自考《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》串講資料（2）

第二章 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識

一、數(shù)據(jù)可定義為有意義的實體，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)是在某個區(qū)間內(nèi)連續(xù)變化的值。

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

模擬信號是隨時間連續(xù)變化的電流、電壓和電磁波，

數(shù)據(jù)信號是一系列離散的電脈沖，可以利用其某一瞬間狀態(tài)來表示要傳輸?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)備或計算機；

五、信宿是接收和處理信息的設(shè)備或計算機；

六、信道是信源和信宿之間的通信線路。

七、數(shù)據(jù)通信是一種通過計算機和其它數(shù)據(jù)裝置與通信線路完成數(shù)據(jù)編碼信號的傳輸、轉(zhuǎn)接、存儲和處理的通信技術(shù)。它是以計算機為中心，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)都可以用模擬信號和數(shù)字信號來表示。

模擬數(shù)據(jù)是時間的函數(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來傳輸。

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

數(shù)據(jù)通信長距離傳輸信號衰減克服的方法：模擬信號：放大器；數(shù)字信號：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（計算機內(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)：單工、半雙工、全雙工。

數(shù)字信號變換成音頻信號的過程稱調(diào)制，音頻信號變換成數(shù)字信號的過程稱解調(diào)。把調(diào)制和解調(diào)功能做成一個設(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制信息位數(shù)（單位：位/秒）。S=1/T*log2N.

信號傳輸速率：單位時間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元個數(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：信號傳輸速率是指單位時間內(nèi)通過的碼元個數(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率通過的是碼元的二進制信息位數(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：可能取的離散值個數(shù)）

2、連續(xù)信道容量：C=H*log2N*（1+S/N） （S：信號功率，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），計算機網(wǎng)絡(luò)中一般要求誤碼率地獄10-9

十一、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼

模擬信號傳輸?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、能達到了速率為1200bps（數(shù)據(jù)傳輸速率）

移頻鍵控法（FSK）：可實現(xiàn)全雙工操作，也可達到1200bps.

移相鍵控法（PSK）：利用二相或多于二相的相移，可以對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)已達到上限的問題，實際上是PSK和ASK的結(jié)合。

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

十二、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

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

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。（導(dǎo)致結(jié)果：不能提供交流耦合，另外，它還會損壞連接點的電鍍層）

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

自同步法（從數(shù)字信號中提取同步信號）（曼徹斯特編碼）

群同步法（異步傳輸） 字符音的異步定時和字符中的比特之間的同步定時，一般用于低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊?/p>

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位奇偶校驗位；4、1-2位停止位，以“1”來表示。

十三、模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號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、信號數(shù)字化的轉(zhuǎn)化過程包括采樣、量化和編碼三個步驟。

數(shù)字傳輸?shù)膬?yōu)點是抗干擾性強、保密性好。

十五、多路復(fù)用技術(shù)就是把多個信號放在一個信道上同時傳輸?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與傳輸單個信號相同（或略寬）的子信道

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

對于光纖信道，頻分多路服用的一個變種大波分多路復(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）一次只傳輸一個字符（由5-8位數(shù)據(jù)組成），每個字符用一位起始位（0）和一位停止位（1）來表示開始和停止；

同步傳輸時，在每個數(shù)據(jù)塊的開始處和結(jié)尾處各加一個幀頭和一個幀尾，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)、報文交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)。

1、電路交換：在源節(jié)點與目的節(jié)點之間有一條利用中間節(jié)點構(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、電路拆除三個過程；電路交換的優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，缺點是電路空閑時會浪費；其特點是在數(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、報文交換：報文交換方式的傳輸單位是報文（一次性需發(fā)送的數(shù)據(jù)塊），其長度不限且可變；報文交換方式采用“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”方式；發(fā)送報文時，他先將一個目的地址附加到報文上，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點根據(jù)目的地址信息，把報文發(fā)送到下一個節(jié)點，一直逐個節(jié)點的傳送到目的節(jié)點，因此，這種交換方式無需事先通過呼叫建立連接，由于它需要緩沖存儲，故報文交換不能滿足實時通信的要求。、

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

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

分組交換又可分為虛電路分組交換和數(shù)據(jù)報分組交換，分組交換式計算機網(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)點和目的節(jié)點之間在傳輸首先建立一條邏輯通路，分組中除數(shù)據(jù)外還要包含一個虛電路標(biāo)識符，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)的主要特點是：在數(shù)據(jù)傳輸之前必須通過虛呼叫設(shè)置一條虛電路。它適用于兩端之間長時間的數(shù)據(jù)交換。優(yōu)點：可靠、保持順序；缺點：如有故障，則經(jīng)過故障點的數(shù)據(jù)全部丟失

數(shù)據(jù)報方式中的每個分組是被單獨處理的，每個分組稱為一個數(shù)據(jù)報，每個數(shù)據(jù)報都攜帶地址信息。因為他們被單獨處理，所以每個分組走的路徑不一定相同，因此不能保證各個數(shù)據(jù)報按順序到達，有的甚至?xí)G失。在整個過程中，沒有虛電路的建立，但要為每個數(shù)據(jù)報做路由選擇，適用于少量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)到特點是：在目的地需要重新組裝報文。優(yōu)點：如有故障可繞過故障點、：不能保證按順序到達，丟失不能立即知曉。

十九、電路交換、報文交換、分組交換的比較：電路交換要設(shè)置一條完全的通路，并在傳輸過程中獨占，效率不高；報文從源到目的地采用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)的方式，它不適合于實時通信；分組交換和報文交換相似，但規(guī)定了長度。局域網(wǎng)不僅使用電路交換，也使用分組交換，但不使用報文交換。因為不能滿足實時通信的要求。

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)洹⒖偩€拓?fù)?、環(huán)形拓?fù)?、樹形拓?fù)?、混合型拓?fù)?、網(wǎng)型拓?fù)淞N形式。

選擇網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)時要考慮的因素：可靠性、費用、靈活性、響應(yīng)時間和吞吐量。

二十一、星型拓樸是由中央結(jié)點和通過點到通信鏈路接到中央結(jié)點的各個站點組成。星型網(wǎng)常采用電路交換和報文交換，尤其以電路交換更為普遍。優(yōu)點：控制簡單、故障診斷和隔離容易、方便服務(wù)。缺點：電纜長度和工作量大、中央結(jié)點負(fù)擔(dān)過重、各站點分布處理能力低。

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

二十三、環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)由站點和連接站點的鏈路組成一個閉合環(huán)。環(huán)形拓?fù)洳捎梅植际娇刂撇呗詠磉M行控制。優(yōu)點：電纜長度短、增減工作站簡單、可使用光纖。缺點：節(jié)點故障會引發(fā)全網(wǎng)故障、故障檢測困難、負(fù)載輕時，利用率較低。

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

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、相對價格。

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

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

二十八、差錯控制是指在數(shù)據(jù)通信過程中發(fā)現(xiàn)和糾正差錯，把差錯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)存在隨機噪聲為熱噪聲。熱噪聲引起的差錯稱為隨機錯，它所引起的某位碼元的差錯是孤立的，與前后碼元無關(guān)，它導(dǎo)致隨機錯通常較少。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)生差錯的主要原因，他不會影響到一串碼元。

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

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：編碼后的碼字長度。編碼效率R越大，信道中用來傳送信息碼元的有效利用率就越高。

三十二、奇偶校驗碼是一種通過增加冗余位使得碼字中“1”的個數(shù)后為奇數(shù)或偶數(shù)的方法，它是一種檢錯碼。

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

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

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

三十三、循環(huán)冗余校驗碼又叫多項式碼。K位要發(fā)送的加上R位冗余位形成一個整體來發(fā)送，K位要發(fā)送的信息位對應(yīng)一個（K+1）位的多項式，R位冗余位對應(yīng)一個（R-1）的多項式。循環(huán)冗余校驗碼的特點：可檢測出所有的奇數(shù)位錯、可檢測出所有雙比特錯、可檢測出所有小于等于檢驗位長度的突發(fā)錯。（簡單應(yīng)用）

三十四、海明碼是一種可以糾正一位差錯的編碼。（簡單應(yīng)用）

三十五、1、雙絞線早就用于電話通信中的模擬信號傳輸，也用于數(shù)字信號的傳輸。對于模擬數(shù)據(jù)來說，大約每5-6公里需要一個放大器，對于數(shù)字信號來說，每 2-3公里使用一個中繼器。雙絞線的帶寬可達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1公里，但10M和100M 的傳輸速率下距離不超過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。寬帶同軸電纜用于頻分多路復(fù)用的模擬信號傳輸，也可用于不使用頻分多路復(fù)用的高速數(shù)字信號和模擬信號的傳輸。

3、在計算機網(wǎng)絡(luò)中均采用二根光纖（一來一去）組成的傳輸系統(tǒng)。光纖的傳輸速率可達Gbps級，傳輸距離達數(shù)十公里。目前，一條光纖線路上只能傳輸一個載波，隨著技術(shù)的發(fā)展，會出現(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：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)最核心的特點是同步復(fù)用、標(biāo)準(zhǔn)光接口和強大的網(wǎng)管能力。