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1、第一部分网络通信基础第一章数据通信基础通信简单地讲就是信息的相互传递，包括电路交换、分组交换和信元交换等。信息是客观事物状态的反映，信息是由数据来表示的。数据在通信介质上传输，必须把数据转换为信号（光信号或电信号） 才能在网络中传输，因此信号是指数据的电磁或电子编码。信号又分为两类，一类是数字信号，另一类是模拟信号。数字信号是一系列的脉冲，而模拟信号是一个在时间上连续变化的量。用数字信号进行的传输称为数字传输，用模拟信号进行的传输称为模拟传输。数据通信是计算机与计算机或计算机与终端之间的通信。它传送数据的目的不仅是为了交换数据，更主要是为了利用计算机来处理数据。数据通信系统主要由数据终端设备、
2、数据电路、计算机系统 三部分组成。用于发送和接收数据的设备称为数据终端设备（简称DTE）。用来连接DTE与数据通信网络的设备称为数据电路终接设备（ DCE）。数据电路指的是在线 路或信道上加信号变换设备之后形成的二进制比特流通路，它由传输信道及其两端的数据电路终接设备（DCE）组成。数据在线路上（连接发送和接收端的通信媒体，下同）可以有多种传输方式，它们是单 工方式、半双工方式和全双工方式。把数字数据转换为模拟信号的编码（调制）技术有三种，它们分别是：调幅（ASK）、调频（FSK）、调相（PSK）。原始语音信号含有多种频率和幅度不同的标准正弦波，人类听力能够识别的语音信号频率范围是20Hz20
3、KHz 。人类发出的语音信号绝大部分（声波的幅度表示声音的大小）分布在300Hz3.4KHz 的这个频带内。为了把模拟信号数字化，PCM技术采用三个步骤来完成这个任务，它们是：一、抽样与复用 （sampling and Multiplexing） ;二、量化 （quantisation ）;三、编码 （Encoding ）。2Mbps 的 PCM在实际的通信领域，进行 PCM编码时，125 us时间内可同时对 32路语音进行采样，每路语音占用的时间我们称为一个时隙；一个时隙使用8比特对信号进行编码； 在一个125us时间内，可以对所有的 32路语音信息进行抽样编码，一个包含所有时隙信息的125
4、 us数据结构我们称为一帧；据此我们可以得出下列结论：每时隙8bit.每帧32个时隙（slot ）每秒8000帧（抽样速率8000次/秒）每帧 256bits （8X32 = 256 ）8bit/s x 32 slots x 8000 帧=2.048Mb/s同步，是接收方按照发送方发送每个码元的起止时刻和速率来接收数据。通常采用的同步技术有：同步方式和异步方式。异步数据传输以字符为单位进行发送。同步数据传输以数据块为单位进行发送。每个数据块内包含有多个字符，每个字符可用58个比特表示；在每个数据块的前面加一个起始标志，以指明数据块的开始，在其后面增加一个结束标志，以指明数据块的结束。接收方根
5、据起始标志和接收标志以数据块为单位进行接收。通常，我们把起始标志、数据块、结束标志合在一起称为帧（Frame ）,起始标志为帧头，数据块为正文，结束标志为帧尾。常见的差错控制技术有：奇偶校验、循环冗余校验等。多路复用技术就是一种允许多个设备共享一条传输介质的技术。它通过一条传输介质同时传输多路信号，从而提高传输介质的使用效率。多路复用技术通常分为两类：频分多路复用 FDM （frequency division multiplexing ）、时分多路复用 TDM （Time division multiplexing ）。其中TDM 又分为两种：STM（同步）和 ATM （异步）。随着光纤通信
6、技 术的发展，目前又出现了主要 应用于光纤的多路复用技术：WDM和DWDM。常用的交换技术有三种：电路交换。报文交换和分组交换。电路交换长期以来用于电话网（PSTN）。电路交换在整个通信连接期间始终有一条电路被占用，并且按照时分复用 TDM原理将信息从一个节点传递到另一个节点。这种技术也称为STM。报文交换中通信双方以报文为单位进行数据交换。在报文交换的网络中，交换节点通常是专用的计算机，对接收到的报文进行缓存， 并按报文中的信息进行转发。在报文中包含有发送源的位置和报文的接收位置（目的地），交换节点可以根据目的位置在网络中进行路由的选择，最终把报文送达目的地。分组交换工作原理与报文交换相同，
7、但通信的单位从报文变为分组 一一更小一些的数据单元。在分组交换网络中可采用两种方式进行分组交换：数据报传输和虚电路。数据报：数据报方法同报文交换方式相似。每个分组都独立地处理。每个分组都包含源位置和目的位置，中间交换节点存储分组，并根据分组中的目的位置进行路由选择并转发分组。在这种技术中，把每个独立处理的分组称之为“数据报”。虚电路。虚电路方法类似于电路交换，在发送分组之前，需要建立一条从发送方到接收方的逻辑连接，即为每一个分组预先选定一条从发送方到接收方的传输路径。但它不同于电路交换中的专用物理通路（一个固定时隙或一个固定信道），分组在每个节点上仍需要存储缓存，并在输出线路上进行排队，因为可
8、能有其它分组也使用相同的物理线路。由于传输分组的线路不是一条专用的信道，所有称为虚电路。常用的有线通信媒体是：双绞线、同轴电缆、光纤等 。光缆一般是圆柱形状的，由三个 同心部分组成：纤芯、包层和护套。光纤主要按下面两种方式进行分类：1）按传输的模数分类。分为单模光纤 （Single Mode Fiber）和多模光纤（Multi Mode Fiber） 。单模光纤的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以 单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。多模光纤 是在给定的工作波长上，能以多个模式同时传输的光纤。与单模光纤相比，多模光纤的传输性能较差。2）按折射率分布分类。分为跳变式光纤和渐变式光纤。跳变式
9、光纤纤芯的折射率 和保护层的折射率都是一个常数。在纤芯和保护层的交界面，折射率呈阶梯型变化。渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小，在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线。带宽一般用来描述两种对象，一个是信道（ Channel ）,另一个是信号（signal ）。对于 信道来说，又可分为两种，模拟信道和数字信道。对信号来说，也可分为两种，数字信号和 模拟信号。对信道来说，带宽是衡量其通信能力的大小的指标。对模拟信道，使用信道的频带宽度 来衡量。对于数字信道的通信能力，使用信道的最大传输速率来衡量。描述数字信道带宽时，带 宽的单位是bps。模拟信号的
10、带宽是指信号的波长或频率的范围，数字信号的带宽使用数字信号的传输速度来表示。速率是衡量信息传输速度的指标，以每秒传输的bit数为单位，即bps。第二章IP网络基础知识计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机以及专门的外部设备利用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享信息资源。计算机网络可以按照它覆盖的地理范围，划分成局域网和广域网， 以及介于局域网和广域网之间的城域网。WAN 通常采用两种交换模式运行，即电路交换(circuit switching )和分组交换(packet switching )技术。电路方式 是基于电话网电路交换的原
11、理，当用户要求发送数据时，交换机就在主叫用户和被叫用户之间接通一条物理的数据传输通路。特点是时延小、“透明”传输(即传输通路对用户数据不进行任何修正或解释)、信息传输的吞吐量大。缺点是所占带宽固定，网络资源利用率低。传统的 PSTN/ISDN 网络基于电路交换模式。分组方式是一种存储转发的交换方式。它是将需要传输的信息划分为一定长度( ATM )或可变长度的包(分组)，以分组为单位进行存储转发的。每个分组信息都载有接收位置和发送位置的的标识。分组方式在线路上采用动态复用的技术来传送各个分组，带宽可以复用，网络资源利用率高。缺点是实时性不好。带宽(bandwidth )和延迟(delay )是衡
12、量网络性能的两个主要指标。常见的网络拓补结构有总线、星型、树型、环型、网型。OSI参考模型依层次结构来划分：第一层，物理层(Physical layer );第二层，数据链路层(data link layer )；第三层，网络层(network layer );第四层，传输层(transport layer )； 第五层，会话层 (session layer )；第六层， 表示层 (presentation layer )；第七层，应用 层(application layer )。通常，我们把OSI参考模型第一层到第三层称为底层(lower layer )，又叫介质层(MediaLayer )
13、。这些层负责数据在网络中的传送，网络互连设备往往位于下三层。底层通常以硬件和软件相结合的方式来实现。OSI参考模型的第五层到第七层称为高层( upper layer )，又叫主机层(host layer )。高层用于保障数据的正确传输，通常以软件方式来实现。七层OSI参考模型具有以下优点：1 简化了相关的网络操作；2 提供即插即用的兼容性和不同厂商之间的标准接口 ；3 使各个厂商能够设计出互操作的网络设备，加快数据通信网络发展；4 防止一个区域网络的变化影响另一个区域的网络，因此，每一个区域的网络都能单独快速升级；5 把复杂的网络问题分解为小的简单问题，易于学习和操作。物理层涉及到在通信信道(
14、channel )上传输的原始比特流，它实现传输数据所需要的 机械、电气、功能特性及过程等手段。物理层涉及电压、电缆线、数据传输速率、接口等的 定义。物理层的主要网络设备为中继器、集线器等。数据链路层的主要任务是提供对物理层的控制，检测并纠正可能出现的错误，使之对网络层显现一条无错线路，并且进行流量调控(可选)。流量调控可以在数据链路层实现，也可以由传输层实现。数据链路层与物理位置、网络拓扑、线缆规划、错误校验、流量控制等 有关。数据链路层主要设备为以太网交换机。网络层检查网络拓扑，以决定传输报文的最佳路由，其关键问题是确定数据包从源端到 目的端如何选择路由。 网络层通过路由选择协议来计算路由
15、。 存在于网络层的设备主要有路 由器、三层交换机等。传输层的基本功能是从会话层接受数据，并且在必要的时候把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误。传输层建立、维护虚电路，进行差错校验和流 量控制。会话层允许不同机器上的用户建立、管理和终止应用程序间的会话关系，在协调不同应用程序之间的通信时要涉及会话层，该层使每个应用程序知道其它应用程序的状态。同时，会话层也提供双工（duplex ）协商、会话同步等等。表示层关注于所传输的信息的语法和意义，它把来自应用层与计算机有关的数据格式处理成与计算机无关的格式，以保障对端设备能够准确无误地理解发送端数据。同时，表示层也负责数据加密等。应用层是OSI参考模型最靠近用户的一层，为应用程序提供网络服务。应用层识别并验证目的通信方的可用性，使协同工作的应用程序之间同步。首先，主机的应用层信息转化为能够在网络中传播的数据，能够被对端应用程序识别；第二，数据在表示层加上表示层报头，协商数据格式，是否加密，转化成对端能够理解的数 据格式；然后，数据在会话层又加上会话层报头；以此类推，传输层加上传输层报头，这
