第2章網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸

1、1第第2章章 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)據(jù)通信技術(shù)是建立計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基礎(chǔ)之一，它本身即是一 門獨立的學(xué)科。 現(xiàn)代計算機(jī)之間的通信主要以傳遞數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)為主，數(shù)據(jù)通信技術(shù)是計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，主要研究計算機(jī)中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸交換、存儲以及處理的理論、方法和技術(shù)。 本章主要學(xué)習(xí)要點本章主要學(xué)習(xí)要點：l 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)l 信道的特征參數(shù)l 信號傳輸模式l 數(shù)據(jù)交換技術(shù)l 介質(zhì)訪問方法22.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是由計算機(jī)、遠(yuǎn)程終端和數(shù)據(jù)電路以及有關(guān)通信設(shè)備組成的一個完整系統(tǒng)。任何一個遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)或計算機(jī)網(wǎng)都必須實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信與信息處理兩方面的功能。42.1.1 數(shù)據(jù)通

2、信簡述數(shù)據(jù)通信簡述 信息、數(shù)據(jù)和信號是緊密相關(guān)的內(nèi)容。并且在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，一般被人們最為關(guān)注的就是數(shù)據(jù)和信號。 數(shù)據(jù)通信中傳輸?shù)膶ο笫菙?shù)據(jù)，而信號則是數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼，信號沿著通信介質(zhì)發(fā)送從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。 在數(shù)據(jù)通信過程中，通信的目的就是傳遞信息。其中，通信中產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端叫做信源，接收信息的一端叫做信宿，信源和信宿之間的通信線路稱為信道。52.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計算機(jī)系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)。比較典型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE、數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備DCE 、計算

3、機(jī)系統(tǒng)三部分組成。62.1.3 模擬通信與數(shù)字通信模擬通信與數(shù)字通信 信號是數(shù)據(jù)的具體表現(xiàn)形式。在通信系統(tǒng)中，所通過的信號為電信號，即隨時間變化的電壓或者電流。而在發(fā)送時所產(chǎn)生的信號，可以分為模擬信號和數(shù)字信號兩種。2.1.4 數(shù)據(jù)通信的分類 在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般都是采用數(shù)字通信方式，并且在該通信方式下，可以分為有線數(shù)據(jù)通信和無線數(shù)字通信。在有線數(shù)據(jù)通信中，分別包含有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、分組交換網(wǎng)和幀中繼網(wǎng)。72.2 信道的特征參數(shù)信道的特征參數(shù) 信道的作用是將信號從信源傳送到信宿。因此，它的最重要的特征參數(shù)是信息通過能力。并且信道的信息通過能力與信道的通過頻帶寬度、信道的工作時間、信道的噪聲功率密度

4、相關(guān)。如頻帶越寬，工作時間越長，信號與噪聲功率比越大，則信道的通過能力越強(qiáng).82.2.1 信道帶寬信道帶寬 任何信道都不是理想的，每一個信道都對能通過的信號頻率范圍有一個限制。信道允許通過的信號頻率范圍，即可傳送的信號的最高頻率與最低頻率之差，被稱為信道的通頻帶寬，亦即信道帶寬，單位為Hz。92.2.2 信道容量信道容量 從信息論的觀點來看，各種信道可概括為兩大類：離散信道和連續(xù)信道。所謂離散信道就是輸入與輸出信號都是取值離散的時間函數(shù)；而連續(xù)信道是指輸入和輸出信號都是取值連續(xù)的?？梢钥闯觯罢呔褪菑V義信道中的編碼信道，后者則是調(diào)制信道。 102.2.3 吞吐量吞吐量 吞吐量是指信道在單位時間

5、內(nèi)成功傳輸?shù)目傂畔⒘?，單位為bps。也就是說吞吐量是指在沒有幀丟失的情況下，設(shè)備能夠接受的最大速率。 其測試方法是：在測試中以一定速率發(fā)送一定數(shù)量的幀，并計算待測設(shè)備傳輸?shù)膸?，如果發(fā)送的幀與接收的幀數(shù)量相等，那么就將發(fā)送速率提高并重新測試；如果接收幀少于發(fā)送幀則降低發(fā)送速率重新測試，直至得出最終結(jié)果。吞吐量測試結(jié)果以比特/秒或字節(jié)/秒表示.112.2.4 信道的誤碼率信道的誤碼率 誤碼率是指信道傳輸信號的出錯率，是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可靠性指標(biāo)。其公式為： P= NE /N 其中N為傳輸?shù)目偽粩?shù)；NE為傳錯的位數(shù)。通常計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)要求誤碼率低于10-6，即每傳送1兆位，不能多于一個

6、錯誤。122.3 信號傳輸模式信號傳輸模式 按照信號傳輸?shù)姆较蚣皶r間把傳輸方式分為單工方式、半雙工方式和全雙工方式。并且在傳輸過程中，又分為并行傳輸與串行傳輸。132.3.1 信道的交互方式信道的交互方式 信道的交互方式是指在一條物理信道上所允許的信號流動方向?？煞譃槿N： 1單工方式：廣播和電視 2半雙工方式：對講機(jī) 3全雙工方式:電話 2.3.2 并行傳輸與串行傳輸并行傳輸與串行傳輸 在計算機(jī)中，數(shù)據(jù)都是以字節(jié)或字為單位，來進(jìn)行處理的。而將這個數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時，則一條線路同一時刻只能傳輸信號的一位。如果將字節(jié)/字的各位分別在多條線路同時傳輸，稱為并行傳輸；如果只用一條線，讓信號以位為單位順序

7、傳輸，則稱為串行傳輸。2.3.3 串行通信中的同步控制串行通信中的同步控制 在計算機(jī)中，各部件間的工作是靠時鐘定時和定序的。在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，接收方和發(fā)送方的時序協(xié)調(diào)也要依靠時鐘來確定對每一位的采樣取值位置和時間間隔。然而，任何兩個系統(tǒng)間時鐘完全準(zhǔn)確的同步（一致）是不太可能的。隨著時鐘漂移（不一致）的積累，就將產(chǎn)生接收方取值位置和時間間隔的錯位，要么在某一位上多一次采樣，要么某一位被跳過。主解決這一問題，目前已經(jīng)形成異步傳輸和同步傳輸兩種同步技術(shù)。162.4 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 經(jīng)過編碼后的數(shù)據(jù)要在通信線路上進(jìn)行傳輸，最簡單的形式是在兩個互連的設(shè)備之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，但是，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點較多

8、的情況下，在任意兩個節(jié)點之間建立一條連線幾乎是不現(xiàn)實的，并且在廣域網(wǎng)中，兩個距離非常遠(yuǎn)的設(shè)備之間不可能有直接的連線，它們是通過通信子網(wǎng)來建立連接的。通信子網(wǎng)由傳輸線路和中間節(jié)點組成，當(dāng)數(shù)據(jù)源點沒有直接到目的地點的直線連接時，數(shù)據(jù)源點發(fā)出的數(shù)據(jù)先到達(dá)與它相連的中間節(jié)點，再通過中間節(jié)點向下一個中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，直至到達(dá)目的地，這個過程就稱為數(shù)據(jù)交換。2.4.1 電路交換電路交換 電路交換是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域最早使用的交換方式，多用于電話網(wǎng)絡(luò)交換。電路交換就是在數(shù)據(jù)傳輸期間，數(shù)據(jù)源節(jié)點與目的節(jié)點之間有一條利用中間節(jié)點構(gòu)成的一條專用的物理連接線路，這條線路被通信雙方獨占，而不能被其他節(jié)點使用，直到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。

9、如果兩個相鄰節(jié)點之間的通信容量很大時，這兩個相鄰節(jié)點之間可以同時有多個物理電路。利用電路交換技術(shù)完成的數(shù)據(jù)傳輸要經(jīng)歷建立電路、傳輸數(shù)據(jù)和電路拆除三個階段。182.4.2 報文交換報文交換 報文交換的基本過程是：采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換技術(shù)，將數(shù)據(jù)源節(jié)點一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊作為一個報文，連同目的地址等輔助信息發(fā)往中間節(jié)點，各中間節(jié)點收到報文后，先將它完整地接收下來存于緩沖區(qū)里，然后為它選擇一條合適的輸出線路，并把它排在相應(yīng)的輸出隊列中，等輸出線路空閑后再將它轉(zhuǎn)發(fā)給下一個中間節(jié)點，直至到達(dá)目的節(jié)點，最后傳給接收端。192.4.3 報文分組交換報文分組交換 報文分組交換的原理：分組交換技術(shù)類似于報文交換，分

10、組交換技術(shù)是限制信息的長度，將長報文分割成若干個一定長度的短信息（稱之為短信息），并以分組為單位進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，在接收端再將各分組重新組裝成一個完整的報文。 與報文交換相比，報文分組交換有如下特點：利用節(jié)點主存進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，不需訪問外存，處理速度加快，降低了傳輸延遲；較短的信息分組，其下一節(jié)點和線路的響應(yīng)時間也較短，可提高傳輸速率；短信息傳輸中出錯的概率小，即使有差錯重發(fā)的也只是一個分組，提高了傳輸效率；分組交換的數(shù)據(jù)報形式可使多個分組在網(wǎng)絡(luò)的不同鏈路上并發(fā)傳送，提高傳輸效率和線路利用率；可大大降低對節(jié)點存儲容量的要求。但是，分組交換要進(jìn)行組包、拆包和重裝過程，增加了報文的加工處理時間。202.

11、4.4 幀中繼交換幀中繼交換 幀中繼（Frame Relay）是以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)的高速分組交換技術(shù)。它利用數(shù)字系統(tǒng)的低誤碼率和高傳輸速率的特點，為用戶提供質(zhì)量更高的快速分組交換服務(wù)，是一種用于連接計算機(jī)系統(tǒng)的面向分組的通信方法。212.4.5 信元交換技術(shù)信元交換技術(shù) ATM是英文“Asynchronous Transfer Mode”(異步傳輸方式)的縮寫，它是一種面向連接的分組交換技術(shù)，在這種交換方式中，用于交換的分組長度都是固定的，一個分組的長度是53個字節(jié)，53個字節(jié)又被分成5個字節(jié)的頭部信息和48個字節(jié)的有效載荷信息，這些字節(jié)在網(wǎng)絡(luò)上一次一個字節(jié)的依次發(fā)送，從第1個字節(jié)一直到第5

12、3個字節(jié)。為了區(qū)分固定長度的分組和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中更常用的可變長度的分組，我們把固定長度的分組叫作信元（Cell）。ATM被認(rèn)為是信元交換的范例。222.5 介質(zhì)訪問方法介質(zhì)訪問方法 訪問控制方式是指控制網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點之間信息的合理傳輸，對信道進(jìn)行合理分配的方法。目前在局域網(wǎng)中常用的訪問控制方式，分為有線介質(zhì)訪問方法和無線訪問方法。232.5.1 有線介質(zhì)訪問方法有線介質(zhì)訪問方法 有線介質(zhì)訪問方法有三種：載波偵聽多路訪問(CSMA/CD)、令牌傳遞訪問和令牌總線(Token Bus).24載波偵聽多路訪問(CSMA/CD) 先聽后發(fā)，邊聽邊發(fā) 一旦沖突，立即停發(fā) 等待時機(jī)，然后轉(zhuǎn)發(fā)2.5.2 無線訪問方法無線訪問方法 我們知道總線型局域網(wǎng)在MAC層的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是CSMA/CD，即載波偵聽多點接入/沖突檢測（Ca