第1节-计算机通信概述课件.ppt

1、第1节 计算机通信概述黄小平 西北工业大学 huangxp_2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_2/64课程管理r上课时间 1-10周r周一 7-8节 教学东楼D205r周三 3-4节 同上r联系方式rhuangxp_r教材r计算机通信技术 韩毅刚r计算机通信 潘新民r参考书目r数据与计算机通信 电子工业出版社 斯托林斯r数字通信原理 强世锦r通信原理 樊昌信r计算机网络等 2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_3/64课程内容1. 计算机通信概论2. 数据传输3. 数据的编码和调制4. 多路复用5. 差错控制6. 通信控制规程7. 通信设

2、备8. 串行通信2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_4/64课程目的r 1r 22022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_5/64其他重要说明r 考试r一般安排在第12周。r 课堂纪律r 答疑2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_6/64本次课程内容（第一章）r C&Cr 通信系统模型r 通信网络r 计算机通信体系结构2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_7/641.1 C&Cr 通信技术的发展r 计算机技术的发展r 计算机与通信的结合r 计算机通信技术的发展2022年6月5日星期日西北工业大

3、学 计算机学院huangxp_8/64通信简史r 模拟和数字r 同步与异步 语音书信烽火台论坛电报信号灯无线电广播模拟电话PDH分组交换电光单边带调制WDMATMSDH数字同步模拟异步2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_9/64计算机的发展r第一代：19451954年r采用电子管和继电器存储器。如ENIAC、IBM 701等。r第二代：19551964年r采用分立式晶体管和磁性存储器。如IBM 7090、CDC 1604等。r第三代：19651974年r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。r第四代：1

4、9751990年r采用LSI/VLSI和半导体存储器。如VAX 9000、Cray X-MP等。r第五代：1991现在r采用大规模并行处理技术，高密度组装和光技术。 2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_10/64计算机与通信的结合r C & Cr 三网合一 r 多机系统技术迁移2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_11/64C & Cr C & Cr目前3Cr计算机，通信，消费电子r 划界模糊r通信网络的划分r各种计算机系统的划分 2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_12/64三网合一r 电信网、有线电视网和计算

5、机网 r 探索：rISDN、VRr 数据通信。 r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r数据通信 = 数据处理 + 数据传输 r 数据通信与计算机通信r数据通信侧重数据传输r计算机通信侧重信息交互 2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_13/64多机系统技术迁移r 界限模糊r单处理器计算机r多处理器计算机r局域网r城域网r广域网 r 功能迁移r功能下移r功能上移 网络就是计算机2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_14/64C&C举例：智能大楼r 智能大楼的定义有两种r通过对建筑物的结构

6、、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。r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的特点。r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。 r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6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_15/64智能大楼的组成r 结构化布线系统r方便收集和散播数据。r 办公自动化系统r如文字处理、电子商务r 通信自动化系统r如ISDNr 楼宇自动化系统

7、r各种传感器件、控制器件r 计算机网络 2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_16/64结构化布线系统 r 户外系统r 垂直竖井系统r 平面楼层系统r 用户端子区r 机房子系统r 布线配线系统。 2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_17/64计算机通信技术的发展r Amdahl定律r3M，3Tr 网络四大定律r莫尔定律r微处理器的速度每18个月翻一番。r光纤定律r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。r吉尔德定律r主干网的带宽每6个月增加一倍r麦特卡尔夫定律r网络的价值同网络用户数量的平方成正比。 2022年6月5日星期日西

8、北工业大学 计算机学院huangxp_18/64计算机通信技术的演进r 低速高速r 专用网公用网虚拟专用网r 面向终端的网资源共享网r 电路交换报文交换分组交换信元交换r 各种通信控制规程国际标准r 单一的数据通信网综合业务数字通信网r 微机到主机对等通信客户/服务器网站/浏览器。 2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_19/641.2 通信系统模型r 通信术语概述r 通信及通信系统模型2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_20/64通信的基本概念r 通信 ： 有用消息的远距离可靠传输r电通信、光通信、微波通信r 消息r通信的载体r 信息r消

9、息的内容2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_21/64通信系统模型r 通信系统的基本目的是通信双方数据的交换mr(t)g(t)g(t)s(t)m信源发送器信道信宿接收器噪声2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_22/64通信系统的组成r 信源r产生要传输的数据r 发送器r把数据转化为可以传输的信号r 信道r承载数据r 接收器r把接收到的信号转化为数据r 信宿r接收输入的数据2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_23/64移动电话系统r 1r 2r 4r 3r 5r 1r 2r 4r 3r 52022年6月5日星期日

10、西北工业大学 计算机学院huangxp_24/64邮件系统2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_25/64模拟通信系统r 12022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_26/64模拟通信系统特点2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_27/64数字通信系统r 12022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_28/64通信主要任务rTransmission System Utilization（传输系统的利用）rInterfacing（接口）rSignal Generation（信号产生）rSynchroni

11、zation（同步）rExchange Management （交换管理）rError Detection and Correction（差错检测与纠正）rAddressing and Routing（寻址与路由选择）rRecovery（恢复）rMessage Formatting（报文格式化）rSecurity（安全措施）rSystem Management（系统管理）2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_29/64通信主要任务r 传输系统的利用r充分合理利用传输设施r复用：在多个用户之间分配传输系统的总传输能力r拥塞控制：保证传输系统不因传输请求过量而超载r 接口

12、r设备与传输系统之间的连接r 信号的产生r按某种格式产生具有一定强度的电磁波信号r能够在传输系统上传播r能够被接收器转换为数据2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_30/64通信主要任务r同步r接收器能够判断信号的起始、结束和信号单元的持续时间r在发送器与接收器之间达成某种同步r位同步、帧同步、网同步r交换的管理r对建立的连接进行管理r协议的协商r故障处理，出错后的措施r差错控制r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6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_31/64通信主要任务r 流量控制r信宿不会因信源发送太快而导致超载r 寻

13、址r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r 路由选择r当传输系统是不只一条路径的网络时需要确定路由r 恢复r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6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_32/64通信主要任务r 报文格式化r数据交换双方必须就传输的数据格式达成一致协议r交换代码转换、压缩、加密r 安全措施r发送方希望确保只有它期望的接收者接收到数据r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r 系统管理r数据通信设施是一个复杂系统，需要合理地规

14、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6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_33/641.3 通信网络概述r 通信网络组成r 通信网络分类2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_34/64通信网络的组成r 从物理设备上看r由各种用户终端、交换机（或路由器）、集中器、连接器和传输线路组成r 从图论上看r链路r电缆、光缆、无线电、卫星等传输线路r功能是传输信息r节点r交换机、路由器、集中器、终端等所有独立的设备r功能是提供交换场所、选择路由、进行流量控制等。2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huang

15、xp_35/64计算机通信网的组成r 资源子网r 通信子网2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_36/64资源子网和通信子网r 资源子网r也称为用户子网r包括计算机、终端控制器及终端等设备r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。r 通信子网r由若干网络节点、传输链路及信号变换设备组成r负责完成计算机之间的通信任务r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6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_37/64通信网络的分类r 交换网络r电路交换网络r分组交换网络r 广播网络r

16、分组无线电网络r卫星网络r局部网络等 2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_38/64通信网络的分类按距离r 局域网（LAN）r 城域网（MAN）r 广域网（WAN） 2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_39/641.4 计算机通信体系结构 r协议r协议用于不同系统实体间的通信，它是管理两实体间数据交换的一组规则 r实体r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。r实体具有发送或接收信息的能力r系统r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。r系统是一个特殊的实际物体，它可

17、以包含一个或多个实体。 2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_40/64协议的组成r 语法r数据格式r信号电平r 语义r控制信息r差错处理r 时序r速率匹配r顺序2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_41/64协议的关键要素：r 语法：用户数据与控制信息的结构与格式。包括数据格式、 编码和信号电平等;r即，做什么（what to do）。r 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;r即，怎么做（how to do）。r 定时：对事件实现顺序的详细说明。包括速度匹配和排序等。r即，何时做（w

18、hen to do）。2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_42/64OSI参考模型r 一个层次模型r 每一层实现一个必须实现的通信功能的子集r 每一层依赖于下一层r 每层提供服务给上一层r 某一层的变化不应当引起其他层的变化2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_43/64OSI参考模型 r 7层应用层表示层 数据链路层会话层传输层物理层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层网络层应用层表示层数据链路层会话层传输层物理层网络层应用层协议表示层协议网络层协议会话层协议传输层协议链路层协议物理层协议数据流数据流网络层协议链路层协议物理层协议

19、网络层协议链路层协议物理层协议主机A主机B交换节点交换节点2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_44/64OSI各层的主要功能r 物理层（physical layer）r 数据链路层（data link layer）r 网络层（network layer）r 传输层（transport layer）r 会话层（session layer）r 表示层（presentation layer）r 应用层（application layer）2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_45/641. 物理层r 设备间的物理接口r机械特性r设备之间连接件的尺

20、寸和接头数以及每根连线的用途等。r电气特性r它涉及到用什么电压代表“1”,用什么电压代表“0”一个比特持续多少时间r功能特性r传输是双向的，还是单向的，r过程特性r一次通信中发送方和接收方如何应答，r 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6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_46/642.数据链路层r 激活，保持以及解除一个可行连接的手段r建立、维持和释放网络实体之间的数据链路r 差错检测和控制r数据链路对网络层应表现为一条无差错的信道。r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

21、传输。r 高层可以执行无差错传输r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是透明的。r 共享媒介的访问控制方法2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_47/643.网络层r 信息的传输r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。r把数据组织成分组，在通信子网的节点之间交换传送r 使高层不需要知道低层的技术r 需要管理各种中介通信装置r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。r拥塞控制：防止网络中出现局部的拥挤或全面的阻塞。 2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院hua

22、ngxp_48/644.传输层r 终端系统间的数据交换r 无差错r 有序r 无丢失r 无重复r 服务质量2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_49/64传输层端到端连接r 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r 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。通信子网通信子网3131457457透明传输传输层协议TN (差集)端到端连接2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_50/645.会话层r 会话层提供的会话服务类型:r会话管理：把两个表示层实体结合在一起，或把它们分开。r会话控制：控

23、制两个表示层实体间的数据交换过程。r 会话层提供的服务r对话准则r全双工/半双工r编组r通过标志定义数据组r恢复 r设置检查点2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_51/646.表示层r 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。r 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。 r 表示层提供的服务r数据格式和编码r数据压缩r加密2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_52/647.应用层r 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

24、分布式处理环境。r为应用程序提供网络服务;r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;r建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_53/64TCP/IP协议参考模型r 由美国国防部高级研究计划署(DARPA)开发r分组交换网ARPANETr Internet用之r 在TCP/IP协议研究时，并没有提出参考模型；r没有官方的模型r目前的TCP/IP参考模型不是很统一r 目前网络层使用的版本是IPv4 ；rIPv6（IPng）2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_54/64TC

25、P/IP协议的特点 r 开放的协议标准;r 独立于特定的计算机硬件与操作系统；r 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；r 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地址；r 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_55/64TCP/IP协议体系结构的层次r 应用层r 传输层r或称主机对主机层r 互联网络层r 网络接入层2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_56/64网络接入层r 终端系统和网络之间的数据交换r负责通过网络发送和接收IP数据报;r允

26、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;r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;r 提供目的地址r 调用网络服务2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_57/64互联网络层r 相当OSI RM网络层的无连接网络服务； r 处理互连的路由选择、流控与拥塞问题；r IP协议是无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议。r 另：通信协议四种服务类型r面向连接与确认服务；r面向连接与不确认服务；r无连接与确认服务；r无连接与不确认服务； 2022年6月5日星期日西北

27、工业大学 计算机学院huangxp_58/64传输层r 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；r 传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议；r可靠的数据交付r数据交付的有序性r 用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议。 2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_59/64TCPr 常用的传输层r可靠的连接r 连接r不同系统中实体的临时逻辑联系r TCP PDU r称作TCP报文段r包括源和目的端口 (c.f. SAP)r标识单独的用户 (应用程序)r连接指的是端口对r TCP跟踪每对连接实体间的报文段2022年6月5日星期日西北

28、工业大学 计算机学院huangxp_60/64UDPr 不可靠交付r 无序号r 不保证重复到达r 开销小r 在IP上加端口地址2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_61/64应用层r 支持用户应用r 应用层协议主要有：r网络终端协议Telnetr文件传输协议FTPr简单邮件传输协议SMTPr域名系统DNSr简单网络管理协议SNMPr超文本传输协议HTTP2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_62/64TCP/IP与OSI模型的比较r 共同点r层次化的结构r OSI的主要问题r定义复杂r实现困难r有些功能在每一层重复出现r效率低下r TCP/I

29、P的主要问题r网络接入层并不是实际的一层r各层的功能定义与实现方法没能区分开来等OSITCP/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2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_63/64通信协议标准化组织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2022年6月5日星期日西北工业大学 计算机学院huangxp_64/64总结r 通信技术的发展r 通信的基本概念r 通信系统模型r 通信网络