计算机应用专业系列教材PPT——计算机网络

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1、计算机应用专业系列教材 计算机网络 乐清电大网络信息中心 1 陶静烽 第三章 计算机网络的通信子网 u1.掌握信道带宽与传输速率之间的关系。 u2.掌握通信子网的组成。 u3.掌握中继与交换、调制与解调制、编码与解码的概念。 u4.掌握TCP/IP规程的主要内容。 u5.掌握IEEE802.3协议。 u6.掌握网络互连的基本技术和设备：集线器、网桥、路由器和 网关。 u7.理解通信子网和高层应用分离的原则。 u8.理解主要物理通信信道的种类及性能。 u9.理解几种重要的信道复用技术。 u10.理解波特率和比特率的概念。 u11.了解虚拟网络的概念。 u12.了解新的网络技术与通信网络的发展方向

2、。 乐清电大网络信息中心 2 陶静烽 3.1 通信子网概述 u掌握通信子网的概念 u通信子网(communication subnet，或简称子 网)是由用作信息交换的节点计算机NC和通信 线路组成的独立的通信系统，它承担全网的数 据传输、转接、加工和交换等通信处理工作。 乐清电大网络信息中心 3 陶静烽 3.1 通信子网概述 u子网：通常在谈到广域网时才有意义，它指由 网络经营者拥有的路由器和通信线路的集合。 子网的功能是把信息从一台主机传到另一台主 机。 u在大多数广域网中，子网由两个不同的部件组 成，即传输线和交换单元。传输线也称线路、 信道和干线。可以借助传输线在接点之间传送 比特流。

3、交换单元是一种特殊的计算机，用于 连接两条或更多传输线，实际应用中被称为分 组交换节点、中介系统、数据交换等。 乐清电大网络信息中心 4 陶静烽 3.1 通信子网概述 u当通过中间路由器把分组数据从一个路由器发 往另一个路由器时，分组数据会完整地被每个 中间路由器接收并存放起来。当需要的输出线 路空闲时，该分组数据就被转发出去。使用这 种原理的子网被称作点到点、存储转发或分 组交换子网。 u几乎所有的广域网（除了使用卫星的以外）都 使用存储转发子网。 乐清电大网络信息中心 5 陶静烽 3.1 通信子网概述 u主机：有时也称作端点系统(end system)，不 是子网的一部分。 u子网和主机构

4、成网络。 u互联网：由各种网络的连接形成。 乐清电大网络信息中心 6 陶静烽 3.1 通信子网概述 uTCP/IP协议 u其中IP协议用来给各种不同的通信子网层或局 域网提供一个统一的互连平台，TCP协议则用 来为应用程序提供端到端的通信和控制功能。 乐清电大网络信息中心 7 陶静烽 3.2 数据通信基本知识 u掌握波特、波特率、比特率的概念与区别 u波特是用来表示模拟信号每秒钟变化次数的度量单位。 一个b波特的线路传输信号的速率不一定是每秒b比特， 发送信号所需的时间T取决于编码方法和信号频率(每秒 钟信号值改变的次数)，即为每个信号可以运载几比特 (bit)。如果信号值为电压，并且电压值的

5、范围是0-7的 自然数(共8种不同状态)，那么每个信号值可以代表3比 特(3位二进制数)，因而比特率（Bit rate）是波特率（ Baud rate）的3倍。当信号值仅为1和0时(通常在计算 机网络的数字传送中)，故比特率=波特率。在计算机网 络中通指的“b”是比特，即一个二进制位。 乐清电大网络信息中心 8 陶静烽 3.2.1 信道带宽与传输延迟 u信道是通信中传递信息的通道，它由相应的发送信息 与接收信息（有时还包括转发信息）的设备以及与这 些发送和接收信息的相关设备连接在一起的传输介质 组成。 u如果有多个信息源以及多个接收端经过传输介质连接 在一起进行信息通信与共享，称该信道为共享信

6、道， 反之称为独占信道。 u全双工信道、单工信道、半双工信道：P63 u在理想状态下，即发送端所发送的信号都能到达接收 端，我们把信道两端的发送接收设备能够改变比特信 号的最大速率称为带宽，用Hz（赫兹）表示。 乐清电大网络信息中心 9 陶静烽 3.2.2 信道容量与信道复用 u信道容量指单位时间内信道上所能传输的最大比特数， 用bps（比特/秒）表示。 u香农定理（Claude Shannon，1948）： uC=Wlog2(1+S/N) (bps) uC为信道容量，W为信道带宽，S为信号功率，N为噪声 功率 u香农定理指出： u1.提高信号与噪声之间的功率比能够增加信道容量。 u2.当噪声

7、功率N 0时，信道容量 ，即无干扰信道 的容量为 ，信道传输信息的多少完全由带宽决定，此 时每秒所能传输的最大比特数D=2W（奈奎斯特） u3.信道容量一定时，带宽W与信噪比S/N之间可以互换 ，即提高信噪比与提高带宽具有等价意义。 乐清电大网络信息中心 10 陶静烽 3.2.2 信道容量与信道复用 u根据香农定理，我们在实际中可采用的对策： u1.在近距离传输时，通常噪声较小，信号功率 损耗低，可采用未经调制的电脉冲信号直接传 输。此时所传输的信息量只与信号带宽有关。 u如果远距离传输，必须提高信噪比。很重要的 一点是增加信号的功率。 u当信道容量一定时，如果信号频率过低，则造 成信道浪费。

8、此时可以让不同的信息源共享信 道，即信道复用。 乐清电大网络信息中心 11 陶静烽 3.2.2 信道容量与信道复用 u频分多路复用： u本质上就是在频率上并列地把要传输的几个信 息合在一起，形成一个合成的信号后进行传输 。主要针对模拟信号。 u时分多路复用： u被广泛应用于包括计算机网络在内的数字通信 系统。主要特点是按信道内传送信号的最大周 期Ts为间隔，在Ts内按信道带宽划分相应的时 隙，并利用这些时隙来传递各路信号。 乐清电大网络信息中心 12 陶静烽 3.2.2 信道容量与信道复用 u波分多路复用（WDM）： u在光纤信道上使用的是频分多路复用的一个变 种，即波分多路复用。为了在同一时

9、刻能进行 多路传送，需将光纤可工作的有效波长划分为 多个波段。波分复用技术主要用于全光纤网组 成的通信系统，将是计算机网络系统今后的主 要通信传输复用技术之一。 u码分多路复用（ CDMA ）： u是一种用于移动通信系统的新技术，笔记本电 脑或PDA以及HPC等移动性计算机的连网通信 将会大量用到码分复用技术。 乐清电大网络信息中心 13 陶静烽 计算机网络中三种信道连接方式 u1点到点连接，即通信双方处于信道两端， 其它通信设备不与其发生信息共享与交互。 u2共享信道，即多台计算机连接到同一信道 的不同分支点上，任何用户都可以向此信道发 送数据，在信道上所传播的数据，根据情况， 可被全体用户

10、接收(这称为广播，Broadcast) ，也可以只被指定的若干个用户接收(这称为 组播，Multicast)。 u3信道复用。即在同一共享信道上实现多个 互相独立的点到点连接。 乐清电大网络信息中心 14 陶静烽 数据传输涉及以下两个问题 : 传输模式 数据在信道上传输所采取的方式: l计算机与计算机之间, l计算机内部各部件之间, l计算机与外部设备之间 同步技术: 保证数据通信系统中,通信系统的接收/发送端工作的协 调一致性 收发两端的时钟同步, 收发两端定时信号频率相同 收发两端定时信号间相位保持固定 接收端按发送端发送的每个码元的重复频率和其止时间来接 收数据,并同时不断的校准时间和频

11、率 载波同步 位(位元)同步 群(组,帧)同步 乐清电大网络信息中心 15 陶静烽 数据传输模式的分类 分类方式 分 类 按数据代 码传输 的 顺序 按数据传 输的同步 方式 按数据传 输的流向 和时间关 系 传输数据的信 号特点 并行传输同步传输 单工传输基带传输 串行传输异步传输 双工传输频带传输 全双工传输 数字数据传输 乐清电大网络信息中心 16 陶静烽 异步传输和同步传输 u数据传输有并行和串行 两种方式。 u字符同步: 在串行传输 时,接收为从串行数据码 流中正确的划分出发送 的一个个字符所采取的 措施 并行传输：主要用于 局域网等距离比较近 的情况，至少有八位 数据同时传输。 串

12、行传输：用于距离 较远的情况，每次只 传输一位数据。 数据传输 并行传输串行传输 同步传输异步传输 根据实现字符同 步方式的不同做 的划分 乐清电大网络信息中心 17 陶静烽 数据传输方式 并行传输 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b7 b6 串行传输 乐清电大网络信息中心 18 陶静烽 3.2.3 异步通信与基带传输 u1异步通信（群同步）。即指发送方和接收 方之间不需要严格的定时关系。也就是说，发 送者可以在任何时候发送数据，只要被发送的 数据已经是可以发送的状态的话。接收者则只 要数据到达，就可以接受数据。 u2同步通信（位同步）。则要求发送和接收 数据的双方需要严格的定时关系。 乐

13、清电大网络信息中心 19 陶静烽 3.2.3 异步通信与基带传输 u3 基带传输。未经调制的电脉冲信号呈现方 波形式，所占据的频带通常从直流和低频开始 ，因而称为基带信号。由于在近距离范围内， 基本信号的功率衰减不大，从而信号容量不会 发生变化。因此，在传输距离较近时，计算机 网络系统都采用基带传输方式。 u4 宽带传输。在远程传输中，特别是通过无 线信道或光信道进行的数据传输过程中，那些 由编码表示的数字基带信号必须经过高频调制 后才能在信道中进行传输，我们把这种传输称 为数字基带信号的载波传输或宽带传输。 乐清电大网络信息中心 20 陶静烽 3.2.4 远距离通信与载波传输 u为了将数字信

14、号传输到较远的地方，必须对数 字信号进行载波传输。否则，信号功率衰减或 干扰使得信号变弱而使得接收方无法接收。 u与传输模拟信号时相同，数字信号的调制也是 采用调幅、调频和调相等三种不同的调制方法 u与调幅传输相比，调频与调相传输具有抗干扰 能力强等优点。但是，调频与调相方式实现起 来成本相对较高。所以，在数字通信系统中大 多以载波调幅传输方式为主。 乐清电大网络信息中心 21 陶静烽 3.2.5 调制解调器 u接收一串数据位，并根据这些比特流调制载波 的硬件线路称为调制器 u接收载波，并重建调制在载波上的数据的硬件 线路称为解调器 u绝大多数网络允许数据双向流动，为支持这一 全双工通信，第一

15、站点都需要一个调制器用于 发送数据和一个解调器用于接收数据。为降低 成本以及更易于安装和操作，制造商将两个线 路组合在单个设备中，称其为Modem。 乐清电大网络信息中心 22 陶静烽 3.2.6 中继器 u中继器是网络物理层的一种介质连接设备。由 于信号在网络传输介质中有衰减和噪音，使有 用的数据信号变得越来越弱，为了保证有用数 据的完整性，并在一定范围内传送，要用中继 器把所接收到的弱信号提出，再放大以保持与 原数据相同。 u中继器是当前以太网标准的一部分，如果任何 一对工作站之间的中继器超过四个，网络便不 能正常运行。 u使用中继器存在的问题 P74 乐清电大网络信息中心 23 陶静烽

16、3.2.7 交换机 u一、为什么要用交换技术？ u1.随着存储器和处理能力大大增加，计算机、 工作站和服务器配置更强大，处理速率更快和 功能更强，这就使机器对通信的需求增加，包 括要求系统可持续通过网络访问远程文件进行 传输，漫游因特网使用共享设备等 u2.整个网络的增长，同时也在考验网络的基础 设备。此时应首选采用以太网交换。 乐清电大网络信息中心 24 陶静烽 3.2.7 交换机 u二、用交换改进网络 u交换机区别同类网络设备的三个重要因素： u1.整体速度（交换机快得多）； u发送方法或电子逻辑（更智能）； u更多的端口数。 乐清电大网络信息中心 25 陶静烽 3.2.7 交换机 u三、静态交换和动态交换 u使用动态交换机的优点： u把动态交换机装入网络很长时间以后，它仍会 节省大量的时间和能源。因为每次设备通过网 络广播时交换机就更新其发送表，避免一个端 口一个端口的重新来安排网络、交换站，使之 按最适合的方式配置。当然，表是自动更新的 。 乐清电大网络信息中心 26 陶静烽 3.2.7 交换机 u四、分段交换与端口交换 u