数据通信与计算机网络课程重点

数据与计算机通信讲义第一次课网络概论自我介绍主要承担网络方向课程教学：计算机网络、网络程序设计等负责课程设计、工程实训等实践教学组织：程序设计基础实训、OS课设、程序设计综合实训课程安排课程性质理论课46学时，限选、考试、3.5学分。周三56节、周五34节（9.5~11.30）实践环节学院统一安排课程要求考勤：10%，实验和大作业：10~30%，考试：60~80%教材和参考书WilliamStallings《Data&ComputerCommunication》(8thEdition)，北京：电子工业出版社WilliamStallings著，王海译《数据与计算机通信》(第八版)中文版，北京：电子工业出版社Andrews.Tanenbaum《计算机网络》清华大学出版社谢希仁《计算机网络》(第5版)，北京：电子工业出版社电子资源教材内容教材内容浏览、教学大纲网络基本概念从浏览西电主页入手，引入网络通信需要解决的主要问题和网络的体系结构。通过与学生的交互了解学生对网络相关概念的知晓程度，并引导学生把相关概念对应到网络体系结构的相关层次。课件导读网络现状、通信模型、通信的任务、数据通信模型、传输媒体、网络、广域网、局域网、Internet、Internet实例第二次课协议体系结构论题的引入：理解网络需要从两个方面入手，一方面是网络的构成元素及相关技术，另一方面是协议体系结构。重要概念以第一次课中访问西电主页的例子引入通信的各个对等实体以及他们之间的层次关系，从而引入协议和协议栈的概念（进入PPT）TCP/IP协议栈历史和现状：1974出现、事实标准五个层次和相应的功能TCP/IP通信示例通信框图数据包的封装层次和解包顺序TCP/UDP/IP头TCP/IP协议族和相关应用OSIRM七层模型的功能界定与TCP/IP的层次对应关系一些术语其他的话题其他的协议栈多媒体对协议栈的挑战第三次课数据传输复习&引言回顾教材的五部分内容的组成：内容简介（通信主题）、链路上的数据传输、广域网技术、局域网技术、TCP/IP协议、Inetnet应用，结合下图（PPT01-19）说明第二部分数据通信主题：链路上的数据传输，即如何在两个直接相连的设备之间传送数据。内容：传输媒体、传输信号、数据编码、传输的可靠性和效率（链路控制、检错和纠错、复用）CH3~CH9第三章数据传输基本传输术语导向媒体和非导向媒体直连链路、点对点链路、多点链路单工、双工Frequency（频率）Spectrum（频谱）&Bandwidth（带宽）时域观点：模拟&数字信号、周期&非周期信号(图例)基本周期信号：正弦波频域观点：基本结论：任意信号可以用不同的正弦波构造，傅里叶变换频率&频谱&带宽的概念频谱和数据率的关系？数据、信号、模拟、数字PPT1-6数字信号的优势传输损伤主要的传输损伤：衰减、衰减失真、时延失真和噪声信道容量关于信道容量的两个定理：Nyquist,Shannon第四次课传输媒体本次课介绍各种传输媒体的物理性质、应用场合以及传输特性。导向媒体TP&UTPCoaxialCableOpticalFiber非导向媒体2GHzto40GHzmicrowavehighlydirectionalpointtopointsatellite30MHzto1GHzomnidirectional(全向的）broadcastradio3x1011to2x1014infraredlocal非导向传输天波地波视距第五次课信号编码技术复习&引言回顾PPT1-6总结前两次课的内容：数据以电磁信号的形式在（直连）链路上传播信号可以分为模拟和数字信号(时间函数是否连续）信号有一个重要属性：带宽（信号频谱的范围）电磁信号可以通过多种不同的传输媒体（导向和非导向）传播信道是指传输媒体+收发器组成的信号通道不同信道能传播不同带宽的信号，简称为信道的带宽信道容量是指信道能达到的最大数据传输速率（bps）Nquist定理和Shannon定理给出了信道容量和信道带宽之间的关系引言：信号编码技术研究的是从数据转变为信号的过程数字与信号的组合（关注应用场合）数字数据-数字信号：主机内部、主机与终端、局域网（短距离通信）数字数据-模拟信号：调制解调器modeｍ、ADSL模拟数据-数字信号：T1/E1用户线模拟数据-模拟信号：AM、ＦＭｒａｄｉｏ数字数据-数字信号编码机制的评估标准：信号带宽、时钟同步、差错检测、抗扰性能、费用和复杂度常用的编码方案：ＮＲＺ－Ｌ、ＮＲＺＩ、ＢＡＭＩ、Pseudoternary、Ｍａｎ、Ｄ－Ｍａｎ编码方案的要素：码型根据评估标准总结相应的优缺点实际应用场合数字数据-模拟信号调制技术：ASK、FSK、PSK调制机制，优缺点、应用场合模拟数据-数字信号调制机制：PCM、DM结论模拟数据-模拟信号调频、调幅、调相第六次课数字数据通信复习&引言信号编码技术回顾（PPT01-19）在信道上的每一段链路上都有编解码（调制解调）过程，一个比特从A到B信号经过多次的变化过程。前面讨论的是信号传输问题，今天讨论通信问题：时钟同步、错误检测和纠正、拓扑结构和物理接口。同步传输和异步传输以发送者和接收者时钟有1%误差为例考查连续比特流接收出错的时机（NRZ-L）引入异步传输解决方案从异步传输的低效率引入同步传输方案错误检测思考题：采用什么方法可以使得接收方发现传输错误Parity：原理、应用CRC：原理、应用、例子不是百分百可以检错，取决于FCS（framechecksequence）错误纠正思考题：为什么要纠错？采用什么方法可以使得接收方纠正传输错误？块码原理、海明距离物理接口PPT02-24（物理层的概念）RS-232-C（物理层接口的实例）第七次课数据链路控制复习&引言（PPT6-21）物理层协议规定了机械、电气、功能、过程特性，保证通信双方可以实现比特的发送和接收，不关心：比特的含义、流量控制、差错控制、共享链路的寻址、链路的管理（PPT2）flowcontrol概念：确保发送实体发送数据不会超出接收实体接收数据的能力。提示另一个概念：拥塞控制（传输层）停止等待流量控制图示流控过程（PPT4并另外画图）、通过分析该方案的缺陷（PPT8）和可改进之处引入滑动窗口流控的概念滑动窗口流量控制解释滑动窗口流控的含义（PPT11），实现细节（PPT10）PPT9errorcontrolARQ机制：差错控制技术的总称介绍三种ARQ机制标准：停等ARQ、返回NARQ、选择拒绝ARQ原理、优缺点和应用场合HDLC（HighDataLinkControlProtocol）语法：帧格式;语义：各个字段的取值和相应的含义时序：不同应用场合所规定的帧序列第八次课复用基本概念复习数据链路层的功能，理解数据链路层的关键在与理解frame。复用：共享链路的一种方式，用于远距离或高速数据链路。复用的原理、分类和相关应用FDM（WDM）原理图、语音频分复用例子、模拟载波系统WDM（DWDM）应用场合SynchronousTDM（STM）原理图（时隙、TDM帧的概念）Synchronous的含义、复用的层次（对每一个信道来说复用是透明的）链路层功能：组帧（TDM帧）、脉冲填充（pulsestuffing）STDM示例数字载波系统（DS-1对应于T1和E1），介绍T1容量1.544Mbps的计算方法SONET/SDH，表8.4StatisticalTDM（AsynchronousTDM）同步TDM的缺点(PPT10-34)是固定分配时序，优点是处理简单改为统计TDM后，时隙没有意义，改用地址统计TDM的缺点CableModem是使用统计TDM的一个实例ADSL--复用（FDM）的实例ADSL原理、xDSL技术（表8.8）第九次课扩频技术信道复用技术引入CDM（CDMA）:FDM,STM,ATM，CDM基于扩频技术基本概念扩频技术原理、分类、优势和应用案例：美女的扩频技术专利FrequencyHoppingSpreadSpectrum（FHSS）图解调频原理（PPT7）总结FHSS的要点和优点FHSS的收发端原理FHSS两个示例引入Fast&SlowFHSS的概念DirectSequenceSpreadSpectrum(DSSS)数字数据、简化收发端、效果和FHSS一致扩频码的概念CDMA用户码（地址码）的概念利用地址码作为扩频码收发端原理复用的原理思考：用户码的长度应该为多少？CDMA真的提高了信道带宽吗？第十次课电路&分组交换引言第三部分广域网技术PPT01-19：链路-网络（不积跬步无以至千里荀子《劝学》）switching的原意、通信发展历史的角度理解广域网技术通信网络节点、端点或站点、通信网络电路交换网络电路交换的特征：专用链路、预分配的链路容量、建立链路-传输数据-拆除链路、站点间地址只在连接建立时需要电路交换的实例（PSTN）电路交换的类型（空分和时分交换），注意：时分采用同步时分复用分组交换网络电路交换用于数据交换的缺点：预分配的链路容量造成带宽的浪费；收发端点速率必须一致分组交换的图示、优点数据报（Datagram）和虚电路（VirtualCircuit）的实现原理、优缺点分组大小和传播时间的定性分析电路交换和分组交换（数据报和虚电路）的比较PPT&table10.1【休息】SSN7和网络层协议X.25&FrameRelay【思考】分组层的功能：如何才能实现站点到站点之间的可靠通信X.25的物理层（X.21）、数据链路层（LAPB）和分组层补充分组层格式（包格式）（中科院研究生院信息工程学院计算机网络07-X.25公用数据网络.pdfP27）X.25的应用场合和优缺点，在高可靠链路上的简化思路FrameRelay的协议体系，注意用户平面只有两层FR的应用场合和控制平面的配置方式PVC（永久虚电路）FR的帧格式（补充第5章帧中继网.pdfP7&P17）第十一、十二次课ATM简介、交换网络中的路由1.分组交换网络2.路由和拥塞是网络层的核心内容3.后面内容简要介绍IP网路由协议，需要自己另找资料学习路由选择的分析和设计需求分析：功能、性能、其他设计考虑的要素：性能评估标准、判决时间和地点、是否需要网络信息资源及网络信息资源如何更新路由选择的策略固定式路由选择、洪泛、随机路由选择、自适应路由选择（分类）ARPANET路由算法示例时间、策略、算法、优缺点第一代：周期性估算链路时延并与相邻结点交换信息并更新路由(举例教材图12-5)第二代：周期性测量链路时延并在有显著变化时采用洪泛法通知到所有结点，结点用Dijkstra算法计算最短路径第三代：计算方法不变，更改链路代价计算函数，解决二代算法的问题补充Internet路由协议：RIP、OSPF、BGP最小代价路由算法Dijkstra算法（举例说明）Bellman-ford算法（举例说明）第十三次课数据网中的拥塞控制拥塞的后果拥塞产生的原因理想的网络性能和拥塞造成的实际性能下降拥塞控制方法控制方法概述控制方法详述通信量管理公平性、服务质量（QoS）和预留（RSVP）分组交换网拥塞控制方法FR拥塞控制方法ATM网拥塞控制方法第十四次课局域网概述局域网应用背景从大型机到局域网从一般联网要求到高速后端服务器网络和SAN（存储域网络），即服务器集群和数据中心从1Mbps到10Mbps到100Mbps到1Gbps，网络带宽不断增长局域网规模增长从而划分为接入层、汇聚层和骨干层局域网体系结构拓扑结构、传输媒体LAN协议体系（IEEE802RM）LLC子层和MAC子层Bridge、Hub、2LayerSwitcherand3LayerSwitcher&router第十五次课高速LAN背景知识标准化组织IEEE、802系列标准、局域网标准802.3802.3以太网的来历以太网的核心：CSMA/CD以太网帧格式和802.3帧格式CSMA/CDALOHA、时隙ALOHA、CSMA、CSMA/CDEthernet、FastEt