第6章物理层及数据通信技术

第6章广域网基本要求：了解广域网的特点、服务类型及实现方式；了解常见的广域网设备；了解若干典型的广域网协议和技术，包括PPP、ISDN、ATM、帧中继和SDH技术等。

本章难点：无教学时数与实验：３－４学时，无实验。

上一章我们学习了关于局域网的知识，本章将介绍有关广域网技术的知识。

广域网是一个地理覆盖范围超过局域网的数据通信网络。

如果说局域网技术主要是为实现共享资源这个目标而服务，那么广域网则主要是为了实现广大范围内的远距离数据通信，因此广域网在网络特性和技术实现上与局域网存在明显的差异。

6.１广域网概述6.1.1 广域网的特点与局域网相比，广域网的特点非常明显。

首先是广域网的地理覆盖范围至少在上百公里以上，远远超出局域网通常为几公里到几十公里的小覆盖范围；其次，如前所述，局域网主要是为了实现小范围内的资源共享而设计的，而广域网则主要用于互连广泛地理范围内的局域网；第三，局域网通常采用基带传输方式，而广域网为了实现远距离通信通常要采用载波形式的频带传输或光传输。

第四，与局域网的私有性不同，广域网通常是由公共通信部门来建设和管理的，他们利用各自的广域网资源向用户提供收费的广域网数据传输服务，所以其又被称为网络服务提供商，用户如需要此类服务需要向广域网的服务提供商提出申请；第五，在网络拓扑结构上，广域网更多的采用网状拓扑，其原因在于广域网由于其地理覆盖范围广，因此网络中两个节点在进行通信时，数据一般要经过较长的通信线路和较多的中间节点，这样以来中间节点设备的处理速度、线路的质量以及传输环境的噪声都会影响广域网的可靠性，采用基于网状拓扑的网络结构，可以大大提高广域网链路的容错性。

6.1.2 广域网服务的实现模型当用户向服务提供商申请广域网服务时，需要购买一些连接广域网所需的基本设备，图6.1给出了实现广域网服务的一般模型，图中相关设备和术语的说明如下：z用户端设备CPE(customer premises equipment)：物理上放置在用户一侧的设备，包括属于用户的设备或服务提供商放置在用户侧的设备。

第6章传输层教学目标：1、了解传输层的功能2、掌握TCP和UDP协议的工作原理3、理解TCP和UDP协议和上层通信机制教学重点：传输层的功能，TCP和UDP协议教学难点：TCP和UDP协议通信机制教学课时：4课时教学方法：讲解法、讨论法、演示法、练习法教学内容及过程：第6章传输层6.1内容简介传输层是OSI七层参考模型的第四层，它为上一层提供了端到端（end to end）的可靠的信息传递。

物理层使我们可以在各链路上透明地传送比特流。

数据链路层则增强了物理层所提供的服务，它使得相邻节点所构成的链路能够传送无差错的帧。

网络层又在数据链路层基础上，提供路由选择、网络互联功能。

而对于用户进程来说，我们希望得到的是端到端的服务，传输层就是建立应用间的端到端连接，并且为数据传输提供可靠或不可靠的链接服务。

6.2传输层简介一、传输层的定义传输层是OSI模型的第4层。

一般来说，OSI下3层的主要任务是数据通信，上3层的任务是数据处理。

该层的主要任务用一句话表示就是“向用户提供可靠的端到端的服务，处理数据包的传输差错、数据包的次序、处理传输连接管理等传输方面的问题，以保证报文的正确传输”。

二、传输层功能⏹连接管理⏹流量控制⏹差错检测⏹对用户请求的响应⏹建立无连接或面向连接的通信→面向连接：会话建立、数据传输、会话拆除→无连接：不保证数据的有序到达6.3TCP协议传输层协议为TCP（transmission control ptotocol），因此传输层也被称为TCP层。

TCP 协议是面向连接的端到端的可靠的传输层协议。

它支持多种网络应用程序，对下层服务没有多少要求，同时假定下层只能提供不可靠的数据报服务，并可以在多种硬件构成的网络上运行。

一、TCP分段格式⏹序列号和确认号（32比特）⏹ 窗口（16比特） ⏹ 校验和（16比特） ⏹ 数据（可变大小） ⏹ 头长度（4比特） ⏹ 标志（6比特） ⏹ FIN （完成） ⏹ PSH （推） ⏹ RST （复位） ⏹ SYN （同步） ⏹ 紧急指针（16比特） ⏹ 选项（可变长度） 二、TCP 的连接建立和拆除 1、TCP 的连接建立2、TCP 的连接建立发送 SYN接收 SYN1发送 SYN接收 SYN 发送 SYN, ACK接收 SYN123、TCP 连接建立4、TCP 连接拆除发送 SYN接收 SYN 发送 SYN, ACK建立会话123接收 SYN三、TCP 可靠传输技术当TCP 的连接建立好后，为保证数据传输的可靠，TCP 协议要求对传输的数据都进行确认，为保证确认的正常进行，TCP 协议首先对每一个分段都作了32位的编号，称为序列号。

第1章：绪论交换的基本概念，通信网的三要素：终端设备传输系统交换系统数据通信和话音通信的区别：1，通信对象不同，数据通信实现的是计算机和计算机之间，以及人与计算机之间的通信，而话音通信实现的是人与人之间的通信。

2，传输可靠性不同，数据通信要求更高，话音相对较小3，通信的平均持续时间和通信建立响应不同，数据通信持续时间要短，建立连接的时间也短。

话音通信过程相反。

4，通信过程中信息业务量特性不同电路交换和分组交换的优缺点电路交换的主要优点：1，信息传输时延小，对一次连续而言，传输时延固定不变。

2，信息的传输效率比较高3，信息的编码方法和信息格式有通信双方协调，不受网络的限制缺点：1，电路的连续时间较长，当传输较短信息时，通信通道建立的时间可能大于通信时间，网络利用率低2，电路利用低3，通信双方在信息传输，编码格式，同步方式，通信协议等方面要完全兼容，限制了各种不同速率，不同代码格式，不同通信协议的用户终端的互通4，有呼损，可能出现由于对方用户终端设备忙或交换网负载过重而呼叫不通第2章：交换单元与交换网络1）连接的三种表示形式（函数表示形式，排列表示形式，图像表示形式）及它们间的相互转换2）T、S接线器及TST网络的工作原理3）Clos无阻塞网络基本结构和条件Clos网络结构：两边各有r个对称的m*n矩形交换单元，中间是m个r*r 的正方型交换单元。

每个交换单元都与下一级的各个交换单元有连接且仅有一条连接。

m,n,r是整数决定了交换单元的容量，称为网络参数记作C（m,n,r）三级clos网络无阻塞的条件：m>=2n-1.4）Banyan网的构成方法、自由选路的概念以及阻塞情况判断第3章：电路交换技术及接口电路电路交换呼叫接续过程：三个阶段：1，呼叫建立2，消息传输3，话终释放电路交换系统的基本功能：连接、信令、终端接口、控制功能。

模拟用户接口的七大功能：能对7个基本功能做简单解释。

1、馈电：所有连接在交换机上的电话分机用户，都由交换机向其馈电。

计算机网络(第六版)谢希仁著课后习题答案第一章概述1-02 简述分组交换的要点。

答：（1）报文分组，加首部（2）经路由器储存转发（3）在目的地合并1-03 试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。

答：（1）电路交换：端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障，对连续传送大量数据效率高。

（2）报文交换：无须预约传输带宽，动态逐段利用传输带宽对突发式数据通信效率高，通信迅速。

（3）分组交换：具有报文交换之高效、迅速的要点，且各分组小，路由灵活，网络生存性能好。

1-05 因特网的发展大致分为哪几个阶段？请指出这几个阶段的主要特点。

答：从单个网络APPANET向互联网发展；TCP/IP协议的初步成型建成三级结构的Internet；分为主干网、地区网和校园网；形成多层次ISP结构的Internet；ISP首次出现。

1-07小写和大写开头的英文名字 internet 和Internet在意思上有何重要区别？答：（1） internet（互联网或互连网）：通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络，协议无特指（2）Internet（因特网）：专用名词，特指采用 TCP/IP 协议的互联网络区别：后者实际上是前者的双向应用1-10 试在下列条件下比较电路交换和分组交换。

要传送的报文共x（bit）。

从源点到终点共经过k段链路，每段链路的传播时延为d（s），数据率为b(b/s)。

在电路交换时电路的建立时间为s(s)。

在分组交换时分组长度为p(bit)，且各结点的排队等待时间可忽略不计。

问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？（提示：画一下草图观察k段链路共有几个结点。

）答：线路交换时延：kd+x/b+s, 分组交换时延：kd+(x/p)*(p/b)+ (k-1)*(p/b)其中(k-1)*(p/b)表示K段传输中，有(k-1)次的储存转发延迟，当s>(k-1)*(p/b)时，电路交换的时延比分组交换的时延大，当x>>p,相反。

第1章计算机网络概述本章要点：网络体系就是为了完成计算机之间的通信合作，把每台计算机相连的功能划分成有明确定义的层次，并规定了同层次的进程通信的协议及相邻之间的接口及服务。

本章要求熟悉网络的概念、组成、分类、发展过程等内容，同时还要理解网络分层结构、网络层协议、接口、服务等概念，掌握ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型的区别与联系。

这部分知识理论性强，主要以选择题、填空题的形式出现。

1、计算机网络的功能计算机网络有很多用处，其中最重要的三个功能是：数据通信、资源共享、分布处理。

数据通信是计算机网络最基本的功能。

它用来快速传送计算机与终端、计算机与计算机之间的各种信息，包括文字信件、新闻消息、咨询信息、图片资料、报纸版面等。

利用这一特点，可实现将分散在各个地区的单位或部门用计算机网络联系起来，进行统一的调配、控制和管理。

“资源”指的是网络中所有的软件、硬件和数据资源。

“共享”指的是网络中的用户都能够部分或全部地享受这些资源。

当某台计算机负担过重时，或该计算机正在处理某项工作时，网络可将新任务转交给空闲的计算机来完成，这样处理能均衡各计算机的负载，提高处理问题的实时性。

2、网络与因特网的概念网络是把许多具有自主功能的计算机连接在一起；把众多计算机有机连接起来要遵循规定的约定和规则，即通信协议。

因特网：网络的网络3、因特网的发展：ARPAnet；三级结构的因特网；多层次ISP结构的因特网。

4、电路交换、报文交换及分组交换的比较一、填空题1、网络是把许多具有功能的计算机连接在一起。

2、世界上最早的计算机网络指的是。

3、对于通信子网，早期ARPAnet中承担通信控制处理机功能的设备是接口报文处理机/IMP，而现代计算机网络中承担该功能的设备是。

4、计算机网络有很多用处，其中最重要的三个功能是：、以及。

5、从逻辑功能上，计算机网络可以分成和两个部分。

6、是计算机网络的一个组成部分，由主机、终端、终端控制器、联网外设、各种软件资源与信息资源组成，负责全网的数据处理业务。

第6章一．选择题1．如果要在一个建筑物中的几个办公室进行联网，一般应采用（）的技术方案。

A：广域网B：局域网C：城域网D：ATM网答案：B2．目前我们所使用的计算机网络是根据（）的观点来定义的。

A：用户透明B：广义C：资源共享D：狭义答案：C3．（）的特点是结构简单。

传输延时确定，但系统维护工作复杂。

A：环型拓扑B：树型拓扑C：星型拓扑D：网状拓扑答案：A4．在计算机网络中，共享的资源主要是指硬件、软件与（）。

A：主机B：数据C：通信信道D：外设答案：B5．在计算机网络中，负责处理通信控制功能的计算机是（）。

A：主计算机B：通信控制处理机C：通信线路D：终端答案：B6．在常用的传输介质中，宽带最宽、信号传输衰减最小、抗干扰能力最强的是（）。

A：同轴电缆B：双绞线C：无线信道D：光缆答案：D7．（）是指将模拟信号转变成计算机可以识别的数字信号的过程。

A：调制B：解调C：采样D：压缩答案：B8．数据传输速率的单位是（）。

A：bps B:MBC: bit D:byte答案：A9．数据通信的任务是传输（）代码比特序列。

A：十进制 B：二进制C：八进制D：十六进制答案：B10．Internet 主要由4个部分组成，包括路由器、主机、（）和信息资源。

A：交换机B：数据库C：通信线路D：管理者答案：C二．简答题1．什么是计算机网络？计算机网络的功能如何？答：计算机网络是现代计算机技术与通信技术密切结全的产物，是随社会对信息共享和信息传递的要求面发展起来的。

所谓计算机网络就是利用通信线路和通信设备将不同地理位置的、具有独立功能的多台计算机系统或共享设备互联起来，配以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式及网络操作系统等），使之实现资源共享、信息传递和分布式处理的整个系统。

计算机网络的实现，为用户构造分布式的网络计算提供了基础。

它的功能主要表现在以下三个方面：1．件资源共享可以在全网范围内提供对处理资源、存储资源、输入输出资源的共享，特别是对一些较高级和昂贵，如巨型计算机、具有特殊功能的处理部件，高分辨率的源光打印机、大型绘图仪以及大容量的外部存储器等。

《数据通信与计算机网络》复习要点第1章概述1．以数字信号来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方式称为数字通信系统。

2．数据通信包括数据传输、数据交换和数据处理。

3．数据通信网络按照覆盖的物理范围可分为广域网、局域网和城域网。

4．计算机网络是通信技术与计算机技术密切结合的产物。

5．计算机网络已经历了由单一网络向互联网发展的过程。

6．计算机网络具有三个主要的组成部分(三大组成要素)，即①能向用户提供服务的若干主机；②由一些专用的通信处理机（即通信子网中的结点交换机）和连接这些结点的通信链路所组成的一个或数个通信子网；③为主机与主机、主机与通信子网，或者通信子网中各个结点之间通信而建立的一系列协议。

7．计算机网络按通信方式分为广播网络和点到点网络。

8．计算机网络主要性能指标，包括速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积和利用率。

9．OSI模型有七个层次，分别是：(7)应用层；(6)表示层；(5)会话层；(4)运输层；(3)网络层；(2)数据链路层；(1)物理层10．因特网使用的TCP/IP参考模型的四个层次是：应用层、传输层、互联网层、网络接入层。

11．协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

协议的语法定义了所交换信息的结构或格式；协议的语义定义了源端和目的端所要完成的操作。

12．服务指同一开放系统中某一层向它的上一层提供的操作，但不涉及这些操作的具体实现。

13．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。

14．标准是由标准化组织、论坛以及政府管理机构共同合作制订的。

标准可分为两大类：法定标准和事实标准。

一．数据通信网络由哪些部分组成？答：从系统设备级的构成出发，可以认为数据通信系统由下面三个子系统组成：（1）终端设备子系统，由数据终端设备及有关的传输控制设备组成。

（2）数据传输子系统，由传输信道和两端的数据电路终接设备组成。

（3）数据处理子系统，指包括通信控制器在内的电子计算机。

1. 与广域网比较，局域网有哪些特点？答：（1）较小的地域范围，仅用于办公室、机关、企业、学校、公司、居民小区等单位内部的连网。

（2）高传输速率和低误码率。

（3）由机构或单位自行建设，自己进行控制管理和使用。

（4）建设的侧重点在于机构内部资源的共享。

3. 以太网与总线网这两个概念有什么关系？答：以太网（Ethernet）是局域网的一种标准，在IEEE802.3中定义。

而总线网指的是拓扑结构为总线型的网络。

采用总线型拓扑结构的网络有很多，以太网也允许采用总线型拓扑结构。

4. 以太网与IEEE802.3网络的相同点有哪些？不同点有哪些？答：以太网是DEC、Intel和Xerox三家公司开发的一种局域网，其标准为Ethernet II，后来又被接纳成为IEEE802.3标准中的一个选项。

以太网和IEEE 802.3在很多方面都非常相似，但是两种标准之间仍然存在着一定的区别。

以太网所提供的服务主要对应于OSI/RM参考模型的物理层和数据链路层；而IEEE 802.3则是对物理层和逻辑链路层的介质访问部分进行了规定。

此外，IEEE 802.3没有定义逻辑链路控制协议，但是指定了多种不同的物理层，而以太网只提供了一种物理层协议。

下表中对6. 试分析CSMA/ CD介质访问控制技术的工作原理。

答：CSMA/CD是一种用于总线拓扑网络上的多点访问控制技术，被广泛应用于以太网和802.3网络中。

其工作原理是，若站点有数据发送：①监听介质是否空闲，如果介质空闲，则可以发送；②如果介质忙，则继续监听，一旦发现介质空闲，再等待一个帧间隔时间，然后返回步骤①；③站点在发送帧的同时需要继续监听是否有冲突发生，若有冲突，则停止发送；④等待一段随机时间（目的是为了减少再次冲突的概率），返回步骤①。

7. 在10Mbit/s以太网中，某一工作站在发送时由于冲突前两次都发送失败，那么它最多等待多长时间就可以开始下一次重传过程？答：10Mbit/s以太网的时间槽长度为51.2us，所以基本退避时间T=51.2us重传次数k=Min（3，10）=3最大等待时间=（2k-1）*T=(23-1)*51.2=358.4us8. 如果10BASE2以太网中有一台工作站的网卡出现故障，它始终不停地发送帧。