計算機通信與網絡基礎

一、概論

1.計算機通信與網絡的主要發展過程

第一階段：面向終端的計算機網絡。

第二階段：多個計算機互連的計算機網絡。

第三階段：面向標準化的計算機網絡。

第四階段：面向全球互連的計算機網絡。

2. 我國的網絡發展現狀

3. 計算機通信與網絡的定義和組成

計算機網絡的定義：把分布在不同地點且具有獨立功能的 多個計算機 ，通過通信設備和線路 連接 起來，在功能完善的網絡軟件運行環境下，以實現網絡中 資源共享 為目標的系統。

計算機網絡的組成：終端系統和通信子網。

4. 網絡的類型及其特征

根據網絡拓補結構分類：

?  星型結構

?  樹型結構

?  總線型結構

?  環型結構

?  網絡型結構

根據網絡覆蓋的范圍分類：

個人局域網 PAN 、局域網 LAN （以太網、無線局域網 WLAN ）、城域網 MAN 、廣域網 WAN 、因特網

無線網絡：

無線個域網 WPAN （藍牙、 ZigBee 、 UWB ）、無線局域網 WLAN 、無線城域網 WMAN 、無線廣域網 WWAN

5. 計算機通信協議與網絡體系結構

網絡協議的定義：通信雙方必須遵循的、控制信息交換的 規則 的 集合 。

三要素：

語法：數據與控制信息的結構或格式，確定通信時采用的數據格式，編碼及信號電平等。

語義：對構成協議的協議元素含義的解釋。

同步：規定了時間的執行順序。

網絡體系結構：即為網絡進行分層，并規定了各層功能和各層協議。

協議層次模型包含：

實體：通信時能發送和接收信息的人和軟硬件設施。

接口：網絡分層結構中各相鄰層之間的通信接口。

N層是N-1層的用戶，為N+1層提供服務。

OSI-RM體系結構（開放系統互連基本參考模型）

   物理層：利用傳輸介質為通信的網絡節點之間建立、維護和釋放物理連接，實現比特流的透明傳輸。

   數據鏈路層：在通信的實體之間建立數據鏈路連接，傳輸以幀為單位的數據包。

網絡層：為分組交換網絡上的不同主機提供通信服務，為以分組為單位的數據包用過通信子網選擇適當的路由，并實現擁塞控制、網絡互聯等功能。

傳輸層：向用戶提供端到端的數據傳輸服務。

會話層：負責維護通信中兩個節點之間的會話連接的建立、維護和斷開，以及數據的交換。

表示層：用于處理在兩個通信系統中交換信息的主要方式；

應用層：2為應用程序通過網絡服務。

TCP/IP體系結 構：

應用層

傳輸層

互連網絡層

網絡接入層

兩種體系結構的不同：

1.出發點不同

2.TCP/IP可越層

RFC文檔：

目前在國際上最著名的兩個國際標準化組織分別是ISO和ITU-T。ITU-T主要負責電話和數字通信領域的建議和標準。因特網的標準化工作由IAB負責，下設任務組負責具體某一方面的標準，如IETF負責因特網近期發展的工程和標準問題，形成RFC文檔。

二、數據通信技術基礎

1.數據通信的基本概念

信息：設計數據的內容和解釋；

數據：信息的載體，預先約定的具有某種含義的數字、符號和字母的組合；

信號：數據的電磁編碼。

模擬信號：信號的幅度隨時間做連續變化。

數字信號：不連續的、離散的信號

傳輸媒體

有線：雙絞線、同軸電纜、光纜

無線：無線電波、地面微波、衛星微波、紅外線技術

數據通信系統的技術指標

數據傳輸速率

傳碼速率NBd：每秒鐘傳輸信號碼元的個數，單位波特Baud。如信號碼元持續的時間為T秒，則傳碼速率為1/T波特。

傳信速率 Rb：每秒鐘傳輸二進制碼元的個數，單位是比特每秒。 若為 M電平：Rb=NBd*log2 M

信道帶寬：數字信號發展起來后，變為數據傳信速率

誤碼率和誤組率

誤碼率 P=e1(出錯的比特數)/e2(總傳輸比特數)

誤組率P=b1(出錯的組數)/b2(總傳輸組數)

時延

時延=發送時延+傳播時延+處理時延

發送時延 =數據塊 長度（ b）/信道帶寬（b/s）

傳播時延=信道長度（m）/電磁波在信道上的傳播速度（m/s）

2.數據傳輸方式

并行傳輸和串行傳輸

并行傳輸：數據以成組的方式，在多條并行信道上同時進行傳輸。

串行傳輸：組成字符的若干位二進制碼排列成數據流在一條信道上逐位順序傳輸。是遠程通信主要采用的一種傳輸方式。

異步傳輸和同步傳輸

異步傳輸：起始位一個碼元長度，極性為0，停止位長度可選1、1.5、2個碼元長度，極性為1。

同步傳輸：以固定的時鐘節拍發送數據信號，發送的數據以幀為單位，一幀數據的前后有同步字符和結束字符。高速環境下主要使用用戶通信。

單工、半雙工和全雙工傳輸

模擬傳輸和數字傳輸

3.數據傳送技術

數據序列的電信號表示

單極性碼和雙極性碼

不歸零碼和歸零碼

差分編碼

偽三進制碼

曼徹斯特碼

差分曼徹斯特碼

信道容量的概念

奈奎斯特定理C=2Wlog2M

香農定理C=Wlog2（1+S/N），其中（S/N）dB=10lg（信號頻率/噪聲頻率）

基帶傳輸

         矩形脈沖信號的固有頻帶稱為基本頻帶，數字通信信道上，計算機中的數據是以矩形脈沖信號直接傳送的，這種傳送方法叫做基帶傳輸。

頻帶傳輸

幅移鍵控（數字調幅）

頻移鍵控（數字調頻）

相移鍵控（數字調相）

數字數據傳輸

抽樣

量化

編碼

4.多路復用技術

頻分復用

時分復用

靜態時分復用：多個用戶的數據信號分別置于預定的時隙。

動態時分復用：按需分配資源

碼分復用

碼片序列之間，互不相同，互相正交。

波分復用

5.  數據交換技術

交換即為集中和轉發。

電路交換

三個階段

呼叫建立階段：采用靜態時分復用技術。

通信階段

連接釋放階段

其中建立的物理連接含義指主被叫之間建立的連接是由主被叫之間獨享的。

報文交換

采用“存儲-轉發”方式對每份報文完整的加以處理，但是時延長。

分組交換

兩種服務方式：

虛電路：早期分組交換網使用，面向連接，確定路由，動態時分復用。

數據報：Internet采用。來自同一報文的多個分組可能途徑不同路由，不需建立連接。

比起電路交換，最大的缺點是不能滿足實時應用，其他的缺點如控制開銷大。

6.  差錯控制技術

基本原理

差錯可分為隨機差錯和突發差錯

控制方式

自動請求重發

前向糾錯

混合方式

信息反饋

編碼

奇偶校驗碼

漢明碼

循環冗余校驗碼CRC

特性

一種碼中的任何兩個許用碼組按模2相加后，形成的新序列仍為一個許用碼組；若兩個相同許用碼組相加則得一個全0序列，所以循環冗余校驗碼一定包含全0碼字。

一個許用碼組每次循環移位的結果一定也是碼字集合中的另一個許用碼組。

編碼

（1） 求 M（想）所對應的碼字，并乘以x^(n-k)

（2）將所求碼字被G(x)除，求其余式

（3）得x^(r)M(x)異或R(x)，即為所求碼字

數據通信接口特性

DTE（數據終端設備）發送的數字數據通過通信接口，經傳輸信道到達接收端的DCE（數據電路終接設備），在經過通信接口傳送到服務器，反之亦然。

機械特性、電氣特性、功能特性、規程特性