1、物联网工程自考07025数据通信与网络复习资料07025数据通信与网络笔记第1章 概述一、学习目的与要求本章是整个课程的概要部分，分为两个部分，第一部分是数据通信，介绍数据通信的基本概念及模型，数据通信系统的组成、主要性能指标和数据通信网络。第二部分是计算机网络，介绍计算机网络的发展过程，因特网的组成，计算机网络的定义、类别、功能和性能指标。接着论述各个章节都要涉及的重要概念，即计算机网络的体系结构和模型，最后是发展趋势。通过本章的学习，对其中较为抽象的内容：计算机网络体系结构有初步的认识，为后续章节的学习奠定基础。要求学生能够将本章与其他章节关联起来，在学习到后继章节时反复重温本章内容。三、
2、考核知识点与考核要求1. 数据通信概述识记：（1）模拟通信概念以模拟信号为传输方式称为模拟传输，已模拟信号传送消息的通信方式称为模拟通信而传输模拟信号的通信系统称为模拟通讯系统。（2）数字通信概念一数字信号为传输方式称为数字传输，以数字信号传送消息的通信方式称为数字通信而传输数字信号的通信系统称为数字通讯系统。（3）数据通信概念。数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。从某种意义上来说，数字通信可看成是数字通信的特例，具有数字通信的一切优点。（4）数据通信系统的模型的组成要素该模型包括源系统、传输系统和目的系统三部分有以下五个要素组成：原点 ：发送器 ：传输系统 ：接收系
3、统 ：终点领会：数据通信系统的模型工作原理。2. 数据通信系统识记：（1）数据通信系统的组成。数据通信系统是由终端设备子系统、数据传输系统和数据处理子系统三部分组成。（2）数据通信系统的主要性能指标（有效性指标）。数据通信系统的主要性能指标（特征性指标）。有效性指标是衡量数据通信系统传输能力的指标。通常用带宽、传输速率和频带利用率等指标来表示。领会：（1）数据通信系统的分类（1）联机实时系统。指数据处理子系统能够实时处理终端设备子系统输入的数据，并将处理结果送回的一种数据处理系统（2）远程批处理系统。批量接收，批量处理，批量传输。（3）分时处理系统3.数据通信网络识记：（1）数据通信网络按照覆
4、盖范围划分的情况。广域网：覆盖范围很广的远程网络，它由一些结点交换机和连接这些交换机的链路组成。城域网：是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，简称MAN。属宽带局域网。由于采用具有有源交换元件的局域网技术，网中传输时延较小，它的传输媒介主要采用光缆，传输速率在100兆比特/秒以上。局域网：是在一个局部的地理范围内(如一个学校、工厂和机关内)，将各种计算机、外部设备和数据库等互相联接起来组成的计算机通信网，简称LAN。三者覆盖关系：广域网大于城域网、城域网大于局域网。领会：数据通信网络的特点和组成。4.计算机网络概述识记：（1）计算机网络的定义一些互连的、自治的计算机的集合。互连是指各计算机之
5、间通过有线或无线通信信道彼此交换信息“独立自治”则强调他们之间没有明显的主从关系。（2）计算机网络的类别1 ：不同覆盖范围的网络：互联网、广域网、城域网和局域网2 ：不同服务对象的网络：分为公用和专用两种3 ：把用户接入因特网的网络称为接入网（1） 计算机网络的性能指标（速率、带宽、吞吐量）。速率是指计算机网络中的主机在信道上单位时间内传输的数据量带宽是指某个信号所具有的频带宽度。由信号的频谱分析可知一个信号可能包含不同的频率成分，因此它的带宽也就是该信号的不同频率成分所占用的频率范围吞吐量是指单位时间内通过某个网络（或信道接口）的数据量，其单位是比特/秒。领会：5（1）计算机网络由互联网到因
6、特网的发展过程第一阶段是从单个ARPA网向互联网发展的阶段第二阶段是构成三级结构的因特网第三阶段是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网（2）计算机网络在我国的发展过程。我国计算机网络起步于20世纪80年代。1980年进行联网试验。并组建各单位的局域网。1989年11月，第一个公用分组交换网建成运行。1993年建成新公用分组交换网CHINANET。80年代后期，相继建成各行业的专用广域网。1994年4月，我国用专线接入因特网(64kb/s)。1994年5月，设立第一个WWW服务器。1994年9月，中国公用计算机互联网启动。目前已建成9个全国性公用性计算机网络(2个在建)。2004年2月，建成我国下
7、一代互联网CNGI主干试验网CERNET2开通并提供服务(2.5-10Gb/s)。（3）因特网组成中的核心部分由大量的各种网络和连接这些网络的路由器组成，它为周边部分提供连通和交换服务。（4）因特网组成中的周边部分。由所有连接在因特网上的主机组成。它为用户提供数据通信和资源共享服务（5）计算机网络的功能资源共享数据通信提高了可靠性均衡负荷提供灵活的工作环境应用：计算机网络的性能指标（时延）、实验带宽积、利用率。5.计算机网络的体系结构和模型识记：计算机网络模型OSI/RM和TCP/IP的层次。OSI模型分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层TCP/IP模型链路层、互联网
8、层（重要）、传输层和应用层领会：（1）层次型的体系结构。(2) 计算机网络模型OSI/RM和TCP/IP的功能OSI/RM参考模型该模型定义了不同计算机互联的标准，是设计和描述计算机网络通信的基本框架。OSI参考模型共分为7个层次，从低到高依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。TCP/IP模型分为四个层次：应用层，传输层，网络互联层和网络接口层。 TCP/IP协议由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP 定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。（3）OSI与TCP/IP的比较相同之处 两者都采用层次型的模型； 都以协议栈的概念
9、为基础，且协议栈中的协议是彼此相互独立的； 两个模型中各层的功能大体相似。不同之处服务、接口和协议这三个概念，OSI非常明确，TCP/IP没有区分三者间的差异。前者的协议隐蔽性比后者好，这有利于协议的更新。OSI是模型在先协议在后，这意味着该模型具有通用性，而TCP/IP模型却相反，模型只是已有协议的一个描述，但未必适合其他的协议栈。两种模型层的数目不同。OSI的网络层同时支持面向连接和无连接服务，但运输层只支持面向连接服务。而TCP/IP的网络层只有一种无连接服务模式，但在运输层同时支持两种服务模式。TCP/IP较早就有较好的网络管理。OSI后来才考虑网管问题(4)面向连接服务与无连接服务(
10、1)面向连接服务(connection-oriented)面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放三个阶段。传输的数据具有顺序性。(2)无连接服务(connectionless)适用于在一定时期内向同一地发送多个报文的场合。两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，下层的资源无需事先预作准备，即资源可进行动态分配。无连接服务是一种不可靠的服务，常被描述为“尽最大努力交付”(best effort delivery)或“尽力而为”。两个通信实体无需同时处于活跃(active)状态。无连接服务最主要的类型：数据报(datagram)优点：灵活、方便。缺点：不能防止报文的丢失、重复和失序。(5)
11、服务原语。OSI模型中对在服务用户和服务提供方之间交互的一个元素的抽象描述，它有请求、指示、响应和证实4个类型。识记：（1）国际标准化组织（ISO、IEEE、ITU）ISO是国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization）的缩略语，是目前世界上最大、最有权威性的国际标准化专门机构。IEEE，全称是Institute of Electrical and Electronics Engineers 球最大的专业学术组织,IEEE的标准制定内容包括电气与电子设备、试验方法、原器件、符号、定义以及测试方法等多个领域。ITU是国际电信联盟（Inte
12、rnational Telecommunication Union）的缩略语，成立于1865年5月17日，是由法、德、俄等20个国家在巴黎会议上为了顺利实现国际电报通信而成立的国际组织。7.发展趋势领会：（1）泛在网络和泛在计算泛在计算UC(ubiquitous Computing)是1991年施乐技术首席官Mark Weiser提出的一种超越传统桌面计算的人机交互新模式，它将信息处理嵌入到用户生活周边空间的计算设备中，协同、透明地为用户提供信息通信服务。泛在网络的定义(ITU-T)：在预订服务的情况下，个人和/或设备无论何时、何地、何种方式以最少的技术限制接入到服务和通信的能力。（2）新信息
13、服务（3）云计算和大数据云计算(cloud computing)是一种基于互联网的计算方式，通过这种计算方式，供共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备云计算的定义狭义云计算是指IT基础设施通过网络以按需、易扩展的方式进行交付获得所需资源的使用模式。广义云计算是指通过网络以按需、易扩展的方式进行服务的交付以获得所需服务的使用模式。云计算的核心思想是，将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户提供按需服务。大数据(Big data)又称巨量资料，指的是所涉及的资料量规模巨大到无法透过目前主流软件工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营决策
14、更积极目的的数据集。大数据的特点：数据量大，达到PB级；数据类别繁多，来自多种数据源；数据真实性高；数据处理速度快，要求实时处理。大数据技术是一门快速获得有价值信息的技术。其意义在于对这些含有意义的数据进行专业化处理。（4）下一代网络（NGI、NGN）“下一代”现在有两种说法，一种是下一代因特网NGI(Next Generation Internet)，另一种是下一代电信网NGN(Next Generation Network)。至今都没有统一的精确定义。NGI的概念源于计算机界的IETF等组织。他们认为NGI就是“下一代因特网”，是一个“高可信网络”,NGN只是未来互联网的一个组成部分。（5
15、）网络融合。“三网”是指电信网、有线电视网和计算机网。“三网融合”是一种广义的、社会化的说法，原意是实现网络资源的共享，避免低水平的重复建设，形成适应性广、易维护、费用低的高速宽带的多媒体基础平台。它并不意味着这三大网络的物理合一，或相互替代，而是每个网络都能开展多种业务，在高层业务应用进行融合。四、本章重点、难点本章重点为数据通信系统的主要性能指标，计算机网络概述，计算机网络的体系结构和模型，本章难点为数据通信系统的主要性能指标，计算机网络的体系结构和模型。第2章 数据通信基础知识一、学习目的与要求本章主要学习数据通信必备的基础知识。通过本章的学习，要求学生为后继学习数据传输、交换、处理等的
16、通信技术打下基础，也为学习和掌握计算机网络打下基础。本章需要重点关注和掌握数据通信的传输方式、传输速率、传输损伤、传输质量以及传输信道和传输介质。2、课程内容1. 掌握数据传输方式和传输速率 基带传输和频带传输两种传输速率 指单位时间内传送的信息量，是衡量数据通信系统传输能力的一个重要指标。常用的传输速率有两种： 调制速率(或波特率、码元速率) 指单位时间内调制信号波形的变换次数。其单位是波特。 数据信号速率(或传信率、比特率) 指单位时间内通过信道的信息量。其单位是比特/秒。2. 领会频带利用率频带利用率 指单位传输带宽所能实现的传输速率。频带利用率是描述数据传输速率与带宽之间关系的一个指标
17、。在衡量数据通信系统的效率时，既要考虑到传输速率，又要考虑到传输信号所占用频带宽度。因此，真正衡量数据传输系统信息传输效率的是频带利用率。频带利用率通常与采用的调制及编码方式有关。三、考核知识点与考核要求1. 传输方式和传输速率识记：基带传输和频带传输两种传输方式。按照传输系统在传输数据信号过程中是否搬移其频谱，传输方式可分两类：基带传输 指不搬移信号频谱的传输体制。频带传输 指利用调制解调器搬移信号频谱的传输体制。搬移频谱的目的是为了适应信道的频率特性。领会：（1）串行传输和并行传输按照传输数据的时空顺序，传输方式可分为两类：串行传输 指数据在一个信道上按位依次传输的方式。其特点是： 所需线
18、路数少，投资省，线路利用率高； 在发送和接收端需要分别进行并/串和串/并转换； 收发之间必须实施同步。适用于远距离数据传输。并行传输 指数据在多个信道上同时传输的方式。其特点是： 在终端装置和线路之间不需要对传输代码作时序变换； 需要n条信道的传输设施，故其成本较高。适用于要求传输速率高的短距离数据传输。（2）异步传输和同步传输按照发/收两端实现同步的方法，传输方式可分为两类：异步传输 被传送的每一个字符一般都附加有1个起始位和1个停止位，起始位与停止位的极性不同。为了保证正确接收，利用一个频率为传输比特率的n(=16)倍的时钟，在每一个比特周期的中心采样。同步传输 每一个字符使用起止位按位进
19、行传送，数据块以帧作为整体传输，并做到：发/收之间的位同步；每一帧建立同步标志，建立帧同步。（3）单工、半双工和全双工传输。按照数据信号在信道上的传送方向与时间的关系，传输方式可分为三类：单工 指两个站之间只能沿一个指定的方向传送数据信号。半双工 指两个站之间可以在两个方向上传送数据信号，但不能同时进行。又称“双向交替”模式。发/收之间的转向时间为2050ms。全双工 指两个站之间可以在两个方向上同时传送数据信号。应用：（1）传输速率中的调制速率、数据信号速率、频带利用率。2. 传输损伤和传输质量识记：（1）传输损伤。数据信号在数据通信系统的端到端连接的每个环节都可能受到伤害，ITU称之为传输
20、损伤。并推荐用误码、抖动、漂移、滑动和时延来表示。领会：（1）传输质量（失真、畸变）。信号通过传输系统时，其波形可能发生畸变的现象称为失真。应用：（1）传输质量（衰减和增益、噪声和干扰、信噪比、误码率）。3. 传输信道领会：（1）信道概述。广义信道 指将传输媒体和完成各种形式的变换功能的设备都包含在内的信道。根据具体的研究对象和关心的问题，可定义不同类型的广义信道。如调制信道、编码信道等。狭义信道 仅指传输信号的任何抽象或具体的通路。应用：（1）信道容量的计算（模拟信道、数字信道）。运用香农定理.信道功能的两面性：它既为信号提供传输通路，又对信号造成损害。这种损害具体反映在信号波形的衰减和畸变
21、上，导致通信出现差错现象。信道和电路是两个不同的概念。信道用来表示某一个方向传送信息的媒体，因此一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。信道是电路的逻辑部件。4. 传输介质领会：（1）导引型传输介质（双绞线、同轴电缆、电力线、光缆）（2）非导引型传输介质（短波传输、地面微波、卫星微波、散射传输、光波传输）。四、本章重点、难点本章重点为传输速率的计算和信道容量的计算，传输质量，导引型传输介质中的双绞线，本章难点为传输速率的计算和信道容量的计算。第3章 数据传输技术一、学习目的与要求本章主要学习数据传输采用的各种技术，包括模拟信号数字化传输技术、数字基带传输技术、数字频带传输技术、信道复用
22、技术、同步控制技术、数据交换技术和差错控制技术等。通过本章的学习，要求学生掌握数字传输的关键技术。本章最重要的内容是模拟信号数字化的传输技术、数字信号的基带传输技术和频带传输技术、信道复用技术、同步控制技术和差错控制技术，要求学生灵活把握这些重点。二、课程内容为节省空间，可看教材目录三、考核知识点与考核要求1. 模拟信号数字化传输技术领会：（1）低通模拟信号的抽样.（2）带通模拟信号的抽样（3）模拟脉冲调制。（4）抽样模拟信号的量化（5）脉冲编码调制（PCM）2. 数字基带传输技术领会：（1）研究基带传输的必要性（2）基带传输对信号的要求。应用：（1）基带信号的波形。3. 数字频带传输技术识记
23、：（1）数字调制基本概念。领会：（1）数字幅度调制（2ASK）（2）数字频率调制（2FSK）（3）数字相位调制（2PSK）。4. 信道复用技术识记：（1）多路复用概念。领会：（1）频分复用技术原理（2）波分复用技术（3）时分复用（TDM、STDM）技术原理（4）码分复用技术原理5.数据交换技术领会：。（1）电路交换概念、特点、过程、优缺点（2）报文交换概念、特点（3）分组交换概念、特点、过程、优缺点（4）三种交换方式的性能比较6. 差错控制技术识记：（1）差错控制概述（2）三种检测、纠正错误的基本方法领会：（1）自动请求重发（ARQ）（2）前向纠错方式（FEC）（3）混合纠错方法（HEC）（4
24、）不用编码的差错控制方法（4）常见的差错检测编码（奇偶校验）（5）差错纠正应用：常见的差错检测编码（循环冗余校验）。四、本章重点、难点本章重点为信道复用技术、数据交换技术、差错控制技术，本章难点为数字基带传输技术，差错控制技术，尤其是差错检测的计算。第4章 物理层一、学习目的与要求本章主要学习网络体系结构中的最低层物理层。学习物理层的基本概念和接口特性，物理层的常用标准，以及与物理层对应的数字传输系统，还需要掌握几种常见的宽带接入技术。通过本章的学习，要求学生能够对物理层在网络体系结构中的地位和意义有清醒的认识。本章重点学习物理层的基本概念和接口特性，物理层常用标准RS232和RJ-45，数字
25、传输系统，各种宽带接入技术，注意前后知识的贯穿。二、课程内容为节省空间，可看教材目录三、考核知识点与考核要求1. 物理层概述识记：DTE、DCE概念。DTE是数据终端设备，如终端，是广义的概念，PC也可以是终端。(一般广域网常用DTE设备有：路由器，终端主机)DCE是数据通信设备，如MODEM，连接DTE设备的通信设备。(一般广域网常用DCE设备有：CSU/DSU，广域网交换机，MODEM)2. 物理层接口特性领会：物理层接口特性（机械特性、电气特性、功能特性、规程特性）3. 物理层的常用标准识记：（1）物理层的常用标准RS-232（了解机械特性）EIA RS-232是美国电子工业协会EIA于
26、1962年制订的著名物理层异步通信接口标准。RS-232-C接口的机械特性使用25芯接线器(与ISO 2110兼容)。在DTE侧采用针式(凸插头)结构，DCE侧采用孔式(凹插座)结构。实际使用可采用芯针较少的9芯接线器。（2）RJ-45（568A和568B线序，工作过程）。应用： RJ45网线的制作。4. 数字传输系统领会：（1）PCM的不足（2）SDH的特点。5. 宽带接入技术识记：宽带的概念。宽带是利用电话线或光纤技术等方式接入互联网，实现电脑等终端上网的业务。领会：（1）基于五类线的以太网接入技术（2）基于铜线的xDSL技术（重点是ADSL）。ADSL是充分利用现有电话网络的双绞线资源，
27、实现宽带接入的一种技术。它把上行(用户到ISP)和下行(ISP到用户)的带宽做成不对称的。并在用户线的两端各安装一个ADSL调制解调器。在这种调制解调器中，我国采用离散多音频DMT调制技术。ADSL 技术就把 04 kHz低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。四、本章重点、难点本章重点为物理层接口特性和宽带接入技术，基于五类线的以太网接入技术。本章难点为数字传输系统。第5章 数据链路层一、学习目的与要求本章主要学习数据链路层技术。作为网络体系结构中的次低层，该层对物理层和物理层都有重要意义。数据链路层按通信方式有两种类型的信道：一种是使用点对点通信方式的点对点
28、信道，一种是使用一对多通信方式的广播信道。对通信过程较为简单的点对点信道做到精确把握，包括PPP和PPPoE两个协议；而对通信过程更复杂的广播信道，则需要关注专用的共享信道协议。从数据链路层概述入手，围绕着数据链路层的三个基本问题，对两类信道的数据链路层协议分别学习这些协议的解决办法。通过本章的学习，要求学生重点关注和掌握点对点信道和广播信道的特点，以及在这两种信道上常用的协；数据链路层的3个基本问题；以太网MAC层的硬件地址；局域网中使用的网络设备（包括网络适配器、转发器、集线器、网桥、交换机）的作用和应用场合。第二方面主要记录在教材，故此处不做记录三、考核知识点与考核要求1. 数据链路层概
29、述识记：（1）数据链路层的主要功能链路管理 数据链路的建立、维持和释放。帧定界 接收方应当从收到的比特流中准确地区分出一帧的开始和结束，即确定帧的边界位置。透明传输 任意的比特组合数据均可正确传输。流量控制 其实质是控制发送方的发送数据速率，不应超过接收方所能承受的能力。差错检测 通常采用发送端对被传输的比特流后面附加差错检测码，接收端重新计算检测码，两者进行比较，判别差错存在与否（2）数据链路层的三个基本问题点对点信道的数据链路层协议要解决三个基本问题 帧定界 透明传输 差错检测领会：（1）双机通过通信网络和路由器进行通信的过程计算机网络有两种最基本的方式：一种是令牌网，其核心思想是，任何通
30、信方要进行通信必须获取令牌，它的本质就是主动释放-获取信道使用权。这种形式的网络已经很少使用了。另外一种就是以太网，其核心思想是，通信是建立通向方在协商基础上的，它的本质是抢占-协商获取信道使用权。这种形式的网络就是我们现在最常用的。以太网本质上是一种广播网。2. 数据链路层的3个基本问题识记：（1）帧定界的几种方法 字节填充法 采用一些特定的控制字符来定界一帧的开始和结束。 比特填充法 采用一特定的比特组合01111110来定界一帧的开始和结束，是目前最常用的方法。 字节计数法 采用一特定字符来表示一帧的开始，随后使用一个字节计数字段指明该帧所要求传输的字节数。 非法比特编码法 采用非法编码
31、作为帧的边界。此法仅适用于物理媒体上采用特定比特编码的场合。领会：（1）字节填充法（2）比特填充法（3）透明传输透明传输是指不管链路上传输的是何种形式的比特组合，都不会影响数据传输的正常进行。（4）差错检测应用：零比特的插入与删除3. 点对点信道的数据链路层协议识记：（1）数据链路层协议概述（2）PPP协议的概念、组成、PPPoE协议概念。用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用PPP(Poine-to-Point Protocol)协议。在PPP协议出现之前，因特网早在1984年就开始使用一个简单的面向字符协议SLIP协议，但SLIP存在不少缺点。1992年制订了点对点协议PPP。后经修订现已成为因特网的正式标准。1999年还公布了可运行在以太网上的PPP协议(即PPPoE协议)，这是一个目前流行的宽带
