07年4月“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”串講資料二

第二章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)

一、數(shù)據(jù)可定義為有意義的實(shí)體，分為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是離散的值，模擬數(shù)據(jù)是在某個(gè)區(qū)間內(nèi)連續(xù)變化的值。

二、信號(hào)是數(shù)據(jù)的電子或電磁編碼，分模擬信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)。

模擬信號(hào)是隨時(shí)間連續(xù)變化的電流、電壓和電磁波，

數(shù)據(jù)信號(hào)是一系列離散的電脈沖，可以利用其某一瞬間狀態(tài)來(lái)表示要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

三、信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋；

四、信源是產(chǎn)生和發(fā)送信息的設(shè)備或計(jì)算機(jī)；

五、信宿是接收和處理信息的設(shè)備或計(jì)算機(jī)；

六、信道是信源和信宿之間的通信線路。

七、數(shù)據(jù)通信是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)和其它數(shù)據(jù)裝置與通信線路完成數(shù)據(jù)編碼信號(hào)的傳輸、轉(zhuǎn)接、存儲(chǔ)和處理的通信技術(shù)。它是以計(jì)算機(jī)為中心，用通信線路連接分布在異地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備。以實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N系統(tǒng)。

八、模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以用模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)來(lái)表示。

模擬數(shù)據(jù)是時(shí)間的函數(shù)，并占有一定的頻率范圍（頻帶），它可以用占有相同頻帶的模擬信號(hào)來(lái)傳輸。

模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號(hào)表示時(shí)，完成模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換功能的設(shè)施是編碼解碼器，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用模擬信號(hào)表示，轉(zhuǎn)換設(shè)備是調(diào)制解調(diào)器modem.

數(shù)據(jù)通信長(zhǎng)距離傳輸信號(hào)衰減克服的方法：模擬信號(hào)：放大器；數(shù)字信號(hào)：中繼器。

通信方式分為并行方式和串行方式，并行方式用于近距離通信（計(jì)算機(jī)內(nèi)部），串行方式用于遠(yuǎn)距離通信。

九、串行通信的方向性結(jié)構(gòu)：?jiǎn)喂?、半雙工、全雙工。

數(shù)字信號(hào)變換成音頻信號(hào)的過(guò)程稱調(diào)制，音頻信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱解調(diào)。把調(diào)制和解調(diào)功能做成一個(gè)設(shè)備稱調(diào)制解調(diào)器。

十、數(shù)據(jù)傳輸速率法：每秒能傳輸?shù)亩M(jìn)制信息位數(shù)（單位：位/秒）。S=1/T*log2N.

信號(hào)傳輸速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)信道傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)，單位為波特（baud）。波特率、碼元速率、調(diào)制速率。

二者的區(qū)別：信號(hào)傳輸速率是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的碼元個(gè)數(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率通過(guò)的是碼元的二進(jìn)制信息位數(shù)。

它們的關(guān)系是：S=B*log2N B=S/log2N

信道容量：表示一個(gè)信道傳輸數(shù)據(jù)的能力，它是傳輸數(shù)據(jù)能力的極限，而數(shù)據(jù)傳輸速率是實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率

1、離散的信道容量：C=2*H*log2N （H：帶寬（Hz），N：可能取的離散值個(gè)數(shù)）

2、連續(xù)信道容量：C=H*log2N*（1+S/N） （S：信號(hào)功率，N：噪聲功率，S/N：信噪比）

誤碼率是關(guān)于傳輸可靠性的指標(biāo)（Pe=Ne/N），計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中一般要求誤碼率地獄10-9

十一、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼

模擬信號(hào)傳輸?shù)幕A(chǔ)是：載波，載波具有三大要素：幅度、頻率

和相位。

數(shù)字調(diào)制的三種基本形式：移幅鍵控法（ASK）、移頻鍵控法（FSK）、移相鍵控法（PSK）

移幅鍵控法（ASK）：效率低、能達(dá)到了速率為1200bps（數(shù)據(jù)傳輸速率）

移頻鍵控法（FSK）：可實(shí)現(xiàn)全雙工操作，也可達(dá)到1200bps.

移相鍵控法（PSK）：利用二相或多于二相的相移，可以對(duì)傳輸速率起到加倍作用。

相位幅度調(diào)制PAM解決了相位數(shù)已達(dá)到上限的問題，實(shí)際上是PSK和ASK的結(jié)合。

模擬信道的頻帶范圍為300-3400Hz，所以，要用它來(lái)傳輸數(shù)字信號(hào)，就要把數(shù)字信號(hào)變?yōu)殡娫捑W(wǎng)所允許的300-3400Hz

十二、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼

基帶傳輸就是在線路中直接傳送數(shù)字信號(hào)的電脈沖，要解決問題是：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)表示以及收發(fā)兩端之間的信號(hào)同步兩方面

雙極性歸零脈沖 負(fù)電流 正電流

不歸零碼在傳輸中難以確定位的開始和結(jié)束，需要用其他方法使其同步，歸零碼的脈沖窄，所以他在信道上占用的頻帶較寬（脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比）

單極性碼服一積累直流分量，雙極性碼就不會(huì)。（導(dǎo)致結(jié)果：不能提供交流耦合，另外，它還會(huì)損壞連接點(diǎn)的電鍍層）

同步方法 位同步法（同步傳輸） 外同步法（接收端的同步信號(hào)事先由發(fā)送端送來(lái)）

自同步法（從數(shù)字信號(hào)中提取同步信號(hào)）（曼徹斯特編碼）

群同步法（異步傳輸） 字符音的異步定時(shí)和字符中的比特之間的同步定時(shí)，一般用于低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)合

曼徹斯特編碼從高到低表示“1”，從低到高表示“0”，其數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的1/2.

群同步的傳輸中每個(gè)字符由下列四部分組成：1、1位起始位；2、5-8位數(shù)據(jù)位；3、1位奇偶校驗(yàn)位；4、1-2位停止位，以“1”來(lái)表示。

十三、模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼常用的方法是脈碼調(diào)制PCM.脈碼調(diào)制是以采樣定理為基礎(chǔ)，

十四、信號(hào)數(shù)字化的轉(zhuǎn)化過(guò)程包括采樣、量化和編碼三個(gè)步驟。

數(shù)字傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng)、保密性好。

十五、多路復(fù)用技術(shù)就是把多個(gè)信號(hào)放在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)，最常用的兩種多路復(fù)用技術(shù)是：頻分多路復(fù)用FDM和時(shí)分多路復(fù)用TDM.

頻分多路復(fù)用的原理是將物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)與傳輸單個(gè)信號(hào)相同（或略寬）的子信道

時(shí)分多路復(fù)用的原理是將一條物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的分配多個(gè)信號(hào)使用，利用每個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的交叉，傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。時(shí)分多路復(fù)用不僅局限于傳輸數(shù)字信號(hào)，也可同時(shí)交叉?zhèn)鬏斈M信號(hào)。

對(duì)于光纖信道，頻分多路服用的一個(gè)變種大波分多路復(fù)用。

十六、T1載波利用脈碼調(diào)制PCM和時(shí)分多路復(fù)用此用戶發(fā)言已違反社區(qū)規(guī)定此用戶發(fā)言已違反社區(qū)規(guī)定此用戶發(fā)言已違反社區(qū)規(guī)定技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率為1.544Mbps.E1載波是一種PCM載波標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)傳輸速率為2.048Mbps.

十七、異步傳輸（群同步傳輸）一次只傳輸一個(gè)字符（由5-8位數(shù)據(jù)組成），每個(gè)字符用一位起始位（0）和一位停止位（1）來(lái)表示開始和停止；

同步傳輸時(shí)，在每個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始處和結(jié)尾處各加一個(gè)幀頭和一個(gè)幀尾，加上幀頭、幀尾的數(shù)據(jù)稱為一幀。

十八、交換網(wǎng)絡(luò)可分為電路交換網(wǎng)、報(bào)文交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)。

1、電路交換：在源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間有一條利用中間節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的專用物理連接線路，直到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束；它要經(jīng)歷電路建立、數(shù)據(jù)傳輸、電路拆除三個(gè)過(guò)程；電路交換的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，缺點(diǎn)是電路空閑時(shí)會(huì)浪費(fèi)；其特點(diǎn)是在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須先設(shè)置一條專用的通路，在線路釋放之前，該通路由一對(duì)用戶完全占用，電話交換網(wǎng)及技術(shù)應(yīng)用是電路交換的典型例子。

2、報(bào)文交換：報(bào)文交換方式的傳輸單位是報(bào)文（一次性需發(fā)送的數(shù)據(jù)塊），其長(zhǎng)度不限且可變；報(bào)文交換方式采用“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”方式；發(fā)送報(bào)文時(shí)，他先將一個(gè)目的地址附加到報(bào)文上，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)根據(jù)目的地址信息，把報(bào)文發(fā)送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，一直逐個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳送到目的節(jié)點(diǎn)，因此，這種交換方式無(wú)需事先通過(guò)呼叫建立連接，由于它需要緩沖存儲(chǔ)，故報(bào)文交換不能滿足實(shí)時(shí)通信的要求。、

報(bào)文交換與電路交換相比較，有以下特點(diǎn)：1、電路利用率高，可分時(shí)共享二節(jié)點(diǎn)的通道，對(duì)電路的傳輸能力要求低；2、通信量大時(shí)仍然可接受報(bào)文，同時(shí)傳輸延時(shí)會(huì)增加；3、報(bào)文交換可把一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地，電路交換卻很難；4、報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換（不同速率的站也可相連接。報(bào)文交換的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為不能滿足實(shí)時(shí)和交互式的通信要求。

3、分組交換是將報(bào)文分成若干個(gè)分組，每一個(gè)分組長(zhǎng)度有一個(gè)上限（為了提高交換速度而設(shè)上限），分組存儲(chǔ)在內(nèi)存中，提高交換速度，它適用于交互式通信，如終端與主機(jī)通信。

分組交換又可分為虛電路分組交換和數(shù)據(jù)報(bào)分組交換，分組交換式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的一種交換技術(shù)。

虛電路方式：網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間在傳輸首先建立一條邏輯通路，分組中除數(shù)據(jù)外還要包含一個(gè)虛電路標(biāo)識(shí)符，由于這條電路不是專用的，所以稱他為虛電路。虛電路技術(shù)的主要特點(diǎn)是：在數(shù)據(jù)傳輸之前必須通過(guò)虛呼叫設(shè)置一條虛電路。它適用于兩端之間長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)交換。優(yōu)點(diǎn)：可靠、保持順序；缺點(diǎn)：如有故障，則經(jīng)過(guò)故障點(diǎn)的數(shù)據(jù)全部丟失

數(shù)據(jù)報(bào)方式中的每個(gè)分組是被單獨(dú)處理的，每個(gè)分組稱為一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)都攜帶地址信息。因?yàn)樗麄儽粏为?dú)處理，所以每個(gè)分組走的路徑不一定相同，因此不能保證各個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)按順序到達(dá)，有的甚至?xí)G失。在整個(gè)過(guò)程中，沒有虛電路的建立，但要為每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)做路由選擇，適用于少量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)到特點(diǎn)是：在目的地需要重新組裝報(bào)文。優(yōu)點(diǎn)：如有故障可繞過(guò)故障點(diǎn)、：不能保證按順序到達(dá)，丟失不能立即知曉。

十九、電路交換、報(bào)文交換、分組交換的比較：電路交換要設(shè)置一條完全的通路，并在傳輸過(guò)程中獨(dú)占，效率不高；報(bào)文從源到目的地采用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的方式，它不適合于實(shí)時(shí)通信；分組交換和報(bào)文交換相似，但規(guī)定了長(zhǎng)度。局域網(wǎng)不僅使用電路交換，也使用分組交換，但不使用報(bào)文交換。因?yàn)椴荒軡M足實(shí)時(shí)通信的要求。

二十、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侵妇W(wǎng)絡(luò)形狀，或是它在物理上的連通性。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞闹饕Y(jié)構(gòu)有：星型拓?fù)?、總線拓?fù)洹h(huán)形拓?fù)?、樹形拓?fù)洹⒒旌闲屯負(fù)?、網(wǎng)型拓?fù)淞N形式。

選擇網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)時(shí)要考慮的因素：可靠性、費(fèi)用、靈活性、響應(yīng)時(shí)間和吞吐量。

二十一、星型拓樸是由中央結(jié)點(diǎn)和通過(guò)點(diǎn)到通信鏈路接到中央結(jié)點(diǎn)的各個(gè)站點(diǎn)組成。星型網(wǎng)常采用電路交換和報(bào)文交換，尤其以電路交換更為普遍。優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單、故障診斷和隔離容易、方便服務(wù)。缺點(diǎn)：電纜長(zhǎng)度和工作量大、中央結(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)過(guò)重、各站點(diǎn)分布處理能力低。

二十二、總線拓?fù)洳捎靡粋€(gè)信道作為傳輸媒體，站點(diǎn)通過(guò)接口連接到傳輸媒體上，發(fā)送信號(hào)到傳輸媒體上，而且能對(duì)所有其他站點(diǎn)接收。中線突出采用分布式控制策略來(lái)確定哪個(gè)站點(diǎn)可以發(fā)送，它主要采用分組交換方式。優(yōu)點(diǎn)：所需電纜數(shù)量少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)源工作，可靠性高、易于擴(kuò)充和減少用戶。缺點(diǎn)：傳輸距離有限、故障不易診斷和隔離、不具有實(shí)時(shí)功能。

二十三、環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)由站點(diǎn)和連接站點(diǎn)的鏈路組成一個(gè)閉合環(huán)。環(huán)形拓?fù)洳捎梅植际娇刂撇呗詠?lái)進(jìn)行控制。優(yōu)點(diǎn)：電纜長(zhǎng)度短、增減工作站簡(jiǎn)單、可使用光纖。缺點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)故障會(huì)引發(fā)全網(wǎng)故障、故障檢測(cè)困難、負(fù)載輕時(shí)，利用率較低。

二十四、樹形拓?fù)湎笠粋€(gè)倒著的大樹，由總線拓?fù)溲葑兌鴣?lái)。樹形拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是：易擴(kuò)展、故障隔離較容易。缺點(diǎn)是對(duì)根的依賴性太大。 混合型拓?fù)涫菍我煌負(fù)浣Y(jié)構(gòu)混和起來(lái)。

二十五、傳輸媒體的特性包括：物理特性、傳輸特性、地理范圍、抗干擾性、相對(duì)價(jià)格。

二十六、傳輸媒體的選擇：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、實(shí)際需要的通信容量、可靠性要求、能承受的價(jià)格。

二十七、基帶同軸電纜用于傳輸數(shù)字信號(hào)，阻抗50Ω，最大距離幾公里。寬帶同軸電纜即可傳輸數(shù)字信號(hào)也可傳輸模擬信號(hào)，阻抗為75Ω，寬帶電纜的最大距離可達(dá)幾十公里。

二十八、差錯(cuò)控制是指在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中發(fā)現(xiàn)和糾正差錯(cuò)，把差錯(cuò)盡可能小的限制在允許范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。

二十九、信道固有的、持續(xù)存在隨機(jī)噪聲為熱噪聲。熱噪聲引起的差錯(cuò)稱為隨機(jī)錯(cuò)，它所引起的某位碼元的差錯(cuò)是孤立的，與前后碼元無(wú)關(guān)，它導(dǎo)致隨機(jī)錯(cuò)通常較少。由外界特定的短暫原因所造成的噪聲稱為沖擊噪聲，它是傳輸中產(chǎn)生差錯(cuò)的主要原因，他不會(huì)影響到一串碼元。

三十、利用差錯(cuò)控制編碼進(jìn)行差錯(cuò)控制的方法有兩個(gè)：自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)ARQ、前向糾錯(cuò)FEC.FEC中，接收端不僅能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，而且能確定二進(jìn)制碼元發(fā)生的位置從而糾正他。ARQ方式只使用檢錯(cuò)碼，F(xiàn)EC方式必須使用糾錯(cuò)碼。

三十一、編碼效率：R=h/n=k/（k+r）。k：碼字中的信息位數(shù)、r：外加的冗余位數(shù)、n：編碼后的碼字長(zhǎng)度。編碼效率R越大，信道中用來(lái)傳送信息碼元的有效利用率就越高。

三十二、奇偶校驗(yàn)碼是一種通過(guò)增加冗余位使得碼字中“1”的個(gè)數(shù)后為奇數(shù)或偶數(shù)的方法，它是一種檢錯(cuò)碼。

垂直奇偶檢驗(yàn)又稱縱向奇偶檢驗(yàn)，它能檢測(cè)出每列中所有奇數(shù)位錯(cuò)，但檢測(cè)不到偶數(shù)位錯(cuò)，它的編碼效率是：R=P/（P+1），漏檢率接近二分之一。

水平奇偶校驗(yàn)又稱橫向奇偶校驗(yàn)，它不但可以檢測(cè)出各段同一位上的奇數(shù)位錯(cuò)，而且還能檢測(cè)出突發(fā)長(zhǎng)度 =P的所有突發(fā)錯(cuò)誤，漏檢率比垂直奇偶校驗(yàn)低，但要使用數(shù)據(jù)緩沖器。

水平垂直奇偶校驗(yàn)又稱縱橫奇偶校驗(yàn)，它能檢測(cè)出：A、所有三位或三位以下的錯(cuò)誤；B、奇數(shù)位錯(cuò)；C、突發(fā)長(zhǎng)度 =P+1的突發(fā)錯(cuò)誤的，還可用來(lái)糾正部分錯(cuò)誤。其編碼效率為：R=P*q/[（p+1）/（q+1）].

三十三、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼又叫多項(xiàng)式碼。K位要發(fā)送的加上R位冗余位形成一個(gè)整體來(lái)發(fā)送，K位要發(fā)送的信息位對(duì)應(yīng)一個(gè)（K+1）位的多項(xiàng)式，R位冗余位對(duì)應(yīng)一個(gè)（R-1）的多項(xiàng)式。循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的特點(diǎn)：可檢測(cè)出所有的奇數(shù)位錯(cuò)、可檢測(cè)出所有雙比特錯(cuò)、可檢測(cè)出所有小于等于檢驗(yàn)位長(zhǎng)度的突發(fā)錯(cuò)。（簡(jiǎn)單應(yīng)用）

三十四、海明碼是一種可以糾正一位差錯(cuò)的編碼。（簡(jiǎn)單應(yīng)用）

三十五、1、雙絞線早就用于電話通信中的模擬信號(hào)傳輸，也用于數(shù)字信號(hào)的傳輸。對(duì)于模擬數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，大約每5-6公里需要一個(gè)放大器，對(duì)于數(shù)字信號(hào)來(lái)說(shuō)，每2-3公里使用一個(gè)中繼器。雙絞線的帶寬可達(dá)268KHz，因而可使用頻分多路復(fù)用技術(shù)。在100Kbps速率下傳輸距離可達(dá)1公里，但10M和100M的傳輸速率下距離不超過(guò)100米。

2、同軸電纜中的基帶同軸電纜用于直接傳輸數(shù)字信號(hào)。寬帶同軸電纜用于頻分多路復(fù)用的模擬信號(hào)傳輸，也可用于不使用頻分多路復(fù)用的高速數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的傳輸。

3、在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中均采用二根光纖（一來(lái)一去）組成的傳輸系統(tǒng)。光纖的傳輸速率可達(dá)Gbps級(jí)，傳輸距離達(dá)數(shù)十公里。目前，一條光纖線路上只能傳輸一個(gè)載波，隨著技術(shù)的發(fā)展，會(huì)出現(xiàn)使用的多路復(fù)用光纖。光纖傳輸6-8公里的距離內(nèi)不用中繼器。波分復(fù)用技術(shù)WDM.

三十六、數(shù)字傳輸系統(tǒng)都采用脈碼調(diào)制與多路復(fù)用技術(shù)，早期的數(shù)字傳輸系統(tǒng)有如下弱點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸速率不標(biāo)準(zhǔn)、光設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范、復(fù)用系統(tǒng)中存在同步問題。

三十七、SDH信號(hào)最基本的也是最重要的模塊是STM-1.SDH傳輸網(wǎng)最核心的特點(diǎn)是同步復(fù)用、標(biāo)準(zhǔn)光接口和強(qiáng)大的網(wǎng)管能力。