第2章 1数据通信与计算机网络基础
三级网络第2章 计算机网络基础知识
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第二章 计算机网络基础知识
城域网：
城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络，城域网设计的目标是要 满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互联的需求。 早期的城域网产品主要是光纤分布式数据接口。目前各种城域网建设方案的 共同点是：传输介质采用光纤，交换结点采用基于IP交换的高速路由交换机或 ATM交换机。在体系结构上采用核心交换层、业务汇聚层与接入层的三层模式。
( C ( D (
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A
用户线 交换机
(
用户线
B
电路交换的特点
电路交换是面向连接的，即必须经过以下三个 步骤的联网方式：
建立连接 通信 释放连接
采用电路交换时，通信过程中一直占有一条物 理通路。
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分组交换的原理（一）
在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固 定长度的数据段。
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第二章 计算机网络基础知识
通信子网”和“资源子网
通信子网”和“资源子网
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第二章 计算机网络基础知识
（3）第三阶段：开放式的标准化计算机网络
20世纪70年代 网络体系结构与协议标准化的研究 广域网、局域 网与公用分组交换网的研究与应用 国际标准化组织（International Standards Organization ,ISO）提出了开放系统的互连参考模型与 协议
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第二章 计算机网络基础知识
广域网 ：
广域网也称为远程网。它所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里。具备 以下特点： （1）适应大容量与突发性通信的要求； （2）适应综合业务服务的要求； （3）开放的设备接口与规范化的协议； （4）完善的通信服务与网络管理。 广域网中涉及以下概念：X.25网、帧中继、SMDS、B－ISDN与ATM网。 X.25网：建立在速率较低、误码率较高的电缆传输介质之上执行过程比较复杂。 帧中继： 建立在数据传输速率高、误码率低的光纤上。 ATM网：新一代数据传输与分组交换技术，能够保证用户对数据传输的服务质 量QoS 的需求。结合了线路交换和分组交换的优点，符合B－ISDN的需求 。
第2章计算机网络基础知识
第
2
章 网 络 基 础
教
程
计
信道速率的极限值：信道容量
Cmax与通信信道带宽F（单位Hz） 的关系为Cmax=2· F（bps）； 通常：C＝2Flog2N （N为电平的状态个数）
第
2
算 奈奎斯特定理：（理想情况 无噪声情况） 机 二进制数据信号的最大数据传输速率 网 络
章 网 络
教 香农定理：：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时， 基 其信道容量为：
第
2
章 网 络 基 础
计 算 机 网 络
第
2
频带传输的定义
章
教程Βιβλιοθήκη 利用模拟信道传输数据信号的方法称为频 网 带传输； 络 调制解调器（modem）是频带传输中最典 基 型的通信设备。
础
计 算 机 网 络
5、网络通信系统设计中要解决的几个基本问题： 第
数据传输类型 模拟通信 数字通信 数据通信方式 串行通信、并行通信 单工通信、半双工或全双工通信 同步方式 同步通信 异步通信 2
第
2
章 网 络 基 础
教
程
计 算 机 网 络
传输数字信号的通信系统称为数字通信系统。
数 字 信 道：支持数字信号的传输 特点：数字信道具有对所有频率的信号都 不衰减，或者都作同等比例衰减的特点。长距离 传输时，数字信号也会有所衰减，因此数字信道 中常采用类似放大器功能的中继器来识别和还原 数字信号。
2
章 网
1. 噪声源是信道中噪声(即对信号的干扰)以及分散在通信系统
络 的模型，实际生活中的通信系统大多为双向的，信道可进行 双向传输，信源与信宿合为一体，变换器也合为一体。 教 2. 信道是信号的传输媒体及有关的设备（如中继器等）。通过 基 信道传输到远地的电信号先由接收端的反变换器转换复原成 程 础 原始的信号，再送给接收者（信宿），而后由信宿将其转换 成各种信息。
第二章：数据通信基础
第二章：数据通信基础名词解释：【信息】：是对客观食物的反映，可以是对物质的形态、大小、结构、性能等全部或部分特性的描述，也可以表示物质与外部的联系。
【数据】：信息可以用数字的形式来表示，数字化的信息称为数据。
【信道容量】：是指信道传输信息的最大能力，通常用信息速率来表示。
【码元】：计算机网络传送中的每1位二进制数字称为“码元”或“码位”。
【比特率】：是一种数字信号的传输速率，它表示单位时间内所传送的二进制编码的有效位数。
【波特率】：是一种调制速率，也称波形速率。
它是针对在模拟信通上进行数字传输时，从调制解调器输出的调制信号，每秒钟载波调制状态改变的次数。
或者说，在数据传输过程中，线路上每秒钟传送的波形个数就是波特率。
【误码率】：误码率指信息传输的错误率，也称错误率，是数据通信系统在正常工作情况下，衡量传输可靠性的指标。
【吞吐量】：是单位时间内整个网络能够处理的信息总量。
【信道的传输延迟】：信号在信道中传输，从信源端到达信宿需要一定的时间，这个时间称为传播延迟（或时延）。
【信道带宽】：信道带宽是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高频率与最低频率之差。
【数据传输率】：是指单位时间内信道内传输的信息量，即比特率。
【数据终端设备（DTE）】：是指用于处理用户数据的设备，是数据通信系统的信源和信宿，在计算机网络中，它是资源子网的主题。
【数据线路端接设备（DCE）】：又称为数据通信设备，是介于DTE与传输介质之间的设备，用于将DTE发出的数字信号变换成适合于在传输介质上传输的信号形式，并将它送至传输截至上；或者将从传输介质上接收的远端信号变换为计算机能接收的数字信号形式，并送往计算机。
【频带传输】：就是将代表数据的二进制信号，通过调制解调器，变换成具有一定频带范围的模拟数据信号进行传输，传输到接收端后再将模拟数据信号解调还原为数字信号。
【基带】：人们把矩形脉冲信号的固有频带称为基本频带，简称基带。
第2章 数据通信基础
2.3.4三种交换技术的比较 (1) 数据报分组交换适用于短报文交换,虚 电路分组交换适用于长报文交换. (2) 两节点间的负载较重且持续时间较长时, 租用线路,采取线路交换的方式是很合算的. (3) 在交互性要求较高的场合下,报文交换 是不合适的. (4) 分组交换技术在局域网和公用数据网中 都有很多应用.
2.1.3数据通信系统的主要质量指标 2.1.3数据通信系统的主要质量指标
1.数据传输速率 (1)数据传输速率 数据传输速率又称比特率,指单位时间内所传 送的二进制位数的个数,单位为比特每秒,表 示为b/s. (2)信号传输速率 信号传输速率又称波特率或调制速率,指单位 时间内所传送的信号的个数,单位为baud(波 特)
2.数据通信系统 通信的目的是传输信息.为了实现这一目的, 通信必须具备3个必要条件:信源,媒体和信 宿.信源,媒体和信宿也称为通信的三要素. 信源是发出信息的信息源,信息源可以是人, 也可以是机器.
2.1.2数据通信系统的分类
在数据通信系统中,传输模拟信号的系 统称为模拟通信系统,传输数字信号的 系统称为数字通信系统.
三种数据交换技术总结如下: (1)线路交换:在数据传送之前需建立一条物 理通路,在线路被释放之前,该通路将一直被 一对用户完全占有. (2)报文交换:报文从发送方传送到接收方采 用存储转发的方式.在传送报文时,只占用一 段通路:在交换节点中需要缓冲存储,报文需 要排队.因此,这种方式不满足实时通信的要 求. (3)分组交换:此方式与报文交换类似,但报 文被分成组传送,并规定了分组的最大长度, 到达目的地后需重新将分组组装成报文.这是 网络中采用最广泛的一种交换技术.
2.3.3分组交换 1.分组交换原理 分组交换(Packet Switching)也称包交换, 它是将用户发送的一个报文,分割成若干规 定长度的信息组,即分组信息,接着将这些 分组信息逐一在网络上通过多个地点(分组交 换)发送出去,当这些分组信息到达终点后, 再将它们重新装配成完整的报文.在主机中 产生的信息是以报文形式出现的,送到主机 去的信息也是报文形式,也就是说主机与主 机间是以报文形式通信的,报文是面向用户 的,根据用户需要而定,格式与长度都是与 用户使用要求紧密相连的.
第2章 数据通信基础知识(4学时)
并/串 串 转换器
串 /并 并 转换器
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2.2.2 信道的通信方式
按照信号传送方向与时间的关系， 按照信号传送方向与时间的关系 ， 信道的通信方式 可以分为单工 半双工和全双工三种 单工、 三种。 可以分为单工、半双工和全双工三种。 1. 单工通信 单工方式指通信信道是单向信道， 单工方式指通信信道是单向信道 ， 数据信号仅沿一 个方向传输，发送方只能发送不能接收， 个方向传输 ， 发送方只能发送不能接收 ， 而接收方只能 接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。 接收而不能发送 ， 任何时候都不能改变信号传送方向 。 例如，无线电广播和电视都属于单工通信。 例如，无线电广播和电视都属于单工通信。
1、并行通信 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。 方式：将构成1 方式：将构成1个字符代码的几位二进制比特分别通过几个并 行的信道同时传输， 并行传输中一次传送8个比特。 行的信道同时传输，如，并行传输中一次传送8个比特。 优缺点：速度快，但发送端与接收端之间有若干条线路， 优缺点： 速度快 ，但发送端与接收端之间有若干条线路 ，费 用高， 适合于近距离和高速率的通信。 用高， 仅适合于近距离和高速率的通信。 并行通信在计算机内部 总线以及并行口通信中已经得到广泛应用。 总线以及并行口通信中已经得到广泛应用。
发送端 主机
数据的单方向性
接收端 显示器
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2. 半双工通信 半双工通信是指信号可以沿两个方向传送， 半双工通信是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， 时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只 能交替进行。当改变传输方向时， 能交替进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行 切换。 切换。
第2章 计算机网络通信原理
第2章计算机网络通信原理本章首先简单介绍数据通信的基本概念和原理，然后介绍各种传输介质、数据传输方式、数据交换技术、数据编码技术、多路复用技术和差错控制技术等。
通过本章学习，要求掌握数据传输方式，掌握数据交换技术，掌握差错控制技术；熟悉多路复用技术，了解传输介质，了解数据编码技术。
理解数数据据通信的基本概念和原理。
2.1 数据通信基本知识2.1.1信息、数据、信号和信道在计算机网络中，通信的目的就是为了交换信息。
1．信息信息是对客观事物属性和特性的描述，可以是对事物的形态、大小、结构、性能等全部或部分特性的描述，也可以是对事物与外部联系的描述。
信息是字母、数字、符号的集合，其载体可以是数字、文字、语音、视频和图像等。
2．数据数据是指数字化的信息。
在数据通信过程中，被传输的二进制代码（或者说数字化的信息）称为数据。
数据是信息的表现形式或载体。
数据分为数字数据和模拟数据。
数字数据的值是离散的，如电话号码、邮政编码等；模拟数据的值是连续变换的量，如身高、体重、温度、气压等。
数据与信息的区别在于，数据是信息的载体或表现形式，而信息则是数据的内在含义或解释。
3．信号数据通信中，信号是数据在传输过程中的电磁波的表示形式，因此数据只有转换为信号才能传输。
信号是运输数据的工具，是数据的载体，是数据的表现形式，信号使数据能以适当的形式在介质上传输。
从广义上讲，信号包含光信号、声信号和电信号，人们通过对光、声、电信号的接收，才知道对方要表达的消息。
信号从形式上分为模拟信号和数字信号。
模拟信号指的是在时间上连续不间断，数值幅度大小也是连续不断变化的信号，如传统的音频信号、视频信号等。
数字信号指的是在时间轴上离散，幅度不连续的信号，可以用二进制1或0表示，如计算机数据、数字电话、数字电视等输出的都是数字信号。
4．信道信道是信息从发送端传输到接收到的一个通路，它一般有传输介质（线路）和相应的传输设备组成。
在数据通信系统中，信道为信号的传输提供了通路。
第二章-数据通信技术-1
• 结论：采样速率必须是最高频率的两倍，因为波形的每 个周期相当于两个值——一个表示正的幅度级别，另一 个表示负的幅度级别。因此，如果每秒有 w 个周期 （即，赫兹），那么我们就有 2w 个信号状态。如果无 噪声信道每个信号状态使用 N 个值，则信道每秒的最 大数据传输能力可由下式给出： • • • • C=2W×log2 N C=数据传输率，单位bit/s W= 带宽，单位Hz N= 信号状态编码级数
模拟信号数字化的三步骤
•
1)采样，以采样频率Fs把模拟信号的值采出；
•
2)量化，使连续模拟信号变为时间轴上的离散值；
•
3)编码，将离散值变成一定位数的二进制数码。
奈奎斯特公式-编码的基础
• 1920年 ，奈奎斯特发现无噪声信道的最大信号传输速 率是采样数目的两倍。通过标准正弦载波可以看出这 个发现，正弦波自然形态的半个周期表示一个信号状 态是可能的，因为这两个半周期互为镜像。
6.1 数字数据的数字信号编码
• 编码方式
• 编码特点 • 同步过程
编码方式
• 不归零编码(NRZ) 1：单极性不归零码 2：双极性不归零码 • 归零编码(RZ) 1：单极性归零码 2：双极性归零码
两类编码图例
单极性脉冲编码
双极性归零脉冲编码
双极性脉冲编码
单极性归零脉冲编码
交替双极性归零脉编码
图例
6.2 数字数据的模拟信号编码
• 为了利用廉价的公共电话交换网实现计算机之 间的远程通信，必须将发送端的数字信号变换 成能够在公共电话网上传输的音频信号，经传 输后再在接收端将音频信号逆变换成对应的数 字信号。实现数字信号与模拟信号互换的设备 称作调制解调器(Modem)。 • 模拟信号传输的基础是载波，载波具有三大要 素：幅度、频率和相位，数字数据可以针对载 波的不同要素或它们的组合进行调制。
计算机网络基础(段标第6版) 第2章 习题参考答案
填空1计算机间的通信合作层次接口服务2语法语义同步3结构格式4OSI参考模型国际标准化5物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层表示层数据链路层6为数据端设备提供传送数据的通路传输数据完成物理层的一些管理工作7数据终端设备数据通信设备8链路管理、帧同步、流量控制、差错控制、透明传输、寻址9帧10面向字符面向比特11通信子网层、路径选择、流量控制、数据传输与中继、清除子网的质量差异12虚电路服务、数据报服务13数据传输层、表示层14网络接口层、网络互联层、传输层、应用层15简单文件传输协议、超文本传输协议、远程登录协议、文件传输协议16服务17会话层18ARP协议19远程登录20网络互连层判断：1对2错3错4错5错6对7错8对9对10错1.网络体系结构采用层次化的优点是什么？(1)各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现细节，只要知道低层所提供的服务，经及本层向上层所提供的服务即可，能真正做到各司其职。
(2)有利于实现和维护，某个层次实现细节的变化不会对其他层次产生影响。
(3)易于实现标准化。
2.0SI模型和TCP/IP模型的共同点和不同点是什么？共同点：都采用了层次结构的思想、在传输层中定义了相似的功能。
不同点：二者在层次划分上、使用协议上有很大的区别；TCP/IP为工业标准模型，而OSI 是理论标准模型。
3.简述OS1网络层的主要功能？物理层具体解决了以下问题：使用什么类型的传输介质，使用什么样的连接器件和连接设备。
使用什么拓扑结构。
使用什么样的物理信号表示二进制的。
和1以及该物理信号与传输相关的特性如何。
数据链路层具体解决了以下问题：将bit信息加以组织封装成帧。
确定了数据帧的结构。
通过使用硬件地址及物理地址来寻址。
实现差错校验信息的组织。
对共享的介质实现访问控制。
网络层具体解决了以下问题：提供了网络层的地址(IP地址)，并进行不同网络系统间的路径选择。
数据包的分割和重新组合。
差错校险和恢复。