計算機通訊與網路基礎

一、概論

1.計算機通訊與網路的主要發展過程

第一階段：面向終端的計算機網路。

第二階段：多個計算機互連的計算機網路。

第三階段：面向標準化的計算機網路。

第四階段：面向全球互連的計算機網路。

2. 我國的網路發展現狀

3. 計算機通訊與網路的定義和組成

計算機網路的定義：把分佈在不同地點且具有獨立功能的 多個計算機 ，透過通訊裝置和線路 連線 起來，在功能完善的網路軟體執行環境下，以實現網路中 資源共享 為目標的系統。

計算機網路的組成：終端系統和通訊子網。

4. 網路的型別及其特徵

根據網路拓補結構分類：

Ø  星型結構

Ø  樹型結構

Ø  匯流排型結構

Ø  環型結構

Ø  網路型結構

根據網路覆蓋的範圍分類：

個人區域網 PAN 、區域網 LAN （乙太網、無線區域網 WLAN ）、都會網路 MAN 、廣域網 WAN 、因特網

無線網路：

無線個域網 WPAN （藍芽、 ZigBee 、 UWB ）、無線區域網 WLAN 、無線都會網路 WMAN 、無線廣域網 WWAN

5. 計算機通訊協議與網路體系結構

網路協議的定義：通訊雙方必須遵循的、控制資訊交換的 規則 的 集合 。

三要素：

語法：資料與控制資訊的結構或格式，確定通訊時採用的資料格式，編碼及訊號電平等。

語義：對構成協議的協議元素含義的解釋。

同步：規定了時間的執行順序。

網路體系結構：即為網路進行分層，並規定了各層功能和各層協議。

協議層次模型包含：

實體：通訊時能傳送和接收資訊的人和軟硬體設施。

介面：網路分層結構中各相鄰層之間的通訊介面。

N層是N-1層的使用者，為N+1層提供服務。

OSI-RM體系結構（開放系統互連基本參考模型）

   物理層：利用傳輸介質為通訊的網路節點之間建立、維護和釋放物理連線，實現位元流的透明傳輸。

   資料鏈路層：在通訊的實體之間建立資料鏈路連線，傳輸以幀為單位的資料包。

網路層：為分組交換網路上的不同主機提供通訊服務，為以分組為單位的資料包用過通訊子網選擇適當的路由，並實現擁塞控制、網路互聯等功能。

傳輸層：向使用者提供端到端的資料傳輸服務。

會話層：負責維護通訊中兩個節點之間的會話連線的建立、維護和斷開，以及資料的交換。

表示層：用於處理在兩個通訊系統中交換資訊的主要方式；

應用層：2為應用程式透過網路服務。

TCP/IP體系結 構：

應用層

傳輸層

互連網路層

網路接入層

兩種體系結構的不同：

1.出發點不同

2.TCP/IP可越層

RFC文件：

目前在國際上最著名的兩個國際標準化組織分別是ISO和ITU-T。ITU-T主要負責電話和數字通訊領域的建議和標準。因特網的標準化工作由IAB負責，下設任務組負責具體某一方面的標準，如IETF負責因特網近期發展的工程和標準問題，形成RFC文件。

二、資料通訊技術基礎

1.資料通訊的基本概念

資訊：設計資料的內容和解釋；

資料：資訊的載體，預先約定的具有某種含義的數字、符號和字母的組合；

訊號：資料的電磁編碼。

模擬訊號：訊號的幅度隨時間做連續變化。

數字訊號：不連續的、離散的訊號

傳輸媒體

有線：雙絞線、同軸電纜、光纜

無線：無線電波、地面微波、衛星微波、紅外線技術

資料通訊系統的技術指標

資料傳輸速率

傳碼速率NBd：每秒鐘傳輸訊號碼元的個數，單位波特Baud。如訊號碼元持續的時間為T秒，則傳碼速率為1/T波特。

傳信速率 Rb：每秒鐘傳輸二進位制碼元的個數，單位是位元每秒。 若為 M電平：Rb=NBd*log2 M

通道頻寬：數字訊號發展起來後，變為資料傳信速率

誤位元速率和誤組率

誤位元速率 P=e1(出錯的位元數)/e2(總傳輸位元數)

誤組率P=b1(出錯的組數)/b2(總傳輸組數)

時延

時延=傳送時延+傳播時延+處理時延

傳送時延 =資料塊 長度（ b）/通道頻寬（b/s）

傳播時延=通道長度（m）/電磁波在通道上的傳播速度（m/s）

2.資料傳輸方式

並行傳輸和序列傳輸

並行傳輸：資料以成組的方式，在多條並行通道上同時進行傳輸。

序列傳輸：組成字元的若干位二進位制碼排列成資料流在一條通道上逐位順序傳輸。是遠端通訊主要採用的一種傳輸方式。

非同步傳輸和同步傳輸

非同步傳輸：起始位一個碼元長度，極性為0，停止位長度可選1、1.5、2個碼元長度，極性為1。

同步傳輸：以固定的時鐘節拍傳送資料訊號，傳送的資料以幀為單位，一幀資料的前後有同步字元和結束字元。高速環境下主要使用使用者通訊。

單工、半雙工和全雙工傳輸

模擬傳輸和數字傳輸

3.資料傳送技術

資料序列的電訊號表示

單極性碼和雙極性碼

不歸零碼和歸零碼

差分編碼

偽三進位制碼

曼徹斯特碼

差分曼徹斯特碼

通道容量的概念

奈奎斯特定理C=2Wlog2M

夏農定理C=Wlog2（1+S/N），其中（S/N）dB=10lg（訊號頻率/噪聲頻率）

基帶傳輸

         矩形脈衝訊號的固有頻帶稱為基本頻帶，數字通訊通道上，計算機中的資料是以矩形脈衝訊號直接傳送的，這種傳送方法叫做基帶傳輸。

頻帶傳輸

幅移鍵控（數字調幅）

頻移鍵控（數字調頻）

相移鍵控（數字調相）

數字資料傳輸

抽樣

量化

編碼

4.多路複用技術

分頻多工

分時多工

靜態分時多工：多個使用者的資料訊號分別置於預定的時隙。

動態分時多工：按需分配資源

碼分複用

碼片序列之間，互不相同，互相正交。

波長分波多工

5.  資料交換技術

交換即為集中和轉發。

電路交換

三個階段

呼叫建立階段：採用靜態分時多工技術。

通訊階段

連線釋放階段

其中建立的物理連線含義指主被叫之間建立的連線是由主被叫之間獨享的。

報文交換

採用“儲存-轉發”方式對每份報文完整的加以處理，但是時延長。

分組交換

兩種服務方式：

虛電路：早期分組交換網使用，面向連線，確定路由，動態分時多工。

資料包：Internet採用。來自同一報文的多個分組可能途徑不同路由，不需建立連線。

比起電路交換，最大的缺點是不能滿足實時應用，其他的缺點如控制開銷大。

6.  差錯控制技術

基本原理

差錯可分為隨機差錯和突發差錯

控制方式

自動請求重發

前向糾錯

混合方式

資訊反饋

編碼

奇偶校驗碼

漢明碼

迴圈冗餘校驗碼CRC

特性

一種碼中的任何兩個許用碼組按模2相加後，形成的新序列仍為一個許用碼組；若兩個相同許用碼組相加則得一個全0序列，所以迴圈冗餘校驗碼一定包含全0碼字。

一個許用碼組每次迴圈移位的結果一定也是碼字集合中的另一個許用碼組。

編碼

（1） 求 M（想）所對應的碼字，並乘以x^(n-k)

（2）將所求碼字被G(x)除，求其餘式

（3）得x^(r)M(x)異或R(x)，即為所求碼字

資料通訊介面特性

DTE（資料終端裝置）傳送的數字資料透過通訊介面，經傳輸通道到達接收端的DCE（資料電路終接裝置），在經過通訊介面傳送到伺服器，反之亦然。

機械特性、電氣特性、功能特性、規程特性