计算机网络和多媒体技术

1. 计算机网络和多媒体技术 ——网络和数据通信基本概念

2. 课程内容 计算机网络的基本知识 局域网和广域网 Internet基本知识 Internet的使用 HTML和CSS 多媒体基本知识 多媒体关键技术 多媒体硬件和设备 声音/音频的采集和处理 图像信息的采集和处理 网页动画制作软件Flash 网络技术 多媒体技术

3. 参考书籍(仅供参考) 《计算机网络教程》 谭浩强主编，王兴玲、杜树杰、刘兰芳编著 电子工业出版社 《多媒体基础》陈明编著清华大学出版社 《计算机网络与多媒体应用基础》 黄云森主编，李智渊主审 清华大学出版社

4. 成绩评定、上机辅导 出勤、课堂表现、上机作业(40%±) 期末考试(60%±) 上机时间： 每周四9-10节(第三周开始) 上机地点： 计算中心3号、4号和5号机房 注意课堂纪律!!!

5. 课程网站 课程网站： http://icl.pku.edu.cn/member/chbb/lecture/cc/ 助教 韩冬煦 (3号机房) 马尔胡甫 (4号机房) 李月伦 (5号机房)

6. 内容概要 网络和数据通信的基本概念 网络的基本概念 数据通信基础

7. 什么是计算机网络？ 计算机网络是现代计算机技术和通信技术相结合的产物。它是用通信线路和通信设备将分布在不同地点的具有独立功能的多个计算机系统互相连接起来，在网络软件的支持下实现彼此之间的数据通信和资源共享的系统。

8. 通讯子网和资源子网 计算机网络通常被划分为通信子网和资源子网。 在计算机网络中，主机和主机之间通信，要经过很多中间通信设备以及传输线路，它们的功能主要是进行数据通信，所以称为通信子网。 除通信子网外的连网计算机（主机）上从逻辑上说属于网络的应用部分，上面保存有大量数据，所以称为资源子网。 何谓“主机(host)”?

9. 网络软件 网络软件包括网络操作系统和基于网络的应用软件。 网络操作系统除了具有一般操作系统应该具有的功能外，还应具有管理和操作网络设备进行通信以及维护网络安全等功能。常见的网络操作系统有：Windows、Unix、Linux 网络应用软件是建立在网络通信基础上的应用软件，例如网络数据库管理软件、电子邮件软件等等。

10. 计算机网络的分类 通常根据网络的覆盖范围，可将网络分为： （1）局域网(LAN: Local Area Network) 一般指覆盖范围较小的网络。如：一座楼房或一个单位内部的网络。 （2）广域网(WAN: Wide Area Network) 是指远距离的、大范围的计算机网络。跨地区、跨城市、跨国家的网络都是广域网。 （3）城域网(MAN: Metropolitan Area Network) 覆盖范围在局域网和广域网之间。一般指覆盖范围为一个城市的网络。

11. LAN、MAN和WAN的对比 覆盖范围：LAN<MAN<WAN 传输速度：LAN>MAN>WAN 由于传输距离直接影响传输速度，因此，局域网内的通信，由于传输距离短，传输的速率一般都比较高。目前，局域网的传输速率一般可达到10Mb/s和100Mb/s，高速局域网传输速率可达到1000Mb/s。 成本：LAN<MAN、WAN LAN的构建以及设备比较便宜 WAN、MAN的构建和设备都比较昂贵

12. 计算机网络的功能 （1）数据通信 （2）资源共享

13. 内容概要 网络和数据通信的基本概念 网络的基本概念 数据通信基础

14. 数据通信系统模型 数据通信系统的主要任务是在两个实体之间交换数据。 通常，一个数据通信系统由五个部分组成： （1）信源 产生发送数据的设备 （2）发送器 对信号进行转换和编码以产生能在特定传输系统中传输的电磁信号、光信号、以及无线电信号。 （3）传输系统 链接信源和信宿的传输线或网络 （4）接收器 从传输系统接收信号并转换成信宿可以处理的信号 （5）信宿 信号的传输终点，从接收器接收信号

15. 数据通信系统模型 电话线 源计算机 MODEM MODEM 目的计算机 信源 发送器 传输系统 接收器 信宿 源系统 目的系统

16. 信号的分类 在线路上传输的信号，可分为数字信号和模拟信号： （1）数字信号 数字信号是离散的信号，由可数个信息元素组成，元素和元素之间不存在中间状态。如计算机所用的由二进制代码“0”和“1”组成的信号。在通信线路上传输时，可以借助于电信号的状态来表示数字信号中的信息元素。 （2）模拟信号 信号的波高(振幅) 是连续变化的信号，如话音信号和广播电视信号。模拟信号在模拟线路上传输，在模拟线路上，模拟信号（例如电话中的声音）是通过电流和电压的变化进行传输的。

17. 数字信号的传输方式 1.并行数据传输 2.串行数据传输 在并行传输中同时由多条数据线进行传输，因而传输速度快，但缺点是成本比较高，因此适合短距离数字传输。在串行传输中，数字信号逐位在一个信道上传输，所以传输速度低，但优点是成本低，适合远距离数字传输。

18. 基带传输和宽带传输 根据信号是直接还是通过载波进行传输，信号的传输方式可以分为： （1）基带传输 是将计算机发送的数字信号“1”或“0”用两种不同的信号状态(电压)来表示，直接送到线路上传输，特点是直接控制信号的状态。 （2）宽带传输 数据并不是直接转换为信号传输出去，而是通过改变载波信号的特点承载数据并传输出去。是基带信号经过调制后形成的模拟信号。

19. 信号的调制和解调 载波：可以用来载送数据的信号。有些信号(如：数字信号)不适合远距离传输，通常可以把该信号加载到一种易于远距离传输的信号上进行传输，这种适合远距离传输的信号就是载波。通常以正弦波作为信号载波。 调制：将信号加载到载波的过程通常调制的方式有调频、调幅和调相。原始信号体现在对载波信号频率、振幅和相位特点的改变上。 解调：将载波和原始信号分离的过程 完成调制和解调任务的设备称为调制解调器(MODEM)。

20. 带宽(bandwidth) 带宽 指 传输线路 的传输能力，是单位时间内传输线路上最大可能传输的二进制位数(比特数)，所以单位一般是b/s(位/秒)。 由于历史的原因，在模拟通讯时代，带宽主要指传输线路上信号频率的变动范围，单位是Hz。如：电话线上的信号频率变动范围为200Hz～3200Hz，所以电话线的带宽为3000。 宽带 or 窄带?

21. 通信方式 根据信号的流向，数据传输方式又可以分为： （1）单工通信 数据传输的流向只允许单方向传输 （2）半双工通信 数据传输的流向允许做双向传输，但在同一时间内，只允许单向传输 （3）全双工通信 可双向同时进行数据传输

22. 同步方式(synchronization) 在通信中，一个很重要的问题是保持信源和信宿的同步，信宿必须知道什么时刻是一个二进制位的开始，什么时刻是一个字符的开始，这通常通过同步技术来解决。常用的同步技术有两种：异步传输和同步传输。 （1）异步传输以字符作为传输单位。为了实现字符同步，在传送一个字符序列时，在字符的开始加上一个二进制位，表示该字符的起始，称为起始位，在字符的结尾加上一到两个二进制位，表示字符的结束，称为停止位，平时，不传输字符时，线路处于“1”状态，一旦接收端检测到线路从“1”状态变为“0”状态，意味着一个字符的起始位到达，接收端利用该位实现与发送端的字符同步，并按顺序接收字符。当发送字符结束，发送端又使线路处于“1”电平状态，直至发送下一个字符为止。（面向字符）

23. 同步方式 （2）同步传输模式以数据块作为传输单位，在传输时要保证信源和信宿双方建立准确的位同步信号，通常发送端在传输数据前附加一个或多个同步字符，而在接收端取掉同步字符，剩下的就是传输数据。（面向数据块） 异步传输模式的优点是实现起来简单，软硬件开销小，但缺点是每个字符都要加入“起”、“止”位，使传输效率降低，故适用于低速数据传输；而同步传输模式正好相反，软硬件开销大，但传输速率高。

24. 多路复用 由于通信线路的铺设往往相当昂贵，所以常常要考虑如何充分使用通信线路的容量，多路复用技术正是基于这个背景提出的。多路复用(multiplexing)是指把两个以上的单独的信号合并起来，同时在一个通信线路上进行传输，充分利用线路的带宽。主要的多路复用技术有： （1）频分多路复用 （2）时分多路复用 （3）统计时分多路复用

25. 频分多路复用 频分多路复用主要用于宽带传输线路。线路允许传输的频率范围很大（带宽），此时，可以将传输线路的带宽分成若干个信道，每一个信道用来传输一路信号。例如：某传输线路的带宽是300MHz，如果每6MHz划分为一个信道的话，则可以划分为50个信道。 当采用频分多路复用技术传输数字信号时，多路数字信号同时输入到频分多路复用编码器中，多路复用编码器把各路信号调制到不同的频段（使用不同频率的载波），但都在模拟线路的带宽范围内。这样就可以将多路信号合起来放在一条宽带传输线路上进行传输，接收方的频分多路复用解码器，将接收到的信号再恢复成调制以前的信号。

26. 时分多路复用 时分多路复用实际上是多台设备分时占用传输线路，给每一个设备分一个很短的时间间隔，各个设备仅在自己的时间间隔内才能使用传输线路。 例如：有四路信号传输，时分多路复用编码器把第1个时间间隔分给第1路信号，而把第2个时间间隔分给第2路信号，第3个时间间隔分配给第3路信号，第4个时间间隔分配给第4路信号，第5个时间间隔又分配给第1路信号…，在接收端，时分多路复用解码器在还原成时分以前的信号。

27. 统计时分多路复用 时分多路复用的缺点是为每一路信号都分配了传输时间间隔，但没有考虑到各路传输数据的多少，有时候某路没有数据传输，则分给它的时间间隔就会浪费。 统计时分多路复用和时分多路复用一样，也是顺序扫描输入的数据，并把每一路数据放到相应的时间间隔中。但它不预先分配时间间隔，而是动态的按需分配时间间隔，来响应每路信号的要求。

28. 数据交换技术 在通信网络中，从数据发送端到接收端并非直达而是要经过一些中间结点，这些中间结点被称为交换设备，交换设备并不处理经过它的数据，而只是把数据从一个交换设备传到下一个交换设备，直到到达目的地。 通信网络要为所有进入网络的数据提供一条从进网的第一个结点到离开网络的最后一个结点的通路，实现这种通路的技术就称为数据交换技术。

29. 计算机网络图示 B 2 3 A 1 6 C 4 5

30. 数据交换技术 数据交换技术通常可以分作两大类： （1）线路交换(circuit switching) （2）存储/转发式交换(store-and forward) 1) 报文交换方式(message switching) 2) 分组交换方式(packet switching)

31. 线路交换 线路交换在通信两端的设备间，通过一个个交换设备间的线路连接，建立起一条为数据传输提供的专用物理通路。 线路交换方式的最重要的特点是在一对主机之间建立起一条专用的数据通路。包括连接建立、数据传输和连接拆除三个过程。通路建立时需要一定的呼叫建立时间。一旦通路建立，在各结点上几乎没有时延，但是由于通路建立时，线路是专用的，即使是空闲，其他用户也不能使用。

32. 存储转发 在存储转发技术中，数据传输不要求建立专门的物理通路，交换设备首先将途径的数据接收并存储下来，然后再选择一条合适的通路将它转发出去，从而为数据传输提供了传输通路。根据转发的数据的不同，存储/转发式交换又分为： （1）报文交换 （2）分组交换(计算机网络使用)

33. 报文交换 在网络的每一个结点（交换设备）先将整个报文（要传输的数据）完整的接收并存储下来，然后选择合适的链路转发到下一个结点（交换设备）。每个结点（交换设备）都对报文进行如此存储/转发，最终到达目的地。 通信双方事先并不用建立专门的通信线路；任何时刻传输数据仅仅占用一段线路；因为每次要存储整个报文，对报文存储转发时间长；交换设备需要有足够的内存；若传输发送错误，整个报文需要重传；因为转发时可能没有空闲线路而需要等待，传输时延不定。

34. 分组交换 分组交换同样属于存储转发交换，数据不是作为一个整体进行传输，而是划分为大小相同的许多数据分组来进行传输。这些数据分组称为“包”或分组。这些数据分组可以通过不同的路线先后到达同一目的地址，数据分组到达目的地后，进行合并还原以确保收到的数据在整体上与发送的数据完全一致。 在分组交换中，每个分组除含有一定长度的需要传输的数据外，还包括一在些控制信息，其中包括分组将被发送的目的地址。一个分组的的最大长度通常被限制（1000-2000）位。 以分组为单位进行存储转发，存储转发时间短；一个分组发生错误，不需要重发整个报文；以分组为单位使用线路，线路不会长时间为一路数据占用；

35. 思考题 （1）什么是计算机网络？ （2）按照覆盖范围，计算机网络可以分为几种？ （3）计算机网络的主要功能是什么，举例说明？ （4）线路交换和存储转发技术有什么不同？虚电路和线路交换又有什么不同？ （5）什么是基带传输和宽带传输？ （6）传输线路的带宽的含义有哪些？ （7）为什么要引入多路复用技术？ （8）计算机网络主要采用何种数据交换技术？