北航计算机网络课件第3章
计算机网络(第3章)课件(7-111-22935-3)

第3章数据通信技术基础机械工业出版社ISBN 7-111-22935-3本章学习内容及要求要求熟悉数据通信的基本概念,掌握信道复用技术、编码技术、交换技术和差错控制技术的原理和实现方法。
掌握网络传输时延计算方法,以及网络传输介质的选用方法。
3.1 数据通信基本知识3.1.1 信息、数据与信号\信息是在人们之间传递的知识,数据是信息的具体表现形式,其本身是各种各样的物理符号或它们的组合。
信息涉及到数据的内容和解释。
\信号是数据的电子或电磁编码,数据必须经过编码转换为电信号后才能在传输介质中传输。
\数据和信号都有两种不同的形式一种称为模拟数据和信号另一种称为数字数据和信号。
\存在两种数据、两种信号,就有四种类型的编码组合 即数字数据分别编码成数字信号或模拟信号,模拟数据分别编码成模拟信号或数字信号。
3.1.2 通信的基本要求通信的双方完成一次通信需要满足三个基本要求:\一是双方有通信的愿望;\二是通信的双方之间有信息传递的信道,也即是说通信要经过传输介质以及有关的传输设备;\三是通信双方要遵循通信的规则和约定,即通信双方按照通信协议传输信息,并能理解这些通信协议。
信道信道与电路并不等同,信道表示信号的通路,一般是用来表示向某一个方向传输信息的媒体\一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
信道与传输介质也是有区别的\传输介质是指用于连接两个或多个网络节点的物理传输线路。
通信信道建立在传输介质之上\包括传输介质和通信设备。
差错率/误码率由于噪声的影响和信道带宽的限制,信号可能发生失真.差错率/误码率:传输比特总数与其中出错比特数的比值Pe= 出错比特数传输/比特总数例:传输10000bit, 有2bit出错,Pe=2/10000差错率越高表示信道的质量越差信道的差错率与信号的传输速率和传输距离成正比3.1.3 数据通信传输系统模型一个数据通信系统由\源系统、传输系统、目的系统三部分组成图3.1 数据通信系统的模型接收的信号发送的信号输入信息输出信息输入数据输出数据目的系统源系统传输系统信源变换器信宿反变换器信道信源:信息的发送者,信宿:信息的接收者,是发出各种信息(语言、文字、图象或者数据)的信息源载体:传送信息的媒体;(信道)注意:噪声的存在和对通信的影响信源信宿载体(信道)噪声源通信三要素变换器:将信源发出的信息变换成载体(信道)上可传输的格式;反变换器:将载体(信道)上可传输的信息变换成信宿可识别/处理的格式。
《计算机网络第三章》课件

数据包的格式和地址分配。它使用IP地
址和子网掩码来进行网络寻址。
3
路由选择算法
路由选择算法确定数据包在网络层中的 路径选择。常见的路由选择算法包括距 离向量算法和链路状态算法。
传输层
TCP协议
TCP协议负责可靠的数据传输,提供面向连接的通信 和流量控制。它通过三次握手建立连接,并使用数 据段格式传输数据。
UDP协议
UDP协议负责无连接的数据传输,提供快速的传输速 度。它适用于实时应用和对于可靠性要求较低的场 景。
应用层
1 FTP协议
FTP协议是文件传输协议,用于在客户端与服务器之间传输文件。它通过明文命令和响应 消息来控制和传输文件。
2 DNS域名系统
DNS域名系统负责将域名转换为IP地址,实现主机名到IP地址的映射。它通过分布式数据 库来进行域名解析。
3 HTTP协议
HTTP协议是超文本传输协议,用于在Web客户端和服务器之间传输和呈现网页。它使用 请求和响应消息来进行通信。
总结
本章节内容回顾
本章节详细介绍了计算机网 络中的网络层、传输层和应 用层的概念、协议和应用。 希望您对计算机网络的工作 原理有了更深入的理解。
常见问题及解决方法
在实际应用计算机网络中, 会遇到一些常见问题。本节 将讨论这些问题,并提供解 决方法,帮助您更好地应对 网络故障。
《计算机网络第三章》 PPT课件
计算机网络第三章PPT课件介绍了网络层、传输层和应用层的概述、协议和常 见应用。通过本章节的内容,将帮助您深入了解计算机网络的核心知识。
网络层
1
概述
网络层是计算机网的核心部分,负责
IP协议
2
实现数据包的传输和路由选择。它的作 用是将数据从源主机路由至目标主机。
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传送的总比特数
例如:误码率为10-10表示平均每传送1010个比特会出现一个比特出错
• 处理方法
– 使用可检测并纠正错误的编码:纠错码 – 使用可检测错误的编码 + 重传:检错码
• 常用检错编码方法
– 奇偶校验 – 简单累加和(校验和) – 循环冗余校验CRC(Cyclic Redundancy Check)
3.2 错误检测和纠正
二、纠错编码(Error correcting code)
• 检错码只能发现数据出现了错误,无法得知哪个比特 出错
• 纠错编码通过增加冗余信息使得能够检测错误发生所 在,以便于纠正,又称为前向纠错(forward error correcting)
– 海明编码
• 关于数据链路层检错/纠错的讨论
发送方
void sender1(void)
{
frame s;
//待发送帧
packet buffer;
//待发送数据包
while ( true )
{
from_network_layer( &buffer ); //从网络层取包
= buffer;
//拷贝到s中发送
to_physical_layer( &s );
//通过物理层发送
}
}
接收方
void receiver1(void) {
frame r; event_type event; //等待到的事件 while ( true ) {
wait_for_event( &event ); //等待帧到达 from_physical_layer( &r );//接收帧 to_network_layer( & );//上交给网络层 } }
计算机网络基础课件第3章

集线器与交换机的区别之一
1.从OSI体系结构来看,集线器属于OSI的第一层物 理层设备,而交换机属于OSI的第二层数据链路 层设备。也就意味着集线器只是对数据的传输起 到同步、放大和整形的作用,对数据传输中的短 帧、碎片等无法进行有效的处理,不能保证数据 传输的完整性和正确性;而交换机不但可以对数 据的传输做到同步、放大和整形,而且可以过滤 短帧、碎片等。
图3-6 接收信号的抛物柱面碟状反射器
微波传输
• 另一种天线称为角状天线(图3-7 )。发射天线一 般都是这种类型。
图3-7角状天线
微波传输
• 因为发射装置与接收装置之间必须存在一条直接的视线, 这样就限制了它们可以拉开的距离。如果要实现长途传 送,可以在中间设置几个中继站(图3-8)。
图3-8 用作中继器的微波塔
双绞线
图3-1 双绞线
• 双绞线电缆(以下称“双绞线”)是将一对或一对以上的双绞线 封装在一个绝缘外套中而形成的一条传输介质,是目前局域网最 常用到的一种物理传输媒体。双绞线如上图3-1所示。 • 特点:相对于其他有线传输媒体(如同轴电缆和光纤)来说,它 价格便宜也易于安装与使用,为了降低信号的干扰程度,电缆中 的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成,双绞线 也因此而得名。 • 分类:双绞线分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP) 两大类。 局域网中非屏蔽双绞线分为三类、四类、五类和超五类四种。屏 蔽双绞线分为三类和五类两种。
卫星传输
2.卫星传输 • 卫星传输是微波传输的一种,只不过它的一个站 点是绕地球轨道运行的卫星(图3-9)
图3-9 卫星通信
RJ型连接器
• RJ型连接器将双绞线与设备连接起来,俗 称水晶接头。RJ-45水晶接头是非屏蔽双 绞线连接器,有8根连针。 • RJ-45水晶接头前端有8个凹槽。凹槽内 的金属接点共有8个
《计算机网络 》课件第3章

图3-3 CRC的实现
以上描述的计算校验和方法可以用一种特殊的多项式除 法进行分析。m个数据位可以看做m - 1阶多项式的系数。例 如,数据码字00101011可以组成的多项式是x5 + x3 + x + 1。 图3-3中表示的反馈回路可表示成另外一个多项式 x16 + x12 + x5 + 1,这就是所谓的生成多项式。所有的运算都 按模2进行。即 1xa + 1xa = 0xa,0xa + 1xa = 1, 1xa + 0xa = 1xa,0xa + 0xa = 0xa,-1xa = 1xa
冲击噪声源是外界的电磁干扰,例如打雷闪电时产生的 电磁干扰,电焊机引起的电压波动等。冲击噪声持续时间较 长而且幅度大,往往引起一个位串出错。根据它的特点,我 们称其为突发性差错。
此外,由于信号幅度和传播速率与相位、频率有关而引 起的信号失真,以及相邻线路之间发生串音等都会产生差错, 这些差错也具有突发性的特点。
×
√
1
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当接收端按照同样规则计算奇偶位时,发现1和8号位的 奇偶性正确。而2和4号位的奇偶性不对,于是2 + 4 = 6,立 即可确认错在6号位。
计算机网络技术实用教程(第四版)第03章完美版PPT

3.1 计算机网络体系结构概述
3.1.3 网络体系结构
网络体系结构是从体系结构的角度来研究和设计计 算机网络体系,其核心是网络系统的逻辑结构和功能分 配定义,即描述实现不同计算机系统之间互连和通信的 方法以及结构,是层和协议的集合。通常采用结构化设 计方法,将计算机网络系统划分成假设干功能模块,形 成层次清楚的网络体系结构。
3.1 计算机网络体系结构概述
1. 实体与对等实体
实 体:
任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程。
对等实体:
不同机器上位于同一层次、完成相同功能的实体。
3.1 计算机网络体系结构概述
2. 通信协议
协 议:
语法 语义 同步
为进行网络中的数据交换而建立的规则﹑标 准或约定即称为网络协议。
3.1 计算机网络体系结构概述
3.2 ISO/OSI开放系统互连参考模型
3.2.1 OSI七层模型
OSI采用分层的结构 应用层(Application Layer)
化技术,共分7层,从 表示层(Presentation Layer)
低到高为:物理层、数 会话层(Session Layer)
据链路层、网络层、传 传输层(Transport Layer)
3. 效劳与接口
服 务:
在网络分层结构模型中,每一层为相邻的上一层 所提供的功能称为效劳。
效劳访问点:
在同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方,通常称 为效劳访问点SAP。
3.1 计算机网络体系结构概述
4. 效劳类型
计算机网络第3章(3.2).ppt
计算机网络基础教程
3.2.2 局域网的层次模型
局域网各层功能: 1、物理层:实现位流的传输与接收,同步前序的产生与删 除,信号的编码与译码等,以及规定了传输所使用的信号 编码和介质,规定了网络的拓扑结构和传输速率。 (1)信号编码采用了曼彻斯特编码 (2)介质为双绞线、同轴电缆、光纤、无线介质等 (3)拓扑结构为总线型、星型和环型等。
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3.3.1 CSMA/CD与传统以太网
以太网的产生与发展
70年代中期由施乐公司(Bob Metcalfe)提出,数据率为2.94Mb/s, 称为Ethernet(以太网) 最初人们认为电磁波是通过“以太”来传播的 经DEC, Intel和Xerox公司改进为10Mb/s标准(DIX标准) DIX V1(1980)、DIX V2(1982)-Ethernet II 特征:基带传输、总线拓扑、CSMA/CD、同轴电缆 1985年被采纳为IEEE 802.3,支持多种传输媒体。 “带有冲突检测的载波监听多路访问方法和物理层技术规范” Ethernet II和IEEE 802.3二者区别很小 仅是帧格式和支持的传输介质略有不同 目前已发展到万兆以太网,仍在继续发展
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2. 局域网的关键技术 拓扑结构(逻辑、物理) 总线型、星形、环形、树形 介质访问方法 CSMA/CD、Token-passing 信号传输形式 基带、宽带 以上三种技术决定了局域网的特征
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LAN典型拓扑结构
总线型:
所有结点都直接连接到共享信道 星型 : 所有结点都连接到中央结点 环型 : 节点通过点到点链路与相邻节点连接
OSI
计算机网络技术课件(第3章)
能力目标
封装格式
§3.1 网络体系结构
§3.2 物理层
§3.3 数据链路层 §3.4 网络层 §3.5 传输层 §3.6 网络高层
§3.1 网络体系结构
3.1.1 基本概念
协议:为计算机网络中相互通信的对等实体之间的数据交
换而建立的规则、标准或约定的集合称为网络协议
(Protocol)。网络协议主要由下列三个要素组成:
体系结构、服务定义和协议规范
三级抽象。
§3.1 网络体系结构
3.1.3 OSI分层结构 【图例】
§3.1 网络体系结构
3.1.3 OSI分层结构
1.物理层
物理层主要功能是为数据链路层提供一个物理连接,以保证在通信信 道上“透明”地传输数据(比特流)。传输介质可以是多种多样的, 双绞线、同轴电缆、光纤或其他,如微波等。物理层协议的目的是 要屏蔽掉各种传输介质的差异性,以实现传输介质对计算机系统的 独立性。该层的数据单元是比特(Bit)。
§3.3 数据链路层
3.连续ARQ协议
【图例】
§3.1 网络体系结构
3.1.5 OSI环境中数据的传输过程
本层的控制报头AH,组成应用层的数据单元,然后送到表示层。
(1)当源计算机的应用进程I的数据传送到应用层时,应用层加上
(2)表示层收到数据以后,加上本层的控制报头PH,组成表示层 的数据单元,送到会话层。 (3)会话层收到数据以后,同样加上本层的控制报头SH,组成会 话层的数据单元,送到传输层。
持和释放。
(2)帧同步(Frame Synchronism):指接收方应能从收到的比特流中
明确区分出一帧的开始和结束在什么地方。
(3)流量控制(Flow Control):流量控制实际上指的是对发送方数据
03计算机网络第三章
计算机网络中存在有多种协议 协议之间的相互作用: •为避免重复工作,每个协议应该处理没有被其他
协议处理过的通信问题;
•协议之间可以共享数据和信息。
《计算机网络技术基础》课件
发信者 书写信件 贴邮票 送邮箱 收信者 阅读信件
通信者活动
通信者活动
收集信件 盖邮戳 信件分拣
邮局服务业务
邮局服务业务
3
2
1
4. OSI/RM的信息流动 《计算机网络技术基础》课件
《计算机网络技术基础》课件
3.2.2 物理层 物理层是OSI/RM的最低层,物理层保证通信信道上传输 0和1二进制比特流,用以建立、维护和释放数据链路实体间 的连接。 物理层并不是指物理传输介质,它是介于数据链路层和 物理传输介质之间的一层,起着数据链路层到物理传输介质 之间的逻辑接口的作用。
OSI参考模型的基本思想:
• 网络中各节点具有相同的层次; • 不同节点的同等层具有相同的功能;
• 同一节点内相邻层之间通过接口通信;
• 每一层可以使用下层提供的服务,并向其上层提供
服务;
• 不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。
《计算机网络技术基础》课件
3. OSI各层的功能概述 物理层(Physical Layer):利用传输介质为数据链路层提供 物理连接,实现比特流的透明传输。 数据链路层(Data Link Layer):在物理层提供比特流服务 的基础上,线路变成无差错的数据链路。 网络层(Network Layer):为数据在结点之间传输创建逻辑 链路,通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当 的路径,以及实现拥塞控制授、网络互连功能。 传输层(Transport Layer):向用户提供端到端(最终用户到 最终用户)的透明的、可靠的数据传输服务。
《计算机网络第三章》PPT课件
二、信道分配问题
动态分配
适用于用户数多且数量可变、突发通信的情况。 竞争方式:各个用户竞争使用信道,不需要取得发 送权就可以发送数据,这种方式会产生冲突。 无冲突方式:每个用户必须先获得发送权,然后才 能发送数据,这种方式不会产生冲突,如预约或轮 转方式。 有限竞争方式:以上两种方式的折衷(低负载和高 负载)。
系统吞吐量(系统的利用率):每帧时内系统能够成功 传输的帧数。
纯ALOHA系统利用率最高只有18.4%
如何提高系统利用率?
如何提高系统利用率?
➢ 根据上面的分析,纯ALOHA系统的特点是:站点只要有 帧就发送。它的易破坏区间为两个单位时间。
➢ 如果我们缩小易破坏区间,就可以减少帧碰撞的概率, 提高系统的利用率。
纯ALOHA系统的工作原理图
站A 站B
A1 帧产生
随机时间
t1
t3
A2
A2
A2
冲突
t2
t4
B1
B1
B2
A3
B2
Hale Waihona Puke B3信道上的A1
总效应
B1
A2
B2
在什么情况下数据帧可以不受任何干扰(不发生碰撞)的发送呢?
很显然,在纯ALOHA协议中,只有在数据帧的易破坏区间内没有 其它的帧传输,该帧才可以成功的传输。所以,一个帧成功传输的概 率,就是在其产生时刻前、后各一个时间单位内没有帧到达的概率。
用户数较多且数量经常变化,业务量具有突发性
存在问题: • 实际用户数少于已经划分的频道数时,造成频道资源的浪费; • 当网络中的频道已经分配完毕,即使已经被分配到频道的用户
没有通信,其他一些没有被分配到频道的用户也不能通信
时分多址-Time Division Multiple Access(TDMA)
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3.1.3 光纤
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光纤的工作原理
低折射率 (包层) 高折射率 (纤芯) 光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射
优点:抗干扰,传输速率高、距离长
缺点:价格贵,安装维护困难,费用高 规格:单模,多模 光缆组件 光电转换设备
使用中继器的问题:
①有更多的站点访问媒体,会导致更多的流量, 从而导致局域网性能的下降。 ②安全性
2—TD、3—RD、4—RTS、5—CTS、 6—DSR、7—GND、20—DTR
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多模光纤与单模光纤
多模光纤
输入脉冲 输出脉冲
输入脉冲
单模光纤
输出脉冲
光缆组件
光电转换设备
3.1.4 无线传输介质
无线传播的信号主要有:地面微波、卫星微
波和红外线 无线传播有两种方法:定向和全向
3.2 物理连接
DTE
DCE
Í Ð ¨ Å ø Á Í ç
DCE
DTE
DTE— DCEÓ ¼ Ù ¾
25
· Ö ¨ ö Å µ Ð ¿ ý ½ Ê Ý ¢ «Ë Í
DCE · ¨Ö ö ¼ µ Ð Å µ ¿ DTE Ê ý ½ Ý ¢ Ë « Í ¼ Ó Ê Õ ªÖ Ê Ó
DCE ª ½ µ × ¼ µ × Ë º Í DTE Ó Ê ¼ Õ ¼ Ê « ª Ó Ö
· Ö ¨ ö DTE Ô ¶ Ì ³ Õ ñ ã À Ë Ø Á Ê DTE ² à Ê Ô Å µ Ð ¿ ½ Í Ð ô× º Ë Í · Ö Ê ½ ¡ Ñ Ô ñ ¼ µ £ Ê Ä ¼ ¢ Ë « Í ò · º Ö DCE ë Ç Ç ó ½ Ê «Ë ¢ Í ¼ Ê « ª Ó Ö
DTE— DCEÓ ¼ Ù ¾
Terminal Equipment)是具有数 据处理能力及发送和接收数据信息能力的设 备。 DCE(Data Circuit-Terminating Equipment)是能够通过网络发送和接收模 拟或数字信号形式数据的设备 . DTE一般不直接连接网络,它通过一台DCE 通信。我们把DTE和DCE的连接称为DTE— DCE接口
DTE(Data
在DTE—DCE接口上既有数据信息又有控制
信息。为了使各个计算机公司生产的DTE可 以方便地和DCE相连,就必须对DTE—DCE 接口进行标准化,这些标准就是我们通常所 说的物理层协议。
物理层协议定义了四个特性: 机械特性:说明接口的插头尺寸、插头各管
脚的位置等。 电气特性:说明传输线上出现的电压应在什 么范围 功能特性:说明某根传输线上出现的某一电 平代表何种意义 规程特性:说明对于不同的功能各种可能事 件出现的先后顺序
物理层的网络设备有:中继器和集线器
使用中继器连接网络,要求所连接的局域
网具有相同的物理层和媒体访问控制协议, 中继器重新产生信号,因此就可以扩展局 域网所覆盖的地理范围。
× « Ö ¢ Æ ô
Ð Ö » Ì Æ ô A Ð » Ö Ì Æ ô
Ð » Ö Ì Æ ô
B D E C Ö ò ½ Ó Í ø L1 Ö ò ½ Ó Í ø L2 Ö ò ½ Ó Í ø L3 Ö ò ½ Ó Í ø L4
第三章 物理层
3.1
3.2 3.3 3.4 3.5
传输介质 物理连接 EIA-232接口标准 X.21标准 物理层网络互连
3.1 传输介质
信息最终要转变成信号才能传输。用于线传
输信号的介质分为有线介质和无线介质。
3.1.1 双绞线
UTP非屏蔽双绞线,分为5类;
STP屏蔽双绞线,能防止噪声干扰;
规程特性:描述232串行通信的规程
3.4 X.21接口标准
X.21标准是ITU-T制定的数字通信接口标准。
X.21标准撤消了EIA-232标准中大多数控制线 路,并将控制信息导向数据线路。 X.21标准定义的连接头称为DB-15,DB-15连 接头有15根引脚。
3.5 物理层网络互连
3.3 EIA-232接口标准
EIA-232接口标准是由电子工业协会
(EIA)1962年制定的,早期称为RS-232标准
机械特性:
DB25连接器、电缆长度不能超过
25米。
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电气特性:数据以逻辑0、),其中0对应 正电平,1对应负电平。电压-15~+15V
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功能特性:
直通线:用于连接网络中不同类型设备
交叉线:用于连接网络中相同类型设备
3.1.2 同轴电缆
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有粗缆和细缆,用于总线网络的拓扑结构
UTP连接器
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连线标准:在EIA/TIA布线标准中规定了双
绞线的两种线序568A与568B。 568A标准: 绿白—1 绿—2 橙白—3 蓝—4 蓝白—5 橙—6 棕白—7 棕—8 568B标准: 橙白—1 橙—2 绿白—3 蓝—4 蓝白—5 绿—6 棕白—7 棕—8