计算机通信与网络基础

一、概论

计算机通信与网络的主要发展过程

第一阶段：面向终端的计算机网络。

第二阶段：多个计算机互连的计算机网络。

第三阶段：面向标准化的计算机网络。

第四阶段：面向全球互连的计算机网络。

我国的网络发展现状

计算机通信与网络的定义和组成

计算机网络的定义：把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机，通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件运行环境下，以实现网络中资源共享为目标的系统。

计算机网络的组成：终端系统和通信子网。

网络的类型及其特征

根据网络拓补结构分类：

Ø 星型结构

Ø 树型结构

Ø 总线型结构

Ø 环型结构

Ø 网络型结构

根据网络覆盖的范围分类：

个人局域网PAN、局域网LAN（以太网、无线局域网WLAN）、城域网MAN、广域网WAN、因特网

无线网络：

无线个域网WPAN（蓝牙、ZigBee、UWB）、无线局域网WLAN、无线城域网WMAN、无线广域网WWAN

计算机通信协议与网络体系结构

网络协议的定义：通信双方必须遵循的、控制信息交换的规则的集合。

三要素：

语法：数据与控制信息的结构或格式，确定通信时采用的数据格式，编码及信号电平等。

语义：对构成协议的协议元素含义的解释。

同步：规定了时间的执行顺序。

网络体系结构：即为网络进行分层，并规定了各层功能和各层协议。

协议层次模型包含：

实体：通信时能发送和接收信息的人和软硬件设施。

接口：网络分层结构中各相邻层之间的通信接口。

N层是N-1层的用户，为N+1层提供服务。

OSI-RM体系结构（开放系统互连基本参考模型）

   物理层：利用传输介质为通信的网络节点之间建立、维护和释放物理连接，实现比特流的透明传输。

   数据链路层：在通信的实体之间建立数据链路连接，传输以帧为单位的数据包。

网络层：为分组交换网络上的不同主机提供通信服务，为以分组为单位的数据包用过通信子网选择适当的路由，并实现拥塞控制、网络互联等功能。

传输层：向用户提供端到端的数据传输服务。

会话层：负责维护通信中两个节点之间的会话连接的建立、维护和断开，以及数据的交换。

表示层：用于处理在两个通信系统中交换信息的主要方式；

应用层：2为应用程序通过网络服务。

TCP/IP体系结构：

应用层

传输层

互连网络层

网络接入层

两种体系结构的不同：

出发点不同

TCP/IP可越层

RFC文档：

目前在国际上最著名的两个国际标准化组织分别是ISO和ITU-T。ITU-T主要负责电话和数字通信领域的建议和标准。因特网的标准化工作由IAB负责，下设任务组负责具体某一方面的标准，如IETF负责因特网近期发展的工程和标准问题，形成RFC文档。

二、数据通信技术基础

数据通信的基本概念

信息：设计数据的内容和解释；

数据：信息的载体，预先约定的具有某种含义的数字、符号和字母的组合；

信号：数据的电磁编码。

模拟信号：信号的幅度随时间做连续变化。

数字信号：不连续的、离散的信号

传输媒体

有线：双绞线、同轴电缆、光缆

无线：无线电波、地面微波、卫星微波、红外线技术

数据通信系统的技术指标

数据传输速率

传码速率NBd：每秒钟传输信号码元的个数，单位波特Baud。如信号码元持续的时间为T秒，则传码速率为1/T波特。

传信速率Rb：每秒钟传输二进制码元的个数，单位是比特每秒。若为M电平：Rb=NBd*log2 M

信道带宽：数字信号发展起来后，变为数据传信速率

误码率和误组率

误码率P=e1(出错的比特数)/e2(总传输比特数)

误组率P=b1(出错的组数)/b2(总传输组数)

时延

时延=发送时延+传播时延+处理时延

发送时延=数据块长度（b）/信道带宽（b/s）

传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速度（m/s）

数据传输方式

并行传输和串行传输

并行传输：数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输。

串行传输：组成字符的若干位二进制码排列成数据流在一条信道上逐位顺序传输。是远程通信主要采用的一种传输方式。

异步传输和同步传输

异步传输：起始位一个码元长度，极性为0，停止位长度可选1、1.5、2个码元长度，极性为1。

同步传输：以固定的时钟节拍发送数据信号，发送的数据以帧为单位，一帧数据的前后有同步字符和结束字符。高速环境下主要使用用户通信。

单工、半双工和全双工传输

模拟传输和数字传输

数据传送技术

数据序列的电信号表示

单极性码和双极性码

不归零码和归零码

差分编码

伪三进制码

曼彻斯特码

差分曼彻斯特码

信道容量的概念

奈奎斯特定理C=2Wlog2M

香农定理C=Wlog2（1+S/N），其中（S/N）dB=10lg（信号频率/噪声频率）

基带传输

         矩形脉冲信号的固有频带称为基本频带，数字通信信道上，计算机中的数据是以矩形脉冲信号直接传送的，这种传送方法叫做基带传输。

频带传输

幅移键控（数字调幅）

频移键控（数字调频）

相移键控（数字调相）

数字数据传输

抽样

量化

编码

多路复用技术

频分复用

时分复用

静态时分复用：多个用户的数据信号分别置于预定的时隙。

动态时分复用：按需分配资源

码分复用

码片序列之间，互不相同，互相正交。

波分复用

 数据交换技术

交换即为集中和转发。

电路交换

三个阶段

呼叫建立阶段：采用静态时分复用技术。

通信阶段

连接释放阶段

其中建立的物理连接含义指主被叫之间建立的连接是由主被叫之间独享的。

报文交换

采用“存储-转发”方式对每份报文完整的加以处理，但是时延长。

分组交换

两种服务方式：

虚电路：早期分组交换网使用，面向连接，确定路由，动态时分复用。

数据报：Internet采用。来自同一报文的多个分组可能途径不同路由，不需建立连接。

比起电路交换，最大的缺点是不能满足实时应用，其他的缺点如控制开销大。

 差错控制技术

基本原理

差错可分为随机差错和突发差错

控制方式

自动请求重发

前向纠错

混合方式

信息反馈

编码

奇偶校验码

汉明码

循环冗余校验码CRC

特性

一种码中的任何两个许用码组按模2相加后，形成的新序列仍为一个许用码组；若两个相同许用码组相加则得一个全0序列，所以循环冗余校验码一定包含全0码字。

一个许用码组每次循环移位的结果一定也是码字集合中的另一个许用码组。

编码

（1）求M（想）所对应的码字，并乘以x^(n-k)

（2）将所求码字被G(x)除，求其余式

（3）得x^(r)M(x)异或R(x)，即为所求码字

数据通信接口特性

DTE（数据终端设备）发送的数字数据通过通信接口，经传输信道到达接收端的DCE（数据电路终接设备），在经过通信接口传送到服务器，反之亦然。

机械特性、电气特性、功能特性、规程特性