网络与通信技术

第三章网络与通信技术3.1通信技术与应用1通信技术的基本概念2信号的表现方式3通信信道4编码5多路复用6数据交换技术1通信技术的基本概念通信系统：指以信息异地传送为目的而配备的硬件、软件的集合。1通信技术的基本概念（续）终端远程安装主机前端处理器多路复用器modemmodemmodemmodem小型机modem多路复用器（1）通信系统的组成处理信息用计算机发送/接受数据用终端或其他输入/输出设备通信信道通信处理器控制输入/输出和管理通信网络其他功能的软件（2）通信系统的功能功能定义信息传输确认接口路由选择信息处理信息编辑信息转换信息控制需要传输媒体、网络和路径确定路径以及发送者与接受者之间的接口选择最为有效的路径为正确的接受者提供正确的信息检查错误、格式编排和编辑转换一台设备到另一台设备的传输速率和代码路由信息、轮询接受者，支持网络结构维护（3）通信协议定义：通信协议是通信双方进行对话的约定，若无一致的约定，就无法交换信息。（3）通信协议（续）主要功能：识别通信路径中的设备；唤起其他设备的注意；校验收到的传输信息；检验那些由于翻译错误而需重新传输的信息，并在发生错误时完成信息恢复。2信号的表现方式数字信号与模拟信号调制解调器（MODEM）数字信号与模拟信号通信系统中传输的信号有两种：数字数据：离散的值，可用数字信号表示。是一系列电脉冲。模拟数据：连续的值，可用模拟信号表示，是电磁波，可以按照不同频率在各种媒体上传输。调制解调器（MODEM）当采用模拟信道传输数字信号时，必须用调制解调器把数字信号转换成模拟信号后，再用模拟信道传输。1111000000数字信号模拟信号数字信号modemmodem计算机计算机3通信信道信道是通信网络中发送方和接受方之间的物理通路。（1）通信媒体双绞线同轴电缆光缆无线传输（2）信道特征传输速率传输模式传输方向带宽传输速率有两种表示方法：比特率：每秒钟传输二进制数据的位数。单位是比特/秒（bps）。波特率：每秒钟传输多少电信号单元。单位是波特（baud）。传输速率（续）是两个不同的概念。比特率是信道的数据传输速率，而波特率是数据的信号变化速率。（即数字信号经调制后的传输速率。）传输模式并行传输：同时传送一组比特，每个比特使用单独一条线路，这些线路通常被捆扎在一条电缆里。（适合短距离）串行传输：只使用一条线路，逐个地传送所有的比特。（适合长距离）并行传输01101100并行传输设备设备串行传输01101100串行传输设01101100备设备串行通信的两种方法异步传输：每次传输一个字符，每个字符前面加一个起始位，后面加一位校验位和一个终止位，适合低速传输。串行通信的两种方法（续）同步传输：接受与传送设备之间通过电子时钟始终保持一致的动作频率，一次传输一组字符，主要用于高速传输大量数据。传输方向信息传输还要考虑数据在通信网上的流动方向：单工传输：数据在任何时候都是只能在一个方向上传输。半双工传输：可以在两个方向，但不是同时传递数据。全双工传输：数据可以同时在两个方向上传输。带宽媒体能够传输的最高频率和最低频率的差值。4编码无论使用什么媒体传输信息，都要解决一个最基本的通信问题：把信息编码成适合传输的格式。例计算机的基本存储方式是二进制数，用0或1表示，称为比特位，它是计算机能够存储的最小信息单元，当它们单独存在时并无多大意义，但若把它们放到一起，就会产生很多0和1的不同组合。如：两个比特可有种不同组合（00，01，10，11）…。我们将一种组合与某个确定的内容联系起来，这种联系即是编码。4224编码（续）最为流行的字符编码：ASCII码（美国标准信息交换码）。这是一种7位编码，它为每个键盘字符和一些特殊功能分配一个唯一的组合。5多路复用一条频带宽度为W的物理信道，有两种方法将其划分为多条物理信道，以便多对信源各自独立地使用它们，实现对信道的多路复用。（1）频分多路复用（FDM）（2）时分多路复用（TDM）（1）频分多路复用（FDM）频分多路复用（FDM）技术用于模拟信号。在FDM中，信道再被分成几个频率的子信道。这样可同时传送多个信号。如：若信道频带宽度为3000Hz，就划分成四个子信道。子信道1：300-800Hz子信道2：900-1400Hz子信道3：1500-2000Hz子信道4：2100-2600Hz没有使用的频率用来把子信道分开。每个子信道对应多路复用器的一个输入信号。（2）时分多路复用（TDM）时分多路复用（TDM）技术用于数字信号。TDM把几个需要传送的信号合并成一个“框架”，然后把这个“框架”送到信道中去。在接受端另有一个多路复用器将合并的“框架”分开，再把它们送到各自相应的终端。（1）频分多路复用（FDM）终FDMFDM端频分多路复用modemmodem信道1信道2信道3信道4（2）时分多路复用（TDM）终TDMTDM端时分多路复用modemmodem123412346数据交换技术在广域网中一般采用点到点信道，而点到点信道使用存储转发的方式传送数据。这就涉及到数据交换技术。数据交换技术主要有三种类型：（1）电路交换（2）报文交换（包交换）（3）分组交换（1）电路交换电路交换的概念来自于电话系统，在电路交换网中，一旦一次通话建立，在两部电话之间就有一条物理通路存在，直到这次通话结束，然后拆除物理通路。（2）报文交换电报系统使用的是报文交换技术。报文交换不能事先建立物理电路，当发送方有数据要发送时，它将把要发送的数据当做一个整体交给中间交换设备，中间交换设备先将报文存储起来，然后选择一条合适的空闲输出线路将数据转发给下一个交换设备。如此循环，直到将数据送到目的地。（3）分组交换分组交换技术是报文交换技术的改进，适合于交互式通信。在分组交换网中，数据被划分成一个分组，且分组的大小有严格的上限，这样使得分组可以被缓存在交换设备的内存而不是磁盘中。3.2网络技术与应用1网络基础2网络技术与应用1网络基础计算机网络：以共享资源为目的，利用通信手段将地域上相对分散的若干台计算机系统、终端设备和数据设备连接起来，并在协议的控制下进行数据交换的系统。1网络基础（续）（1）接口与协议（2）OSI参考模型（开放系统互联参考模型）（3）拓扑结构（1）接口与协议例：邮政通信系统用户间约定用户子系统用户/邮局约定邮局间约定邮政子系统邮局/运输部门约定运输部门间约定运输子系统甲地乙地用户（写信人）用户（写信人）邮政局邮政局运输部门运输部门（1）接口与协议（续）在进行计算机网络设计时，为减少复杂性，往往按功能将计算机网络分为多个不同的功能层。网络中同等层之间的通信规则就是该层使用的协议。同一计算机的不同功能层之间的通信规则称为接口。（1）接口与协议（续）即：协议是不同机器同等层之间的通信约定。接口是同一机器相邻层之间的通信约定。（2）OSI参考模型发送信息进程接受信息进程层间逻辑通讯每一层执每一层执行功能并行功能并将信息送将信息送往下一层往上一层数据流的物理传输应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层表示层会话层传输层网络层物理层应用层数据链路层（2）OSI参考模型（续）物理层：主要功能是完成相邻结点之间原始比特流的传输。数据链层：主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传输。（2）OSI参考模型（续）网络层：主要功能是完成网络中主机间的报文传输。传输层：主要功能是完成网络中不同主机上的用户进程之间可靠的数据通信。（2）OSI参考模型（续）会话层：该层允许不同机器上的用户之间建立会话关系。表示层：完成某些特定的功能。（不必每个用户自己来实现）应用层：该层包含大量用户普遍需要的协议（3）拓扑结构网络拓扑是从结构的角度来研究网络体系的。它将网络上的工作站点视为一个节点，通信信道视为一条线，整个网络系统变为一张平面图，用图论的方法进行研究。（3）拓扑结构（续）最常见的网络拓扑结构有：1）总线拓扑结构2）环型拓扑结构3）星型拓扑结构4）全链接拓扑结构5）组合拓扑结构1）总线拓扑结构将所有的节点都通过各自的硬件接口直接连接到一条传输介质上，形成一条公共的多路访问总线。总线型1）总线拓扑结构（续）特点：结构简单灵活，便于扩充。可靠性好。网络的响应速度快，便于广播方式工作。故障诊断困难。不适用于实时要求高的场合。2）环型拓扑结构是一种闭合的总线结构。各站点通过重发器连接到公共的通信介质上，形成一个封闭的环。环型2）环型拓扑结构（续）特点：控制简单。适用于光纤，传送距离长。节点故障会引起全网络故障。不易重新配置网络。3）星型拓扑结构由中央结点和通过点到点链路连接到中央结点的各站点组成。在这种拓扑结构网络中，多数采用的是电路交换方式，任意两个站点之间的通信都要经过中央结点，并由该结点为它们建立起物理链接。3）星型拓扑结构（续）特点：网络结构简单。网络控制简单。可靠性较低。扩展与共享困难。中央4）全链接拓扑结构每一对设备间都有直接的链接，不需要再竞争公用线路。特点：任意两台设备可直接通信，而不涉及其他设备。链接费用增加。物理线路利用率低。5）组合拓扑结构前面不同拓扑结构的组合使用。2网络技术与应用（1）计算机网络功能（2）计算机网络的分类（3）计算机网络系统集成（1）计算机网络功能数据通信资源共享增加可靠性提高系统处理能力数据通信改造了传统的信息交换方式，提供了一种全新的电子传递方式——电子邮件。给人们提供了一个网络环境，在此基础上可建立一种新型的合作方式——计算机支持协同工作，它消除了地理上的距离限制。资源共享资源共享是指计算机系统的硬件共享，软件共享和数据共享。资源共享能避免重复投资和劳动，从而提高资源的利用率，使系统整体性能价格比得到改善。增加可靠性可靠性的提高体现在网络中计算机彼此互为备用，避免了单点失效对用户产生的影响。提高系统处理能力单机的处理能力是有限的，而在计算机网内，多台计算机可通过协同操作和并行处理来提高整个系统的处理能力使计算机网内各台机器负载均衡，并提高了每台计算机的可用性。（2）计算机网络的分类局域网域域网广域网互联网无线网局域网指范围在几百米到十几千米内办公楼群或校园内的计算机相互链接所构成的计算机网络。局域网区别于其他网络主要体现在：网络所覆盖的物理范围；网络所使用的传输技术；网络的拓扑结构三个方面。城域网采用技术基本上与局域网相类似，只是规律大一些，可覆盖一个城市。可是私人网，也可是公用网。城域网即可支持数据和话音传输，也可以与有线电视相联。广域网通常跨接很大的物理范围，例如一个国家。广域网有时也称为远程网，传输速率往往每秒几千位以上。互联网把许多具有不同物理结构、不同协议、采用不同标准的计算机网络通过网关链接起来，并由网关完成相应的转换功能，从而形成的集合称为互联网。无线网目前研究的热点，用户可以在任何时间、任何地点接入计算机网络。（3）计算机网络系统集成1）网络系统集成的提出2）网络系统集成的问题3）网络系统集成的定义4）网络系统集成的体系框架1）网络系统集成的提出在当今信息时代，人们面临着网络技术的迅猛发展：网络规模越来越大，从局域网、广域网到全球互联网，从封闭式、自成体系的网络环境到开放式的网络环境。人们同时也面临网络建设的挑战：如何根据自身的需求规划，设计网络系统；如何开发网络上的应用系统，使其充分发挥网络系统的作用，取得应有的经济效益。已成为当今网络建设中迫切需要解决的问题。2）网络系统集成的问题网络系统集成不是一个简单的部件组合问题，而是一个集技术和管理为一体的网络系统集成问题。技术问题：不仅涉及到不同厂家的网络设备和管理软件，也涉及到异构和异质网络系统的互联。管理问题：每个单元管理方式和管理思想千差万别，实现向网络化管理的转变，会面临许多人为因素。3）网络系统集成的定义网络系统集成是在达到用户目标，满足用户需求的前提下，