第7章网络通信管理

7.1数据通信基础7.2路由管理7.3拥塞控制与流量控制7.4数据交换技术第7章网络通信管理7.5差错控制管理7.6网络通信测试技术7.1数据通信基础7.1.1数据通信的基本概念1.通信的基本概念(1)通信将信息从一个地方传送到另一个地方的过程称为通信。用以实现通信过程的系统称为通信系统。通信系统的三要素：由信源、传输媒体、信宿三个部份组成，如图7-1所示。信源通信媒体信宿图7-1通信过程的三要素示意图(2)通信系统的基本构成通信系统的构成是在图7-1的基础上增加信号转换器而成。如图7-2所示。信源通信媒体信宿信号转换器信号反转器图7-2通信系统结构图2.模拟通信系统和数字通信系统在通信过程中，采用离散的电信号表示的数据称为数字数据，而采用连续电波表示数据称为模拟数据。(1)模拟通信系统在数据通信系统中，两台数据终端设备之间的传输信号为模拟信号的通信系统称为模拟通信系统。典型的模拟通信系统是以电话线为传输介质的通信系统，如图7-3所示：发送端非电/电转换器调制器器解调器器电/非电转换器接收端图7-3摸拟通信系统结构图(2)数字通信系统数字通信系统是数据通信系统中处于数据终端设备（DTC）之间的信号为数字信号的通信系统。数字通信系统的通信模型有四种：其一是收发双方都是数字信号，在这种情况下不需要转换就可直接进行传输，如图7-4a。其二是收发双方都是模拟信号，发送方要进行A/D（即模/数）转换，而接收方要进行D/A（即数/模）转换,如图7-4b。第三种情况是，发送方是模拟信号而接收方是数字信号，只需在发送方进行（A/D）转换即可,如图7-4c。第四种情况是，发送方是数字信号，而接收方是模拟信号，发送方不用转换而直接发送，但在接收方要进行（D/A）转换,如图7-4d。特点：模拟通信系统通过信道的信号频谱较窄，抗干扰能力差。数据通信系统通过信道的信号频谱较宽，抗干扰性强，是数据通信中普采用的通信方式。3.通信线路连接方式(1)点对点的连接点对点的连接分为两种：其一是两台计算机直接相连，如图7-5a所示。其二是通过MODEM连接，如图7-5b所示。图7-5a直接连接方式图7-5b通过Modem连接方式(2)分支式连接分支式连接是一条通信线路（通常使用的是电话线）连接两个以上终端节点进行通信的方式。第一种连接方式是通过集中器与多台主机相连，如图7-6a所示。第二种情况是通过MODEM与多台主机相连，如图7-6b所示。图7-6a若干台计算机共用一条通信电缆上网图7-6b每台计算机各用一台MODEM上网7.1.2数据通信的基本原理在计算机网络通信过程中，我们需要重点解决的问题是：l信息表示方法，即信息的编码方法；l如何有效地保证信息正确无误码地传输，即妥善解决通信双方发送和接收的同步的问题；l当传输的信息有错时，如何控制和校验，即纠错、校验问题；l如何解决高效地利用通信线路传送信息，即多路复用问题。1.信息交换代码网络数据通信中所指的信息通常又称为报文，它由数据信息、控制信息、收发双方的地址信息和校验码组成。（1）五单位代码（Baudot码）早期的通信技术是基于五单位的Baudot码进行的，即用五位二进行制表示一位数字、字母或符号。这种Baudot代码被普遍用于电报通信，适用于50波特以下的传输线路。Baudot代码如表7-1所示。从表中可看出，五单位Baudot代码共有52个，为了节省编码长度，同一个代码即可表示字母，又可表示数字，主要是由其前导“字母/数字”换档控制字符来区分。例如：编码110111110111001100000101000001表示数字“12345”，而编码111111110111001100000101000001表示字母“QWERT”。(2)七单位代码七单位代码有两种：一种是由国际化标准化组织ISO和国际电报是电话咨询委员会CCITT提出的“CCITT七单位字母代码编码”，另一种也是由国际化标准化组织ISO和国际电报是电话咨询委员会CCITT提出的美国信息交换标准码“ASCII码”。CCITT码与ASCII码十分接近，除个别字符的编码有所区别以外，大多数字符的代码是一样的。CCITT码在早期的通信中用得较多，在现代通信中普遍使用的是ASCII码。CCITT和ASCII码与Baudot码的区别在于，Baudot代码中一个编码可表示两个符号，一个是字母符号，一个是数字和标点符号。而CCITT和ASCII码则是一个编码唯一表示一个符号。例如：编码“41H”表示字母“A”，编码“31H”表示数字“1”。有关CCITT码和ASCII码请参阅有关资料。2.数据传输方式(1)基带传输：基带是指调制前原始信号所占用的频带，它是原始信号所固有的基本频带，在信道中直接传送基带信号称为基带传输（未经调制的原始信号称为基带信号）。进行基带传输的系统称为基带传输系统。局域网中的通信大都采用的是基带传输，但也可采用频带传输。(2)频带传输：将基带信号经调制变换后进行传输的过程称为频带传输。如：远程拨号网络，收发双方都通过Modem将信号进行调制或解调，信号是以模拟信号在公用电话线上进行传输的。(3)宽带传输：早期的宽带是指比音频带宽（14.4Kb）更宽的频带，信号用宽带进行的传输称为宽带传输，这样的系统称宽带传输系统。在现代网络通信系统中，宽带是指100Mpbs以上带宽的频带。3.同步传输与异步传输(1)同步传输同步传输采用的是按位同步的同步技术进行信息传输，在同步传输过程中，每个数据位之间都有一个固定的时间间隔，这个时间间隔由通信系统中心的数字时钟确定。在同步传输过程中，不要求每一个字符都有起始位和结束位，而是若干个字符共用一个起始位和一个结束位，即在一个起始位和一个结束位之间可传输若干个字符。在通信过程中，要求接收端和发送端的数据序列在时间上必须取得同步。(2)异步传输异步传输又叫异步通信，采用的是群同步技术进行信息传输。异步传输的原理是：将信息分成若干等长的小组（“群”），每次传输一个“群”的信息码，具体过程是，每一“群”为8个或5个信息位，每个“群”前面放一个起始码，后面放一个停止码，一般来说，起始码为一个比特，通常为“0”，而停止码为1～2比特，通常用“1”表示，当无数据发送时，就连续地发送“1”码，收端收到第1个“0”后，就开始接收数据。同步传输要求时间同步，异步传输要求时间同步。4.多路复用技术所谓多路复用技术，指的是多个用户同时使用一条通信线路收发数据的技术。多路复用在技术上分为复合、传输、分离三个过程。如图7-7所示。S1Sn信道S1Sn复合器分离器接收端发送端图7-7多路复用技术的工作原理图(1)频分复用技术FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）将一个有足够带宽的信道划分成若干等宽的子频段（每一个频段称为一个子信道），事先固定将每一个频段分配给一个用户专用。即一个频段只传送一个用户的信息。值得注意的是，在划分子信道时，两个子信道之间要预留一定的间隙，以防止相邻的两个子信道的信号相互重叠和干扰，造成信号的失真。如图7-8所示。图7-8频分复用技术示意图(2)时分复用技术TDM（TimeDivisionMultiplexing）频分复用技术存在的问题是，随着用户数量的增加，子信道频带越来越窄，会影响数据量大的用户的传输效率，为解决这一问题，引入了时分复用技术。时分复用技术是在通信信道上形成一种时间上的逻辑子信道。信道不再细分，而是作为一整条通道来使用，每一个用户预先分配一个等宽的时间片，任一个用户是在固定的时间片中进行信息的传输。如下图所示。(3)排队复用技术QDM（QueueingDivisionMultiplexing）排队复用技术是按先来先服务的原则进行分配信道，用户要发送的数据先放在缓冲区中排队，先来的用户数据传输完后才能进行排在后面的数据传输。如下图所示。排队复用技术的优点是，临时将整个信道都分配给一个用户使用，在传输数据时效率较高，再则是这种技术实现比较简单。缺点是用户等待的时间过长，尤其是对信息量不大的用户，有时为了发送几十个字节的数据而要等待几十分钟甚至几个小时的时间。在现代网络系统中，很少使用排队复用技术。(4)波分复用技术WDM（WavelengthDivisionMultiplexing）在传统的时分复用（TDM）光纤传输系统中，支路信号的复用和解复用、发送和接收单元、时钟提取电路、信号再生器都工作于高速复用信号速率上，使得这些器件的速率和带宽日益成为提高传输速率的瓶颈，因为微电子大规模集成芯片对于运行速率有一定的限度。另一方面，光纤线路传输性能也会遇到困难，这是因为单模光纤本身的传输容量虽有很大潜力，但每一光载波如传输过高的数字速率，将受到光纤色散和偏振模式色散以及光纤接头引起反射等因素的限制，所以按照目前技术情况，TDM适合的数字速率高到2.5G较为合适，最高不宜超过10G，所以波分复用方式已成为提高光纤传输容量的必然选择。波分复用就是不同波长的光载波同在一根光纤上传输，它的本质就是光纤上频分复用FDM技术，每个通路通过频域的分割实现，每个通路占用一部份光纤的带宽。目前，波分复用系统分为两类：集成系统和开放系统。集成系统就是SDH（SynchronousDigitalHierarchy：同步数字系列）终端具有满足G.692的光接口；标准的光波长、满足长距离的光源。整个系统构造比较简单，但是不能直接接纳老SDH系统和不同厂家的系统。开放系统就是波分复用器前端加入波长转移单元OUT，将当前SDH的G.957接口波长转换为G.692的标准波长光接口。可以接纳过去的老SDH系统，并实现不同厂家互联，但OUT的引入可能对系统性能带来一定的负面影响。(5)异步频分复用技术和异步时分复用技术前述的“频分复用技术”和“时分复用技术”分别称为“同步频分复用技术”和“同步时分复用技术”。在这两种复用技术中，子信道和时间片是固定分配给用户的。由于所有用户不可能任何时刻都在传输信息，当用户不传输信息时，该子信道（或时间片）就空着，而又不能给其他用户使用，从而会造成子信道或时间片的浪费。为了解决这一问题，引入了“异步频分复用技术”和“异步时分复用技术”。①异步频分复用技术异步频分复用技术（又称随机分配信道技术），它是将一个信道划分成有限的m个子信道，事先并不将任何子信道进行分配，而是在系统运行过程中，动态地将这m个子信道分配给n个（mn）用户使用。具体实现过程是，用户在传输信息前，先向系统申请一个子信道，系统收到用户申请后，立即在空闲的子信道中分配一个给该用户使用（若无空闲的子信道，用户必须等待），当用户信息传输完毕，系统及时收回该子信道，以备其他用户使用。②异步时分复用技术与异步频分复用技术相似，异步时分复用技术是将系统时间划分成有限的m个时间片，事先并不将任何时间片进行分配，而是在系统运行过程中，动态地将这m个时间片分配给n个（mn）用户使用。具体实现过程是，用户在传输信息前，先向系统申请一个时间片，系统收到用户申请后，立即在空闲的时间片中分配一个给该用户使用（若无空闲的时间片，用户必须等待），当用户信息传输完毕，系统及时收回该时间片，以备其他用户使用。例如：机场的跑道与飞机的起飞与降落，不可能为每一架飞机修一条跑道，因为在一天24小时中，一架飞机在一个机场的起落时间是有限的，也就几分钟。因此，任何一个机场的跑道数量是有限的，而起落飞机的数量在理论上可以是无限的。机场在一架飞机起落前，才确定该架次飞机使用那一条跑道。7.1.3网络通信技术1.数据通信过程数据从信源端发送，到被信宿接收的整个过程称为网络的通信过程。数据的通信过程通常包括五个阶段。l建立通信线路；l建立数据传输链路；l数据传输；l数据传输结束；l拆线。2.网络通信方式(1)单工通信：传输的信息始终是只有一个方向的通信方式。如广播、会议通知等。(2)半双工通信：通信双方都可收发信息，但同一时刻只能有一方传输信息，当一方在传输信息时，另一方只能接收信息。如对讲机、基带以太网络的信息交换等。(3)全双工通信：两个端点