網(wǎng)絡(luò)與通訊基礎(chǔ)

1、網(wǎng)絡(luò)與通訊基礎(chǔ)一、基本概念 1.總線協(xié)議 管理主、從設(shè)備使用總線的規(guī)則稱為”總線協(xié)議” (網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 - ) 2. 總線及總線段 (1) 總線 遵從同一技術(shù)規(guī)范和操作方式的信息傳輸 (2) 總線段 一組設(shè)備通過(guò)總線連在一起稱為總線段.多個(gè)總線段互聯(lián)組成網(wǎng)絡(luò) 總線段1 3.總線主設(shè)備 發(fā)起信息傳輸?shù)脑O(shè)備稱為主設(shè)備. (在物理上不分主設(shè)備,在邏輯上分)4. 總線從設(shè)備 對(duì)總線信息進(jìn)行接收,查詢的設(shè)備稱為總線從設(shè)備. 5. 總線操作 主、從設(shè)備完成一次連接 、數(shù)據(jù)傳送、脫開(kāi)操作稱為 一次總線操作。6.總線仲裁 總線設(shè)備使用總線的管理規(guī)則，決定哪一個(gè)主設(shè)備是下一個(gè)占有總線的設(shè)備。 總線在傳輸信息操作的過(guò)

2、程中,有時(shí)會(huì)發(fā)生沖突,為解決這種沖突,就需要對(duì)總線占有權(quán)進(jìn)行仲裁。27.出錯(cuò)檢測(cè) 在總線上傳送信息時(shí),會(huì)因噪聲和干擾而出錯(cuò),因此在總線傳輸過(guò)程中要有檢出傳輸數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的方法 偵錯(cuò): 奇偶校驗(yàn),CRC校驗(yàn) 糾錯(cuò): ECC校驗(yàn)8. 總線容錯(cuò) 容錯(cuò)設(shè)計(jì): 設(shè)備在總線上傳送信息出錯(cuò)時(shí) ,如何減少故障對(duì)系統(tǒng)的 影響。 （1）如何將故障分離或關(guān)閉。 （2）如何啟用備用路徑。 （3）如何啟用備用設(shè)備。3二、通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1通信系統(tǒng)組成信息源編碼調(diào)制傳輸介質(zhì)解調(diào)解碼信的4 2.2 數(shù)據(jù)編碼 (1) 模擬數(shù)據(jù)編碼 調(diào)幅ASK調(diào)頻FSK調(diào)相PSK1 10 01ASKFSKPSK5(2)數(shù)字編碼A。編碼的意義:解決

3、數(shù)據(jù)頻帶和同步的問(wèn)題B。曼徹斯特編碼: a.前半周期位的反碼 b. 后半周期位的原碼特點(diǎn):(1)每一位數(shù)據(jù)都有一時(shí)鐘信息，解決數(shù)據(jù)同步問(wèn)題。(2) 若是全”1”和全”0”,數(shù)據(jù)不存在”直流”現(xiàn)象。數(shù)據(jù)時(shí)鐘編碼10 0 1 0 1 0 1 1 62.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 局域網(wǎng) (1) 距離在10公里以內(nèi) (2)傳輸速率在0.1-10Mbps,誤碼率低于 10E-8 。 (3)傳輸介質(zhì):雙絞線,同軸電纜,電話線。 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)? 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),減少節(jié)點(diǎn), 縮短通信距離。1.星形拓?fù)?(1)任何站通訊都通過(guò)中心站。中心站要維持多路并行通訊,所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 (2) 對(duì)端站性能要求低。 (3) 端站無(wú)多機(jī)通訊

4、要求。 (4) 適合通訊速率低,端站密集場(chǎng)合。中心站端站72.環(huán)形拓?fù)?端站連接站連結(jié)站:接收、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)。優(yōu)點(diǎn): 鏈路單向,可采用光纖缺點(diǎn): 一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障會(huì)引起全網(wǎng)故障。環(huán)形網(wǎng)存在沖突問(wèn)題。 解決方法令牌收到令牌的站有權(quán)發(fā)送數(shù)據(jù)。83.總線拓?fù)?1) 一個(gè)站發(fā)送,其他站可同時(shí)接收(適用廣播式)(2) 總線無(wú)方向，簡(jiǎn)單可靠。(3) 由仲裁機(jī)制決定哪個(gè)站使用總線。優(yōu)點(diǎn): A.增減站點(diǎn)方便。 B.總線沒(méi)有處理功能,簡(jiǎn)單可靠。 總線94.樹(shù)形拓?fù)溥m合主次分等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障點(diǎn)容易隔離不適合最終端點(diǎn)間頻繁通信HUB根102.4 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)1.介質(zhì)的性能要求 (1)物理性能要求 傳輸介質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)描述

5、(雙絞線,光纖,同軸電纜) (2)傳輸特性 傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬信號(hào)的傳輸容量,傳輸頻率范圍。 (3)連通特性 點(diǎn)對(duì)點(diǎn),點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的連接性能。 (4)抗干擾性 傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對(duì)傳輸?shù)挠绊憽?112.各種介質(zhì)及其主要特性 (1) 雙絞線 a.物理性 一對(duì)雙絞線只能作一條通信線路,雙絞線的目的是減少各線間的電磁干擾。 b.傳輸性 帶寬可達(dá) 268kHz c.連通性 可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn),也可以多點(diǎn)連接。 d. 抗干擾性 低頻時(shí)抗干擾能力相當(dāng)于同軸電纜,高頻時(shí)(10-100kHz低于同軸電纜。保護(hù)層屏蔽層雙絞線12(2) 同軸電纜 a.物理性 內(nèi)導(dǎo)體 絕緣層 外導(dǎo)體 保護(hù)層 b.傳輸特性 基帶

6、同軸:數(shù)字信號(hào) 10M bps 。 寬帶同軸:頻分多路復(fù)用 400Mbps 。 c. 連通性 支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn),也支持多點(diǎn)連接。 d.抗干擾性 抗干擾性較強(qiáng)。13(3)光纖 a.物理特性 光纖 包層 保護(hù)層 光導(dǎo)介質(zhì) 50-100 um b.傳輸性 光纖傳輸速率可達(dá)幾千Mbps c.連通性 :連通性不好,只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)。 d.抗干擾性 :抗干擾性強(qiáng),保密性好。光纖芯包層電光轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換光纖輸入輸出保護(hù)層142.5 介質(zhì)訪問(wèn)控制方式 介質(zhì)訪問(wèn)方式 a. 隨機(jī)訪問(wèn)方式(總線爭(zhēng)用) b. 控制訪問(wèn)方式(令牌總線)CSMA/CD 方式 (載波監(jiān)聽(tīng)/沖突檢測(cè)) 原則: 先聽(tīng)后講,沖突退避。 工作過(guò)程: a.每個(gè)

7、工作站在發(fā)送信息前,先監(jiān)聽(tīng)傳輸線是否 忙。 b. 若介質(zhì)空閑,則發(fā)送信息,若忙則等待。 *等待時(shí)間短,優(yōu)先級(jí)高,等待的三種方式。 (1) 不堅(jiān)持CSMA 介質(zhì)空閑則發(fā)送信息,若忙則等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間再試。 缺點(diǎn): 介質(zhì)有空閑時(shí)間。 A B15(2)1_堅(jiān)持CSMA a.介質(zhì)空閑則發(fā)送信息 b.若介質(zhì)忙,繼續(xù)監(jiān)聽(tīng),直到介質(zhì)空閑立即發(fā)送。 c.若沖突,則等待隨機(jī)時(shí)間再試。(3) P_堅(jiān)持CSMA 若介質(zhì)空閑則以P概率發(fā)送,以(1-P)概率延遲時(shí)間發(fā)送。 若介質(zhì)忙則監(jiān)聽(tīng)。 這種方式:越忙越亂2. 令牌訪問(wèn)控制 原則:a.有序傳遞介質(zhì)訪問(wèn)權(quán)(令牌) b.得到令牌的站,有數(shù)據(jù)則發(fā)送,無(wú)數(shù)據(jù)則將令牌下傳。t

8、1t2 #1 #2 #3 #4162.6 差錯(cuò)控制1. 檢錯(cuò)與糾錯(cuò) 檢錯(cuò):發(fā)現(xiàn)接收是誤碼. 糾錯(cuò):發(fā)現(xiàn)并糾正錯(cuò)誤.基本思想: a. 使報(bào)文含有發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)的冗余信息。 b. 使報(bào)文帶有足夠的冗余信息,在接收端發(fā)現(xiàn)并糾正錯(cuò)誤。2. CRC 校驗(yàn) (Cyclie Redundancy Check ) (1)原理:設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)為二進(jìn)制多項(xiàng)式f(x) 例.設(shè)二進(jìn)制數(shù)為 1011001011,二進(jìn)制多項(xiàng)式為17計(jì)算 G(x) : 特征多項(xiàng)式, Q(x):商, R(x):余數(shù)檢錯(cuò)方法: a.雙方約定G(x) b.將f(x)和R(x)一起發(fā)送 c.在接收端計(jì)算 =0 接收正確 接收錯(cuò)誤(2)方法: (a) 將 余

9、數(shù)18k為特征多項(xiàng)式G(x)的最高次冪(b) R(x)為余數(shù)多項(xiàng)式(c) 將 發(fā)送(d) 在接收端計(jì)算 余數(shù) =0 數(shù)據(jù)正確 0 數(shù)據(jù)錯(cuò)誤說(shuō)明: a. CRC只對(duì)余數(shù)感興趣 b. CRC一般由硬件完成 同余法則: 加法不進(jìn)位,減法不借位 異或 異或: 相同為0, 不同為 119例: a).發(fā)送數(shù)據(jù) 110011 b). 特征多項(xiàng)式 11001 c). K=4 d). e).發(fā)送數(shù)據(jù) = 1100111001 f). 接收端接收的數(shù)據(jù) 1100111001 g).數(shù)據(jù)恢復(fù) k =4 向右移4位 f(x)=110011 20說(shuō)明: a. CRC校驗(yàn)增加R(x)的傳輸時(shí)間 b. G(x) 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

10、CRC-12 CRC-16 c. CRC檢錯(cuò)能力 . 能檢出全部單個(gè)錯(cuò)誤 .能檢出全部離散的二位錯(cuò)誤 .能檢出全部奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤 212.7開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型(OSI) (Open System Interconnextion)目的:使各廠商開(kāi)發(fā)的不同網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互連 方法: 制定一個(gè)公開(kāi)系統(tǒng)規(guī)范及實(shí)現(xiàn)方法標(biāo)準(zhǔn):OSI 參考模型版本: 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO7498 1983年2.7.1 OSI 參考模型(分層模型)1.基本思想 (1).強(qiáng)調(diào)對(duì)OSI標(biāo)準(zhǔn)的遵從,保證相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性和兼容性。 (2).不強(qiáng)調(diào)具體的互連技術(shù)和手段的統(tǒng)一性和開(kāi)放性。網(wǎng)絡(luò)分層: a).各層相對(duì)獨(dú)立 b).各層間交互通過(guò)接口 c)

11、.高層直接使用低層提供的服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)本層的功能。222. OSI結(jié)構(gòu)應(yīng)用層表示層物理層會(huì)話層傳輸層物理層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層7654321路由器網(wǎng)關(guān)網(wǎng)橋 1-3 層功能稱為低層功能 - 通信傳送功能 4-7 層功能稱為高層功能 - 通信處理功能232.7.2 物理層協(xié)議 1.物理層的功能和特性 (1) 機(jī)械特性: 連接器的尺寸,結(jié)構(gòu),引排列 (2) 電器特性:信號(hào)電平,驅(qū)動(dòng)能力,阻抗,速率等。 (3)功能特性:信號(hào)定義,功能分配 (4)規(guī)程特性:信號(hào)傳輸?shù)囊唤M操作過(guò)程 2. RS-232 物理接口標(biāo)準(zhǔn) (1) 機(jī)械特性: DB-25 , DB-9連接器. (2)電器特

12、性: a). 邏輯“1” -5 - -15V , 邏輯“0” +5 - +15V b). 速度 20kbps ,距離15m24(3) 功能特性 引腳 2 RXD 、 3 TXD 、 5 GND 、 4 DTE、 7 RTS。(4) 規(guī)程特性 DTE準(zhǔn)備好 DCE準(zhǔn)備就緒RTS請(qǐng)求發(fā)送CTS允許發(fā)送發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器RS| 23225 2.7.3 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議基本思想: (1) 將數(shù)據(jù)包分割,封裝成數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀。 (2) 針對(duì)具體硬件(FIFO)確定數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度。目的: 提高數(shù)據(jù)傳輸效率,為上層提供透明無(wú)差錯(cuò)服務(wù)。物理層鏈路層物理層鏈路層起始 地址 控制 數(shù)據(jù) 校驗(yàn) 結(jié)束數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)塊n數(shù)據(jù)

13、包介質(zhì)26數(shù)據(jù)鏈路功能 (1) 將報(bào)文分成數(shù)據(jù)塊。 (2) 封裝數(shù)據(jù)幀 (a).加起始、結(jié)束標(biāo)志。 (b).源地址,目的地址。 (c).歸屬報(bào)文,塊序號(hào)。 (3) 差錯(cuò)控制信息 CRC 校驗(yàn)、異或和、累加和等: (4) 建立數(shù)據(jù)鏈路,完成 數(shù)據(jù)傳輸。 (5) 拆除數(shù)據(jù)鏈路結(jié)束通信。272.7.4 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 目的:以最佳路徑通過(guò)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)目的端. 功能: (1) 提供有效的路由選擇. (2) 控制數(shù)據(jù)流量,防止網(wǎng)絡(luò)死鎖基本思想: 1. 數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)(郵政系統(tǒng)) 將數(shù)據(jù)分成若干組,可以經(jīng)過(guò)不同的路徑傳送,到達(dá)目的的順序和發(fā)送的順序可以不同. 2.虛電路服務(wù)(電話系統(tǒng)) (a). 源和目的建立邏輯通道 (b).有序傳輸報(bào)文 (c).通訊結(jié)束,拆除通道.ABCDFEP3P2P1P2P1P3P2P1P1P3P2P1P3P2P3數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)28比較: (1) 虛電路:服務(wù)質(zhì)量好,服務(wù)費(fèi)用大,網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性差。 (2) 數(shù)據(jù)報(bào):網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)(網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障和阻塞回自動(dòng)調(diào)整路由)。2.7.5 傳輸層及高層協(xié)議 1.傳輸層 目的:為源端機(jī)到目的機(jī)提供可靠的端對(duì)端通訊(與具體網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)) 功能:(1)建立傳輸連接:網(wǎng)絡(luò)層成組,將數(shù)據(jù)塊提供給傳輸層。 (2) 分解報(bào)文: 將數(shù)據(jù)分