計算機網絡技術第二章課件

1、第二章 數據通信基礎21 數據通信的基本概念2.1.1 信息和數據1信息 信息是對客觀事物的反映,可以是對物質的形態(tài)、大小、結構、性能等全部或部分特性的描述，也可表示物質與外部的聯系。信息有各種存在形式。2數據 信息可以用數字的形式來表示，數字化的信息稱為數據。數據可以分成兩類：模擬數據和數字數據。模擬信號模擬信號是隨時間連續(xù)變化的物理量。如聲音就是一個模擬信號，當人說話時，空氣中便產生了一個聲波，這個聲波 包含了一段時間內的連續(xù)值（無窮多個）。數字信號數字信號相對于時間和幅值而言都是不連續(xù)的，即離散的物理量，他只包含有限數目的固定值。最簡單的數字信號是二進制數字0和1.數字信號從一個值到另一

2、個值的變化是瞬時發(fā)生的。2.1.2 信道和信道容量1信道 信道是傳送信號的一條通道，可以分為物理信道和邏輯信道。 物理信道是指用來傳送信號或數據的物理通路，由傳輸及其附屬設備組成。 邏輯信道也是指傳輸信息的一條通路，但在信號的收、發(fā)節(jié)點之間并不一定存在與之對應的物理傳輸介質，而是在物理信道基礎上，由節(jié)點設備內部的連接來實現。信道的分類 信道按使用權限可分為專業(yè)信道和共用信道。 信道按傳輸介質可分為有線信道、無線信道和衛(wèi)星信道。 信道按傳輸信號的種類可分為模擬信道和數字信道。2信道容量 信道容量是指信道傳輸信息的最大能力，通常用數據傳輸率來表示。即單位時間內傳送的比特數越大，則信息的傳輸能力也就

3、越大，表示信道容量大。2.1.3 碼元和碼字在數字傳輸中，有時把一個數字脈沖稱為一個碼元，是構成信息編碼的最小單位。計算機網絡傳送中的每一位二進制數字稱為“碼元”或“碼位”，例如二進制數字10000001是由7個碼元組成的序列，通常稱為“碼字”。2.1.4 數據通信系統(tǒng)主要技術指標1比特率：比特率是一種數字信號的傳輸速率，它表示單位時間內所傳送的二進制代碼的有效位（bit）數，單位用比特每秒（bps）或千比特每秒（Kbps）表示。2波特率：波特率是一種調制速率，也稱波形速率。在數據傳輸過程中，線路上每秒鐘傳送的波形個數就是波特率，其單位為波特（baud）。3誤碼率：誤碼率指信息傳輸的錯誤率，也

4、稱誤碼率，是數據通信系統(tǒng)在正常工作情況下，衡量傳輸可靠性的指標。4吞吐量：吞吐量是單位時間內整個網絡能夠處理的信息總量，單位是字節(jié)/秒或位/秒。在單信道總線型網絡中，吞吐量=信道容量傳輸效率。5通道的傳播延遲：信號在信道中傳播，從信源端到達信宿端需要一定的時間，這個時間叫做傳播延遲（或時延）。2.1.5 帶寬與數據傳輸率 1.信道帶寬 信道帶寬是指信道所能傳送的信號頻率寬度，它的值為信道上可傳送信號的最高頻率減去最低頻率之差。 帶寬越大，所能達到的傳輸速率就越大，所以通道的帶寬是衡量傳輸系統(tǒng)的一個重要指標。2.數據傳輸率 數據傳輸率是指單位時間信道內傳輸的信息量，即比特率，單位為比特/秒。 一

5、般來說，數據傳輸率的高低由傳輸每一位數據所占時間決定，如果每一位所占時間越小，則速率越高。2.2.1 數字數據的數字信號編碼2.2.1 數字數據的數字信號編碼2.3 數據通信方式 在計算機內部各部件之間、計算機與各種外部設備之間、計算機與計算機之間，都是以通信的方式傳遞交換數據信息。本節(jié)將對通信方式進行介紹。 2.3.1 并行通信與串行通信 并行傳輸優(yōu)勢在于速度，并行通信適用于近距離傳輸。 串行通信比并行通信傳輸速度慢，但串行通信節(jié)省了大量通信設備和通信線路，其更適合遠距離通信。其在計算機網絡中普遍采用。2.2 數據傳輸方式2.2.1 數據通信系統(tǒng)模型2.2.2 數據線路的通信方式 根據數據信

6、息在傳輸線上的傳送方向，數據通信方式有： 單工通信 半雙工通信 雙工通信2.3.2 單工、半雙工、全雙工通信 按照數據在線路上的流向，串行數據通信可分為3種類型：單工通信、半雙工通信和全雙工通信。單工數據傳輸：兩站之間只能沿指定方向傳輸數據，反向傳聯絡信號半雙工數據傳輸：兩站之間可以沿兩個方向傳輸數據，但兩個方向不能同時傳輸雙工數據傳輸:兩站之間可以同時兩個方向傳輸數據 基帶傳輸：不需調制，編碼后的數字脈沖信號直接在信道上傳送。比如：以太網（局域網）頻帶傳輸：數字信號調制成音頻模擬信號后在傳送，接收方需要解調。例：通過電話網絡傳輸數據。寬帶傳輸：把信號調制成頻帶為幾十MHZ到幾百MHZ的模擬信

7、號后在傳送，接收方需要解調。例：閉路電視的信號傳輸。第二節(jié) 數據交換方式一、線路交換方式（電路交換方式） 線路交換方式的通信過程線路建立階段：如果主機H1要向主機H2傳輸數據，首先要通過通信子網在主機H1與主機H2之間建立線路連接。主機H1首先向通信子網中節(jié)點A發(fā)送“呼叫請求包”，其中含有需要建立線路連接的源主機地址與目的主機地址。節(jié)點A根據目的主機地址，根據路選算法，如選擇下一個節(jié)點為B，則向節(jié)點B發(fā)送“呼叫請求包”。其它節(jié)點動作基本類同。至此，從“主機H1-節(jié)點A-節(jié)點B-節(jié)點C-節(jié)點D-主機H2”的專用物理線路連接建立完成。第二節(jié) 數據交換方式一、線路交換方式（電路交換方式） 線路交換方

8、式的通信過程數據傳輸階段：在主機H1與主機H2通過通信子網的物理線路連接建立以后，主機H1與主機H2就可以通過該連接實時、雙向交換數據。線路釋放階段：在數據傳輸完成后，就要進入路線釋放階段。一般可以由主機H1向主機H2發(fā)出“釋放請求包”，主機H2同意結束傳輸并釋放線路后，將向節(jié)點D發(fā)送“釋放應答包”，然后按照節(jié)點C-節(jié)點B-節(jié)點A-主機H1次序，依次將建立的物理連接釋放。這時，此次通信結束。第二節(jié) 數據交換方式一、線路交換方式（電路交換方式） 線路交換方式的特點通信子網中的節(jié)點是用電子或機電結合的交換設備來完成輸入與輸出線路的物理連接；交換設備與線路分為模擬通信與數字通信兩類；線路連接過程完成

9、后，在兩臺主機之間已建立的物理線路連接為此次通信專用，電路利用率低；通信子網中的結點交換設備不能存儲數據，不能改變數據內容，并且不具備差錯控制能力；信息傳輸效率較高，對用戶提供“透明”傳輸通路。第二節(jié) 數據交換方式二、報文交換方式 報文交換的基本原理報文交換不事先建立物理電路，當發(fā)送方有數據要發(fā)送時，它把要發(fā)送的數據當作一個整體交給中間交換設備，中間交換設備先將報文存儲起來，然后選擇一條合適的空閑輸出線將數據轉發(fā)給下一個交換設備，如此循環(huán)往復直至將數據發(fā)送到目的結點。 報文的基本格式第二節(jié) 數據交換方式二、報文交換方式 報文交換的特點線路效率較高，因為許多報文可以分時共享一條節(jié)點到節(jié)點的通道；

10、不需要同時使用發(fā)送器和接收器來傳輸數據，網絡可以在接收器可用之前，暫時存儲這個報文；在線路交換網上，當通信量變得很大時，就不能接受某些呼叫；報文交換系統(tǒng)可以把一個報文發(fā)送到多個目的地；根據報文的長短或其他特征能夠建立報文的優(yōu)先權，使得一些短的、重要的報文優(yōu)先傳遞，且可以進行速度和代碼的轉換。第二節(jié) 數據交換方式三、分組交換方式 分組交換的基本原理分組交換與報文交換的工作方式基本相同，形式上的主要差別在于，分組交換網中要限制所傳輸的數據單位的長度,一般選128B。 發(fā)送節(jié)點首先對從終端設備送來的數據報文進行接收、存儲，而后將報文劃分成一定長度的分組，并以分組為單位進行傳輸和交換。接收節(jié)點將接收到

11、的分組重新組裝成信息或報文。 分組的基本格式第二節(jié) 數據交換方式三、分組交換方式 分組交換的實現方式虛電路方式：兩個用戶(DTE)在進行通信之前通過網絡建立的邏輯上的連接。在同一條物理線路上可以同時建立多個虛電路。包括呼叫建立、數據傳輸和呼叫釋放階段。數據報方式：每個分組單獨傳送，稱為數據報，每個數據報都包含源節(jié)點和目的節(jié)點的地址信息。二者之間的比較：第二節(jié) 數據交換方式三、分組交換方式 分組交換的特點具有分段差錯流量控制功能，傳輸質量高；對線路動態(tài)多路復用，傳輸效率高；可在不同種類的終端之間通信；服務質量(QoS)可靠，經濟性好；時延不固定，平均時延較長；分組頭部增加開銷，不適宜傳送實時性要

12、求高的數據。第二節(jié) 數據交換方式三、分組交換方式 分組交換的基本原理分組交換與報文交換的工作方式基本相同，形式上的主要差別在于，分組交換網中要限制所傳輸的數據單位的長度,一般選128B。 發(fā)送節(jié)點首先對從終端設備送來的數據報文進行接收、存儲，而后將報文劃分成一定長度的分組，并以分組為單位進行傳輸和交換。接收節(jié)點將接收到的分組重新組裝成信息或報文。 分組的基本格式第二節(jié) 數據交換方式三、分組交換方式 分組交換的實現方式虛電路方式數據報方式I、傳輸需連接建立和釋放的過程；II、數據塊中僅含少量的地址信息，用戶的連續(xù)數據塊沿著相同的路徑，按序到達目的地；接受站點處理方便。III、如果虛電路中的某個結

13、點或者線路出現故障，將導致虛電路傳輸失效。IV、虛電路方式較適合站點之間大批量的數據傳輸。I、傳輸無需連接建立和釋放的過程；II、每個數據報中需帶較多的地址信息；III、用戶的連續(xù)數據塊會無序地到達目的地；接受站點處理復雜。IV、當使用網狀拓撲組建網絡時，任一中間結點或者線路的故障不會影響數據報的傳輸（可以選擇不同的路徑），可靠性較高。V、數據報較適合站點之間少量數據的傳輸。第二節(jié) 數據交換方式四、三種交換方式的比較 三種交換技術總結如下線路交換：在數據傳送之前需建立一條物理通路，在線路被釋放之前，該通路將一直被一對用戶完全占有； 報文交換：報文從發(fā)送方傳送到接收方采用存儲轉發(fā)的方式；分組交換

14、：此方式與報文交換類似，但報文被分成組傳送，并規(guī)定了分組的最大長度，到達目的地后需重新將分組組裝成報文。電路交換 報文交換 分組交換第二節(jié) 數據交換方式四、三種交換方式的比較 三種交換技術總結如下線路交換：在數據傳送之前需建立一條物理通路，在線路被釋放之前，該通路將一直被一對用戶完全占有； 報文交換：報文從發(fā)送方傳送到接收方采用存儲轉發(fā)的方式；分組交換：此方式與報文交換類似，但報文被分成組傳送，并規(guī)定了分組的最大長度，到達目的地后需重新將分組組裝成報文。電路交換 報文交換 分組交換第二節(jié) 數據交換方式三、分組交換方式 分組交換的基本原理分組交換與報文交換的工作方式基本相同，形式上的主要差別在于

15、，分組交換網中要限制所傳輸的數據單位的長度,一般選128B。 發(fā)送節(jié)點首先對從終端設備送來的數據報文進行接收、存儲，而后將報文劃分成一定長度的分組，并以分組為單位進行傳輸和交換。接收節(jié)點將接收到的分組重新組裝成信息或報文。 分組的基本格式（1）電路交換：在數據傳輸期間，源（發(fā)送點）與目的（接收點）之間構成一條實際連接的專用物理線路。（2）報文交換：不需要建立一條專用物理線路，信息分成報文一站一站地從源地址送到目的地址。即存儲-轉發(fā)方式。報文長度不固定，有點像寄出一封信傳送方式一樣。（3）分組交換：同樣不需要建立一條專用物理線路，不過信息傳送的單位不是報文，而是分組。特征是其最大長度比報文短很多

16、?；驹砼c報文交換相同。2.2.3 數據傳輸方式 數據傳輸方式依其數據在傳輸線原樣不變地傳輸還是調制變樣后再傳輸，可分為基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸等方式。 1.基帶傳輸 2.頻帶傳輸 3.寬帶傳輸2.3 數據交換技術通常使用四種交換技術：電路交換報文交換分組交換信元交換。2.3.1 電路交換電路交換（也稱線路交換）在電路交換方式中，通過網絡節(jié)點（交換設備）在工作站之間建立專用的通信通道，即在兩個工作站之間建立實際的物理連接。一旦通信線路建立，這對端點就獨占該條物理通道，直至通信線路被取消。電路交換的主要優(yōu)點是實時性好，由于信道專用，通信速率較高；缺點是線路利用率低，不能連接不同類型的線路組

17、成鏈路，通信的雙方必須同時工作。 電路交換必定是面向連接的，電話系統(tǒng)就是這種方式。 電路交換的三個階段：電路建立階段數據傳輸階段拆除電路階段2.3.2 報文交換報文是一個帶有目的端信息和控制信息的數據包。報文交換采取的是“存儲轉發(fā)”（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的兩個節(jié)點之間建立專用的物理線路。報文交換的主要缺點是網絡的延時較長且變化比較大，因而不宜用于實時通信或交互式的應用場合。在 20 世紀 40 年代，電報通信也采用了基于存儲轉發(fā)原理的報文交換(message switching)。 報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等?，F在，報文交換已經很少有人使用了。

18、2.3.3 分組交換分組交換也稱包交換，它是報文交換的一種改進，也屬于存儲-轉發(fā)交換方式，但它不是以報文為單位，而是以長度受到限制的報文分組（Packet）為單位進行傳輸交換的。分組也叫做信息包，分組交換有時也稱為包交換。分組在網絡中傳輸，還可以分為兩種不同的方式：數據報和虛電路。數據報無連接，分組經過不同路徑，亂序，不可靠。對于短報文數據，通信傳輸率比較高，缺點是傳輸時延較大，時延離散度大。54231ABCDE432113222434312 3 1 4虛電路面向連接，分組按序到達，可靠。優(yōu)點 ：對于數據量較大的通信傳輸率高，分組時延短。缺點是：對網絡的依賴性較大。54321AEDCB4 3 2 14 3 2 14 3 2 1 虛電路這一術語是為了區(qū)別線路交換而言的，線路交換是各交換節(jié)點未發(fā)送站和接收站建立一條專用的物理通路。而虛電路是在交換節(jié)點之間建