计算机网络基础 教程 电子教案

பைடு நூலகம்21
• 光纤可以分为多模光纤和单模光纤。所谓单模光纤是指直 径小到只有单个波长的光纤，此种光纤形成了一种波导管， 光线不需经过多次反射而是一直向前传播；而多模光纤是 指可以传播多条光线的光纤，因为只要光线到达光纤表面 的入射角大于临界角，就产生全反射，因此只要入射角不 同，多条光线可以在同一条光纤中传播。
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2.1.3 数据的传输介质
• 传输介质是组成信道的主要部分，信号的传输质量不仅与数据信号和 收发特性有关，而且还与传输介质的特性密切相关。 • 传输介质的特性有以下几个： – ①物理特性：它主要说明传输媒体的特性。 – ②传输特性：它主要说明是使用模拟信号传输还是使用数字信号 传输、调制技术、传输的容量和传输的频率范围。 – ③地理范围：在不使用中间设备并将失真控制在允许范围内的情 况下，整个网络所能传输的最大距离。 – ④抗干扰性：防止噪声、电磁干扰对传输影响的能力。 – ⑤连通性：使用点到点连接还是多点连接。 – ⑥相对价格：元器件、安装和维护等方面的价格。
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• 13．误码率：二进制码元在数据传输中被传错的概率。它是衡量系统 可靠性的指标。它以接收信息中错误位数占总传输位数的比例来衡量。 网络中要求误码率低于10-6。 • 14．传输效率是指原始数据量与整个传送数据的比率，数值上等于数 据包中数据的长度与整个包长度的比值。 • 15．吞吐量指单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是B/s 或b/s。在单信道总线型网络里，吞吐量＝信道容量×传输效率。 • 这里信道容量指信道上的最大的数据传输率。 • 16．网络负荷量是指单位面积中数据在网络中的分布量，即数据在网 络中分布密度。 • 17．信道的传播延迟是指信号在信道中传播，从源端到达目的端所需 要的时间。
计算机网络基础
模块二 网络数据通信
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任务2.1 制作网线
• 任务描述：计算机网络技术是计算机技术与通信技术相结 合的产物，计算机之间要通过传输介质才能够实现数据通 信。那么计算机之间是如何连接的？使用什么样的传输介 质呢？通过下面的学习来实现常用网线的制作。
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2.1.1 数据通信的基本概念
• 1．信息：是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了 客观事物的存在形式和运动状态，是对客观事物存在形式的 一种反应。例如我们常说的文字信息、语音信息、图像像信 息和数据信息等。 2．数据：是数字化的信息。分为模拟数据和数字数据：模拟 数据取值是连续的，如语音强度、电压高低、温度等；数字 数据取值是离散的，如文本信息和整数值。 3．信号：是数据的电、磁、光等形式的编码形式。信号可分 为数字信号和模拟信号。 – 模拟信号是指在时间上和幅度取值上都连续变化的信号。 – 数字信号是指在时间上离散的、在幅值上经过量化的信号。 如计算机输出的脉冲信号是数字信号，电话机输出的信号 就是频率和振幅连续改变的模拟信号。
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• 数字数据通信具有以下特点： – ●声音、视频和其他各类数据都可统一为数字信号的形式，并通 过数字通信系统进行传输。 – ●数字设备能较容易地通过集成电路来实现，并与计算机直接相 结合。目前由于超大规模集成电路技术的迅速发展，数字设备的 集成度大大提高而成本却大幅下降，性价比很高。 – ●在数据的传送中以帧为单位，并能通过检错编码和重发数据帧 来发现与纠正通信当中的错误，保证了通信的可靠性。 – ●使用加密技术可充分保证通信的安全性。 – ●在远距离数字通信中可利用中继器放大和整形来保证数字信号 的完整性。
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2.1.2 数据的传输形式
• 1．数据通信系统的组成 • 数据通信系统是通过数据电路将分布在异地的数据终端设 备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和 处理的系统。
通 信 控 制 器 通 信 控 制 器
数据终端 设备 （DTE）
信号变换 器 （DCE）
通信信道 信号变换 器 （DCE）
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• 12．信道容量是用来表征一个信道传输数字信号的能力，它以数据传 输速率作为指标，即信道所能支持的最大数据传输速率。 • （1）无噪声时的信道容量公式：C=2Flog2N • 其中，N为每个码元所能携带的离散值的个数，即二进制数的位数。 • （2）有噪声时的信道容量公式：C=F· log2(1+S/N) • 其中各项参数如下： • F为信道带宽，单位赫兹（Hz）；S/N为信噪比，单位分贝（dB）； S为信道上所传送信号的平均功率，单位为瓦特（W）；N为信道内 部的噪声功率，单位为瓦特（W）。在实际应用中信噪比一般表示为： 10lg(S/N)，单位分贝（dB）。
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• 1．有线传输媒体 • （1）双绞线 • 双绞线(Twisted Pair Cable)也称为双扭线，它价格便宜而 且安装十分方便，是最常用的传输介质。双绞线是由一对 绝缘铜线绞在一起形成的有规则的螺旋形线，采用扭绞结 构是为了减小在一根导线流发射的能量对另一根导线的干 扰，也有助于减少其他导线中的信号对这根导线的干扰。 所以扭绞得越密，抗干扰就越强，性能也越好，但是价格 就越高。
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• 2．数据通信的基本方式 • 通信所使用的信号分为模拟信号和数字信号，所以数据通信的方式也 分为模拟数据通信和数字数据通信两种。 – （1）模拟数据通信 – 模拟数据通信用来传输模拟数据或数字数据对应的模拟信号。例 如当前广泛使用的电话系统和电视系统就是典型的模拟数据通信。 – （2）数字数据通信 – 数字数据通信是利用数字传输技术在数字设备之间传输数字数据 或模拟数据对应的数字信号。由于计算机自身使用二进制的数字 信号，所以计算机与其外部设备以及计算机局域网、城域网大多 数直接采用数字数据进行通信。
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• 3．数据通信的方向 • 通信线路可由一个或多个信道组成，根据信道中某一时间 信息传输的方向，可以分为单工、半双工和全双工三种方 式。 • （1）单工通信 信号只能向一个方向传输，任何时候都不 能改变信号的传送方向，发送方不能接收，接收方也不能 发送。信道的全部带宽都用于由发送方到接收方的数据传 送。如听广播和看电视就是单工通信 。
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2．无线传输媒体 无线传输是利用空气等作为传输介质实现信号传播。 （1）无线电波通信 （2）微波通信 微波通信的载波频率为2～40GHz。 （3）卫星通信 卫星通信可以克服地面微波通信距离的 限制，三个同步卫星可以覆盖地球上全部通信区域。 • （4）红外通信和激光通信 红外通信及激光通信有很强 的方向性，都是沿直线传播的。红外通信和激光通信要把 传输的信号分别转换为红外光信号和激光信号后才能自由 的在空间沿直线传播，它们难以被窃听、插入数据和干扰， 但是它们对雨雾环境比较敏感。
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• 9．信号传输速率B（波特率）：指在有效带宽上单位时间 传送的码元数，单位波特（baud）。 • 10．数据传输速率S（比特率）：指单位时间内所传送的 二进制代码的有效位数，单位bit/s或bps，另外常用的还 有kbps，mbps等。 • 11．带宽是指物理信道的频带宽度，即信道允许的最高频 率和最低频率之差，单位为赫兹（Hz）。有效带宽是指单 位大小的信号通过信道时，幅度衰减至原信号的0.707倍 （）时，最高频率和最低频率之差。通常所说的带宽是指 有效带宽。
数据终端 设备 （DTE）
噪声源
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• 一个完整的数据通信系统一般由以下几部分组成： • （1）数据终端设备（DTE）。在数据通信系统中，用于发送和接收 数据的设备称为数据终端设备。最常见的数据终端设备就是计算机。 • （2）通信控制器。该设备主要进行通信状态的连接、监控和拆除等 操作，另外它还可接收来自多个数据终端设备的信息，并进行信息格 式的转换。如网卡就是通信控制器。 • （3）通信信道。它是数据在信号变换器之间传输所经过的通道，如 电话线路、专用数字通信信道、CATV电缆和光纤等。 • （4）信号变换器（DCE）。它的功能是把通信控制器提供的数据变 换成适合在通信信道进行传输的信号形式，或者把信道中传来的信号 变换成可供数据终端设备使用的数据，以保证传输质量，同时也为用 户设备提供入网的连接点。最常见用的信号变换器是调制解调器和光 纤通信网中的光电转换器。
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• 双绞线分为非屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pair) 和屏蔽双绞线STP(ShieldedTwisted Pair)两大类。STP外 面有一圈保护层，可大大提高抗干扰能力，但成本较高。 UTP外面没有保护层，易受各种电信号的干扰，但成本较 低。电话系统中使用的双绞线一般是一对双绞线，而计算 机网络中使用的双绞线一般是四对。
数据流 发送机 监视信号 接收机
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• （2）半双工通信 信号可以双向传送，但必须交替进行， 即某一时刻只能向一个方向传输。平时的对讲机就是这种 方式。
数据流 发送设备 发送设备 接收设备 监视信号
接收设备
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• （3）全双工通信 信号可以双向同时传送。要求信道能够 提供双向传输的双倍带宽。例如计算机与计算机之间的通 信。
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• （2）同轴电缆 • 同轴电缆是由一根空心的外圆柱形的导体围绕着单根内导 体构成的。内导体为实芯或多芯硬质铜线电缆，外导体为 硬金属或金属网。内外导体之间有绝缘材料隔离，外导体 外还有外皮套或屏蔽物。
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• （3）光导纤维 • 光导纤维（简称光纤）是采用超纯的熔凝石英玻璃拉成的 比人头发丝还细的芯线。一般的做法是在给定的频率下以 光的出现和消失分别代表两个二进制数字，就像在电路中 用通电和不通电来表示二进制数一样。光纤通信就是通过 光纤传递光脉冲进行通信的。
数据流 发送设备 监视信号 接收设备 数据流 监视信号 发送设备 接收设备
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• 4．基带传输与频带传输 • （1）基带传输 • 计算机中二进制比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉 冲信号。将矩形脉冲信号的固有频带称为基本频带，简称 基带。 • 在数字通信信道上，直接传送基带信号（数字信号）的方 法就是基带传输。基带传输一般用在较近距离的数据通信 中，如在计算机局域网中。 • （2）频带传输即用占据小范围带宽的模拟信号作为载波 来传送数字信号方式，它是一种利用模拟信道传输数字信 号的传输方式。
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光纤传输具有如下优点： ①光纤的传输速率高，能超过千兆位／秒。 ②光纤传输频带非常宽，因而通信容量大。 ③光纤的误码率极低，传输衰减小，无中继距离长，特别适合远距离 传输。 ④光纤无串音干扰和辐射，不易被窃听或截取数据，因而安全保密性 好。 ⑤光纤不受雷电和外界电磁波的干扰，适合在电气干扰严重的环境中 应用。 ⑥光纤的体积小，重量轻，成缆后弯曲性能较好。 但光纤也有缺点，光纤价格较贵；连接两根光纤时需要专用设备，施 工要求精确高，技术难度大，需要专业技术人员操作。另外，由于光 的传输是单向的，双向传输需要两根光纤或一根光纤上的两个频段。
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• 4．信源是指在通信的过程中产生和发送信号的设备或计算机。 • 5．信宿是指在通信的过程中接收和处理信息的设备或计算机。 • 6．信道是指信源和信宿之间的传输线路和传输设备，分为物理信道 和逻辑信道。在同一物理信道上可以提供多条逻辑信道，而在每一逻 辑信道上只允许一路信号通过。 • 7．信号变换器的作用是将信源发出的信息变换成适合在信道上传输 的信号，如编码器、调制器、译码器或解调器等。 • 8．码元是承载信息的基本信号单位。模拟信号的一个波形单元称为 一个码元。若用脉冲信号表示数据的有效值状态，一个单位脉冲就是 一个码元。
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• 双绞线的分类如下： • 1类线(UTP-1，Catl)：一对线，用于模拟电话线和低速数字传输，这 一类电缆没有固定的性能要求，不用于数据传输。在UTP中1类是最 低档次。 • 2类线(UTP-2，Cat2)：4对双绞线，用于数字电话用户线、ISDN和 T1线路(1．544Mbps)等。 • 3类线(UTP-3，Cat3)：4对双绞线，要求每英尺至少扭绞3次，用于 4Mbps令牌环网、10Mbps以太网及ISDN话音线路等，它是大多数电 话系统的标准电缆。 • 4类线(UTP-4，Cat4)：4对双绞线，要求每英尺至少扭绞3次，用于 语音传输和16Mbps令牌环网和10Mbps大型以太网等。 • 5类线(UTP-5，Cat5)：4对双绞线，要求每英寸至少扭绞3次，用于 16Mbps以上令牌环网和100Mbps以太网等，还支持异步传输模式 ATM。 • 还有超5类线(Cat 5e) 和6类线(UTP-6，Cat6)