计算机网络技术第二章课件.ppt

1、第二章 数据通信基础2 21 1 数据通信的基本概念2.1.1 信息和数据1信息 信息是对客观事物的反映,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，也可表示物质与外部的联系。信息有各种存在形式。2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。数据可以分成两类：模拟数据和数字数据。模拟信号模拟信号是随时间连续变化的物理量。如声音就是一个模拟信号，当人说话时，空气中便产生了一个声波，这个声波 包含了一段时间内的连续值（无穷多个）。数字信号数字信号相对于时间和幅值而言都是不连续的，即离散的物理量，他只包含有限数目的固定值。最简单的数字信号是二进制数字0和1.数字信号从一个

2、值到另一个值的变化是瞬时发生的。2.1.2 信道和信道容量1信道 信道是传送信号的一条通道，可以分为物理信道和逻辑信道。物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，由传输及其附属设备组成。逻辑信道也是指传输信息的一条通路，但在信号的收、发节点之间并不一定存在与之对应的物理传输介质，而是在物理信道基础上，由节点设备内部的连接来实现。信道的分类 信道按使用权限可分为专业信道和共用信道。信道按传输介质可分为有线信道、无线信道和卫星信道。信道按传输信号的种类可分为模拟信道和数字信道。2信道容量 信道容量是指信道传输信息的最大能力，通常用数据传输率来表示。即单位时间内传送的比特数越大，则信息的传输能力也就

3、越大，表示信道容量大。2.1.3 码元和码字在数字传输中，有时把一个数字脉冲称为一个码元，是构成信息编码的最小单位。计算机网络传送中的每一位二进制数字称为“码元”或“码位”，例如二进制数字10000001是由7个码元组成的序列，通常称为“码字”。2.1.4 数据通信系统主要技术指标1比特率：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代码的有效位（bit）数，单位用比特每秒（bps）或千比特每秒（Kbps）表示。2波特率：波特率是一种调制速率，也称波形速率。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，其单位为波特（baud）。3误码率：误码率指信息传输的错误率，也

4、称误码率，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。4吞吐量：吞吐量是单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是字节/秒或位/秒。在单信道总线型网络中，吞吐量=信道容量传输效率。5通道的传播延迟：信号在信道中传播，从信源端到达信宿端需要一定的时间，这个时间叫做传播延迟（或时延）。2.1.5 带宽与数据传输率 1.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减去最低频率之差。带宽越大，所能达到的传输速率就越大，所以通道的带宽是衡量传输系统的一个重要指标。2.数据传输率 数据传输率是指单位时间信道内传输的信息量，即比特率，单位为比特/秒。一般来

5、说，数据传输率的高低由传输每一位数据所占时间决定，如果每一位所占时间越小，则速率越高。2.2.1 数字数据的数字信号编码01001011数数据据(a)非归零码同步时钟(b)曼彻斯特编码(c)差分曼彻斯特编码2.2.1 数字数据的数字信号编码01001011数数据据(a)非归零码同步时钟(b)曼彻斯特编码(c)差分曼彻斯特编码2.3 数据通信方式 在计算机内部各部件之间、计算机与各种外部设备之间、计算机与计算机之间，都是以通信的方式传递交换数据信息。本节将对通信方式进行介绍。2.3.1 并行通信与串行通信 并行传输优势在于速度，并行通信适用于近距离传输。串行通信比并行通信传输速度慢，但串行通信节

6、省了大量通信设备和通信线路，其更适合远距离通信。其在计算机网络中普遍采用。发送端接收端串行通信信道串行通信信道(a)(a)发送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并并行行通通信信信信道道(b)(b)2.2 数据传输方式2.2.1 数据通信系统模型2.2.2 数据线路的通信方式 根据数据信息在传输线上的传送方向，数据通信方式有：单工通信 半双工通信 双工通信2.3.2 单工、半双工、全双工通信 按照数据在线路上的流向，串行数据通信可分为3种类型：单工通信、半双工通信和全双工通信。发送接收单向通道单向通道双向通道双向通道双向通道双

7、向通道(a)(a)(b)(b)(c)(c)发送接收接收发送发送接收接收发送单工数据传输：两站之间只能沿指定方向传输数据，反向传联络信号半双工数据传输：两站之间可以沿两个方向传输数据，但两个方向不能同时传输双工数据传输:两站之间可以同时两个方向传输数据A站B站正向数据信道反向信道A站B站正向数据信道反向信道A站B站 基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。比如：以太网（局域网）频带传输：数字信号调制成音频模拟信号后在传送，接收方需要解调。例：通过电话网络传输数据。宽带传输：把信号调制成频带为几十MHZ到几百MHZ的模拟信号后在传送，接收方需要解调。例：闭路电视的信号传输。第二节

8、 数据交换方式一、线路交换方式（电路交换方式）线路交换方式的通信过程p线路建立阶段：如果主机H1要向主机H2传输数据，首先要通过通信子网在主机H1与主机H2之间建立线路连接。主机H1首先向通信子网中节点A发送“呼叫请求包”，其中含有需要建立线路连接的源主机地址与目的主机地址。节点A根据目的主机地址，根据路选算法，如选择下一个节点为B，则向节点B发送“呼叫请求包”。其它节点动作基本类同。至此，从“主机H1-节点A-节点B-节点C-节点D-主机H2”的专用物理线路连接建立完成。第二节 数据交换方式一、线路交换方式（电路交换方式）线路交换方式的通信过程p数据传输阶段：在主机H1与主机H2通过通信子网

9、的物理线路连接建立以后，主机H1与主机H2就可以通过该连接实时、双向交换数据。p线路释放阶段：在数据传输完成后，就要进入路线释放阶段。一般可以由主机H1向主机H2发出“释放请求包”，主机H2同意结束传输并释放线路后，将向节点D发送“释放应答包”，然后按照节点C-节点B-节点A-主机H1次序，依次将建立的物理连接释放。这时，此次通信结束。第二节 数据交换方式一、线路交换方式（电路交换方式）线路交换方式的特点p通信子网中的节点是用电子或机电结合的交换设备来完成输入与输出线路的物理连接；p交换设备与线路分为模拟通信与数字通信两类；p线路连接过程完成后，在两台主机之间已建立的物理线路连接为此次通信专用

10、，电路利用率低；p通信子网中的结点交换设备不能存储数据，不能改变数据内容，并且不具备差错控制能力；p信息传输效率较高，对用户提供“透明”传输通路。第二节 数据交换方式二、报文交换方式 报文交换的基本原理p报文交换不事先建立物理电路，当发送方有数据要发送时，它把要发送的数据当作一个整体交给中间交换设备，中间交换设备先将报文存储起来，然后选择一条合适的空闲输出线将数据转发给下一个交换设备，如此循环往复直至将数据发送到目的结点。报文的基本格式第二节 数据交换方式二、报文交换方式 报文交换的特点p线路效率较高，因为许多报文可以分时共享一条节点到节点的通道；p不需要同时使用发送器和接收器来传输数据，网络

11、可以在接收器可用之前，暂时存储这个报文；p在线路交换网上，当通信量变得很大时，就不能接受某些呼叫；p报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地；p根据报文的长短或其他特征能够建立报文的优先权，使得一些短的、重要的报文优先传递，且可以进行速度和代码的转换。第二节 数据交换方式三、分组交换方式 分组交换的基本原理p分组交换与报文交换的工作方式基本相同，形式上的主要差别在于，分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度,一般选128B。p发送节点首先对从终端设备送来的数据报文进行接收、存储，而后将报文划分成一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。接收节点将接收到的分组重新组装成信息或报文。分组的基

12、本格式第二节 数据交换方式三、分组交换方式 分组交换的实现方式p虚电路方式：两个用户(DTE)在进行通信之前通过网络建立的逻辑上的连接。在同一条物理线路上可以同时建立多个虚电路。包括呼叫建立、数据传输和呼叫释放阶段。p数据报方式：每个分组单独传送，称为数据报，每个数据报都包含源节点和目的节点的地址信息。p二者之间的比较：第二节 数据交换方式三、分组交换方式 分组交换的特点p具有分段差错流量控制功能，传输质量高；p对线路动态多路复用，传输效率高；p可在不同种类的终端之间通信；p服务质量(QoS)可靠，经济性好；p时延不固定，平均时延较长；p分组头部增加开销，不适宜传送实时性要求高的数据。第二节

13、数据交换方式三、分组交换方式 分组交换的基本原理p分组交换与报文交换的工作方式基本相同，形式上的主要差别在于，分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度,一般选128B。p发送节点首先对从终端设备送来的数据报文进行接收、存储，而后将报文划分成一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。接收节点将接收到的分组重新组装成信息或报文。分组的基本格式*第二节第二节 数据交换方式数据交换方式三、分组交换方式三、分组交换方式 分组交换的实现方式分组交换的实现方式虚电路方式虚电路方式数据报方式数据报方式I、传输需连接建立和释放的过程；、传输需连接建立和释放的过程；II、数据块中仅含少量的地址信息，用户的、数

14、据块中仅含少量的地址信息，用户的连续数据块沿着相同的路径，按序到连续数据块沿着相同的路径，按序到达目的地；接受站点处理方便。达目的地；接受站点处理方便。III、如果虚电路中的某个结点或者线路出现、如果虚电路中的某个结点或者线路出现故障，将导致虚电路传输失效。故障，将导致虚电路传输失效。IV、虚电路方式较适合站点之间大批量的虚电路方式较适合站点之间大批量的数据传输。数据传输。I、传输无需连接建立和释放的过程；、传输无需连接建立和释放的过程；II、每个数据报中需带较多的地址信息；、每个数据报中需带较多的地址信息；III、用户的连续数据块会无序地到达目的地；、用户的连续数据块会无序地到达目的地；接受

15、站点处理复杂。接受站点处理复杂。IV、当使用网状拓扑组建网络时，任一中间结、当使用网状拓扑组建网络时，任一中间结点或者线路的故障不会影响数据报的传点或者线路的故障不会影响数据报的传输（可以选择不同的路径），可靠性较输（可以选择不同的路径），可靠性较高。高。V、数据报较适合站点之间少量数据的传输。、数据报较适合站点之间少量数据的传输。*第二节第二节 数据交换方式数据交换方式四、三种交换方式的比较四、三种交换方式的比较 三种交换技术总结如下三种交换技术总结如下p线路交换线路交换：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

16、将一直被一对用户完全占有；直被一对用户完全占有；p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；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；p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。度，到达目的地后需重新将分组组装成报文。电路交换 报文交换 分组交换第二节 数据交换方式四、三种交换方式的比较 三种交换技术总结如下p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；p报文交换：报文从发送方传送

17、到接收方采用存储转发的方式；p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。电路交换 报文交换 分组交换第二节 数据交换方式三、分组交换方式 分组交换的基本原理p分组交换与报文交换的工作方式基本相同，形式上的主要差别在于，分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度,一般选128B。p发送节点首先对从终端设备送来的数据报文进行接收、存储，而后将报文划分成一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。接收节点将接收到的分组重新组装成信息或报文。分组的基本格式（1）电路交换：在数据传输期间，源（发送点）与目的（接收点）之间构成一条实际连

18、接的专用物理线路。（2）报文交换：不需要建立一条专用物理线路，信息分成报文一站一站地从源地址送到目的地址。即存储-转发方式。报文长度不固定，有点像寄出一封信传送方式一样。（3）分组交换：同样不需要建立一条专用物理线路，不过信息传送的单位不是报文，而是分组。特征是其最大长度比报文短很多。基本原理与报文交换相同。2.2.3 数据传输方式 数据传输方式依其数据在传输线原样不变地传输还是调制变样后再传输，可分为基带传输、频带传输和宽带传输等方式。1.基带传输 2.频带传输 3.宽带传输2.3 数据交换技术通常使用四种交换技术：电路交换报文交换分组交换信元交换。2.3.1 电路交换电路交换（也称线路交换

19、）在电路交换方式中，通过网络节点（交换设备）在工作站之间建立专用的通信通道，即在两个工作站之间建立实际的物理连接。一旦通信线路建立，这对端点就独占该条物理通道，直至通信线路被取消。电路交换的主要优点是实时性好，由于信道专用，通信速率较高；缺点是线路利用率低，不能连接不同类型的线路组成链路，通信的双方必须同时工作。电路交换必定是面向连接的，电话系统就是这种方式。电路交换的三个阶段：电路建立阶段数据传输阶段拆除电路阶段2.3.2 报文交换报文是一个带有目的端信息和控制信息的数据包。报文交换采取的是“存储转发”（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的两个节点之间建立专用的物理线路。

20、报文交换的主要缺点是网络的延时较长且变化比较大，因而不宜用于实时通信或交互式的应用场合。在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在，报文交换已经很少有人使用了。2.3.3 分组交换分组交换也称包交换，它是报文交换的一种改进，也属于存储-转发交换方式，但它不是以报文为单位，而是以长度受到限制的报文分组（Packet）为单位进行传输交换的。分组也叫做信息包，分组交换有时也称为包交换。分组在网络中传输，还可以分为两种不同的方式：数据报和虚电路。数据报无连接，分组经过不同路径，乱序，不可靠

21、。对于短报文数据，通信传输率比较高，缺点是传输时延较大，时延离散度大。54231ABCDE4 32113222434312 3 1 4虚电路 面向连接，分组按序到达，可靠。优点面向连接，分组按序到达，可靠。优点：对于数：对于数据量较大的通信传输率高，分组时延短。缺点是：据量较大的通信传输率高，分组时延短。缺点是：对网络的依赖性较大。对网络的依赖性较大。54321AEDCB4 3 2 14 3 2 14 3 2 1 虚电路这一术语是为了区别线路交换而言的，线路交换是各交换节点未发送站和接收站建立一条专用的物理通路。而虚电路是在交换节点之间建立路由，即在交换节点的路由表内创建一个表项。因此虚电路不

22、是一条专用线路，他可以与其他连接共享。分组交换的优点高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。灵活 以分组为传送单位和查找路由。迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。2.3.4 信元交换技术信元交换技术（ATM，Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）ATM是一种面向连接的交换技术，它采用小的固定长度的信息交换单元（一个53Byte的信元），话音、视频和数据都可由信元的信息域传输。它综合吸取了分组交换高效率和电路交换高速率的优点，针对分组交换速率低的弱点，利用电路交换完全与协议处理几乎无关的特点，通过高性能的硬件设备来提高处理速度，以实现高速化。ATM是一种广域网主干线的较好选择。2.4 差错检验与校正 数据传输中出现差错有多种原因，一般分成内部因素和外部因素。内部因素有噪音脉冲、脉动噪音、衰减、延迟失真等。外部因素有电磁干扰、太阳噪音、工业噪音等。为了确保无差错地传输，必须具有检错和纠错的功能。常用的校验方式有奇偶校验和循环冗余码校验。2.4.1 奇偶校验采用奇偶校验时，若其中两位同时发生错误，则会发生没有检测出错误的情况。2.4.2 循环冗余码校验。这种编码对随机差错和突发差错均能以较低的冗余充进行严格的检查。