计算机网络概论和数据通信基础(上)

简介: 计算机网络概论和数据通信基础

计算机网络概论


  • 广义观点:只要是能实现远程信息处理的系统或者进一步能达到资源共享的系统都可以称为计算机网络
  • 资源共享观点:计算机网络必须是由独立功能的计算机组成的,能够实现资源共享的系统
  • 用户透明观点:计算机网络就是一台超级计算机,资源丰富功能强大,使用其方式对用户透明,用户使用网络就像使用单一计算机一样,无需了解网络的存在、资源的位置等信息。


从物理构成上看,计算机网络包括硬件、软件和协议三大部分


  • 硬件
  • 软件

主要有实现资源共享的软件,方便用户使用的各种工具软件


  • 协议

协议由语法、语义和时序三部分构成。其中语法部分规定传输数据的格式,语义部分规定所要完成的功能,时序部分规定执行各种操作的条件、顺序关系等。协议是计算机网络的核心。


计算机网络的功能组成


计算机网络的分类


  • 按照分布范围分类:


广域网:一般分布在数十公里以上的区域

城域网:一般分布在一个城区,一般使用广域网的技术,可以看成是一个较小的广域网

局域网:一般分布在几十米到几千米的范围,传统上局域网与广域网使用不同的技术,广域网使用交换技术,局域网使用广播技术,而这才是二者的根本区别,但是从万兆以太网开始,这种区别已经消除了

个域网:一般指家庭内甚至是个人随身携带的网络,一般分布在几米范围内,用于将家用电器、消费电子设备、少量计算机设备连接成一个小型的网络,以采用无线通信方式为主。


  • 按照网络拓扑结构分类:总线型网络、星型网络、环形网络、树形网络、网格型网络等基本形式
  • 按照交换技术分类:可分为线路交换网络、报文交换网络、分组交换网络等类型
  • 按照协议分类:IP网、IPX网络,WIFI网络、蓝牙网络等
  • 按照使用传输介质分类:有线网络和无线网络两大类。
  • 按照用户和网络的关联程度分:


网络体系结构


分层与体系结构


网络体系结构是指构成计算机网络的各组成部分以及计算机网络本身所必须实现的功能的精确定义。更直接的说,是计算机网络中的层次、各层的协议以及层间的接口的集合


网络非常复杂,为了便于研究,需要按照体系结构的方式进行建模。而体系结构通常具有可分层的特性,因此网络体系结构都分成层次结构


分层的基本原则是:


  • 各层之间界面清晰自然,易于理解,相互交流尽可能的少
  • 各层功能的定义独立于具体实现的方法
  • 保持下层对上层的独立性,单向使用下层提供的服务


接口、协议和服务


  • 接口是指的是同一个系统内部两个相邻层次之间的交往规则
  • 协议是指通信双方实现相同功能的相应层之间的交往规则。协议由语法、语义和时序三部分构成
  • 服务


  1. 面向连接的服务和无连接的服务


面向连接的服务是指在通信之前,双方需要先建立连接,然后才能开始传送数据,传送完成后需要释放连接。建立连接时候需要分配相应的资源(如缓冲区),以保证通信能够正常进行。比如打电话就是面向连接的服务。


无连接的服务是指通信双方不事先建立连接,需要发送数据时候直接发送。比如平常写信交给邮局投递的过程就是无连接的服务


  1. 有应答服务和无应答服务


有应答服务是指接收方在收到数据之后向发送方给出相应的应答,该应答由传输系统内部自动实现,而不是用户实现。例如文件传输服务。


无应答服务是指接收方收到数据不自动给出应答。若需要应答,由高层实现。例如www服务,客户端收到服务器发送的页面文件后不给出应答


  1. 可靠服务和不可靠服务


可靠服务是指网络具有检错、纠错、应答机制,能保证数据正确、可靠的传送到目的地。


不可靠服务是指网络不能保证数据正确可靠的传送到目的地,网络只能是尽量正确、可靠,是一种尽力而为的服务


数据传送单位


服务数据单元SDU:为完成用户所要求的功能而应传送的数据,第N层的服务数据单元记为N-SDU


协议控制信息PCI:控制协议操作的信息。第N层的协议控制信息记为N-PCI


协议数据单元PDU:协议交换的数据单位。第N层的协议数据单元记为N-PDU


三者之间的关系为 N-SDU+NPCI=N-PDU=(N-1)SDU


OSI模型


国际标准化组织(ISO)在1987年提出了一个网络体系结构模型,称为开放系统互联参考模型(OSI)。OSI有7层,从低到高一次为:物理层,数据链路测,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层


TCP/IP模型


从低到高一次为网络接口层,互联网层,传输层,应用层


数据通信基础


  • 数字数据编码为数字信号

对于数字数据,最普遍而且最容易的编码方法就是使用两个电压电平来表示两个二进制数字。如无电压表示0,有电压表示1,不归零就是这种编码方式


  • 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码

曼彻斯特编码是将每一个码元再分成两个相等间隔,码元1是前一个间隔为高电平而后一个间隔是低电平,码元0则刚好相反。这种编码的好处是可以保证每一个码元的正中间出现一次电平转换,有利于接收方提取同步信号,但是它所占用的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。


差分曼彻斯特编码规则是:若码元为1则前半个码元的电平与上一个码元的电平一样,若码元为0则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平想反。


  • 双极性半空占码AMI

AMI编码归路,源码序列中的0仍为0,源码序列中的1码则交替变更为+1和-1。由于传号1码极性交替,如果接收端发现记性不是交替出现就一定出现了传输误码,因此可检出奇数个误码。


  • 双极性8零替换吗B8ZS

B8ZS为了客服AMI连零过多不利于定时的缺点,在AMI的基础上做了修改,其规则为:


如果出现一个全零的8位组,并且在这个8位组之前的最后一个脉冲为正,那么这个8位组中的8个0被编码为0001+1-01+1-;


如果出现一个全零的8位组,并且在这个8位组之前的最后一个脉冲为负,那么这个8位组中8个0编码为001-1+01+1-;


  • 三阶高密度双极性码HDB3

HDB3码保留了AMI码的所有有点,还可将连零限制在3个以内,客服了AMI码如果连零过多不利于定时提取的缺点


  • nB/mB码

nB/mB是把n个二进制的码组转变成m个二进制码组,m>n,因此实际的码组有2n种,冗余码组有2m-2n


在高速光纤传输系统中,应用较为广泛的有4B/5B、5B/6B、8B/10B、64B/66B。5B/6B码是从6位二进制的64种组合中精选出32个码组对信源进行编码


数字信号调制为模拟信号


模拟信号发送的基础就是载波信号,可以用Acos(ωt + φ)表示,通过调制振幅,频率,相位三种载波特性之一或这些特性的某一种组合来对数字数据进行编码。


  • 幅移键控ASK:利用载波的振幅变化去携带数字数据,而载波的频率、相位都保持不变
  • 频移键控FSK:利用已调波的频率变化去携带数字数据,而载波的振幅、相位不变
  • 相移键控PSK:利用已调波的相位变化去携带数字数据,而载波的频率和振幅都不变


正交振幅调制QAM


信号模式的数目越多,意味着比特率相对于波特率的倍数越大,同时也将减小各种模式的信号之间的差别,接收方要将各种差别极小的幅度、频率和相位识别出来的难度更大。一种普遍的解决方案就是结合使用振幅、频率和相位。正交振幅调制就是一种常用的技术,将幅移键控和相移键控结合在一起,把两个频率相同的模拟信号叠加在一起,一个对应正弦函数一个对应余弦函数。M进制的正交振幅调制可简记MQAM,其信号可表示为

S(t)=Csin(ωt)+Dcos(ωt)


计算机网络概论和数据通信基础(下):https://developer.aliyun.com/article/1459684

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