計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)原理與技術(shù)

內(nèi)容概要

　　《21世紀(jì)高等學(xué)校規(guī)劃教材·電子信息：計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)原理與技術(shù)》主要介紹計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的基本概念和基本原理，以O(shè)SI參考模型為基礎(chǔ)和線索來(lái)組織內(nèi)容，全面而又系統(tǒng)地講述分層次的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。本書(shū)內(nèi)容涵蓋了局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)（以Internet為典型）等，突出通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)的概念，詳細(xì)討論了用于計(jì)算機(jī)通信的各類通信交換技術(shù)，并盡可能地反映本領(lǐng)域的新進(jìn)展，如流量工程、網(wǎng)絡(luò)安全與管理、網(wǎng)絡(luò)工程等，同時(shí)也重視必要的理論分析。書(shū)中各章都附有習(xí)題，可作為對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的鞏固和延續(xù)，其中的某些設(shè)計(jì)性習(xí)題可供學(xué)生展開(kāi)專題討論。
　　《21世紀(jì)高等學(xué)校規(guī)劃教材·電子信息：計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)原理與技術(shù)》可作為高等學(xué)校電子信息類相關(guān)專業(yè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教材，也可供通信領(lǐng)域的科技工作者和對(duì)計(jì)算機(jī)通信感興趣的讀者參考。

書(shū)籍目錄

第1章 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)概述
1.1 計(jì)算機(jī)通信和計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的概念
1.1.1 計(jì)算機(jī)通信和通信網(wǎng)
1.1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與分布系統(tǒng)
1.1.3 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的組成
1.1.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
1.2 網(wǎng)絡(luò)硬件
1.2.1 傳輸技術(shù)
1.2.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模
1.2.3 LAN、MAN、WAN和互聯(lián)網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)
1.3 網(wǎng)絡(luò)軟件及協(xié)議體系結(jié)構(gòu)
1.3.1 通信協(xié)議
1.3.2 協(xié)議的分類
1.3.3 協(xié)議的三個(gè)要素
1.3.4 分層的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)
1.3.5 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化
1.3.6 協(xié)議體系結(jié)構(gòu)實(shí)例
1.4 主要設(shè)計(jì)問(wèn)題
1.4.1 解決設(shè)備的非兼容性
1.4.2 協(xié)調(diào)發(fā)送和接收
1.4.3 提高可靠性，減小差錯(cuò)
1.4.4 優(yōu)化性能
1.4.5 網(wǎng)絡(luò)管理
1.4.6 各層的設(shè)計(jì)問(wèn)題
1.5 本書(shū)的主要內(nèi)容
復(fù)習(xí)題
思考與討論
第2章 協(xié)議分層的基本原理
2.1 0SI／RM概述
2.1.1 0SI／RM的目的
2.1.2 開(kāi)放系統(tǒng)的基本概念
2.1.3 開(kāi)放系統(tǒng)互連環(huán)境
2.2 分層原理
2.2.1 層的概念
2.2.2 虛擬通信與實(shí)信息流
2.2.3 服務(wù)與服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)
2.2.4 （N）實(shí)體、（N）SAP與（N+1）實(shí)體傳遞服務(wù)的規(guī)則
2.2.5 （N）協(xié)議
2.2.6 標(biāo)識(shí)符
2.2.7 地址映射
2.3 連接及其操作
2.3.1 （N）連接
2.3.2 連接的建立與釋放
2.3.3 連接的復(fù)用與分用
2.4 數(shù)據(jù)傳送
2.4.1 數(shù)據(jù)單元及其組成
2.4.2 正常數(shù)據(jù)、加速數(shù)據(jù)和特權(quán)數(shù)據(jù)
2.4.3 數(shù)據(jù)單元的分與合
2.5 服務(wù)原語(yǔ)
2.5.1 原語(yǔ)及其主要類型
2.5.2 原語(yǔ)交互時(shí)序
2.5.3 服務(wù)原語(yǔ)與PDU
2.6 ISO選擇OSIlRM層次的原則
2.7 0SI／RM與TCP／IP模型的比較
2.7.1 兩者的比較
2.7.2 對(duì)OSI模型和協(xié)議的批評(píng)
2.7.3 對(duì)TCP／IP模型的批評(píng)
復(fù)習(xí)題
思考與討論
第3章 現(xiàn)代通信網(wǎng)及其交換技術(shù)
3.1 電話網(wǎng)與電路交換
3.1.1 電話網(wǎng)的分級(jí)結(jié)構(gòu)
3.1.2 電路交換基本原理
3.1.3 交換結(jié)構(gòu)
3.2 數(shù)據(jù)網(wǎng)與分組交換
3.2.1 電路交換不適合計(jì)算機(jī)通信
3.2.2 存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制
3.2.3 從報(bào)文交換到分組交換
3.2.4 異步復(fù)用、標(biāo)記交換與虛電路
……
第4章 數(shù)據(jù)鏈路層
第5章 介質(zhì)接入控制
第6章 路由選擇與網(wǎng)絡(luò)擁塞控制
第7章 流量工程
第8章 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)
第9章 傳輸層
第10章 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的高層
第11章 網(wǎng)絡(luò)安全與網(wǎng)絡(luò)管理
第12章 網(wǎng)絡(luò)工程

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   1.非持續(xù)型CSMA 非持續(xù)的CSMA接入方式可以這樣來(lái)描述：一個(gè)準(zhǔn)備要發(fā)送信息（數(shù)據(jù)幀）的站點(diǎn)首先偵聽(tīng)信道，然后根據(jù)當(dāng)前信道的狀態(tài)分別進(jìn)行兩個(gè)步驟的工作： （1）如果此時(shí)信道空閑，該站就可以向公共的信道上發(fā)送幀。 （2）如果此時(shí)信道處于忙狀態(tài)，則停止偵聽(tīng)，并按某種解決沖突的方式重新調(diào)度它對(duì)幀的發(fā)送。典型的方法是延遲某一隨機(jī)數(shù)值的時(shí)間段，然后在該延遲時(shí)間結(jié)束后再次偵聽(tīng)信道。 如此循環(huán)，直到幀發(fā)送出去為止。在這種方式中，當(dāng)站點(diǎn)偵聽(tīng)到信道忙之后就不再繼續(xù)偵聽(tīng)信道，而是要等待一段延遲時(shí)間后再重復(fù)前面的動(dòng)作，故稱為非持續(xù)方式。 另外，CSMA方式解決了共享信道的接入方法，即站點(diǎn)獨(dú)立且無(wú)沖突地發(fā)送幀的問(wèn)題，但對(duì)已發(fā)送的幀是否正確被接收沒(méi)有作出規(guī)定。實(shí)際上，因?yàn)樾诺郎蟼鞑r(shí)延的因素，不可避免地會(huì)發(fā)生幀在傳送過(guò)程中受到?jīng)_突而損壞的情況，此時(shí)可以采用第4章介紹的差錯(cuò)控制方法，即要求接收站在收到數(shù)據(jù)幀后立即發(fā)回確認(rèn)幀。設(shè)信道的單程最大傳播時(shí)延為τ，則發(fā)送站點(diǎn)在發(fā)出數(shù)據(jù)之后至少需經(jīng)過(guò)2τ的時(shí)間才可能收到對(duì)方發(fā)回的確認(rèn)。如收到該確認(rèn)幀，則此次發(fā)送成功。如未收到確認(rèn)幀，則認(rèn)為已發(fā)生沖突，需要延遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后重新進(jìn)行載波偵聽(tīng)。 非持續(xù)CSMA方式的缺點(diǎn)是已經(jīng)偵聽(tīng)到信道忙的站點(diǎn)在延遲時(shí)間沒(méi)有結(jié)束之前，即使后來(lái)信道已經(jīng)空閑，它們也不發(fā)送任何信息，這就限制了信道利用率的進(jìn)一步提高。為此，引出了持續(xù)型CSMA。 2.p-持續(xù)CSMA 在持續(xù)型CSMA方式中，要發(fā)送幀的站點(diǎn)始終偵聽(tīng)信道，直至信道由忙變空，然后它就向公共信道上發(fā)送幀。這種方式的明顯缺陷是當(dāng)有兩個(gè)站都要發(fā)送幀時(shí)，一旦原來(lái)忙的信道變空后，它們就立即同時(shí)發(fā)送各自的待傳送幀，從而發(fā)生沖突。為了克服這一缺點(diǎn)，在持續(xù)CSMA方式中，引入一個(gè)隨機(jī)時(shí)延。這種方式稱為p-持續(xù)CSMA。 在p-持續(xù)CSMA方式中，將時(shí)間分成一些時(shí)隙，時(shí)隙的長(zhǎng)度等于最大傳播時(shí)延，即系統(tǒng)中相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)站之間的單向傳播時(shí)延。站的操作步驟如下： （1）如果站偵聽(tīng)到信道空閑，則它以概率p發(fā)出一個(gè)待發(fā)的幀，而以概率（1一p）延遲一個(gè)時(shí)隙，然后再偵聽(tīng)信道。如果此時(shí)信道忙，它就等到信道空閑并重復(fù)這一步驟。 （2）如果在下一個(gè)時(shí)隙中偵聽(tīng)到信道空，它就重復(fù)步驟（1）。 由此可見(jiàn)，p-持續(xù)CSMA方式是盡可能地馬上使用空閑信道，同時(shí)降低由于立即使用信道而引起沖突的可能性。應(yīng)該注意，概率p通常是一個(gè)較小的數(shù)字，典型值為0.03和0.1。 相比之下，非持續(xù)型CSMA可以大大減少?zèng)_突的可能性，能使系統(tǒng)的最大吞吐量達(dá)到信道容量的80％以上。但由于隨機(jī)延遲偵聽(tīng)的原因，將會(huì)使系統(tǒng)對(duì)幀傳輸?shù)捻憫?yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，也即時(shí)延一吞吐特性變壞。相反，p-持續(xù)CSMA既考慮到盡快使用已空閑的信道，又考慮到發(fā)送幀時(shí)的主動(dòng)退避，在性能上比非持續(xù)型CSMA好。需要說(shuō)明的是，對(duì)于極端時(shí)的1-持續(xù)CSMA方式，在通信負(fù)載很小時(shí)，幀的發(fā)送機(jī)會(huì)多，響應(yīng)也快，但若站點(diǎn)數(shù)增多或總的負(fù)載增加時(shí)，沖突的機(jī)會(huì)急劇增加，吞吐特性和時(shí)延特性均急劇變壞，其性能比非持續(xù)CSMA要差，最大吞吐量只能達(dá)到信道容量的53％。 5.4.2 CSMA／CD方式 在上述兩種基本CSMA方式中，載波偵聽(tīng)都是在幀發(fā)送之前進(jìn)行的，一旦幀已經(jīng)發(fā)送，即使發(fā)生了沖突，該站點(diǎn)也必須讓幀發(fā)送完畢。這樣實(shí)際上白白浪費(fèi)了T長(zhǎng)度的時(shí)間（T為一幀的傳輸時(shí)間）。如果考慮在發(fā)送過(guò)程中也偵聽(tīng)是否發(fā)生沖突（即所謂“邊說(shuō)邊聽(tīng)”），并在監(jiān)測(cè)到?jīng)_突后及時(shí)中斷發(fā)送，就可以減少信道工作時(shí)間，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)吞吐性能和減小幀傳輸時(shí)延。這就是目前使用最多的沖突檢測(cè)法，常記作CSMA／CD。沖突檢測(cè)方法是指發(fā)送幀的站點(diǎn)用接收確認(rèn)信號(hào)的方法或者更常用的是在發(fā)送幀之后繼續(xù)偵聽(tīng)信道的方法來(lái)檢測(cè)是否發(fā)生沖突。 實(shí)現(xiàn)沖突檢測(cè)的方法有多種，如： （1）信號(hào)電平法：這是一種基于模擬技術(shù)的檢測(cè)方法，它比較的是接收到信號(hào)的電壓大小。在基帶傳輸系統(tǒng)中，當(dāng)兩個(gè)幀的信號(hào)疊加到信道上時(shí)，電壓的幅度要比正常值大一倍。因此，只要接收到的信號(hào)電壓幅度超過(guò)某一門(mén)限值，就可認(rèn)為發(fā)生了沖突。 （2）過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法：當(dāng)采用曼徹斯特（Manchester）編碼時(shí)，電壓的過(guò)零點(diǎn)是在每一比特的中央。當(dāng)產(chǎn)生沖突時(shí)，疊加信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)將在其他地方出現(xiàn)。根據(jù)過(guò)零點(diǎn)位置的變化，就可以判斷是否發(fā)生了沖突。 （3）自發(fā)自收法：這種方法是在發(fā)送幀的同時(shí)，也接收該數(shù)據(jù)幀，然后將收到的信號(hào)逐比特地與發(fā)送的比特相比較。若有不符的，就說(shuō)明有沖突發(fā)生。 總之，實(shí)現(xiàn)沖突檢測(cè)的方法有很多，只要增加一些硬件即可實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際系統(tǒng)中，為了使每個(gè)站點(diǎn)都能清楚地?cái)喽ㄊ欠癜l(fā)生了沖突，往往采取一些強(qiáng)化沖突的措施，如下面介紹的信道干預(yù)方法。 目前在分組無(wú)線電網(wǎng)或總線式局域網(wǎng)絡(luò)中（這些都是使用一個(gè)公共信道的場(chǎng)合），大多采用的是CSMA／CD控制方式（局域網(wǎng)中還有其他控制規(guī)程）。例如，在Ethernet這一著名的總線式局域網(wǎng)中，采用了CSMA／CD方式，它有兩個(gè)主要操作規(guī)程：競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送和無(wú)沖突接收。 1.競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送方式 各站點(diǎn)在發(fā)送之前對(duì)總線進(jìn)行偵聽(tīng)，只要總線空便開(kāi)始發(fā)送，否則等待一段隨機(jī)時(shí)間，直至監(jiān)測(cè)到總線空。站點(diǎn)在發(fā)送出信息后，仍對(duì)總線進(jìn)行偵聽(tīng)，進(jìn)行沖突檢測(cè)。若檢測(cè)到有沖突產(chǎn)生，則馬上要對(duì)總線進(jìn)行干預(yù)。干預(yù)的方式是繼續(xù)發(fā)送一小段時(shí)間，使總線上各站點(diǎn)都知道已發(fā)生了沖突而停止各自的發(fā)送。進(jìn)行這種干預(yù)之后，便放棄這次發(fā)送。延遲一段時(shí)間待總線空后重發(fā)。競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送的流程。

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