Internet技术及其应用教程_第2章

第2章Internet的技术基础第2章Internet的技术基础2.1通信技术基础2.2计算机网络技术第2章Internet的技术基础2.1通信技术基础2.1.1通信系统概述通信系统是由完成通信任务的各种技术设备和传输介质构成的总体，图2-1是一个简单的通信系统模型图。图2-1第2章Internet的技术基础输入设备把输入信息转换为电信号再传送到发送设备。如果输入的信息本身就是电信号，如计算机输出的信号，可以直接送到发送设备，发送设备把信号变成适合某种传输介质传送的信号，经过传输介质送到接收设备。在传输过程中由于噪声、畸变和非线性失真等，使接收设备收到的信号不完全等同于发送的信号。接收设备对收到的信号进行处理，把它恢复成为与发送信号一致的信号，并以输出设备需要的形式送到输出设备。输出设备把电信号还原成原来形式的信息。通信系统设备可分成终端设备、传输设备和交换设备。终端设备和交换设备通过传输设备相连接构成了通信网。第2章Internet的技术基础2.1.2通信的分类通信可以从不同的角度进行分类。从信号的传送形式可分为模拟通信和数字通信。从信源发出的信号形式可分为语音通信和数据通信。下面介绍模拟通信和数字通信。模拟通信是指利用通信系统对模拟信号进行传输、交换和处理。模拟信号是用信号参量，如幅度、频率、相位等来模拟要传送的信息，这些信号参量随着信息连续变化。现在多数的电话和电视通信系统都是使用这种通信方式。第2章Internet的技术基础数字通信是指信道中传送数字信号的通信。数字信号通常以二进制的0和1两种状态的不同组合来表示不同的信息。为此，需要对所要传送的信息按一定的编码规则进行编码。例如，编码电报中可以用五位的1或0来表示0到9的数字，再用不同的数字组合表示汉字；计算机使用的ASCII码是用8位的二进制0与1的组合来表示常用的128个字符。第2章Internet的技术基础需要指出，模拟通信与数字通信决定于传输介质传送的是模拟信号还是数字信号，而不是指信源发出的是模拟信号或者是数字信号。例如，计算机的信号都是用二进制数字编码的数字信号，它们之间进行通信时，可以是模拟通信，也可以是数字通信。如果通过专用数字数据通信线路可以直接传送数字信号，这就是数字通信。第2章Internet的技术基础数字通信与模拟通信相比较有如下优点：(1)抗干扰性好。模拟通信中信息包含在信号的波形中，在信号传送过程中，由于噪声等干扰，将引起波形的改变，故无法将干扰去掉。数字通信的信息包含在“1”和“0”码元的组合之中，虽然噪声等干扰改变了码元的波形，但只要失真不是严重至无法辨认“0”或“1”的程度，就可以把它恢复成原来的波形，消除了干扰的影响。第2章Internet的技术基础(2)功能综合性强。数字通信的信号形式与计算机的信号形式相同，可以是图像、文字、声音等各种信息进行统一的数字化处理，有利于实现多种功能和业务的综合。(3)保密性能好。数字信号易于加密，在传输的过程中也不容易被窃收，有利于保密通信。(4)设备集成化程度高。数字通信设备具有易于实现集成化，结构简单，体积小，功耗低，可靠性高等特点。第2章Internet的技术基础2.1.3信道信道是网络设备之间信号传送的物理通道。网络通信的信道有两种：一种是沿导体传送的有线信道；一种是无线电波沿自由空间传播和光波沿特定方向传送的无线信道。构成有线信道的传输介质有双绞线、同轴电缆和光纤等。无线信道通常有无线电波的短波、超短波和微波几种波段与光波的激光、红外线。第2章Internet的技术基础1．双绞线双绞线由两根有规则的绝缘铜线绞合而成。把若干对双绞线捆在一起并用保护外皮包裹就成为双绞线电缆。双绞线广泛用于电话系统，也可作为计算机局域网廉价的传输介质。电话系统干线中的双绞线电缆可以包含几百对双绞线，网络数据传输的双绞线电缆一般由4对双绞线组成。第2章Internet的技术基础常用双绞线电缆是无屏蔽的，这种电缆在传输时易受外界电噪声干扰，也易被窃听。还有一种具有金属屏蔽层的双绞线，称为屏蔽双绞线，它提高了抗干扰能力，但价格较高。双绞线的电容较大，传输的信号衰减失真较为严重，在局域网中集线器(HUB)或交换机(Switch)到PC机的距离一般不能超过100?m，但可提供较高的传送频带。因此，使用时要在传输速度和传输距离之间作出选择。传输速度较理想时，传输距离较短；反之，传输距离较理想时，传输速度就较低。第2章Internet的技术基础2．同轴电缆同轴电缆由同心的内导体、电绝缘体、屏蔽层和保护外套组成。内导体是单股或多股铜芯导线，用于信号传输。屏蔽层为用铝丝或铜丝编织的金属网或金属管包裹在绝缘体外，起电屏蔽作用。最外层保护套由塑料胶制成。同轴电缆电气性能较好，它的衰减特性比双绞线大为改善，适合高频信号的传输。此外，抗电气噪音干扰能力较强，既可用作模拟传输又可用于数字传输，是较为理想的传输介质。第2章Internet的技术基础3．光纤光纤又称光纤波导，它是工作在光频的一种介质波导。它的工作原理是基于光在两介质交界面上的全反射现象。呈圆柱形的光纤把以光的形式出现的电磁能量约束在其表面以内，并引导光沿着轴线方向传播。光纤传输的主要特点是：速度高、带宽大(可达数千MHz)、衰减小(几个dB/km)、距离远、尺寸小、重量轻、抗干扰强、保密好。正是由于光纤的这些特点，使它的应用从传统的电信领域迅速地扩展到海底通信、图像传输和计算机通信等诸多领域，对双绞线和同轴电缆构成了强大挑战。光纤将逐渐取代双绞线与同轴线成为有线网络的通信介质。第2章Internet的技术基础4．微波通信波的工作频率范围在300?MHz～1000?GHz，微波通信的特点是：频带宽，传送的信息量大；增益高，发射功率大，而且方向性强；抗干扰能力强，工作稳定可靠；灵活方便。微波通信的传输方式有三种：视距微波中继通信、卫星通信和散射通信。微波既可以传送模拟信号，又可以传送数字信号，前者叫做模拟微波，后者叫做数字微波。在数字微波通信系统中，微波中继通信线路由若干相隔50km左右的微波站构成。微波站可分为中继站和终端站两类。中继站只起信号的放大转发作用。第2章Internet的技术基础2.1.4传输技术1．传输方式通信设备之间的数据传输有并行传送和串行传送两种方式。并行传输方式是指多位数据同时从一个设备传送到另一个设备的传送方式。在计算机通信中，并行传输传送的位数有8位、16位、32位等。并行传输的优点是：传输的速度快，可同时传送多位数据；数据不必经过解释处理就可以被接收设备直接使用。缺点是不适于远距离传输，因为每位数据都需要一根传输线，费用高且维护困难。并行方式一般用于计算机系统内部各部件之间和短距离通信的数据传送。第2章Internet的技术基础串行传输方式是指数据传送时一位接一位地顺序传送的方式。与并行方式相比较，串行方式数据传送的速率低，但适宜于远距离通信。计算机与远程终端的通信以及其他远距离通信都使用串行方式。串行传输又有单工、半双工和全双工数据传送三种方法。单工传送又称单向数据总线传送，它只允许数据向一个方向流动。半双工传送又称双向数据总线传送，它允许数据在两个方向上传输，但某一时间内只允许数据向一个方向流动。全双工数据通信允许数据同时在两个方向上流动。第2章Internet的技术基础2．同步技术1)异步传送异步传送的特点是字符之间的时间间隔不固定，字符中每个数据位的时间间隔是固定的。传送数据时，在每个字符代码前增加一个起始位，接着按规定的速率传送字符的代码位，字符代码位之后是奇偶校验位及一个或多个停止位。字符的起始位用逻辑“0”表示，它标志字符传送的开始，故又称为传号。停止位用逻辑“1”表示，它标志传送数据前传送数据线的状态，故又叫空号。由于异步传送是用起、止标志来识别字符的，故又称为起止传送方式。第2章Internet的技术基础2)同步传送同步传送的特点是各字符的时间间隔相等，不需要为每个字符增加起始位和停止位，只在每组字符(例如数据块、报文等)前设置同步字符。图2-2为同步传送示意图。图中在每个数据块前面设置了两个或三个同步字符SYN，接收端首先寻找同步字符SYN，如果发现两个或两个以上的同步字符，就开始接收字符数据，然后再查出同步字符。如查到同步字符，则表示当前一个数据结束，后一个数据块即将开始。图2-2第2章Internet的技术基础3．多路复用多路复用是指在数据传输系统中使两个或两个以上的数据源共用同一个传输介质，每个数据源都好像有自己的信道一样。无论有线信道还是无线信道都可以采用多路复用技术。多路复用技术在多点通信线路、远程大容量同轴电缆通信、远程大容量光缆通信、地面微波通信以及卫星通信等方面都有广泛应用。在多路复用系统的输入端和输出端分别有多路复用器和多路译码器。多路复用器把从若干个输入口输入的信号合并起来，送到一条大容量的数据通信链路上传送。多路译码器则把接收到的复用数据流按照通道号分离出来，然后把各路信号分别通过各个输出口输出。第2章Internet的技术基础随着通信技术的发展，多路复用技术的出现是必然的。首先，现代通信传输系统提供的带宽越来越大，而实际传输的信号带宽则小得多，若不采用多路复用技术，势必造成资源的浪费。其次，现代通信已从单纯的数据信号传输扩展到文字、声音、图像等多种不同性质信号的混合传输，这必须采用复用技术才能实现。多路复用技术可分为频分多路复用和时分多路复用两大类。第2章Internet的技术基础1)频分多路复用(FCM)频分多路复用把传输频率分成若干个较窄的频带，每个窄带是一个子通道，作为独立的传输信道使用。它是利用频率变换或调制的方法把各路输入信号分别搬移到频谱的不同位置上，使各路信号的载波频谱不相重叠，互不干扰，从而充分利用信道提供的传输频带。各路输入信号的频带可以相同也可以不同，但它们的载波频率互不相同，每个已调信号的频谱均集中在载波频率附近并有一定带宽，各载波频率之间应有足够的距离，以便各子信道之间能够留出保护间隔，以保证各路信号互不干扰地在共用信道中传输。显然，信道的频带越宽，可容纳的信号数目就越多。第2章Internet的技术基础频分多路复用既可传送模拟信号，也可传送数字信号。但目前通过有线信道传输的合成信号一般都是模拟信号，因此，当信号源为数字信号时，需要把它转换成模拟信号，或者形成振幅键控信号。目前频分多路复用多用于大容量的有线通信、电缆电视、微波通信和卫星通信等领域。第2章Internet的技术基础2)时分多路复用(TDM)时分多路复用是按照一定的次序轮流地给各个信号源分配一段使用公共信道的时间。当传输某一信号源的信号时，其他信号源暂被切断，通过轮流占用信道的方法保证各路信号互不干扰地在同一个信道中传输。时分多路复用的基本原理是采样传输。把两个相邻样点间的时区划分为若干时隙，轮流地传输各个信号。从实现方法上看，有同步时分多路复用和异步时分多路复用。第2章Internet的技术基础同步时分多路复用系统发送端的扫描采样器以一定的采样速度轮流扫描各个需要发送的信号，把取得的信号样点值送上时分信道传输。接收端的扫描分配器同步工作，即它以同样的速率轮流地把接收到的样点值分配给相应的信号线路。第2章Internet的技术基础异步时分多路复用又称统计时分多路复用，它是通过动态分配时隙来进行多路数据传输的一种多路复用方式，它不需要同步线路。在异步时分多路复用的每一条数据输入线路的输入输出端都有缓冲器。异步时分多路复用缓冲器对输入缓冲器进行扫描并收集数据直至填满数据帧，才把该数据帧送上信道传输。接收端的异步时分多路复用器接收数据帧，并把数据帧时隙分配给适当的输出缓冲器，再把数据正确地送给相应的终端，这就使得异步时分多路复用不会有时隙的浪费。因此，如果同步复用器与异步复用器都有使用相同数据速率的线路，后者可支持更多的设备通信。第2章Internet的技术基础2.1.5交换技术1．电路交换电路交换是人们最熟悉的交换方式，它在电话通信中一直被广泛应用着。电路交换由呼叫、建立链路链接、拆除链接三个阶段组成。具体