数据与计算机通信-第1章.ppt

1,数据通信与网络,数据通信与网络,2,课程地位与任务,地位通信工程专业专业方向课中的一门必修课任务掌握数据通信的基本原理和方法掌握数据通信网协议体系结构和基本协议掌握局域网、广域网、互联网的构成和特点课时40 学时,数据通信与网络,3,课程的基本要求,基本要求数据通信基本概念和原理数据通信网的物理层借口标准和基本链路控制方法广域网的组成原理和主要协议局域网的组成原理和主要协议互联网的组成原理和TCP/IP协议栈关键协议要求完成的习题约20题,数据通信与网络,4,导读,本书概要概述数据通信广域网局域网通信体系结构与协议因特网应用Internet和万维网上的资源标准,*,5,第 一 部分 概述,第一章 数据通信、数据网络和因特网,数据通信与网络,6,数据通信和网络构成要点,数据通信信号传输传输媒体信号编码接口数据链路控制及复用网络构成LAN&WAN因特网,数据通信与网络,7,现代企业的数据通信及网络构成,趋势通信量的上升新服务的发展技术的进步数据传输和网络容量需求高速局域网的出现企业广域网的需求数字电器,数据通信与网络,8,通信模型,源点（Source）生成传输数据发送器（Transmitter）信息转化并编码成为可传输的电磁信号传输系统（Transmission System）携带数据接收器（Receiver）转化接收的数字信号为模拟信号终点（Destination）获取数据,数据通信与网络,9,简化的通信模型,数据通信与网络,10,表述更详细的通信模型,数据通信与网络,11,思考题,根据通信模型，试回答以下问题：通信的基本目的？数据通信模型各基本要素的内涵及作用？系统收发双方为何需要同步通信系统的噪声是否只存在于信道？为什么说它只是一个原理性的抽象模型，实际通信系统与它相比主要有哪些差别？,数据通信与网络,12,通信模型解述,通信的基本目的是由信源向信宿传送消息,数据通信与网络,13,信源,顾名思义，指信息产生的源头，可以是人或设备。其发出的信息也可以是多种多样的，如语音、文字、图像、数据等。这些信息可以是离散的，也可以是连续的。,数据通信与网络,14,发送器,种类及其功能多样化，如编码、调制、放大、滤波、发射等。发送器含有与传输线路匹配的接口，其基本作用是将信源发出的信息转换成便于传输的某种信号。模拟与数字通信系统两者的发送器功能有很大差异。,数据通信与网络,15,信道,即信息传输通道，也是传递物质信号的媒体。信道可以是明线、电缆、波导、光纤、无线电波等。,数据通信与网络,16,是整个系统噪声与干扰的总折合，用以表征信息在信道中传输时遭受的干扰情况。在任何通信系统中，干扰的性质与强弱都是影响系统性能的重要因素。,噪声源,数据通信与网络,17,接收器,其作用主要是接收信道中的信号，并转换成发送前相同表示形式的信息传递给信宿，与发送器功能正好相反。对接收器的要求是尽可能地从受干扰的信号中精确地提取和还原来自信源的信息。,数据通信与网络,18,信宿,信息传输的目的地，即接收消息的人或机器。,数据通信与网络,19,同步,狭义地讲，是信息在通信系统传输过程中，其数据信号在系统各部分的收发时序上保持一致，包括比特同步、帧同步、网同步。更广的意义是信息在通信系统中保持时间、空间、内容以及它们之间的同步。,数据通信与网络,20,噪声,噪声的干扰实际存在于整个通信系统中，为便于分析，并考虑到信道上的干扰最为严重，故通信模型把噪声干扰集中在信道上表示为n(t)。,数据通信与网络,21,通信模型示意图表面上描述的是一个一对一的单向通信系统图中的同步也只是一种时间上协调的会意性描述却是适于各种通信系统的一个抽象模型概括地反映了各种通信系统实际应用中的共性。实际应用中的通信系统往往是双向的，而且可能是多个信源与多个信宿间的通信。传输系统一般不是简单的点对点的关系，而是涉及比较复杂的网络结构，包含交换技术、路由选择等内容,通信模型与实际系统的差别,数据通信与网络,22,信源,发送器,信宿,传输媒体,接收器,信道,噪声源,调制器,解调器,非电/电变换器,发信者,电/非电变换器,收信者,A.简单的通信系统模型,输入数据g(t),输出数据g(t),发送信号S(t),接收信号r(t),B.模拟通信系统,信道,噪声源,解调器,C.数字通信系统,调制器,加密器,二次解码器,解密器,二次编码器,一次解码器,一次编码器,非电/电变换器,电/非电变换器,收信者,发信者,数据通信与网络,23,思考题,一个通信系统要完成的主要任务有哪些？,数据通信与网络,24,通信任务(Communications Tasks),数据通信与网络,25,通信主要任务,传输系统的利用充分合理利用传输设施复用：在多个用户之间分配传输系统的总传输能力拥塞控制：保证传输系统不因传输请求过量而超载接口设备与传输系统之间的连接信号的产生按某种格式产生具有一定强度的电磁波信号能够在传输系统上传播能够被接收器转换为数据,数据通信与网络,26,通信主要任务,同步在发送器与接收器之间达成某种同步接收器能够判断信号的起始、结束和信号单元的持续时间交换的管理通信双方为交换数据而建立连接通信双方数据处理设备的其它协商工作差错控制：检测或纠正因信号失真或信道噪声等原因而产生的传输差错流量控制：保证信宿设备不会因信源设备发送太快以至无法及时接收和处理这些数据而导致超载,数据通信与网络,27,通信主要任务,寻址当传输设施被两个以上设备共享时，信源必须给出信宿的标识路由选择当传输系统是不只一条路径的网络时需要确定路由恢复信息交换过程中因通信系统某处出现故障而致使传输中断，需要从中断处恢复工作，或者把系统被涉及部分恢复到数据交换开始之前的状态报文格式化数据交换双方必须就传输的数据格式达成一致协议交换代码转换、压缩、加密,数据通信与网络,28,通信主要任务,安全措施发送方希望确保只有它期望的接收者接收到数据接收方希望保证收到的数据来自正确的发送方，且数据在传输过程中未被改变网络管理数据通信设施是一个复杂系统，需要合理地规划和配置，需要对系统运行状态进行监控，并处理拥塞、死锁、故障等引发的问题,数据通信与网络,29,数据通信,数据通信及计算机通信 数据通信与其它通信的区别 数据通信过程 信息、数据与信号以一种可靠且高效的方式来传输数据,数据通信与网络,30,数据通信及计算机通信,数据通信是指信源产生的数据，按一定通信协议，通过模拟传输信道或者数字传输信道，形成数据流传送到信宿的过程。数据通信是为了实现计算机与计算机之间或者终端与计算机之间的信息交互而产生的一种通信技术。从某种意义上说，数据通信是计算机通信的组成部分，数据通信着重于数据的传输，而不涉及数据所表示的原始信息；而计算机通信则着重于信息的交互。目前数据通信与计算机通信界定日益模糊。,数据通信与网络,31,数据通信与其它通信,语音通信电话图象通信传真、静态图像视频通信电视数据通信计算机数据（包括数字化的多媒体信息）语音等其它通信可以允许适当范围的误差，数据通信要求传输完全正确数据通信最基本要求迅速和可靠（“快”与“对”）,数据通信与网络,32,思考题,数据通信系统中Data Terminal Equipment和Data Communication Equipment分别有何功能？对应于通信模型中的哪些基本要素？,数据通信与网络,33,DTE与DCE,数据通信系统中，发送端信源和接收端的信宿称为DTE（Data Terminal Equipment），如计算机之类的终端设备。发送器和接收器称为DCE(Data Communication Equipment），它将DTE连接到传输系统中，如调制解调器，网卡等。,DTE,DTE,DCE,DCE,数据通信与网络,34,数据通信过程,简化的数据通信模型,数据通信与网络,35,数据通信网络的构成,两个通信设备点对点直接连接的不实际性两个设备之间的距离很远设备组中的每个设备都可能需要在不同的时间与不同的设备连接解决办法：通信网络广域网（WAN）局域网（LAN）,数据通信与网络,36,通信网相关术语图示,电路,端局,链路,链路,链路,链路,链路,链路,传输中继,传输中继,接入中继,接入线,链路,端局,中心局,网络,发送端,接收端,数据通信与网络,37,网络连接的术语,节点（node）：网络中通信线路连接的计算机和交换机线路（line）：节点间通信的物理连接链路（link）：建立在相邻节点物理连接上的逻辑信道电路（circuit）：源站点与目的站点之间建立的传输通路交换（switching）：交换节点建立、保持和改变数据传输通路的过程路由选择（routing）：交换技术中选择传输路径的功能端节点：位于网络边缘连接源或目的站点的交换设备路由节点：网络中间的交换设备传输中继/传输网接入线/接入网,数据通信与网络,38,发送端与接收端,发送端 是信息产生与发送的设备，包括通信模型中的整个信源以及发送器的部分变换功能。常用的信源有电话、数据终端、主计算机系统和视频摄像机。接收端 指用来接受信息的目的地设备，包括通信模型中的整个信宿以及接收器的部分逆变换功能。常用的信宿有电话、数据终端、主计算机系统和视频显示器。除无线广播和电视等单向传输外，发送和接收通常是双向的。,数据通信与网络,39,电路（1）,电路是通过已有媒介建立的发送端与接收端之间、或者网络中任两点或多点之间的端到端的信息传输通路。电路一般指一条物理线路上的一个逻辑连接。电路这一术语在不同的特定场合，可以与通路、链路、线路和信道等术语互换使用。接入电路 是从用户到电信公司网络的电路。传输电路 用于网络中或网络之间的长途传输。单工电路 单向传输 双工电路 双向传输。双向不能同时传输半双工 双向可以同时传输全双工二线电路 通过相同物理线路双向传输四线电路 通过独立的物理线路双向传输,数据通信与网络,40,电路（2）,交换电路 在电路交换网络中灵活地通过一台或多台中间交换设备临时建立的电路连接虚电路 在分组交换网络中由软件路由表定义的端到端的数据分组传输通路，它是逻辑上而非物理上的电路永久虚电路（PVC）长期定义在路由表中的逻辑电路交换虚电路（SVC）在要求通信时据网络状况选择最佳路径而临时建立在路由表中的逻辑电路,数据通信与网络,41,链路,链路是通过已有的媒介建立的直接相连的两点间的点到点信息传输通路，是端到端电路的组成部分。一条电路既可能包含着多段链路，也可能只包含单段链路。如计算机与打印机之间的电路就只含有一段链路，图中数据终端到主计算机之间的这条电路就包含着多条链路。链路这一术语有时也可和线路或电路互换使用，如计算机与打印机之间的点到点连接就可互换这些术语。,数据通信与网络,42,线路,线路是通过已有媒介建立的网络中任意两点或多点间的物理连接，包括传输媒介及通信装置与接口。这种物理连接可以是端到端或点到点的连接。接入线 连接用户设备到网络的这段线路中继线 是指能提供汇接和多路复接能力、实现多个用户共享的一段线路接入中继 终端到交换点的中继线传输中继 交换点到交换点之间的中继线中继线是有方向的，可以是单向出中继、单向入中继或双向中继。,数据通信与网络,43,信道,在正式标准术语中，信道是指发送器与接收器之间的单向连接，即单向电路或信息传输通路。在一般用法中，信道是在物理电路上用于支持单一会话的逻辑连接。可以用某种方式构成物理电路，以支持一个或多个逻辑对话。,数据通信与网络,44,交换,交换设备建立、保持和改变物理电路上的逻辑连接。用户小交换机（PBX）和中心交换机（CO或COE）提供电路交换功能，电路交换按要求在可用状态下建立电路之间或链路之间的连接。电路交换虽然研制的初衷是支持语音通信的，但它可以支持数据等任何形式信息的传输。分组交换、帧交换和信元交换在较先进的网络中发展起来，主要支持数据和图像传输。端局交换机位于网络边缘，用户通过接入链路接入到端局交换机中心交换机也称汇接交换机，是一种高容量的交换机，位于网络中心，用于互联端局交换机。,数据通信与网络,45,网络,网络是工作在一起用于支持信息传输的各台设备单元构成的集合。广义地讲，网络包括从发送器到接收器之间的所有设备所有链路和所有相关的交换机以及其它中间设备广域网常被描述成云状这起源于20世纪70年代推广数据通信网的活动意指网络内部结构和特性像云一样千变万化，其中的工作情况像云一样模模糊糊难以看见云表达了一种网络的透明性概念:数据简单地从网络一端进去，又从网络的另一端出来。,数据通信与网络,46,数据通信网络基本要素,构成数据通信网的基本要素数据终端设备（DTE-Data Terminal Equipment）数据通信设备（DCE-Data Communication Equipment）交换设备传输链路数据通信网是这样一种系统：在一定范围内以数据通信设备与交换设备为点，以传输链路为线，点线按一定顺序相连，将地理分散的数据终端设备连接起来，可以完成用户间多对多的数据通信。,数据通信与网络,47,计算机网络与计算机通信,计算机通信网以独立自治的计算机为数据终端设备的数据通信网络计算机通信网是目前数据通信最主要的表现形式计算机网络由两级子网构成：以计算机通信网为通信子网；以网络连接的计算机提供的硬软件资源为资源子网以数据通信为手段，以资源共享为目的数据交换、资源共享、分布处理、信息服务是计算机网络主要功能网络操作系统是计算机网络有别于计算机通信网的主要标志多媒体网络多媒体计算机网络数据通信网、电话网、有线电视网的融合,数据通信与网络,48,简化的网络模型,交换式网络,广播式网络,数据通信与网络,49,数据和计算机通信网的类型（1）,根据所采用的传输技术的不同，数据和计算机通信网可分为交换式网络电路交换存储-转发（报文交换、分组交换）帧中继信元中继广播式网络有线信道（总线型、环型）无线信道（微波、卫星）,数据通信与网络,50,数据通信网的类型（2）,根据网络规模及所覆盖地域范围大小，计算机网络可分为局域网PAN-Personal Area Network(个人区域网)LAN-Local Area Network(局域网）SAN-Storage Area Network(存储区域网)CAN-Campus Area Network(园区网、校园网）城域网MAN-Metropolitan Area Network广域网WAN-Wide Area Network(广域网)GAN-Global Area Network(全球区域网),数据通信与网络,51,数据通信网的类型（3）,在本课程中将Internet网归于WAN范畴Internet实际上是最大的GAN将MAN归于LANMAN在地域上可归类于WAN，在技术上归属于LAN有些教材中称CAN为BNBackbone Network（主干网）,数据通信与网络,52,广域网（WAN）,覆盖地理范围大穿越公众设施依靠公共电信运营公司建立的电路广域网建立所采用的技术电路交换（Circuit switching）分组交换（Packet switching）帧中继（Frame relay）异步传递方式ATM（Asynchronous Transfer Mode）,数据通信与网络,53,电路交换,两个站点在会话期间需建立专用的通信路径通过网络节点（包括端节点和路由节点）和连接节点的一连串链路构成特点独占性实时性e.g.telephone network,数据通信与网络,54,分组交换,传送的数据称为报文（message，消息），可以是一份文件，一张表格，一幅图片。以整个报文为单位传送称为报文交换（message switching）把报文分成若干块，每次传送一小块（packets，包或报文分组），即分组交换问题：为什么要将报文分块？有什么优越性？分组交换中，报文的数据可以不按序发送源站点和目的站点之间传送的分组，途中经过一 个个交换节点，穿越整个网络常用于终端-计算机通信或计算机-计算机通信X.25 典型的公众分组交换数据网标准（ITU-T）,数据通信与网络,55,帧中继,FR-Frame Relay分组交换机制中各交换节点为纠正差错需要大量额外开销当今电信系统越来越可靠，交换节点不必进行差错控制差错主要发生在端系统，差错控制完全可以只由端系统实现帧中继是在分组交换的基础上发展起来的，大多数用于差错控制的额外开销被抛弃，因此传输速率大幅度提高,数据通信与网络,56,异步传输模式,ATM-Asynchronous Transfer Mode 某个特定用户信息并不一定在信道上周期性出现FR的演进，分组交换与电路交换的结合几乎没有差错控制的额外开销固定的分组（称为信元，cell）长度各种通信业务工作速率范围 10Mbps至10 Gbps使用分组交换技术能提供恒定数据速率的通路每条通路的数据速率又可以按需动态定义,数据通信与网络,57,局域网（LAN）,覆盖范围较小一栋楼或者是一小片楼群相连接的设备属于同一组织要求大量资金用于采购和维护网管完全用户负责较高的数据率,数据通信与网络,58,局域网的几种配置,交换局域网交换以太局域网一个交换机多个互连的交换机ATM局域网光纤通道无线局域网移动性安装配置的简易性,数据通信与网络,59,局域网,数据通信与网络,60,骨干网,数据通信与网络,61,校园局域网Campus Area Network,数据通信与网络,62,广域网,数据通信与网络,63,Wide Area Network,数据通信与网络,64,域域网（MAN）,Metropolitan Area Networks工作范围在WAN和LAN之间专用或者公用网络高性能大范围,数据通信与网络,65,Metropolitan Area Network,数据通信与网络,66,Internet,Router/Gateway,数据通信与网络,67,网络配置举例,数据通信与网络,68,思考题(应掌握的要点),1.1 简要说明数据通信系统模型包含哪些组成部分？1.2 列出并简述数据通信的主要任务。1.3 简要描述数据通信过程。1.4 简述构成传输系统的网络类型。,69,课辅资料,Stallings,W.http:/IETF,IEEE,ITU-T,ISO,