第2章 网络通信基础

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1、计算机网络基础与计算机网络基础与应用技术应用技术张蒲生张蒲生 编著编著1第第2 2章章 网络通信基础网络通信基础2.1 计算机网络的两层结构计算机网络的两层结构 2.1.1 资源子网和通信子网资源子网和通信子网 2.1.2 资源子网资源子网 2.1.3 通信子网通信子网2.2 数据通信基础数据通信基础 2.2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 2.2.2 数据传输方式数据传输方式 2.2.3 数据编码技术和时钟同步数据编码技术和时钟同步 2.2.4 数据交换技术数据交换技术 2.2.5 多路复用技术多路复用技术 2.2.6 差错控制方法差错控制方法2计算机网络基础与应用技术计算机网络基

2、础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2.1.1 资源子网和通信子网资源子网和通信子网计计算算机机网网络络要要完完成成数数据据处处理理与与数数据据通通信信两两大大主主要要任任务务，因因此此，它它在在结结构构上上必必然然可可以以分分成成两两个个部部分分：一一部部分分是是负负责责处处理理数数据据的的主主机机与与终终端端；另另一一部部分分是是负负责责处处理理数数据据通通信信的的通通信信控控制制处处理理机机与与通通信信线线路路。按按照照计计算算机机网网络络的的逻逻辑辑功功能能可可将将网网络络分分为为资资源源子子网网和和通通信信子子网网两两部部分分，称为二级子网结构，如图所示

3、。称为二级子网结构，如图所示。3计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2.1.2 资源子网资源子网资资源源子子网网由由主主计计算算机机系系统统、终终端端、终终端端控控制制器器、联联网网外外设设、各各种种软软件件资资源源与与信信息息资资源源组组成成。资资源源子子网网负负责责处处理理全全网网的的数数据据处处理理业业务务，向向网网络络用用户户提提供供各各种种网网络络资资源与网络服务。源与网络服务。1. 主机系统主机系统主计算机系统简称主机主计算机系统简称主机(Host)，它可以是大型机、，它可以是大型机、中型机、小型机、工作站或微机。中

4、型机、小型机、工作站或微机。2. 终端终端终端是用户访问网络的界面。终端可以是简单的输终端是用户访问网络的界面。终端可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理的智能终端。智能入、输出终端，也可以是带有微处理的智能终端。智能终端除具有输入、输出信息的功能外，本身还具有存储终端除具有输入、输出信息的功能外，本身还具有存储与处理信息的能力。与处理信息的能力。4计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2.1.3 通信子网通信子网通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数

5、据传输、转发等通信处理任务。备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。1. 通信控制处理机通信控制处理机通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络节点。通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络节点。它一方面作为与资源子网的主机、终端连接的接口，将它一方面作为与资源子网的主机、终端连接的接口，将主机和终端连入网内；另一方面它又作为通信子网中的主机和终端连入网内；另一方面它又作为通信子网中的分组存储转发节点，完成分组的接收、校验、存储和转分组存储转发节点，完成分组的接收、校验、存储和转发等功能，实现将原主机报文准确发送到目的主机的作发等功能，实现将原主机报文准确发送到目的主机的作用。用。2. 通

6、信线路通信线路通信线路为通信控制处理机与通信控制处理机、通信通信线路为通信控制处理机与通信控制处理机、通信控制处理机与主机之间提供通信信道。计算机网络采用控制处理机与主机之间提供通信信道。计算机网络采用多种通信线路，例如，电话线、双绞线、同轴电缆、光多种通信线路，例如，电话线、双绞线、同轴电缆、光缆、光纤、无线通信信道、微波与卫星通信信道等。缆、光纤、无线通信信道、微波与卫星通信信道等。5计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2.1.3 通信子网通信子网3现代网络结构的特点现代网络结构的特点 6计算机网络基础与应用技术计算机网络基

7、础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2.2 2.2 数据通信基础数据通信基础2.2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念2.2.2 数据传输方式数据传输方式2.2.3 数据编码技术和时钟同步数据编码技术和时钟同步2.2.4 数据交换技术数据交换技术2.2.5 多路复用技术多路复用技术2.2.6 差错控制方法差错控制方法7计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2.2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念1. 信号、数据与信息信号、数据与信息数据是对某一客观现象的物理度量。数据是对某一客观现象的物

8、理度量。信号是与实际对应的、以电磁形式表示的连续或者信号是与实际对应的、以电磁形式表示的连续或者离散数据。离散数据。信息应当是从一批数据中分析、统计得出的有用数信息应当是从一批数据中分析、统计得出的有用数据。据。8计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2. 模拟数据通信和数字数据通信模拟数据通信和数字数据通信与连续数据对应变化的信号称为模拟信号，如温度、与连续数据对应变化的信号称为模拟信号，如温度、压力、语音数据转换为信号后都是典型的模拟信号。与压力、语音数据转换为信号后都是典型的模拟信号。与离散数据对应变化的信号称为数字信号，如

9、对语音声压离散数据对应变化的信号称为数字信号，如对语音声压的一系列瞬间测量值、量化编码后的信号，计算机中传的一系列瞬间测量值、量化编码后的信号，计算机中传输处理的二进制信号等。输处理的二进制信号等。模拟信号可以用模拟线路直接传输，用放大器弥补传模拟信号可以用模拟线路直接传输，用放大器弥补传输一定距离后造成的信号衰减。模拟信号也可以先调制输一定距离后造成的信号衰减。模拟信号也可以先调制转换成数字信号、用数字线路传输，到达目的地后解调转换成数字信号、用数字线路传输，到达目的地后解调还原成原来的模拟信号；在数字传输线路中，用中继器还原成原来的模拟信号；在数字传输线路中，用中继器对传输一定距离造成的信

10、号衰减和波形畸变进行整形、对传输一定距离造成的信号衰减和波形畸变进行整形、放大放大-即信号的再生。即信号的再生。2.2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念9计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社3. 数据通信中的主要技术指标数据通信中的主要技术指标数字通信中，传送数据的最小单位是一个二进制数字通信中，传送数据的最小单位是一个二进制“位位”-比特比特(bit)。实际字符信息则由多个比特组成，。实际字符信息则由多个比特组成，如如ASCII码中字符码中字符“A”，则由，则由“1000001”7个比特组个比特组成，数字成，数字“1”

11、则由则由“0110001”组成等，实际信道上组成等，实际信道上传输的就是这样一连串的比特，简称比特流。传输的就是这样一连串的比特，简称比特流。 数据传输率数据传输率单位时间传送的比特数单位时间传送的比特数(bps)，用于描述数字信道，用于描述数字信道的传输能力，即发送、接收双方及中间交换的处理能的传输能力，即发送、接收双方及中间交换的处理能力。力。 误码率误码率Pb传输时出错比特数与总传送比特数之比。传输时出错比特数与总传送比特数之比。2.2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念10计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社3.

12、数据通信中的主要技术指标数据通信中的主要技术指标 信道容量信道容量物理信道的最大传输率还与线路所受电磁干扰强弱有物理信道的最大传输率还与线路所受电磁干扰强弱有关，实际信道数据传输率的上限值、即信道容量的香农关，实际信道数据传输率的上限值、即信道容量的香农(Shannon)公式为：公式为： C=Blog2(1+S/N)式中：式中：C-信道容量，即信道最大传输率信道容量，即信道最大传输率 bps。 B-信道频带信道频带 Hz。 S-信道中信号功率。信道中信号功率。 N-信道中电磁噪声功率。信道中电磁噪声功率。一般，信道中信噪比用分贝一般，信道中信噪比用分贝dB数表示，由分贝定义式数表示，由分贝定义

13、式dB=10log10S/N可知，当信噪比为可知，当信噪比为30分贝时，分贝时，S/N=1030/10。由香农公式计算得出的信道容量是信道传输速率的理由香农公式计算得出的信道容量是信道传输速率的理论上限值，信道的实际数据速率小于信道容量。论上限值，信道的实际数据速率小于信道容量。2.2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念11计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社4. 通信方式通信方式 并行通信并行通信并行通信是指同时有多条数据通道，可同时传送多并行通信是指同时有多条数据通道，可同时传送多个比特。如图所示。个比特。如图所示。2

14、.2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念12计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社4. 通信方式通信方式 串行通信串行通信串行通信是指用一条数据线传送比特流，一次只传送串行通信是指用一条数据线传送比特流，一次只传送一个比特，发送方计算机内的并行数据经并一个比特，发送方计算机内的并行数据经并-串转换后串转换后组成按序传送的数据流，接收方计算机再进行串组成按序传送的数据流，接收方计算机再进行串-并转并转换还原成并行数据进行处理。如图所示。换还原成并行数据进行处理。如图所示。2.2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念13计算

15、机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社4. 通信方式通信方式 单工、半双工及全双工通信单工、半双工及全双工通信在串行通信中，按数据传输方向又分为单工通信、半在串行通信中，按数据传输方向又分为单工通信、半双工通信、全双工通信。双工通信、全双工通信。 单工通信单工通信只支持数据在一个方向上传送，通信的一方只有发送只支持数据在一个方向上传送，通信的一方只有发送设备，另一方只有接收设备。设备，另一方只有接收设备。 半双工通信半双工通信支持数据轮流在两个方向上传输，通信双方均具有发支持数据轮流在两个方向上传输，通信双方均具有发送设备和接收设备，

16、但只能轮流工作而不能同时发、收。送设备和接收设备，但只能轮流工作而不能同时发、收。 全双工通信全双工通信可同时收、发数据，通信双方各有发送设备和接收设可同时收、发数据，通信双方各有发送设备和接收设备并可同时工作，全双工通信一般采用四线制，一对线备并可同时工作，全双工通信一般采用四线制，一对线用于发送数据，另一对线用于接收数据。用于发送数据，另一对线用于接收数据。2.2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念14计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2.2.2 数据传输方式数据传输方式数据传输时，对线路频带资源的使用方式有两种：数

17、据传输时，对线路频带资源的使用方式有两种：基带传输与宽带传输。基带传输与宽带传输。所谓基带传输，就是数字信号直接传输，使用数字所谓基带传输，就是数字信号直接传输，使用数字信号的原始频带，不用调制解调转换，这是一种比较简信号的原始频带，不用调制解调转换，这是一种比较简单的传输方法，信道资源利用率比较低，一条线路只能单的传输方法，信道资源利用率比较低，一条线路只能传送一路信号。传送一路信号。所谓宽带传输，即是前面所述的数字信号模拟传输所谓宽带传输，即是前面所述的数字信号模拟传输方法，对多路信号采用不同的载波频率进行调制，每一方法，对多路信号采用不同的载波频率进行调制，每一路信号占用一定宽度的频带资

18、源，在同一条通信线路上路信号占用一定宽度的频带资源，在同一条通信线路上可同时传送多路信号，这样在远距离通信时有利于节约可同时传送多路信号，这样在远距离通信时有利于节约线路资源。线路资源。基带传输时如何保持收发双方同步，是一个基本问基带传输时如何保持收发双方同步，是一个基本问题，为此要了解基带信号传输时的编码方式。题，为此要了解基带信号传输时的编码方式。15计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社1. 不归零不归零NRZ(None-return to zero)编码编码不归零码亦称全宽码，即在数字信号不归零码亦称全宽码，即在数字信号“

19、0”或或“1”持续期间，信号电平一直不变，与代码宽度相同。如图持续期间，信号电平一直不变，与代码宽度相同。如图所示。所示。2.2.2 数据传输方式数据传输方式16计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2. 归零归零RZ(Return to zero)编码编码归零码亦称窄脉冲，数字信号脉冲宽度小于归零码亦称窄脉冲，数字信号脉冲宽度小于“0”、“1”信号持续时间，即小于代码宽度，每一窄脉冲在信号持续时间，即小于代码宽度，每一窄脉冲在数字代码未变之前就已归零。如图所示。数字代码未变之前就已归零。如图所示。上图上图 (c)为数字信号取样脉

20、冲，数字信道上传输的就为数字信号取样脉冲，数字信道上传输的就是代表是代表“0”、“1”的脉冲；在实际信道上，为了减少的脉冲；在实际信道上，为了减少数字信号的直流分量累积，采用的是交替双极性脉冲，数字信号的直流分量累积，采用的是交替双极性脉冲，使正、负脉冲个数在总体上大致相同，直流分量趋于零。使正、负脉冲个数在总体上大致相同，直流分量趋于零。2.2.2 数据传输方式数据传输方式17计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2.2.2 数据传输方式数据传输方式18计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中

21、国铁道出版社中国铁道出版社3. 曼彻斯特编码曼彻斯特编码时钟信号频率为数字信号频率的二倍，使数字信号时钟信号频率为数字信号频率的二倍，使数字信号每一位的中间有一个跳变，数字每一位的中间有一个跳变，数字“1”变换成为变换成为“10”，数字，数字“0”变换成为变换成为“01”，传输时，就不会有连续，传输时，就不会有连续3个或以上的个或以上的“1”或或“0”出现，这样可保证精确同步；出现，这样可保证精确同步；接收方再将接收方再将“10”还原成还原成“1”，将，将“01”还原成还原成“0”即可。即可。4. 差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码每一位数字信号中间的跳变仅供接收方提取时钟信每一位数字信号中间的

22、跳变仅供接收方提取时钟信号，根据数字信号的前沿有无跳变决定数字比特值为号，根据数字信号的前沿有无跳变决定数字比特值为“1”或或“0”，其前沿跳变规律是：，其前沿跳变规律是：“0”跳跳“1”不跳；不跳；接收方根据相邻比特有无变化可知原信号数据值，有变接收方根据相邻比特有无变化可知原信号数据值，有变化为化为“0”，无变化为，无变化为“1”，后面跟一个时钟脉冲。，后面跟一个时钟脉冲。2.2.2 数据传输方式数据传输方式19计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2.2.3 数据编码技术和时钟同步数据编码技术和时钟同步1. 数字信号模拟传输

23、数字信号模拟传输由于高频信号抗干扰能力强，易于远距离、高效率由于高频信号抗干扰能力强，易于远距离、高效率传输，因此在信号传输时，常将低频信号搭载在高频传输，因此在信号传输时，常将低频信号搭载在高频信号上传输，到达目的地后再将原始信号从高频信号信号上传输，到达目的地后再将原始信号从高频信号上取出来；起搭载作用的高频信号称为载波。在接收上取出来；起搭载作用的高频信号称为载波。在接收端将原始信号从高频信号上取出来的过程称为解调制。端将原始信号从高频信号上取出来的过程称为解调制。20计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社将将数数字字信信号

24、号搭搭载载在在高高频频载载波波信信号号上上而而形形成成调调制制波波的的设设备备称称为为调调制制器器，从从调调制制波波上上分分离离出出原原始始信信号号的的设设备备称称为为解解调调器器，调调制制器器、解解调调器器实实现现的的是是一一对对相相反反的的变变换换，实实用用中中，将将调调制制器器与与解解调调器器合合成成一一体体，称称为为调调制制解解调调器器(Modem)，既既能能实实现现把把数数字字信信号号调调制制为为高高频频模模拟拟信信号号，又又能能实实现现从从高高频频模模拟拟信信号号中中分分离离出出原原始始数数字字信信号号。网网络络通通信信中中，用用调调制制解解调调器器、模模拟拟通通信信网网络络(电电

25、话话网网)进进行行远远程通信的例子如图所示。程通信的例子如图所示。2.2.3 数据编码技术和时钟同步数据编码技术和时钟同步21计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2. 模拟信号数字传输模拟信号数字传输模拟信号直接用模拟信道传输、处理的主要缺点是：模拟信号直接用模拟信道传输、处理的主要缺点是：效率低、通信质量差。因此现代通信中，采用通信质量效率低、通信质量差。因此现代通信中，采用通信质量高、处理效率高、保密性好的数字通信网络。模拟通信高、处理效率高、保密性好的数字通信网络。模拟通信网络在许多场合已被淘汰。在实际中，大多数数据都是网

26、络在许多场合已被淘汰。在实际中，大多数数据都是连续的模拟数据，对应的是模拟信号，因此首先要转换连续的模拟数据，对应的是模拟信号，因此首先要转换成为数字信号才能在数字通信网中传输处理。成为数字信号才能在数字通信网中传输处理。2.2.3 数据编码技术和时钟同步数据编码技术和时钟同步22计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社将模拟信号转换成数字信号要经过采样、量化，编将模拟信号转换成数字信号要经过采样、量化，编码三个步骤。码三个步骤。 采样采样每隔一定时间间隔取一个测量值。每隔一定时间间隔取一个测量值。 量化量化将采样最大值分为将采样最

27、大值分为N个等级，所有采样值按这个等级，所有采样值按这N个等个等级量化处理，一般级量化处理，一般N取取2的指数，的指数，2、4、8、16、，PCM系统中，系统中，N=256。 编码编码将量化后的每一个采样值，编写成为将量化后的每一个采样值，编写成为M位二进制比特，位二进制比特，M=log2N。这样，每一采样值的。这样，每一采样值的M位比特构成一个进制位比特构成一个进制数据流，运用数字网络传输处理。数据流，运用数字网络传输处理。2.2.3 数据编码技术和时钟同步数据编码技术和时钟同步23计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社如如图图

28、所所示示，采采样样频频率率为为10、量量化化等等级级为为8，得得到到30比特编码。比特编码。2.2.3 数据编码技术和时钟同步数据编码技术和时钟同步24计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社3. 数字信号同步方式数字信号同步方式 同步传输同步传输通信期间，双方一直保持有相同的时钟，发送方发出通信期间，双方一直保持有相同的时钟，发送方发出多少比特，接收方根据每比特的周期可知接收了多少比多少比特，接收方根据每比特的周期可知接收了多少比特，这样保证比特数目不会出现差错。特，这样保证比特数目不会出现差错。使通信双方时钟同步的方法有：用专门

29、的时钟通信线使通信双方时钟同步的方法有：用专门的时钟通信线路使双方时钟校准，或先发一串同步比特校准时钟后再路使双方时钟校准，或先发一串同步比特校准时钟后再发数据，或将同步信号叠加在所传输的数据信号中、接发数据，或将同步信号叠加在所传输的数据信号中、接收方从接收数据中提取时钟信号等多种方法实现。收方从接收数据中提取时钟信号等多种方法实现。同步通信效率高，质量高，但实现技术复杂、成本也同步通信效率高，质量高，但实现技术复杂、成本也高。高。2.2.3 数据编码技术和时钟同步数据编码技术和时钟同步25计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社

30、 异步传输异步传输同步传输虽然质量、效率均高，但代价也大，在不同步传输虽然质量、效率均高，但代价也大，在不发送数据期间还要保持同步也是一种资源上的浪费，如发送数据期间还要保持同步也是一种资源上的浪费，如按一次一个字符按一次一个字符(58比特比特)地发送数据，每一字符比特地发送数据，每一字符比特流的首尾附加起始位流的首尾附加起始位“0”、停止位、停止位“1”，在传送字符，在传送字符数据期间要求同步，不传送字符时则一直发送停止位数据期间要求同步，不传送字符时则一直发送停止位“1”，此时不要求双方同步，当有一个起始位比特，此时不要求双方同步，当有一个起始位比特“0”出现时，表明一个字符的传输开始了。

31、这样在传出现时，表明一个字符的传输开始了。这样在传送字符期间同步、不传送字符时可以不同步的传输方式送字符期间同步、不传送字符时可以不同步的传输方式称为异步通信。异步通信亦称称为异步通信。异步通信亦称“群同步群同步”或或“起止式通起止式通信信”。异步通信方式速率低，对高速通信不适用；但由于异步通信方式速率低，对高速通信不适用；但由于实现容易、成本低，在低速通信场合还有一定的应用。实现容易、成本低，在低速通信场合还有一定的应用。2.2.3 数据编码技术和时钟同步数据编码技术和时钟同步26计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2.2.4

32、 数据交换技术数据交换技术将将数数据据编编码码后后在在通通信信线线路路上上进进行行传传输输的的最最简简单单形形式式，是是在在两两个个互互连连设设备备之之间间直直接接进进行行数数据据通通信信。但但是是，网网络络中中所所有有设设备备都都直直接接两两两两相相连连是是不不现现实实的的，即即使使能能实实现现，也也不不必必要要。通通常常要要经经过过中中间间节节点点将将数数据据从从信信源源逐逐步步传传送送到到信信宿宿，从从而而实实现现两两个个互互连连设设备备之之间间的的通通信信。这这些些中中间间节节点点并并不不关关心心所所传传数数据据的的内内容容，而而只只是是提提供供一一种种交交换换功功能能，使使数数据据从

33、从一一个个节节点点传传到到另另一一个个节节点点，直直至至达达到到目目的的地地为为止止。通通常常把把作作为为信信源源或或信信宿宿的的一一批批设设备备称称为为网网络络站站。而而将将提提供供中中间间通通信信的的设设备备称称为为节节点点。这这些些节节点点以以某某种种方方式式用用传传输输链链路路相相互互连连接接起起来来，每每个个站站都都连连接接到到一一个个节节点点上上，这这些些节节点点的的集集合合便便称称为为通通信信网网络络。如如果果所所连连接接的的设设备备是是计计算算机机和和终终端端的的话话，那那么么节节点点集集合合加加上上一一些些站站就就构构成计算机网络。成计算机网络。27计算机网络基础与应用技术计

34、算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社 如图所示是一个交换网络的结构。按所用的数据传如图所示是一个交换网络的结构。按所用的数据传送技术划分，交换网络又可分为电路交换网，报文交送技术划分，交换网络又可分为电路交换网，报文交换网和分组交换网。换网和分组交换网。2.2.4 数据交换技术数据交换技术28计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社1. 电路交换电路交换普遍使用的电话交换网络是使用电话交换技术的典普遍使用的电话交换网络是使用电话交换技术的典型例子。型例子。 电路建立电路建立如同打电话一样，先要

35、通过拨号在通话双方间建立如同打电话一样，先要通过拨号在通话双方间建立起一条通路，在传输数据之前，也要经过呼叫过程建立起一条通路，在传输数据之前，也要经过呼叫过程建立一条端到端的电路。一条端到端的电路。 数据传输数据传输当电路当电路ABC建立起来以后，数据就可以从建立起来以后，数据就可以从A发送到发送到B，再由，再由B交换到交换到C；C也可以经也可以经B向向A发送数据。这种数发送数据。这种数据传输有最短的传播延迟，并且没有阻塞问题，除非有据传输有最短的传播延迟，并且没有阻塞问题，除非有意外的线路或节点故障而使电路中断。在整个数据传输意外的线路或节点故障而使电路中断。在整个数据传输过程中，所建立的

36、电路必须始终保持连接状态。过程中，所建立的电路必须始终保持连接状态。2.2.4 数据交换技术数据交换技术29计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社 电路拆除电路拆除在数据传输结束后，由某一方在数据传输结束后，由某一方A或或C发出拆除请求，发出拆除请求，然后逐节拆除到对方节点。被拆除的信道空闲后，就可然后逐节拆除到对方节点。被拆除的信道空闲后，就可被其他通信使用。被其他通信使用。电路交换方式的优点是数据传输可靠、迅速及时，电路交换方式的优点是数据传输可靠、迅速及时，数据不会丢失，且保持原来的序列。缺点是信道长时间数据不会丢失，且保持

37、原来的序列。缺点是信道长时间被占用，即使信道空闲时，他人也不能使用，造成信道被占用，即使信道空闲时，他人也不能使用，造成信道利用率低；此外，在数据传输所花时间不太长的情况下，利用率低；此外，在数据传输所花时间不太长的情况下，建立和拆除所用时间得不偿失。因此，电路交换适用于建立和拆除所用时间得不偿失。因此，电路交换适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。系统间要求高质量的大量数据传输的情况。2.2.4 数据交换技术数据交换技术30计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2. 报文交换报文交换 报文交换的工作过程报文交换的工作过程报

38、文交换方式的数据传输单位是报文，所谓报文就报文交换方式的数据传输单位是报文，所谓报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。报是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。报文交换不需要在两个站点之间建立专用通路，传送方式文交换不需要在两个站点之间建立专用通路，传送方式采用采用“存储存储-转发转发”方式。当一个站点要发送报文时，方式。当一个站点要发送报文时，它先将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文它先将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的的节点。每个节点在收下

39、整个报文个节点地转送到目的的节点。每个节点在收下整个报文并检测无误后，就暂存这个报文，然后利用路由信息找并检测无误后，就暂存这个报文，然后利用路由信息找出下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点。出下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点。2.2.4 数据交换技术数据交换技术31计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社 报文交换与电路交换的比较报文交换与电路交换的比较与电路交换比较，报文交换的主要优点有：与电路交换比较，报文交换的主要优点有： 电路利用率高。电路利用率高。 在电路交换网路上，当通信量变得很大时，就不在电路

40、交换网路上，当通信量变得很大时，就不能接受新的呼叫，而在报文交换网络上，通信量大时仍能接受新的呼叫，而在报文交换网络上，通信量大时仍然可以接收报文，不过传送延迟会增加。然可以接收报文，不过传送延迟会增加。 报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。而电路交换网络很难做到这一点。 报文交换网络可以进行速度和代码的转换。报文交换网络可以进行速度和代码的转换。2.2.4 数据交换技术数据交换技术32计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社报报文文交交换换的的主主要

41、要缺缺点点是是：它它不不能能满满足足实实时时或或交交互互式式的的通通信信要要求求，报报文文经经过过网网络络的的延延迟迟时时间间长长，而而且且不不固固定定。因因此此，这这种种方方式式不不能能用用于于语语音音连连接接，也也不不适适合合交交互互式式终终端端到到计计算算机机的的连连接接。有有时时节节点点收收到到过过多多的的报报文文而而无无空空间间存存储储或或不不能能及及时时转转发发时时，就就不不得得不不丢丢弃弃报报文文，而而且且发发出出的报文不按顺序到达目的地。的报文不按顺序到达目的地。2.2.4 数据交换技术数据交换技术33计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中

42、国铁道出版社中国铁道出版社3. 分组交换分组交换在实际应用中，为了使信道容量利用得更好，并降在实际应用中，为了使信道容量利用得更好，并降低节点中数据量的突发性，可以将报文交换改进为分组低节点中数据量的突发性，可以将报文交换改进为分组交换，将一个报文分成若干个分组，每个分组规定一个交换，将一个报文分成若干个分组，每个分组规定一个上限，典型的最大长度是数千位。上限，典型的最大长度是数千位。 虚电路分组交换虚电路分组交换在虚电路在虚电路VC(Virtual Circuit)中，为进行数据传输，中，为进行数据传输，网络的源节点和目的节点之间先要建立一条逻辑通路。网络的源节点和目的节点之间先要建立一条逻

43、辑通路。无论何时，一个站都能和任何站建立多个虚电路。无论何时，一个站都能和任何站建立多个虚电路。这种传输数据的逻辑通路就是虚电路，它之所以是这种传输数据的逻辑通路就是虚电路，它之所以是“虚虚”的，是因这条电路不是专用的。每条虚电路支持特定的，是因这条电路不是专用的。每条虚电路支持特定的两个端点之间的数据传输；每个端点之间也可有多条的两个端点之间的数据传输；每个端点之间也可有多条虚电路为不同的进程服务，这些虚电路的实际路由可能虚电路为不同的进程服务，这些虚电路的实际路由可能相同，也可能不同。相同，也可能不同。2.2.4 数据交换技术数据交换技术34计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术

44、 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社 数据报方式分组交换数据报方式分组交换在数据报方式中，每个分组的传送是单独处理的，就在数据报方式中，每个分组的传送是单独处理的，就像报文交换中的报文一样。每个分组称为一个数据报，像报文交换中的报文一样。每个分组称为一个数据报，每个数据报自身携带足够的地址信息。一个节点接收到每个数据报自身携带足够的地址信息。一个节点接收到一个数据报后，根据数据报中的地址信息和节点所存储一个数据报后，根据数据报中的地址信息和节点所存储的路由信息，找出一个合适的出路，把数据报原样地发的路由信息，找出一个合适的出路，把数据报原样地发送到下一个节点。因此，当某一站点

45、要发送一个报文时，送到下一个节点。因此，当某一站点要发送一个报文时，先把报文拆成若干个带有序号和地址信息的数据报，依先把报文拆成若干个带有序号和地址信息的数据报，依次发送到网络节点。此后，各数据报所走的路径就可能次发送到网络节点。此后，各数据报所走的路径就可能不再相同，因为各个节点随时根据网络流量、故障等情不再相同，因为各个节点随时根据网络流量、故障等情况选择路由，因此不能保证各个数据报按顺序到达目的况选择路由，因此不能保证各个数据报按顺序到达目的地，有的数据报甚至会在途中丢失。整个过程中，设有地，有的数据报甚至会在途中丢失。整个过程中，设有虚电路建立，但要为每个数据报进行路由选择。虚电路建立

46、，但要为每个数据报进行路由选择。2.2.4 数据交换技术数据交换技术35计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社虚电路和数据报操作方式的比较：虚电路和数据报操作方式的比较：虚电路分组交换适用于两端之间的长时间数据交换，虚电路分组交换适用于两端之间的长时间数据交换，尤其是在交互式会话中每次传送的数据很短的情况下，尤其是在交互式会话中每次传送的数据很短的情况下，可免去每个分组要有地址信息的额外开销。它提供了更可免去每个分组要有地址信息的额外开销。它提供了更可靠的通信功能，保证每个分组正确到达，且保持原来可靠的通信功能，保证每个分组正确到

47、达，且保持原来顺序。还可对两个数据端点的流量进行控制，接收方在顺序。还可对两个数据端点的流量进行控制，接收方在来不及接收数据时，可以通知发送方暂缓发送分组。来不及接收数据时，可以通知发送方暂缓发送分组。数据报分组交换省去了呼叫建立阶段，它传输少量数据报分组交换省去了呼叫建立阶段，它传输少量分组时比虚电路方式简便灵活。在数据报方式中，分组分组时比虚电路方式简便灵活。在数据报方式中，分组可以绕开故障区而到达目的地，因此，故障的影响面要可以绕开故障区而到达目的地，因此，故障的影响面要比虚电路方式小得多，但数据报不保证分组的按顺序到比虚电路方式小得多，但数据报不保证分组的按顺序到达，数据的丢失也不会立

48、即被发现。达，数据的丢失也不会立即被发现。2.2.4 数据交换技术数据交换技术36计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社4. 交换技术的比较交换技术的比较不同的交换技术适用于不同的场合：不同的交换技术适用于不同的场合：对于较轻和间歇式负载来说，报文交换是最合适的，对于较轻和间歇式负载来说，报文交换是最合适的，可以通过拨号线路来实行通信；可以通过拨号线路来实行通信；对于较重和持续的负载来说，使用租用的线路以电对于较重和持续的负载来说，使用租用的线路以电路交换方式进行通信是合适的；路交换方式进行通信是合适的；对于必须交换中等到大量数据

49、的情况，可用分组交对于必须交换中等到大量数据的情况，可用分组交换方法。换方法。2.2.4 数据交换技术数据交换技术37计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社 电路交换。在数据传送开始之前必须先设置一条电路交换。在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占有。对于猝发式的通信，电路交换效率不高。占有。对于猝发式的通信，电路交换效率不高。 报文交换。报文从源点传送到目的地采用报文交换。报文从源点传送到目的地采用“存储存储-转发转发”方式，在传送报文时

50、，一个时刻仅占用一段通道。方式，在传送报文时，一个时刻仅占用一段通道。在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队，故报文交在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队，故报文交换不能满足实时通信的要求。换不能满足实时通信的要求。 分组交换。交换方式和报文交换方式相类似，但分组交换。交换方式和报文交换方式相类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大的分组长度。在数报文被分成分组传送，并规定了最大的分组长度。在数据报分组交换中，目的地需要重新组装报文；在虚电路据报分组交换中，目的地需要重新组装报文；在虚电路分组交换中，数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚分组交换中，数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。电

51、路。2.2.4 数据交换技术数据交换技术38计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社现现有有的的公公用用数数据据网网都都采采用用分分组组交交换换技技术术，例例如如，我我国国的的CNPAC，美美国国的的TELENET，以以及及很很多多国国家家建建立立的的公公用用数数据据网网都都属属于于这这一一类类型型。目目前前广广泛泛采采用用的的X.25协协议议就就是是由由CCITT制制定定的的分分组组交交换换协协议议。计计算算机机网网络络也也都都采采用用分分组组交交换换技技术术。由由于于在在计计算算机机网网络络中中，从从源源节节点点到到目目的的节节

52、点点之之间间只只有有一一条条单单一一的的通通路路，因因此此，不不需需要要像像公公用用数数据据网网中中那那样样的的路路由由选选择择和和交交换换功功能能。计计算算机机网网络络中中也也广广泛泛采采用用电电路路交交换换技技术术，计计算算机机控控制制的的电电话话交交换换机机CBX就就是是用用电电路路交交换换技技术术构构成成的的计计算算机机网网络络。由由于于报报文文交交换换技技术术不不能能满满足足实实时时通通信信要要求求，因因此此，在在计计算算机机网网络络中不采用报文交换技术。中不采用报文交换技术。2.2.4 数据交换技术数据交换技术39计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著

53、编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2.2.5 多路复用技术多路复用技术1. 频分多路复用频分多路复用将传输媒体将传输媒体(如铜导线、光纤、无线媒体等如铜导线、光纤、无线媒体等)的物理的物理频带划分为许多子频带，每一个子频带中传输一路信号，频带划分为许多子频带，每一个子频带中传输一路信号，在同一媒体上同时传送多路信号，这就是频分多路复用。在同一媒体上同时传送多路信号，这就是频分多路复用。如图所示。如图所示。40计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2. 同步时分多路复用同步时分多路复用时分多路复用就是将物理信道的传输时间分成许多时分

54、多路复用就是将物理信道的传输时间分成许多固定大小的时间片，每一个时间片内传送一路信号。其固定大小的时间片，每一个时间片内传送一路信号。其工作过程犹如一个转换开关，使各路信号轮流接通、传工作过程犹如一个转换开关，使各路信号轮流接通、传输，这种微观上输，这种微观上(微秒数量级微秒数量级)的轮流接通，在宏观上的轮流接通，在宏观上(秒数量级秒数量级)看起来就象多路信号同时通信。为每一路信看起来就象多路信号同时通信。为每一路信号分配固定时间片的方式称为同步时分多路复用。号分配固定时间片的方式称为同步时分多路复用。在宽带网络中，就是使用频分多路复用与时分多路在宽带网络中，就是使用频分多路复用与时分多路复用

55、的混合技术，先将物理信道频分复用成多个子信道，复用的混合技术，先将物理信道频分复用成多个子信道，再用时分多路复用技术将每个子信道进一步复用为更多再用时分多路复用技术将每个子信道进一步复用为更多的时分子信道，从而极大地提高了物理线路的传输能力。的时分子信道，从而极大地提高了物理线路的传输能力。2.2.5 多路复用技术多路复用技术41计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社3. 异步时分多路复用技术异步时分多路复用技术同步多路时分复用技术有一个明显的不足，就是为同步多路时分复用技术有一个明显的不足，就是为每一路信号分配固定大小的时间片、

56、而不管它是否需要每一路信号分配固定大小的时间片、而不管它是否需要传输信号及其需求量的大小，这样必然造成一定的资源传输信号及其需求量的大小，这样必然造成一定的资源浪费。异步时分复用技术则是按需分配时间片的方式，浪费。异步时分复用技术则是按需分配时间片的方式，对不传输信号的子信道不分配时间片，对传输数据量小对不传输信号的子信道不分配时间片，对传输数据量小的子信道分配较少的时间片，而对传输数据量大的子信的子信道分配较少的时间片，而对传输数据量大的子信道分配较多的时间片。当某一时间内多个子信道中只有道分配较多的时间片。当某一时间内多个子信道中只有一个信道传输数据时，可获得物理信道的最大传输率。一个信道

57、传输数据时，可获得物理信道的最大传输率。2.2.5 多路复用技术多路复用技术42计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2.2.6 差错控制方法差错控制方法1. 奇偶校验码奇偶校验码最简单、实用的差错校验编码方法就是奇偶校验码，最简单、实用的差错校验编码方法就是奇偶校验码，其基本思想是：在其基本思想是：在K(一般一般K=7或或8，下面为简单起见，下面为简单起见，一律按一律按K=7叙述叙述)比特数据后面附加比特数据后面附加R(R=1)位校验码，位校验码，R位校验码由奇、偶校验的方法和位校验码由奇、偶校验的方法和K位数据的半加和位数据的

58、半加和(二二进制不进位加法进制不进位加法)决定。决定。 垂直奇偶校验：垂直奇偶校验：发送发送K=7位数据的同时，在加法器中求位数据的同时，在加法器中求K位数据的和，位数据的和，7位数据发完后，一位校验码附加在位数据发完后，一位校验码附加在K位数据之后一并位数据之后一并发出，接收方将发出，接收方将7+1位传输代码求和后，与最后一位校位传输代码求和后，与最后一位校验码比较，相同则认为没有出错。验码比较，相同则认为没有出错。43计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社 水平奇偶校验：水平奇偶校验：发送发送K=7位数据时，发送缓冲区中保留发

59、送副本，发位数据时，发送缓冲区中保留发送副本，发送送7组数据后，对组数据后，对7组数据的每一行求和得出一个水平奇组数据的每一行求和得出一个水平奇偶校验码。接收方按相同方法求水平校验和，某一行校偶校验码。接收方按相同方法求水平校验和，某一行校验正确则表明该行传输没有出错。验正确则表明该行传输没有出错。无论是垂直、还是水平奇偶校验，校验码只有一位，无论是垂直、还是水平奇偶校验，校验码只有一位，“0”、“1”两种取值，如果一列两种取值，如果一列(或一行或一行)传输代码中传输代码中有偶数位有偶数位(2、4、或、或6)比特出错，该列代码求和仍与校比特出错，该列代码求和仍与校验码相同，接收方视为传输正确，

60、即奇偶校验码不能检验码相同，接收方视为传输正确，即奇偶校验码不能检出偶数位出错，只能检测出奇数位出偶数位出错，只能检测出奇数位(1、3、5或或7)出错，出错，一般认为奇数位出错的概率与偶数位出错的概率相同，一般认为奇数位出错的概率与偶数位出错的概率相同，则奇偶校验码的漏检率高达则奇偶校验码的漏检率高达50%。2.2.6 差错控制方法差错控制方法44计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社 水平垂直奇偶校验水平垂直奇偶校验单独使用垂直奇偶校验或水平奇偶校验，差错漏检单独使用垂直奇偶校验或水平奇偶校验，差错漏检率都是率都是50%，水平校

61、验还要复杂一些，并无实际意义。，水平校验还要复杂一些，并无实际意义。但将两种方法结合使用，则不但漏检率会大为下降，有但将两种方法结合使用，则不但漏检率会大为下降，有时还可以确定出错比特的位置，从而纠正该错误。时还可以确定出错比特的位置，从而纠正该错误。2.2.6 差错控制方法差错控制方法45计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社2. 循环冗余校验码循环冗余校验码奇偶校验单独使用时不能检测出偶数位出错，结合奇偶校验单独使用时不能检测出偶数位出错，结合使用时虽然漏检率极低，但应用于较长的数据帧使用时虽然漏检率极低，但应用于较长的数据帧

62、-1000比特以上时，其漏检造成的差错不可忽略，何况检验方比特以上时，其漏检造成的差错不可忽略，何况检验方法复杂，对发送缓冲区需求较大，实际中并不常用；在法复杂，对发送缓冲区需求较大，实际中并不常用；在一些要求不高，数据帧大小为十个比特左右时，一般用一些要求不高，数据帧大小为十个比特左右时，一般用垂直奇偶校验方法既简便又能满足使用要求。对较长的垂直奇偶校验方法既简便又能满足使用要求。对较长的数据帧则使用循环冗余数据帧则使用循环冗余CRC校验方法，附加位数不会校验方法，附加位数不会太多，而且检错能力强，其数字逻辑电路也易于实现，太多，而且检错能力强，其数字逻辑电路也易于实现，是现代网络通信中进行

63、数据帧校验的主要方法。是现代网络通信中进行数据帧校验的主要方法。2.2.6 差错控制方法差错控制方法46计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社3. 差错控制方法差错控制方法接收方用校验码检测出错误后，如何纠正？有两种接收方用校验码检测出错误后，如何纠正？有两种方式：方式： 自动重发请求自动重发请求收方收到错误的数据帧时，否定回答发送方，要求收方收到错误的数据帧时，否定回答发送方，要求重发该帧数据，这即自动重发请求重发该帧数据，这即自动重发请求ARQ方式；发送方方式；发送方缓冲区中有已发送、但未确认的数据帧副本，接收方要缓冲区中有已

64、发送、但未确认的数据帧副本，接收方要求重发、或在指定时间内没有回答，表明该帧数据出错求重发、或在指定时间内没有回答，表明该帧数据出错或丢失，则重发该数据帧，只有接收方对某帧数据确认或丢失，则重发该数据帧，只有接收方对某帧数据确认正确接收时，发送方才从发送缓冲区中将该帧数据的副正确接收时，发送方才从发送缓冲区中将该帧数据的副本撤消。本撤消。2.2.6 差错控制方法差错控制方法47计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社 前向纠错前向纠错FEC方法的最大好处是不用重传出错的数据帧，而方法的最大好处是不用重传出错的数据帧，而是利用校验码在检测出错误的同时还能确定出错比特的是利用校验码在检测出错误的同时还能确定出错比特的位置，将出错比特取反即可纠正传输错误的比特；这从位置，将出错比特取反即可纠正传输错误的比特；这从原理上比原理上比ARQ方法要优越一些，不用应答发送方，由方法要优越一些，不用应答发送方，由接收方自动纠正错误，但在实际中却无多大意义。接收方自动纠正错误，但在实际中却无多大意义。2.2.6 差错控制方法差错控制方法48计算机网络基础与应用技术计算机网络基础与应用技术 张蒲生张蒲生 编著编著 中国铁道出版社中国铁道出版社