第1章計算機網路原理

1.1計算機網路概論(P1-10)

1、定義與應用

計算機網路是一個將分散的、具有獨立功能的計算機系統,通過通訊裝置與線路連線起來,由功能完善的軟體實現資源共享的系統。

計算機網路的幾個應用方向:對分散的資訊進行集中、實時處理;共享資源;電子化辦公與服務;通訊;遠端教育;娛樂等。

2、計算機網路組成

A:計算機網路物理組成

從物理構成上看,計算機網路包括硬體、軟體、協議三大部分。

B:功能組成

從功能上,計算機網路由資源子網和通訊子網兩部分組成。

C:工作方式

從工作方式上看,也可以認為計算機網路由邊緣部分和核心部分組成。

3、計算機網路分類
A:按分佈範圍分類

WAN、MAN、LAN、PAN(個域網)

B:按拓撲結構分類

匯流排型網路、星型網路、環形網路、樹型網路、網格型網路等基本形式。也可以將這些基本型網路互聯組織成更為複雜的網路。

C:按交換技術分類(注意區別各自的優缺點)

線路交換網路、報文交換網路、分組交換網路等型別。

D:按採用協議分類

應指明協議的區分方式。

E:按使用傳輸介質分類

有線(再按各介質細分)、無線

F:按使用者與網路的關聯程度分

骨幹網、接入網、駐地網

4、網路體系結構

A:分層與協議

注意分層的三個基本原則

B:介面與服務
SAP
5、計算機網路提供的服務可分為三類

面向連線的服務與無連線的服務、有應答服務與無應答服務、可靠服務與不可靠服務。

6、服務資料單元SDU、協議控制資訊PCI、協議資料單元PDU。

三者的關係為:

N-SDU+N-PCI=N-PDU=(N-1)SDU

C:ISO/OSI與TCP/IP體系結構模型

OSI有7層,從低到高依次稱為物理層、資料鏈路層、網路層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。各層對應的資料交換單元分別為:位元流、幀、分組、TPDU、SPDU、PPDU、APDU

TCP/IP從低到高各層依次為網路介面層、網際網路層、傳輸層、應用層。網路介面層相當於OSI的物理層和資料鏈路層;網際網路層相當於OSI的網路層;傳輸層相當於OSI的傳輸層;應用層相當於OSI的應用層;沒有表示層和會話層。

1.2資料通訊基礎(P11-46)

1、資料通訊概念

A:數字傳輸與模擬傳輸

數字傳輸是指用數字訊號來傳送訊息的通訊方式。模擬傳輸是指以模擬訊號來傳輸訊息的通訊方式。不論是數字資料還是模擬資料,都可以採用兩種傳輸方式之一進行傳輸。

B:基帶傳輸與頻帶傳輸

基帶傳輸是指訊號沒有經過調製而直接送到通道中去傳輸的一種方式。頻帶傳輸是指訊號經過調製後再送到通道中傳輸的一種方式,接收端要進行相應的解調才能恢復原來的訊號。

2、資料通訊系統

A:資料通訊系統模型

資料通訊系統的基本組成一般包括髮送端、接收端、收發兩端之間的通道三個部分。

B:同步方式

同步的實現包括位同步、字元同步、幀同步

C:檢錯與糾錯(參閱P43 1.2.7節內容)

包括二維奇偶校驗、迴圈冗餘校驗等檢錯方法。

檢錯重發方法有:停發等候重發、返回重發和選擇重發。

3、資料調製與編碼

A:數字資料的編碼與調製

數字資料編碼為數字訊號:不歸零碼、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼、雙極性半空佔碼(AMI)、雙極性8零替換碼(B8ZS)、三階高密度雙極性碼(HDB3)、nB/mB碼等。

數字資料調製為模擬訊號:

基本調製方法:幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)

正交振幅調製(QAM)

B:模擬資料的編碼與調製
模擬資料編碼為數字訊號:PCM
模擬資料調製為模擬訊號:AM、FM、PM

4、複用技術

A:時分複用

TDM,在進行通訊時,複用器和分用器總是成對地使用。

時分複用(Time Division Multiplexer,TDM)是把一個傳輸通道進行時間分割以傳送若干話路的資訊,把N個話路裝置接到一條公共的通道上,按一定的次序輪流的給各個裝置分配一段使用通道的時間。當輪到某個裝置時,這個裝置與通道接通,執行操作。與此同時,其它裝置與通道的聯絡均被切斷。待指定的使用時間間隔一到,則通過時分多路轉換開關把通道聯接到下一個要連線的裝置上去。時分制通訊也稱時間分割通訊,它是數字電話多路通訊的主要方法,因而PCM通訊常稱為時分多路通訊。TDM包括同步時分複用和統計時分複用。

B:頻分複用

FDM,主要用於模擬訊號。主要應用:無線電廣播系統和有線電視系統。

頻分複用(FDM,Frequency Division Multiplexing)就是將用於傳輸通道的總頻寬劃分成若干個子頻帶(或稱子通道),每一個子通道傳輸1路訊號。頻分複用要求總頻率寬度大於各個子通道頻率之和,同時為了保證各子通道中所傳輸的訊號互不干擾,應在各子通道之間設立隔離帶,這樣就保證了各路訊號互不干擾(條件之一)。頻分複用技術的特點是所有子通道傳輸的訊號以並行的方式工作,每一路訊號傳輸時可不考慮傳輸時延,因而頻分複用技術取得了非常廣泛的應用。頻分複用技術除傳統意義上的頻分複用(FDM)外,還有一種是正交頻分複用(OFDM)。

C:波分複用

WDM就是光的頻分複用。波分複用系統主要由光發射機、光接收機、光放大器和光纖組成。

D:碼分複用

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碼分複用(CDM,Code Division Multiplexing)是靠不同的編碼來區分各路原始訊號的一種複用方式,主要和各種多址技術結合產生了各種接入技術,包括無線和有線接入。例如在多址蜂窩系統中是以通道來區分通訊物件的,一個通道只容納1個使用者進行通話,許多同時通話的使用者,互相以通道來區分,這就是多址。移動通訊系統是一個多通道同時工作的系統,具有廣播和大面積覆蓋的特點。在行動通訊環境的電波覆蓋區內,建立使用者之間的無線通道連線,是無線多址接入方式,屬於多址接入技術。聯通CDMA(Code Division Multiple Access)就是碼分複用的一種方式,稱為分碼多重進接,此外還有分頻多重進接(FDMA)、分時多重進接(TDMA)和同步分碼多重進接(SCDMA)。

E:統計時分複用
STDM是一種改進的時分複用方法,它能明顯地提高通道的利用率。集中器常使用這種方法。

5、資料交換方式

A:電路交換

主要用於電話系統。兩大優點和兩大缺點要記住:延遲小,無衝突,但建立時間長,資源浪費。

B:報文交換
採用的是儲存-轉發技術,動態分配線路,使得線路能夠共享,提高了資源利用率。但它對資料塊大小沒有限制,所以不適合互動式通訊。

C:分組交換

現代網路絕大多數採用分組交換技術。根據內部機制的不同,分組交換技術又分為資料報和虛電路兩種方式。

資料報:每個分組的首部都帶有完事的目的地址,交換機根據轉發錶轉發分組。注意6特點。

虛電路:在傳送資料之前,在源主機和目的主機之間建立一條虛連線。注意6特點。

D:信元交換

是非同步傳輸模式ATM採用的交換方式,在很大程度上就是按照虛電路方式進行分組轉發。在ATM網路中與眾不同的一點是,分組長度是固定不變的,稱為信元。信元長度為53位元組,5位元組的首部,48位元組的有效載荷。

6、傳輸介質

A:雙絞線

分為STP和UTP

EIA/TIA-568-A標準,規定了從1類線到5類線的UTP標準,其中3類線和5類線用於計算機網路

B:同軸電纜

具有很好的抗干擾特性,廣泛用於傳輸較高速率的資料。

分為:50Ω同軸電纜(用於基帶數字訊號傳送,10Mbps可達1KM)

75Ω同軸電纜(用於模擬傳輸系統,是CATV中的標準傳輸電纜)

C:光纖

就是能導光的玻璃纖維,有光脈衝表示位元1,無光脈衝表示位元0。注意7大特點。

光纖按傳輸方式可分為多模光纖和單模光纖。

多模光纖(MMF):源為發光二極體,發出的可見光定向性較差,只適合於近距離傳輸。

多模光纖電纜容許不同光束於一條電纜上傳輸,由於多模光纜的芯徑較大,故可使用較為廉宜的偶合器及接線器,多模光纜的光纖直徑為50μm至100μm。

基本上有兩種多模光纜,一種是梯度型(graded)另一種是引導型(stepped),對於梯度型(graded)光纜來說,芯的折光係數(refraction index)於芯的外圍最小而逐漸向中心點不斷增加,從而減少訊號的振模色散,而對引導型(Stepped Inder)光纜來說,折光係數基本上是平均不變,而只有在色層(cladding)表面上才會突然降低引導型(stepped)光纜一般較梯度型(graded)光纜的頻寬為低。在網路應用上,最受歡迎的多模光纜為62.5/125,62.5/125意指光纜芯徑為62.5μm而色層(cladding)直徑為125μm,其他較為普通的為50/125及100/140。

相對於雙絞線,多模光纖能夠支援較長的傳輸距離,在10mbps及100mbps的乙太網中,多模光纖最長可支援2000米的傳輸距離,而於1GpS千兆網中,多模光纖較高可支援550米的傳輸距離。

業界一般認為當傳輸距離超過295尺,電磁干擾非常嚴重,或頻寬需要超過350MHz,那便應考慮採用多模光纖代替雙絞線作為傳輸載體。

多模光纖的芯線標稱直徑規格為62.5μm/125μm.或50μm/125μm.。規格(芯數)有2、4、6、8、12、16、20、24、36、48、60、72、84、96芯等。線纜外護層材料有普通型;普通阻燃性;低煙無滷型;低煙無滷阻燃型。
當用戶對系統有保密要求,不允許訊號往外發射時,或系統發射指標不能滿足規定時,應採用遮蔽銅芯對絞電纜和遮蔽配線裝置,或採用光纜系統。

單模光纖(SMF):直徑減小到只有一個光的波長大小,可使光線沿直線傳播。光源採用定向性很好的鐳射二極體。因此,它的損耗較小,傳輸距離遠。

幾種單模光纖

G.652單模光纖
滿足ITU-T.G.652要求的單模光纖,常稱為非色散位移光纖,其零色散位於1.3um視窗低損耗區,工作波長為1310nm(損耗為0.36dB/km)。我國已敷設的光纖光纜絕大多數是這類光纖。隨著光纖光纜工業和半導體鐳射技術的成功推進,光纖線路的工作波長可轉移到更低損耗(0.22dB/km)的1550nm光纖視窗。

G.653單模光纖

滿足ITU-T.G.653要求的單模光纖,常稱色散位移光纖(DSF=Dispersion Shifled Fiber),其零色散波長移位到損耗極低的1550nm處。這種光纖在有些國家,特別在日本被推廣使用,我國京九幹線上也有所採納。美國AT&T早期發現DSF的嚴重不足,在1550nm附近低色散區存在有害的四波混頻等光纖非線性效應,阻礙光纖放大器在1550nm視窗的應用。但在日本,將色散補償技術*用於G.653單模光纖線路,仍可解決問題,而且未見有日本的G.655光纖,似屬個謎。

G.655單模光纖

滿足ITU-T.G.655要求的單模光纖,常稱非零色散位移光纖或NZDSF(=NonZero Dispersion Shifted Fiber)。屬於色散位移光纖,不過在1550nm處色散不是零值(按ITU-T.G.655規定,在波長1530-1565nm範圍對應的色散值為0.1-6.0ps/nm.km),用以平衡四波混頻等非線性效應。商品光纖有如AT&T的TrueWave光纖,Corning的SMF-LS光纖(其零色散波長典型值為1567.5nm,零色散典型值為0.07ps/nm2.km)以及Corning的LEAF光纖。我國的“大寶實”光纖等。
D:無線

包括陸地微波、衛星微波、無線電、紅外線等