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1计算机网络2•通信子网•局域网•城域网•广域网•网际互连技术•端－端的通信（TCP）内容提要第三章计算机网络的通信子网33.1计算机网络的通信子网1.通信子网的定义：–通信子网是由用作信息交换节点计算机和通信线路组成的独立的通信系统。–即由网络经营者拥有的路由器和通信线路的集合。一、通信子网(CommunicationSubnet)概述4一、通信子网概述2.子网与网络的区别–子网通常在广域网中才有意义，而网络是一个普遍概念。–在广域网中，子网是路由器和通信线路的集合，而网络是子网和主机（host,端点系统）的总称。5通信子网示意图子网6一、通信子网概述3.通信子网与高层应用的分离原则–简化网络的设计；–通信部分与高层应用相互独立。•在OSI模型中，通信子网为1～3层，高层为4～6层，应用为第7层。7因特网体系结构示意图IP协议给各种不同的通信子网或局域网提供一个统一的互连平台。应用层运输层网络层通信子网层IPTCP协议用来为应用程序提供端到端的通信和控制功能。TCP8一、通信子网概述5.子网与网络的体系结构–在OSI中，子网相当于最下面的第1～3层。–在五层TCP/IP模型中，子网相当于最下两层及第3层的一部分。又称四层结构，即通信子网层、网络层、运输层、应用层。9数据通信技术内容（表一）数据通信基本概念信息、数据、信号数据通信系统基本结构数据信号表示方式数字数据信号类型编码异步串行RS-232-C码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码模拟数据信号类型编码振幅键控ASK移频键控FSK移相键控PSK10数据通信技术内容（表二）数据通信类型基带传输技术宽带传输技术数据信号传输方式串行通信、并行通信单工通信、半双工通信、全双工通信异步通信、同步通信传输介质传输介质类型与特点多路复用技术11数据通信技术内容（表三）数据交换方式电路交换存储转发交换报文存储转发交换报文分组存储转发交换数据报方式虚电路方式主要数据通信指标数据传输速率误码率12数据通信技术内容（表四）差错控制方法检错码类型实现方法差错恢复类型实现方法133.1计算机网络的通信子网1.信道带宽：指信号的发送和接收两端改变比特信号的最高速率,用HZ(赫兹)表示。二、数据通信的基本知识•信道指由发送设备、传输介质及接收设备三部分组成，每部分都有其各自的速率；•这三个速率中速率最低的那个为整个信道的最高速率；•以目前的技术，传输介质的最大速率大于发送设备及接收设备的最大速率。141.信道带宽三个速率的举例：•电信号以30万km/s速度在传输媒体中传输，如果作为数字信号的脉冲波宽度为1mm，即每位比特为1mm，则传输速率为:30×104km/s÷10-6km/b＝300×109b/s=300Gbps•信道信息源和接收端设备的响应速度比较慢，以光电管为例约为1ns，即它对脉冲信号的处理速率约为1Gbps，这限制了整个信道的速率。15二、数据通信的基本知识2.信道容量：单位时间内信道上所能传输的实际最大比特数，用bps表示。•信噪比：信号功率与噪声功率之比，单位为分贝,即10log10(S/N)•香农定理C=Wlog2(1+S/N)（bps）(C-信道容量W-带宽S-信号功率N-噪声功率）16信道容量•信道容量与信道带宽有一定关系，在理想情况下（无噪声），信道最大容量等于两倍带宽。奈奎斯特公式：有限带宽无噪音信道的最大数据传输速率：D=2Wlog2k(bps)(D-信道最大速率W-带宽k-逻辑数，对于计算机为二值逻辑0和1，故k=2)17信道容量•依据香农定理，现实中的对策：近距离：信号未经调制，直接传输；远距离：提高信噪比（可用编码及调制技术）；信道容量一定时，采用信道复用。18带宽、速率及信道容量的关系•带宽指信道内可传输频率的范围，单位为HZ；速率指每秒传输的比特数，单位为bps;信道容量的单位与速率单位一致，但反映的是单位时间内的传输的最大比特数；•带宽、速率与信道容量的关系密切，带宽越宽，信息量越大，信息容量就越大，但信道容量最大等于带宽的两倍（无噪声情况下）。19波特率与比特率•波特（baud）率和比特率–在远程通信中使用一种波特（baud）单位，即每秒钟内离散信号时间的个数。–当在每个信号事件仅代表一个2进位的情况下，波特率才相当于比特率（每秒比特数），在其他情况下波特率并不直接等于比特率。20二、数据通信的基本知识3.信道复用：信道复用原则：不同信息源产生信息的速率之和应小于主信道容量。信道复用种类：频分多路复用（FDMA）、时分多路复用（TDMA）、波分多路复用（WDMA）、码分多路复用（CDMA）。21时分多路复用（TDMA）•时分多路复用（TDMA）：按传输信号的时间进行分割，使不同的信号在不同时间内传送，即将整个传输时间分为许多时间间隔（slottime，称为时隙、时间片等），每个时间片被一路信号占用。TDMA广泛应用于包括计算机网络在内的数字通信系统，而模拟信号的传输一般采用频分多路复用。22时分多路复用（TDMA）TDMA分两类：同步时分复用、异步时分复用。同步时分复用（synchronoustimedivisionmultiplexing,STDM）：采用固定时间片分配方式；异步时分复用（asynchronoustimedivisionmultiplexing,ATDM）:动态地按需分配时隙，避免每个时间段中出现空闲时隙。233.1计算机网络的通信子网1.调制解调器(MODEM)：PC机连网中，所用的调制解调器是拨号MODEM。原理：在发送端，将数据转换成调制信号，在接收端，数据从调制信号中被检出，即数据重建。拨号MODEM一端与计算机串口相连，另一端与电话线相连。三、数据通信的几个常用硬件24三、数据通信的几个常用硬件2.中继器：•中继器是网络物理层上的一种介质连接设备。•中继器的功能是将一端的比特流经再生放大后传输到另一端。•中继器适用于局域网上扩大连接距离。•对软件而言，用中继器连接起来的一系列电缆段同单根电缆无区别。252.中继器•中继器没有过滤作用，也无路由选择问题；只涉及接收端与输出端；网段：一个中继器连接的两根以太网电缆；以太网电缆：因为在以太网中用得最多，故起名为以太网电缆。10Base-2数据速率，Mbps信号方式：基带以百米计的最大段的长度或传输媒体的英文缩写，F:光纤、T:双绞线2610Mbps以太网中常用5种电缆一览表IEEE802.310Mbps物理媒体规范(一）10BASE5粗同轴电缆10BASE2细同轴电缆10BASE-T10BROAD3610BASE-FP传输媒体同轴电缆（50Ω）同轴电缆（50Ω）非屏蔽双绞线同轴电缆（75Ω）850mm光纤对编码技术基带（曼彻斯特码）基带（曼彻斯特码）基带（曼彻斯特码）宽带(DPSK)曼彻斯特码(on/off)拓扑总线总线星型总线/树型星型2710Mbps以太网中常用5种电缆一览表IEEE802.310Mbps物理媒体规范(二)10BASE5粗同轴电缆10BASE2细同轴电缆10BASE-T10BROAD3610BASE-FP最大段长度(m)5001851001800500每段上的结点数10030－－33线缆直径（mm)1050.4~0.60.4~1.062.5/125μm28三、数据通信的几个常用硬件3.交换机：•为什么要使用交换机？接入网上的计算机越来越多，计算机的处理速度越来越快，这就出现所有网络的根源问题：带宽不足。在拿不出巨资从物理性能上增加网络带宽时，可使用某些设备来改进网络性能。交换机与路由器、集线器和网桥相比，具有整体速度快、传送方法智能化以及端口数多的优点。用交换机来改进网络性能是明智的选择。29交换机的原理示意图端口连接各网段30交换机◆工作原理的主要特点：实现局部的分段通信;确保通信经过尽可能少的分段数;减少从一个分段到另一个分段不必要的信息流。31交换机分类•交换机的分类静态交换和动态交换：当网络拥塞时，能跨越分段，分割通信来减轻拥塞的交换叫做动态交换。若不能则称为静态交换。分段交换和端口交换分段交换能在每个端口处理来自整个网络分段的通信，一个端口对应分段的所有设备。端口交换是每个设备对应一个专用通路，此时原提供足够多的端口。32交换机分类直接交换和存储转发交换直接交换是指交换机刚能决定目的地址就将帧发送出去。存储转发交换是指收到整个帧，先存并阅读其物理地址，然后再发送出去。33交换的技术交换技术：电路交换、报文交换、分组交换、高速交换技术电路交换是一种直接的交换方式，它为一对需要进行通信的装置（站）之间提供一条临时的专用通道。该技术多用于较为连续的数据流（如话音）。该通道可为物理通道或逻辑通道（使用时分或频分复用技术时）。该通道是一条由多个节点和多条节点间传输路径组成的链路。34交换的技术报文交换是一种广泛应用于数字数据通信中。节点接收一个报文后，报文暂时存放在节点的存储设备中，等输出电路空闲时，再根据报文中所指的目的地址转发到下一个合适的节点，如此往复，直到报文到达目标数据终端。报文交换也称存储转发；报文交换网中，节点通常为一台专用计算机。35报文交换的特征1.源站和目标站在通信时不需要建立一条专用的通路；2.与电路交换相比，报文交换没有建立电路和拆除电路所需的等待和时延；3.电路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度传输，能高效地传输数据；4.要求节点具备足够的报文数据存放能力，一般节点由微机或小型机担当；5.数据传输的可靠性高，每个节点在存储转发中，都进行差错控制，即检错、纠错。36报文交换的缺点报文交换的缺点：1.由于采用了对完整报文的存储/转发，节点存储/转发的时延较大，不适用交互式通信，如电话通信；2.由于每个节点都要把报文完整地接收、存储、检错、纠错、转发，产生了节点延迟，并且报文交换对报文长度无限制，报文可能很长，这样就有可能使报文长时间占用某两节点之间的链路，不利于实时交互通信。37交换的技术分组交换即是包交换。它是针对报文交换的缺点而提出的一种改进方式。分组交换也属于“存储/转发”交换方式；分组交换是以更短的、标准的“报文分组”(packet)为单位进行交换传输。交换网分两种方式：数据报传输分组交换和虚电路传输分组交换。故分组经过通信网络到达终点的方法:虚电路和数据报。38分组交换数据报传输分组交换交换网把进网的任一分组都当作单独的“小报文”来处理的方式。作为基本传输单位的“小报文”称为“数据报”（datagram）虚电路传输分组交换虚电路（virtualcircuit）:两个用户的终端设备在开始发送和接收数据之前需要通过通信网络建立逻辑上的连接，用户不需要发送和接收数据时清除连接。39呼叫接收信号寻找线路所花时间CD干线BC干线AB干线各种交换过程的时间时序示意图呼叫请求信号数据ABCDABCDABCD电路交换报文交换分组交换时间MsgMsgMsg传播延时排队延时40高速交换的技术传统的交换技术不能满足多媒体业务应用；目前提高交换速度的方案有帧中继和ATM等。ATM（异步传输模式）是电路交换与分组交换技术的结合，能最大限度地发挥电路交换与分组交换地优点，具有从实时的话音信号到高清晰度电视图象等各种高速综合业务传输能力。413.1计算机网络的通信子网四、传输介质的常用标准1.机械特性标准——有关数据终端设备（dataterminalequipment,DTE）和数据电路终接设备（datacircuit-terminating，DCE）之间连接器形式的规定。2.电气特性标准——有关DTE和DCE间接口电路上信号发生器与接收器电气方面的规则。42四、传输介质的常用标准3.功能特性标准——有关DTE和DCE间数据传送、控制、定时等几类引线的功能的规定。4.规程特性标准——有关DTE和DCE之间接口电路所使用的规程，即信号时序的应答关系和操作过程的规则。433.2局域网•局域网（LAN）是覆盖范围限制在几公里以内的小规模网络；•拓扑结构：总线