第六章 数据通信基础
 
一、数据通信基础技术
 
1、信道特征
●产生和发送信息的一端称为信源，接收信息的一端称为信宿，信源和信宿之间的通信线路称为信道。
●香农理论（有噪声）：S/N（信噪比），dB=10log 。例如，S/N=1000时，用分贝表示就是30dB。
如果带宽是3KHZ，这时的极限数据数率：C=3000log（1+1000）≈3000×9.97≈30Kb/s
●尼奎斯特定律（也称为奈氏定律）：B=2W （B为码元速度，W为带宽） R=B log N
 
2、传输介质
传输介质
最大段长度
速度
优点/要点
粗同轴电缆
500M
RG11
10M
RG-59 100-150M
 
细同轴电缆
185M
10M
安装容易，成本低，抗干扰性较强
非屏蔽双绞线（UTP）
100M
16/20/100/155/200M
价值便宜，安装容易，得到广泛应用
光纤
多模2KM
1024
电磁干扰小，数据速度高，误码率小，低延迟
单模2-10KM
　
高速度、长距离、高成本
屏蔽双绞线
100M
　16/100M
令牌环网常用
 
无线传输媒介主要包括无线电波、微波、红外。
 
3、数字编码
 
●曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码：曼彻斯特编码——码元1前高后低，码元0前低后高；差分曼彻斯特编码——码元1，前半个码元的电平与上一码元的后半个码元电平一样，码元0则相反（遇1翻转，遇0不变）。
●4B/5B编码、8B/6T编码和8B/10B编码：
 
编码方案
说明
效率
典型应用
4B/5B
每次对4位数据进行编码，将其转成5位符号
1.25波特/位 即80%
100Base-FX、100Vase-TX、FDDI
8B/10B
每次对8位数据进行编码，将其转为10位符号。
1.25波特/位 即80%
千兆以太网
8B/6T
8bit映射为6个三进制位
0.75波特/位
100Base-T4
 
4、调制与编码
 
●对数字信号进行调制，以适合在模拟线路上传输，接收端通过解调还原信号，使用调制解调器（MODEM）。对模拟信号进行编码，以适合在数据线路上传输，其反操作称为解码。
●调制技术：幅度键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）
●编码技术：最常用的是脉冲编码调制技术（PCM），PCM要经过取样、量化、编码三个步骤。取样速率应大于模拟信号的最高频率的2倍。
 
二、传输与交换技术
 
1、数据通信与交换技术
●数据通信方式：按数据传输方向分单工通信、半双工通信、全双工通信三种。按同步方式可分为异步传输与同步传输两种。
●交换方式：电路交换、报文交换、分组交换（数据报、虚电说、信元交换）。
 
2、复用技术
●多路复用技术是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术。
●多路复用技术包括频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、波分多路复用（WDM）。码分复用（CDM）。其中时分多路复用又包括同步时分复用和统计时分复用。
●同步时分复用带宽计算公式：（例）10个9.6Kbps的信道，带宽=10×9.6Kbps=96Kbps。
●统计时分复用带宽计算公式：（例）10个9.6Kbps的信道，每个子信道只有30%的时间忙，复用线路的控制开销为10%，带宽=9.6Kbps×10×(30%+30%×10%)≈30Kbps。
●常见数字传输系统。T1载波——采用同步时分复用技术将24个语音通路复合到一条1.544Mb/s的高速信道上。E1载波——采用同步时分复用技术将30个语音信道(64K)和2个控制信道(16K)复合到一条2.048Mb/s的高速信道上。
 
3、差错控制技术
●海明码距。将一个码字变成另一个码字时必须改变的最小位数就是码字之间的海明距离，简称码距。可查出多少位错误：“≤码距－１”位的错误；可以纠正多少位错误：“＜码距／２”位的错误；因此，如果要纠正n位错误，则所需最小的码距应该是“2n+1”。
●海明校验码。
 
●计算CRC校验码。根据CRC生成多项式进行，例：原始报文为11001010101，生成多项式为x + x + x+1，计算：  。使用模2（1-1=0,1-0=1,0-1=1不进位，0-0=0）除，得到的余数为校验码。
 
 
第七章 广域网技术
 
一、广域网通信基础
 
1、DTE与DCE：用户的数据终端或计算机叫做DTE（数据终端设备）；而将DTE与通信网络连接的设备称为DCE（数据电路设备）。
 
2、RS-232C与CCITT X2.1
●EIA RS-232C建议25针D型连接器（DB25），但在微机的串口上经常使用DB9，采用CCITT V.28标准电路；CCITT X.21规定使用15针连接器(DB15)，采用CCITT X.26和X.27两种接口电路。
 
●RS-232C引脚名词缩写与功能对应关系：TD（发送数据）、RD（接收数据）、RTS（请求发送）、CTS（允许发送）、DSR（数传机就绪）、DTR（数据终端就绪）、DCD（数据载波检测）、RJ（振铃显示）。
 
●使用RS-232C进行通信时，通常需要使用XON/XOFF协议来完成速率匹配功能。
 
3、流量与差错控制技术
 
●停等协议。链路利用率计算公式：E=1/(2a+1) 其中帧长a的计算方法：a=数据速率×传播延迟/帧长。
 
●滑动窗口协议。链路利用率计算公式：E=W/（2a+1）
 
二、常用广域网技术
 
1、HDLC
 
●HDLC（高级数据链路控制协议）是一种应用很广的面向比特的数据链路控制协议。
●HDLC的基本配置：HDLC定义了主站、从站、复合站三种类型的站。
 
链路配置
数据传输方式
说明
非平衡配置（点对多点链路，由1主站和1-多个从站组成）
正常响应方式（NRM）
只有主站能够启动数据传输
异步响应方式（ARM）
无须主站明确指示就可以启动数据传输，主站只负责控制线路
平衡配置（点对点链路，由两个复合站组成）
异步平衡方式（ABM））
任何一个复合站都无须另一个复合站的允许就可以启动数据传输
 
●HDLC的帧结构的关键字段：地址字段用于标识从站的地址，在点对多点的链路中使用。帧校验字段是对标志字段之外的其他字段的校验和。控制字段用来区分帧的类别。
●HDLC的帧类型：承载用户数据的信息帧(I帧)、进行流量和差错控制的管理帧（Ｓ帧）、用于链路控制的无编号帧（U帧）三种帧类型。
 
2、X.25
 
●X.25是一个面向连接的接口，采用虚拟电路（VC）传递各个数据分组至网络上的适当终点处。建立虚拟电路的两种方法：手动构建一条永久虚拟电说(PVC)和交换虚拟电路（SVC）。
●最常见的X.25协议支持的最大传输速率为64Kb/s。
 
3、帧中继
 
●帧中继协议是在第二层建立虚拟电路，它比HDLC要简单，只做检错，不重传，没有滑动窗口式的流控，只有拥塞控制。帧中继支持交换虚电路和固定虚电路两种虚电路技术。
●帧中继采用显式拥塞控制机制。在帧头中有FECN（向前显示拥塞通知）和BECN（向后显示拥塞通知）两个特殊字段。
●帧中继中包括一个DE（优先丢弃比特），如果设置为1，则当网络拥塞时会优先丢弃。
 
4、ISDN
 
●ISDN（综合业务数据网）可以分为窄带ISDN(N-ISDN)和宽带ISDN(B-ISDN)两种。
●N-ISDN的服务由两种信道构成：一是传送数据的运载信道(B信道，64k/s)，二是用于处理管理信号及调用控制的信令信道（D信道，16Kb/s）。然后将这两类信道进行组合，形成两种不同的ISDN服务：基速率接口（ISDN-BRI）和主速率接口（ISDN-PRI）。
●基速率接口：一般由2B+D组成，常用于小型办公室与家庭，用1B做速据通信，另外的1B保留为语音通信。如果需要也可同时使用2B信道。
●主速率接口：PRI包括两种，一是23B+D，达到与T1相同的1.533Mb/s的DSI速度；二是30B+D，达到与E1相同的2.048Mb/s的速度。
●最大的H信道：1.92Mb/s
●B-ISDN的关键技术是异步传输模式（ATM），采用5类双绞线或光纤，数据传输速率可达155Mb/s。
 
5、ATM
 
●在ATM中，53B的信元不仅是传输的基本单位，也是交换的信息单位。ATM的典型速率为150Mb/s，ATM面向连接。
●ATM的分层体系结构
 
ATM分层体系结构
层次
子层
功能
与OSI对应
高层
　
对用户数据的控制
高层
ATM适配层
汇聚子层(CS)
为高层数据提供统一接口
第四层
拆装子层(SAR)
分割和合并用户数据
　
ATM层
　
虚通道和虚信道的管理　信元头的组装和拆分    信元的多路复用　      流量控制
第三层
物理层
传输汇聚子层(TC)
信元校验和速率控制　　　　数据帧的组装和分拆
第二层
物理介质子层(PMD)
比特定时                物理网络接入
第一层
●ATM对于偶然的信元错误是不重传的，对于要重传的通信由高层处理。
●ATM逻辑通道中，是使用VPI+VCI的组合来标识连接的，在做VP交换或交叉连接时，只需要交换VP，无须改变VCI的值。
 
 
第八章 局域网与城域网技术
 
 
一、局域网技术
 
2、CSMA/CD技术
 
●CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）协议
 
载波监听算法
 
监听算法
信道空闲时
信道忙时
特点
非坚持型监听算法
立即发送
等待N,再监听
减少冲突,信道利用率降低
1-坚持型监听算法
立即发送
继续监听
提高信道利用率,增大了冲突
P-坚持型监听算法
以概率p发送
继续监听
有效平衡,但复杂
 
●冲突检测：CSMA/CD采用了边发边听的冲突检测方法。发送者一边发，一边自己接收，发现结果不同，马上停止发送，并发出Jamming（冲突）信号。因此检测冲突所需要花的最长时间是网络传播延迟的两倍，这称为冲突窗口。这就规定了最小的帧长=2（网络数据率×最大段长/信号传播速度）
 
4、令牌环协议
5、以太网技术
 
名称
传输介质
最大段长度
每段节点数
优点/要点
10Base5
粗同轴电缆
500M
100
早期电缆，废弃
10Base2
细同轴电缆
185M
30
不需集线器
10Base-T
非屏蔽双绞线
100M
1024
最便宜的系统
10Base-F
光纤
2000M
1024
适合于楼间使用
100Base-T4
非屏蔽双绞线
100M
　
3类线，4对
100Base-TX
非屏蔽双绞线
100M
　
5类线，全双工
100Base-FX
光纤
2000M
　
全双工、长距离
100Base-SX
光纤
550M
　
多模光纤
1000Base-LX
光纤
5000M
　
单模或多模光纤
1000Base-CX
屏蔽双绞线
25M
　
2对STP
1000Base-T
非屏蔽双绞线
100M
　
5类线，4对
●传输介质：见上表。常用的包括同轴电缆、双绞线和光纤三种。例：10Base-T。由三部分组成：10——速率，单位是Mb/s；Base——传输机制，Base代表基带，Broad代表宽带；T——传输介质，T表示双绞线，F表示光纤、数字代表铜缆的最大段长。
●广播域与冲突域。
 
6、无线局域网
●四种局域网（WLAN）标准
标准
运行频段
主要技术
数据速率
802.11
2.4GHZ的ISM频段
扩频通信技术
1Mb/s和2Mb/s
802.11b
2.4GHZ的ISM频段
CCK技术
11Mb/s
802.11a
5GHZ U-UⅡ频段
OFDM调制技术
54Mb/s
802.11g
2.4GHZ的ISM频段
OFDM调制技术
54Mb/s
 
●IEEE802.1标准定义了两种无线网络的拓扑结构：一是基础设施网络，它是通过无线接入点(AP)将其连到现有网络中；二是特殊网络(Ad Hoc)，它是一种点对点的连接。
 
●无线局域网主要使用红外线、扩展频谱和窄带微波技术三种通信技术。
 
 
三、城域网技术
 
2、FDDI协议：FDDI（光纤环网）是一种用于连接不同建筑物和不同场地的多种局域网的城域网协议。FDDI使用4B/5B编码，它的基本编码是倒相的不归零制编码NRZI。
 
 
 
第九章 网络互联与因特网技术
 
一、网络互联设备与协议
 
1、常见互联设备
 
互联设备
工作层次
主要功能
中继器
物理层
对接收信号进行再生和发送，只起到扩展传输距离用，对高层协议是透明的，但使用个数有限(以太网是4个)
网桥
数据链路层
根据帧物理地址进行网络间信息转发，可缓解网络通信繁忙度，提高效率。只能够连接相同MAC层的网络
路由器
网络层
通过逻辑地址进行网络间的信息转发，可完成异构网络之间的互联互通，只能连接使用相同网络层协议的子网
网关
高层(4～7)
最复杂的网络互联设备，用于连接网络层上执行不同协议的子网(例如Novell与SNA)
集线器
物理层
多端口中继器
二层交换机
数据链路层
多端口网桥
三层交换机
网络层
带路由功能的二层交换机
多层交换机
高层(4～7)
带协议转换的交换机
 
2、网桥协议
 
●网桥工作在MAC层
 
3、交换协议
 
●二层交换机按照所接收到数据包的目的MAC地址进行转发，对于网络层或者高层协议来说是透明的，它不处理网络层的逻辑地址，可处理物理地址——MAC地址，数据交换是靠硬件来实现的，速度相当快。
●在划分VLAN时，可以采用静态划分、动态划分和多VLAN端口划分三种策略。具体的方法包括按端口划分（静态划分）、按MAC地址划分、按协议划分、按策略划分（上述三种均为动态划分）。
●路由器是无连接的设备，吞吐量有限，转发效率比二层低，三层交换技术的出现，其既利用了二层转发效率高的优点，又实现了处理三层IP数据包的能力。第三层交换技术实质上是路由，即“路由一次，交换多次”的基于高性能硬件的线速路由器。
●多协议标记交换（MPLS）：MPLS是将第二层交换功能与第三层路由功能结合在一起的技术。MPLS提供面向连接的交换，也属于三层交换技术。一个MPLS的网络是由LSR（标记交换路由器）和LER（标记边缘路由器）组成。
●MPLS需要通过“标记栈”来扩展网络层分组的标记层次，以实现分层的路由；可以使用传统的生存时间TTL来防止路由循环。
●交换机上有三种MLS操作标式：目标—IP模式（性能最好）、源—目标—IP模式（性能较好）和IP—流模式（性能最差）。
 
4、路由选择协议
 
●路由选择协议的应用范围：内部网关协议、外部网关协议和核心网关协议三大类。
●自治系统：是指同构型的网关连接的互联网络，通常是由一个网络管理中心控制的。
●内部网关协议（IGP）：在一个自治系统内运行的路由选择协议，主要包括RIP、OSPF、IGRP、EIGRP等。
●外部网关协议（EGP）：是在两个自治系统间使用的路由选择协议，BGP（边界网关协议）。
●核心网关协议：GGP。
●常用路由选择协议：距离向量协议、链路状态协议、平衡型。
●BGP协议：BGP是用来在自治系统（AS）之间传递路由选择信息的，是一种路径向量协议。把ICP当做它的传送协议，端口号179。BGP4是唯一可选的自治域间路由协议。
 
三、TCP/IP协议族
 
1、TCP/IP协议族
 
●CP/IP协议集中，网络层的IP协议是其核心，传输层的TCP协议是整个体系中最关键的应用，因此也称为TCP/IP协议。
●ARP（地址解析协议），RARP（反向地址解析协议）。RARP主要应用于无盘站。
 
2、IP协议与地址分配。
 
●IP协议运行在网络层上，可实现异构网络之间的互联互通。它是一种不可靠、无连接的协议。
●物理网络所能够传送的帧的长度是有限的，这个限制称为网络最大传送单元，即MTU。
●不在公网使用的IP地址。
 
类别
IP地址范围
网络号
网络数
A
10.0.0.0-10.255.255.255
10
1
B
172.16.0.0-172.31.255.255
172.16-172.31
16
C
192.168.0.0-192.168.255.255
192.168.1-192.168.255
255
 
●子网联网与VLSM（可变长子网掩码）：子网联网就是将IP地址划分成三个部分：网络号、子网号、主机号。VLSM是用一种产生不同大小的子网的网络分配机制。
 
3、ICMP协议
 
●其报文是封装在IP协议数据单元中进行传送的 ，在网络中起到差错和拥塞控制的作用。
 
4、TCP与UDP协议
 
●TCP协议是一个面向连接的可靠传输协议，具有面向数据流、虚电路连接、有缓冲的传输、无结构的数据流、全双工连接5大特点。具有重传功能的肯定确认、超时重传技术。通过使用滑动窗口协议可以解决传输效率和流量控制问题。
 
●TCP协议的操作：TCP在建立连接和关闭连接时，采用的是大名鼎鼎的三次握手协议。
●UDP协议提供不可靠、无连接的数据报传输服务。
●端口与知名端口：端口分知名端口（1024以内）和用户端口两类。
 
5、IPV6协议
●IPV6把原来的32位地址扩展到128位，采用16进位表示。每四位构成一组，每组间用一个冒号隔开。
●两个特殊的地址：一个是全0，表示未指定地址；另一个是0:0:0:0:0:0:0:1,表示Loopback地址。
 
四、因特网技术
 
1、  因特网结构与技术
 
●狭义的Internet指上述网络中所有采用IP协议的网络互联的集合，广义上的Internet指IP Internet加上所有能通过路由选择至目的站的网络。
●Internet整个核心体系结构是树型的，具有层次性、单向依赖性。
 
2、因特网应用
 
●DNS、E-mail、FTP、Gopher、WebMail、Usenet、EZweb、VOD、NetMeeting、VoIP、代理服务器。