計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(王協(xié)瑞版)全套.ppt

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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 2018 01 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述 ChapterOne 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)知與應(yīng)用體驗(yàn) 網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無(wú)處不在 以至于我們已經(jīng)將其視為我們社會(huì)生活的一個(gè)不可缺少的部分 問(wèn)題 什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同且功能相對(duì)獨(dú)立的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)通信線路相互連在一起 由專門的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)進(jìn)行管理 以實(shí)現(xiàn)資源共享的系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)通常都處于不同的地理位置 相互連接的計(jì)算機(jī)之間不存在互為依賴的關(guān)系 通信線路包括通信媒體 通信設(shè)備關(guān)系 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 單機(jī)OS功能 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)資源管理 網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)的根本目的是為了實(shí)現(xiàn)資源共享 資源包括硬件與軟件 如程序 數(shù)據(jù)庫(kù) 存儲(chǔ)設(shè)備 打印機(jī)等 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也可以簡(jiǎn)單地定義為 一個(gè)互連的 自主的計(jì)算機(jī)集合 所謂互連是指相互連接在一起 所謂自主是指網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)計(jì)算機(jī)都是相對(duì)獨(dú)立的 可以獨(dú)立工作 2 由定義可知 1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是 通信技術(shù) 與 計(jì)算機(jī)技術(shù) 的結(jié)合產(chǎn)物 2 數(shù)據(jù)交換是基礎(chǔ) 資源共享為目的 所謂的網(wǎng)絡(luò)資源包括硬件資源 如大容量磁盤 打印機(jī)等 軟件資源 如工具軟件 應(yīng)用軟件等 和數(shù)據(jù)資源 如數(shù)據(jù)庫(kù)文件和數(shù)據(jù)庫(kù)等 3 網(wǎng)絡(luò)資源 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)世至今已經(jīng)有半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間 其間經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段 初級(jí)階段計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)階段標(biāo)準(zhǔn)或開放的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息高速公路時(shí)代 初級(jí)階段 遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng) 60年代初期到60年代中期 20CEN 50 60年代 終端 通信線路 計(jì)算機(jī) 的模式嚴(yán)格意義上講 不屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)范疇 遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展 60年代中期到70年代中期 典型案例 美國(guó)半自動(dòng)地面防空系統(tǒng)SAGE Computer T T T PSTN 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)階段 多計(jì)算機(jī)互連 20世紀(jì)60年代 以ARPAnet為典型 以實(shí)現(xiàn) 資源共享 為目的多計(jì)算機(jī)互連形態(tài) 重要貢獻(xiàn) 將應(yīng)用與通信功能從邏輯上分離 應(yīng)產(chǎn)生了通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)的概念 第三階段 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連階段 特征是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化 在計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上 重視網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的研究 建立全網(wǎng)統(tǒng)一的通信規(guī)則 用通信協(xié)議軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部及網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間的通信 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行管理 極大的簡(jiǎn)化了用戶的使用 使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶提供透明服務(wù) 標(biāo)準(zhǔn) 開放的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 70年代中期 80年代末期 標(biāo)準(zhǔn) 開放的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 1 局域網(wǎng)技術(shù)出現(xiàn)突破性進(jìn)展 該階段始于70年代末 這是按照ISO提出的OSI參考模型為指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的 成熟 階段 2 第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化建立全網(wǎng)統(tǒng)一的通信規(guī)則使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶提供透明服務(wù) 標(biāo)準(zhǔn) 開放的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 呼喚網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化與兼容性 ISO的OSIRM 開放系統(tǒng)互連參考模型 1977 1983TCP IP協(xié)議的推廣推動(dòng)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展 以太網(wǎng) ETHERNET 與因特網(wǎng) Internet 高速智能的第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)始于80年代末 高速 主干帶寬的增加達(dá)到10Gbps或更高 接入帶寬可以高達(dá)1000Mbps 互連 Intranet Extranet InternetInternet 智能 服務(wù)質(zhì)量 QoS 網(wǎng)絡(luò)管理 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展分為4個(gè)階段 分析40多年來(lái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程和過(guò)程中所表現(xiàn)出的特點(diǎn) 可以把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展分為4個(gè)階段 第一代 面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第二代 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)第三代 計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)第四代 寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) 信息高速公路 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能 一 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源共享計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的最基本功能之一 用戶一旦接入網(wǎng)絡(luò)就可以使用網(wǎng)絡(luò)中的其他資源來(lái)處理自己提交的大型復(fù)雜問(wèn)題 硬件資源 網(wǎng)絡(luò)打印機(jī) 云盤 軟件資源 工具軟件 應(yīng)用軟件 數(shù)據(jù)資源 數(shù)據(jù)文件 數(shù)據(jù)資源 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能 二 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的快速傳遞分布在不同地域的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以及時(shí) 快速地傳遞各種信息 如 股票交易 電子郵件 網(wǎng)上購(gòu)物等 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能 三 提高可靠性在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)暫時(shí)失效是可能的 因此只能通過(guò)改換資源的辦法實(shí)現(xiàn)維持系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行 建立網(wǎng)絡(luò)后 可以實(shí)現(xiàn)在多個(gè)地點(diǎn)互做備份 多點(diǎn)備份 四 提供負(fù)載均衡與分布式處理能力大型ICP 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容提供商 在全世界多個(gè)地方放置了內(nèi)容相同的WWW服務(wù)器 通過(guò)一定的技術(shù)使不同地域的用戶看到放置在離他最近的服務(wù)器上的相同頁(yè)面 分布式處理是把任務(wù)分散到網(wǎng)絡(luò)中不同的計(jì)算機(jī)上并行處理 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能 五 集中管理對(duì)地理位置上分散的組織可通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)集中管理 例如 飛機(jī) 火車訂票系統(tǒng) 銀行業(yè)務(wù) 軍事指揮決策系統(tǒng)等 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能 六 綜合信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的一大發(fā)展趨勢(shì)是多維化 即在一套系統(tǒng)上提供集成的信息服務(wù) 包括來(lái)自政治 經(jīng)濟(jì) 生活等各方面的資源 同時(shí)提供多媒體信息 例如圖像 語(yǔ)音 動(dòng)畫等 作業(yè) 1 網(wǎng)絡(luò)資源包括 和 2 什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 2008高考題 3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展分為哪四個(gè)階段 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要功能是什么 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 辦公自動(dòng)化 同一單位的微機(jī) 數(shù)字復(fù)印機(jī) 數(shù)字打印機(jī)等連成網(wǎng)絡(luò) 管理信息系統(tǒng) 企業(yè)內(nèi)的計(jì)劃統(tǒng)計(jì) 勞動(dòng)人事 生產(chǎn)管理 財(cái)務(wù)管理等 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 過(guò)程控制 工廠各生產(chǎn)車間的生產(chǎn)過(guò)程和自動(dòng)化控制Internet應(yīng)用電子郵件 信息發(fā)布 電子商務(wù) 遠(yuǎn)程音頻視頻應(yīng)用 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 可靠性 某子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí) 可由網(wǎng)內(nèi)其他子系統(tǒng)代為處理 獨(dú)立性 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各相連的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各自既相互聯(lián)系又相互獨(dú)立 可擴(kuò)充性 可以很靈活地在網(wǎng)絡(luò)中接入新的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 高效性 網(wǎng)絡(luò)信息傳遞迅速 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng) 采用分布式操作 廉價(jià)性 避免系統(tǒng)中的重復(fù)建設(shè)和重復(fù)投資 達(dá)到節(jié)省投資和降低成本 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 透明性 如何利用網(wǎng)絡(luò)高效而可靠地完成自己的任務(wù) 透明 一次在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域領(lǐng)域通常是指存在但不干預(yù)即 計(jì)算機(jī)中存在的 但對(duì)于某些人員而言又不需要了解的東西 這就是計(jì)算機(jī)所指的透明性 簡(jiǎn)單的說(shuō)就是 計(jì)算機(jī)中存在 但你不需要了解的 易操作性 大多數(shù)用戶感到使用方便 操作簡(jiǎn)單 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)組成 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)構(gòu)成的 從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看 由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和通信鏈路構(gòu)成從邏輯功能上看 由通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)構(gòu)成 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)端節(jié)點(diǎn) 主要起信源和信宿的作用 如用戶主機(jī)和終端等 信源 信息的來(lái)源 信宿 是相對(duì)信源而言 通信過(guò)程中接收和處理信息的設(shè)備或計(jì)算機(jī) 轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)中間節(jié)點(diǎn) 數(shù)據(jù)交換和轉(zhuǎn)接 具有通信功能 如 集線器 交換機(jī) 路由器 混合節(jié)點(diǎn)全功能節(jié)點(diǎn) 通信鏈路 指兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間傳輸信息和數(shù)據(jù)的線路 鏈路可用各種傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn) 如雙絞線 同軸電纜 光纜 衛(wèi)星 微波等 通信鏈路用于傳輸信息的物理信道以及為達(dá)到有效 可靠的傳輸質(zhì)量所必需的信道設(shè)備的總稱 物理鏈路 點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路 沒(méi)有任何交換節(jié)點(diǎn) 邏輯鏈路 在邏輯上起作用的物理鏈路 具有傳輸控制能力 在物理鏈路上加上用于數(shù)據(jù)傳輸控制的硬件和軟件 就構(gòu)成了邏輯鏈路 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成 為了有利于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 我們更多的是從功能角度去看待計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成 并從功能上將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)邏輯劃分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)邏輯劃分 資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng) 資源子網(wǎng)負(fù)責(zé)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù) 并向網(wǎng)絡(luò)用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 主要由主機(jī) 終端以及相應(yīng)的I O設(shè)備 各種軟件資源和數(shù)據(jù)資源構(gòu)成 通信子網(wǎng)為資源子網(wǎng)提供傳輸 交換數(shù)據(jù)信息的能力 主要由通信控制處理機(jī) 通信鏈路及其他設(shè)備如調(diào)制解調(diào)器等組成 資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)結(jié)構(gòu) CCP 通信控制處理機(jī) 資源子網(wǎng) 通信子網(wǎng) CCP 主機(jī) 主機(jī) 主機(jī) 主機(jī) CCP CCP CCP CCP CCP 通信子網(wǎng)有兩種類型 公用型一般是國(guó)家的郵電部門建造的網(wǎng)絡(luò) 公用 的意思就是從所有愿意按郵電部門規(guī)定交納費(fèi)用的人都可以使用 因此 公用網(wǎng)也可以稱為公眾網(wǎng) 專用型是某個(gè)部門為本單位的特殊工作的需要而建立的網(wǎng)絡(luò)這種網(wǎng)絡(luò)不向本單位以外的人提供服務(wù) 例如 軍隊(duì) 鐵路 電力等系統(tǒng)均有本系統(tǒng)的專用網(wǎng) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)組成 網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬設(shè)備 包括各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 終端及通信設(shè)備 常見的網(wǎng)絡(luò)硬件有 主機(jī)系統(tǒng) 服務(wù)器和工作站 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成 服務(wù)器 局域網(wǎng)中 一種運(yùn)行管理軟件以控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)資源 磁盤驅(qū)動(dòng)器 打印機(jī)等 進(jìn)行訪問(wèn)的計(jì)算機(jī) 并能夠?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)提供資源使其猶如工作站那樣地進(jìn)行操作 服務(wù)器服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的高性能計(jì)算機(jī) 它偵聽網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī) 客戶機(jī) 提交的服務(wù)請(qǐng)求 并提供相應(yīng)的服務(wù) 相對(duì)于普通PC來(lái)說(shuō) 服務(wù)器在穩(wěn)定性 安全性 性能等方面都要求更高 因此CPU 芯片組 內(nèi)存 磁盤系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)等硬件和普通PC有所不同 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成 工作站 是一種高檔的微型計(jì)算機(jī) 通常配有高分辨率的大屏幕顯示器及容量很大的內(nèi)存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器 并且具有較強(qiáng)的信息處理功能和高性能的圖形 圖像處理功能以及聯(lián)網(wǎng)功能 終端 用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)操作 實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的工具傳輸介質(zhì) 傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的物理通道 將網(wǎng)絡(luò)中各種備連接起來(lái) 常用的傳輸介質(zhì)分為有線傳輸介質(zhì)和無(wú)線傳輸介質(zhì)兩大類 網(wǎng)卡 網(wǎng)絡(luò)適配器 是計(jì)算機(jī)和傳輸介質(zhì)之間的物理接口 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成 集線器 HUB 接收信號(hào)再生并傳輸 還可為網(wǎng)絡(luò)布線和集中管理帶來(lái)方便交換機(jī) Switch 分為第二層交換機(jī)和第三層交換機(jī) 二層交換機(jī)同時(shí)具有集線器和網(wǎng)橋的功能 路由器 router 具有格式轉(zhuǎn)換功能 可以連接不通類型的網(wǎng)絡(luò) 路由器能夠識(shí)別數(shù)據(jù)的目的地址所在網(wǎng)絡(luò) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成 網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng) 主要包括通信協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和各類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng) 服務(wù)器操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的功能 處理器管理 文件管理 存儲(chǔ)器管理 設(shè)備管理 進(jìn)程管理 網(wǎng)絡(luò)用戶管理 網(wǎng)絡(luò)資源管理 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況統(tǒng)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)安全性的建立 網(wǎng)絡(luò)通信等常見的有 Novell公司的NetWare 微軟公司的WindowsNTServer及Unix系列 工作站操作系統(tǒng)多為一般的操作系統(tǒng) 但具有更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能 如支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等winxpwin7win10工作站通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換規(guī)則和功能的軟件 在通信時(shí) 雙方必須遵守相同的通信協(xié)議才能實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的三要素 語(yǔ)法 語(yǔ)義 交換規(guī)則 同步 定時(shí) 網(wǎng)間包交換協(xié)議 IPX 傳輸控制協(xié)議 網(wǎng)際協(xié)議 TCP IP 以太網(wǎng)協(xié)議 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序操作系統(tǒng)與外部設(shè)備的接口 網(wǎng)絡(luò)管理軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理軟件進(jìn)行信息統(tǒng)計(jì) 報(bào)告 警告 監(jiān)控的軟件系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)安全軟件保密性 完整性 可用性 抵御威脅與攻擊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件Internet QQ 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有多種分類標(biāo)準(zhǔn) 如按傳輸技術(shù) 通信介質(zhì) 數(shù)據(jù)交換方式 通信速率 使用對(duì)象和地理范圍等 按通信所使用的介質(zhì) 分為有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 按使用網(wǎng)絡(luò)的對(duì)象 分為公眾網(wǎng)絡(luò)和專用網(wǎng)絡(luò) 按網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù) 分為廣播式網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)到點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò) 按照網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的高低 分為低速網(wǎng)絡(luò)和高速網(wǎng)絡(luò) 按地理覆蓋范圍 最為典型與常用的劃分方式 分為廣域網(wǎng) 城域網(wǎng)和局域網(wǎng) 局域網(wǎng) Localareanetworks LANs 覆蓋范圍一般在幾公里以內(nèi) 如一幢大樓內(nèi)或一個(gè)校園內(nèi)組網(wǎng)方便 靈活 傳輸速率高 廣域網(wǎng) Wideareanetworks WANs 覆蓋范圍一般是幾十公里到幾千公里以上 覆蓋一個(gè)國(guó)家或地區(qū) 甚至可以橫跨幾個(gè)洲 形成國(guó)際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò) 城域網(wǎng) Metropolitanareanetworks MANs 覆蓋范圍大約是幾公里到幾十公里 它主要是滿足城市 郊區(qū)的聯(lián)網(wǎng)需求 如連接溫州大學(xué)各大校區(qū)的溫州大學(xué)校園網(wǎng) 連接溫州各中小學(xué)的溫州教育城域網(wǎng)等 城域網(wǎng)技術(shù)與局域網(wǎng)技術(shù) 城域網(wǎng)技術(shù)與廣域網(wǎng)技術(shù)之間的邊界正在日益模糊 拓樸結(jié)構(gòu) 拓樸 的概念來(lái)自離散數(shù)學(xué)中的圖論 拓?fù)鋵W(xué)方法 把實(shí)體抽象成與其大小 形狀無(wú)關(guān)的 點(diǎn) 而把連接實(shí)體的線路抽象成 線 進(jìn)而以圖的形式來(lái)表示這些點(diǎn)與線之間關(guān)系的方法 其目的在于研究這些點(diǎn) 線之間的相連關(guān)系 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與幾何結(jié)構(gòu)屬于兩不同的數(shù)學(xué)概念 在幾何結(jié)構(gòu)中 我們要考察的是點(diǎn) 線之間的位置關(guān)系 或者說(shuō)幾何結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)的是點(diǎn)與線所構(gòu)成的形狀及大小 拓?fù)鋵W(xué)關(guān)注的是點(diǎn)與線之間的關(guān)系 不同的幾何結(jié)構(gòu)可以具有相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu) 將通信子網(wǎng)中的通信處理機(jī) 計(jì)算機(jī)等設(shè)備抽象成點(diǎn) 把連接這些設(shè)備的通信線路抽象成線 并將由這些點(diǎn)和線所構(gòu)成的拓?fù)浞Q為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 為什么研究網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而不是幾何結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)反映出網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)關(guān)系 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的性能 可靠性以及建設(shè)管理成本等都有著重要的影響 在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中占有十分重要的地位 是網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建時(shí)首先要考慮的因素之一 常見的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu) 總線型 星型 樹型 環(huán)型 網(wǎng)狀型 線性總線 Ethernet 所有節(jié)點(diǎn)直接連到一條物理鏈路上 除此之外節(jié)點(diǎn)間不存在任何其他連接 每一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以收到來(lái)自其他任何節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的信息優(yōu)點(diǎn) 簡(jiǎn)單 易于實(shí)現(xiàn)缺點(diǎn) 可靠性和靈活性差 傳輸延時(shí)不確定 環(huán)型結(jié)構(gòu) Token Ring 節(jié)點(diǎn)與鏈路構(gòu)成了一個(gè)閉合環(huán) 每個(gè)節(jié)點(diǎn)只與相鄰的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相連 每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須將信息轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)相鄰的節(jié)點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 簡(jiǎn)單 易于實(shí)現(xiàn) 傳輸延時(shí)確定 缺點(diǎn) 維護(hù)與管理復(fù)雜 雙環(huán) FDDI 兩個(gè)非相連的獨(dú)立同心環(huán)主環(huán) 備用環(huán) 同一時(shí)刻只有一個(gè)環(huán)在使用 優(yōu)點(diǎn) 在單環(huán)之上增加了高度的可靠性 缺點(diǎn) 維護(hù)與管理復(fù)雜 投資大 星型 Ethernet 網(wǎng)絡(luò)由各節(jié)點(diǎn)以中央節(jié)點(diǎn)為中心相連接 各節(jié)點(diǎn)與中央節(jié)點(diǎn)以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式連接 節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信要通過(guò)中央節(jié)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 管理方便 可擴(kuò)充性強(qiáng) 組網(wǎng)容易 缺點(diǎn) 中心節(jié)點(diǎn)成為全網(wǎng)可靠性的關(guān)鍵 擴(kuò)展星型 campus based 星型結(jié)構(gòu)的重復(fù) 中央星型拓樸上的節(jié)點(diǎn)是另一個(gè)星型拓樸的中心節(jié)點(diǎn) 減少了鏈路與設(shè)備的投資優(yōu)點(diǎn) 在星型的優(yōu)點(diǎn)之外 更富于層次 從而可隔離某些網(wǎng)絡(luò)流量 層次結(jié)構(gòu) LAN WAN 又稱樹型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流具有明顯的層次性 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 廣域網(wǎng) 又稱無(wú)規(guī)則型 結(jié)點(diǎn)間的連接是任意的 不存在規(guī)律 數(shù)據(jù)的傳輸有賴于所采用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備優(yōu)點(diǎn) 多條鏈路提供了冗余連接缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 完全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 每一個(gè)節(jié)點(diǎn)均與其他每一個(gè)節(jié)點(diǎn)直接相連 數(shù)據(jù)的傳輸有賴于所采用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備優(yōu)點(diǎn) 多條鏈路提供了冗余連接缺點(diǎn) 鏈路隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加呈指數(shù)增長(zhǎng) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 三 按網(wǎng)絡(luò)的所有權(quán)劃分1 公用網(wǎng)由電信部門組建 由政府和電信部門管理和控制的網(wǎng)絡(luò) 2 專用網(wǎng)也稱私用網(wǎng) 一般為某一單位或某一系統(tǒng)組建 該網(wǎng)一般不允許系統(tǒng)外的用戶使用 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 四 按照網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)所處的地位劃分 1 對(duì)等局域網(wǎng) 2 基于服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò) 也稱為客戶機(jī) 服務(wù)器網(wǎng)絡(luò) 主要技術(shù)術(shù)語(yǔ) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)局域網(wǎng) 城域網(wǎng) 廣域網(wǎng)通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)資源共享網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)總線型環(huán)型星型樹型網(wǎng)狀型 第二章數(shù)據(jù)通信 基礎(chǔ) 2 1數(shù)據(jù)通信的基本概念 1 信息信息泛指那些通過(guò)各種方式傳播的 可被感受的聲音 文字 圖像 符號(hào)等所表征的某一特定事物的消息 情報(bào)或知識(shí) 2 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是對(duì)客觀事物的符號(hào)表示 在計(jì)算機(jī)科學(xué)中是指所有輸入到計(jì)算機(jī)中并被計(jì)算機(jī)程序處理的符號(hào)的總稱 數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種 模擬數(shù)據(jù) 在時(shí)間和幅值取值上都是連續(xù)變化的 例如聲音 語(yǔ)音 視頻和動(dòng)畫片等 模擬數(shù)據(jù)通常用傳感器收集 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 在時(shí)間上是離散的 在幅值上是經(jīng)過(guò)量話的 它一般是由0 1構(gòu)成的二進(jìn)制代碼組成的數(shù)字序列 2 1 1信息 數(shù)據(jù)與信號(hào) 3 信號(hào)信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體物理表現(xiàn)形式 它具有確定的物理描述 如電信號(hào) 光信號(hào)或磁場(chǎng)強(qiáng)度等 信號(hào)分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)兩種 圖2 2模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)波形 模擬信號(hào) 是一種連續(xù)變化的電脈沖序列 例如電話語(yǔ)音信號(hào) 電視信號(hào)等 它是隨時(shí)間變化的函數(shù)曲線 如圖2 2 a 所示 2 1 1信息 數(shù)據(jù)與信號(hào) 數(shù)字信號(hào) 是離散的不連續(xù)的電信號(hào) 通常用 高 和 低 電平脈沖序列組成的編碼來(lái)表示數(shù)據(jù) 如圖2 2 b 所示 信道 信道是傳送信號(hào)的通道 可以分為物理信道和邏輯信道 物理信道是指用來(lái)傳送信號(hào)或數(shù)據(jù)的物理通路 由傳輸介質(zhì)及其附屬設(shè)備組成 邏輯信道也是指?jìng)鬏斝畔⒌囊粭l通路 但在信號(hào)的收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間不一定存在與之對(duì)應(yīng)的物理傳輸介質(zhì) 而是在物理信道基礎(chǔ)上 由節(jié)點(diǎn)設(shè)備內(nèi)部的連接來(lái)實(shí)現(xiàn) 舉例 物理信道 高速公路邏輯信道 各種運(yùn)輸車隊(duì) 可以按時(shí)分在高速公路上跑 就是A車隊(duì)跑一趟 然后換B車隊(duì)跑一趟 也可以按頻分跑 就是高速公路有4車道 那就可以跑4個(gè)車隊(duì) 物理信道是真實(shí)存在的 傳送實(shí)際信息的 不管上層跑什么車隊(duì) 邏輯信道是人為定義的 但最終都要在物理信道上傳送 使用權(quán)限 專業(yè)信道和共用信道傳輸介質(zhì) 有線信道和無(wú)線信道傳輸信號(hào)種類 模擬信道和數(shù)字信道 信道容量 信道的傳輸能力是有限制的 某個(gè)信道傳輸數(shù)據(jù)的速率有一個(gè)上限 信道的最大傳輸速率是與信道帶寬有直接聯(lián)系的 可通過(guò)奈奎斯特定理和香農(nóng)定理進(jìn)行分析 信道容量用來(lái)表征一個(gè)信道傳輸數(shù)字信號(hào)的能力 它以數(shù)據(jù)傳輸速率作為指標(biāo) 即信道所能支持的最大數(shù)據(jù)傳輸速率 香農(nóng)公式 帶噪信道容量公式 C B log2 1 S N bps B為信道帶寬 Hz S為信號(hào)功率N為噪聲功率 S N為信噪比 通常把信噪比表示成 10lg S N 單位分貝 dB 例題 已知信噪比為30dB 帶寬為3kHz 求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率 10lg S N 30 S N 1030 10 1000 C 3klog2 1 1000 30kbps 信源 信息的發(fā)送方信宿 信息的接受方 發(fā)送設(shè)備 將信源和信道相匹配 即將信源產(chǎn)生的信號(hào)變換為便于傳送的信號(hào)形式 送往信道 接收設(shè)備 發(fā)送設(shè)備的反變換 進(jìn)行解調(diào) 譯碼 解密等 從帶有干擾的信號(hào)中正確恢復(fù)出原始信息 噪聲 干擾信道的無(wú)用信號(hào) 1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)任何一個(gè)通信系統(tǒng)都可以看作是由發(fā)送設(shè)備 傳輸信道和接收設(shè)備三大部分組成 我們把產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端稱為信源 把接收信息的一端稱為信宿 把信源傳送到信宿的通信線路稱為信道 在實(shí)際通信系統(tǒng)中 難免受到外界電磁波等噪音源的干擾影響 因此 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2 3所示 碼元碼字 所謂 碼元 或稱為 碼位 是對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送的二進(jìn)制數(shù)字中的每一位的通稱 是構(gòu)成信息編碼的最小單位 而由若干個(gè)碼元序列表示的數(shù)據(jù)單元代碼通常稱為 碼字 例如 二進(jìn)制數(shù)字1000001是由7個(gè)碼元組成的序列 可以視為一個(gè)碼字 在7位ASCII碼中 這個(gè)碼字表示字母A 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) 比特率是一種數(shù)字信號(hào)的傳輸速率 是指每秒傳送的二進(jìn)制代碼的有效位數(shù) 比特?cái)?shù) bit 單位為bps BitPerSecond 比特率越高 傳送數(shù)據(jù)速度越快 波特率是一種調(diào)制速率 也稱波形速率 在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中 線路上每秒載波調(diào)制狀態(tài)改變的次數(shù)就是波特率 其單位是波特 Baud 比特率是測(cè)量每秒可傳輸數(shù)據(jù)比特位 0和1 數(shù)量的單位 例如 每秒2 400位的比特率是指每一秒鐘傳輸了2 400個(gè)1和0 波特率表示每秒鐘一個(gè)信號(hào) 從0變?yōu)?或從1變?yōu)? 或符號(hào) 連接的電壓 頻率或相位 在信道中改變狀態(tài)或發(fā)生變化的次數(shù) 例如 2 400波特率是指該通道每秒鐘最多改變狀態(tài)2 400次 在這個(gè)例子中 波特率和比特率是相同的數(shù)值 2 400bps 1比特率等于1波特率 誤碼率指信息傳輸?shù)腻e(cuò)誤率 也稱錯(cuò)誤率 是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標(biāo) 誤碼率 傳輸中的誤碼 所傳輸?shù)目偞a數(shù) 100 Pe Ne N 吞吐量單位時(shí)間內(nèi)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠處理的信息總量 單位是字節(jié) 秒或位 秒 在單信道總線型網(wǎng)絡(luò)中 吞吐量 信道容量 傳輸效率 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) 信道的傳播延遲信號(hào)在信道中傳播 從信源端到達(dá)信宿端需要一定的時(shí)間 這個(gè)時(shí)間稱為傳播延遲 或時(shí)延 這個(gè)時(shí)間與信源端和信宿端的距離有關(guān) 也與具體信道中的信號(hào)傳播速度有關(guān) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) 信道帶寬 是指信道所能傳送的信號(hào)頻率寬度 它的值為信道上可傳送信號(hào)的最高頻率與最低頻率之差 帶寬越大 所能達(dá)到的傳輸速率就越大 數(shù)據(jù)傳輸率 是指單位時(shí)間內(nèi)信道內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?其定義是 通信線路 或系統(tǒng) 單位時(shí)間 每秒 內(nèi)傳輸?shù)淖址麄€(gè)數(shù) 或者單位時(shí)間 每秒 內(nèi)傳輸?shù)拇a組 字塊 數(shù)或比特?cái)?shù) 其單位是字符 秒 或者碼組 秒 比特 秒 可見 當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸率用 bit s 作單位時(shí) 即等于比特率 一般來(lái)說(shuō) 數(shù)據(jù)傳輸率的高低由傳輸每1位數(shù)據(jù)所占時(shí)間決定 傳輸每1位數(shù)據(jù)所占的時(shí)間越小 則速率越高 數(shù)據(jù)傳輸方式 一 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)模型 它是由數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DTE 數(shù)據(jù)線路端接設(shè)備 DCE 和通信線路等組成 2 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)組成三要素 信源 信宿和信道 數(shù)據(jù)線路的通信方式 根據(jù)數(shù)據(jù)信息在傳輸線上的傳送方向 數(shù)據(jù)通信方式有 單工通信 半雙工通信 雙工通信 發(fā)送端 接收端 發(fā)送端 接收端 一 單工 在通信線路上 數(shù)據(jù)只可按一個(gè)固定的方向傳送而不能進(jìn)行相反方向傳送的通信方式 稱為單工通信 數(shù)據(jù)信道 發(fā)送端 發(fā)送端 接收端 接收端 信道 半雙工通信方式 數(shù)據(jù)可以雙向傳輸 但不能同時(shí)進(jìn)行 采用分時(shí)間段傳輸 在任一時(shí)刻只允許在一個(gè)方向上傳輸主信息 這種通信方式稱為半雙工通信 數(shù)據(jù) 發(fā)送端接收端 發(fā)送端接收端 發(fā)送端 接收端 接收端 發(fā)送端 發(fā)送端 發(fā)送端 全雙工通信方式 可同時(shí)雙向傳輸數(shù)據(jù)的通信方式稱為全雙工通信 數(shù)據(jù) 接收端 接收端 數(shù)據(jù) 理解數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳輸方式 傳輸?shù)男盘?hào) 數(shù)據(jù)的編碼常見的信號(hào)形式有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào) 如圖所示 其中 模擬信號(hào) AnalogSignal 的電平是連續(xù)變化的 數(shù)字信號(hào) DigitalSignal 是用兩種不同電平表示0 1比特序列的電壓脈沖信號(hào) 本任務(wù)將學(xué)習(xí)基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 信源編碼技術(shù)和多路復(fù)用技術(shù)等 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳輸方式依其數(shù)據(jù)在傳輸線原樣不變地傳輸還是調(diào)制變樣后再傳輸 可分為基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸?shù)确绞?2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 1 基帶傳輸基帶 Baseband 是指調(diào)制前原始電信號(hào)占用的頻帶 是原始電信號(hào)固有的基本頻帶 基帶信號(hào)是未經(jīng)載波調(diào)制的信號(hào) 由 0 和 1 組成的數(shù)字信號(hào)又稱為 數(shù)字基帶信號(hào) 基帶傳輸在信道中直接傳輸基帶信號(hào)時(shí) 稱為基帶傳輸 基帶傳輸?shù)男盘?hào)既可以是模擬信號(hào) 也可以是數(shù)字信號(hào) 具體類型由信源決定 1 基帶傳輸基帶傳輸是一種最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式 一般用在較近距離的數(shù)據(jù)通信中 在計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)中 主要就是采用這種傳輸方式 例如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)就是基帶傳輸?shù)?基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 2 頻帶傳輸利用模擬信道實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)姆椒?稱為 頻帶傳輸 將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)后在發(fā)送和傳輸 到達(dá)接收端時(shí) 再把模擬信號(hào)解調(diào)為原來(lái)的數(shù)字信號(hào) 調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制解調(diào)器是一種計(jì)算機(jī)硬件 它能把計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)翻譯成可沿普通電話線傳送的模擬信號(hào) 而這些模擬信號(hào)又可被線路另一端的另一個(gè)調(diào)制解調(diào)器接收 并譯成計(jì)算機(jī)可懂的語(yǔ)言 這一簡(jiǎn)單過(guò)程完成了兩臺(tái)計(jì)算機(jī)間的通信 我們現(xiàn)有的電話 模擬電視信號(hào)等 都是屬于頻帶傳輸 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 3 頻帶傳輸與基帶傳輸不同 基帶傳輸中 基帶信號(hào)占有信道的全部帶寬 頻帶傳輸中 模擬信號(hào)通常由某個(gè)頻率或某幾個(gè)頻率組成 占用一個(gè)固有頻帶 高頻 即整個(gè)頻道的一部分 采用多路復(fù)用技術(shù) 提高了信道利用率 頻帶傳輸?shù)牟ㄐ伪容^單一 因?yàn)樵陬l帶傳輸中只需要用不同幅度或不同頻率表示0 1兩個(gè)電平 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 4 寬帶傳輸寬帶是指帶寬比聲頻更寬的頻帶 利用寬帶進(jìn)行的傳輸稱為寬帶傳輸 寬帶傳輸可以在傳輸介質(zhì)上使用頻分多路復(fù)用技術(shù) 由于數(shù)字信號(hào)的頻帶很寬 不便于在寬帶網(wǎng)中直接傳輸 通常將其轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)后再在寬帶網(wǎng)中傳輸 寬帶傳輸信道容量大 傳輸距離遠(yuǎn) 基帶傳輸速率快 距離近 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 4 寬帶傳輸計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)中采用的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有基帶傳輸和寬帶傳輸兩種方式 它們的主要區(qū)別在于傳輸速率不同 一個(gè)寬帶信道能被劃分為許多個(gè)邏輯信道 從而可以將各種聲音 圖像和數(shù)據(jù)信息傳輸綜合在同一個(gè)物理信道上進(jìn)行 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 4 寬帶傳輸 一般說(shuō) 寬帶傳輸與基帶傳輸相比有以下優(yōu)點(diǎn) 能在一個(gè)信道中傳輸聲音 圖像和數(shù)據(jù)信息 使系統(tǒng)具有多種用途 一條寬帶信道能劃分為多條邏輯基帶信道 實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用 因此信道的容量大大增加 寬帶傳輸?shù)木嚯x比基帶遠(yuǎn) 因?yàn)榛鶐鬏斨苯觽魉蛿?shù)字信號(hào) 傳輸?shù)乃俾试礁?能夠傳輸?shù)木嚯x越短 復(fù)習(xí) 1 數(shù)據(jù)線路的通信方式有 2 數(shù)據(jù)傳輸方式可分為 等 2 3理解數(shù)據(jù)交換技術(shù) Question 為什么要采用數(shù)據(jù)交換技術(shù)一個(gè)擁有眾多用戶的通信網(wǎng)不可能采用兩兩之間連接的全互聯(lián)方式 必須采用交換設(shè)備為降低通信線路造價(jià) 大型網(wǎng)絡(luò)主要采用部分連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)之間的通信連接一般都要通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)接 中間節(jié)點(diǎn)要在它所連接幾條線路中選擇一條進(jìn)行接續(xù) 交換網(wǎng)絡(luò)有多條信道供多個(gè)終端共用 網(wǎng)絡(luò)的交換設(shè)備能夠按照終端的需要分配信道并將它們連接起來(lái) 本任務(wù)主要學(xué)習(xí)電路交換 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換和高速交換技術(shù) 2 4 1電路交換 電路交換一般定義 交換機(jī)負(fù)責(zé)在兩個(gè)通信站點(diǎn)之間建立一條物理的固定傳輸通路 直到通信完畢后再拆除 通信的三個(gè)階段 建立連接 通信 釋放連接特點(diǎn) 數(shù)據(jù)傳輸前需要先建立一條臨時(shí)的端到端的通道 通信雙方在通信過(guò)程中自始自終占用該條鏈路 應(yīng)用 服務(wù)質(zhì)量要求較高 電話網(wǎng) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 音頻 視頻 1 電路交換把 建立連接 通信 釋放連接 三個(gè)步驟的連網(wǎng)方式稱為面向連接的 電路交換必定是面向連接的 例 兩部電話機(jī)通信只需要用一對(duì)電線就能夠互相連接起來(lái) 2 4 1電路交換 1 電路交換通信三個(gè)階段 電路建立階段數(shù)據(jù)傳輸階段電路釋放階段 2 4 1電路交換 1 電路交換 2 4 1電路交換 2 4 3數(shù)據(jù)交換技術(shù) 1 電路交換的優(yōu)點(diǎn) 信息傳輸時(shí)延短信息傳輸效率高對(duì)用戶提供 透明 傳輸通路適合傳輸信息量大 通信對(duì)象比較確定的用戶 2 4 1電路交換 2 電路交換的缺點(diǎn) 當(dāng)傳輸短信息時(shí) 鏈路建立和釋放時(shí)間造成通信效率低 一旦鏈路建立 在連接時(shí)間內(nèi)是專用的 電路資源的利用率較低 電路交換機(jī)不具備編碼變換 速率調(diào)制的功能 不同類型的終端不能互相通信 當(dāng)出現(xiàn)對(duì)方用戶終端忙或交換網(wǎng)負(fù)載過(guò)重時(shí)可能產(chǎn)生呼叫不通的情況 2 4 1電路交換 2 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換在交換過(guò)程中 交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ) 待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)出去 一級(jí)一級(jí)中轉(zhuǎn) 直到目的地 這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為存儲(chǔ) 轉(zhuǎn)發(fā) 過(guò)程 信息從數(shù)據(jù)源到目的地一般要經(jīng)過(guò)多級(jí)轉(zhuǎn)發(fā) 中間經(jīng)過(guò)的每個(gè)交換機(jī) 路由器 都有一個(gè)緩沖區(qū) 在交換機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí) 先把信息存放到數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 等到線路空閑時(shí) 將信息傳輸出去 特點(diǎn) 可靠性高 不需要一條專用的通路 提高了信道的利用率 方式 報(bào)文交換和分組交換 2 4 2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 2 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 1 報(bào)文交換以報(bào)文為單位發(fā)送信息 整個(gè)報(bào)文作為一個(gè)整體一起發(fā)送 報(bào)文就是計(jì)算機(jī)一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊 其長(zhǎng)度不限且可變 報(bào)文包括三部分內(nèi)容 報(bào)頭 報(bào)文正文和報(bào)尾 報(bào)頭由源地址 目的地址及控制信息組成 報(bào)尾一般是校驗(yàn)信息 2 4 2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 2 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 1 報(bào)文交換報(bào)文交換的過(guò)程 發(fā)送端 接受端 2 4 2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 1 報(bào)文交換A B C D表示交換設(shè)備 2 4 2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 1 報(bào)文交換優(yōu)點(diǎn) 線路利用率與電路交換相比較高缺點(diǎn) 1 報(bào)文大小不一 造成緩沖區(qū)管理復(fù)雜 2 大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過(guò)長(zhǎng) 3 出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā) 現(xiàn)在已經(jīng)很少使用 更好的技術(shù)取代 2 4 2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 2 分組交換過(guò)程a 在發(fā)送端 先把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成較短的 固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段 每個(gè)部分稱為一個(gè)分組 b 每個(gè)分組的前面加一個(gè)分組頭 由交換機(jī)根據(jù)目的地址轉(zhuǎn)發(fā)至目的地 這個(gè)過(guò)程稱為分組交換 c 接收端收到所有分組后 還原得到報(bào)文分組交換也稱為包交換進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)絡(luò)稱為分組交換網(wǎng) 2 4 2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 2 分組交換發(fā)送端 添加首部構(gòu)成分組 首部 首部 首部 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 2 4 2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 2 分組交換接收端 收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文 數(shù)據(jù) 首部 數(shù)據(jù) 首部 數(shù)據(jù) 首部 收到的數(shù)據(jù) 2 4 2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 2 分組交換特點(diǎn) 1 存儲(chǔ)量要求較小 可以用內(nèi)存來(lái)緩沖分組 速度快 2 轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)小 適用于交互式通信 3 某個(gè)分組出錯(cuò)僅重發(fā)該分組 效率高 4 分組可通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)方式或虛電路方式交換 5 有強(qiáng)大的糾錯(cuò)機(jī)制 流量控制和路由選擇功能 2 4 2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 2 分組交換兩種方式 數(shù)據(jù)報(bào)方式虛電路方式數(shù)據(jù)報(bào)方式 每個(gè)分組包含源地址和目的地址 各個(gè)分組根據(jù)目的地址獨(dú)立到達(dá)目的地 同一個(gè)報(bào)文的不同分組可能沿著不同路徑到達(dá)目的地 每個(gè)分組又稱為數(shù)據(jù)報(bào) 數(shù)據(jù)報(bào)會(huì)出現(xiàn)亂序 丟失 重復(fù)問(wèn)題 2 4 2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 2 分組交換虛電路方式 虛電路就是通信雙方在開始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前 需要在網(wǎng)絡(luò)上先建立一條邏輯鏈路 用戶數(shù)據(jù)按照順序沿邏輯鏈路到達(dá)目的地 過(guò)程 包括虛電路建立 數(shù)據(jù)傳輸和虛電路拆除三個(gè)階段 報(bào)文分組不必帶目的地址 源地址等輔助信息 只需攜帶虛電路標(biāo)識(shí)號(hào) 同一條物理線路上可以建立多條虛電路 2 4 2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 ABCD 報(bào)文交換 電路交換 虛電路 分組交換 2 4 2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 目前 廣域網(wǎng)大都采用分組交換方式 同時(shí) 提供數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路兩種服務(wù)由用戶選擇 并按交換的分組數(shù)收費(fèi) 分組交換主要有以下特點(diǎn) 1 將需要傳送的信息分成若干個(gè)分組 每個(gè)分組加上控制信息后分發(fā)出去 采用存儲(chǔ) 轉(zhuǎn)發(fā)方式 有差錯(cuò)控制措施 2 基于統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用方式 可以不建立連接 也可建立連接 連接為邏輯連接 虛連接 3 共享信道 資源利用率高 4 有時(shí)延 實(shí)時(shí)性差 不能保證通信質(zhì)量 5 一般用于數(shù)據(jù)交換 也可用于分組話音業(yè)務(wù) 6 當(dāng)節(jié)點(diǎn)使用分組交換技術(shù) 可構(gòu)成分組交換網(wǎng) 3 分組交換與報(bào)文交換的比較 1 分組交換比報(bào)文交換減少了時(shí)間延時(shí) 2 分組交換把數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度限制在較小的范圍內(nèi) 每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需要的存儲(chǔ)量減少 有利于提高節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)資源的利用率 3 分組交換易于重新開始新的傳輸 可讓緊急報(bào)文迅速發(fā)送出去 不會(huì)遭到傳輸優(yōu)先級(jí)較低的報(bào)文的堵塞 信元交換技術(shù) 信元交換技術(shù)信元交換是一種高速分組交換方式 在信元交換中 信元為基本單位 信元是一種極短的固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)分組 每個(gè)信元長(zhǎng)為53字節(jié) 分為信頭和信息兩部分 信頭占5個(gè)字節(jié) 包括信元標(biāo)識(shí)等信息 信息域占48個(gè)字節(jié) 承載用戶的數(shù)據(jù) 信元交換的報(bào)文包括信令和一個(gè)或多個(gè)信元 信令是控制命令 用于建立和釋放邏輯連接 信元的標(biāo)識(shí)用來(lái)識(shí)別信息傳輸路徑 由此可見 信元交換方式融合了電路交換和分組交換的特點(diǎn) 在信元交換過(guò)程中 各路的信元存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中 列隊(duì)等候待發(fā) 待空信元到來(lái)時(shí) 則將信元插入到空信元中發(fā)送出去 信元交換技術(shù) 信元方式是將信息以信元為單位進(jìn)行傳送的一種技術(shù) 采用信元方式 網(wǎng)絡(luò)不對(duì)信元中的用戶數(shù)據(jù) 載體 進(jìn)行檢查 信元方式也是一種快速分組技術(shù) 它將話音 數(shù)據(jù) 圖像等數(shù)字信息進(jìn)行切割 封裝成統(tǒng)一格式的信元在網(wǎng)中傳遞 并在接收端恢復(fù)成所需格式 通常 傳遞信元的網(wǎng)絡(luò)稱為信元中繼網(wǎng)絡(luò) 它適用于各種類型信息的傳輸 是提供綜合業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 信元交換技術(shù) ATM 異步傳輸方式 是信元交換的實(shí)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn) 它是當(dāng)前發(fā)展最快的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 傳輸介質(zhì)使用光纜或雙絞線 其傳輸速率已達(dá)到155Mbps和622Mbps 并向2Gbps進(jìn)軍 ATM采用的是面向連接的高速交換和多路復(fù)用技術(shù) 能保證網(wǎng)絡(luò)帶寬不隨用戶數(shù)增加而下降 而且每個(gè)用戶可享用專用帶寬并可根據(jù)用戶的需求變化來(lái)調(diào)節(jié)用戶的帶寬 ATM有3層結(jié)構(gòu) 物理層 ATM層和ATM自適應(yīng)層 信元交換技術(shù) ATM的特點(diǎn)是支持復(fù)雜的多媒體應(yīng)用 相對(duì)傳統(tǒng)LAN擁有可靠的服務(wù)質(zhì)量 良好的伸縮性 提高生產(chǎn)率 改進(jìn)現(xiàn)有應(yīng)用的性能 為用戶網(wǎng)絡(luò)提供帶寬 保護(hù)用戶投資 高頻寬 低延時(shí) 節(jié)省費(fèi)用 ATM是一種廣域網(wǎng)主干線的較好選擇 4種交換技術(shù)的比較 1 對(duì)于交互式通信來(lái)說(shuō) 報(bào)文交換是不合適的 2 對(duì)于較輕的間歇式負(fù)載來(lái)說(shuō) 電路交換是合適的 因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)電話撥號(hào)線路來(lái)使用公用電話系統(tǒng) 3 對(duì)于兩個(gè)站之間很重的和持續(xù)的負(fù)載來(lái)說(shuō) 使用租用的電路交換線是最合適的 4 當(dāng)有一批中等數(shù)量數(shù)據(jù)必須交換到大量的數(shù)據(jù)設(shè)備時(shí) 寧可用分組交換方法 這種技術(shù)的線路利用率是最高的 4種交換技術(shù)的比較 5 數(shù)據(jù)報(bào)分組交換適用于短報(bào)文和具有靈活性的報(bào)文 6 虛電路分組交換適用于大批量數(shù)據(jù)交換和減輕各站的處理負(fù)擔(dān) 7 信元交換適用于對(duì)帶寬要求高和對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求高的應(yīng)用 四種交換技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) 電路交換 優(yōu)點(diǎn) 實(shí)時(shí)性好 通信效率高 缺點(diǎn) 線路利用率低 不能連接不同類型線路組成的鏈路 通信雙方要同時(shí)工作 報(bào)文交換 優(yōu)點(diǎn) 線路利用率高 雙方無(wú)須同時(shí)工作 可同時(shí)向多個(gè)目的地發(fā)送同一報(bào)文 可在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)報(bào)文差錯(cuò)控制和糾錯(cuò)處理 能進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換 缺點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)延時(shí)較長(zhǎng) 不適宜實(shí)時(shí)通信和交互式場(chǎng)合 四種交換技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) 數(shù)據(jù)報(bào) 優(yōu)點(diǎn) 對(duì)于短報(bào)文數(shù)據(jù) 通信傳輸率較高 對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障適應(yīng)能力強(qiáng)缺點(diǎn) 傳輸延時(shí)較大 時(shí)延離散度大虛電路 優(yōu)點(diǎn) 對(duì)于數(shù)據(jù)量較大的通信傳輸率高 分組傳輸延時(shí)短 且不易產(chǎn)生數(shù)據(jù)分組丟失 缺點(diǎn) 對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴性較大 練習(xí)題 一 選擇題1 電子郵件采用的交換方式是 A 電路交換B 報(bào)文交換C 數(shù)據(jù)報(bào)D 虛電路2 報(bào)文交換不適合于 A 電子郵件B 間隙性負(fù)載C 交互式通信D 少量數(shù)據(jù)3 以下交換技術(shù)中 不屬于存儲(chǔ)交換技術(shù)的是 A 電路交換B 數(shù)據(jù)報(bào)C 虛電路D 報(bào)文交換4 下列交換方式中 的傳輸延時(shí)最小A 報(bào)文交換B 電路交換C 虛電路D 數(shù)據(jù)報(bào)交換二 填空題1 如果按照數(shù)據(jù)交換方式進(jìn)行分類 電話系統(tǒng)的信息交換方式屬于 2 一般來(lái)講 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式包括報(bào)文交換和 3 在數(shù)據(jù)傳輸中 一般要建立連接的是 交換方式 B C A B 電路交換 分組交換 電路 2 4 3知識(shí)拓展 高速交換技術(shù) 2 異步傳輸模式ATM是一種比幀中繼傳輸速率更高的快速分組交換方式 ATM的傳輸單位為信元 Cell 又稱信元交換 信元是一種較短的數(shù)據(jù)分組 其長(zhǎng)度固定為53個(gè)字節(jié) 采用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù) 不必在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行差錯(cuò)控制和流量控制 第十章差錯(cuò)控制 為什么要進(jìn)行差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制的基本方法差錯(cuò)控制編碼的基本概念常用的簡(jiǎn)單編碼常用的線性分組碼 1 差錯(cuò)產(chǎn)生的原因 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本任務(wù)是高效率而無(wú)差錯(cuò)地傳送數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)信號(hào)在通信線路中傳輸時(shí) 難免受到來(lái)自信道內(nèi)部和外部的干擾 從而引起信號(hào)的失真 導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤 傳輸出錯(cuò)的原因 一是信道的加性噪聲 二是由于傳輸總特性 包括收 發(fā)濾波器和信道的特性 不理想引起的碼間串?dāng)_ 噪聲是影響數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的主要因素 根據(jù)產(chǎn)生的原因可以將噪聲分為四類 熱噪聲 交調(diào)噪聲 串音和脈沖噪聲四類 2 噪聲的類型 熱噪聲是由帶電粒子在導(dǎo)電介質(zhì)中的布朗運(yùn)動(dòng)引起的 它存在于任何工作在絕對(duì)零度以上的電路或系統(tǒng)中 熱噪聲屬于高斯白噪聲 其概率密度函數(shù)滿足正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)特性 同時(shí)它的功率譜密度函數(shù)是均勻分布的 常數(shù) 熱噪聲的特點(diǎn)是 時(shí)刻存在 不可排除 幅度較小 強(qiáng)度與頻率無(wú)關(guān) 但頻譜很寬 是一類隨機(jī)的噪聲 噪聲的類型 交調(diào)噪聲是一種附加的頻率干擾 由于通信系統(tǒng)的非線性 將導(dǎo)致進(jìn)入通信系統(tǒng)的不同頻率的信號(hào)在系統(tǒng)的輸出端產(chǎn)生這些頻率之間的差頻信號(hào)或倍頻信號(hào)及其組合 這就是交調(diào)噪聲 對(duì)于交調(diào)噪聲可以通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)制技術(shù) 人為地校正系統(tǒng)的非線性部分得到補(bǔ)償 噪聲的類型 串音是一個(gè)通路的信號(hào)在相鄰的另一個(gè)通路引起的干擾現(xiàn)象 這是由于信號(hào)線路之間的電磁感應(yīng)引起的有害耦合 為了消除線路之間的有害耦合 可以將每一對(duì)線擰成一定扭絞節(jié)距的線纜 噪聲的類型 脈沖噪聲是由于電火花或其他原因造成的突發(fā)振幅很大 持續(xù)時(shí)間比間隔時(shí)間短得多的離散脈沖耦合到信號(hào)通路中的干擾 脈沖噪聲也稱為沖擊噪聲 它將引起一連串的數(shù)據(jù)比特出錯(cuò) 它是數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)的主要根源 脈沖噪聲產(chǎn)生的干擾很難消除 只能采用差錯(cuò)控制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠傳輸 3 差錯(cuò)的類型 隨機(jī)差錯(cuò)指數(shù)據(jù)單元中的單比特差錯(cuò) 它通常由傳輸信道的熱噪聲引起 突發(fā)差錯(cuò)指數(shù)據(jù)單元中的兩個(gè)或兩個(gè)以上的比特發(fā)生成串密集性的差錯(cuò) 第一個(gè)錯(cuò)誤比特到最后一個(gè)錯(cuò)誤比特之間的位數(shù)稱為突發(fā)長(zhǎng)度 沖擊噪聲持續(xù)的時(shí)間通常大于數(shù)據(jù)傳輸中每比特的發(fā)送時(shí)間 因而會(huì)引起相鄰的多個(gè)數(shù)據(jù)位出錯(cuò) 從而導(dǎo)致突發(fā)差錯(cuò) 有差錯(cuò)的信道類型 按照噪聲或干擾的變化規(guī)律 可把信道分為三類 隨機(jī)信道 恒參高斯白噪聲信道是典型的隨機(jī)信道 其中差錯(cuò)的出現(xiàn)是隨機(jī)的 而且錯(cuò)誤之間是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的 突發(fā)信道 具有脈沖干擾的信道 是典型的突發(fā)信道 錯(cuò)誤是成串成群出現(xiàn)的 即在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大量錯(cuò)誤 混合信道 短波信道和對(duì)流層散射信道是混合信道的典型例子 隨機(jī)差錯(cuò)和成串的突發(fā)差錯(cuò)都占有相當(dāng)比例 4 如何解決傳輸差錯(cuò)問(wèn)題 提高物理信道的質(zhì)量 盡量避免和減少差錯(cuò) 采用電纜屏蔽措施和適當(dāng)?shù)恼{(diào)制解調(diào)方法設(shè)置中繼設(shè)備對(duì)信號(hào)進(jìn)行整理再生和放大加大發(fā)射功率 降低接收設(shè)備本身的噪聲 以提高信噪比提高數(shù)據(jù)的健壯性 有效地進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò) 采用信道編碼技術(shù) 為數(shù)據(jù)信息增加冗余編碼 形成抗干擾編碼 使接收方能進(jìn)行檢錯(cuò)或糾錯(cuò)配合適當(dāng)?shù)牟铄e(cuò)控制方法進(jìn)行檢錯(cuò)或糾錯(cuò) 1 奇偶校驗(yàn)碼 編碼規(guī)則在發(fā)送的數(shù)據(jù)塊后附加一位校驗(yàn)位 該位的取值由原數(shù)據(jù)塊中 l 的個(gè)數(shù)之和決定 偶校驗(yàn) 把數(shù)據(jù)信息中的 1 的個(gè)數(shù)湊成偶數(shù) 奇校驗(yàn) 把數(shù)據(jù)信息中的 1 的個(gè)數(shù)湊成奇數(shù) 例如 傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 1011000 偶校驗(yàn)時(shí) 校驗(yàn)位l 碼字是 10110001 奇校驗(yàn)時(shí) 校驗(yàn)位0 變?yōu)?10110000 缺點(diǎn) 校驗(yàn)?zāi)芰艿?它只能檢出 l 有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤 不能確定是幾個(gè)奇數(shù)錯(cuò)誤 優(yōu)點(diǎn) 其設(shè)備簡(jiǎn)單 容易實(shí)現(xiàn) 已知字符T的ASCII碼值的十進(jìn)制數(shù)表示為84 如果將最高為設(shè)置為奇數(shù)校驗(yàn) 則字符M的ASCII碼值設(shè)置奇校驗(yàn)位 他的二進(jìn)制表示為 A A11001101B10101100C10110011D10001101 循環(huán)冗余檢查 循環(huán)冗余檢查 CRC 是一種數(shù)據(jù)傳輸檢錯(cuò)功能 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式計(jì)算 并將得到的結(jié)果附在幀的后面 接收設(shè)備也執(zhí)行類似的算法 以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件系統(tǒng)的連接形式 即網(wǎng)絡(luò)的硬件布局 通信線路和節(jié)點(diǎn)間的幾何圖形 通常用不同的拓?fù)鋪?lái)描述對(duì)物理設(shè)備進(jìn)行布線的不同方案 它只考慮物體間的位置關(guān)系而不考慮它們的形狀和大小 在拓?fù)鋵W(xué)里 重要的拓?fù)湫再|(zhì)包括連通性與緊致性 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 總線型 總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用單根數(shù)據(jù)傳輸線作為通信介質(zhì) 所有的站點(diǎn)都通過(guò)相應(yīng)的硬件接口直接連接到一根中央主電纜 大多是同軸電纜 以基帶信號(hào)形式串行傳送 上 任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息都可以沿著總線向兩個(gè)方向傳輸擴(kuò)散 并且能夠被總線任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)所接受 其傳輸方式類似于廣播電臺(tái) 因而總線網(wǎng)絡(luò)也稱為廣播式網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 便于擴(kuò)充 雙向傳輸 可靠性較差 終接器 終接器 1 總線結(jié)構(gòu)所需的電纜數(shù)量少 易于維護(hù)和布線 2 總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 是無(wú)源工作 有較高可靠性 3 易于擴(kuò)充 增加或減少用戶比較方便 4 費(fèi)用開支少 便于廣播式工作 總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 1 總線的傳輸距離有限 通信范圍受到限制 2 故障診斷和隔離較困難 3 實(shí)時(shí)性不強(qiáng) 總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn) 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 是以中央節(jié)點(diǎn) 集線器或者交換機(jī) 為中心與各節(jié)點(diǎn)連接組成的 各節(jié)點(diǎn)與中央節(jié)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的方式連接 主要采用電路交換和報(bào)文交換 尤其是電路交換 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 建網(wǎng)容易 便于控制和管理 中心節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)較重 通常采用集線器和交換機(jī) 傳輸介質(zhì)一般采用Ethernet雙絞線 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 連接方便 管理和維護(hù)都相對(duì)容易 而且擴(kuò)展性強(qiáng) 2 網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間較小 傳輸誤差低 3 在同一網(wǎng)段內(nèi)支持多種傳輸介質(zhì) 除非中心結(jié)點(diǎn)故障 否則網(wǎng)絡(luò)不會(huì)輕易癱瘓 因此 星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最廣泛的一種局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 4 故障診斷和隔離容易 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn) 1 安裝和維護(hù)的費(fèi)用較高 2 共享資源的能力較差 3 通信線路利用率不高 4 對(duì)中心結(jié)點(diǎn)要求相當(dāng)高 一旦中心結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障 則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將癱瘓 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 是由一些中繼器和連接到中繼器的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路組成的一個(gè)閉合環(huán) 在環(huán)型網(wǎng)中 所有的通信共享一條物理通道 即連接網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路 首尾相連的閉合環(huán)形 節(jié)點(diǎn)不宜過(guò)多 不利于擴(kuò)充 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 環(huán)形拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn) 1 電纜長(zhǎng)度短 環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)所需的電纜長(zhǎng)度和總線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)相似 但比星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)要短得多 2 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性好 3 可使用光纖 光纖的傳輸速率很高 十分適合于環(huán)形拓?fù)涞膯畏较騻?環(huán)形拓?fù)涞娜秉c(diǎn) 1 節(jié)點(diǎn)的故障會(huì)引起全網(wǎng)故障 這是因?yàn)榄h(huán)上的數(shù)據(jù)傳輸要通過(guò)接在環(huán)上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn) 一旦環(huán)中某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障就會(huì)引起全網(wǎng)的故障 2 故障檢測(cè)困難 這與總線拓?fù)湎嗨?因?yàn)椴皇羌锌刂?故障檢測(cè)需在網(wǎng)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 因此就不很容易 3 環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的媒體訪問(wèn)控制協(xié)議都采用令牌傳遞的方式 在負(fù)載很輕時(shí) 信道利用率相對(duì)來(lái)說(shuō)就比較低 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中 由于節(jié)點(diǎn)之間有許多條路徑相連 可以為數(shù)據(jù)流的傳輸選擇最佳路由 從而避開有故障的部件或過(guò)忙的節(jié)點(diǎn) 但是 這種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 成本也比較高 提供上述功能的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也較復(fù)雜 這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般在可靠性要求高 不計(jì)較成本的場(chǎng)合下使用 例如 軍用網(wǎng) 其故障排除比較復(fù)雜 不適宜常用布線方案 網(wǎng)狀拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn) 1 網(wǎng)絡(luò)可靠性高 一般通信子網(wǎng)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)交換機(jī)之間 存在著兩條或兩條以上的通信路徑 這樣 當(dāng)一條路徑發(fā)生故障時(shí) 還可以通過(guò)另一條路徑把信息送至節(jié)點(diǎn)交換機(jī) 2 網(wǎng)絡(luò)可組建成各種形狀 采用多種通信信道 多種傳輸速率 3 網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)共享資源容易 4 可改善線路的信息流量分配 5 可選擇最佳路徑 傳輸延遲小 網(wǎng)狀拓?fù)涞娜秉c(diǎn) 1 控制復(fù)雜 軟件復(fù)雜 2 線路費(fèi)用高 不易擴(kuò)充 3 在以太網(wǎng)中 如果設(shè)置不當(dāng) 會(huì)造成廣播風(fēng)暴 嚴(yán)重時(shí)可以使網(wǎng)絡(luò)完全癱瘓 網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般用于Internet骨干網(wǎng)上 使用路由算法來(lái)計(jì)算發(fā)送數(shù)據(jù)的最佳路徑 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 樹型拓?fù)?一種類似于總線拓?fù)涞木钟蚓W(wǎng)拓?fù)?在總線型網(wǎng)絡(luò)上加分支形成的 每個(gè)分支還可以延伸出子分支 每個(gè)分支又可包含多個(gè)結(jié)點(diǎn) 它適用于分級(jí)管理和控制系統(tǒng) 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 樹型拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)與星型拓?fù)漕愃?若根節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障 也會(huì)引起全網(wǎng)不能正常工作 樹型拓?fù)鋬?yōu)點(diǎn) 1 易于擴(kuò)展 可以延伸出很多分支和子分支 因而容易在網(wǎng)絡(luò)中加入新的分支或新的節(jié)點(diǎn) 2 易于隔離故障 如果某一線路或某一分支節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障 它主要影響局部區(qū)域 因而能比較容易地將故障部位跟整個(gè)系統(tǒng)隔離開 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 星狀環(huán)狀 星形環(huán)拓?fù)涫菍⑿切瓮負(fù)浜铜h(huán)形拓?fù)浠旌掀饋?lái)的一種拓?fù)?試圖取這兩種拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)于一個(gè)系統(tǒng)中 克服了典型的星形和典型的環(huán)形兩個(gè)拓?fù)涞牟蛔愫腿毕?這種拓?fù)涞呐渲檬怯梢慌釉诃h(huán)上的連接集中器 實(shí)際上是指安裝在樓內(nèi)各層的配線架 組成 從每個(gè)集中器按星形結(jié)構(gòu)接至每個(gè)用戶站上 星形環(huán)拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是 故障診斷和隔離 易于擴(kuò)展 安裝電纜方便 星形環(huán)拓?fù)涞娜秉c(diǎn)是 需要智能的集中器 電纜安裝電纜長(zhǎng) 安裝不方便等 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是局域網(wǎng)的3種基本結(jié)構(gòu) 在實(shí)際應(yīng)用中 往往并不采用單純的某一種結(jié)構(gòu) 而是在3種基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展而形成混合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 常見的混合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有樹型結(jié)構(gòu) 星型總線結(jié)構(gòu) 星環(huán)型結(jié)構(gòu) 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等 組建混合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)有利于發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 克服相應(yīng)的局限 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 作業(yè) 2014年春季高考試題 案例分析題小明要組建一個(gè)小型局域網(wǎng) 他畫出了如下圖所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 請(qǐng)問(wèn)該圖屬于哪種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 有什么優(yōu)缺點(diǎn) 拓?fù)涞倪x擇拓?fù)涞倪x擇往往和傳輸介質(zhì)的選擇以及介質(zhì)訪問(wèn)控制方法的確定緊密相關(guān) 選擇拓?fù)鋾r(shí) 應(yīng)該考慮的主要因素有以下幾點(diǎn) 1 經(jīng)濟(jì)性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪x擇直接決定了網(wǎng)絡(luò)安裝和維護(hù)的費(fèi)用 不管選用什么樣的傳輸介質(zhì) 都需要進(jìn)行安裝 例如 安裝電線溝 安裝電線管道等 最理想的情況是建樓以前先進(jìn)行安裝 并考慮今后擴(kuò)建的要求 安裝費(fèi)用的高低與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇以及傳輸介質(zhì)的選擇 傳輸距離的確定有關(guān) 2 靈活性靈活性以及可擴(kuò)充性也是選擇網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)充分重視的問(wèn)題 任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 隨著用戶數(shù)的增加 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的深入和擴(kuò)大 網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的不斷涌現(xiàn) 特別是應(yīng)用方式和要求的改變 網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常需要加以調(diào)整 網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)整性與靈活性以及可擴(kuò)充性都與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲苯酉嚓P(guān) 一般說(shuō)來(lái) 總線形拓?fù)浜铜h(huán)形拓?fù)湟刃切瓮負(fù)涞目蓴U(kuò)充性好得多 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 3 可靠性網(wǎng)絡(luò)的可靠性是任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錄Q定了網(wǎng)絡(luò)故障檢測(cè)和故障隔離的方便性 總之 選擇局域網(wǎng)拓?fù)鋾r(shí) 需要考慮的因素很多 這些因素同時(shí)影響網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行速度和網(wǎng)絡(luò)軟硬件接口的復(fù)雜程度等 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 習(xí)題 1 某高校網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示 邊界路由器充當(dāng)校園網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 校園網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為 2012年 A 樹型B 總線型C 星型D 環(huán)型2 所有節(jié)點(diǎn)直接連接到一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是 2009年 A 樹型B 總線型C 星型D 環(huán)型6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侵敢韵履牟糠值耐負(fù)錁?gòu)型 A 資源子網(wǎng)B IP子網(wǎng)C 通信子網(wǎng)D 覆蓋網(wǎng)絡(luò) 1 種物理拓?fù)鋵⒐ぷ髡具B接到一臺(tái)中央設(shè)備 A 總線B 環(huán)形C 星形D 樹形2 下列屬于星形拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)的是 A 易于擴(kuò)展B 電纜長(zhǎng)度短C 不需接線盒D 簡(jiǎn)單的訪問(wèn)協(xié)議3 若網(wǎng)絡(luò)形狀是由站點(diǎn)和連接站點(diǎn)的鏈路組成的一個(gè)閉合環(huán) 則稱這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為 A 星形拓?fù)銪 總線拓?fù)銫 環(huán)形拓?fù)銬 樹形拓?fù)? 在星型局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)中 連接文件服務(wù)器與工作站的設(shè)備是 A 調(diào)制解調(diào)器B 交換器C 路由器D 集線器5 星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于 A 廣域網(wǎng)B 互聯(lián)網(wǎng)C 局域網(wǎng)D Internet6 中心節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的瓶頸 一旦出現(xiàn)故障則全網(wǎng)癱瘓的是 A 星形拓?fù)銪 總線拓?fù)銫 環(huán)形拓?fù)銬 樹形拓?fù)? 集線器創(chuàng)建的拓?fù)淇梢苑Q為 A 星形拓?fù)銪 總線拓?fù)銫 環(huán)形拓?fù)銬 樹形拓?fù)?ISO RM參考模型 1 分層模型 Page167 31 什么是協(xié)議 什么是協(xié)議 為了使數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)絡(luò)上從源傳遞到目的地 網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備需要 講 相同的 語(yǔ)言 描述網(wǎng)絡(luò)通信中 語(yǔ)言 規(guī)范的一組規(guī)則就是協(xié)議例如 兩個(gè)人交談 必須使用相同的語(yǔ)言 如果你說(shuō)漢語(yǔ) 他說(shuō)阿拉伯語(yǔ) 數(shù)據(jù)通信協(xié)議的定義決定數(shù)據(jù)的格式和傳輸?shù)囊唤M規(guī)則或者一組慣例 Page168 31 協(xié)議分層2 1 網(wǎng)絡(luò)通信的過(guò)程很復(fù)雜數(shù)據(jù)以電子信號(hào)的形式穿越介質(zhì)到達(dá)正確的計(jì)算機(jī) 然后轉(zhuǎn)換成最初的形式 以便接收者能夠閱讀為了降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性 將協(xié)議進(jìn)行了分層設(shè)計(jì) Page169 31 協(xié)議分層2 2 分層設(shè)計(jì)的意義用戶服務(wù)層的模塊設(shè)計(jì)可相對(duì)獨(dú)立于具體的通信線路和通信硬件接口的差別而通信服務(wù)層的模塊設(shè)計(jì)又可相對(duì)獨(dú)立于具體用戶應(yīng)用要求的不同 例如 文件傳輸或電子郵件服務(wù)模塊的設(shè)計(jì) 不必關(guān)心底層通信線路是光纖還是雙絞線 Page170 31 郵局實(shí)例2 2 運(yùn)輸部門 甲地 乙地 3 1 1通信系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 為了便于理解 我們以郵政通信系統(tǒng)為例 以此引出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念 這一概念對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中電子郵件的發(fā)送和接收有著重要的參考意義 3 1 2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 通信規(guī)則約定從以上郵政通信過(guò)程與網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程分析可知 在一定意義上 它們兩者的信息傳遞過(guò)程有很多相似之處 1 郵政通信與網(wǎng)絡(luò)通信兩個(gè)系統(tǒng)都是層次結(jié)構(gòu) 可等價(jià)成4層結(jié)構(gòu)的系統(tǒng) 2 不同的層次有不同的功能任務(wù) 但相鄰層的功能動(dòng)作密切相關(guān) 3 在郵政通信系統(tǒng)中 寫信人要根據(jù)對(duì)方熟悉的語(yǔ)言 確定用哪種語(yǔ)言 在書寫信封時(shí) 國(guó)家不同規(guī)定也不同 4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中 必須規(guī)定雙方之間通信的數(shù)據(jù)格式 編碼 信號(hào)形式 要對(duì)發(fā)送請(qǐng)求 執(zhí)行動(dòng)作及返回應(yīng)答予以解釋 事件處理順序和排序 3 1 2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的