第 7章 数据通信与计算机网络基础
7.1 数据通信
7.2 计算机网络
7.3 标准化网络体系结构
7.4 计算机网络的硬件系统和软件系统
7.5 通信媒体
7.1 数据通信
7.1.1 数据通信与数据通信系统
7.1.2 模拟通信系统和数字通信系统返回
7.1.1数据通信与数据通信系统
通信 是把信息从一个地方传送到另一个地方的过程。
用来实现通信过程的系统被称为 通信系统。
通信系统的三个基本要素,信源、传输媒体和信宿数据通信系统
如果一个通信系统传输的是数据，则称这种通信为 数据通信,实现这种通信的系统是数据通信系统 。
数据通信系统的特点
① 数据通信系统是实现计算机和计算机之间以及人和计算机之间的通信。
②计算机之间的通信过程需要定义出严格的通信协议或标准。
③数据通信系统对数据传输的可靠性要求很高。
④数据通信系统中，信息量具有突发性。
⑤数据通信系统的,用户,所采用的计算机和终端等设备多种多样,它们在通信速率、编码格式、同步方式和通信规程等方面都有很大的差别。
⑥数据通信系统的数据传输效率高。
⑦数据通信系统中不同用户、不同应用的通信业务的信息平均长度和延时变化非常大。
数据通信系统的基本形式数据通信过程
数据从发送端出发到数据被接收端接收的整个过程称为通信过程。
通信过程中每次通信包含传输数据和通信控制两方面内容。
数据通信通常被划分为五个基本阶段
第一阶段：建立通信线路，用户将要通信的对方地址信息告诉交换机，交换机查询该地址终端，
若对方同意通信，则由交换机建立双方通信的物理通道。
第二阶段：建立数据传输链路，通信双方建立同步联系，使双方设备处于正确收发状态，通信双方相互核对地址。
第三阶段：传送通信控制信号和数据。
第四阶段：数据传输结束。双方通过通信控制信息确认此次通信结束。
第五阶段：由通信双方之一告知交换机通信结束，
切断物理链接通道。
数据通信信道
在通信系统中，各种信号都要通过通信信道才能从一端点传至另一端点，通信信道是通信双方以传输媒体为基础的信号传递的通道。
从抽象的角度看，信道是指电信号在通过传输媒体时所占有的、指定的一段频带，它在准许信号通过的同时，对信号传输加以限制。
信道中的设备包括：传输媒体和有关设备。
通信信道的分类返回
7.1.2 模拟通信系统
如果在数据通信系统中，处于 DCE 之间的信号是模拟信号，则这个通信系统就被称之为模拟通信系统。电话通信系统基本模型为,
模拟通信系统中，通过信道的信号频谱通常比较窄，因此信道的利用率比较高。但信号的抗干扰能力差，不适应计算机通信的要求。
7.1.2 数字通信系统
如果在是数据通信系统中，处于 DCE之间的信号为数字信号，则这个通信系统就被称为数字通信系统。
数字通信系统模型如下,
返回
7,2 计算机网络
7.2.1 计算机网络概述
7.2.2 计算机网络结构返回
7.2.1 计算机网络概述
计算机网络系统,凡将地理位置不同、并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来、以功能完善的网络软件实现网络中资源共享的系统。
资源共享 是指在网络系统中的各计算机用户均能享受网内其他各计算机系统中的全部或部分资源。
计算机网络的分类
计算机网络系统是非常复杂的系统，
技术含量高，综合性强，但由于各种不同的计算机网络系统所采用的技术不同，而反映出的特点也不同。
按地理有效范围划分
① 广域网 WAN(Wide Area Network)
② 局域网 LAN(Local Area Network)
③ 城域网 MAN(Metroplitan Area Network)
按通信媒体划分
① 有线网
②无线网按通信传播方式划分
① 点对点传播方式网
②广播式传播结构网按通信速率划分
① 低速网
②中速网
③高速网按数据交换方式划分
① 直接交换网
②存储转发交换网
③混合交换网按通信性能划分
① 资源共享计算机网
②分布式计算机网
③远程通信网按使用范围划分
① 公用网
②专用网按配置划分
同类网
单服务器网
混合网按对数据的组织方式划分
① 分布式数据组织网络系统
②集中式数据组织网络系统按计算机网络的拓扑结构划分
星型
树型
环型
总线型
全互连型
不规则型返回
7.2.2 网络系统的各种结构网络系统的基本结构
任何一个网络系统都是由具有一定功能的设备，即节点以及连接这些节点的数据传输链路构成的。这些节点和链路的组合就构成了网络系统的一般结构。
网络系统的基本结构模型网络系统的基本结构模型是采用图的表示方法描述网络系统的一般结构的，它被表示成节点和链路构成的集合。
即,网络 ={节点，链路 }
或记为,N={V,L}
其中,V表示节点的集合,L表示链路的集合。
记为,V={V1,V2,V3,……… Vn}
L={L1,L2,L3,……… Ln}
一个具有 N个节点的网络系统，其最多具有的链路个数为：
L=N（ N-1） /2
通信子网与资源子网
分组交换网把网络划分为通信子网和资源子网两部分，也就是说计算机网络系统是由通信子网和资源子网组成的。
分组交换简单地说就是在一个主机向另一个主机发送数据时，首先先将主机发出的数据划分成一个个等长的数据块，即分组。分组交换系统中，每个分组都携带一些有关目的地址的信息，分组被一个接一个地发往通信子网中的分组交换机缓冲区中，系统根据分组中的目的地址信息，利用系统中数据传输的路径算法确定分组的下一个节点，并将分组发往所确定的节点，分组被一步步的传下去，直至目的计算机接收。
分组交换的特点
① 通信子网中节点暂时存储的是一个个分组，而不是整个数据文件。
②分组是暂时保存在通信子网节点的内存中，而不是被保存在节点的外存中，从而保证了较高的交换速率。
③分组交换采用的是动态分配信道的策略，极大的提高了通信线路的利用率。
问题,如：
分组在各节点存储转发时因排队会造成一定的时延；
由于分组中必须携带一些控制信息而产生一定的额外开销；
分组交换网的管理和控制比较复杂。
通信协议的概念
协议是一组规则的集合，是进行交互的双方必须遵守的约定。在网络系统中，为了保证数据通信双方能够正确而自动地进行通信，针对通信过程的各种问题，制定了一整套约定，这就是网络系统的通信协议。
通信协议的特点
层次性
可靠性
有效性网络协议的基本组成
① 语法 语法是数据与控制信息的结构或格式。
②语义 语义是用于协调和进行差错处理的控制信息。
③同步（定时） 这是对事件实现顺序的详细说明。
网络系统的体系结构
网络体系结构是从功能上来描述计算机网络的结构的。
计算机网络的体系结构是抽象的，是对计算机网络通信所需要完成的功能的精确定义。
而对于体系结构中所确定的功能如何实现，
则是网络产品制造者遵循体系结构研究和实现的问题。
网络体系结构是分层结构，它是网络各层及其协议的集合。其实质是将大量的、各类型的协议合理地组织起来，并按功能的先后顺序进行的逻辑分割。
网络功能分层结构模型为,
分层结构的好处
·独立性强。
·功能简单。
·适应性强。
·结构可分割。
·易于交流和有利于标准化。
返回
7.3 标准化网络体系结构
7.3.1 标准化体系结构的形成
7.3.2 标准化体系结构划分的基本原则
7.3.3 标准化体系结构各层的基本功能返回
7.3.1标准化体系结构的形成任何计算机网络系统都是由一系列用户终端、计算机、
具有通信处理和数据交换功能的节点、数据传输链路等组成。完成计算机与计算机或用户终端的通信都要具备一些基本的功能，这是任何一个计算机网络系统所具有的共性。如：
保证存在一条有效的传输路径；
进行数据链路控制、误码检测、数据重发，以保证实现数据无误码的传输；
实现有效的寻址和路径选择，保证数据准确无误地达到目的地；
进行同步控制，保证通信双方传输速率的匹配；
对报文进行有效的分组和组合，适应缓冲容量，保证数据传输质量；
进行网络用户对话管理和实现不同编码、不同控制方式的协议转换，保证各终端用户进行数据识别等。
OSI七层结构的参考模型
根据这一特点,ISO推出了开放系统互联模型，简称 OSI七层结构的参考模型 (所谓开放是指系统按 OSI标准建立的系统,能与其他也按 OSI标准建立的系统相互连接 )。 OSI
开放系统模型包括,
物理层、数据链路层、网络层,传输层、
会话层、表示层、应用层返回
7.3.2标准化体系结构划分的基本原则
·划分层次要根据理论上需要的不同等级划分
·层次的划分要便于标准化
·各层内的功能要尽可能的具有相对独立性
·相类似的功能应尽可能放在同一层内
·各层的划分要便于层与层之间的衔接
·各界面的交互要尽量的少
·根据需要，在同一层内可以再形成若干个子层次
·扩充某一层次的功能或协议，不能影响整体模型的主体结构返回物理层的功能
物理层协议是为了把信号由一方经过物理媒体传到另一方，物理层所关心的是如何把通信双方连起来，为数据链路层实现无差错的数据传输创造环境。物理层不负责传输的检错和纠错任务，检错和纠错工作由数据链路层完成。物理层协议规定了为此目的进行建立、维持与拆除物理信道有关的特性。这些特性分别是：物理特性 (机械特性 )、电气特性、功能特性和规程特性。
物理层的功能
① 实现实体之间的按位传输。保证按位传输的正确性，并向数据链路层提供一个透明的位流传输。
②在数据终端设备、数据通信和交换设备等设备之间完成对数据链路的建立，保持和拆除操作。
数据链路层的功能
为了进行真正有效的、可靠的数据传输，
就需要对传输操作进行严格的控制和管理，
这就是数据链路传输控制规程的任务。数据链路层的功能是：
实现系统实体间二进制信息块的正确传输，
通过进行必要的同步控制、差错控制、流量控制，为网路层提供可靠、无错误的数据信息。
网络层的功能
网络层的主要功能就是实现整个网络系统内连接，为运输层提供整个网络范围内两个终端用户之间数据传输的通路。
运输层的功能
运输层的功能就是在网络层的基础上，完成端对端的差错纠正和流量控制，并实现两个终端系统间传送的分组无差错、无丢失、无重复、分组顺序无误。
会话层的功能
会话层是建立在运输层之上的，其基本任务是向表示层提供建立和使用连接的方法。其主要功能包括会话连接管理和会话数据交换两大部分。
表示层的主要功能
① 语法转换。语法转换涉及代码转换和字符集的转换，数据格式的修改，以及对数据结构操作的适配、数据压缩、加密等。
②语法选择。语法选择提供初始选择一种语法和随后修改这种选择的手段。
③连接管理。利用会话层服务建立表示连接，
管理在这个连接之上的数据运输和同步控制，以及正常或非正常地终止连接。
应用层的功能
网络应用层中包含了若干个独立的、用户通用的服务协议模块。网络应用层是 OSI的最高层，为网络用户之间的通信提供专用的程序。
返回
7.4计算机网络的硬件系统和软件系统
7.4.1 计算机网络的硬件系统
7.4.2 计算机网络的软件系统返回
7.4.1计算机网络的硬件系统
计算机网络硬件具有多种硬件部件，功能各异。但归纳起来,计算机网络硬件主要包括主计算机、数据传输设备、通信控制设备、数据转换和交换没备和接口设备等，这些部件是所有网络的基础。
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7.4.2计算机网络的软件系统
网络软件的类型多种多样，并难于标准化。
虽然，计算机网络的软件系统同计算机系统的软件系统一样，是一种层次结构，但网络软件系统的分层结构与计算机软件系统的分层结构是不同的,
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7.5 通信媒体
7.5.1 双绞线
7.5.2 基带同轴电缆
7.5.3 宽带同轴电缆
7.5.4 光缆
7.5.5 无线通信媒体返回
7.1 数据通信
7.2 计算机网络
7.3 标准化网络体系结构
7.4 计算机网络的硬件系统和软件系统
7.5 通信媒体
7.1 数据通信
7.1.1 数据通信与数据通信系统
7.1.2 模拟通信系统和数字通信系统返回
7.1.1数据通信与数据通信系统
通信 是把信息从一个地方传送到另一个地方的过程。
用来实现通信过程的系统被称为 通信系统。
通信系统的三个基本要素,信源、传输媒体和信宿数据通信系统
如果一个通信系统传输的是数据，则称这种通信为 数据通信,实现这种通信的系统是数据通信系统 。
数据通信系统的特点
① 数据通信系统是实现计算机和计算机之间以及人和计算机之间的通信。
②计算机之间的通信过程需要定义出严格的通信协议或标准。
③数据通信系统对数据传输的可靠性要求很高。
④数据通信系统中，信息量具有突发性。
⑤数据通信系统的,用户,所采用的计算机和终端等设备多种多样,它们在通信速率、编码格式、同步方式和通信规程等方面都有很大的差别。
⑥数据通信系统的数据传输效率高。
⑦数据通信系统中不同用户、不同应用的通信业务的信息平均长度和延时变化非常大。
数据通信系统的基本形式数据通信过程
数据从发送端出发到数据被接收端接收的整个过程称为通信过程。
通信过程中每次通信包含传输数据和通信控制两方面内容。
数据通信通常被划分为五个基本阶段
第一阶段：建立通信线路，用户将要通信的对方地址信息告诉交换机，交换机查询该地址终端，
若对方同意通信，则由交换机建立双方通信的物理通道。
第二阶段：建立数据传输链路，通信双方建立同步联系，使双方设备处于正确收发状态，通信双方相互核对地址。
第三阶段：传送通信控制信号和数据。
第四阶段：数据传输结束。双方通过通信控制信息确认此次通信结束。
第五阶段：由通信双方之一告知交换机通信结束，
切断物理链接通道。
数据通信信道
在通信系统中，各种信号都要通过通信信道才能从一端点传至另一端点，通信信道是通信双方以传输媒体为基础的信号传递的通道。
从抽象的角度看，信道是指电信号在通过传输媒体时所占有的、指定的一段频带，它在准许信号通过的同时，对信号传输加以限制。
信道中的设备包括：传输媒体和有关设备。
通信信道的分类返回
7.1.2 模拟通信系统
如果在数据通信系统中，处于 DCE 之间的信号是模拟信号，则这个通信系统就被称之为模拟通信系统。电话通信系统基本模型为,
模拟通信系统中，通过信道的信号频谱通常比较窄，因此信道的利用率比较高。但信号的抗干扰能力差，不适应计算机通信的要求。
7.1.2 数字通信系统
如果在是数据通信系统中，处于 DCE之间的信号为数字信号，则这个通信系统就被称为数字通信系统。
数字通信系统模型如下,
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7,2 计算机网络
7.2.1 计算机网络概述
7.2.2 计算机网络结构返回
7.2.1 计算机网络概述
计算机网络系统,凡将地理位置不同、并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来、以功能完善的网络软件实现网络中资源共享的系统。
资源共享 是指在网络系统中的各计算机用户均能享受网内其他各计算机系统中的全部或部分资源。
计算机网络的分类
计算机网络系统是非常复杂的系统，
技术含量高，综合性强，但由于各种不同的计算机网络系统所采用的技术不同，而反映出的特点也不同。
按地理有效范围划分
① 广域网 WAN(Wide Area Network)
② 局域网 LAN(Local Area Network)
③ 城域网 MAN(Metroplitan Area Network)
按通信媒体划分
① 有线网
②无线网按通信传播方式划分
① 点对点传播方式网
②广播式传播结构网按通信速率划分
① 低速网
②中速网
③高速网按数据交换方式划分
① 直接交换网
②存储转发交换网
③混合交换网按通信性能划分
① 资源共享计算机网
②分布式计算机网
③远程通信网按使用范围划分
① 公用网
②专用网按配置划分
同类网
单服务器网
混合网按对数据的组织方式划分
① 分布式数据组织网络系统
②集中式数据组织网络系统按计算机网络的拓扑结构划分
星型
树型
环型
总线型
全互连型
不规则型返回
7.2.2 网络系统的各种结构网络系统的基本结构
任何一个网络系统都是由具有一定功能的设备，即节点以及连接这些节点的数据传输链路构成的。这些节点和链路的组合就构成了网络系统的一般结构。
网络系统的基本结构模型网络系统的基本结构模型是采用图的表示方法描述网络系统的一般结构的，它被表示成节点和链路构成的集合。
即,网络 ={节点，链路 }
或记为,N={V,L}
其中,V表示节点的集合,L表示链路的集合。
记为,V={V1,V2,V3,……… Vn}
L={L1,L2,L3,……… Ln}
一个具有 N个节点的网络系统，其最多具有的链路个数为：
L=N（ N-1） /2
通信子网与资源子网
分组交换网把网络划分为通信子网和资源子网两部分，也就是说计算机网络系统是由通信子网和资源子网组成的。
分组交换简单地说就是在一个主机向另一个主机发送数据时，首先先将主机发出的数据划分成一个个等长的数据块，即分组。分组交换系统中，每个分组都携带一些有关目的地址的信息，分组被一个接一个地发往通信子网中的分组交换机缓冲区中，系统根据分组中的目的地址信息，利用系统中数据传输的路径算法确定分组的下一个节点，并将分组发往所确定的节点，分组被一步步的传下去，直至目的计算机接收。
分组交换的特点
① 通信子网中节点暂时存储的是一个个分组，而不是整个数据文件。
②分组是暂时保存在通信子网节点的内存中，而不是被保存在节点的外存中，从而保证了较高的交换速率。
③分组交换采用的是动态分配信道的策略，极大的提高了通信线路的利用率。
问题,如：
分组在各节点存储转发时因排队会造成一定的时延；
由于分组中必须携带一些控制信息而产生一定的额外开销；
分组交换网的管理和控制比较复杂。
通信协议的概念
协议是一组规则的集合，是进行交互的双方必须遵守的约定。在网络系统中，为了保证数据通信双方能够正确而自动地进行通信，针对通信过程的各种问题，制定了一整套约定，这就是网络系统的通信协议。
通信协议的特点
层次性
可靠性
有效性网络协议的基本组成
① 语法 语法是数据与控制信息的结构或格式。
②语义 语义是用于协调和进行差错处理的控制信息。
③同步（定时） 这是对事件实现顺序的详细说明。
网络系统的体系结构
网络体系结构是从功能上来描述计算机网络的结构的。
计算机网络的体系结构是抽象的，是对计算机网络通信所需要完成的功能的精确定义。
而对于体系结构中所确定的功能如何实现，
则是网络产品制造者遵循体系结构研究和实现的问题。
网络体系结构是分层结构，它是网络各层及其协议的集合。其实质是将大量的、各类型的协议合理地组织起来，并按功能的先后顺序进行的逻辑分割。
网络功能分层结构模型为,
分层结构的好处
·独立性强。
·功能简单。
·适应性强。
·结构可分割。
·易于交流和有利于标准化。
返回
7.3 标准化网络体系结构
7.3.1 标准化体系结构的形成
7.3.2 标准化体系结构划分的基本原则
7.3.3 标准化体系结构各层的基本功能返回
7.3.1标准化体系结构的形成任何计算机网络系统都是由一系列用户终端、计算机、
具有通信处理和数据交换功能的节点、数据传输链路等组成。完成计算机与计算机或用户终端的通信都要具备一些基本的功能，这是任何一个计算机网络系统所具有的共性。如：
保证存在一条有效的传输路径；
进行数据链路控制、误码检测、数据重发，以保证实现数据无误码的传输；
实现有效的寻址和路径选择，保证数据准确无误地达到目的地；
进行同步控制，保证通信双方传输速率的匹配；
对报文进行有效的分组和组合，适应缓冲容量，保证数据传输质量；
进行网络用户对话管理和实现不同编码、不同控制方式的协议转换，保证各终端用户进行数据识别等。
OSI七层结构的参考模型
根据这一特点,ISO推出了开放系统互联模型，简称 OSI七层结构的参考模型 (所谓开放是指系统按 OSI标准建立的系统,能与其他也按 OSI标准建立的系统相互连接 )。 OSI
开放系统模型包括,
物理层、数据链路层、网络层,传输层、
会话层、表示层、应用层返回
7.3.2标准化体系结构划分的基本原则
·划分层次要根据理论上需要的不同等级划分
·层次的划分要便于标准化
·各层内的功能要尽可能的具有相对独立性
·相类似的功能应尽可能放在同一层内
·各层的划分要便于层与层之间的衔接
·各界面的交互要尽量的少
·根据需要，在同一层内可以再形成若干个子层次
·扩充某一层次的功能或协议，不能影响整体模型的主体结构返回物理层的功能
物理层协议是为了把信号由一方经过物理媒体传到另一方，物理层所关心的是如何把通信双方连起来，为数据链路层实现无差错的数据传输创造环境。物理层不负责传输的检错和纠错任务，检错和纠错工作由数据链路层完成。物理层协议规定了为此目的进行建立、维持与拆除物理信道有关的特性。这些特性分别是：物理特性 (机械特性 )、电气特性、功能特性和规程特性。
物理层的功能
① 实现实体之间的按位传输。保证按位传输的正确性，并向数据链路层提供一个透明的位流传输。
②在数据终端设备、数据通信和交换设备等设备之间完成对数据链路的建立，保持和拆除操作。
数据链路层的功能
为了进行真正有效的、可靠的数据传输，
就需要对传输操作进行严格的控制和管理，
这就是数据链路传输控制规程的任务。数据链路层的功能是：
实现系统实体间二进制信息块的正确传输，
通过进行必要的同步控制、差错控制、流量控制，为网路层提供可靠、无错误的数据信息。
网络层的功能
网络层的主要功能就是实现整个网络系统内连接，为运输层提供整个网络范围内两个终端用户之间数据传输的通路。
运输层的功能
运输层的功能就是在网络层的基础上，完成端对端的差错纠正和流量控制，并实现两个终端系统间传送的分组无差错、无丢失、无重复、分组顺序无误。
会话层的功能
会话层是建立在运输层之上的，其基本任务是向表示层提供建立和使用连接的方法。其主要功能包括会话连接管理和会话数据交换两大部分。
表示层的主要功能
① 语法转换。语法转换涉及代码转换和字符集的转换，数据格式的修改，以及对数据结构操作的适配、数据压缩、加密等。
②语法选择。语法选择提供初始选择一种语法和随后修改这种选择的手段。
③连接管理。利用会话层服务建立表示连接，
管理在这个连接之上的数据运输和同步控制，以及正常或非正常地终止连接。
应用层的功能
网络应用层中包含了若干个独立的、用户通用的服务协议模块。网络应用层是 OSI的最高层，为网络用户之间的通信提供专用的程序。
返回
7.4计算机网络的硬件系统和软件系统
7.4.1 计算机网络的硬件系统
7.4.2 计算机网络的软件系统返回
7.4.1计算机网络的硬件系统
计算机网络硬件具有多种硬件部件，功能各异。但归纳起来,计算机网络硬件主要包括主计算机、数据传输设备、通信控制设备、数据转换和交换没备和接口设备等，这些部件是所有网络的基础。
返回
7.4.2计算机网络的软件系统
网络软件的类型多种多样，并难于标准化。
虽然，计算机网络的软件系统同计算机系统的软件系统一样，是一种层次结构，但网络软件系统的分层结构与计算机软件系统的分层结构是不同的,
返回
7.5 通信媒体
7.5.1 双绞线
7.5.2 基带同轴电缆
7.5.3 宽带同轴电缆
7.5.4 光缆
7.5.5 无线通信媒体返回
