福建工程国脉数据通信小抄.docx
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福建工程国脉数据通信小抄
1.1计算机基本网络的组成:
组成:
端系统(计算机,服务器)、传输系统(通信介质,互联设备,通信设备)
交换机是最基本的网络设备,用于把计算机连接到网络中。
交换机在主机之间转发报文
路由器用于将各个网络连接到一起,形成一个有层次的网络。
路由器在网络间转发报文
网络传输介质(双绞线,光纤,微波,同轴电缆)
1.2网络的分类
根据网络覆盖范围分:
局域网(LAN),MAN,广域网(WAN),公共广域网
根据拓扑分类:
总线型,网状,环形,树形,星形
*星形拓扑:
优(容易连接,传输效率高);缺点(对中心节点的可靠性和冗余度有较高要求)
网状拓扑:
优(可靠性好,冗余度高);缺点(结构复杂,维护成本高)
1.3以太网
传统以太网、现代以太网;区别:
传统以太网速率10Mbps,采用广播式的信道,主机需做信道竞争,现代以太网采用交换式,传输带宽更高。
1.5.3TCP/IP模型
1.5.6通信过程(封装与解封装)
完整的通信过程包括如下步骤:
1.在发送方源终端设备的应用层创建数据
2.当数据在源终端设备中沿协议栈向下传递时对其分段和封装
3.在协议栈网络接入层的介质上生成数据
4.通过由介质和任意中间设备组成的网际网络传输数据
5.在目的终端设备的网络接入层接收数据
6.当数据在目的设备中沿协议栈向上传递时对其解封和重组
7.将此数据传送到目的终端设备应用层的目的应用程序
1.5.4OSI参考模型
1.5.7协议数据单元与封装过程
各层PDU的术语名称:
2.1双绞线:
传输距离100m。
绞合目的:
尽量防止线缆之间的电磁干扰。
不同双绞线的区别:
非屏蔽双绞线(UTP):
外皮为塑料,不具有屏蔽能力;屏蔽双绞线(STP):
金属屏蔽层,具有屏蔽能力;6个种类的UTP标准中:
1)单位长度的绞合次数不同,2)数据传输速率不同。
2.2网线的端接-直通线
直通线就是在数据传输时,需要使用二对双绞线,分别用于发送和接收
使用环境:
接插点定义不同的设备之间的互联
2.2.2网线的端接-交叉线
交叉线使用环境:
接插点定义相同类的设备之间的连接
2.3单模光纤与多模光纤
不同之处:
纤芯直径上单模光纤较小;单模几乎没有散射而多模散射大;单模光纤传输距离更远;单模使用激光光源,多模使用LED光源;价格上单模光纤更贵;但同时单模光纤的性能更好。
3.1物理层特性:
物理层规定了建立、维持及断开物理信道所需的机械的、电气的、功能性的和规程性的特性
机械特性:
接线器形状、尺寸、引脚数等
电气特性:
信号电平(电流)的范围
功能特性:
信号电平(电流)的含义
规程特性:
信号的时序
3.2名词解释
基带传输:
基带信号(数字数据1,0直接用两种电压表示)直接送到线路上从传输(局域网)
频带传输:
将基带信号进行调制后的模拟信号的传输
信道-信源和信宿之间的信号通路
模拟信号:
随时间连续变化的电流、电压或电磁波
数字信号:
离散变化的电信号
数字信道-采用数字信号传输数据的信道
模拟信道-采用模拟信号传输数据的信道
•信道是信号从发送端到接收端之间进行传输的路径
但不是实际的电缆,而是数据经过的由介质提供的路径
•信道参数:
作为信道组成的传输介质分为有线和无线两类,它们具有如下特性:
1)信息流方向:
单工、半双工、全双工。
2)传送信号的类型:
模拟的和数字的。
3)传输速率:
用比特率和波特率表示。
4)带宽:
在通信信道上可以传输的频率范围称带宽。
信道的基本特性可以用带宽和容量(最大的数据传输速率)来说明
3.3传输速率
•码元:
一个离散信号(电平)状态或信号事件
•比特:
二进制位
•码元传输速率B:
每秒钟传输码元数(波特Baud)
•信息传输速率S(数据传输速率):
每秒传输的比特数(比特/秒bps)
两者关系:
S=B*log2V(V表示一个码元所取的有效离散值个数)
举例:
二级电平信号:
1个码元携带1比特信息量
四级电平信号:
1个码元携带2比特信息量
3.4信道(电缆)带宽的多种解读
本意:
是指电缆中能通过的最高频率和最低频率的差值。
单位为HZ,KHZ等
另一种解读:
表示网络的通信速度。
单位为Kbps,Mbps等
两者之间的关系:
香农定理:
C=Wlog2(1+S/N)b/s
▫W为信道的带宽(以Hz为单位);
▫S为信道内所传信号的平均功率;
▫N为信道内部的高斯噪声功率
▫S/N为信噪比
信道容量-无噪声
•信道容量:
每秒能传输的最大比特数,即信道的极限传输速率。
比特传输率越高,信道的容量也就越大
•Nyquist定理:
如果任意一个信号已经通过了一个带宽为B的低通滤波器,只要每秒2B次采样,过滤之后的信号就可以完全被重构出来。
•Nyquist定理表示一个有限带宽,无噪声信道的最大数据传输速率,当信号包含了V个离散值时。
最大数据传输率=2Blog2v(位/秒)
例:
在只有两个离散值的二元信道中,带宽为3000HZ,则最大的数据传输率为6000b/s
信道容量-有噪声
•香农定理:
在有随机热噪声的信道上传输数据信号时,数据传输速率Rmax与信道带宽B,信噪比S/N
的关系为Rmax=B·log2(1+S/N)
S/N为信噪比(S为信号功率,N为噪声功率)
信躁比S/N的表示(分贝)
•S/N=1000:
该信道上的信号功率是噪声功率的1000倍
•若S/N=1000,B=3000HZ,那么最大数据传输速率约为30kb/s
•信噪比可以用分贝表示(db),所以若S/N=1000,那么S/N(db)=10lg(S/N)=30db
例:
一条信道带宽为3000HZ,信躁比为30db(电话系统中模拟部分的典型参数),数据的最大数据传输速率为多少?
香农公式表明:
信道的带宽或信道中的信躁比越大(信号功率加强,噪声功率减小),信息的极限传输速率就越高。
实际的数据传输速度远小于理论最大值
3.5模拟传输与数字传输的编码技术
不归零编码(NRZ)、曼彻斯特码和差分曼彻斯特码(会读图)
3.6多路复用的类型
频分复用:
电话系统采用的编码方式--脉冲编码调制方法(PCM)
过程:
1、对模拟信号进行脉冲振幅调制,取得脉冲振幅调制信号(采样)
2、对采样信号进行量化,按“四舍五入”的方法取整
3、对取整后的信号进行8位(7位)二进制编码,从而取得数字化了的PCM信号
多个话路的PCM数字信号的时分复用
•北美的T1系统,也就是PCM24路制式(T体系)
1)采样频率=8000HZ(采样周期为125us)
2)每个脉冲采用8位二进制码元(7位语音编码+1位同步码)
3)则一个话路的PCM信号速率为8000HZ×8=64kb/s
4)24个话路,在125us的周期里组成一帧:
24×8bit+1bit帧同步码=193bit
欧洲(中国)的E1系统时分复用
•PCM30/32路制式(E体系),一帧共有32个时隙,可以传送30路电话,即复用的路数n=32路,其中话路数为30
•编码器每秒取样8000次,一次采样125us
•32路PCM信号的每一路轮流将一个字节插入到帧中;
•每个字节的长度为8位,其中7位是数据位,1位用于信道控制;
•每帧由32×8=256位组成
•E1载波的数据传输速率为256bit×8000次/秒=2.048Mb/s
•E1载波的开销2/32约为6.25%
3.7Internet本地接入技术
ADSL(非对称数字用户环路)提供:
上行64K~1Mbps,下行512k~8Mbps,1对双绞线;ADSL频分复用。
光纤接入网分为光纤到户(FTTH)、光纤到路边(FTTC)、光纤到大楼(FTTB)等,FTTH是未来带宽接入网的发展趋势
4.1.1网络适配器(网卡)
网卡NIC(networkinterfacecard):
1)功能:
判断是否接收一个数据帧;对接收到的数据帧进行差错检测
2)是第二层的(数据链路层)设备
3)MAC(mediaaccesscontrol)地址:
也称为硬件地址,存在网卡的ROM中。
ipconfig/all查询本机的MAC地址
集线器(hub)是第二层的(数据链路层)设备;有信号放大的作用;类似中继器。
4.2透明网桥工作原理(重点)
功能:
根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发;根据地址/端口对应表。
•网桥工作在混杂(promiscuous)方式,接收所有的帧;
•网桥接收到一帧后,通过查询地址/端口对应表来确定是丢弃还是转发;
•网桥刚启动时,地址/端口对应表为空,采用洪泛(flooding)方法转发帧;在转发过程中采用逆向学习(backwardlearning)算法收集MAC地址。
如何学习?
-网桥通过分析帧的源MAC地址得到MAC地址与端口的对应关系,并写入地址/端口对应表;
•网桥软件对地址/端口对应表进行不断的更新,每个表项都有一个时间戳,并定时检查,删除在一段时间内没有更新的地址/端口项;
帧的路由过程:
•目的LAN与源LAN相同,则丢弃帧;
•目的LAN与源LAN不同,则转发帧;
•目的LAN未知,则洪泛帧。
4.3交换机的交换方式(直通式和存储转发方式的区别)
•直通式:
交换控制器收到以太端口的报文包时,读出帧报头中的目标MAC地址,查询交换表,将报文包转发到相应端口。
(优点:
转发速度快。
缺点:
可能增加网络带宽)
•存储转发方式:
接收到的报文包首先接受CRC校验。
然后根据帧报头中的目标MAC地址和交换表,确定转发的输出端口。
然后把该报文包放到那个输出端口的高速缓冲存储器中排队、转发。
(缺点:
延迟大。
优点:
节省了网络带宽)
第5章网络层协议及技术(重点40分)
5.2.1分类IP地址
地址组成:
网络号+主机号;IP地址长度:
32bit,地址采用点分十进制;属网络层。
5.3IP地址的使用范围
可用主机地址原则:
•网络号不能全为0和全为1(发展过程)
•主机号部分各位不能为全“0”也不能全为“1”
网络最大第一个最后一个每个网络
类别网络数可用的可用的中最大的
网络号网络号主机数
A126(2^7–2)112616,777,214
B16,384(2^14)128.0191.25565,534
C2,097,152(2^21)192.0.0223.255.255254
5.4特殊IP地址1
•网络号为0地址表示该地址是本地主机。
主机试图在本网内通信可又不知道网络号时,可以使用网络号为0的IP地址
•全“0”IP地址用于动态IP配置服务器的网络上,工作站启动时使用全0地址与配置服务器通信获得IP地址
•全1的IP地址是受限广播地址,只能用于本网络广播
•主机地址为全1的IP地址,表示向某个网络所有主机广播
•IP地址为127.*.*.*:
用于本地软件回路测试
5.5IP地址的用法(理解)
5.6IP地址与硬件地址两者之间关系
网络层及以上使用IP地址;链路层及以下使用硬件地址MAC。
IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节,研究主机和主机或主机和路由器之间的通信。
5.7ARP协议
•每一个主机都设有一个ARP高速缓存(ARPcache),里面有所在的局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。
•当主机A欲向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时,就先在其ARP高速缓存中查看有无主机B
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