通信与计算机网络系统课件.ppt

1、第二节 通信系统一、通信系统概述（一）通信系统构成1、信源 2、变换器3、信道 4、反变换器5、信宿 6、噪声源信源图 3-1 单向数字通信系统组成解码编码调制传输介质译码信宿噪声干扰接收设备发送设备（二）模拟通信系统和数字通信系统1、模拟信号信号和数字信号信号模拟数据和数字数据模拟数据和数字数据数据可以分为模拟数据和数字数据两种形式。模拟数据是连续的值。例如：声音和电视图像就是强度连续变化的，大多数用传感器搜集的数据，例如温度和压力，都是连续取值的，它们都是模拟数据。数字数据是离散的值。不仅在时间上离散，而且在幅度上也是离散的值（即幅度只取有限个离散的值）模拟数据可以通过“数字化”处理，转变

2、成数字数据. 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号是电磁波，这种电磁波可以按照不同频率在各种介质上传输。例如，话音经过声-电转换器变成一个模拟电信号。数字信号是一系列的电脉冲。模拟数据可以用模拟信号来表示，数字数据可以用数字信号表示。1、模拟通信系统2、数字通信系统： 数字传输称为基带传输，模拟传输称为宽带传输。模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，因而也可以用这些形式传播。 模拟信号用连续变化的电磁波来表示数据模拟数据声音电 话模拟信号数字数据 二进制电压脉冲MODEM模拟信号数字信号用电压脉冲序列来表示数据模拟数据模拟信号数字信号数字数据直接表示或编码编码/解码器 通

3、信网一般是指由许多电信设备构成的一个总体，它使得网内位于不同地点的用户可以通过它来交换信息。它是由用户终端设备、传输链路和转接交换设备组成。1、用户终端设备 把待发送的信息和在传输链路上传送的信号进行相互转换。 将信号与传输链路相匹配，由信号处理设备完成。 产生和识别网内所需的信令信号和规约，以便相互联系和应答。2、传输链路3、转接交换设备（三）通信网的组成（三）通信网的组成 如图一个由两级交换中心组成的网。汇接局端局端局端局用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户通信网的基本组成v端局至汇接局的传输设备一般称中继电路，端局至终端用户的传输设备称为用户线路。端局用户既可通过端局交换设备与本

4、局范围内的用户相互接续，也可通过瑞局和汇接局交换设备与本地区任一端局的用户完成接续。v一般将这种类型的网称为汇接式的星形网。 （四）通信网的拓扑结构1、星形网2、树形网3、网状网4、环形网5、总线型网6、复合型网（五）通信网的分层结构1、按垂直方向划分（1）传送网：负责将信号进行安全可靠有效传递。（2）业务网：提供一种或多种通信业务。（3）应用网：向用户提供各种应用业务。（4）支撑网：保证传送网和业务网正常运行。2、按水平方向划分（1）核心网：含长途网和中继网。（2）接入网：为传送电信业务提供所需的传送承载能力的实施系统。（3）用户驻地网：拥护驻地布线系统。二、电话通信系统二、电话通信系统（一

5、）市话通信网1、单局制电话网络：在一个中小城市或一个县，只设一个交换局，为全网所有用户服务，构成单局制电话网络，如图所示。单局制网一般只适用于发展初期，当城市用户不断发展，服务范围不断扩大情况下，将会出现多个交换局，这时的网路结构如图所示用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块远端模块远端模块PABX中继线交换机长话局长途线路图 单局制电话网络2、多局制电话网络用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块远端模块远端模块中继线交换机长话局长途线路用户用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线交换机用户用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线交换

6、机 对于大城市来说，电话用户多且分布很广，最终网路容量可达数十万或几百万用户，也就是说可能采用6、7位或8位数字的编号计划。这时的网路结构将为两级式，即除端局外还要设一个或多个汇接局，一般组成集中式汇接网, 如图所示 用户用户用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块远端模块远端模块用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线端局端局端局汇接局高效直达电路3、单汇接局集中式汇接网 当网中用户容量继续增长，端局增多时就要实行分区汇接制，即设多个汇接局用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块远端模块用户用户用户用户用户用户远端模块中继线

7、端局端局汇接局用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线用户用户用户用户用户用户用户用户远端模块PABX中继线端局端局汇接局用户用户用户用户用户用户远端模块端局汇接局用户用户用户用户用户用户远端模块远端模块端局4、多汇接局汇接网（二）程控数字用户交换机的系统结构1、系统、系统结构结构用户电路用户集线器用户处理器用户电路远端用户集线器用户处理器数字中继数字中继模拟中继数字中继数字中继线模拟中继线话务台接口话务台信号单元中央处理器数字交换网络存储器I/O设备控制电路维护终端PABX的硬件一般由外围接口电路、信号设备、数字交换网络、控制设备、话务台及维护终端组成，如图所示。2、网络结构、

8、网络结构PABX远端模块远端模块远端模块用户终端用户终端用户终端公用电话网PABX网络是一个星形拓扑结构通信网 1、旅馆型2、医院型3、办公室自动化型4、银行型5、专网型（三）程控数字用户交换机的类型（2）DOD2+DID中继方式 用户级交换网络数字出中继数字入中继数字入中继数字出中继交换网络PABX市话局程控交换机PCM数字中继线路用户级交换网络数字出中继数字入中继数字出中继交换网络PABX市话局程控交换机PCM数字中继线路用户级（四）程控数字用户交换机的进网中继方式1、全自动直拨中继方式（1） DOD1+DID中继方式 3、混合中继方式（DODl+DID+BID中继方式 ）用户级交换网络模

9、拟出中继模拟入中继交换网络PABX市话局程控交换机模拟中继线路用户级话务台用户级交换网络数字出中继数字入中继数字入中继数字出中继交换网络PABX市话局程控交换机PCM数字中继线路模拟入中继模拟中继线路用户级话务台2、半自动直拨中继方式（五）集中用户交换机业务1、集中用户交换机的组网方式（1）单局方式（2）城域方式（3）本地网方式2、集中用户交换机的特点 组网灵活；使用方便、提供业务种类多；与公用网技术同时进步；节省投资；可实现家庭办公；业务更新方便快捷，适应性强 指在移动用户之间和移动用户与固定点用户之间进行的通信。 三、移动通信系统（一）移动通信系统的组成1、移动交换控制中心（MSC）2、基

10、地站（BS）3、移动台（MS）4、与市话网（PSTN）相连接的中继线（三）移动通信室内覆盖系统1、系统的组成（1）信号源（2）传输部分（3）天线系统2、系统的设计要求（1）系统应能克服由于建筑物的屏蔽效应阻碍与外界通信。（2）系统应能确保建筑的各类移动通信用户对移动通信使用需求，并为可预见的未来移动通信技术预留扩展空间。（3）智能建筑（或大型建筑物）内专用移动通信系统的设备的覆盖更注意车库、各个重要通道、走廊等区域。四、IP电话系统（一）IP电话系统的类型1、PC到PC的语音通信2、PC到电话的语音通信3、电话到电话的语音通信（二）IP电话的特点1、IP电话是在基于分组交换的IP网络上传输。2

11、、IP电话在IP网络上传输数据前就采用语音压缩技术。3、IP电话可以支持多种业务形式。4、IP电话费用相当低。（三）IP电话系统组成1、公用电话交换网（PSTN）：负责普通电话用户的基本接入与联通。2、IP网络：提供IP电话的网络传输通路。3、终端：提供音频、视频和数据通信能力。4、网关：是INTERNET网络和其他网络（如PATN、ISDN）之间的接口设备。5、关守：控制网关完成呼叫接续过程。6、支持系统：包括认证中心、计费中心、网终管理中心和业务管理中心。第三节 计算机网络系统一、计算机网络模型v国际标准化组织（简称ISO）1981年推出了开放系统互连，简称OSI七层结构的参考模型，凡是按

12、该模型建立的网络就可以互连，OSI参考模型可以用下图来表示，它是7层参考模型及各同等层协议。（一）OSI参考模型 开放系统应用层表示层会话层传输层网络层物理层OSI物理介质各同等层协议数据链路层应用层表示层会话层传输层网络层物理层数据链路层物理层协议链路层协议网络层协议传输层协议会话层协议表示层协议应用层协议1、OSI参考模型概述（1）分层的意义分层的意义计算机网络系统通常使用的是“分层体系结构”（Layed Architecture），如图所示。也就是说，整体计算机通信任务的完成几乎不可能由单一的程序来实现，而是由一组彼此功能相关的模块来实现，并且各模块之间呈现明显的层次结构。每一层实现一组

13、任务功能。在同层次间的通信进程中，一方计算机的某层与另一方计算机的相应层进行“谈话”。我们称两台计算机中的对应层为同层实体或同等进程，因为双方实现相同的功能并且处在相同的层次上。这样，两个同层实体之间通信时所使用的“语言”就称为协议（Protocol）。通常我们依据协议所在的层次来对协议进行分类。 第N-1层第N层第N+1层物理层第N-1层第N层第N+1层物理层实际通信实际通信逻辑对等通信物理介质（2） 网络协议网络协议 在计算机网络中，两个进程相互通信需要通过交换信息来协调它们的动作和达到同步。而信息的交换必须按照预先共同约好的进程进行，否则就不能实现信息的交换。 例如，网络中的两个操作员通

14、过各自的终端经过网络进行通信，由于这两个终端所用的字符集不同，因此操作员进入的命令彼此不认识。为了能进行通信，规定每个终端都要将各自字符集中的字符，先变换成标准字符集的字符后，才进入网络传送，到达目的终端后，再变换成该终端字符集的自字符。当然，对于不相容的终端，除了需变换字符集字符外，还有其他的特性，如显示格式、行长、行数、屏幕滚动方式亦需要作变换。 这样的协议通常称为虚拟终端协议。又如，通信双方常常需要约定如何开始通信，这也是一种协议。所以协议是通信双方为了实现通信所进行的约定或所作的对话规则。 2、OSI参考模型七层的功能简介（1）物理层：OSI的物理层规范是有关传输介质的特性标准，这些规

15、范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头、针、针的使用、电流、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例：Rj45，802.3等。（2）数据链路层：他定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的各种介质有关。示例：ATM，FDDI等。 （3）网络层：这层对端到端的包传输进行定义，他定义了能够标识所有结点的逻辑地址，还定义了路由实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质，网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例：IP,IPX等。2、OSI参考模型七层的功能简介（4）传输层：这层的功能包括是否选择差

16、错恢复协议还是无差错恢复协议，及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用，还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。（5）会话层：他定义了如何开始、控制和结束一个会话，包括对多个双向小时的控制和管理，以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用，从而使表示层看到的数据是连续的，在某些情况下，如果表示层收到了所有的数据，则用数据代表表示层。示例：RPC，SQL等。 2、OSI参考模型七层的功能简介（6）表示层：这一层的主要功能是定义数据格式及加密。例如，FTP允许你选择以二进制或ASII格式传输。如果选择二进制，那么发送方和接收方不改变文件的内容。如果选择AS

17、II格式，发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASII后发送数据。在接收方将标准的ASII转换成接收方计算机的字符集。示例：加密，ASII等。（7）应用层：与其他计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。例如，一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码，从事字处理工作的程序员也不关心OSI的第7层。但是，如果添加了一个传输文件的选项，那么字处理器的程序员就需要实现OSI的第7层。示例：telnet，HTTP，FTP，WWW，NFS，SMTP等。 TCP/IP已成为计算机网络体系结构的实际标准，得到了市场广泛的认同和实际应用。1、TCP/IP参考模型简介：传输层网际层应

18、用层网络接口层SMTP DNSFTPSNMPRPCUDPTCPEthernet,Token Ring,Fast Ethernet,FDDI,ATMIP(ICMP,ARP,RARP)应用层会话层传输层网络层数据链路层物理层表示层ISO/OSI 网络体系结构对应的 TCP/IP 协议Internet 网络体系结构图 3-13 ISO/OSI 与 Internet 协议体系（二） TCP/IP参考模型2、TCP/IP参考模型各层的功能（1）网络接口层：网络接口层指出主机必须使某种协议与网络连接，以便能在网络上传输分组。（2）网际互联网层：网际层定义了标准的分组格式和协议，即IP协议。该层的功能是使主

19、机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标。（3）传输层：传输层是使源端和目标主机上的对等实体可以进行会话。在这一层定义了两个端到端的协议。一个是传输控制协议TCP，它是一个面向连结的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错地发往另一台机器。另一个协议是用户数据报协议UDP，它是一个不可靠的，无连结的协议，用于不需要TCP排序和流量控制能力而是自己完成这些功能的应用程序。 HTTP：即超文本传输协议，是一种INTERNET的基本协议，用于传输组成WWW网页文件。 FTP：FTP即文件传输协议，是一种可靠的、面向连接的服务，用于客户端和服务器之间的文件传输。 TELNET ：TELNET是远程

20、登录协议，是一种终端仿真协议，用于远程访问服务器和网络设备。 SMTP/POP：用于发送和接收邮件。 DNS：DNS即域名服务器，负责将主机名连同域名转换为IP地址。 DHCP：DHCP即动态主机配置协议，主要作用是为客户机分配动态的IP地址、子网掩码、网关以及其他IP网络参数，从而提供安全、可靠的TCP/IP网络配置。（4）应用层：应用层是TCP/IP网络系统与用户网络应用程序的接口，它包含所有的高层的协议。 （一）计算机网络组成1、网络工作站：PC机、其他设备2、网络服务器：可从性能或功能划分；3、网络传输设备：NIC和网络传输介质；4、局域网交换设备：各种交换机、集线器；5、网络互连设备

21、：中继器、网桥、路由器、网关和访问服务器；6、网络外部设备：磁盘阵列、绘图仪、打印机等；7、网络软件：网络操作系统和网络应用软件二、计算机网络组成与分类1、按覆盖的地理范围分类：（1）局域网（LAN,Local Area Network）（2）城域网（MAN,Metropolitan Area Network）（3）广域网（WAN,Wide Area Network）2、按网络传输技术分类（1）广播网络；（2）点对点网络；（二）计算机网络分类图 3-8 Internet 网络框架美国 Internet主干网国家或地区Internet 主干网国家或地区Internet 主干网国家或地区Inter

22、net 主干网国家或地区Internet 主干网国家或地区Internet 主干网国家或地区Internet 主干网因特网的总体框架3、按网络的拓扑结构分类：总线拓扑结构广泛采用单根传输线作为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连到传输介质上，或称总线上。任何一个站发送的信号都可以沿着介质传播，而且能被所有其他站接收。图a是总线拓扑结构图，图b是带有中继器的总线网。中继器a)b)v总线拓扑的优点：(1)电缆长度短，容易布线 (2)可靠性高(3)易于扩充 v总线拓扑的缺点：(1)故障诊断困难 (2)故障隔离困难 (3)中继器配置 (4)站点必须是智能的 （1）总线拓扑 星形拓扑是由中央结

23、点和通过点到点链路连接到中央结点的各个站点组成, 中央结点执行集中式通信控制策略a)b)v星形拓扑结构的优点：(1)方便服务 (2)每个连接点只接一个设备 (3)集中控制和故障诊断 (4)简单的访问协议 v星形拓扑的缺点： (1)电缆长、安装费用高 (1)电缆长、安装费用高 (3)依赖于中央结点 （2）星形拓扑（3）环形拓扑）环形拓扑 这种拓扑的网络由一些中继器和连接中继器的点到点链路组成 一个闭环，每个中继器都与两条链路相连。中继器计算机传输介质v环形拓扑的优点：(1)电缆长度短 (2)毋需接线盒 (3)可用光纤。v环形网的缺点：(1)结点故障引将引起全网故障 (2)诊断故障困难 (3)不易

24、重新配置网络 (4)拓扑结构影响访问协议。（4）网状形拓扑）网状形拓扑 网状形拓扑主要指各节点通过传输线互联连接起来，并且每一个节点至少与其他两个节点相连。(2) 网络可组建成各种形状，采用多种通信信道，多种传输速率。 (3) 网内节点共享资源容易。(4) 可改善线路的信息流量分配。(5) 可选择最佳路径，传输延迟小。v网状形拓扑的缺点：(1) 控制复杂，软件复杂。(2) 线路费用高，不易扩充。 v 网状形拓扑的优点 : (1) 网络可靠性高，一般通信子网中任意两个节点交换机之间，存在着两条或两条以上的通信路径，这样，当一条路径发生故障时，还可以通过另一条路径把信息送至节点交换机。三、三、 局

25、域网基础局域网基础 该标准系列目前已包括802.115各项， 常用的802.16见下图所示。IEEE 802标准只定义了下两层协议，其他较高层次参考OSI的相应标准。7654321ISO/OSI802.3CSMA/CD物理规范物理规范802.4令牌总线访问方式访问方式物理规范访问方式令牌环物理规范访问方式城域网802.5802.6802.2 逻辑链控制（LLC）IEEE 802 标准802.1 参考文件（一）（一） IEEE 802标准体系 以太网在通信方面有自己的特点：第一，其数据是以帧为单位传输的。第二，以太网内部一般不需中间转接，所以也不要求路由选择。因此，以太网的参考模型相对应于OSI

26、参考模型中的最低两层。应用层表示层会话层传输层网络层物理层数据链路层逻辑链控制子层LLC介质访问控制子层MAC物理层IEEE 802数据传输信号、编码介质OSI（二）以太网标准（IEEE 802.3）（三）（三）以太网的工作原理 以竞争方式发送数据。允许多个站对单个通信信道进行访问，每个站之间互相竞争信道的控制使用权，并据此传送数据，两种主要的竞争方式是，CSMA/CD和CSMA/CA。它们通常用于总线或树形拓扑结构中。 CSMA/CD算法。先听后发，边听边发，遇忙则停，随即待发。 在较轻的负载下，竞争方式提供较好的性能，并使用简单、便宜的网卡，而且不必为等待令牌而耗费时间。（四）以太网组网设

27、备（四）以太网组网设备1、网卡2、中继器和集线器3、网桥和交换机（五）（五）10Mbit/s10Mbit/s以太网以太网组网技术组网技术1、10Base-5组网技术；2、10Base-2组网技术；3、10Base-T组网技术。最大距离从集线器到节点为100米HUB集线器3类UTP细缆以太网主干电缆，无中继器时的最大长度为300米粗缆以太网主干电缆，无中继器时的最大长度为500米终止器收发器收发器收发器粗缆终止器终止器终止器T型连接器细缆(a)(b)(c)距离不小于2.4米距离不小于0.9米（六）高速以太网组网技术（六）高速以太网组网技术100BASE-T是经过实用考验的双绞线以太网标准的100

28、Mbps版。在1995年5月IEEE正式通过作为新规范的快速以太网100BASE-T标准，它的官名为 IEEE802.3u标准。它是现行IEEE802.3标准的补充。新的100BASE-T标准允许包括多个物理层。现在有三个不同的100BASE-T物理层规范，其中两个物理层规范支持长度为100m的无屏蔽双绞线，第三个规范支持单模或多模光缆。与10BASE-T和10BASE-F一样，100BASE-T要求有中央集线器的星形布线结构。100BASE-T的MAC(介质访问方式）与10Mbps“经典”以太网 MAC几乎完全一样，正如以前所述，IEEE 802.3 CSMA/CD MAC具有固有的可缩放性

29、，即它可以以不同速度运行，并能与不同物理层接口。2、 100Mbit/s100Mbit/s以太网组网技术以太网组网技术1、 高速以太网的概念高速以太网的概念3、 1000Mbit/s1000Mbit/s以太网组网技术以太网组网技术(1)千兆位以太网的标准和参考模型 1998年6月IEEE802委员会通过了千兆位以太网标准802.3z，制定的规范包括介质访问控制、拓扑结构、千兆位介质独立接口以及用于公共链路编码的三个物理层接口等。802.3ab是在5类非屏蔽双绞线上运行的千兆位以太网物理层标准10OOBase-T，根据1995年发布的ANSI/TIA/EIA-568A的规范说明安装。该标准支持目

30、前普遍使用的4对5类无屏蔽双绞线，每对双绞线传输25OMbps，4对汇聚成10OOMbps。传输距离为l00米。10OOBase-T采用了与1OOBase-TX相同的自动协商机制，能自动识别1OOMbps和10OOMbps。(2)千兆位以太网应用 铜线的千兆位以太网用于在短距离内服务器和客户机连至交换机。一般用4对5类线，距离在100m以内。 4、 10Gbit/s10Gbit/s以太网组网技术以太网组网技术(1)万兆位以太网的标准和参考模型 2002年IEEE802委员会发布了千兆位以太网标准802.3ae。 (2)万兆位以太网应用（七）交换式（七）交换式以太网以太网1、交换机的工作原理。

31、2、二层交换技术和三层交换技术。（八）虚拟局域（八）虚拟局域网网1、虚拟局域网概述。 2、VLAN原理及实现方法。3、VLAN的类型（1）基于端口的VLAN（2）基于MAC地址的VLAN（3）基于协议的VLAN（九）无线局域网（九）无线局域网无线局域网WLAN(Wireless LAN)就是将无线传输技术，应用在特定有限区域内(如校园、园区等)的计算机网络中，它与卫星、移动电话的中长距离通信不同。目前主要有以下三种标准:蓝牙(Bluetooth)技术，目的是取代目前的红外线应用，提供个人通信设备与计算机的连接，如移动电话、PDA与便携机、打印机之间的连接，形成个人局域网。蓝牙技术在1Om内可提

32、供1Mbps的无线通信能力，最多可连接255个设备，通过放大器可延伸至100m。家用无线电(HomeRF)技术，采用跳频扩频技术，配合共享无线介质访问协议为主要技术的网络，能够兼容传统的电话网络，提供语音传输。HomeRF能在50m内提供1或2Mbps的无线通信能力，最多可连接127个设备，主要应用在家用无线网络上。IEEE802.11标准是IEEE于1997年正式颁布的无线局域网标准. 1990年IEEE802标准化委员会成立802.11无线局域网标准工作组，该工作组任务是制定lMbps和2Mbps数据速率、工作在2.4GHz开放频段的无线设备和网络发展的全球标准。该标准定义物理层和介质访问控制规范，以使无线局域网及无线设备制造商生产可互操作的无线网络设备。 谢谢！