第3章计算机网络基础知识.ppt

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第3章计算机网络基础知识,本章目录,知识结构,数据交换技术基础,3.1计算机网络组成,3.1.1计算机网络拓扑结构,拓扑学是几何学的一个分支。

拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点,将连接实体的线路抽象成线,进而研究点、线、面之间的关系,即拓扑结构（TopologyStructure）。

在计算机网络中，抛开网络中的具体设备，把服务器、工作站等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆、双绞线等传输介质抽象为“线”。

计算机网络的拓扑结构就是指计算机网络中的通信线路和结点相互连接的几何排列方法和模式。

拓扑结构影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等许多方面，是决定局域网性能优劣的重要因素之一。

3.1.1网络的拓扑结构,优点：

结构简单，价格低廉、安装使用方便。

缺点：

故障诊断和隔离比较困难。

1、总线型拓扑结构总线型拓扑结构是指所有结点共享一根传输总线,所有的站点都通过硬件接口连接在这根传输线上。

图1-6总线型拓扑结构示意图,3.1.1网络的拓扑结构,2、星型拓扑结构星型拓扑结构是符合令牌协议的高速局域网络。

它是以中央结点为中心，把若干外围结点连接起来的幅射式互连结构。

优点：

单点故障不影响全网，结构简单。

增删节点及维护管理容易；故障隔离和检测容易，延迟时间较短。

缺点：

成本较高，资源利用率低；网络性能过于依赖中心节点。

3.1.1网络的拓扑结构,3、树型拓扑结构树型结构是星型结构的扩展，它由根结点和分支结点所构成，如图1-8所示。

优点：

结构比较简单，成本低。

扩充节点方便灵活。

缺点：

对根的依赖性大。

图1-8树型拓扑结构示意图,工作站,工作站,打印机,服务器,集线器,集线器,集线器,集线器,3.1.1网络的拓扑结构,环型结构的显著特点是每个节点用户都与两个相邻节点用户相连。

优点：

简化路径选择控制，传输延迟固定,实时性强,可靠性高。

缺点：

节点过多时,影响传输效率。

环某处断开会导致整个系统的失效，节点的加入和撤出过程复杂。

4、环型拓扑结构环型拓扑结构将所有网络结点通过点到点通信线路连接成闭合环路,数据将沿一个方向逐站传送，每个结点的地位和作用相同，且每个结点都能获得执行控制权。

3.1.1网络的拓扑结构,5、网状拓扑结构网状拓扑结构中的所有结点之间的连接是任意的,没有规律。

实际存在与使用的广域网基本上都采用网状拓扑结构。

优点：

具有较高的可靠性。

某一线路或节点有故障时，不会影响整个网络的工作。

缺点：

结构复杂，需要路由选择和流控制功能，网络控制软件复杂，硬件成本较高，不易管理和维护。

3.1.2链路,数据传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，是数据通信中实际传送信息的载体。

网络中常用的传输介质有：

同轴电缆、双绞线、光纤、微波、卫星、红外线等。

1、同轴电缆（CoaxialCable）同轴电缆是局域网中最早使用而且应用十分广泛的传输介质，可以通过专用的中同轴电缆（俗称粗缆）或小同轴电缆（俗称细缆）来组网，并广泛应用于局域网中。

同轴电缆由内导体、绝缘层、屏蔽层及外部保护层组成，其结构如图2-14所示。

同轴电缆的最大优点是抗干扰性强,而且支持多点连接。

缺点是物理可靠性不好，所以现在基本上已被双绞线所替代。

3.1.2数据传输介质,2、双绞线（TwistedPair）双绞线的物理结构是由按规则螺旋结构排列的2根、4根或8根绝缘导线组成。

一对线可以作为一条通信线路，各个线对螺旋排列的目的是为了使各线对之间的电磁干扰最小。

双绞线是模拟和数字数据通信最普通的传输媒体，它的主要应用范围是电话系统中的模拟话音传输，最适合于较短距离的信息传输，当超过几千米时信号因衰减可能会产生畸变，这时就要使用中继器（Repeater）来放大信号和再生波形。

双绞线的价格在传输媒体中是最便宜的，并且安装简单，所以得到广泛的使用。

在局域网中一般也采用双绞线作为传输媒体。

双绞线可分为非屏蔽双绞线UTP（UnshieldedTwistedPair）和屏蔽双绞线STP（ShieldedTwistedPair）。

3.1.2数据传输介质,3、光纤（Fiber）光纤是光导纤维（FiberOptics）的简称，采用光导纤维作为传输介质，是网络传输介质领域中发展最快、性能最好、应用前途最广泛的一种。

光纤分为单模（8.3/125um）和多模（50/125um，62.5/125um）两种。

3.1.2数据传输介质,3.1.2数据传输介质,无线传输介质无线传输主要包括：

无线电波、微波、红外线和激光等，各种无线传输对应的电磁波谱范围如下图所示。

3.1.3网络节点,在复杂的网络中进行数据传输，从源节点往往要经过多个中间节点才能传送到目的节点。

1、端节点数据处理和通信2、中继节点用于同类网络介质之间的互连，起到信号再生，放大的作用。

再生是通过对失真的但仍可辩认的波形的分析，重新生成原来的波形。

放大就是将信号衰减了幅度加以恢复。

3、交换节点把一条线路上的数据转接到另一条线路上，称为数据交换。

交换的基本功能就是转发业务流。

3.1.3网络节点,4、路由节点是一种特殊的节点，位于网络之间，起连接网络的作用，由于路由节点，才使互联网得以形成。

3.2数据通信技术基础,1、信息信息泛指那些通过各种方式传播的、可被感受的声音、文字、图像、符号等所表征的某一特定事物的消息、情报或知识。

2、数据数据是对客观事物的符号表示，在计算机科学中是指所有输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的总称。

数据分为模拟数据和数字数据两种。

模拟数据：

在时间和幅值取值上都是连续变化的,例如声音、语音、视频和动画片等。

模拟数据通常用传感器收集。

数字数据：

在时间上是离散的,在幅值上是经过量话的,它一般是由0、1构成的二进制代码组成的数字序列。

3.2.1数据通信的基础知识,3、信号信号是数据的具体物理表现形式，它具有确定的物理描述,如电信号、光信号或磁场强度等。

信号分为数字信号和模拟信号两种。

图2-2模拟信号与数字信号波形,模拟信号：

是一种连续变化的电脉冲序列，例如电话语音信号、电视信号等，它是随时间变化的函数曲线，如图2-2（a）所示。

3.2.1数据通信的基础知识,数字信号：

是离散的不连续的电信号,通常用“高”和“低”电平脉冲序列组成的编码来表示数据,如图2-2（b）所示。

3.2.1数据通信的基础知识,4、数据通信系统的基本结构任何一个通信系统都可以看作是由发送设备、传输信道和接收设备三大部分组成。

我们把产生和发送信息的一端称为信源，把接收信息的一端称为信宿，把信源传送到信宿的通信线路称为信道。

在实际通信系统中，难免受到外界电磁波等噪音源的干扰影响。

因此，数据通信系统的基本结构如图2-3所示。

3.2.1数据通信的基础知识,5、数据通信类型在数据通信系统中，将传输模拟信号的系统称为模拟通信系统，将传输数字信号的系统称为数字通信系统。

（1）模拟通信系统：

普通的电话、广播、电视等信号都属于模拟信号,由模拟信号所构成的通信系统属于模拟通信系统。

模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪音源组成，其基本结构模型如图2-4所示。

（2）数字通信系统：

计算机通信、数字电话以及数字电视等信号都属于数字信号，由数字信号构成的通信系统属于数字通信系统。

数字通信系统通常由信源、编码器、信道、解码器、信宿以及噪音源组成，其基本结构模型如图2-5所示。

由于数字信号不适合远距离传输，所以在传输前将其变为模拟信号。

因此，数字通信系统通常由信源、信源编码器、调制器、信道、解调器、信道译码器、信源译码器、信宿、噪音源组成，其结构模型如图2-6所示。

3.2.1数据通信的基础知识,在数字通信系统中，调制器用于将发送端数字信号变换成模拟信号；解调器用于将模拟信号还原成数字信号。

我们将具备调制与解调功能的设备称为调制解调器，它在数据通信系统中的连接如图2-7所示。

图2-6数字通信系统结构模型,3.2.1数据通信的基础知识,以上介绍了数据通信技术的基本概念。

事实上，无论是实现模拟通信,还是实现数字通信,都涉及到一系列的技术问题，包括数据调制与编码技术、数据传输技术、多路复用技术、数据交换技术、数据传输的差错检测与控制技术等。

图2-7调制解调器的功能作用,3.2.1数据通信的基础知识,3.2.2数据通信的技术指标,数据传输的质量参数是衡量数据传输的有效性和可靠性的参数。

有效性主要由数据传输速率、调制速率、信道带宽、通信容量、误码率、传输延迟等来衡量；可靠性一般用数据传输的误码率指标来衡量；比特率和波特率是用来描述系统传输率的参量。

1、数据传输速率（DataTransferSpeed）数据传输速率是指每秒能传输的二进制信息位数，又称为比特率，用bps标记，表示每秒传输的二进制位数，单位用比特/每秒表示。

2、调制速率（ModulationSpeed）调制速率也称为波形速率或码元速率，它是数字信号经过调制后的传输速率，表示数据传输过程中线路上每秒钟传送的波形个数（每秒钟变化的次数）。

单位是波特/秒,3.2.2数据通信的技术指标,3、信道带宽（ChannelBroadband）信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫兹（调制速率）表示。

信道带宽由信道的物理特性所决定，例如电话线路的频率范围在3003400Hz，那么，它的带宽范围也在3003400Hz。

信道宽度用W表示。

信道的最大传输速率是与信道带宽有直接联系的，即信道带宽越宽，数据传输速率越高，所以人们可以用“带宽”去取代“速率”。

4、信道容量（ChannelCapacity）信道容量是指信道能传输信息的最大能力，一般用时间内最大可传送的字节数来表示。

信道容量由信道带宽F、可使用的时间T以及信道质量决定。

信道容量和信道带宽具有正比关系，带宽越宽，则容量越大，传输效率也就越高。

5、误码率和误比特率误码率也称为出错率，是指数据通信系统在正常工作情况下信息传输的错误率。

是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的重要参数。

误比特率是指在传输中出错比特的概率。

6、吞吐量为信道在单位时间内传输的总的信息量。

3.2.2数据通信的技术指标,3.2.3数据传输方式,1、并行通信（ParallelTransmission）并行通信是指数据以成组的方式在多个并行信道上传输。

将表示一个字符的8位二进制代码同时通过8条并行的通信信道发送出去，这种工作方式称为并行通信，如图所示。

图并行传输示意图,优点：

速度快缺点：

发端与收端之间有若干条线路，导致费用高适用于近距离和高速率的通信,3.2.3数据传输方式,2、串行通信（SerialTransmission）串行通信是指数据以串行方式，在一条信道上传输。

在计算机中，采用并行通信。

数据在发送之前，要将计算机中的字符进行并/串变换。

串行传输方式如图所示。

图串行传输示意图,3.2.3数据传输方式,3、单工通信指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能收而不能发送。

任何时候不能改变信号传送方向。

无线电广播和电视,4、半双工通信指通信信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只能允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，不能同时进行。

对讲机,3、全双工通信指数据可以同时沿相反的两个方向传输。

如电话,3.2.4数据同步技术,在数据通信系统中，整个计算机通信系统能否正确有效地工作，在相当程度上依赖于是否能很好地实现同步。

目前,串行通信的传输按通信约定的格式分为两种，即同步通信方式和异步通信方式。

1、同步传输（Synchronous）位同步：

在数据通信过程中，接收端根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率来校正自己的时间基准与时钟频率，这个过程就叫做位同步。

实现位同步的方法主要有以下两种：

外同步法。

是在发送端发送一路数据信号的同时，另外发送一路同步时钟信号。

接收端根据接收到的同步时钟信号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步。

3.2.4数