2012年软考网络工程师全面复习笔记(1)

计算机基础知识 一.计算机发展史略

世界上第一台电子数字式计算机于1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行，它的名称叫ENIAC(埃尼阿克)，是电子数值积分计算机(The Electronic Numberical Intergrator and Computer)的缩写。它使用了17468个真空电子管，耗电174千瓦，占地170平方米，重达30吨，每秒钟可进行5000次加法运算。虽然它的功能还比不上今天最普通的一台微型计算机，但在当时它已是运算速度的绝对冠军，并且其运算的精确度和准确度也是史无前例的。以圆周率(π)的计算为例，中国的古代科学家祖冲之利用算筹，耗费15年心血，才把圆周率计算到小数点后7位数。一千多年后，英国人香克斯以毕生精力计算圆周率，才计算到小数点后707位。而使用ENIAC进行计算，仅用了40秒就达到了这个记录，还发现香克斯的计算中，第528位是错误的。

ENIAC奠定了电子计算机的发展基础，开辟了一个计算机科学技术的新纪元。有人将其称为人类第三次产业革命开始的标志。

ENIAC诞生后，数学家冯·诺依曼提出了重大的改进理论，主要有两点：其一是电子计算机应该以二进制为运算基础，其二是电子计算机应采用\存储程序\方式工作，并且进一步明确指出了整个计算机的结构应由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置。冯·诺依曼的这些理论的提出，解决了计算机的运算自动化的问题和速度配合问题，对后来计算机的发展起到了决定性的作用。直至今天，绝大部分的计算机还是采用冯·诺依曼方式工作。

ENIAC诞生后短短的几十年间，计算机的发展突飞猛进。主要电子器件相继使用了真空电子管，晶体管，中、小规模集成电路和大规模、超大规模集成电路，引起计算机的几次更新换代。每一次更新换代都使计算机的体积和耗电量大大减小，功能大大增强，应用领域进一步拓宽。特别是体积小、价格低、功能强的微型计算机的出现，使得计算机迅速普及，进入了办公室和家庭，在办公室自动化和多媒体应用方面发挥了很大的作用。目前，计算机的应用已扩展到社会的各个领域。 电子计算机还在向以下四个方面发展：

巨型化天文、军事、仿真等领域需要进行大量的计算，要求计算机有更高的运算速度、更大的存储量，这就需要研制功能更强的巨型计算机。

微型化专用微型机已经大量应用于仪器、仪表和家用电器中。通用微型机已经大量进入办公室和家庭，但人们需要体积更小、更轻便、易于携带的微型机，以便出门在外或在旅途中均可使用计算机。应运而生的便携式微型机(笔记本型)和掌上型微型机正在不断涌现，迅速普及。

网络化将地理位置分散的计算机通过专用的电缆或通信线路互相连接，就组成了计算机网络。网络可以使分散的各种资源得到共享，使计算机的实际效用提高了很多。计算机联网不再是可有可无的事，而是计算机应用中一个很重要的部分。人们常说的因特网(INTERNET，也译为国际互联网)就是一个通过通信线路联接、覆盖全球的计算机网络。通过因特网，人们足不出户就可获取大量的信息，与世界各地的亲友快捷通信，进行网上贸易等等。 智能化目前的计算机已能够部分地代替人的脑力劳动，因此也常称为\电脑\。但是人们希望计算机具有更多的类似人的智能，比如：能听懂人类的语言，能识别图形，会自行学习等等，这就需要进一步进行研究。 二.计 算 机 的 应 用

(1) 科学计算如：计算量大、数值变化范围大的天文学、量子化学、空气动力学、核物理学和天气预报等领域中的复杂运算。

(2) 数据处理是计算机应用的一个重要方面，如：办公自动化、企业管理、事务管理、情报检索等非数值计算的领域。

(3) 过程控制如：冶金、石油、化工、纺织、水电、机械、航天等现代工业生产过程中的自动化控制。 (4) 计算机辅助系统

计算机辅助设计 CAD：如飞机、船舶、建筑、机械、大规模集成电路等的设计。 计算机辅助制造 CAM：用计算机进行生产设备的管理、控制和操作。

计算机辅助教育 CBE：如计算机辅助教学CAI、计算机辅助测试 CAT、计算机管理教学 CMI

(5) 人工智能 AI 是计算机应用研究的前沿学科。 (6) 信息高速公路(此即 “国家信息基础设施” NII 的俗称)

我国已建立的大型计算机应用工程-\金\字工程：金桥工程(全国经济信息网) 金卡工程(金融信息网) 金关工程(外贸海关信息网) 金智工程(教育科研信息网)

(7)电子商务利用国际互联网Internet 进行网上商务活动，始于1996年，现已发展迅速，全球已有许多企业先后开展了“电子商务”活动。 三.计算机系统的组成 1.计算机的基本结构

冯·诺依曼(美籍匈牙利数学家)对计算机结构提出的设计思想：

(1)计算机应由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备; (2) 采用存储程序的方式，程序和数据存放在同一个存储器中;

(3) 指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序递增，但可按运算结果或外界条件而改变;

(4) 机器以运算器为中心，输入/输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。 2.计算机工作原理计算机的工作过程其实就是一个执行指令和程序的过程。 指令的执行过程：

第一阶段，计算机将要执行的指令从内存取到CPU，此阶段称之为取指周期; 第二阶段，CPU对取入的指令进行分析译码，判断该指令要完成的操作，然后向各部件发出完成该操作的控制信号，完成该指令的功能，此阶段称之为执行周期。 程序的执行过程：就是逐条执行指令的过程。取指令→执行指令→取指令→执行指令……

指令：就是让计算机完成某个操作所发出的命令，是计算机完成某个操作的依据。它包括操作码和操作数两部分。

操作码：指明该指令要完成的操作。

操作数：是指参加运算的数或者数所在的单元地址。

指令的分类：包括：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、移位运算指令、位与位串操作指令、控制转移指令、输入/输出指令、其他指令。

指令系统：指一台计算机的所有指令的集合。不同的计算机其指令系统不一定相同。 程序：是由一系列指令构成的有序集合。

3. 计算机的硬件系统计算机硬件主要由中央处理器、主存储器、辅助存储器、输入/输出设备和总线等组成。

其中：中央处理器、主存储器和总线构成“主机” ，辅助存储器和输入/输出设备构成“外设”。

微机的主机箱内主要有下列部件：

(1) 系统主板是一块集成电路板，是微机最主要的部件，它包括微处理器模块、内存模块、基本I/O接口、中断控制器、DMA(直接存取存储器)控制器及连接其他部件的总线。 微处理器 CPU ：是微机的核心部件，控制计算机的各项工作。 Pentium 处理器主要由执行单元、指令预取部件、指令译码部件、地址转换与管理部件、指令快存(cache)和数据快存(cache)、总线接口部件和控制器等组成。其核心是执行单元(即运算器)，它的任务是高速完成各种算术和逻辑运算。

CMOS存储器：用来存放用户对计算机的配置参数。存放在其中的信息可以在计算机开机时进行修改，关机后可保持设置不变。其中的信息要依靠小电池来维持，电池放电后，会使其中的信息全部丢失。

I/O总线：包括传送数据信号的数据总线DB(是双向的)、传送地址信号的地址总线AB(是单向的)、传送控制信号的控制总线CB 。常用的有PCI(外围设备接口)总线、 ISA(工业标准体系结构)总线、EISA(扩展的工业标准体系结构)总线. 通用串行总线(USB)：可以连接几乎所有外部设备。

输入/输出接口电路：并行接口、串行接口、软盘接口、IDE(智能设备电子接口)硬盘接口、键盘接口等

中断控制器、DMA控制器 (2) 硬盘驱动器 (3) 软盘驱动器 (4) 光盘驱动器 (5) 电源 (6) 显示卡 (7) 其他卡(声卡、视卡、网卡、…) 计算机常用的外部设备有： (1) 输出设备：

显示器：常见的有单色CRT(阴极射线管)显示器、彩色CRT显示器、平板显示器。主要技术指标是：分辨率、彩色数目、屏幕尺寸

打印机：常见的有针式打印机、喷墨打印机、激光打印机绘图仪：常见的有平板式绘图仪、滚筒式绘图仪 音箱

(2) 输入设备：

鼠标：常见的有机械式、光电式和光机式三类鼠标。笔记本电脑上用跟踪球代替鼠标。 键盘：常见的有101键盘、 104键盘。扫描仪：常见的有手持式扫描仪、平板式扫描仪。

其他输入设备：数字化仪、条形码读入器、磁卡阅读机、话筒、摄象机等

(3)计算机通讯设备 —— 调制解调器(Modem)：在Internet 中，微机之间常通过电话线来传送数据，通过电话线传送的信号是模拟信号，而计算机中的信号是数字信号，Modem的作用就是实现这两种信号的转换。 调制：将数字信号转换成模拟信号的过程 解调：将模拟信号转换成数字信号的过程

Modem有外置式、内置式、PC卡式(是专为笔记本电脑设计的)三种。 4.计算机软件系统

软件：是利用计算机本身提供的逻辑功能，合理地组织计算机的工作，简化或代替人们在使用计算机过程中的各个环节，提供给用户的一个便于掌握操作的工作环境。不论是支持计算机工作还是支持用户应用的程序都是软件。

(1) 计算机软件的发展机器语言 → 汇编语言 →高级语言 → 操作系统 → 网络软件 → 数据库软件 (2)软件分类与简介 几个基本概念：

系统软件：指那些为整个计算机系统所配置的、不依耐于特定应用的通用软件。系统软件可供所有用户使用。

应用软件：指用于解决各种不同具体应用问题的专门软件。它包括定制软件(特定用户使用)和通用应用软件。

裸机：没装任何软件的计算机 虚拟计算机：具有操作系统的计算机 (3)系统软件的基本概念

源程序：用高级语言编写出来的程序。

目标程序：由源程序翻译出来的机器语言程序或汇编语言程序。

编译程序：将高级语言源程序翻译成机器语言或汇编语言的程序，如：FL.EXE 翻译有“编译”和“解释”两种方式。

编译方式：首先将源程序翻译成等价的目标程序，然后再执行此程序，运行速度较快。如：C 、FORTRAN

解释方式：是把源程序逐句翻译，翻译一句执行一句，边翻译边执行，运行速度较慢。解释程序不产生将被执行的目标程序，而是借助解释程序直接执行源程序本身。如：BASIC 、 LISP

联接程序：把目标程序变成可执行的程序。也称组合编译程序或联接编译程序。 将源程序转换成可执行的目标程序一般分为两个阶段：翻译阶段和联接阶段。翻译阶段的目标模块由于没有分配存储器的绝对地址，仍然不能执行，只有经过联接阶段，把目标程序以及所需要的功能库转换成一个可执行的装入程序，该装入程序分配有地址，故可以执行。 四计算机网络基础知识

计算机网络就是计算机之间通过连接介质互联起来，按照网络协议进行数据通信，实现资源共享的一种组织形式。什么是连接介质呢?连接介质和通信网中的传输线路一样，起到信息的输送和设备的连接作用计算机网络的连接介质种类很多，可以是电缆、光缆、双绞线等“有线”的介质，也可以是卫星微波等“无线”介质，这和通信网中所采用的传输介质基本上是一样的。

在连接介质基础上，计算机网络必须实现计算机间的通信和计算机资源的共享，因此它的结构，按照其功能可以划分成通信子网和资源子网两部分。当然，根据硬件的不同，将它分成主机和通信子网两部分也是正确的。

主机的概念很重要，所为主机就是组成网络的各个独立的计算机。在网络中，主机运行应用程序。这里请注意区别主机与终端两个要领终端指人与网络打交道时所必需的设备，一个键盘加一个显示器即可构成一个终端，显然，主机由于要运行应用程序，只有一个键盘和显示器是不够的，还要有相应的软件和硬件才行。因此，不能把终端看成主机，但有时把主机看成一台终端是可以的。

协议是什么?拿电报来做比较，在拍电报时，必须首先规定好报文的传输格式，多少位的码长，什么样的码字表示启动，什么样的码字又表示结束，出了错误怎么办，怎地方发报人的名字和地址等，这种预先定好的格式及约定就是协议。这样就也网络协议的定义：为了使网络中的不同设备能进行下沉的数据通信而预先制定一整套通信双方相互了解和共同遵守的格式和约定。

协议对于计算机网络而言是非常重要的，可以说没有协议，就不可能有计算机网。每一种计算机网络，都有一套协议支持着。

由于现在在计算机网种类很多，所以现有的网络通信协议的种类也很多。典型的网络通信协议有开放系统互连(OSI)协议1、X.25协议等。TCP/IP则是为Internet互联的各种网络之间能互相通信而专门设计的通信协议。

可见，由于连接介质的不同，通信协议的不同，计算机网络的种类名目繁多。但一般来讲，计算机网络可以按照它覆盖的地理范围，划分成局域网和广域网。局域网一般指分布于

几公里范围内的网络，常见的局域中校园网、大楼网等;广域网则在分范围很区域内提供数据通信服务，前面提到的NSFnet，国内的如中国公用分组交换网(CHINAPAC)、中国公用数字数据网(CHINADDA),以及建议中的国家教育和科研网(CERnet)等都属于广域网，建设好的CHINANET也将是一个广域网。

1. 网络定义计算机网络是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件(包括网络通信协议、信息交换方式及网络操作系统等)实现网络中资源共享和信息交换的系统。

2. 网络组成若干主机、一个通信子网、一系列通信协议 3. 网络功能

1)信息交换如：传送电子邮件、发布新闻、电子购物、远程教育等 2)资源共享如：计算处理能力、磁盘、打印机、绘图仪、数据库、文件等 3)分布式处理：由网络内多台计算机分别完成一项复杂任务的各部分 4)提高计算机系统的可靠性和可用性：网络中的计算机可互为备用

4. 网络分类按规模和距离分为：广域网WAN(Wide Area Network)、局域网LAN(Local Area Network) 5. 网络设备

网络传输介质：有双绞线电缆、同轴电缆、光导纤维、激光、红外线、微波和卫星通信等。

网内连接设备：网络适配器(网卡)、中继器、集线器 网络互联设备：传输线 网间连接设备：网桥、路由器

6. 网络的拓扑结构网络的拓扑结构指各节点(网络上的计算机、大容量磁盘、高速打印机等)在网络上的连接方式。它影响网络传输介质的选择和控制方法的确定，会影响网上节点的运行速度和网络软、硬件接口的复杂度。

常见的拓扑结构有：总线结构、星型结构、环型结构、树型结构、混合型结构 7. 网络的体系结构网络的体系结构是对构成计算机网络的各个组成部分以及计算机网络本身所必须实现的功能的一组定义、规定和说明。

ISO制定的\开放式系统互连\网络模型将网络的通信功能分为七个层次：物理层\\数据链路层\\网络层\\传输层\\会话层\\表示层\\应用层 (由下至上) 附:

一.计算机中数据的表示方法-- 数值数据的编码

数值数据在计算机内用二进制编码表示，常用的原码、反码和补码。

1.机器数与真值通常，称表示一个数值数的机内编码为机器数，而它所代表的实际值称为机器数的真值。对于带符号数，在机器中通常用最高位代表符号位，0表示正，1表示负补码，并设机器字长为8位。

2.原码正数的符号位为0，负数的符号为1，其它位按一般的方法表示数的绝对值，用这样的表示方法得到的就是数的原码。

3.反码正数的反码与其原码相同，负数的反码为其原码除符号位外的各位按位取反(即是0的改为1，是1的改为0)

4.补码正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。 二.计算机指令系统

1.寻址方式：指CPU指令中规定的寻找操作数所在的地址的方式。操作数: MOV AL , 05H 操作码目的操作数，源操作数操作数引用时的字节顺序：若存放的信息是字节，则按顺序存放若存放的信息是字，则将字的低位字节存放在低地址，高位字节存放在高地址注：如果没有特别说明，寻址方式是指源操作数的寻址方式。

2.寻址方式之一：立即寻址操作数作为立即数直接存在指令中，可为字节或字。 3.寻址方式之二：寄存器(直接)寻址操作数包含在指令规定的8位、16位寄存器中。寄存器寻址由于无需从存储器中取操作数，故执行速度快。

4.寻址方式之三：直接寻址在指令的操作码后面直接给出操作数的16位偏移地址。这个偏移地址也称为有效地址EA。操作数默认在DS段中。如果操作数在DS以外的其他段(CS,SS,ES)中，指令中必须指明段寄存器(段超越)。

5.寻址方式之四：寄存器间接寻址操作数地址的偏移量(有效地址EA)存放在寄存器中。以SI,DI, BX间接寻址，默认操作数在DS段中;以BP间接寻址，默认操作数在SS段中。 6.寻址方式之五：基址寻址基址寻址将规定的基址寄存器的内容加上指令中给出的偏移量，即可得到操作数的有效地址。基址寄存器包括基址寄存器BX和基址指针寄存器BP。

7.寻址方式之六：变址寻址变址寻址将规定的变址寄存器的内容加上指令中给出的偏移量，即可得到操作数的有效地址。变址寄存器包括源变址寄存器SI和目的变址寄存器DI。 8.寻址方式之七：基址-变址寻址指令中规定一个基址寄存器和一个变址寄存器，同时还给出一个8位或16位偏移量，将三者的内容相加得到操作数的有效地址。 三.存储器的基本组成及其读写操作

(1)存储器的基本组成主存储器由存储体、地址译码电路、驱动电路、读写电路和控制电路等组成。

主存储器主要功能是:

①存储体:是信息存储的集合体，由某种存储介质按一定结构组成的存储单元的集合。通常是二维阵列组织，是可供CPU和计算机其他部件访问的地址空间。

②地址寄存器、译码电路与驱动器:即寻址系统，将CPU确定的地址先送至地址寄存器中，然后根据译码电路找到应访问的存储单元。在存储体与译码器之间的驱动器的功能是减轻译码线驱动负载能力。由于一条译码线需要与它控制的所有存储单元相联，其负载很大。需要增加驱动器，以译码线连接驱

动器的输入端，由驱动器的输出端控制连接在译码线上的所有存储单元。

③读写电路与数据寄存器:根据CPU的命令，将数据从数据寄存器中写入存储体中特定的存储单元或将存储体中指定单元的内容读到数据寄存器中。

④控制电路:接收CPU传来的控制命令，经过控制电路一系列的处理，产生一组时序信号控制存储器的操作。在存储器的组成中，存储体是核心，其余部分是存储体的外围线路。不同的存储器都是由这几部分组成，只是在选用不同的存储介质和不同的存取方式时，各部分的结构与工作方式略有变化。

(2)存储体阵列计算机存储器中存储的是“0”和“1”的信息，每一个能存储一位二进制并能保持两种状态的元件称为记忆元件。若干记忆元件组成存储单元，一个存储单元能够存储一个或几个字节的二进制信息。每个存储单元都有一个地址编号，用以唯一标识存储单元的位置。信息按地址存入指定的存储单元中，按地址从指定的存储单元中取出。存储单元的集合称为存储体。由于存储体中存储单元的每个二进制位必须并行工作，因此将存储单元按其地址的顺序组成存储阵列。

(3)存储器的地址译码系统 CPU要访问存储单元的地址由地址总线输入到地址寄存器中。地址译码器将地址转换为对应地址线(字线)上的控制信号，以表示选中某一单元，并驱动相应的读写电路，完成对存储单元的读写操作。地址译码为两种方式:一种是单译码方式，仅有一个译码器。译码器输出的每条译码线对应一个存储单元。如地址位数N=10，即译码器可以有2 10 =1024种状态，对应有1024条译码线(字线)即1024个存储单元。另外一种是

双译码方式，将译码器分成X向和Y向两个译码器，通过双译码器的相互作用确定存储单元的地址。设地址长度n仍为10，将其中的前5位输入到X地址译码器中，译出X 0 到X 31 译码线，分别选择0～31行。将后5位输入到Y地址译码器中译出Y 0 到Y 31 译码线，分别选择0～31列。X向译码器和Y向译码器引出的地址线都是2 5 =32条。若采用X向和Y向交叉选择，可以选择从存储单元(0，0)至(31，31)共2 5 ×2 5 =1024个存储单元地址。即同样可以提供1024种状态，而地址线只需要64条，比单译码器节省93.75%的地址线。 (4)存储器的读写操作在CPU向存储体发生读操作命令时，首先由CPU将相应存储单元的地址码送至地址寄存器中;地址译码器将地址寄存器中的地址编码译成相应地址线(字线)的高电位，标志指定的存储单元;然后在CPU的统一控制下，由控制电路将读命令转换成读写电路的操作，执行将指定存储单元的内容传送到数据寄存器的操作，完成了整个存储器读的操作。存储器写的操作与读的操作相类似。 操作系统篇( Unix,Linux,Windows,Netware) 壹. Unix

Unix是一个多任务多用户的操作系统。多任务是指可以同时运行几个不同的程序，或命令。在操作系统的术语里叫\进程\，就象在运行Windows xp 的时候我们可以一边听CD ，一边打字，同时打印机还在工作。多用户是指一台运行Unix系统的机器可以同时具有几个不同的输入输出设备，给几个，几十个用户同时使用。不同的输入输出设备我们称为终端。 Unix给每个终端设置不同的序号以协调工作，这个序号被称为终端序号。 Unix是一个根本不同于Dos的系统，无论其命令格式，用途都和Dos有很大区别。比如：目录分割符是\而不是\。

Unix的发展阶段

从总体来看，Unix的发展可以分为三个阶段：

第一阶段为Unix的初始发展阶段，从1969年AT&T贝尔实验室创造了Unix操作系统，到刚开始只是在实验室内部使用并完善它，这个阶段Unix从版本1发展到了版本6。同时Unix也以分发许可证的方法，允许大学和科研机构获得Unix的源代码进行研究发展。 这个阶段最重要的事件可以算Unix的作者使用C语言对Unix的源代码重新改写，使Unix非常具有可移植性。

第二阶段为80年代，这是Unix的丰富发展时期，在Unix发展到了版本6之后，一方面AT&T继续发展内部使用的Unix版本7 ，同时也发展了一个对外发行的版本，但改用System加罗马字母作版本号来称呼它。System III和System V都是相当重要的Unix版本。此外，其他厂商，以及科研机构都纷纷改进Unix，其中以加州大学伯克利分校的BSD版本最为著名，从4.2BSD中也派生出了多种商业Unix版本。

在这个时期中，Internet开始进行研究，而BSD Unix最先实现了TCP/IP，使Internet和Unix紧密结合在一起。

第三阶段是Unix的完善阶段，从90年代开始到现在。当AT&T推出System V Release 4(第五版本的第四次正式发布产品)之后，它和伯克利的4.3BSD已经形成了当前Unix的两大流派。此时，AT&T认识到了Unix价值，因此他起诉包括伯克利在内的很多厂商，伯克利不得不推出不包含任何AT&T源代码的4.4BSD Lite，这次司法起诉也使很多Unix厂商从BSD转向了System V流派。

这个时期的另一个事件是Linux的出现，一个完全免费的与Unix兼容的操作系统，运行在非常普及的个人计算机硬件上。Linu x已经有500多万用户，成为仅次于Windows的第二大操作系统。 贰.Linux

1991年，芬兰赫尔辛基大学的学生Linus Benedict Torvalds为了实习MINIX(Andrew S. Tanenbaum所创的一种“微型”的、主要供研究教学使用的PC UNIX)，在自己使用的486微机上开始试验开发一套比MINIX功能更强、能在低档微机上运行、对硬件要求不高而又能支持在PC上被广泛使用的众多外围设备的PC UNIX系统，他将这个摇篮中的系统称为“LINUX”。 1991年10月，Linus通过INTERNET公布了他的第一个“作品”——LINUX 0.02版，他将之放在互联网上的一个FTP服务器里供其他人自由下载，并在USENET讨论区comp.os.minix发布了相关消息。很快，这个由个人开发的自由操作系统吸引了众多网络冲浪者的注意，在众多价格不菲的商业操作系统充斥市场的年代里，LINUX的出现无疑带来一股清新气息。许多人(他们中不乏高级专业人才)开始在这个系统上工作：有的测试和修正核心的错误;有的给核心增加新的功能;有的开发或移植应用软件;有的为其编写新的硬件驱动程序;而有的则为其编写使用文档。LINUX以前所未有的速度蓬勃发展，一段时间后，LINUX的支持者几乎已经遍布全球，参与开发的成员也呈专业分工之势，LINUX的核心版本几乎每两个星期就更新一次，这种发展速度一直维持到今天，其蓬勃的生命力是其它任何商业操作系统所不能媲美的。LINUX诞生历程成为计算机发展历上的一个传奇故事。 一 .linux操作系统文件目录

随着linux的不断发展，越来越多的人开始使用Linux，对于那些刚刚接触的人来说，恐怕最先感到困惑的就是那些“不明不白”的目录了。如果想熟练使用linux，让Linux听命于自己，就必须掌握这些目录，下面就以Xteam公司的最新产品——Xteamlinux 4.0为例，介绍一下在该系统下的目录。 /bin bin是Binary的缩写。这个目录存放着最经常使用的命令。

/boot这里存放的是启动linux时使用的一些核心文件，包括一些链接文件以及镜像文件。 /dev dev是Device(设备)的缩写。该目录下存放的是linux的外部设备，在Linux中访问设备的方式和访问文件的方式是相同的。

/etc这个目录用来存放所有的系统管理所需要的配置文件和子目录。

/home用户的主目录，在linux中，每个用户都有一个自己的目录，一般该目录名是以用户的账号命名的。

/lib这个目录里存放着系统最基本的动态链接共享库，其作用类似于Windows里的DLL文件。几乎所有的应用程序都需要用到这些共享库。

/lost+found这个目录一般情况下是空的，当系统非法关机后，这里就存放了一些文件。 /mnt在这里面中有四个目录，系统提供这些目录是为了让用户临时挂载别的文件系统的，我们可以将光驱挂载在/mnt/cdrom上，然后进入该目录就可以查看光驱里的内容了。 /proc这个目录是一个虚拟的目录，它是系统内存的映射，我们可以通过直接访问这个目录来获取系统信息。这个目录的内容不在硬盘上而是在内存里，我们也可以直接修改里面的某些文件，比如可以通过下面的命令来屏蔽主机的ping命令，使别人无法ping 你的机器：echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/icmp_echo_ ignore_all。

/root该目录为系统管理员，也称作超级权限者的用户主目录。

/sbin s就是Super User的意思，这里存放的是系统管理员使用的系统管理程序。 /tmp这个目录是用来存放一些临时文件的。

我们要用到的很多应用程序和文件几乎都存放在usr目录下。 具体来说： /usr/X11R6存放X-Windows的目录; /usr/games存放着Xteamlinux自带的小游戏; /usr/bin存放着许多应用程序;

/usr/sbin存放root超级用户使用的管理程序; /usr/doc linux技术文档;

/usr/include用来存放linux下开发和编译应用程序所需要的头文件; /usr/lib存放一些常用的动态链接共享库和静态档案库;

/usr/local这是提供给一般用户的/usr目录，在这里安装一般的应用软件; /usr/man帮助文档所在的目录;

/usr/src linux开放的源代码，就存在这个目录，爱好者们别放过哦;

/var这个目录中存放着在不断扩充着的东西，我们习惯将那些经常被修改的目录放在这个目录下。包括各种日志文件。如果你想做一个网站，你也会用到/var/www这个目录。 二.linux网络服务器配置基础 叁.Windows

在2000年3月微软推出了Windows 2000中文版。 Windows 2000采用Windows NT内核技术，比以前的版本更加稳定，而且它继承了以往Windows界面友好、操作方便的特征.

肆.Netware

Netware是NOVELL公司推出的网络操作系统。

Netware最重要的特征是基于基本模块设计思想的开放式系统结构。Netware是一个开放的网络服务器平台,可以方便地对其进行扩充。 Netware系统对不同的工作平台(如D0S、0S/2、Macintosh等),不同的网络协议环境如TCP/IP以及各种工作站操作系统提供了一致的服务。该系统内可以增加自选的扩充服务(如替补备份、数据库、电子邮件以及记帐等),这些服务可以取自Netware本身,也可取自第三方开发者。

目前常用的版本有3.11、3.12和4.10 、V4.11，V5.0等中英文版本，而主流的是NETWARE 5版本，支持所有的重要台式操作系统(DOS,Windows,OS/2,Unix和Macintosh)以及IBM SAA环境，为需要在多厂商产品环境下进行复杂的网络计算的企事业单位提供了高性能的综合平台。

NetWare是具有多任务、多用户的网络操作系统，它的较高版本提供系统容错能力(SFT)。使用开放协议技术(OPT)，各种协议的结合使不同类型的工作站可与公共服务器通信。这种技术满足了广大用户在不同种类网络间实现互相通信的需要，实现了各种不同网络的无缝通信，即把各种网络协议紧密地连接起来，可以方便地与各种小型机、中大型机连接通信。NetWare可以不用专用服务器，任何一种PC机均可作为服务器。NetWare服务器对无盘站和游戏的支持较好，常用于教学网和游戏厅。

Novell NetWare由两部分组成，即安装和运行在微机工作站上的用户接口shell(重定向程序，其作用是对来自工作站应用程序的请求进行解释，判断这些请求是本地请求还是网络请求)和安装并运行在文件服务器上的NetWare核心部分。 附:

嵌入式系统 英国电机工程师协会的定义，嵌入式系统就是为控制、监视或辅助设备、机器或甚至工厂运作的装置。它是一种电脑软件与硬件的综合体，并且特别强调『量身定做』的原则，也就是基于某一种特殊用途，我们就会针对这项用途开发出截然不同的一项系统出

来，也就是所谓的客制化(Customize)。在新兴的嵌入式系统产品中，常见的有手机、PDA、GPS、Set-Top-Box或是嵌入式伺服器(embedded server)及精简型终端设备(thin client)等。 嵌入式系统一般指非 PC 系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于 PC 中 BIOS 的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。

嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。嵌入式系统的硬件部分，包括处理器 / 微处理器、存储器及外设器件和 I/O 端口、图形控制器等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用 EPROM 、 EEPROM 或闪存 (Flash Memory) 作为存储介质。软件部分包括操作系统软件 ( 要求实时和多任务操作 ) 和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为;而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

过去很多嵌入式系统不是一个操作系统，或者是提供商的专有核心，或者是DOS操作系统的扩展。显然这些方法并不能适应今天嵌入式系统开发的要求!现有的一些商业实时操作系统，尽管提供了很小的核心和多任务开发环境，但性能并不理想，也不符合现在实时嵌入式市场的需求。因此，人们把目光投向了通用操作系统(例如Windows、Solaris、linux)，希望把它们“改造”为实时操作系统。通常这些操作系统功能强大，结构复杂，易于软件的二次开发，实用性强，并且提供编程人员熟悉的标准API。此外，这些操作系统也提供了一些对实时软件开发的支持。然而，这些操作系统用于嵌入式系统的开发还存在不足。嵌入式系统要求具备高可靠性，满足应用需求的可剪裁性，以及比通用操作系统要求更高的实时性。做为嵌入式系统开发的解决方案，linux在众多通用操作系统中具有独一无二的优势。首先，Windows和Solaris等专有商业操作系统的剪裁受到商家的严格控制。这大大限制了开发者的剪裁深度。而linux遵循GPL协议，开放所有系统源代码，非常易于剪裁。其次，同其它开放源码的通用操作系统(如FreeBSD)相比，linux在多种处理器、开发板支持和软件开发工具支持上有很强的优势。 linux最初也是作为通用操作系统而设计开发的，但提供了一些实时处理的支持。这包括支持大部分POSIX标准中的实时功能，支持多任务、多线程，具有丰富的通信机制等。 linux还提供符合了POSIX标准的调度策略，包括FIFO调度策略、时间片轮转调度策略和静态优先级抢占式调度策略。其默认的调度策略是第三种。Linux还提供了内存锁定功能，以避免在实时处理中存储页被换出，也提供了符合POSIX 标准的实时信号机制。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上 PDA 、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。

数据通信基础篇

一、数据通信的构成原理、交换方式及适用范围

1.数据通信的构成原理

DTE是数据终端。数据终端有分组型终端(PT)和非分组型终端(NPT)两大类。分组型终端有计算机、数字传真机、智能用户电报终端(TeLetex)、用户分组装拆设备(PAD)、用户分组交换机、专用电话交换机(PABX)、可视图文接入设备(VAP)、局域网(LAN)等各种专用终端设备;非分组型终端有个人计算机终端、可视图文终端、用户电报终端等各种专用终端。 数据电路由传输信道和数据电路终端设备(DCE)组成，如果传输信道为模拟信道，DCE通常就是调制解调器(MODEM)，它的作用是进行模拟信号和数字信号的转换;如果传输信道为数字信道，DCE的作用是实现信号码型与电平的转换，以及线路接续控制等。传输信道除有模拟和数字的区分外，还有有线信道与无线信道、专用线路与交换网线路之分。交换网线路要通过呼叫过程建立连接，通信结束后再拆除;专线连接由于是固定连接就无需上述的呼叫建立与拆线过程。计算机系统中的通信控制器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。中央处理器用来处理由数据终端设备输入的数据。 2.数据通信的交换方式

通常数据通信有三种交换方式：

(1)电路交换电路交换是指两台计算机或终端在相互通信时，使用同一条实际的物理链路，通信中自始至终使用该链路进行信息传输，且不允许其它计算机或终端同时共亨该电路。 (2)报文交换报文交换是将用户的报文存储在交换机的存储器中(内存或外存)，当所需输出电路空闲时，再将该报文发往需接收的交换机或终端。这种存储_转发的方式可以提高中继线和电路的利用率。

(3)分组交换分组交换是将用户发来的整份报文分割成若于个定长的数据块(称为分组或打包)，将这些分组以存储_转发的方式在网内传输。第一个分组信息都连有接收地址和发送地址的标识。在分组交换网中，不同用户的分组数据均采用动态复用的技术传送，即网络具有路由选择，同一条路由可以有不同用户的分组在传送，所以线路利用率较高。 3.各种交换方式的适用范围

(1)电路交换方式通常应用于公用电话网、公用电报网及电路交换的公用数据网(CSPDN)等通信网络中。前两种电路交换方式系传统方式;后一种方式与公用电话网基本相似，但它是用四线或二线方式连接用户，适用于较高速率的数据交换。正由于它是专用的公用数据网，其接通率、工作速率、用户线距离、线路均衡条件等均优于公用电话网。其优点是实时性强、延迟很小、交换成本较低;其缺点是线路利用率低。电路交换适用于一次接续后，长报文的通信。

(2)报文交换方式适用于实现不同速率、不同协议、不同代码终端的终端间或一点对多点的同文为单位进行存储转发的数据通信。由于这种方式，网络传输时延大，并且占用了大量的内存与外存空间，因而不适用于要求系统安全性高、网络时延较小的数据通信。

(3)分组交换是在存储_转发方式的基础上发展起来的，但它兼有电路交换及报文交换的优点。它适用于对话式的计算机通信，如数据库检索、图文信息存取、电子邮件传递和计算机间通信等各方面，传输质量高、成本较低，并可在不同速率终端间通信。其缺点是不适宜于实时性要求高、信息量很大的业务使用。 二、数据通信的分类 1.有线数据通信

(1) 数字数据网(DDN)数字数据网由用户环路、DDN节点、数字信道和网络控制管理中心组成。DDN是利用光纤或数字微波、卫星等数字信道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。也可以说DDN是把数据通信技术、数字通信技术、光迁通信技术以及数字交叉连接技术结合在一起的数字通信网络。数字信道应包括用户到网络的连接线路，即用户环路的传输也应该是数字的，但实际上也有普通电缆和双绞线，但传输质量不如前。 DDN的主要特点是：

①传输质量高、误码率低：传输信道的误码率要求小。 ②信道利用率高。

③要求全网的时钟系统保持同步，才能保证DDN电路的传输质量。

④DDN的租用专线业务的速率可分为2.4-19.2kbit/s， N×64kbit/s(N=1-32);用户入网速率最高不超过2Mbit/s。 ⑤DDN时延较小。

(2)分组交换网分组交换网(PSPDN)是以CCITT X.25建议为基础的，所以又称为X.25网。它是采用存储_转发方式，?将用户送来的报文分成具用一定长度的数据段，并在每个数据段上加上控制信息，构成一个带有地址的分组组合群体，在网上传输。

分组交换网最突出的优点是在一条电路上同时可开放多条虚通路，为多个用户同时使用，网络具有动态路由选择功能和先进的误码检错功能，但网络性能较差。

(3) 帧中继网帧中继网络通常由帧中继存取设备、帧中继交换设备和公共帧中继服务网3部分组成。帧中继网是从分组交换技术发展起来的。帧中继技术是把不同长度的用户数据组均包封在较大的帧中继帧内，加上寻址和控制信息后在网上传输。 其功能特点为：

①使用统计复用技术，按需分配带宽，向用户提供共亨的的网络资源，?每一条线路和网络端口都可由多个终点按信息流共亨，大大提高了网络资源的利用率。

②采用虚电路技术，只有当用户准备好数据时，才把所需的带宽分配给指定的虚电路，而且带宽在网络里是按照分组动态分配，因而适合于突发性业务的使用。

③帧中继只使用了物理层和链路层的一部分来执行其交换功能，利用用户信息和控制信息分离的D信道连接来实施以帧为单位的信息传送，简化了中间节点的处理。帧中继采用了可靠的ISDN D信道的链路层(LAPD)协议，将流量控制、纠错等功能留给智能终端去完成，从而大大简化了处理过程，提高了效率。当然，帧中继传输线路质量要求很高，其误码率应小于10的负8次方。

④帧中继通常的帧长度比分组交换长，达到1024-4096字节/帧，因而其吞吐量非常高，其所提供的速率为2048Mbit/s。用户速率一般为9.6、4.4、19.2、?N×64kbist/s(N=1-31)，以及2Mbit/s。

⑤)帧中继没有采用存储_转发功能，?因而具有与快速分组交换相同的一些优点。其时延小于15ms。 2.无线数据通信

无线数据通信也称移动数据通信，它是在有线数据通信的基础上发展起来的。有线数据通信依赖于有线传输，因此只适合于固定终端与计算机或计算机之间的通信。而移动数据通信是通过无线电波的传播来传送数据的，因而有可能实现移动状态下的移动通信。狭义地说，移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间的无线通信。它通过与有线数据网互联，把有线数据网路的应用扩展到移动和便携用户。 三. 通信网络常用传输介质的构成和特性

传输媒体是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路,计算机网络中采用的传输媒体可分为有线和元线两大类。双绞线、同轴电缆和光纤是常用的三种有线传输媒体;无线电通信、微波通信、红外通信以及激光通信的信息载体都属于无线传输媒体。 传输媒体的特性对网络数据通信质量有很大影响,这些特性是: (1)物理特性。说明传输媒体的特征。

(2)传输特性。包括信号形式、调制技术、传输速率及频带宽度等内容。 (3)连通性。采用点到点连接还是多点连接。 (4)地理范围。网上各点间的最大距离。

(5)抗干扰性。防止噪音、电磁干扰对数据传输影响的能力。 (6)相对价格。以元件、安装和维护的价格为基础。

下面分别介绍几种常用的传输媒体的特性。

1.双绞线双绞线由螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成,线对扭在一起可以减少相互间的辐射电磁干扰。双绞线是最常用的传输媒体,早就用于电话通信中的模拟信号传输,也可用于数字信号的传输。

(1)物理特性。双绞线芯一般是铜质的,能提供良好的传导率。

(2)传输特性。双绞线既可以用于传输模拟信号,也可以用于传输数字信号。双绞线上也可直接传送数字信号,使用T1线路的总数据传输速率可达1.544Mbpso达到更高数据传输率也是可能的,但与距离有关。双绞线也可用于局域网,如10BASE一T和100BASE-T总线,可分别提供10Mbps和100Mbps的数据传输速率。通常将多对双绞线封装于一个绝缘套里组成双绞线电缆,局域网中常用的3类双绞线和5类双绞线电缆均由4对双绞线组成,其中3类双绞线通常用于10BASE-T总线局域网,5类双绞线通常用于100BASE-T总线局域网。 (3)连通性。双绞线普遍用于点到点的连接,也可以用于多点的连接。作为多点媒体使用时,双绞线比同轴电缆的价格低,但性能较差,而且只能支持很少几个站。

(4)地理范围。双绞线可以很容易地在15公里或更大范围内提供数据传输。局域网的双绞线主要用于一个建筑物内或几个建筑物间的通信,在10016ps速率下传输距离可达1公里。但10Mbps和100Mbps传输速率的1OBASE-T和100BASE-T总线传输距离均不超过100米。 (5)抗干扰性。在低频传输时,双绞线的抗干扰性相当于或高于同轴电缆,但在超过10~100ldfZ时,同轴电缆就比双绞线明显优越。

2.同轴电缆同轴电缆也像双绞线一样由一对导体组成,但它们是按\同轴\形式构成线对。最里层是内芯,向外依次为绝缘层、屏蔽层,最外则是起保护作用的塑料外套,内芯和屏蔽层构成一对导体。同轴电缆分为基带同轴电缆(阻抗500)和宽带同轴电缆(阻抗750)。基带同轴电缆又可分为粗缆和细缆两种,都用于直接传输数字信号;宽带同轴电缆用于频分多路复用的模拟信号传输,也可用于不使用频分多路复用的高速数字信号和模拟信号传输。闭路电视所使用的CATV电缆就是宽带同轴电缆。

(1)物理特性。单根同轴电缆的直径约为1.02~2.54cm,可在较宽的频率范围内工作。 (2)传输特性。基带同轴电缆仅用于数字传输,并使用曼彻斯特编码,数据传输速率最高可达1OMbps。宽带同轴电缆既可用于模拟信号传输又可用于数字信号传输,对于模拟信号,带宽可达300~450阳也。一般,在CATV电缆上,每个电视通道分配6阳也带宽,每个广播通道需要的带宽要窄得多,因此在同轴电缆上使用频分多路复用技术可以支持大量的视、音频通道。 (3)连通性。同轴电缆适用于点到点和多点连接。基带500电缆每段可支持几百台设备,在大系统中还可以用转接器将各段连接起来;宽带750电缆可以支持数千台设备,但在高数据传输率下(50Mbp@)使用宽带电缆时,设备数目限制在20~30台。

(4)地理范围。传输距离取决于传输的信号形式和传输的速率,典型基带电缆的最大距离限制在几公里,在同样数据速率条件下,粗缆的传输距离较细缆的长。宽带电缆的传输距离可达几十公里。

(5)抗干扰性。同轴电缆的抗干扰性能比双绞线强。

3.光纤光纤是光导纤维的简称,它由能传导光波的石英玻璃纤维外加保护层构成。相对于金属导线来说具有重量轻、线径细的特点。用光纤传输电信号时,在发送端先要将其转换成光信号,而在接收端又要由光检测器还原成电信号。

(1)物理特性。在计算机网络中均采用两根光纤(一来一去)组成传输系统。按波长范围(近红外范围内)可分为三种:0.85IAIn波长区(0.8~0.91im)、1.3lim波长区(1.25~1.351Am)和1.551im波长区(1.53~1.5811m)。不同的波长范围光纤损耗特性也不同,其中0.85IAIn波长区为多模光纤通信方式,1.5§IAm波长区为单模光纤通信方式,1.31im波长区有多模和单模两种方式。

(2)传输特性。光纤通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号,内部的全反射可以在任何折射指数高于包层媒体折射指数的透明媒体中进行。实际上光纤作为频率范围从1014~1015险的波导管,这一范围覆盖了可见光谱和部分红外光谱。光纤的数据传输率可达Gbps级,传输距离达数十公里。目前,一条光纤线路上只能传输一个载波,随着技术进一步发展,会出现实用的多路复用光纤。

(3)连通性。光纤普遍用于点到点的链路。总线拓扑结构的实验性多点系统已经建成,但是价格还太贵。原则上讲,由于光纤功率损失小、衰减少的特性以及有较大的带宽潜力,因此一段光纤能够支持的分接头数比双绞线或同轴电缆多得多。

(4)地理范围。从目前的技术来看,可以在6~8公里的距离内不用中继器传输,因此光纤适合于在几个建筑物之间通过点到点的链路连接局域网络。

(5)抗干扰性。光纤具有不受电磁干扰或噪声影响的独有特征,适宜在长距离内保持高数据传输率,而且能够提供很好的安全性。由于光纤通信具有损耗低、频带宽、数据传输率高、抗电磁干扰强等特点,对高速率、距离较远的局域网也是很适用的。目前采用一种波分技术,可以在一条光纤上复用多路传输,每路使用不同的波长,这种波分复用技术WDM (Wavelength Division Multiplexing)是一种新的数据传输系统。

4.无线传输媒体无线传输媒体通过空间传输,不需要架设或铺埋电缆或光纤,目前常用的技术有:无线电波、微波、红外线和激光。便携式计算机的出现,以及在军事、野外等特殊场合下移动式通信联网的需要,促进了数字化元线移动通信的发展,现在已开始出现无线局域网产品。

微波通信的载波频率为2GHz~40GHz范围。因为频率很高,可同时传送大量信息,如一个带宽为2阳fz的频段可容纳500条话音线路,用来传输数字数据,速率可达数Mbps。微波通信的工作频率很高,与通常的无线电波不一样,是沿直线传播的。由于地球表面是曲面,微波在

地面的传播距离有限。直接传播的距离与天线的高度有关,天线越高传播距离越远,超过一定距离后就要用中继站来接力。

红外通信和激光通信也像微波通信一样,有很强的方向性,都是沿直线传播的。这三种技术都需要在发送方和接收方之间有一条视线(Lineof Sight)通路,故它们统称为视线媒体。所不同的是,红外通信和激光通信把要传输的信号分别转换为红外光信号和激光信号直接在空间传播。这三种视线媒体由于都不需要铺设电缆,对于连接不同建筑物内的局域网特别有用。这三种技术对环境气候较为敏感,例如雨、雾和雷电。相对来说,微波对一般雨和雾的敏感度较低。

卫星通信是微波通信中的特殊形式,卫星通信利用地球同步卫星做中继来转发微波信号。卫星通信可以克服地面微波通信距离的限制,一个同步卫星可以覆盖地球的1/3以上表面,三个这样的卫星就可以覆盖地球上全部通信区域,这样,地球上的各个地面站之间都可互相通信。由于卫星信道频带宽,也可采用频分多路复用技术分为若干子信道,有些用于由地面站向卫星发送(称为上行信道),有些用于由卫星向地面转发(称为下行信道)。卫星通信的优点是容量大,传输距离远;缺点是传播延迟时间长,对于数万公里高度的卫星来说,以200m/μs或5μs/Km的信号传播速度来计算,从发送站通过卫星转发到接收站的传播延迟时间约要花数百毫秒(ms),这相对于地面电缆的传播延迟时间来说,两者要相差几个数量级。

5.传输媒体的选择传输媒体的选择取决于以下诸因素:网络拓扑的结构、实际需要的通信容量、可靠性要求、能承受的价格范围。

双绞线的显著特点是价格便宜,但与同轴电缆相比,其带宽受到限制。对于单个建筑物内的低通信容量局域网来说,双绞线的性能价格比可能是最好的。

同轴电缆的价格要比双绞线贵一些,对于大多数的局域网来说,需要连接较多设备而且通信容量相当大时可以选择同轴电缆。

光纤作为传输媒体,与同轴电缆和双绞线相比具有一系列优点:频带宽、速率高、体积小、重量轻、衰减小、能电磁隔离、误码率低等,因此,在国际和国内长话传输中的地位日益提高,并已广泛用于高速数据通信网。随着光纤通信技术的发展和成本的降低,光纤作为局域网的传输媒体也得到了普遍采用,光纤分布数据接口FDDI就是一例。

目前,便携式计算机已经有了很大的发展和普及,由于可随身携带,对可移动的无线网的需求将日益增加0元线数字网类似于蜂窝电话网,人们随时随地可将计算机接入网络,发送和接收数据。移动无线数字网的发展前景将是十分美好的。 四.数据通讯基本概念

数据(Data)：传递(携带)信息的实体。 信息(Information)：是数据的内容或解释。

信号(Signal)：数据的物理量编码(通常为电编码)，数据以信号的形式传播。 模拟信号与数字信号

基带(Base band)与宽带(Broad band) 信道(Channel)：传送信息的线路(或通路)

比特(bit)：信息量的单位。比特率为每秒传输的二进制位个数。 码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元

同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始。同步脉冲也可位于码元的中部，一个码元也可有多个同步脉冲相对应。

波特(Baud)：码元传输的速率单位。波特率为每秒传送的码元数(即信号传送速率)。 1 Baud = log2M (bit/s) 其中M是信号的编码级数。也可以写成:Rbit = Rbaud log2M 上式中：Rbit-比特率，Rbaud-波特率。一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特。例如，M=16，波特率为9600时，数据传输率为38.4kbit/s

误码率：信道传输可靠性指标，是概率值信息编码：将信息用二进制数表示的方法。数据编码：将数据用物理量表示的方法。例如：字符?A?的ASCII编码(是信息编码的一种)为01000001

带宽:带宽是通信信道的宽度，是信道频率上界与下界之间之差，是介质传输能力的度量，在传统的通信工程中通常以赫兹(Hz)为单位计量。在计算机网络中，一般使用每秒位数(b/s 或bps) 作为带宽的计量单位。主要单位：Kb/s，Mb/s，Gb/s，一个以太局域网理论上每秒可以传输1千万比特，它的带宽相应为10Mb/s。

时延△信息从网络的一端传送到另一端所需的时间△时延之和=处理时延+排队时延 +发送时延+传播时延△处理时延=分组首部和错误校验等处理(微秒)△排队时延=数据在中间结点等待转发的延迟时间△发送时延=数据位数/信道带宽△传播时延=d/s(毫秒)d:距离 s:传播速度≈光速

时延带宽乘积：某一链路所能容纳的比特数。时延带宽乘积=带宽×传播时延。例如，某链路的时延带宽乘积为100万比特，这意味着第一个比特到达目的端时，源端已发送了100万比特。

往返时延 (Round-Trip Time ，RTT) 从信源发送数据开始，到信源收到信宿确认所经历的时间RTT≈2×传播时延，传输可靠性两个含义： 1、数据能正确送达 2、数据能有序送达(当采用分组交换时) 信息通信系统传输

1、信道及其主要特征：数字信道和模拟信道

数字信道：以数字脉冲形式(离散信号)传输数据的信道。

模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。模拟信号和数字信号 模拟信号：时间上连续，包含无穷多个信号值

数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的信号值周期信号和非周期信号 周期信号：信号由不断重复的固定模式组成(如正弦波)

非周期信号：信号没有固定的模式和波形循环(如语音的音波信号)。 2、数字数据的传输方式

基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。例如：以太网 宽带传输：数字信号需调制成频带模拟信号后再传送，接收方需要解调。例如：通过电话模拟信道传输。例如：闭路电视的信号传输。

3、数据同步方式：目的是使接收端与发送端在时间基准上一致 (包括开始时间、位边界、重复频率等)。有三种同步方法：位同步、字符同步、帧同步。

位同步目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步，有下面两种方式：△外同步——发送端发送数据时同时发送同步时钟信号，接收方用同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。△自同步——通过特殊编码(如曼彻斯特编码)，这些数据编码信号包含了同步信号，接收方从中提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。

字符同步以字符为边界实现字符的同步接收，也称为起止式或异步制。每个字符的传输需要：1个起始位、5～8个数据位、1，1.5，2个停止位。

字符同步的性能评估：△频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新同步。△每两个字符之间的间隔时间不固定。△增加了辅助位，所以效率低。例如，采用1个起始位、 8个数据位、 2个停止位时，其效率为8/11<72%。

帧同步识别一个帧的起始和结束。△帧(Frame)数据链路中的传输单位——包含数据和控制信息的数据块。△面向字符的——以同步字符(SYN，16H)来标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧。△面向比特的——以特殊位序列(7EH，即01111110)来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧。 4、信道最大数据传输率

奈奎斯公式：用于理想低通信道 C = 2W×log2 M C = 数据传输率，单位bit/s W = 带宽，单位Hz M = 信号编码级数奈奎斯公式为估算已知带宽信道的最高数据传输速率提供了依据。

非理想信道：实际的信道上存在损耗、延迟、噪声。损耗引起信号强度减弱，导致信噪比S/N降低。延迟会使接收端的信号产生畸变。噪声会破坏信号，产生误码。持续时间0.01s的干扰会破坏约560个比特(56Kbit/s) △香农公式：有限带宽高斯噪声干扰信道 C = W log2 (1+S/N) S/N: 信噪比例：信道带宽W=3.1KHz，S/N=2000，则 C = 3100*log2(1+2000) ≈ 34Kbit/s 即该信道上的最大数据传输率不会大于34Kbit/s

奈奎斯公式和香农公式的比较△C = 2W log2M 数据传输率C随信号编码级数增加而增加。△C = W log2(1+S/N) 无论采样频率多高，信号编码分多少级，此公式给出了信道能达到的最高传输速率。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。 5、数据编码 编码与调制的区别△用数字信号承载数字或模拟数据——编码△用模拟信号承载数字或模拟数据——调制

数字数据的数字信号编码：把数字数据转换成某种数字脉冲信号常见的有两类：不归零码和曼彻斯特编码。△不归零码(NRZ，Non-Return to Zero)二进制数字0、1分别用两种电平来表示，常常用-5V表示1，+5V表示0。缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器;不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。△曼彻斯特编码(Manchester Code)用电压的变化表示0和1，规定在每个码元的中间发生跳变：高→低的跳变代表0，低→高的跳变代表1。每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号。这种编码也称为自同步码(Self-Synchronizing Code)。缺点：需要双倍的传输带宽(即信号速率是数据速率的2倍)。△差分曼彻斯特编码(Differential ～)每个码元的中间仍要发生跳变，用码元开始处有无跳变来表示0和1 ，有跳变代表0，无跳变代表1。

数字数据的调制编码[三种常用的调制技术]：△幅移键控ASK (Amplitude Shift Keying) △频移键控FSK (Frequency Shift Keying) △相移键控PSK (Phase Shift Keying) 基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。载波 S(t) = Acos(ωt+ψ) S(t)的参量包括：幅度A、频率ω、初相位ψ，调制就是要使A、ω或ψ随数字基带信号的变化而变化。△ASK：用载波的两个不同振幅表示0和1。△FSK：用载波的两个不同频率表示0和1。△PSK：用载波的起始相位的变化表示0 和1。

模拟数据的数字信号编码采样定理：如果模拟信号的最高频率为F，若以2F的采样频率对其采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。要转换的模拟数据主要是电话语音信号，语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。这需要经过三个步骤：△采样：按一定间隔对语音信号进行采样△量化：对每个样本舍入到量化级别上△编码：对每个舍入后的样本进行编码编码后的信号称为PCM信号

6、多路复用技术复用：多个信息源共享一个公共信道。为何要复用?——提高线路利用率。适用场合：当信道的传输能力大于每个信源的平均传输需求时。复用类型△频分复用FDM

(Frequency Division Multiplexing) △波分复用WDM (Wave Division Multiplexing) △时分复用TDM (Time Division Multiplexing)

频分复用原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每路信号占用一个频率通道进行传输。频率通道之间留有防护频带以防相互干扰。

波分复用——光的频分复用。原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。

时分复用原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行传输。由于每路数据总是使用每个时间片的固定时隙，所以这种时分复用也称为同步时分复用。时分复用的典型例子：PCM信号的传输，把多个话路的PCM话音数据用TDM的方法装成帧(帧中还包括了帧同步信息和信令信息)，每帧在一个时间片内发送，每个时隙承载一路PCM信号。

统计(异步)TDM——STDM TDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该时隙，将会造成带宽浪费。改进：用户不固定占用某个时隙，有空时隙就将数据放入。 7、差错控制与语音、图像传输不同，计算机通信要求极低的差错率。产生差错的原因：△信号衰减和热噪声△信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变; △信号反射，串扰; △冲击噪声，闪电、大功率电机的启停等。差错控制的基本方法是：接收方进行差错检测，并向发送方应答，告知是否正确接收。 差错检测主要有两种方法：

奇偶校验(Parity Checking)在原始数据字节的最高位增加一个奇偶校验位，使结果中1的个数为奇数(奇校验)或偶数(偶校验)。例如1100010增加偶校验位后为11100010，若接收方收到的字节奇偶校验结果不正确，就可以知道传输中发生了错误。此方法只能用于面向字符的通信协议中，只能检测出奇数个比特位错。

循环冗余校验 (CRC, Cyclic Redundancy Check) 差错检测原理：将传输的位串看成系数为0或1的多项式。收发双方约定一个生成多项式G(x)，发送方在帧的末尾加上校验和，使带校验和的帧的多项式能被G(x)整除。接收方收到后，用G(x)除多项式，若有余数，则传输有错。校验和是16位或32位的位串，CRC校验的关键是如何计算校验和。 差错控制技术△自动请求重传Automatic Repeat Request (ARQ) △停等 ARQ △Go-back-N ARQ △选择重传 ARQ 附:

一.数据通信中的主要技术指标

数据通信的任务是传输数据信息,希望达到传输速度快、出错率低、信息量大、可靠性高,并且既经济又便于使用维护。这些要求可以用下列技术指标加以描述。

1.数据传输速率所谓数据传输速率,是指每秒能传输的二进制信息位数,单位为位/秒(bits per sec-ond),记作bps或b/s,它可由下式确定: s=1/T?log2N (bps) 式中T为一个数字脉冲信号的宽度(全宽码情况)或重复周期(归零码情况),单位为秒。一个数字脉冲也称为一个码元,N为一个码元所取的有效离散值个数,也称调制电平数,N一般取2的整数次方值。若一个码元仅可取0和1两种离散值,则该码元只能携带一位(bit)二进制信息;若一个码元可取00、01、10和11四种离散值,则该码元就能携带两位二进制信息。以此类推,若一个码元可取N种离散值,则该码元便能携带log2N位二进制信息。当一个码元仅取两种离散值时,S =(1/T),表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。由此,可以引出另一个技术指标一一'信号传输速率,也称码元速率、调制速率或波特率,单位为波特(Baud)。信号传输速率表示单位时间内通过信道传输的码元个数,也就是信号经调制后的传输速率。若信号码元的宽度为T秒,则码元速率定义为: B=1/T (Baud) 在有些调幅和调频方式的调制解调器中,一个码元对应于一位二进制信息,即一个码元;,有两种有效离散值,此时调制速率和数据传输速率相等。但在调相的四相信号方式中,一个码元对应于两位二进制信息,即一个码元有四种有效离散值,此时调制速率只是数据传输速率的一半。由以上两式合并可得到调制速率和数据传输速率的对应关系式: S =B ?log2N (bps) 或B =S/log2N(Baud) 一般在二元调制方式中,S和B都取同一值,习惯上二者是通用的。但在多元调制的情况下,必须将它们区别开来。例如采用四相调制方式,即N=4,且T=833×10-6秒,则可求出数据传输速率为: S=1/T?log2N=1/(833×10-6)?log24=2400 (bps) 而调制速率为： B=1/T=1/(833×10-6)=1200 (Baud) 通过上例可见,虽然数据传输速率和调制速率都是描述通信速度的指标,但它们是完全不同的两个概念。打个比喻来说,假如调制速率是公路上单位时间经过的卡车数,那么数据传输速率便是单位时间里经过的卡车所装运的货物箱数。如果一车装一箱货物,则单位时间经过的卡车数与单位时间里卡车所装运的货物箱数相等,如果→车装多箱货物,则单位时间经过的卡车数便小于单位时间里卡车所装运的货物箱数。

2.信道容量信道容量表征一个信道传输数据的能力,单位也用位/秒(bps)。信道容量与数据传输速率的区别在于,前者表示信道的最大数据传输速率,是信道传输数据能力的极限,而后者则表示实际的数据传输速率。这就像公路上的最大限速值与汽车实际速度之间的关系一样,它们虽然采用相同的单位;但表征的是不同的含义。奈奎斯特(Nyquist)首先给出了无噪声情况下码元速率的极限值与信道带宽的关系: B =2?H (Baud) 其中,H是信道的带宽,也称频率范围,即信道能传输的上、下限频率的差值,单位为HZ。由此可推出表征信道数据传输能力的奈奎斯特公式: C =2?H?log2N (bpe) 此处,N仍然表示携带数据的码元可能取的离散值的个数,C即是该信道最大的数据传输速率。由以上两式可见,对于特定的信道,其码元速率不可能超过信道带宽的两倍,但若能提高每个码元可能取的离散值的个数,则数据传输速率便可成倍提高。例如,普通电话线路的带宽约为3KHz,则其码元速率的极限值为6kBaud。若每个码元可能取的离散值的个数为16(即N=16),则最大数据传输速率可达C=2×3k×log216=24k bps。实际的信道总要受到各种噪声的干扰,香农(Shannon)则进一步研究了受随机噪声干扰的信道的情况,给出了计算信道容量的香农舍式: C =H?log2(1+S/N) (bps) 其中,S表示信号功率,N为噪声功率,S/N则为信噪比。由于实际使用的信道的信噪比都要足够大,故常表示成10log10(S/N),以分贝(dB)为单位来计量,在使用时要特别注意。例如,信噪比为30dB,带宽为3kHZ的信道的最大数据传输速率为: C=3k×log2(1+1030/10)=3k×log2(1+1001)=30kbps. 由此可见,只要提高信道的信噪比,便可提高信道的最大数据传输速率。需要强调的是,上述两个公式计算得到的只是信道数据传输速率的极限值,实际使用时必须留有充足的余地。

3.误码率误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标,它定义为二进制数据位传输时出错的概率。设传输的二进制数据总数为N位,其中出错的位数为风,则误码率表示为: Pe =Ne/N 计算机网络中,一般要求误码率低于10-6,即平均每传输106位数据仅允许错一位。可若误码率达不到这个指标,可以通过差错控制方法进行检错和纠错。 二.编码技术

模拟信号：是指模拟数据在某个区间产生连续的值。例如，声音和视频就是强度连续变化的信号。大多数用传感器收集的数据，例如温度和压力都是连续值。 数字信号：是指数字数据产生离散的值。例如，文本信息和整数。

调制解调：当需要在只能传输模拟信号的线路上传输数据信号时(例如，通过一条公用电话线将数据从一台计算机传输到另一台计算机)，在发送方，数据开始是数字数据，但是由于电话线只能传输模拟信号，所以数据必须进行数字到模拟的转换。这个转换过程就叫作调制。在接收方需要进行模拟到数字的转换，使它还原为原来的数字数据这个过程叫作解调。整个从数字数据到模拟信号再到数字数据的过程称作调制解调。

调制解调有三种基本形式：幅移键控法(AmplitudeShift Keying，ASK)、频移键控法(Frequency Shift Keying，FSK)和相移键控法(PhaseShift Keying，PSK)。

不归零(Non-Return to Zero，NRZ)编码：在用数字信号传输数字数据时，信号的电平是根据它所代表的二进制数值决定的。一个正电压值代表1，而一个负电压值代表0，因而信号的电平依赖于它所代表的数值。

曼彻斯特编码：在曼彻斯特编码中，每个比特中间引入跳变来同时代表不同数值和同步信息。一个负电平到正电平的跳变代表0，而一个正电平到负电平的跳变则代表1。通过这种跳变使曼彻斯特编码获得了同步信息和数字编码。

差动曼彻斯特编码：在差动曼彻斯特编码中，用两个比特之间的跳变来代表不同的数值，在间隙中有跳变的代表0，没有跳变的代表1。比特中间的跳变只用来表示同步信息，不同的数值通过在比特间隙是否跳变来表示。 三.数据传输技术

多路复用：在计算机网络系统中，当传输介质的能力超过传输单一信号的情况时，为了有效地利用传输系统，希望一个信道能够同时传输多路信号。多路复用，就是把许多信号在单一的传输线路上进行传输。一般普遍使用三种多路复用技术，即频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)和统计时分多路复用(STDM)。

同步传输：是使接收端接收的每一位数据信息都要和发送端准确地保持同步，中间没有间断，实现这种同步方法又有自同步法和外同步法。

异步传输：是基于字节的，每字节作为一个单位通过链路传输，因为没有同步脉冲，接收方不可能通过计时方式来预测下一个字节何时到达，因而在每个字节的开头都要附加一个0，通常称为起始位，在每个字节尾部还加上一个或多个1，被称为停止位。单工通信：是指在通信链路上的两个站点，只能一个发送信息，另一个接收。

半双工通信：在通信链路上的两个站点都可以发送和接收信息，但是不能同时发送和接收，当其中一个站点在发送信息时，另一个站点只能接收，反之亦然。

全双工通信：在通信链路上的两个站点可以同时发送和接收信息，即一个站点发送信息的同时也能接收信息。 四.差错控制方法

差错的产生原因及其控制差错控制是指在数据通信过程中能发现或纠正差错,把差错限制在尽可能小的允许范围内的技术和方法。信号在物理信道中传输时线路时，线路本身电气特性造成的随即噪声、信号幅度的衰减、频和相位的畸变、电气信号在线路上产生反射造成的回音效应、相邻线路间的串扰以及各种外界因素(如大气中的闪电、开关的跳火、外界强电流磁场的变化、电源的波动等)都会造成信号的失真。在数据通信中,将会使接收端收到的二进制数位和发送端实际发送的二进制数位不一致,从而造成由\变成\或由\变成\的差错。

一般来说,传输中的差错都是由噪声引起的。噪声有两大类,一类是信道固有的、持续存在的随机热噪声;另一类是由外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声。热噪声引起的差错称为随机错,所引起的某位码元的差错是孤立的,与前后码元没有关系。由于物理信道在设计时,总要保证达到相当大的信噪比,以尽可能减少热噪声的影响,因而由它导致的随机错通常较少。冲击噪声呈突发状,由其引起的差错称为突发错。冲击噪声幅度可能相当大,无法靠提高信号幅度来避免冲击噪声造成的差错,它是传输中产生差错的主要原因。冲击噪声虽然持续时间很短,但在一定的数据速率条件下,仍然会影响到一串码元。例如,一个冲击噪声(如一次电火花)持续时间为10ms,但对于4800bps的数据速率来说,就可能对连续48位数据造成影响,使它们发生差错。从突发错误发生的第一个码元到有错的最后一个码元间所有码元的个数,称为该突发错的突发长度。

数据通信中不加任何差错控制措施,直接用信道来传输数据是不可靠的。最常用的差错控制方法是差错控制编码。数据信息位在向信道发送之前,先按照某种关系附加上一定的冗余位,构成一个码字后再发送,这个过程称为差错控制编码过程。接收端收到该码字后,检查信息位和附加的冗余位之间的关系,以检查传输过程中是否有差错发生,这个过程称为校验过程。 利用差错控制编码来进行差错控制的方法基本上有两类,一类是自动请求重发

ARQ(Automatic Repeat reQuest),另一类是前向纠错FEC(FOIW盯d Eπor Correction)。在ARQ方式中,接收端检测出有差错时,就设法通知发送端重发,直到正确的码字收到为止。在FEC方式中,接收端不但能发现差错,而且能确定二进制码元发生错误的位置,从而加以纠正。因此,差错控制编码又可分为检错码和纠错码。检错码是指能自动发现差错的编码,纠错码是指不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码。 ARQ方式只使用检错码,但必须有双向信道才

可能将差错信息反馈至发送端。同时,发送方要设置数据缓冲区,用以存放已发出去的数据,以便知道出差错后可以调出数据缓冲区的内容重新发送。FEC方式必须用纠错码,但它可以不需要反向信道来传递请求重发的信息,发送端也不需要存放以备重发的数据缓冲区。虽然FEC有上述优点,但由于纠错码一般说来要比检错码使用更多的冗余位,也就是说编码效率低,而且纠错设备也比检错设备复杂得多,因而除非在单向传输或实时要求特别高(FEe由于不需要重发,实时性较好)等场合外,数据通信中使用更多的还是ARQ差错控制方式。有些场合也可以将上述两者混合使用,即当码字中的差错个数在纠正能力以内时,直接进行纠正;当码字中的差错个数超出纠正能力时,则检出差错,使用重发方式来纠正差错。衡量编码性能好坏的一个重要参数是编码效率R,它是码字中信息位所占的比例。若码字中信息位为k位,编码时外加冗余位为r位,则编码后得到的码字长度为n=k+r位,由此编码效率R可表示为:

R=k/n=k/(k+r) 显然,编码效率越高,即R越大,信道中用来传送信息码元的有效利用率就越高。 奇偶校验码、循环冗余码和海明码是几种最常用的差错控制编码方法。 *

奇偶校验码奇偶校验码是一种通过增加冗余位使得码字中\的个数恒为奇数或偶数的编码方法,它是一种检错码。在实际使用时又可分为垂直奇偶校验、水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验等几种。

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