3.宽带传输

2.3 数据交换技术

通常使用四种交换技术：

电路交换、报文交换、分组交换、信元交换。

2.3.1 电路交换

电路交换（也称线路交换）

在电路交换方式中，通过网络节点（交换设备）在工作站之间建立专用的通信通道，即在两个工作站之间建立实际的物理连接。一旦通信线路建立，这对端点就独占该条物理通道，直至通信线路被取消。

电路交换的主要优点是实时性好，由于信道专用，通信速率较高；缺点是线路利用率低，不能连接不同类型的线路组成链路，通信的双方必须同时工作。

电路交换必定是面向连接的，电话系统就是这种方式。 电路交换的三个阶段：

电路建立阶段、数据传输阶段、拆除电路阶段 2.3.2 报文交换

报文是一个带有目的端信息和控制信息的数据包。报文交换采取的是“存储—转发”（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的两个节点之间建立专用的物理线路。

报文交换的主要缺点是网络的延时较长且变化比较大，因而不宜用于实时通信或交互式的应用场合。

在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。

报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在，报文交换已经很少有人使用了。 2.3.3 分组交换

分组交换也称包交换，它是报文交换的一种改进，也属于存储-转发交换方式，但它不是以报文为单位，而是以长度受到限制的报文分组（Packet）为单位进行传输交换的。分组也叫做信息包，分组交换有时也称为包交换。

分组在网络中传输，还可以分为两种不同的方式：数据报和虚电路。 分组交换的优点*

高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。

迅速 必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽

可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性 2.3.4 信元交换技术

（ATM，Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）

ATM是一种面向连接的交换技术，它采用小的固定长度的信息交换单元（一个53Byte的信元），话音、视频和数据都可由信元的信息域传输。

它综合吸取了分组交换高效率和电路交换高速率的优点，针对分组交换速率低的弱点，利用电路交换完全与协议处理几乎无关的特点，通过高性能的硬件设备来提高处理速度，以实现高速化。

ATM是一种广域网主干线的较好选择。 2.4 差错检验与校正

数据传输中出现差错有多种原因，一般分成内部因素和外部因素。 内部因素有噪音脉冲、脉动噪音、衰减、延迟失真等。 外部因素有电磁干扰、太阳噪音、工业噪音等。

为了确保无差错地传输，必须具有检错和纠错的功能。常用的校验方式有奇偶校验和循环冗余码校验。 2.4.1 奇偶校验

采用奇偶校验时，若其中两位同时发生错误，则会发生没有检测出错误的情况。 2.4.2 循环冗余码校验。

这种编码对随机差错和突发差错均能以较低的冗余充进行严格的检查。

小结：

1. 数据通信的的一些基本知识 2. 三种交换方式的基本工作原理

3. 两种差错校验方法：奇偶校验和循环冗余校验

作业：

本章课后选择题

1. 什么是信息、数据？试举例说明它们之间的关系。 2. 什么是信道？常用的信道分类有几种？

3. 什么是比特率？什么是波特率？请举例说明两者之间的联系和区别。 4. 什么是带宽、数据传输率与信道容量？有何异同？

5. 何谓单工、半双工和全双工通信？请举例说明它们的应用场合。

6. 在数据通信系统中，常用数据传输方式有哪几种？简述它们的基本原理。 7. 在计算机网络中，数据交换的方式有哪几种？各有什么优缺点？ 8. 何谓虚电路？何谓数据报？

9. 在数据通信系统中，如何进行差错控制？

第三章 计算机网络技术基础

一、教学目标：

1. 掌握几种常见网络拓扑结构的原理及其特点 2. 掌握ISO/OSI网络参考模型及各层的主要功能

3. 掌握共享介质方式的CSMA/CD和令牌传递两种数据传输控制方式的基本原理 4. 了解几种常见的网络类型

5. 掌握TCP/IP协议的层次结构及各层上协议的基本功能 6. 了解几种典型的广域网技术

二、教学重点、难点

网络拓扑结构、OSI七层模型、TCP/IP协议模型

第三章 计算机网络技术基础

3.1 计算机网络的拓扑结构

3.1.1 什么是计算机网络的拓扑结构

网络拓扑是指网络连接的形状，或者是网络在物理上的连通性。

网络拓扑结构能够反映各类结构的基本特征，即不考虑网络节点的具体组成，也不管它们之间通信线路的具体类型，把网络节点画作“点”，把它们之间的通信线路画作“线”，这样画出的图形就是网络的拓扑结构图。

不同的拓扑结构其信道访问技术、网络性能、设备开销等各不相同，分别适应于不同场合。它影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等方面，是研究计算机网络的主要环节之一。

计算机网络的拓扑结构主要是指通信子网的拓扑结构，常见的一般分为以下几种： 1.总线型、2.星型、3.环型、4.树型、5.网状型 3.1.2 总线型拓扑结构

总线结构中，各节点通过一个或多个通信线路与公共总线连接。优点*：总线型结构简单、扩展容易。网络中任何节点的故障都不会造成全网的故障，可靠性较高。

总线型结构是从多机系统的总线互联结构演变而来的，又可分为单总线结构和多总线结构，常用CSMA/CD和令牌总线访问控制方式。

总线型结构的缺点*：

（1）故障诊断困难 （2）故障隔离困难 （3）中继器等配置 （4）实时性不强 3.1.3 星型拓扑结构

星型的中心节点是主节点，它接收各分散节点的信息再转发给相应节点，具有中继交换和数据处理功能。星型网的结构简单，建网容易，但可靠性差，中心节点是网络的瓶颈，一旦出现故障则全网瘫痪。

星型拓扑结构的访问采用集中式控制策略，采用星型拓扑的交换方式有电路交换和报文交换。

星型拓扑结构的优点*： （1）方便服务

（2）每个连接只接一个设备 （3）集中控制和便于故障诊断 （4）简单的访问协议 星型拓扑结构的缺点*：

（1）电缆长度和安装 （2）扩展困难

（3）依赖于中央节点 3.1.4 环型拓扑结构

网络中节点计算机连成环型就成为环型网络。环路上，信息单向从一个节点传送到另一个节点，传送路径固定，没有路径选择问题。环型网络实现简单，适应传输信息量不大的场合。任何节点的故障均导致环路不能正常工作，可靠性较差。

环型网络常使用令牌环来决定哪个节点可以访问通信系统。

环型拓扑结构的优点*：

（1）电缆长度短 （2）适用于光纤 （3）网络的实时性好 环型拓扑结构的缺点*：

（1）网络扩展配置困难 （2）节点故障引起全网故障 （3）故障诊断困难

（4）拓扑结构影响访问协议 3.1.5 其他类型拓扑结构 1.树型拓扑结构

树型网络是分层结构，适用于分级管理和控制系统。网络中，除叶节点及其联机外，任一节点或联机的故障均只影响其所在支路网络的正常工作。

2.星型环型拓扑结构

3.1.6 拓扑结构的选择原则

拓扑结构的选择往往和传输介质的选择和介质访问控制方法的确定紧密相关。选择拓扑结构时，应该考虑的主要因素有以下几点：

（1）服务可靠性 （2）网络可扩充性 （3）组网费用高低（或性能价格比）。 3.2 ISO/OSI网络参考模型 建立分层结构的原因和意义：

建立计算机网络的根本目的是实现数据通信和资源共享，而通信则是实现所有网络功能的基础和关键。对于网络的广泛实施，国际标准化组织ISO（International Standard Organization），经过多年研究，在1983年提出了开放系统互联参考模型OSI/RM（Reference Model of Open System Interconnection），这是一个定义连接异种计算机的标准主体结构，给网络设计者提供了一个参考规范。

OSI参考模型的层次

OSI参考模型共有七层，由低到高分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

1．OSI参考模型的特性

（1）是一种将异构系统互联的分层结构；

（2）提供了控制互联系统交互规则的标准骨架；

（3）定义了一种抽象结构，而并非具体实现的描述； （4）不同系统上的相同层的实体称为同等层实体； （5）同等层实体之间的通信由该层的协议管理；

（6）相邻层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务； （7）所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务； （8）直接的数据传送仅在最低层实现；

（9）每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其它层。 2．有关OSI参考模型的技术术语

在OSI参考模型中，每一层的真正功能是为其上一层提供服务。在对这些功能或服务过程以及协议的描述中，经常使用如下一些技术术语：

（1）数据单元

服务数据单元SDU（Service Data Unit） 协议数据单元PDU（Protocol Data Unit）