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計算機網絡技術 2018 01 計算機網絡概述 ChapterOne 計算機網絡的認知與應用體驗 網絡與網絡應用無處不在 以至于我們已經將其視為我們社會生活的一個不可缺少的部分 問題 什么是計算機網絡 計算機網絡的定義 計算機網絡是指將地理位置不同且功能相對獨立的多個計算機系統通過通信線路相互連在一起 由專門的網絡操作系統進行管理 以實現資源共享的系統 計算機網絡中的計算機通常都處于不同的地理位置 相互連接的計算機之間不存在互為依賴的關系 通信線路包括通信媒體 通信設備關系 網絡操作系統 單機OS功能 網絡通信協議 網絡資源管理 網絡服務 網絡的根本目的是為了實現資源共享 資源包括硬件與軟件 如程序 數據庫 存儲設備 打印機等 計算機網絡也可以簡單地定義為 一個互連的 自主的計算機集合 所謂互連是指相互連接在一起 所謂自主是指網絡中的每臺計算機都是相對獨立的 可以獨立工作 2 由定義可知 1 計算機網絡是 通信技術 與 計算機技術 的結合產物 2 數據交換是基礎 資源共享為目的 所謂的網絡資源包括硬件資源 如大容量磁盤 打印機等 軟件資源 如工具軟件 應用軟件等 和數據資源 如數據庫文件和數據庫等 3 網絡資源 計算機網絡的形成與發(fā)展 計算機網絡問世至今已經有半個世紀的時間 其間經歷了四個發(fā)展階段 初級階段計算機網絡階段標準或開放的計算機網絡信息高速公路時代 初級階段 遠程聯機系統 60年代初期到60年代中期 20CEN 50 60年代 終端 通信線路 計算機 的模式嚴格意義上講 不屬于計算機網絡范疇 遠程聯機系統的發(fā)展 60年代中期到70年代中期 典型案例 美國半自動地面防空系統SAGE Computer T T T PSTN 計算機網絡階段 多計算機互連 20世紀60年代 以ARPAnet為典型 以實現 資源共享 為目的多計算機互連形態(tài) 重要貢獻 將應用與通信功能從邏輯上分離 應產生了通信子網與資源子網的概念 第三階段 現代計算機網絡互連階段 特征是網絡體系結構的形成和網絡協議的標準化 在計算機通信系統的基礎之上 重視網絡體系結構和協議標準化的研究 建立全網統一的通信規(guī)則 用通信協議軟件來實現網絡內部及網絡與網絡之間的通信 通過網絡操作系統 對網絡資源進行管理 極大的簡化了用戶的使用 使計算機網絡對用戶提供透明服務 標準 開放的計算機網絡 70年代中期 80年代末期 標準 開放的計算機網絡 1 局域網技術出現突破性進展 該階段始于70年代末 這是按照ISO提出的OSI參考模型為指導性標準構建的計算機網絡 第三代計算機網絡是計算機網絡的 成熟 階段 2 第三代計算機網絡的特點 網絡體系結構的形成和網絡協議的標準化建立全網統一的通信規(guī)則使計算機網絡對用戶提供透明服務 標準 開放的計算機網絡 呼喚網絡體系結構的標準化與兼容性 ISO的OSIRM 開放系統互連參考模型 1977 1983TCP IP協議的推廣推動了計算機網絡的高速發(fā)展 以太網 ETHERNET 與因特網 Internet 高速智能的第四代計算機網絡始于80年代末 高速 主干帶寬的增加達到10Gbps或更高 接入帶寬可以高達1000Mbps 互連 Intranet Extranet InternetInternet 智能 服務質量 QoS 網絡管理 計算機網絡的發(fā)展分為4個階段 分析40多年來計算機網絡的發(fā)展過程和過程中所表現出的特點 可以把計算機網絡的發(fā)展分為4個階段 第一代 面向終端的計算機網絡第二代 計算機通信網絡第三代 計算機互聯網絡第四代 寬帶綜合業(yè)務數字網 信息高速公路 計算機網絡的功能 一 實現計算機系統的資源共享計算機網絡的最基本功能之一 用戶一旦接入網絡就可以使用網絡中的其他資源來處理自己提交的大型復雜問題 硬件資源 網絡打印機 云盤 軟件資源 工具軟件 應用軟件 數據資源 數據文件 數據資源 計算機網絡的功能 二 實現數據信息的快速傳遞分布在不同地域的計算機系統可以及時 快速地傳遞各種信息 如 股票交易 電子郵件 網上購物等 計算機網絡的功能 三 提高可靠性在一個系統內計算機出現暫時失效是可能的 因此只能通過改換資源的辦法實現維持系統繼續(xù)運行 建立網絡后 可以實現在多個地點互做備份 多點備份 四 提供負載均衡與分布式處理能力大型ICP 網絡內容提供商 在全世界多個地方放置了內容相同的WWW服務器 通過一定的技術使不同地域的用戶看到放置在離他最近的服務器上的相同頁面 分布式處理是把任務分散到網絡中不同的計算機上并行處理 計算機網絡的功能 計算機網絡的功能 五 集中管理對地理位置上分散的組織可通過計算機網絡來實現集中管理 例如 飛機 火車訂票系統 銀行業(yè)務 軍事指揮決策系統等 計算機網絡的功能 六 綜合信息服務網絡的一大發(fā)展趨勢是多維化 即在一套系統上提供集成的信息服務 包括來自政治 經濟 生活等各方面的資源 同時提供多媒體信息 例如圖像 語音 動畫等 作業(yè) 1 網絡資源包括 和 2 什么是計算機網絡 2008高考題 3 計算機網絡的發(fā)展分為哪四個階段 計算機網絡的主要功能是什么 計算機網絡的應用 辦公自動化 同一單位的微機 數字復印機 數字打印機等連成網絡 管理信息系統 企業(yè)內的計劃統計 勞動人事 生產管理 財務管理等 計算機網絡的應用 過程控制 工廠各生產車間的生產過程和自動化控制Internet應用電子郵件 信息發(fā)布 電子商務 遠程音頻視頻應用 計算機網絡的特點 可靠性 某子系統出現故障時 可由網內其他子系統代為處理 獨立性 網絡系統中各相連的計算機系統各自既相互聯系又相互獨立 可擴充性 可以很靈活地在網絡中接入新的計算機系統 計算機網絡的特點 高效性 網絡信息傳遞迅速 系統實時性強 采用分布式操作 廉價性 避免系統中的重復建設和重復投資 達到節(jié)省投資和降低成本 計算機網絡的特點 透明性 如何利用網絡高效而可靠地完成自己的任務 透明 一次在計算機網絡領域領域通常是指存在但不干預即 計算機中存在的 但對于某些人員而言又不需要了解的東西 這就是計算機所指的透明性 簡單的說就是 計算機中存在 但你不需要了解的 易操作性 大多數用戶感到使用方便 操作簡單 計算機網絡的系統組成 計算機網絡是由網絡硬件系統和網絡軟件系統構成的 從拓撲結構上看 由網絡節(jié)點和通信鏈路構成從邏輯功能上看 由通信子網和資源子網構成 網絡節(jié)點 訪問節(jié)點端節(jié)點 主要起信源和信宿的作用 如用戶主機和終端等 信源 信息的來源 信宿 是相對信源而言 通信過程中接收和處理信息的設備或計算機 轉接節(jié)點中間節(jié)點 數據交換和轉接 具有通信功能 如 集線器 交換機 路由器 混合節(jié)點全功能節(jié)點 通信鏈路 指兩個網絡節(jié)點之間傳輸信息和數據的線路 鏈路可用各種傳輸介質實現 如雙絞線 同軸電纜 光纜 衛(wèi)星 微波等 通信鏈路用于傳輸信息的物理信道以及為達到有效 可靠的傳輸質量所必需的信道設備的總稱 物理鏈路 點到點的物理線路 沒有任何交換節(jié)點 邏輯鏈路 在邏輯上起作用的物理鏈路 具有傳輸控制能力 在物理鏈路上加上用于數據傳輸控制的硬件和軟件 就構成了邏輯鏈路 計算機網絡的組成 為了有利于計算機網絡的設計與實現 我們更多的是從功能角度去看待計算機網絡的組成 并從功能上將計算機網絡邏輯劃分為資源子網和通信子網 網絡邏輯劃分 資源子網與通信子網 資源子網負責全網的數據處理業(yè)務 并向網絡用戶提供各種網絡資源和網絡服務 主要由主機 終端以及相應的I O設備 各種軟件資源和數據資源構成 通信子網為資源子網提供傳輸 交換數據信息的能力 主要由通信控制處理機 通信鏈路及其他設備如調制解調器等組成 資源子網與通信子網結構 CCP 通信控制處理機 資源子網 通信子網 CCP 主機 主機 主機 主機 CCP CCP CCP CCP CCP 通信子網有兩種類型 公用型一般是國家的郵電部門建造的網絡 公用 的意思就是從所有愿意按郵電部門規(guī)定交納費用的人都可以使用 因此 公用網也可以稱為公眾網 專用型是某個部門為本單位的特殊工作的需要而建立的網絡這種網絡不向本單位以外的人提供服務 例如 軍隊 鐵路 電力等系統均有本系統的專用網 計算機網絡的組成 計算機網絡系統是由計算機網絡硬件系統和網絡軟件系統組成 網絡硬件系統是指構成計算機網絡的硬設備 包括各種計算機系統 終端及通信設備 常見的網絡硬件有 主機系統 服務器和工作站 計算機網絡的組成 服務器 局域網中 一種運行管理軟件以控制對網絡或網絡資源 磁盤驅動器 打印機等 進行訪問的計算機 并能夠為在網絡上的計算機提供資源使其猶如工作站那樣地進行操作 服務器服務器是網絡環(huán)境中的高性能計算機 它偵聽網絡上的其他計算機 客戶機 提交的服務請求 并提供相應的服務 相對于普通PC來說 服務器在穩(wěn)定性 安全性 性能等方面都要求更高 因此CPU 芯片組 內存 磁盤系統 網絡等硬件和普通PC有所不同 計算機網絡的組成 工作站 是一種高檔的微型計算機 通常配有高分辨率的大屏幕顯示器及容量很大的內存儲器和外部存儲器 并且具有較強的信息處理功能和高性能的圖形 圖像處理功能以及聯網功能 終端 用戶進行網絡操作 實現人機對話的工具傳輸介質 傳輸數據信號的物理通道 將網絡中各種備連接起來 常用的傳輸介質分為有線傳輸介質和無線傳輸介質兩大類 網卡 網絡適配器 是計算機和傳輸介質之間的物理接口 計算機網絡的組成 集線器 HUB 接收信號再生并傳輸 還可為網絡布線和集中管理帶來方便交換機 Switch 分為第二層交換機和第三層交換機 二層交換機同時具有集線器和網橋的功能 路由器 router 具有格式轉換功能 可以連接不通類型的網絡 路由器能夠識別數據的目的地址所在網絡 計算機網絡的組成 網絡軟件系統 主要包括通信協議 網絡操作系統和各類網絡應用系統 服務器操作系統網絡操作系統的功能 處理器管理 文件管理 存儲器管理 設備管理 進程管理 網絡用戶管理 網絡資源管理 網絡運行狀況統計 網絡安全性的建立 網絡通信等常見的有 Novell公司的NetWare 微軟公司的WindowsNTServer及Unix系列 工作站操作系統多為一般的操作系統 但具有更強的網絡功能 如支持網絡協議等winxpwin7win10工作站通信協議網絡通信協議 實現網絡數據交換規(guī)則和功能的軟件 在通信時 雙方必須遵守相同的通信協議才能實現 網絡協議的三要素 語法 語義 交換規(guī)則 同步 定時 網間包交換協議 IPX 傳輸控制協議 網際協議 TCP IP 以太網協議 設備驅動程序操作系統與外部設備的接口 網絡管理軟件對網絡管理軟件進行信息統計 報告 警告 監(jiān)控的軟件系統 網絡安全軟件保密性 完整性 可用性 抵御威脅與攻擊網絡應用軟件Internet QQ 計算機網絡的分類 計算機網絡有多種分類標準 如按傳輸技術 通信介質 數據交換方式 通信速率 使用對象和地理范圍等 按通信所使用的介質 分為有線網絡和無線網絡 按使用網絡的對象 分為公眾網絡和專用網絡 按網絡傳輸技術 分為廣播式網絡和點到點式網絡 按照網絡傳輸速度的高低 分為低速網絡和高速網絡 按地理覆蓋范圍 最為典型與常用的劃分方式 分為廣域網 城域網和局域網 局域網 Localareanetworks LANs 覆蓋范圍一般在幾公里以內 如一幢大樓內或一個校園內組網方便 靈活 傳輸速率高 廣域網 Wideareanetworks WANs 覆蓋范圍一般是幾十公里到幾千公里以上 覆蓋一個國家或地區(qū) 甚至可以橫跨幾個洲 形成國際性的遠程網絡 城域網 Metropolitanareanetworks MANs 覆蓋范圍大約是幾公里到幾十公里 它主要是滿足城市 郊區(qū)的聯網需求 如連接溫州大學各大校區(qū)的溫州大學校園網 連接溫州各中小學的溫州教育城域網等 城域網技術與局域網技術 城域網技術與廣域網技術之間的邊界正在日益模糊 拓樸結構 拓樸 的概念來自離散數學中的圖論 拓撲學方法 把實體抽象成與其大小 形狀無關的 點 而把連接實體的線路抽象成 線 進而以圖的形式來表示這些點與線之間關系的方法 其目的在于研究這些點 線之間的相連關系 拓撲結構與幾何結構屬于兩不同的數學概念 在幾何結構中 我們要考察的是點 線之間的位置關系 或者說幾何結構強調的是點與線所構成的形狀及大小 拓撲學關注的是點與線之間的關系 不同的幾何結構可以具有相同的拓撲結構 計算機網絡拓樸結構 將通信子網中的通信處理機 計算機等設備抽象成點 把連接這些設備的通信線路抽象成線 并將由這些點和線所構成的拓撲稱為網絡拓撲結構 為什么研究網絡的拓撲結構而不是幾何結構 網絡拓樸結構反映出網絡的結構關系 對于網絡的性能 可靠性以及建設管理成本等都有著重要的影響 在整個網絡設計中占有十分重要的地位 是網絡構建時首先要考慮的因素之一 常見的網絡拓樸結構 總線型 星型 樹型 環(huán)型 網狀型 線性總線 Ethernet 所有節(jié)點直接連到一條物理鏈路上 除此之外節(jié)點間不存在任何其他連接 每一個節(jié)點可以收到來自其他任何節(jié)點所發(fā)送的信息優(yōu)點 簡單 易于實現缺點 可靠性和靈活性差 傳輸延時不確定 環(huán)型結構 Token Ring 節(jié)點與鏈路構成了一個閉合環(huán) 每個節(jié)點只與相鄰的兩個節(jié)點相連 每個節(jié)點必須將信息轉發(fā)給下一個相鄰的節(jié)點 優(yōu)點 簡單 易于實現 傳輸延時確定 缺點 維護與管理復雜 雙環(huán) FDDI 兩個非相連的獨立同心環(huán)主環(huán) 備用環(huán) 同一時刻只有一個環(huán)在使用 優(yōu)點 在單環(huán)之上增加了高度的可靠性 缺點 維護與管理復雜 投資大 星型 Ethernet 網絡由各節(jié)點以中央節(jié)點為中心相連接 各節(jié)點與中央節(jié)點以點對點方式連接 節(jié)點之間的數據通信要通過中央節(jié)點優(yōu)點 結構簡單 管理方便 可擴充性強 組網容易 缺點 中心節(jié)點成為全網可靠性的關鍵 擴展星型 campus based 星型結構的重復 中央星型拓樸上的節(jié)點是另一個星型拓樸的中心節(jié)點 減少了鏈路與設備的投資優(yōu)點 在星型的優(yōu)點之外 更富于層次 從而可隔離某些網絡流量 層次結構 LAN WAN 又稱樹型結構數據流具有明顯的層次性 網狀結構 廣域網 又稱無規(guī)則型 結點間的連接是任意的 不存在規(guī)律 數據的傳輸有賴于所采用的網絡設備優(yōu)點 多條鏈路提供了冗余連接缺點 結構復雜 完全網狀結構 每一個節(jié)點均與其他每一個節(jié)點直接相連 數據的傳輸有賴于所采用的網絡設備優(yōu)點 多條鏈路提供了冗余連接缺點 鏈路隨著節(jié)點數目的增加呈指數增長 計算機網絡的分類 三 按網絡的所有權劃分1 公用網由電信部門組建 由政府和電信部門管理和控制的網絡 2 專用網也稱私用網 一般為某一單位或某一系統組建 該網一般不允許系統外的用戶使用 計算機網絡的分類 四 按照網絡中計算機所處的地位劃分 1 對等局域網 2 基于服務器的網絡 也稱為客戶機 服務器網絡 主要技術術語 計算機網絡局域網 城域網 廣域網通信子網與資源子網資源共享網絡拓樸結構總線型環(huán)型星型樹型網狀型 第二章數據通信 基礎 2 1數據通信的基本概念 1 信息信息泛指那些通過各種方式傳播的 可被感受的聲音 文字 圖像 符號等所表征的某一特定事物的消息 情報或知識 2 數據數據是對客觀事物的符號表示 在計算機科學中是指所有輸入到計算機中并被計算機程序處理的符號的總稱 數據分為模擬數據和數字數據兩種 模擬數據 在時間和幅值取值上都是連續(xù)變化的 例如聲音 語音 視頻和動畫片等 模擬數據通常用傳感器收集 數字數據 在時間上是離散的 在幅值上是經過量話的 它一般是由0 1構成的二進制代碼組成的數字序列 2 1 1信息 數據與信號 3 信號信號是數據的具體物理表現形式 它具有確定的物理描述 如電信號 光信號或磁場強度等 信號分為數字信號和模擬信號兩種 圖2 2模擬信號與數字信號波形 模擬信號 是一種連續(xù)變化的電脈沖序列 例如電話語音信號 電視信號等 它是隨時間變化的函數曲線 如圖2 2 a 所示 2 1 1信息 數據與信號 數字信號 是離散的不連續(xù)的電信號 通常用 高 和 低 電平脈沖序列組成的編碼來表示數據 如圖2 2 b 所示 信道 信道是傳送信號的通道 可以分為物理信道和邏輯信道 物理信道是指用來傳送信號或數據的物理通路 由傳輸介質及其附屬設備組成 邏輯信道也是指傳輸信息的一條通路 但在信號的收發(fā)節(jié)點之間不一定存在與之對應的物理傳輸介質 而是在物理信道基礎上 由節(jié)點設備內部的連接來實現 舉例 物理信道 高速公路邏輯信道 各種運輸車隊 可以按時分在高速公路上跑 就是A車隊跑一趟 然后換B車隊跑一趟 也可以按頻分跑 就是高速公路有4車道 那就可以跑4個車隊 物理信道是真實存在的 傳送實際信息的 不管上層跑什么車隊 邏輯信道是人為定義的 但最終都要在物理信道上傳送 使用權限 專業(yè)信道和共用信道傳輸介質 有線信道和無線信道傳輸信號種類 模擬信道和數字信道 信道容量 信道的傳輸能力是有限制的 某個信道傳輸數據的速率有一個上限 信道的最大傳輸速率是與信道帶寬有直接聯系的 可通過奈奎斯特定理和香農定理進行分析 信道容量用來表征一個信道傳輸數字信號的能力 它以數據傳輸速率作為指標 即信道所能支持的最大數據傳輸速率 香農公式 帶噪信道容量公式 C B log2 1 S N bps B為信道帶寬 Hz S為信號功率N為噪聲功率 S N為信噪比 通常把信噪比表示成 10lg S N 單位分貝 dB 例題 已知信噪比為30dB 帶寬為3kHz 求信道的最大數據傳輸速率 10lg S N 30 S N 1030 10 1000 C 3klog2 1 1000 30kbps 信源 信息的發(fā)送方信宿 信息的接受方 發(fā)送設備 將信源和信道相匹配 即將信源產生的信號變換為便于傳送的信號形式 送往信道 接收設備 發(fā)送設備的反變換 進行解調 譯碼 解密等 從帶有干擾的信號中正確恢復出原始信息 噪聲 干擾信道的無用信號 1 數據通信系統的基本結構任何一個通信系統都可以看作是由發(fā)送設備 傳輸信道和接收設備三大部分組成 我們把產生和發(fā)送信息的一端稱為信源 把接收信息的一端稱為信宿 把信源傳送到信宿的通信線路稱為信道 在實際通信系統中 難免受到外界電磁波等噪音源的干擾影響 因此 數據通信系統的基本結構如圖2 3所示 碼元碼字 所謂 碼元 或稱為 碼位 是對計算機網絡傳送的二進制數字中的每一位的通稱 是構成信息編碼的最小單位 而由若干個碼元序列表示的數據單元代碼通常稱為 碼字 例如 二進制數字1000001是由7個碼元組成的序列 可以視為一個碼字 在7位ASCII碼中 這個碼字表示字母A 數據通信系統主要技術指標 比特率是一種數字信號的傳輸速率 是指每秒傳送的二進制代碼的有效位數 比特數 bit 單位為bps BitPerSecond 比特率越高 傳送數據速度越快 波特率是一種調制速率 也稱波形速率 在數據傳輸過程中 線路上每秒載波調制狀態(tài)改變的次數就是波特率 其單位是波特 Baud 比特率是測量每秒可傳輸數據比特位 0和1 數量的單位 例如 每秒2 400位的比特率是指每一秒鐘傳輸了2 400個1和0 波特率表示每秒鐘一個信號 從0變?yōu)?或從1變?yōu)? 或符號 連接的電壓 頻率或相位 在信道中改變狀態(tài)或發(fā)生變化的次數 例如 2 400波特率是指該通道每秒鐘最多改變狀態(tài)2 400次 在這個例子中 波特率和比特率是相同的數值 2 400bps 1比特率等于1波特率 誤碼率指信息傳輸的錯誤率 也稱錯誤率 是衡量數據在規(guī)定時間內數據傳輸精確性的指標 誤碼率 傳輸中的誤碼 所傳輸的總碼數 100 Pe Ne N 吞吐量單位時間內整個網絡能夠處理的信息總量 單位是字節(jié) 秒或位 秒 在單信道總線型網絡中 吞吐量 信道容量 傳輸效率 數據通信系統主要技術指標 信道的傳播延遲信號在信道中傳播 從信源端到達信宿端需要一定的時間 這個時間稱為傳播延遲 或時延 這個時間與信源端和信宿端的距離有關 也與具體信道中的信號傳播速度有關 數據通信系統主要技術指標 信道帶寬 是指信道所能傳送的信號頻率寬度 它的值為信道上可傳送信號的最高頻率與最低頻率之差 帶寬越大 所能達到的傳輸速率就越大 數據傳輸率 是指單位時間內信道內傳輸的信息量 其定義是 通信線路 或系統 單位時間 每秒 內傳輸的字符個數 或者單位時間 每秒 內傳輸的碼組 字塊 數或比特數 其單位是字符 秒 或者碼組 秒 比特 秒 可見 當數據傳輸率用 bit s 作單位時 即等于比特率 一般來說 數據傳輸率的高低由傳輸每1位數據所占時間決定 傳輸每1位數據所占的時間越小 則速率越高 數據傳輸方式 一 數據通信系統模型1 數據通信系統的一般結構模型 它是由數據終端設備 DTE 數據線路端接設備 DCE 和通信線路等組成 2 通信系統模型通信系統組成三要素 信源 信宿和信道 數據線路的通信方式 根據數據信息在傳輸線上的傳送方向 數據通信方式有 單工通信 半雙工通信 雙工通信 發(fā)送端 接收端 發(fā)送端 接收端 一 單工 在通信線路上 數據只可按一個固定的方向傳送而不能進行相反方向傳送的通信方式 稱為單工通信 數據信道 發(fā)送端 發(fā)送端 接收端 接收端 信道 半雙工通信方式 數據可以雙向傳輸 但不能同時進行 采用分時間段傳輸 在任一時刻只允許在一個方向上傳輸主信息 這種通信方式稱為半雙工通信 數據 發(fā)送端接收端 發(fā)送端接收端 發(fā)送端 接收端 接收端 發(fā)送端 發(fā)送端 發(fā)送端 全雙工通信方式 可同時雙向傳輸數據的通信方式稱為全雙工通信 數據 接收端 接收端 數據 理解數據傳輸方式 數據傳輸方式 傳輸的信號 數據的編碼常見的信號形式有模擬信號和數字信號 如圖所示 其中 模擬信號 AnalogSignal 的電平是連續(xù)變化的 數字信號 DigitalSignal 是用兩種不同電平表示0 1比特序列的電壓脈沖信號 本任務將學習基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 信源編碼技術和多路復用技術等 數據傳輸方式 數據傳輸方式依其數據在傳輸線原樣不變地傳輸還是調制變樣后再傳輸 可分為基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸等方式 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 1 基帶傳輸基帶 Baseband 是指調制前原始電信號占用的頻帶 是原始電信號固有的基本頻帶 基帶信號是未經載波調制的信號 由 0 和 1 組成的數字信號又稱為 數字基帶信號 基帶傳輸在信道中直接傳輸基帶信號時 稱為基帶傳輸 基帶傳輸的信號既可以是模擬信號 也可以是數字信號 具體類型由信源決定 1 基帶傳輸基帶傳輸是一種最基本的數據傳輸方式 一般用在較近距離的數據通信中 在計算機局域網中 主要就是采用這種傳輸方式 例如計算機網絡中的信號就是基帶傳輸的 基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 2 頻帶傳輸利用模擬信道實現數字信號傳輸的方法 稱為 頻帶傳輸 將數字信號調制成模擬信號后在發(fā)送和傳輸 到達接收端時 再把模擬信號解調為原來的數字信號 調制解調器 調制解調器是一種計算機硬件 它能把計算機的數字信號翻譯成可沿普通電話線傳送的模擬信號 而這些模擬信號又可被線路另一端的另一個調制解調器接收 并譯成計算機可懂的語言 這一簡單過程完成了兩臺計算機間的通信 我們現有的電話 模擬電視信號等 都是屬于頻帶傳輸 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 3 頻帶傳輸與基帶傳輸不同 基帶傳輸中 基帶信號占有信道的全部帶寬 頻帶傳輸中 模擬信號通常由某個頻率或某幾個頻率組成 占用一個固有頻帶 高頻 即整個頻道的一部分 采用多路復用技術 提高了信道利用率 頻帶傳輸的波形比較單一 因為在頻帶傳輸中只需要用不同幅度或不同頻率表示0 1兩個電平 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 4 寬帶傳輸寬帶是指帶寬比聲頻更寬的頻帶 利用寬帶進行的傳輸稱為寬帶傳輸 寬帶傳輸可以在傳輸介質上使用頻分多路復用技術 由于數字信號的頻帶很寬 不便于在寬帶網中直接傳輸 通常將其轉化成模擬信號后再在寬帶網中傳輸 寬帶傳輸信道容量大 傳輸距離遠 基帶傳輸速率快 距離近 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 4 寬帶傳輸計算機局域網中采用的數據傳輸系統有基帶傳輸和寬帶傳輸兩種方式 它們的主要區(qū)別在于傳輸速率不同 一個寬帶信道能被劃分為許多個邏輯信道 從而可以將各種聲音 圖像和數據信息傳輸綜合在同一個物理信道上進行 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 4 寬帶傳輸 一般說 寬帶傳輸與基帶傳輸相比有以下優(yōu)點 能在一個信道中傳輸聲音 圖像和數據信息 使系統具有多種用途 一條寬帶信道能劃分為多條邏輯基帶信道 實現多路復用 因此信道的容量大大增加 寬帶傳輸的距離比基帶遠 因為基帶傳輸直接傳送數字信號 傳輸的速率越高 能夠傳輸的距離越短 復習 1 數據線路的通信方式有 2 數據傳輸方式可分為 等 2 3理解數據交換技術 Question 為什么要采用數據交換技術一個擁有眾多用戶的通信網不可能采用兩兩之間連接的全互聯方式 必須采用交換設備為降低通信線路造價 大型網絡主要采用部分連接的拓撲結構 兩個端節(jié)點之間的通信連接一般都要通過中間節(jié)點的轉接 中間節(jié)點要在它所連接幾條線路中選擇一條進行接續(xù) 交換網絡有多條信道供多個終端共用 網絡的交換設備能夠按照終端的需要分配信道并將它們連接起來 本任務主要學習電路交換 存儲轉發(fā)交換和高速交換技術 2 4 1電路交換 電路交換一般定義 交換機負責在兩個通信站點之間建立一條物理的固定傳輸通路 直到通信完畢后再拆除 通信的三個階段 建立連接 通信 釋放連接特點 數據傳輸前需要先建立一條臨時的端到端的通道 通信雙方在通信過程中自始自終占用該條鏈路 應用 服務質量要求較高 電話網 實時數據 音頻 視頻 1 電路交換把 建立連接 通信 釋放連接 三個步驟的連網方式稱為面向連接的 電路交換必定是面向連接的 例 兩部電話機通信只需要用一對電線就能夠互相連接起來 2 4 1電路交換 1 電路交換通信三個階段 電路建立階段數據傳輸階段電路釋放階段 2 4 1電路交換 1 電路交換 2 4 1電路交換 2 4 3數據交換技術 1 電路交換的優(yōu)點 信息傳輸時延短信息傳輸效率高對用戶提供 透明 傳輸通路適合傳輸信息量大 通信對象比較確定的用戶 2 4 1電路交換 2 電路交換的缺點 當傳輸短信息時 鏈路建立和釋放時間造成通信效率低 一旦鏈路建立 在連接時間內是專用的 電路資源的利用率較低 電路交換機不具備編碼變換 速率調制的功能 不同類型的終端不能互相通信 當出現對方用戶終端忙或交換網負載過重時可能產生呼叫不通的情況 2 4 1電路交換 2 存儲轉發(fā)交換在交換過程中 交換設備將接收到的報文先存儲 待信道空閑時再轉發(fā)出去 一級一級中轉 直到目的地 這種數據傳輸技術稱為存儲 轉發(fā) 過程 信息從數據源到目的地一般要經過多級轉發(fā) 中間經過的每個交換機 路由器 都有一個緩沖區(qū) 在交換機進行轉發(fā)時 先把信息存放到數據緩沖區(qū) 等到線路空閑時 將信息傳輸出去 特點 可靠性高 不需要一條專用的通路 提高了信道的利用率 方式 報文交換和分組交換 2 4 2存儲轉發(fā)交換 2 存儲轉發(fā)交換 1 報文交換以報文為單位發(fā)送信息 整個報文作為一個整體一起發(fā)送 報文就是計算機一次性要發(fā)送的數據塊 其長度不限且可變 報文包括三部分內容 報頭 報文正文和報尾 報頭由源地址 目的地址及控制信息組成 報尾一般是校驗信息 2 4 2存儲轉發(fā)交換 2 存儲轉發(fā)交換 1 報文交換報文交換的過程 發(fā)送端 接受端 2 4 2存儲轉發(fā)交換 1 報文交換A B C D表示交換設備 2 4 2存儲轉發(fā)交換 1 報文交換優(yōu)點 線路利用率與電路交換相比較高缺點 1 報文大小不一 造成緩沖區(qū)管理復雜 2 大報文造成存儲轉發(fā)的延時過長 3 出錯后整個報文全部重發(fā) 現在已經很少使用 更好的技術取代 2 4 2存儲轉發(fā)交換 2 分組交換過程a 在發(fā)送端 先把較長的報文劃分成較短的 固定長度的數據段 每個部分稱為一個分組 b 每個分組的前面加一個分組頭 由交換機根據目的地址轉發(fā)至目的地 這個過程稱為分組交換 c 接收端收到所有分組后 還原得到報文分組交換也稱為包交換進行分組交換的通信網絡稱為分組交換網 2 4 2存儲轉發(fā)交換 2 分組交換發(fā)送端 添加首部構成分組 首部 首部 首部 數據 數據 數據 2 4 2存儲轉發(fā)交換 數據 數據 數據 2 分組交換接收端 收到分組后剝去首部還原成報文 數據 首部 數據 首部 數據 首部 收到的數據 2 4 2存儲轉發(fā)交換 2 分組交換特點 1 存儲量要求較小 可以用內存來緩沖分組 速度快 2 轉發(fā)延時小 適用于交互式通信 3 某個分組出錯僅重發(fā)該分組 效率高 4 分組可通過數據報方式或虛電路方式交換 5 有強大的糾錯機制 流量控制和路由選擇功能 2 4 2存儲轉發(fā)交換 2 分組交換兩種方式 數據報方式虛電路方式數據報方式 每個分組包含源地址和目的地址 各個分組根據目的地址獨立到達目的地 同一個報文的不同分組可能沿著不同路徑到達目的地 每個分組又稱為數據報 數據報會出現亂序 丟失 重復問題 2 4 2存儲轉發(fā)交換 2 分組交換虛電路方式 虛電路就是通信雙方在開始互相發(fā)送和接收數據之前 需要在網絡上先建立一條邏輯鏈路 用戶數據按照順序沿邏輯鏈路到達目的地 過程 包括虛電路建立 數據傳輸和虛電路拆除三個階段 報文分組不必帶目的地址 源地址等輔助信息 只需攜帶虛電路標識號 同一條物理線路上可以建立多條虛電路 2 4 2存儲轉發(fā)交換 ABCD 報文交換 電路交換 虛電路 分組交換 2 4 2存儲轉發(fā)交換 目前 廣域網大都采用分組交換方式 同時 提供數據報和虛電路兩種服務由用戶選擇 并按交換的分組數收費 分組交換主要有以下特點 1 將需要傳送的信息分成若干個分組 每個分組加上控制信息后分發(fā)出去 采用存儲 轉發(fā)方式 有差錯控制措施 2 基于統計時分復用方式 可以不建立連接 也可建立連接 連接為邏輯連接 虛連接 3 共享信道 資源利用率高 4 有時延 實時性差 不能保證通信質量 5 一般用于數據交換 也可用于分組話音業(yè)務 6 當節(jié)點使用分組交換技術 可構成分組交換網 3 分組交換與報文交換的比較 1 分組交換比報文交換減少了時間延時 2 分組交換把數據的最大長度限制在較小的范圍內 每個節(jié)點所需要的存儲量減少 有利于提高節(jié)點存儲資源的利用率 3 分組交換易于重新開始新的傳輸 可讓緊急報文迅速發(fā)送出去 不會遭到傳輸優(yōu)先級較低的報文的堵塞 信元交換技術 信元交換技術信元交換是一種高速分組交換方式 在信元交換中 信元為基本單位 信元是一種極短的固定長度的數據分組 每個信元長為53字節(jié) 分為信頭和信息兩部分 信頭占5個字節(jié) 包括信元標識等信息 信息域占48個字節(jié) 承載用戶的數據 信元交換的報文包括信令和一個或多個信元 信令是控制命令 用于建立和釋放邏輯連接 信元的標識用來識別信息傳輸路徑 由此可見 信元交換方式融合了電路交換和分組交換的特點 在信元交換過程中 各路的信元存儲在緩沖區(qū)中 列隊等候待發(fā) 待空信元到來時 則將信元插入到空信元中發(fā)送出去 信元交換技術 信元方式是將信息以信元為單位進行傳送的一種技術 采用信元方式 網絡不對信元中的用戶數據 載體 進行檢查 信元方式也是一種快速分組技術 它將話音 數據 圖像等數字信息進行切割 封裝成統一格式的信元在網中傳遞 并在接收端恢復成所需格式 通常 傳遞信元的網絡稱為信元中繼網絡 它適用于各種類型信息的傳輸 是提供綜合業(yè)務的網絡技術基礎 信元交換技術 ATM 異步傳輸方式 是信元交換的實際應用標準 它是當前發(fā)展最快的網絡技術 傳輸介質使用光纜或雙絞線 其傳輸速率已達到155Mbps和622Mbps 并向2Gbps進軍 ATM采用的是面向連接的高速交換和多路復用技術 能保證網絡帶寬不隨用戶數增加而下降 而且每個用戶可享用專用帶寬并可根據用戶的需求變化來調節(jié)用戶的帶寬 ATM有3層結構 物理層 ATM層和ATM自適應層 信元交換技術 ATM的特點是支持復雜的多媒體應用 相對傳統LAN擁有可靠的服務質量 良好的伸縮性 提高生產率 改進現有應用的性能 為用戶網絡提供帶寬 保護用戶投資 高頻寬 低延時 節(jié)省費用 ATM是一種廣域網主干線的較好選擇 4種交換技術的比較 1 對于交互式通信來說 報文交換是不合適的 2 對于較輕的間歇式負載來說 電路交換是合適的 因為可以通過電話撥號線路來使用公用電話系統 3 對于兩個站之間很重的和持續(xù)的負載來說 使用租用的電路交換線是最合適的 4 當有一批中等數量數據必須交換到大量的數據設備時 寧可用分組交換方法 這種技術的線路利用率是最高的 4種交換技術的比較 5 數據報分組交換適用于短報文和具有靈活性的報文 6 虛電路分組交換適用于大批量數據交換和減輕各站的處理負擔 7 信元交換適用于對帶寬要求高和對服務質量要求高的應用 四種交換技術的優(yōu)缺點 電路交換 優(yōu)點 實時性好 通信效率高 缺點 線路利用率低 不能連接不同類型線路組成的鏈路 通信雙方要同時工作 報文交換 優(yōu)點 線路利用率高 雙方無須同時工作 可同時向多個目的地發(fā)送同一報文 可在網絡上實現報文差錯控制和糾錯處理 能進行速度和代碼的轉換 缺點 網絡延時較長 不適宜實時通信和交互式場合 四種交換技術的優(yōu)缺點 數據報 優(yōu)點 對于短報文數據 通信傳輸率較高 對網絡故障適應能力強缺點 傳輸延時較大 時延離散度大虛電路 優(yōu)點 對于數據量較大的通信傳輸率高 分組傳輸延時短 且不易產生數據分組丟失 缺點 對網絡的依賴性較大 練習題 一 選擇題1 電子郵件采用的交換方式是 A 電路交換B 報文交換C 數據報D 虛電路2 報文交換不適合于 A 電子郵件B 間隙性負載C 交互式通信D 少量數據3 以下交換技術中 不屬于存儲交換技術的是 A 電路交換B 數據報C 虛電路D 報文交換4 下列交換方式中 的傳輸延時最小A 報文交換B 電路交換C 虛電路D 數據報交換二 填空題1 如果按照數據交換方式進行分類 電話系統的信息交換方式屬于 2 一般來講 存儲轉發(fā)方式包括報文交換和 3 在數據傳輸中 一般要建立連接的是 交換方式 B C A B 電路交換 分組交換 電路 2 4 3知識拓展 高速交換技術 2 異步傳輸模式ATM是一種比幀中繼傳輸速率更高的快速分組交換方式 ATM的傳輸單位為信元 Cell 又稱信元交換 信元是一種較短的數據分組 其長度固定為53個字節(jié) 采用時分多路復用技術 不必在數據鏈路層進行差錯控制和流量控制 第十章差錯控制 為什么要進行差錯控制差錯控制的基本方法差錯控制編碼的基本概念常用的簡單編碼常用的線性分組碼 1 差錯產生的原因 數據通信系統的基本任務是高效率而無差錯地傳送數據 數據信號在通信線路中傳輸時 難免受到來自信道內部和外部的干擾 從而引起信號的失真 導致數據傳輸錯誤 傳輸出錯的原因 一是信道的加性噪聲 二是由于傳輸總特性 包括收 發(fā)濾波器和信道的特性 不理想引起的碼間串擾 噪聲是影響數據傳輸質量的主要因素 根據產生的原因可以將噪聲分為四類 熱噪聲 交調噪聲 串音和脈沖噪聲四類 2 噪聲的類型 熱噪聲是由帶電粒子在導電介質中的布朗運動引起的 它存在于任何工作在絕對零度以上的電路或系統中 熱噪聲屬于高斯白噪聲 其概率密度函數滿足正態(tài)分布統計特性 同時它的功率譜密度函數是均勻分布的 常數 熱噪聲的特點是 時刻存在 不可排除 幅度較小 強度與頻率無關 但頻譜很寬 是一類隨機的噪聲 噪聲的類型 交調噪聲是一種附加的頻率干擾 由于通信系統的非線性 將導致進入通信系統的不同頻率的信號在系統的輸出端產生這些頻率之間的差頻信號或倍頻信號及其組合 這就是交調噪聲 對于交調噪聲可以通過適當的調制技術 人為地校正系統的非線性部分得到補償 噪聲的類型 串音是一個通路的信號在相鄰的另一個通路引起的干擾現象 這是由于信號線路之間的電磁感應引起的有害耦合 為了消除線路之間的有害耦合 可以將每一對線擰成一定扭絞節(jié)距的線纜 噪聲的類型 脈沖噪聲是由于電火花或其他原因造成的突發(fā)振幅很大 持續(xù)時間比間隔時間短得多的離散脈沖耦合到信號通路中的干擾 脈沖噪聲也稱為沖擊噪聲 它將引起一連串的數據比特出錯 它是數據傳輸差錯的主要根源 脈沖噪聲產生的干擾很難消除 只能采用差錯控制的方法來實現可靠傳輸 3 差錯的類型 隨機差錯指數據單元中的單比特差錯 它通常由傳輸信道的熱噪聲引起 突發(fā)差錯指數據單元中的兩個或兩個以上的比特發(fā)生成串密集性的差錯 第一個錯誤比特到最后一個錯誤比特之間的位數稱為突發(fā)長度 沖擊噪聲持續(xù)的時間通常大于數據傳輸中每比特的發(fā)送時間 因而會引起相鄰的多個數據位出錯 從而導致突發(fā)差錯 有差錯的信道類型 按照噪聲或干擾的變化規(guī)律 可把信道分為三類 隨機信道 恒參高斯白噪聲信道是典型的隨機信道 其中差錯的出現是隨機的 而且錯誤之間是統計獨立的 突發(fā)信道 具有脈沖干擾的信道 是典型的突發(fā)信道 錯誤是成串成群出現的 即在短時間內出現大量錯誤 混合信道 短波信道和對流層散射信道是混合信道的典型例子 隨機差錯和成串的突發(fā)差錯都占有相當比例 4 如何解決傳輸差錯問題 提高物理信道的質量 盡量避免和減少差錯 采用電纜屏蔽措施和適當的調制解調方法設置中繼設備對信號進行整理再生和放大加大發(fā)射功率 降低接收設備本身的噪聲 以提高信噪比提高數據的健壯性 有效地進行檢錯和糾錯 采用信道編碼技術 為數據信息增加冗余編碼 形成抗干擾編碼 使接收方能進行檢錯或糾錯配合適當的差錯控制方法進行檢錯或糾錯 1 奇偶校驗碼 編碼規(guī)則在發(fā)送的數據塊后附加一位校驗位 該位的取值由原數據塊中 l 的個數之和決定 偶校驗 把數據信息中的 1 的個數湊成偶數 奇校驗 把數據信息中的 1 的個數湊成奇數 例如 傳輸的數據 1011000 偶校驗時 校驗位l 碼字是 10110001 奇校驗時 校驗位0 變?yōu)?10110000 缺點 校驗能力很低 它只能檢出 l 有奇數個錯誤 不能確定是幾個奇數錯誤 優(yōu)點 其設備簡單 容易實現 已知字符T的ASCII碼值的十進制數表示為84 如果將最高為設置為奇數校驗 則字符M的ASCII碼值設置奇校驗位 他的二進制表示為 A A11001101B10101100C10110011D10001101 循環(huán)冗余檢查 循環(huán)冗余檢查 CRC 是一種數據傳輸檢錯功能 對數據進行多項式計算 并將得到的結果附在幀的后面 接收設備也執(zhí)行類似的算法 以保證數據傳輸的正確性和完整性 第三章計算機網絡技術基礎 計算機網絡的分類 計算機網絡的拓撲結構 是指計算機網絡的硬件系統的連接形式 即網絡的硬件布局 通信線路和節(jié)點間的幾何圖形 通常用不同的拓撲來描述對物理設備進行布線的不同方案 它只考慮物體間的位置關系而不考慮它們的形狀和大小 在拓撲學里 重要的拓撲性質包括連通性與緊致性 第三章計算機網絡技術基礎 第三章計算機網絡技術基礎 總線型 總線型拓撲結構采用單根數據傳輸線作為通信介質 所有的站點都通過相應的硬件接口直接連接到一根中央主電纜 大多是同軸電纜 以基帶信號形式串行傳送 上 任何一個節(jié)點的信息都可以沿著總線向兩個方向傳輸擴散 并且能夠被總線任何一個節(jié)點所接受 其傳輸方式類似于廣播電臺 因而總線網絡也稱為廣播式網絡 結構簡單 便于擴充 雙向傳輸 可靠性較差 終接器 終接器 1 總線結構所需的電纜數量少 易于維護和布線 2 總線結構簡單 是無源工作 有較高可靠性 3 易于擴充 增加或減少用戶比較方便 4 費用開支少 便于廣播式工作 總線型拓撲結構的優(yōu)點 1 總線的傳輸距離有限 通信范圍受到限制 2 故障診斷和隔離較困難 3 實時性不強 總線型拓撲結構的缺點 第三章計算機網絡技術基礎 計算機網絡的分類 星型拓撲結構 是以中央節(jié)點 集線器或者交換機 為中心與各節(jié)點連接組成的 各節(jié)點與中央節(jié)點通過點到點的方式連接 主要采用電路交換和報文交換 尤其是電路交換 結構簡單 建網容易 便于控制和管理 中心節(jié)點負擔較重 通常采用集線器和交換機 傳輸介質一般采用Ethernet雙絞線 星型拓撲結構的優(yōu)點 1 結構簡單 連接方便 管理和維護都相對容易 而且擴展性強 2 網絡延遲時間較小 傳輸誤差低 3 在同一網段內支持多種傳輸介質 除非中心結點故障 否則網絡不會輕易癱瘓 因此 星型網絡拓撲結構是目前應用最廣泛的一種局域網拓撲結構 4 故障診斷和隔離容易 星型拓撲結構的缺點 1 安裝和維護的費用較高 2 共享資源的能力較差 3 通信線路利用率不高 4 對中心結點要求相當高 一旦中心結點出現故障 則整個網絡將癱瘓 第三章計算機網絡技術基礎 環(huán)型拓撲結構網絡 是由一些中繼器和連接到中繼器的點到點鏈路組成的一個閉合環(huán) 在環(huán)型網中 所有的通信共享一條物理通道 即連接網絡中所有節(jié)點的點到點鏈路 首尾相連的閉合環(huán)形 節(jié)點不宜過多 不利于擴充 第三章計算機網絡技術基礎 環(huán)形拓撲的優(yōu)點 1 電纜長度短 環(huán)形拓撲網絡所需的電纜長度和總線拓撲網絡相似 但比星形拓撲網絡要短得多 2 網絡實時性好 3 可使用光纖 光纖的傳輸速率很高 十分適合于環(huán)形拓撲的單方向傳 環(huán)形拓撲的缺點 1 節(jié)點的故障會引起全網故障 這是因為環(huán)上的數據傳輸要通過接在環(huán)上的每一個節(jié)點 一旦環(huán)中某一節(jié)點發(fā)生故障就會引起全網的故障 2 故障檢測困難 這與總線拓撲相似 因為不是集中控制 故障檢測需在網上各個節(jié)點進行 因此就不很容易 3 環(huán)形拓撲結構的媒體訪問控制協議都采用令牌傳遞的方式 在負載很輕時 信道利用率相對來說就比較低 第三章計算機網絡技術基礎 第三章計算機網絡技術基礎 網狀拓撲結構中 由于節(jié)點之間有許多條路徑相連 可以為數據流的傳輸選擇最佳路由 從而避開有故障的部件或過忙的節(jié)點 但是 這種結構比較復雜 成本也比較高 提供上述功能的網絡協議也較復雜 這種拓撲結構一般在可靠性要求高 不計較成本的場合下使用 例如 軍用網 其故障排除比較復雜 不適宜常用布線方案 網狀拓撲的優(yōu)點 1 網絡可靠性高 一般通信子網中任意兩個節(jié)點交換機之間 存在著兩條或兩條以上的通信路徑 這樣 當一條路徑發(fā)生故障時 還可以通過另一條路徑把信息送至節(jié)點交換機 2 網絡可組建成各種形狀 采用多種通信信道 多種傳輸速率 3 網內節(jié)點共享資源容易 4 可改善線路的信息流量分配 5 可選擇最佳路徑 傳輸延遲小 網狀拓撲的缺點 1 控制復雜 軟件復雜 2 線路費用高 不易擴充 3 在以太網中 如果設置不當 會造成廣播風暴 嚴重時可以使網絡完全癱瘓 網狀拓撲結構一般用于Internet骨干網上 使用路由算法來計算發(fā)送數據的最佳路徑 第三章計算機網絡技術基礎 樹型拓撲 一種類似于總線拓撲的局域網拓撲 在總線型網絡上加分支形成的 每個分支還可以延伸出子分支 每個分支又可包含多個結點 它適用于分級管理和控制系統 第三章計算機網絡技術基礎 樹型拓撲的優(yōu)缺點與星型拓撲類似 若根節(jié)點出現故障 也會引起全網不能正常工作 樹型拓撲優(yōu)點 1 易于擴展 可以延伸出很多分支和子分支 因而容易在網絡中加入新的分支或新的節(jié)點 2 易于隔離故障 如果某一線路或某一分支節(jié)點出現故障 它主要影響局部區(qū)域 因而能比較容易地將故障部位跟整個系統隔離開 第三章計算機網絡技術基礎 星狀環(huán)狀 星形環(huán)拓撲是將星形拓撲和環(huán)形拓撲混合起來的一種拓撲 試圖取這兩種拓撲的優(yōu)點于一個系統中 克服了典型的星形和典型的環(huán)形兩個拓撲的不足和缺陷 這種拓撲的配置是由一批接在環(huán)上的連接集中器 實際上是指安裝在樓內各層的配線架 組成 從每個集中器按星形結構接至每個用戶站上 星形環(huán)拓撲的優(yōu)點是 故障診斷和隔離 易于擴展 安裝電纜方便 星形環(huán)拓撲的缺點是 需要智能的集中器 電纜安裝電纜長 安裝不方便等 第三章計算機網絡技術基礎 總線型拓撲結構 環(huán)型拓撲結構和星型拓撲結構是局域網的3種基本結構 在實際應用中 往往并不采用單純的某一種結構 而是在3種基本結構的基礎上進行擴展而形成混合型拓撲結構 常見的混合型拓撲結構有樹型結構 星型總線結構 星環(huán)型結構 網狀結構等 組建混合型拓撲結構的網絡有利于發(fā)揮網絡拓撲結構的優(yōu)點 克服相應的局限 第三章計算機網絡技術基礎 作業(yè) 2014年春季高考試題 案例分析題小明要組建一個小型局域網 他畫出了如下圖所示的拓撲結構圖 請問該圖屬于哪種拓撲結構 有什么優(yōu)缺點 拓撲的選擇拓撲的選擇往往和傳輸介質的選擇以及介質訪問控制方法的確定緊密相關 選擇拓撲時 應該考慮的主要因素有以下幾點 1 經濟性網絡拓撲的選擇直接決定了網絡安裝和維護的費用 不管選用什么樣的傳輸介質 都需要進行安裝 例如 安裝電線溝 安裝電線管道等 最理想的情況是建樓以前先進行安裝 并考慮今后擴建的要求 安裝費用的高低與拓撲結構的選擇以及傳輸介質的選擇 傳輸距離的確定有關 2 靈活性靈活性以及可擴充性也是選擇網絡拓撲結構時應充分重視的問題 任何一個網絡 隨著用戶數的增加 網絡應用的深入和擴大 網絡新技術的不斷涌現 特別是應用方式和要求的改變 網絡經常需要加以調整 網絡的可調整性與靈活性以及可擴充性都與網絡拓撲直接相關 一般說來 總線形拓撲和環(huán)形拓撲要比星形拓撲的可擴充性好得多 第三章計算機網絡技術基礎 3 可靠性網絡的可靠性是任何一個網絡的生命 網絡拓撲決定了網絡故障檢測和故障隔離的方便性 總之 選擇局域網拓撲時 需要考慮的因素很多 這些因素同時影響網絡的運行速度和網絡軟硬件接口的復雜程度等 第三章計算機網絡技術基礎 習題 1 某高校網絡拓撲結構如圖所示 邊界路由器充當校園網網關 校園網拓撲結構為 2012年 A 樹型B 總線型C 星型D 環(huán)型2 所有節(jié)點直接連接到一個中心節(jié)點的拓撲結構是 2009年 A 樹型B 總線型C 星型D 環(huán)型6 計算機網絡拓撲是指以下哪部分的拓撲構型 A 資源子網B IP子網C 通信子網D 覆蓋網絡 1 種物理拓撲將工作站連接到一臺中央設備 A 總線B 環(huán)形C 星形D 樹形2 下列屬于星形拓撲的優(yōu)點的是 A 易于擴展B 電纜長度短C 不需接線盒D 簡單的訪問協議3 若網絡形狀是由站點和連接站點的鏈路組成的一個閉合環(huán) 則稱這種拓撲結構為 A 星形拓撲B 總線拓撲C 環(huán)形拓撲D 樹形拓撲4 在星型局域網結構中 連接文件服務器與工作站的設備是 A 調制解調器B 交換器C 路由器D 集線器5 星形拓撲結構適用于 A 廣域網B 互聯網C 局域網D Internet6 中心節(jié)點是網絡的瓶頸 一旦出現故障則全網癱瘓的是 A 星形拓撲B 總線拓撲C 環(huán)形拓撲D 樹形拓撲7 集線器創(chuàng)建的拓撲可以稱為 A 星形拓撲B 總線拓撲C 環(huán)形拓撲D 樹形拓撲 ISO RM參考模型 1 分層模型 Page167 31 什么是協議 什么是協議 為了使數據可以在網絡上從源傳遞到目的地 網絡上所有設備需要 講 相同的 語言 描述網絡通信中 語言 規(guī)范的一組規(guī)則就是協議例如 兩個人交談 必須使用相同的語言 如果你說漢語 他說阿拉伯語 數據通信協議的定義決定數據的格式和傳輸的一組規(guī)則或者一組慣例 Page168 31 協議分層2 1 網絡通信的過程很復雜數據以電子信號的形式穿越介質到達正確的計算機 然后轉換成最初的形式 以便接收者能夠閱讀為了降低網絡設計的復雜性 將協議進行了分層設計 Page169 31 協議分層2 2 分層設計的意義用戶服務層的模塊設計可相對獨立于具體的通信線路和通信硬件接口的差別而通信服務層的模塊設計又可相對獨立于具體用戶應用要求的不同 例如 文件傳輸或電子郵件服務模塊的設計 不必關心底層通信線路是光纖還是雙絞線 Page170 31 郵局實例2 2 運輸部門 甲地 乙地 3 1 1通信系統的層次結構 為了便于理解 我們以郵政通信系統為例 以此引出計算機網絡通信和網絡體系結構的概念 這一概念對計算機網絡中電子郵件的發(fā)送和接收有著重要的參考意義 3 1 2網絡系統的層次結構 通信規(guī)則約定從以上郵政通信過程與網絡通信過程分析可知 在一定意義上 它們兩者的信息傳遞過程有很多相似之處 1 郵政通信與網絡通信兩個系統都是層次結構 可等價成4層結構的系統 2 不同的層次有不同的功能任務 但相鄰層的功能動作密切相關 3 在郵政通信系統中 寫信人要根據對方熟悉的語言 確定用哪種語言 在書寫信封時 國家不同規(guī)定也不同 4 計算機網絡系統中 必須規(guī)定雙方之間通信的數據格式 編碼 信號形式 要對發(fā)送請求 執(zhí)行動作及返回應答予以解釋 事件處理順序和排序 3 1 2網絡系統的