《现代通信技术基础》第4章-数据通信

现代通信技术基础IntroductiontoModernCommunicationTechnology第二版第4章数据通信本章学习目标理解数据通信网的基本概念；理解数据通信网络体系结构；理解网络通信协议与服务以及信息安全的基本概念；了解基础数据网的技术特点及业务；理解IP网络基本原理；了解互联网的结构与接入方式了解IP电话的技术特点。内容简介4.1数据通信概述4.2网络通信技术基础4.3基础数据网4.4以太网4.5IP网络4.6IP电话放映结束内容简介4.1数据通信概述4.1.1数据通信的概念4.1.2数据通信系统4.1.3数据通信网4.1.4计算机通信网返回主目录内容简介4.2网络通信技术基础4.2.1网络体系结构4.2.2网络通信协议4.2.3网络通信服务4.2.4网络信息安全返回主目录内容简介4.3基础数据网4.3.1X.25网（分组交换网）4.3.2DDN（数字数据网）4.3.3帧中继（FR）4.3.4ATM（异步传送模式）返回主目录内容简介4.4以太网4.4.1以太网概述4.4.2以太网技术的发展4.4.3以太网的互连返回主目录内容简介4.5IP网络4.5.1TCP/IP协议4.5.2IP网络基本原理4.5.3互联网结构与接入返回主目录内容简介4.6IP电话4.6.1IP电话概述4.6.2IP电话系统的组成返回主目录4.1数据通信概述数据通信是用通信线路（包括通信设备）将远地的数据终端设备与主计算机连接起来进行信息处理，以实现硬件、软件和信息资源共享。数据通信是以传输和交换数据为业务的一种通信方式，是为了实现计算机与计算机或终端与计算机之间信息交互而产生的一种通信技术，是计算机与通信相结合的产物。返回4.1.1数据通信的概念1.基本概念数据：是指能够由计算机或数字终端设备进行处理，并以某种方式编制成二进制码的数字、字母和符号的集合。数据信号：是携带数据信息（以编码方式表示）、具有两个（高、低电平或正、负电平）的电脉冲列序。数据通信的概念数据通信：指通信双方（或多方）按一定协议（或规程），以数字信号（也可是模拟信号）为载体，完成数据传输的过程或方式。协议（规程）：指为能有效可靠地进行通信而制定的通信双方必须共同遵守的一组规则。数据通信的概念2.数据通信的特点数据通信过程不需人的直接参与，为保证通信的顺利进行，采用严格统一的传输控制规程（通信协议）。数据通信的传输速率极高，可同时处理大量数据。数据通信要求误码率≤10-7~10-9，可靠性要求高，必须采用严格的差错控制技术。数据呼叫具有突发度高和持续时间短的特点。数据通信业务的实时性要求比音视频业务低，可采用存储−转发方式传输信号。数据通信的概念3.数据传输方式（1）异步传输与同步传输异步传输方式：以字符为单位传输，在发送每一个字符代码时，在前面加上一起始位，长度为一个码元长度，若极性为“0”，表示一个字符的开始；后面加一终止位，若极性为“1”，表示一个字符的结束。同步传输方式：以固定的时钟节拍来发送数据信号，在一个串行数据流中，各信号码元之间的相对位置固定（即同步）；收发双方要保证比特同步，字符同步通过同步字符（SYN）来实现。数据通信的概念（2）并行传输与串行传输并行传输：数据按其码元数可分成n路（通常n为一个字长，如8路、16路、32路等），同时在n路并行信道中传输，信源可将n位数据一次传送到信宿。需多条信道、通信线路复杂、成本较高，但传输速率快且不需外加同步措施，就可实现通信双方的码组或字符同步，多用于短距离通信。串行传输：数字流以串行方式在一条信道上传输，即数字信号序列按信号变化的时间顺序，逐位从信源经过信道传输到信宿。数据通信的概念（3）单工传输、半双工传输与全双工传输单工传输：信息只能向一个方向传输的方式。一条链路的两个站点中，只有一个可进行发送，另一个只能接收。广播、电视即为单工传输模式。半双工传输：两个站点都可发送和接收数据，但同一时刻仅限于一个方向传输。全双工传输：能同时进行双向通信，双方可同时发送和接收数据。两个方向的信号实用两条独立的物理链路或者共享一条链路进行传输，每个方向的信号评分信道的带宽。返回4.1.2数据通信系统1.数据通信系统的组成数据终端设备（DTE）数据电路终接设备（DCE）传输信道数据链路如图4-1所示。数据通信系统2.数据通信系统的功能传输系统的充分利用接口同步交换的管理差错控制恢复报文的格式化安全措施网络管理数据通信系统3.数据通信系统的性能评价带宽信号传播速度数据传输速率（比特率）最大传输速率码元传输速率（波特率Baud）数据通信系统吞吐量：信道在单位时间内成功传输的信息量，单位bit/s。利用率：吞吐量和最大数据传输速率之比。延迟：可分为传输延迟和传播延迟。抖动：延迟的实时变化。差错率：常用比特差错率、码元差错率和分组差错率。返回4.1.3数据通信网1.数据通信网的组成数据通信网按传输技术分类：①交换网：由交换节点和通信链路构成，用户间通信要经过交换设备，功能是完成对接入交换节点的数据传输链路的汇集、转接接续和分配。②广播网：每个数据站的收发信机共享同一传输媒介。不同的媒介访问控制方式产生了各类型的广播式网络。数据通信网2.数据通信网与计算机通信网数据通信是计算机通信的基础，数据通信网可视为计算机通信网的一个组成部分。计算机通信网由通信子网和本地网（用户资源子网）以及通信协议组成。数据通信网一般是指计算机通信网中的通信子网。返回4.1.4计算机通信网1.计算机通信网的特点数据快速传送资源的共享可靠性高均衡负载分布式处理方式机动灵活的工作环境方便用户，易于扩充性能价格比高计算机通信网2.计算机通信网的基本类型（1）局域网局域网是在有限距离内联网的通信网；其支持所有通信设备的互连，以双绞线或同轴电缆构成通信信道，并能提供宽频带通信及信息资源的共享能力。局域网传输距离在数千米以内，速率在10Mbit/s以上，数据传输采用IEEE802协议标准，采用共享媒介的访问方式。计算机通信网局域网可分为3类：局部区域网（LAN）高速局部网（HSLN）计算机化分支交换网（CBX）计算机通信网（2）城域网（MAN）城域网传输距离为50~100km之内，是能够覆盖整个城区和城郊范围的计算机通信网，城域网具有自恢复机制，以保证数据传输的安全。城域网以光纤为传输媒介进行数据传输，可提供45~150Mbit/s的高速率，能支持数据、语音、图像的综合业务。计算机通信网（3）广域网（WAN）广域网也称为远程网，作用范围通常为数十到数千千米。互联网（Internet）即为广域网，基础数据网中的X.25网、帧中继网及ATM网也为广域网。广域网由通信子网与资源子网两部分构成。通信子网实际上是一个专用或公用的数据网，资源子网由联网的计算机、终端设备及数据库构成。返回4.2网络通信技术基础计算机通信网络是由多种计算机和各类终端设备通过通信线路连接起来的复杂系统，涉及到路由选择、流量控制、差错控制、接口与通信等技术。网络体系结构是抽象的，是对构成网络各组成部分以及实现功能的一组精确定义，具体实现则需由硬件和软件来完成。返回4.2.1网络体系结构1.网络互连通信网络互连是由各种网络参照一定的规范标准，使用一定的连接设备而构成新的更大的网络，实现最大限度的互连。2.网络互连模型国际标准化组织（ISO）制定了开放系统互连（OSI）参考模型，OSI是实现各个网络之间互通的一个标准化理想模型，是网络互连的理论基础。OSI／RM把网络协议从逻辑上分为7个功能层，如图4-2所示网络体系结构层次功能应用层为应用进程提供网络应用的接口服务，如电子邮件、文件传输等表示层完成数据的公共表示、加密和解密等任务会话层进行会话管理、会话同步和错误的恢复运输层为上层提供可靠透明的传输服务网络层进行通信子网中的路由选择、拥塞控制、计费信息管理等数据链路层完成流量控制和差错控制等物理层为比特流的传输提供机械特性、电气特性、规程特性和功能特性返回4.2.2网络通信协议在通信网中，通信的双方必须采用相同的格式，采用一致的时序发送和接收信息，通信双方这种管理信息传递和交换的规则称为通信协议。网络通信协议中定义了系统、实体、接口、服务的概念，是设计和开发通信设备和通信系统的基础。网络通信协议网络通信协议得主要内容包括语法、语义和定时。网络通信协议的主要功能有数据的分段与重组、数据封装、连接控制、流量控制、差错控制、寻址等。网络通信协议的制定和实现常采用层次结构，将复杂的协议分解为一些简单的分层协议，然后再组合成总的协议。返回4.2.3网络通信服务通信网络的协议是作用在不同系统中的同等层间。网络通信服务则是指彼此相邻的下层向上层提供通信能力或操作而屏蔽其细节的过程。其中，下层是服务提供者，上层是服务用户；上层是利用下层提供的服务原语（请求、指示、响应、证实）通过层间接口的信息交换来使用下层的服务。网络通信服务1.面向连接服务面向连接的网络服务能提供可靠的端到端通信，即在通信前需建立连接，通信结束后终止连接。面向连接服务适用于实时性要求较高（例如音频、视频等）和大数据量传输的应用。网络通信服务2.无连接服务无连接服务可动态选择不同网络路径传输数据包，动态地分配网络带宽；不需建立和终止连接，不独享网络资源。优点：灵活方便、信道的利用率高、适合于短报文的传输。返回4.2.4网络信息安全1.网络安全机制保密性协议安全性接收控制（或访问控制）2.网络安全面临的威胁被动攻击主动攻击网络信息安全3.计算机通信网安全措施（1）常用的加密体制常规密钥密码体制数据加密标准体制公开密钥密码体制（2）计算机通信网安全的策略端到端的加密方法链路加密（3）协议识别技术返回4.3基础数据网基础数据网属通信子网，是由电信部门组建的、运营基础数据业务的公共数据通信网。基础数据网包括：X.25数据网（分组交换业务）、数字数据网（DDN业务）、帧中继网、ATM（快速分组交换业务）。基础数据传送业务类型主要为永久虚电路（PVC）业务和交换虚电路（SVC）业务，并支持虚拟专用网（VPN）等。返回4.3.1分组交换网（X.25网）X.25网是以原CCITT的X.25协议（公用数据网建议）为基础的分组交换网。X.25网在数据传输中，信息被分为信息段，每一段都加一信息头而构成信息分组（包），信息头含有收发地址和一些控制信息，在网内以分组为单位进行交换和传输。X.25网1.X.25网的特点：增加了差错控制，减少了误码，提高了传输质量。增加了路由控制，增加了通信的可靠性。增加了流量控制，可实现不同速率终端间的通信。采用分组交换，可实现分组复用，提高线路利用率。按数据量而不是按通信时间计费。采用动态统计时分复用方式，线路利用率较高，但通信协议开销较大。X.25网2.X.25网的组成：如图4-3所示。（1）分组交换机（PS）（2）分组装拆设备（PAD）（3）集中器（PMX）（4）网管中心（NMC）X.25网3.X.25网协议：（1）物理层（2）数据链路层（3）分组层X.25网4.X.25网的应用场合：传输速率低，安全性高，可靠性高，允许一定时延的应用。需要经常与不特定对象通信的用户。需要与不同类型，不同速率的终端设备通信的用户。通信量较少且通信时间较分散的用户。需要建立闭合用户群的用户。返回4.3.2数字数据网（DDN）数字数据网（DDN）提供端到端的数据传输信道，用于计算机远程通信，传送数字传真、数字话音、图像等多种数字化业务。DDN采用的半永久性连接是指所提供的信道是非交换型的，用户间通信通常为固定，沿途不进行复杂的软件处理，延时较小。可根据需要在约定时间内接通所需带宽的线路，信道容量的分配和接续在计算机控制下进行，具有较大的灵活性DDN1.DDN的基本特点：