计算机网络第7版电子书

⑴ 计算机网络基础知识（一）

参考：计算机网络 谢希仁 第7版

一、现在最主要的三种网络
 电信网络(电话网)
 有线电视网络
 计算机网络 (发展最快，信息时代的核心技术)
二、internet 和 Internet
 internet 是普通名词
泛指一般的互连网(互联网)
 Internet 是专有名词,标准翻译是“因特网” 世界范围的互连网(互联网)
使用 TCP/IP 协议族
前身是美国的阿帕网 ARPANET
三、计算机网络的带宽
计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率，即每秒多少比特。 描述带宽也常常把“比特/秒”省略。
例如，带宽是 10 M，实际上是 10 Mb/s。注意:这里的 M 是 106。
四、对宽带传输的错误概念
在网络中有两种不同的速率:
 信号(即电磁波)在传输媒体上的传播速率(米/秒，或公里/秒)
 计算机向网络发送比特的速率(比特/秒),也叫传输速率。 这两种速率的意义和单位完全不同。
宽带传输:计算机向网络发送比特的速率较高。 宽带线路:每秒有更多比特从计算机注入到线路。 宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。
早期的计算机网络采用电路交换，新型的计算机网络采用分组交换的、基于存储转发的方式。 分组交换:
 在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块
 每个块增加带有控制信息的首部构成分组(包)
 依次把各分组发送到接收端
 接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文
IP 网络的重要特点
 每一个分组独立选择路由。
 发往同一个目的地的分组，后发送的有可能先收到(即可能不按顺序接收)。  当网络中的通信量过大时，路由器就来不及处理分组，于是要丢弃一些分组。  因此， IP 网络不保证分组的可靠地交付。
 IP 网络提供的服务被称为:
尽最大努力服务(best effort service) 五、最重要的两个协议:IP 和 TCP
TCP 协议保证了应用程序之间的可靠通信,IP 协议控制分组在因特网的传输,但因特网不保证可靠交付.
在 TCP/IP 的应用层协议使用的是客户服务器方式。
 客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。
 客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
 当 A 进程需要 B 进程的服务时就主动呼叫 B 进程，在这种情况下，A 是客户而 B 是服务器。
 可能在下一次通信中，B 需要 A 的服务，此时，B 是客户而 A 是服务器。
注意:
 使用计算机的人是“用户”(user)而不是“客户”(client)。
 客户和服务器都指的是进程，即计算机软件。
 由于运行服务器进程的机器往往有许多特殊的要求，因此人们经常将主要运行服务器进程的
机器(硬件)不严格地称为服务器。
 例如，“这台机器是服务器。” 意思是:“这台机器(硬件)主要是用来运行服务器进程(软件)。”  因此，服务器(server)一词有时指的是软件，但也有时指的是硬件。
六、总结
 因特网(Internet)是世界范围的、互连起来的计算机网络，它使用 TCP/IP 协议族，并且它的前身是美 国阿帕网 ARPANET。
 计算机网络的带宽是网络可通过的最高数据率。
 因特网使用基于存储转发的分组交换，并使用 IP 协议传送 IP 分组。
 路由器把许多网络互连起来，构成了互连网。路由器收到分组后，根据路由表查找出下一跳路由器的
地址，然后转发分组。
 路由器根据与其他路由器交换的路由信息构造出自己的路由表。
 IP 网络提供尽最大努力服务，不保证可靠交付。
 TCP 协议保证计算机程序之间的、端到端的可靠交付。
 在 TCP/IP 的应用层协议使用的是客户服务器方式。
 客户和服务器都是进程(即软件)。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
 服务器有时也指“运行服务器软件”的机器。

一、IP 网络是虚拟网络
 IP 网络是虚拟的。在 IP 网络上传送的是 IP 数据报(IP 分组)。
 实际上在网络链路上传送的是“帧”，使用的是帧的硬件地址(MAC 地址)。
 地址解析协议 ARP 用来把 IP 地址(虚拟地址)转换为硬件地址(物理地址)。
二、IP 地址的表示方法
IP 地址的表示方法有两种:二进制和点分十进制。
IP 地址是 32 位二进制数字，为方便阅读和从键盘上输入，可把每 8 位二进制数字转换成一个十进制数字，并 用小数点隔开，这就是点分十进制。
三、因特网的域名
因特网的域名分为:  顶级域名  二级域名  三级域名

 四级域名
四、域名服务器 DNS (Domain Name Server)
因特网中设有很多的域名服务器 DNS，用来把域名转换为 IP 地址。
五、电子邮件
发送邮件使用的协议——简单邮件传送协议 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) 接收邮件使用的协议——邮局协议版本 3 POP3 (Post Office Protocol version 3) 注:邮件的传送仍然要使用 IP 和 TCP 协议
六、统一资源定位符 URL (Uniform Resource Locator)
 URL 用来标识万维网上的各种文档。
 因特网上的每一个文档，在整个因特网的范围内具有惟一的标识符 URL。  URL 实际上就是文档在因特网中的地址。
七、超文本传送协议 HTTP (HyperText Transfer Protocol) 万维网客户程序与服务器程序之间的交互遵守超文本传送协议 HTTP。
八、结束语
 IP 地址是 32 位二进制数字。为便于阅读和键入，也常使用点分十进制记法。  个人用户上网可向本地 ISP 租用临时的 IP 地址。
 域名服务器 DNS 把计算机域名转换为计算机使用的 32 位二进制 IP 地址。  发送电子邮件使用 SMTP 协议，接收电子邮件使用 POP3 协议。
 统一资源定位符 URL 惟一地确定了万维网上文档的地址。
 超文本传送协议 HTTP 用于万维网浏览器程序和服务器程序的信息交互。
 超文本标记语言 HTML 使万维网文档有了统一的格式。
 IP 电话不使用 TCP 协议。利用 IP 电话网关使得在普通电话之间可以打 IP 电话。

一、因特网服务提供者 ISP (Internet Service Provider) 根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的 IP 地址数目的不同，ISP 也分成为不同的层次。
二、两种通信方式
在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类:C/S 方式 和 P2P 方式
(Peer-to-Peer，对等方式)。
三、因特网的核心部分
网络核心部分是因特网中最复杂的部分。
网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其 他主机通信(即传送或接收各种形式的数据)。
因特网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成，而主机处在因特网的边缘部分。
在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通 常以相对较低速率的链路相连接。

主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器的用途则是用 来转发分组的，即进行分组交换的。
在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。
路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分
最重要的功能。
四、电路交换
电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段:建立连接、通信、释放连接。
五、网络的分类
 不同作用范围的网络
 广域网 WAN (Wide Area Network)
 局域网 LAN (Local Area Network)
 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
 个人区域网 PAN (Personal Area Network)
 从网络的使用者进行分类
 公用网 (public network)
 专用网 (private network)
 用来把用户接入到因特网的网络
 接入网 AN (Access Network)，它又称为本地接入网或居民接入网。
注:由 ISP 提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的“桥梁”作用。
六、计算机网络的性能指标
 速率
 带宽
 吞吐量
 时延(delay 或 latency)
 传输时延(发送时延) —— 从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完 毕所需的时间。
 传播时延 —— 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。 注:信号传输速率(即发送速率)和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。
 处理时延 —— 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。
 排队时延 —— 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。 总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+处理时延
 时延带宽积
 利用率 —— 分为信道利用率和网络利用率。

 信道利用率——某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)。  网络利用率——全网络的信道利用率的加权平均值。 注:信道利用率并非越高越好。
七、网络协议(network protocol) 简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。其组成要素有以下三点:
 语法  语义  同步
数据与控制信息的结构或格式 。
需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。 事件实现顺序的详细说明。
八、实体、协议、服务和服务访问点
实体(entity)——表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议——是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
 在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。  要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。
 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。
 下面的协议对上面的服务用户是透明的。
 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。
 服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。 同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。
九、TCP/IP 的体系结构
路由器在转发分组时最高只用到网络层，而没有使用运输层和应用层。

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书名：计算机网络第5版
作者名：谢希仁
豆瓣评分：7.9
出版社：电子工业出版社
出版年份：2008-1
页数：402
内容介绍：
《计算机网络(第5版)》自1989年首次出版以来，于1994年、1999年和2003年分别出了修订版。2006年8月本教材通过了教育部的评审，被纳入普通高等教育“十一五”国家级规划教材。《计算机网络》的第5版，在内容和结构方面都有了很大的修改。
作者介绍：
谢希仁，解放军理工大学指挥自动化学院，教授，博士生导师。主要学术成果有：1986年完成总参通信部局域网办公系统项目；1987年在《电子学报》发表“分组话音通信新进展”；为国内首次介绍分组数据通信；1991年完成国家自然科学基金项目“分组交换的话音数据通信系统”项目。1999年完成第一个军用卫星通信系统网管中心的研制任务及“金桥网网管技术”项目等。上述科研项目分别获得国家、军队和部级奖项。着有：《计算机网络》第1至第7版（“十一五国家级规划教材”），曾两次获得国家级优秀教材奖，成为高校最受读者欢迎的本国计算机网络教材。

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计算机网络自顶向下方法 【第一章 计算机网络及因特网】 原创
2021-12-08 14:43:31
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目录
1.1 什么是因特网
1.1.1 具体构成描述
1.1.2 服务描述
1.1.3 网络协议
1.2 网络边缘
1.2.1 接入网
1.3 网络核心
1.3.1分组交换
1.3.2 电路交换
1.3.3 报文交换
1.4 交换网中的时延，丢包和吞吐量
1.5 协议层次及其服务模型
1.1 什么是因特网
我们可以用两种方式描述因特网

1.1.1 具体构成描述
端系统(主机)：与因特网相连的设备
端系统通过通信链路和分组交换机连接到一起
通信链路由不同的物理媒体组成，传播速度用bit/s来计算
分组：当一台端系统要向另一台端系统发送数据时，发送端系统将数据分段，并为每段加上头部字节，由此形成的信息包叫分组
分组通过网络发送到接收端系统，在那里被装配成初始数据
分组交换机从它的一条入通信链路接收到达的消息，并从它的一条出通信链路转发该条消息
最着名的分组交换机：路由器和链路层交换机
路由器通常用作网络核心
链路层交换机常用在接入网
一个分组所经历的一系列的通信链路和分组交换机称为通过网络的路径
端系统通过**因特网服务供应商(ISP)**接入因特网中
每个ISP本身就是一个由多台分组交换机和通信链路组成的网络，各ISP为端系统提供了不同类型的网络接入
端系统，分组交换机和其他网络部件都需要运行一系列的协议
因特网最重要的协议TCP/IP
IP协议定义了路由器和端系统之间交换的分组格式
在这里插入图片描述

1.1.2 服务描述
分布式应用程序： 应用程序涉及在多个相互交换数据的端系统，故称他们分布式应用程序。
与因特网相连的端系统都有一个套接字接口，该接口规定了运行在端系统上的程序请求在因特网基础设施向另一个端系统上特定的目的程序交付数据的方式
因特网套接字接口是一个发送程序必须遵守的规则合集
1.1.3 网络协议
在因特网中，任何两个以上的远程通讯实体的所有活动都受协议的制约

协议定义了在两个通讯实体之间交换的报文的格式和顺序，以及报文的发送或接收一条报文或其他时间所采取的动作
1.2 网络边缘
位于网络边缘的主机又分为两类：客户和服务器
客户通常是桌面PC，智能手机等
服务器是更强大的机器，用于存储和发布Web页面，邮件等
1.2.1 接入网
接入网：是将端系统物理连接到其边缘路由器的网络
边缘路由器 是端系统到任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器
家庭接入有两种最流行的类型：数字用户线(DSL)和电缆
1.3 网络核心
网络核心： 又端系统的分组交换机和链路构成的网状网络
1.3.1分组交换
端系统之间彼此交换报文，报文可以执行一种控制功能，也可以包含数据
为了从源端系统向目的端系统发送一个报文，源将上报文划分为较小的数据块，称为分组
分组以链路的最大传输速率的速度通过通信链路
多数分组交换机在链路的输入端使用存储转发传输，是指在交换机开始向输出链路传输该分组的第一个比特之前，必须接受到整个分组
每台分组交换机和多个链路连接，对于每条相连的链路，该分组交换机具有一个输出缓存，它用于存储路由器准备发往那条链路的分组
如果该链路正在传输其他分组，那么该分组必须在输出缓存等待，这叫排队时延
一个到达的分组可能发现输出缓存已经满了的情况，此时将出现分组丢包的情况
每个端系统都有一个IP地址。当源主机向目的主机发送一个分组时，源在该分组的首部包含了目的主机的IP地址
1.3.2 电路交换
电路交换：在这个发送者可以发送信息之前，电话网络必修要先在发送者和接受者之间建立一条连接。这是条真正的连接，在发送者和接受者之间的交换机都是维持着的。
当网络把这个电路建立好之后，在这个网络中的链路的传输速率也是维持好的。所以发送者可以以稳定的速率传输数据给接收者
链路中的电路是通过频分复用FDM和时分复用TDM来实现的
对于FDM，链路的频谱由跨越链路创建的所有连接共享。在连接期间链路为每条连结专用一个频率。
在电话网络中，这个频宽通常是4kHz，该频段的宽度称为带宽
对于TDM，时间被划分为固定的帧，每个帧又被划分为固定数量的时隙
电路交换和分组交换的区别：
电路交换的三个步骤：
建立连接（分配通信资源）
通话（一直占用通信资源）
释放连接（归还通信资源）
1.3.3 报文交换
报文交换
一个应用发送信息的整体就是一个报文。
在数据交换过程中，要以整个信息作为一个整体，一次性转发到下一个邻接路由器上，路由器再把整个报文接收到，再决定这个报文怎么转发，从哪个接口转发出去，直至目的主机。
在这里插入图片描述

1.4 交换网中的时延，丢包和吞吐量
我们希望因特网服务在任意两个端系统之间随心所欲的瞬间移动数据而没有任何数据损失，但那时不可能的，

所以计算机网络要限制在端系统之间的吞吐量：每秒能够传送的数据量

当一个分组从一个节点到另一个节点，该分组在沿途的每个节点经受了不同的时延：节点处理时延，排队时延，传输时延，传播时延，这些时延累加就是节点总时延
节点处理时延： 检查分组首部和决定将该分组导向何处需要的时间
排队时延： 在队列中，当分组在链路上等待传输时，经受排队时延
传输时延： 路由器推出整个分组需要的时间
传播时延： 将分组传播到另一个节点需要的时间
在这里插入图片描述

到达分组时发现队列满了。由于没有地方存储这个分组，路由器将丢弃该分组，形成丢包

一个节点的性能不止可以从时延看出来，也可以从丢包率看出来
吞吐量

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量
吞吐量被常用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络；吞吐量受网络带宽或额定速率的限制。
时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 × 带宽
若发送端连续发送数据，则在所发送的第一个bit即将到达终点时，发送端就已经发送了时延带宽积个bit；
链路的时延带宽积又称为以bit为单位的链路长度。
往返时间RRT

在许多情况下，因特网上的信息不仅仅单方向传输，而是双向交互；
我们有时候很需要知道双向交互一次所需的时间。
利用率

信道利用率： 用来表示某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）
网络利用率： 全网络的信道利用率的加权平均；
利用率并非越高越好，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也会迅速增加，如下图所示；
在这里插入图片描述

丢包率
丢包率即分组丢失率，是指在一定的时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率；
分组丢失的两个主要原因：分组误码，结点交换机缓存队列满（网络拥塞）。
1.5 协议层次及其服务模型
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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408的考试内容应该就是包括：数据结构，计算机操组成原理，操作系统，计算机网络。
考试参考用书：

《数据结构C语言》严蔚敏 清华大学出版社
《计算机组成原理》第2版 唐朔飞 高等教育出版社
《计算机操作系统(修订版)》第4版 汤子瀛 西安电子科技大学出版社
《计算机网络(第五版)》第7版 谢希仁 电子工业出版社

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[学习笔记]第02章_物理层-打印版.pdf

本章最重要的内容是：

（1）物理层的任务。

（2）几种常用的信道复用技术。

（3）几种常用的宽带接入技术，主要是ADSL和FTTx。

1、物理层简介

（1）物理层在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。

（2）物理层的作用是尽可能地屏蔽掉传输媒体和通信手段的差异。

（3）用于物理层的协议常称为物理层规程（procere），其实物理层规程就是物理层协议。

2、物理层的主要任务 ：确定与传输媒体的接口有关的一些特性。

（1）机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。

（2）电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

（3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。

（4）过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

3、物理层要完成传输方式的转换。

（1）数据在计算机内部多采用并行传输方式。

（2）数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般都是串行传输，即逐个比特按照时间顺序传输。

（3）物理连接的方式：点对点、多点连接或广播连接。

（4）传输媒体的种类：架空明线、双绞线、对称电缆、同轴电缆、光缆，以及各种波段的无线信道等。

1、数据通信系统的组成

一个数据通信系统可划分为源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）三大部分。

（1）源系统：一般包括以下两个部分：

（2）目的系统：一般也包括以下两个部分：

（3）传输系统：可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。

2、通信常用术语

（1）通信的目的是传送消息（message），数据（data）是运送消息的实体。

（2）数据是使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列。

（3）信息的表示可用计算机或其他机器（或人）处理或产生。

（4）信号（signal）则是数据的电气或电磁的表现。

3、信号的分类 ：根据信号中代表消息的参数的取值方式不同

（1）模拟信号/连续信号：代表消息的参数的取值是连续的。

（2）数字信号/离散信号：代表消息的参数的取值是离散的。

1、信道

（1）信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。

（2）一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

（3）单向通信只需要一条信道，而双向交替通信或双向同时通信则都需要两条信道（每个方向各一条）。

2、通信的基本方式 ：

（1）单向通信又称为单工通信，只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。如无线电广播、有线电广播、电视广播。

（2）双向交替通信又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送/接收。

（3）双向同时通信又称为全双工通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息。

3、调制 （molation）

（1）基带信号：来自信源的信号，即基本频带信号。许多信道不能传输基带信号，必须对其进行调制。

（2）调制的分类

4、基带调制常用的编码方式 （如图2-2）

（1）不归零制：正电平代表1，负电平代表0。

（2）归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0。

（3）曼彻斯特：编码位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1。也可反过来定义。

（4）差分曼彻斯特：编码在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1。

5、带通调制的基本方法

（1）调幅（AM）即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于无载波或有载波输出。

（2）调频（FM）即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于频率f1或f2。

（3）调相（PM）即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于相位0度或180度。

（4）多元制的振幅相位混合调制方法：正交振幅调制QAM（Quadrature Amplitude Molation）。

1、信号失真

（1）信号在信道上传输时会不可避免地产生失真，但在接收端只要从失真的波形中能够识别并恢复出原来的码元信号，那么这种失真对通信质量就没有影响。

（2）码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或噪声干扰越大，或传输媒体质量越差，在接收端的波形的失真就越严重。

2、限制码元在信道上的传输速率的因素

（1）信道能够通过的频率范围

（2）信噪比

3、香农公式 （Shannon）

（1）香农公式（Shannon）：C = W*log2(1+S/N) (bit/s)

（2）香农公式表明：信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。

（3）香农公式指出了信息传输速率的上限。

（4）香农公式的意义：只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定存在某种办法来实现无差错的传输。

（5）在实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少,是因为香农公式的推导过程中并未考虑如各种脉冲干扰和在传输中产生的失真等信号损伤。

1、传输媒体

传输媒体也称为传输介质或传输媒介，是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。

2、传输媒体的分类

（1）导引型传输媒体：电磁波被导引沿着固体媒体（双绞线、同轴电缆或光纤）传播。

（2）非导引型传输媒体：是指自由空间，电磁波的传输常称为无线传输。

1、双绞线

（1）双绞线也称为双扭线， 即把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合（twist）起来。绞合可减少对相邻导线的电磁干扰。

（2）电缆：通常由一定数量的双绞线捆成，在其外面包上护套。

（3）屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair）：在双绞线的外面再加上一层用金属丝编织成的屏蔽层，提高了双绞线抗电磁干扰的能力。价格比无屏蔽双绞线UTP（Unshielded Twisted Pair）要贵一些。

（4）模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几到十几公里。

（5）双绞线布线标准

（6）双绞线的使用

2、同轴电缆

（1）同轴电缆由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层（也可以是单股的）以及保护塑料外层所组成。

（2）由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。

（3）同轴电缆主要用在有线电视网的居民小区中。

（4）同轴电缆的带宽取决于电缆的质量。目前高质量的同轴电缆的带宽已接近1GHz。

3、光缆

（1）光纤通信就是利用光导纤维（简称光纤）传递光脉冲来进行通信。有光脉冲为1，没有光脉冲为0。

（2）光纤是光纤通信的传输媒体。

（3）多模光纤：可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽，造成失真，多模光纤只适合于近距离传输。

（4）单模光纤：若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。单模光纤的纤芯很细，其直径只有几个微米，制造起来成本较高。

（5）光纤通信中常用的三个波段中心：850nm，1300nm和1550nm。

（6）光缆：一根光缆少则只有一根光纤，多则可包括数十至数百根光纤，再加上加强芯和填充物，必要时还可放入远供电源线，最后加上包带层和外护套。

（7）光纤的优点

1、无线传输

（1）无线传输是利用无线信道进行信息的传输，可使用的频段很广。

（2）LF，MF和HF分别是低频（30kHz-300kHz）、中频（300kHz-3MH z）和高频（3MHz-30MHz）。

（3）V，U，S和E分别是甚高频（30MHz-300MHz）、特高频（300MHz-3GHz）、超高频（3GHz-30GHz）和极高频（30GHz-300GHz），最高的一个频段中的T是Tremendously。

2、短波通信： 即高频通信，主要是靠电离层的反射传播到地面上很远的地方，通信质量较差。

3、无线电微波通信

（1）微波的频率范围为300M Hz-300GHz（波长1m-1mm），但主要使用2~40GHz的频率范围。

（2）微波在空间中直线传播，会穿透电离层而进入宇宙空间，传播距离受到限制，一般只有50km左右。

（3）传统的微波通信主要有两种方式，即地面微波接力通信和卫星通信。

（4）微波接力通信：在一条微波通信信道的两个终端之间建立若干个中继站，中继站把前一站送来的信号经过放大后再发送到下一站，故称为“接力”，可传输电话、电报、图像、数据等信息。

（5）卫星通信：利用高空的人造同步地球卫星作为中继器的一种微波接力通信。

（6）无线局域网使用ISM无线电频段中的2.4GHz和5.8GHz频段。

（7）红外通信、激光通信也使用非导引型媒体，可用于近距离的笔记本电脑相互传送数据。

1、复用（multiplexing）技术原理

（1）在发送端使用一个复用器，就可以使用一个共享信道进行通信。

（2）在接收端再使用分用器，把合起来传输的信息分别送到相应的终点。

（3）复用器和分用器总是成对使用，在复用器和分用器之间是用户共享的高速信道。

（4）分用器（demultiplexer）的作用：把高速信道传送过来的数据进行分用，分别送交到相应的用户。

2、最基本的复用

（1）频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）

（2）时分复用TDM（Time Division Multiplexing）：

3、统计时分复用STDM （Statistic TDM）

（1）统计时分复用STDM是一种改进的时分复用，能明显地提高信道的利用率。

（2）集中器（concentrator）：将多个用户的数据集中起来通过高速线路发送到一个远地计算机。

（3）统计时分复用使用STDM帧来传送数据，每一个STDM帧中的时隙数小于连接在集中器上的用户数。

（4）STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙，提高了线路的利用率。

（5）统计复用又称为异步时分复用，而普通的时分复用称为同步时分复用。

（6）STDM帧中每个时隙必须有用户的地址信息，这是统计时分复用必须要有的和不可避免的一些开销。

（7）TDM帧和STDM帧都是在物理层传送的比特流中所划分的帧。和数据链路层的帧是完全不同的概念。

（8）使用统计时分复用的集中器也叫做智能复用器，能提供对整个报文的存储转发能力，通过排队方式使各用户更合理地共享信道。此外，许多集中器还可能具有路由选择、数据压缩、前向纠错等功能。

1、波分复用WDM （Wavelength Division Multiplexing）

波分复用WDM是光的频分复用，在一根光纤上用波长来复用两路光载波信号。

2、密集波分复用DWDM （Dense Wavelength Division Multiplexing）

密集波分复用DWDM是在一根光纤上复用几十路或更多路数的光载波信号。

1、码分复用CDM （Code Division Multiplexing）

（1）每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。

（2）各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。

（3）码分复用最初用于军事通信，现已广泛用于民用的移动通信中，特别是在无线局域网中。

2、码分多址CDMA （Code Division Multiple Access）。

（1）在CDMA中，每一个比特时间再划分为m个短的间隔，称为码片（chip）。通常m的值是64或128。

（2）使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的m bit码片序列（chip sequence）。

（3）一个站如果发送比特1，则发送m bit码片序列。如果发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。

（4）发送信息的每一个比特要转换成m个比特的码片，这种通信方式是扩频通信中的直接序列扩频DSSS。

（5）CDMA系统给每一个站分配的码片序列必须各不相同，并且还互相正交（orthogonal）。

（6）CDMA的工作原理：现假定有一个X站要接收S站发送的数据。

（7）扩频通信（spread spectrum）分为直接序列扩频DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）和跳频扩频FHSS（Frequency Hopping Spread Spectrum）两大类。

早起电话机用户使用双绞线电缆。长途干线采用的是频分复用FDM的模拟传输方式，现在大都采用时分复用PCM的数字传输方式。现代电信网，在数字化的同时，光纤开始成为长途干线最主要的传输媒体。

1、早期的数字传输系统最主要的缺点：

（1）速率标准不统一。互不兼容的国际标准使国际范围的基于光纤的高速数据传输就很难实现。

（2）不是同步传输。为了节约经费，各国的数字网主要采用准同步方式。

2、数字传输标准

（1）同步光纤网SONET（Synchronous Optical Network）

（2）同步数字系列SDH（Synchronous Digital Hierarchy）

（3）SDH/SONET定义了标准光信号，规定了波长为1310nm和1550nm的激光源。在物理层定义了帧结构。

（4）SDH/SONET标准的制定，使北美、日本和欧洲三种不同的数字传输体制在STM-1等级上获得了统一，第一次真正实现了数字传输体制上的世界性标准。

互联网的发展初期，用户利用电话的用户线通过调制解调器连接到ISP，速率最高只能达到56kbit/s。

从宽带接入的媒体来看，宽带接入技术可以分为有线宽带接入和无线宽带接入两大类。

1、非对称数字用户线ADSL （Asymmetric Digital Subscriber Line）

（1）ADSL技术是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务。

（2）ADSL技术把0-4kHz低端频谱留给传统电话使用，把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。

（3）ADSL的ITU的标准是G.992.1（或称G.dmt，表示它使用DMT技术）。

（4）“非对称”是指ADSL的下行（从ISP到用户）带宽都远远大于上行（从用户到ISP）带宽。

（5）ADSL的传输距离取决于数据率和用户线的线径（用户线越细，信号传输时的衰减就越大）。

（6）ADSL所能得到的最高数据传输速率还与实际的用户线上的信噪比密切相关。

2、ADSL调制解调器的实现方案 ：离散多音调DMT（Discrete Multi-Tone）调制技术

（1）ADSL在用户线（铜线）的两端各安装一个ADSL调制解调器。

（2）“多音调”就是“多载波”或“多子信道”的意思。

（3）DMT调制技术采用频分复用的方法，把40kHz-1.1MHz的高端频谱划分为许多子信道。

（4）当ADSL启动时，用户线两端的ADSL调制解调器就测试可用的频率、各子信道受到的干扰情况，以及在每一个频率上测试信号的传输质量。

（5）ADSL能够选择合适的调制方案以获得尽可能高的数据率，但不能保证固定的数据率。

3、数字用户线接入复用器DSLAM （DSL Access Multiplexer）

（1）数字用户线接入复用器包括许多ADSL调制解调器。

（2）ADSL调制解调器又称为接入端接单元ATU（Access Termination Unit）。

（3）ADSL调制解调器必须成对使用，因此把在电话端局记为ATU-C，用户家中记为ATU-R。

（4）ADSL最大的好处就是可以利用现有电话网中的用户线（铜线），而不需要重新布线。

（5）ADSL调制解调器有两个插口：

（6）一个DSLAM可支持多达500-1000个用户。

4、第二代ADSL

（1）ITU-T已颁布了G系列标准，被称为第二代ADSL，ADSL2。

（1）第二代ADSL通过提高调制效率得到了更高的数据率。

（2）第二代ADSL采用了无缝速率自适应技术SRA（Seamless Rate Adaptation），可在运营中不中断通信和不产生误码的情况下，根据线路的实时状况，自适应地调整数据率。

（3）第二代ADSL改善了线路质量评测和故障定位功能。

5、ADSL技术的变型 ：xDSL

ADSL并不适合于企业，为了满足企业的需要，产生了ADSL技术的变型：xDSL。

（1）对称DSL（Symmetric DSL，SDSL）：把带宽平均分配到下行和上行两个方向，每个方向的速度分别为384kbit/s或1.5Mbit/s，距离分别为5.5km或3km。

（2）HDSL（High speed DSL）：使用一对线或两对线的对称DSL，是用来取代T1线路的高速数字用户线，数据速率可达768KBit/s或1.5Mbit/s，距离为2.7-3.6km。

（3）VDSL（Very high speed DSL）：比ADSL更快的、用于短距离传送（300-1800m），即甚高速数字用户线，是ADSL的快速版本。

1、光纤同轴混合网HFC （Hybrid Fiber Coax）

（1）光纤同轴混合网HFC是在有线电视网的基础上改造开发的一种居民宽带接入网。

（2）光纤同轴混合网HFC可传送电视节目，能提供电话、数据和其他宽带交互型业务。

（3）有线电视网最早是树形拓扑结构的同轴电缆网络，采用模拟技术的频分复用进行单向广播传输。

2、光纤同轴混合网HFC的主要特点：

（1）HFC网把原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤，光纤从头端连接到光纤结点（fiber node）。

（2）在光纤结点光信号被转换为电信号，然后通过同轴电缆传送到每个用户家庭。

（3）HFC网具有双向传输功能，而且扩展了传输频带。

（4）连接到一个光纤结点的典型用户数是500左右，但不超过2000。

3、电缆调制解调器 （cable modem）

（1）模拟电视机接收数字电视信号需要把机顶盒（set-top box）的设备连接在同轴电缆和电视机之间。

（2）电缆调制解调器：用于用户接入互联网，以及在上行信道中传送交互数字电视所需的一些信息。

（3）电缆调制解调器可以做成一个单独的设备，也可以做成内置式的，安装在电视机的机顶盒里面。

（4）电缆调制解调器不需要成对使用，而只需安装在用户端。

（5）电缆调制解调器必须解决共享信道中可能出现的冲突问题，比ADSL调制解调器复杂得多。

信号在陆地上长距离的传输，已经基本实现了光纤化。远距离的传输媒体使用光缆。只是到了临近用户家庭的地方，才转为铜缆（电话的用户线和同轴电缆）。

1、多种宽带光纤接入方式FTTx

（1）多种宽带光纤接入方式FTTx，x可代表不同的光纤接入地点，即光电转换的地方。

（2）光纤到户FTTH（Fiber To The Home）：把光纤一直铺设到用户家庭，在光纤进入用户后，把光信号转换为电信号，可以使用户获得最高的上网速率。

（3）光纤到路边FTTC（C表示Curb）

（4）光纤到小区FTTZ（Z表示Zone）

（5）光纤到大楼FTTB（B表示Building）

（6）光纤到楼层FTTF（F表示Floor）

（7）光纤到办公室FTTO（O表示Office）

（8）光纤到桌面FTTD（D表示Desk）

2、无源光网络PON （Passive Optical Network）

（1）光配线网ODN（Optical Distribution Network）：在光纤干线和广大用户之间，铺设的转换装置，使得数十个家庭用户能够共享一根光纤干线。

（2）无源光网络PON（Passive Optical Network），即无源的光配线网。

（3） 无源：表明在光配线网中无须配备电源，因此基本上不用维护，其长期运营成本和管理成本都很低。

（4）光配线网采用波分复用，上行和下行分别使用不同的波长。

（5）光线路终端OLT（ Optical Line Terminal）是连接到光纤干线的终端设备。

（6）无源光网络PON下行数据传输

（7）无源光网络PON上行数据传输

当ONU发送上行数据时，先把电信号转换为光信号，光分路器把各ONU发来的上行数据汇总后，以TDMA方式发往OLT，而发送时间和长度都由OLT集中控制，以便有序地共享光纤主干。

（8）从ONU到用户的个人电脑一般使用以太网连接，使用5类线作为传输媒体。

（9）从总的趋势来看，光网络单元ONU越来越靠近用户的家庭，即“光进铜退”。

3、无源光网络PON的种类

（1）以太网无源光网络EPON（Ethernet PON）

（2）吉比特无源光网络GPON（Gigabit PON）

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书名：计算机网络（第7版）

作者：谢希仁

豆瓣评分：8.8

出版社：电子工业出版社

出版年份：2017-1

页数：464

内容简介：

本书自1989年首次出版以来，曾于1994年、1999年、2003年、2008年和2013年分别出了修订版。在2006年本书通过了教育部的评审，被纳入普通高等教育“十一五”国家级规划教材；2008年出版的第5版获得了教育部2009年精品教材称号。2013年出版的第6版是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。

目前2017年发行的第7版又在第6版的基础上进行了一些修订。 全书分为9章，比较全面系统地介绍了计算机网络的发展和原理体系结构、物理层、数据链路层（包括局域网）、网络层、运输层、应用层、网络安全、互联网上的音频/视频服务，以及无线网络和移动网络等内容。各章均附有习题（附录A给出了部分习题的答案和提示）。

本书的特点是概念准确、论述严谨、内容新颖、图文并茂，突出基本原理和基本概念的阐述，同时力图反映计算机网络的一些最新发展。本书可供电气信息类和计算机类专业的大学本科生和研究生使用，对从事计算机网络工作的工程技术人员也有参考价值。

作者简介：

谢希仁，解放军理工大学指挥自动化学院，教授，博士生导师。主要学术成果有：1986年完成总参通信部局域网办公系统项目；1987年在《电子学报》发表“分组话音通信新进展”；为国内首次介绍分组数据通信；1991年完成国家自然科学基金项目“分组交换的话音数据通信系统”项目。1999年完成第一个军用卫星通信系统网管中心的研制任务及“金桥网网管技术”项目等。上述科研项目分别获得国家、军队和部级奖项。着有：《计算机网络》第1至第7版（“十一五国家级规划教材”），曾两次获得国家级优秀教材奖，成为高校最受读者欢迎的本国计算机网络教材。