網(wǎng)絡(luò)與通訊基礎(chǔ)

1、網(wǎng)絡(luò)與通訊基礎(chǔ)一、基本概念 1.總線協(xié)議 管理主、從設(shè)備使用總線的規(guī)則稱為”總線協(xié)議” (網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 - ) 2. 總線及總線段 (1) 總線 遵從同一技術(shù)規(guī)范和操作方式的信息傳輸 (2) 總線段 一組設(shè)備通過總線連在一起稱為總線段.多個總線段互聯(lián)組成網(wǎng)絡(luò) 總線段1 3.總線主設(shè)備 發(fā)起信息傳輸?shù)脑O(shè)備稱為主設(shè)備. (在物理上不分主設(shè)備,在邏輯上分)4. 總線從設(shè)備 對總線信息進行接收,查詢的設(shè)備稱為總線從設(shè)備. 5. 總線操作 主、從設(shè)備完成一次連接 、數(shù)據(jù)傳送、脫開操作稱為 一次總線操作。6.總線仲裁 總線設(shè)備使用總線的管理規(guī)則，決定哪一個主設(shè)備是下一個占有總線的設(shè)備。 總線在傳輸信息操作的過

2、程中,有時會發(fā)生沖突,為解決這種沖突,就需要對總線占有權(quán)進行仲裁。27.出錯檢測 在總線上傳送信息時,會因噪聲和干擾而出錯,因此在總線傳輸過程中要有檢出傳輸數(shù)據(jù)錯誤的方法 偵錯: 奇偶校驗,CRC校驗 糾錯: ECC校驗8. 總線容錯 容錯設(shè)計: 設(shè)備在總線上傳送信息出錯時 ,如何減少故障對系統(tǒng)的 影響。 （1）如何將故障分離或關(guān)閉。 （2）如何啟用備用路徑。 （3）如何啟用備用設(shè)備。3二、通信系統(tǒng)簡介2.1通信系統(tǒng)組成信息源編碼調(diào)制傳輸介質(zhì)解調(diào)解碼信的4 2.2 數(shù)據(jù)編碼 (1) 模擬數(shù)據(jù)編碼 調(diào)幅ASK調(diào)頻FSK調(diào)相PSK1 10 01ASKFSKPSK5(2)數(shù)字編碼A。編碼的意義:解決

3、數(shù)據(jù)頻帶和同步的問題B。曼徹斯特編碼: a.前半周期位的反碼 b. 后半周期位的原碼特點:(1)每一位數(shù)據(jù)都有一時鐘信息，解決數(shù)據(jù)同步問題。(2) 若是全”1”和全”0”,數(shù)據(jù)不存在”直流”現(xiàn)象。數(shù)據(jù)時鐘編碼10 0 1 0 1 0 1 1 62.3 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) 局域網(wǎng) (1) 距離在10公里以內(nèi) (2)傳輸速率在0.1-10Mbps,誤碼率低于 10E-8 。 (3)傳輸介質(zhì):雙絞線,同軸電纜,電話線。 網(wǎng)絡(luò)拓撲: 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),減少節(jié)點, 縮短通信距離。1.星形拓撲 (1)任何站通訊都通過中心站。中心站要維持多路并行通訊,所以結(jié)構(gòu)復雜。 (2) 對端站性能要求低。 (3) 端站無多機通訊

4、要求。 (4) 適合通訊速率低,端站密集場合。中心站端站72.環(huán)形拓撲 端站連接站連結(jié)站:接收、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)。優(yōu)點: 鏈路單向,可采用光纖缺點: 一個節(jié)點故障會引起全網(wǎng)故障。環(huán)形網(wǎng)存在沖突問題。 解決方法令牌收到令牌的站有權(quán)發(fā)送數(shù)據(jù)。83.總線拓撲(1) 一個站發(fā)送,其他站可同時接收(適用廣播式)(2) 總線無方向，簡單可靠。(3) 由仲裁機制決定哪個站使用總線。優(yōu)點: A.增減站點方便。 B.總線沒有處理功能,簡單可靠。 總線94.樹形拓撲適合主次分等級的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障點容易隔離不適合最終端點間頻繁通信HUB根102.4 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)1.介質(zhì)的性能要求 (1)物理性能要求 傳輸介質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)描述

5、(雙絞線,光纖,同軸電纜) (2)傳輸特性 傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬信號的傳輸容量,傳輸頻率范圍。 (3)連通特性 點對點,點對多點的連接性能。 (4)抗干擾性 傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對傳輸?shù)挠绊憽?112.各種介質(zhì)及其主要特性 (1) 雙絞線 a.物理性 一對雙絞線只能作一條通信線路,雙絞線的目的是減少各線間的電磁干擾。 b.傳輸性 帶寬可達 268kHz c.連通性 可以點對點,也可以多點連接。 d. 抗干擾性 低頻時抗干擾能力相當于同軸電纜,高頻時(10-100kHz低于同軸電纜。保護層屏蔽層雙絞線12(2) 同軸電纜 a.物理性 內(nèi)導體 絕緣層 外導體 保護層 b.傳輸特性 基帶

6、同軸:數(shù)字信號 10M bps 。 寬帶同軸:頻分多路復用 400Mbps 。 c. 連通性 支持點對點,也支持多點連接。 d.抗干擾性 抗干擾性較強。13(3)光纖 a.物理特性 光纖 包層 保護層 光導介質(zhì) 50-100 um b.傳輸性 光纖傳輸速率可達幾千Mbps c.連通性 :連通性不好,只能點對點。 d.抗干擾性 :抗干擾性強,保密性好。光纖芯包層電光轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換光纖輸入輸出保護層142.5 介質(zhì)訪問控制方式 介質(zhì)訪問方式 a. 隨機訪問方式(總線爭用) b. 控制訪問方式(令牌總線)CSMA/CD 方式 (載波監(jiān)聽/沖突檢測) 原則: 先聽后講,沖突退避。 工作過程: a.每個

7、工作站在發(fā)送信息前,先監(jiān)聽傳輸線是否 忙。 b. 若介質(zhì)空閑,則發(fā)送信息,若忙則等待。 *等待時間短,優(yōu)先級高,等待的三種方式。 (1) 不堅持CSMA 介質(zhì)空閑則發(fā)送信息,若忙則等待一個隨機時間再試。 缺點: 介質(zhì)有空閑時間。 A B15(2)1_堅持CSMA a.介質(zhì)空閑則發(fā)送信息 b.若介質(zhì)忙,繼續(xù)監(jiān)聽,直到介質(zhì)空閑立即發(fā)送。 c.若沖突,則等待隨機時間再試。(3) P_堅持CSMA 若介質(zhì)空閑則以P概率發(fā)送,以(1-P)概率延遲時間發(fā)送。 若介質(zhì)忙則監(jiān)聽。 這種方式:越忙越亂2. 令牌訪問控制 原則:a.有序傳遞介質(zhì)訪問權(quán)(令牌) b.得到令牌的站,有數(shù)據(jù)則發(fā)送,無數(shù)據(jù)則將令牌下傳。t

8、1t2 #1 #2 #3 #4162.6 差錯控制1. 檢錯與糾錯 檢錯:發(fā)現(xiàn)接收是誤碼. 糾錯:發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤.基本思想: a. 使報文含有發(fā)現(xiàn)差錯的冗余信息。 b. 使報文帶有足夠的冗余信息,在接收端發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤。2. CRC 校驗 (Cyclie Redundancy Check ) (1)原理:設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)為二進制多項式f(x) 例.設(shè)二進制數(shù)為 1011001011,二進制多項式為17計算 G(x) : 特征多項式, Q(x):商, R(x):余數(shù)檢錯方法: a.雙方約定G(x) b.將f(x)和R(x)一起發(fā)送 c.在接收端計算 =0 接收正確 接收錯誤(2)方法: (a) 將 余

9、數(shù)18k為特征多項式G(x)的最高次冪(b) R(x)為余數(shù)多項式(c) 將 發(fā)送(d) 在接收端計算 余數(shù) =0 數(shù)據(jù)正確 0 數(shù)據(jù)錯誤說明: a. CRC只對余數(shù)感興趣 b. CRC一般由硬件完成 同余法則: 加法不進位,減法不借位 異或 異或: 相同為0, 不同為 119例: a).發(fā)送數(shù)據(jù) 110011 b). 特征多項式 11001 c). K=4 d). e).發(fā)送數(shù)據(jù) = 1100111001 f). 接收端接收的數(shù)據(jù) 1100111001 g).數(shù)據(jù)恢復 k =4 向右移4位 f(x)=110011 20說明: a. CRC校驗增加R(x)的傳輸時間 b. G(x) 國際標準

10、CRC-12 CRC-16 c. CRC檢錯能力 . 能檢出全部單個錯誤 .能檢出全部離散的二位錯誤 .能檢出全部奇數(shù)個錯誤 212.7開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI) (Open System Interconnextion)目的:使各廠商開發(fā)的不同網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互連 方法: 制定一個公開系統(tǒng)規(guī)范及實現(xiàn)方法標準:OSI 參考模型版本: 國際標準 ISO7498 1983年2.7.1 OSI 參考模型(分層模型)1.基本思想 (1).強調(diào)對OSI標準的遵從,保證相關(guān)標準的一致性和兼容性。 (2).不強調(diào)具體的互連技術(shù)和手段的統(tǒng)一性和開放性。網(wǎng)絡(luò)分層: a).各層相對獨立 b).各層間交互通過接口 c)

11、.高層直接使用低層提供的服務(wù)來實現(xiàn)本層的功能。222. OSI結(jié)構(gòu)應(yīng)用層表示層物理層會話層傳輸層物理層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會話層表示層應(yīng)用層7654321路由器網(wǎng)關(guān)網(wǎng)橋 1-3 層功能稱為低層功能 - 通信傳送功能 4-7 層功能稱為高層功能 - 通信處理功能232.7.2 物理層協(xié)議 1.物理層的功能和特性 (1) 機械特性: 連接器的尺寸,結(jié)構(gòu),引排列 (2) 電器特性:信號電平,驅(qū)動能力,阻抗,速率等。 (3)功能特性:信號定義,功能分配 (4)規(guī)程特性:信號傳輸?shù)囊唤M操作過程 2. RS-232 物理接口標準 (1) 機械特性: DB-25 , DB-9連接器. (2)電器特

12、性: a). 邏輯“1” -5 - -15V , 邏輯“0” +5 - +15V b). 速度 20kbps ,距離15m24(3) 功能特性 引腳 2 RXD 、 3 TXD 、 5 GND 、 4 DTE、 7 RTS。(4) 規(guī)程特性 DTE準備好 DCE準備就緒RTS請求發(fā)送CTS允許發(fā)送發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器RS| 23225 2.7.3 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議基本思想: (1) 將數(shù)據(jù)包分割,封裝成數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀。 (2) 針對具體硬件(FIFO)確定數(shù)據(jù)幀長度。目的: 提高數(shù)據(jù)傳輸效率,為上層提供透明無差錯服務(wù)。物理層鏈路層物理層鏈路層起始 地址 控制 數(shù)據(jù) 校驗 結(jié)束數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)塊n數(shù)據(jù)

13、包介質(zhì)26數(shù)據(jù)鏈路功能 (1) 將報文分成數(shù)據(jù)塊。 (2) 封裝數(shù)據(jù)幀 (a).加起始、結(jié)束標志。 (b).源地址,目的地址。 (c).歸屬報文,塊序號。 (3) 差錯控制信息 CRC 校驗、異或和、累加和等: (4) 建立數(shù)據(jù)鏈路,完成 數(shù)據(jù)傳輸。 (5) 拆除數(shù)據(jù)鏈路結(jié)束通信。272.7.4 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 目的:以最佳路徑通過網(wǎng)絡(luò)到達目的端. 功能: (1) 提供有效的路由選擇. (2) 控制數(shù)據(jù)流量,防止網(wǎng)絡(luò)死鎖基本思想: 1. 數(shù)據(jù)報服務(wù)(郵政系統(tǒng)) 將數(shù)據(jù)分成若干組,可以經(jīng)過不同的路徑傳送,到達目的的順序和發(fā)送的順序可以不同. 2.虛電路服務(wù)(電話系統(tǒng)) (a). 源和目的建立邏輯通道 (b).有序傳輸報文 (c).通訊結(jié)束,拆除通道.ABCDFEP3P2P1P2P1P3P2P1P1P3P2P1P3P2P3數(shù)據(jù)報服務(wù)28比較: (1) 虛電路:服務(wù)質(zhì)量好,服務(wù)費用大,網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性差。 (2) 數(shù)據(jù)報:網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障和阻塞回自動調(diào)整路由)。2.7.5 傳輸層及高層協(xié)議 1.傳輸層 目的:為源端機到目的機提供可靠的端對端通訊(與具體網(wǎng)絡(luò)無關(guān)) 功能:(1)建立傳輸連接:網(wǎng)絡(luò)層成組,將數(shù)據(jù)塊提供給傳輸層。 (2) 分解報文: 將數(shù)據(jù)分