計(jì)算機(jī)通信整本書(shū)課件完整版電子教案(最新)

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信 21世紀(jì) 第1章 緒論第2章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)第3章 物理層中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?章 數(shù)據(jù)鏈路控制第5章 局域網(wǎng)技術(shù)第6章 網(wǎng)絡(luò)互連及通信第7章 端到端的傳輸服務(wù)第8章 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用第9章 網(wǎng)絡(luò)多媒體通信第10章 網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)?zāi)?錄2022年8月26日第1章 緒 論 主要內(nèi)容:1.1 何謂計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信1.2 網(wǎng)絡(luò)通信研究的內(nèi)容1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成1.4 分組交換1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展本章目標(biāo): 了解環(huán)境, “感覺(jué)” 網(wǎng)絡(luò)為課程內(nèi)容進(jìn)行鋪墊使用方法:全面講述網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)使用因特網(wǎng)作為實(shí)例1.1 何謂計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信圖1-1 一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)2022年8月26日因特網(wǎng): 工程視

2、角協(xié)議: 控制報(bào)文的收發(fā)e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP因特網(wǎng): “萬(wàn)網(wǎng)之網(wǎng)”松散的層次結(jié)構(gòu)公共的Internet（因特網(wǎng)） vs. 專有的 intranet（內(nèi)聯(lián)網(wǎng)）因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)RFC: Request for commentsIETF: Internet Engineering Task Force（因特網(wǎng)工程部）2022年8月26日l(shuí)ocal ISPcompanynetworkregional ISProuterworkstationservermobile因特網(wǎng): 工程視角數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的互聯(lián)計(jì)算設(shè)備: 主機(jī), 端接系統(tǒng)Pc工作站, 服務(wù)器PDA電話, 智能家電運(yùn)行

3、 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序通信鏈路光纖, 銅纜, 無(wú)線電,衛(wèi)星路由器: 將數(shù)據(jù)分組(數(shù)據(jù)塊)轉(zhuǎn)發(fā)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)2022年8月26日l(shuí)ocal ISPcompanynetworkregional ISProuterworkstationservermobile計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是利用通信設(shè)備和線路將分布在地理位置不同的、具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，在功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件（網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等）的控制下，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)資源共享、互操作和協(xié)同工作的系統(tǒng)。2022年8月26日1.2 網(wǎng)絡(luò)通信研究的內(nèi)容1.2.1 數(shù)據(jù)通信基本原理1.2.2 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)施1.2.3 以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的通信網(wǎng)絡(luò)1.

4、2.4 網(wǎng)絡(luò)通信軟件1.2.5 需要解決的其他問(wèn)題2022年8月26日1.2.1 數(shù)據(jù)通信基本原理數(shù)據(jù)通信主要研究如何通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)將攜帶信息的數(shù)據(jù)以某種信號(hào)方式從信源（發(fā)送方）安全、可靠地傳輸?shù)叫潘蓿ń邮辗剑?shù)據(jù)通信所涉及的內(nèi)容主要包括 :1模擬和數(shù)字傳輸2兼容性3接口4網(wǎng)絡(luò)互連參考模型5協(xié)議6數(shù)據(jù)同步方式2022年8月26日1模擬和數(shù)字傳輸在通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)是以電信號(hào)的形式從一端傳到另一端的。一般，模擬信號(hào)用來(lái)表示語(yǔ)音、圖像等模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)用來(lái)表示文本、字符串等數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。但如果使用調(diào)制解調(diào)器(Modem)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)也能用模擬信號(hào)表示；使用編碼譯碼器，模擬信號(hào)也能用數(shù)字信號(hào)表示。 2

5、022年8月26日2兼容性位于通信網(wǎng)絡(luò)上的任何兩個(gè)結(jié)點(diǎn)要進(jìn)行通信，必須首先具備某些先決條件。例如兩個(gè)人要交換想法，必須找一個(gè)地方以相同的語(yǔ)言說(shuō)話，否則因語(yǔ)言交換有障礙而無(wú)法彼此進(jìn)行交流。在網(wǎng)絡(luò)通信中，設(shè)備之間進(jìn)行通信也必須用相同的語(yǔ)言并遵循彼此都了解的規(guī)則，在一些地方還必須設(shè)置某種機(jī)構(gòu)以確保數(shù)據(jù)從一種設(shè)備送到另一種設(shè)備而無(wú)錯(cuò)誤。然而，若數(shù)據(jù)通信設(shè)備使用多種語(yǔ)言及若干不同的規(guī)則，會(huì)在通信中引起某些混亂。對(duì)此，通信的標(biāo)準(zhǔn)化和各通信設(shè)備的兼容性是首先要考慮的問(wèn)題，也是數(shù)據(jù)通信的必備條件。2022年8月26日3接口通信網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般都不相同，在不同計(jì)算機(jī)之間通信，一種可行的辦法就是研制一個(gè)大家

6、彼此都能接受的通信接口。一個(gè)接口(Interface)是兩個(gè)通信設(shè)備之間的物理連接。由于通信網(wǎng)絡(luò)的布局已超出省界、國(guó)界，所以還要求這種通信接口應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化，使各種通信設(shè)備之間都能實(shí)現(xiàn)收發(fā)。美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA(Electronics Industries Association)推薦的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)界面RS-232已為大家所接受，它用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間的連接。除EIA RS-232外，還有其他一些接口標(biāo)準(zhǔn)。2022年8月26日4網(wǎng)絡(luò)互連參考模型為了建立一個(gè)開(kāi)放的、能為大多數(shù)機(jī)構(gòu)和組織承認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)互連標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Organization for Stan

7、dardization，ISO)在充分考慮到已有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，由ISO分委員會(huì)提出了開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM）。OSI參考模型定義了異構(gòu)計(jì)算機(jī)連接標(biāo)準(zhǔn)的框架結(jié)構(gòu)，為連接分布式應(yīng)用處理的“開(kāi)放”系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ)。所謂“開(kāi)放”是指任何兩個(gè)系統(tǒng)只要遵守參考模型和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，都能夠進(jìn)行互連。雖然OSI參考模型的實(shí)際應(yīng)用意義不是很大，但對(duì)于理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議內(nèi)部的運(yùn)作是很有幫助的。2022年8月26日5協(xié)議什么是協(xié)議?2022年8月26日人們交往的協(xié)議:“現(xiàn)在幾點(diǎn)了?”“我有個(gè)問(wèn)題.”彼此作自我介紹定義發(fā)

8、送的信息定義信息接收后,或某個(gè)事件發(fā)生后的動(dòng)作網(wǎng)絡(luò)協(xié)議:通信設(shè)備之間的交互而不是人們的交往所有在因特網(wǎng)上的通信活動(dòng)全部是由協(xié)議所控制的 協(xié)議定義網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間信息收發(fā)的格式和順序, 以及信息發(fā)送和接收后所需采取的動(dòng)作 （語(yǔ)法、語(yǔ)義、同步或規(guī)則）什么是協(xié)議?人際交往的協(xié)議和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議:2022年8月26日Q: 其它人際交往的協(xié)議? HiHiGot thetime?2:00TCP connection req.TCP connectionreply.Get /index.htmtime網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 的定義把在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中用于規(guī)定信息的格式以及如何實(shí)現(xiàn)相互通信的對(duì)等實(shí)體間發(fā)送和接收信息的一套規(guī)則、

9、標(biāo)準(zhǔn)或約定稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或通信協(xié)議。通信協(xié)議具體包含有語(yǔ)義、語(yǔ)法和時(shí)序3個(gè)要素。 1)語(yǔ)法 語(yǔ)法用于規(guī)定網(wǎng)絡(luò)中所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和控制信息的結(jié)構(gòu)組成或格式，如數(shù)據(jù)報(bào)文的格式。2)語(yǔ)義 協(xié)議的語(yǔ)義是指對(duì)構(gòu)成協(xié)議的協(xié)議元素含義的解釋，亦即“講什么”。不同類型的協(xié)議元素規(guī)定了通信雙方所要表達(dá)的不同內(nèi)容（含義）。 3)時(shí)序 時(shí)序規(guī)定了事件的執(zhí)行順序。 2022年8月26日1.2.2 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)施1網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì) 用來(lái)連接網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的物理介質(zhì)稱為網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)。 2設(shè)備、結(jié)點(diǎn)和主機(jī) 術(shù)語(yǔ)“設(shè)備(Device)”用來(lái)表示網(wǎng)絡(luò)中互連的實(shí)體。這些實(shí)體可能是終端、打印機(jī)、計(jì)算機(jī)或與特定網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的硬件單元，例如通信服務(wù)器、中繼

10、器、網(wǎng)橋、交換機(jī)、路由器和其他各種具有特殊目的的設(shè)備，并將其統(tǒng)稱為結(jié)點(diǎn)(Node)。當(dāng)描述網(wǎng)絡(luò)組成的時(shí)候，計(jì)算機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，常稱為主機(jī)或工作站，以便與其他網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備相區(qū)分。 3數(shù)據(jù)傳輸設(shè)施性能 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)施的性能對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量有很大的影響。例如，數(shù)據(jù)傳輸方式、帶寬、多路復(fù)用技術(shù)、檢錯(cuò)糾錯(cuò)方法等。2022年8月26日1.2.3 以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的通信網(wǎng)絡(luò) 一個(gè)非常簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)可由一個(gè)稱為宿主的計(jì)算機(jī)、一個(gè)發(fā)送設(shè)備以及一個(gè)接收設(shè)備組成。由于通信覆蓋區(qū)域的差異，通信網(wǎng)絡(luò)有局域通信網(wǎng)絡(luò)、城域網(wǎng)和廣域通信網(wǎng)絡(luò)之分。2022年8月26日?qǐng)D1-2 采用MCU的遠(yuǎn)程終端連機(jī)系統(tǒng)1局域網(wǎng)局域網(wǎng)（Loc

11、al Area Network，LAN），是指地理覆蓋范圍在幾米到幾千米以內(nèi)的計(jì)算機(jī)相互連接起來(lái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。1）局域網(wǎng)的覆蓋范圍較小，一般覆蓋距離在0.5m10km之間。2）信道帶寬大，數(shù)據(jù)傳輸率高，一般在101000Mbit/s；數(shù)據(jù)傳輸延遲小、誤碼率低（1010）；另外局域網(wǎng)易于安裝，便于維護(hù)。3）局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般采用廣播式信道的總線狀、星狀和環(huán)狀結(jié)構(gòu)，容易實(shí)現(xiàn)。常用雙絞線、同軸電纜和光纖作為傳輸介質(zhì)，目前采用無(wú)線傳輸介質(zhì)的無(wú)線LAN正在得到迅速發(fā)展。 2022年8月26日2城域網(wǎng)城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network，MAN）基本上是一種大型的LAN，通常

12、使用與LAN相似的技術(shù)。之所以將MAN單獨(dú)列出的一個(gè)主要原因是已經(jīng)有了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：分布式隊(duì)列雙總線（Distributed Queue Dual Bus，DQDB，即IEEE802.6）。DQDB由雙總線構(gòu)成，所有的計(jì)算機(jī)都連接在上面。DQDB城域網(wǎng)中的兩條總線均有一個(gè)端點(diǎn)，這是一個(gè)啟動(dòng)傳輸活動(dòng)的設(shè)備。MAN的關(guān)鍵之處是使用了廣播式傳輸介質(zhì)（使用兩條電纜），所有的計(jì)算機(jī)都連接在上面。2022年8月26日 3廣域網(wǎng) 廣域網(wǎng)（Wide Area Network，WAN）地理覆蓋范圍在50km以上，往往遍布一個(gè)國(guó)家甚至世界，規(guī)模十分龐大而復(fù)雜。廣域網(wǎng)包含運(yùn)行用戶程序的機(jī)器和通信子網(wǎng)兩部分。運(yùn)行用戶程序

13、的計(jì)算機(jī)通常稱為主機(jī)（Host），在有的文獻(xiàn)中稱為端點(diǎn)系統(tǒng)（End System）。主機(jī)通過(guò)通信子網(wǎng)（Communication Subnet）進(jìn)行連接。2022年8月26日1.2.4 網(wǎng)絡(luò)通信軟件 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信軟件通常由網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議軟件等組成。 1網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)Windows類 Linux UNIX系統(tǒng) NetWare類 2網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議軟件各種設(shè)備之間的通信。用戶終端之間或用戶終端與應(yīng)用程序之間的通信。數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通信。應(yīng)用程序之間的通信。2022年8月26日1.2.5 需要解決的其他問(wèn)題在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信領(lǐng)域需要研究的問(wèn)題還有許多。譬如，在任何通信系統(tǒng)中，首先需要解決設(shè)備的

14、兼容性問(wèn)題。如果設(shè)備的物理屬性不一樣，為使其能相互通信，對(duì)電信號(hào)而言，必須在電流或電壓一級(jí)使其信號(hào)兼容。對(duì)光導(dǎo)纖維通信系統(tǒng)而言，必須在脈沖級(jí)別上，要求頻率帶寬占用、脈沖時(shí)間持續(xù)以及其他方面兼容。此外，編碼信息技術(shù)必須相同，設(shè)備的速度必須與發(fā)送者、通信信道及接收者相匹配。與此同時(shí)，還要求通信可靠，盡可能避免傳輸錯(cuò)誤并使通信性能得到最大發(fā)揮，且成本費(fèi)用最低等。 2022年8月26日2022年8月26日1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成1.3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)按照計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所具有的數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)處理功能，可以劃分為通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)兩部分。一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)示例如圖1-3所示。圖1-3 一個(gè)典

15、型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)1資源子網(wǎng)資源子網(wǎng)主要是對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、加工和處理，面向用戶，接受本地用戶和網(wǎng)絡(luò)用戶提交的任務(wù)，最終完成信息的處理。它包括訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)和處理數(shù)據(jù)的硬軟件設(shè)施，主要有主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（主機(jī)）、終端控制器和端系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)外設(shè)、有關(guān)軟件與可共享的數(shù)據(jù)（如公共數(shù)據(jù)庫(kù)）等。2022年8月26日2通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)主要負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部信息流的傳輸、交換和控制以及信號(hào)的變換和通信中的相關(guān)處理工作，間接地服務(wù)于用戶。它主要包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)、通信鏈路、交換機(jī)、路由器和信號(hào)變換設(shè)備等軟、硬件設(shè)施。2022年8月26日1.3.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩層含義

16、，要特別注意它們之間概念的不同：邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)指各組成部分的邏輯關(guān)系，即信息如何流動(dòng)；物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)指各組成部分的物理關(guān)系，即物理連接方式。實(shí)際上，考慮較多的是通信子網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)問(wèn)題。一般地講，通信子網(wǎng)可以設(shè)計(jì)成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信（Point-to-Point）和廣播通信（Broadcast）兩種通信（信道）類型。2022年8月26日1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的特點(diǎn)是一條線路連接一對(duì)結(jié)點(diǎn)。兩臺(tái)主機(jī)常常經(jīng)過(guò)幾個(gè)結(jié)點(diǎn)相連接，信息傳輸采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式。由這種信道構(gòu)成的通信子網(wǎng)常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星狀、樹(shù)狀、全連接結(jié)構(gòu)及不規(guī)則結(jié)構(gòu)。若按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分網(wǎng)絡(luò)類型，則相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)稱為星形網(wǎng)絡(luò)、樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等。圖1-4給

17、出了幾種常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。2022年8月26日2022年8月26日?qǐng)D 1-4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其應(yīng)用2廣播信道 廣播信道的特點(diǎn)是只有一條供諸結(jié)點(diǎn)共享的通信信道。任一結(jié)點(diǎn)所發(fā)出的信息報(bào)文可被所有其他結(jié)點(diǎn)接收，當(dāng)然對(duì)信道需要有一定的訪問(wèn)控制機(jī)制。由這種信道構(gòu)成的通信子網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線狀、環(huán)狀形式，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)稱為總線網(wǎng)絡(luò)和環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)等。2022年8月26日1.3.3 Internet的構(gòu)成1Internet的基本硬件和軟件組成2022年8月26日?qǐng)D1-5 Internet硬件組成視圖2.互連網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過(guò)程2022年8月26日?qǐng)D1-6 互連網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過(guò)程2022年8月26日1）運(yùn)行在主機(jī)A

18、上的客戶機(jī)進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，從客戶機(jī)的虛擬地址空間復(fù)制數(shù)據(jù)到內(nèi)核緩沖區(qū)。2）主機(jī)A上的客戶機(jī)端協(xié)議軟件通過(guò)在數(shù)據(jù)前附加互連網(wǎng)絡(luò)報(bào)頭PH和LANl幀頭FH1，創(chuàng)建一個(gè)LANl幀?；ミB網(wǎng)絡(luò)報(bào)頭PH尋址到互連網(wǎng)絡(luò)主機(jī)B。LAN1幀頭首先尋址到路由器，然后它傳送此幀到LAN1適配器。注意，LAN1幀的有效載荷是一個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，該報(bào)文的有效載荷是實(shí)際的用戶數(shù)據(jù)，并稱之為封裝(Encapsulation)。3）LANl適配器復(fù)制該幀到網(wǎng)絡(luò)上。4）當(dāng)此幀到達(dá)路由器時(shí)，路由器的LAN1適配器從電纜上讀取它，并把它傳送到路由協(xié)議軟件。5）路由器從互連網(wǎng)絡(luò)報(bào)頭PH中提取出目的IP地址，并用它作為路由表的索引，確

19、定向哪里轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)報(bào)文，在本例中是LAN2。路由器剝?nèi)AN1的幀頭，加上尋址到主機(jī)B的LAN2幀頭FH2，并把得到的幀傳送到LAN2適配器。6）路由器的LAN2適配器復(fù)制該幀到網(wǎng)絡(luò)上。7）當(dāng)此幀到達(dá)主機(jī)B時(shí)，它的適配器從電纜上讀到此幀，并將它傳送到服務(wù)器端協(xié)議軟件。8）最后，主機(jī)B上的協(xié)議軟件剝落報(bào)文頭PH和幀頭FH2。當(dāng)服務(wù)器進(jìn)行一個(gè)讀取這些數(shù)據(jù)的系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，服務(wù)器端協(xié)議軟件最終將得到的數(shù)據(jù)復(fù)制到服務(wù)器的虛擬地址空間。3Internet所提供的分布式服務(wù)Internet允許分布式應(yīng)用程序運(yùn)行在它的端系統(tǒng)上，使得彼此能夠交換數(shù)據(jù)。這些應(yīng)用程序包括Web、即時(shí)信息、音頻和視頻流、IP電話、對(duì)等文

20、件共享、電子郵件等許多應(yīng)用。TCP/IP協(xié)議體系提供了面向連接的可靠服務(wù)和無(wú)連接的不可靠服務(wù)兩種方式。所謂面向連接的可靠服務(wù)就是確保發(fā)送方到接收方傳輸?shù)臄?shù)據(jù)最終將按序、完整地交付給接收方；無(wú)連接的不可靠服務(wù)則不對(duì)最終交付作任何承諾擔(dān)保。通常，一種分布式應(yīng)用程序只能利用這兩種服務(wù)中的一種。2022年8月26日1.4 分組交換1.4.1 電路交換與分組交換1.4.2 分組交換網(wǎng)絡(luò)2022年8月26日?qǐng)D1-7 網(wǎng)絡(luò)的核心1.4.1 電路交換與分組交換分組交換網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1-8所示，其中，A、B、C、D、E和F為網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，H1、H2、H3、H4、H5和H6為主機(jī)系統(tǒng)。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)核心的基本方法有電路

21、交換（Circuit Switching）與分組交換（Packet Switching）兩種。2022年8月26日?qǐng)D1-8 分組交換網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1電路交換電路交換就是計(jì)算機(jī)終端之間通信時(shí)，一方發(fā)起呼叫，獨(dú)占一條物理線路。當(dāng)交換機(jī)完成接續(xù)，對(duì)方收到發(fā)起端的信號(hào)，雙方即可進(jìn)行通信。在整個(gè)通信過(guò)程中雙方一直占用該電路。實(shí)現(xiàn)電路交換需要三個(gè)過(guò)程：1）電路建立 2）數(shù)據(jù)傳輸 3）電路拆除 2022年8月26日2.6 交換技術(shù) 2022年8月26日ABCD發(fā)送呼叫信號(hào)傳輸1.交換2.發(fā)送 呼叫信號(hào)傳輸1.交換2.發(fā)送 呼叫信號(hào)傳輸1.作出反應(yīng) 2.發(fā)送回應(yīng) 信號(hào)電路交換特點(diǎn):1.有通話的建立過(guò)程2.通話

22、建立以后源與目的間有一條專用的通路存在2.6 交換技術(shù) 2022年8月26日?qǐng)?bào)文交換過(guò)程 ADCB發(fā)送報(bào)文傳輸?shù)却?發(fā)送傳輸?shù)却?發(fā)送傳輸報(bào)文交換特點(diǎn):1.無(wú)呼叫建立 和專用通路2.存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā) 式的發(fā)送技術(shù)2.6 交換技術(shù) 2022年8月26日（1）分組交換技術(shù)2分組交換2.6 交換技術(shù) 2022年8月26日分組交換技術(shù):1.無(wú)呼叫建立和專用通路2.存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)式的發(fā)送技術(shù)3.將數(shù)據(jù)分成有大小限制 的分組后發(fā)送2分組交換（2）分組交換的特點(diǎn)1）線路利用率高2）不同種類的終端可以相互通信3）信息傳輸可靠性高4）分組多路通信5）分組交換的網(wǎng)絡(luò)管理功能強(qiáng) 2022年8月26日2.6 交換技術(shù) 2022

23、年8月26日三種交換技術(shù)對(duì)比：（A.電路交換，B.報(bào)文交換，C.分組交換）A.存在呼叫建立；專有線路上不傳送數(shù)據(jù)時(shí)浪費(fèi)資源B.沒(méi)有呼叫建立；只有發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)才占用線路C.除了B的特點(diǎn)外，在接收分組時(shí)可以發(fā)送下一個(gè)分組對(duì)線路的利用率2.6 交換技術(shù) 2022年8月26日三種交換技術(shù)對(duì)比:A:固定的傳輸速率、會(huì)有呼叫阻塞B,C:能進(jìn)行速率轉(zhuǎn)換、雖會(huì)降速但不會(huì)阻塞 可以使用優(yōu)先級(jí)A:實(shí)時(shí)性強(qiáng)B,C:存在時(shí)延和額外開(kāi)銷1.4.2 分組交換網(wǎng)絡(luò)分組交換網(wǎng)絡(luò)有數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)和虛電路網(wǎng)絡(luò)兩大類。兩者的差異主要在于，其交換機(jī)是使用目的地址還是使用所謂的虛電路號(hào)向其目的地轉(zhuǎn)發(fā)分組。因此，將任何根據(jù)主機(jī)目的地址轉(zhuǎn)發(fā)分組

24、的網(wǎng)絡(luò)稱為數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)(Datagram Network)。Internet中的路由器根據(jù)主機(jī)目的地址轉(zhuǎn)發(fā)分組，所以，Internet是一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)。將任何根據(jù)虛電路號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)分組的網(wǎng)絡(luò)稱為虛電路網(wǎng)絡(luò)(Virtual Circuit Network)。如X.25、幀中繼和異步傳輸模式(ATM)等都使用虛電路分組交換技術(shù)。 2022年8月26日 1虛電路網(wǎng)絡(luò)虛電路分組交換在傳送分組之前需要在源端和目的端之間建立一條固定的路徑，通常稱為虛電路 (Virtual Circuit，VC)或虛連接。虛電路的建立過(guò)程首先要確定通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的一條路徑，然后通過(guò)交換連接請(qǐng)求和連接確認(rèn)消息來(lái)設(shè)置交換機(jī)中的參數(shù)。所經(jīng)路徑

25、上的每個(gè)交換機(jī)都需要交換信令消息來(lái)建立虛電路。在每個(gè)交換機(jī)的入口，虛電路通過(guò)虛電路標(biāo)識(shí)符 (Virtual Circuit Identifier，VCI)來(lái)識(shí)別。當(dāng)分組到達(dá)輸入端口時(shí)，根據(jù)頭部中的VCI訪問(wèn)路由表。通過(guò)查表，可以得知分組被轉(zhuǎn)發(fā)到的輸出端口和將在下一個(gè)交換機(jī)的輸入端口使用的VCI。 2022年8月26日2數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆纸M在它的首部都包含了該分組的目的地址。如同郵政地址那樣，該地址具有一種等級(jí)結(jié)構(gòu)。當(dāng)一個(gè)分組到達(dá)網(wǎng)絡(luò)的分組交換機(jī)時(shí)，分組交換機(jī)檢查該分組的目的地址的一部分，并向相鄰交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)該分組。更具體地說(shuō)，是每臺(tái)分組交換機(jī)具有一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)表，用于將目

26、的地址(或目的地址的一部分)映射成為輸出鏈路。當(dāng)一個(gè)分組到達(dá)交換機(jī)時(shí)，該交換機(jī)檢查該地址，并用這個(gè)目的地址索引其轉(zhuǎn)發(fā)表，以發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)妮敵鲦溌?。該交換機(jī)則將該分組指向輸出鏈路。2022年8月26日3分組交換網(wǎng)絡(luò)的組成 （1）分組交換機(jī)（2）網(wǎng)絡(luò)管理中心（NMC）（3）遠(yuǎn)程集中器（RCU）與分組裝拆設(shè)備（PAD）（4）分組終端/非分組終端（PT/NPT）（5）傳輸線路2022年8月26日1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展1.5.1 Internet發(fā)展過(guò)程1.5.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)2022年8月26日1.5.1 Internet發(fā)展過(guò)程1Internet的起源與發(fā)展從ARPANet問(wèn)世到今天的I

27、nternet，其起源與發(fā)展過(guò)程大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段。(1)研究試驗(yàn)網(wǎng)階段(2)推廣普及網(wǎng)階段(3)推廣普及網(wǎng)階段2022年8月26日2022年8月26日1961: Kleinrock 使用排隊(duì)論證明分組交換網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)通信方面的優(yōu)越性1964: Baran 在軍用網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)分組交換1967: DARPA構(gòu)思了ARPAnet1969: 首個(gè)ARPAnet 結(jié)點(diǎn)運(yùn)行1972: ARPAnet 向公眾展示NCP (Network Control Protocol) 第一個(gè)主機(jī)間通信的協(xié)議 首個(gè)電子郵件程序運(yùn)行ARPAnet有了15結(jié)點(diǎn)1982: 定義了smtp e-mail 協(xié)議 1983: 開(kāi)始

28、使用 TCP/IP(1)研究試驗(yàn)網(wǎng)階段1986年: 56kbps2022年8月26日1983: 開(kāi)始使用 TCP/IP1983: 定義了DNS 用于 name-to-IP-address 轉(zhuǎn)換1985: 定義了ftp 協(xié)議1988: TCP 擁塞控制新的國(guó)家級(jí)網(wǎng)絡(luò): Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel100,000 臺(tái)主機(jī)加入到網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟中2022年8月26日(2)推廣普及網(wǎng)階段1983年至1989年，是Internet在教育、科研領(lǐng)域發(fā)展和普及的階段，核心是美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（The National Science Foundation,NSF）建設(shè)形成的主干網(wǎng)NS

29、FNet。1988-1989: T1 (1.544Mbps)2022年8月26日Early 1990s: ARPAnet 退役1991: NSF 取消了禁止商業(yè)化使用 NSFnet的限制 (退役, 1995)early 1990s: WWW超文本鏈接 Bush 1945, Nelson 1960sHTML, http: Berners-Lee1994: Mosaic, later Netscapelate 1990s: WWW的商業(yè)化Late 1990s:估計(jì)因特網(wǎng)中有5千萬(wàn)臺(tái)主機(jī)接入估計(jì)1億個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶主干鏈路的運(yùn)行速率在 1 Gb/s2022年8月26日(3)商用發(fā)展網(wǎng)階段(1990s: 商

30、業(yè)化, WWW)1991: T3 (45Mbps)2022年8月26日1995年4月30日以后的Internet2022年8月26日舊金山華盛頓新澤西芝加哥NSP3NSP2NSP#1網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)點(diǎn)NAP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商N(yùn)SP2022年8月26日Internet的覆蓋范圍2022年8月26日Internet的主機(jī)數(shù)量統(tǒng)計(jì)2022年8月26日Internet各種應(yīng)用的比例流量分布8%17%39%27%7%2%13%18%23%23%16%7%14%17%12%15%28%14%100%80%60%40%20%0%20081996Source: The Yankee Group, 1996Multimedia

31、Dynamic WWWStatic WWWFTP and TelnetE-Mail and NewsOther2Internet標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展Internet標(biāo)準(zhǔn)最初由Internet工程任務(wù)組(IETF)開(kāi)發(fā)。按照IETF的Tao(The Tao of IETF，參閱網(wǎng)址/tao.html)，IETF是“是松散的、自組織的群體，它們對(duì)Internet的工程技術(shù)和Internet及其技術(shù)的發(fā)展做出了技術(shù)的或其他方面的貢獻(xiàn)”。Internet標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)過(guò)程包括生成特殊的稱為請(qǐng)求評(píng)注 (Request for Comment，RFC)的文檔，RFC最初是關(guān)于解決與Internet相關(guān)的特定問(wèn)題的書(shū)面評(píng)注

32、（）。2022年8月26日Internet管理機(jī)構(gòu)1Internet協(xié)會(huì)（Internet Society，ISOC） 2Internet體系結(jié)構(gòu)委員會(huì)（Internet Architecture Board，IAB） 3Internet工程任務(wù)組和Internet工程指導(dǎo)組4Internet研究任務(wù)組（Internet Research Task Force，IRTF） 5IANA與ICANN6WWW聯(lián)盟2022年8月26日3. Internet在中國(guó)的發(fā)展回顧中國(guó)Internet的發(fā)展，可以分為兩個(gè)階段。第一階段是與Internet的E-mail連通。 第二階段是與Internet實(shí)現(xiàn)全功

33、能的TCP/IP連接。 2022年8月26日 CERNET發(fā)展歷史1994年國(guó)家立項(xiàng)投資建設(shè)，1995年底完成第一期工程國(guó)家教育部領(lǐng)導(dǎo)管理，服務(wù)于教育和科研等公益事業(yè)第一個(gè)全國(guó)范圍Internet主干網(wǎng)，中國(guó)四大互連網(wǎng)之一1997年開(kāi)始分擔(dān)通信費(fèi)用，自我運(yùn)行2022年8月26日CERNET發(fā)展現(xiàn)狀CERNET已經(jīng)有28條國(guó)際和地區(qū)性信道，與美國(guó)、加拿大、英國(guó)、德國(guó)、日本和香港特區(qū)聯(lián)網(wǎng)，總帶寬達(dá)到250Mbps。與CERNET聯(lián)網(wǎng)的大學(xué)、中小學(xué)等教育和科研單位達(dá)900多家（其中高等學(xué)校800所以上），聯(lián)網(wǎng)主機(jī)120萬(wàn)臺(tái)，個(gè)人用戶達(dá)到800多萬(wàn)人。主要應(yīng)用：Internet服務(wù)，教育和科研信息，圖

34、書(shū)文獻(xiàn)全國(guó)高校招生系統(tǒng)，分配系統(tǒng)，遠(yuǎn)程教育等2022年8月26日CERNET主干網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2022年8月26日1.5.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)隨著Internet日益成為信息社會(huì)的主要信息載體，特別是網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用的逐步應(yīng)用普及，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)框架已不適宜，智能網(wǎng)絡(luò)和主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)成為新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的特征。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在邁向全球多媒體寬帶網(wǎng)絡(luò)、智能網(wǎng)絡(luò)、光網(wǎng)絡(luò)絡(luò)、Ad Hoc無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面將有較大發(fā)展。 2022年8月26日本章小結(jié)本章內(nèi)容的覆蓋面甚廣!本章從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信的基本概念、定義開(kāi)始，闡述了網(wǎng)絡(luò)通信研究的內(nèi)容，給出了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建元素，然后進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)核心描述分組交換，通過(guò)回顧

35、總結(jié)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史總結(jié)出應(yīng)用是發(fā)展的源動(dòng)力。這是一幅描繪了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的全景視圖，以后各章節(jié)將是對(duì)這張全景視圖的具體詮釋。后繼課程將對(duì)網(wǎng)絡(luò)各層的問(wèn)題和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的專題展開(kāi)討論2022年8月26日2022年8月26日第2章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 主要內(nèi)容:2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2 通信系統(tǒng)模型2.3 分層的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.4 標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化組織本章小結(jié) 本章目標(biāo): 首先概述數(shù)據(jù)通信的基本概念、系統(tǒng)模型和分類，然后闡述分層的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并對(duì)ISO/OSI-RM、TCP/IP協(xié)議體系進(jìn)行討論。最后，簡(jiǎn)要說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化組織。這些內(nèi)容對(duì)于了解和掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的工作原理十分重要，也是學(xué)習(xí)后續(xù)章節(jié)的基

36、礎(chǔ)。2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.1 什么是數(shù)據(jù)通信2.1.2 數(shù)據(jù)通信的發(fā)展歷程2.1.3 一般概念與術(shù)語(yǔ)2.1.4 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要指標(biāo)2022年8月26日2.1.1 什么是數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信（Data Communication）是通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種通信方式，是各類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)賴以建立的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)通信是指通過(guò)某種類型的傳輸介質(zhì)在兩地之間傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（可由計(jì)算機(jī)處理的任何類型信息）的過(guò)程。若信源本身發(fā)出的是數(shù)字信號(hào)，無(wú)論采用何種傳輸方式，都稱為數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信把計(jì)算機(jī)與通信緊密結(jié)合起來(lái)，將計(jì)算機(jī)和終端設(shè)備通過(guò)通信線路連接起來(lái)，對(duì)計(jì)算機(jī)輸入和輸出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸和交

37、換，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)以及計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信，實(shí)現(xiàn)軟、硬件和信息資源的共享。根據(jù)傳輸介質(zhì)的不同，數(shù)據(jù)通信可以分為有線數(shù)據(jù)通信與無(wú)線數(shù)據(jù)通信。 2022年8月26日2.1.2 數(shù)據(jù)通信的發(fā)展歷程20世紀(jì)80年代，國(guó)外曾使用Telematics一詞來(lái)表示數(shù)據(jù)通信。那一時(shí)期曾推廣電傳（Telex）、用戶電報(bào)（Teletex）、可視圖文（Videotex）和數(shù)字傳真業(yè)務(wù)?，F(xiàn)在仍有在市話網(wǎng)的用戶線上利用調(diào)制解調(diào)器傳送數(shù)據(jù)的應(yīng)用。近幾年，公用通信網(wǎng)積極推行綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN），即將語(yǔ)音（Audio）、視頻（Video）和數(shù)據(jù)（Data）信息業(yè)務(wù)的數(shù)字信號(hào)綜合起來(lái)在同一通信網(wǎng)中傳輸。自2

38、0世紀(jì)90年代以來(lái)，Internet發(fā)展勢(shì)頭迅猛，受到全世界計(jì)算機(jī)用戶的歡迎和支持。越來(lái)越多的人需要頻繁上網(wǎng)交流和索取信息，使得數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量急劇增長(zhǎng)。從此，全球數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量每年按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量已逐漸超過(guò)電話通信業(yè)務(wù)量。長(zhǎng)期以來(lái)，電話被人們認(rèn)為是最基本的通信業(yè)務(wù)。然而數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量迅速膨脹的事實(shí)預(yù)示著未來(lái)通信網(wǎng)將是以數(shù)據(jù)為中心的、以分組為基礎(chǔ)的并充分利用互聯(lián)網(wǎng)IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前在數(shù)據(jù)通信范圍內(nèi)，最普遍的應(yīng)用是萬(wàn)維網(wǎng)（WWW）、電子郵件（E-mail）、文件傳輸和即時(shí)通信業(yè)務(wù)。2022年8月26日2.1.3 一般概念與術(shù)語(yǔ)1消息所謂消息(Message)，是指

39、通信過(guò)程中傳輸?shù)木唧w原始對(duì)象，例如，電話中的語(yǔ)音，電視中的圖像畫(huà)面。 消息通?？梢苑殖蓛纱箢悾阂活愂请x散消息，另一類是連續(xù)消息，它們的共同特點(diǎn)是都具有隨機(jī)性，并且都可以進(jìn)行度量。2022年8月26日2信息什么是信息？信息可被理解為消息中包含的有意義的內(nèi)容。通信中通常把有用的消息認(rèn)為是信息，消息可以包含信息，但消息不完全等于信息。信息在本質(zhì)上看是事物的不確定性的一種描述。 信息可以進(jìn)行度量，消息中信息的多少可直觀地用信息量來(lái)衡量。根據(jù)香農(nóng)(Shannon)的理論，對(duì)于離散消息，信息量的計(jì)算公式I可表述為： 式中:I表明一個(gè)消息所承載的信息量，等于它所表示的事件發(fā)生的概率P的倒數(shù)的對(duì)數(shù)。 2022

40、年8月26日3數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是傳遞（攜帶）信息的實(shí)體，是用來(lái)描述任何物體、概念、形態(tài)，且預(yù)先具有特定含義的數(shù)字、字母和符號(hào)。 在數(shù)據(jù)通信中，通常認(rèn)為數(shù)據(jù)是指具有數(shù)字形式的數(shù)據(jù)，即由二進(jìn)制或多進(jìn)制數(shù)組成的數(shù)字序列(串)。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)是指所有能輸入到計(jì)算機(jī)中，被計(jì)算機(jī)處理的符號(hào)。數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩大類。 模擬數(shù)據(jù)是用連續(xù)的物理量來(lái)表示的，如溫度、壓力的變化是一個(gè)連續(xù)的值；又如聲音、電視圖像等都是模擬數(shù)據(jù)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是用離散的物理量來(lái)表示的，用來(lái)反映在取值上為離散文字或符號(hào)的數(shù)據(jù)形式。在傳送時(shí)，一段時(shí)間內(nèi)傳送一個(gè)符號(hào)，所以在時(shí)間上是離散的。 2022年8月26日4信號(hào)信號(hào)(Signal)是數(shù)據(jù)的物理

41、量編碼（通常為電編碼），是消息的承載者。在通信中所使用的信號(hào)，指的是電信號(hào)或光信號(hào)，即隨時(shí)間變化的電壓、電流或光強(qiáng)。 在傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)以電編碼、電磁編碼或光編碼的表現(xiàn)形式就是信號(hào)，它是傳遞數(shù)據(jù)的載體。根據(jù)兩種不同的數(shù)據(jù)類型，若表示成時(shí)間的函數(shù)，信號(hào)可以是連續(xù)的，也可以是離散的，相應(yīng)有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種。模擬信號(hào)是指表示信息的信號(hào)及其振幅、頻率、相位等參數(shù)是連續(xù)變化的。數(shù)字信號(hào)是指離散的一系列電脈沖，它的取值是有限的幾個(gè)離散數(shù)值，其強(qiáng)度在某個(gè)時(shí)間周期內(nèi)維持一個(gè)常量級(jí)，然后改變到另一個(gè)常量級(jí)。 2022年8月26日模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)2022年8月26日模擬： 波動(dòng)性； 持續(xù)變化； 反映

42、事物的本質(zhì)； 在電信業(yè)已經(jīng)被廣泛 使用超過(guò)100年。數(shù)字： 離散性； 躍變性； 設(shè)備性能先進(jìn)， 較為便宜。 （a）模擬信號(hào) （b）數(shù)字信號(hào) 5模擬和數(shù)字通信通信的任務(wù)是將表示消息的信號(hào)從發(fā)送端（信源）傳遞到接收端（信宿）。既然信號(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，與之相對(duì)應(yīng)，通信也可分為模擬通信和數(shù)字通信。 模擬通信是指以模擬傳輸為基礎(chǔ)的通信方法，它利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞消息；而數(shù)字通信是指以數(shù)字傳輸為基礎(chǔ)的通信方法，它利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞消息。按傳送模擬信號(hào)而設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)，按傳送數(shù)字信號(hào)而設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。 2022年8月26日2.1.4 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要指標(biāo)1碼元碼元是

43、時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元,如圖2-2所示，其中同步脈沖用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元從何時(shí)開(kāi)始。一個(gè)碼元就是一個(gè)單位電脈沖，也可有多個(gè)同步脈沖相對(duì)應(yīng)。同步脈沖也可位于碼元的中部。一個(gè)碼元所承載的信息量，由脈沖信號(hào)所能表示的數(shù)據(jù)有效離散值的個(gè)數(shù)決定。例如一個(gè)僅可取0和1兩個(gè)有效值（如調(diào)頻的高與低）的碼元（脈沖）只能攜帶1位（bit）二進(jìn)制信息，一個(gè)可取00、01、10、11四個(gè)有效值（如調(diào)相的四相位）的碼元（脈沖）能攜帶2位二進(jìn)制信息。一個(gè)碼元（脈沖）可取N個(gè)有效值時(shí)，則該碼元能夠攜帶log2N位二進(jìn)制信息。2022年8月26日2022年8月26日?qǐng)D2-2 碼元2數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)字傳輸系統(tǒng)利用物理

44、介質(zhì)上的脈沖或正弦信號(hào)，將二進(jìn)制信息0和1序列從發(fā)送端傳送到接收端。顯然，所要關(guān)心的是比特率或者用bit/s來(lái)表示的數(shù)據(jù)傳輸速率。數(shù)據(jù)傳輸速率簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)速率，是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，數(shù)據(jù)量的單位可以是比特和字符等，時(shí)間單位可以是s和min等。數(shù)據(jù)傳輸速率的單位是bit/s。2022年8月26日3調(diào)制速率當(dāng)在模擬線路上傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，以調(diào)制速率表示數(shù)據(jù)傳輸速率，它表示單位時(shí)間內(nèi)線路上傳送的波形個(gè)數(shù)，即線路狀態(tài)變化的次數(shù)波特（Baud）率。在二進(jìn)制調(diào)制方式中，數(shù)據(jù)傳輸速率和調(diào)制速率的值相等。但在多元（M元）調(diào)制情況下，它們是不同的。波特率和比特率的關(guān)系為：比特率=波特率log2M，其中M為調(diào)制

45、信號(hào)波的狀態(tài)數(shù)。 2022年8月26日4可靠性可靠性通常用來(lái)表示系統(tǒng)在給定時(shí)間段內(nèi)能夠正常工作的概率，即可靠性Pr=。影響系統(tǒng)可靠性的因素很多，包括設(shè)備穩(wěn)定性、信道質(zhì)量、操作人員和用戶的素質(zhì)等。5誤碼率誤碼率是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)正常工作情況下傳輸質(zhì)量的重要指標(biāo)，定義為二進(jìn)制數(shù)據(jù)位傳輸時(shí)出錯(cuò)的概率，即：誤碼率Pe=。在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中，誤碼率一般要求低于10-8。2022年8月26日6功率利用率功率利用率通常用誤碼率小于某一規(guī)定值時(shí)所要求的最低歸一化信噪比來(lái)衡量。所要求的信噪比越低，功率利用率越高。7頻帶利用率頻帶利用率是單位頻帶內(nèi)所能傳輸?shù)男畔⑺俾?，用?lái)描述數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬之間的關(guān)系，其表達(dá)式

46、為：，其中，B是系統(tǒng)頻帶寬度，Rb是系統(tǒng)比特率，T是單位調(diào)制信號(hào)波的時(shí)間長(zhǎng)度（s），M是調(diào)制信號(hào)波的狀態(tài)數(shù)。在頻帶寬度相同的前提下，比特傳輸速率越高，頻帶利用率越高。8吞吐量吞吐量是信道容量的另一種度量，單位為bit/s。與帶寬相比，吞吐量表示信道在特定情況下，實(shí)際能夠達(dá)到的數(shù)據(jù)速率。2022年8月26日2.2 通信系統(tǒng)模型2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成2.2.2 模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)2.2.3 通信系統(tǒng)的分類2022年8月26日2.2 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)是指用電、光等信號(hào)傳輸信息的系統(tǒng)。通信系統(tǒng)的三個(gè)基本要素是：通信設(shè)備（包括傳輸、交換設(shè)備和終端設(shè)備）、信道（包括通信傳輸介質(zhì)）和通信

47、規(guī)程（協(xié)議）。各種通信系統(tǒng)都可以歸納為圖2-3所示.2022年8月26日?qǐng)D2-3 通信系統(tǒng)基本模型2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成2022年8月26日?qǐng)D2-4 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成1數(shù)據(jù)終端子系統(tǒng)數(shù)據(jù)終端子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和傳輸控制器組成。數(shù)據(jù)終端設(shè)備在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的作用是將發(fā)送的信息變換為數(shù)字信號(hào)輸出，或者把接收的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為用戶能夠理解的信息形式，因而它具有編解碼的功能。傳輸控制器用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂疲柚鷤鬏斂刂拼a完成線路的控制等功能。在圖2-4中，傳輸控制器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路的建立和釋放、同步的建立和保持、傳輸順序的控制、防止數(shù)據(jù)重復(fù)和丟失，以及檢測(cè)和糾正錯(cuò)誤等。 202

48、2年8月26日2數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)由傳輸信道及兩端的數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備(DCE)而構(gòu)成。傳輸信道從不同的角度看有不同的分類方法，如模擬信道和數(shù)字信道，有線信道和無(wú)線信道，頻分信道和時(shí)分信道。數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備(DCE)指的是任何能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收模擬或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的功能單元，是DTE和傳輸線路之間的一種連接轉(zhuǎn)換設(shè)備，也可以看作是DTE和通信子網(wǎng)的接口設(shè)備。2022年8月26日3數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)包括通信控制器和主計(jì)算機(jī)。通信控制器主要是為了減輕主計(jì)算機(jī)的通信處理負(fù)擔(dān)而設(shè)置的一個(gè)外圍設(shè)備，有時(shí)也稱為前置計(jì)算機(jī)。通信控制器把來(lái)自主計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)經(jīng)通信控制器分送給相應(yīng)的通信線路，或者把

49、來(lái)自通信線路的數(shù)據(jù)經(jīng)由通信控制器送往主計(jì)算機(jī)，它是主計(jì)算機(jī)與各條通信線路之間的“橋梁”。通信控制器的功能包括：線路控制、傳輸控制、接口控制、碼型變換、差錯(cuò)控制、報(bào)文處理、速率變換等。主計(jì)算機(jī)主要完成數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)等功能。2022年8月26日2.2.2 模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞消息稱為模擬通信，按傳送模擬信號(hào)而設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)，它通常由信源、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信宿以及噪聲源組成，如圖2-5所示。2022年8月26日?qǐng)D2-5 模擬通信系統(tǒng)的組成 利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞消息稱為數(shù)字通信，按傳送數(shù)字信號(hào)而設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)由信源、信源編碼器、

50、信道編碼器、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信道解碼器、信源解碼器、信宿、噪聲源以及發(fā)送端和接收端時(shí)鐘同步組成，如圖2-6所示。2022年8月26日?qǐng)D 2-6 數(shù)字通信系統(tǒng)的組成2.2.3 通信系統(tǒng)的分類依據(jù)多種不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行分類。 按照傳輸信號(hào)的特性可以將通信系統(tǒng)劃分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)，前者在信道中傳輸模擬信號(hào)（時(shí)間和幅度上都連續(xù)變化的信號(hào)），而后者在信道中傳輸數(shù)字信號(hào)（時(shí)間和幅度上離散化的信號(hào)）。根據(jù)所使用的傳輸介質(zhì)類型的不同，可將通信系統(tǒng)分為有線通信系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng)。有線通信系統(tǒng)是利用金屬導(dǎo)線或光纜作為傳輸介質(zhì)的通信系統(tǒng)，例如雙絞線電話通信系統(tǒng)、同軸電纜有線電視通信系統(tǒng)和光纜

51、通信系統(tǒng)等。無(wú)線通信系統(tǒng)是利用無(wú)線電波在大氣空間、水等傳輸介質(zhì)中進(jìn)行信息傳播而構(gòu)成的通信系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)包括衛(wèi)星通信系統(tǒng)、無(wú)線電廣播、蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)、紅外線和激光通信系統(tǒng)等。2022年8月26日2.3 分層的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.3.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層的概念2.3.2 ISO/OSI參考模型2.3.3 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2.3.4 五層實(shí)用參考模型 2.3.5 協(xié)議層次結(jié)構(gòu)的查看與分析2.3.6 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展2022年8月26日2.3.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層的概念網(wǎng)絡(luò)是復(fù)雜的! 諸多 “成分”:主機(jī)路由器各種介質(zhì)的鏈路應(yīng)用程序協(xié)議硬件, 軟件2022年8月26日問(wèn)題: 如何將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題

52、依據(jù)一定的規(guī)則組織成一定的結(jié)構(gòu)?至少要為討論網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題建設(shè)一個(gè)技術(shù)平臺(tái)?1層次性體系結(jié)構(gòu)的必要性為什么要分層?對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng):顯式的結(jié)構(gòu)使得復(fù)雜系統(tǒng)的問(wèn)題定位和不同組成部分之間的關(guān)聯(lián)討論成為可能分層的參考模型(reference model) 便于討論，使網(wǎng)絡(luò)變得更簡(jiǎn)單模塊化簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)，將網(wǎng)絡(luò)部件標(biāo)準(zhǔn)化某個(gè)層次服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的其余部分是透明的保證不同類型部件的互操作性加快了技術(shù)發(fā)展的速度簡(jiǎn)化了教育和學(xué)習(xí)分層的做法有沒(méi)有壞處?2022年8月26日2022年8月26日分層的原則：網(wǎng)絡(luò)中各結(jié)點(diǎn)都具相同的層次；不同結(jié)點(diǎn)的相同層具有相同的功能；同一結(jié)點(diǎn)內(nèi)各相鄰層之間通過(guò)接口通信；每一層可以使用

53、下層提供的服務(wù)，并向其上層提供服務(wù)；不同結(jié)點(diǎn)的同等層通過(guò)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)等層之間的通信。2.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層五層網(wǎng)絡(luò)的分層模型 (計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu))應(yīng)用層: 支持網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用FTP、SMTP、HTTP傳輸層: 主機(jī)進(jìn)程間的數(shù)據(jù)傳遞TCP、UDP網(wǎng)絡(luò)層: 將數(shù)據(jù)報(bào)從信源傳遞到信宿IP, 路由選擇協(xié)議鏈路層: 數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的相鄰結(jié)點(diǎn)間的傳輸PPP、Ethernet物理層: 信道上傳送的位流2022年8月26日ApplicationTransportNetworkLinkPhysical五層網(wǎng)絡(luò)模型中應(yīng)用進(jìn)程之間的通信2022年8月26日?qǐng)D 2-7 一個(gè)五層網(wǎng)絡(luò)的分層模型（1）服務(wù)服務(wù)（Servi

54、ce）這個(gè)普通的術(shù)語(yǔ)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中卻是一個(gè)極為重要的概念。在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，服務(wù)就是網(wǎng)絡(luò)中各層向其相鄰上層提供的一組操作，是相鄰兩層之間的界面。由于網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)中的單向依賴關(guān)系，使得網(wǎng)絡(luò)中相鄰層之間的界面也是單向性的：下層是服務(wù)提供者，上層是服務(wù)用戶。在網(wǎng)絡(luò)中每一層中至少有一個(gè)實(shí)體。實(shí)體既可以是軟件實(shí)體（比如一個(gè)進(jìn)程），也可以是硬件實(shí)體（比如一塊網(wǎng)卡）。N層實(shí)體實(shí)現(xiàn)的服務(wù)為N+1層所利用，而N層則要利用N-1層所提供的服務(wù)。N層實(shí)體可能向N1層提供幾類服務(wù)，如快速而昂貴的通信或慢速而便宜的通信。 2022年8月26日3. 服務(wù)和服務(wù)原語(yǔ)相鄰層之間通過(guò)接口進(jìn)行交互 N1層實(shí)體是通過(guò)N層的服務(wù)

55、訪問(wèn)點(diǎn)（Service Access Point，SAP）來(lái)使用N層所提供的服務(wù)。N層SAP就是N+1層可以訪問(wèn)N層服務(wù)的接口。每一個(gè)SAP都有一個(gè)唯一地址。 鄰層間通過(guò)接口交換信息，N+1層實(shí)體通過(guò)SAP把一個(gè)接口數(shù)據(jù)單元（Interface Data Unit，IDU）傳遞給N層實(shí)體，如圖2-8所示。IDU由服務(wù)數(shù)據(jù)單元（Service Data Unit，SDU）和一些控制信息組成。為了傳送SDU，N層實(shí)體可以將SDU分成幾段，每一段加上一個(gè)報(bào)頭后作為獨(dú)立的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit，PDU）送出。PDU報(bào)頭被同層實(shí)體用來(lái)執(zhí)行它們的同層協(xié)議，用于辨別哪些PDU包含

56、數(shù)據(jù)，哪些包含控制信息，并提供序號(hào)和計(jì)數(shù)值等。2022年8月26日2022年8月26日?qǐng)D 2-8 相鄰層之間通過(guò)接口進(jìn)行交互（2）服務(wù)原語(yǔ)服務(wù)在形式上是用一組服務(wù)原語(yǔ)來(lái)描述的。服務(wù)原語(yǔ)是指用戶實(shí)體與服務(wù)提供者交互時(shí)所要交換的一些必要信息，以表明需要本地的或遠(yuǎn)端的對(duì)等實(shí)體做哪些事情。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，原語(yǔ)指一種特殊的廣義指令（廣義指令是指不能中斷的指令）。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提出的服務(wù)原語(yǔ)概念，是指相鄰層在建立較低一層對(duì)較高一層提供服務(wù)時(shí)兩者交互所用的廣義指令。服務(wù)原語(yǔ)描述提供的服務(wù)，并規(guī)定通過(guò)服務(wù)存取端口所必須傳遞的信息。一個(gè)完整的服務(wù)原語(yǔ)包括原語(yǔ)名、原語(yǔ)類型、原語(yǔ)參數(shù)三部分。2022年8月26日2.3.

57、2 ISO/OSI參考模型2022年8月26日應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件一種通用的數(shù)據(jù)格式對(duì)話和交談流量控制和可靠性路徑選擇及邏輯尋址幀和介質(zhì)訪問(wèn)控制信號(hào)和介質(zhì)關(guān)鍵詞OSI參考模型2022年8月26日ISO/OSI參考模型 OSI參考模型應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層較高層：與應(yīng)用有關(guān)較低層：與數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)ISO/OSI-RM各層的主要功能ISO/OSI-RM將通信會(huì)話需要的各種進(jìn)程劃分成7個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能層次，每一層均有自己的一套功能集，并與緊鄰的上層和下層交互作用。在頂層，應(yīng)用層與用戶使用的軟件（如字處理程序或電子表格程序）進(jìn)行交互。在ISO

58、/OSI-RM的底端是攜帶信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)電纜和連接器?？偟恼f(shuō)來(lái)，在頂端與底端之間的每一層均能確保數(shù)據(jù)以一種可讀、無(wú)錯(cuò)、排序正確的格式被發(fā)送。2022年8月26日（1）物理層物理層是ISO/OSI-RM的最低層或第一層，該層產(chǎn)生并檢測(cè)電壓以便發(fā)送和接收攜帶數(shù)據(jù)的信號(hào)。物理層協(xié)議關(guān)心的典型問(wèn)題是使用什么樣的物理信號(hào)來(lái)表示數(shù)據(jù)1和0；一個(gè)比特持續(xù)的時(shí)間多長(zhǎng)；數(shù)據(jù)傳輸是否可同時(shí)在兩個(gè)方向上進(jìn)行；最初的連接如何建立，通信結(jié)束后連接如何終止；物理接口（插頭和插座）有多少針以及各針的用途。物理層的設(shè)計(jì)主要涉及物理層接口的機(jī)械、電氣、功能和過(guò)程特性，以及物理層接口連接的傳輸介質(zhì)等問(wèn)題。機(jī)械特性規(guī)定線纜與網(wǎng)絡(luò)接口卡

59、的連接頭的形狀、幾何尺寸、引腳線數(shù)、引線排列方式、鎖定裝置等一系列外形特性；電氣特性規(guī)定了在傳輸過(guò)程中多少伏的電壓代表1，多少伏的電壓代表0；功能特征：規(guī)定了連接雙方每個(gè)連接線的作用：用于傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)線、用于傳輸控制信息的控制線、用于協(xié)調(diào)通信的定時(shí)線、用于接地的地線；過(guò)程特性則具體規(guī)定了通信雙方的通信步驟。2022年8月26日（2）數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層是ISO/OSI-RM的第二層，它控制網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間的通信。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)間的線路上，無(wú)差錯(cuò)地傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)，即在不可靠的物理線路上保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。幀是用來(lái)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)包，它不僅包括原始（未加工）數(shù)據(jù)，或稱“有效載

60、荷”，還包括發(fā)送端和接收端的網(wǎng)絡(luò)地址以及糾錯(cuò)和控制信息。其中的地址確定了幀將發(fā)送到何處，而糾錯(cuò)和控制信息則確保幀無(wú)差錯(cuò)到達(dá)。和物理層相似，數(shù)據(jù)鏈路層要負(fù)責(zé)建立、維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的連接。在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，如果接收端檢測(cè)到所傳數(shù)據(jù)中有差錯(cuò)，就要通知發(fā)送端重發(fā)這一幀。數(shù)據(jù)鏈路層必須解決由于幀的損壞、丟失和重復(fù)所帶來(lái)的問(wèn)題。數(shù)據(jù)鏈路層要解決的另一個(gè)問(wèn)題是防止高速發(fā)送端的數(shù)據(jù)把低速接收端“淹沒(méi)”。因此需要某種信息流量控制機(jī)制使發(fā)送端得知接收端當(dāng)前還有多少緩存空間。為了方便控制，流量控制常常和差錯(cuò)處理一同實(shí)現(xiàn)。2022年8月26日（3）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層，即ISO/OSI-RM的第三層，其主要功能在開(kāi)放系統(tǒng)之間的