福建工程国脉数据通信小抄.docx

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福建工程国脉数据通信小抄

1.1计算机基本网络的组成：

组成：

端系统（计算机，服务器）、传输系统（通信介质，互联设备，通信设备）

交换机是最基本的网络设备，用于把计算机连接到网络中。

交换机在主机之间转发报文

路由器用于将各个网络连接到一起，形成一个有层次的网络。

路由器在网络间转发报文

网络传输介质（双绞线，光纤，微波，同轴电缆）

1.2网络的分类

根据网络覆盖范围分：

局域网（LAN），MAN，广域网（WAN），公共广域网

根据拓扑分类：

总线型，网状，环形，树形，星形

*星形拓扑：

优（容易连接，传输效率高）；缺点（对中心节点的可靠性和冗余度有较高要求）

网状拓扑：

优（可靠性好，冗余度高）；缺点（结构复杂，维护成本高）

1.3以太网

传统以太网、现代以太网；区别：

传统以太网速率10Mbps，采用广播式的信道，主机需做信道竞争，现代以太网采用交换式，传输带宽更高。

1.5.3TCP/IP模型

1.5.6通信过程（封装与解封装）

完整的通信过程包括如下步骤:

1.在发送方源终端设备的应用层创建数据

2.当数据在源终端设备中沿协议栈向下传递时对其分段和封装

3.在协议栈网络接入层的介质上生成数据

4.通过由介质和任意中间设备组成的网际网络传输数据

5.在目的终端设备的网络接入层接收数据

6.当数据在目的设备中沿协议栈向上传递时对其解封和重组

7.将此数据传送到目的终端设备应用层的目的应用程序

1.5.4OSI参考模型

1.5.7协议数据单元与封装过程

各层PDU的术语名称：

2.1双绞线：

传输距离100m。

绞合目的：

尽量防止线缆之间的电磁干扰。

不同双绞线的区别：

非屏蔽双绞线（UTP）:

外皮为塑料，不具有屏蔽能力；屏蔽双绞线（STP）:

金属屏蔽层，具有屏蔽能力；6个种类的UTP标准中：

1）单位长度的绞合次数不同，2）数据传输速率不同。

2.2网线的端接－直通线

直通线就是在数据传输时，需要使用二对双绞线，分别用于发送和接收

使用环境：

接插点定义不同的设备之间的互联

2.2.2网线的端接－交叉线

交叉线使用环境：

接插点定义相同类的设备之间的连接

2.3单模光纤与多模光纤

不同之处：

纤芯直径上单模光纤较小；单模几乎没有散射而多模散射大；单模光纤传输距离更远；单模使用激光光源，多模使用LED光源；价格上单模光纤更贵；但同时单模光纤的性能更好。

3.1物理层特性：

物理层规定了建立、维持及断开物理信道所需的机械的、电气的、功能性的和规程性的特性

机械特性：

接线器形状、尺寸、引脚数等

电气特性：

信号电平（电流）的范围

功能特性：

信号电平（电流）的含义

规程特性：

信号的时序

3.2名词解释

基带传输：

基带信号（数字数据1，0直接用两种电压表示）直接送到线路上从传输（局域网）

频带传输：

将基带信号进行调制后的模拟信号的传输

信道－信源和信宿之间的信号通路

模拟信号：

随时间连续变化的电流、电压或电磁波

数字信号：

离散变化的电信号

数字信道－采用数字信号传输数据的信道

模拟信道－采用模拟信号传输数据的信道

•信道是信号从发送端到接收端之间进行传输的路径

但不是实际的电缆，而是数据经过的由介质提供的路径

•信道参数：

作为信道组成的传输介质分为有线和无线两类，它们具有如下特性：

1）信息流方向：

单工、半双工、全双工。

2）传送信号的类型：

模拟的和数字的。

3）传输速率：

用比特率和波特率表示。

4）带宽：

在通信信道上可以传输的频率范围称带宽。

信道的基本特性可以用带宽和容量（最大的数据传输速率）来说明

3.3传输速率

•码元：

一个离散信号（电平）状态或信号事件

•比特：

二进制位

•码元传输速率B：

每秒钟传输码元数（波特Baud）

•信息传输速率S（数据传输速率）：

每秒传输的比特数（比特/秒bps）

两者关系：

S=B*log2V（V表示一个码元所取的有效离散值个数）

举例：

二级电平信号：

1个码元携带1比特信息量

四级电平信号：

1个码元携带2比特信息量

3.4信道（电缆）带宽的多种解读

本意：

是指电缆中能通过的最高频率和最低频率的差值。

单位为HZ，KHZ等

另一种解读：

表示网络的通信速度。

单位为Kbps,Mbps等

两者之间的关系：

香农定理：

C=Wlog2（1+S/N）b/s

▫W为信道的带宽（以Hz为单位）；

▫S为信道内所传信号的平均功率；

▫N为信道内部的高斯噪声功率

▫S/N为信噪比

信道容量－无噪声

•信道容量：

每秒能传输的最大比特数，即信道的极限传输速率。

比特传输率越高，信道的容量也就越大

•Nyquist定理：

如果任意一个信号已经通过了一个带宽为B的低通滤波器，只要每秒2B次采样，过滤之后的信号就可以完全被重构出来。

•Nyquist定理表示一个有限带宽，无噪声信道的最大数据传输速率,当信号包含了V个离散值时。

最大数据传输率＝2Blog2v（位/秒）

例：

在只有两个离散值的二元信道中，带宽为3000HZ，则最大的数据传输率为6000b/s

信道容量－有噪声

•香农定理：

在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输速率Rmax与信道带宽B，信噪比S/N

的关系为Rmax=B·log2（1+S/N）

S/N为信噪比（S为信号功率，N为噪声功率）

信躁比S/N的表示（分贝）

•S/N＝1000：

该信道上的信号功率是噪声功率的1000倍

•若S/N＝1000，B=3000HZ，那么最大数据传输速率约为30kb/s

•信噪比可以用分贝表示（db）,所以若S/N＝1000，那么S/N（db）=10lg（S/N）=30db

例：

一条信道带宽为3000HZ，信躁比为30db（电话系统中模拟部分的典型参数），数据的最大数据传输速率为多少？

香农公式表明：

信道的带宽或信道中的信躁比越大（信号功率加强,噪声功率减小），信息的极限传输速率就越高。

实际的数据传输速度远小于理论最大值

3.5模拟传输与数字传输的编码技术

不归零编码（NRZ）、曼彻斯特码和差分曼彻斯特码（会读图）

3.6多路复用的类型

频分复用：

电话系统采用的编码方式--脉冲编码调制方法（PCM）

过程：

1、对模拟信号进行脉冲振幅调制，取得脉冲振幅调制信号（采样）

2、对采样信号进行量化，按“四舍五入”的方法取整

3、对取整后的信号进行8位（7位）二进制编码，从而取得数字化了的PCM信号

多个话路的PCM数字信号的时分复用

•北美的T1系统，也就是PCM24路制式（T体系）

1）采样频率＝8000HZ（采样周期为125us）

2）每个脉冲采用8位二进制码元（7位语音编码＋1位同步码）

3）则一个话路的PCM信号速率为8000HZ×8＝64kb/s

4）24个话路，在125us的周期里组成一帧：

24×8bit+1bit帧同步码＝193bit

欧洲（中国）的E1系统时分复用

•PCM30/32路制式（E体系），一帧共有32个时隙，可以传送30路电话，即复用的路数n=32路，其中话路数为30

•编码器每秒取样8000次，一次采样125us

•32路PCM信号的每一路轮流将一个字节插入到帧中；

•每个字节的长度为8位，其中7位是数据位，1位用于信道控制；

•每帧由32×8=256位组成

•E1载波的数据传输速率为256bit×8000次/秒=2.048Mb/s

•E1载波的开销2/32约为6.25%

3.7Internet本地接入技术

ADSL（非对称数字用户环路）提供：

上行64K~1Mbps,下行512k~8Mbps，1对双绞线；ADSL频分复用。

光纤接入网分为光纤到户（FTTH）、光纤到路边（FTTC）、光纤到大楼（FTTB）等，FTTH是未来带宽接入网的发展趋势

4.1.1网络适配器（网卡）

网卡NIC（networkinterfacecard）：

1）功能：

判断是否接收一个数据帧；对接收到的数据帧进行差错检测

2）是第二层的（数据链路层）设备

3）MAC（mediaaccesscontrol）地址：

也称为硬件地址，存在网卡的ROM中。

ipconfig/all查询本机的MAC地址

集线器（hub）是第二层的（数据链路层）设备；有信号放大的作用；类似中继器。

4.2透明网桥工作原理（重点）

功能：

根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发；根据地址/端口对应表。

•网桥工作在混杂（promiscuous）方式，接收所有的帧；

•网桥接收到一帧后，通过查询地址/端口对应表来确定是丢弃还是转发；

•网桥刚启动时，地址/端口对应表为空，采用洪泛（flooding）方法转发帧；在转发过程中采用逆向学习（backwardlearning）算法收集MAC地址。

如何学习？

－网桥通过分析帧的源MAC地址得到MAC地址与端口的对应关系，并写入地址/端口对应表；

•网桥软件对地址/端口对应表进行不断的更新，每个表项都有一个时间戳，并定时检查，删除在一段时间内没有更新的地址/端口项；

帧的路由过程：

•目的LAN与源LAN相同，则丢弃帧；

•目的LAN与源LAN不同，则转发帧；

•目的LAN未知，则洪泛帧。

4.3交换机的交换方式（直通式和存储转发方式的区别）

•直通式：

交换控制器收到以太端口的报文包时，读出帧报头中的目标MAC地址，查询交换表，将报文包转发到相应端口。

（优点：

转发速度快。

缺点：

可能增加网络带宽）

•存储转发方式：

接收到的报文包首先接受CRC校验。

然后根据帧报头中的目标MAC地址和交换表，确定转发的输出端口。

然后把该报文包放到那个输出端口的高速缓冲存储器中排队、转发。

（缺点：

延迟大。

优点：

节省了网络带宽）

第5章网络层协议及技术（重点40分）

5.2.1分类IP地址

地址组成：

网络号+主机号;IP地址长度：

32bit,地址采用点分十进制；属网络层。

5.3IP地址的使用范围

可用主机地址原则：

•网络号不能全为0和全为1（发展过程）

•主机号部分各位不能为全“0”也不能全为“1”

网络最大第一个最后一个每个网络

类别网络数可用的可用的中最大的

网络号网络号主机数

A126（2^7–2）112616,777,214

B16,384（2^14）128.0191.25565,534

C2,097,152（2^21）192.0.0223.255.255254

5.4特殊IP地址1

•网络号为0地址表示该地址是本地主机。

主机试图在本网内通信可又不知道网络号时，可以使用网络号为0的IP地址

•全“0”IP地址用于动态IP配置服务器的网络上，工作站启动时使用全0地址与配置服务器通信获得IP地址

•全1的IP地址是受限广播地址，只能用于本网络广播

•主机地址为全1的IP地址，表示向某个网络所有主机广播

•IP地址为127.*.*.*：

用于本地软件回路测试

5.5IP地址的用法（理解）

5.6IP地址与硬件地址两者之间关系

网络层及以上使用IP地址；链路层及以下使用硬件地址MAC。

IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节，研究主机和主机或主机和路由器之间的通信。

5.7ARP协议

•每一个主机都设有一个ARP高速缓存（ARPcache），里面有所在的局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。

•当主机A欲向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时，就先在其ARP高速缓存中查看有无主机B