計算機網(wǎng)絡技術基礎高職PPT完整版全套教學課件

計算機網(wǎng)絡技術基礎第1章計算機網(wǎng)絡概述第2章數(shù)據(jù)通信基礎第3章網(wǎng)絡體系結構第4章

TCP/IP協(xié)議集第5章局域網(wǎng)技術第6章網(wǎng)絡互聯(lián)技術第7章Internet基礎與應用第8章網(wǎng)絡安全全套PPT課件第1章01計算機網(wǎng)絡

概述章節(jié)導讀目前，計算機網(wǎng)絡已成為全球信息產業(yè)的基石，它在信息的采集、存儲、處理、傳輸和分發(fā)中扮演了極其重要的角色。計算機網(wǎng)絡突破了單臺計算機系統(tǒng)應用的局限，使多臺計算機交換信息、資源共享和協(xié)同工作成為可能。計算機網(wǎng)絡的廣泛使用，改變了傳統(tǒng)意義上的時間和空間的概念，對社會的各個領域，包括對人們的生活方式產生了革命性的影響，促進了社會信息化的發(fā)展進程。本章主要講解計算機網(wǎng)絡的基礎知識，包括計算機網(wǎng)絡的產生與發(fā)展、定義、功能、組成、分類、應用以及常見拓撲結構，還涉及了計算機網(wǎng)絡發(fā)展的新技術。學

習

目

標了解計算機網(wǎng)絡的發(fā)展歷史。掌握計算機網(wǎng)絡的定義和功能。掌握計算機網(wǎng)絡的組成與拓撲結構。熟悉計算機網(wǎng)絡的分類。了解計算機網(wǎng)絡發(fā)展的新技術。1.1計算機網(wǎng)絡的產生與發(fā)展計算機網(wǎng)絡是計算機技術與通信技術相結合的產物。縱觀計算機網(wǎng)絡的發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)，計算機網(wǎng)絡和其他事物的發(fā)展一樣，也經(jīng)歷了從簡單到復雜，從低級到高級的過程。在這一過程中，計算機技術與通信技術緊密結合，相互促進，共同發(fā)展，最終產生了計算機網(wǎng)絡。從1946年世界上第一臺計算機ENIAC的誕生到現(xiàn)在網(wǎng)絡的全面普及，計算機網(wǎng)絡的發(fā)展大體可以分為以下4個階段。第一代計算機網(wǎng)絡第二代計算機網(wǎng)絡第三代計算機網(wǎng)絡第四代計算機網(wǎng)絡面向終端的計算機網(wǎng)絡以通信子網(wǎng)為中心的網(wǎng)絡標準化網(wǎng)絡以Internet為中心的新一代網(wǎng)絡1.1計算機網(wǎng)絡的產生與發(fā)展第一代計算機網(wǎng)絡——面向終端的計算機網(wǎng)絡第一代計算機網(wǎng)絡也稱面向終端的計算機網(wǎng)絡，是以單機為中心的通信系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)中除了一臺中心計算機（主機），其余終端均不具備自主處理功能。面向終端的計算機網(wǎng)絡在結構上有3種形式。1（1）第一種結構是計算機與終端直接相連，如右圖所示。在這種結構中，主機負載較重，且一條通信線路只能與一個終端相連，通信線路的利用率較低。1.1計算機網(wǎng)絡的產生與發(fā)展（a）計算機與終端直接相連

（2）第二種結構是終端共享通信線路，如右圖所示。這種結構提高了通信線路的利用率，但當多個終端同時要求與主機通信時，主機無法確定與哪一個終端進行通信。為解決這一問題，主機需增加相應的設備和軟件完成相應的通信協(xié)議轉換，但是這樣會使得主機工作負荷加重。1.1計算機網(wǎng)絡的產生與發(fā)展（b）終端共享通信線路（3）為了減輕主機負荷，在主機前增加通信處理機（CommunicationControlProcessor，CCP）或前端機（FrontEndProcessor，F(xiàn)EP），在終端云集的地方增加集中器或多路器，這就是第三種結構，如圖1-1（c）所示。CCP或FEP專門負責通信控制，而主機專門進行數(shù)據(jù)處理。集中器或多路器實際上是設在遠程終端的通信處理機，其作用是實現(xiàn)多個終端共享同一通信線路。1.1計算機網(wǎng)絡的產生與發(fā)展（c）主機前增加CCP或FEP，終端前增加集中器或多路器圖1-1面向終端的計算機網(wǎng)絡1.1計算機網(wǎng)絡的產生與發(fā)展20世紀60年代初美國航空公司與IBM公司聯(lián)合研制的預訂飛機票系統(tǒng)，由1個主機和2000多個終端組成，是一個典型的面向終端的計算機網(wǎng)絡。但這種網(wǎng)絡系統(tǒng)存在著一些缺點：如果主機的負荷較重，會導致系統(tǒng)響應時間過長；而且單機系統(tǒng)的可靠性一般較低，一旦主機發(fā)生故障，將導致整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的癱瘓。1.1計算機網(wǎng)絡的產生與發(fā)展第二代計算機網(wǎng)絡——以通信子網(wǎng)為中心的網(wǎng)絡為了克服第一代計算機網(wǎng)絡的缺點，提高網(wǎng)絡的可靠性和可用性，人們開始研究將多臺計算機相互連接的方法。1969年12月，美國國防部高級研究計劃署（DefenseAdvancedResearchProjectsAgency，DARPA）的計算機分組交換網(wǎng)ARPANET投入運行，它成功地連接了美國加州大學洛杉磯分校、加州大學圣巴巴拉分校、斯坦福大學和猶他大學四個節(jié)點的計算機。ARPANET的誕生，標志著計算機網(wǎng)絡的發(fā)展進入了一個新紀元，也使計算機網(wǎng)絡的概念發(fā)生了根本性的變化。21.1計算機網(wǎng)絡的產生與發(fā)展早期的面向終端的計算機網(wǎng)絡是以單個主機為中心的星型網(wǎng)，各終端通過電話網(wǎng)共享主機的硬件和軟件資源。但分組交換網(wǎng)則以由接口信息處理機（InterfaceMessageProcessor，IMP）構成的通信子網(wǎng)為中心，主機和終端都處在網(wǎng)絡的邊緣，構成了用戶資源子網(wǎng)，如圖1-2所示。用戶不僅共享通信子網(wǎng)的資源，而且還可共享用戶資源子網(wǎng)中豐富的硬件和軟件資源。這種以通信子網(wǎng)為中心的計算機網(wǎng)絡通常被稱為第二代計算機網(wǎng)絡。圖1-2采用資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)組成的兩級網(wǎng)絡結構1.1計算機網(wǎng)絡的產生與發(fā)展第三代計算機網(wǎng)絡——標準化網(wǎng)絡在網(wǎng)絡中，相互通信的計算機必須高度協(xié)調工作，而這種“協(xié)調”是相當復雜的。為了降低網(wǎng)絡設計的復雜性，早在當初設計ARPANET時就有專家提出了層次模型。分層設計方法可以將龐大而復雜的問題轉化為若干較小且易于處理的子問題。國際標準化組織（InternationalStandardOrganization，ISO）于1977年設立專門的機構研究解決不同公司之間的網(wǎng)絡不能互連互通的問題，并于不久后提出了一個使各種計算機能夠互連的標準框架——開放式系統(tǒng)互連參考模型（OpenSystemInterconnection/Reference

Model，OSI/RM），簡稱OSI模型。OSI模型是一個開放體系結構，它將網(wǎng)絡分為7層，并規(guī)定每層的功能。3OSI參考模型是一個開放體系結構，它將網(wǎng)絡分為7層，并規(guī)定每層的功能。OSI參考模型的出現(xiàn)，意味著計算機網(wǎng)絡發(fā)展到第三代，即標準化網(wǎng)絡。在開放式環(huán)境下，所有計算機設備和通信設備只要遵循共同制定的國際標準，就可以實現(xiàn)不同產品在同一網(wǎng)絡中的順利通信。1.1計算機網(wǎng)絡的產生與發(fā)展第四代計算機網(wǎng)絡——以下一代Internet為中心的新一代網(wǎng)絡第四代計算機網(wǎng)絡是從20世紀80年代末開始出現(xiàn)的。當時局域網(wǎng)技術已經(jīng)逐步發(fā)展成熟，光纖、高速網(wǎng)絡技術及多媒體、智能網(wǎng)絡等技術相繼出現(xiàn)，整個網(wǎng)絡就像一個對用戶透明的大的計算機系統(tǒng)，發(fā)展為以Internet為代表的互聯(lián)網(wǎng)。20世紀90年代，微電子技術、大規(guī)模集成電路技術、光通信技術和計算機技術不斷發(fā)展，為網(wǎng)絡的發(fā)展提供了進一步有力的支持。4如今的計算機網(wǎng)絡將無數(shù)個具有獨立工作能力的計算機系統(tǒng)通過通信設備和線路相連，并由功能完善的網(wǎng)絡軟件實現(xiàn)資源共享和數(shù)據(jù)通信。隨著人們對網(wǎng)絡應用要求的日益提高，計算機網(wǎng)絡正迅速朝著高速化、實時化、智能化、集成化和多媒體化的方向不斷深入，它的快速發(fā)展和廣泛應用對全球的經(jīng)濟、教育、科技、文化等的發(fā)展已經(jīng)產生并且仍將發(fā)揮重要影響。1.2計算機網(wǎng)絡的定義與功能隨著計算機技術的不斷發(fā)展，計算機網(wǎng)絡的內涵也在不斷變化，人們對計算機網(wǎng)絡有著不同的理解和定義。從資源共享的角度看，通常將計算機網(wǎng)絡定義為：將地理位置不同的具有獨立功能的計算機或由計算機控制的外部設備，通過通信設備和線路連接起來，在網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的控制下，按照約定的通信協(xié)議進行信息交換，實現(xiàn)資源共享的系統(tǒng)。自20世紀60年代末誕生以來，計算機網(wǎng)絡以異常迅猛的速度不斷發(fā)展，越來越廣泛地應用于政治、經(jīng)濟、軍事、生產及科學技術的各個領域。計算機網(wǎng)絡的功能主要體現(xiàn)在如下幾個方面。1.數(shù)據(jù)通信3.提高系統(tǒng)的可靠性2.資源共享4.均衡負荷與分布式處理1.2計算機網(wǎng)絡的定義與功能組建計算機網(wǎng)絡的主要目的之一就是使分布在不同地理位置的計算機用戶能夠相互通信。在計算機網(wǎng)絡中，計算機與計算機之間，或計算機與終端之間可以快速、可靠地相互傳遞各種信息，如程序、文件、圖形、圖像、聲音、視頻等。利用計算機網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)通信功能，人們可以使用網(wǎng)絡上的各種應用（也稱服務），如收發(fā)電子郵件、視頻點播、視頻會議、遠程教學、遠程醫(yī)療等。數(shù)據(jù)通信11.2計算機網(wǎng)絡的定義與功能所謂資源共享就是共享網(wǎng)絡上的硬件資源、軟件資源和信息資源。許多計算機硬件設備是十分昂貴的，如可以進行復雜運算的巨型計算機、海量存儲器、高速激光打印機、大型繪圖儀和一些特殊的外設等。共享硬件資源可以讓連接在網(wǎng)絡上的用戶都可以使用網(wǎng)絡中包括這些昂貴設備在內的各種不同類型的硬件設備。共享硬件資源的好處是顯而易見的。網(wǎng)絡中一臺低性能的計算機，可以通過共享使用不同類型的設備，既解決了當前計算機硬件資源貧乏的問題，同時也有效地利用了現(xiàn)有的資源，充分提高了資源利用率。資源共享21）硬件資源1.2計算機網(wǎng)絡的定義與功能計算機網(wǎng)絡中有極為豐富的軟件資源，如網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、應用軟件、工具軟件、數(shù)據(jù)庫管理軟件等。共享軟件功能允許多個用戶同時調用服務器的各種軟件資源，并且保持數(shù)據(jù)的完整性和統(tǒng)一性。要實現(xiàn)這一功能，用戶可以使用各種網(wǎng)絡應用軟件共享遠程服務器上的軟件資源；也可以通過一些網(wǎng)絡應用程序，將共享軟件下載到本機使用。信息資源是一種非常重要和寶貴的資源?；ヂ?lián)網(wǎng)就是一個巨大的信息資源寶庫，其信息資源涉及各個領域，內容極為豐富。每個接入計算機網(wǎng)絡的用戶都可以在任何時間以任何形式去搜索、訪問、瀏覽及獲取這些信息資源。2）軟件資源3）信息資源1.2計算機網(wǎng)絡的定義與功能在某些對實時性和可靠性要求較高的場合，通過計算機網(wǎng)絡的備份技術可以提高計算機系統(tǒng)的可靠性。當網(wǎng)絡中的某一臺計算機出現(xiàn)故障時，可以立即由另一臺計算機代替其完成所承擔的任務。這種技術在許多領域得到廣泛應用，如鐵路、工業(yè)控制、空中交通、電力供應等。當網(wǎng)絡中某臺計算機負荷過重時，通過網(wǎng)絡和一些應用程序的管理，可以將任務傳送給網(wǎng)絡中其他計算機進行處理，以均衡工作負荷，減少網(wǎng)絡延遲，充分發(fā)揮計算機網(wǎng)絡中各計算機的作用，提高整個網(wǎng)絡的工作效率。這種處理方式稱為分布式處理，既方便處理大型任務，減輕計算機負荷，又提高了系統(tǒng)的可用性。均衡負荷與分布式處理4提高系統(tǒng)的可靠性31.3計算機網(wǎng)絡的組成與拓撲結構1.3.1計算機網(wǎng)絡的組成典型的計算機網(wǎng)絡從邏輯功能上可以分成兩個子網(wǎng)：資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)，如圖1-3所示。圖1-3計算機網(wǎng)絡的組成資源子網(wǎng)11.3計算機網(wǎng)絡的組成與拓撲結構資源子網(wǎng)主要負責全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務，為全網(wǎng)用戶提供各種網(wǎng)絡資源與網(wǎng)絡服務。資源子網(wǎng)由主機、終端、各種軟件資源與信息資源等組成。主機是資源子網(wǎng)的主要組成單元，它通過高速通信線路與通信子網(wǎng)的通信控制處理機相連接。在資源子網(wǎng)中，主機可以是大型機、中型機、小型機、工作站或微型機。主機主要為本地用戶訪問網(wǎng)絡或其他主機設備、共享資源提供服務。根據(jù)其作用的不同分為文件服務器、應用程序服務器、通信服務器和數(shù)據(jù)庫服務器等。1）主機1.3計算機網(wǎng)絡的組成與拓撲結構終端是用戶訪問網(wǎng)絡的界面，可以是簡單的輸入、輸出終端，也可以是帶有微處理機的智能終端。終端可以通過主機連入網(wǎng)內，也可以通過終端控制器、報文分組組裝/拆卸裝置或通信控制處理機連入網(wǎng)內。在網(wǎng)絡中，每個用戶都可享用系統(tǒng)中的各種資源。所以需要對網(wǎng)絡資源進行全面的管理、合理的調度和分配，并防止網(wǎng)絡資源丟失或被非法訪問、破壞。網(wǎng)絡軟件是實現(xiàn)這些功能不可缺少的工具。網(wǎng)絡軟件主要包括網(wǎng)絡協(xié)議軟件、網(wǎng)絡通信軟件、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡管理軟件和網(wǎng)絡應用軟件等。其中，網(wǎng)絡操作系統(tǒng)用于控制和協(xié)調網(wǎng)絡資源分配、共享，提供網(wǎng)絡服務，是最主要的網(wǎng)絡軟件。2）終端（Terminal）3）網(wǎng)絡軟件通信控制處理機（communicationcontrolprocessor，CCP）是一種在計算機網(wǎng)絡或數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中專門負責數(shù)據(jù)傳輸和控制的專用計算機，一般由小型機、微型機或帶有CPU的專門設備承擔。CCP在網(wǎng)絡拓撲結構中通常稱為網(wǎng)絡節(jié)點，它一方面作為資源子網(wǎng)的主機、終端的接口節(jié)點，將它們連入網(wǎng)中；另一方面又實現(xiàn)通信子網(wǎng)中數(shù)據(jù)包的接收、校驗、存儲、轉發(fā)等功能。1.3計算機網(wǎng)絡的組成與拓撲結構通信子網(wǎng)2通信子網(wǎng)主要承擔全網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、轉發(fā)、加工、轉換等通信處理工作，一般由通信控制處理機、通信線路和其他通信設備組成。1）通信控制處理機1.3計算機網(wǎng)絡的組成與拓撲結構通信線路是指在CCP與CCP、CCP與主機之間提供數(shù)據(jù)通信的通道。計算機網(wǎng)絡中采用的通信線路的種類很多，如雙絞線、同軸電纜、光纖等有線通信線路，或微波、無線電、紅外線等無線通信線路。通信設備指網(wǎng)絡互連設備，包括網(wǎng)卡、集線器、中繼器、交換機、網(wǎng)橋、路由器、調制解調器等。通信線路和網(wǎng)絡上的各種通信設備共同組成了通信信道。2）通信線路和通信設備1.3計算機網(wǎng)絡的組成與拓撲結構1.3.2計算機網(wǎng)絡的拓撲結構網(wǎng)絡拓撲結構是指用傳輸媒體互連各種設備的物理布局，即用什么方式把網(wǎng)絡中的計算機等設備連接起來。將工作站、服務器等網(wǎng)絡設備抽象為點，稱為“節(jié)點”；將通信線路抽象為線，稱為“鏈路”。由節(jié)點和鏈路構成的抽象結構就是網(wǎng)絡拓撲結構。常見的網(wǎng)絡拓撲結構有總線型、星型、環(huán)型、樹型和網(wǎng)狀拓撲結構。1.3計算機網(wǎng)絡的組成與拓撲結構總線型拓撲結構1圖1-4總線型拓撲結構總線型拓撲結構由單根總線連接網(wǎng)絡中所有節(jié)點，如圖1-4所示。在總線型拓撲結構中，所有節(jié)點共享總線的全部容量。當一個節(jié)點向另一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，它先向整個網(wǎng)絡廣播一條消息，通知其他節(jié)點它將發(fā)送數(shù)據(jù)，正式發(fā)送數(shù)據(jù)時則目的節(jié)點將接收發(fā)送給它的數(shù)據(jù)，其他節(jié)點將忽略這條數(shù)據(jù)消息。總線型拓撲結構簡單、便于擴充、價格相對較低、安裝使用方便。但是由于單信道的限制，一個總線型網(wǎng)絡上的節(jié)點越多，網(wǎng)絡發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的速率就越慢。另外，一旦總線出現(xiàn)故障，整個網(wǎng)絡將陷于癱瘓。1.3計算機網(wǎng)絡的組成與拓撲結構星型拓撲結構2在星型拓撲結構中，每個節(jié)點都通過一條點對點鏈路與中心節(jié)點相連，如圖1-5所示。任意兩個節(jié)點之間都必須通過中心節(jié)點，并且只能通過中心節(jié)點進行通信。中心節(jié)點通過存儲轉發(fā)技術實現(xiàn)兩個節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳送，其設備可以是集線器，也可以是交換機。星型拓撲結構的特點是結構簡單、組網(wǎng)容易，便于控制和管理，網(wǎng)絡延遲小。其缺點是中心節(jié)點負荷較重，容易形成系統(tǒng)的“瓶頸”，線路的利用率也不高。圖1-5星型拓撲結構1.3計算機網(wǎng)絡的組成與拓撲結構環(huán)型拓撲結構3環(huán)型拓撲結構是由各節(jié)點首尾相連形成的閉合環(huán)型線路，如圖1-6所示。環(huán)型網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳送是單向的，即沿一個方向從一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點；每個節(jié)點都需安裝中繼器，以接收、放大信號。環(huán)型拓撲結構的優(yōu)點是結構簡單，組網(wǎng)容易，便于管理。其缺點是若某個節(jié)點發(fā)生故障，則整個網(wǎng)絡癱瘓；且當節(jié)點過多時，將影響數(shù)據(jù)傳輸效率，非常不利于擴展。圖1-6環(huán)型拓撲結構1.3計算機網(wǎng)絡的組成與拓撲結構樹型拓撲結構4在實際建造一個較大型的網(wǎng)絡時，往往采用多級星型網(wǎng)絡，將多級星型網(wǎng)絡按層次方式排列，即形成樹型網(wǎng)絡。因此，樹型拓撲可以看成是星型拓撲的擴展，如圖1-7所示。在樹型拓撲結構中，節(jié)點按層次進行連接，頂部節(jié)點是中央處理機，底部節(jié)點是終端，而其他各層可以是多路轉換器、集中器或部門用計算機。信息交換主要在上、下層節(jié)點之間進行，相鄰及同層節(jié)點之間一般不進行數(shù)據(jù)交換或數(shù)據(jù)交換量小。樹型拓撲的優(yōu)點是易于擴展，可以延伸出許多分支和子分支；故障隔離容易。其缺點是越靠近頂部的節(jié)點，處理能力越強，其可靠性要求就越高。由于對頂部節(jié)點的依賴性太大，如果頂部節(jié)點發(fā)生故障，則全網(wǎng)不能正常工作。圖1-7樹型拓撲結構1.3計算機網(wǎng)絡的組成與拓撲結構網(wǎng)狀拓撲結構5在網(wǎng)狀拓撲結構中，節(jié)點之間的連接是任意的，如圖1-8所示。網(wǎng)狀結構的主要特點是可靠性高，但結構復雜，必須采用路由選擇算法和流量控制方法；線路成本高，不易管理和維護。在實際組網(wǎng)中，拓撲結構不是單一的，而是要根據(jù)具體需要和環(huán)境混用幾種結構。圖1-8網(wǎng)狀拓撲結構1.4計算機網(wǎng)絡的分類1.4.1計算機網(wǎng)絡的分類計算機網(wǎng)絡的分類依據(jù)很多，如按通信介質、傳輸方式、使用對象分類等。下面介紹最常見的3種分類方式。依據(jù)網(wǎng)絡覆蓋范圍的大小分類1依據(jù)網(wǎng)絡覆蓋范圍的大小，可以將計算機網(wǎng)絡分為局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）和廣域網(wǎng)（WAN）。（1）局域網(wǎng)僅工作在較小的地理范圍內，采用單一的傳輸介質。（4）局域網(wǎng)組網(wǎng)方便、使用靈活，是目前計算機網(wǎng)絡中最活躍的分支。（2）傳統(tǒng)局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps～100Mbps。如今的局域網(wǎng)傳輸速率更高，可達到1000Mbps。（3）由于數(shù)據(jù)傳輸距離短，局域網(wǎng)傳輸時延低且誤碼率低。局域網(wǎng)（localareanetwork，LAN）是指范圍在幾千米內的辦公樓群或校園內的計算機相互連接所構成的計算機網(wǎng)絡，廣泛應用于連接辦公室、校園、工廠及企業(yè)的個人計算機或工作站，以利于個人計算機或工作站之間共享資源（如打印機）和數(shù)據(jù)通信。局域網(wǎng)具有以下特征：1.4計算機網(wǎng)絡的分類與應用1）局域網(wǎng)廣域網(wǎng)（wideareanetwork，WAN）通常跨接很大的地理范圍，可以是一個地區(qū)、一個省、一個國家甚至全球，其傳輸速率比局域網(wǎng)低得多。廣域網(wǎng)的典型代表就是Internet，它是世界上發(fā)展速度最快、應用最廣泛和最大的公共計算機信息網(wǎng)絡系統(tǒng)。Internet的出現(xiàn)，使計算機網(wǎng)絡從局部到全國進而將全世界連在一起，用戶可以利用Internet來實現(xiàn)全球范圍的信息查詢與瀏覽、文件傳輸、語音與圖像通信服務、電子郵件收發(fā)等功能。1.4計算機網(wǎng)絡的分類與應用城域網(wǎng)（metropolitanareanetwork，MAN）所采用的技術與局域網(wǎng)類似，只是規(guī)模上更大一些。城域網(wǎng)覆蓋范圍通常為一個城市，地理范圍為幾千米至幾萬米，傳輸速率在1Mbps以上。城域網(wǎng)目前多采用光纖或微波作為通信介質。2）城域網(wǎng)3）廣域網(wǎng)1.4計算機網(wǎng)絡的分類與應用依據(jù)網(wǎng)絡傳輸介質的不同分類2有線網(wǎng)無線網(wǎng)計算機網(wǎng)絡根據(jù)傳輸介質的不同，還可以將計算機網(wǎng)絡分為兩種：有線網(wǎng)和無線網(wǎng)。1.4計算機網(wǎng)絡的分類與應用依據(jù)網(wǎng)絡傳輸介質的不同分類2有線網(wǎng)是采用如同軸電纜、雙絞線、光纖等有線介質進行傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡。雙絞線網(wǎng)是目前最常見的連網(wǎng)方式，這是因為雙絞線價格便宜且安全方便，容易組網(wǎng)，但其傳輸能力和抗干擾能力一般。光纖網(wǎng)用光纖作為傳輸介質，因為光纖傳輸距離長，傳輸率高。無線網(wǎng)是采用衛(wèi)星、微波等無線形式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡。無線網(wǎng)，特別是無線局域網(wǎng)有很多優(yōu)點，如易于安裝和使用。但無線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率遠低于有線局域網(wǎng)。另外，無線局域網(wǎng)的誤碼率也比較高，而且節(jié)點之間相互干擾比較厲害。1）有線網(wǎng)2）無線網(wǎng)1.4計算機網(wǎng)絡的分類與應用依據(jù)網(wǎng)絡傳輸技術的不同分類3在廣播式網(wǎng)絡中僅使用一條通信信道，該信道由網(wǎng)絡上的所有節(jié)點共享。在傳輸信息時，任何一個節(jié)點都可以發(fā)送數(shù)據(jù)，并被其他所有節(jié)點接收。其他節(jié)點根據(jù)數(shù)據(jù)包中的目的地址進行判斷，如果是發(fā)給自己的則接收，否則便丟棄它。總線型以太網(wǎng)就是典型的廣播式網(wǎng)絡。與廣播式網(wǎng)絡相反，點對點網(wǎng)絡由許多互相連接的節(jié)點構成，在每對節(jié)點之間都有一條專用的通信信道，因此在點對點的網(wǎng)絡中，不存在信道共享與復用的情況。當源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，它會根據(jù)目的地址，經(jīng)過一系列中間節(jié)點的轉發(fā)，直至到達目的節(jié)點，這種傳輸技術稱為點對點傳輸，采用這種技術的網(wǎng)絡稱為點對點網(wǎng)絡。1）廣播式網(wǎng)絡2）點對點網(wǎng)絡依據(jù)網(wǎng)絡傳輸技術的不同，可以將計算機網(wǎng)絡分為兩種：廣播式網(wǎng)絡和點對點網(wǎng)絡。1.5計算機網(wǎng)絡發(fā)展新技術1.5.1物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的概念1物聯(lián)網(wǎng)（internetofthings，IoT），顧名思義，就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。目前，物聯(lián)網(wǎng)的精確定義并未統(tǒng)一。關于物聯(lián)網(wǎng)比較準確的定義是：物聯(lián)網(wǎng)是利用射頻識別系統(tǒng)、傳感器、全球定位系統(tǒng)（GPS）、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。1.5計算機網(wǎng)絡發(fā)展新技術物聯(lián)網(wǎng)的體系結構2物聯(lián)網(wǎng)作為一個網(wǎng)絡系統(tǒng)，與其他網(wǎng)絡一樣，也有其特有的體系結構。它包括感知層、網(wǎng)絡層和應用層3個層次，如圖1-9所示。1）感知層。感知層利用RFID、傳感器、攝像頭、全球定位系統(tǒng)等傳感技術和設備，隨時隨地獲取物體的屬性信息并傳輸給網(wǎng)絡層。（3）應用層。應用層有一個信息處理中心，用來處理從感知層得到的信息，以實現(xiàn)物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等實際應用。（2）網(wǎng)絡層。網(wǎng)絡層通過各種網(wǎng)絡，將物體的信息實時、準確地傳遞給應用層。物聯(lián)網(wǎng)的3層結構體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的基本特征，即全面感知、可靠傳遞和智能處理。1.5計算機網(wǎng)絡發(fā)展新技術1.5計算機網(wǎng)絡發(fā)展新技術物聯(lián)網(wǎng)的分類3物聯(lián)網(wǎng)可分為私有物聯(lián)網(wǎng)、公有物聯(lián)網(wǎng)、社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)和混合物聯(lián)網(wǎng)4種。其中，私有物聯(lián)網(wǎng)一般面向單一機構內部提供服務，公有物聯(lián)網(wǎng)基于互聯(lián)網(wǎng)向公眾或大型用戶群體提供服務，社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)向一個關聯(lián)的“社區(qū)”或機構群體（如一個城市政府下屬的各委辦局）提供服務，而混合物聯(lián)網(wǎng)是上述的兩種或以上的物聯(lián)網(wǎng)的組合，但后臺有統(tǒng)一運維實體。物聯(lián)網(wǎng)的應用領域4當物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)相連時，可隨時隨地全方位“感知”對方，人們的生活方式將從“感覺”跨入“感知”，從“感知”到“控制”。作為一種新興技術，物聯(lián)網(wǎng)的應用正在迅速向各個領域蔓延，從家居、醫(yī)療、物流、交通、零售、金融、工業(yè)到農業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)的應用無處不在，如圖所示。1.5計算機網(wǎng)絡發(fā)展新技術物聯(lián)網(wǎng)的應用領域41.5計算機網(wǎng)絡發(fā)展新技術1.5.25G5G的研發(fā)歷程1我國在2016年～2018年進行了5G技術研發(fā)試驗，分為5G關鍵技術試驗、5G技術方案驗證和5G系統(tǒng)驗證三個階段實施。2019年10月31日，在2019年中國國際信息通信展覽會上，工信部與三大運營商舉行5G商用啟動儀式。中國移動、中國聯(lián)通、中國電信正式公布5G套餐，并于11月1日正式上線5G商用套餐。這標志著中國正式進入5G商用時代。1.5計算機網(wǎng)絡發(fā)展新技術5G的優(yōu)點2（1）用戶體驗（2）行業(yè)應用（3）發(fā)展趨勢具有更高速率、更大帶寬的5G能夠滿足消費者對更高網(wǎng)絡體驗的需求?！翱臁笔?G帶給大眾用戶最直觀的感受。5G具有更高的可靠性、更低的時延，能夠滿足智能制造、自動駕駛等行業(yè)應用的特定需求，拓寬融合產業(yè)的發(fā)展空間，支撐經(jīng)濟社會創(chuàng)新發(fā)展。5G已于2019年在我國正式商用，且在持續(xù)高速發(fā)展，大有取代4G、占據(jù)行業(yè)主導地位之勢。5G的關鍵技術31.5計算機網(wǎng)絡發(fā)展新技術5G的實現(xiàn)主要依靠大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入和新型網(wǎng)絡架構等關鍵技術。1.5計算機網(wǎng)絡發(fā)展新技術大規(guī)模天線陣列對滿足5G系統(tǒng)容量和速率需求起到重要的支撐作用。大規(guī)模天線陣列通過增加基站部署密度，可實現(xiàn)百倍量級的容量提升，是滿足5G千倍容量增長需求的最主要手段之一。超密集組網(wǎng)通過發(fā)送信號的疊加傳輸來提升系統(tǒng)的接入能力，可有效支撐5G網(wǎng)絡千億設備的連接需求。新型多址技術通過有效利用各類頻譜資源，可有效緩解5G網(wǎng)絡對頻譜資源的巨大需求。全頻譜接入技術基于SDN、NFV和云計算等先進技術的新型網(wǎng)絡架構，可實現(xiàn)以用戶為中心的更靈活、智能、高效和開放的5G新型網(wǎng)絡。新型網(wǎng)絡架構5G技術的應用場景41.5計算機網(wǎng)絡發(fā)展新技術隨著5G在2019年正式商用，各行業(yè)在應用5G后紛紛迸發(fā)出了強勁的發(fā)展活力。無論是智慧城市的建設、自動駕駛的實現(xiàn)，還是遠程醫(yī)療、遠程教育、遠程辦公的進一步發(fā)展，抑或是VR、AR、云游戲等娛樂方式的顛覆，都離不開5G的支持，如圖1-11所示。1.5計算機網(wǎng)絡發(fā)展新技術1.5.3三網(wǎng)融合三網(wǎng)融合的概念1三網(wǎng)融合就是實現(xiàn)有線電視網(wǎng)絡、電信網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡三者之間的融合，目的是構建一個健全、高效的通信網(wǎng)絡，從而滿足社會發(fā)展的需求。三網(wǎng)融合并不意味著三大網(wǎng)絡的物理合一，而主要是指高層業(yè)務應用的融合。三大網(wǎng)絡通過技術改造，其技術功能趨于一致，業(yè)務范圍趨于相同，網(wǎng)絡互連互通、資源共享，能為用戶提供語音、數(shù)據(jù)和廣播電視等多種服務。1.5計算機網(wǎng)絡發(fā)展新技術1.5.3三網(wǎng)融合三網(wǎng)融合的優(yōu)點2信息服務將由單一業(yè)務轉向文字、語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等多媒體綜合業(yè)務。三網(wǎng)融合可極大地減少基礎建設投入，并簡化網(wǎng)絡管理，降低維護成本。三網(wǎng)融合將使網(wǎng)絡從各自獨立的專業(yè)網(wǎng)絡向綜合性網(wǎng)絡轉變，網(wǎng)絡性能得以提升，資源利用水平進一步提高。1.5計算機網(wǎng)絡發(fā)展新技術1.5.3三網(wǎng)融合三網(wǎng)融合的優(yōu)點2三網(wǎng)融合是業(yè)務的整合，它不僅繼承了原有的語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務，而且通過網(wǎng)絡的整合，衍生出了更加豐富的增值業(yè)務類型，如圖文電視、VoIP、視頻郵件和網(wǎng)絡游戲等，極大地拓展了業(yè)務范圍。三網(wǎng)融合打破了電信運營商和廣電運營商在視頻傳輸領域的惡性競爭狀態(tài)，未來看電視、上網(wǎng)、打電話資費可能打包下調。計算機網(wǎng)絡概述小結計算機網(wǎng)絡是現(xiàn)代通信技術與計算機技術緊密結合的產物，它的應用已經(jīng)滲透到各個領域，對人類社會的進步做出了巨大貢獻。數(shù)據(jù)通信和資源共享是計算機網(wǎng)絡最基本的功能。網(wǎng)絡拓撲結構是一個很重要的基本概念，不同的拓撲結構具有不同的特點，對網(wǎng)絡的系統(tǒng)設計、功能、可靠性等方面都有著重要的影響。本章著重介紹了計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中常見的幾種拓撲結構及其優(yōu)缺點。計算機網(wǎng)絡分類的方法很多，通常按照網(wǎng)絡覆蓋范圍的大小可分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)；按照網(wǎng)絡的傳輸介質不同可分為有線網(wǎng)和無線網(wǎng)；按照網(wǎng)絡的傳輸技術不同可分為廣播式網(wǎng)絡和點對點網(wǎng)絡。隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G、三網(wǎng)融合等計算機網(wǎng)絡新技術的不斷發(fā)展，計算機網(wǎng)絡的功能和提供的服務將會不斷增加。THANKS計算機網(wǎng)絡技術基礎第2章02數(shù)據(jù)通信

基礎章節(jié)導讀計算機網(wǎng)絡是計算機技術與通信技術相結合的產物，因此，數(shù)據(jù)通信技術是計算機網(wǎng)絡的基礎。要研究計算機網(wǎng)絡，首先要研究數(shù)據(jù)通信技術。本章主要介紹與數(shù)據(jù)通信技術有關的基礎知識，包括數(shù)據(jù)通信的基本概念、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型、數(shù)據(jù)傳輸方式、多路復用技術、數(shù)據(jù)交換技術和差錯控制技術等內容。學

習

目

標理解數(shù)據(jù)通信的基本概念，掌握數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型的基本組成。掌握不同角度的數(shù)據(jù)傳輸方式，如并行傳輸和串行傳輸，單工、半雙工和全雙工通信，異步傳輸和同步傳輸，基帶傳輸和頻帶傳輸。掌握電路交換、報文交換和分組交換3種數(shù)據(jù)交換技術。掌握奇偶校驗碼和循環(huán)冗余碼兩種差錯控制技術。掌握頻分多路復用、時分多路復用、波分多路復用和碼分多路復用4種信道復用技術。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信是一種以信息處理技術和計算機技術為基礎的通信方式，它通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)以某種信號方式從一處傳送到另一處。數(shù)據(jù)通信為計算機網(wǎng)絡的應用和發(fā)展提供了技術支持和可靠的通信環(huán)境，是人們獲取、傳遞和交換信息的重要手段。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念信息1信息是對客觀事物的運動狀態(tài)和存在形式的反映，可以是客觀事物的形態(tài)、大小、結構、性能等描述，也可以是客觀事物與外部之間的聯(lián)系。信息的載體可以是數(shù)字、文字、語音、圖形和圖像等。計算機及其外圍設備產生和交換的信息都是由二進制代碼表示的字母、數(shù)字或控制符號的組合。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)是傳遞信息的實體，是信息的一種表現(xiàn)形式。在計算機網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)兩種。其中，用于描述連續(xù)變化量的數(shù)據(jù)稱為模擬數(shù)據(jù)，如聲音、溫度等；用于描述不連續(xù)變化量的數(shù)據(jù)稱為數(shù)字數(shù)據(jù)，如文本信息、整數(shù)等。提示實際應用中，數(shù)據(jù)和信息的概念很多時候并不加以區(qū)分，可認為是同一概念。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)信號3信號是攜帶信息的介質，是數(shù)據(jù)的一種電磁編碼。信號一般以時間為自變量，以表示信息（或數(shù)據(jù)）的某個參量（振幅、頻率或相位）為因變量。信號按其因變量的取值是否連續(xù)可分為模擬信號和數(shù)字信號。（a）模擬信號

圖2-1模擬信號和數(shù)字信號模擬信號是指信號的因變量完全隨連續(xù)消息的變化而變化的信號，其因變量一定是連續(xù)的，如圖2-1（a）所示。例如，電視圖像信號、語音信號、溫度壓力傳感器的輸出信號以及許多遙感遙測信號等都是模擬信號。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（b）數(shù)字信號

圖2-1模擬信號和數(shù)字信號雖然模擬信號與數(shù)字信號有著明顯的差別，但它們在一定條件下也是可以相互轉化的。模擬信號可以通過采樣、量化、編碼等步驟變成數(shù)字信號，而數(shù)字信號也可以通過解碼、平滑等步驟變換為模擬信號。信息、數(shù)據(jù)和信號三者的關系是：信息一般用數(shù)據(jù)來表示，而數(shù)據(jù)通常需要轉變?yōu)樾盘栠M行傳輸。數(shù)字信號是指表示消息的因變量是離散的，其自變量時間的取值也是離散的信號，如圖2-1（b）所示。數(shù)字信號的因變量的狀態(tài)是有限的，例如計算機數(shù)據(jù)信號、數(shù)字電話信號和數(shù)字電視信號等都是數(shù)字信號。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成1信息的傳遞是通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來實現(xiàn)的，一個完整的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般由信源、信號變換器、通信信道、信宿等構成，如圖2-2所示。圖2-2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型1）信源和信宿信源就是信息的產生和發(fā)送端，是發(fā)出待傳送信息的人或設備。信宿就是信息的接收端，是接收所傳送信息的人或設備。大部分信源和信宿設備都是計算機或其他數(shù)據(jù)終端設備（DataTerminalEquipment，DTE）。2）通信信道2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)通信信道是傳送信號的一條通路，由傳輸線路和傳輸設備組成。同一個傳輸介質上可以同時存在多條信號通路，即一條傳輸線路上可以有多個通信信道。信道類型是由所傳輸?shù)男盘枦Q定的，用來傳輸模擬信號的信道稱為模擬信道，用來傳輸數(shù)字信號的信道稱為數(shù)字信道。3）信號變換器信號變換器的作用是將信源發(fā)出的數(shù)據(jù)變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘?，或將信道上傳來的信號變換成可供信宿接收的數(shù)據(jù)。發(fā)送端的信號變換器可以是編碼器或調制器，接收端的信號變換器相對應的就是譯碼器或解調器。4）噪聲2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)信號在傳輸過程中受到的干擾稱為噪聲。噪聲可能來自外部，也可能由信號傳輸過程本身產生。噪聲雖然不算嚴格意義上的通信系統(tǒng)組成部分，但噪聲過大將影響被傳送的信號的真實性或正確性。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術指標2描述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的大小和傳輸質量的好壞，往往需要運用信道帶寬、比特率、波特率、信道容量和誤碼率等技術指標。1）信道帶寬信道帶寬是指信道中傳輸?shù)男盘栐诓皇д娴那闆r下所占用的頻率范圍，即傳輸信號的最高頻率與最低頻率之差。例如，若某通信線路可以不失真地傳送2MHz～10MHz的信號，則該通信線路的信道帶寬為8MHz。2）波特率波特率又稱作波形速率或調制速率。它是指數(shù)據(jù)傳輸過程中，在線路上每秒鐘傳送的波形個數(shù)。其單位是波特，記作baud。設一個波形的持續(xù)周期為T，則波特率B可按下式計算：B=1/T（baud）2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)3）比特率比特率又稱數(shù)據(jù)傳輸速率，是指數(shù)字信號的傳輸速率，用每秒鐘所傳輸?shù)亩M制代碼的有效位數(shù)表示，單位為比特/秒（記作b/s或bps）。比特率S可按下式計算：S=Blog2N（bps）式中B是波特率，N是一個波形代表的有效狀態(tài)數(shù)。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)提示需要注意的是，波特率和比特率的概念是不同的，因此500baud和500bps的含義不同。只有當一個波形代表的有效狀態(tài)數(shù)為2時，二者在數(shù)值上才相等。4）信道容量信道容量一般是指物理信道能夠傳輸信息的最大能力，它的大小由信道的帶寬、可使用的時間、傳輸速率以及信道質量（即信號功率與干擾功率之比）等因素決定。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)5）誤碼率誤碼率，也稱出錯率，是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下傳輸可靠性的重要指標。誤碼率等于傳輸出錯的碼元數(shù)占傳輸總碼元數(shù)的比例。在計算機網(wǎng)絡中一般要求數(shù)字信號誤碼率低于10-6。6）信道的傳播延遲信號在信道中的傳輸，從信源到信宿需要一定的時間，這個時間叫做傳播延遲（也叫時延）。傳播延遲與信源和信宿間的距離有關，也與具體的通信信道中的信號傳播速度有關。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)7）信噪比在信道中，信號功率與噪聲功率的比值稱為信噪比（Signal-to-NoiseRatio）。如果用S表示信號功率，用N表示噪聲功率，則信噪比應被表示為S/N。在實際傳輸中，更多地使用10lg10（S/N）來表示信噪比，單位是分貝（dB）。對于S/N等于10的信道，則稱其信噪比為10dB；同樣的道理，如果信道的S/N等于100，則稱其信噪比為20dB；以此類推。一般來說，信噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，因此信噪比應該越高越好。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸是指利用信號把數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳送到接收端的過程，通?？蓮亩鄠€不同的角度對數(shù)據(jù)傳輸方式進行描述。2.2.1并行傳輸與串行傳輸數(shù)據(jù)的傳輸方式有并行傳輸和串行傳輸兩種。并行傳輸串行傳輸2.2數(shù)據(jù)傳輸方式在計算機中，通常使用8個數(shù)據(jù)位來表示一個字符。串行傳輸指的是數(shù)據(jù)的若干位按順序一位一位地傳送，從發(fā)送端到接收端只要一條傳輸信道即可，如圖2-3（a）所示。串行傳輸可以節(jié)省傳輸線路和設備，利于遠程傳輸，所以廣泛用于遠程數(shù)據(jù)傳輸。例如，通信網(wǎng)和計算機網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸都是以串行方式進行的。并行傳輸?shù)乃俾矢?，但傳輸線路和設備都需要增加若干倍，一般用于短距離并要求快速傳輸?shù)那闆r。串行傳輸1（a）

圖2-3并行傳輸與串行傳輸2.2數(shù)據(jù)傳輸方式并行傳輸2（b）

圖2-3并行傳輸與串行傳輸在進行近距離傳輸時，為獲得較高的傳輸速率，使數(shù)據(jù)的傳輸時延盡量小，常采用并行傳輸方式，即字符的每一個數(shù)據(jù)位各占一條傳輸信道，通過多條并行的信道同時傳輸，如圖2-3（b）所示。例如，計算機內的數(shù)據(jù)總線就是采用并行傳輸?shù)?，根?jù)信道數(shù)量不同可分為8位、16位、32位和64位等。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2.2.2單工、半雙工和全雙工通信根據(jù)信號在信道上的傳輸方向，數(shù)據(jù)通信分為單工通信、半雙工通信和全雙工通信。單工通信半雙工通信雙全工通信數(shù)據(jù)通信2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2.2.2單工、半雙工和全雙工通信根據(jù)信號在信道上的傳輸方向，數(shù)據(jù)通信分為單工通信、半雙工通信和全雙工通信。單工通信半雙工通信雙全工通信數(shù)據(jù)通信2.2數(shù)據(jù)傳輸方式單工通信1單工通信又稱為單向通信。在單工通信中，數(shù)據(jù)信號固定地從發(fā)送端傳送到接收端，即信息流僅沿一個方向流動，如圖2-4所示。如無線電廣播采用的就是單工通信。圖2-4單工通信2.2數(shù)據(jù)傳輸方式半雙工通信2半雙工通信又稱為雙向交替通信。在半雙工通信中，數(shù)據(jù)信號可雙向傳送，但不能在兩個方向上同時進行。通信雙方都具有發(fā)送器和接收器，但在同一時刻信道只能容納一個方向的信息傳輸，如圖2-5所示。例如，無線電對講機采用的就是半雙工通信，當甲方講話時，乙方無法講話；等甲方講完后，乙方才能開始講話。圖2-5半雙工通信2.2數(shù)據(jù)傳輸方式全雙工通信3全雙工通信又稱為雙向同時通信。在全雙工通信中，同一時刻雙方能在兩個方向上傳輸數(shù)據(jù)信息，它相當于把兩個相反方向的單工通信方式組合起來，如圖2-6所示。例如，打電話時，雙方可以同時講話。全雙工通信效率高，但結構復雜，成本較高。圖2-6全雙工通信2.2.3數(shù)據(jù)傳輸同步方式當發(fā)送端將數(shù)據(jù)發(fā)送出去后，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，收發(fā)雙方要同步處理數(shù)據(jù)。所謂同步，就是指通信雙方在發(fā)、收時間上必須保持一致；否則，數(shù)據(jù)傳輸就會發(fā)生丟包或重復讀取等錯誤。根據(jù)通信雙方協(xié)調方式的不同，同步方式有兩種：異步傳輸和同步傳輸。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式異步傳輸1異步傳輸又稱為起止式傳輸。發(fā)送端可以在任何時刻向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)，且將每個字符（5～8位）作為一個獨立的整體進行發(fā)送，字符間的間隔時間可以任意變化。為了便于接收端識別這些字符，發(fā)送端需要在每個字符的前后分別加上一位或多位信息作為它的起始位和停止位，如圖2-7（a）所示。（a）圖2-7異步傳輸方式2.2數(shù)據(jù)傳輸方式如果傳送的字符由7位二進制位組成，那么在其前后各附加一位起始位和停止位，甚至還有校驗位，其字符長度將達10位，如圖2-7（b）所示。很顯然，由于輔助位多，這種方式的傳輸效率較低，適用于低速通信。（b）圖2-7異步傳輸方式2.2數(shù)據(jù)傳輸方式同步傳輸2同步傳輸要求數(shù)據(jù)的發(fā)送端和接收端始終保持時鐘同步。根據(jù)同步通信規(guī)程，同步傳輸具體又分為面向字符的同步和面向位的同步，如圖2-8所示。（a）面向字符的同步幀格式（b）面向位的同步幀格式圖2-8同步傳輸方式2.2數(shù)據(jù)傳輸方式面向字符的同步發(fā)送端將字符分成組進行連續(xù)發(fā)送，并在每組字符前后各加一個同步字符（SYN）。當接收端接收到同步字符時開始接收數(shù)據(jù)，直到再次收到同步字符時停止接收，然后進入等待狀態(tài)，準備下一次通信。面向位的同步發(fā)送端每次發(fā)送一個二進制位序列，并在發(fā)送過程的前后分別使用一個特殊的8位位串（01111110）作為同步字節(jié)來表示發(fā)送的開始和結束。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式在同步傳輸中將整個字符組作為一個單位進行傳送，且附加位比較少，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。這種方式一般用于高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中。但是要求收發(fā)雙方的時鐘嚴格同步，加重了數(shù)據(jù)通信設備的負擔。如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中出現(xiàn)與同步字符（或同步字節(jié)）相同的數(shù)據(jù)，則需要額外的技術來解決；如果一次傳輸有錯，則需要將該次傳輸?shù)恼麄€數(shù)據(jù)塊進行重傳。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2.2.4基帶傳輸和頻帶傳輸在數(shù)據(jù)通信中，計算機等產生的信號是二進制數(shù)字信號，即“1”和“0”。若要在相應的信道中傳輸，需轉換成適合傳輸?shù)臄?shù)字信號或模擬信號。數(shù)字信號在信道中的傳輸技術分為基帶傳輸和頻帶傳輸兩類。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式基帶傳輸1由計算機等直接發(fā)出的數(shù)字信號是一連串矩形電脈沖信號，包含直流、低頻和高頻等多種成分。在其頻譜中，從零頻開始到能量集中的一段頻率范圍稱為基本頻帶，簡稱為基帶。在線路上直接傳輸數(shù)字基帶信號就稱為基帶傳輸。基帶傳輸中，發(fā)送端需要用編碼器對數(shù)字信號進行編碼，然后在接收端由譯碼器進行解碼才能恢復發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。在實際應用中，常采用以下三種編碼方法。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式1）非歸零編碼圖2-9常用二進制編碼方法非歸零編碼規(guī)定：用高電位表示“1”，低電位表示“0”。這種編碼方法難以判斷一個位的結束和另一個位的開始，需要同時發(fā)送同步時鐘信號來保證發(fā)送方和接收方同步。假設要發(fā)送的二進制數(shù)據(jù)為10011101，則用非歸零碼編碼后如圖2-9（a）所示。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2）曼徹斯特編碼圖2-9常用二進制編碼方法曼徹斯特編碼是一種“自含時鐘”的編碼方法，其編碼規(guī)則是在每個時鐘周期內產生一次跳變，由高電位向低電位跳變時，代表“0”；由低電位向高電位跳變時，代表“1”，如圖2-9（b）所示。這種編碼的優(yōu)點是收發(fā)雙方可以根據(jù)自帶的“時鐘”信號來保持同步，無須專門傳遞同步信號的線路，因此這種編碼方法通常用于局域網(wǎng)傳輸。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式3）差分曼徹斯特編碼圖2-9常用二進制編碼方法差分曼徹斯特編碼規(guī)定當前比特位的取值由開始的邊界是否存在跳變而定，開始邊界有跳變表示“0”，無跳變表示“1”，如圖2-9（c）所示。每個比特位當中的跳變僅用作同步信號?；鶐鬏斒且环N最簡單的傳輸方式，它抗干擾能力強、成本低，但是由于基帶信號含有從直流到高頻的頻率特性，傳輸時必須占用整個信道，因此通信信道利用率低。另外，基帶傳輸信號衰減嚴重，傳輸?shù)木嚯x受到限制，因此常用于局域網(wǎng)。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式頻帶傳輸2在實現(xiàn)遠距離通信時，最經(jīng)常使用的仍然是普通的電話線。電話信道的帶寬為3.1kHz，只適用于傳輸音頻范圍300Hz～3400Hz的模擬信號，不適用于直接傳輸頻帶很寬而且又集中在低頻段的數(shù)字基帶信號。因此必須將數(shù)字信號轉換成模擬信號進行傳輸。一般采用的方法是發(fā)送端在音頻范圍選擇某一頻率的正（余）弦波作為載波，用它寄載所要傳輸?shù)臄?shù)字信號，通過電話信道將其送至接收端；在接收端再將數(shù)字信號從載波上分離出來，恢復為原來的數(shù)字信號波形。這種利用模擬信道實現(xiàn)數(shù)字信號傳輸?shù)姆椒ǚQ為頻帶傳輸。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式在頻帶傳輸中，由發(fā)送端將數(shù)字數(shù)據(jù)信號轉換成模擬數(shù)據(jù)信號的過程稱為調制，使用的調制設備稱為調制器；在接收端把模擬數(shù)據(jù)信號還原為數(shù)字數(shù)據(jù)信號的過程稱為解調，使用的設備稱為解調器。同時具備調制和解調功能的設備稱為“調制解調器”（Modem）。在實現(xiàn)全雙工通信時，則要求收發(fā)兩端都安裝調制解調器，如圖2-10所示。圖2-10頻帶傳輸2.2數(shù)據(jù)傳輸方式知識庫調制解調器（Modem），俗稱“貓”，是在發(fā)送端通過調制將數(shù)字信號轉換為模擬信號，而在接收端通過解調再將模擬信號轉換為數(shù)字信號的一種裝置。Modem有各種各樣的分類方法，例如按照接入Internet的方式不同，可將Modem分為撥號Modem和專線Modem；又例如按照接口類型不同，可將Modem分為外置Modem、內置Modem、PC卡式移動Modem等。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式模擬信號傳輸?shù)幕A是載波，載波信號可以表示為：其中，振幅A、角頻率、相位是載波信號的三個可變參量，它們是正弦波的控制參數(shù)，也稱為“調制參數(shù)”，它們的變化將對正弦載波的波形產生影響。為此，我們可以通過改變這三個參量來實現(xiàn)對數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號的編碼。1）振幅鍵控（ASK）ASK方式是指載波的幅度A隨發(fā)送的數(shù)字信號而變化，以不同振幅表示二進制數(shù)字“1”和“0”，如圖2-11（a）所示。這種方法實現(xiàn)簡單，但抗干擾能力差，調制效率低。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式圖2-11數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編碼2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2）移頻鍵控（FSK）FSK方式是指用兩個靠近載波頻率的不同頻率1和2分別表示二進制數(shù)字“1”和“0”，如圖2-11（b）所示。移頻鍵控的電路簡單，抗干擾能力強，但頻帶的利用率低。3）移相鍵控（PSK）PSK方式只是以載波的相位變化來表示數(shù)據(jù)。在二相制情況下，二進制數(shù)字“0”和“1”分別用不同相位載波信號波形表示，如圖2-11（c）和圖2-11（d）所示。PSK電路實現(xiàn)較為復雜。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式知識庫模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼是將連續(xù)的信號波形用有限個離散（不連續(xù)）的值近似代替的過程，其中最常用的方法就是脈沖編碼調制（PCM）技術，簡稱脈碼調制。PCM一般通過采樣、量化和編碼3個步驟實現(xiàn)。（1）采樣：將原信號波形的時間坐標按照固定的時間間隔離散化，以模擬數(shù)據(jù)的最大值（或平均值）作為樣本，代替模擬數(shù)據(jù)在某一區(qū)間的值。（2）量化：量化是指對采樣得到的樣本值按量化分級并取整。（3）編碼：將量化取整的樣本值轉換為相應的二進制編碼。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2.3多路復用技術2.3多路復用技術在同一介質上，同時傳輸多個有限帶寬信號的方法，被稱為多路復用（Multiplexing）。將多路復用技術引入通信系統(tǒng)，目的是充分利用通信線路的帶寬，提高通信介質利用率。多路復用技術可以分為頻分多路復用、時分多路復用、波分多路復用和碼分多路復用等多種形式，最常用的是頻分多路復用和時分多路復用。頻分多路復用（FrequencyDivisionMultiplexing，F(xiàn)DM）1任何信號只占據(jù)一個寬度有限的頻率，而信道可被利用的頻率要比一個信號的頻率寬得多，因而可以利用頻率分割的方式來實現(xiàn)信道的多路復用。頻分多路復用是利用頻率變換或調制的方法，將若干路信號搬移到頻譜的不同位置，相鄰兩路的頻譜之間留有一定的頻率間隔，以防相互干擾，這樣排列起來的信號就形成了一個頻分多路復用信號。發(fā)送端將信號發(fā)送出去，接收端接收到信號后，再利用接收濾波器把各路信號區(qū)分開來。這種方法起源于電話系統(tǒng)，如圖2-12所示。圖2-12頻分多路復用的電話系統(tǒng)2.3多路復用技術所有電話信號的頻帶本來都是一樣的，即標準頻帶0.3KHz～3.4KHz。利用頻率變換，使每路電話信號占有4KHz的帶寬，然后將三路電話信號搬到頻段的不同位置，就形成了一個帶寬為12KHz的頻分多路復用信號。當信號到達接收端后，接收端就可以將各路電話信號用濾波器區(qū)分開。由此可見，信道的帶寬越大，容納的電話路數(shù)就會越多。隨著通信信道質量的提高，在一個信道上同時傳送的電話路數(shù)會越來越多。頻分多路復用主要用于寬帶模擬線路中，最典型的是有線電視系統(tǒng)。2.3多路復用技術時分多路復用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）2時分復用是利用時間分隔方式來實現(xiàn)多路復用的，它將一個傳送周期劃分為多個時間間隔，讓多路信號分別在不同的時間間隔內傳送。對于數(shù)字通信系統(tǒng)主干網(wǎng)的復用采用的就是時分多路復用技術。2.3多路復用技術下面以電話系統(tǒng)為例來說明時分多路復用的工作原理。對于帶寬為4kHz的電話信號，每秒采樣8000次就可以完全不失真地恢復出語音信號。假設每個采樣點的值用8位二進制數(shù)來表示，那么一路電話所需要的數(shù)據(jù)傳輸速率為8×8000=64kbps。如果有24路電話信號，每路電話信號包含8位采樣值，最后加上1位用于區(qū)分或同步每一次的采樣間隔，這樣在一個采樣周期（125μs）中主干線路共要傳輸24×8+1=193位二進制數(shù)據(jù)，即要求主干線路的數(shù)據(jù)傳輸速率達到193bit/125μs=1.544Mbps。因此，利用一條數(shù)據(jù)傳輸率為1.544Mbps的信道就可以同時傳輸24路電話，如圖2-13所示。圖2-13數(shù)字電話系統(tǒng)的基群采樣周期2.3多路復用技術波分多路復用（WaveDivisionMultiplexing，WDM）3波分多路復用（wavedivisionmultiplexing，WDM）是頻率分割技術在光纖中的應用，主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)中。所謂波分多路復用是指在一根光纖上能同時傳送多個波長不同的光信號的復用技術，它實質上是利用了光具有不同波長的特征。波分多路復用的原理與頻分多路復用十分類似，不同的是它利用波分復用設備將不同信道的信號調制成不同波長的光，并復用到光纖信道上；在接收端，又采用波分復用設備分離不同波長的光。用于波分復用的設備在通信系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端分別稱為分波器和合波器。波分多路復用不僅使得光纖的傳輸能力成倍增加，還可以利用不同波長沿不同方向傳輸來實現(xiàn)單根光纖的雙向傳輸。除波分多路復用外，還有光頻分多路復用（OFDM）、密集波分多路復用（DWDM）、光時分多路復用（OTDM）、光碼分多路復用（OCDM）技術等。其中，光纖的密集波分多路復用技術可極大地增加光纖信道的數(shù)量，從而充分利用光纖的潛在帶寬，是今后計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)使用的重要技術。2.3多路復用技術碼分多路復用（CodeDivisionMultiplexing，CDM）4碼分多路復用（codedivisionmultiplexing，CDM）是一種用于移動通信系統(tǒng)的技術，它的實現(xiàn)基礎是微波擴頻通信。擴頻通信的特征是使用比發(fā)送的數(shù)據(jù)速率高許多倍的偽隨機碼對載荷數(shù)據(jù)的基帶信號的頻譜進行擴展，形成寬帶低功率頻譜密度的信號來發(fā)射。碼分多路復用利用擴頻通信中不同碼型的擴頻碼之間的相關性為每個用戶分配一個擴頻編碼，以區(qū)別不同的用戶信號。發(fā)送端可用不同的擴頻編碼，分別向不同的接收端發(fā)送數(shù)據(jù)；同樣，接收端進行相應的解碼就可得到不同發(fā)送端送來的數(shù)據(jù)。碼分多路復用的特點是頻率和時間資源均為共享。因此，在頻率和時間資源緊缺的情況下，碼分多路復用將獨具魅力，這也是它受到人們普遍關注的原因。2.3多路復用技術2.4數(shù)據(jù)交換技術在實際網(wǎng)絡中，節(jié)點通常采用部分連接的方式，不相鄰節(jié)點之間的通信只能通過中轉節(jié)點的轉接來實現(xiàn)。這些中轉的節(jié)點稱為交換節(jié)點，它們并不處理流經(jīng)的數(shù)據(jù)，只是簡單地將數(shù)據(jù)從一個節(jié)點傳送給另一個節(jié)點，直至到達目的地。數(shù)據(jù)交換技術就是用來解決資源子網(wǎng)中的節(jié)點如何通過通信子網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換問題的。通常使用的數(shù)據(jù)交換技術有3種：電路（線路）交換、報文交換和分組交換。2.4.1電路交換在電話系統(tǒng)中，當用戶進行撥號時，電話系統(tǒng)中的交換機（TelephoneSwitch）在呼叫者的電話與接收者的電話之間建立了一條實際的物理線路，通話便建立起來；此后兩端的電話一直使用該專用線路，直到通話結束才能拆除該線路。電話系統(tǒng)中用到的這種交換方式叫做電路交換（CircuitSwitching）技術。2.4數(shù)據(jù)交換技術電路交換技術的通信過程包括線路建立、數(shù)據(jù)傳輸和線路釋放3個過程。在數(shù)據(jù)開始傳輸之前，呼叫信號必須經(jīng)過若干個交換機，得到各交換機的認可，并最終傳到被呼叫方。這個過程常常需要10秒甚至更長的時間。對于許多應用（如商店信用卡確認）來說，過長的電路建立時間是不合適的。另外，在電路交換系統(tǒng)中，物理線路的帶寬是預先分配好的。對于已經(jīng)預先分配好的線路，即使通信雙方都沒有數(shù)據(jù)要交換，線路帶寬也不能為其他用戶所使用，從而造成帶寬的浪費。雖然電路交換技術存在上述缺點，但它有兩個明顯的優(yōu)點，第一是傳輸延遲小，唯一的延遲是物理信號的傳播延遲，因為一旦建立物理連接，便不再需要交換開銷；第二是一旦線路建立，通信雙方便獨享該物理線路，不會與其他通信發(fā)生沖突。2.4數(shù)據(jù)交換技術2.4.2報文交換報文交換（MessageSwitching）屬于存儲轉發(fā)式交換，事先并不建立物理電路，當發(fā)送方有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，它將要發(fā)送的數(shù)據(jù)當做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(shù)據(jù)轉發(fā)給下一個交換設備，如此循環(huán)往復直至將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的節(jié)點。采用這種技術的網(wǎng)絡就是存儲轉發(fā)網(wǎng)絡。在報文交換中，一般不限制報文的大小，這就要求網(wǎng)絡中的各個中間節(jié)點必須使用磁盤等外設來緩存較大的數(shù)據(jù)塊。同時某一塊數(shù)據(jù)可能會長時間占用線路，導致報文在中間結點的延遲非常大（一個報文在每個節(jié)點的延遲時間等于接收整個報文的時間加上該報文在結點等待輸出線路所需的排隊延遲時間），這使得報文交換不適合交互式數(shù)據(jù)通信。2.4數(shù)據(jù)交換技術2.4.3分組交換分組交換（PacketSwitching）又稱為包交換，是報文交換技術的改進，與報文交換同屬于存儲轉發(fā)式交換。在分組交換中，用戶的數(shù)據(jù)被劃分成一個個大小相同的分組（packet），這些分組被稱為“包”。這些“包”可以被緩存在交換設備的內存而不是磁盤中，通過不同的線路到達同一目的地。由于分組交換能夠保證任何用戶都不能長時間獨占傳輸線路，因而它非常適合于交互式通信。在分組交換中，根據(jù)傳輸控制協(xié)議和傳輸路徑不同，可將其分為兩種方式：數(shù)據(jù)報分組交換和虛電路分組交換。2.4數(shù)據(jù)交換技術數(shù)據(jù)報分組交換1在該方式中，每個數(shù)據(jù)分組又稱為數(shù)據(jù)報。發(fā)送方將數(shù)據(jù)報按順序發(fā)送，每個數(shù)據(jù)報在傳輸過程中按照不同的路徑到達目的地，因此接收方接到的數(shù)據(jù)報的順序與發(fā)送順序是不同的，接收方還需要按照報文的分組順序將這些數(shù)據(jù)報組合成完整的數(shù)據(jù)。虛電路分組交換2虛電路方式是將數(shù)據(jù)報方式與電路交換方式結合起來，在發(fā)送數(shù)據(jù)分組之前，首先在發(fā)送方和接收方之間建立一條通路。通路建立后，數(shù)據(jù)分組將依次沿此路徑進行傳輸。因此，接收方接到的數(shù)據(jù)分組的順序與發(fā)送順序是相同的。但是與電路交換不同的是，虛電路方式建立的通路不是一條專用的物理線路，而只是一條路徑，因此被稱為“虛電路”。數(shù)據(jù)分組經(jīng)過時，路徑中的每個結點還是需要存儲數(shù)據(jù)并等待列隊輸出。2.4數(shù)據(jù)交換技術2.4.4三種交換技術的比較電路交換技術、報文交換技術和分組交換技術的比較如圖2-14所示。（a）電路交換

（b）報文交換

（c）分組交換圖2-14三種交換技術的比較2.4數(shù)據(jù)交換技術比較圖2-14（b）和圖2-14（c），可以看到：在具有多個分組的報文中，分組交換中的中間交換設備在接收第二個分組之前，就可以轉發(fā)已經(jīng)接收到的第一個分組，即各個分組可以同時在各個結點對之間傳送，這樣就減少了傳輸延遲，提高了網(wǎng)絡的吞吐量。分組交換除吞吐量較高外，還提供了一定程度的差錯檢測和代碼轉換能力。因此，計算機網(wǎng)絡常常使用分組交換技術，偶爾才使用電路交換技術，但決不會使用報文交換技術。當然，分組交換也存在許多問題，比如擁塞、報文分片和重組。2.4數(shù)據(jù)交換技術電路交換和分組交換兩種技術有許多不同之處，主要體現(xiàn)在以下3個方面：信道帶寬的分配方式不同電路交換中信道帶寬是靜態(tài)分配的，而分組交換中信道帶寬是動態(tài)分配的。在電路交換中已分配的信道帶寬未使用時都會被浪費掉。而在分組交換中，這些未使用的信道帶寬可以被其他分組所利用，從而提高了信道的利用率。收發(fā)雙方的傳輸要求不同電路交換是完全透明的，發(fā)送方和接收方可以使用物理線路支持范圍內的任何速率、任意幀格式來進行數(shù)據(jù)通信。而在分組交換中，發(fā)送方和接收方必須按一定的數(shù)據(jù)速率和幀格式進行通信。計費方法不同在電路交換中，通信雙方是獨占信道帶寬的，因此通信費用取決于通話時間和距離，而與通話量無關。而在分組交換中，通信費用主要按通信流量（如字節(jié)數(shù)）來計算，適當考慮通話時間和距離。因特網(wǎng)電話（InternetPhone）就是使用分組交換技術的一種新型通信方式，它的通話費遠遠低于傳統(tǒng)電話。2.5差錯控制技術數(shù)據(jù)在信道上傳輸?shù)倪^程中，由于線路熱噪聲的影響、信號的衰減、相鄰線路間的串擾和外界的干擾等各種原因，不可避免地會造成接收的數(shù)據(jù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致，這種現(xiàn)象稱為傳輸差錯，簡稱差錯。2.5.1產生差錯的原因差錯主要是由外界的干擾引起的。外界的干擾也稱為噪聲干擾，噪聲主要有熱噪聲和沖擊噪聲兩種。（1）熱噪聲是傳輸電路中的電子熱運動產生的，它的特點是：持續(xù)存在，幅值較小，幅度較均勻且與頻率無關，但頻帶很寬，具有隨機性。由熱噪聲引起的差錯是隨機差錯。2.5差錯控制技術（2）沖擊噪聲是由外界干擾造成的。與熱噪聲相比，沖擊噪聲的幅度很大，持續(xù)時間短。這類噪聲可以搏擊相鄰的多位數(shù)據(jù)位，從而導致更多的差錯。沖擊噪聲是網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸中引起傳輸差錯的主要原因。由沖擊噪聲引起的傳輸差錯是突發(fā)差錯。在通信過程中產生的差錯是由隨機差錯和突發(fā)差錯共同構成的。此外，信號的幅度衰減、傳播的速率改變、相鄰兩通條線路的串音等因素也會引起傳輸差錯。2.5差錯控制技術要提高傳輸質量，一是要改善傳輸信道的傳輸特性；二是采取差錯控制技術，檢測和糾正數(shù)據(jù)通信中可能出現(xiàn)的差錯，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。最常用的差錯控制方法是差錯控制編碼，即在發(fā)送的報文中附加校驗碼，接收方檢測到有差錯的報文后進行糾錯。常用的校驗碼有奇偶校驗碼和循環(huán)冗余碼。2.5.2差錯控制編碼2.5差錯控制技術奇偶校驗碼1奇偶校驗碼是最簡單的校驗碼，其編碼規(guī)則是：先將要傳送的數(shù)據(jù)碼元分組，并在每組數(shù)據(jù)后面附加一位冗余位，即校驗位，使分組中包括冗余位在內的數(shù)據(jù)碼元中“1”的個數(shù)保持為奇數(shù)（奇校驗）或偶數(shù)（偶校驗）。在接收端按照同樣的規(guī)則進行檢查，只有“1”的個數(shù)仍符合原定的規(guī)則才認為傳輸正確，否則認為傳輸出錯。例如，傳輸數(shù)據(jù)為“1010010”，采用奇校驗時附加位為“0”，因此傳輸數(shù)據(jù)變?yōu)椤?0100100”。如果接收端收到的數(shù)據(jù)中有一位出錯（如10110100），此時奇校驗就可以檢查出錯誤。但是若接收到收到的數(shù)據(jù)中有兩位出錯（如01100100），此時奇校驗就無法檢查出錯誤。因此，奇偶校驗一般只能用于通信要求較低的環(huán)境，且只能檢測錯誤，無法確認錯誤位置及糾正錯誤。在實際數(shù)據(jù)傳輸中，所采用的奇偶校驗碼分為垂直奇偶校驗、水平奇偶校驗和水平垂直奇偶校驗3種。2.5差錯控制技術循環(huán)冗余碼（CyclicRedundancyCode，CRC）2循環(huán)冗余碼（CyclicRedundancyCode，CRC），又稱為多項式碼，是使用最廣泛且檢錯能力很強的一種檢錯碼。CRC的工作方法是在發(fā)送端產生一個冗余碼，附加在信息位后面一起發(fā)送到接收端，接收端收到信息后按照與發(fā)送端形成循環(huán)冗余碼同樣的算法進行校驗，如果發(fā)現(xiàn)錯誤，則通知發(fā)送端重發(fā)。CRC將整個數(shù)據(jù)塊當做一串連續(xù)的二進制數(shù)據(jù)，把各位看成是一個多項式的系數(shù)，則該數(shù)據(jù)塊就和一個n次多項式M(X)相對應。例如，信息碼1101表示為多項式為M(X)=X3+X

2+X0。2.5差錯控制技術CRC在發(fā)送端編碼和接收端校驗時，可以利用事先約定的生成多項式G(X)來計算冗余碼。CRC中使用的生成多項式由協(xié)議規(guī)定，目前國際標準中常用的G(X)包括以下幾種：CRC-12：

G(X)=X12+X11+X3+X2+X+1CRC-16：G(X)=X16+X15+X2+1CRC-CCITT：G(X)=X16+X12+X5+1CRC-32：G(X)=X32+X26+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+12.5差錯控制技術CRC編碼步驟如下：（設r為生成多項式G(X)的階）（1）將數(shù)據(jù)塊轉換為相應的多項式M(X)，并在后面附加r個“0”，得到一個新的多項式M’(X)。（2）用模2除法求M’(X)/G(X)的余數(shù)，此余數(shù)就是冗余碼。（3）將冗余碼附加在原信息位后面即為最終要發(fā)送的信息碼。2.5差錯控制技術例如，假設準備發(fā)送的數(shù)據(jù)信息碼為1101，生成多項式采用G(X)=X4+X+1，計算使用CRC后最終發(fā)送的信息碼。（1）將原信息碼轉化為多項式M(X)=1101，r=4，因此M’(X)=11010000。解（2）G(X)=10011，用模2除法求M’(X)/G(X)的余數(shù)（即冗余碼）為：2.5差錯控制技術解（3）將冗余碼0100直接附加在M(X)后面，可得到最終要發(fā)送的信息碼為11010100。知識庫模2運算是指按位模2加減為基礎的四則運算，包括模2加、模2減、模2乘、模2除。模2運算中每一位計算的結果不影響其他位，即“加不進位，減不借位”。模2加減的運算規(guī)則是：兩數(shù)相同則結果為0，兩數(shù)不同則結果為1，等同于“異或”運算。模2除與算數(shù)除法類似，但每一位除的結果不影響其他位，例如：數(shù)據(jù)通信基礎小結數(shù)據(jù)通信技術是計算機網(wǎng)絡的基礎，而數(shù)據(jù)通信是指在不同的計算機之間傳送表示字符、數(shù)字、語音、圖像的二進制代碼的過程。數(shù)據(jù)通信是通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來實現(xiàn)的，一個完整的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般由信源、信號變換器、通信信道、信宿等構成。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術指標包括信道帶寬、波特率、比特率、誤碼率等。數(shù)據(jù)通信可分為并行傳輸和串行傳輸；還可以按照信號傳送方向與時間的關系分為3種：單工通信、半雙工通信和全雙工通信。在單工通信方式中，信號只能向一個方向傳輸；在半雙工通信中，信號可以雙向傳送，但是同一時間只能向一個方向傳送；在全雙工方式中，信號可以同時雙向傳送。數(shù)據(jù)通信基礎數(shù)據(jù)通信中同步技術是解決通信的收發(fā)雙方在時間基準上保持一致的問題。數(shù)據(jù)通信的同步方式主要包括異步傳輸和同步傳輸，同步傳輸又分為面向字符的同步和面向位的同步兩種。數(shù)字信號在信道中的傳輸技術分為基帶傳輸和頻帶傳輸兩種。在基帶傳輸中，常采用非歸零編碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼方式；在頻帶傳輸中，常采用振幅鍵控、頻移鍵控、相移鍵控來實現(xiàn)對數(shù)字信號的模擬化編碼。為了充分利用通信線路的帶寬，提高通信介質利用率，可采用多路復用技術。最常用的多路復用技術是頻分多路復用和時分多路復用。數(shù)據(jù)交換技術是用來解決資源子網(wǎng)中的兩臺計算機如何通過通信子網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換問題的。通常使用的數(shù)據(jù)交換技術有3種：電路交換、報文交換和分組交換。計算機網(wǎng)絡常常使用分組交換，偶爾才使用電路交換，一般不使用報文交換。差錯的控制方法是在發(fā)送的報文中附加校驗碼，接收端檢測到有差錯的報文后進行丟棄或糾錯。常用的校驗碼有奇偶校驗碼和循環(huán)冗余碼。THANKS計算機網(wǎng)絡技術基礎第3章03網(wǎng)絡體系結構章節(jié)導讀計算機網(wǎng)絡是一個龐大的、多樣化的復雜系統(tǒng)，涉及多種通信介質、多廠商和異種機互連、高級人機接口等各種復雜的技術問題。要使這樣一個系統(tǒng)高效、可靠地運轉，網(wǎng)絡中的各個部分都必須遵守一套合理而嚴謹?shù)木W(wǎng)絡標準。這套網(wǎng)絡標準就是網(wǎng)絡體系結構。本章主要介紹網(wǎng)絡體系結構的基本概念，以及開放式系統(tǒng)互連（OSI）參考模型和TCP/IP參考模型的分層結構及各層功能。學

習

目

標了解分層設計的思想和網(wǎng)絡協(xié)議的概念。掌握OSI參考模型的分層結構及各層功能。掌握OSI參考模型中數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。掌握T