《计算机通信基础》课件 第1章 计算机通信 概论.ppt

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1、计算机通信基础1计算机通信基础课程教材通信原理通信原理，国防工，国防工业出版社出版社参考参考书目：目：计算机通信技算机通信技术，北京航空航天出版社，北京航空航天出版社计算机网算机网络，电子工子工业出版社出版社2课程内容提要1、数据通信系、数据通信系统数据数据终端端设备数据数据电路和数据路和数据链路路传输（信道、方式、复用技（信道、方式、复用技术）接口接口2、性能指、性能指标信息信息传输速率速率码元元传输速率速率频带利用率利用率差差错率率3、数据通信网、数据通信网3计算机通信基础第第1章章 计算机通信概论计算机通信概论Computer Communications Overview4通信简史模模

2、拟通信和数字通信通信和数字通信同步通信与异步通信同步通信与异步通信 5通信模型通信系通信系统的基本目的是通信双方数据的交的基本目的是通信双方数据的交换6mr(t)g(t)g(t)s(t)m信源发送器信道信宿接收器噪声通信模型7通信系统的组成信源信源产生要生要传输的数据的数据发送器送器把数据把数据转化化为可以可以传输的信号的信号信道信道承承载数据数据接收器接收器把接收到的信号把接收到的信号转化化为数据数据信宿信宿接收接收输入的数据入的数据8通信主要任务Transmission System Utilization（传输系系统的利用的利用）Interfacing（接口（接口）Signal Gene

3、ration（信号（信号产生生）Synchronization（同步（同步）Exchange Management（交（交换管理管理）Error Detection and Correction（差（差错检测与与纠正正）Addressing and Routing（寻址与路由址与路由选择）Recovery（恢复（恢复）Message Formatting（报文格式化文格式化）Security（安全措施（安全措施）System Management（系（系统管理管理）9通信主要任务传输系系统的利用的利用充分合理利用充分合理利用传输设施施复用：在多个用复用：在多个用户之之间分配分配传输系系统的的总

4、传输能能力力拥塞控制：保塞控制：保证传输系系统不因不因传输请求求过量而超量而超载接口接口设备与与传输系系统之之间的的连接接信号的信号的产生生按某种格式按某种格式产生具有一定生具有一定强度的度的电磁波信号磁波信号能能够在在传输系系统上上传播播能能够被接收器被接收器转换为数据数据10通信主要任务同步同步接收器能接收器能够判断信号的起始、判断信号的起始、结束和信号束和信号单元的持元的持续时间在在发送器与接收器之送器与接收器之间达成某种同步达成某种同步位同步、位同步、帧同步、网同步同步、网同步交交换的管理的管理对建立的建立的连接接进行管理行管理协议的的协商商故障故障处理，出理，出错后的措施后的措施差差

5、错控制控制检测或或纠正因信号失真或信道噪声等原因而正因信号失真或信道噪声等原因而产生的生的传输差差错11通信主要任务流量控制流量控制信宿不会因信源信宿不会因信源发送太快而送太快而导致超致超载寻址址当当传输设施被两个以上施被两个以上设备共享共享时，信源必，信源必须给出信宿的出信宿的标识路由路由选择当当传输系系统是不只一条路径的网是不只一条路径的网络时需要确定路需要确定路由由恢复恢复信息交信息交换过程中因通信系程中因通信系统某某处出出现故障而致使故障而致使传输中断，需要从中断中断，需要从中断处恢复工作，或者把系恢复工作，或者把系统被涉及部分恢复到数据交被涉及部分恢复到数据交换开始之前的状开始之前的

6、状态12通信主要任务报文格式化文格式化数据交数据交换双方必双方必须就就传输的数据格式达成一致的数据格式达成一致协议交交换代代码转换、压缩、加密、加密安全措施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接收方希望保证收到的数据来自正确的收到的数据来自正确的发送方，送方，且数据在且数据在传输过程中未被改程中未被改变系系统管理管理数据通信数据通信设施是一个复施是一个复杂系系统，需要合理地，需要合理地规划划和配置，需要和配置，需要对系系统运行状运行状态进行行监控，并控，并处理理拥塞、死塞、死锁、故障等引、故障等引发的的问题13通信网络概述通信网

7、络的组成通信网络的组成通信网络的分类通信网络的分类14通信网络的组成从物理从物理设备上看上看由各种用由各种用户终端、交端、交换机（或路由器）、集中器、机（或路由器）、集中器、连接器和接器和传输线路路组成成从从图论上看上看链路路电缆、光、光缆、无、无线电、卫星等星等传输线路路功能是功能是传输信息信息节点点交交换机、路由器、集中器、机、路由器、集中器、终端等所有独立的端等所有独立的设备功能是提供交功能是提供交换场所、所、选择路由、路由、进行流量控制等。行流量控制等。15计算机通信网的组成资源子网源子网通信子网通信子网16资源子网和通信子网资源子网源子网也称也称为用用户子网子网包括包括计算机、算机、

8、终端控制器及端控制器及终端等端等设备这些些设备负责运行用运行用户的的应用程序，向网用程序，向网络用用户提供可共享的提供可共享的软硬件硬件资源。源。通信子网通信子网由若干网由若干网络节点、点、传输链路及信号路及信号变换设备组成成负责完成完成计算机之算机之间的通信任的通信任务在通信系在通信系统模型中，如果从信源到信宿存在多个模型中，如果从信源到信宿存在多个可可选的信道，的信道，则这些信道就构成了一个通信子网。些信道就构成了一个通信子网。17通信网络的分类交交换网网络电路交路交换网网络分分组交交换网网络广播网广播网络分分组无无线电网网络卫星网星网络局部网局部网络等等 18通信网络的分类按距离局域网（

9、局域网（LAN）城域网（城域网（MAN）广域网（广域网（WAN）19计算机通信体系结构OSIOSI参考模型参考模型 TCP/IP协议模型协议模型 20通信协议参考模型 协议协议用于不同系用于不同系统实体体间的通信，它是管理两的通信，它是管理两实体体间数据交数据交换的一的一组规则 实体体指用指用户应用程序、文件用程序、文件传输软件包、数据件包、数据库管理系管理系统、电子子邮件件业务和和终端等客端等客观存在的事物。存在的事物。实体具有体具有发送或接收信息的能力送或接收信息的能力系系统指指计算机、算机、MODEM、终端端设备、远程程传感器和控制器等感器和控制器等组成的一个成的一个整体。整体。系系统是

10、一个特殊的是一个特殊的实际物体，它可以包含一个或多个物体，它可以包含一个或多个实体。体。21协议的组成语法法数据格式数据格式信号信号电平平语义控制信息控制信息差差错处理理时序序速率匹配速率匹配顺序序22协议的关键要素：语法：用法：用户数据与控制信息的数据与控制信息的结构与格式。构与格式。包括数据格式、包括数据格式、编码和信号和信号电平等平等;即，做什么（即，做什么（what to do）。）。语义：需要：需要发出何种控制信息，以及完成的出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响作与做出的响应。包括用于。包括用于协调同步和差同步和差错处理的控制信息理的控制信息;即，怎么做（即，怎么做（how to

11、 do）。）。定定时：对事件事件实现顺序的序的详细说明。包括速明。包括速度匹配和排序等。度匹配和排序等。即，何即，何时做（做（when to do）。）。23OSI参考模型一个一个层次模型次模型每一每一层实现一个必一个必须实现的通信功能的子集的通信功能的子集每一每一层依依赖于下一于下一层每每层提供服提供服务给上一上一层某一某一层的的变化不化不应当引起其他当引起其他层的的变化化24OSI参考模型 7层25OSI各层的主要功能物理物理层（physical layer）数据数据链路路层（data link layer）网网络层（network layer）传输层（transport layer）会会

12、话层（session layer）表示表示层（presentation layer）应用用层（application layer）261.物理层设备间的物理接口的物理接口机械特性机械特性设备之之间连接件的尺寸和接接件的尺寸和接头数以及每根数以及每根连线的用途等。的用途等。电气特性气特性它涉及到用什么它涉及到用什么电压代表代表“1”,用什么用什么电压代表代表“0”一个比一个比特持特持续多少多少时间功能特性功能特性传输是双向的，是双向的，还是是单向的，向的，过程特性程特性一次通信中一次通信中发送方和接收方如何送方和接收方如何应答，答，用以建立用以建立,维持和持和释放数据放数据链路路实体体间的的连接

13、。接。这一一层的的规程都与程都与电路上路上传输的原始比特有关的原始比特有关,272.数据链路层激活，保持以及解除一个可行激活，保持以及解除一个可行连接的手段接的手段建立、建立、维持和持和释放网放网络实体之体之间的数据的数据链路路差差错检测和控制和控制数据数据链路路对网网络层应表表现为一条无差一条无差错的信道。的信道。相相邻节点之点之间的数据交的数据交换按按帧，各，各帧按按顺序序传送，送，并通并通过接收端的校接收端的校验检查和和应答保答保证可靠的可靠的传输。高高层可以可以执行无差行无差错传输数据数据链路路层对损坏、坏、丢失和重复的失和重复的帧应能能进行行处理，理，这种种处理理过程程对网网络层是透

14、明的。是透明的。共享媒介的共享媒介的访问控制方法控制方法283.网络层信息的信息的传输这一一层的功能属于通信子网，通的功能属于通信子网，通过网网络交交换来自运来自运输层的数据。的数据。把数据把数据组织成分成分组，在通信子网的，在通信子网的节点之点之间交交换传送送使高使高层不需要知道低不需要知道低层的技的技术需要管理各种中介通信装置需要管理各种中介通信装置路径路径选择：路径既可以是固定不：路径既可以是固定不变的的(通通过静静态路由表路由表实现)，也可以是根据网，也可以是根据网络的的负载情况情况动态变化的。化的。拥塞控制：防止网塞控制：防止网络中出中出现局部的局部的拥挤或全面的阻塞。或全面的阻塞。

15、294.传输层终端系端系统间的数据交的数据交换无差无差错有序有序无无丢失失无重复无重复服服务质量量30传输层端到端连接传输层提供一种通用的提供一种通用的传输服服务。使会。使会话实体不必考体不必考虑通信网通信网络的工作的工作细节数据数据传输能高效地能高效地进行。行。传输层采用多路复采用多路复用或分流的方式用或分流的方式优化网化网络的的传输性能。性能。315.会话层会会话层提供的会提供的会话服服务类型型:会会话管理：把两个表示管理：把两个表示层实体体结合在一起，或把它合在一起，或把它们分开。分开。会会话控制：控制两个表示控制：控制两个表示层实体体间的数据交的数据交换过程。程。会会话层提供的服提供的

16、服务对话准准则全双工全双工/半双工半双工编组通通过标志定志定义数据数据组恢复恢复 设置置检查点点326.表示层提供一个可供提供一个可供应用用层选择的服的服务的集合，使的集合，使得得应用用层可以根据可以根据这些服些服务功能解功能解释数据的数据的涵涵义。表示表示层以下各以下各层只关心如何可靠地只关心如何可靠地传输数据，数据，而表示而表示层关心的是所关心的是所传输的数据的表的数据的表现方式、方式、它的它的语法和法和语义。表示表示层提供的服提供的服务数据格式和数据格式和编码数据数据压缩加密加密337.应用层这是是OSI体系体系结构的最高构的最高层。这一一层的的协议直接直接为端用端用户服服务,提供分布式

17、提供分布式处理理环境。境。为应用程序提供网用程序提供网络服服务;应用用层需要需要识别并保并保证通信通信对方的可用性，保持方的可用性，保持协同工作的同工作的应用程序之用程序之间的同步的同步;建立建立传输错误纠正与保正与保证数据完整性的控制机制。数据完整性的控制机制。34TCP/IP协议参考模型由美国国防部高由美国国防部高级研究研究计划署划署(DARPA)开开发分分组交交换网网ARPANETInternet用之用之在在TCP/IP协议研究研究时，并没有提出参考模型；，并没有提出参考模型；没有官方的模型没有官方的模型目前的目前的TCP/IP参考模型不是很参考模型不是很统一一目前网目前网络层使用的版本

18、是使用的版本是IPv4；IPv6（IPng）35TCP/IP协议的特点 开放的开放的协议标准准;独立于特定的独立于特定的计算机硬件与操作系算机硬件与操作系统；独立于特定的网独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互广域网，更适用于互连网中；网中；统一的网一的网络地址分配方案，使得整个地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；在网中都具有唯一的地址；标准化的高准化的高层协议，可以提供多种可靠的用，可以提供多种可靠的用户服服务。36TCP/IP协议体系结构的层次应用用层传输层或称主机或称主机对主机主机层互互联网网络层网网络接入接入层37网

19、络接入层终端系端系统和网和网络之之间的数据交的数据交换负责通通过网网络发送和接收送和接收IP数据数据报;允允许主机主机连入网入网络时使用多种使用多种现成的与流行的成的与流行的协议，如局域网的，如局域网的Ethernet、令牌网、分、令牌网、分组交交换网网的的X.25、帧中中继、ATM协议等等;当一种物理网被用作当一种物理网被用作传送送IP数据包的通道数据包的通道时，就，就可以可以认为是是这一一层的内容的内容;提供目的地址提供目的地址调用网用网络服服务38互联网络层相当相当OSI RM网网络层的无的无连接网接网络服服务；处理互理互连的路由的路由选择、流控与、流控与拥塞塞问题；IP协议是无是无连接

20、的、提供接的、提供“尽力而尽力而为”服服务的网的网络层协议。另：通信另：通信协议四种服四种服务类型型面向面向连接与确接与确认服服务；面向面向连接与不确接与不确认服服务；无无连接与确接与确认服服务；无无连接与不确接与不确认服服务；39传输层主要功能是在互主要功能是在互连网中源主机与目的主机的网中源主机与目的主机的对等等实体体间建立用于会建立用于会话的端的端-端端连接；接；传输控制控制协议TCP是一种可靠的面向是一种可靠的面向连接接协议；可靠的数据交付可靠的数据交付数据交付的有序性数据交付的有序性用用户数据数据报协议UDP是一种不可靠的无是一种不可靠的无连接接协议。40TCP常用的常用的传输层可靠

21、的可靠的连接接连接接不同系不同系统中中实体的体的临时逻辑联系系TCP PDU 称作称作TCP报文段文段包括源和目的端口包括源和目的端口(c.f.SAP)标识单独的用独的用户(应用程序用程序)连接指的是端口接指的是端口对TCP跟踪每跟踪每对连接接实体体间的的报文段文段41UDP不可靠交付不可靠交付无序号无序号不保不保证重复到达重复到达开开销小小在在IP上加端口地址上加端口地址42应用层支持用支持用户应用用应用用层协议主要有：主要有：网网络终端端协议Telnet文件文件传输协议FTP简单邮件件传输协议SMTP域名系域名系统DNS简单网网络管理管理协议SNMP超文本超文本传输协议HTTP43TCP/

22、IP与OSI模型的比较共同点共同点层次化的次化的结构构OSI的主要的主要问题定定义复复杂实现困困难有些功能在每一有些功能在每一层重复出重复出现效率低下效率低下TCP/IP的主要的主要问题网网络接入接入层并不是并不是实际的一的一层各各层的功能定的功能定义与与实现方法没能区分开来等方法没能区分开来等44OSITCP/IP应用层应用层表示层无对应层会话层传输层传输层网络层互联网络层数据链路层网络接入层物理层通信协议标准化组织45机构机构涉及的范围涉及的范围标准标准国际标准化组织ISOOSIRM4-7层传榆、会话国际电信联盟电信标准部门ITU-T通信网络X.25X.75X.21因特网工程工作组IETF3-7层TCP，IP电气与电子工程学会IEEE1-2层IEEE802美国电子工业协会EIA1层RS-232-C，RS-449欧洲计算机制造商协会ECMA1-7层加入到ISOATM论坛ATM技术ATM各层协议复习题协议分层的思想是什么协议分层的思想是什么?46