現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)-計算機通信網(wǎng)絡(Internet)-調(diào)研報告

1、現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)計算機通信網(wǎng)絡(Internet)-調(diào)研報告 指導老師：趙建立 班級：通信1403 姓名：李泰銳 學號：2014030103082017年4月15日關于計算機通信網(wǎng)絡(Internet)的現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)調(diào)研報告1、 概述將若干臺具有獨立功能的計算機通過通信設備及傳輸媒體互相連接起來，在通信軟件的支持下，實現(xiàn)計算機間信息傳輸與交換的系統(tǒng)稱為計算機通信網(wǎng)。計算機通信網(wǎng)涉及到計算機和通信兩個領域。計算機與通信的結合是計算機通信網(wǎng)產(chǎn)生的主要條件。一方面，通信網(wǎng)絡為計算機之間的數(shù)據(jù)傳送和交換提供了必要的手段；另一方面，計算機技術的發(fā)現(xiàn)滲透到通信技術中，又提高了通信網(wǎng)的各種性能。當然，這

2、兩大方面的進步都離不開人們在微電子技術上取得的巨大成就。計算機與通信的結合對計算機體系的構造有著深遠的影響，一臺單個計算機滿足所有計算任務的老模式已被一個由大量分散的但又互相連接的計算機群的集合所代替這就是計算機通信網(wǎng)絡。它的發(fā)展大致分為4個階段：聯(lián)機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信、面向終端的計算機通信網(wǎng)、多機互聯(lián)系統(tǒng)，計算機通信網(wǎng)絡。其中前3種計算機通信系統(tǒng)的特點是面向終端的以單個主機為中心的量型網(wǎng)，各終端通信線路共享主機的軟硬件資源。而真正的計算機通信網(wǎng)絡則以通信予網(wǎng)為中心，主機和終端都處在網(wǎng)絡的外圍，它們構成了用戶資源予網(wǎng)。用戶不僅共享通信子網(wǎng)的資源，而且還可以共享用戶資源子網(wǎng)的硬件、軟件及信息資源。由

3、于這些主機鄙是獨立自主的計算機，本身帶有各自的硬件和軟件資源，擁有大量有用的信息，它們之間的通信以資源共享為目的，因而在前面所提及的第4個階段才形成了真正意義上的計算機網(wǎng)絡。 計算機通信亦使得傳統(tǒng)通信方式發(fā)生了巨大變化，其發(fā)展總趨勢已經(jīng)具有和正在具有以下特征：通信形式從聽覺為主到視覺為主，通信傳輸信號從模擬為主到數(shù)字為主，通信傳輸手段從低速電話線為主到高速寬帶為主，通信設備從分立元件構成體積龐大為主到模塊化微型化為主。隨著數(shù)字通信的 進一步發(fā)展，計算機技術正在應用到通信領域的各個方面.2、 系統(tǒng)結構計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)：計算機通信網(wǎng)的主要任務或者說作用可以歸納為以下幾點：數(shù)據(jù)傳輸，這是最主要的任務；

4、提供資源共享；提高系統(tǒng)可靠性；進行分布式處理；對分散對象提供實時集中控制與管理；節(jié)省軟、硬件設備的開銷；方便用戶，易于擴充。組成：計算機通信網(wǎng)由一系列計算機終端、具有信息處理和交換能力的節(jié)點及節(jié)點間的傳輸線路組成。從邏輯功能上可以將計算機通信網(wǎng)分為兩大部分：用戶資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)。邏輯結構：1.用戶資源子網(wǎng)用戶資源子網(wǎng)由主機、終端及終端控制器等組成，負責全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務，向網(wǎng)絡用戶提供各種網(wǎng)絡資源與網(wǎng)絡眼務。 （1）主機。主機（主計算機）可以是大型機、中型機、小型機、工作站或微機，是用戶資源子網(wǎng)的主要組成單元，它通過一條高速通信線路與通信子網(wǎng)的某一節(jié)點相連，主要負責數(shù)據(jù)處理，為各終端用戶訪問

5、網(wǎng)絡和其它主機設備、共享資源提供服務。普通用戶終端可以通過主機入網(wǎng)。（2）終端和終端控制器。終端可以是簡單的輸入， 輸出終端，也可以是帶有徼處理器的智能終端。智能終端除具有輸入、輸出信息的功能外，本身還具有存儲與處理信息的能力。終端可以通過主機連入網(wǎng)內(nèi)也可以通過終端控制器等連入網(wǎng)內(nèi)。終端控制器用來控制一組終端，以減少這些終端本身應具備的控制功能，因此也減少了終端的成本。終端控制器提供的功能包括：對有關鏈路的控制以及為各終端提供網(wǎng)絡協(xié)議接口。2.通倍子網(wǎng)通信子網(wǎng)是由網(wǎng)絡節(jié)點（即交換機，也叫通信控制處理機）及連接它們的傳輸鏈路構成的。它包括網(wǎng)絡節(jié)點和傳輸鏈路。（1） 網(wǎng)絡節(jié)點。它一般由小型機或微型

6、機配置通信 控制硬件和軟件構成。網(wǎng)絡節(jié)點具有雙重作用：一方面作為與主機、終端的接口節(jié)點，將主機和終端連入網(wǎng)內(nèi)，提供諸如信息的接收和發(fā)送以及信息傳輸狀態(tài)的監(jiān)視等能；另一方面又作為通倍子網(wǎng)中的分組存儲-轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，完成分組的接收、檢驗、存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能，實現(xiàn)將源主機的信息準確發(fā)送到目的主機的作用。（2） 傳輸鏈路。傳輸鏈路是指用來傳輸數(shù)據(jù)的信道。傳輸媒介可以是雙絞線、同軸電纜、光纖、微波及微型通信信道。為了提供更大的帶寬或為了提高網(wǎng)絡的可靠性，有時可以在相鄰節(jié)點間使用多條鏈路。拓撲結構：1. 星型結構特點：通信協(xié)議簡單，站點故障容易檢測和隔離。連線費用大，中央站點要求高。2. 總線結構特點：連線總長度小

7、于星型結構，站點容易擴充和刪除?？偩€任務重，易產(chǎn)生瓶頸問題。3. 環(huán)形機構特點：傳輸速率高，傳輸距離遠。一個站點的故障會引起整個網(wǎng)絡的崩潰。4. 樹形結構特點：容易擴展，故障容易分離處理。對根的依賴性很大，根發(fā)生故障將導致整個系統(tǒng)的崩潰。5. 混合型結構特點：結合不同拓撲結構的優(yōu)點。3、 舉例分析信號流的傳輸過程（結合數(shù)字 通信系統(tǒng)結構圖的分析）數(shù)字通信：強調(diào)已調(diào)參量與代表消息的數(shù)字信號之間的一一對應關系。數(shù)字信號：凡在時間上離散，且表征消息的某一參量只能取有限個數(shù)值的信號。數(shù)字通信系統(tǒng)結構圖：而現(xiàn)代通信的主要標志是通信技術和計算機技術、數(shù)字信號處理技術的融合。信號流的傳輸過程：我們知道現(xiàn)在的

8、互聯(lián)網(wǎng)中使用的TCP/IP協(xié)議是基于，OSI（開放系統(tǒng)互聯(lián)）的七層參考模型的，（雖然不是完全符合）從上到下分別為：應用層、表示層、會話層、 傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。其中數(shù)據(jù)鏈路層又可是分為兩個子層分別為邏輯鏈路控制層（Logic Link Control，LLC ）和介質(zhì)訪問控制層（(Media Access Control，MAC )也就是平常說的MAC層。LLC對兩個節(jié)點中的鏈路進行初始化，防止連接中斷，保持可靠的通信。MAC層用來檢驗包含在每個楨中的地址信息。在下面會分析到。還要明白一點路由器是在網(wǎng)路層的，而網(wǎng)卡在數(shù)據(jù)鏈路層。   我們知道，ARP（Add

9、ress Resolution Protocol，地址轉(zhuǎn)換協(xié)議）被當作底層協(xié)議，用于IP地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。在以太網(wǎng)中，所有對IP的訪問最終都轉(zhuǎn)化為對網(wǎng)卡MAC地址的訪問。如果主機A的ARP列表中，到主機B的IP地址與MAC地址對應不正確，由A發(fā)往B數(shù)據(jù)包就會發(fā)向錯誤的MAC地址，當然無法順利到達B，結 果是A與B根本不能進行通信。   首先我們分析一下在同一個網(wǎng)段的情況。一個最基本的網(wǎng)絡拓撲結構：假設有兩臺電腦分別命名為A和B，A需要相B發(fā)送數(shù)據(jù)的話，A主機首先把目標設備B的IP地址與自己的子網(wǎng)掩碼進行“與”操作，以判斷目標設備與自己是否位于同一網(wǎng)段內(nèi)。如果目標設備在同

10、一網(wǎng)段內(nèi)，并且A沒有獲得與目標設備B的IP地址相對應的MAC地址信息，則源設備（A）以第二層廣播的形式(目標MAC地址為全1)發(fā)送ARP請求報文，在ARP請求報文中包含了源設備（A）與目標設備（B）的IP地址。同一網(wǎng)段中的所有其他設備都可以收到并分析這個ARP請求報文，如果某設備發(fā)現(xiàn)報文中的目標IP地址與自己的IP地址相同，則它向源設備發(fā)回ARP響應報文，通過該報文使源設備獲得目標設備的MAC地址信息。為了減少廣播量，網(wǎng)絡設備通過ARP表在緩存中保存IP與MAC地址的映射信息。在一次 ARP的請求與響應過程中，通信雙方都把對方的MAC地址與IP地址的對應關系保存在各自的ARP表中，以在后續(xù)的通

11、信中使用。ARP表使用老化機制，刪除在一段時間內(nèi)沒有使用過的IP與MAC地址的映射關系。如果中間要經(jīng)過交換機的話，根據(jù)交換機的原理，它是直接將數(shù)據(jù)發(fā)送到相應端口，那么就必須保有一個數(shù)據(jù)庫，包含所有端口所連網(wǎng)卡的MAC地址。它通過分析Ethernet包的包頭信息（其中包含不原MAC地址，目標MAC地址，信息的長度等信息），取得目標B的MAC地址后，查找交換機中存儲的地址對照表，（MAC地址對應的端口），確認具有此MAC地址的網(wǎng)卡連接在哪個端口上，然后將數(shù)據(jù)包發(fā)送到這個對應的端口，也就相應的發(fā)送到目標主機B上。這樣一來，即使某臺主機盜用了這個IP地址，但由于他沒有這個MAC地址，因此也不會收到數(shù)據(jù)

12、包。   現(xiàn)在我們討論兩臺不在同一個網(wǎng)段中的主機，假設網(wǎng)絡中要從主機PC-A發(fā)送數(shù)據(jù)包PAC到PC-C主機中，如下圖所示：PC-A并不需要獲取遠程主機（PC-C）的MAC地址，而是把IP分組發(fā)向缺省網(wǎng)關，由網(wǎng)關IP分組的完成轉(zhuǎn)發(fā)過程。如果源主機（PC-A）沒有缺省網(wǎng)關MAC地址的緩存記錄，則它會通過ARP協(xié)議獲取網(wǎng)關的MAC地址，因此在A的ARP表中只觀察到網(wǎng)關的MAC地址記錄，而觀察不到遠程主機的 MAC地址。在以太網(wǎng)(Ethernet)中，一個網(wǎng)絡設備要和另一個網(wǎng)絡設備進行直接通信，除了知道目標設備的網(wǎng)絡層邏輯地址(如IP地址)外，還要知道目標設備的第二層物理地址(MA

13、C地址)。ARP協(xié)議的基本功能就是通過目標設備的IP地址，查詢目標設備的MAC地址，以保證通信的順利進行。    數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡中的發(fā)送是一個及其復雜的過程，上圖只是一種很簡單的情況，中間沒有過多的中間節(jié)點，其實現(xiàn)實中只會比這個更復雜，但是大致的原理是一致的。（1）PC-A要發(fā)送數(shù)據(jù)包到PC-C的話，如果PC-A沒有PC-C的IP地址，則PC-A首先要發(fā)出一個dns的請求，路由器A或者dns解析服務器會給PC-A回應PC-C的ip地址，這樣PC-A關于數(shù)據(jù)包第三層的IP地址信息就全了：源IP地址：PC-A，目的ip地址：PC-C。（2）接下來PC-A要知道如何到達P

14、C-C，然后，PC-A會發(fā)送一個arp的地址解析請求，發(fā)送這個地址解析請求，不是為了獲得目標主機PC-C的MAC地址，而是把請求發(fā)送到了路由器A中，然后路由器A中的MAC地址會發(fā)送給源主機PC-A，這樣PC-A的數(shù)據(jù)包的第二層信息也全了，源MAC地址：PC-A的MAC地址，目的MAC地址：路由器A的MAC地址，（3）然后數(shù)據(jù)會到達交換機A,交換機A看到數(shù)據(jù)包的第二層目的MAC地址，是去往路由器A的，就把數(shù)據(jù)包發(fā)送到路由器A，路由器A收到數(shù)據(jù)包，首先查看數(shù)據(jù)包的第三層ip目的地址，如果在自己的路由表中有去往PC-C的路由，說明這是一個可路由的數(shù)據(jù)包。（4）然后路由器進行IP重組和分組的過程。首先

15、更換此數(shù)據(jù)包的第二層包頭信息，路由器PC-A到達PCC要經(jīng)過一個廣域網(wǎng)，在這里會封裝很多廣域網(wǎng)相關的協(xié)議。其作用也是為了找下一階段的信息。同時對第二層和第三層的數(shù)據(jù)包重校驗。把數(shù)據(jù)經(jīng)過Internet發(fā)送出去。最后經(jīng)過很多的節(jié)點發(fā)送到目標主機PC_C中。結合數(shù)字通信系統(tǒng)結構框圖來看這個例子：信息源：即使電腦要向電腦所要發(fā)送的數(shù)據(jù)（由電腦系統(tǒng)和各種軟件所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流）加密、解密：在表示層上：用于處理在兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，主要包括數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)的加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復等功能。而等聊天軟件，網(wǎng)銀等對數(shù)據(jù)加密有更高要求的軟件和協(xié)議，在加密時，會使用多層更為復雜的加密程序。他們的任

16、務就是：加密數(shù)據(jù)、解密數(shù)據(jù)、驗證數(shù)據(jù)的完整性、實現(xiàn)數(shù)字簽名、通過網(wǎng)絡傳輸保密信息。加密方式有對稱加密和非對稱加密等。編碼、譯碼：在中包含：在Internet計算機通信使用的是數(shù)據(jù)包；一個數(shù)據(jù)包結構是這樣的：第一段是目標ip，接著是內(nèi)容，然后是發(fā)送者ip。調(diào)制器、解調(diào)器：即計算機傳輸中所要用到的調(diào)制解調(diào)器（Modem）。它能把計算機的數(shù)字信號翻譯成可沿普通電話線傳送的模擬信號，而這些模擬信號又可被線路另一端的另一個調(diào)制解調(diào)器接收，并譯成計算機可懂的語言。這一簡單過程完成了兩臺計算機間的通信。信道：即用來傳輸數(shù)據(jù)的信道。傳輸媒介一般是雙絞線。它是由兩根具有絕緣保護層的銅導線組成的。把兩根絕緣的銅導

17、線按一定密度互相絞在一起，每一根導線在傳輸中輻射出來的電波會被另一根線上發(fā)出的電波抵消，有效降低信號干擾的程度。噪聲源：一般有：電磁干擾（EMI）和射頻干擾（RFI），他們都是從電子設備或者傳輸電纜里發(fā)出的波，發(fā)動機，電源，電視，熒光燈等都會產(chǎn)生EMI和RFI，廣播電臺和電視塔的強廣播也會產(chǎn)生RFI的四、當前的發(fā)展狀況和發(fā)展方向隨著Internet的發(fā)展，我們面對的計算機網(wǎng)絡逐漸向以數(shù)據(jù)通信技術及數(shù)據(jù)通信網(wǎng)作為支撐的全球性計算機網(wǎng)的發(fā)展目標不斷發(fā)展，從其整體角度看，其未來的發(fā)展趨勢越來越側(cè)重于向全球多媒體網(wǎng)絡的形式發(fā)展。從其具體的方面看，電信業(yè)務數(shù)據(jù)化和網(wǎng)絡綜合化推動著網(wǎng)絡通信的進步，計算機網(wǎng)

18、絡通信技術將實現(xiàn)電信、數(shù)據(jù)、有線電視“三網(wǎng)合一”或更多網(wǎng)絡的融合。而緊隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活對計算機網(wǎng)絡通信的依賴越來越大，信息安全的重要性和緊迫性日益突出，密碼理論、密碼算法、安全協(xié)議、網(wǎng)絡安全和信息隱藏等技術發(fā)展很快。國外計算機網(wǎng)絡通信領域不斷提高創(chuàng)新力度，發(fā)展先進技術，嚴重的沖擊著我國的網(wǎng)絡通信市場，我國計算機網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與機遇。互聯(lián)網(wǎng)時代，上網(wǎng)設備呈多元化發(fā)展，新一代的計算機已將網(wǎng)絡接口集成到主板上，網(wǎng)絡功能已嵌入到操作系統(tǒng)之中，智能大樓的興建已經(jīng)和計算機網(wǎng)絡布線同時、同地、同方案施工。其中計算機網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在以下幾方面：1、移動通信技

19、術逐漸成熟，高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊技術具有極強的發(fā)展?jié)摿Γ?G網(wǎng)絡通信技術的應用不斷廣泛地在市場中擴展開來，其優(yōu)點是能極大地增加系統(tǒng)容量、提高通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。它能夠滿足市場對移動網(wǎng)絡通信容量和品質(zhì)的高要求，具有頻譜利用率高、話音質(zhì)量好、保密性強、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點，可以大量減少投資和降低運營成本。2、目前寬帶城域網(wǎng)正成為通信信息化建設的熱點，DWDM的巨大帶寬和傳輸數(shù)據(jù)的透明性，開始成為當今光纖應用領域的首選技術。未來要在接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)中完全實現(xiàn)光纖傳輸代替銅線傳輸。近年來隨著寬帶中國戰(zhàn)略進程的推進，國內(nèi)三大電信運營商加快光網(wǎng)城市建設的步伐，我國光通信產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出高速增長態(tài)勢。3、由于網(wǎng)絡接入技術在計算機網(wǎng)絡通信領域中占重要的地位，所以我國一直在促進它的發(fā)展，為用戶提供端到端的寬帶連接。在光纖接入、同軸接入、無線接入、銅線接入等傳統(tǒng)新型接入技術中，進一步鞏固