計算機(jī)導(dǎo)論- 計算機(jī)通信

通信層通信層在計算機(jī)系統(tǒng)的位置計算機(jī)通信

本章討論的主要問題是：

1.信息在傳送中是什么樣子？如何表示要傳送的信息？

2.通信要將信息從源頭傳送到目的地，信息就必須通過各種中間設(shè)備，用什么樣的線路和傳送方式將信息從一個通信的節(jié)點傳送到另一個節(jié)點？

3.信息從源頭進(jìn)入通信網(wǎng)絡(luò)，傳送過程要經(jīng)過很多中間節(jié)點，應(yīng)該怎樣尋找有效的網(wǎng)絡(luò)路徑，一步一步到達(dá)目的地？情景問題——通信系統(tǒng)與物流系統(tǒng)

物流系統(tǒng)與通信系統(tǒng)的類比：貨物——信息交通工具——信號道路——傳輸線路和信道道路的交叉點——交換機(jī)、路由器等中間設(shè)備情景問題——通信系統(tǒng)與物流系統(tǒng)

在物流系統(tǒng)中，必須保證任何地點出發(fā)的交通工具都能安全、順利、完整地到達(dá)目的地。在運(yùn)輸?shù)脑搭^需要將貨物根據(jù)自身的特點拆分、打包，然后選擇合適的交通工具，比如大型貨車、小型貨車、冷藏車等，在運(yùn)輸?shù)哪康牡匦枰獙⒇浳锊鸢?、組裝，這就是通信系統(tǒng)中的編碼、解碼以及數(shù)據(jù)分組格式的選擇。在運(yùn)輸過程中，有的包丟失一個兩個沒有關(guān)系，有的包不允許有任何丟失，一旦丟失就需要重新運(yùn)輸這個包，例如，如果運(yùn)輸?shù)氖且慌?，丟一包煤并不會影響其他煤的使用，如果運(yùn)輸?shù)氖且慌_數(shù)控機(jī)床，丟一個包就會造成整個機(jī)床無法使用，這就是通信系統(tǒng)中的監(jiān)測和重發(fā)機(jī)制。情景問題——通信系統(tǒng)與物流系統(tǒng)

交通工具在道路上行駛必須遵守交通規(guī)則，這就是通信系統(tǒng)中的通信協(xié)議。交通工具在行駛的過程中應(yīng)該根據(jù)最新的路況信息來選擇路徑，這就是通信系統(tǒng)中的流量分析、路由選擇。形象地說，通信領(lǐng)域不斷地進(jìn)行著通信中的“道路”、“車輛”、“交通規(guī)則”、“交通設(shè)備”的標(biāo)準(zhǔn)定義、設(shè)計、開發(fā)、制造、建設(shè)和維修維護(hù)，并向有運(yùn)輸需求的人提供有償服務(wù)。計算機(jī)通信——概述

通信的起源和發(fā)展1.面對面地說話；2.用肢體語言（如手勢、表情等）表示。人與人之間近距離如何交流？如果兩個人之間隔著一定距離如何交流？把要表達(dá)的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為文字、聲音、圖像等形式，再通過某種裝置從一個地方傳送到另一個地方。從烽火臺、信號燈、信鴿開始，發(fā)展到現(xiàn)代通信計算機(jī)通信——概述

通信的起源和發(fā)展19世紀(jì)40年代，電磁技術(shù)開始應(yīng)用于通信領(lǐng)域。1844年，電報的發(fā)明使人類首次具有了遠(yuǎn)程快速傳遞信息的能力。1876年，電話的發(fā)明使人類的通信能力擴(kuò)展到語音模式。人們開始使用電話、電報、傳真，到大規(guī)模地建設(shè)各種電信網(wǎng)絡(luò)（如公眾交換電話網(wǎng)PSTN），遠(yuǎn)程通信技術(shù)得到了長足的發(fā)展。電子技術(shù)開始應(yīng)用于通信領(lǐng)域，開啟了現(xiàn)代通信的篇章，

請舉例說明現(xiàn)代通信的高速發(fā)展？計算機(jī)通信——概述

計算機(jī)通信系統(tǒng)模型

信源：通信的源頭稱為信源。

信宿：通信的目的地稱為信宿。信息以電子、電磁、光等不同形式的信號在信道上傳輸。

信道：傳送信號的通路，也就是傳輸介質(zhì)。

郵件的傳輸過程？計算機(jī)通信——概述

通信協(xié)議

計算機(jī)通信系統(tǒng)由多個互聯(lián)的節(jié)點組成，通信各節(jié)點之間傳送的信號必須要有一些基本的規(guī)則。就像使用不同語言的人之間需要一種通用語言才能交流一樣，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的通信也需要一種通信雙方都能理解的通用語言，遵守一些事先約定好的規(guī)則，這種通用語言和規(guī)則就是通信協(xié)議。

計算機(jī)通信——概述

通信協(xié)議

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的OSI；國際電信聯(lián)合會的X系列、V系列以及I系列建議書；美國電氣電子工程師學(xué)會的IEEE802LAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；美國電子工業(yè)協(xié)會的RS系列標(biāo)準(zhǔn)等。計算機(jī)通信——信息的編碼

信號

信息必須轉(zhuǎn)換為信號才能在通信系統(tǒng)里傳輸。不同的通信系統(tǒng)會使用不同形式的信號，可以將信號分成兩大類：模擬信號和數(shù)字信號。不管是模擬信號還是數(shù)字信號，在傳送過一段距離后都會有信號的衰減和畸變，強(qiáng)度會衰減，波形會走樣。因此，需要有某種裝置將失真的信號還原。計算機(jī)通信——信息的編碼

模擬信號

模擬信號是一種連續(xù)變化的波，模擬信號的基本特征是頻率和振幅。在傳送模擬信號時，每隔一定的距離就要通過放大器來增強(qiáng)信號的強(qiáng)度，但與此同時，由噪聲引起的信號失真也隨之放大。傳輸距離增大時，多級放大器的串聯(lián)會導(dǎo)致失真的疊加，從而使得信號的失真越來越大。計算機(jī)通信——信息的編碼

數(shù)字信號

數(shù)字信號是一系列的脈沖，脈沖的狀態(tài)只有兩種，例如高電平和低電平。因為不存在中間狀態(tài)，脈沖在不斷地躍變，因此數(shù)字信號是離散的。計算機(jī)通信——信息的編碼

數(shù)字信號

在傳送數(shù)字信號時，每隔一定的距離就要通過中繼器等中間設(shè)備來增強(qiáng)信號的強(qiáng)度，并且修復(fù)信號的波形，這樣，重新產(chǎn)生的信號完全消除了前一段傳輸過程中信號的衰減和畸變。所以，遠(yuǎn)距離通信通常采用數(shù)字信號。

計算機(jī)通信——信息的編碼

調(diào)制與解調(diào)

在實際的通信過程中，往往需要在數(shù)字信號和模擬信號之間進(jìn)行多次轉(zhuǎn)換。把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號稱為調(diào)制。把模擬信號還原為數(shù)字信號稱為解調(diào)。完成調(diào)制和解調(diào)的設(shè)備叫做調(diào)制解調(diào)器，也稱為Modem。計算機(jī)通信——信息的編碼

調(diào)制與解調(diào)

調(diào)制是把信息“裝載”到載波上的過程。有三種基本調(diào)制方法：（1）調(diào)幅是通過改變載波信號的振幅，假設(shè)現(xiàn)在要傳送數(shù)字信息，調(diào)幅是用振幅的變化來表示0和1，例如，用振幅大的波表示1，用振幅小的波表示0。計算機(jī)通信——信息的編碼

調(diào)制與解調(diào)

調(diào)制是把信息“裝載”到載波上的過程。有三種基本調(diào)制方法：（2）調(diào)頻是通過改變載波信號的頻率，用頻率的變化來表示0和1，例如，用高頻載波表示1，用低頻載波表示0。

計算機(jī)通信——信息的編碼

調(diào)制與解調(diào)

調(diào)制是把信息“裝載”到載波上的過程。有三種基本調(diào)制方法：（3）調(diào)相是通過改變載波信號的相位變化來表示0和1，例如，如果載波一個周期的相位與前一個周期相比，相位發(fā)生發(fā)生了改變表示1，沒有發(fā)生改變表示0。計算機(jī)通信——信息的編碼

信道——傳輸介質(zhì)

兩個通信設(shè)備之間必須由物理傳輸介質(zhì)連接才能傳送信號，信道就是傳送信號的通路，也就是傳輸介質(zhì)。信道本身可以是模擬的，也可以是數(shù)字的，用以傳輸模擬信號的信道稱為模擬信道，用以傳送數(shù)字信號的信道稱為數(shù)字信道。不同的通信信道有不同的帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速率，帶寬指的是通信信道能夠通過信號的頻率范圍，其單位是Hz，速率指的是每秒鐘傳輸?shù)谋忍財?shù)，其單位是bps。顯然，帶寬和速率成正比。計算機(jī)通信——信息的編碼

信道——傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)分有線介質(zhì)和無線介質(zhì)兩大類。常用的有線介質(zhì)：（1）雙絞線。（2）同軸電纜。（3）光纖。常用的無線介質(zhì)：（1）微波。（2）衛(wèi)星。

計算機(jī)通信——數(shù)據(jù)交換

線路交換

所謂線路交換是在通信雙方建立一條專用的通信線路。最典型的線路交換是電話系統(tǒng)，就通信網(wǎng)絡(luò)的公共資源利用率而言，線路交換方式的使用效率比較低。但是，一旦建立起通信線路，通信雙方就能夠以固定的傳輸率來傳送數(shù)據(jù)，除了在線路和中間交換設(shè)備上必須消耗的時間外，不會再有其他的延遲，因此，數(shù)據(jù)傳輸率比較高。計算機(jī)通信——數(shù)據(jù)交換

存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換

常用的存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式是分組交換，即把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分割成比較小的一個個分組獨(dú)立傳送。按照分組在通信網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)墓芾矸绞?，可以把分組交換分為虛電路交換和數(shù)據(jù)報交換兩種不同的交換方式。

虛電路交換首先建立一條連接源地和目的地的線路，每個數(shù)據(jù)分組都沿著這條線路傳輸，在中間交換設(shè)備不再進(jìn)行路徑選擇。

數(shù)據(jù)報方式是一種無連接方式，各個數(shù)據(jù)分組可以沿著不同的傳輸路徑到達(dá)目的地。IP電話是哪種數(shù)據(jù)交換方式？計算機(jī)通信——尋址

通信方向

尋址首先要尋找方向。所謂通信方向是指兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流向。通常有以下三種通信方向：

（1）單工。信道上數(shù)據(jù)流向是單方向的，數(shù)據(jù)只能向一個方向流動。通信時，一方只能發(fā)送，另一方只能接收。

計算機(jī)通信——尋址

通信方向

尋址首先要尋找方向。所謂通信方向是指兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流向。通常有以下三種通信方向：

（2）半雙工。在同一時刻，通信雙方只能有單一方向的數(shù)據(jù)流向，一方要么處于發(fā)送狀態(tài)，要么處于接收狀態(tài)，不能同時又發(fā)又收?？梢詫腚p工看成是可切換方向的單工通信，從某一時刻看是單工的，從總體上看是雙工的。

計算機(jī)通信——尋址

通信方向

尋址首先要尋找方向。所謂通信方向是指兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流向。通常有以下三種通信方向：（3）全雙工。在同一時刻，通信雙方有兩個方向相反的數(shù)據(jù)流向，任何一方都可以一邊發(fā)送數(shù)據(jù)一邊接收數(shù)據(jù)，允許數(shù)據(jù)在兩個方向上同時傳輸，在能力上相當(dāng)于兩個單工通信方式的結(jié)合。計算機(jī)通信——尋址

地址標(biāo)識

任何接入通信網(wǎng)絡(luò)的終端A，如果需要從通信網(wǎng)絡(luò)的另一個終端B獲取信息，必須知道B所在的位置，這個位置就是地址。在各種通信手段中，應(yīng)用了各種各樣的通信地址，相對應(yīng)地就有各種各樣的尋找地址的方法。

計算機(jī)通信——尋址

地址標(biāo)識

1.MAC地址網(wǎng)絡(luò)中的每一個主機(jī)都有一個物理地址，也稱硬件地址或MAC地址（MediaAccessAddress，介質(zhì)訪問地址）。

MAC地址是一個全局地址，而且要保證世界范圍內(nèi)唯一。主機(jī)的MAC地址實際上是其連網(wǎng)所用的網(wǎng)卡上的地址，通常每一塊網(wǎng)卡都帶有一個全球唯一的6字節(jié)地址。為保證唯一性，網(wǎng)卡的生產(chǎn)廠商要向IEEE的注冊管理委員會購買地址的前3個字節(jié)，作為生產(chǎn)廠商的唯一標(biāo)識，后3個字節(jié)由生產(chǎn)廠商自行分配，并在生產(chǎn)網(wǎng)卡時固化在ROM中。計算機(jī)通信——尋址

地址標(biāo)識

2.IP地址

IP地址是在Internet上某臺主機(jī)（包括路由器和交換機(jī)）的惟一標(biāo)識，IP地址的分配和管理由全球唯一的IP網(wǎng)地址管理機(jī)構(gòu)——互聯(lián)網(wǎng)名稱和數(shù)字地址分配機(jī)構(gòu)（ICANN）負(fù)責(zé)。

IP地址是一個32位的二進(jìn)制數(shù)字，用二進(jìn)制直接表示IP地址非常繁瑣和令人費(fèi)解，于是，人們采用4段數(shù)字，每一段數(shù)字就是8位二進(jìn)制數(shù)字，并且用十進(jìn)制表示，就是0~255。一個IP地址可以表示為211.99.34.33。計算機(jī)通信——尋址

地址標(biāo)識

3.域名地址通過IP地址可以訪問互聯(lián)網(wǎng)上的任何主機(jī)，但記住這些數(shù)字串很令人頭疼，DNS（域名解析體系）將IP地址翻譯成域名。域名類似于寫信時寫在信封上的地址，如省名、城市名、區(qū)名和門牌號等，有一定的層次性。

DNS將IP地址自左向右分成3~4段，非別用字符表示主機(jī)名、網(wǎng)絡(luò)名、機(jī)構(gòu)名和最高域名，其中，最高域名是第一域名，一般是代表國家和地區(qū)的名稱，如cn表示中國；機(jī)構(gòu)名稱是第二級域名，通常是代表組織或城市名稱，如edu表示教育機(jī)構(gòu)。計算機(jī)通信——尋址

路由

數(shù)據(jù)從一個通信節(jié)點到達(dá)另一個通信節(jié)點的路徑選擇過程稱為路由，完成路由選擇的設(shè)備稱為路由器。數(shù)據(jù)到達(dá)路由器后，路由器從數(shù)據(jù)的分組結(jié)構(gòu)中取出源地址和目的地址，與路由器中存儲的