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1、第1节 计算机通信概述,黄小平 西北工业大学 huangxp_,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,2/64,课程管理,上课时间 1-10周周一 7-8节 教学东楼D205周三 3-4节 同上联系方式huangxp_教材计算机通信技术 韩毅刚计算机通信 潘新民参考书目数据与计算机通信 电子工业出版社 斯托林斯数字通信原理 强世锦通信原理 樊昌信计算机网络等,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,3/64,课程内容,计算机通信概论数据传输数据的编码和调制多路复用差错控制通信控制规程通信设备串行通信,2022年12月10日星期六
2、,西北工业大学 计算机学院huangxp_,4/64,课程目的,12,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,5/64,其他重要说明,考试一般安排在第12周。课堂纪律答疑,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,6/64,本次课程内容（第一章）,C&C通信系统模型通信网络计算机通信体系结构,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,7/64,1.1 C&C,通信技术的发展计算机技术的发展计算机与通信的结合计算机通信技术的发展,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,8/
3、64,通信简史,模拟和数字同步与异步,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,9/64,计算机的发展,第一代：19451954年采用电子管和继电器存储器。如ENIAC、IBM 701等。第二代：19551964年采用分立式晶体管和磁性存储器。如IBM 7090、CDC 1604等。第三代：19651974年采用集成电路，微程序设计、流水线、高速缓冲和先行处理器。如IBM 360/370、CDC 6600等。第四代：19751990年采用LSI/VLSI和半导体存储器。如VAX 9000、Cray X-MP等。第五代：1991现在采用大规模并行处理技术，高密度组装
4、和光技术。,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,10/64,计算机与通信的结合,C & C三网合一 多机系统技术迁移,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,11/64,C & C,C & C目前3C计算机，通信，消费电子划界模糊通信网络的划分各种计算机系统的划分,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,12/64,三网合一,电信网、有线电视网和计算机网 探索：ISDN、VR数据通信。 指通信双方按一定通信协议，通过模拟传输信道或者数字传输信道，把一方的数据流传送到另一方的过程数据通信 = 数据
5、处理 + 数据传输 数据通信与计算机通信数据通信侧重数据传输计算机通信侧重信息交互,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,13/64,多机系统技术迁移,界限模糊单处理器计算机多处理器计算机局域网城域网广域网 功能迁移功能下移功能上移,网络就是计算机,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,14/64,C&C举例：智能大楼,智能大楼的定义有两种通过对建筑物的结构、系统、服务和管理四个基本要素以及它们之间内在关联的最优组合，提供一个投资合理并且高效、舒适、便利的环境。这种定义从用户观点出发，突出了智能大楼在管理和信息传输以及服务方面
6、的特点。在大楼建设中建立一个独立的局域网，通过结构化布线系统组成一个集成环境，连接用户的各种设备，让大楼的管理机构能够随时监测，并能自动采取相应的措施。 这种定义突出智能大楼“智能”的根本所在信息传输系统,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,15/64,智能大楼的组成,结构化布线系统方便收集和散播数据。办公自动化系统如文字处理、电子商务通信自动化系统如ISDN楼宇自动化系统各种传感器件、控制器件计算机网络,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,16/64,结构化布线系统,户外系统垂直竖井系统平面楼层系统用户端子区机房子系统布
7、线配线系统。,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,17/64,计算机通信技术的发展,Amdahl定律3M，3T网络四大定律莫尔定律微处理器的速度每18个月翻一番。光纤定律因特网带宽每9个月会增加一倍的容量，成本同时降低一半。吉尔德定律主干网的带宽每6个月增加一倍麦特卡尔夫定律网络的价值同网络用户数量的平方成正比。,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,18/64,计算机通信技术的演进,低速高速专用网公用网虚拟专用网面向终端的网资源共享网电路交换报文交换分组交换信元交换各种通信控制规程国际标准单一的数据通信网综合业务数字通信网
8、微机到主机对等通信客户/服务器网站/浏览器。,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,19/64,1.2 通信系统模型,通信术语概述通信及通信系统模型,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,20/64,通信的基本概念,通信 ： 有用消息的远距离可靠传输电通信、光通信、微波通信消息通信的载体信息消息的内容,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,21/64,通信系统模型,通信系统的基本目的是通信双方数据的交换,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,22/64,通信系
9、统的组成,信源产生要传输的数据发送器把数据转化为可以传输的信号信道承载数据接收器把接收到的信号转化为数据信宿接收输入的数据,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,23/64,移动电话系统,12435,12435,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,24/64,邮件系统,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,25/64,模拟通信系统,1,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,26/64,模拟通信系统特点,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院h
10、uangxp_,27/64,数字通信系统,1,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,28/64,通信主要任务,Transmission System Utilization（传输系统的利用）Interfacing（接口）Signal Generation（信号产生）Synchronization（同步）Exchange Management （交换管理）Error Detection and Correction（差错检测与纠正）Addressing and Routing（寻址与路由选择）Recovery（恢复）Message Formatting（报文格式
11、化）Security（安全措施）System Management（系统管理）,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,29/64,通信主要任务,传输系统的利用充分合理利用传输设施复用：在多个用户之间分配传输系统的总传输能力拥塞控制：保证传输系统不因传输请求过量而超载接口设备与传输系统之间的连接信号的产生按某种格式产生具有一定强度的电磁波信号能够在传输系统上传播能够被接收器转换为数据,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,30/64,通信主要任务,同步接收器能够判断信号的起始、结束和信号单元的持续时间在发送器与接收器之间达成某种
12、同步位同步、帧同步、网同步交换的管理对建立的连接进行管理协议的协商故障处理，出错后的措施差错控制检测或纠正因信号失真或信道噪声等原因而产生的传输差错,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,31/64,通信主要任务,流量控制信宿不会因信源发送太快而导致超载寻址当传输设施被两个以上设备共享时，信源必须给出信宿的标识路由选择当传输系统是不只一条路径的网络时需要确定路由恢复信息交换过程中因通信系统某处出现故障而致使传输中断，需要从中断处恢复工作，或者把系统被涉及部分恢复到数据交换开始之前的状态,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,3
13、2/64,通信主要任务,报文格式化数据交换双方必须就传输的数据格式达成一致协议交换代码转换、压缩、加密安全措施发送方希望确保只有它期望的接收者接收到数据接收方希望保证收到的数据来自正确的发送方，且数据在传输过程中未被改变系统管理数据通信设施是一个复杂系统，需要合理地规划和配置，需要对系统运行状态进行监控，并处理拥塞、死锁、故障等引发的问题,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,33/64,1.3 通信网络概述,通信网络组成通信网络分类,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,34/64,通信网络的组成,从物理设备上看由各种用户终
14、端、交换机（或路由器）、集中器、连接器和传输线路组成从图论上看链路电缆、光缆、无线电、卫星等传输线路功能是传输信息节点交换机、路由器、集中器、终端等所有独立的设备功能是提供交换场所、选择路由、进行流量控制等。,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,35/64,计算机通信网的组成,资源子网通信子网,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,36/64,资源子网和通信子网,资源子网也称为用户子网包括计算机、终端控制器及终端等设备这些设备负责运行用户的应用程序，向网络用户提供可共享的软硬件资源。通信子网由若干网络节点、传输链路及信号变换
15、设备组成负责完成计算机之间的通信任务在通信系统模型中，如果从信源到信宿存在多个可选的信道，则这些信道就构成了一个通信子网。,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,37/64,通信网络的分类,交换网络电路交换网络分组交换网络广播网络分组无线电网络卫星网络局部网络等,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,38/64,通信网络的分类按距离,局域网（LAN）城域网（MAN）广域网（WAN）,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,39/64,1.4 计算机通信体系结构,协议协议用于不同系统实体间的通信，
16、它是管理两实体间数据交换的一组规则 实体指用户应用程序、文件传输软件包、数据库管理系统、电子邮件业务和终端等客观存在的事物。实体具有发送或接收信息的能力系统指计算机、MODEM、终端设备、远程传感器和控制器等组成的一个整体。系统是一个特殊的实际物体，它可以包含一个或多个实体。,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,40/64,协议的组成,语法数据格式信号电平语义控制信息差错处理时序速率匹配顺序,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,41/64,协议的关键要素：,语法：用户数据与控制信息的结构与格式。包括数据格式、 编码和信号电
17、平等;即，做什么（what to do）。语义：需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应。包括用于协调同步和差错处理的控制信息;即，怎么做（how to do）。定时：对事件实现顺序的详细说明。包括速度匹配和排序等。即，何时做（when to do）。,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,42/64,OSI参考模型,一个层次模型每一层实现一个必须实现的通信功能的子集每一层依赖于下一层每层提供服务给上一层某一层的变化不应当引起其他层的变化,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,43/64,OSI参考模型,7层,2022
18、年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,44/64,OSI各层的主要功能,物理层（physical layer）数据链路层（data link layer）网络层（network layer）传输层（transport layer）会话层（session layer）表示层（presentation layer）应用层（application layer）,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,45/64,1. 物理层,设备间的物理接口机械特性设备之间连接件的尺寸和接头数以及每根连线的用途等。电气特性它涉及到用什么电压代表“1”,用什么
19、电压代表“0”一个比特持续多少时间功能特性传输是双向的，还是单向的，过程特性一次通信中发送方和接收方如何应答，用以建立,维持和释放数据链路实体间的连接。这一层的规程都与电路上传输的原始比特有关,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,46/64,2.数据链路层,激活，保持以及解除一个可行连接的手段建立、维持和释放网络实体之间的数据链路差错检测和控制数据链路对网络层应表现为一条无差错的信道。相邻节点之间的数据交换按帧，各帧按顺序传送，并通过接收端的校验检查和应答保证可靠的传输。高层可以执行无差错传输数据链路层对损坏、丢失和重复的帧应能进行处理，这种处理过程对网络层
20、是透明的。共享媒介的访问控制方法,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,47/64,3.网络层,信息的传输这一层的功能属于通信子网，通过网络交换来自运输层的数据。把数据组织成分组，在通信子网的节点之间交换传送使高层不需要知道低层的技术需要管理各种中介通信装置路径选择：路径既可以是固定不变的(通过静态路由表实现)，也可以是根据网络的负载情况动态变化的。拥塞控制：防止网络中出现局部的拥挤或全面的阻塞。,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,48/64,4.传输层,终端系统间的数据交换无差错有序无丢失无重复服务质量,2022年12月
21、10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,49/64,传输层端到端连接,传输层提供一种通用的传输服务。使会话实体不必考虑通信网络的工作细节数据传输能高效地进行。传输层采用多路复用或分流的方式优化网络的传输性能。,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,50/64,5.会话层,会话层提供的会话服务类型:会话管理：把两个表示层实体结合在一起，或把它们分开。会话控制：控制两个表示层实体间的数据交换过程。会话层提供的服务对话准则全双工/半双工编组通过标志定义数据组恢复 设置检查点,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,51
22、/64,6.表示层,提供一个可供应用层选择的服务的集合，使得应用层可以根据这些服务功能解释数据的涵义。表示层以下各层只关心如何可靠地传输数据，而表示层关心的是所传输的数据的表现方式、它的语法和语义。 表示层提供的服务数据格式和编码数据压缩加密,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,52/64,7.应用层,这是OSI体系结构的最高层。这一层的协议直接为端用户服务,提供分布式处理环境。为应用程序提供网络服务;应用层需要识别并保证通信对方的可用性，保持协同工作的应用程序之间的同步;建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。,2022年12月10日星期六,西北工业大
23、学 计算机学院huangxp_,53/64,TCP/IP协议参考模型,由美国国防部高级研究计划署(DARPA)开发分组交换网ARPANETInternet用之在TCP/IP协议研究时，并没有提出参考模型；没有官方的模型目前的TCP/IP参考模型不是很统一目前网络层使用的版本是IPv4 ；IPv6（IPng）,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,54/64,TCP/IP协议的特点,开放的协议标准;独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的
24、地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,55/64,TCP/IP协议体系结构的层次,应用层传输层或称主机对主机层互联网络层网络接入层,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,56/64,网络接入层,终端系统和网络之间的数据交换负责通过网络发送和接收IP数据报;允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的X.25、帧中继、ATM协议等;当一种物理网被用作传送IP数据包的通道时，就可以认为是这一层的内容;提供目的地址调用网络服务,2
25、022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,57/64,互联网络层,相当OSI RM网络层的无连接网络服务； 处理互连的路由选择、流控与拥塞问题；IP协议是无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议。另：通信协议四种服务类型面向连接与确认服务；面向连接与不确认服务；无连接与确认服务；无连接与不确认服务；,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,58/64,传输层,主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端-端连接；传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议；可靠的数据交付数据交付的有序性用户数据报协议UDP是一种不
26、可靠的无连接协议。,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,59/64,TCP,常用的传输层可靠的连接连接不同系统中实体的临时逻辑联系TCP PDU 称作TCP报文段包括源和目的端口 (c.f. SAP)标识单独的用户 (应用程序)连接指的是端口对TCP跟踪每对连接实体间的报文段,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,60/64,UDP,不可靠交付无序号不保证重复到达开销小在IP上加端口地址,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,61/64,应用层,支持用户应用应用层协议主要有：网络终端协议Te
27、lnet文件传输协议FTP简单邮件传输协议SMTP域名系统DNS简单网络管理协议SNMP超文本传输协议HTTP,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,62/64,TCP/IP与OSI模型的比较,共同点层次化的结构OSI的主要问题定义复杂实现困难有些功能在每一层重复出现效率低下TCP/IP的主要问题网络接入层并不是实际的一层各层的功能定义与实现方法没能区分开来等,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,63/64,通信协议标准化组织,2022年12月10日星期六,西北工业大学 计算机学院huangxp_,64/64,总结,通信技术的发展通信的基本概念通信系统模型通信网络,
