通信专业实务互联网技术学习笔记.docx
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通信专业实务互联网技术学习笔记
互联网技术
第一章数据通信基础
数据通信与数字通信
•数据通信是在信源与信宿之间进行信息交流。
•用模拟信道进行的数据通信称为模拟数据通信。
（模拟信号）
•用数字信道进行的数据通信称为数字数据通信。
（数字信号）
1.1数据通信的基本概念
1.1.1数据传输速率
数据传输速率是衡量数据通信系统传输能力的主要指标，通常有三种定义方式：
（1）码元速率
定义每秒传输的码元数，单位波特（Bd）。
（2）数据传信速率
定义每秒传输二进制码元的数目，单位比特/秒（bit/s）。
（3）数据传送速率
定义单位时间内数据传输系统中的相应设备之间实际传送的比特、字符或码组平均数，单位分别是比特/秒、字符/秒或码组/秒
1.2数据传输方式
1.2.1并行传输与串行传输
并行传输指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输。
常用的就是将组成一个字符的几位二进制码，分别在几条并行信道上同时进行传输
串行传输指的是数据流以串行方式，在一条信道上传输。
1.2.2异步传输与同步传输
异步传输一般以字符为单位，即把各个字符分开传输，字符之间插入同步信息。
同步传输一般以数据块（帧）为单位，数据块可能是字符的集合，也可能是一串无结构的位，即同步传输又分为面向字符的同步传输和面向位流的同步传输
1.2.3数据通信方式
（1）单工通信
数据只能沿着一个固定的方向传输。
（2）半双工通信
数据可沿着两个方向传输，但同时只能沿一个方向传输。
（3）全双工通信
数据可同时沿两个方向进行传输。
1.2.4基带传输和频带传输
数据传输时，对线路频带资源的使用方式有两种：
基带传输与频带传输。
◆基带传输
✓在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输;
✓在发送端，基带传输的数据经过编码器变换变为直接传输的基带信号，例如：
曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号;
✓在接收端由解码器恢复成与发送端相同的矩形脉冲信号;
✓基带传输是一种最基本的数据传输方式。
1、基带传输：
由计算机或终端产生的未经调制的数字信号所占用的频率范围叫基本带宽，其信号称为基带信号，传送数据时，以原封不动的形式，把基带信号送入传输线路称基带传输。
每一个脉冲代表一个信号单元，或称为码元，表示二进制数字信息的码元的形式不同，便产生出不同的编码方案:
A:
单极性不归零码
B:
双极性不归零码
C:
单极性归零码
D:
双极性归零码
E:
曼彻斯特码
F:
差分曼彻斯特码
✓
◆频带传输
利用模拟信道传输数据信号的方法，对多路信号采用不同的载波频率进行调制，每一路信号占用一定宽度的频带资源，在同一条通信线路上可同时传送多路信号，这样在远距离通信时有利于节约线路资源。
调制解调器（modem）是频带传输中最典型的通信设备。
1.3数据交换方式
⏹1.3.1电路交换
电路交换是最早使用的数据交换方式。
电路交换的工作过程分为三个阶段：
连接（电路、链路）建立、数据传输和连接释放。
1．连接建立
2．数据传输
3．连接释放
⏹1.3.2报文交换
报文是数据传输的单位，即站点一次性要发送的数据块，长度不限且可变。
报文交换采用存储-转发的数据传输机制。
⏹1.3.3分组交换
分组交换也称包交换，它是目前应用最广泛的数据交换技术。
分组交换通常有两种方式：
数据报方式和虚电路方式。
1.数据报
数据报方式传输数据时无须建立和释放连接，当传输少量数据时非常灵活且效率高。
2.虚电路
虚电路方式传输数据时须建立和释放虚电路，当传输少量数据时不够灵活且效率低。
方式
概念
优点
缺点
应用
电路交换
两台计算机或者终端相互通信时，使用同一条实际的物理链路，通信中自始至终使用该链路进行信息传输，且不允许其他计算机或终端同时共享该电路，过程包含呼叫建立、信息传送、连接释放
传输延时小、实时性好、交互性好、技术建单，容易实现
信道利用率低、有呼损
公用电话网、电路交换的公用数据网
报文交换
将用户的报文存储在交换机的存储器中，当所需输出电路空闲时，再将该报文发往需要接受的交换机或终端，这种存储—转发的方式可以提高中继线和电路的利用率。
采用存储转发技术，信道利用率高，不同类型的终端可以通信，无呼损
时延大，费用高
适用于不同速率、不同协议、不同代码终端的终端间或一点对多点的以报文为单位进行存储转发的数据通信
分组交换
数据报
类似报文交换，只是将每个每组作为一个报文来对待，每个数据都包含目的地址信息，分组交换机为为每一个数据分组独立的寻找路径，因此一份报文包含的多个不同分组可能会沿着不同路径到达目的地，在目的地需要重新排序。
可靠性高，传输时延小，信道利用率高，通信环境灵活
技术复杂，数据传输时延不等
适用于对话时计算机通信，如数据库检索，图文信息存取，电子邮件传递，计算机间通信
虚电路
类似于电路交换，只是建立的逻辑上的连接，而不是物理连接，由于分组在网络中是顺序传送的，因而不需要在目的地重新排序
分组交换：
将用户发来的整份报文分割成若干个定长的数据块（称为分组或打包），将这些分组以存储—转发的方式在网内传输，在分组交换网中，不同的用户的分组数据均采用动态复用的技术传送，即网络具有路由选择，同一条路由可以有不同用户的分组在传送，所以线路利用率较高。
1.4多路复用与多址通信
多路复用:
将若干彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复用信号方法。
分类：
⏹频分复用（FDM）
⏹时分复用（TDM）
⏹空分复用（SDM）
⏹波分复用（WDM）
⏹“复用”与“多址”
“复用”和“多址”是容易混淆的概念，“复用”是两点之间的不同信号通过复用实现的通信；“多址”是不同地点（常称为多址）的信号通过复用实现多点之间的通信。
⏹多址分类：
频分多址（CDMA）
时分多址（TDMA）
空分多址（SDMA）
码分多址（CDMA）
混合多址（频分多址/时分多址、码分多址/频分多址）
⏹1.4.1频分复用
原理：
整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道，频率通道之间留有防护频带。
y
⏹1.4.2时分复用
原理：
把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个通道（时隙），每个用户占用一个通道传输数据。
⏹1.4.3码分多址复用
码分复用：
利用自相关函数抑制互相关函数的特性来选取正交信号码组中的所需信号，因此也称为正交复用。
⏹1.4.4波分复用
波分复用：
在同一根光纤信道上传输多路不同波长的光信号，以提高光纤的利用率，波分多路复用用于光信号传输。
1.5差错控制方法
⏹1.5.1差错类型
噪声的类型不同，引起的差错类型也不同，一般分为以下两类差错：
（1）随机差错。
差错是相互独立、互补相关的；
（2）突发差错。
指成串出现的错码，错码与错码之间有相关性。
⏹1.5.2差错控制方式
（1）前向纠错；
（2）检错重发；
（3）反馈校验；
（4）混合纠错。
差错控制的根本措施是采用抗干扰编码，或称为纠错编码。
第二章数据通信网
数据通信网
⏹数据通信网是由数据终端、传输、交换和处理等设备组成的体系，用于数据信息的传输、交换与处理，并尽可能提高网内各种设备的利用率，以获得网内资源（包括通信线路、硬件、软件数据库等）的共享。
分组交换网
⏹分组交换网由分组交换机、传输设备、远程集中器，分组装拆设备、网络管理中心（NMC：
NetworkManagementCenter）等组成。
分组交换机可分为转接交换机和本地交换机两种
✓转接交换机容量大、线路端口数多、具有路由选择功能，主要与其他交换机互连。
✓本地交换机容量小，只有局部交换功能，不具备路由选择功能。
分组交换网的基本业务
⏹交换虚电路：
类似于电话电路，两个终端通信前先用呼叫程序建立虚电路，然后发送数据，通信结束后拆除虚电路。
⏹永久虚电路：
类似于专线，两个终端在合同期内一直保持逻辑虚电路连接，通信时无需呼叫建立和拆除过程。
分组交换网协议X.25
X.25协议是数据终端设备与数据电路端接设备之间的接口规程
X.25规定内容：
1、定义了帧和分组结构；
2、数据传输通路的建立和释放、数据的传输等过程；
3、顺序控制、差错控制、流量控制等机制；
4、分组交换提供的基本业务、可选业务；
5、X.25属于接口规程，没有定义路由选择算法，这属于分组交换网内部控制功能；
⏹X.25协议分为三层，对应OSI模型的下三层：
⏹物理层
⏹数据链路层
⏹分组层
数字数据网DDN
DDN的优点：
1、DDN是同步数据传输网，传输质量高，误码率极低
2、传输速率高，网络时延小；
3、DDN为全透明网络；
4、网络运行管理简便。
利用数字信道传送数据信号的数据传输网，它的主要传输介质为光纤，
✓DDN（DigitalDataNetwork）是采用数字信道来传输信号的数据传输网。
✓可以为用户提供全数字、全透明、高质量的网络来连接、传递各种数据业务，为用户提供专用的数字数据传输通道。
✓DDN为用户提供的数据信道是专用的，类似于专线。
✓DDN的基础是数字传输网，必须以光缆、数字微波、数字卫星电路为基础。
DDN的结构
DDN由本地传输系统、复用/交叉连接系统、局间传输系统、网同步系统、网络管理系统。
DDN由用户环路、DDN节点、网络控制管理中心
帧中继
✓帧中继是在传统分组交换技术和光纤传输的基础上发展起来的高速分组交换技术，沿用X.25的数据链路层帧格式。
✓简化了分组交换中使用的X.25协议，取消了网内逐段的差错控制和流量控制，而将其移到端系统中进行。
✓提供交换虚电路和永久虚电路业务，但主要是永久虚电路业务。
✓帧中继只用到物理层和数据链路层。
用户接入帧中继方式
✓局域网接入方式：
通过网桥或路由器接入。
✓计算机接入方式：
通过FRAD设备。
✓用户帧中继交换机接入方式：
通过UNI规程。
帧中继业务：
✓大批量数据通信。
✓文件传送。
✓为多个用户提供复用传送。
✓交互数据。
✓局域网互联。
ATM（异步转移模式）
ATM作为ITU-T建议的B-ISDN的传递方式，具有以下特点：
1、ATM是一种统计时分复用技术。
2、ATM利用硬件实现固定长度分组的快速交换，具有延时小，实时性好的特点，能够满足多媒体数据传输的需求。
3、ATM是支持多种业务的传输平台，并提供服务质量保证，ATM通过定义不同的AAL（ATM适配层）来满足不同业务对传输性能的要求。
4、ATM是面向连接的传输技术，在传送用户数据之前必须建立端到端之间的虚连接。
✓B-ISDN：
宽带综合业务数字网，核心技术是ATM。
✓ATM是一种基于分组的信息复用、交换和传输技术，把信息分成固定长度（53字节）的信元，其中信元头占5字节。
✓ATM网络中的分组就是信元。
✓ATM是一种统计复用技术，又叫异步时分复用技术。
✓ATM是面向连接的分组交换技术，分为交换虚连接（SVC）和永久虚连接（PVC）。
ATM协议参考模型：
ATM参考模型：
✓三面。
⏹用户面：
提供用户信息的传送
⏹控制面：
提供呼叫和连接的控制功能
⏹管理面
⏹层管理：
实现网络资源和协议参数的管理
⏹面管理：
提供网络相关的管理和协调功能
✓四层
⏹物理层，ATM层，ATM适配层，高层。
B-ISDN协议参考模型的分层功能。
协议参考模型包括四层功能，如下。
（1）物理层：
完成传输信息（比特/信元）功能。
（2）ATM层：
负责交换、路由选择和信元复用。
（3）AT适配层（AAL）：
完成将各种业务的信息适配成ATM信元流。
（4）高层：
根据不同的业务特点完成高层功能。
VPI和VCI是ATM传输的名词，ATM把一条物理电路划分为几个虚拟的逻辑通路，称为VPI；然后在每一个VPI中再划分虚拟的信道（Channel），称为VCI。
X.25（分组交换网）
DDN（数字数据网）
帧中继
ATM网络
X.25是一个分组交换网，它本身具有三层协议，用户通过呼叫建立虚电路。
X.25其数据分组包含3字节头部和128字节数据部分
X.25具有协议转换、速率匹配等功能，适应不同通信规程、不同通信速率的用户之间的通信。
X.25只在高层协议上对用户透明。
X.25在网络层实现复用和转接，
缺点：
X.25协议过于复杂，交换机，业务成本较高，复杂的协议影响了传输速率，网络延时大，难实现高速率数据传输。
X．25，吞吐率的主要部分是用于错误检查开销的，X．25接口不可支持高达64Kbps的线路，CCITT在1992年重新制定了这个标准，并将速率提高到2Mbps。
DDN不具备交换功能，主要方式是定期或不定期的租用专线，用户申请专线后，连接就已完成。
DDN是个全透明的网络。
DDN为用户提供的数据信道是专用的，类似于专线。
缺点：
成本较高，线路利用率低，对突发性业务量的传送不利。
DDN由用户环路、DDN节点、网络控制管理中心组成。
是在数字光纤通信传输线路代替原来模拟传输线路，用户终端智能化的情况下，由X.25分组交换技术发展起来的一种传输技术。
它在用户—网络接口之间提供用户信息流的双向传送。
帧中继与X.25相似，但以比分组容量大帧为单位（而不是以分组为单位），进行数据传输，且在网络的中间节点对数据不进行误码纠错。
帧中继协议简单，不存在纠错及流量控制，
帧中继在链路层实现链路的复用和转接，
它运行在OSI参考模型的物理层和数据链路层。
帧中继是一种宽带分组交换,使用复用技术时,其传输速率可高达44.6Mbps。
但是,帧中继不适合于传输诸如话音、电视等实时信息,它仅限于传输数据。
ATM是一种传递模式，在这种模式中，信息被分装成信元。
ATM使用53字节固定长度的单元进行交换。
ATM非常适合音频和视频数据的传输。
第一个预知：
信元交换将一个简短的指示器称为虚拟通道标识符，并将其放在TDM时间片的开始。
这使得设备能够将它的比特流异步地放在一个ATM通信通道上，使得通信变得能够预知且持续的，这样就为时间敏感的通信提供了一个预QoS，这种方式主要用在视频和音频上。
第二个预知：
通信可以预知的另一个原因是ATM采用的是固定的信元尺寸。
第三章计算机网络与协议
计算机网络功能
⏹硬件共享
⏹软件共享
⏹数据传输
计算机网络系统组成
⏹计算机网络由三部分组成：
⏹资源子网
⏹通信子网
⏹通信协议
⏹网络按照覆盖范围可以分为：
广域网，城域网，局域网。
⏹网络有两种交换方式：
电路交换和分组交换，而分组交换又可以分为虚电路交换和数据报交换两种。
计算机网络的体系结构
⏹网络体系结构由三部分内容组成：
⏹网络的层次结构
⏹同层进程通信的协议
⏹相邻层之间的接口及服务
计算机网络的层次模型
第N层是第N-1层的用户，又是第N+1层的服务提供者
计算机网络的体系结构
⏹计算机网络的分层原理
⏹服务访问点SAP：
相邻层之间通过SAP进行服务的请求和提供。
其中N层实体向N+1层提供服务，而N+1层实体向N层请求服务。
⏹服务原语：
相邻层之间进行服务的请求和提供时通过服务原语来通信。
⏹协议：
对等层之间进行通信的规则和约定。
⏹协议包括三个要素：
⏹语义
⏹语法
⏹定时
计算机网络层次划分原则
1、各层功能明确，即每一层的划分都应该有明确的、与其他层不同的基本功能。
2、层间接口清晰，应尽量减少跨过接口的通信量
3、层数适中
4、网络中各节点都具有相同的层次，不同的节点的同等层具有相同的功能
OSI网络参考模型
⏹OSI参考模型由ISO国际标准化组织制定，主要定义了三部分内容：
⏹系统体系结构
⏹服务定义
⏹协议规范
OSI网络参考模型
TCP/IP参考模型
TCP/IP协议：
网络通信协议
TCP：
传输控制协议
IP:
网际协议
⏹TCP/IP参考模型是针对Internet制定的，包括了各种协议的集合。
⏹TCP/IP模型采用四层结构：
⏹网络接口层：
发送和接收IP数据包
⏹网络层：
IP数据包的转发和路由
⏹传输层：
负责两个终端之间的数据传送，并确定数据已被送达并接受。
⏹应用层：
向用户提供一组应用程序
OSI网络参考模型与TCP/IP模型的比较
⏹相同点
⏹都采用了层次结构的概念
⏹在传输层中二者定义了相似的功能
⏹不同点
⏹层次划分不同
⏹使用的协议不同
论述
OSI参考模型和TCP/IP参考模型有什么区别？
分别有哪些特点？
OSI参考模型对系统体系结构、服务定义和协议规范3方面进行了描述。
它定义了一个由物理层（PhysicalLayer，PH）、数据链路层（DataLinkLayer，DL）、网络层（NetworkLayer，N）、运输层（TransportLayer，T）、会话层（SessionLayer，S）、表示层（PresentationLayer，P）和应用层（ApplicationLayer，A）组成的七层模型，用以进行进程间的通信，并作为一个框架来协调层层标准的制定；OSI参考模型的服务定义描述了各层所提供的服务，以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语；OSI参考模型各层的协议规范精确地定义了应当发送何种控制信息以及应该通过何种过程对此控制信息进行解释。
TCP/IP体系结构采用了4层结构，每一层都使用它的下一层所提供的服务来完成本层的功能。
这4层从下往上依次是网络接口层（NetworkInterfaceLayer）、网络层（InternetLayer）、传输层（TransportLayer）和应用层（ApplicationLayer）。
TCP/IP模型和OSI参考模型的目的和实现的功能都一样，本质上来讲它们都采用了分层结构，并在层间定义了标准接口，上层使用下层提供的服务，但下层提供服务的方式对上层来说是透明的；在对等层间采用协议来实现相应的功能。
这两种模型在层次划分上也有相似之处。
但这两种模型的提出是相互独立的，出发点也不同，因此在使用上有很大的不同。
OSI参考模型理论比较系统、全面，对具体实施有一定的指导意义，但是和具体实施还有很大的差别，要完整地实现OSI参考模型所规定的所有功能是非常困难的；TCP/IP模型则是在实践中逐步发展而来的。
TCP/IP和互联网的发展相辅相成，现在不仅在Internet中，在局域网中也开始应用TCP/IP。
但是由于TCP/IP由实际应用发展而来，缺乏统一的规划，层次划分并不十分清晰和确定，在今后的发展过程中可能还会有所调整。
OSI七层详解：
OSI
功能及特点
应用
传送数据
一般存在协议
应用层
包含利用网络服务的应用程序进程以及应用程序接口（API），
文件服务、数据库服务、电子邮件等
TELNET、FTP、SMTP、SNMP、DNS、HTTP、HTTPS、NTP
表示层
在网络需要的格式和计算机可处理的格式之间进行数据翻译，表示层执行协议转换、数据翻译、压缩与解密、字符转换以及图形命令的解释功能。
压缩与解密，字符转换
图形命令
会话层
进程-----进程之间的通信协议，主要功能是组织和同步不同主机上各种进程间的通信；
负责在两个会话层实体之间进行对话连接的建立和拆除。
进行对话连接的建立和拆除
传输层
通过对数据单元错误、数据单元次序以及流量控制等问题的处理为用户提供了可靠的端到端的服务；传输层还是高低层之间的接口
提供可靠的端到端的服务
TCP、UDP
网络层
使用适当的路由选择算法为数据选路，建立逻辑链路进行分组传输，以实现网络的互联。
另外为了避免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞，还要对流入的分组数量进行控制；当分组要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决国际互联的问题。
路由选择、拥塞控制
X.25分组层协议、IPX/SPX、IP、ICMP、IGMP、RIP、OSPF、BGP
数据链路层
将物理层提供的比特流组成名为帧的协议数据单元进行传输，帧中不但包含了上层提供的数据信息，还包括一些地址、控制以及校验码信息，两个系统中的数据链路层通过这些控制信息，实现停止等待协议和窗口等流量控制机制和差错处理机制，对物理设备的传输速率进行匹配。
差错处理机制、流量控制
帧
CSMA/CD、HDLC、SLIP、PPP、ARP、RARP
物理层
1、机械特性：
按口部件的尺寸、规格、插脚数和分布等
2、电气特性：
按口部件的信号、阻抗、传输速率
3、功能特性：
按口部件信号线（数据线、控制线、定时线）的用途
4、规程特性：
按口部件的信号线建立、维持、释放物理连接和传输比特流的时序
物理层要实现实体之间的按位传输，保证按位传输的正确性，并向数据链路层提供透明的比特流传输
即：
物理层提供可靠的比特流传输，并不考虑这些比特之间的联系以及所传输数据的结构
比特流
RS-232、RS-439、V.35、X.21
第四章局域网和城域网
局域网（LAN）的结构主要有三种类型：
以太网（Ethernet）、令牌环（TokenRing）、令牌总线（TokenBus）以及作为这三种网的骨干网光纤分布数据接口（FDDI）。
它们所遵循的都是IEEE（美国电子电气工程师协会）制定的以802开头的标准,目前共有11个与局域网有关的标准,它们分别是：
IEEE802.1──通用网络概念及体系结构等
IEEE802.2──逻辑链路控制（LLC）等
IEEE802.3──载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/.CD）规范
IEEE802.4──令牌总线结构及访问方法,物理层规定
IEEE802.5──令牌环访问方法及物理层规定等
IEEE802.6──城域网的访问方法及物理层规定
IEEE802.7──宽带局域网
IEEE802.8──光纤网络技术标准（FDDI）
IEEE802.9──ISDN局域网
IEEE802.10──网络的安全
IEEE802.11──无线局域网Wi-Fi
局域网的协议
⏹局域网的协议标准由IEEE802委员会制定，该标准覆盖了OSI模型的第1层、第2层的功能。
⏹局域网的第2层-数据链路层，又分为两个子层。
其划分的意义在于将数据链路层功能中与硬件相关的部分与硬件无关部分进行区分，降低研究和实现的复杂度。
⏹逻辑链路控制子层LLC使用MAC子层提供的服务，且为网络层提供服务。
LLC子层为网络层提供三种类型的服务：
1、无确认无连接的服务
2、有确认无连接的服务
3、面向连接的服务
LLC将帧分为三类
1、信息帧
2、管理帧
3、无编号帧
PDU（协议数据单元）：
是指对等层次之间传递的数据单位。
DSAP:
目的服务访问点
SSAP:
源服务访问点
LLC数据：
长度为8的倍数，长度取限于所使用的介质访问控制方法。
⏹介质访问控制子层MAC
⏹所有的局域网中，LLC子层是一致的，不同的是MAC子层，对应不同的物理媒介接入。
局域网将数据链路层分割为哪两个子层？
这两个子层分别完成了什么功能？
局域网将数据链路层分割为两个子层：
逻辑链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC）。
这样划分的目的是将数据链路层功能中
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