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1、第一章第一章 数据网络基础知识数据网络基础知识（讲师用（讲师用PPT）中国网通集团版权所有2006年11月1日中国网通运维人员课程体系_数据专业内部资料注意保密目标目标掌握数据通信网基本结构和数据通信系统组成了解数据通信网发展过程中的网络技术了解数据传输的基本概念熟悉信号和信道的基本概念掌握数据传输的方式、形式和介质掌握数据编码技术和数据传输中差错产生和基本控制方法掌握多路复用的基本概念掌握OSI参考模型的定义和每层功能熟悉数据封装过程了解物理层接口的定义和基本概念熟悉物理层协议熟悉网络层路由协议熟悉各类数据通信网对应OSI参考模型了解面向连接和无连接技术熟悉数据通信中的寻址方式掌握数据通信交
2、换方式以及各种交换方式的特点及对比1.11.2数据通信网络概述数据通信网络概述数据传输基本概念数据传输基本概念31.3数据通信规程数据通信规程 数据通信寻址和交换方式数据通信寻址和交换方式1.4目录目录 1.1.1数据通信结构数据通信结构:常见结构：总线结构、环形结构、星形结构、树形结构、常见结构：总线结构、环形结构、星形结构、树形结构、网状结构、全连通结构网状结构、全连通结构1.1数据通信概述数据通信概述服务器工作站工作站 工作站(a)总线结构(b)环 型 结构(c)星形结构(e)网状结构(d)树型结构(f)全连通网1.1数据通信概述数据通信概述 1.1.2数据通信系统组成数据通信系统组成数
3、据通信：计算机与计算机或计算机与终端之间的通信。数据通信：计算机与计算机或计算机与终端之间的通信。数据通信系统主要由数据终端设备、数据电路、计算机系统三部分组成，数据通信系统主要由数据终端设备、数据电路、计算机系统三部分组成，如图如图1-5所示。所示。 1.1数据通信概述数据通信概述分组交换网：分组交换网：国际电信联盟电信标准部门ITU-T为分组交换网制定了一系列通信协议，其中最著名的标准是X.25协议，有人把分组交换网简称X.25网。1.1.3数据通信网络技术数据通信网络技术帧中继帧中继 ：帧中继仅完成OSI物理层和链路层核心层的功能，将流量控制、纠错等留给智能终端去完成，大大简化了节点机之
4、间的协议。数据数字（数据数字（DDN）：）：是采用数字信道来传输数据信息的数据传输网。数字信道包括用户到网络的连接线路，即用户环路的传输也应该是数字的。ATM（Asynchronous Transfer Mode）：）：ATM就是一种在网络中以信元为单位进行统计复用和交换、传输的技术。1.1数据通信概述数据通信概述IP 网：网： IP网是基于IP协议组建的网络。这种网络支持的各种应用业务，统称为IP业务，而实现这些业务的技术，即为IP技术。局域网局域网就是局部区域的网络，一般来讲局域网的物理覆盖范围比较小。城域网城域网可以看成是扩大了的局域网，城域网的地理范围比局域网大，可跨越几个街区，甚至整
5、个城市。广域网广域网是在一个广泛范围内建立的计算机IP通信网络。广泛的范围是指地理范围而言，可以超越一个城市，一个国家甚至及于全球。1.11.2数据通信网络概述数据通信网络概述数据传输基本概念数据传输基本概念31.3数据通信规程数据通信规程 数据通信寻址和交换方式数据通信寻址和交换方式1.4目录目录 1.2数据传输基本概念数据传输基本概念模拟信号：模拟信号：模拟信号：模拟信号：是指某一电参量（如幅度、频率、相位）在一定取值范围内是指某一电参量（如幅度、频率、相位）在一定取值范围内连续变化的信号连续变化的信号。数字信号：数字信号：数字信号：数字信号：某一电参量在一定的取值范围内跳跃变化，仅有有限
6、个取值的某一电参量在一定的取值范围内跳跃变化，仅有有限个取值的信号。信号。图1.1时间连续的模拟信号图1.2时间离散的模拟信号图1.3 数字信号1.2.1信号与信道信号与信道1.2数据传输基本概念数据传输基本概念模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，因而无论信源产生的是模拟数据还是数字数据，在传输过程中都可以用适合于信道传输的某种信号形式来传输。 模拟数据和数字数据的表示模拟数据和数字数据的表示1.2数据传输基本概念数据传输基本概念所谓调制,是一种波形变换过程,利用原始信息改变某种基本电波(称为载波)的某一个参数.调制的主要作用有两个,一是对原始信息实行频谱搬移;二是形成一种最有
7、利于传输和恢复原始信息的信号波形。调制、解调调制、解调 图图1-8 调制和解调调制和解调1.2数据传输数据传输 信道：信道：信道(Channel)指信号的传输通道，包括通信设备（如集线器、路由器等）和传输介质（如同轴电缆、光纤等）通信网发展的重要里程碑是采用分组交换方式，构成分组交换网。信道按传输介质，可分为有线信道或无线信道。按传输信号类型，可分为模拟信道和数字信道。按使用权限，可分为专用信道和公用信道等。1.2数据传输基本概念数据传输基本概念传输形式：传输形式：基带传输基带传输：基带传输是按照数字信号原有的波形（以脉冲形式）在信道上直接传输，它要求信道具有较宽的通频带。频带传输频带传输是一
8、种采用调制、解调技术的传输形式。传输方式：传输方式：l单工单工：单工数据传输指的是两个数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输。l半双工半双工 ：数据传输是两个数据之间可以在两个方向上进行数据传输，但不能同时进行。 l全双工全双工：数据传输是在两个数据站之间，可以两个方向同时进行数据传输。 l并行并行：通过一组传输线多位同时传输数字数据单工数据传输指的是两个数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输。l 串行串行：通过一对传输线逐位传输数字代码。1.2.1数据传输数据传输1.2数据传输基本概念数据传输基本概念传输方式：传输方式：异步传输与同步传输均存在基本同步问题异步传输与同步传输均存在基本
9、同步问题,两者之间的主要区别在于两者之间的主要区别在于发送器或接收器之一是否向对方发送时钟同步信号。发送器或接收器之一是否向对方发送时钟同步信号。异步传输异步传输：以字符为单位传输数据，采用位形式的字符同步信号，发送器和接收器具有相互独立的时钟(频率相差不能太多)，并且两者中任一方都不向对方提供时钟同步信号。同步传输：同步传输：以数据帧为单位传输数据，可采用字符形式或位组合形式的帧同步信号(后者的传输效率和可靠性高)，由发送器或接收器提供专用于同步的时钟信号。1.2数据传输基本概念数据传输基本概念传输介质：传输介质：铜线铜线：具有较低的电阻率、价廉和容易安装。 双绞线双绞线：双绞线分屏蔽（Fo
10、iled Twisted Pair，简称FTP）和非屏蔽（Unshielded Twisted Pair，简称UTP）两种。同轴电缆同轴电缆：同轴电缆(Coaxial Cable)由一对同轴导线组成。光纤光纤：采用易弯曲的石英玻璃纤维来作为传输介质。1.2数据传输基本概念数据传输基本概念位同步：位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步，位同步又称同步传输，它是使接收端对每一位数据都要和发送端保持同步。外同步外同步发送端发送数据时同时发送同步时钟信号，接收方用同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。 自同步自同步通过特殊编码(如曼彻斯特编码)，这些数据编码信号包含了同步信号，接收方从中
11、提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。 1.2.3同步技术同步技术1.2数据传输基本概念数据传输基本概念群同步：群同步： 在数据通信中，群同步又称异步传输。是指传输的信息被分成若干“群”。数据传输过程中，字符可顺序出现在比特流中，字符间的间隔时间是任意的，但字符内各个比特用固定的时钟频率传输。字符间的异步定时与字符内各个比特间的同步定时，是群同步即异步传输的特征。1.2数据传输基本概念数据传输基本概念编码：编码：n数字数据的模拟信号编码：数字数据的模拟信号编码： 为了利用廉价的公共电话交换网实现计算机之间的远程通信，必须将发送端的数字信号变换成能够在公共电话网上传输的音频信号，经传输后再在接收
12、端将音频信号逆变换成对应的数字信号。 n数字数据的数字信号编码：数字数据的数字信号编码： 数字信号可以直接采用基带传输。基带传输就是在线路中直接传送数字信号的电脉冲，它是一种最简单的传输方式，近距离通信的局域网都采用基带传输。n模拟数据的数字信号编码：模拟数据的数字信号编码： 脉码调制PCM是以采样定理为基础，对连续变化的模拟信号进行周期性采样。利用有效信号最高频率或其带宽倍的采样频率，通过低通滤波器从这些采样中重新构造出原始信号。 1.2.4编码、差错控制编码、差错控制1.2数据传输基本概念数据传输基本概念编码：编码：模拟信号数字化的三步骤模拟信号数字化的三步骤 n采样，以采样频率Fs把模拟
13、信号的值采出；n量化，使连续模拟信号变为时间轴上的离散值；n编码，将离散值变成一定位数的二进制数码。 图图1-15 1-15 脉码调制脉码调制(PCM)(PCM)原理原理 1.2数据传输基本概念数据传输基本概念差错控制：差错控制：数据通信要求信息传输具有高度的可靠性，即要求误码率足够低。然而，数据信号的传输过程中不可避免地会发生差错，即出现误码。 n差错类型差错类型 ：（1）随机差错 差错是相互独立、互不相关的。（2）突发差错 指成串出现的错码，错码与错码之间有相关性，一个差错往往会影响后面一串字。1.2数据传输基本概念数据传输基本概念差错控制基本方式：差错控制基本方式：（1）前向纠错 （2）
14、检错重发 （3）反馈校验 （4）混合纠错 1.2数据传输基本概念数据传输基本概念多路复用：多路复用： 在一条物理通信线路上建立多条逻辑通信信道，同时传输若干路信号的技术就叫做多路复用技术 。 1.2.5多路复用技术多路复用技术1.2数据传输基本概念数据传输基本概念多路复用：多路复用：n频分多路复用频分多路复用（FDM, Frequency-Division Multiplexing） 60646872信道1信道2信道3频率(kHz)（c c）60646872频率(kHz)（b b）13003100频率(Hz)（a a）信道3信道21信道11图1-18 频分复用1.2数据传输基本概念数据传输基本
15、概念多路复用：多路复用：n波分多路复用（波分多路复用（WDM, Wave-Division Multiplexing ） 1.2数据传输基本概念数据传输基本概念多路复用：多路复用：n时分多路复用（时分多路复用（TDM, Time-Division Multiplexing） 1.11.2数据通信网络概述数据通信网络概述数据传输基本概念数据传输基本概念31.3数据通信规程数据通信规程 数据通信寻址和交换方式数据通信寻址和交换方式1.4目录目录 1.3数据通信规程数据通信规程1.3.1OSI参考模型参考模型1.3数据通信规程数据通信规程n物理层：物理层：定义接口与传输介质的机械、电气特性n数据链路
16、层数据链路层：对数据不昨任何改动的传输变成可靠的链路，并负责接点到接点的传输n网络层网络层：负责将包从源到目标的传递，可能会通过多个网络n传输层传输层：负责整个报文从源到目标（端到端）的传递n会话层会话层：是网络的对话控制器，它建立和维护以及同步通信系统交互操作n表示层表示层：关于两个系统之间交换信息的语法和语义n应用层应用层：使得用户（不管是人还是软件）可以访问网络1.3.2OSI参考模型各层功能参考模型各层功能1.3数据通信规程数据通信规程1.3.3OSI参考模型中的数据封装过程参考模型中的数据封装过程应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层比特流封装DTSHPHAHDATAAHPH
17、DATAAHDATADATASHTHPHDATANHSHPHAHDATATHSHPHAHDATADHNHTHAH应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层1.3数据通信规程数据通信规程1.3.4物理层接口物理层接口n作用：保证比特流的透明的传送作用：保证比特流的透明的传送n特性：机械特性、电气特性、功能特性和规程特性特性：机械特性、电气特性、功能特性和规程特性n应用：常用应用：常用CCITT的的V系列建议（用于模拟信道）和系列建议（用于模拟信道）和X系列建议系列建议（用于数字信道）（用于数字信道）1.3数据通信规程数据通信规程物理层接口的特性物理层接口的特性（1）机械特性：）机械特性： 定
18、义了连接器件的大小、形状、接口线的数量和插针分配等。（2）电气特性：）电气特性： 定义接口电路的电气参数，如接口电路的电压（或电流）、负载电阻、负载电容等。（3）功能特性：）功能特性： 定义了接口电路执行的功能。（4）规程特性：）规程特性： 定义了接口电路的动作和各动作之间的关系和顺序。1.3数据通信规程数据通信规程 V系列建议：系列建议：V系列接口标准，一般指数据终端设备与调制解调器或网络控制器之间的接口，这类系列接口除了用于数据传输的信号线外，还定义了一系列控制线，是一种比较复杂的接口。V系列常见接口：系列常见接口：RS-232：规定9芯的插头、插座 RS-232、V.24：规定25芯的插
19、头、插座 V.35：规定34芯的插头、插座 1.3数据通信规程数据通信规程 X系列建议：系列建议：X系列接口是较晚制定的，这类接口适用于公共数据网的宅内电路终接设备和数据终端设备之间的接口,定义的信号线很少，因此是一种比较简单的接口。 关于X系列常见建议： 有关接口电路机械特性的建议有：X.21、X.21bis； 有关接口电路电气特性的建议有：X.26、X.27； 有关接口电路功能特性的建议有：X.25 有关接口电路规程特性的建议有：X.20、X.21；CCITT G.703 ：定义了分级数字接口的电气特性和功能特性。该建议用于网络接口，如分组交换机和PCM传输设备的连接。1.3数据通信规程数
20、据通信规程 局域网接口局域网接口 ：AUI端口端口 AUI端口它就是用来与粗同轴电缆连接的接口，它是一种“D”型15针接口 RJ-45端口端口 RJ-45端口是我们最常见的端口了，它是我们常见的双绞线以太网端口 SC端口端口 也就是我们常说的光纤端口，它是用于与光纤的连接。 1.3数据通信规程数据通信规程 局域网接口局域网接口 ：AUI端口端口 AUI端口它就是用来与粗同轴电缆连接的接口RJ-45端口端口 即双绞线以太网端口 SC端口端口 光纤端口，它是用于与光纤的连接广域网接口广域网接口 ：nAUI端口端口 AUI端口也被常用于与广域网的连接，但是这种接口类型在广域网应用得比较少。 nRJ-
21、45端口端口 这里的RJ-45端口所连接的网络一般就不太可有是10Base-T这种了，一般都是100Mbps快速以太网以上。1.3数据通信规程数据通信规程 广域网接口广域网接口 ：高速同步串口高速同步串口 在路由器的广域网连接中，常见的端口是“高速同步串口”（SERIAL）。异步串口异步串口 异步串口（ASYNC）主要是应用于Modem或Modem池的连接。 ISDN BRI接口接口 用于ISDN这种互联网接入方式。 POS155M 、622M、2.5G、10G接口接口 主要用于运营商（或者大型企业）的骨干网之间互联。1.3数据通信规程数据通信规程数据链路层传输数据过程数据链路层传输数据过程
22、：在数据链路上传输数据的过程分为五个阶段，这和电话通信过程十分相似。（1）第一阶段该阶段主要是接通线路，建立物理连接。（2）第二阶段该阶段主要是建立数据链路，确定通信对象。（3）第三阶段这一阶段主要是传送数据，这是数据链路传输控制规程中的主要阶段。（4）第四阶段该阶段主要是结束传送，拆除链路，但并不拆除物理连接，可以再一次进入第二阶段，建立新的数据链路。（5）第五阶段这一阶段主要是拆线，拆除物理连接。1.3.5数据链路层协议数据链路层协议-HDLC1.3数据通信规程数据通信规程点对点协议（点对点协议（PPP：Point to Point Protocol） ： 点对点协议（PPP）为在点对点连
23、接上传输多协议数据包提供了一个标准方法。PPP 最初设计是为两个对等节点之间的 IP 流量传输提供一种封装协议。1.3.5 数据链路层协议数据链路层协议 -PPP1.3数据通信规程数据通信规程 点对点协议（点对点协议（PPP：Point to Point Protocol） ：PPP 主要由以下几部分组成主要由以下几部分组成 ：（1）封装：）封装：一种封装多协议数据报的方法。PPP 封装提供了不同网络层协议同时在同一链路传输的多路复用技术 （2）链路控制协议：）链路控制协议：PPP 提供的 LCP 功能全面，适用于大多数环境。 （3）网络控制协议：）网络控制协议：一种扩展链路控制协议，用于建立
24、、配置、测试和管理数据链路连接。（4）配置：）配置：使用链路控制协议的简单和自制机制。该机制也应用于其它控制协议，例如：网络控制协议（NCP）。1.3数据通信规程数据通信规程 点对点协议（点对点协议（PPP：Point to Point Protocol） ：PPP链路建立的过程链路建立的过程 ：一个典型的链路建立过程分为三个阶段：创建阶段、认证阶段和网络协商阶段。 阶段1：创建PPP链路 阶段2：用户验证 阶段3：调用网络层协议 1.3数据通信规程数据通信规程 点对点协议（点对点协议（PPP：Point to Point Protocol） ：PPP协议的应用协议的应用 ：PPP协议是目前广
25、域网上应用最广泛的协议之一，它的优点在于简单、具备用户验证能力、可以解决IP分配等。 1.3数据通信规程数据通信规程典型的路由选择方式有两种：静态路由和动态路由典型的路由选择方式有两种：静态路由和动态路由动态路由选择协议又分为距离矢量、链路状态和平衡混合动态路由选择协议又分为距离矢量、链路状态和平衡混合3种种 动态路由协议分为内部网关协议（动态路由协议分为内部网关协议（IGP）和外部网关协议（）和外部网关协议（EGP） 1.3.6网络层路由协议网络层路由协议1.3数据通信规程数据通信规程 IGP协议简要介绍：协议简要介绍：（1）RIP/RIP2：路由选择信息协议 （2）OSPF：开放最短路径优
26、先（OSPF：Open Shortest Path First）（3）IS-IS（Intermediate System-to- Intermediate System）（4）IGRP/EIGRP(Interior Gateway Routing Protocol/（Enhandced Interior Gateway Routing Protocol)协议。EGP协议简要介绍：协议简要介绍：n 目前主要使用EGP协议是BGP4（BGP 边界网关协议）。不同自治系统路由器之间进行通信的外部网关协议，作为EGP替代品。1.3数据通信规程数据通信规程1、X.25对应对应OSI参考模型参考模型 X.
27、25建议将数据网的通信功能划分为三个相互独立的层次，即物理层、数据链路层和分组层。对应OSI参考模型的物理层、数据链路层和网络层。2、FR对应对应OSI参考模型参考模型 帧中继将X.25网络的下三层协议进一步简化，差错控制、流量控制推到网络的边界，从而实现轻载协议网络。与X.25相比，帧中继在第二层增加了路由的功能。3、DDN对应对应OSI参考模型参考模型 DDN是数字数据网对应OSI参考模型的物理层。4、ATM对应对应OSI参考模型参考模型 到目前为止，ITU-T并没有就ATM分层结构和OSI参考模型之间的对应关系作出明确的定义。1.3.7数据通信网与数据通信网与OSI RM的对应关系的对应
28、关系1.3数据通信规程数据通信规程5、LAN对应的对应的OSI参考模型参考模型 局域网由物理层、介质访问控制层和逻辑链路控制层组成，相当于OSI参考模型下面的两层。应用层应用层表示层表示层会话层会话层运输层运输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层物理层物理层介质访问控制（介质访问控制（MAC）逻辑链路控制（逻辑链路控制（LLC）高层协议高层协议ISOIEEE图图1-31 IEEE局域网参考模型和局域网参考模型和OSI参考模型关系参考模型关系1.11.2数据通信网络概述数据通信网络概述数据传输基本概念数据传输基本概念31.3数据通信规程数据通信规程 数据通信寻址和交换方式数据通信寻址和
29、交换方式1.4目录目录 1.4数据通信寻址和交换方式数据通信寻址和交换方式通信协议要么是面向连接的，要么是无连接的。这依赖于信息发送方是否需要与接收方联系并通过联系来维持一个对话（面向连接的），还是没有任何预先联系就发送消息（无连接的）且希望接收方能顺序接收所有内容。这些方法揭示了网络上实现通信的两种途径。1.4.1面向连接与无连接概述面向连接与无连接概述1.4数据通信寻址和交换方式数据通信寻址和交换方式n面向连接面向连接 网络负责顺序发送报文分组并且以一种可靠的方法检测丢失和冲突。这种方法被“可靠的”传输服务使用。 n面向无连接面向无连接 网络只需要将报文分组发送到接收点，检错与流控由发送方
30、和接收方处理。这种方法被称作“尽力而为（besteffort）”或“无应答（unacknowledged）”的传输协议所使用。1.4数据通信寻址和交换方式数据通信寻址和交换方式不管通信双方采用何种哪种连接方式，能够实现通信的基础是通信路由的选择和建立（即寻址），通信路由选择和建立的基础是通信地址。 1.4.2通信寻址通信寻址1.4数据通信寻址和交换方式数据通信寻址和交换方式常见寻址编码常见寻址编码 1、E.164根据CCITT的E.164标准的规定，标准的电话号码格式是由国家码（Country Code）、区域码以及一般电话号码三部分所组成：国家码（1到3位数字）区位码（M个数字）一般电话（最
31、多为15减M个数字）。 2、X.121X.121，公用数据网的国际编号方案,指的是描述用于X.25网络编址方案的ITU-T标准。X.121地址有时亦称作IDNS（国际数据码）。 1.4数据通信寻址和交换方式数据通信寻址和交换方式常见寻址编码常见寻址编码 3、IP地址地址一般将IP地址按节点计算机所在网络规模的大小分为A，B，C三类。A类地址的表示范围为：0.0.0.0126.255.255.255，默认网络掩码为：255.0.0.0； B类地址的表示范围为：128.0.0.0191.255.255.255，默认网络掩码为：255.255.0.0； C类地址的表示范围为：192.0.0.0223
32、.255.255.255，默认网络掩码为：255.255.255.0； D类地址称为广播地址，供特殊协议向选定的节点发送信息时用。E类地址保留给将来使用。1.4数据通信寻址和交换方式数据通信寻址和交换方式常见寻址编码常见寻址编码 4、ATM 寻址寻址 需要 ATM 地址来支持通过 ATM 网络使用交换式虚拟连接 (SVC)。在最简单的层中，ATM 地址的长度是 20 个字节并分为三个不同的部分： （1）网络前缀）网络前缀 前面的 13 个字节标识网络中特定交换机所在的位置。 （2）适配器媒体访问控制地址）适配器媒体访问控制地址 接下来的 6 个字节标识一个物理端点。 （3）选择器）选择器 (S
33、EL) 最后一个字节用来在物理 ATM 适配器上选择一个逻辑连接端点。1.4数据通信寻址和交换方式数据通信寻址和交换方式电路交换是指呼叫双方在开始通话之前，必须先由交换设备在两者之间建立一条专用电路，并在整个通话期间由他们独占这条电路，直到通话结束为止的一种交换方式。&电路交换电路交换电路交换电路交换&报文交换报文交换报文交换报文交换报文交换又称为消息交换，是以报文作为传送单元，用于交换电报、信函、文本文件等报文消息。这种交换的基础就是存储转发。 &分组交换分组交换分组交换分组交换在分组交换中，消息被划分为一定长度的数据分组（也称数据包），每个分组通常含数百至数千比特。将该分组数据加上地址和适当的控制信息等送往分组交换机。与报文交换一样，在分组交换中，分组也采用存储转发技术。 1.4.3数据交换方式数据交换方式
