第二幸

計算機網(wǎng)絡體余結(jié)構(gòu)

業(yè)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

與n■網(wǎng)絡結(jié)合

7―_/

辦公室應用、互聯(lián)網(wǎng)

作業(yè)、數(shù)據(jù)服務器、

辦公室主機、服務器存儲器

(ERP、MES、PDM等)

控制網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

基于PC的控制器

可編程控制器(PLC)

-1

&電機，驅(qū)動設備、執(zhí)

行器

機器人技術(shù)VOV0

傳感器及其他輸入輸出設備

一控制層網(wǎng)絡

p_——設備層網(wǎng)絡

一信息層網(wǎng)絡(Ethernet)

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主要內(nèi)容

計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡通信基礎(chǔ)知識

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計算機網(wǎng)絡的概念

利用通信線路將具有獨立

功能的計算機連接起來而

形成的計算機集合，計算

機間可以借助通信線路傳

遞信息，共享軟件、硬件

和數(shù)據(jù)等資源

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計算機網(wǎng)絡應用舉例（1）

共享打印機等各種硬件設備

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計算機網(wǎng)絡應用舉例（2）

共享數(shù)據(jù)資源

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計算機網(wǎng)絡應用舉例（3）

共享應用程序

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0計算機網(wǎng)絡特點

計算機網(wǎng)絡建立在通信網(wǎng)絡的基礎(chǔ)之上

建立計算機網(wǎng)絡的目的

資源共享

在線通信

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計算機網(wǎng)絡分類

廣域網(wǎng)（WAN）

覆蓋的地理范圍：幾十公里到幾千公里

通常利用公用網(wǎng)絡進行組建

城域網(wǎng)（MAN）

覆蓋的地理范圍：幾十公里之內(nèi)

局域網(wǎng)（LAN）

覆蓋的地理范圍：有限范圍（如實驗室內(nèi)、大樓內(nèi)、

校園內(nèi)）

分為共享式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)

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計算機網(wǎng)絡基礎(chǔ)知識

拓撲結(jié)構(gòu)

協(xié)議

網(wǎng)絡的層次結(jié)構(gòu)

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拓撲結(jié)構(gòu)

總線型

星型

環(huán)型

樹型

混合型

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總線型網(wǎng)絡拓樸結(jié)構(gòu)

共享打印機

主機U族器）

工作站

終接器

位

工作站工作站工作站

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總線型的優(yōu)越性

一個節(jié)點失效不影響其他節(jié)點的工作

節(jié)點的增刪不影響全網(wǎng)的運行

(a)總線型局域網(wǎng)的計算機連接(b)總線型局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)

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星型網(wǎng)絡拓樸結(jié)構(gòu)

工作站工作站工作站

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環(huán)型網(wǎng)絡拓樸結(jié)構(gòu)

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環(huán)型的主要問題

環(huán)中某一位置的斷開將導致整個網(wǎng)絡癱瘓

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樹型網(wǎng)絡拓樸結(jié)構(gòu)

主機口掰潘，

工作站工作站

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混合型網(wǎng)絡拓樸結(jié)構(gòu)

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物理拓撲和邏輯拓撲

物理拓撲指網(wǎng)絡的幾何形狀，即通常意義上的拓

撲；而邏輯拓撲（邏輯總線、邏輯環(huán)）則指信息在通

信介質(zhì)中傳輸?shù)臋C制。

對特定網(wǎng)絡而言，其邏輯拓撲與物理拓撲不一定

相同。

=1=1

JELEQ

r一］王記魚ri

B_n

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計算機網(wǎng)絡基礎(chǔ)知識

拓撲結(jié)構(gòu)

協(xié)議

網(wǎng)絡的層次結(jié)構(gòu)

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協(xié)議

協(xié)議(protocol)是通信雙方為了實現(xiàn)通信

所進行的約定或所作的對話規(guī)則

河南機電富粵專科學松羅克布本自劭化實驗宦

協(xié)議的基本概念(1)

網(wǎng)絡協(xié)議的組成

語義：做什么(whattodo)

語法：怎么做(howtodo)

定時關(guān)系：何時做(whentodo)

網(wǎng)絡協(xié)議的優(yōu)劣直接影響網(wǎng)絡的性能

____河南機電富等專科學松羅克市本自劭化實除宦

協(xié)議的基本概念（2）

計算機網(wǎng)絡中存在有多種協(xié)議

協(xié)議之間的相互作用

為避免重復工作，每個協(xié)議應該處理沒有被其

他協(xié)議處理過的通信問題

協(xié)議之間可以共享數(shù)據(jù)和信息

河南機電裔等專科學林羅克韋本自劭也獎除宦

*?

協(xié)議分層

?為了減少協(xié)議設計的復雜性,大多數(shù)網(wǎng)絡

都按層(layer)或級(level)的方式來組織,

每一層都建立在它的下層之上。不同的網(wǎng)絡,

其層的數(shù)量、各層的名字、內(nèi)容和功能都不

盡相同。然而，在所有的網(wǎng)絡中，每一層的

目的都是向它的上一層提供一定的服務，而

把如何實現(xiàn)這一服務的細節(jié)對上一層加以屏

蔽。

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協(xié)議分層

?一臺機器上的第n層與另一臺機器上的第n層

進行對話。通話的規(guī)則就是第n層協(xié)議

(protocol)o

A不同機器里包含對應層的實體叫對等進程

(peer)o

?對等進程利用協(xié)議進行通信。

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協(xié)議分層

主機1主機2

4/5層接口

3/4層接口

2/3層接口

1/2層接口

圖2-13層、協(xié)議和接口

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協(xié)議分層

A點線表示虛擬通信,實線表示物理通信。

A接口定義下層向上層提供的原語操作和服務。

A一個清晰的接口可以使同一層能輕易地用一

種實現(xiàn)來替換另一種完全不同的實現(xiàn)。

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協(xié)議分層

?層和協(xié)議的集合被稱為網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)

(networkarchitecture)。

?某一系統(tǒng)所使用的協(xié)議列表，每層一個協(xié)議,

被稱為協(xié)議棧(protocolstack)。

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協(xié)議分層

源機器目的機器

圖2-14支持第5層虛擬通信的例子

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各層的設計問題

A每一層都需要識別發(fā)送方和接收方的機制

A數(shù)據(jù)傳送的規(guī)則（如：單工、雙工）

A差錯控制

A避免出現(xiàn)高速發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)過快，使低速

接收方難以應付的局面（流量控制）

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各層的設計問題

?報文分割、傳輸和重新組裝

＞多路復用和解多路復用(demultiplexing)

?路由選擇

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計算機網(wǎng)絡基礎(chǔ)知識

拓撲結(jié)構(gòu)

協(xié)議

網(wǎng)絡的層次結(jié)構(gòu)

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網(wǎng)絡的層次結(jié)構(gòu)（1）

層次劃分的目的

將網(wǎng)絡這個龐大的、復雜的問題劃分成若干較小的、

簡單的問題

層次劃分的原則

層內(nèi)功能內(nèi)聚

層間耦合松散

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網(wǎng)絡的層次結(jié)構(gòu)（2）

層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性

各層之間相互獨立

靈活性好

每層都可以采用最合適的實現(xiàn)技術(shù)

易于實現(xiàn)和維護

有利于網(wǎng)絡標準化

_____河南機電富等專科學松羅克韋本自劭化實除宦

層次劃分舉例

信件內(nèi)容:

■收/發(fā)信件人

■信件內(nèi)容

信封內(nèi)容：

■收/發(fā)信人的地址

■郵票

■信件內(nèi)容包在里面

■書寫格式嚴格

1口相:

■保存信封

■地址并標識

運送信件:

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開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI/RM）

1974年，IBM公司宣布推出系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)

SNAo

隨后，其他公司也相繼推出各自的體系結(jié)構(gòu)。

ISO于1977年研究實現(xiàn)各種計算機在世界范

圍內(nèi)互聯(lián)成網(wǎng)的標準框架，即開放系統(tǒng)互聯(lián)

參考模型。

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開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI/RM）

主機HOST中MM中M節(jié)點主機HOST

「---------——------------------廠---?--1

解眼應用感

［會知

仲?瓜體謂

網(wǎng)絡及川珞發(fā)

k?tt*S

物唯物鹿層

77Z/7Z///////////////

中網(wǎng)N點萬為主機體％介質(zhì)傳統(tǒng)介股他介川

則只住川仙三疑物漢

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m開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI/RM）

?OSI模型有7層，其分層原則如下：

?根據(jù)不同層次的抽象分層。

?每層應當實現(xiàn)一個定義明確的功能。

?每層功能的選擇應該有助于制定網(wǎng)絡協(xié)議的國際標

準。

?各層邊界的選擇應盡量減少跨過接口的通信量。

?層數(shù)應足夠多，以避免不同的功能混雜在同一層中,

但也不能太多，否則體系結(jié)構(gòu)會過于龐大。

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OSI參考模型

?物理層(physicallayer)

?定義終端之間的電氣、機械等特性和標準

包括電壓、頻率、數(shù)據(jù)速率、最大傳輸距離、

物理連接器等屬性。

河南機電裔等專科學林羅克韋本自劭也獎除宦

,5

OSI參考模型

?物理層(physicallayer)這里的典型問題是

用多少伏特電壓表示“1”，多少伏特電壓表

示“0、一個比特持續(xù)多少微秒；傳輸是否

在兩個方向上同時進行；最初的連接如何建

立和完成通信后連接如何終止；網(wǎng)絡接插件

有多少針以及各針的用途。這里的設計主要

是處理機械的、電氣的和過程的接口，以及

物理層下的物理傳輸介質(zhì)等問題。

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OSI參考模型

?數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)

?在物理線路上提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

?有關(guān)物理地址、網(wǎng)絡拓撲、線路規(guī)劃、差錯

報告、數(shù)據(jù)幀有序傳輸、流量控制。

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,5

OSI參考模型

?數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)的主要任務是

加強物理層傳輸原始比特的功能，使之對網(wǎng)

絡層顯現(xiàn)為一條無錯線路。數(shù)據(jù)鏈路層要解

決由于幀的破壞、丟失和重復所出現(xiàn)的問題;

流量調(diào)節(jié)和出錯處理問題；線路使用權(quán)的競

爭問題；對共享信道訪問的控制問題。

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OSI參考模型

?網(wǎng)絡層(networklayer)

?在網(wǎng)絡結(jié)點間提供路由選擇和數(shù)據(jù)交換

等操作，為傳輸層提供整個網(wǎng)絡范圍內(nèi)兩

個終端用戶之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐贰?/p>

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OSI參考模型

?網(wǎng)絡層(networklayer)關(guān)系到子網(wǎng)的運行

控制。一個關(guān)鍵問題是確定分組從源端到目

的端如何選擇路由。擁塞控制和記賬功能也

屬于網(wǎng)絡層的范圍。網(wǎng)絡層必須使異種網(wǎng)絡

能夠互聯(lián)。

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OSI參考模型

?傳輸層(transportlayer)

?為數(shù)據(jù)的傳輸提供服務，對上層屏蔽傳輸細

-+4-

|Jo

?把數(shù)據(jù)分段并組裝成數(shù)據(jù)流。

?數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

?建立、維護和有序地中斷虛電路，傳輸差錯

校驗和恢復，信息流控制機制。

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,5

OSI參考模型

?傳輸層(transportlayer)的基本功能是從會

話層接收數(shù)據(jù)，并且在必要時把它分成較小

的單元，傳遞給網(wǎng)絡層，并確保到達對方的

各段信息正確無誤，而且，這些任務都必須

高效率地完成。從某種意義上講，傳輸層使

會話層不受硬件技術(shù)變化的影響。傳輸層能

使多路復用對會話層透明。

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OSI參考模型

傳輸層是真正的從源到目標“端到端”的層。

1層?3層是鏈接起來的，4層?7層是端到端

的。

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OSI參考模型

?會話層(sessionlayer)

?建交、管理和終止應用程序之間的會話。

?為表示層服務，管理表示層之間的數(shù)據(jù)交換、

會話間的同步。

?報告會話層、表示層和應用層中產(chǎn)生的錯誤。

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OSI參考模型

?會話層(sessionlayer)服務之一是管理對話,

另一種會話服務是同步(synchronization)。

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OSI參考模型

?表示層(presentationlayer)

?負責不同數(shù)據(jù)表示格式之間的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換。

?保證一個系統(tǒng)應用層發(fā)出的信息能被另一個

系統(tǒng)的應用層讀出。

_____河南機電富等專科學松羅克韋本自劭化實除宦

,5

OSI參考模型

?表示層(presentationlayer)以下的各層只關(guān)

心可靠地傳輸比特流，而表示層關(guān)心的是所

傳輸?shù)男畔⒌恼Z法和語義。表示層服務的一

個典型例子是用一種大家一致同意的標準方

法對數(shù)據(jù)編碼。

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OSI參考模型

?應用層(applicationlayer)

?為用戶的應用程序提供網(wǎng)絡服務，不為下層

服務，如：字處理程序等。

?識別并證實目的通信方的可用性，協(xié)同應用

程序間的工作同步。

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OSI參考模型

?應用層(applicationlayer)：網(wǎng)絡虛擬終端

(networkvirtualterminal),另一個應用層功

能是文件傳輸。

河南機電裔等專科學林羅克韋本自劭也獎除宦

層次結(jié)構(gòu)模型中數(shù)據(jù)的傳送過程

河南機電富等專科學松羅克布本自劭化實驗宦

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

AP2

5

傳輸層報文再傳送到網(wǎng)絡層4

加上網(wǎng)絡層首部，成為IP數(shù)據(jù)報（或分組）3

2

1

Q

河南機電密等專科學假羅克布本自幼化實臉宦

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

河南機電密等專科學假羅克布本自幼化實臉宦

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

河南機電裔母專科學松羅克帝爾自劭化實臉宦

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

河南機電裔母專科學松羅克帝爾自劭化實臉宦

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

河南機電裔母專科學松羅克帝爾自劭化實臉宦

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

河南機電裔母專科學松羅克帝爾自劭化實臉宦

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

河南機電裔母專科學松羅克帝爾自劭化實臉宦

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟?/p>

計算機1計算機2

APi應用層首部應用數(shù)據(jù)AP2

傳輸層首部

應用數(shù)據(jù)5

H5

網(wǎng)絡層首部

4，鏈降層\程序數(shù)據(jù)4

鏈路層

首部

3^3程序數(shù)據(jù)尾部3

2

H2H3H4H應用程序數(shù)據(jù)

10100110100101比特流1101011101011

Q

河南機電裔母專科學松羅克帝爾自劭化實臉宦

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

河南機電密等專科學假羅克布本自幼化實臉宦

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

河南機電密等專科學假羅克布本自幼化實臉宦

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

河南機電密等專科學假羅克布本自幼化實臉宦

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

河南機電裔母專科學松羅克帝爾自劭化實臉宦

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

■整個過程中的最關(guān)鍵的概念是：雖然數(shù)據(jù)的

實際傳輸方向是垂直的，但每一層在編程時

卻好像數(shù)據(jù)一直是水平傳輸?shù)摹?/p>

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協(xié)議、服務和服務訪問點

服務——是各層向它上層提供的一組原語

（操作）。盡管服務定義了該層能夠代表它

的上層完成的操作，但絲毫也未涉及這些操

作是如何完成的。服務定義了兩層之間的接

口，上層是服務用戶，下層是服務提供者。

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,5

協(xié)議、服務和服務訪問點

協(xié)議——是定義同層對等實體之間交換的

幀、分組和報文的格式及意義的一組規(guī)則。

實體利用協(xié)議來實現(xiàn)它們的服務定義。只

要不改變提供給用戶的服務，實體可以任

意地改變它們的協(xié)議。這樣，服務和協(xié)議

就被完全分離開來。

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協(xié)議、服務和服務訪問點

協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對等層次實

體之間通信的規(guī)則。

服務是“垂直的”，即服務是由下層向上層通

過層間接口提供的。

同一系統(tǒng)相鄰兩層的實體進行交互的地方，稱

為服務訪問點SAP(ServiceAccessPoint)o

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協(xié)議、服務和服務訪問點

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面向連接服務與無連接服務

面向連接月艮務(connection-oriented)

面向連接服務具有連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接

釋放這三個階段。

無連接月艮務(connectionless)

兩個實體之間的通信不需要先建立好連接。

是一種不可靠的服務。這種服務常被描述為

“盡最大努力交付"(besteffortdelivery)或

“盡力而為”。

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面向連接與無連接服務

表2-1各種服務形式的總結(jié)

連接類型服務類型應用舉例

可靠的消息流頁碼序列

面向連接的服

可靠的字節(jié)流遠程登錄

務

不可靠的連接數(shù)字化的聲音

電子方式的函

不可靠的數(shù)據(jù)報

件

無連接的服務

有確認的數(shù)據(jù)報掛號郵件

問答數(shù)據(jù)查詢

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現(xiàn)場總線模型

信件內(nèi)容:

■收/發(fā)信件人

■信件內(nèi)容

信封內(nèi)容：

■收/發(fā)信人的地址

■郵票

■信齊內(nèi)容包在里面

■書寫格式嚴格

信箱:

■保存信封

■地址并標識

運送信件:

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TCP/IP體系結(jié)構(gòu)

TCP/IP協(xié)議是工業(yè)標準或“事實標準”。能無縫

隙地連接多個網(wǎng)絡的能力是其一開始就確定的

主要設計目標。

TCP/IP協(xié)議主要特點：

1.開放的協(xié)議標準，可以免費使用。

2.可運行于局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)中。

3.統(tǒng)一的網(wǎng)絡地址分配方案。

4.標準化的高層協(xié)議。

_____河南機電富等專科學松羅克韋本自劭化實除宦

L_______FW

,.QTCP/IP四層協(xié)議的表示方法

主機A

z±Z

4應用層路由器

3傳輸層/

2網(wǎng)際層網(wǎng)際層

1網(wǎng)絡網(wǎng)絡

接口層接口層/

網(wǎng)絡1網(wǎng)絡2

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TCP/IP參考模型

互聯(lián)網(wǎng)層/網(wǎng)際層(internetlayer)：

?它的功能是使主機可以把分組發(fā)往任何網(wǎng)絡

并使分組獨立地傳向目標(可能經(jīng)由不同的

網(wǎng)絡)。分組到達的順序和發(fā)送的順序可能

不同，如需按順序發(fā)送及接受，高層必須對

分組排序。

A互強網(wǎng)層定義了正式的分組格式和協(xié)議，即

IP協(xié)議(internetprotoco1)。

?分組路由和避免阻塞是這里主要的設計問題。

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TCP/IP參考模型

L在模型

j中不存在

圖248TCP/IP參考模型

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TCP/IP參考模型

?傳輸層(transportlayer)

?兩個端到端的協(xié)議。第一個是傳輸控制協(xié)議

TCP(transmissioncontrolprotocol)。它是一

個面向連接的協(xié)議，允許從一臺機器發(fā)出的

字節(jié)流無差錯地發(fā)往互聯(lián)網(wǎng)上的其它機器。

它還需要處理流量控制問題。

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TCP/IP參考模型

?第二個協(xié)議是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議Uf(user

datagramprotocol)。它是一個不可靠的、無

連接協(xié)議，用于不需要TCP的排序和流量控

制能力而是自己完成這些功能的應用程序。

它也被廣泛地應用于只有一次的、客戶機-服

務器模式的請求-應答查詢，以及快速遞交比

準確遞交更重要的應用程序。

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TCP/IP參考模型

層（osi）

TELNETFTPSMTPDNS應用

TCPUDP傳輸

IP互聯(lián)網(wǎng)

ARPANETSATNET分緞無歿網(wǎng)LAN物理+

數(shù)據(jù)捱路

圖2-19TCP/IP模型中的協(xié)議與網(wǎng)絡

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TCP/IP參考模型

?應用層(applicationlayer)：

其功能是向用戶提供一組常用的應用層協(xié)議。

?最早引入的是虛擬終端協(xié)議(TELNET)＞文件傳輸

協(xié)議(FTP)和電子郵件協(xié)議(SMTP)；近年來增加

的有域名系統(tǒng)服務DNS(domainnameservice),

NNTP協(xié)議，HTTP協(xié)議。

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TCP/IP參考模型

?主機至網(wǎng)絡層

這個協(xié)議末被定義，并且隨主機和網(wǎng)絡的不

同而不同。

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TCP/IP協(xié)議棧

應用層TelnetFTPSMTPDNSSNMP

傳輸層TCPUDP

IGMPICMP

互聯(lián)層[?IP

ARP

TokenFrame

網(wǎng)絡接口層EthernetATM

RingRelay

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OSI與TCP/IP的比較

OSITCP/IPTCP/IP的三個服務層次

,5

OSI與TCP/IP的比較

?它們都是基于獨立的協(xié)議棧的概念。而且層的功

能也大體相似。傳輸層及傳輸層以上的層都為希望

通信的進程提供端到端的、與網(wǎng)絡無關(guān)的傳輸服務。

AOSI模型有3個主要概念：（1）服務；（2）接口;

（3）協(xié)議。

＞可能OSI模型的最大貢獻就是使這3個概念之間的區(qū)

別明確化了。

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OSI與TCP/IP的比較

?每一層都為它上面的層提供一些服務。服務定義

該層做些什么，而不管上面的層如何訪問它或該

層如何工作。某一層的接口告訴上面的進程如何

訪問它。它定義需要什么參數(shù)以及預期結(jié)果是什

么樣的。同樣，它也和該層如何工作無關(guān)。

A最后，某一層中使用的對等協(xié)議是該層的內(nèi)部事

務。它可以使用任何協(xié)議，只要能完成工作（例

如提供承諾的服務）。也可以改變使用的協(xié)議而

不會影響到它上面的層。

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OSI與TCP/IP的比較

A以面向?qū)ο蟮木幊虨槔M行理解：這些方

法的語義定義該對象提供的服務；方法的

參數(shù)和結(jié)果就是對象的接口；對象內(nèi)部的

代碼即是它的協(xié)議。

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,5

OSI與TCP/IP的比較

?TCP/IP參考模型最初沒有明確區(qū)分服務、

接口和協(xié)議，例如，互聯(lián)網(wǎng)層提供的真正

服務只是發(fā)送IP分組(SENDIPPACKET)

和接收IP分組(RECEIVEIPPACKET)。

因此，OSI模型中的協(xié)議比TCP/IP參考模

型的協(xié)議具有更好的隱藏性，在技術(shù)發(fā)生

變化時能相對比較容易地替換掉。最初把

協(xié)議分層的主要目的之一就是能做這樣的

替換。

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,5

OSI與TCP/IP的比較

?OSI參考模型產(chǎn)生在協(xié)議發(fā)明之前。這意味

著該模型沒有偏向于任何特定的協(xié)議，因

此非常通用。不利的方面是設計者在協(xié)議

方面沒有太多的經(jīng)驗，因此不知道該把哪

些功能放到哪一層最好。

?TCP/IP卻正好相反。首先出現(xiàn)的是協(xié)議，

模型實際上是對已有協(xié)議的描述。不會出

現(xiàn)協(xié)議不能匹配模型的情況。唯一的問題

是該模型不適合于任何其它協(xié)議棧。

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OSI與TCP/IP的比較

AOSI模型有7層，而TCP/IP模型只有4層。

AOSI模型在網(wǎng)絡層支持無連接和面向連接的

通信，但在傳輸層僅有面向連接的通信。

>TCP/IP模型在網(wǎng)絡層僅有一種通信模式

（無連接），但在傳輸層支持兩種模式，

給了用戶選擇的機會。

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OSI與TCP的簡單比較總結(jié)

共同點

層次化的結(jié)構(gòu)

OSI的主要問題

定義復雜

實現(xiàn)困難

有些功能在每一層重復出現(xiàn)

效率低下

TCP/IP的主要問題

網(wǎng)絡接口層并不是實際的一層

各層的功能定義與實現(xiàn)方法沒能區(qū)分開來等

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2.4網(wǎng)絡的傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡中連接收發(fā)雙方的物理

通路，也是通信中實際傳送信息的載體。

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網(wǎng)絡的傳輸介質(zhì)

電話線光導纖維電纜

同軸電纜無線

雙絞線衛(wèi)星通信

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傳輸介質(zhì)

a）同軸電纜b）非屏蔽雙絞線

c）屏蔽雙絞線d）光纜

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2.4網(wǎng)絡的傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)的特性對網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)通信質(zhì)量

影響很大，這些特性主要包括：

A物理特性：傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述；

?傳輸特性：傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬信號

以及調(diào)制技術(shù)、傳輸容量、傳輸?shù)念l率范圍；

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2.4網(wǎng)絡的傳輸介質(zhì)

A連通特性：允許點-點或多點連接；

A地理范圍：傳輸介質(zhì)最大傳輸距離；

A抗干擾性：傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干

擾對傳輸數(shù)據(jù)影響的能力；

A相對價格：器件、安裝與維護費用。

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L__FW傳輸介質(zhì)

介質(zhì)類型

連接器類型

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非屏蔽雙絞線和RJ?45連接器

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屏蔽雙絞線

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雙絞線的主要特性

?物理特性：雙絞線由按規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)排列的兩根或四

根絕緣線組成。一對線可以作為一條通信線路，各個線

對螺旋排列的目的是使各線對之間的電磁干擾最小。

?傳輸特性：雙絞線最普遍的應用是語音信號的模擬傳

輸。在一條雙絞線上使用頻分多路復用(multiplexing)

技術(shù)可以進行多個音頻通道的多路復用。

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,5

雙絞線的主要特性

?連通性：雙絞線可以用于點-點連接，也可

用于多點連接。

?地理范圍：雙絞線用作遠程中繼線時，最

大距離可達15km；用于1OMb/s局域網(wǎng)時，

與集線器的距離最大為100m（單網(wǎng)段）。

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雙絞線的主要特性

?抗干擾性：雙絞線的抗干擾性取決于一束線中相

鄰線對的扭曲長度及適當?shù)钠帘巍Ｔ诘皖l傳輸時,

其抗干擾能力相當于同軸電纜。在10?100kHz時,

其抗干擾能力低于同軸電纜。

?價格：價格低，并且安裝、維護方便。

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雙絞線總結(jié)

線間干擾較小、價格便宜、易于安裝

可傳輸模擬信號，也可傳輸數(shù)字信號

〃在電話系統(tǒng)中，用于傳輸模擬信號

〃在計算機網(wǎng)絡中，用于傳輸數(shù)字信號，常用8芯無

屏蔽雙絞線(UTP)通常的傳輸距離為100m

如Cat3(10Mbps)和Cat5(100Mbps)

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傳輸介質(zhì)

?：?雙絞線A

?：?同軸電纜A

?：?光纜1>

?：?無線傳輸

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同軸電纜

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同軸電纜連接器類型

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同軸電纜的主要特性

?物理特性：同軸電纜由內(nèi)導體（電纜銅

芯）、絕緣層、外導體（銅網(wǎng)）及外部保

護層（外絕緣層）組成。同軸介質(zhì)的特性

參數(shù)由內(nèi)、外導體及絕緣層的電參數(shù)和機

械尺寸決定。

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同軸電纜的主要特性

?傳輸特性：基帶同軸電纜一般僅用于數(shù)字數(shù)據(jù)

信號傳輸。寬帶同軸電纜可以使用頻分多路復用

方法，支持多路傳輸。只用于一條通信信道的高

速數(shù)字通信，此時稱之為單通道寬帶。特征阻抗,

50Q,Ethernet使用，基帶傳輸，10Mb/s；75Q,

CATV使用，模擬信號傳輸，400MHz,使用頻

分多路復用FDM(frequency-divisionmultiplexing)

技術(shù)，也可以傳輸數(shù)字信號。

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同軸電纜的主要特性

?連通性：支持點一點連接，也支持多點連接。

寬帶同軸電纜可支持數(shù)千臺設備的連接；基帶同

軸電纜可支持數(shù)百臺設備的連接。

?抗干擾性：它的結(jié)構(gòu)使得它的抗干擾能力較強,

遠高于雙絞線，適于工業(yè)應用場合。

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同軸電纜的主要特性

?地理范圍：基帶同軸電纜最大距離

限制在幾公里范圍內(nèi)，而寬帶同軸電

纜最大距離可達幾十公里。

?價格：同軸電纜造價介于雙絞線與

光纜之間，維護方便。

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同軸電纜總結(jié)

常用的同軸電纜有兩種：

?50Q同軸電纜

尸50Q同軸電纜用于數(shù)字信號傳輸，目前基

本已被雙線線所替代

?75Q同軸電纜

>75Q同軸電纜用于模擬信號傳輸，目前主

要用于電視信號的傳輸

A由于75Q同軸電纜的帶寬極寬，所以，也

被用于城域網(wǎng)，如有線通

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傳輸介質(zhì)

雙絞線

同軸電纜

光纜

無線傳輸

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光奸產(chǎn)包房

嬴

螭號fI驅(qū)楣詞一嫖*兩國f麗卜電的

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光纜連接器類型一ST與SC

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光纖的主要特性

?物理特性：光纖是一種直徑為50?lOOjim

的柔軟、能傳導光波的介質(zhì)，各種玻璃和塑

料可以用來制造光纖，其中用超高純度石英

玻璃纖維制作的光纖可以得到最低的傳輸損

耗。在折射率較高的單根光纖外面用折射率

較低的包層包裹起來，就可以構(gòu)成一條光纖

通道，多條光纖組成一束就構(gòu)成光纖電纜。

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光纖的主要特性

?傳輸特性：光導纖維通過內(nèi)部的全反射

來傳輸一束經(jīng)過編碼的光信號。光纖傳輸

速率可達幾千Mb/s。單模光纖是指光纖的

光信號僅與光纖軸成單個可分辨角度的單

光纖傳輸，而多模光纖的光信號與光纖軸

成多個可分辨角度的多光線傳輸。單模光

纖性能優(yōu)于多模光纖。

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光纖的主要特性

?連通性：普遍采用點-點方式，在某些實

驗系統(tǒng)中也采用多點連接方式。

?地理范圍：光纖信號衰減極小，它可以

在6?8km距離內(nèi)不使用中繼器，實現(xiàn)高速

率數(shù)據(jù)傳輸。

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光纖的主要特性

?抗干擾性：光纖不受外界電磁干擾與噪

聲的影響，能在長距離、高速率傳輸中保

持低誤碼率。雙絞線典型的誤碼率在［0-5?

止之間，基帶同軸電纜為止，寬帶同軸

電纜為止，而先纖誤碼率可以低于10-Q

光纖傳輸?shù)陌踩耘c保密性極好。

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光纖的主要特性

?價格：目前光纖價格高于同軸電纜與雙

絞線。由于光纖具有低損耗、寬頻帶、高

數(shù)據(jù)傳輸速率、低誤碼率、安全保密性好

等特點，因此，它是一種最有前途的傳輸

介質(zhì)。

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光纜總結(jié)

?多模光纜：通過光的折射在光纖中傳

輸，S巨離2km

?單模光纜：直線傳輸，距離10km

光傳輸系統(tǒng)包括：

光源、傳輸介質(zhì)（光纖）、光檢測器

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光纜相對銅纜的特性

帶寬高距離遠損耗低重量輕

無電磁干擾防竊聽

端口設備價格高

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傳輸介質(zhì)

雙絞線

同軸電纜

光纜

?無線傳輸

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無線通信信道的主要特性

A微波通信

A紅外通信

?激光通信

?衛(wèi)星通信（特殊的微波通信系統(tǒng)）

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無線通信信道的主要特性

A微波通信——工作頻率為109?IOIOHZ,局

域網(wǎng)絡可直接利用微波收發(fā)機進行通信，或

作中繼接力，擴大傳輸距離。

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無線通信信道的主要特性

A紅外線——工作頻率為IO"?1014Hz,通

過發(fā)送或接收信號調(diào)制的非相干紅外線，

即可形成一條通信鏈路。只要收發(fā)機處在

視線內(nèi)，就可以準確地進行通信，方向性

很強，幾乎不受干擾，中間不允許有障礙

物。

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無線通信信道的主要特性

?激光——工作頻率為IO】，?ioi5Hz,用調(diào)

制解調(diào)的相干激光，實現(xiàn)激光通信。（與

紅外線一樣不能傳輸模擬信號。）

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數(shù)傳電臺

傳輸距離：天線的高度、類型和信號強度

?傳輸可靠性：障礙物

傳輸正確性：氣象條件

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衛(wèi)星通信

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網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的選擇

構(gòu)建一個網(wǎng)絡（系統(tǒng)），選擇傳輸介質(zhì)時應考慮:

A網(wǎng)絡拓撲

A網(wǎng)絡連接方式

A網(wǎng)絡通信量

A系統(tǒng)的可靠性要求

?要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型

A網(wǎng)絡覆蓋的地理范圍

A節(jié)點間的距離

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OSI模型各層功能——物理層

?物理層是指在傳輸介質(zhì)之上為數(shù)據(jù)鏈路層提供

一個原始比特流的物理連接。物理層的傳輸單

位為比特。為此，需要定義有關(guān)位流在傳輸過

程中所使用的信號電平以及在線路傳輸中所采

用的電氣接口等規(guī)范。

?物理層指的并不是那些連接計算機的具體物理

設備或具體的傳輸介質(zhì)，而是屏蔽掉各種媒體

和通信手段之間的差異的方法。

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2?

二物理層

物理層定義了編碼的類型、位同步方式、

數(shù)據(jù)傳輸速率，采用的單工、半雙工、

全雙工傳輸方式也要在物理層說明。

典型的有EIA-232、EIA-485o

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EIA-232-D機械特性

DB25連接器

DB9連接器

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EIA-232-D電氣特性

EIA-232-D電氣特性采用負邏輯。

—5?一15V,表示邏輯“1”；

+5?515V,表示邏輯“0”。

RS232最大傳輸距離約為15m,最高速率可達

38.4kbiVSo

RS-232

RS-422

RS-485

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什么是數(shù)據(jù)？（重要）

各種字母、數(shù)字符號的組合、語音、圖形、圖像

等統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)。

信號是數(shù)據(jù)的電子或電磁編碼。

信息（Information）是對數(shù)據(jù)（Data）的解釋,

數(shù)據(jù)是信息的載體，信號（Signal）是數(shù)據(jù)的

電子編碼。

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什么是數(shù)據(jù)？

*數(shù)據(jù)涉及的是事物的表現(xiàn)形式

?數(shù)據(jù)有模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)兩種形式

〃模擬數(shù)據(jù)是指在某個時間段產(chǎn)生的連續(xù)的值，例如聲

音和視頻、溫度和壓力等都是時間的連續(xù)國數(shù)

〃數(shù)字數(shù)據(jù)是指產(chǎn)生的離散的值，例如文本信息和整數(shù)

信號是數(shù)據(jù)的表示形式，或稱數(shù)據(jù)的電磁或電子編

碼，它使數(shù)據(jù)能以適當?shù)男问皆诮橘|(zhì)上傳輸

〃信號有模擬信號和數(shù)字信號兩種基本形式

〃傳輸信號的信道也有模擬信道和數(shù)字信道之分

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什么是通信?

通過各種傳輸介質(zhì)將信息從一個地點、一

個人或一臺設備傳送到另一個地點、另

一個人或設備的過程。

通信的目的是交換信息。計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)

的通信任務是傳送數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)化的信息。

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什么是數(shù)據(jù)通信?

數(shù)據(jù)通信是兩點或多點之間借助某種傳輸介質(zhì)以

二進制代碼形式進行信息交換的過程。將數(shù)據(jù)

準確、及時地傳送到正確地目的地是數(shù)據(jù)通信

系統(tǒng)地基本任務。

數(shù)據(jù)通信技術(shù)主要涉及通信協(xié)議、信號編碼、同

步等問題。

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碼元——所傳輸數(shù)據(jù)的基本單位。

數(shù)據(jù)編碼——通信系統(tǒng)中以何種物理信號的形式來表達數(shù)

據(jù)。

模擬數(shù)據(jù)編碼：用模擬信號的不同幅度、頻率、相位來表

達數(shù)據(jù)的0、1狀態(tài)。

數(shù)字數(shù)據(jù)編碼：用高低電平的矩形脈沖信號來表達數(shù)據(jù)的0、

1狀態(tài)。

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數(shù)字數(shù)據(jù)編碼（重點）

將二進制數(shù)字數(shù)據(jù)使用兩個電平來表示，

形成矩形脈沖信號。

分為不歸零碼、歸零碼、差分碼、曼徹斯

特編碼、差分曼徹斯特編碼。

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A單極性碼

信號電平是單極性的。

A雙極性編碼

信號電平為正、負兩種極性的。

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A歸零碼（RZ）

歸零碼在每一位二進制信息傳輸之后均

返回零電平的編碼。

A非歸零碼（NRZ）

非歸零碼在整個碼元時間內(nèi)維持有效電

平。

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A差分碼

差分碼用電平的變化與否來代表邏輯“1”

和“0”。變化為“1”，不變化為“0"o

A曼徹斯特編碼(ManchesterEncoding)

碼元本身分為兩半，前半個時間段所傳信

號是該時間段傳送比特值的反碼，后半個時

間段傳送的是比特值本身。

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數(shù)字數(shù)據(jù)編碼

全寬單極性碼:

全寬單極碼以高電平（或者有電流）表示

數(shù)據(jù)“1”，以低電平（或者沒有電流）表示數(shù)

據(jù)“0”。因為這種方法不使用負電平，所以稱

為單極碼，在一個碼元的全部時間內(nèi)都有信號

電平，所以稱為“全寬”。

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全寬單極性碼

優(yōu)點：

(1)便于逐位仲裁。

缺點：

(1)積累直流分量；

(2)各位之間的界限不易確定。

?CAN總線和DeviceNet采用這種方式。

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Ill

全寬雙極性碼:

011

全寬雙極碼以正電平（或者正向電流）表示數(shù)

據(jù)“1”，以負電平（或者反向電流）表示數(shù)據(jù)

“0”。

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全寬雙極性碼

優(yōu)點：

(1)不積累直流分量。直流分量大大減少,

這對數(shù)據(jù)傳輸是很有利的。

缺點：

(1)各位之間的界限不易確定。

?RS232和RS485網(wǎng)絡采用的是雙極性碼。

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不歸零碼

不歸零碼都是在一個碼元的全部時間內(nèi)發(fā)出

信號電平。如果兩個碼元數(shù)據(jù)相同（例如

都是1）,則電平保持不變。

而這嵇情、氏六要求區(qū)分每個碼元的電平就必

須對每個碼元的占用時間做精確確定。否

則,就會帶來不同步的問題。

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歸零碼

歸零碼編碼方式中，信號電平在一個碼元之

內(nèi)都要恢復到零。

可以很方便地確定每個碼元的界限和信號電

平。

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(a)單極性非歸零碼(b)單極性歸零碼

(c)雙極性非歸零碼(d)雙極性歸零碼

圖2-1單、雙極性的歸零碼和非歸零碼

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每位的中間有一跳變，位中間的跳變既做時

鐘信號，又作數(shù)據(jù)信號。

從高到低跳變表示“1”，從低到高跳變表示

“0\

跳變既作為數(shù)據(jù)信號標志，也是時鐘信號的

志。

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差分曼徹斯特編碼

它的每一位中間的跳變僅用來提供時鐘信

息；

二進制數(shù)據(jù)的取值由每一位開始的邊界是

否存在跳變而定；

每一位的開始邊界有變化代表邏輯“0”，

無變化代表邏輯“1”。

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曼徹斯特編碼ext

)，0,0,1,1,0,I,

H：：|—t-----|-1

L1_II；—：

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!(b)j晚的研特編碼；

:LlrLrnlJlJTU

心)璉分登徹斯的編碼:

???|r-11?

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數(shù)據(jù)傳輸方式

并行傳輸

串行傳輸

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