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1、,计算机网络基础（第二版）,第一章 计算机网络概述,计算机网络概述,数据通信基础,计算机网络的分类和拓扑结构,计算机网络体系结构,本章主要内容,数据交换技术,因特网,国际标准化组织,1.1 计算机网络概述,本节主要内容1.1.1 计算机网络的定义1.1.2 计算机网络的组成1.1.3 计算机网络的功能,三个方面来理解：多机系统、互联系统、资源共享系统,1.1.1计算机网络的定义,1.1.1计算机网络的定义,1.1.1计算机网络的定义,对计算机网络的定义的再说明,网络首先是现代信息技术发展的产物，是计算机技术和通信技术的结合。网络中的计算机是自主计算机，即排除网络系统中主从关系的可能性。一台主机
2、和多台从属机的系统不能称为网络。,1.1.1计算机网络的定义,计算机网络与分布式系统的区别(P2),分布式系统：两台以上具有统一的操作系统的计算机通过介质连接而成既可以合作工作，又可以自治工作的集合体。在分布式系统中，多台自主计算机的存在对用户是透明的。网络和分布式系统的区别更多地取决于软件（尤其是操作系统）而不是硬件。,1.1.1计算机网络的定义,计算机网络的硬件和软件 网络硬件：服务器（如Web服务器，邮件服务器）工作站 连接设备（如网卡，路由器）传输介质（如双绞线，光纤）=物理通道 网络软件：网络操作系统（如Windows 2003 Server,Linux，UNIX)网络协议软件(如T
3、CP/IP)应用软件（如IE，QQ),1.1.2计算机网络的组成,计算机网络的硬件组成,网络中的计算机 网络接口卡 中继器和集线器 网桥和交换机 路由器 传输介质连接器件,计算机网络的硬件组成,网络的组成设备之一：网卡,内置网卡图片,通信子网和资源子网（1）资源子网负责全网面向应用的数据处理工作，向用户提供数据处理能力、数据存储能力、数据管理能力、数据输入输出能力以及其他数据资源。（2）通信子网 主要任务是将各种计算机互连起来，完成数据之间的交换和通信处理。,1.1.2计算机网络的组成,通信子网和资源子网,1.1.2计算机网络的组成,1.1.3计算机网络的功能,资源共享(软件、硬件、数据）数据
4、通信分布式处理负载均衡提高了系统可靠性和可用性,1.2 计算机网络的分类和拓扑结构,本节主要内容 1.2.1 计算机网络的分类 1.2.2 计算机网络的拓扑结构,1.2.1计算机网络的分类,计算机网络的分类,广域网中的主机和子网,1.2.1计算机网络的分类,网络拓扑结构,1.2.2计算机网络的拓扑结构,常见的局域网拓扑结构,1.总线型拓扑,A,B,C,C,优点：结构简单，实现容易；易于安装维护,缺点：a.故障检测和隔离较困难，总线故障会导致全网瘫痪；b.负载能力较低,常见的局域网拓扑结构,总线型拓扑图,总线型拓扑,结构：各工作节点（包括服务器与工作站）均连在一条总线上，传输介质通常采用同轴电缆
5、。在需要分支的地方，电缆线上配有特制的分支插口，与之相连的各工作站、服务器节点内也有相应的分支插头。,总线型拓扑的性能特点,各节点地位平等，无中心节点控制。所有结点都可以通过总线传输介质发送或接收数据，但一段时间内只允许一个结点利用总线发送数据“共享”。总线上的信息通常以基带形式串行传输，并从发送节点向两端扩散，当一个结点利用总线传输介质以“广播”方式发送信号时时，其他结点都可以用“收听”到所发送的信号，故又称广播式网络“共享”产生“冲突”（collision），冲突造成数据传输的失效，需要提供一种机制用于解决冲突问题。,常见的局域网拓扑结构,2.环型拓扑,优点：能够较有效地避免冲突，传输延迟
6、时间固定。,缺点：环形结构中的网卡等通信部件比较昂贵且管理复杂。,常见的局域网拓扑结构,环型拓扑图,环型拓扑的结构特点,各节点通过环路接口连在一条闭合的环型通信线路中传输介质可采用电缆或光缆 数据以基带信号串行传输，但从发送节点出来后，在环中沿一个固定方向绕环逐站传输多个结点共享一条环通路的共享介质结构，也要提供旨在解决冲突问题介质访问控制。,为增加环形拓扑可靠性，还引入了双环拓扑。在单环的基础上在各站点之间再连接一个备用环，从而当主环发生故障时，由备用环继续工作。,双环结构,常见的局域网拓扑结构,优点：结构简单，可扩充性强；故障的检测和隔离方便。,缺点：需要大量电缆，因此费用较高；中央结点产
7、生故障，则全网不能工作。,3.星型拓扑,中央 结点,常见的局域网拓扑结构,星型拓扑图,星型拓扑,结构：网络由各节点以中央节点为中心相连接，各节点与中央节点以点对点方式连接。传输介质可采用电缆或光缆,星型拓扑的结构特点,任何两节点之间的数据通信都要通过中央节点，中央节点集中执行通信控制策略，如完成节点间通信时物理连接的建立、维护和拆除；中央节点通常为集线器或交换机,星型拓扑的性能特点,一般，星型网络结构中的数据信息传播方式有两种：一种是中心节点以广播的方式工作，从一个节点传送来的数据到达中心节点后，被重传到外出链路上。在这种情况下，尽管这种安排在物理上是星型，在逻辑上却是总线型，采用的是广播的方
8、式。（如中心节点采用集线器）；另一种方式是中心节点作为一个数据交换设备工作，一个到达中心节点的数据经过处理后，找到相应的节点，并被传送出去，采用的是点对点方式。（如中心节点采用交换机）,常见的局域网拓扑结构,4.树型拓扑,优点：易于扩展；故障隔离方便。,缺点：根结点发生故障，全网不能正常工作。,根结点,常见的局域网拓扑结构,树型拓扑图,树型拓扑的结构特点,星型拓扑结构的一种扩充，又叫树型拓扑结构；结构特点：一个星型拓扑的末端节点又是其他星型拓扑的中央节点。,树型网络结构与星型网络结构相比，降低了通信线路的成本，但增加了网络的复杂性。网络中除最低层节点及其连线外，任一节点或连线的故障均影响其所在
9、支路网络的正常工作。,树型拓扑的性能特点,优点：结点间路径多；可靠性高；网络扩充比较灵活、简单。,缺点：网络关系复杂；建网和网络控制机制复杂。,常见的局域网拓扑结构,5.网状拓扑,常见的局域网拓扑结构,网状拓扑图,网状结构分为全连接网状和不完全连接网状两种形式。在全连接网状结构中，每一个结点和网中其他结点均有链路连接。在不完全连接网状网中，两节点之间不一定有直接链路连接，它们之间的通信，依靠其他节点转接。广域网中一般用不完全连接网状结构。,常见的局域网拓扑结构,拓扑的选择,1.3 计算机网络体系结构,本节主要内容1.3.1 层次结构和协议1.3.2 ISO/OSI参考模型1.3.3 TCP/I
10、P参考模型,1.3 计算机网络体系结构,1.3.1 层次结构和协议1、层次结构 计算机网络的硬件和软件称为实体(entity)分层：将计算机网络的实体划分成不同功能的若干层次，每一层都建立在它的下一层之上，向它的上一层提供一定的服务；相邻层之间通过接口来实现访问。,通过邮局寄信实例,运输部门,甲地,乙地,邮政系统信件发送、接收过程,1.3.1 层次结构和协议,通信双方的相同层次我们称之为对等实体(peer entity)对等实体之间必须按照约定的规则才能完成通信，这个规则我们称之为协议（protocol）城市交通系统交通规则光管的设计标准邮政通信系统中中英文信封的书写规范,1.层次结构,中英文
11、信封的书写规范,语法定义数据的格式或信号的形式；(控制信息的格式、数据编码等）=如何讲？语义包含了对等进程协调配合和数据管理所需要的信息结构；=讲什么？（控制信息的内容，需要做出的动作及响应）时序指收、发速率匹配和接收排序（事件的先后顺序和速度匹配）协议只确定计算机各种规定的外部特点，不对内部的具体实现做任何规定。如遇红灯停车，不对停车的操作进行规定（不同车型）。,协议三个要素,为了降低系统设计和实现的难度，把计算机网络要实现的功能进行结构化和模块化的设计，将整体功能分为几个相对独立的子功能层次，各个功能层次间有机地连接，下层为其上一层提供必要的功能服务。这种层次结构称为网络层次结构模型。网络
12、层次结构模型包含两个方面的内容，一是将网络功能分解到若干层次，在每一个功能层次中，通信双方共同遵守该层次的约定和规程，这些约定和规程称为同层协议；二是层次之间逐层过渡，上一层向下层提出服务请求，下一层完成上一层提出的请求。,1.层次结构,邮局对于写信人来说是下层运输部门是邮局的下层 下层为上层提供服务写信人与收信人之间使用相同的语言邮局之间的约定 同层次之间使用相同的协议,OSI的层次间关系,以邮局实例说明,分层设计的意义用户服务层的模块设计可相对独立于具体的通信线路和通信硬件接口的差别而通信服务层的模块设计又可相对独立于具体用户应用要求的不同,例如：文件传输或电子邮件服务模块的设计，不必关心
13、底层通信线路是光纤还是双绞线,层次结构和协议,2.分层结构的数据传送,每层在向下一层传输数据前，都在数据上加上一个“报头”。,每层在往上一层传输数据前，都在原数据上剥掉该层“报头”。,A公司的高层发一封信到B公司的高层=A公司秘书再加上一个信封，注明给B公司的秘书，并交下一层处理每往下经过一层，就包上一个新的信封.信件到B公司后，每层拆去一个信封后，然后交给它的上一层.B公司高层。,虚通信的实际例子,对等进程之间的通信（水平方向上的通信）称为虚通信，而在上下层之间的通信才是实际通信。通信过程特点：（1）对等进程通信（2）发方加头，收方去头,虚通信与实际通信,在分层模型中，每一层的功能是为它的上
14、层提供服务的，该层就称为服务提供者(Service Provider)。而它的上层使用它所提供的服务，称之为服务用户（Service User）。如“邮政系统信件发送、接收过程”中的“邮局服务业务”相邻层之间要交换信息，要有一些接口，且对接口必须有一致的规则。如“邮政系统信件发送、接收过程”中的“邮箱（筒）”就是其中的一个接口。,3.接口和服务,服务和协议是完全不同的概念。服务是各层向它的上层提供的一组操作，但不涉及如何完成操作。服务定义了两层之间的接口，只能通过接口实现上下两层的访问。(垂直的）协议是定义同层对等实体之间交换的帧、分组和报文的格式及意义的一组规则。（水平的）实体利用协议来实现
15、它们的服务定义。,4.服务和协议的关系,伴随着计算机网络的飞跃发展，各大厂商根据自己的协议生产出了不同的硬件和软件为了实现网络设备间的互相通讯，ISO和IEEE相继提出了OSI参考模型及其TCP/IP模型。,引入,1.3.2 ISO/OSI参考模型,OSI 协议模型,通信的双方需要“讲”相同的语言,网络通信的过程很复杂，为了降低复杂性,1983年，ISO组织发布了OSI参考模型,OSI(Open System Interconnection Reference Mode)是开放的通信系统互联参考模型,OSI参考模型,国际标准化组织（ISO）在1983年提出了开放系统互连参考模型（OSI/RM：
16、Open System Interconnection/Reference Mode），该模型是设计和描述网络通信的基本框架。生产厂商根据OSI模型的标准设计自己的产品。OSI描述了网络硬件和软件如何以层的方式协同工作进行网络通信。该模型是为了解决异种机互连而制定的开放式计算机网络层次结构模型。是一种抽象结构，而并非具体实现的描述。,OSI模型有七层其分层原则：,（1）根据不同功能抽象分层，每个层应该实现一个定义明确的功能。（2）不能太少，不能太多。分层如果太少，使每层的功能太多，从而无实现将问题简化的目的，另外，无法将各层独立出来；如果层次太多，相反又会使问题变得复杂。（3）每层功能的选择应
17、有助于制定网络协议的国际标准，各层边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量。（4）保留以前的好的相关分层方法。通信技术有一百多年的历史，已经成熟和完善。因此我们完全可以利用它来服务于网络。（5）允许每层分子层。（6）允许某层旁路。,OSI参考模型,处理网络应用,数据表示,主机间通信,端到端的连接,寻址和最短路径,介质访问（接入）,二进制传输,OSI的分层,OSI参考模型,OSI参考模型定义了网络中设备所遵守的层次结构分层结构的优点：开放的标准化接口多厂商兼容性易于理解、学习和更新协议标准实现模块化工程，降低了开发实现的复杂度便于故障排除,OSI参考模型,基于OSI的通信模型结构,OSI参考模型各层
18、功能,有关物理设备通过物理媒体进行互连的描述和规定；以比特流的方式传送数据，物理层识别0 和1；定义了接口的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。(详见课本P1213),在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻节点之间的数据链路连接；为网络层提供可靠的信息传递机制，把数据封装成适合于正确传递的“数据桢”（或解封装）：如在桢中包含应答、流控制和差错控制等信息，并负责通过物理层在两台计算机之间无差错地传输数据帧；数据链路层要提供差错控制等功能，以实现应答、差错控制、数据流控制和发送顺序控制，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路，确保接收数据的顺序与原发送顺序相同。,OSI参考模型各层功能,网络
19、层,把数据转换为传输数据信息包或报文分组（具有地址标识和网络层协议信息的格式化信息组）；负责寻址，将IP地址转换为MAC地址（局域网内）；选择合适的路径并转发数据包（路由功能），负责建立、保持和终止通过中间设备的连接；进行拥塞控制，能协调发送、传输及接收设备的能力不平衡。,OSI参考模型各层功能,OSI参考模型中最复杂的一层,传输层,提供在不同的系统进程间数据交换的可靠服务，在网间建立端到端通信信道，实现端到端的连接；提供两端点之间的可靠、透明数据传输，执行端到端差错检测和恢复、顺序控制和流量控制功能，管理多路复用；本层是面向应用的高层和与网络有关的低层协议之间的接口，其下3层与数据传输问题有
20、关，其上3层与应用问题有关。它为会话层提供与网络类型无关的可靠信息传送机制，对会话层屏蔽了下层数据通信的细节。,OSI参考模型各层功能,第一个实现端到端连接的层,会话层,提供应用进程间对话控制的规则。会话层为在两个实体间建立的一次连接叫做会话。它组织和同步它们的对话及为管理它们的数据交换提供必要的手段；会话层负责控制每一站究竟什么时候可以传送与接收数据，为不同用户建立会话关系：例如，当许多用户同时收发信息时，该层主要控制、决定何时发送或接收信息，才不会有“碰撞”发生。在两端点间建立、维护和释放面向用户的连接；对会话进行管理和控制，保证会话数据可靠传送。,OSI参考模型各层功能,表示层,表示层是
21、为了在不同系统之间的不同信息表示能够相互理解对方数据的含义以便进行通信而设置的。负责将数据转换为发送方和接收方都能识别的格式；负责数据的加密与解密；负责文件的压缩与恢复。,OSI参考模型各层功能,应用层,负责管理和执行应用程序，提供各种网络服务。,OSI参考模型各层功能,OSI参考模型各层功能,数据是怎样从一台计算机传到另一台计算机的呢？,数据流向,应用程序数据,数据流向,应用程序数据,数据流向,H7,应用程序数据,数据流向,数据流向,H5,数据流向,H5,H4,数据流向,H5,H4,H3,数据流向,10100110100101 比 特 流 110101110101,数据流向,H5,H4,H3
22、,数据流向,H5,H4,数据流向,H5,数据流向,数据流向,H7,应用程序数据,数据流向,应用程序数据,数据流向,应用程序数据,数据流向,数据流向,我收到了 AP1 发来的应用程序数据！,数据封装,对等通信,物 理 层,数据链路层,传 输 层,网 络 层,会 话 层,应 用 层,表 示 层,对等通信,TCP/IP是20世纪70年代中期美国国防部为ARPANET开发的网络体系结构,1.3.2 TCP/IP参考模型,TCP/IP网络模型,1.TCP/IP网络模型各层功能,应用层:涉及为用户提供网络应用，并为这些应用提供网络支撑服务，把用户的数据发送到低层，为应用程序提供网络接口。常见的协议：FTP
23、文件传输协议 HTTP超文本传输协议 SMTP简单邮件传输协议 DNS域名系统 TFTP简单文件传输协议 TELNET远程终端访问协议,传输层的作用是在源结点和目的结点的两个对等实体间提供可靠的端到端的数据通信。为保证数据传输的可靠性，传输层协议也提供了确认、差错控制和流量控制等机制。传输层从应用层接收数据，并且在必要的时候把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误。提供了两个主要协议：传输控制协议（TCP）；用户数据报协议（UDP）。,1.TCP/IP网络模型各层功能,网络层(网际层）：负责独立地将分组从源主机送往目的主机，涉及为分组提供最佳路径的选择和交换功能，并使
24、这一过程与它们所经过的路径和网络无关。分组路由和拥塞控制是该层主要解决的问题。该层有5个重要协议：IP网际协议。ICMP网际控制报文协议。ARP地址解析协议。RARP反向地址解析协议。IGMPInternet组管理协议。,1.TCP/IP网络模型各层功能,网络接口层：是TCP/IP模型的最低层，负责接收从网络层交来的IP数据报并将IP数据报通过底层物理网络发送出去，或者从底层物理网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给网络层。TCP/IP标准并没有定义具体的该层协议，它负责网际层一硬件设备间的联系，指出主机必须使用某种协议与网络相连。允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，如局域网协议或其
25、他一些协议，随主机和网络的不同而不同。这体现了TCP/IP协议的兼容性与适应性。,1.TCP/IP网络模型各层功能,TCP/IP各层主要协议,2.TCP/IP模型与OSI模型的比较,相同点两者都是以协议栈的概念为基础协议栈中的协议彼此相互独立下层对上层提供服务不同点OSI是先有模型；TCP/IP是先有协议，后有模型OSI适用于各种协议栈；TCP/IP只适用于TCP/IP网络层次数量不同,1电路交换 电路交换就是指在源主机和目的主机之间利用中间节点建立一条实际的物理通路，在整个传输过程中，这条通路被独占，直到通信结束。整个通信过程包括三个阶段：（详见课本P16)建立连接；传输数据；拆除连接。,1
26、.4 数据交换技术,数据交换实例(电话）,1.电路交换,电路交换示意图,特点:1.有通话的建立过程2.通话建立以后源与目的间有一条专用的通路存在,1.电路交换,2报文交换 这种交换技术是以报文为传输单位，报文的长度没有限制。在使用这种交换方式时，收发双方不需要建立物理连接，而是将要发送的数据存放在第一个路由器中，随后再转发出去，一次一级的中转，直到每块数据都被完整地接收，检查无误然后再发送出去。使用这种技术的网络被称为存储转发网络。,2.报文交换,报文交换例,特点:1.无呼叫建立和专用通路 2.存储-转发 式的发送技术,2.报文交换,3分组交换 分组交换是对报文交换方式的改进，它将一个报文分成
27、一个个较小的长度固定的分组，然后以分组为单位存储转发，在接收端再将分组重组。,3.分组交换,分组交换例,特点:1.无呼叫建立和专用通路 2.存储-转发式的发送技术 3.将数据分成有大小限制 的分组后发送,3.分组交换,三种交换方式的比较,在分组交换中为了吸收电路交换的长处引入了虚电路的概念，分组交换可分为两种工作方式:数据报和虚电路。数据报方式：路由器中用一张路由表指明所用的每一条可能的目的路由器的外出线路。每个数据报必须包含有目的端的完整地址，对于很短的分组是一个不小的负担，并且浪费带宽。在数据报方式中很难避免拥塞问题，但通信线路的故障对数据报来说影响不大。虚电路方式：电路建立只是选择了从源
28、到目的地的路径，并且在该路径上的所有路由器的表中登记，以便于在该虚电路上进行路由分组，也可以为新的电路保留资源。,分组交换的两种工作方式,永久虚电路：由客户书面申请，一般数月或数年。路由器必须维持一张地址表项（表空间及可能保留的带宽和缓冲区）。交换式虚电路：它们在需要时建立，完毕以后撤消。,永久虚电路与交换式虚电路,三种交换技术对比,A.存在呼叫建立；专有线路上不传送数据时浪费资源,B.没有呼叫建立；只有发送数据时才占用线路,C.除了B的特点外，在接收分组时可以发送下一个分组,对线路的利用率,说明：A：电路交换；B：报文交换；C：分组交换,A:固定的传输速率、会有呼叫阻塞B,C:能进行速率转换
29、、虽会降速但不会阻塞 可以使用优先级,A:实时性强B,C:存在时延和额外开销,三种交换技术对比,本节主要内容 1.5.1 数据通信基本概念 1.5.2 数据通信方式 1.5.3 多路复用技术 1.5.4 差错控制,1.5 数据通信基础,1数据 数据是指携带含义的实体，它涉及到事物的形式；是把事件的某些属性规范化后的表现形式。信息是数据的内容及其解释；是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。数据可分为模拟数据和数字数据两种形式。模拟数据指在某个区间内连续的值；数字数据是指离散 的值。,1.5.1 数据通信基本概念,2信号 信号是数据的表示形式，是数据的具体的物理表现。数据以信号形式在信道
30、上传输。信号也有模拟信号和数字信号两种形式。模拟信号是指时间上和空间上连续变化的信号(如温度、压力的变化，声音、电视图象等）；数字信号是指一系列在时间上离散的信号。信号所走过的路径称之为信道。模拟信号所走过的路径是模拟信道，用带宽来描述；而数字信号所走过的路径是数字信道，用信息量的概念来描述。信息量即数据传输速率。,1.5.1 数据通信基本概念,雪六角形凉白色,信息,数据,信号,例子,1.5.1 数据通信基本概念,信息：人对雪花和马的认识数据：文字，二进制数，十进制数信号：电压，光，磁场强度,1.5.1 数据通信基本概念,模拟：波动性；持续变化；反映事物的本质；在电信业已经被广 泛使用超过10
31、0年；,数字：离散性；跃变性；设备性能先进，较为便宜；,模拟信号与数字信号的特点,1.5.1 数据通信基本概念,（a）模拟信号（b）数字信号,1.5.1 数据通信基本概念,3数据传输速率和调制速率数据传输：,1.5.1 数据通信基本概念,数据传输速率也称为比特率，指每秒传输的最大比特数，用（bit/s）（比特每秒）表示，与信道有关。调制速率又称为码元传输速率。一个数字脉冲称为一个码元，我们用码元传输速率表示单位时间内信号波形的最大变换次数，即单位时间内通过信道传输的码元个数。若信号脉冲的宽度为T秒，则码元传输速率B=1/T。单位叫做波特（Baud），所以码元传输速率也叫做波特率。数据传输速率与
32、调制速率是两个不同的概念，但是在数量上却有一定的关系。码元携带的信息量由码元取的状态个数决定。若码元取2种状态，则一个码元携带1比特（bit）信息。若码元可取4种状态，则一个码元可携带2比特信息。数据传输速率用S表示，调制速率用B表示，码元状态数用N表示，则数据传输速率与调制速率的关系为：S=BLog2N,3数据传输速率和调制速率,按信号的传输方向分，数据通信可以分为单工、半双工和全双工三种工作方式。单工通信：只能在一个方向上传输。半双工通信：通信双方交替发送和接收信息，但不能同时进行。全双工通信：同时进行双向信息传送。在通信过程中，发送方和接收方必须在时间上保持同步，才能准确地传送信息。在传
33、送由多个码元组成的字符以及由许多字符组成的数据块时，通信双方要就信息的起止时间取得一致，这种同步作用有两种不同的方式，因而也对应了两种不同的传输方式。,1.5.2 数据通信方式,异步传输：同步传输：包括比特同步和数据块（字符）同步两种方式。,1.5.2 数据通信方式,1频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）,1.5.3 多路复用技术,2时分多路复用（Time Division Multiplexing，TDM）,1.5.3 多路复用技术,3波分多路复用（Wave Division Multiplexing，WDM）,1.5.3 多路复用技术,根据
34、数据通信系统的模型，当数据从信源发出，经过通信信道传输，由于信道总存在着一定的噪声，数据到达信宿端后，接收的信号实际上是数据信号和噪声信号的叠加。接收端在取样时钟作用下接收数据，并根据阈值电平判断信号电平。如果噪声对信号的影响非常大时，就会造成数据的传输错误,1.5.4 差错控制,数据通信中的实际情况,通信信道中的噪声,通信信道中的噪声分为热噪声和冲击噪声。热噪声是由传输媒体的电子热运动产生的，其特点是时刻存在，幅度小，干扰强度与频率无关，但频谱很宽，属于随机噪声。由热噪声引起的差错属于一种随机差错。冲击噪声是由外界电磁干扰引起的，与热噪声相比，冲击噪声的幅度较大，是引起差错的主要原因。冲击噪
35、声持续时间与数据传输中每个比特的发送时间相比，可能较长，因而冲击噪声引起的相邻多个数据位出错呈突发性。冲击噪声引起的传输差错称为突发差错。,1差错控制方式（1）前向纠错FEC：在发送端将数据按纠错码发送，具有一定的纠错能力。（2）自动重发请求ARQ：在发送端将数据按检错码发送，具有较强的检错功能，但不能确定错误位置。2差错控制编码（1）奇偶校验码：先将要发送的数据块分组，然后在每组的数据码元后面附加一个冗余位，使得该组连冗余位在内的码字中“1”的个数为偶数（偶校验）或奇数（奇校验）。,1.5.4 差错控制,水平奇偶校验例子：,2差错控制编码,（2）循环冗余码(CRC),前提:发送方和接受方必须
36、事先商定一个二进制数G(x)(生成多项式),发送端:计算校验和,将校验和加在数据末尾,使这个带校验和的数据能被G(x)除尽.接收端:收到带校验和的数据后,用G(x)去除它,如果有余数,则传输出错,实现:用简单的硬件(移位寄存器电路)即可,1.5.4 差错控制,数据=1101011011,G(x)(生成多项式)=10011,循环冗余码(CRC)例子：,传输码元=数据（移位后）+余数 11010110111110,2差错控制编码,（2）循环冗余码 将数据信息用多项式K(X)表示。如101011 K(X)=X5+X3+X+1，最高幂次为k。收发双方商定一个生成多项式G(X)。G(X)的最高幂次为r，
37、最高位和最低位系数必须为1，且rk。如取r=4，则G(X)可取为X4+X3+1，对应二进制序列为11001。,1.5.4 差错控制,发送端编码：A K(X)*Xr即在数据信息位的未尾添加r个零，即为 1010110000。B K(X)*Xr/G(X)(作二进制除)，不进位不借位，余数为 R(X)。如：1010110000/11001，余数为1001。C实际传送的位串多项式T(X)=K(X)*Xr+R(X)，如：1010111001。接收端解码：将T(X)/G(X)，若余数为零，则传输无误，否则判为有 误。如：1010111001/11001，余数为零，传输无误。,1.5.4 差错控制,标准生成
38、多项式：CRC-12：X12+X11+X3+X2+X+1 CRC-16：X16+X15+X2+1 CRC-ITU：X16+X12+X5+1 CRC-32：X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1,1.5.4 差错控制,161 概述Internet起源于二十世纪六十年代后期。当时美国国防部高级研究计划局ARPA(Advanced Research Projects Agency)出于战略考虑，研制了一个实验性的网络ARPANET，该网络1969年问世，当时仅有四个结点。,1.6 因特网,Internet的迅猛发展始于上个世纪九十年代，欧
39、洲粒子物理研究室开发的万维网WWW(World Wide Web)被广泛应用于Internet，大大方便了非网络专业人员对网络的使用，从而使Internet规模呈指数级数增长。至2001年底，接入Internet的主机数已超过14亿台，Web站点数超过3600万个。,1.6 因特网,162 我国因特网的发展 1989年，世界银行贷款项目“中关村地区教育与科研示范网络(NCFC)”立项。NCFC的主要目标是在北京大学、清华大学和中科院3个单位间建设高速互联网络，以及建立一个超级计算中心。1994年4月20日，NCFC通过美国Sprint公司连入Internet的64K国际专线开通，实现了与Int
40、ernet的全功能连接。这才正式标志着中国真正加入到因特网的行列之中。,1.6 因特网,目前，我国已建立了四大互联网络，它们是中国公用计算机互联网CHINANET、中国教育和科研计算机网CERNET、中国科学技术网CSTNET、中国金桥信息网CHINAGBN。,1.6 因特网,163 关于下一代因特网,问题:（1）地址空间太小。IPv4采用32位进行编址,目前现有地址中的70已被分配完，用不了几年，IP地址将完全枯竭。（2）不能向用户提供所需的服务质量。Internet采用了“先入先出”，即“尽力而为”的传输机制，不能满足语音、图像、动画等交互实时信息传输的带宽、时延需求。（3）安全和脆弱。I
41、nternet由于是从教育、科研部门逐步发展起来的，而教育科研部门注重的是信息共享，而不是信息的安全、管理，这就注定了其安全、管理方面的脆弱性。,1.6 因特网,（4）缺乏容纳新标准、新协议的灵活性。IP数据包的包头中虽有几个可选用的选项，但基本上是固定的，网络节点根据包头内容对数据包进行一致处理。这虽然简化了节点的协议处理，提高了节点处理数据包的速度，但增加了容纳新协议、新标准的困难。（5）未考虑移动设备与Internet的连接。21世纪计算机产品的主流将是移动的、小巧的非PC设备。这些移动设备如何和Internet连接，也是Internet所面临的重大问题之一。,1.6 因特网,NGI计划
42、。NGI(Next Generation Internet，下一代因特网)是美国白宫在1996年10月宣布的一个计划。VBNS。1995年，美国国家科学基金会(National Science Foundation，NSF)与美国通信公司(MCI)就超高带宽网络服务（Very High Bandwidth Network Service，VBNS）签订了合作协议。Internet2。Internet2是由美国120多所大学、协会、公司和政府机构共同努力建设的网络。,1.6 因特网,在我国，由国家自然科学基金委员会资助创建的中国高速互联研究试验网络（NSFCNET）始建于1999年年底，建成于2
43、001年7月，是我国的下一代因特网试验床。“中国下一代互联网示范工程（CNGI）”从2003年开始到2008年12月3日通过国家验收，取得丰硕成果。,1.6 因特网,1国际标准化组织ISO（International Standard Organization）2国际电报电话咨询委员会CCITT（Consultative Committee International Telegraph and Telephone）3国际电信联盟ITU（International Telecommunications Union）,1.7 国际标准化组织,4因特网工程特别任务组IETF（Internet En
44、gineering Task Force）5电气和电子工程师协会IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers）6其他标准化机构（1）美国国家标准局（NBS）（2）美国国家标准学会（ANSI）（3）欧洲计算机制造协会（ECMA）（4）中国国家标准局,1.7 国际标准化组织,ISO(International Organization for Standard)成立于1947年,是世界上最大的国际标准化专门机构，是联合国甲级咨询机构。它的成员是89个成员国的国家标准化组织。美国在ISO中的代表是ANSI，大家所熟悉的ASCII和C语言的
45、工业界标准，就是由ANSI所制定的。ISO在网络领域的最突出贡献就是提出OSI参考模型，该模型是网络发展史上的一个重要里程碑。,1.7 国际标准化组织,IETF（Internet Engineering Task Force）是一个国际性团体。它主要的工作是制定关于因特网的各种标准。其成员包括网络设计者、制造商、研究人员以及所有对因特网的正常运转和持续发展感兴趣的个人或组织。因为因特网覆盖范围大，连接的成员很多，所以很多组织都希望通过加入IETF使技术向有利于自己的方向发展。,1.7 国际标准化组织,IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers）电气和电子工程师协会IEEE是世界上最大的专业技术团体，由计算机和工程学专业人士组成。它创办了许多刊物，定期举行研讨会，还有一个专门负责制定标准的下属机构。IEEE在计算机网络界的最大贡献就是制定了802标准系列，802标准将局域网的各种技术进行了标准化。,1.7 国际标准化组织,Thank,
