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1、互联网及其应用,主讲人：唐春兰 联系电话：18783208833 E-mail： 内江师范学院计算机科学学院,第一部分 互联网理论,第1章 数据通信概述 第2章 计算机网络体系结构 第3章 Internet/Intranet概述,第1章 数据通信概述,数据通信的基础概念 数据交换技术 传输介质 数据传输中的差错控制,数据通信的基础概念,通信系统模型,数据通信是以计算机参与、能直接进行各种数据传输为特征的现代通信技术的一种。 一般点到点的通信系统都可由下图加以概括：,数据通信的基础概念,通信系统模型,发送端信源的作用是把各种可能信息转换成原始电信号 变换器转换成适合于在信道上传输的信号 信道是信
2、号的传输媒体及有关的设备如中继器等 通过信道传输到远地的电信号先由接收端的反变换器转换复原成原始的信号，再送给接收者信宿，而后由信宿将其转换成各种信息 噪声源，是信道中噪声(noise) ，即对信号的干扰以及分散在通信系统其它各处的噪声的集中表示,数据通信的基础概念,通信系统模型,单工(simplex) 通信 一端只发送，而另一端只接收 上图中给出的是一个单向通信系统的模型 双工(duplex) 通信 此时信源与信宿合为一体，变换器与反变换器也合为一体 分为：全双工(full duplex) 和半双工(half duplex),数据通信的基础概念,通信系统模型,数据(data)运送消息的实体。
3、 信号(signal)数据的电气的或电磁的表现。 模拟信号 例如电话线（信道）上传送的按照话音强弱幅度连续变化的电波就是一种连续变化的电信号 数字信号 计算机产生的电信号则是电脉冲序列串，每一瞬间的电压取值只可能是离散的有限个，比如说是+3v或0v两种不同的值 按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把信道分为两类： 模拟信道 数字信道,数据通信的基础概念,数据通信中的主要技术指标,数据传输速率 速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等。（也叫码元速率、调制速率或波特
4、率） 信号传输速率 指单位时间内传送的二进制信息位数。,数据通信的基础概念,数据通信中的主要技术指标,信道容量 信道的最大数据传输速率。单位也是bit/s. 信道容量与信道本身的情况有关。 奈奎斯特(Nyquist)推导出了著名的奈氏准则 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。得出提高信噪比，就能提高信道容量的结论。 误码率 误码率是衡量数据通信系统在正常工作时的传输可靠性的指标。定义为二进制数据位在传输时出错的概率。 计算机网络中，一般要求误码率不能超过10-6,数据通信的基础概念,数据编码技术和时钟同步,除了模拟数据的模拟
5、信号传输外，数字信号数据的模拟信号传输、数字数据的数字信号传输和模拟信号的数字信号传输，这3种情况都需要对数据进行某种形式的表示，即数据编码。,数据通信的基础概念,数字信号数据的模拟信号编码,这三者分别成为幅度调制(Amplitude Modulation)、频率调制(Frequency Modulation)或相位调制(Phase Modulation)，亦可分别简称为调幅(AM)、调频(FM)或调相(PM)。,数据通信的基础概念,数字信号的编码方法,曼彻斯特编码（Manchester Encoding） 为了自带位同步（或称比特同步）信号而采用的一种编码方法 在曼彻斯特编码中每个比特持续时
6、间分为两半，在发送比特1时，前一半时间电平为高，而后一半时间电平为低；在发送比特0时则正好相反。这样，在每个比特持续时间的中间肯定有一次电平的跳变，接收方可以通过检测该跳变来保持与发送方的比特同步。,数据通信的基础概念,数字信号的编码方法,差分曼彻斯特编码（Differential Manchester Encoding）,数据通信的基础概念,数字信号的编码方法,曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码 由于有自同步和抗干扰的优点，曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码已被某些局域网的标准采用 缺点是在每比特的持续时间内将可能出现多达两次跳变，编码效率只有50%。,数据通信的基础概念,模拟信号的数字信号编码方法
7、（脉码调制）,模拟信号的数字传输,数据通信的基础概念,模拟信号的数字信号编码方法（脉码调制）,取样 按照一定的时间间隔采样测量模拟信号幅值 奈奎斯特定理可以证明，若模拟信号的带宽是H Hz，则2H的取样频率就足以捕获可恢复原有模拟信号的信息。 量化 将取样点处测得的信号幅值分级取整的过程 量化就是将模拟信号的最大可能幅值等分为若干级（通常为2n级），而后测量得到的幅值按此分级舍入取整，得到一个正整数。 编码 将量化后的整数值用二进制数来表示,数据通信的基础概念,模拟信号的数字信号编码方法（脉码调制）,脉码调制例子 该图中的例子是一个4 kHz的音频 模拟信号，故125 s取样一次。 量化时是按
8、最大幅值等分为16级来 进行的，并采取了四舍五入的方法，故其量化误差小于等于最大幅值的1/32。量化后获得的整数要用4位二进制来编码，故该段信号最后得到的脉码为 00101000111111000101001101000101,数据通信的基础概念,多路复用技术,多路复用(Multiplexing) 把多路信号在单一的传输线路和用单一的传输设备来进行传输的技术 最简单的多路复用技术是空分多路复用SDM（Space Division Multiplexing） 常用的多路复用技术是： 频分多路复用FDM（Frequency Division Multiplexing） 时分多路复用TDM（Time
9、 Division Multiplexing） 码分复用 CDM(Code Division Multiplexing),三种交换的比较,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,数据传送 的特点,比特流直达终点,报文,报文,报文,分组,分组,分组,存储 转发,存储 转发,存储 转发,存储 转发,数据交换技术：,三种交换的比较,电路交换需要事先建立连接，若要连续传送大量的数据，且其传送时间大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。但不利于传送具有突发性的计算机数据。 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。
10、 分组交换比报文分组的时延小，同时也具有更好的灵活性。,传输介质,物理传输媒体 medium，在这里指的是通信中实际传送信息的物理载体，早期有的书中也译为介质 计算机网络中采用的物理传输媒体可分为导向(guided) 和非导向(unguided)两大类，俗称有线和无线 双绞线、同轴电缆和光纤是常用的三种导向媒体 无线电通信、微波通信、红外通信、激光通信以及卫星传送信息的载体都是属于非导向媒体 （无形的，不占用空间 ，统称为space free的媒体 ）,传输介质双绞线,双绞线(twisted pair)特点： 最经常使用的物理媒体 相对于其它有线物理媒体（同轴电缆和光纤）来说，价格便宜也易于安
11、装与使用 其性能一般也较差 （指它的传输距离、抗干扰性能和带宽或数据速率而言 ）,传输介质双绞线,大对数电缆（粗的电缆）,传输介质双绞线,双绞线分类： 非屏蔽UTP（Unshielded Twisted Pair） 普通电话线 UTP易受外部的干扰，包括来自环境噪声和附近其它双绞线的干扰。 屏蔽 STP（Shielded Twisted Pair） 抗干扰性能更好，但比UTP昂贵，而且要保证全程屏蔽并且金属包层良好地接地，安装也困难,传输介质双绞线,双绞线实际上是分类(category) 的。类越高则性能也越好，也就是说在一定距离内可传输更高数据速率的信号，但价格也越贵。下面是常用的几类双绞线
12、的性能和主要用途： Category 3：支持数据速率可达10Mbps，常用于传输话音和普通以太网（Ethernet） Category 5 (100 MHz)：支持数据速率可达100Mbps，常用于快速以太网(Fast Ethernet) Category 5e(350 MHz)：数据速率可达1000Mbps ，常用于千兆以太网(Gigabit Ethernet) 上面的Category 5e就是通常说的超5类线，所有支持的数据速率都是指在一定的距离内，如不超过80米。现在已有更高性能的6类非屏蔽双绞线(UTP6) ，可用来支持千兆以太网,传输介质双绞线,双绞线的连接器也已标准化，最常用的是
13、RJ（RegisteredJack）11(3 pairs)和RJ45(4 pairs)，如右图所示,传输介质同轴电缆,同轴电缆（coaxial cable）也像双绞线那样由一对导体组成，但它们是按“同轴”的形式构成线对 分类： 基带（baseband ）同轴电缆（阻抗50），每段可支持几百台设备。 宽带（broadband）同轴电缆（阻抗为75），可支持数千台设备。,传输介质同轴电缆,同轴电缆与双绞线比较，价格贵，但带宽、数据速率高、传输距离长（几千米到几十千米）和抗干扰能力强 需要连接器,同轴电缆连接器,传输介质光纤,光纤是一根很细的可传导光线的纤维媒体，其半径仅几微米至一、二百微米。制造光
14、纤的材料可以是超纯硅、合成玻璃或塑料 用超纯硅制成的光纤损耗最小，但制作工艺很难 合成玻璃制成的光纤虽然损耗相对较大，但更为经济，性能也不错 塑料光纤更便宜，可用于短距离、较大损耗也可接受的场合 每根光纤都有自己的包层，而后一根或多根光纤再由外皮包裹构成光缆,传输介质光纤,光纤传送电信号的过程,传输介质光纤,光纤相对于如双绞线和同轴电缆等这类金属传导媒体的优点 ： 轻便 低衰减和大容量 电磁隔离 光纤本身化学性质稳定 很有发展前途。在许多场合，特别是远距离的通信中，光纤已逐步称为一种主要的有线物理媒体。 但是光纤之间的连接不易，抽头分支困难，对于距离不太大、配置又经常变动的局域网来说光纤还不会
15、完全取代金属传导媒体,传输介质光纤,在光纤中光线从光源进入硅或塑料光导体后有两种不同的传输方式 多模（multimode）光纤：光线沿着光纤以多种角度不断被包层反射而向前传播 单模（single mode）光纤：光线主要沿着光纤的轴心向前传播 单模光纤中由于减少了反射过程中光能量被包层材料的吸收，损耗小，通常能传输更长的距离和达到更高的数据速率 单模光纤较多模光纤更细 从双绞线开始，基带同轴电缆、宽带同轴电缆、多模光纤直至单模光纤，性能是由低至高、价格也从廉到贵,传输介质卫星通信,卫星（satellite）通信： 一种特殊的微波通信 与一般地面微波通信的不同在于使用地球同步卫星作为中继站来转发
16、微波信号,卫星通信,传输介质卫星通信,国际上卫星可使用的频段： C波段 使用3.74.2 GHz的频段作为上行信道，5.9256.425 GHz的频段作为下行信道 Ku波段 使用11.712.2 GHz作为上行信道，1414.5 GHz作为下行信道 Ka波段 使用17.721.7 GHz作为上行信道，27.530.5 GHz作为下行信道,传输介质卫星通信,几个波段的特点： C波段最早被用于商用通信卫星，目前已相当拥挤 Ku波段相对来说还不太拥挤，但这个波段的微波易被雨水吸收 Ka波段也有类似Ku波段问题，且设备造价昂贵，政府和军用的通信卫星一般使用这个波段,传输介质卫星通信,卫星通信特点： 缺点是传播延迟时间长 卫星通信的传播延迟时间（270 ms）是和端地面站间的距离无关的，因而特别适合于远距离的通信,传输介质卫星通信,卫星通信的新发展 ： 低成本的微型地面站的出现，又称甚小口径终端VSAT（Very Small Aperture Terminal）系统,使用中心站的VSAT,传输介质,传输介质的选择
