通信層通信層在計算機系統的位置計算機通信

本章討論的主要問題是：

1.信息在傳送中是什么樣子？如何表示要傳送的信息？

2.通信要將信息從源頭傳送到目的地，信息就必須通過各種中間設備，用什么樣的線路和傳送方式將信息從一個通信的節點傳送到另一個節點？

3.信息從源頭進入通信網絡，傳送過程要經過很多中間節點，應該怎樣尋找有效的網絡路徑，一步一步到達目的地？情景問題——通信系統與物流系統

物流系統與通信系統的類比：貨物——信息交通工具——信號道路——傳輸線路和信道道路的交叉點——交換機、路由器等中間設備情景問題——通信系統與物流系統

在物流系統中，必須保證任何地點出發的交通工具都能安全、順利、完整地到達目的地。在運輸的源頭需要將貨物根據自身的特點拆分、打包，然后選擇合適的交通工具，比如大型貨車、小型貨車、冷藏車等，在運輸的目的地需要將貨物拆包、組裝，這就是通信系統中的編碼、解碼以及數據分組格式的選擇。在運輸過程中，有的包丟失一個兩個沒有關系，有的包不允許有任何丟失，一旦丟失就需要重新運輸這個包，例如，如果運輸的是一批煤，丟一包煤并不會影響其他煤的使用，如果運輸的是一臺數控機床，丟一個包就會造成整個機床無法使用，這就是通信系統中的監測和重發機制。情景問題——通信系統與物流系統

交通工具在道路上行駛必須遵守交通規則，這就是通信系統中的通信協議。交通工具在行駛的過程中應該根據最新的路況信息來選擇路徑，這就是通信系統中的流量分析、路由選擇。形象地說，通信領域不斷地進行著通信中的“道路”、“車輛”、“交通規則”、“交通設備”的標準定義、設計、開發、制造、建設和維修維護，并向有運輸需求的人提供有償服務。計算機通信——概述

通信的起源和發展1.面對面地說話；2.用肢體語言（如手勢、表情等）表示。人與人之間近距離如何交流？如果兩個人之間隔著一定距離如何交流？把要表達的內容轉換為文字、聲音、圖像等形式，再通過某種裝置從一個地方傳送到另一個地方。從烽火臺、信號燈、信鴿開始，發展到現代通信計算機通信——概述

通信的起源和發展19世紀40年代，電磁技術開始應用于通信領域。1844年，電報的發明使人類首次具有了遠程快速傳遞信息的能力。1876年，電話的發明使人類的通信能力擴展到語音模式。人們開始使用電話、電報、傳真，到大規模地建設各種電信網絡（如公眾交換電話網PSTN），遠程通信技術得到了長足的發展。電子技術開始應用于通信領域，開啟了現代通信的篇章，

請舉例說明現代通信的高速發展？計算機通信——概述

計算機通信系統模型

信源：通信的源頭稱為信源。

信宿：通信的目的地稱為信宿。信息以電子、電磁、光等不同形式的信號在信道上傳輸。

信道：傳送信號的通路，也就是傳輸介質。

郵件的傳輸過程？計算機通信——概述

通信協議

計算機通信系統由多個互聯的節點組成，通信各節點之間傳送的信號必須要有一些基本的規則。就像使用不同語言的人之間需要一種通用語言才能交流一樣，網絡節點之間的通信也需要一種通信雙方都能理解的通用語言，遵守一些事先約定好的規則，這種通用語言和規則就是通信協議。

計算機通信——概述

通信協議

國際標準化組織的OSI；國際電信聯合會的X系列、V系列以及I系列建議書；美國電氣電子工程師學會的IEEE802LAN協議標準；美國電子工業協會的RS系列標準等。計算機通信——信息的編碼

信號

信息必須轉換為信號才能在通信系統里傳輸。不同的通信系統會使用不同形式的信號，可以將信號分成兩大類：模擬信號和數字信號。不管是模擬信號還是數字信號，在傳送過一段距離后都會有信號的衰減和畸變，強度會衰減，波形會走樣。因此，需要有某種裝置將失真的信號還原。計算機通信——信息的編碼

模擬信號

模擬信號是一種連續變化的波，模擬信號的基本特征是頻率和振幅。在傳送模擬信號時，每隔一定的距離就要通過放大器來增強信號的強度，但與此同時，由噪聲引起的信號失真也隨之放大。傳輸距離增大時，多級放大器的串聯會導致失真的疊加，從而使得信號的失真越來越大。計算機通信——信息的編碼

數字信號

數字信號是一系列的脈沖，脈沖的狀態只有兩種，例如高電平和低電平。因為不存在中間狀態，脈沖在不斷地躍變，因此數字信號是離散的。計算機通信——信息的編碼

數字信號

在傳送數字信號時，每隔一定的距離就要通過中繼器等中間設備來增強信號的強度，并且修復信號的波形，這樣，重新產生的信號完全消除了前一段傳輸過程中信號的衰減和畸變。所以，遠距離通信通常采用數字信號。

計算機通信——信息的編碼

調制與解調

在實際的通信過程中，往往需要在數字信號和模擬信號之間進行多次轉換。把數字信號轉換為模擬信號稱為調制。把模擬信號還原為數字信號稱為解調。完成調制和解調的設備叫做調制解調器，也稱為Modem。計算機通信——信息的編碼

調制與解調

調制是把信息“裝載”到載波上的過程。有三種基本調制方法：（1）調幅是通過改變載波信號的振幅，假設現在要傳送數字信息，調幅是用振幅的變化來表示0和1，例如，用振幅大的波表示1，用振幅小的波表示0。計算機通信——信息的編碼

調制與解調

調制是把信息“裝載”到載波上的過程。有三種基本調制方法：（2）調頻是通過改變載波信號的頻率，用頻率的變化來表示0和1，例如，用高頻載波表示1，用低頻載波表示0。

計算機通信——信息的編碼

調制與解調

調制是把信息“裝載”到載波上的過程。有三種基本調制方法：（3）調相是通過改變載波信號的相位變化來表示0和1，例如，如果載波一個周期的相位與前一個周期相比，相位發生發生了改變表示1，沒有發生改變表示0。計算機通信——信息的編碼

信道——傳輸介質

兩個通信設備之間必須由物理傳輸介質連接才能傳送信號，信道就是傳送信號的通路，也就是傳輸介質。信道本身可以是模擬的，也可以是數字的，用以傳輸模擬信號的信道稱為模擬信道，用以傳送數字信號的信道稱為數字信道。不同的通信信道有不同的帶寬和數據傳輸速率，帶寬指的是通信信道能夠通過信號的頻率范圍，其單位是Hz，速率指的是每秒鐘傳輸的比特數，其單位是bps。顯然，帶寬和速率成正比。計算機通信——信息的編碼

信道——傳輸介質

傳輸介質分有線介質和無線介質兩大類。常用的有線介質：（1）雙絞線。（2）同軸電纜。（3）光纖。常用的無線介質：（1）微波。（2）衛星。

計算機通信——數據交換

線路交換

所謂線路交換是在通信雙方建立一條專用的通信線路。最典型的線路交換是電話系統，就通信網絡的公共資源利用率而言，線路交換方式的使用效率比較低。但是，一旦建立起通信線路，通信雙方就能夠以固定的傳輸率來傳送數據，除了在線路和中間交換設備上必須消耗的時間外，不會再有其他的延遲，因此，數據傳輸率比較高。計算機通信——數據交換

存儲轉發交換

常用的存儲轉發交換方式是分組交換，即把要傳輸的數據分割成比較小的一個個分組獨立傳送。按照分組在通信網絡上傳輸的管理方式，可以把分組交換分為虛電路交換和數據報交換兩種不同的交換方式。

虛電路交換首先建立一條連接源地和目的地的線路，每個數據分組都沿著這條線路傳輸，在中間交換設備不再進行路徑選擇。

數據報方式是一種無連接方式，各個數據分組可以沿著不同的傳輸路徑到達目的地。IP電話是哪種數據交換方式？計算機通信——尋址

通信方向

尋址首先要尋找方向。所謂通信方向是指兩個網絡節點設備之間的數據流向。通常有以下三種通信方向：

（1）單工。信道上數據流向是單方向的，數據只能向一個方向流動。通信時，一方只能發送，另一方只能接收。

計算機通信——尋址

通信方向

尋址首先要尋找方向。所謂通信方向是指兩個網絡節點設備之間的數據流向。通常有以下三種通信方向：

（2）半雙工。在同一時刻，通信雙方只能有單一方向的數據流向，一方要么處于發送狀態，要么處于接收狀態，不能同時又發又收。可以將半雙工看成是可切換方向的單工通信，從某一時刻看是單工的，從總體上看是雙工的。

計算機通信——尋址

通信方向

尋址首先要尋找方向。所謂通信方向是指兩個網絡節點設備之間的數據流向。通常有以下三種通信方向：（3）全雙工。在同一時刻，通信雙方有兩個方向相反的數據流向，任何一方都可以一邊發送數據一邊接收數據，允許數據在兩個方向上同時傳輸，在能力上相當于兩個單工通信方式的結合。計算機通信——尋址

地址標識

任何接入通信網絡的終端A，如果需要從通信網絡的另一個終端B獲取信息，必須知道B所在的位置，這個位置就是地址。在各種通信手段中，應用了各種各樣的通信地址，相對應地就有各種各樣的尋找地址的方法。

計算機通信——尋址

地址標識

1.MAC地址網絡中的每一個主機都有一個物理地址，也稱硬件地址或MAC地址（MediaAccessAddress，介質訪問地址）。

MAC地址是一個全局地址，而且要保證世界范圍內唯一。主機的MAC地址實際上是其連網所用的網卡上的地址，通常每一塊網卡都帶有一個全球唯一的6字節地址。為保證唯一性，網卡的生產廠商要向IEEE的注冊管理委員會購買地址的前3個字節，作為生產廠商的唯一標識，后3個字節由生產廠商自行分配，并在生產網卡時固化在ROM中。計算機通信——尋址

地址標識

2.IP地址

IP地址是在Internet上某臺主機（包括路由器和交換機）的惟一標識，IP地址的分配和管理由全球唯一的IP網地址管理機構——互聯網名稱和數字地址分配機構（ICANN）負責。

IP地址是一個32位的二進制數字，用二進制直接表示IP地址非常繁瑣和令人費解，于是，人們采用4段數字，每一段數字就是8位二進制數字，并且用十進制表示，就是0~255。一個IP地址可以表示為211.99.34.33。計算機通信——尋址

地址標識

3.域名地址通過IP地址可以訪問互聯網上的任何主機，但記住這些數字串很令人頭疼，DNS（域名解析體系）將IP地址翻譯成域名。域名類似于寫信時寫在信封上的地址，如省名、城市名、區名和門牌號等，有一定的層次性。

DNS將IP地址自左向右分成3~4段，非別用字符表示主機名、網絡名、機構名和最高域名，其中，最高域名是第一域名，一般是代表國家和地區的名稱，如cn表示中國；機構名稱是第二級域名，通常是代表組織或城市名稱，如edu表示教育機構。計算機通信——尋址

路由

數據從一個通信節點到達另一個通信節點的路徑選擇過程稱為路由，完成路由選擇的設備稱為路由器。數據到達路由器后，路由器從數據的分組結構中取出源地址和目的地址，與路由器中存儲的