1、 第二章 網絡通信基礎知識網絡通信基礎知識網絡通信基礎知識( (重要概念、技術重要概念、技術) ) v數據通信的基本概念數據通信的基本概念信息、信號；模擬信號、數字信號；周期信號、非周期信號信息、信號；模擬信號、數字信號；周期信號、非周期信號v信息編碼技術信息編碼技術數字數字/數字、模擬數字、模擬/數字、數字數字、數字/模擬、模擬模擬、模擬/模擬模擬v數據傳輸控制方式數據傳輸控制方式單工、半雙工、全雙工單工、半雙工、全雙工v數據傳輸方法數據傳輸方法并行傳輸、串行傳輸（異步、同步）并行傳輸、串行傳輸（異步、同步）v多點傳輸中多點傳輸中鏈路復用技術：頻分復用、時分復用、波分復用鏈路復用技術：頻分復

2、用、時分復用、波分復用數據交換技術：線路交換、報文交換、分組交換數據交換技術：線路交換、報文交換、分組交換數據傳輸控制方式（單工、半雙工、全雙工）數據傳輸控制方式（單工、半雙工、全雙工）v通信是單向進行的，就象是單行道。一條鏈路的兩個站通信是單向進行的，就象是單行道。一條鏈路的兩個站點中只有一個可以進行傳輸，另一個只能接收。點中只有一個可以進行傳輸，另一個只能接收。v鍵盤和傳統監視器、無線電廣播都是單工設備的例子。鍵盤和傳統監視器、無線電廣播都是單工設備的例子。鍵盤只能接受輸入，監視器只能接受輸出信號。鍵盤只能接受輸入，監視器只能接受輸出信號。 單工單工數據傳輸控制方式（單工、半雙工、全雙工）

3、數據傳輸控制方式（單工、半雙工、全雙工）v每個站點都可以發送和接收，但是不能同時發送和接收。每個站點都可以發送和接收，但是不能同時發送和接收。當其中一個設備在發送時，另一個只能接收，反之亦然。當其中一個設備在發送時，另一個只能接收，反之亦然。v對講機是半雙工系統的例子。對講機是半雙工系統的例子。半雙工半雙工數據傳輸控制方式（單工、半雙工、全雙工）數據傳輸控制方式（單工、半雙工、全雙工）v在全雙工方式中在全雙工方式中( (也叫雙工方式也叫雙工方式) )，兩個站點同時都可以，兩個站點同時都可以進行發送和接收。進行發送和接收。v例：電話例：電話v兩個方向的信號共享鏈路帶寬：兩個方向的信號共享鏈路帶寬

4、： 1）鏈路具有兩條物理上獨立的傳輸線路，或）鏈路具有兩條物理上獨立的傳輸線路，或 2）將帶寬一分為二，分別用于不同方向的信號傳輸）將帶寬一分為二，分別用于不同方向的信號傳輸 全雙工全雙工數據傳輸方法數據傳輸方法數據傳輸應考慮的問題數據傳輸應考慮的問題v每次發送一個比特，還是將比特成組發送？每次發送一個比特，還是將比特成組發送？v如何將比特成組？如何將比特成組？v采用并行傳輸還是串行傳輸？采用并行傳輸還是串行傳輸？v發送速度的快慢？發送速度的快慢？v多點傳輸應該考慮什么問題？多點傳輸應該考慮什么問題？數據傳輸方法數據傳輸方法數據傳輸數據傳輸并行并行串行串行同步同步異步異步傳輸方式傳輸方式(1)

5、(1)并行傳輸方式并行傳輸方式特點特點:傳輸速率高傳輸速率高 需要需要n條傳輸線路條傳輸線路,成本較高成本較高 通常用于近距離傳輸，距離限制在通常用于近距離傳輸，距離限制在25英尺內。英尺內。一組比特同時發送，每個比特都占據一條獨立的線路。一組比特同時發送，每個比特都占據一條獨立的線路。傳輸方式傳輸方式(2)(2)串行傳輸方式：串行傳輸方式：特點特點: : 線路數少線路數少, ,利用率高利用率高, ,投資小投資小, ,長距離傳輸長距離傳輸需要進行并需要進行并/ /串串, ,串串/ /并轉換（計算機內部傳輸和處并轉換（計算機內部傳輸和處理并行數據）理并行數據）該方式只有一條傳輸線路，比特依次發送

6、該方式只有一條傳輸線路，比特依次發送。串行傳輸：串行傳輸： 1）異步傳輸）異步傳輸 2）同步傳輸）同步傳輸傳輸方式傳輸方式(3)(3)異步傳輸異步傳輸 以字符為單位進行傳輸，發送方和接收方在發送數據之以字符為單位進行傳輸，發送方和接收方在發送數據之前無需進行時間上的協調。發送字符時間間隔不確定。前無需進行時間上的協調。發送字符時間間隔不確定。每個字符都有起始位和停止位。每個字符都有起始位和停止位。 不要求數據雙方同步，遵循異步通信協議。不要求數據雙方同步，遵循異步通信協議。特點特點: :簡單、有效。簡單、有效。 傳輸速度較慢，額外開銷較大。傳輸速度較慢，額外開銷較大。RS-232RS-232標

7、準（標準（電子工業協會提出的異步通信標準電子工業協會提出的異步通信標準）邏輯邏輯“1”1”：負電平，：負電平，-3V-3V -15V-15V； “ “0”0”：正電平，：正電平，+3V+3V +15V+15V；每次傳輸一個字符，數據位每次傳輸一個字符，數據位7 7位或位或8 8位；每位電壓持續時間相同；位；每位電壓持續時間相同；每個字符前加一起始位（每個字符前加一起始位（0 0），表示傳輸開始；），表示傳輸開始；傳送完后加一停止位（傳送完后加一停止位（1 1），表示傳輸結束；），表示傳輸結束；異步傳輸異步傳輸異步傳輸異步傳輸vRS-232特點特點雙極性編碼，克服了直流分量問題；雙極性編碼，克服

8、了直流分量問題；連接距離短（最大連接距離不超過連接距離短（最大連接距離不超過1515米）；米）；多用于計算機與多用于計算機與ModemModem、鍵盤或終端之類的設備之間近、鍵盤或終端之類的設備之間近距離傳輸字符。距離傳輸字符。v為提供更大的傳輸距離和傳輸速率為提供更大的傳輸距離和傳輸速率RS-422RS-423例：傳送例：傳送8位數據位數據10100010B，1個停止位，要個停止位，要 求繪制信號線上的波形。求繪制信號線上的波形。8300b/s,實際每字符傳送實際每字符傳送10位，則每秒傳送位，則每秒傳送830個字符。個字符。串行傳輸方式串行傳輸方式(4)(4)同步傳輸同步傳輸 將多個字符組

9、成數據塊（報文或分組），以數據塊為單位將多個字符組成數據塊（報文或分組），以數據塊為單位傳輸數據。傳輸過程中有專門的時鐘脈沖使發送方、接收傳輸數據。傳輸過程中有專門的時鐘脈沖使發送方、接收方保持同步，使兩者以同一頻率工作。方保持同步，使兩者以同一頻率工作。特點特點: :傳輸速度快，效率較高。傳輸速度快，效率較高。 實現較復雜。實現較復雜。 位同步：位同步： 目的：使接收端接收的每一位信息都與發送端目的：使接收端接收的每一位信息都與發送端保持同步保持同步 1）外同步外同步發送端發送同步時鐘信號，發送端發送同步時鐘信號，接收方用它來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。接收方用它來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。 缺點

10、：附加一條專用的傳輸時鐘脈沖的通信線路。缺點：附加一條專用的傳輸時鐘脈沖的通信線路。 2）自同步自同步通過特殊編碼（如曼徹斯特通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），這些數據編碼信號包含了同步脈沖，編碼），這些數據編碼信號包含了同步脈沖，接收方提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻接收方提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。率。 多路復用技術多路復用技術復用是指將多個信號同時通過一條數據鏈路傳輸。復用是指將多個信號同時通過一條數據鏈路傳輸。為何要復用？線路成本為何要復用？線路成本 ： 1 1）頻分復用）頻分復用 2 2）時分復用）時分復用 3 3）波分復用）波分復用 (1)(1)頻分多路復用頻分多路復用每

11、個發送設備產生的信號被調制到不同頻率的載波上，每個發送設備產生的信號被調制到不同頻率的載波上，調制后的信號合成一個新的信號通過鏈路發送出去。調制后的信號合成一個新的信號通過鏈路發送出去。(1)(1)頻分多路復用頻分多路復用在信道帶寬大于要傳輸的所有信號帶寬之和時采用，在信道帶寬大于要傳輸的所有信號帶寬之和時采用，適用于模擬信號傳輸。適用于模擬信號傳輸。 (2) (2)時分多路復用時分多路復用將整個傳輸時間，分為多個相同的時間片，每個時間片將整個傳輸時間，分為多個相同的時間片，每個時間片內由一個設備獨占鏈路發送一部分數據。使用完該時間片內由一個設備獨占鏈路發送一部分數據。使用完該時間片后，退出鏈

12、路，等待下一次時間片的到來。后，退出鏈路，等待下一次時間片的到來。當傳輸媒介的數據傳輸速率大于發送和接收設備所需要當傳輸媒介的數據傳輸速率大于發送和接收設備所需要的數據速率時采用。的數據速率時采用。適用于數字信號傳輸，模擬信號適用于數字信號傳輸，模擬信號 數字信號數字信號（3）波分多路復用）波分多路復用 原理：整個波長頻帶被劃分為若干個原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每個用戶占用一個波長范波長范圍，每個用戶占用一個波長范圍來進行傳輸圍來進行傳輸v為降低通信線路造價，大型網絡主要采用為降低通信線路造價，大型網絡主要采用部部分連接分連接的拓撲結構。的拓撲結構。 v兩個端節點之間的通信連接

13、一般都要通過兩個端節點之間的通信連接一般都要通過中中間節點間節點的轉接，中間節點要在它所連接幾條的轉接，中間節點要在它所連接幾條線路中線路中選擇一條選擇一條進行接續。進行接續。 v 就像電話交換機為通話雙方接續線路一樣，就像電話交換機為通話雙方接續線路一樣，這個過程被稱為這個過程被稱為交換交換。數據交換技術數據交換技術數據交換技術數據交換技術數據交換技術：通過交換機等中介硬件或軟件，在通信設數據交換技術：通過交換機等中介硬件或軟件，在通信設 備之間創建臨時連接。備之間創建臨時連接。交換網絡交換網絡數據交換技術數據交換技術交換技術交換技術線路交換線路交換報文交換報文交換分組交換分組交換數據報方法

14、數據報方法虛電路方法虛電路方法 數據交換方法數據交換方法數據交換技術的分類：數據交換技術的分類： 通信雙方需要建立一條實際的的物理連接，并獨占該連接。通信雙方需要建立一條實際的的物理連接，并獨占該連接。 (最早由電話接線員通過插塞建立的，現在由計算機化的程控交換機實現最早由電話接線員通過插塞建立的，現在由計算機化的程控交換機實現) 通信過程分為三個階段：線路建立、數據傳輸和拆除連接。通信過程分為三個階段：線路建立、數據傳輸和拆除連接。優點：優點：線路一旦接通，不會發生沖突；可靠性、實時性好線路一旦接通，不會發生沖突；可靠性、實時性好, ,傳輸傳輸 延遲小。延遲小。 缺點：缺點：建立線路所需時間

15、長，雙方獨占線路，造成信道浪費。建立線路所需時間長，雙方獨占線路，造成信道浪費。1.線路交換（線路交換（circuit switching）2.2.報文交換報文交換(Message switching)(Message switching) 兩個站點之間兩個站點之間無需無需建立專用通道；建立專用通道； 發送方將要發送的數據作為一個發送方將要發送的數據作為一個整體數據塊整體數據塊(稱為稱為報文報文, message)進行傳輸；進行傳輸； 在交換過程中，交換設備將接收在交換過程中，交換設備將接收到的報文先存儲，待信道空閑時到的報文先存儲，待信道空閑時再轉發出去，一級一級中轉，直再轉發出去，一級一級

16、中轉，直到目的地。到目的地。（存儲（存儲-轉發）轉發）。 傳輸過程中可能經過多次傳輸過程中可能經過多次路由路由。 優點：優點：線路利用率高，信道可為多個報文共線路利用率高，信道可為多個報文共享。享。缺點：缺點：1）每個報文數據量較大，在給定的）每個報文數據量較大，在給定的時間內可能無法傳完；時間內可能無法傳完； 2）報文大小不一，造成緩沖區管理）報文大小不一，造成緩沖區管理復雜；復雜； 3）出錯后整個報文全部重發，效率）出錯后整個報文全部重發，效率低。低。2.2.報文交換報文交換 將用戶的整個數據塊報文分成更小的分組將用戶的整個數據塊報文分成更小的分組(Packet)(Packet)，以，以分

17、組為單位在網絡中傳輸。分組為單位在網絡中傳輸。 接收方收到所有分組后，將分組重新組裝成報文。接收方收到所有分組后，將分組重新組裝成報文。 分組交換分組交換數據報方法數據報方法虛電路方法虛電路方法3.3.分組交換分組交換(packet Switching)(packet Switching)數據報與虛電路數據報與虛電路固定傳輸路徑，無需中間路由固定傳輸路徑，無需中間路由分組中不用攜帶目的地址信息，分組中不用攜帶目的地址信息，傳輸的額外開銷較小。傳輸的額外開銷較小。同一報文的不同分組可以獨立選路同一報文的不同分組可以獨立選路傳輸路線可以根據線路狀態，靈活傳輸路線可以根據線路狀態，靈活選擇。選擇。出錯重傳效率高。出錯重傳效率高。 （圖）（圖）3.3.分組交換分組交換 虛電路：面向連接的分組交換技術虛電路：面向連接的分組交換技術數據報：無連接的分組交換技術數據報：無連接的分組交換技術優點：優點： 1）存儲量