數據與計算機通信講義

第一次課 網絡概論

自我介紹

主要承擔網絡方向課程教學：計算機網絡、網絡程序設計等

負責課程設計、工程實訓等實踐教學組織：程序設計基礎實訓、OS課設、程序設計綜合實訓

課程安排

課程性質? 理論課46學時，限選、考試、3.5學分。 周三56節、周五34節（9.5~11.30）

實踐環節? 學院統一安排

課程要求? 考勤：10%，實驗和大作業：10~30%，考試：60~80%

教材和參考書

William Stallings《Data &Computer Communication》(8th Edition)，北京：電子工業出版社

William Stallings著，王海譯《數據與計算機通信》(第八版)中文版，北京：電子工業出版社

Andrew s.Tanenbaum《計算機網絡》清華大學出版社

謝希仁《計算機網絡》(第5版)，北京：電子工業出版社

電子資源

教材內容

教材內容瀏覽、教學大綱

網絡基本概念

從瀏覽西電主頁www.xidian.edu.cn入手，引入網絡通信需要解決的主要問題和網絡的體系結構。

通過與學生的交互了解學生對網絡相關概念的知曉程度，并引導學生把相關概念對應到網絡體系結構的相關層次。

課件導讀

網絡現狀、通信模型、通信的任務、數據通信模型、傳輸媒體、網絡、廣域網、局域網、Internet、Internet實例

第二次課 協議體系結構

論題的引入： 理解網絡需要從兩個方面入手，一方面是網絡的構成元素及相關技術，另一方面是協議體系結構。

重要概念

以第一次課中訪問西電主頁的例子引入通信的各個對等實體以及他們之間的層次關系，從而引入協議和協議棧的概念（進入PPT ）

TCP/IP協議棧

歷史和現狀：1974出現、事實標準

五個層次和相應的功能

?????? TCP/IP通信示例

通信框圖

數據包的封裝層次和解包順序

TCP/UDP/IP頭

?????? TCP/IP協議族和相關應用

OSI RM

七層模型的功能界定

與TCP/IP的層次對應關系

一些術語

其他的話題

其他的協議棧

多媒體對協議棧的挑戰

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第三次課 數據傳輸

復習&引言

回顧教材的五部分內容的組成：內容簡介（通信主題）、鏈路上的數據傳輸、廣域網技術、局域網技術、TCP/IP協議、Inetnet應用，結合下圖（PPT01-19）說明

第二部分? 數據通信

主題：鏈路上的數據傳輸，即如何在兩個直接相連的設備之間傳送數據。

內容：傳輸媒體、傳輸信號、數據編碼、傳輸的可靠性和效率（鏈路控制、檢錯和糾錯、復用） CH3~CH9

第三章 數據傳輸

基本傳輸術語

導向媒體和非導向媒體

直連鏈路、點對點鏈路、多點鏈路

單工、雙工

Frequency（頻率） Spectrum（頻譜） & Bandwidth（帶寬）

時域觀點：

?????? 模擬&數字信號、周期&非周期信號 (圖例)

?????? 基本周期信號：正弦波

頻域觀點：

?????? 基本結論：任意信號可以用不同的正弦波構造，傅里葉變換

頻率&頻譜&帶寬的概念

頻譜和數據率的關系？

數據、信號、模擬、數字

PPT1-6

數字信號的優勢

傳輸損傷

主要的傳輸損傷：衰減、衰減失真、時延失真和噪聲

信道容量

關于信道容量的兩個定理：Nyquist,Shannon

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第四次課 傳輸媒體

本次課介紹各種傳輸媒體的物理性質、應用場合以及傳輸特性。

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導向媒體

TP&UTP

Coaxial Cable

Optical Fiber

非導向媒體

• 2GHz to 40GHz

l? microwave

l? highly directional

l? point to point

l? satellite

• 30MHz to 1GHz

l? omnidirectional(全向的）

l? broadcast radio

• 3 x 10¹¹ to 2 x 10¹⁴

l? infrared

l? local

非導向傳輸

天波

地波

視距

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第五次課 信號編碼技術

復習&引言

回顧PPT1-6總結前兩次課的內容：

數據以電磁信號的形式在（直連）鏈路上傳播

信號可以分為模擬和數字信號(時間函數是否連續）

信號有一個重要屬性：帶寬（信號頻譜的范圍）

電磁信號可以通過多種不同的傳輸媒體（導向和非導向）傳播

信道是指傳輸媒體+收發器組成的信號通道

不同信道能傳播不同帶寬的信號，簡稱為信道的帶寬

信道容量是指信道能達到的最大數據傳輸速率（bps）

Nquist定理和Shannon定理給出了信道容量和信道帶寬之間的關系

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引言：信號編碼技術研究的是從數據轉變為信號的過程

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數字與信號的組合（關注應用場合）

數字數據 -> 數字信號 ：? 主機內部、主機與終端、局域網（短距離通信）

數字數據 -> 模擬信號 ：? 調制解調器modeｍ、ADSL

模擬數據 -> 數字信號 ：? T1/E1用戶線

模擬數據 -> 模擬信號 ：? AM、ＦＭ　ｒａｄｉｏ

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數字數據 -> 數字信號

編碼機制的評估標準：信號帶寬、時鐘同步、差錯檢測、抗擾性能、費用和復雜度

常用的編碼方案：ＮＲＺ－Ｌ、ＮＲＺＩ、ＢＡＭＩ、Pseudoternary、Ｍａｎ、Ｄ－Ｍａｎ

編碼方案的要素：

碼型

根據評估標準總結相應的優缺點

實際應用場合

數字數據 -> 模擬信號

調制技術： ASK、FSK、PSK

調制機制，優缺點、應用場合

模擬數據 -> 數字信號

調制機制：PCM、DM

結論

模擬數據 -> 模擬信號

調頻、調幅、調相

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第六次課 ?數字數據通信

復習&引言

信號編碼技術回顧（PPT01-19）在信道上的每一段鏈路上都有編解碼（調制解調）過程，一個比特從A到B信號經過多次的變化過程。

前面討論的是信號傳輸問題，今天討論通信問題：時鐘同步、錯誤檢測和糾正、拓撲結構和物理接口。

同步傳輸和異步傳輸

以發送者和接收者時鐘有1%誤差為例考查連續比特流接收出錯的時機（NRZ-L）引入異步傳輸解決方案

從異步傳輸的低效率引入同步傳輸方案

錯誤檢測

思考題：采用什么方法可以使得接收方發現傳輸錯誤

Parity：原理、應用

CRC：原理、應用、例子

不是百分百可以檢錯，取決于FCS（frame check sequence）

錯誤糾正

思考題：為什么要糾錯？采用什么方法可以使得接收方糾正傳輸錯誤？

塊碼原理、海明距離

物理接口

PPT02-24（物理層的概念）

RS-232-C（物理層接口的實例）

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第七次課? 數據鏈路控制

復習&引言

（PPT6-21）物理層協議規定了機械、電氣、功能、過程特性，保證通信雙方可以實現比特的發送和接收，不關心：比特的含義、流量控制、差錯控制、共享鏈路的尋址、鏈路的管理（PPT2）

flow control

概念：

確保發送實體發送數據不會超出接收實體接收數據的能力。

提示另一個概念：擁塞控制（傳輸層）

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停止等待流量控制

圖示流控過程（PPT4并另外畫圖）、通過分析該方案的缺陷（PPT8）和可改進之處引入滑動窗口流控的概念

滑動窗口流量控制

解釋滑動窗口流控的含義（PPT11），實現細節（PPT10）

PPT9

error control

ARQ機制：差錯控制技術的總稱

介紹三種ARQ機制標準：停等ARQ、返回N ARQ、選擇拒絕ARQ

原理、優缺點和應用場合

HDLC（High Data Link Control Protocol）

語法：幀格式;

語義：各個字段的取值和相應的含義

時序：不同應用場合所規定的幀序列

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第八次課? 復用

基本概念

復習數據鏈路層的功能，理解數據鏈路層的關鍵在與理解frame。

復用：共享鏈路的一種方式，用于遠距離或高速數據鏈路。

復用的原理、分類和相關應用

FDM（WDM）

原理圖、語音頻分復用例子、模擬載波系統

WDM（DWDM）

應用場合

Synchronous TDM（STM）

原理圖（時隙、TDM幀的概念）

Synchronous的含義、復用的層次（對每一個信道來說復用是透明的）

鏈路層功能：組幀（TDM幀）、脈沖填充（pulse stuffing）

STDM示例

數字載波系統（DS-1對應于T1和E1），介紹T1容量1.544Mbps的計算方法

SONET/SDH，表8.4

Statistical TDM（A synchronous TDM）

同步TDM的缺點(PPT10-34)是固定分配時序，優點是處理簡單

改為統計TDM后，時隙沒有意義，改用地址

統計TDM的缺點

CableModem是使用統計TDM的一個實例

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ADSL -- 復用（FDM）的實例

ADSL原理、xDSL技術（表8.8）

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第九次課? 擴頻技術

信道復用技術引入CDM（CDMA）:FDM,STM,ATM，CDM基于擴頻技術

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基本概念

擴頻技術原理、分類、優勢和應用

案例：美女的擴頻技術專利

Frequency Hopping Spread Spectrum（FHSS）

圖解調頻原理（PPT7）

總結FHSS的要點和優點

FHSS的收發端原理

FHSS兩個示例引入Fast&Slow FHSS的概念

Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

數字數據、簡化收發端、效果和FHSS一致

擴頻碼的概念

CDMA

用戶碼（地址碼）的概念

利用地址碼作為擴頻碼

收發端原理

復用的原理

思考：用戶碼的長度應該為多少？CDMA真的提高了信道帶寬嗎？

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第十次課? 電路&分組 交換

引言

第三部分 廣域網技術

PPT01-19： 鏈路-> 網絡? （不積跬步無以至千里? 荀子《勸學》）

switching的原意、通信發展歷史的角度理解廣域網技術

通信網絡

節點、端點或站點、通信網絡

電路交換網絡

電路交換的特征：專用鏈路、預分配的鏈路容量、建立鏈路-傳輸數據-拆除鏈路、站點間地址只在連接建立時需要

電路交換的實例（PSTN）

電路交換的類型（空分和時分交換），注意：時分采用同步時分復用

分組交換網絡

電路交換用于數據交換的缺點：預分配的鏈路容量造成帶寬的浪費；收發端點速率必須一致

分組交換的圖示、優點

數據報（Datagram）和虛電路（Virtual Circuit ）的實現原理、優缺點

分組大小和傳播時間的定性分析

電路交換和分組交換（數據報和虛電路）的比較 PPT&table10.1

【休息】?? SSN7和網絡層協議

X.25? & ?Frame Relay

【思考】分組層的功能：如何才能實現站點到站點之間的可靠通信

X.25的物理層（X.21）、數據鏈路層（LAPB）和分組層

補充分組層格式（包格式）（中科院研究生院信息工程學院計算機網絡07-X.25公用數據網絡.pdf P27）

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X.25的應用場合和優缺點，在高可靠鏈路上的簡化思路

Frame Relay的協議體系，注意用戶平面只有兩層

FR的應用場合和控制平面的配置方式PVC（永久虛電路）

FR的幀格式（補充 第5章 幀中繼網.pdf P7&P17）

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第十一、十二次課? ATM簡介、交換網絡中的路由

1.分組交換網絡?? ??????

2.路由和擁塞是網絡層的核心內容??????

3.后面內容簡要介紹IP網路由協議，需要自己另找資料學習

路由選擇的分析和設計

需求分析：

?????? 功能、性能、其他

設計考慮的要素：

?????? 性能評估標準、判決時間和地點、是否需要網絡信息資源及網絡信息資源如何更新

路由選擇的策略

?????? 固定式路由選擇、洪泛、隨機路由選擇、自適應路由選擇（分類）

ARPANET路由算法示例

時間、策略、算法、優缺點

第一代：周期性估算鏈路時延并與相鄰結點交換信息并更新路由(舉例 教材圖12-5)

第二代：周期性測量鏈路時延并在有顯著變化時采用洪泛法通知到所有結點，結點用Dijkstra算法計算最短路徑

第三代：計算方法不變，更改鏈路代價計算函數，解決二代算法的問題

補充Internet路由協議：RIP、OSPF、BGP

最小代價路由算法

Dijkstra算法（舉例說明）

Bellman-ford算法（舉例說明）

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第十三次課? 數據網中的擁塞控制

擁塞的后果

擁塞產生的原因

理想的網絡性能和擁塞造成的實際性能下降

擁塞控制方法

控制方法概述

控制方法詳述

通信量管理

公平性、服務質量（QoS）和預留（RSVP）

分組交換網擁塞控制方法

FR擁塞控制方法

ATM網擁塞控制方法

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第十四次課? 局域網概述

局域網應用背景

從大型機到局域網

從一般聯網要求到高速后端服務器網絡和SAN（存儲域網絡），即服務器集群和數據中心

從1Mbps到10Mbps到100Mbps到1Gbps，網絡帶寬不斷增長

局域網規模增長從而劃分為接入層、匯聚層和骨干層

局域網體系結構

拓撲結構、傳輸媒體

LAN協議體系（IEEE802 RM）

LLC子層和MAC子層

Bridge、Hub、2LayerSwitcher and 3LayerSwitcher & router

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第十五次課 高速LAN

背景知識

標準化組織IEEE、802系列標準、局域網標準802.3

802.3

以太網的來歷

以太網的核心：CSMA/CD

以太網幀格式和802.3幀格式

CSMA/CD

ALOHA、時隙ALOHA、CSMA、CSMA/CD

Ethernet、FastEthernet、GigabitEthernet、10Gethernet規約

802.5 & Fibre Channel

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第十六次課 WLAN

以802.11為主線，重點介紹

802.11中的MAC層協議CSMA/CA

802.11系列的物理層、拓撲結構

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第十七次課 InternetProtocol（網際互聯）

復習一（關鍵概念）

通過思考題方式引導復習鞏固前面4部分的知識點

1. 局域網（以太網）和分組交換網絡是什么關系？

2. 以太網支持的上層協議有哪些？

3. 局域網、廣域網、因特網是什么關系？

復習二（提綱挈領）

吳功宜編機械工業出版社網絡教程--自頂向下分析和設計方法

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復習三（協議的功能）

Q:局域網（以太網）和分組交換網絡是什么關系？

交換式以太網是一種分組交換網絡，以太網只定義了鏈路層和物理層，哪來的網絡層功能？

A：協議的功能如書所列，具體實現時功能放在哪一層并不一定要以OSI/RM為標準。

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協議功能列表

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學過的PDU格式大回顧

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第十八次課 InternetProtocol（續）

網際互聯的需求

Q1： Internet是什么？

A1： Internet是網絡的網絡，實現的是網際互聯的需求（PPT1-17）

Q2： 網際互聯的需求主要有哪些？

A2： IP的設計（PPT18-4、5）

IP PDU

詳細講解各個字段的語義

利用wireshark抓包演示

IP地址

介紹IP地址分類和分類的理由

補充介紹利用分類IP地址尋路的過程（現場畫拓撲圖）

引入子網和子網掩碼的概念

補充介紹利用IP地址和子網掩碼尋址的過程（利用電腦演示）

舉例：謝希仁第5版例4-4

介紹CIDR

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第十九次課 InternetProtocol（續）

CIDR（Classless InterDomain Routing）

舉例引入超網的概念

CIDR地址的兩級結構（網絡號+主機號）

CIDR的斜線表示方法

CIDR把子網和超網統一處理

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ARP（Address Resolution Protocol）

從IP數據報的遞交引入IP層到MAC層的映射問題

IP地址->MAC地址?

ARP的引入和基本工作過程

ICMP協議簡介

ping程序和tracert

IPv6

Ipv6針對Ipv4的增強（地址、安全、QoS）

Ipv6基本首部與Ipv4的比較

Ipv6地址空間與地址的表示

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第二十次課 InternetProtocol（續）

NAT、ICMP、IGMP、Qos

IPv6

路由協議RIP、OSPF、BGP

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NAT???? 結構和原理

ICMP??? 協議功能、報文類型、報文格式、協議應用

IGMP??? Internet多播介紹，IGMP的功能

QoS RSVP、DiffServ與MPLS的基本概念

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IPv6 報文格式和地址表示

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路由協議RIP、OSPF、BGP

?????? RIP和OSPF的不同點：交換的數據、對象和時機

?????? BGP交換的信息：網絡的可達性

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第二十一次課 Transport Layer

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轉載于:https://www.cnblogs.com/little-white/p/3397183.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的数据与计算机通信复习重点的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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