單元1計算機網絡技術概述1.1計算機網絡系統

學習目標掌握計算機網絡的定義。掌握計算機網絡的組成。掌握網絡協議的概念與要素。理解網絡節點和通信鏈路的概念與分類。理解網絡硬件系統和網絡軟件系統的組成。了解常見的傳輸介質。了解網絡操作系統的概念。1.計算機網絡在信息時代的作用21世紀的一些重要特征就是數字化、網絡化和信息化，它是一個以網絡為核心的信息時代。網絡已經成為信息社會的命脈和發展知識經濟的重要基礎。1.計算機網絡在信息時代的作用網絡是指“三網”，即電信網絡、有線電視網絡和計算機網絡。發展最快的并起到核心作用的是計算機網絡。有線電視網絡向用戶傳送各種電視節目2.計算機網絡的定義計算機網絡的定義計算機網絡就是將分布在不同地理位置、具有獨立功能的多臺計算機及其外部設備，用通信設備和通信線路連接起來，在網絡操作系統、網絡管理軟件及網絡通信協議的管理和協調下，實現資源共享和數據通信的計算機系統。2.計算機網絡的定義計算機網絡主要包括以下三個方面：（1）計算機系統。計算機系統是網絡的基本模塊，主要完成數據信息的收集、存儲、處理和輸出任務，提供各種網絡資源。根據計算機系統在網絡中的用途可分為兩類：服務器和終端。2.計算機網絡的定義計算機網絡主要包括以下三個方面：（2）數據通信系統。數據通信系統主要由傳輸介質和網絡連接設備等組成，是連接網絡基本模塊的橋梁，提供各種連接技術和信息交換技術。傳輸介質是傳輸數據信號的物理通道，用于連接網絡中的各種設備。傳輸介質分為有線傳輸介質和無線傳輸介質。網絡連接設備用于實現網絡中各計算機之間的連接、網絡與網絡之間的互聯等功能，主要包括調制解調器、路由器和交換機等。2.計算機網絡的定義計算機網絡主要包括以下三個方面：（3）網絡軟件。網絡軟件主要包括網絡操作系統（NOS）、網絡協議、網絡管理軟件、網絡通信軟件以及網絡應用軟件等。2.計算機網絡的定義互聯網（internet）網絡和網絡通過路由器互連起來，這樣就構成了一個覆蓋范圍更大的網絡，即互聯網（internet）。2.計算機網絡的定義因特網（Internet）當前全球最大的、開放的、由眾多網絡相互連接而成的特定計算機網絡，它采用TCP/IP協議族作為通信的規則，將不同類型、不同規模、位于不同地理位置的網絡互連在一起，實現全球范圍的數據通信和資源共享。3.計算機網絡的組成（1）網絡節點和通信鏈路從拓撲結構上看，計算機網絡由若干節點（node）和連接這些節點的鏈路（link）組成。圖1-1-1

網絡節點與通信鏈路3.計算機網絡的組成網絡節點網絡節點分為訪問節點、轉接節點和混合節點。訪問節點指擁有計算機資源的用戶設備，主要起信源和信宿的作用，常見的訪問節點有用戶主機和終端等。轉接節點指那些在網絡通信中起到數據交換和轉接作用的網絡節點，比如集線器、交換機、路由器。混合節點指的是既可以作為訪問節點，又可以作為轉接節點的網絡節點。3.計算機網絡的組成通信鏈路通信鏈路是指兩個網絡節點之間傳輸信息和數據的線路。通信鏈路分為物理鏈路和邏輯鏈路。物理鏈路是一條點到點的物理線路，中間沒有任何交換節點。在計算機網絡中，兩臺計算機之間的通路往往是由許多物理鏈路串結而成。邏輯鏈路是具備數據傳輸控制能力，在邏輯上起作用的物理鏈路。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。只有在邏輯鏈路上才可以真正傳輸數據，而物理鏈路是邏輯鏈路形成的基礎。3.計算機網絡的組成（2）網絡硬件系統和網絡軟件系統從資源構成的角度，計算機網絡的組成包括硬件系統和軟件系統兩大部分。3.計算機網絡的組成計算機網絡硬件系統網絡硬件是計算機網絡系統的物質基礎。硬件可以分成兩部分：負責數據處理能力的計算機與終端，以及負責數據通信的通信控制處理機、通信線路。終端終端是網絡中的用戶訪問網絡、進行網絡操作、實現人機對話的重要工具，有時也稱為客戶機、工作站等。終端可以通過主機接入網絡，也可以通過終端控制器接入網絡。主機主機通常被稱為服務器，是一臺高性能計算機，用于網絡管理、運行應用程序、連接一些外部設備。根據服務器在網絡中所提供的服務不同，可將其劃分為打印服務器、通信服務器、數據庫服務器、應用程序服務器（如WWW服務器、Email服務器、FTP服務器）等。3.計算機網絡的組成計算機網絡硬件系統通信控制處理機通信控制處理機主要負責主機與網絡的信息傳輸控制，其主要功能包括線路傳輸控制、錯誤檢測與恢復、代碼轉換等。通信線路通信線路是網絡結點間承載信號傳輸的信道，可采用多種傳輸介質，如雙絞線、光纖、同軸電纜、微波、衛星等。網絡連接設備網絡連接設備用來實現網絡中各計算機之間的連接、網絡與網絡之間的互聯、數據信號的變換和路由選擇。如：交換機、路由器、調制解調器、無線通信接收和發送器、用于光纖通信的編碼解碼器等。3.計算機網絡的組成中心交換機

服務器服務器遠程網絡Internet處理機路由器工作站Modem終端子網子網終端HUBHUB圖1-1-2網絡硬件組成示意圖1.計算機網絡的組成計算機網絡軟件系統網絡軟件系統是網絡功能不可缺少的軟件環境。網絡軟件系統一般包括網絡操作系統、網絡協議軟件、網絡管理軟件、網絡通信軟件、網絡應用軟件五部分組成。網絡操作系統網絡操作系統用于實現不同主機之間的用戶通信，以及全網硬件和軟件資源的共享，并向用戶提供統一的、方便的網絡接口，便于用戶使用網絡。常用的網絡操作系統有Linux、UNIX、NetWare和Windowsserver。網絡協議軟件網絡協議是網絡通信的數據傳輸規范，網絡協議軟件是用于實現網絡協議功能的軟件。典型的網絡協議軟件有TCP/IP協議、IPX/SPX協議、IEEE802標準協議系列等。1.計算機網絡的組成網絡管理軟件網絡管理軟件是用來對網絡資源進行管理以及對網絡進行維護的軟件，如性能管理、配置管理、故障管理、記費管理、安全管理、網絡運行狀態監視與統計等。網絡通信軟件網絡通信軟件是用于實現網絡中各種設備之間進行通信的軟件，使用戶能夠在不必詳細了解通信控制規程的情況下，控制應用程序與多個站進行通信，并對大量的通信數據進行加工和管理。網絡應用軟件網絡應用軟件是指為某一個具體應用目的而開發的網絡軟件，為網絡用戶提供一些實際的應用服務。比如，遠程教育、網上購物、傳送電子郵件、視頻會議等。3.計算機網絡的組成（3）通信子網和資源子網從邏輯功能上，計算機網絡分為通信子網和資源子網。資源子網負責全網數據處理，向用戶提供資源和網絡服務，包括網絡的數據處理資源和數據存儲資源。通信子網為用戶提供數據的傳輸、轉接、加工、變換等，負責在端節點之間傳送報文。圖1-1-3

資源子網與通信子網感謝聆聽單元1計算機網絡技術概述1.2計算機網絡的產生與發展

學習目標掌握四個階段計算機網絡的特點、典型代表。理解ARPANET的發展以及產生的影響。掌握并理解OSI模型和TCP/IP協議。了解中國計算機網絡發展的重要事件。1.第一代計算機網絡第一代計算機網絡（20世紀50年代至60年代）：遠程聯機網絡階段，主要特點是如下：①以主機為中心，面向終端。②分時訪問和使用中央服務器上的信息資源。③中央服務器的性能和運算速度決定連接終端用戶的數量。圖1-2-1第一代計算機網絡結構示意1.第一代計算機網絡1951年，美國麻省理工學院林肯實驗室開始為美國空軍設計稱為SAGE的半自動化地面防空系統，這個系統被認為是計算機技術和通信技術結合的先驅。圖1-2-2

SAGE半自動化地面防空系統2.第二代計算機網絡第二代計算機網絡（20世紀60年代至70年代中期）：多機互聯網絡階段。從20世紀60年代中期開始進行主機互聯，多個獨立的主計算機通過線路互聯構成計算機網絡，無網絡操作系統，只是通信網。圖1-2-3第二代計算機網絡結構示意2.第二代計算機網絡第二代計算機網絡主要特點如下：①以通信子網為中心，實現了“計算機——計算機”的通信。②ARPANET的出現，為Internet以及網絡標準化建設打下了堅實的基礎。③大批公用數據網的出現。④局域網的成功研制。圖1-2-4

阿帕網實驗室2.第二代計算機網絡1969年，美國國防部高級研究計劃管理局開始建立一個命名為ARPANET（阿帕網）的網絡，但是只有4個結點。ARPANET主要是用于軍事研究目的。1971年ARPANET發展到15個站點，23臺主機。1973年ARPANET擴展成國際互聯網。圖1-2-5

ARPANET連接四個節點斯坦福大學猶他州大學加利福尼亞州大學洛杉機分校加州大學圣巴巴拉分校2.第二代計算機網絡ARPANET被公認為是世界上第一個采用分組交換技術組建的網絡。ARPANET主要是用于軍事研究目的。ARPANET奠定了計算機網絡技術的基礎，成為今天因特網的前身，最終發展成為今天的Internet。ARPANET成為現代計算機網絡誕生的標志。圖1-2-6

ARPANET的發展3.第三代計算機網絡第三代計算機網絡（20世紀70年代中期至90年代）：標準化網絡階段。第三代計算機網絡是具有統一的網絡體系結構，并遵守國際標準的開放式和標準化的網絡。主要特點如下：①網絡技術標準化的要求更為迫切。②制定出計算機網絡體系結構——OSI參考模型。③隨著Internet的發展,TCP/IP協議簇廣泛應用。④局域網的全面發展。圖1-2-7

OSI模型和TCP/IP模型3.第三代計算機網絡OSI模型將計算機網絡分為七層，分層原則如下：①網絡中各節點都具有相同的層次。②不同節點的同等層具有相同的功能。③同一節點內相鄰層之間通過接口通信。④每一層使用下層提供的服務，并向其上層提供服務。⑤不同節點的對等層通過協議來實現對等層之間的通信。圖1-2-8

OSI模型3.第三代計算機網絡TCP/IP模型將計算機網絡分為四層，分層特點如下：①協議標準是完全開放的，獨立于計算機硬件和操作系統。②獨立于網絡硬件系統，可以運行在廣域網，適合于互聯網。③網絡地址統一分配，網絡中的設備和終端都具有唯一地址。④高層協議標準化，可以提供多種可靠網絡服務。圖1-2-9

TCP/IP模型4.第四代計算機網絡第四代計算機網絡（20世紀90年代之后）：互聯與高速網絡技術的發展階段。1993年6月，美國提出NII計劃(NationalInformationInfrastructure)，建立信息高速公路。由于局域網技術發展成熟，出現光纖及高速網絡技術、多媒體網絡、智能網絡，整個網絡就像一個對用戶透明的大的計算機系統，發展為以Internet為代表的互聯網，其主要特征是綜合化、高速化、智能化和全球化。5.中國網絡發展史中國的第一封電子郵件1987年9月14日，CANET（ChineseAcademicNetwork）與德國卡爾斯魯厄大學互聯，向世界發出第一封電子郵件：AccrossGreatWallwecanreacheverycornerintheworld（跨越長城，走向世界）。5.中國網絡發展史中國連入互聯網1994年4月，中關村教育與科研示范網絡（NCFC）連入Internet的64kb國際專線開通，實現了與Internet的功能連接，從此中國被國際上正式承認為有互聯網的國家。5.中國網絡發展史中國的四大骨干網1997年4月，中國建成四大骨干網，分別是中國教育與科研計算機網（CERNET）、中國科學技術網（CSTNET）、中國金橋信息網（ChinaGBNET）、中國公用計算機互聯網（ChinaNET）。感謝聆聽單元1計算機網絡技術概述1.3計算機網絡的功能與應用

學習目標掌握計算機網絡的功能。理解資源共享的概念。熟悉計算機網絡的應用。1.計算機網絡的功能（1）資源共享網絡資源包括硬件資源（比如，大容量磁盤、光盤陣列、打印機等），軟件資源（比如，軟件應用軟件等）和數據資源（比如，數據文件和數據庫等）。共享是指網絡中的用戶能夠部分或者全部地享受這些資源。（2）數據通信計算機網絡使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，包括文字信件、新聞消息、資訊信息、圖片資料、聲音、視頻流等各種多媒體信息，極大地縮短不同地點計算機之間數據傳輸的時間。1.計算機網絡的功能（3）提高可靠性計算機網絡中的冗余備份系統可以隨時接替主機工作。計算機網絡可以利用多個服務器為用戶提供服務，當某個服務器系統崩潰時，其他服務器可以繼續提供服務；也可以將數據存儲在網絡中多個地方，當某個地方不能訪問時，可以方便地從其他地方進行訪問。1.計算機網絡的功能（4）提供負載均衡與分布式處理能力分布式處理是將任務分散到網絡中不同的計算機上并行處理，而不是集中在一臺大型計算機上，使其具有解決復雜問題的能力。這樣可以大大提高效率和降低成本。1.計算機網絡的功能（5）集中管理對于那些地理位置上分散而事務需要集中管理的組織部門，可通過計算機網絡來實現集中管理。1.計算機網絡的功能（6）綜合信息服務網絡的一大發展趨勢是多維化，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。1.計算機網絡的功能2.計算機網絡的應用（1）信息交流信息交流始終是計算機網絡應用的主要方面：如收發E-mail、瀏覽WWW信息、在BBS上討論問題、在線聊天、多媒體教學等。2.計算機網絡的應用（2）信息查詢信息查詢是計算機網絡提供資源共享的最好工具，通過“搜索引擎”，用少量的“關鍵”詞來概括歸納出這些信息內容，很快把你所感興趣內容所在的網址羅列出來。例如，百度作為全球最大的中文搜索引擎公司，是用戶獲取信息的最主要入口，用戶可以在PC、Pad、手機上訪問百度主頁，通過文字、語音、圖像多種交互方式瞬間找到所需要的信息和服務。2.計算機網絡的應用（3）辦公自動化現在的辦公室自動化管理系統可以通過在計算機網絡上安裝文字處理機、智能復印機、傳真機等設備，以及報表、統計及文檔管理系統來處理這些工作，使工作的可靠性和效率明顯提高。2.計算機網絡的應用（4）電子商務廣義的電子商務包括各行各業的電子業務、電子政務、電子醫務、電子軍務、電子教務、電子公務和電子家務等；狹義的電子商務指人們利用電子化網絡化手段進行商務活動。2.計算機網絡的應用（5）過程控制過程控制廣泛應用于自動化生產車間。也應用于軍事作戰、危險作業、航行、汽車行駛控制等領域。2.計算機網絡的應用（6）分布式計算分布式計算包括兩個方面：一是將若干臺計算機通過網絡連接起來，將一個程序分散到各計算機上同時運行，然后把每一臺計算機計算的結果搜集匯總，整體得出結果；另一種是通過計算機將需要大量計算的題目送到網絡上的大型計算機中進行計算并返回結果。感謝聆聽單元1計算機網絡技術概述1.4資源子網與通信子網

學習目標理解資源子網和通信子網的概念。掌握資源子網和通信子網的作用。掌握資源子網和通信子網的主要設備。1.資源子網與通信子網從邏輯功能上可把計算機網絡分為兩個子網：資源子網和通信子網。一次完整的數據交換過程必須由網絡中的資源子網和通信子網共同作用，緊密配合才能真正實現。二者缺一不可，相互作用。圖1-4-1資源子網與通信子網2.資源子網的定義與功能資源子網的定義資源子網是計算機網絡中面向用戶的部分，處于計算機網絡的外層。它由主機系統、終端、終端控制器、連網外設、各種軟件資源與信息資源組成。資源子網的功能資源子網是各種網絡資源（硬件、軟件、數據信息）的集合，負責全網面向用戶的數據處理業務，向網絡用戶提供各種網絡資源和網絡服務，實現網絡資源共享。通過資源子網，用戶可方便地使用本地計算機或遠程計算機地資源。由于它將通信子網的工作對用戶屏蔽起來，使得用戶使用遠程計算機資源就如同使用本地資源一樣方便。2.資源子網的定義與功能通信子網的定義通信子網是計算機網絡的內層，負責信息的傳輸。通信子網主要由網絡節點和通信鏈路組成，通信設備、網絡通信協議、通信控制軟件等屬于通信子網。3.通信子網的定義與功能通信子網的功能網絡上的主機通過通信子網連接。通信子網的功能是把消息從一臺主機傳輸到另一臺主機。通信子網負責整個網絡的通信部分，主要完成數據的傳輸、交換、轉接、加工以及通信控制，為端節點之間傳送報文。通信子網的主要設備有：網卡、交換機、集線器、路由器、中繼器、網橋、網關、傳輸介質等。3.通信子網的定義與功能通信子網有以下兩種類型：（1）公用型：為公共用戶提供服務并共享這其通信資源的通信子網。基于同一個通信子網可組建多個計算機網絡，比如公用計算機互聯網就屬于公用型通信子網。3.通信子網的定義與功能通信子網有以下兩種類型：（2）專用型：專門為特定的一組用戶構建的通信子網，比如各類金融銀行網、證券網。3.通信子網的定義與功能感謝聆聽單元1計算機網絡技術概述1.5計算機網絡的分類

學習目標掌握計算機網絡的分類。掌握不同拓撲結構的特點與應用。掌握局域網、城域網、廣域網的概念與特點。1.按拓撲結構分類網絡拓撲結構是計算機網絡結點和通信鏈路所組成的幾何形狀，是網絡的抽象布局圖像。網絡拓撲結構描述網絡中各結點間的連接方式及結構關系，給出網絡整體結構的全貌。拓撲設計對網絡性能、系統可靠性與通信費用都有重大影響。常用的拓撲結構有五種：總線型拓撲結構、星型拓撲結構、樹型拓撲結構、環型拓撲結構、網狀拓撲結構。（1）總線型（2）星型（3）樹型（4）環型（5）網狀型圖1-5-1

網絡拓撲結構簡圖1.按拓撲結構分類總線型拓撲結構：該結構采用一條公共總線作為傳輸介質，每臺計算機通過相應的硬件接口入網，信號沿總線進行廣播傳送。圖1-5-2總線型拓撲結構1.按拓撲結構分類總線型拓撲結構的優點①布線容易。無論是連接幾個建筑物或是樓內布線，都容易施工安裝。②增刪容易。如果需要增加或撤下一個網絡站點，只需增加或拔掉一個硬件接口即可實現。需要增加長度時，可通過中繼器加上一個支段來延伸距離。③節約線纜。只需要一根公共總線，兩端的終結器就安裝在兩端的計算機接口上，線纜的用量最省。④可靠性高。網絡中任何結點的故障都不會造成全網故障，可靠性高。總線型拓撲結構的缺點①在任何兩個站點之間傳送數據都要經過總線，總線成為整個網絡的瓶頸，當計算機站點多時，容易產生信息堵塞，傳遞不暢。②總線傳輸距離有限，通信范圍受到限制。③當網絡發生故障時，故障診斷困難，故障隔離更困難。表1-5-1總線型拓撲結構的特點1.按網絡的拓撲結構分類星型拓撲結構：在星型拓撲結構中，節點通過點對點通信線路與中心節點連接。中心節點控制全網的通信，任何兩節點之間的通信都要通過中心節點。中心節點有兩類：一類中心節點是一臺功能很強的計算機，它既是一臺處理信息的獨立的計算機，又是信息轉接中心；另一類中心節點并不是一臺計算機，而是一臺網絡轉接或交換設備，如交換機或集線器。圖1-5-3星型拓撲結構1.按拓撲結構分類星型拓撲結構的主要優點①可靠性高。對于整個網絡來說，每臺計算機及其接口的故障不會影響其他計算機，也不會影響其他網絡，不會發生全網的癱瘓。②故障檢測和隔離容易，網絡容易管理和維護。③可擴性好，配置靈活。增、減、改一個站點容易實現，與其他節點沒有關系。④傳輸速率高。每個節點獨占一條傳輸線路，消除了數據傳送堵塞現象。星型拓撲結構的主要缺點網絡可靠性依賴中心節點。表1-5-2

星型拓撲結構的特點1.按網絡的拓撲結構分類樹型拓撲結構：樹型拓撲結構可以看成是星型拓撲的擴展，其實質是星型結構的層次堆疊。在樹型拓撲結構中，節點按層次進行連接，信息交換主要在上、下節點之間進行，相鄰及同層節點之間一般不進行數據交換或數據交換量小。樹型拓撲結構適用于匯集信息的應用要求。圖1-5-4樹型拓撲結構1.按拓撲結構分類樹型拓撲結構的優點樹型拓撲結構的缺點①擴展方便。可以方便地進行層的擴展，從而連接更多的節點。②分離容易。當某一個節點出現問題時，可以很容易地將其從樹型結構中移除，而不影響其他部分的正常工作。對高層節點性能要求高，因為高層節點一旦出現故障，則對應分支網絡將癱瘓，影響各部分之間的通信。表1-5-3

樹型拓撲結構的特點1.按拓撲結構分類環形拓撲結構：節點通過點對點通信線路接成閉合環路，環中數據將沿一個方向逐站傳送。圖1-5-5環形拓撲結構1.按拓撲結構分類環形拓撲結構的優點環形拓撲結構的缺點①適合光纖連接。環型是點到點連接，沿一個方向單向傳輸，非常適用于光纖作為傳輸介質。②簡化路徑選擇控制，不易發生地址沖突。③各節點負載均衡。④初始安裝容易，線纜用量少。①結點故障會引起全網故障，可靠性差。②網絡管理復雜，投資費用高。表1-5-4

環形拓撲結構的特點1.按拓撲結構分類網狀型拓撲結構：網狀拓撲結構又稱無規則型。在網狀拓撲結構中，節點之間的連接是任意的，沒有規律。在通信時，網絡中的各個節點可以根據實際情況動態地選擇通信路徑。圖1-5-6網狀型拓撲結構1.按拓撲結構分類網狀型拓撲結構的優點網狀型拓撲結構的缺點①具有較高的可靠性。②網內結點共享資源容易。③可改善線路的信息流量分配①結構復雜，維護困難。②每個結點都與多點進行連接，必須采用路由算法和流量控制方法。表1-5-5

網狀型拓撲結構的特點2.按覆蓋區域分類由于網絡覆蓋范圍和計算機之間互連距離不同，所采用的網絡結構和傳輸技術也不同，因而形成不同的計算機網絡。一般可以分為局域網（LAN）、城域網（MAN）、廣域網（WAN）三類。表1-5-6

局域網、城域網、廣域網、互聯網的范圍2.按覆蓋區域分類（1）局域網局域網是一種私有網絡，一般在一座建筑物內，比如家庭、辦公室或工廠。局域網自身相對其他網絡傳輸速度更快，性能更穩定，框架簡易，具有封閉性。局域網的作用范圍是幾百到幾千米，通常用于組建企業網和校園網。圖1-5-7局域網示意圖2.按覆蓋區域分類（2）城域網城域網一般來說是在一個城市，但不在同一地理小區范圍內的計算機互聯，覆蓋的地理范圍從幾十至幾百公里。在一個大型城市，一個MAN網絡通常連接著多個LAN網，如連接政府機構的LAN、醫院的LAN、電信的LAN、公司企業的LAN等。圖1-5-8城域網示意圖2.按覆蓋區域分類（3）廣域網廣域網又稱遠程網，是指在一個很大地理范圍（從數百公里到數千公里，甚至上萬公里）由許多局域網組成的網絡。廣域網是將遠距離的網絡和資源連接起來的任何系統，主要用在一個地區、行業甚至在全國范圍內組網,達到資源共享的目的。圖1-5-9廣域網示意圖2.按覆蓋區域分類圖1-5-10廣域網、城域網、接入網及局域網的關系3.按通信介質分類通信介質就是指用于網絡連接的通信線路。目前常用的傳輸介質有同軸電纜、雙絞線、光纖、衛星、微波等有線或無線傳輸介質，相應地可將網絡分為同軸電纜網、雙絞線網、光纖網、衛星網和無線網。4.按傳輸技術分類（1）廣播式網絡。廣播式通信網絡是指通過一條傳輸線路連接所有主機的網絡。在廣播式通信網絡中，任意一個節點發出的信號都可以被連接在電纜上的所有計算機接收。廣播式通信網絡主要用于局域網中。（2）點對點網絡。用點對點方式將各臺計算機或網絡設備連接起來的網絡。點對點通信方式通常用于城域網和廣域網中。5.按管理模式分類（1）集中式網絡管理模式集中式網絡管理模式是在網絡系統中設置專門的網絡管理節點。管理軟件和管理功能主要集中在網絡管理節點上，網絡管理節點與被管理節點是主從關系。集中式網絡管理模式特點如下：①便于集中管理。②管理信息集中匯總到管理節點上，信息流擁擠。③管理節點發生故障會影響全網的工作。④管理設備需具有強大的數據功能和大量存儲空間，價格較為昂貴。圖1-5-11

集中式網絡管理模式5.按管理模式分類（2）分布式網絡管理模式分布式網絡管理模式將地理上分布的網絡管理客戶機與一組網絡管理服務器交互作用，共同完成網絡管理的功能。分布式網絡管理模式特點如下：①不會因一臺管理設備故障影響整個網絡的管理，穩定性更高。②網絡中各節點之間互相連接，信息可通過多條線路匯聚，傳輸速率更有保障。③不利于集中管理。圖1-5-12

分布式網絡管理模式5.按管理模式分類（3）分層式網絡管理模式分層式網絡管理模式是在集中式管理中的管理站和代理間增加一層或多層管理實體，即中層管理站，從而使管理體系層次化。分層式網絡管理模式特點如下：①不依賴于單一的系統。②網絡管理分散。③每一層的網絡管理只負責有限的網絡對象，大大減輕了網絡管理的負擔。④多個系統來管理網絡，不再有管理整個網絡的一個集中地點，可能會給數據采集造成一定的困難。圖1-5-13

分層式網絡管理模式6.按使用范圍分類（1）公用網公用網是電信公司的網絡，個人繳費即可使用。比如：電信網、廣電網、聯通網等。（2）專用網專用網是為某個部門或單位的工作需要建立起來的網絡，僅供單位內部使用。比如：學校組建的校園網、由企業組建的企業網（鐵路通信網、電力通信網、公安通信網）等。感謝聆聽單元2數據通信基礎2.1

數據通信的基礎知識理解并掌握數據通信系統的概念。理解信息、數據、信號的概念，明確三者之間的關系。掌握數據信道的概念、分類以及相關性能指標。理解數據通信的主要技術指標特征。能夠明確區分帶寬與寬帶。能夠梳理出數據通信系統的一般結構圖。學習目標內容梳理通信是指在兩點或多點之間通過通信系統進行信息交換的過程。數據通信不同于傳統的通信方式，它是伴隨著計算機技術和現代通信技術發展起來的，具有廣闊的發展前景。數據通信的定義是依照通信協議，利用數據傳輸技術在兩個功能單元之間傳遞數據信息。（一）數據通信系統基本結構數據通信系統基本結構由數據終端設備（DTE）、數據通信設備（DCE）和通信線路組成。數據通信的基本結構如圖所示。2.1.1數據通信系統基本概念1.數據終端設備DTEDTE（DataTerminalEquipment，數據終端設備）通常由輸入設備、輸出設備和輸入輸出控制器組成。DTE的功能有發送、接收數據，信息處理，差錯控制及數據格式轉換等。計算機、傳真機、卡片輸入機、磁卡閱讀器等都可作為數據終端設備使用。2.1.1數據通信系統基本概念2.數據通信設備DCEDCE(DataCircuitTerminatingEquipment，數據通信設備）也稱為數據電路端接設備，指在通信系統中提供建立、保持和終止聯接等功能的設備，用來連接DTE與傳輸介質之間的設備，為用戶提供入網的連接點。DCE的功能就是完成數據信號的變換。例如，調制解調器，在計算機數據通信中，DCE用RS-232接口，此接口可以使調制解調器和其他設備與計算機交換數據。傳真機計算機調制解調器1.信息信息是數據的內容和解釋，是對客觀事物屬性和特性的描述。2.數據人們為了將觀念世界的信息記載下來，便于存儲和傳播，必須將信息物理化，信息物理化之后表現形式，即信息的載體，稱為數據（Data）。數據可分為數字數據和模擬數據。3.信號信號是數據在傳輸過程中的表示形式，信號是數據的載體。數據需轉換為信道可識別的信號，才能在信道上傳輸。信號可分為模擬信號和數字信號。2.1.2信息、數據與信號信息、數據、信號三者的關系如圖所示。2.1.2信息、數據與信號1.信道信道是信號的傳輸媒質，可分為物理信道和邏輯信道。2.信道的分類信道按使用權限可分為專業信道和共用信道；信道按傳輸介質可分為有線信道、無線信道和衛星信道；信道按傳輸信號可分為模擬信道和數字信道。2.1.3數據信道信道按使用權限按傳輸信號按傳輸介質有線信道共用信道專業信道無線信道衛星信道模擬信道數字信道3.信道容量信道容量是指信道傳輸信息的最大能力，通常用信息速率來表示。4.信道的傳播延遲信號在信道中傳播，從信源端到達信宿端所需要的時間，這個時間稱為信道的傳播延遲（或時延）。2.1.3數據信道信源端信宿端信道時延5.信道帶寬信道帶寬是指信道所能傳送的信號頻率寬度，代表信道傳輸信息的能力。信道帶寬為最高頻率上限與最低頻率下限之差，單位用赫茲（Hz）表示。信道容量和信道帶寬是正比關系，帶寬越大，容量越大。6.寬帶與帶寬的區別2.1.3數據信道移動寬帶是上網的接入方式，指的是具備高通信速率和高吞吐量的計算機網絡，能夠滿足多媒體數據傳輸的要求。帶寬是指通信信道的寬度，即信道所能傳送的信號頻率寬度，代表信道傳輸信息的能力。在模擬信道中，帶寬指傳輸信道的最高頻率和最低頻率的差，單位為Hz。在數字信道中，人們常用數據傳輸速率（比特率）表示信道的傳輸能力（帶寬），即每秒傳輸的比特數，單位為bps。寬帶帶寬有效性和可靠性，是用來度量通信系統性能的重要指標。有效性通常用傳輸速率、信道容量、帶寬等指標來衡量；可靠性通常用誤碼率指標來衡量。2.1.4數據通信的主要技術指標有效性可靠性度量通信系統性能傳輸速率信道容量帶寬誤碼率1.傳輸速率傳輸速率有兩種表示方法，分別是比特率和波特率。（1）比特率比特率又稱為數據傳輸速率，是一種數字信號的傳輸速率，指的是單位時間內信道內傳輸的信息量。它表示單位時間內所傳送的二進制代碼的有效位（bit）數，單位為比特每秒，記為bps（bitspersecond）或bit/s、b/s。2.1.4數據通信的主要技術指標傳輸速率比特率波特率（2）波特率波特率是一種調制速率，也稱波形速率。它表示單位時間內（每秒）信道上實際傳輸信號碼元的個數。或者說，在數據傳輸過程中，線路上每秒鐘發生信號變化的次數就是波特率。其單位為波特（baud）。比特率與波特率的關系表示為：B=R/log2N其中B波特率，R比特率，N為電平數，log2N為實際傳輸信號碼元的個數。2.誤碼率誤碼率指的是數據通信系統在正常工作情況下，信息傳輸的錯誤率。誤碼率Pe表示為：Pe=Ne/N其中N是傳送的總位數，Ne是出錯的位數。3.吞吐量吞吐量指的是單位時間內，整個網絡能夠處理的信息總量，單位是字節/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。2.1.4數據通信的主要技術指標4.碼元和碼字計算機網絡傳送中的每一位二進制稱為“碼元”或“碼位”。由若干個碼元組成的序列，稱為“碼字”。2.1.4數據通信的主要技術指標1100001111000000001……碼元若干個碼元組成：碼字感謝聆聽單元2數據通信基礎2.2數據傳輸方式了解數據傳輸方式的分類。理解調制、解調概念以及基本調制方法。了解數字傳輸信號編碼方案。了解脈沖編碼調制PCM編碼過程。能區分單工、半雙工、全雙工通信方式。能區分并行傳輸、串行傳輸方式。能區分同步傳輸、異步傳輸方式。能區分基帶傳輸、頻帶傳輸、寬帶傳輸方式。學習目標內容梳理數據傳輸方式指的是數據在傳輸信道上傳遞的方式。1.按傳輸方向分為：單工通信、半雙工通信和全雙工通信。2.按傳輸數據位數（信號線多少）分為：并行傳輸和串行傳輸。3.按同步的方式分為：同步傳輸和異步傳輸。4.按信號頻率分為：基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸。2.2.1數據傳輸方式按傳輸方向按信號頻率按傳輸位數單工通信半雙工通信全雙工通信按同步方式并行傳輸串行傳輸同步傳輸異步傳輸基帶傳輸頻帶傳輸寬帶傳輸數據傳輸方式1.按傳輸方向分為：單工通信、半雙工通信和全雙工通信。（1）單工通信：數據傳輸是單向的，只能一方發送另一方接收，反之則不可以。例如：無線電廣播、遙控等屬于單工通信，計算機對輸出設備（如打印機或者顯示器）的通信也大都采用單工方式進行操作。2.2.1數據傳輸方式（3）全雙工通信：數據傳輸可以雙向同時進行。全雙工通信需要兩個信道，一個用來發送，一個用來接收。例如：常用的電話系統屬于全雙工通信。（2）半雙工通信：數據傳輸可以雙向進行，但只能交替進行，同一個時刻只能有一個方向傳輸數據。例如：傳統對講機等屬于半雙工通信。2.按傳輸數據位數（信號線多少）分為：并行傳輸和串行傳輸。（1）并行傳輸：指數據以成組的方式在多個并行信道上同時進行傳輸，每個比特使用單獨的一條線路，在數據設備內進行近距離傳輸（1米或數米之內）的過程。（2）串行傳輸：指數據一位一位地依次在一條信道上傳輸，傳輸按時間順序逐位傳輸的方式。2.2.1數據傳輸方式3.按同步的方式分為：同步傳輸和異步傳輸。（1）同步傳輸：在發送一組字符或數據塊之前，在其前面加入一個同步字節，同步字節后面的數據字符不需任何附加位，同步字節表示數據傳送的開始，發送端和接收端應先約定同步字節。在同步字節之后，可以連續發送任意多個字符或數據塊。發送數據完畢后，再使用同步字節，來標識整個發送過程的結束。2.2.1數據傳輸方式（2）異步傳輸：每一個字符按照一定的格式組成一個幀進行傳輸，即在一個字符（7位或8位）前加1個起始位，以表示字符碼的開始；在字符碼和校驗碼后面加1~2個停止位，表示字符結束。接收方根據起始位和停止位，來判斷一個新字符的開始，從而起到通信雙方的起止同步作用。4.按信號頻率分為：基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸。（1）基帶傳輸基帶信號是信源發出的、沒有經過調制的原始電信號。基帶信號直接在信道上進行傳輸的方式就是基帶傳輸。（2）頻帶傳輸頻帶信號是用載波對基帶信號進行調制后的信號。頻帶傳輸是將基帶信號調制為模擬信號后再進行傳輸，接收方需對信號進行解調還原為數字信號的過程。常用的頻帶調制方式有頻率調制、相位調制、幅度調制和調幅加調相的混合調制方式。2.2.1數據傳輸方式基帶信號模擬信號調制成頻帶調制頻率調制相位調制幅度調制調幅加調相的混合調制4.按信號頻率分為：基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸。（3）寬帶傳輸寬帶傳輸是指將信道分成多個子信道，分別傳送音頻、視頻和數字信號。可利用寬帶傳輸系統來實現聲音、文字和圖像的一體化傳輸，即“三網合一”（語音網、數據網和電視網合一）。寬帶傳輸與基帶傳輸相比有以下優點：2.2.1數據傳輸方式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。寬帶傳輸的距離比基帶遠。ABC4.按信號頻率分為：基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸。（4）局域網術語“10Base-T”“10Base-T”是雙絞線以太網，其中"10"表示信號的傳輸率為10Mbps；"Base"表示信道上傳輸的是基帶信號（即基帶傳輸）；"T"是英文Twisted-pair(非屏蔽雙絞線)的縮寫。2.2.1數據傳輸方式10Base-T表示信號的傳輸率為10Mbps表示信道上傳輸的是基帶信號Twisted-pair(非屏蔽雙絞線)的縮寫1.數據和信號進行變換的原因數據（無論模擬或數字）在傳輸過程中需要變換為適合于信道傳輸的信號形式才能傳輸。主要有以下幾個原因：2.2.2數據與信號變換技術010203信號是數據傳輸過程中的載體，要適應信道傳輸介質的傳輸特性。為提高傳輸質量，需優化信道編碼。可以提高信道資源利用率。2.信號變換技術信號變換主要通過“調制”和“編碼”技術實現。調制是根據消息信號的幅度去改變載波信號特性（幅度、頻率或者相位）的過程。編碼是信息從一種形式或格式，轉換為另一種形式的過程。解碼則是編碼的逆過程。2.2.2數據與信號變換技術3.數據的傳輸方式與編碼方式數據的傳輸方式：數字數據模擬傳輸，數字數據數字傳輸，模擬數據數字傳輸，模擬數據模擬傳輸。（二）數據的傳輸方式與編碼方式1.數字數據的數字傳輸數字信號傳輸時對信道編碼的基本要求是：不包含直流成分；碼型中應自帶同步時鐘信號；利于接收端提取用于位同步。常用的數字信號編碼：全寬碼（不歸零碼）、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。2.2.2數據與信號變換技術數字信號編碼全寬碼（不歸零碼）非全寬碼（歸零碼）單極性雙極性曼徹斯特差分曼徹斯特1.數字數據的數字傳輸（1）全寬碼（不歸零碼）全寬碼（不歸零碼（NRZ）），信號電平由0、1表示，并且在表示完一個碼元后，電壓不需回到0。一位碼元占一個單位脈沖的寬度。不歸零碼，又可分為單極性不歸零碼和雙極性不歸零碼。（a）單極性不歸零碼（b）雙極性不歸零碼2.2.2數據與信號變換技術1.數字數據的數字傳輸（2）雙相位編碼歸零碼（非全寬碼），用極性不同的脈沖分別表示二進制的“1”和“0”，在脈沖結束之后要維持一段時間的零電平。能夠自同步，但信息密度低。常用的歸零碼有“曼徹斯特編碼”和“差分曼徹斯特編碼”。①曼徹斯特編碼每個碼元均用兩個不同相位的電平信號表示，也就是一個周期的方波，但0碼和1碼的相位正好相反，即用正電壓的跳變為0；用負電壓的跳變為1。曼徹斯特編碼的缺點：信號碼元速率是數據速率的2倍，因此需要雙倍的傳輸帶寬，對信道容量要求高。②差分曼徹斯特編碼，保留了曼徹斯特編碼“自含時鐘編碼”的優點，仍將每比特中間的跳變作為同步時鐘，其不同之處在于：用碼元的起始處有無跳變來表示，通常規定有跳變時代表“0”，沒有跳變時代表“1”（所謂0跳1不跳）。2.2.2數據與信號變換技術（二）數據的傳輸方式與編碼方式2.數字數據模擬傳輸數字數據在模擬信道傳輸時，需先將數字數據信號轉換成模擬數據信號，這個過程稱為“調制”。“調制”的實質就是利用數字信號去控制載波的某個參數（幅度、頻率和相位）。在接收端，將模擬數據信號還原成數字數據信號的過程稱為“解調”，用到的設備稱為“調制解調器（MODEM）”。2.2.2數據與信號變換技術（二）數據的傳輸方式與編碼方式2.數字數據模擬調制有3種常見基本形式：振幅鍵控、移頻鍵控、移相鍵控。（1）振幅鍵控（ASK）傳輸：載波的振幅隨著數字信號變化而變化，當“1”出現時接通振幅為A的載波，“0”出現時關斷載波。（2）移頻鍵控（FSK）：載波的頻率隨著數字信號變化而變化。是用載波頻率附近的兩個不同頻率，來表示0和1二進制值。（3）移相鍵控（PSK）：載波的相位隨著數字信號變化而變化。通過改變載波信號的相位值來表示數字信號1，0的。2.2.2數據與信號變換技術（二）數據的傳輸方式與編碼方式3.模擬數據數字傳輸模擬數據要在數字信道上傳輸，需先進行模擬數據數字化處理，而將模擬數據數字化的主要方法有脈沖編碼調制PCM。PCM編碼過程為采樣、量化和編碼。2.2.2數據與信號變換技術模擬數據的數字化傳輸PCM編碼的三個步驟模擬數據數字化過程感謝聆聽單元2單元2數據通信基礎2.3數據信道復用技術了解多路復用技術原理。了解常見的信道復用技術的分類。理解各信道復用技術原理。學習目標內容梳理為提高信道資源利用率，降低通信成本，人們研究和發展出多路復用技術，即把多個信號組合起來在一條物理信道上進行傳輸，使一條物理信道變為多條邏輯信道，在遠距離傳輸時可大大節省電纜的安裝和維護費用。多路復用的基本原理：數據通信系統或計算機網絡系統中，傳輸媒體的帶寬或容量往往會大于傳輸單一信號的需求，為了有效地利用通信線路，希望一個信道同時傳輸多路信號，這就是所謂的多路復用技術(Multiplexing)。復用技術過程如圖所示。2.3.1多路復用技術原理2.3.2多路復用技術分類信道復用技術頻分復用技術時分復用技術波分復用技術碼分復用技術常見的信道復用技術有頻分復用技術、時分復用技術、波分復用技術、碼分復用技術。1.頻分復用技術頻分復用（FDM—FrequencyDivisionMultiplexing）將用于傳輸信道的總帶寬，劃分成若干個子頻帶（或稱子信道），每一個子信道傳輸一路信號。頻分復用屬于頻帶傳輸，需要用到調制解調技術。可用于模擬傳輸系統。2.3.2多路復用技術分類2.時分復用技術時分復用（TDM—TimeDivisionMultiplexing）就是將提供給整個信道傳輸信息的時間，劃分成若干時間片（簡稱時隙），并將這些時隙分配給每一個信號源使用，每一路信號在自己的時隙內，獨占信道進行數據傳輸。2.3.2多路復用技術分類3.波分復用技術波分復用（WDM–WavelengthDivisionMultiplexing）其本質上也是頻分復用。波分復用在光通信領域，專門用于光纖通信。2.3.2多路復用技術分類4.碼分復用技術碼分復用（CDM–CodeDivisionMultiplexing）又叫碼分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)，也是一種共享信道的方法。它是靠不同的編碼來區分各路原始信號的一種復用方式。碼分復用技術最初用于軍事通信，現已廣泛應用于民用移動通信和無線局域網。2.3.2多路復用技術分類5.復用器和分用器在發送端使用復用器，讓各信息合起來使用一個信道進行通信。在接收端使用分用器（解復用器），把合起來的信息分別送到相應的終點。2.3.2多路復用技術分類感謝聆聽單元2單元2數據通信基礎2.4

數據交換技術熟練掌握數據交換技術分類。清晰理解數據交換技術的工作特點、工作原理、典型應用和優缺點。學習目標內容梳理交換，從通信資源分配的角度看，是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源。數據交換技術（dataswitchingtechniques）是指在兩個或多個數據終端設備（DTE）之間，建立數據通信的暫時互連通路的各種技術。交換技術通常有：電路交換、報文交換、分組交換、信元交換。2.4數據交換技術數據交換技術電路交換存儲轉發交換信元交換報文交換分組交換數據報虛電路（一）電路交換電路交換（CircuitSwitching），也稱為線路交換。即在兩個工作站之間建立實際的物理連接，一旦通信線路建立，這對端點就獨占該條物理通道，直至通信線路被取消。電路交換典型應用：電話系統、公用電話交換網。2.4.1電路交換（一）電路交換電路交換是面向連接的，其通信過程需要經歷三個階段，如圖所示：電路建立階段；數據傳輸階段;拆除（釋放）電路連接階段。2.4.1電路交換（一）電路交換1.電路建立階段在通信雙方開始傳輸數據之前，必須建立一條端到端的物理線路。首先，由發送數據的一方發出連接請求，沿途經過的中間節點負責建立電路連接，并向下一個節點轉發連接請求，直到連接請求到達接收方。接收方如果同意建立連接，則沿原路返回一個應答，請求通信的發送方接收到應答后就建立了一個連接。建立連接的過程實際上就是電路資源的分配過程，就是在收發雙發之間分配了一定的帶寬資源，所以這個連接也稱為物理連接。2.4.1電路交換（一）電路交換2.數據傳輸階段成功建立了電路連接后，雙方就可以開始傳輸數據。該線路是被雙方獨占的，數據傳輸過程中不需要進行路徑選擇，數據在每個中間節點上沒有停留，直接向前傳遞，因此電路交換的傳輸延遲最短，一般沒有阻塞問題，除非有意外的線路或節點故障使電路中斷。而且電路交換是全雙工的，數據可以在已經建立好的物理線路上進行雙向傳輸。需要注意的是，一旦建立好電路連接后，即使雙方沒有數據傳輸，該線路也被雙方占用，不能再被其他站點使用。這是因為電路交換系統屬于資源與分配系統，一旦分配好了資源，不管有沒有數據在傳輸，都不能再被其他站點使用。這也正是電路交換的一個缺點，會造成帶寬資源的浪費。2.4.1電路交換（一）電路交換3.拆除（釋放）電路連接階段數據傳輸結束后，應該盡快拆除連接以釋放占用的帶寬資源。通信的任何一方都可以發出拆除連接的請求信號，拆除信號沿途經過各個中間節點，一直到達通信的另一方。釋放電路連接后，帶寬資源就可以分配給其他需要的站點。4.優缺點2.4.1電路交換專用信道（通信速率較高），數據傳輸迅速、可靠、不會丟失、有序，通信實時性強，時延很小，電路交換適用于數據傳輸量大、可靠性要求較高的情況。當建立了連接而雙方之間暫時沒有數據傳輸時，造成帶寬資源浪費，信道不共享，數據通信效率低，系統不具有存儲數據的能力。優點缺點存儲轉發交換可以分為“報文存儲轉發交換”與“分組存儲轉發交換”兩種方式。其中的分組存儲轉發交換方式，又可以分為“數據報”方式與“虛電路”方式。（二）報文交換報文交換采取“存儲—轉發”（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的兩個節點之間建立專用的物理線路，每一個節點接收整個報文（信息+地址），檢查目標節點地址，然后根據網絡中的交通情況在適當的時候轉發到下一個節點。經過多次的存儲——轉發，最后到達目標節點。2.4.2存儲轉發交換（二）報文交換2.4.2存儲轉發交換用戶可隨時發送報文，線路效率高，節點可實現報文的差錯控制及碼制轉換。實時性差，不適合傳送實時或交互式業務的數據優點缺點報文交換典型應用：電子郵件系統（E-mail）、電報。要求網絡中每個結點有較大的緩沖區，對交換節點的存儲量有較高要求。（三）分組交換分組交換也稱包交換，仍采用存儲轉發傳輸方式，但將一個長報文先分割為若干個較短的分組，然后把這些分組（攜帶源、目的地址和編號信息）逐個地發送出去。2.4.2存儲轉發交換分組交換的優缺點2.4.2存儲轉發交換限制分組的最大長度，降低了節點所需的存儲量；分組長度較短，在傳輸出錯時，檢錯容易并且重發花費的時間較少，因而提高交換速度；分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。分組在各結點存儲轉發時需要排隊，這就會造成一定的時延；優點缺點各分組可以獨立路由，選擇最佳路徑。（三）分組交換分組在網絡中傳輸，還可以分為兩種不同的方式：數據報和虛電路。數據報傳輸是一種面向無連接的傳輸方式；虛電路傳輸是一種面向連接的傳輸方式。數據報方式數據報方式，每個分組自身攜帶有足夠的信息（完整的地址信息），它的傳送是被單獨處理的。數據報分組交換的特點如下：2.4.2存儲轉發交換B同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過網絡；C同一報文的不同分組到達目的結點時可能出現亂序、重復與丟失現象；D每一個分組在傳輸過程中都必須帶有目的地址與源地址，增大了傳輸開銷；E數據報方式報文傳輸延遲較大，適用于突發性通信，不適用于長報文、會話式通信。A事先無需建立連接，提供的是一種無連接的服務；（三）分組交換虛電路方式虛電路交換在通信和網絡中，是由分組交換通信所提供的面向連接的通信服務。在兩個節點或應用進程之間建立起一個邏輯上的連接或虛電路后，就可以在兩個節點之間依次發送每一個分組，接收端收到分組的順序必然與發送端的發送順序一致，因此接收端無須負責在接收分組后重新進行排序。其通信過程：包括虛電路建立、數據傳輸和虛電路拆除三個階段。虛電路分組交換的特點如下：2.4.2存儲轉發交換B不會出現分組丟失、重復、紊亂的現象，有質量保證；C分組通過虛電路上的每個結點時，結點只需要做差錯檢測，不需要做路徑選擇；D同一條物理線路上可以建立多條虛電路；E適用于實時數據的傳送。A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；（四）信元交換ATM（AsynchronousTransferMode，異步傳輸模式）是一種信元交換和多路復用技術，是一種面向連接的交換技術。它采用信元（Cell）作為傳輸單位，信元具有固定長度，總共53字節，前5字節是信頭（Header），其余48字節是數據段。信元交換技術是一種快速分組交換技術，它綜合吸取了分組交換高效率和電路交換高速率的優點。2.4.3信元交換信頭（Header）數據段5字節48字節信元（53字節）（四）信元交換1.ATM模型（1）三個功能層：ATM物理層、ATM層和ATM適配層。（2）功能層的作用ATM物理層：利用通信線路的比特流傳送功能，實現ATM信元流的傳送。控制數據位在物理介質上的發送和接收，負責跟蹤ATM信號邊界，將ATM信元封裝成數據幀。ATM層：負責建立虛連接并通過ATM網絡傳送ATM信元。ATM適配層：主要任務是在上層協議處理所產生的數據單元和ATM信元之間，建立一種轉換關系，同時還要完成數據包的分段和組裝。2.典型應用（1）對帶寬要求高和對服務質量要求高的應用；（2）廣域網主干線。2.4.3信元交換四種交換方式的比較2.4.3信元交換感謝聆聽單元2單元2數據通信基礎2.5

數據傳輸的差錯檢測與校正了解數據出現差錯的原因。了解數據傳輸的差錯校驗方式。掌握奇偶校驗方法。掌握循環冗余校驗碼方法。學習目標內容梳理差錯控制，在數字通信中利用編碼方法對傳輸中產生的差錯進行控制，以提高數字消息傳輸的準確性。為了確保無差錯地傳輸，必須具有檢錯和糾錯的功能。數據傳輸中出現差錯有多種原因，一般分成內部因素和外部因素：內部因素有噪音脈沖、脈動噪音、衰減、延遲失真等；外部因素有電磁干擾、太陽噪音、工業噪音等。2.5.1數據出現差錯的原因內部因素噪音脈沖、脈動噪音、衰減、延遲失真等外部因素電磁干擾、太陽噪音、工業噪音等2.5.2常見校驗方式常見校驗方式奇偶校驗循環冗余碼校驗1.奇偶校驗奇偶校驗是一種校驗代碼傳輸正確性的方法。根據被傳輸的一組二進制代碼的數位中“1”的個數，是奇數或偶數來進行校驗。采用奇數的稱為奇校驗，反之，就稱為偶校驗。采用何種校驗是事先規定好的，通常設置校驗位，用它約定代碼中“1”的個數為奇數或偶數。采用奇偶校驗時，若其中兩位同時發生跳變，則會發生沒有檢測出錯誤的情況。奇偶校驗1.奇偶校驗采用奇偶校驗時，若其中兩位同時發生跳變，則會發生沒有檢測出錯誤的情況。1）校驗方法奇校驗：就是讓原有數據序列中（包括要加上的一位）1的個數為奇數。如1000110（0），必須添0，這樣原來有3個1已經是奇數了，所以添上0之后1的個數還是奇數。偶校驗：就是讓原有數據序列中（包括要加上的一位）1的個數為偶數。如1000110（1）必須加1，這樣原來有3個1要想1的個數為偶數，就只能添1了。奇偶校驗2.循環冗余碼校驗（CRC）循環冗余碼（CyclicRedundancyCode,CRC）又稱為多項式碼。CRC的工作方法是在發送端產生一個冗余碼，附加在信息位后面一起發送到接收端，接收端收到的信息按發送端形成循環冗余碼同樣的算法進行校驗，如果發現錯誤，則通知發送端重發。這種編碼對隨機差錯和突發差錯均能進行嚴格的檢查。循環冗余碼校驗（CRC）2.循環冗余碼校驗（CRC）CRC利用除法（模2除法）及余數的原理來作差錯檢測。在發送端，將要發送的原始數據比特序列當作一個多項式K(X)的系數，發送時雙方預先約定一個生成多項式G(X)，生成多項式的最高次冪即為循環冗余碼的位數，冗余碼位數為r，因此冗余碼（CRC碼）為R(X)=Xr*K(X)/G(X)，把冗余碼附加到原始數據多項式之后一同發送到接收端，即要發送的碼字為T(X)==Xr*K(X)+R(X)。接收端用接收到的數據除以同樣的G(X)，若余數為“0”，就表示接收的數據正確，若余數不為“0”，則表明數據在傳輸的過程中出錯。循環冗余碼校驗（CRC）2.循環冗余碼校驗（CRC）例題：待傳輸的原始數據比特序列為110011，生成多項式G(X)=X4+X，求要傳送的碼字以及冗余碼。（1）原始數據序列可表示為多項式K(X)=X5+X4+X+1，生成多項式G(X)的最高次冪為4，即循環冗余碼的位數r=4。因此冗余碼（CRC碼）為R(X)=X4*K(X)/G(X)=X4*(X5+X4+X+1)/(X4+X)=(X9+X8+X5+X4)/(X4+X)通過模2除法計算得知：冗余碼為1010，即R(X)=X3+X。（2）要發送的碼字：T(X)=Xr*K(X)+R(X)=X4*(X5+X4+X+1)+(X3+X)=X9+X8+X5+X4+X3+X即要發送的碼字為1100111010。循環冗余碼校驗（CRC）循環冗余校驗碼的檢錯能力有以下特點：循環冗余碼校驗（CRC）B可檢測出所有雙比特的錯誤；C可檢測出所有小于等于校驗位長度的連續錯誤；D以相當大的概率檢測出大于校驗位長度的連續錯誤。A可檢測出所有奇數個的錯誤；感謝聆聽單元3計算機網絡體系統結構3.1網絡協議和網絡體系結構

學習目標理解網絡協議的概念；了解網絡協議三要素；理解網絡體系結構的概念；理解實體、對等實體、協議、協議數據單元、接口、接口數據單元之間的關系。3.1內容梳理3.1.1網絡協議的概念1.網絡協議的概念

網絡協議也稱網絡通信協議，是計算機網絡中為進行數據通信而制定的通信雙方共同遵守的規則、標準或約定的集合。網絡通信協議主要由語法、語義、時序三個部分組成，稱為協議三要素。（1）語法語法：用于確定協議元素的格式，即數據與控制信息的結構或格式。（2）語義用于確定協議元素的類型，即需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。（3）時序規定了信息交流的次序，用于確定通信速度的匹配和時序，即事件實現順序的詳細說明。

通信協議三要素實際上規定了通信的雙方彼此之間怎樣交流、交流什么及交互順序等問題，人們形象地描述為：語法——怎么講?語義——講什么?時序——何時講?3.1.2.網絡體系結構的概念2.網絡體系結構的概念

網絡體系結構是網絡層次結構模型與各層協議的集合。網絡體系結構是為了完成計算機間的協同工作，把計算機間互聯的功能劃分成具有明確定義的層次，規定了同層次進程通信的協議及相鄰層之間的接口服務，下層為上層服務。

網絡體系結構是抽象的，而體系結構的實現是具體的能夠運行的軟件和硬件。計算機網絡的層次結構采用垂直分層模型表示。3.1.2.網絡體系結構的概念2.網絡體系結構的概念（1）網絡體系結構各層次關系①以功能作為劃分層次的基礎，且每層功能明確，相互獨立；②第N-1層為第N層提供服務；③第N層的實體實現自身功能的同時，直接使用第N-1層的服務，并通過第N-1層間接使用第N-1層以下各層的服務；④各層僅在相鄰層有接口，且所提供的具體實現對上一層完全屏蔽（2）計算機網絡體系結構采用分層模型的優點①各層功能相互獨立；②靈活性好；③各層對上層屏蔽下層的差異性；④易于實現和維護；⑤便于理解，有助于標準化。3.1計算機網絡協議和網絡體系結構

網絡通信協議的概念：是計算機網絡中為進行數據通信而制定的通信雙方共同遵守的規則、標準或約定的集合。應知應會

網絡協議三要素：語法、語義、時序。

網絡體系結構的概念，網絡體系結構各層次關系，計算機網絡體系結構采用分層模型的優點。3.1計算機網絡協議和網絡體系結構典型例題【例1】為網絡數據交換而制定的規則、約定與標準的集合稱為（）。A.網絡規則B.網絡協議C.網絡標準D.網絡安全B【例2】網絡協義三要素組成不包括（）。A.語感B.時序C.語法D.語義【解析】本題主要考查網絡協議的三要素。網絡協議三要素是語法、語義、時序（同步）。【解析】本題主要考查學生信對網絡協議的理解。為網絡數據交換而制定的規則、約定與標準的集合稱為網絡協議。A3.1計算機網絡協議和網絡體系結構典型例題【例3】網絡通信協議的層次結構有（

）特征。(多選)A.每一層都有規定有明確的任務和接口標準B.除最底層外，每一層都向上一層提供服務，又是下一層的用戶C.用戶的應用程序在應用層D.物理層線路在第二層，是提供服務的基礎E.上一層只需要知道下層提供什么樣的服務，不需要知道下層服務是如何實現的ABCD【解析】網絡體系結構分層的優點：各層之間是獨立的，某一層可以使用下一層提供的服務而不需要知道服務是如何實現的；靈活性好，相鄰層有接口，且所提供的具體實現對上一層完全屏蔽；當某一層發生變化時，只要其接口關系不變，則這層以上或以下均不受影響。感謝聆聽單元3計算機網絡體系統結構3.2OSI參考模型

學習目標了解網絡體系結構標準化建設經歷了兩個階段；理解OSI參考模型的層次劃分原則；理解并掌握OSI參考模型7層功能及其關系；理解OSI參考模型數據傳輸過程。3.2.內容梳理3.2.1網絡體系結構標準化建設經歷了兩個階段1.網絡體系結構標準化建設經歷了兩個階段（1）第一階段：各計算機制造廠商網絡結構標準化，缺點是，某公司的網絡體系結構只在一個公司范圍內有效。（2）第二階段：國際網絡體系結構標準化，開放系統互聯/參考模型（OSI/RM)，任何兩個遵守（OSI/RM)的系統都可以進行互聯。3.1.2.理解OSI參考模型的層次劃分原則2.理解OSI參考模型的層次劃分原則（1）網絡中所有節點都劃分為相同的層次結構。（2）不同節點的相同層次都有相同的功能。（3）同一節點內相鄰層之間通過接口進行通信。（4）不同節點的對等層之間通過協議進行通信。（5）相鄰層之間，下層為上層提供服務，同時上層使用下層提供的服務。3.1.3.OSI參考模型7層功能及其關系3.OSI參考模型7層功能及其關系

OSI參考模型是一種層次結構，它將整個網絡的功能劃分為七層，從低層到高層分別為：物理層數據鏈路層網絡層傳輸層會話層表示層應用層（1）0SI七層模型圖表：3.1.3.OSI參考模型7層功能及其關系（2）OSI參考模型各層功能：①物理層物理層的數據單元是比特（bit），它向下直接與傳輸介質相連接，向上服務于數據鏈路層，其任務是實現物理上互連系統間的信息傳輸。其主要功能是物理連接的建立、維持和釋放，利用傳輸介質為數據鏈路層提供連接。物理層屏蔽了具體的通信介質、通信設備和通信方式的差異，為數據鏈路層提供服務。物理層的基本功能是負責實際或原始的數據的數據“位”傳送，目的是在在數據終端設備（DTE）和數據通信設備（DCE）之間提供透明的比特流傳輸。物理層的四個特性：物理特性（機械特性）、電氣特性、功能特性、規程特性。物理特性：規定了物理連接時所使用可接插連接器的形狀和尺寸等。電氣特性：規定了物理連接上傳輸二進制比特流時線路上的信號電平高低、阻抗及傳輸速率與距離限制。功能特性：規定了物理接口上各條信號線的功能分配和確切定義。規程特性：定義了信號線進行二進制比特流傳輸時的一組操作過程，包括各信號線的工作規則和時序。3.1.3.OSI參考模型7層功能及其關系（2）OSI參考模型各層功能：②數據鏈路層數據鏈路層的數據單元是幀，它的任務是以物理層為基礎，為網絡層提供透明的、正確的和有效的傳輸線路，通過數據鏈路協議，實現對二進制數據正確、可靠的傳輸。數據鏈路的建立、拆除，數據的檢錯、糾錯是數據鏈路層的基本任務。數據鏈路層將本質上不可靠的傳輸介質變成可靠的傳輸通路提供給網絡層。在IEEE802.3協議中，數據鏈路層分成兩個子層：一是邏輯鏈路控制子層（LLC子層）；二是介質訪問控制子層（MAC子層）。數據鏈路層主要功能：幀的封裝與分解、鏈路管理、流量控制與順序控制、差錯控制、同步、透明傳輸和尋址、區分數據和控制信息等。數據鏈路層的設備有：網卡、網橋和交換機等。3.1.3.OSI參考模型7層功能及其關系（2）OSI參考模型各層功能：③網絡層網絡層的數據單元是數據包，它是OSI模型的第三層，負責向傳輸層提供服務，同時負責將網絡地址翻譯成對應的物理地址，它的主要任務是選擇合適的路由，使得發送方發出的分組能夠準確無誤地按照地址找到目的站點。網絡層的主要功能是路由選擇、流量控制、擁塞控制、傳輸確認、中斷、差錯及故障的恢復等。常見的設備有路由器、三層交換機。網絡層提供的服務有無連接和面向連接兩種類型，也稱為數據報服務和虛電路服務。路由選擇指網絡中的節點根據通信網絡的情況，按照一定的策略，選擇一條可用的傳輸路由，把信息發往目標。路由既可以選用網絡中固定的靜態路由表，也可以根據當前網絡的負載狀況，靈活為每一個分組決定路由。網絡層關系到通信子網的運行控制，是通信子網中最復雜、關鍵的一層。3.1.3.OSI參考模型7層功能及其關系（2）OSI參考模型各層功能：④傳輸層傳輸層也稱為運輸層，一般由通信子網以外的主機完成這一部分功能，是唯一負責源端到目的端對數據傳輸和控制的一層。傳輸層的數據單元是數據報，它是資源子網與通信子網的界面和橋梁。傳輸層下面三層（屬于通信子網）面向數據通信，上面三層（屬于資源子網）面向數據處理，是負責數據傳輸的最高一層；傳輸層位于高層和低層中間，起承上啟下的作用。傳輸層的主要功能是接收由會話層來的數據，將其分成較小的信息單位，經通信子網實現兩主機間端到端通信；提供建立、終止傳輸連接，實現相應服務；向高層提供可靠的透明數據傳送，具有差錯控制、流量控制及故障恢復功能。傳輸層的設備是網關。傳輸層的兩個主要作用：一是負責可靠的端到端通信，二是向會話層提供獨立于網絡的傳輸服務。3.1.3.OSI參考模型7層功能及其關系（2）OSI參考模型各層功能：⑤會話層會話是指在兩個會話用戶之間為交換信息而按照某種規則建立的一次暫時的連接。會話層具體實施服務請求者與服務提供者之間的通信，屬于進程間通信的范疇。會話層不參與具體的數據傳輸，但它對數據傳輸進行控制和管理，也對數據交換進行管理。會話層的主要功能是使應用建立和維持會話，對會話進行管理和同步，以及會話過程中的重新同步。⑥表示層表示層的作用是屏蔽不同計算機在信息表示方面的差異。表示層為應用層服務，主要處理不同系統被傳送數據的表示問題，解釋所交換數據的意義，進行數據壓縮、各種變換（如代碼、格式轉換等）。表示層的主要功能是語法轉換、傳送語法的選擇和表示層內對等實體間的建立連接、傳送、釋放等。3.1.3.OSI參考模型7層功能及其關系（2）OSI參考模型各層功能：⑦應用層應用層在OSI參考模型的頂層，直接面向用戶，是計算機網絡與最終用戶的界面。提供完成特定網絡功能服務所需要的各種應用協議。應用層的功能由相應的協議管