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1、网络基本概念马惟哲电子邮件:第四章 网络通信方法4.1 信号传输方法和特性 4.2 信号传输与通信问题4.3 介质访问方法 我们可以按照不同的特征对被编码的信号进行分类。4.1 信号传输方法和特性 模拟或数字基带多路复用单工、半双工以及全双工传输同步或异步4.1.1 模拟与数字 1.模拟信号的特性振幅-信号的强度，由波高表示频率-波完成一个周期所需要的时间相位-一个波相对于另一个波的状态，以度来测量模拟信号不断变化的电磁波4.1.1 模拟与数字 2.数字信号的特性也叫离散信号（discrete state），从一种状态到另一种状态的变化，通常是瞬时的，没有中间状态。数字信号代表了固定的、离散状
2、态4.1.1 模拟与数字 3.比较模拟与数字数字信号的优点：数字设备通常比模拟设备便宜数字信号通常不容易受干扰数字连接方式通常提供较好的安全性、较快的速度和较高的可靠性，另外差错率也少的多。模拟信号的也有优点：模拟信号很容易进行多路复用，也就是组合起来增加带宽模拟信号不容易长距离衰减LAN通常依赖于电缆，通过它传输数字信号。某些WAN技术使用模拟信号。4.1.2基带与宽带 1.基带技术特性基带传输很简单-每次一个信号通过电缆。这个信号占用了整个带宽。基带通常与数字信号相关(尽管它也可以用于模拟信号)。基带信号是双向的。多数计算机通信用基带技术；计算机到监视器、打印机和其它外设。2.宽带技术特性
3、宽带技术允许将链路容量分成两个或更多信道，每个信道可以携带不同的信号。所有的信道都可以同时发送信号。宽带信号是单向的，但是带宽可以分成两个信道，一个用于发送，一个用于接收。这叫中分带宽配置(midsplit broadband configuration)。CATV、数字用户线(Digital Subscriber Line,DSL)4.1.3多路复用 多路复用是一种在同一时间、同一链路上以单独、复杂信号的形式发送不同信息流的方法。单独的信息流随后在接收端恢复。模拟信号和数字信号都可以使用多路复用。频分多路复用时分多路复用密集光波分多路复用4.1.3多路复用 频分多路复用(Frequency-
4、division multiplexing,FDM)模拟信号通常使用FDM。多个信道可以在一个单独的线路上组合起来进行传输，每条信道被分配不同的频率。双向通信线路在每一端需要多路复用器/多路解复用器。信号2信号3信号1多路复用器多路分解器 结合在一起的信号在单独的信路上传输，每个信号都被分配了不同的频率4.1.3多路复用 时分多路复用(Time-division multiplexing,TDM)数字信号通常使用TDM。这种方法将信号组合在一起，通过单独的通信线路传输，并将每个信号分解成短时隙。信号随后在交替的时隙中传输。信号2信号3信号1多路复用器多路分解器 信号分解成短期部分，在同一个线路
5、上传输4.1.3多路复用 密集光波分多路复用(Dense wavelength multiplexing,DWDM)通过使用DWDM，每个信号都被携带在单独的光波长上。不同的数据格式（例如，SONET和ATM）可以同时通过相同的光缆传输。多个光信号可以结合在一起，作为组合放大信号通过单根光纤传输信号可以按照不同格式(SONET,ATM等)、不同位速率来传输4.1.4异步传输与同步传输在网络通信过程中，通信双方要交换数据，需要高度的协同工作。为了正确的解释信号，接收方必须确切地知道信号应当何时接收和处理，因此定时是至关重要的。在计算机网络中，定时的因素称为位同步。同步是要接收方按照发送方发送的每
6、个位的起止时刻和速率来接收数据，否则会产生误差。通常可以采用同步或异步的传输方式对位进行同步处理。异步传输异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达。因此，每次异步传输的信息都以一个起始位开头，它通知接收方数据已经到达了，这就给了接收方响应、接收和缓存数据比特的时间；在传输结束时，一个停止位表示该次传输信息的终止。在上面的例子，每8个比特要多传送两个比特，总的传输负载就增加25%。对于数据传输量很小的低速设备来说问题不大，但对于那些数据传输量很大的高速设备来说，25%的负载增值就相当严重了。因此，异步
7、传输常用于低速设备。4.1.4异步传输与同步传输同步传输同步传输的比特分组要大得多。它不是独立地发送每个字符，而是把它们组合起来一起发送。我们将这些组合称为数据帧，或简称为帧。数据帧的第一部分包含一组同步字符，它是一个独特的比特组合，类似于前面提到的起始位，用于通知接收方一个帧已经到达，但它同时还能确保接收方的采样速度和比特的到达速度保持一致，使收发双方进入同步。帧的最后一部分是一个帧结束标记。与同步字符一样，它也是一个独特的比特串，类似于前面提到的停止位，用于表示在下一帧开始之前没有别的即将到达的数据了。同步传输通常要比异步传输快速得多。接收方不必对每个字符进行开始和停止的操作。一旦检测到帧
8、同步字符，它就在接下来的数据到达时接收它们。另外，同步传输的开销也比较少。4.1.5单工、半双工以及全双工传输 单工传输信号只能在一个方向上传输，就好象单行道上的交通。传统的有线电视。SpeakerMicrophone单向：信号只在一个 方向上流动4.1.5单工、半双工以及全双工传输 半双工传输信号可在两个方向上传输，但每次只有一个方向可以传输数据。警察的通信移动台。半双工：信号每次只在一个方向上流动Cell PhoneCell Phone4.1.5单工、半双工以及全双工传输 双工传输信号可在两个方向上同时传输。普通电话。全双工：信号同时在两个方向上流动 我们在对网络进行故障排除时，应该牢记以
9、下几个问题。4.2 信号传输与通信问题 电磁干扰无线电射频干扰串音衰减 转发器可以用来放大数字信号，放大器适用于模拟信号的放大。带宽能力问题 在网络中需要类似交通管理规则的方法来控制对介质的访问。一些不同的方法对应着不同的网络体系结构和拓扑。下面我们讨论最流行的方法：4.3 介质访问方法 载波侦听多路访问冲突检测 (Carrier sense multiple access collision detect,CSMA/CD)载波侦听多路访问冲突避免 (Carrier sense multiple access collision avoidance,CSMA/CA)令牌传递请求优先权4.3.1
10、 CSMA/CD 载波侦听多路访问访问检测是现代LAN上最流行的访问控制方法。CSMA/CD是用于载波传输访问以太网的协议。在以太网上，每个设备可以在任何时候发送帧。每个设备先检测线路是否可用，如果可用就发送。如果其它设备在同时也这样做了，冲突就发生了，相应的帧也就抛弃了。每个设备停一个随机的时间然后再发送，直到发送成功。CSMA/CD是IEEE 802.3 标准说明的。4.3.2 CSMA/CA 载波侦听多路访问冲突避免在某些方面与CSMA/CD有关。同样，首先要做的是计算机发送数据来监视电缆并确定它是否空闲。是一种较少信任的访问方法。如果计算机侦测到目前线路上没有信号，它并不会假定线路是安
11、全的，随后发出宝贵的数据到那里，去冒灭亡的危险。相反，计算机首先发送一个称为请求发送的信号(request to send,RTS)，宣布计算机打算发送，信号如果发生冲突，但是不会发生数据的丢失。因为除了数据本身外，所有RTS消息都必须发送出去，对性能有负面影响。4.3.3 令牌传递前面介绍过的CSMA/CD媒体访问控制采用总线争用方式，具有结构简单、在轻负载下延迟小等优点，但随着负载的增加，冲突概率增加，性能将明显下降。采用令牌环媒体访问控制具有重负载下利用率高、网络性能对距离不敏感以及具有公平访问等优越性能,但环形网结构复杂，存在检错和可靠性等问题。令牌传递是非争用的办法，因为2台计算机不
12、会同时传输信号，是一种非常文明礼貌的控制方法。称作令牌的信号在网络上循环(最常用于环状拓扑，但是令牌也可以用在总线上)，直到它到达有数据要发送的计算机处。4.3.3 令牌传递站点只有取得令牌，才能发送帧，而令牌在逻辑环上依次循环传递。在正常运行时，当站点做完该做的工作或者时间终了时，它将令牌传递给逻辑序列中的下一个站点。从逻辑上看，令牌是按地址的递减顺序传送至下一个站点的。计算机必须等待传输，直到它具有令牌为止 令牌转圈，当令牌最终到达报头中的目的地址时，该计算机的网卡将复制此数据。追加信息到令牌，证实数据已经接收，然后发送令牌返回。4.3.4 请求优先级100VG-AnyLAN是Hewlet
13、t-packard(HP)公司开发的CSMA/CD替代方案，它支持实时性的应用。根据工作站的需求，100VG-AnyLAN介质访问方法被设计为以太网和16Mbps令牌环网的升级途径。100VG-AnyLAN网络使用一系列集线器来实现请求优先访问法父集线器子集线器子集线器子集线器4.3.4 请求优先级100VG-AnyLAN采用优先访问控制方法解决冲突问题,它比100BaseT的通信量大，因为集线器控制对网络的访问，因此，优先访问控制方法比CSMA/CD更有效。100VG-AnyLAN中，第一级集线器或称为根集线器或根中继器，它控制优先域的工作。在星型拓扑中，集线器可分成三级，互联的集线器可以看
14、作一个大的中继器，根中继器按排序轮询端口。在100VG-AnyLAN的优先控制操作中，如果某一节点想发送信息，必须先给集线器（或交换机）发送一个请求信号，如果网络空闲，集线器立即响应，该节点就会发送一个数据包给集线器。如果多个节点同时发出请求，集线器采用轮询支术顺序响应，高优先级的请求（如实时电视会议）比一般优先级的请求先得到响应，为发对所有工作站公平，在一次轮询中，集线器赋予任一端口的优先访问权不会超过两次。100VG-AnyLAN支持以下电缆类型：4对3类非屏蔽双绞线（UTP）、2对4类或5类UTP、屏蔽双绞线（STP）、光纤.小结这一章讨论了信号级的计算机数据传输，介绍了信号分类的常用方式。学习了模拟传输与数字传输之间的区别，以及基带技术与宽带技术之间的区别，我们还讨论了同步通信与异步通信的特性，学习了识别与信号流向相关的3种描述方法：单工传输、半双工传输以及全双工传输。我们了解了PC网络用来控制介质访问的最常用的方法，包括CSMA/CD、CSMA/CA、令牌传递、请求优先权。下面要学习LAN链路及WAN链路。习题名词解释：CSMA/CA、CSMA/CD、FDM、TDM。P.113第3题