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1、第一节通信与网络1.1 局域网(LAN、Local Area Network)指几百米到十几公里内办公楼群或校园内计算机相互连接所构成的计算机网 络。1.1.1与其他网络区别： 网络所覆盖的物理范围 网络所使用的传输技术 网络的拓扑结构(1) 局域网中经常使用共享信道，所有机器连接在同一条线缆上。传统局域网具有 高速率、低延迟、低误码率的特点。IEEE802.3基于共享总线、分布控制、速率 10Mbit/s。网络中站点机器随时可发送数据，发生冲突立即等待一段时间再尝试发 送。(2) 环形网 IEEE802.5(IBM 令牌环)速率 4Mbit/s 或 16Mbit/s。1.2 城域网(MAN、
2、Metropolitan Area Network)标准名称：分布式队列双总线(DQDB、Distribute Queue Dual Bus)编号：IEEE802.6 工作范围 160KM，速率 44.736Mbit/s总线A数据流向计算机、 端接口，产生53字节信元流，到达终点消失总线B每个信元带44字节有效载荷，带两个标志位：忙、请求。当“忙”标志位为1， 表示该信元已被占用。当某站点想发出请求时，将信元的“请求”标志位为1。每个站点在发送信元之前必须知道目的站点是位于其左方还是右方，位于右方 则使用总线A，否则使用总线B，每个站点数据是通过“线式”电路输入到相应总线 中，因此某站点失效不
3、会导致网络瘫痪。在802.6标准中，站点按先进先出的原则进行排队发送数据，每个站点必须等 到其下方的站点发送完后才能发送。1.3 广域网(WAN，Wide Area Network)广域网包含连接的是通信子网。通信子网的任务是在主机之间传送报文(将网络中纯通信部分与应用部分的主 机分离，会简化网络设计)。通信子网包括：传输信道、转接设备传输信道：用于机器间的数据传送转接设备：专用计算机，用来连接两条或多条传输线数据从一条通道到达，必 须选择一条通道输出。每一条线路连接着一对IMP，当报文经过中间IMP发送往目的地时，每个IMP 将输入报文完整储存，然后选择一条线路继续向前传送。这种传输方式称为
4、点对点 (Point-to-Point)、存储转发(store-and-forward)子网。1.4互联网不同网络的物理结构、协议所采用的标准各不相同。不兼容的网络通过网关(Gateway )连接起来，多个网络相互连接构成的集合称为互联网。1.5无线网特点：易于安装、使用。1.6计算机网络标准制定机构ANSI (American National Standard Institude)美国国家标准协会EIA (Elctrical Industrial Association)电子工业联盟IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineer
5、s)电气与电子工 程师协会ISO (International Organization for Standardization)国际标准化组织ITU (International Telecommunication Union)国际电信联盟1.7网络协议为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准、或约定的集合。对同等 实体之间的通信制定的有关通信的规则约定的集合。1.7.1三个要素(1) 语义(Semantics)涉及用于协调与差错处理的控制信息。(2) 语法(Syntax)涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。(3) 定时(Timing)涉及速度匹配和排序等。1.7.2分层分层结
6、构中，n层是n-1层的用户，又是n+1层服务的提供者，n+1层虽然只直 接使用了 n层提供的服务，实际上还通过n层间接使用了 n-1层及以下所有各层的 服务。1.7.3层次结构的要点(1) 除了在物理媒体上进行的是是实通信之外，其余各对等实体之间进行的都 是虚通信。（2）对等层的虚通信必须遵循该层协议。（3）n层的虚通信是通过n/n-1层间接口 实现的。，n-1层提供的服务及n-1层的通信1.7.4层次结构划分的原则（1）每层的功能应是明确的，并是相应独立的，当某一层的具体实现方法更新 时，只要保持上、下层的接口不变，便不会对相邻层产生影响。（2）层间接口必须清晰，跨越接口的信息应尽可能少。（
7、3）层数适中。1.7.5网络的体系结构特点（1）以功能作为划分层次的基础（2）第n层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第n-1层提供的服务。（3）第n层在向第n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还 包含由下层服务提供的功能。（4）仅在相邻层间有接口，且所提供的具体实现细节对上一层完全屏蔽。1.7.6 OSI 模型7.应用层处理应用软件6.表示层数据表示5.会话层主机间的通信4.传输层点到点的传输3.网络层定位和最佳路劲2.数据链路层媒体访问1.物理层比特流传输（1）物理层物理层是OSI模型的最底层或第一层，该层包括物理联网媒介。物理层的协议 产生并检测电压以侯发送和接收携带
8、数据的信号。物理层不提供纠错服务，但能设 定数据的传输速率并监测数据出错率。（2）数据链路层数据链路层是OSI模型第二层，控制网络层与物理层之间的通信。功能是将从 网络层接收到的数据分割称特定的可被物理层传输的帧。帧是用来移动数据的结构 包，不仅包括原始数据（或称有效载荷），还包括发送方和接收方的网络地址以及 纠错和控制信息。目标地址源地址控制信息源发送数据错误校验信息（3）网络层网络层是OSI模型第三层，功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定 如何将数据从发送方路由到接收方。网络层通过综合考虑发送优先权、网络拥塞程 度、服务质量以及可能的路由花费来决定一个网络节点中节点A到另一个网络中
9、节 点的最佳路径。路由器属于网络层，在连接网络各段的同时智能指导数据传送。在网络中，路 由时基于编址方案、使用模式以及可达性来指引数据的发送。网络层还能补偿数据发送、传输以及接收设备能力的不平衡性。网络层会对数 据进行分段和重组。（4）传输层传输层主要负责确保数据可靠、顺序、无错的从A点传输到8点（A、B点可能 在不同网络上）。传输协议同时进行流量控制或是基于接收方可接收数据的快慢程 度规定适当的发送速率。传输层按规照网络能处理的最大尺寸将较长的数据包进行 强制分割。发送方节点的传输层将数据分割成较小的数据块，同时对每一片数据进 行编号，该过程称为排序。在网络中，传输层会发送一个ACK（应答）
10、信号通知发送方数据已被正确接收， 如数据有错。传输层将重新请求发送数据，若在给定时间段未收到应答，发送方传 输层会认为未收到数据而重新发送数据。（5）会话层会话层负责在网络中的两点之间建立和维持通信。会话指两个实体之间建立数 据交换的连接。终端指几乎不具备自己处理能力或硬盘容量，而只依靠主机提供应 用程序和数据处理服务的一种设备。会话层功能包括：建立通信链接、保持会话过程通信连接的畅通、同步两个节 点之间的会话、决定通信是否中断、以及通信中断时决定从何处进行重新发送。会话层通过决定节点通信的优先级和通信时间长短来设置通信期限。会话层监 测会话者的身份，确保只有授权节点可以参与会话。（6）表示层
11、表示层将数据按照网络理解的方案进行格式化。表示层协议还对图片和文件格 式信息进行解码和编码。（7）应用层应用层负责对软件提供接口以使软件能使用网络服务。应用层是一个API（应用程序接口），API是使一个程序与操作系统相互作用的 例行程序。1.8工业系统中典型的发送、接受设备（1）各种传感器、变送器（2）各种数据采集装置（3）PLC 等（4）监控计算机或工作站（5）各种调节阀门（6）变频器（7）机器人（8）网络连接设备1.9传输介质传输介质只信号传递所经过的媒介，是网络中连接收发双方的物理通路，是通 信中实际传送信息的载体。1.9.1传输介质的特性（1）物理特性：传输介质的物理特性（2）传输特性
12、：传输介质所允许的传输速率、频率、容量等。（3）连通特性：点对点或一对多点的连接方式。（4）地理范围：传输介质的最大传输距离。（5）抗干扰特性：传输介质防止电磁干扰等噪声对传输数据影响的能力。（6）性价比。1.10数据通信的基本过程（1）数据打包（2）数据转换与编码（3）数据传输（4）数据转换与编译（5）数据解包1.11数据通信的主要术语（1）数据：定义为有意义的实体。（2）信号：数据的电子或电磁编码，是数据在传输过程中的电信号的表达方式。（3）信息：是数据的内容与解释。（4）速率：每秒传送的比特数（bit/s）。（5）码元（call cell）:时间轴上一个信号编码单元。（6）同步脉冲：用于
13、码元的同步定时，识别码元的开始时钟。（7）波特（Baud）:码元传输速率单位。波特率为每秒传送的元数，即信号传 送速率。（8）宽带（Baud Width）:衡量传输能力的标准。模拟信号（传输过程中最高 频率与最低频率的差值，单位HZ）。数字信号（最高传输速率、单位bit/s）。（9）信息编码：将信息用二进制数表示的方法。（10）数据编码：将数据用物理量表示的方法。1.11数据传输的速率1.11.1数据传输速率指每秒传输的二进制信息的位数，bit/s。S=1/TlogN bit/s2T： 一个数字脉冲信号的宽度（全宽码）或重复周期（归零码），S；N： 一个码元所取得离散值个数。通常N=2k，K为
14、二进制信息位数，K=logN，N=2, 2S=1/T表示数据传输速率。等于码元脉冲的重复频率。1.11.2信号传输速率是指在单位时间内通过信道传输的码元数，Baud。B=1/T BaudT：信号码元的宽度，S。信号传输速率，也称码元率、调制速率、波特率。S二BlogNbit/s2B=S/logN Baud21.11.3信道容量（1）信道容量表示一个信道的最大数据传输速率bit/s，与数据传输速率的区别在于。前者表示信道最大传输速率，后者表示实际传输速率。（2）离散的信道容量：奈奎斯特（Nyquist）无噪声下的码元速率极限值B与信道宽度H的关系为：B=2H Baud奈奎斯特一无噪信道传输能力公
15、式C=2HlogNbit/s2H一信道宽度，信道传输上、下限频率差，HZN一一个码元的离散个数（3）连续的信道容量香农公式一带噪信道容量公式C二Hlog2 （1+S/N）bit/sS一信号功率N一噪声功率S/N一信噪比，通常把信噪比表示成10lg (S/N)单位dB(4) 误码率误码率指二进制数据位传输时出错的概率。是衡量数据通信系统在正常工作情 况下的传输可靠性指标。Pe二Ne/NPe一误码率Ne其中出错的位数N一传输的数据总数1.12串行传输和并行传输1.12.1串行传输数据流以串行方式逐位地在一条信道传输，每次只能发送一个数据位。(适合 长距离传输)1.12.2并行传输将数据以成组的方式在两条以上的并行通道上同时传输，每个数据位单独使用 一条导线。另有一条选通线通知接收者接受该字节。(适合于短距传输)1.12.3串行通信的方
