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1、第1章 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),http://202.196.160.31/jpkc/c30/index.htm,內(nèi)容目錄,,,,2,,,3,,,4,,,,,,,,,7,6,1,5,網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述,傳 輸 介 質(zhì),網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),復(fù) 用 技 術(shù),網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù),網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述,1.1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 1. 第一代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)單機(jī)系統(tǒng) 20世紀(jì)5060年代， 以單個計算機(jī)為中心的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。 2.第二代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)因特網(wǎng)誕生 20世紀(jì)60年代后期至80年代 多臺計算機(jī)互連需求、分組交換技術(shù)，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由ARPANET向因特網(wǎng)發(fā)展 3.第三代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與

2、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化 20世紀(jì)80年代到至90年代 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的過程。,1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述,4. 第四代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)高速化、綜合化 20世紀(jì)90年代以后。 主要技術(shù)：局域網(wǎng)、光纖、高速網(wǎng)絡(luò)、多媒體和智能網(wǎng)絡(luò) 特征：高速化、綜合化、多媒體化 5. 第五代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)下一代網(wǎng)絡(luò)NGN 2004年2月，國際電信聯(lián)盟ITU 提出下一代網(wǎng)絡(luò)：“基于分組交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，能提供包括電信服務(wù)在內(nèi)的各種服務(wù)，能夠利用多種寬帶且具有保證服務(wù)質(zhì)量能力的傳送技術(shù)。其應(yīng)使各種與服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)與各種傳送技術(shù)的使用相對獨(dú)立。”,1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述,（1）下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢 網(wǎng)絡(luò)融合、設(shè)備電信化和模塊化、開放性和大

3、容量、智能化 網(wǎng)絡(luò)融合的具體表現(xiàn)是三網(wǎng)合一，即將原有的計算機(jī)網(wǎng)、電信網(wǎng)、電視網(wǎng)合并。 （2）下一代網(wǎng)絡(luò)的支撐技術(shù) NGN包含了IPv6、光纖高速傳輸、光交換與智能光網(wǎng)、寬帶接入、城域網(wǎng)、軟交換、第三代/四代移動通信系統(tǒng)、IP終端等支撐技術(shù)。,1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述,1.1.2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義 描述了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的4個本質(zhì)特征： (1) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)必須具有共享資源的能力。 (2) 互連的計算機(jī)應(yīng)該是獨(dú)立的自主計算機(jī)。 (3) 網(wǎng)絡(luò)軟件是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。 (4) 通信子網(wǎng)是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一個基本要素，是連接計算機(jī)并構(gòu)成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一個主要組成部分。,1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述,1.1.3 計算

4、機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成 1. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的幾何構(gòu)成 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由結(jié)點(diǎn)和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路構(gòu)成的。 2. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的物理構(gòu)成 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。 硬件包括主機(jī)、通信設(shè)備、通信線路等。 軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，即網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和協(xié)議。 3. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的邏輯構(gòu)成 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由用戶子網(wǎng)和通信子網(wǎng)兩部分構(gòu)成， 外圍各主機(jī)就構(gòu)成用戶子網(wǎng)，中間各網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)構(gòu)成通信子網(wǎng)。,1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述,,,圖1-1 用戶子網(wǎng)和通信子網(wǎng),1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述,1.1.4 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類 按照網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，可以分為局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)。 局域網(wǎng)LAN是專有網(wǎng)絡(luò)，其地理范圍有限，大約在幾百米(m)至幾

5、公里(km)，覆蓋范圍一般是一個實(shí)驗(yàn)室、一幢大樓、一個校園或一個單位。局域網(wǎng)傳輸速率較高，一般在1Mbps以上。 廣域網(wǎng)WAN 作用范圍大約在幾十至幾千公里，也稱遠(yuǎn)程網(wǎng)。它可以覆蓋一個國家，甚至跨越幾個洲形成國際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)。Internet就是典型的廣域網(wǎng)。多數(shù)廣域網(wǎng)可以明顯的劃分為用戶子網(wǎng)和通信子網(wǎng)。 城域網(wǎng)MAN覆蓋一個城市，其作用范圍介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間，約為幾十公里。城域網(wǎng)的設(shè)計目標(biāo)常常是要滿足一個城市范圍內(nèi)的企業(yè)、公司、機(jī)關(guān)、學(xué)校等多個局域網(wǎng)互連的需求。,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,1.2.1 數(shù)字信號與數(shù)字通信系統(tǒng) 1.數(shù)字信號 按照在時間和幅值上的變化是連續(xù)的和離散的，信號可以分

6、為模擬信號、離散信號和數(shù)字信號。 2.數(shù)字通信系統(tǒng),,圖1-2 數(shù)字通信系統(tǒng)模型,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)： (1) 差錯控制。 (2) 保密通信。 (3) 同步問題。 (4) 信號再生重傳。 (5) 抗干擾能力強(qiáng)。,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,1.2.2 網(wǎng)絡(luò)性能 網(wǎng)絡(luò)性能是描述網(wǎng)絡(luò)功能和質(zhì)量的指標(biāo)，包括數(shù)據(jù)傳輸速率、信道帶寬、時延和信道利用率等。 1.數(shù)據(jù)傳輸速率 數(shù)據(jù)傳輸速率是指單位時間傳輸?shù)谋忍財?shù)或二進(jìn)制位數(shù)，基本單位為：比特/秒或bps，簡寫為bps，其單位換算如表1-1所示。,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,如果一個信號有N個不同的波形或電平，即

7、有N個不同的狀態(tài)，則每個波形或電平需要用log2N個二進(jìn)制位來表示，此時，每個碼元包含log2N個二進(jìn)制位。設(shè)信號每個波形或電平持續(xù)時間為Ts，比特率為Rb，則數(shù)據(jù)傳輸速率為： Rb(log2N)/Ts (1-1),1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,2.信道帶寬 描述信道傳輸能力的指標(biāo)。根據(jù)信道是模擬的還是數(shù)字的，信道帶寬分為模擬帶寬和數(shù)字帶寬。 （1）模擬帶寬 在模擬信道中，用模擬帶寬描述傳輸信號的能力。模擬帶寬又稱頻帶寬度，簡稱頻帶，是指信道所包含的頻率范圍。 （2）數(shù)字帶寬 在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)字帶寬又稱信道容量，是指信道的最高數(shù)據(jù)傳輸速率。數(shù)字帶寬受信道頻帶寬度的限制。,1.2 網(wǎng)

8、絡(luò)通信基本概念,奈奎斯特定理：在具有有限帶寬、理想低通特性和無噪聲信道中，信道容量為： C2W(Bd)2Wlog2N(bps) 其中：C是信道容量；W為信道頻帶寬度（Hz）；N為給定時刻數(shù)字信號可能取的電平狀態(tài)個數(shù)。 香農(nóng)定理：在具有有有限帶寬、隨機(jī)噪聲干擾的信道上傳輸數(shù)字信號，信道容量為： CWlog2(1S/N) (bps) 其中：C是信道容量；W為信道頻帶寬度，單位為Hz；S為信號功率，N為噪聲功率，S/N為信噪比，實(shí)際中用分貝數(shù)(dB)表示，即10 lg(S/N)(dB)。,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,(3)信道帶寬和信道傳播速率 在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，盡管信道帶寬和傳播速率經(jīng)?；Q

9、使用，但是兩者的含義還是不同的。帶寬表示容量，用bps衡量；傳播速率表示快慢，用m/s衡量。,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,3.時延 （1） 發(fā)送時延 發(fā)送時延是指發(fā)送結(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到傳輸介質(zhì)所需要的時間 發(fā)送時延=數(shù)據(jù)塊長度/數(shù)據(jù)傳輸速率 （2）傳播時延 傳播時延是指信號在信道中傳播一段距離所需要的時間。 傳播時延=信道長度/信號傳播速率 （3）處理時延 處理時延包括是數(shù)據(jù)分組在交換結(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)(緩存)排隊等待和進(jìn)行處理時所需要的時間。其中排隊等待所花費(fèi)的時間占取整個處理時延較大比例。,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,4.信道利用率 信道利用率是指信道有百分之幾的時間被利用。信道利用率并非

10、越大越好，當(dāng)信道利用率增大，時延也會增大，甚至?xí)霈F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞。,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,1.2.3 通信方式 按信號傳輸?shù)姆较蚺c時間，通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。 單工通信是指信號只能單方向進(jìn)行傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?。例如，廣播電臺、電視。 半雙工通信方式是指通信雙方都能收、發(fā)信號，但不能同時進(jìn)行收和發(fā)的工作方式。例如電話系統(tǒng)。 全雙工通信方式是指通信雙方可同時進(jìn)行收和發(fā)雙向傳輸信號的工作方式。,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,,,圖1-3 單工、半雙工與全雙工通信,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,1.2.4 數(shù)字信號編碼 數(shù)字信號可以直接采用基帶傳輸，通常采用二進(jìn)制代碼形式，即用兩個電

11、平分別表示二進(jìn)制數(shù)字0和1，這一過程稱為數(shù)字信號編碼。常見的數(shù)字信號編碼有單極性編碼、雙極性編碼和曼徹斯特編碼三種。單極性編碼和雙極性編碼如圖1-4所示。 1. 單極性編碼 單極性編碼的信號如圖1-4(a)和1-4 (b)所示。 不歸零碼又稱全寬碼，如圖1-4(a)所示。 歸零碼如圖1-4（b)所示。 2. 雙極性編碼 圖1-4(C)是雙極性不歸零碼，圖1-4(d)是雙極性歸零碼。,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,,圖1-4 單極性和雙極性編碼,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,圖1-4 單極性和雙極性編碼,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,3. 曼徹斯特編碼與差分曼徹斯特編碼 曼徹斯特編碼是將每一個二進(jìn)制位分成兩

12、個相等的間隔，每一位中間有一躍變，從高電平躍變到低電平表示0，從低電平躍變到高電平表示1，反之也可。 中間的躍變既作為時鐘信號又作為數(shù)據(jù)信號。從曼徹斯特編碼的波形圖中可以得出，由于每位中間存在躍變，使曼徹斯特編碼的變化速度增加了一倍，也就是說，它所占的頻帶寬度比原始的基帶信號增加了一倍，如圖1-5(c)所示。,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,差分曼徹斯特編碼和曼徹斯特編碼基本相同，不同的是：每位二進(jìn)制中間的躍變僅提供時鐘信號，數(shù)據(jù)信號由每位二進(jìn)制的開始時刻提供。 若一個二進(jìn)位的開始時刻，沒有發(fā)生躍變，或者講，一個二進(jìn)位的前半個周期與上一個二進(jìn)制位的后半個周期電平相同，則表示1；若一個二進(jìn)位的開始時刻

13、，發(fā)生躍變，或者講，一個二進(jìn)位的前半個周期與上一個二進(jìn)制位的后半個周期電平相反，則表示0。反之也可，如圖1-5(d)所示。差分曼徹斯特編碼需要較復(fù)雜的技術(shù)，但可以獲得較好的抗干擾性能力。,1.2 網(wǎng)絡(luò)通信基本概念,圖1-5 曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼,1.3 傳 輸 介 質(zhì),1.3.1 有線傳輸介質(zhì) 1. 雙絞線 雙絞線由相互絕緣的一對銅導(dǎo)線絞扭在一起組成。,,圖1-6 類非屏蔽雙絞線,1.3 傳 輸 介 質(zhì),(1) 雙絞線分類 按結(jié)構(gòu)雙絞線可分為屏蔽雙絞線STP和非屏蔽雙絞線UTP。屏蔽雙絞線將絞扭后的導(dǎo)線用鋁箔包裹，用以提高抗電磁干擾的能力。 按性能雙絞線可分為1類、2類、3類、4類、

14、5類、超5類和6類線,1.3 傳 輸 介 質(zhì),(2) 直通線與交叉線（播放視頻） 雙絞線通過RJ-45接頭與網(wǎng)卡、交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接。目前工程中制作接頭時的線序標(biāo)準(zhǔn)有EIA/TIA的 T568A和T568B兩種，如表1-2所示。,1.3 傳 輸 介 質(zhì),2. 同軸電纜 同軸電纜以硬銅線為芯，外包一層絕緣材料，絕緣層外由細(xì)銅絲編織成的網(wǎng)狀導(dǎo)體包裹，形成屏蔽層，屏蔽層外覆蓋一層塑料保護(hù)膜。如圖1-7所示。,圖1-7 同軸電纜,1.3 傳 輸 介 質(zhì),3. 光纖 光纖即光導(dǎo)纖維，是一種能傳輸光信號的介質(zhì)，通常由非常透明的石英玻璃構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)由纖芯、包層、保護(hù)套組成。多根光纖加上保護(hù)外殼即可

15、組成光纜。,,圖1-8 光纖 圖1-9 光纜結(jié)構(gòu)圖,1.3 傳 輸 介 質(zhì),三種介質(zhì)在以太網(wǎng)中帶寬和傳輸距離等性能的對比。,1.3 傳 輸 介 質(zhì),1.3.2 無線傳輸介質(zhì) 無線傳輸介質(zhì)不需要架設(shè)或鋪埋纜線，因而在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)了重要地位。電磁波的頻譜及其應(yīng)用領(lǐng)率：,,圖1-10 電磁波的頻譜及應(yīng)用領(lǐng)域,1.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指用網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)和鏈路的幾何關(guān)系所表示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要總線型、星型、環(huán)型、樹型和網(wǎng)型。 總線拓?fù)涫且环N采用共享介質(zhì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所有站點(diǎn)通過硬件接口連接到總線上，采用廣播式信號傳輸，任何一個站點(diǎn)發(fā)出的信號能夠被

16、其它站點(diǎn)接收到。如圖1-11所示。,,圖1-11 總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),1.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由一個中心結(jié)點(diǎn)和連接到中心結(jié)點(diǎn)的多個站點(diǎn)組成，如圖1-12所示。中心結(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中起到控制和交換作用，也是網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是目前主流的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，大量用于局域網(wǎng)組網(wǎng)和綜合布線工程。中心結(jié)點(diǎn)一般是由各種不同檔次的交換機(jī)承擔(dān)。,,圖1-12 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),1.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由一系列首尾相接的中繼器組成一個閉合環(huán)，每個中繼器連接一個工作站，如圖1-13所示。整個環(huán)路每次只允許一路信號傳輸，而且是單向的，信號沿一個方向傳輸。由于多個站連接在同一個環(huán)上，共享一條傳輸介質(zhì)，因此，

17、需要采用分布式介質(zhì)訪問控制技術(shù)，控制站點(diǎn)的發(fā)送順序。,,圖1-13 環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),1.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),樹型拓?fù)涫且环N分層結(jié)構(gòu)，所有結(jié)點(diǎn)按照一定的層次關(guān)系排列起來，頂端是根，根以下帶分支，每個分支還可再帶子分支，如圖1-14所示。數(shù)據(jù)傳輸時，根接收信號，然后再以廣播式發(fā)送到全網(wǎng)。,,圖1-14 樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),1.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),網(wǎng)型拓?fù)涞臉?gòu)形不規(guī)則，結(jié)點(diǎn)之間的連接是任意的。大多數(shù)情況下，一個結(jié)點(diǎn)至少和兩個以上的結(jié)點(diǎn)相連。 優(yōu)點(diǎn)：不受瓶頸問題和失效問題的影響。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也較復(fù)雜，成本比較高。 但由于它的可靠性高，在主干網(wǎng)中仍使用較多。,,圖1-15 網(wǎng)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),1.5

18、 復(fù) 用 技 術(shù),1.5.1 頻分復(fù)用技術(shù) 頻分復(fù)用技術(shù)FDM是用頻率分割信道的方法，將信道頻帶分成若干個較窄的子頻帶，每個子頻帶構(gòu)成一個子通道，獨(dú)立地傳輸一路信號。為了避免兩個相鄰頻帶的干擾，頻段之間保留一定的間隔作為保護(hù)帶，也稱警戒帶。 FDM可以在有線電視系統(tǒng)中使用。一根75同軸電纜大約500MHZ，可傳輸80個頻道的電視節(jié)目。每個頻道6MHZ，又進(jìn)一步劃分為聲音子通道、視頻子通道、色彩子通道。每個頻道之間留有警戒帶，防止串?dāng)_。,1.5 復(fù) 用 技 術(shù),1.5.2 時分復(fù)用技術(shù) 時分復(fù)用技術(shù)TDM是用時間分割信道的方法將信道按時間分成n個時隙(時間片)TS1，TS2，TSn，分配給n個信

19、源使用，每一信源分得一個時隙，n個時隙組成一個幀，在每個時隙內(nèi)，信源使用信道的全部帶寬。為了避免各路信號的干擾，時分多路復(fù)用需要有警戒時間間隔。這樣，時分復(fù)用器有n路輸入，一路輸出，它們的關(guān)系滿足：,1.5 復(fù) 用 技 術(shù),1.5.3 碼分復(fù)用技術(shù) 碼分復(fù)用技術(shù)CDMA又稱為碼分多址技術(shù)CDMA。CDMA是靠不同的編碼來區(qū)分各路原始信號的，每個用戶可在同一時間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信。 CDMA具有諸多優(yōu)點(diǎn)： (1) 抗干擾能力強(qiáng)。 (2) 隱蔽性好。 (3) 可以增大通信系統(tǒng)的容量，降低發(fā)射功率； (4) 每個基站只需一個射頻系統(tǒng)，提高了頻率利用率； (5) 軟容量、軟切換，系統(tǒng)容量大，信道利

20、用率高； (6) 抗衰落、抗多徑能力強(qiáng)。,1.5 復(fù) 用 技 術(shù),1.5.4 波分復(fù)用技術(shù) 波分復(fù)用WDM主要用于全光纖組成的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。波分復(fù)用類似于頻分復(fù)用，為了能在同一時刻進(jìn)行多路傳輸，需將光纖信道劃分為多個波段，相當(dāng)于FDM中的頻段，每一路信號占用一個波段。 所不同的是，WDM是在光學(xué)系統(tǒng)中，利用衍射光柵來實(shí)現(xiàn)多路不同頻率光波的合成與分解。,1.6 網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù),1.6.1 電路交換技術(shù) 電路交換包括三個階段：電路建立、數(shù)據(jù)傳輸、電路拆除。 電路交換具有以下特點(diǎn)，使其不適用于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)： (1) 面向連接，直接交換； (2) 數(shù)據(jù)傳輸可靠；不存在結(jié)點(diǎn)時延，通信實(shí)時性強(qiáng)，適用于交互會話類

21、通信； (3) 一旦線路建立起來后，網(wǎng)絡(luò)對用戶是透明的，雙方用戶用固定的數(shù)據(jù)傳輸速率傳輸數(shù)據(jù)，沒有網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。 (4) 傳輸效率低。 (5) 交換效率低。 (6) 由于采用直接交換方式，結(jié)點(diǎn)不具有存儲能力和差錯控制能力，無法檢測和糾正傳輸過程中的數(shù)據(jù)差錯，收、發(fā)兩端用戶必須使用固定的數(shù)據(jù)傳輸速率。,1.6 網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù),1.6.2 分組交換技術(shù) 分組交換也稱為包交換(Packet Switching)，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。分組交換的數(shù)據(jù)單元是分組，即將一份報文分成若干個分組和一個零頭，每個分組長度相同。通常一個分組的最大長度限制在100至1000字節(jié)(B)。 分組交換分為數(shù)據(jù)包交換和虛電路

22、交換兩種。 1. 數(shù)據(jù)包交換 數(shù)據(jù)包交換具有以下特點(diǎn)： (1) 面向無連接，存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換； (2) 同一報文的不同分組可以由不同的路徑通過通信子網(wǎng)，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信狀況動態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源，一旦某個結(jié)點(diǎn)失效，分組還能找到其它替代路徑；,1.6 網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù),(3) 同一報文的不同分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失現(xiàn)象； (4) 每一個分組在傳輸過程中必須帶有目的地址與源地址； (5) 就整個報文而言延遲較大，因而數(shù)據(jù)包傳輸方式適用于突發(fā)性通信，不適用于長報文和會話式通信。 覆蓋全球的因特網(wǎng)采用數(shù)據(jù)包交換技術(shù)，其數(shù)據(jù)分組稱為IP數(shù)據(jù)包。,1.6 網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù),2. 虛電路分組交換技術(shù) 虛電路

23、交換是一種面向連接的分組交換技術(shù)，即在分組發(fā)送前，在發(fā)送端與接收端預(yù)先建立一條邏輯連接，即虛電路。 虛電路分組交換的特點(diǎn)如下： (1) 面向連接，存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換； (2) 在分組發(fā)送之前，必須預(yù)先在發(fā)送方和接收方之間建立一條邏輯連接，即虛電路。虛電路不是一條專用的通路，分組在每個結(jié)點(diǎn)仍然需要存儲，并在線路上排隊輸出。 (3) 同一報文的所有分組都在一條虛電路上傳輸。因此，分組不必攜帶地址信息，但是需要攜帶虛電路號。結(jié)點(diǎn)也不必為每個分組進(jìn)行路由選擇，分組在虛電路各結(jié)點(diǎn)上只須做差錯檢測。分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)不會出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失，通信質(zhì)量要高于數(shù)據(jù)包交換。,1.7網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),1.7.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)

24、絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念 1.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念 在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，要使通信雙方有條不紊的交換數(shù)據(jù)，就必須遵守雙方事先約定好的規(guī)則或標(biāo)準(zhǔn)。這些規(guī)則或標(biāo)準(zhǔn)的集合就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。具體地講，由三個基本要素組成： (1) 語法：即用戶信息與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式； (2) 語義：即需要發(fā)出的何種控制信息、完成的動作及作出的應(yīng)答； (3) 同步：也稱定時，即事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明和速度匹配。,1.7網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),2.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念 結(jié)構(gòu)化的分層設(shè)計方法使任一對應(yīng)用實(shí)體之間的通信，實(shí)際上成為各個不同層次上的對等實(shí)體共同協(xié)調(diào)工作的通信?；谶@種概念的描述，可以這樣定義計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)在邏輯上是由連續(xù)的層組

25、成，具體地講，由三個基本要素組成： （1）層：能提供某一種或某一類服務(wù)功能集合的邏輯構(gòu)造； （2）協(xié)議：即某層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，每層所完成的功能都是在該層協(xié)議控制下進(jìn)行的，因此，協(xié)議一定是指某一層的協(xié)議； （3）接口：兩個相鄰協(xié)議層之間交換信息的連接點(diǎn)。 不同的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有不同的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，其層次的數(shù)量和各層的名字、內(nèi)容、功能以及相鄰層之間的接口都是不一樣的。,1.7網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),3.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次分析 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的每一層是相鄰上層服務(wù)的提供者，又是相鄰下層服務(wù)的用戶。每一層完成的功能都是在本層協(xié)議的控制下，在低一層服務(wù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，為高一層提供服務(wù)。因此，每一層的功能或服務(wù)實(shí)際每一層協(xié)議

26、的功能或服務(wù)，任一層功能的實(shí)現(xiàn)并不是該層獨(dú)立完成的，而是需要以下各層服務(wù)的提供。這就是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)各層垂直方向的服務(wù)關(guān)系，這種服務(wù)關(guān)系是一種嵌套服務(wù)關(guān)系，即n層完成n層功能必須使用n-1層以下各層服務(wù)服務(wù)，目的是為了向n+1層以上提供服務(wù)。 4.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳遞 兩個通信實(shí)體在通信過程中，數(shù)據(jù)在上下各層傳遞要發(fā)生變化，各對等層之間要遵循該層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。,1.7網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),圖1-17顯示數(shù)據(jù)在各層之間轉(zhuǎn)化和傳遞過程，為簡化起見，假設(shè)兩個主機(jī)是直接相連，主機(jī)A的應(yīng)用進(jìn)程AP1向主機(jī)B的應(yīng)用進(jìn)程AP2傳遞數(shù)據(jù)。,,圖1-17 數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)各層間的傳遞過程,1.7網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),1.7.2 OSI參

27、考模型 OSI參考模型共有七層，分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層，如圖1-18所示。,,圖1-18 OSI參考模型分層結(jié)構(gòu)圖,1.7網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),1.物理層 物理層是OSI參考模型的最低一層。物理層并不是指連接計算機(jī)的具體物理設(shè)備或具體傳輸介質(zhì)，而是對有關(guān)連接接口的標(biāo)準(zhǔn)和特性的描述。 2 數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層的基本功能是在物理層提供物理連接服務(wù)的基礎(chǔ)上，將物理連接轉(zhuǎn)換為邏輯連接，即將物理層提供的不可靠的物理鏈路變?yōu)檫壿嬌蠠o差錯的數(shù)據(jù)鏈路，向網(wǎng)絡(luò)層提供一條透明的數(shù)據(jù)鏈路，并透明地傳輸數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)單元幀。數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)單元是幀。,1.7網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),3 網(wǎng)絡(luò)

28、層 網(wǎng)絡(luò)層是通信子網(wǎng)的最高層。網(wǎng)絡(luò)層的功能是在數(shù)據(jù)鏈路層提供的數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)的基礎(chǔ)上，將一段一段可靠的鏈路連接起來，向傳輸層提供一個透明的網(wǎng)絡(luò)連接，即端系統(tǒng)之間的端-端的通路。網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)單元是分組。 網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)就是通信子網(wǎng)提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。不同質(zhì)量的通信子網(wǎng)，可以提供不同質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層向傳輸層提供的服務(wù)劃分為兩類：面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和面向無連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)具體實(shí)現(xiàn)是虛電路服務(wù)，面向無連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)具體實(shí)現(xiàn)是數(shù)據(jù)包服務(wù)。,1.7網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),4 傳輸層 傳輸層以上的數(shù)據(jù)單元都稱為報文。如圖1-19所示,,圖1-19 傳輸層在OSI參考模型中的地位,1.7網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

29、,5.高層協(xié)議 在實(shí)際應(yīng)用中，會話層和表示層幾乎是空的。許多協(xié)議將會話層、表示層和應(yīng)用層協(xié)議結(jié)合成單個軟件包，稱為應(yīng)用程序。如TCP/IP體系結(jié)構(gòu)就將會話層、表示層和應(yīng)用層的功能合并在一層，即應(yīng)用層完成。 會話層的主要功能是在傳輸層提供的可靠的進(jìn)程-進(jìn)程連接，在兩個應(yīng)用進(jìn)程之間建立會話連接，并對“會話”進(jìn)行管理和控制，保證“會話”數(shù)據(jù)可靠傳輸。在會話層以上各高層協(xié)議中，數(shù)據(jù)單元都稱為報文。 表示層的主要功能解決數(shù)據(jù)表示的語法問題。 應(yīng)用層是OSI參考模型的最高層，它為用戶服務(wù)，是惟一直接為用戶應(yīng)用進(jìn)程訪問OSI環(huán)境提供手段和服務(wù)的層。應(yīng)用層以下各層通過應(yīng)用層間接地向應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)，因此，應(yīng)用

30、層向應(yīng)用進(jìn)程提供的服務(wù)是所有層提供服務(wù)的總和。,1.7網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),1.7.3 TCP/IP體系結(jié)構(gòu) TCP/IP體系結(jié)構(gòu)是Internet采用的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，也是事實(shí)上的國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP是指一系列協(xié)議組成的協(xié)議簇，目前包含了100多個協(xié)議，TCP和IP是其中兩個最基本、最重要的協(xié)議。對應(yīng)于OSI參考模型，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)分為四個層次，包括網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，如圖1-20所示。,1.7網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),,,圖1-20 對應(yīng)于OSI參考模型的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議簇,1.7網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),1.7.4 OSI參考模型和TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的比較 OSI參考模型和TCP/

31、IP體系結(jié)構(gòu)兩者之間有著共同之處，即都采用了層次結(jié)構(gòu)模型，在某些層次上有著相似的功能。但是兩者都有自身的缺陷，都不是完美的。 1. OSI參考模型的評價 OSI參考模型是先提出體系結(jié)構(gòu)模型，然后再實(shí)現(xiàn)，其模型層次結(jié)構(gòu)清晰，概念明確，所提出的層次結(jié)構(gòu)、服務(wù)、接口和協(xié)議等概念清楚，具有重要的理論價值，被廣泛應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)研究和開發(fā)中。但是，OSI參考模型作為一個國際標(biāo)準(zhǔn)出臺，卻沒有在實(shí)際中成為國際標(biāo)準(zhǔn)，主要有兩方面原因： (1) 歷史原因 (2) OSI參考模型自身缺陷,1.7網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),2. 對TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的評價 與OSI參考模型不同，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的模型本身還沒有確立，協(xié)議已被廣泛

32、應(yīng)用。這些協(xié)議提出后，其實(shí)現(xiàn)自由發(fā)布，并廣泛應(yīng)用。由于TCP/IP體系結(jié)構(gòu)是在IP協(xié)議和TCP等實(shí)際應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上提出的模型，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。但因?yàn)闆]有預(yù)先進(jìn)行完善的規(guī)劃和設(shè)計，模型的系統(tǒng)性不夠強(qiáng)，逐漸在應(yīng)用中暴露出越來越多的問題。表現(xiàn)在： (1) 服務(wù)、接口和協(xié)議的概念區(qū)分不清楚，層次、功能結(jié)構(gòu)不清晰； (2) TCP/IP體系結(jié)構(gòu)不通用，不能用來描述其它協(xié)議棧，如不能用來描述藍(lán)牙(Bluetooth)； (3) 沒有區(qū)分物理層和鏈路層，而這兩層的功能是完全不同的。 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)畢竟是一個事實(shí)上的國際標(biāo)準(zhǔn)，具有重要的實(shí)際意義。,習(xí) 題,一、填空題 1.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)是由

33、____________和____________兩部分組成的。 2.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)分為____________________________________三類； 4.通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)均為____________。 5.曼徹斯特編碼中間躍變點(diǎn)作用是____________和 ___________。差分曼徹斯特編碼中間躍變點(diǎn)作用僅是__________。 6.按信號特征分，通信系統(tǒng)可分為________________________________兩類。 7因特網(wǎng)采用 交換技術(shù),習(xí) 題,8.時分復(fù)用器的輸出線路容量_____各輸入線路容量之和。 10.通信子網(wǎng)的最高層是_

34、_________________________。 12.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括____________________________________三要素。 13.在OSI參考模型中，____________層可以彌補(bǔ)通信子網(wǎng)所提供的服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)用戶所需服務(wù)的差別。 14.OSI參考模型中的網(wǎng)絡(luò)層可以提供__________________________兩類服務(wù)。 15.數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)單元是__________。,習(xí) 題,三、單項(xiàng)選擇題 1.數(shù)字信號編碼中，每一位碼元占全部碼元寬度，連續(xù)發(fā)“”，連續(xù)發(fā)正電流，連續(xù)發(fā)“”，連續(xù)發(fā)負(fù)電流，此碼為( )。 A.單極性不歸零碼B. 單極性歸零碼 C. 雙極性不歸零碼D.雙極性歸零碼 2.將物理信道總頻帶分割成若干個子信道，每個子信道傳輸一路信號，這是( )。 A. 頻分多路復(fù)用B. 同步時分多路復(fù)用C. 異步時分多路復(fù)用 D. 空分多路復(fù)用 3.設(shè)一個同步時分多路復(fù)用系統(tǒng)與三個用戶終端相連，用戶終端的數(shù)據(jù)速率分別為2400bps,2400bps,4800bps,問該系統(tǒng)線路的數(shù)據(jù)速率最高為：( ) A. 2400bitB. 4800bpsC. 7200bps D. 9600bps 4.光纖電纜的工作頻率接近于( )。 A. 20MHZB. 200MHZC. 2GHZD. 800KHZ,Thank You !,