计算机网络概述 .ppt

1-1,第一章 计算机网络概述,1.1 计算机网络定义和功能1.2 计算机网络的产生和发展1.3 网络协议与体系结构1.4 计算机网络的组成1.5 计算机网络的分类,1-2,第一章 计算机网络概述,1.1 计算机网络定义和功能 严格地说，计算机网络是一种将地理上分散的、具有独立工作能力的多台计算机通过通信设备和通信线路连接起来，在配有相应的网络通信软件条件下，实现数据通信和资源共享的系统。另一个概念是分布式系统。分布式系统的基础是计算机网络，但它是一种建立在网络之上的软件系统。作为分布式系统的用户，所面对的是单一的虚拟的处理机，觉察不到多个处理器的存在。所有对系统资源的访问都由分布式系统自动地完成，用户提交的任务，通过分布式系统自动划分子任务分配给不同的处理器处理。,1-3,第一章 计算机网络概述,1.1 计算机网络定义和功能计算机网络的主要功能：1.数据通信2.资源共享3.增加可靠性4.提高系统处理能力,1-4,第一章 计算机网络概述,1.2 计算机网络的产生和发展 计算机网络=计算机技术+通信技术。第一，通信网络为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段，它是计算机网络发展的社会基础；第二，计算机技术的发展渗透到通信技术中，提高了通信网络的各种性能。这两个方面的结合都离不开半导体技术，特别是超大规模集成电路VLSI技术取得的辉煌成就，这是促进计算机网络发展的物质基础。,1-5,第一章 计算机网络概述,1.2 计算机网络的产生和发展1.面向终端的计算机通信网,1-6,第一章 计算机网络概述,1.2 计算机网络的产生和发展1.面向终端的计算机通信网,1-7,第一章 计算机网络概述,1.2 计算机网络的产生和发展2.基于交换的计算机通信网 以分组交换为核心的第二代通信网络中，多台计算机通过通信子网构成一个有机的整体，既分散又统一，从而使整个系统性能大大提高；原来单一主机的负载可以分散到全网的各个机器上，使得网络系统的响应速度加快；而且在这种系统中，单机故障也不会导致整个网络系统的全面瘫痪。,1-8,第一章 计算机网络概述,1.2 计算机网络的产生和发展2.基于交换的计算机通信网,1-9,第一章 计算机网络概述,1.2 计算机网络的产生和发展3.计算机网络体系结构的形成 在网络中，相互通信的计算机必须高度协调工作，而这种“协调”是相当复杂的。为了降低网络设计的复杂性，提出了层次模型思想。分层次设计方法可以将庞大而复杂的物体转化为若干较小且易于处理的子问题。有了网络体系结构，使得一个公司所生产的各种机器和网络设备可以非常容易地被连接起来，这种情况显然有利于一个公司垄断自己的产品。用户一旦购买了某个公司的网络，当需要扩展时，就只能再购买原公司的产品。如果想购买了其他公司的网络产品，由于各个公司的网络体系结构各不相同，所以不同公司之间的网络不能互连互通。,1-10,第一章 计算机网络概述,1.2 计算机网络的产生和发展3.计算机网络体系结构的形成 为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织ISO成立了专门机构研究该问题。提出了一个使各种计算机能够互连的标准框架，即开放系统互连参考模型OSI/RM，它将网络划分为七层，并规定了每层的功能。它的“开放”思想是：只要遵循OSI标准，一个网络系统就可以和位于世界上任何地方并也遵循这同一标准的任何其他系统进行通信，OSI/RM参考模型的提出，意味着计算机网络发展到了第三代。OSI参考模型使网络发展道路走向标准化，而网络标准化的最大体现就是Internet的飞速发展，现在Internet已成为全球最大的商用计算机互连网。它遵循TCP/IP参考模型，由于TCP/IP仍然使用分层结构思想，因此Internet仍属于第三代计算机网络。,1-11,第一章 计算机网络概述,1.2 计算机网络的产生和发展4.局域网的形成 由于微型计算机的出现和应用普及，人们迫切需要将众多的微机组成网络，局域网就是在一个有限区域范围内将众多微型计算机连接在一起实现信息交换和信息共享。作为网络的一个重要分支，局域网连网简单，只要在微型计算机中插入一个接口板就能实现连网。由于局域网价格便宜，传输速率高，使用方便，因此局域网在20世纪80年代开始得到了快速发展，特别是微机的大量推广和普及，对局域网的应用起到了很大的推动作用，对当今计算机网络技术发展产生了重要影响。,1-12,第一章 计算机网络概述,1.2 计算机网络的产生和发展5.Internet时代的到来 进入20世纪80年代末期以来，在计算机网络领域最引人注目的就是Internet的飞速发展。Internet的原意就是互连网，全国自然科学名词审定委员会推荐的译名是“因特网”。Internet已发展成为世界上最大的国际性计算机互连网。Internet对世界的冲击之大，影响之深是人们所未能预料的，这就使得20世纪90年代成为Internet时代。,1-13,第一章 计算机网络概述,1.2 计算机网络的产生和发展6.计算机网络发展的前景 从技术的发展看，推动网络发展的主要因素是微电子技术、大规模集成电路技术、光通信技术和计算机技术等。微电子技术用于通信，发展了数字电话、ISDN、数字移动电话、宽带ISDN以及异步传输模式ATM等。光通信技术的发展提高了传送速度和性能，预计到2010年传输速率可达到每秒100千兆位，传输性能达到50Mbpskm。从网络技术本身的发展来看，主要是改进网络结构、传输技术、交换技术和网络管理，从而提高性能、增加服务、减低成本、满足用户的需要。已经定义的同步光纤网SONET标准，速率分别达到155Mbps、622Mbps和2.5Gbps的系统已经推出，异步传输模式ATM已进入实用阶段，并开始用于宽带ISDN和多媒体通信等高速网络。高速网络的应用开发主要是图象、多媒体、实时系统和分布计算。由此可见，网络技术正迅速朝着高速化、实时化、智能化、集成化和多媒体化的方向发展。,1-14,第一章 计算机网络概述,1.3 网络协议与体系结构 计算机网络体系是把网络的硬件和软件看作是一个整体，它们是分层次的，符合协议和标准的。网络的低层是硬件，而软件处在网络的高层。1.3.1 分层次的网络体系结构 什么是网络协议?要想使两台计算机进行通信，必须使它们采用统一的信息交换规则。在计算机网络中，把用于规定信息格式以及如何发送和接收信息的一套规则（标准、约定）称为网络协议（或称通信协议）。在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据，就必须遵守一些事先约定好的网络协议。,1-15,第一章 计算机网络概述,1.3 网络协议与体系结构 计算机网络体系是把网络的硬件和软件看作是一个整体，它们是分层次的，符合协议和标准的。网络的低层是硬件，而软件处在网络的高层。1.3.1 分层次的网络体系结构 一个网络协议主要由以下三个要素组成：语法：即数据与控制信息的结构、格式和编码。语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答。同步：即事件实现顺序的详细说明。由此可见，网络协议是计算机网络的不可缺少的组成部分。,1-16,第一章 计算机网络概述,1.3.1 分层次的网络体系结构什么是协议分层？为了减少网络协议设计的复杂性，协议的设计者并不是设计一个单一、巨大的协议来为所有形式的通信规定完整的细节，而是采用把复杂的通信问题按一定层次被划分为许多相对独立的子功能，然后为每一个子功能设计一个单独的协议，即每层对应一个协议，这样做使得每个协议的设计、分析、编码和测试变得简单易行，这是协议分层的根本目的。从层次角度看，一个网络系统就是按照分层次的方式来组织和实现的。狭义地说，协议分层就是按照信息的流动过程将网络的整体功能分解为一个个的功能层，每各功能层用对应的协议规定其功能，不同机器上的同等功能层之间采用相同的协议，同一机器上的相邻功能层之间通过接口进行数据传递。,1-17,第一章 计算机网络概述,1.3.1 分层次的网络体系结构,1-18,第一章 计算机网络概述,1.3.1 分层次的网络体系结构 什么是网络体系结构？网络体系结构是指网络中分层模型和各层协议的集合。网络体系结构的描述必须包括足够的信息，以方便为每一功能层进行硬件设计或编写程序，并使之符合相关协议。值得注意的是，网络协议实现的细节不属于网络体系结构的内容，因为它们隐含在机器内部，对外部来说是不可见的。总之，体系结构是抽象的，而实现则是具体的。,1-19,第一章 计算机网络概述,1.3.1 分层次的网络体系结构（1）物理层 主要任务是透明地传送比特流。物理层关心的问题是：使用什么样的物理信号来表示数据“0”和“1”和持续时间多长；数据传输是否可同时在两个方向上进行；最初的连接如何建立和完成通信后连接如何终止；物理接口的功能等。该层还规定设计物理层接口的机械、电气、功能和过程特性。（2）数据链路层 主要任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据。在传送数据时，若接收结点检测到所收到的数据中有差错，就要通知发方重发这一帧，直到这一帧正确无误地到达接收结点为止。在每一帧所包括的控制信息中，有同步信息、地址信息、差错控制，以及流量控制信息等。,1-20,第一章 计算机网络概述,1.3.1 分层次的网络体系结构（3）网络层 主要任务是完成主机间报文传输，选择合适的路由，使发送方报文能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站。网络层数据的传送单位是分组，将发送方主机送来的报文分割成若干个分组。如果网络出现过多的报文，可能形成拥塞，因此网络层还要避免拥塞。（4）传输层 主要任务是根据通信网的特性最佳地利用网络资源，并以可靠和经济的方式为两端主机进程之间建立一条传输连接，以透明地传送报文。或者说，传输层为进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端的服务，使它们看不见传输层以下的数据通信的细节。,1-21,第一章 计算机网络概述,1.3.1 分层次的网络体系结构（5）应用层 主要任务是确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。它不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。应用层直接为用户的应用进程提供服务。需要注意的是，应用层协议并不是解决用户各种具体应用的协议。,1-22,第一章 计算机网络概述,1.3.1 分层次的网络体系结构,1-23,第一章 计算机网络概述,1.3.2 网络服务与实体 服务(Service)就是网络中的各层向其相邻上层提供一组操作，是相邻两层之间的界面。下层是服务提供者，上层是服务用户，而服务的表现是原语(如库函数或系统调用)。实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件对象，每层至少存在一个实体，在不同主机上同一层内的实体称为对等实体，N层实体实现的服务为N+1层所利用，而N层则要利用N-1层所提供的服务。协议和服务是两个截然不同的概念。第一，协议的实现保证了能够向上一层提供服务。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议，下面的协议对上面的服务用户是透明的。第二，协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是“垂直的，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。,1-24,第一章 计算机网络概述,1.3.2 网络服务与实体 什么是服务原语？上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换命令，这些命令称为服务原语。在同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方，通常称为服务访问点SAP。SAP是一个抽象的概念，它实际上是一个逻辑接口。层与层之间交换数据的单位称为服务数据单元SDU，它可以与PDU不一样。多个SDU合成为一个PDU，也可以是一个SDU划分为几个PDU。,1-25,第一章 计算机网络概述,1.3.2 网络服务与实体,1-26,第一章 计算机网络概述,1.3.2 网络服务与实体 从通信角度看，网络服务可分为两大类：面向连接的服务和无连接的服务。连接服务，就是两个实体在数据交换之前，必须先建立连接。当数据交换结束后，则应终止这个连接。它具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。在传送数据时是按序传送的，各数据包不需要携带目的地址，而是使用连接号。面向连接服务比较适合于在一定期间内要向同一目的地发送许多报文的情况。这种服务可以看作是电话系统服务模式的抽象。,1-27,第一章 计算机网络概述,1.3.2 网络服务与实体 无连接服务，就是两个实体之间的通信事先不需要建立连接，因此每个报文要带有完整的目的地址，每个报文在系统中独立传送。这种服务可以看作是邮政系统服务模式的抽象。在无连接服务模式下，不能保证报文到达的先后顺序，原因是不同的报文可能经不同的路径到达目的地，所以先发的报文不一定先到。无连接服务也不对出错报文进行恢复或重传，不能防止报文的丢失、重复或失序。换句话说，它不保证报文传输的可靠性，因此这种无连接服务只适合于传送少量零星的报文。,1-28,第一章 计算机网络概述,1.3.3 服务原语“服务”在形式上是用一组原语来描述的，这些原语供用户和其它实体访问该服务，或者向用户实体报告某事件的发生。,1-29,第一章 计算机网络概述,1.3.3 服务原语（l）连接请求：服务用户请求建立一个连接。（2）连接指示：服务提供者向被呼叫方示意有人请求建立连接。（3）连接响应：被呼叫方用来表示接受建立连接的请求。（4）连接确认：服务提供者通知呼叫方建立连接的请求已被接受。（5）数据请求：请求服务提供者把数据传给对方。（6）数据指示：表示数据到达。（7）断连请求：请求释放连接。（8）断连指示：释放连接请求到达对等端。,1-30,第一章 计算机网络概述,1.3.3 服务原语（l）连接请求：服务用户请求建立一个连接。（2）连接指示：服务提供者向被呼叫方示意有人请求建立连接。（3）连接响应：被呼叫方用来表示接受建立连接的请求。（4）连接确认：服务提供者通知呼叫方建立连接的请求已被接受。（5）数据请求：请求服务提供者把数据传给对方。（6）数据指示：表示数据到达。（7）断连请求：请求释放连接。（8）断连指示：释放连接请求到达对等端。,1-31,第一章 计算机网络概述,1.3.3 服务原语,1-32,第一章 计算机网络概述,1.3.4 ISO-OSI的体系结构 OSI参考模型采用了7个层次的体系结构，将前面所讲的原理性体系结构中的应用层再划分为三个层次。这三个层次从上到下的名称是：应用层、表示层和会话层。会话层不参与具体的数据传输，但它却对数据传输进行管理。它在两个互相通信的进程之间建立、组织和协调其交互。表示层主要解决用户信息的语法表示，将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，变换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。应用层对应用进程进行了抽象，它只保留应用进程中与进程间交互有关的那些部分。经过抽象后的应用进程就成为OSI应用层中的应用实体。OSI的应用层并不是要把各种应用进行标准化。而仅仅对一些应用进程经常使用的功能进行描述，以及实现这些功能所要使用的协议。,1-33,第一章 计算机网络概述,1.3.4 ISO-OSI的体系结构,1-34,第一章 计算机网络概述,1.3.5 TCP/IP的体系结构 TCP/IP最初是为ARPANET网开发的网络体系结构，主要由两个重要协议即TCP协议和IP协议而得名，实际上，TCP/IP体系包含了大量的协议和应用，它是由大量协议组成的集合，简称为TCP/IP协议集。虽然TCP/IP不是ISO倡导的标准，但它有广泛的商业应用，因此TCP/IP是一种事实上的标准。由于Interner已经得到了全世界的承认，因而Internet所使用的TCP/IP体系在计算机网络领域中就占有特殊重要的地位。TCP/IP协议体系分为四个层次。由于TCP/IP协议集中没有考虑具体的物理传输介质，因此在TCP/IP的标准中并没有对数据链路层和物理层做出规定，而只是将最低的一层取名为网络接口层，只是规定了与物理网络的接口。这样，如果不考虑网络接口层，那么TCP/IP体系实际上就只有三个层次：应用层、传输控制层和网络互连层。,1-35,第一章 计算机网络概述,1.3.5 TCP/IP的体系结构 应用层有许多著名协议，如远程登录协议TELNET，文件传送协议FTP，简单邮件传送协议SMTP等。传输层使用两种不同的协议。一种是面向连接的传输控制协议TCP；另一种是无连接的用户数据报协议UDP。传输层传送的数据单位是报文或数据流。网络互连层主要协议就是无连接的网络互连协议IP。该层传送的数据单位是分组。与IP协议配合使用的还有三个协议：Internet控制报文协议ICMP、地址解析协议ARP和逆地址解析协议 RARP。,1-36,第一章 计算机网络概述,1.3.5 TCP/IP的体系结构 TCP/IP与OSI不同之处：（l）TCP/IP一开始就考虑到多种异构网的互连问题，并将网际协议IP作为TCP/IP的重要组成部分。但ISO和CCITT最初只考虑到使用一种标准的公用数据网将各种不同的系统互连在一起。后来，ISO认识到了网际协议IP的重要性，然而已经来不及了，只好在网络层中划分出一个子层来完成类似TCP/IP中IP的作用。（2）TCP/IP一开始就对面向连接服务和无连接服务并重，而OSI在开始时只强调面向连接服务。后来OSI才开始制定无连接服务的有关标准。无连接服务的数据报对于互连网中的数据传送以及分组话音通信都是十分方便的。（3）TCP/IP有较好的网络管理功能，而OSI到后来才开始考虑这个问题。,1-37,第一章 计算机网络概述,1.3.5 TCP/IP的体系结构 TCP/IP不足之处：TCP/IP的模型对“服务”、“协议”和“接口”等概念并没有很清楚地区分开。因此在使用一些新的技术来设计新的网络时，采用这种模型就可能会遇到一些麻烦。另外，TCP/IP模型的通用性较差，很难用它来描述其他种类的协议栈。还有，TCP/IP的网络接口层严格来说并不是一个层次而仅仅是一个接口，而在这下面的数据链路层和物理层则根本没有。但实际上这两个层次还是很重要的。虽然OSI在一开始是由ISO来制订，但后来的许多标准都是ISO与CCITT联合制订的。从历史上来看，CCITT原来是从通信的角度考虑一些标准的制定，而ISO则关心信息的处理。但随着科学技术的发展，通信与信息处理的界限变得比较模糊了。于是，通信与信息处理就都成为CCITT与ISO所共同关心的领域。,1-38,第一章 计算机网络概述,1.4 计算机网络的组成1.4.1 通信子网与资源子网 从概念上讲，计算机网络=通信子网+资源子网。通信子网：负责计算机间的数据通信，覆盖的地理范围可能只是很小的局部区域，甚至就在一幢大楼内或一间房间内；也可能是远程的，甚至跨越国界，直至洲际或全球。通信子网中除了包括传输信息的物理介质外，还包括中继器、交换机、路由器等各种通信设备。信息在通信子网中的传输方式可以从源出发经过若干中间设备的转发或交换才最终到达目的地。资源子网：通过通信子网互连在一起的计算机则负责运行对信息进行处理的应用程序，它们是网络中信息流动的源与宿，向网络用户提供可共享的硬件、软件和信息资源。,1-39,第一章 计算机网络概述,1.4.2 因特网（Internet）Internet并不是一个单一的计算机网络，而是由许多网络互连在一起的一个网际网。Internet的运行和使用为全球信息基础设施（即全球信息高速公路）的建立奠定了基础。许多计算机正是通过因特网而和全球范围内的其他计算机互连的。在美国政府宣布其国家信息基础设施NII计划，俗称信息高速公路。又有人提出全球信息高速公路计划，1995年召开的Internet年会的主题就是向全球信息高速公路进军。,1-40,第一章 计算机网络概述,1.4.3 常用的网络设备 网络适配器：又称网络接口控制器、网络接口卡，简称网卡，它插入在计算机的总线上，外面通过传输介质将计算机连接到其他网络设备上。网络适配器实现网络物理层和数据链路层的功能。网络收发器：是网络适配器和传输介质间的接口设备，它提供信号电平转换和信号地的隔离。网络介质转换设备：是网络中不同传输介质间的转换设备，如双绞线和光纤、单模光纤和多模光纤间的转换。多路复用器：是终端控制器的一种，用于提高通信信道的利用率。中继器：通过整形放大接收到的电信号再传递出去，可延伸传输介质的距离。,1-41,第一章 计算机网络概述,1.4.3 常用的网络设备 集线器：英文为HUB，可以看成是多端口中继器（一般的中继器是双端口的）。网桥：是工作在物理层和数据链路层的网络连接设备，可将两个局域网互连成一个逻辑上的局域网。交换机：交换机相当于一个多端口网桥，可更明确地称之为帧交换机。路由器：是工作在网络层的多个网络间的互连设备，它可在网络间提供路径选择功能。网关：可以看成是多个网络间互连设备的统称，但一般专指在传输层以上实现多个网络互连的设备。,1-42,第一章 计算机网络概述,1.5 计算机网络的定义和分类 计算机网络是指独立自治、相互连接的计算机集合。独立自治意味着每台连网的计算机是一个完整的计算机系统，可以独立运行用户程序；相互连接意味着两台计算机之间能够相互交换信息。计算机之间的连接是物理的，由硬件实现。计算机连接所使用的介质可以是双绞线。同轴电缆或光纤等有线介质；也可以是无线电、激光、大地微波或卫星微波等无线介质。计算机之间的信息交换具有物理和逻辑上的双重含义。在计算机网络的最底层（通常为物理层），信息交换体现为直接相连的两台机器之间无结构的比特流传输；而在物理层之上的各层所交换的信息便有了一定的逻辑结构，越往上逻辑结构越复杂，也越接近用户真正需要的形式。信息交换在低层由硬件实现，而到了高层则由软件实现。,1-43,第一章 计算机网络概述,1.5 计算机网络的定义和分类 按拓扑结构分有：总线型网、星型网、环型网等。按交换方式分有：电路交换、报文交换、分组交换、混合交换。按使用范围分有：公用网、专用网。按网络作用范围的大小，将网络分为局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）和互联网。,1-44,第一章 计算机网络概述,1.5.1 局域网 局域网是指范围在几百米到十几公里内办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络。计算机局域网被广泛应用于连接校园、工厂以及机关的个人计算机或工作站，以利于个人计算机或工作站之间共享资源和数据通信。局域网区别于其他网络主要体现在下面3个方面：网络所覆盖的物理范围；网络所使用的传输技术；网络的拓扑结构。局域网中经常使用共享信道，即所有的机器都接在同一条电线上。传统局域网具有高数据传输率（10Mbps或100Mbps）、低延迟和低误码率的特点。新型局域网的数据传输率可达每秒千兆位甚至更高。局域网有不同的拓扑结构，常用的有总线型、星型、环型等。,1-45,第一章 计算机网络概述,1.5.1 局域网,1-46,第一章 计算机网络概述,1.5.2 城域网 城域网所采用的技术基本上与局域网相类似，只是规模上要大一些。城域网既可以覆盖相距不远的几栋办公楼，也可以覆盖一个城市。既可以是专用网，也可以是公用网。城域网既可以支持数据和话音传输，也可以与有线电视相连。将城域网作为一种网络类型的主要原因是其有标准并已推行，该标准的名称为分布式队列双总线DQDB(IEEE802.6)。DQDB的工作范围一般是160km，数据传输率为44Mbps DQDB采用两条平行的单向总线，这两条平行的单向总线贯穿于整个城市，每个站点都同时与这两条总线相连。其中每条总线都有一个端接点，各自产生一个53字节的信元流。每个信元都从瑞接点沿着总钱往下传，当它到达终点时，就从总线中消失。,1-47,第一章 计算机网络概述,1.5.2 城域网,1-48,第一章 计算机网络概述,1.5.3 广域网 广域网通常跨接很大的物理范围，如一个行业、一个国家。广域网包含很多用来运行用户应用程序的机器集合，通常把这些机器叫做主机（host）。把这些主机连接在一起的是通信子网，通信子网的作用是在主机之间传送报文。广域网通常将网络中的纯通信部分的子网与应用部分的主机分离开来，广域网技术主要涉及通信子网部分。,1-49,第一章 计算机网络概述,1.5.3 广域网 在广域网中，通信子网一般都包括两部份：传输信道（包括传输设备）和转接设备。传输信道用于在机器间传送数据。转接设备是专用计算机，用来连接两条或多条传输线。当数据从一条输入信道到达后，转接设备必须选择一条输出信道，把数据继续向前发送。在ARPANET网中，转接设备叫做接口信息处理机IMP。每台主机都至少连着一台IMP。所有进出该主机的报文，都必须经过与该主机相连的IMP。绝大多数广域网包含大量租用线路或专用线路，每一条线路连着一对IMP。当报文从源结点经过中间IMP发往目的结点时，每个IMP将输入的报文完整接收下来并贮存起来，然后选择一条空闲的输出线路，继续向前传送，因此这种子网又称为点到点子网或存储转发子网。除了那些使用卫星的广域网外，几乎所有的广域网都采用存储转发方式。,1-50,第一章 计算机网络概述,1.5.4 互联网 目前世界上有许多网络，而不同网络的物理结构、协议和所采用的标准是各不相同的。如果连接到不同网络的用户需要进行相互通信，就需要将这些不兼容的网络通过称为网关的设备连接起来，并由网关完成相应的转换功能。由多个网络相互连接构成的集合称为互联网（Internetworking）。互联网的最常见形式是多个局域网通过广域网连接起来。如何判断一个网络是广域网还是通信子网取决于网络中是否含有主机。如果一个网络只含有中间转接站点（即IMP），则该网络仅仅是一个通信子网；反之，如果网络中既包含IMP，又包含用户可以运行作业的主机，则该网络是一个广域网。,1-51,第一章 计算机网络概述,1.5.4 互联网 通信子网、网络和互联网这三个概念容易混淆。通信子网作为广域网的一个重要组成部分，通常是由IMP和通信线路所组成。原则上，通信子网和主机相结合构成计算机网络（对于局域网来说，它是由电缆和主机构成的，没有通信子网）。而互联网一般是不同网络的相互连接，如局域网和广域网的连接、两个局域网的相互连接或多个局域网通过广域网连接起来。电话系统包括用高速线路连接的局间交换机和连到用户端的低速线路，这些线路和设备就构成电话系统的通信子网，它的所有权属于电话公司并由他们经营管理，而用户的电话机就不属于通信子网部分。,1-52,第一章 计算机网络概述,1.5.5 无线网 随着笔记本电脑和个人数字助理（PDA）等便携式计算机的日益普及和发展，人们经常要在路途中接听电话、发送传真和电子邮件、阅读网上信息以及登录到远程机器等。然而在汽车或飞机上是不可能通过有线介质与单位的网络相连接的，这时候可能会对无线网感兴趣了。无线网特别是无线局域网有很多优点，如易于安装和使用。但无线局域网也有许多不足之处：如它的数据传输率一般比较低，远低于有线局域网；另外无线局域网的误码率也比较高，而且站点之间相互干扰比较厉害。无线网是当前国内外的研究热点，无线网的研究是由巨大的市场需求驱动的。无线网的特点是使用户可以在任何时间、任何地点接入计算机网络，而这一特性使其具有强大的应用前景。当前已经出现了许多基于无线网的产品，如个人通信系统PCS电话、无线数据终端、便携式可视电话、个人数字助理等。,1-53,第二章 通信子网基本技术,2.1 数据通信基础2.2 物理传输介质2.3 差错控制技术2.4 数据交换技术2.5 物理层接口2.6 接入技术,1-54,第二章 通信子网基本技术,2.1 数据通信基础2.1.1 信道与信号 在通信系统中，数据两种类型：数字数据（具有离散值，如字符串等）和模拟数据（在某时间间隔中具有连续的值，如音频数据）。在数据通信时，要将数据编码（变换）为电信号的形式从一点传到另一点。由于有两种不同的数据类型，因此电信号相应有两种基本形式：数字信号和模拟信号。模拟信号是一种连续变化的电信号（如语音信号），而数字信号是一种离散的信号（如计算机内部脉冲信号）。用数字信号进行的传输称为数字传输，用模拟信号进行的传输称为模拟传输。,1-55,第二章 通信子网基本技术,2.1.1 信道与信号,1-56,第二章 通信子网基本技术,2.1.1 信道与信号 信道是信号传输的通道，它包括通信设备和传输介质。按传输媒体分为：有线信道（如电缆、光纤）和无线信道（如微波、无线电）；按传输信号类型可分为模拟信道和数字信道；按使用权可分为专用信道和公用信道等。无论是模拟数据还是数字数据，都可以用模拟信号或数字信号来传输。,1-57,第二章 通信子网基本技术,2.1.2 模拟通信 模拟通信：利用模拟信号来传递数据的过程，普通电话、广播、电视等都属于模拟通信。模拟通信系统一般由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源组成。信源所产生的原始信号通常都要经过调制后进入信道传输（如距离很近可以不用调制）。调制器的作用是用发送的数据对载波的某个参数进行调制，解调器是调制的逆变换过程。,1-58,第二章 通信子网基本技术,2.1.2 模拟通信 模拟通信的信号源既可以是模拟数据，也可以是数字数据。对于模拟数据，直接用连续变化的电磁波来传输，典型的例子是电话系统的语音传输。而对于数字数据，利用调制解调通过载波频率把一串二进制电压脉冲调制为模拟信号来传输，典型的例子就是计算机利用调制解调器通过电话网进行数据传输。总之，在模拟通信系统中，信道上传输的信号一定是模拟信号。,1-59,第二章 通信子网基本技术,2.1.3 数字通信 数字通信：利用数字信号来传递数据的过程称为数字通信。计算机通信、数字电话、数字电视等都属于数字通信。数字通信系统一般由信源、编码器、信道、解码器、信宿以及发送端和接收端时钟同步组成。发送端信源所产生的原始信号通常要经过编码器编码后进入信道传输。在接收端经解码器解码还原。,1-60,第二章 通信子网基本技术,2.1.3 数字通信 数字通信的信源可以是模拟信号或数字信号。如果是模拟信号，通过编码器对其进行采样、量化和编码，将其变为数字信号，再放在数字信道上传输，在接收方再经解码器解码还原成模拟信号。这个过程就是所谓的模拟数据数字化传输，编解码过程就是模/数（A/D）、数/模（D/A）转换。IP电话是最好的例子说明。对于二进制形式的数字数据，就可以直接用两种电平来表示。为了改变其传播特性，通常对二进制数据进行编码，然后再进行传输。,1-61,第二章 通信子网基本技术,2.1.4 传输特性与传输方式 模拟传输是一种不考虑内容的传输模拟信号的方法，信号可以表示模拟数据或表示数字数据，在传输一定的距离后，模拟信号都将衰减。为了实现远距离传输，模拟传输系统要有放大器，用它使信号放大再生。但是使用放大器也使噪音分量增加，信号就会发生畸形。数字传输与信号内容无关。但是传输过程发生的衰减会危及数据的完整性，数字信号只能在一个有限的距离内传输，为了获得更大的传输距离，通常使用中继器，它把数字信号恢复为1的模式和0的模式，然后重新传输这种新的信号，以克服衰减。,1-62,第二章 通信子网基本技术,2.1.4 传输特性与传输方式 数字传输比模拟传输优越性表现在：抗干扰能力强 模拟通信系统在传输模拟信号过程中，噪声将叠加在有用的模拟信号上，接收端很难将信号和噪声分开，因而模拟通信系统的抗干扰能力比较差。相反，数字通信系统传输的是二进制信号，数据是界于数字脉冲波形的两种状态之中。在数字通信的接收端对每一个接收信号进行采样并与某个门槛电平进行比较，只要采样时刻的信号电平不超过门槛电平，接收端就不会形成错判，可以正确接收数据，而不受噪声的影响。因此数字通信系统比模拟通信系统的抗干扰能力强。,1-63,第二章 通信子网基本技术,2.1.4 传输特性与传输方式 数字传输比模拟传输优越性表现在：实现高质量的远距离通信 由于模拟通信时，噪声是叠加在有用的模拟信号上，而通信系统中的模拟放大器无法将有用的信号与噪声分开，因此只好将有用信号和噪声同时放大。随着传输距离的增加以及模拟放大器的增多，噪声也会越来越大，因此模拟通信系统中的噪声是有积累的，对远距离通信的质量造成很大的影响。而数字通信系统则是采用再生中继器的方法。即传输过程中信号所受到的噪声干扰经过中继器时就已经被消除，然后再生器恢复出与原始信号相同的数字信号，因而克服了模拟通信系统中噪声叠加的问题，因此数字通信系统可以实现高质量的远距离通信。,1-64,第二章 通信子网基本技术,2.1.4 传输特性与传输方式 数字传输比模拟传输优越性表现在：保密性强 由于数字通信系统中传输的是数字信号，因而在传输过程中，可以对信号进行各种数字处理：如存储、转发、复制、加密、检错纠错等。这些处理在模拟通信系统中是不可能实现的。正因为在数字通信系统中可以对信号进行各种处理，因而也就可以在数字通信系统中采用复杂的、非线性的长周期的密码序列对数字信号进行加密，从而使数字通信具有高度的保密性。,1-65,第二章 通信子网基本技术,2.1.4 传输特性与传输方式 数字传输比模拟传输优越性表现在：适应各种通信业务 在数字通信系统中，各种数据（电报、电话、图像和语音等）都可以被变换为统一的二进制数字信号进行传输，所以数字通信系统能灵活地适应各种通信业务。通常把能够同时传输和处理各种不同业务的数字通信网叫做综合业务数字网ISDN。随着高速光纤传输技术、高速数字交换技术以及高性能处理技术的不断发展，ISDN将得到更广泛的应用。,1-66,第二章 通信子网基本技术,2.1.4 传输特性与传输方式 数据传送方式分为：单工方式：指数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送。为使双方能单工通信，还需一根线路用于控制。所以单工通信的信号传输链路一般由两条电线组成，一个用于传输数据，另一个用于传送控制信号，通常又称为二线制。半双工方式：指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送。半双工方式适用于终端与终端之间的会话式通信。全双工方式：指数据可以同时沿相反的两个方向传送。实现的方法可以采用两线制，也可以采用频率分割法，使传输信道分为高频信道和低频信道。,1-67,第二章 通信子网基本技术,2.1.5 带宽与数据传输率 根据傅立叶信号分析理论，任何信号都是由各种频率的成分组成，其中每一成份都是正弦波（或余弦波）。举例来说，假如某信号按傅立叶变换后为：,显然此信号是由频率成分正好为f，3f，5f的正弦波叠加而成。一般情况下，模拟信号的频谱（频率的取值情况、范围）是离散的，即频域函数s(f)是离散的，相反数字信号的频谱是连续的。,1-68,第二章 通信子网基本技术,2.1.5 带宽与数据传输率,1-69,第二章 通信子网基本技术,2.1.6 数据编码 对于数字信号传输技术，数据源（可能是模拟数据或数字数据）编码成数字信号s(t)，s(t)取决于编码技术。对于模拟信号传输技术，它的基础是连续的载波信号，数据被调制到可用的载波信号来传输。(1)数字数据编码成数字信号单极性不归0编码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码,1-70,第二章 通信子网基本技术,2.1.6 数据编码,1-71,第二章 通信子网基本技术,2.1.6 数据编码（2）数字数据编码成模拟信号,1-72,第二章 通信子网基本技术,2.1.6 数据编码（3）模拟数据编码为数字信号,1-73,第二章 通信子网基本技术,2.1.7 数据通信方式1 数据同步传输 所谓同步，就是接收方要按照发送方发送每个码元的起止时刻和速率来接收数据，否则，收发之间会产生误差，即使是很小的误差，随着时间增加的逐步累积，也会造成传输的数据出错。同步技术有：同步方式和异步方式。1）异步方式 每传送一个字符（5位或8位）都在每个字符码前加一个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码和校验码后面加一个停止位，表示字符结束。由于这种方式的字符发送是独立的，所以称为面向字符的异步传输方式。2）同步方式 在发送字符之前先发送一组同步字符，通常为8位或16位，使收发双方进入同步。同步字符之后，可以连续发送任意多个字符，直到控制字符指出这一组字符传送结束。异步传输通常是面向字符的，同步传