

返回本章首頁返回本節(jié)首頁1.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代通信技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。所謂計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，就是把分布在不同地理區(qū)域的計算機(jī)與專門的外部設(shè)備用通信線路互連成一個規(guī)模大、功能強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),從而使眾多的計算機(jī)可以方便地互相傳遞信息，共享硬件、軟件、數(shù)據(jù)信息等資源。

2.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)包含的四個方面1.2.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念1.什么是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

連接對象（主要指各種類型的計算機(jī)或其他數(shù)據(jù)終端設(shè)備）

連接介質(zhì)（主要指雙絞線、同軸電纜、光纖、微波等通信線和網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)、中繼器、路由器等通信設(shè)備）

連接的控制機(jī)制（主要指網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和各種網(wǎng)絡(luò)軟件）

連接方式（指網(wǎng)絡(luò)所采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如星型、環(huán)型、總線型和網(wǎng)狀型等）1.2.2通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在邏輯功能上可分成兩個子網(wǎng)：通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)組成兩級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如下圖1-3所示：

圖1-3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖通信子網(wǎng)由通信控制處理機(jī)（CCP）、通信線路和其他網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備組成，它主要承擔(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。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)，向全網(wǎng)用戶提供所需的網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。它主要由主機(jī)、終端、終端控制器、連網(wǎng)外設(shè)以及軟件資源和信息資源等組成。返回本章首頁返回本節(jié)首頁

通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)1.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)的結(jié)合,可以使眾多的個人計算機(jī)不僅能夠同時處理文字、數(shù)據(jù)、圖像、聲音等信息,

而且還可以使這些信息四通八達(dá),及時地與全國乃至全世界的信息進(jìn)行交換。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要功能歸納起來主要有以下幾點(diǎn)：1.數(shù)據(jù)通信

數(shù)據(jù)通信是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最基本的功能，它為網(wǎng)絡(luò)用戶提供了強(qiáng)有力的通信手段。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的其他功能都是在數(shù)據(jù)通信功能基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)的，例如發(fā)送電子郵件、遠(yuǎn)程登錄、聯(lián)機(jī)會議、WWW等。2.資源共享

資源共享包括硬件、軟件和信息資源的共享，它是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最有吸引力的功能。資源共享指的是網(wǎng)上用戶能夠部分或全部地使用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源，使計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的資源互通，從而大大地提高各種硬件、軟件和信息資源的利用率。3.均衡負(fù)荷與分布式處理4.提高計算機(jī)系統(tǒng)的可靠性負(fù)載均衡同樣是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一大特長。例如一個大型的ICP（網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容服務(wù)商），為了支持更多的用戶訪問它的網(wǎng)站，在全世界多個地方放置了相同內(nèi)容的WWW服務(wù)器，并可以使不同地域的用戶看到放置在離他最近的服務(wù)器上的頁面，這樣來實(shí)現(xiàn)各服務(wù)器的負(fù)荷均衡，實(shí)現(xiàn)分布處理的目的。此外，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還能將多臺計算機(jī)連成具有高性能的計算機(jī)系統(tǒng)，以并行的方式共同來處理一個復(fù)雜的問題，這就是當(dāng)今稱之為協(xié)同式計算機(jī)的一種網(wǎng)絡(luò)計算模式。計算機(jī)系統(tǒng)可靠性的提高主要表現(xiàn)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中每臺計算機(jī)都可以依賴計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互為后備機(jī)，一旦某臺計算機(jī)出現(xiàn)故障，其它的計算機(jī)可以馬上承擔(dān)起原先由該故障機(jī)所擔(dān)負(fù)的任務(wù)，避免了系統(tǒng)的癱瘓，從而使得計算機(jī)的可靠性得到了大大的提高。返回本章首頁返回本節(jié)首頁1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類的標(biāo)準(zhǔn)很多，如按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、應(yīng)用協(xié)議、傳輸介質(zhì)、數(shù)據(jù)交換方式等等。但最能反映網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本質(zhì)特征的分類標(biāo)準(zhǔn)是網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，按網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍可以將網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)（LAN）、廣域網(wǎng)（WAN）、城域網(wǎng)（MAN）和國際互聯(lián)網(wǎng)（Internet）。1.局域網(wǎng)LAN（LocalAreaNetwork）

一般用微型計算機(jī)通過高速通信線路相連，數(shù)據(jù)傳輸速率較快，通常在10Mbit/s以上。但其覆蓋范圍有限，是一個小的地理區(qū)域（例如：辦公室、大樓和方圓幾公里遠(yuǎn)的地域）內(nèi)的專用網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)的目的是將個別的計算機(jī)、外圍設(shè)備和計算機(jī)系統(tǒng)連接成一個數(shù)據(jù)共享集體，軟件控制著網(wǎng)上用戶之間的相互聯(lián)系和信息傳輸。局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1-4所示：1.4.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類圖1-4局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖2.廣域網(wǎng)WAN（WideAreaNetwork）

廣域網(wǎng)是遠(yuǎn)距離、大范圍的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍一般是幾百公里～幾千公里的廣闊地理區(qū)域，其主要作用是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息共享，并且通信線路大多租用公用通信網(wǎng)絡(luò)（如公用電話網(wǎng)PSTN）。廣域網(wǎng)上的信息量非常大，共享的信息資源極為豐富，但數(shù)據(jù)的傳輸速率較低，比局域網(wǎng)更容易發(fā)生傳輸差錯。廣域網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。圖1-5廣域網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖3.城域網(wǎng)MAN（MetropolitanAreaNetwork）城域網(wǎng)的覆蓋范圍介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間，它可能是覆蓋一組鄰近的公司、辦公室，也可能是覆蓋一座城市，地理范圍一般為幾公里～幾十公里。城域網(wǎng)通常使用與LAN相似的技術(shù)。4.國際互聯(lián)網(wǎng)（Internet）

Internet并不是一種具體的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是將同類和不同類的物理網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)）通過某種協(xié)議互聯(lián)起來的一種高層技術(shù)。

不同類型網(wǎng)絡(luò)之間的比較如下表1-1所示:1.4.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指用傳輸介質(zhì)互連各種設(shè)備的物理布局。它將工作站、服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)單元抽象為“點(diǎn)”，網(wǎng)絡(luò)中的通信介質(zhì)抽象為“線”，從而抽象出網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)。常見的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星形、環(huán)形、總線形、樹狀和網(wǎng)狀。1．星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)通過點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路與中央節(jié)點(diǎn)連接，如圖1-6所示。圖1-6星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中央節(jié)點(diǎn)可以是轉(zhuǎn)接中心，起到連通的作用；也可以是一臺主機(jī)，此時具有數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)接的功能。

優(yōu)點(diǎn)：很容易在網(wǎng)絡(luò)中增加和移動節(jié)點(diǎn)，容易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全性和優(yōu)先級控制；

缺點(diǎn)：屬于集中控制，對中央節(jié)點(diǎn)的依賴性大，一旦中心節(jié)點(diǎn)有故障就會引起整個網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。2．環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過點(diǎn)到點(diǎn)通信線路連接成閉合環(huán)路，如圖1-7所示，環(huán)中數(shù)據(jù)將沿一個方向單向傳送。圖1-7環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，傳輸延時確定，但是環(huán)中某一個節(jié)點(diǎn)以及節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的通信線路出現(xiàn)故障，都會造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加和移動以及環(huán)路的維護(hù)和管理都比較復(fù)雜。3．總線形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)共享一條數(shù)據(jù)通道，如圖1-8所示，一個節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息可以被網(wǎng)絡(luò)上的每個節(jié)點(diǎn)接收。

圖1-8總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于多個節(jié)點(diǎn)連接到一條公用信道上，所以必須采取某種方法分配信道，以決定哪個節(jié)點(diǎn)可以優(yōu)先發(fā)送數(shù)據(jù)。

優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，成本低，并且某個站點(diǎn)自身的故障一般不會影響整個網(wǎng)絡(luò)。

缺點(diǎn)：實(shí)時性較差，總線上的故障會導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓。4．樹狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)在樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)的各節(jié)點(diǎn)形成了一個層次化的結(jié)構(gòu)，如圖1-9所示，樹中的各個節(jié)點(diǎn)通常都為主機(jī)圖1-9樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹中低層主機(jī)的功能和應(yīng)用有關(guān)，一般都具有明確定義功能，如數(shù)據(jù)采集、變換等；高層主機(jī)具備通用的功能，以便協(xié)調(diào)系統(tǒng)的工作，如數(shù)據(jù)處理、命令執(zhí)行等。若樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只有兩層，就變成了星形結(jié)構(gòu)，因此，樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以看作是星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。5．網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的連接是任意的，沒有規(guī)律，如圖1-10所示。其主要優(yōu)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。廣域網(wǎng)基本上都是采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖1-10網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)返回本章首頁返回本節(jié)首頁1.5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用1、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在企事業(yè)單位中2、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在個人信息服務(wù)中3、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在商業(yè)中返回本章首頁返回本節(jié)首頁1.6三大網(wǎng)絡(luò)介紹當(dāng)前，在我國通信、計算機(jī)信息產(chǎn)業(yè)以及廣播電視領(lǐng)域中，實(shí)際運(yùn)行并具有影響力的有三大網(wǎng)絡(luò)：電信網(wǎng)絡(luò)、廣播電視網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。1.電信網(wǎng)絡(luò)電信網(wǎng)是以電話網(wǎng)為基礎(chǔ)逐步發(fā)展起來的。電話系統(tǒng)主要由本地網(wǎng)絡(luò)、干線和交換局三個部件組成。

以前整個電話系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘柖际悄M的，現(xiàn)在所有的干線和交換設(shè)備幾乎都是數(shù)字的，僅剩下本地回路仍然是模擬的，這種特性使得數(shù)字傳輸比模擬傳輸更加可靠，而且，維護(hù)更加方便，成本更低。電信業(yè)務(wù)除了傳統(tǒng)的電話交換網(wǎng)（PSTN）之外，還有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）、幀中繼網(wǎng)（FR）和異步傳輸模式網(wǎng)（ATM）等在DDN中，它可提供固定或半永久連接的電路交換業(yè)務(wù)，適合提供實(shí)時多媒體通信業(yè)務(wù)。在幀中繼網(wǎng)中，是以統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行包傳輸、包交換，速率一般在64bit/s～2.048Mbit/s，適合提供非實(shí)時多媒體通信業(yè)務(wù)。在ATM網(wǎng)中，ATM是支持高速數(shù)據(jù)網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，可支持25Mbit/s～4Gbit/s數(shù)據(jù)的高速傳輸，不僅可以傳輸語音，還可以傳輸圖像，包括靜態(tài)圖像和活動影像。電信網(wǎng)除上述幾種網(wǎng)絡(luò)外，還有X.25公共數(shù)據(jù)網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）以及中國公用計算機(jī)網(wǎng)（CHINANET）等。2．廣播電視網(wǎng)廣播電視網(wǎng)主要是指有線電視網(wǎng)（CATV），目前還靠同軸電纜向用戶傳送電視節(jié)目，處于模擬水平階段，但其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)備先進(jìn)，主干網(wǎng)采用光纖，貫通各城鎮(zhèn)?；旌瞎饫w同軸電纜（HFC）入戶與電話接入方式相比，其優(yōu)點(diǎn)是:傳輸帶寬約為電話線的一萬倍，而且在有線電視同一根同軸電纜上，用戶可以同時看電視、打電話、上網(wǎng)，且互不干擾廣播電視網(wǎng)的信息源是以單向?qū)崟r以及一點(diǎn)對多點(diǎn)的方式連接到眾多用戶的，用戶只能被動地選擇是否接收（主要是語音和圖像）。利用混合光纖同軸電纜進(jìn)行電視點(diǎn)播（VOD）以及通過CATV網(wǎng)接入Internet進(jìn)行電視點(diǎn)播、通話等是CATV網(wǎng)今后的發(fā)展方向。它的主要業(yè)務(wù)除了廣播電視傳輸之外，還包括電視點(diǎn)播、遠(yuǎn)程電視教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、電視會議、電視電話和電視購物等。3．計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)初期主要是局域網(wǎng)，廣域網(wǎng)是在Internet大規(guī)模發(fā)展后才進(jìn)入平常家庭的，目前主要依賴于電信網(wǎng)，因此傳輸速率受到一定的限制。

CHINANET依托強(qiáng)大的CHINAPAC、CHINADDN和PSTN等公用網(wǎng)，采用先進(jìn)設(shè)備，是我國Internet的主干網(wǎng)。在計算機(jī)網(wǎng)中，用戶之間的連接可以是一對一的，也可以是一對多的，相互間的通信既有實(shí)時，也有非實(shí)時，但在大多數(shù)情況下是非實(shí)時的，采用的是存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供的主要業(yè)務(wù)有：文件共享、信息瀏覽、電子郵件、網(wǎng)絡(luò)電話、視頻點(diǎn)播、FTP文件下載和網(wǎng)上會議等?！叭W(wǎng)合一”就是把現(xiàn)有的傳統(tǒng)電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和計算機(jī)網(wǎng)互相融合，逐漸形成一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由一個全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施來支持包括數(shù)據(jù)、語音和圖像在內(nèi)的所有業(yè)務(wù)的通信。目前，三網(wǎng)合一逐漸成為了最熱門的話題之一，也是現(xiàn)代通信和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的大趨勢。返回本章首頁返回本節(jié)首頁1.7標(biāo)準(zhǔn)化組織1．ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）是一個全球性的非政府組織，是國際標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域中一個十分重要的組織。ISO制定了網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)，即開放系統(tǒng)互連（OSI）。

ISO的主要任務(wù)是促進(jìn)全球范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化及其有關(guān)活動的開展，以利于國際間產(chǎn)品和服務(wù)的交流以及在知識、科學(xué)、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)活動中發(fā)展國際間的相互合作。2．ITU國際電信聯(lián)盟（ITU）是世界各國政府的電信主管部門之間協(xié)調(diào)電信事務(wù)方面的一個國際組織。

ITU的宗旨是：維持和擴(kuò)大國際合作，以改進(jìn)和合理地使用電信資源，促進(jìn)技術(shù)設(shè)施的發(fā)展及其有效地運(yùn)用，以提高電信業(yè)務(wù)的效率，擴(kuò)大技術(shù)設(shè)施的用途，并盡量使公眾得以普遍利用那個，協(xié)調(diào)各國行動，以達(dá)到上述的目的在通信領(lǐng)域，最著名的國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化部門（ITU-T）標(biāo)準(zhǔn)有V系列標(biāo)準(zhǔn)，例如V.32、V.33和V.42等，另外，還有X系列標(biāo)準(zhǔn)，例如X.25、X.400和X.500為公用數(shù)字網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。2．IEEE電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）由1963年美國電氣工程師學(xué)會（AIEE）和美國無線電工程師學(xué)會（IRE）合并而成，是美國規(guī)模最大的專業(yè)學(xué)會。

IEEE的最大成果是制定了局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)被稱為802項目或802系列標(biāo)準(zhǔn)3．ANSI美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會（ANSI）是由制造商、用戶通信公司組成的非政府組織，是美國的自發(fā)標(biāo)準(zhǔn)情報交換機(jī)構(gòu)，也是由美國指定的ISO投票成員。它致力于國際標(biāo)準(zhǔn)化事業(yè)和實(shí)現(xiàn)消費(fèi)品方面的標(biāo)準(zhǔn)化。4．EIA美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）創(chuàng)建于1924年。EIA廣泛代表了設(shè)計生產(chǎn)電子元件、部件、通信系統(tǒng)和設(shè)備的制造商以及工業(yè)界、政府和用戶的利益，在提高美國制造商的競爭力方面起到了重要的作用。5．TIA美國通信工業(yè)協(xié)會（TIA），是一個全方位的服務(wù)性國家貿(mào)易組織。其成員包括為美國和世界各地提供通信和信息技術(shù)產(chǎn)品、系統(tǒng)和專業(yè)技術(shù)服務(wù)的900余家大小公司，本協(xié)會成員有能力制造供應(yīng)現(xiàn)代通信網(wǎng)中應(yīng)用的所有產(chǎn)品。此外，TIA還有一個分支機(jī)構(gòu)—多媒體通信協(xié)會（MMTA）。TIA還與美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）有著廣泛而密切的聯(lián)系。返回本章首頁返回本節(jié)首頁本章小結(jié)返回本章首頁本章是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的引論，這一章，我們首先介紹了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的歷史背景和發(fā)展過程中各階段的特征；然后總結(jié)歸納了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念和基本組成，強(qiáng)調(diào)了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物；接著詳細(xì)闡述了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能、基本類型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及應(yīng)用領(lǐng)域；最后簡單介紹了我國的三大網(wǎng)絡(luò)和國際上一些著名的標(biāo)準(zhǔn)化組織。通過這一章的學(xué)習(xí)，主要是使讀者對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有一個全面的、感性的認(rèn)識，總體上明確本課程所研究的主要問題是什么。第二章數(shù)據(jù)通信技術(shù)

本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：數(shù)據(jù)通信的基本概念傳輸介質(zhì)的主要特性和應(yīng)用無線通信技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)編碼技術(shù)差錯控制技術(shù)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

2.1.1信息、數(shù)據(jù)與信號

信息是人對現(xiàn)實(shí)世界事物存在方式或運(yùn)動狀態(tài)的某種認(rèn)識。任何事物的存在，都伴隨著相應(yīng)的信息的存在，信息不僅能反映事物的特征、運(yùn)動和行為，而且還能夠借助媒體（如空氣、光波、電磁波等）傳播和擴(kuò)散。信息的載體可以是數(shù)值、文字、圖形、聲音、圖像以及動畫等。

數(shù)據(jù)是指把事件的某些屬性規(guī)范化后的表現(xiàn)形式，它能被識別，也可以被描述。數(shù)據(jù)按其連續(xù)性可分為模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

信號是數(shù)據(jù)的電磁波表示形式，一般以時間為自變量，以表示信息（數(shù)據(jù)）的某個參量（振幅、頻率或相位）為因變量。

模擬信號是隨時間連續(xù)變化的信號，如圖

2-1（a）所示，這種信號的某種參量，如振幅和頻率，可以表示要傳送的信息。例如，電視圖像信號、語音信號、溫度壓力傳感器的輸出信號等。

數(shù)字信號是指離散的信號,如圖2-1（b）所示，如計算機(jī)使用的由“0”和“1”組成的信號。數(shù)字信號在通信線路上傳輸時要借助電信號的狀態(tài)來表示二進(jìn)制代碼的值。因?yàn)殡娦盘柨沙尸F(xiàn)兩種狀態(tài)，可以分別表示“0”和“1”。圖2-1模擬信號和數(shù)字信號波形2.1.2基帶信號與寬帶信號

2.1.3信道及信道的分類

信道是信號傳輸?shù)谋亟?jīng)之路，包括傳輸媒體和通信設(shè)備。傳輸媒體可以是有形媒體，如電纜、光纖等，也可以是無形媒體，如傳輸電磁波的空間。

基帶信號是指將計算機(jī)發(fā)送的數(shù)字信號“0”或“1”用兩種不同的電壓表示后，直接送到通信線路上傳輸?shù)男盘枴拵盘柺侵富鶐盘柦?jīng)過調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號。1、信道的概念2、信道的分類常見的分類有以下一些：（1）有線信道和無線信道（2）物理信道和邏輯信道

有線信道是指使用有線傳輸介質(zhì)的信道主要包括雙絞線、同軸電纜和光纜等。

無線信道是指以電磁波在空間傳播的方式傳送信息的信道，主要包括長波信道、短波信道和微波信道等。

物理信道是指用來傳送信號或數(shù)據(jù)的物理通路，物理信道由傳輸介質(zhì)及有關(guān)設(shè)備組成。

數(shù)字信道是用來傳輸離散數(shù)字信號的。離散的數(shù)字信號在計算機(jī)中指由“0”和“1”的二進(jìn)制代碼組成的數(shù)字序列，當(dāng)利用數(shù)字信道傳輸數(shù)字信號時不需要進(jìn)行變換，通常需要進(jìn)行數(shù)字編碼。（3）數(shù)字信道和模擬信道

邏輯信道也是一種通路，但一般是指人為定義的信息傳輸通路，在信號收、發(fā)點(diǎn)之間并不存在一條物理傳輸介質(zhì)，通常把邏輯信道稱為“連接”。

模擬信道是用來傳輸模擬信號的。模擬信號的電平隨時間連續(xù)變化，語音信號就是典型的模擬信號。如果利用模擬信道傳送數(shù)字信號，則必須經(jīng)過數(shù)字與模擬信號之間的變換（A/D變換器）。調(diào)制解調(diào)器就是完成這種變換的。2.1.4數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo)

傳輸速率是指：通信線路上傳輸信息的速度,它是描述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)之一。傳輸速率一般有兩種表示方法，即信號速率和調(diào)制速率。

信號速率是指：單位時間內(nèi)所傳送的二制位代碼的有效位數(shù)，以每秒多少比特數(shù)計，單位為比特/秒（bit/s）。數(shù)字信號的速率通常用“比特/秒”來表示調(diào)制速率是指：每秒傳送的脈沖數(shù)，單位為波特/秒（Baud/s），是指信號在調(diào)制過程中，調(diào)制狀態(tài)每秒鐘轉(zhuǎn)換的次數(shù)。模擬信號的速率通常用“波特/秒”來表示。1.傳輸速率注意：“波特”與“比特”的意義是不同的，每一“波特”，即模擬信號的一個狀態(tài)不僅僅表示一位數(shù)據(jù)，而是代表了多位數(shù)據(jù)。（2）信道帶寬

信道帶寬是指信道中傳輸?shù)男盘栐诓皇д娴那闆r下所占用的頻率范圍，單位用赫茲（Hz）表示。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信道傳輸?shù)氖请姶挪ǎòo線電波、微波、光波等），其帶寬就是所能傳輸電磁波的最大有效頻率減去最小有效頻率所得到的值。（3）信道容量

信道容量，即單位時間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財?shù)，單位為比特/秒（bit/s），它是某個信道傳輸數(shù)據(jù)速率的一個上限。注意：信道的容量與信道帶寬成正比關(guān)系，即信道帶寬越寬，信道容量就越大，所以人們有時會將“帶寬”作為信道所能傳送的“最高速率”的同義語，盡管這種叫法不太嚴(yán)謹(jǐn)。傳輸數(shù)據(jù)的速率都不可能超過信道容量上限，否則信號就會失真2.1.5通信方式通信方式是指通信雙方的信息交互的方式，在設(shè)計一個通信系統(tǒng)時，還要回答以下

3

個問題。是采用單工通信方式，還是采用半雙工或全雙工通信方式？是采用串行通信方式，還是采用并行通信方式？是采用同步通信方式，還是采用異步通信方式？單工通信是指數(shù)據(jù)信號僅沿一個方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)送不能接收，接收方只能接收而不能發(fā)送，任何時候都不能改變信號傳送方向。如圖2-2所示：發(fā)送端接收端數(shù)據(jù)的單方向性主機(jī)顯示器圖2-2單工通信示意圖單工通信1、單工、半雙工與全雙工通信半雙工通信

半雙工通信是指信號可以沿兩個方向傳送，但同一時刻一個信道只允許單方向傳送，即兩個方向的傳輸只能交替進(jìn)行，而不能同時進(jìn)行。如圖2-3所示：發(fā)送端/接收端發(fā)送端/接收端不同時刻的數(shù)據(jù)雙向傳輸對講機(jī)對講機(jī)圖2-3半雙工通信示意圖全雙工通信

全雙工通信是指數(shù)據(jù)可以同時沿相反的兩個方向作雙向傳輸，比如，電話通話。全雙工通信需要兩條信道，一條用來接收信息，一條用來發(fā)送信息，因此其通信效率很高。如圖2-4所示。發(fā)送端接收端任何時刻的數(shù)據(jù)雙向傳輸電話機(jī)電話機(jī)圖2-4全雙工通信示意圖2、串行通信和并行通信串行通信

串行通信，是將待傳送的每個字符的二進(jìn)制代碼按由低到高的順序，依次發(fā)送，如圖2-5所示。其優(yōu)點(diǎn)是：收、發(fā)雙方只需要一條傳輸信道，易于實(shí)現(xiàn)，成本低；缺點(diǎn)是：速度比較慢。在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信中，一般都采用串行通信方式。圖2-5串行通信示意圖并行通信

并行通信，是指數(shù)據(jù)以成組的方式在多個并行信道上同時進(jìn)行傳輸，如圖2-6所示。其優(yōu)點(diǎn)是速度快，但發(fā)送與接收端之間有若干條線路，費(fèi)用高，僅適合于近距離和高速數(shù)據(jù)通信的環(huán)境下使用。圖2-6并行通信示意圖3、同步技術(shù)

同步，就是要求通信的收發(fā)雙方在時間基準(zhǔn)上保持一致，它是數(shù)字通信中必須要解決的一個重要問題。在數(shù)據(jù)通信過程中，常用的同步技術(shù)有以下兩種。異步通信方式每傳送1個字符都要在每個字符碼前加1個起始位，以表示字符代碼的開始；在字符代碼和校驗(yàn)位后面加1或2個停止位，表示字符結(jié)束。接收方根據(jù)起始位和停止位來判斷一個新字符的開始和結(jié)束，從而起到通信雙方的同步作用。異步通信方式如圖2-7所示。圖2-7異步通信方式異步方式的實(shí)現(xiàn)比較簡單，但每傳輸一個字符都需要多使用2到3位，所以適合于低速通信。同步通信方式該方式中，傳輸?shù)男畔⒏袷绞且唤M字符或一個二進(jìn)制位組成的數(shù)據(jù)塊（幀）。對這些數(shù)據(jù)，不需要附加起始位和停止位，而是在發(fā)送一組字符或數(shù)據(jù)塊之前先發(fā)送一個同步字符SYN（以01101000表示）或一個同步字節(jié)（01111110），用于接收方進(jìn)行同步檢測，從而使收發(fā)雙方進(jìn)入同步狀態(tài)。在同步字符或字節(jié)之后，可以連續(xù)發(fā)送任意多個字符或數(shù)據(jù)塊，發(fā)送數(shù)據(jù)完畢后，再使用同步字符或字節(jié)來標(biāo)識整個發(fā)送過程的結(jié)束，如圖2-8所示。返回本節(jié)首頁返回本章首頁圖2-8同步通信方式在同步傳送時，由于發(fā)送方和接收方將整個字符組作為一個單位傳送，且附加位又非常少，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省＿@種方法一般用在高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，例如，計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。2.2傳輸介質(zhì)的主要特性和應(yīng)用2.2.1傳輸介質(zhì)的主要類型

常用的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)可分為兩類：一類是有線的，一類是無線的。有線傳輸介質(zhì)主要有雙絞線（TwistedPair，包括屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線）、同軸電纜（CoaxialCable）及光纖（FiberOptics），如圖2-9所示；無線傳輸介質(zhì)有無線電和微波等。圖2-9常用的有線傳輸介質(zhì)2.2.2雙絞線（Twisted-pair）

1、雙絞線的物理特性

雙絞線是由相互絕緣的兩根銅線按一定扭距相互絞合在一起的類似于電話線的傳輸媒體，為了減少信號傳輸中串?dāng)_及電磁干擾（EMI）影響的程度，通常將這些線按一定的密度互相纏繞在一起。每根銅線加絕緣層并有顏色來標(biāo)記，如圖2-10所示：圖2-10雙絞線結(jié)構(gòu)示意圖雙絞線的價格在傳輸媒體中是最便宜的，并且安裝簡單，所以得到廣泛地使用。雙絞線是模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信最普通的傳輸媒體，它的主要應(yīng)用范圍是電話系統(tǒng)中的模擬話音傳輸，最適合于較短距離的信息傳輸，當(dāng)超過幾千米時信號會發(fā)生衰減，這時就要使用中繼器來放大信號和再生波形。在局域網(wǎng)中一般都采用雙絞線作為傳輸媒體。雙絞線可分為非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP），如圖2-11所示。兩者的差異在于屏蔽雙絞線在雙絞線和外皮之間增加了一個鉛箔屏蔽層，如圖2-11(a)所示，目的是提高雙絞線的抗干擾性能。圖2-11STP與UTP（a）屏蔽雙絞線STP（b）非屏蔽雙絞線UTP2．非屏蔽雙絞線的類型按照EIA/TIA（電氣工業(yè)協(xié)會/電信工業(yè)協(xié)會）568A標(biāo)準(zhǔn)，共分為1～6類。

1類線可用于電話傳輸，但不適合數(shù)據(jù)傳輸，沒有固定的性能要求。

2類線可用于電話傳輸和最高為4Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，包括4對雙絞線。

3類線可用于最高為10Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，包括4對雙絞線，常用于10Base－T以太網(wǎng)的語音和數(shù)據(jù)傳輸。

4類線可用于16Mbit/s的令牌環(huán)網(wǎng)和大型10Base－T以太網(wǎng)，包括4對雙絞線。其測試速度可達(dá)20Mbit/s。

5類線既可用于100Mbit/s的快速以太網(wǎng)連接，又支持150Mbit/s的ATM數(shù)據(jù)傳輸，包括4對雙絞線，是連接桌面設(shè)備的首選傳輸介質(zhì)。

超5類線比5類線具有更小的信號衰減、串?dāng)_和時延誤差，其主要用途是保證5類線更好地支持1000Base-T以太網(wǎng)。

6類線在外形上和結(jié)構(gòu)上與5類和超5類雙絞線都有一定的差別，與5類和超5類線相比，它具有傳輸距離長、傳輸損耗小、耐磨、抗干擾能力強(qiáng)等特性，常用在千兆位以太網(wǎng)和萬兆位以太網(wǎng)中。

注意：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用的是3類線（CAT3）、5類線（CAT5）、超5類線（CAT5e）和6類線（CAT6）。3.雙絞線組網(wǎng)常用的連接設(shè)備圖2-13RJ-45水晶頭圖2-14集線器/交換機(jī)圖2-126類UTP5類線和3類線相比大大增加了每單位長度的絞合次數(shù)，并在線對間的絞合度和線對內(nèi)兩根導(dǎo)線的絞合度都經(jīng)過了精心的設(shè)計，這樣大大提高了線路的傳輸質(zhì)量。6類線增加了絕緣的十字骨架，電纜的直徑更粗，將雙絞線的4對線分別置于十字骨架的4個凹槽內(nèi)，保持4對雙絞線的相對位置，如圖2-12所示，從而提高了電纜的平衡特性和抗干擾性，而且傳輸?shù)乃p也更小。2.2.3同軸電纜（Coaxialcable）1．同軸電纜的物理特性同軸電纜是由繞同一軸線的兩個導(dǎo)體所組成，即內(nèi)導(dǎo)體（銅芯導(dǎo)線）和外導(dǎo)體(屏蔽層)，外導(dǎo)體的作用是屏蔽電磁干擾和輻射，兩導(dǎo)體之間用絕緣材料隔離，如圖2-14所示。同軸電纜具有較高的帶寬和極好的抗干擾特性。圖2-14同軸電纜結(jié)構(gòu)圖同軸電纜又可分為兩類：粗纜和細(xì)纜。經(jīng)常提到的10BASE-2和10Base-5以太網(wǎng)就是分別使用細(xì)同軸電纜和粗同軸電纜組網(wǎng)的。用同軸電纜組網(wǎng)，需要在兩端連接50Ω的反射電阻，這就是通常所說的終端匹配器。使用同軸電纜同軸電纜組網(wǎng)的其它連接設(shè)備，細(xì)纜與粗纜的不盡相同，即使名稱一樣，其規(guī)格、大小也是有差別的。2.細(xì)纜組網(wǎng)常用的連接設(shè)備圖2-15細(xì)纜常用連接設(shè)備2.2.4光纖（Fiber）

1．光纖的物理特性

光纖是一種由石英玻璃纖維或塑料制成的，直徑很細(xì)，能傳導(dǎo)光信號的媒體，如圖2-16所示。一根光纜中至少應(yīng)包括兩條獨(dú)立的導(dǎo)芯，一條發(fā)送，另一條接收。圖2-16光纖結(jié)構(gòu)示意圖一根光纜可以包括二至數(shù)百根光纖，并用加強(qiáng)芯和填充物來提高機(jī)械強(qiáng)度。光束在玻璃纖維內(nèi)傳輸，防磁防電，傳輸穩(wěn)定，質(zhì)量高。因此光纖多適用于高速網(wǎng)絡(luò)和骨干網(wǎng)。

根據(jù)使用的光源和傳輸模式，光纖可分為多模光纖和單模光纖。

單模光纖采用注人式激光二極管作為光源，激光的定向性強(qiáng)。單模光纖的芯線直徑非常接近光波的波長，當(dāng)激光束進(jìn)人玻璃芯中的角度差別很小時，光線則不必經(jīng)過多次反射式的傳播，而是一直向前傳播能以單一的模式無反射地沿直線傳播，如圖2-17所示。玻璃芯的直徑接近光波波長圖2-17單模光纖傳播示意圖玻璃芯的直徑大于光波波長圖2-18多模光纖傳播示意圖

多模光纖采用發(fā)光二極管產(chǎn)生可見光作為光源，當(dāng)光纖芯線的直徑比光波波長大很多時，由于光束進(jìn)入芯線中的角度不同傳播路徑也不同，這時光束是以多種模式在芯線內(nèi)不斷反射而向前傳播，如圖2-18所示。2．光纖的特點(diǎn)

光纖有較大的帶寬，通信容量大。光纖的傳輸速率高，能超過千兆位/秒。光纖的傳輸衰減小，連接的范圍更廣。光纖不受外界電磁波的干擾，因而電磁絕緣性能好，適宜在電氣干擾嚴(yán)重的環(huán)境中使用。光纖無串音干擾，不易被竊聽和截取數(shù)據(jù)，因而安全保密性好。

3．光纖的規(guī)格

光纖類型玻璃芯（微米）覆層（微米）62.5/12562.512550/12550.0125100/140100.01408.3/1258.3125返回本節(jié)首頁返回本章首頁2.3無線通信技術(shù)2.3.1電磁波譜

描述電磁波的參數(shù)有三個：波長λ

、頻率f和光速C。三者間的關(guān)系為：C=λ×f

電磁波的傳播有兩種方式：一種是在有限空間領(lǐng)域內(nèi)傳播，如利用雙絞線、同軸電纜和光纖來傳輸電磁波；另一種方式是在自由空間中傳播，即通過無線方式傳播。1.電磁波2.電磁波的頻譜圖按照頻率由低到高的順序排列，不同頻率的電磁波可以分為無線電、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線,如圖2-19所示。

圖2-19電磁波譜與通信類型關(guān)系示意圖

2.3.2無線電通信無線電通信主要有以下一些特點(diǎn)：傳播距離較遠(yuǎn)，容易穿過建筑物，而且無線電波是全方向傳播的，因此無線電波的發(fā)射和接收裝置不必要求精確對準(zhǔn)。無線電波極易受到電子設(shè)備的各種電磁干擾，并且其傳播特性與頻率密切相關(guān)。

中、低頻（頻率在1MHz以下）無線電波沿地球表面?zhèn)鞑?，能輕易地繞過一般障礙物，但其能量隨著傳播距離的增大而急劇下降，且通信帶寬較低，如圖2-20(a)所示。

高頻和甚高頻（頻率在3MHz～1GHz之間）無線電波趨于直線傳播，易受障礙物的阻擋并將被地球表面吸收。但是到達(dá)離地球表面大約100km～500km高度的帶電粒子層的無線電波將被反射回地球表面，如圖2-20(b)所示。我們可以利用無線電波的這種特性來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

圖2-20無線電波傳播示意圖

2.3.3微波通信

微波通信主要有以下一些特點(diǎn)：微波的頻率范圍為2GHz～400GHz，其典型的工作頻率為2GHz、4GHz、8GHz和12GHz。微波在空間主要是直線傳播，所以微波的發(fā)射天線和接收天線必須精確對準(zhǔn)。又由于微波會穿透電離層而進(jìn)入宇宙空間，因此它不像無線電通信可以經(jīng)電離層反射傳播到地面上很遠(yuǎn)的地方。微波經(jīng)長距離傳送后會發(fā)生衰減，因此每隔一段距離就需要架設(shè)一個微波中繼站，兩個中繼站之間的距離一般為30km～50km，如圖2-21所示。地球圖2-21微波通信示意圖2.3.4衛(wèi)星通信微波波段頻率很高，其頻段范圍也很寬，因此其通信信道的容量很大，可同時傳送大量的信息，且傳輸質(zhì)量也比較穩(wěn)定。與相同容量和長度的電纜載波通信比較，微波通信建設(shè)投資少、見效快。微波通信的缺點(diǎn)是：它在雨雪天氣傳輸時會被吸收，從而造成損耗，而且微波的保密性也不如電纜和光纜好，對于保密性要求比較高的應(yīng)用場合需要另外采取加密措施。衛(wèi)星通信實(shí)質(zhì)上就是在地面站之間利用地球上空36000公里的同步地球衛(wèi)星作為中繼器的一種微波接力通信。衛(wèi)星通信主要有以下一些特點(diǎn)：通信距離遠(yuǎn)、容量大、質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高。在電波覆蓋范圍內(nèi)，任何一處都可以通信，且通信費(fèi)用與通信距離無關(guān)。

衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信距離的限制。一個同步衛(wèi)星可以覆蓋地球的三分之一以上的表面只要在地球赤道上空的同步軌道上等距離地放置三顆相隔120度的衛(wèi)星，就能基本上實(shí)現(xiàn)全球的通信，如圖2-22所示。36000公里地球信號受陸地災(zāi)害影響小，易于實(shí)現(xiàn)廣播通信和多址通信。衛(wèi)星通信的缺點(diǎn)是：通信費(fèi)用高，延時較大，不管兩個地面站之間的地面距離是多少，傳播的延遲時間都為270ms，這比地面電纜的傳播延遲時間要高幾個數(shù)量級。圖2-22衛(wèi)星通信示意圖2.3.5移動通信

移動通信主要是指：移動物體與固定物體，移動物體與移動物體之間的通信。移動物體之間的通信通常依靠移動通信系統(tǒng)（MTS）來實(shí)現(xiàn)。目前實(shí)際應(yīng)用的移動通信系統(tǒng)主要有：蜂窩移動通信系統(tǒng)、無繩電話系統(tǒng)、無線電尋呼系統(tǒng)、AdHoc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)等1.移動通信的含義2.移動通信系統(tǒng)的發(fā)展移動通信系統(tǒng)通常分為以下幾代：

1G（

FirstGeneration）。1G

系統(tǒng)又稱為高級移動電話系統(tǒng)（AMPS），自20世紀(jì)80年代起開始使用。該系統(tǒng)的通話方式是蜂窩電話標(biāo)準(zhǔn)，僅限語音的傳送。

2G（

SecondGeneration）。2G系統(tǒng)又稱為數(shù)字移動通信系統(tǒng)，對語音以數(shù)字化方式傳輸，除具有通話功能外，還引入了短信功能。

3G（

ThirdGeneration）。3G系統(tǒng)又稱為多媒體移動通信系統(tǒng)，它是一種將無線通信與互聯(lián)網(wǎng)多媒體通信相結(jié)合的新一代移動通信系統(tǒng)。3G系統(tǒng)能夠處理圖像、聲音、視頻等多媒體信息，提供網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務(wù)信息等多種服務(wù)。返回本節(jié)首頁返回本章首頁4G（ForthGeneration）。4G系統(tǒng)是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，主要目標(biāo)是提高移動裝置無線訪問互聯(lián)網(wǎng)的速度。

5G（FifthGeneration）。最新一代移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也是繼4G之后的延伸，它具有更高的傳輸速率、更快的反應(yīng)速度和更大的連接數(shù)量。5G技術(shù)的特點(diǎn)可簡單概括為：大寬帶、低時延、高可靠和萬物互聯(lián)”。

2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.4.1電路交換（CircuitSwitching）一般我們按照通信子網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)對進(jìn)入子網(wǎng)的數(shù)據(jù)所實(shí)施的轉(zhuǎn)發(fā)方式的不同來分類，可將數(shù)據(jù)交換的方式分為以下兩大類：電路交換存儲/轉(zhuǎn)發(fā)交換

電路交換也稱為線路交換，是一種直接的交換方式，與電話交換方式的工作過程很類似。兩臺計算機(jī)通過通信子網(wǎng)交換數(shù)據(jù)之前，首先要在通信子網(wǎng)中通過一個一個交換設(shè)備間的線路連接，建立一條實(shí)際的專用的物理通路。電路交換實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信需經(jīng)過建立連接、數(shù)據(jù)傳輸、釋放連接三個步驟，如圖2-23所示圖2-23電路交換示意圖電路交換的優(yōu)、缺點(diǎn)：實(shí)時性好，適用于實(shí)時或交互式會話類通信，如數(shù)字語音，傳真等通信業(yè)務(wù)。

呼叫時間大大長于數(shù)據(jù)的傳送時間，通信線路的利用率不高，并且整個系統(tǒng)也不具備存儲數(shù)據(jù)的能力，無法發(fā)現(xiàn)與糾正傳輸過程中發(fā)生的數(shù)據(jù)差錯，系統(tǒng)效率較低。對通信雙方而言，必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方法、信息格式和傳輸控制等一致才能完成通信。2.4.2存儲/轉(zhuǎn)發(fā)交換（Store-and-forwardSwitching）

存儲/轉(zhuǎn)發(fā)式交換是指網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)先將途經(jīng)的數(shù)據(jù)按傳輸單元接收并存儲下來，然后選擇一條適當(dāng)?shù)逆溌忿D(zhuǎn)發(fā)出去。根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)單元的不同，存儲/轉(zhuǎn)發(fā)方式交換又可分為兩類：

報文交換

分組交換1.報文交換（MessageSwitching）

報文交換是指網(wǎng)絡(luò)中的每一個結(jié)點(diǎn)先將整個報文（Message）完整地接收并存儲下來，然后選擇合適的鏈路轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點(diǎn)。每個結(jié)點(diǎn)都對報文進(jìn)行如此存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達(dá)目的地，如圖2-24所示。圖2-24報文交換示意圖源結(jié)點(diǎn)和目標(biāo)結(jié)點(diǎn)在通信時不需要建立一條專用的通路，與電路交換相比，報文交換沒有建立連接和釋放連接所需的等待和時延。線路的利用率高，任何時刻一份報文只占用一條鏈路的資源，不必占用通路上的所有鏈路資源，提高了網(wǎng)絡(luò)資源的共享性。數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿?，每個結(jié)點(diǎn)在存儲轉(zhuǎn)發(fā)中，都進(jìn)行差錯控制，即進(jìn)行檢錯和糾錯。在報文交換中，每一個報文由報頭和要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組成，報頭中有源地址和目標(biāo)地址。結(jié)點(diǎn)根據(jù)報頭中的目標(biāo)地址為報文進(jìn)行路徑選擇，并且對收發(fā)的報文進(jìn)行相應(yīng)的處理。報文交換的優(yōu)、缺點(diǎn)：由于每一個結(jié)點(diǎn)都采用了對完整報文的存儲/轉(zhuǎn)發(fā)，因此傳輸時延較長，不適用于實(shí)時或交互式通信。2.分組交換（PacketSwitching）分組交換又稱包交換，與報文交換同屬于存儲/轉(zhuǎn)發(fā)式交換，它們之間的差別在于參與交換的數(shù)據(jù)單元長度不同。分組交換不像報文交換以“整個報文”為單位進(jìn)行交換傳輸，而是以更短的、標(biāo)準(zhǔn)的“報文分組”（Packet）為單位進(jìn)行交換傳輸。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中傳輸控制協(xié)議和傳輸路徑的不同，分組交換又可分為兩種方式：數(shù)據(jù)報分組交換虛電路分組交換（1）數(shù)據(jù)報分組交換

每個分組被稱為一個數(shù)據(jù)報（datagram），若干個數(shù)據(jù)報構(gòu)成一次要傳送的報文或數(shù)據(jù)塊。每個數(shù)據(jù)報在傳輸?shù)倪^程中，都要進(jìn)行路徑選擇，各個數(shù)據(jù)報可以按照不同的路徑到達(dá)目的地。各數(shù)據(jù)報不能保證按發(fā)送的順序到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)，有些數(shù)據(jù)報甚至還可能在途中丟失。在接收端，再按分組的順序?qū)⑦@些數(shù)據(jù)報組重新合成一個完整的報文。如圖2-25所示。圖2-25數(shù)據(jù)報分組交換示意圖數(shù)據(jù)報分組交換的特點(diǎn)：傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長報文、會話式通信。同一報文的分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網(wǎng)，到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)或丟失現(xiàn)象。每個分組都必須帶有數(shù)據(jù)、源地址和目的地址，其長度受到限制，一般為2000比特以內(nèi)，典型長度為128個字節(jié)。（2）虛電路分組交換

虛電路方式結(jié)合了數(shù)據(jù)報方式與電路交換方式的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)交換效果。虛電路是為了傳送某一報文而設(shè)立和存在的，它是兩個用戶結(jié)點(diǎn)在開始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要通過通信網(wǎng)絡(luò)建立的一條邏輯上的連接，所有分組都必須沿著事先建立的這條虛電路傳輸，用戶在不需要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時清除該連接。整個通信過程分為三個階段：虛電路的建立、數(shù)據(jù)傳輸、虛電路的釋放三個步驟。如圖2-26所示。圖2-26虛電路分組交換示意圖數(shù)據(jù)報分組交換的特點(diǎn)：虛電路在每次報文分組發(fā)送之前，必須在源結(jié)點(diǎn)與目的結(jié)點(diǎn)之間建立一條邏輯連接。報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息，只需要攜帶虛電路標(biāo)識號。報文分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時也不會出現(xiàn)丟失、重復(fù)或亂序的現(xiàn)象。報文分組通過每個虛電路上的結(jié)點(diǎn)時，結(jié)點(diǎn)只需要做差錯檢測，而不需要做路徑選擇。（3）分組交換與報文交換相比的優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)出錯時，只需要重傳錯誤分組，而不要重發(fā)整個報文，這樣有利于迅速進(jìn)行數(shù)據(jù)糾錯，大大減少每次傳輸發(fā)生錯誤的概率以及重傳信息的數(shù)量。分組交換把數(shù)據(jù)的最大長度限制在較小的范圍內(nèi)，這樣每個結(jié)點(diǎn)所需要的存儲量減少了，有利于提高結(jié)點(diǎn)存儲資源的利用率。分組交換比報文交換減少了時間延遲。因?yàn)?，?dāng)?shù)谝粋€分組發(fā)送給第一個結(jié)點(diǎn)后，接著可發(fā)送第二個分組，隨后可發(fā)送其他分組，這樣多個分組可同時在網(wǎng)中傳播，總的延時大大減少，網(wǎng)絡(luò)信道的利用率大大提高。

易于重新開始新的傳輸。可讓緊急報文迅速發(fā)送出去，不會因傳輸優(yōu)先級較低的報文而堵塞。（4）三種交換技術(shù)的比較交換方式項目電路交換報文交換分組交換接續(xù)時間較長較短較短傳輸延時短長短傳輸可靠性較高較高高過載反應(yīng)拒絕接受呼叫節(jié)點(diǎn)延時增長采用流控技術(shù)線路利用率低高高實(shí)時性業(yè)務(wù)適用不適用適用實(shí)現(xiàn)費(fèi)用較低較高較高傳輸帶寬固定帶寬動態(tài)使用帶寬動態(tài)使用帶寬返回本節(jié)首頁返回本章首頁2.5數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)2.5.1基帶傳輸技術(shù)基帶傳輸是指：在通信線路上原封不動地傳輸由計算機(jī)或終端產(chǎn)生的0或1數(shù)字脈沖信號。這樣一個信號的基本頻帶可以從直流成分到數(shù)兆赫，頻帶越寬,傳輸線路的電容電感等對傳輸信號波形衰減的影響就越大?；鶐Ь褪侵富绢l帶，即數(shù)字信號占用的基本頻帶?；鶐鬏?shù)奶攸c(diǎn)：

信道簡單，成本低?；鶐鬏斦紦?jù)信道的全部帶寬，任何時候只能傳輸一路基帶信號，信道利用率低。2.5.2頻帶傳輸技術(shù)

頻帶傳輸，有時也稱寬帶傳輸，是指將數(shù)字信號調(diào)制成音頻信號后再發(fā)送和傳輸，到達(dá)接收端時再把音頻信號解調(diào)成原來的數(shù)字信號。我們將這種利用模擬信道傳輸數(shù)字信號的方法稱為頻帶傳輸技術(shù)。

圖2-27頻帶傳輸示意圖

在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信時，經(jīng)常借助于電話線路，此時就需要利用頻帶傳輸方式。采用頻帶傳輸時，調(diào)制解調(diào)器（Modem）是最典型的通信設(shè)備，要求在發(fā)送和接收端都要安裝調(diào)制解調(diào)器，如圖2-27所示。計算機(jī)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器計算機(jī)公用電話網(wǎng)1．頻帶傳輸?shù)亩x

2．Modem的基本功能調(diào)制和解調(diào)

調(diào)制，就是將計算機(jī)輸出的“1”和“0”脈沖信號調(diào)制成相應(yīng)的模擬信號，以便在電話線上傳輸。解調(diào)，就是將電話線傳輸?shù)哪M信號轉(zhuǎn)化成計算機(jī)能識別的由“1”和“0”組成的脈沖信號。調(diào)制和解調(diào)的功能通常由一塊數(shù)字處理（DSP)芯片來完成。數(shù)據(jù)壓縮和差錯控制數(shù)據(jù)壓縮指的是:發(fā)送端的Modem在發(fā)送數(shù)據(jù)以前先將數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，而接收端的Modem收到數(shù)據(jù)后再將數(shù)據(jù)還原，從而提高了Modem的有效數(shù)據(jù)傳輸率。差錯控制指的是:將數(shù)據(jù)傳輸中的某些錯碼檢測出來，并采用某種方法進(jìn)行糾正，以提高M(jìn)odem的實(shí)際傳輸質(zhì)量。這些功能通常由一塊控制芯片來完成。

硬Modem（硬貓）：指以上兩部分功能都是由固化在Modem中的硬件芯片來完成的Modem，也即Modem的所有功能都是由硬件來完成。

半軟Modem（半軟貓）：指硬件芯片中只固化了DSP芯片，其協(xié)議控制部分由軟件來完成的Modem。

全軟Modem（全軟貓）：指以上兩部分功能都由軟件來完成的Modem。3.調(diào)制解調(diào)器的分類按接入Internet方式的不同，可將Modem分為撥號Modem和專線Modem按數(shù)據(jù)傳輸方式的不同，可將Modem分為同步Modem和異步Modem按通信方式的不同，可將Modem分為單工、半雙工和全雙工三種從接口類型的不同，可將Modem分為外置式Modem、內(nèi)置式Modem、PC卡式移動Modem等2.5.3多路復(fù)用技術(shù)

多路復(fù)用是指：在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，允許兩個或多個數(shù)據(jù)源共享同一個傳輸介質(zhì)，把若干個彼此無關(guān)的信號合并為一個在一個共用信道上進(jìn)行傳輸，就像每一個數(shù)據(jù)源都有自己的信道一樣。多路復(fù)用一般可分為以下三種基本形式：

頻分多路復(fù)用（FDM）時分多路復(fù)用（TDM）波分多路復(fù)用（WDM）1.頻分多路復(fù)用（FDM）圖2-28頻分多路復(fù)用原理示意圖

FDM的基本原理：多路數(shù)字信號被同時輸入到頻分多路復(fù)用編碼器中，經(jīng)過調(diào)制后，每一路數(shù)字信號的頻率分別被調(diào)制到不同的頻帶，這樣就可以將多路信號合起來放在一條信道上傳輸。接收方的頻分多路復(fù)用解碼器再將接收到的信號恢復(fù)成調(diào)制前的信號，如圖2-28所示。2.時分多路復(fù)用（TDM）

TDM的基本原理：將信道用于傳輸?shù)臅r間劃分為若干個時間片，給每個用戶分配一個或幾個時間片，使不同信號在不同時間段內(nèi)傳送。在用戶占有的時間片內(nèi)，用戶使用通信信道的全部帶寬來傳輸數(shù)據(jù)，如圖2-29所示。圖2-29時分多路復(fù)用原理示意圖

3.波分多路復(fù)用（WDM）

WDM的基本原理：不同的信號使用不同波長的光波來傳送數(shù)據(jù)，在傳送端，兩根光纖連到一個棱柱或衍射光柵，每根光纖里的光波處于不同的波段上，這樣兩束光通過棱柱或衍射光柵合到一根共享的光纖上，到達(dá)目的地后，再將兩束光分解開來。如圖2-30所示。圖2-30波分多路復(fù)用原理示意圖返回本節(jié)首頁返回本章首頁2.6數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2.6.1數(shù)據(jù)編碼的類型

根據(jù)數(shù)據(jù)通信類型的不同，通信信道可分為兩類：模擬信道和數(shù)字信道。相應(yīng)的,數(shù)據(jù)編碼的方法也分為兩類：模擬數(shù)據(jù)編碼和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼。網(wǎng)絡(luò)中基本的數(shù)據(jù)編碼方式歸納如下：數(shù)據(jù)編碼方法

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼

模擬數(shù)據(jù)編碼

振幅鍵控ASK

移頻鍵控FSK

移相鍵控PSK

非歸零碼NRZ

曼徹斯特編碼

差分曼徹斯特編碼

2.6.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼要進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，常常要利用廉價的公共電話交換網(wǎng)。因此必須首先利用Modem將發(fā)送端的數(shù)字信號調(diào)制成能夠在公共電話網(wǎng)上傳輸?shù)哪M信號，經(jīng)傳輸后再在接收端利用Modem將模擬信號解調(diào)成對應(yīng)的數(shù)字信號。數(shù)據(jù)傳輸過程如圖2-31所示。圖2-31遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸示意圖

模擬信號傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波，載波具有三大要素：幅度V、頻率ω和相位φ。載波可表示為：u(t)=V*sin(ωt+φ)通過變化載波的三個要素來進(jìn)行編碼，就出現(xiàn)了三種基本的編碼方式：振幅鍵控法（ASK）移頻鍵控法（FSK）移相鍵控法（PSK）ASK方式就是通過改變載波的振幅V來表示數(shù)字1，0。例如保持頻率ω和相位φ不變，讓V不等于零時表示1，讓V等于零時表示0。如圖2-32所示。1.振幅鍵控法（ASK）2.移頻鍵控法（FSK）FSK方式就是通過改變載波的角頻率ω來表示數(shù)字1，0。例如保持振幅V和相位φ不變，讓ω等于某值時表示1，讓ω等于另一個值時表示0。如圖2-32所示。

3.移相鍵控法（PSK）

PSK方式就是通過改變載波的相位φ的值來表示數(shù)字1，0。如圖2-32所示。PSK包括兩種類型：絕對調(diào)相，即用相位的絕對值表示數(shù)字1、0相對調(diào)相，即用相位的相對偏移值表示數(shù)字1、0圖2-32數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼示意圖2.6.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

數(shù)字信號可以利用數(shù)字信道來直接傳輸（即基帶傳輸），此時需要解決的問題是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號表示及收發(fā)兩端之間的信號同步兩個方面。

在基帶傳輸中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼主要有以下三種方式：非歸零碼

曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼1.非歸零碼（NRZ）其編碼規(guī)則是：用低電平表示“0”，用高電平表示“1”，但必須在發(fā)送NRZ碼的同時，用另一個信號同時傳送同步信號。如圖2-33所示。2.曼徹斯特（Manchester）編碼

其編碼規(guī)則是：每比特的周期T分為前T/2與后T/2。前T/2傳送該比特的反碼，后T/2傳送該比特的原碼。如圖2-33所示。3.差分曼徹斯特（DifferenceManchester）編碼其編碼規(guī)則是：每比特的值根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生電平跳變來決定。一個比特開始處出現(xiàn)電平跳變表示“0”，不出現(xiàn)跳變表示“1”，每比特中間的跳變僅用做同步信號。如圖2-33所示。圖2-33數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼示意圖2.6.4脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制（PulseCodeModulation，PCM）是將模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的主要方法。由于數(shù)字信號傳輸失真小、誤碼率低、數(shù)據(jù)傳輸速率高，因此在網(wǎng)絡(luò)中除計算機(jī)直接產(chǎn)生的數(shù)字信號外，語音、圖像信息必須數(shù)字化才能經(jīng)計算機(jī)處理。PCM最大的特點(diǎn)是把連續(xù)輸入的模擬數(shù)據(jù)變換為在時域和振幅上都離散的量，然后將其轉(zhuǎn)化為代碼形式傳輸。脈沖編碼調(diào)制包括以下三個步驟：采樣每隔一定的時間間隔，采集模擬信號的瞬時電平值做為樣本，表示模擬數(shù)據(jù)在某一區(qū)間隨時間變化的值。采樣過程如圖2-34所示。圖2-34模擬信號的采樣示意圖量化量化是將取樣樣本幅度按量化級決定取值的過程。量化級可以分為8級、16級，或者更多的量化級，這取決于系統(tǒng)的精確度要求。為便于用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，其量化電平數(shù)一般為2的整數(shù)次冪，這樣有利于采用二進(jìn)制編碼表示。量化過程如圖2-35所示。圖2-35模擬數(shù)據(jù)的量化示意圖編碼編碼是用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制碼來表示已經(jīng)量化的采樣樣本的級別，比如，量化級是64，則需要8位編碼。經(jīng)過編碼后，每個樣本就由相應(yīng)的編碼脈沖表示。編碼過程如圖2-36所示。圖2-36模擬數(shù)據(jù)的編碼示意圖返回本節(jié)首頁返回本章首頁2.7差錯控制技術(shù)2.7.1差錯產(chǎn)生的原因與差錯類型1.差錯產(chǎn)生的原因

信號在物理信道上的線路本身的電氣特性隨機(jī)產(chǎn)生的信號幅度、頻率、相位的畸形和衰減相鄰線路之間的串線干擾

大氣中的閃電、電源開關(guān)的跳火、自然界磁場的變化以及電源的波動等外界因素電氣信號在線路上產(chǎn)生反射噪聲的回波效應(yīng)差錯產(chǎn)生的過程如圖2-37所示。圖2-37差錯產(chǎn)生的過程2.差錯的類型

傳輸中的差錯都是由噪聲引起的。噪聲有兩大類，一類是信道固有的、持續(xù)存在的隨機(jī)熱噪聲；另一類是由外界特定的短暫原因所造成的沖擊噪聲。

熱噪聲熱噪聲由傳輸介質(zhì)導(dǎo)體的電子熱運(yùn)動產(chǎn)生，它是一種隨機(jī)噪聲，所引起的傳輸差錯為隨機(jī)差錯。這種差錯的特點(diǎn)是所引起的某位碼元的差錯是孤立的，與前后碼元沒有關(guān)系。它導(dǎo)致的隨機(jī)錯誤通常較少。

沖擊噪聲沖擊噪聲是由外界電磁干擾引起的，與熱噪聲相比，沖擊噪聲幅度較大，是引起傳輸差錯的主要原因。沖擊噪聲所引起的傳輸差錯為突發(fā)差錯，這種差錯的特點(diǎn)是前面的碼元出現(xiàn)了錯誤，往往會使后面的碼元也出現(xiàn)錯誤，即錯誤之間有相關(guān)性。2.7.2誤碼率的定義

誤碼率是指：二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，在數(shù)值上近似等于Pe=Ne/N。其中N為傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總數(shù)，Ne為被傳錯的碼元數(shù)。在理解誤碼率定義時還應(yīng)注意以下3個問題。誤碼率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數(shù)；對于一個實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說誤碼率越低越好，要根據(jù)實(shí)際傳輸要求提出誤碼率指標(biāo)；在數(shù)據(jù)傳輸速率確定后，誤碼率越低，傳輸系統(tǒng)設(shè)備越復(fù)雜，造價也越高；對于實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果傳輸?shù)牟皇嵌M(jìn)制碼元，要換算成二進(jìn)制碼元來計算。2.7.3差錯的控制差錯控制的方法有兩種。第一種方法是，改善通信線路的性能，使錯碼出現(xiàn)的概率降低到滿足系統(tǒng)要求的程度。第二種方法是采用抗干擾編碼和糾錯編碼將傳輸中出現(xiàn)的某些錯碼檢測出來，并糾正錯碼。第二種方法最為常用，目前廣泛采用的有奇偶校驗(yàn)碼，方塊碼和循環(huán)冗余碼等。1.奇偶校驗(yàn)

奇偶校驗(yàn)又叫字符校驗(yàn)，其基本原理是：在每個字符編碼的后面另外增加一個校驗(yàn)位，主要目的是使整個編碼中1的個數(shù)成為奇數(shù)或偶數(shù)。在每個字符的數(shù)據(jù)位傳輸之前，先檢測并計算奇偶校驗(yàn)位，根據(jù)采用的奇偶校驗(yàn)位是奇數(shù)還是偶數(shù)，推出一個字符包含“1”的數(shù)目，接收端重新計算收到字符的奇偶校驗(yàn)位，并確定該字符是否出現(xiàn)傳輸差錯。主要特點(diǎn)：只能發(fā)現(xiàn)單個比特差錯，如果有多個比特出錯，奇偶校驗(yàn)法無效。一般只能用于對通信要求較低的異步傳輸和同步傳輸環(huán)境中。2.方塊校驗(yàn)方塊校驗(yàn)又叫報文校驗(yàn)，其基本原理是：在奇偶校驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，在一批字符傳送之后，另外再增加一個檢驗(yàn)字符，該檢驗(yàn)字符的編碼方法是使每一位縱向代碼中1的個數(shù)也成為奇數(shù)或偶數(shù)。采用這種方法可以進(jìn)一步大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率，效果非常顯著。

3.循環(huán)冗余碼校驗(yàn)

循環(huán)冗余碼（CyclicRedundancyCode，CRC）是使用最廣泛并且檢錯能力很強(qiáng)的一種檢驗(yàn)碼。CRC的工作方法是：在發(fā)送端產(chǎn)生一個循環(huán)冗余碼，附加在信息數(shù)據(jù)幀后面一起發(fā)送到接收端，接收端收到的信息按發(fā)送端形成循環(huán)冗余碼同樣的算法進(jìn)行除法運(yùn)算，若余數(shù)為“0”，就表示接收的數(shù)據(jù)正確，若余數(shù)不為“0”，則表明數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中出錯，發(fā)送端重傳數(shù)據(jù)。

（1）生成多項式

在CRC校驗(yàn)時，發(fā)送和接收應(yīng)使用相同的除數(shù)多項式G（X），稱為生成多項式。CRC生成多項式由協(xié)議規(guī)定，目前已有多種生成多項式列入到國際標(biāo)準(zhǔn)中，例如以下幾種：CRC—12G(X)=X12+X11+X3+X2+X+1CRC—16G(X)=X16+X15+X2+1CRC—CCITTG(X)=X16+X12+X5+1CRC—32G(X)=X32+X26+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1（2）CRC檢驗(yàn)和信息編碼的求取方法設(shè)r為生成多項式G(X)的階①在數(shù)據(jù)多項式M(X)的后面附加r個“0”，得到一個新的多項式Mˊ(X)。②用模2除法求得Mˊ(X)/G(X)的余數(shù)。③將該余數(shù)直接附加在原數(shù)據(jù)多項式M(X)的系數(shù)序列的后面，結(jié)果即為最后要發(fā)送的檢驗(yàn)和信息編碼多項式T(X)。（3）CRC校驗(yàn)中求余數(shù)的除法運(yùn)算規(guī)則多項式以2為模運(yùn)算，加法不進(jìn)位，減法不借位。加法和減法兩者都與異或運(yùn)算相同。長除法同二進(jìn)制運(yùn)算是一樣的，只是做減法時按模2進(jìn)行，如果減出的值的最高位為0，則商0；如果減出的值的最高位為1，則商1。下面舉例說明數(shù)據(jù)編碼多項式T(X)的具體求法：例：假設(shè)準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)信息碼是1101011011，生成多項式

G(X)=X4+X+1，計算信息編碼多項式T(X)。解：

M(X)=1101011011G(X)=10011r=4信息碼附加4個0后形成新的多項式Mˊ(X)：11010110110000用模2除法求Mˊ(X)/G(X)余數(shù)的過程為：將余數(shù)1110直接附加在M(X)的后面求得要傳輸?shù)男畔⒕幋a多項式T(X)=11010110111110。返回本節(jié)首頁返回本章首頁本章小結(jié)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，而通信技術(shù)本身的發(fā)展也和計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用有著密切的關(guān)系。本章我們首先介紹了數(shù)據(jù)通信的概念，這一部分主要使讀者對數(shù)據(jù)通信有一個感性的認(rèn)識；接著介紹了傳輸介質(zhì)的主要特性及應(yīng)用，目的是使讀者對同軸電纜、雙絞線、光纖在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用情況有一個清楚的了解；然后我們系統(tǒng)闡述了數(shù)據(jù)交換技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和數(shù)據(jù)編碼技術(shù)，使讀者真正懂得在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)是如何從一個計算機(jī)傳送到另一個計算機(jī)上的；最后我們簡單介紹了差錯控制技術(shù)，使讀者了解發(fā)送方主機(jī)將數(shù)據(jù)傳送到接收方主機(jī)時，接收方是如何保證所接收到的數(shù)據(jù)是正確的。學(xué)好本章的內(nèi)容將對讀者理解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最基本的數(shù)據(jù)通信知識有很大的幫助。返回本章首頁第三章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議概述

網(wǎng)絡(luò)參考模型

3.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議概述3.1.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是指整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的邏輯組成和功能分配，定義和描述了一組用于計算機(jī)及其通信設(shè)施之間互連的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的集合。研究網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的目的：定義計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各個組成部分的功能，以便在統(tǒng)一的原則指導(dǎo)下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、建造、使用和發(fā)展。3.1.2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信或數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。1.什么是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連網(wǎng)的計算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間要進(jìn)行數(shù)據(jù)與控制信息的成功傳遞就必須共同遵守網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。2.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的三要素

語法（Syntax）語法規(guī)定了通信雙方“如何講”，即確定用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式。語義（Semantics）語義規(guī)定通信的雙方準(zhǔn)備“講什么”，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種應(yīng)答時序（Timing）時序又可稱為“同步”，規(guī)定了雙方“何時進(jìn)行通信”，即事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明3.1.3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，不僅涉及網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，還涉及各種各樣的軟件，所以通信協(xié)議必然十分復(fù)雜。實(shí)踐證明，結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法是解決復(fù)雜問題的一種有效手段，其核心思想是：將系統(tǒng)模塊化，并按層次組織各模塊。1.分層的好處各層之間可相互獨(dú)立靈活性好，易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)有利于促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化2.各層次間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都是按層的方式來組織，如圖3-1所示，每一層都能完成一組特定的、有明確含義的功能，每一層的目的都是向上一層提供一定的服務(wù)，而上一層不需要知道下一層是如何實(shí)現(xiàn)服務(wù)的。

每一對相鄰層次之間都有一個接口（Interface），接口定義了下層向上層提供的命令和服務(wù)，相鄰兩個層次都是通過接口來交換數(shù)據(jù)的。圖3-1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次模型每一層中的活動元素通常稱為實(shí)體（Entity）。實(shí)體既可以是軟件實(shí)體（如一個進(jìn)程），也可以是硬件實(shí)體（如智能輸入/輸出芯片）。不同通信節(jié)點(diǎn)上的同一層實(shí)體稱為對等實(shí)體（PeerEntity）

。

不同網(wǎng)絡(luò)中的對等實(shí)體之間不能直接進(jìn)行通信，其通信過程如圖3-2所示。圖3-2對等實(shí)體間通信示意圖3.層次間的關(guān)系舉例具體實(shí)例請參照教材P48學(xué)習(xí)。3.1.4其他相關(guān)概念1.服務(wù)

服務(wù)位于層次接口的位置，表示低層為上層提供哪些操作功能，至于這些功能是如何實(shí)現(xiàn)的，則不是服務(wù)考慮的范疇。

2.面向連接服務(wù)面向連接服務(wù)類似打電話，包括：建立連接、維護(hù)連接和拆除連接三個階段。這種服務(wù)的最大好處就是能夠保證數(shù)據(jù)高速、可靠和順序的傳輸。

3.面向無連接服務(wù)面向無連接的服務(wù)就像發(fā)電報，發(fā)送方并不能馬上確認(rèn)對方是否已收到。因此，面向無連接服務(wù)不需要維護(hù)連接的額外開銷，但是可靠性較低，也不能保證數(shù)據(jù)的順序傳輸。4.服務(wù)訪問點(diǎn)（ServiceAccessPoint，SAP）服務(wù)訪問點(diǎn)是相鄰兩層實(shí)體之間通過接口調(diào)用服務(wù)或提供服務(wù)的聯(lián)系點(diǎn)。

5.協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ProtocolDataUnit，PDU）協(xié)議數(shù)據(jù)單元是對等實(shí)體之間通過協(xié)議傳送的數(shù)據(jù)單元。

返回本節(jié)首頁返回本章首頁6．接口數(shù)據(jù)單元（InterfaceDataUnit，IDU）接口數(shù)據(jù)單元是相鄰層次之間通過接口傳送的數(shù)據(jù)單元，接口數(shù)據(jù)單元又稱為服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ServiceDataUnit，SDU）3.2網(wǎng)絡(luò)參考模型3.2.1OSI參考模型1984年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）發(fā)表了著名的ISO/IEC7498標(biāo)準(zhǔn)，定義了網(wǎng)絡(luò)互連的7層框架，這就是開放系統(tǒng)互連參考模型，即OSI參考模型，如圖3-3所示。圖3-3OSI參考模型的結(jié)構(gòu)1.OSI參考模型的概念“開放”是指只要遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)，一個系統(tǒng)就可以與位于世界上任何地方、同樣遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進(jìn)行通信。

OSI參考模型的最高層為應(yīng)用層，面向用戶提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)；最低層為物理層，與通信介質(zhì)相連實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)據(jù)通信。兩個用戶計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信時，除物理層之外，其余各對等層之間均不存在直接的通信關(guān)系。2.OSI參考模型各層的功能（1）物理層物理層的主要任務(wù)就是：透明地傳送二進(jìn)制比特流，但物理層并不關(guān)心比特流的實(shí)際意義和結(jié)構(gòu)，只是負(fù)責(zé)接收和傳送比特流。物理層的另一個任務(wù)就是定義網(wǎng)絡(luò)硬件的特性，包括使用什么樣的傳輸介質(zhì)以及與傳輸介質(zhì)連接的接頭等物理特性，所典型規(guī)范代表有：EIA/TIARS-232、EIA/TIARS-44