計算機網(wǎng)絡基礎

第1章

計算機網(wǎng)絡概述

本章要點： ◆

了解計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生和開展過程◆

了解計算機網(wǎng)絡的分類方法◆掌握計算機網(wǎng)絡的通信子網(wǎng)類型和拓撲結(jié)構(gòu)◆

掌握計算機網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)、分層原理和標準化組織◆初步掌握OSI/RM、TCP/IP和IEEE802三種模型Lizq98@1第1章

計算機網(wǎng)絡概述

目錄

1.1計算機網(wǎng)絡概述

1.2計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)1.3網(wǎng)絡協(xié)議和標準化組織1.4計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)Lizq98@21.1計算機網(wǎng)絡概述

1.1.1計算機網(wǎng)絡的定義和演變

1.計算機網(wǎng)絡的定義把分布在不同地理位置計算機、終端，通過通信設備和線路連接起來，以功能完善的網(wǎng)絡軟件網(wǎng)絡通信協(xié)議，信息交換方式及網(wǎng)絡操作系統(tǒng)等〕，實現(xiàn)互相通信及網(wǎng)絡資源共享的系統(tǒng)。IEEE高級委員會坦尼鮑姆博士給它的定義是“計算機網(wǎng)絡是一組自治計算機互聯(lián)的集合〞。人的身體內(nèi)部也有網(wǎng)絡喲，如神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)網(wǎng)絡。生活中就存在許多網(wǎng)絡，例如網(wǎng)、鐵路網(wǎng)等。沒有嚴格的定義，內(nèi)涵也不斷變化。

Lizq98@31.1計算機網(wǎng)絡概述◆

具有通信功能的多機系統(tǒng)◆

局域網(wǎng)◆計算機網(wǎng)絡◆

面向終端的計算機網(wǎng)絡1.1.1計算機網(wǎng)絡的定義和演變1.計算機網(wǎng)絡的定義2.計算機網(wǎng)絡的演變Lizq98@41.1計算機網(wǎng)絡概述1.1.1計算機網(wǎng)絡的定義和演變1.計算機網(wǎng)絡的定義2.計算機網(wǎng)絡的演變3.網(wǎng)絡開展的里程碑建立的ARPA網(wǎng)196970年代80年代19931993出現(xiàn)局域網(wǎng)，特別是以太網(wǎng)(Ethernet)CCITT建立了傳輸聲音數(shù)據(jù)的國際標準，ISO制定了OSI/RM?？肆诸D政府提出了NIIIETF成立了Ipng(IPv6)工作組19891995IPng工作組完成IPv6的協(xié)議文本Lizq98@51.1計算機網(wǎng)絡概述1.1.1計算機網(wǎng)絡的定義和演變1.計算機網(wǎng)絡的定義2.計算機網(wǎng)絡的演變3.網(wǎng)絡開展的里程碑4.我國的網(wǎng)絡開展◆1989年11月CNPAC建成運行。1993年建成CHINAPAC。1993年下半年開始規(guī)劃實施“金橋〞、“金卡〞和“金關〞的三金工程。Lizq98@61.1計算機網(wǎng)絡概述1.1.2計算機網(wǎng)絡的分類、組成和網(wǎng)絡性能

1.計算機網(wǎng)絡的分類

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按覆蓋范圍分為：WAN、LAN、MAN◆按通信速率分為：低速網(wǎng)、中速網(wǎng)、高速網(wǎng)◆按帶寬分為：基帶網(wǎng)絡、寬帶網(wǎng)絡◆其它分類方法:

……◆按網(wǎng)絡協(xié)議分類◆按網(wǎng)絡操作系統(tǒng)分類

……Lizq98@71.1計算機網(wǎng)絡概述1.1.2計算機網(wǎng)絡的分類、組成和網(wǎng)絡性能2.計算機網(wǎng)絡的組成◆

通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)提供網(wǎng)絡通信功能，能完成網(wǎng)絡主機之間的數(shù)據(jù)傳輸、交換、通信控制和信號變換等通信處理工作，由通信控制處理機CCP、通信線路和其它通信設備組成的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。◆資源子網(wǎng)資源子網(wǎng)為用戶提供了訪問網(wǎng)絡的能力，它由主機系統(tǒng)、終端控制器、請求效勞的用戶終端、通信子網(wǎng)的接口設備、提供共享的軟件資源和數(shù)據(jù)資源(如數(shù)據(jù)庫和應用程序)構(gòu)成?！璍izq98@81.1計算機網(wǎng)絡概述1.1.2計算機網(wǎng)絡的分類、組成和網(wǎng)絡性能3.網(wǎng)絡性能◆

帶寬〔Bandwidth〕是指網(wǎng)絡上數(shù)據(jù)在一定時刻內(nèi)從一個節(jié)點傳輸?shù)饺我夤?jié)點的信息量?？梢杂面溌访棵腌娔軅鬏?shù)谋忍財?shù)表示，如以太網(wǎng)的帶寬有10Mbps、100Mbps和10GMbps等。也可以用傳輸每個比特所花的時間長短來衡量，如一個10Mbps的網(wǎng)絡上，傳輸每個比特所花的時間為0.1μs?！粞舆t〔Delay〕是指將一個比特從網(wǎng)絡的一端傳輸?shù)搅硪欢怂ㄙM的時間。造成延遲的原因有三種：第一個因素是傳輸介質(zhì)的傳播延遲；第二個因素是發(fā)送一個數(shù)據(jù)單元花費的時間，它和網(wǎng)絡的帶寬和數(shù)據(jù)分組的大小密切相關；第三個因素是網(wǎng)絡內(nèi)部的排除延遲，因為交換機在將分組轉(zhuǎn)發(fā)出去之前一般要將它存儲一段時間。另外，由于網(wǎng)絡設備的速率不匹配或中間節(jié)點產(chǎn)生擁塞可能會導致更大的延遲或數(shù)據(jù)的喪失。Lizq98@91.2計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)1.2.1網(wǎng)絡拓撲的概念1.2.2通信子網(wǎng)的信道類型◆點到點式網(wǎng)絡〔Point-to-PointNetworks〕每條物理線路只連接一對設備〔計算機或節(jié)點交換機〕，發(fā)送的數(shù)據(jù)在信道另一端只有惟一的一個設備接收。沒有信道競爭，幾乎不存在訪問控制問題，但點到點信道浪費一些帶寬。◆播送式網(wǎng)絡〔BroadNetworks也稱多點共享所有節(jié)點共享一個通信信道，任何一個節(jié)點發(fā)送報文信息時，所有其它節(jié)點都會接收到該信息。會引起爭用信道而產(chǎn)生的介質(zhì)訪問沖突的問題。Lizq98@101.2計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)1.2.3計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)

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總線型結(jié)構(gòu)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉、安裝使用方便。缺點：故障診斷和隔離比較困難。Lizq98@111.2計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)1.2.3計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)

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環(huán)型結(jié)構(gòu)

優(yōu)點：簡化了路徑選擇控制，傳輸延遲固定。實時性強?？煽啃暂^高。缺點：節(jié)點過多時，影響傳輸效率。環(huán)某處斷開會導致整個系統(tǒng)的失效，節(jié)點的參加和撤出過程復雜。Lizq98@121.2計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)1.2.3計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)

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星型結(jié)構(gòu)優(yōu)點：單點故障不影響全網(wǎng)，結(jié)構(gòu)簡單。增刪節(jié)點及維護管理容易；故障隔離和檢測容易，延遲時間較短。缺點：本錢較高，通信資源利用率低；網(wǎng)絡性能過于依賴中心節(jié)點。Lizq98@131.2計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)1.2.3計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)

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樹型結(jié)構(gòu)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)比較簡單，本錢低。擴充節(jié)點方便靈活。缺點：對根的依賴性大。Lizq98@141.2計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)1.2.3計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)

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網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)優(yōu)點：具有較高的可靠性。某一線路或節(jié)點有故障時，不會影響整個網(wǎng)絡的工作。缺點：結(jié)構(gòu)復雜，需要路由選擇和流控制功能，網(wǎng)絡控制軟件復雜，硬件本錢較高，不易管理和維護。Lizq98@151.2計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)1.2.3計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)

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衛(wèi)星通信網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡中，通信衛(wèi)星就是一個中心交換站，它通過和分布在地球不同地理位置的地面站將各個地區(qū)網(wǎng)絡相互連接。

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混合型拓撲實際組建網(wǎng)絡時，網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)通常是幾種拓撲結(jié)構(gòu)的組合。在選擇網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)時，應考慮可靠性、費用、靈活性、響應時間和吞吐量等因素。Lizq98@161.3網(wǎng)絡協(xié)議和標準化組織1.3.1網(wǎng)絡協(xié)議網(wǎng)絡協(xié)議就是指網(wǎng)絡中計算機、設備之間相互通信和進行數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)那么〔標準或約定〕?！粽Z法如何講◆語義講什么◆時序講話次序Lizq98@171.3網(wǎng)絡協(xié)議和標準化組織Lizq98@181.4計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)1.4.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)◆分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點◆分層原那么◆常見的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)1.OSI/RM2.TCP/IP3.IEEE802Lizq98@191.4計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)1.4.2OSI七層參考模型1.OSI七層參考模型Lizq98@201.4計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)1.4.2OSI七層參考模型2.OSI/RM各層功能簡介

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物理層(PhysicalLayer，PH)

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數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer，DL)

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網(wǎng)絡層(NetworkLayer，N)

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傳輸層(TransportLayer，T)

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會話層(SessionLayer，S)

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表示層(PresentationLayer，P)

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應用層(ApplicationLayer，A)Lizq98@211.4計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)1.4.2OSI七層參考模型3.OSI/RM數(shù)據(jù)封裝過程

Lizq98@221.4計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)1.4.3TCP/IP參考模型

1.TCP/IP概述

2.TCP/IP體系結(jié)構(gòu)

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網(wǎng)絡接口層

Ethernet、ATM、FDDI、X.25、PPP、Token-Ring

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網(wǎng)際層

IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP

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傳輸層

TCP、UDP

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應用層

HTTP、FTP、TFTP、SMTP、SNMP、Telnet、RPC、DNS、Ping…Lizq98@231.4計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)TCP/IP協(xié)議也采用對等層通信的模式，封裝和解除封裝也在各層進行。發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，應用程序?qū)⒁l(fā)送的數(shù)據(jù)加上應用層頭部交給傳輸層，TCP或UDP再將數(shù)據(jù)分成大小一定的數(shù)據(jù)段，然后加上本層的報文頭。TCP/IP的數(shù)據(jù)封裝過程如下圖。4.TCP/IP和OSI/RM的比較1.4.3TCP/IP參考模型3.TCP/IP的數(shù)據(jù)封裝Lizq98@24應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層Physical應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層TCP頭部數(shù)據(jù)IP頭部應用數(shù)據(jù)幀頭部IP數(shù)據(jù)包物理層◆OSI/RMTCP/IP1.4計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸過程.Lizq98@251.4計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)1.4.4IEEE802標準1.IEEE802局域網(wǎng)標準2.IEEE802局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)◆物理層主要完成編碼、解碼、時鐘同步、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)、載波檢測及提供與數(shù)據(jù)鏈路層的接口。◆數(shù)據(jù)鏈路層：分為LLC子層和MAC子層l邏輯鏈路控制〔LLC〕子層：不是針對特定的傳輸介質(zhì)，和介質(zhì)訪問控制方法無關，對高層提供統(tǒng)一的界面。l介質(zhì)訪問控制(MAC)子層：對不同類型的局域網(wǎng)是不同的。主要完成介質(zhì)訪問控制功能，解決共享傳輸介質(zhì)而引起的爭用介質(zhì)問題。Lizq98@26Lizq98@27第2章數(shù)據(jù)通信根底Lizq98@28第2章數(shù)據(jù)通信根底Lizq98@292.1數(shù)據(jù)通信的根本概念2.1.1數(shù)據(jù)通信根本概念1.數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)兩種。2.信息以某種格式組織起來的數(shù)據(jù)。3.信號是數(shù)據(jù)的具體物理表現(xiàn)。分為模擬信號和數(shù)字信號兩種，如下圖。Lizq98@302.1數(shù)據(jù)通信的根本概念2.1.1數(shù)據(jù)通信根本概念4.信道傳輸信息時信號沿發(fā)送端到接收端的通路。5.通信和數(shù)據(jù)通信通信是信息的傳輸與交換。數(shù)據(jù)通信是以傳送數(shù)據(jù)為業(yè)務的通信。6.數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡形式。7.碼元和碼字碼元是一個信號編碼單元。碼字由假設干碼元組成的字符串序列。8.數(shù)據(jù)分組把較大的數(shù)據(jù)塊分成較小的數(shù)據(jù)段。不同的網(wǎng)絡或?qū)又校纸M名稱也不同，如幀(frame)、信元(cell)、IP數(shù)據(jù)報等。通常數(shù)據(jù)分組也稱為數(shù)據(jù)包。Lizq98@312.1數(shù)據(jù)通信的根本概念1.比特(bit)率S指單位時間內(nèi)所傳送的二進位序列的位〔bit〕數(shù)，是度量通信系統(tǒng)每秒傳送的信息量。用每秒比特數(shù)〔bit/s或bps〕表示。常用的單位換算關系式如下：1Kbps=1024bps；1Mbps=1024Kbps；1Gbps=1024Mbps2.波特(Baud)率B指數(shù)字信號經(jīng)過調(diào)制后的傳輸速率，或者是說每秒傳輸?shù)拿}沖〔波形〕信號個數(shù)〔通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)〕。B=1/T；其中，T為每個脈沖〔波形〕信號的持續(xù)時間，單位為秒?！舯忍芈屎筒ㄌ芈实年P系：S=B*log2n3.誤碼率Pe指數(shù)據(jù)位被傳錯的概率，也稱出錯率。Pe=Ne/N；N為傳輸?shù)拇a元總數(shù)，Ne為接收碼元中被傳錯的碼元數(shù)。Lizq98@322.1數(shù)據(jù)通信的根本概念4.信道容量指物理信道能到達的最大傳輸能力，用比特率S表示。。5.帶寬〔Bandwidth〕指信道所能傳送的信號的頻率寬度，也就是可傳送信號的最高頻率與最低頻率之差，單位是Hz〔赫〕、kHz〔千赫〕、MHz〔兆赫〕。6.帶寬、數(shù)據(jù)傳輸速率和信道容量的區(qū)別7.延遲、抖動、呑吐量和丟包率。Lizq98@332.1數(shù)據(jù)通信的根本概念2.1.3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)1.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)根本模型2.模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)是比模擬通信系統(tǒng)費用低，抗干擾能力強，不易失真；但數(shù)字信號比模擬信號易衰減；模擬信號比數(shù)字信號傳輸距離要遠。3.信號衰減的克服數(shù)字信號衰減的克服方法是使用中繼器，把數(shù)字信號“0〞、“1〞整形恢復為標準電平后繼續(xù)傳輸。Lizq98@342.2數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制2.2.1數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

2．雙極性不歸零碼(BNRZ)

用正電平和負電平分別表示二進制數(shù)據(jù)的1和0，正和負的幅值相等。

1.單極性不歸零編碼(NRZ)

單極性不歸零編碼只使用一個電壓值，用高電平表示1，沒電壓表示0。Lizq98@352.2數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制2.2.1數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼3．雙極性歸零編碼〔BRZ〕使用了正、負和零三個電平，信號本身攜帶同步信息，解決了同步問題。缺點是編碼一個比特，需要兩次信號變化，增加了占用帶寬，且線路上的平均電壓值還不為零。Lizq98@362.2數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制2.2.1數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

4.雙相位編碼(biphaseencoding)信號在每個比特內(nèi)部的中間發(fā)生改變，但不歸零而是將電壓變?yōu)橄喾??！袈鼜厮固鼐幋a〔Manchesterencoding〕◆差分曼徹斯特編碼〔differentialManchesterencoding〕Lizq98@372.2數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制2.2.2模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼1.脈沖振幅調(diào)制〔PAM〕對原始的模擬信號每間隔一個相等的時間進行采樣一次2.脈碼調(diào)制〔PCM〕將PAM所產(chǎn)生的采樣結(jié)果修改成完全數(shù)字化的信號。2400011000-1510001111125011111013800100110-8011010000110011011104800110000-501011001090010110103900100111520011011088010110002600011010127011111117701001101

3.采樣頻率

是原始的有效信號中最高頻率分量或其帶寬的２倍。Lizq98@382.2數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制2.2.3數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬調(diào)制1.幅移鍵控法〔ASK〕2.頻移鍵控法〔FSK〕

3.相移健控法〔PSK〕4.正交調(diào)幅〔QAM〕(a)3振幅，12相位(b)4振幅，8相位(c)2振幅，8相位

Lizq98@392.2數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制2.2.4模擬數(shù)據(jù)的模擬調(diào)制

1.調(diào)幅

2.調(diào)頻

3.調(diào)相

Lizq98@402.3數(shù)據(jù)傳輸方式2.3.1并行傳輸l概念并行傳輸是指數(shù)據(jù)以成組方式在多個并行的信道上同時傳輸，相應地需要假設干根傳輸線。一般用于計算機內(nèi)部或近距離設備的數(shù)據(jù)傳輸，如計算機和打印機之間的通信，一次傳送一個字節(jié)的信號，所以傳輸信道需要８根數(shù)據(jù)線，同時還需要其它的控制信號線。

l優(yōu)缺點并行傳輸優(yōu)點是速度快，缺點是費用高。因為并行傳輸需要一組傳輸線，所以并行傳輸一般用在短距離范圍且傳輸速度要求高的場合。Lizq98@412.3數(shù)據(jù)傳輸方式2.3.2串行傳輸串行傳輸是指數(shù)據(jù)在信道上一位一位的逐個傳輸，從發(fā)送端到接收端只需一根傳輸線，本錢少，易于實現(xiàn)，是計算機網(wǎng)絡中普遍采用的傳輸方式。數(shù)據(jù)通信采用串行傳輸方式時，發(fā)送端需要通過并/串轉(zhuǎn)換裝置將并行數(shù)據(jù)位流變?yōu)榇袛?shù)據(jù)位流，然后送到信道上傳輸，在接收端再通過串/并轉(zhuǎn)換，復原成８位并行數(shù)據(jù)流。PC機和外界進行串行通信是通過串行端口〔COM〕完成的。

◆

串行傳輸可以用兩種方式進行：l同步傳輸l異步傳輸〔下一節(jié)介紹〕Lizq98@422.3數(shù)據(jù)傳輸方式2.3.2串行傳輸串行信號在傳輸線上的傳送方向有以下三種方式：1.單工通信〔雙線制〕單工〔simplex〕通信只允許傳送的信息始終向一個方向流動。實際應用中，單工通信的信道采用雙線制。例如，播送、電視系統(tǒng)；BP機；道路交通單行道。2.半雙工通信〔雙線制＋開關〕半雙工〔halfduplex〕通信允許信息流向兩個方向的都可傳輸，但同一時刻只能朝一個方向傳輸。例如，無線電對講機就是半雙工通信。3.全雙工通信〔四線制〕全雙工〔fullduplex〕通信是指在同一時刻，能同時進行雙向通信。例如，常用的系統(tǒng)就是全雙工通信。Lizq98@432.4同步傳輸和異步傳輸2.4.1同步傳輸

同步傳輸方式傳輸時是將一個大的數(shù)據(jù)塊一起發(fā)送。傳輸時，需要在數(shù)據(jù)塊前放上兩個或以上的同步信號字符SYN，在數(shù)據(jù)塊結(jié)束加上后同步信號。同步傳輸線路利用率高，多用于字符信息塊的高速傳送。但這種方式收發(fā)雙方控制復雜。2.4.2異步傳輸

異步傳輸也叫做起止式傳輸，它以字符為單位，在每個字符前增加一個起始位，字符代碼后增加１、1.5、２位停止位。它允許碼字之間存在不確定的空閑時間。

異步傳輸設備簡單，費用不高，但速率較低。Lizq98@44FDM把信道的頻譜分割成假設干個互不重疊的子信道，各相鄰子信道間留有保護帶，每個子信道傳送一路信號2.5.2時分多路復用〔TDM〕

TDM將物理信道按時間分成許多等長的時間片，輪流、交替地分配給多路信源。分為同步和異步TDM兩種。

Lizq98@452.5.3波分多路復用(WDM)

WDM的原理同F(xiàn)DM相似，用于光纖通信。光信號用波長而不是頻率來表示所使用的光載波。WDM和FDM不同之處是光波頻率很高。

密集波分多路復用DWDM可在一根光纖上復用80路以上的光信號。Lizq98@462.6傳輸介質(zhì)2.6.1有線傳輸媒體1.雙絞線(TP)

分為非屏蔽雙絞線UTP和屏蔽雙絞線STP兩種。1類線

1對線，用于模擬電話線和低速數(shù)字傳輸

2類線

4對雙絞線，用于數(shù)字電話、ISDN和T1線路等。

3類線

4對雙絞線，用于電話線、令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)等。4類線

4對雙絞線，用于語音、令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)等。

5類線

4對雙絞線，用于令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)、ATM等。

超5類線

是5類線更高級別的版本。目前使用最多。

6類線

4對雙絞線，目前還很少使用于網(wǎng)絡中。

STP用于、令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)及全息圖像傳輸?shù)取?/p>

Lizq98@472.6傳輸介質(zhì)2.6.1有線傳輸媒體

3.光纖

光纖通信是利用光纖傳遞光脈沖信號實現(xiàn)的。

1.雙絞線(TP)

2.同軸電纜

同軸電纜具有較高的抗干擾能。以太網(wǎng)使用二種規(guī)格：一種是粗纜構(gòu)建的10Base-5

，稱為標準以太網(wǎng)。另一種是細纜構(gòu)建的10Base-5，稱為廉價以太網(wǎng)。

室外非金屬光纜

室外金屬光纜

室內(nèi)單芯單模光纜

室內(nèi)多芯多模光纜Lizq98@482.6傳輸介質(zhì)2.6.2無線傳輸

1.無線電波段分配

2.微波通信

3.衛(wèi)星通信

4.紅外通信和激光通信Lizq98@49

Lizq98@50第3章

OSI/RM各層功能

Lizq98@51第3章

OSI/RM各層功能

目錄

3.1物理層3.2數(shù)據(jù)鏈路層3.3網(wǎng)絡層3.4傳輸層3.5高層協(xié)議Lizq98@523.1物理層3.1.1物理層的作用和特性

1.物理層提供的功能

l

保證數(shù)據(jù)按位傳送的正確性，同時提供通信接口定義、控制信號、數(shù)據(jù)傳輸速率、接口信號電平等；l

物理層管理；l

建立、維持和釋放物理連接。物理層的作用是在網(wǎng)絡節(jié)點之間的物理媒體上提供線路的建立、維持和釋放，實現(xiàn)二進制位流的透明傳輸，并進行過失檢查等。物理層是對DTE和DCE之間通信接口的描述和規(guī)定,如下圖。Lizq98@533.1物理層3.1.1物理層的作用和特性

1.物理層提供的功能

2.物理層的特性l

機械特性機械特性詳細說明了接插式連接器的大小、形狀、尺寸、引腳的排列方式鎖定裝置以及相應通信介質(zhì)的參數(shù)和特性等。l

電氣特性

電氣特性規(guī)定了信號及有關電路的特性。l

功能特性功能特性規(guī)定了接口信號的來源、作用以及其它信號之間的關系。l

規(guī)程特性規(guī)程特性就是協(xié)議，定義了DTE和DCE接口進行二進制比特流傳輸前的控制步驟，包括各信號線的工作規(guī)程和時序。Lizq98@543.1物理層3.1.2

物理層協(xié)議〔接口標準〕舉例1.EIA-RS-232C接口標準l

EIA-RS-232C的機械特性DB25針式〔凸插座〕和DB25引式〔凹插座〕結(jié)構(gòu)。另有一個9芯標準連接器簡化標準。l

EIA-RS-232C的電氣特性邏輯“1〞的電平范圍是﹣5～﹣15V；邏輯“0〞的電平范圍是+5～+15V。l

EIA-RS-232C的功能特性20根信號線〔其中2根地線、4根數(shù)據(jù)線、11根控制線、3根定時信號線〕，剩下的5根線〔9、10、11、18、25〕做備用或末定義。l

DTE和DTE間近距離連接交叉跳接信號線接線方法2.EIA的RS-449、RS-422和RS-423接口標準3.數(shù)據(jù)傳輸?shù)腄TE/DCE接口標準X.21Lizq98@553.2數(shù)據(jù)鏈路層3.2.1成幀和幀同步l

成幀

成幀的目的是為了一旦在數(shù)據(jù)傳輸時出錯，只重傳或糾正有錯的幀，而不必重發(fā)全部數(shù)據(jù)，從而提高效率。l

幀同步

為了能在收到的比特流中明確區(qū)分出一幀，發(fā)送方必須建立和識別幀的邊界，一般是在幀的開始和結(jié)束位置增加一些特殊的位組合來實現(xiàn)，這就是幀同步問題。

數(shù)據(jù)鏈路層的作用是利用物理層提供的位串傳輸功能，將物理層傳輸原始比特流時可能出錯的物理連接，改造成為邏輯上無過失的數(shù)據(jù)鏈路，在相鄰節(jié)點間實現(xiàn)透明的高可靠性傳輸，同時為網(wǎng)絡層提供有效的效勞。l

常用的幀同步方法有下面幾種：

1.字節(jié)計數(shù)法2.使用字符填充的首尾定界符法3.使用比特填充的首尾定界符法4.違法編碼法Lizq98@563.2數(shù)據(jù)鏈路層3.2.2過失控制過失產(chǎn)生的原因主要是由于線路本身電氣特性所產(chǎn)生的隨機噪聲〔熱噪聲〕、信號振幅、頻率和相位的衰減或畸變、電信號在傳輸介質(zhì)上的反射回音效應、相鄰線路的串擾、外界的電磁干擾和設備故障等因素造成的。Lizq98@573.2數(shù)據(jù)鏈路層3.2.2過失控制

2.檢錯碼和糾錯碼

3.奇偶校驗碼奇偶校驗〔Parity〕碼地通過在信息位的后面附加一個檢驗位，使得碼字中“1〞的個數(shù)保持為奇數(shù)或偶數(shù)的編碼方法。Lizq98@583.2數(shù)據(jù)鏈路層3.2.2過失控制1.過失類型2.檢錯碼和糾錯碼3.奇偶校驗碼4.循環(huán)冗余校驗碼循環(huán)冗余校驗碼〔CRC〕是一種最常用的檢錯碼。CRC是通過在信息位的后面附加一串冗余比特實現(xiàn)的。方法是將要發(fā)送的二進制比特序列當作一個多項式F(x)的系數(shù)，在發(fā)送端，用雙方預先約定的G(x)生成多項式對應的比特序列去除，〔F(x)對應的比特序列后要加上n個0，n是一個比G(x)生成多項式對應的比特序列的位數(shù)減1的數(shù)〕，求得一個余數(shù)多項式，它就是循環(huán)冗余校驗碼，然后將它附加在放在信息位的后面組成CRC碼進行傳輸。在接收端，用同樣的G(x)去除接收到的比特序列，假設能被其整除，表示傳輸正確，否那么表示有錯。例如：Lizq98@593.2數(shù)據(jù)鏈路層【例3.1】〔7,3〕碼中，信息碼有3位，可分別表示十進制數(shù)據(jù)1～7，設G(x)為x4+x3+x2+1，對應的生成多項式比特序列為11101，有5位組成，因此冗余校驗碼應是4位，通過計算，得表3.3。000000000010010011100010011101101101001101001001111101101001011011101011111101003.2.2過失控制1.過失類型2.檢錯碼和糾錯碼3.奇偶校驗碼4.循環(huán)冗余校驗碼Lizq98@603.2數(shù)據(jù)鏈路層l

本來7位二進制碼可以有27(128)個碼字，表中所得的8個CRC碼是從這128個碼字中，按照一致校驗方程組挑選出來的，它有如下特性：1)封閉性。表中任兩個CRC碼的對應位進行模2相加后得到的結(jié)果，仍然是表3.3中8個碼字中的一個。2)循環(huán)性。表中任意一個〔7,3〕CRC碼字循環(huán)右移一位或多位后，仍是表中8個〔7,3〕CRC碼字中的一個。【例3.1】〔7,3〕碼中，信息碼有3位，可分別表示十進制數(shù)據(jù)1～7，設G(x)為x4+x3+x2+1，對應的生成多項式比特序列為11101，有5位組成，因此冗余校驗碼應是4位，通過計算，得表3.3。00000000001001001110001001110110110100110100100111110110100101101110101111110100Lizq98@613.2數(shù)據(jù)鏈路層l

本來7位二進制碼可以有27(128)個碼字，表中所得的8個CRC碼是從這128個碼字中，按照一致校驗方程組挑選出來的，它有如下特性：1)封閉性。表中任兩個CRC碼的對應位進行模2相加后得到的結(jié)果，仍然是表3.3中8個碼字中的一個。2)循環(huán)性。表中任意一個〔7,3〕CRC碼字循環(huán)右移一位或多位后，仍是表中8個〔7,3〕CRC碼字中的一個?！?/p>

目前廣泛使用的生成多項式主要有四種：

CRC12＝x12+x11+x3+x2+1CRC16＝x16+x15+x2+1〔IBM公司〕CRC16＝x16+x12+x5+1〔CCITT〕CRC32＝x32+x26+x23+x22+x16+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1l

循環(huán)冗余碼的產(chǎn)生和校驗均有集成電路產(chǎn)品，發(fā)送端能夠自動生成CRC碼，接收端自動校驗。Ethernet采用的是32位CRC碼，它由專用的以太網(wǎng)系列器件來實現(xiàn)。

Lizq98@623.2數(shù)據(jù)鏈路層3.2.2過失控制5.海明碼設信息位為k位，冗余位r位，構(gòu)成n=k+r位碼字。假設希望用r個監(jiān)督關系式產(chǎn)生r個校正因子來判斷碼字在傳輸后是否出錯，并確定n個不同的錯誤位置，那么要求滿足以下關系式：2r≥n+1或2r≥k+r+1例如，當k=4時，為了滿足上述不等式，那么需要r≥3?，F(xiàn)取r=3，那么n=k+r=7。也就是說，在4位信息位a6a5a4a3后面加上3為冗余位a2a1a0,構(gòu)成7位碼字a6a5a4a3a2a1a0。其中a2、a1和a0分別可通過4位信息位中某幾位按半加方法得到。在校驗時，a2、a1和a0就分別和這些位構(gòu)成三個不同的監(jiān)督關系式。如果傳輸后沒有錯誤，這三個監(jiān)督關系式的值s2、s1和s0應該全為“0〞。a6a5a4a3a2a1a0中某一位過失與S2S1S0的其對應關系可規(guī)定如表3.4所示〔當然也可以規(guī)定成另外的對應關系〕。

Lizq98@633.2數(shù)據(jù)鏈路層S2S1S0值

000001010011100101110111出錯碼無錯a0a1

a2a3a4a5a6

a2、a4、a6中有一個傳輸出錯都應使S2=1，即：

S2=a2⊕a4⊕a5⊕a6同理，可以得到監(jiān)督關系式：S2=a2⊕a4⊕a5⊕a6

S1=a1⊕a3⊕a5⊕a6(3.1)S0=a0⊕a3⊕a4⊕a6

3.2.2過失控制5.海明碼Lizq98@643.2數(shù)據(jù)鏈路層將〔3.1〕式中的S2、S1和S0取值為零，那么：a2⊕a4⊕a5⊕a6=0a1⊕a3⊕a5⊕a6=0(3.2)a0⊕a3⊕a4⊕a6=0

由此可得:

a2=a4⊕a5⊕a6

a1=a3⊕a5⊕a6(3.3)

a0=a3⊕a4⊕a63.2.2過失控制5.海明碼Lizq98@653.2數(shù)據(jù)鏈路層3.2.1成幀和幀同步3.2.2過失控制3.2.3流量控制3.2.4鏈路管理鏈路管理用于面向連接的效勞，它包括鏈路的建立，維持和釋放，它可以為網(wǎng)絡層提供幾種不同質(zhì)量的鏈路效勞。流量控制是限制發(fā)送方的數(shù)據(jù)發(fā)送流量，使其發(fā)送速率不致超過接收方所能處理的能力，而導致幀的“淹沒〞。3.2.5數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議l

異步協(xié)議：以字符作為信息傳輸單位，在每個字符的起始處同步，但字符之間的間隔時間是不固定的(即字符之間是異步的)l

同步協(xié)議：以許多字符或許多比特組織成的數(shù)據(jù)塊為傳輸單位，在幀的起始處同步。同步協(xié)議又分為面向字符〔字節(jié)〕的協(xié)議和面向比特的協(xié)議兩類。Lizq98@663.3網(wǎng)絡層物理層和數(shù)據(jù)鏈路層考慮節(jié)點間直接相連的情形〔LAN內(nèi)〕，而網(wǎng)絡層那么考慮源和目的節(jié)點存在許多中間節(jié)點的情形〔WAN內(nèi)〕，如以下圖所示。網(wǎng)絡層是通信子網(wǎng)的最高層，主要任務是提供路由，以及數(shù)據(jù)的交換方式、流量控制、阻塞與死鎖處理和網(wǎng)際互聯(lián)等問題。網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)單元稱為分組或者叫包〔Packet〕。Lizq98@673.3網(wǎng)絡層◆網(wǎng)絡層的主要作用l

建立網(wǎng)絡連接，提供網(wǎng)絡地址，提供尋址l

實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)單元〔包〕的傳送l

路由選擇l

擁塞控制l

過失控制l

消除通信子網(wǎng)的質(zhì)量差異l

確定網(wǎng)絡層效勞質(zhì)量參數(shù)，如網(wǎng)絡吞吐量、網(wǎng)絡延遲等物理層和數(shù)據(jù)鏈路層考慮節(jié)點間直接相連的情形〔LAN內(nèi)〕，而網(wǎng)絡層那么考慮源和目的節(jié)點存在許多中間節(jié)點的情形〔WAN內(nèi)〕，如以下圖所示。網(wǎng)絡層是通信子網(wǎng)的最高層，主要任務是提供路由，以及數(shù)據(jù)的交換方式、流量控制、阻塞與死鎖處理和網(wǎng)際互聯(lián)等問題。網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)單元稱為分組或者叫包〔Packet〕。Lizq98@683.3網(wǎng)絡層Lizq98@693.3網(wǎng)絡層1.電路交換電路交換的優(yōu)點是數(shù)據(jù)以固定速度傳輸，傳送快，延遲小，適用于實時傳輸、遠程成批處理、發(fā)送大量數(shù)據(jù)和持續(xù)通信要求高的場合。缺點是整個連接過程的信道容量完全被通信雙方占用，線路利用率不高。而且電路交換系統(tǒng)不具備過失控制能力，交換機也不具備數(shù)據(jù)存儲能力。2.存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換也稱報文交換，源于電報傳輸方式。它不需要通過呼叫建立物理通路，而是以接力方式，報文在網(wǎng)絡節(jié)點之間逐段傳送直到目的地。存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換時，傳輸前先將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)分割成一定大小的塊〔報文〕，一個報文被存儲在節(jié)點上并不立即發(fā)送，而是等到信道或路由中的下一節(jié)點的緩沖器空閑時再發(fā)送出去。傳輸?shù)穆窂娇梢允枪潭ǖ?，也可動態(tài)建立，這就充分利用了信道和轉(zhuǎn)接設備的容量。Lizq98@703.3網(wǎng)絡層3.3.1數(shù)據(jù)交換方式3.包交換包交換〔Packetswitching〕也稱分組交換。在包交換網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)單元〔包或分組〕是大小可變的數(shù)據(jù)塊，包的長度由網(wǎng)絡確定。l

數(shù)據(jù)報方式數(shù)據(jù)報方式中，每個包在傳輸時都是一個獨立的傳輸單元，傳輸時自己選擇傳輸路徑，即使假設干個包可能屬于同一個報文時也是如此。Lizq98@713.3網(wǎng)絡層3.3.1數(shù)據(jù)交換方式3.包交換包交換〔Packetswitching〕也稱分組交換。在包交換網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)單元〔包或分組〕是大小可變的數(shù)據(jù)塊，包的長度由網(wǎng)絡確定。l

數(shù)據(jù)報方式l

虛電路方式虛電路傳輸過程時，屬于同一個報文的所有包之間的先后順序被保存了下來，源節(jié)點和目的節(jié)點之間路徑在會話開始的時候先被選中，即先建立一條邏輯通路。Lizq98@723.3網(wǎng)絡層3.3.1數(shù)據(jù)交換方式3.3.2網(wǎng)絡層提供的效勞1.面向連接的效勞面向連接的效勞主要是虛電路效勞〔型效勞〕。這種方式在數(shù)據(jù)傳輸時，需要經(jīng)過連接的建立、維持〔數(shù)據(jù)傳輸〕和連接的撤除三個階段。連接建立好后，所有的包沿著虛電路有序、無過失的傳輸，面向連接的效勞往往是有確認的效勞，適用于可靠性要求高和有大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽妙I域，典型的提供面向連接的效勞是X.25協(xié)議。2.面向無連接的效勞面向無連接的效勞主要是數(shù)據(jù)報效勞〔電報型效勞〕。數(shù)據(jù)傳輸不需建立連接和撤除過程，各個數(shù)據(jù)包都有自己的控制信息，它將過失控制、流量控制和包的排序等均交給傳輸層處理。因此.面向無連接的效勞是不可靠的網(wǎng)絡效勞，但這種方式因無信道的連接和撤除過程，開銷小，在信息不太長時非常適用。典型的面向無連接的效勞是IP協(xié)議。Lizq98@733.3網(wǎng)絡層3.3.1數(shù)據(jù)交換方式3.3.2網(wǎng)絡層提供的效勞3.3.3路由選擇

廣域網(wǎng)中源節(jié)點和目的節(jié)點之間一般有多條傳輸路徑供選擇，網(wǎng)絡中每個中間節(jié)點在收到一個數(shù)據(jù)包后，都要確定向下一個節(jié)點傳送的路徑，這就是路由選擇。完成路由選擇的設備是路由器，路由算法有以下幾種：

1.靜態(tài)路由選擇策略l

擴散法l

固定路由選擇l

隨機路由選擇

2.動態(tài)路由選擇策略l

獨立路由選擇l

集中路由選擇l

分布路由選擇Lizq98@743.3網(wǎng)絡層3.3.1數(shù)據(jù)交換方式3.3.2網(wǎng)絡層提供的效勞3.3.3路由選擇3.3.4擁塞控制擁塞也稱阻塞，是指源和目的節(jié)點之間中某一個中間節(jié)點緩存中的包數(shù)量過多，使得該局部網(wǎng)絡來不及處理，而后續(xù)的數(shù)據(jù)包還不斷傳送過來，導致緩存中的數(shù)據(jù)包“淹沒〞，以致這局部乃至整個網(wǎng)絡性能急劇下降〔甚會至死鎖〕。擁塞現(xiàn)象如同交通擁擠一樣，在某個瓶頸路段，各種走向的車流相互干擾，使每輛車到達目的地的時間都相對增加(延遲增加)，甚至有時在某段公路上車輛因堵塞而無法開動(局部死鎖)。網(wǎng)絡層最典型的協(xié)議是IP協(xié)議、X.25、幀中繼〔FrameRelay〕和ATM。Lizq98@753.4傳輸層3.4.1傳輸層的功能傳輸層是OSI/RM的核心，它提供的效勞類似于數(shù)據(jù)鏈路層。區(qū)別是數(shù)據(jù)鏈路層控制局域網(wǎng)中單條鏈路上“點到點〞傳輸?shù)那樾?，而“端到端〞是指從源端到目的端，中間可以有一個或多個交換節(jié)點。。傳輸層功能有下面幾個：l

端到端的傳遞l

尋址l

可靠傳遞l

流量控制l

復用l

分段和重組傳輸層處于通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)之間，起著承上啟下的作用，它能在源和目的計算機之間提供可靠經(jīng)濟的數(shù)據(jù)傳輸效勞，而且獨立于所使用的網(wǎng)絡〔屏蔽各種通信子網(wǎng)的差異〕，同時向高層提供一個標準及完善的效勞界面。Lizq98@763.4傳輸層端到端的傳遞也采用面向連接和面向無連接兩種方式。面向連接的協(xié)議通過互聯(lián)網(wǎng)在源端和目的端之間建立一條虛電路或路徑，然后，屬于同一個的報文的所有數(shù)據(jù)包都在這一路徑上傳遞。面向連接有連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接終止三個階段。面向無連接的傳輸效勞只為上層提供一種類型的效勞，它為所有傳輸提供單個獨立的數(shù)據(jù)單元。每個單元包含傳輸所需要的所有協(xié)議控制信息，但是不提供順序和流量控制。TCP/IP協(xié)議中的TCP和UDP是傳輸層協(xié)議。其中，傳輸控制協(xié)議TCP協(xié)議是面向連接的協(xié)議，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP是面向無連接的協(xié)議。3.4.1傳輸層的功能3.4.2面向連接和面向無連接

Lizq98@773.5高層協(xié)議3.5.2表示層l

翻譯l

數(shù)據(jù)加密l

認證l

數(shù)據(jù)壓縮3.5.1會話層會話層功能有限，它們提供的效勞主要有：l

數(shù)據(jù)交換l

隔離效勞l

與會話管理有關的效勞l

會話層與傳輸層的交互l

同步點3.5.3應用層3.5.4小結(jié)Lizq98@78

Lizq98@79Lizq98@80目錄 4.1局域網(wǎng)概述4.2以太網(wǎng)4.3快速以太網(wǎng)〔FastEthernet〕4.4交換式以太網(wǎng)4.5千兆位以太網(wǎng)〔GigabitEthernet〕4.6令牌環(huán)網(wǎng)4.7令牌總線4.8光纖分布數(shù)據(jù)接口FDDILizq98@814.1局域網(wǎng)概述

局域網(wǎng)只涉及通信子網(wǎng)的功能，它是同一個網(wǎng)絡中節(jié)點與節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信問題，它不涉及網(wǎng)絡層。數(shù)據(jù)鏈路層分為成媒體訪問控制MAC和邏輯鏈路控制LLC兩個子層，LLC子層與所使用的傳輸介質(zhì)無關，僅讓MAC子層根據(jù)物理介質(zhì)處理介質(zhì)訪問控制方法。4.1.1局域網(wǎng)的特點1.局域網(wǎng)(LAN)具有以下特點：l

地理分布范圍較小l

數(shù)據(jù)傳輸速率高l

誤碼率低l

局域網(wǎng)的歸屬較為單一l

一般采用分布式控制和播送式通信l

協(xié)議簡單、結(jié)構(gòu)靈活、建網(wǎng)本錢低、周期短、便于管理和擴充3.局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)Lizq98@824.1局域網(wǎng)概述4.1.1局域網(wǎng)的特點4.1.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法1.具有沖突檢測的載波偵聽多路訪問〔CSMA/CD〕－“爭用型〞l

采用隨機訪問和競爭機制〔“爭用型〞〕。站點以幀的形式發(fā)送數(shù)據(jù)，所有連接在信道上的設備都能檢測到該幀。當某個站點檢測到目的地址和本站地址相符時，就接收該幀，并給源節(jié)點返回一個響應。l

“沖突〔collision〕〞是指二個以上的站點同時發(fā)送幀，造成不同信號的疊加互相破壞而變成無意義的噪聲，因此要進行沖突檢測。l

“載波偵聽〞并不能完全消除沖突，如下圖。l

同一個沖突域中檢測一個沖突的時間為兩個站點之間傳播時延〔載波信號從一端發(fā)送到另一端接收所需時間間隔〕的兩倍，如下圖。Lizq98@834.1局域網(wǎng)概述4.1.1局域網(wǎng)的特點4.1.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法

令牌訪問介質(zhì)方式的優(yōu)點是：l

不存在競爭，因此不會出現(xiàn)沖突，常用于高負荷通信量較大的網(wǎng)絡。l

令牌繞環(huán)一周的時間固定，實時性好，適用于控制型或?qū)崟r性要求較高的場合。l

令牌單向流動，因此可使用帶寬高的光纖作為傳輸介質(zhì)。l

可以設置優(yōu)先級，適用于集中管理。l

負荷較高時，有較好的響應方式。

Lizq98@844.1局域網(wǎng)概述4.1.1局域網(wǎng)的特點4.1.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法4.1.3網(wǎng)絡適配器

1.網(wǎng)絡適配器功能完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能，實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)和串行信號之間的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)幀的裝配與拆裝、介質(zhì)訪問控制和數(shù)據(jù)緩沖等

2.網(wǎng)卡的種類

l

按傳輸速率分為10Mbps、100Mbps、10/100Mbp和1000Mbps網(wǎng)卡

l

按傳輸數(shù)據(jù)信號的位數(shù)可分為8位、16位和32位網(wǎng)卡

l

按接口分為AUI接口網(wǎng)卡、BNC接口網(wǎng)卡、RJ-45接口網(wǎng)卡、ST、SC插頭網(wǎng)卡和無線網(wǎng)卡等

l

按總線插槽接口可分為ISA、EISA、VESA、PCI和PCMCIA帶RJ-45和BNC接口的網(wǎng)卡USB接口網(wǎng)卡

3.Ethernet網(wǎng)卡

4.NIC地址Ethernet網(wǎng)卡已將CSMA/CD功能集成到網(wǎng)卡中，并負責執(zhí)行IEEE802.3所規(guī)定的規(guī)程，如構(gòu)成幀，計算幀檢驗序列、執(zhí)行曼徹斯特編碼譯碼轉(zhuǎn)換等。

Lizq98@854.2以太網(wǎng)之所以稱為以太網(wǎng)，源于“電磁輻射是可以通過發(fā)光的以太來傳播〞這一想法。后來由Xerox、DEC和Intel三家公司聯(lián)合，開發(fā)局域網(wǎng)組網(wǎng)標準。4.2.1以太網(wǎng)標準和分類IEEE802.3定義的以太網(wǎng)標準分為10兆以太網(wǎng)、快速〔百兆〕以太網(wǎng)、(FastEthernet)、千兆位以太網(wǎng)(GigabitEthernet)等。4.2.2以太網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

1.以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

2.協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU

3.MAC幀格式

Lizq98@864.2以太網(wǎng)4.2.1以太網(wǎng)標準和分類4.2.2以太網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)4.2.3以太網(wǎng)特點Lizq98@874.2以太網(wǎng)4.2.410兆以太網(wǎng)1.10Base5

2.10Base2

3.10Base-T

4.10Base-F

5.10Broad366.10兆以太網(wǎng)的中繼規(guī)那么10兆以太網(wǎng)的中繼規(guī)那么〔也稱黃金規(guī)那么〕為5-4-3-2-1規(guī)那么。l

從任一個發(fā)送端到接收端之間只能有5個網(wǎng)段l

從任一個發(fā)送端到接收端之間只能經(jīng)過4個中繼器l

其中的3個網(wǎng)段可增加站點l

另2個網(wǎng)段只能作為中繼鏈路，不能連接站點l

整個網(wǎng)絡組成了1個沖突域?qū)嶋H組建以太網(wǎng)時可將幾種標準混合使用，如下圖。Lizq98@884.3快速以太網(wǎng)〔FastEthernet〕4.3.1沖突直徑的計算10兆以太網(wǎng)的沖突域直徑為2500m，一個站點應在整個幀傳送完畢前能檢測到是否有沖突。快速以太網(wǎng)速度提高了10倍，因此傳輸一個最小幀〔512位〕，時間會降低10倍，即需要花費5.12ms，如下圖。為了不改變幀的最小長度，應該讓沖突域降低10倍，即從2500m降到250m，這樣如果發(fā)生沖突，能使發(fā)送方檢測到。Lizq98@894.3快速以太網(wǎng)〔FastEthernet〕4.3.1沖突直徑的計算4.3.210兆以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)的區(qū)別

1.10兆以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)的相同點

2.10兆以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)的不同點

3.4B/5B編碼

4.100Base-T的應用Lizq98@904.3快速以太網(wǎng)〔FastEthernet〕4.3.1沖突直徑的計算4.3.210兆以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)的區(qū)別4.3.3快速以太網(wǎng)的物理層1.100Base-TX2.100Base-FX3.100Base-T4

4.100Base-T2Lizq98@914.4交換式以太網(wǎng)4.4.1交換的提出4.4.2交換式以太網(wǎng)交換機是一種特殊的網(wǎng)橋，它的一個端口是一個沖突域。交換機能夠識別出幀的目的地址，并把幀只發(fā)送到目標站點連接的相應端口，而不是像共享式以太網(wǎng)中將幀發(fā)送到全網(wǎng)中的所有站點。交換機工作原理如下圖。

ABCMN

OPQ

X

Lizq98@924.4交換式以太網(wǎng)4.4.1交換的提出4.4.2交換式以太網(wǎng)4.4.3共享式以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)的區(qū)別l

信道類型不同

l

帶寬的區(qū)別l

通信方式的區(qū)別

l

拓撲結(jié)構(gòu)不同4.4.4全雙工以太網(wǎng)共享式以太網(wǎng)因為共享傳輸介質(zhì)，因此都是以半雙工方式工作的。采用雙絞線和交換機為全雙工操作提供了可能，雙絞線可以為一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)提供單獨的線路，而同軸電纜卻不能做到這一點。

全雙工以太網(wǎng)一定是交換式以太網(wǎng)，而交換式以太網(wǎng)不一定是全雙工以太網(wǎng)。Lizq98@934.5千兆位以太網(wǎng)〔GigabitEthernet〕4.5.1千兆位以太網(wǎng)的MAC幀Lizq98@944.5千兆位以太網(wǎng)〔GigabitEthernet〕4.5.1千兆位以太網(wǎng)的MAC幀4.5.2千兆位以太網(wǎng)的物理層l

1000Base-SX

l

1000Base-LX

l

1000Base-CXl

1000Base-TLizq98@954.5千兆位以太網(wǎng)〔GigabitEthernet〕4.5.1千兆位以太網(wǎng)的MAC幀4.5.2千兆位以太網(wǎng)的物理層4.5.3千兆位以太網(wǎng)的特點Lizq98@964.6令牌環(huán)網(wǎng)4.6.1令牌環(huán)工作原理

令牌環(huán)網(wǎng)在物理上由一系列環(huán)接口和這些接口間的點—點鏈路構(gòu)成的閉合環(huán)路，各站點通過環(huán)接口連接到網(wǎng)絡上，令牌和數(shù)據(jù)幀沿環(huán)單向流動。取得令牌的站點，通過環(huán)接口將數(shù)據(jù)幀串行發(fā)送到環(huán)上，環(huán)上的其它各站點檢測并轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)上的數(shù)據(jù)幀，當目的地址與自身站點地址相符時，復制該幀并該幀轉(zhuǎn)發(fā)出去，使數(shù)據(jù)幀在環(huán)上從一個站點傳至下一個站。數(shù)據(jù)幀繞環(huán)一周返回到發(fā)送站點，由發(fā)送站點將其刪除，并生成一個新的令牌發(fā)送到環(huán)上。

Lizq98@974.6令牌環(huán)網(wǎng)4.6.2令牌環(huán)幀格式令牌環(huán)MAC幀有令牌幀、異常中止幀和數(shù)據(jù)/命令幀三種類型，如下圖。Lizq98@984.6令牌環(huán)網(wǎng)4.6.3令牌環(huán)的操作過程網(wǎng)絡空閑時，令牌在環(huán)中單向繞行。站點要發(fā)送數(shù)據(jù)，必須等待獲得令牌

環(huán)中各站點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，并檢查數(shù)據(jù)幀目的地址，如與本站點地址相符，讀取數(shù)據(jù)，并復制該幀并轉(zhuǎn)發(fā)出去

數(shù)據(jù)幀繞環(huán)一周返回到發(fā)送站點，發(fā)送站將該數(shù)據(jù)幀從環(huán)路上撤消。

發(fā)送站點完成數(shù)據(jù)發(fā)送后，重新產(chǎn)生一個令牌4.6.4令牌環(huán)的維護4.6.5令牌環(huán)的特點Lizq98@994.7令牌總線4.7.1令牌總線工作原理4.7.2令牌總線和令牌環(huán)網(wǎng)的區(qū)別l

令牌總線采用總線方式連接，是播送式網(wǎng)絡。而令牌環(huán)網(wǎng)是點到點連接。l

令牌總線不采用集中控制，而令牌環(huán)網(wǎng)是通過一個集中的監(jiān)控站處理如令牌喪失等工作，較為方便容易。l

令牌總線的主要缺點是它的復雜性〔如站點插入和退出邏輯環(huán)算法等〕。而令牌環(huán)網(wǎng)的缺點是集中式監(jiān)控站的使用，盡管可以將失效的監(jiān)控站替換掉。Lizq98@1004.8光纖分布數(shù)據(jù)接口FDDI4.8.1FDDI的工作原理4.8.2FDDI的尋址和數(shù)據(jù)編碼

FDDI的尋址是使用一個6字節(jié)的地址，地址在NIC上，和以太網(wǎng)的地址類似。

FDII采用了二級編碼的方法。先按4B/5B編碼，然后再利用非歸零反相編碼NRZ-I進行數(shù)據(jù)編碼。

Lizq98@1014.8光纖分布數(shù)據(jù)接口FDDI4.8.1FDDI的工作原理4.8.2FDDI的尋址和數(shù)據(jù)編碼4.8.2FDDI的特點l

FDDI采用光纖作為傳輸媒體，運行效率高。l

使用基于IEEE802.5令牌環(huán)標準的令牌傳遞協(xié)議。l

采用雙環(huán)拓撲結(jié)構(gòu)，使網(wǎng)絡的可靠性大大增加，確保網(wǎng)絡具有容錯能力。l

FDDI具有較大的網(wǎng)絡覆蓋范圍l

具有動態(tài)分配帶寬的能力，能同時支持同步和異步數(shù)據(jù)效勞。Lizq98@102

Lizq98@103第5章

網(wǎng)絡互聯(lián)設備和多層交換

本章要點： ◆

了解網(wǎng)絡互聯(lián)的根本概念及各層網(wǎng)絡互聯(lián)設備◆

掌握中繼器和集線器的性能、作用和分類◆

掌握網(wǎng)橋和交換機的特點、工作原理和性能參數(shù)◆

掌握路由器的結(jié)構(gòu)、分類和工作原理◆

初步了解路由選擇、路由表和等根本概念◆

掌握網(wǎng)關的分類和作用◆

掌握三層交換和多層交換的概念Lizq98@104第5章

網(wǎng)絡互聯(lián)設備和多層交換目錄

5.1網(wǎng)絡互聯(lián)概述5.2物理層互聯(lián)設備－中繼器

5.3數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)設備－網(wǎng)橋

5.4網(wǎng)絡層互聯(lián)設備－路由器

5.5高層互聯(lián)設備－網(wǎng)關

5.6三層交換和高層交換Lizq98@1055.1網(wǎng)絡互聯(lián)概述網(wǎng)絡互聯(lián)類型(1)局域網(wǎng)之間的互聯(lián)〔LAN-LAN〕l同構(gòu)網(wǎng)的互聯(lián)l異構(gòu)網(wǎng)的互聯(lián)(2)局域網(wǎng)與城域網(wǎng)的互聯(lián)〔LAN-MAN〕(3)局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互聯(lián)〔LAN-WAN〕(4)多個遠程局域網(wǎng)利用公用網(wǎng)互聯(lián)〔LAN-WAN-LAN〕(5)廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互聯(lián)〔WAN-WAN〕l互連〔Internet-connection〕指僅是物理上連接在一起，實現(xiàn)網(wǎng)絡距離上的延伸。例如使用中繼器連接擴大網(wǎng)絡距離〔連接的是同構(gòu)網(wǎng)〕。l互聯(lián)〔Internet-working〕指不僅在物理上連接在一起，而且在邏輯上也連接在一起。包括協(xié)議組的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)包的封裝等?；ヂ?lián)的網(wǎng)絡可以是同構(gòu)的，也可以是異構(gòu)的。Lizq98@1065.1網(wǎng)絡互聯(lián)概述

網(wǎng)絡互聯(lián)類型網(wǎng)絡互聯(lián)層次OSI/RM共有7個層次，不同功能層次的網(wǎng)絡互聯(lián)時，所選擇網(wǎng)絡互聯(lián)設備也不同。它們和OSI/RM的對應關系如下圖。l網(wǎng)絡互聯(lián)主要是將不同網(wǎng)段、網(wǎng)絡或子網(wǎng)之間通過網(wǎng)絡互聯(lián)設備連接起來。l網(wǎng)絡之間互聯(lián)主要有中繼器和網(wǎng)橋〔用于局域網(wǎng)〕。網(wǎng)際之間互聯(lián)主要有路由器和網(wǎng)關〔用于廣域網(wǎng)〕。Lizq98@1075.2物理層互聯(lián)設備－中繼器5.2.1中繼器中繼器也稱轉(zhuǎn)發(fā)器或收發(fā)器，Hub也是一種中繼器。物理層互聯(lián)設備可以將傳送過來的二進制位信號進行復制、整形、再生和轉(zhuǎn)發(fā)。主要用于局域網(wǎng)傳輸距離的延伸，增加節(jié)點數(shù)，以及連接采用不同傳輸介質(zhì)和接口的同構(gòu)網(wǎng)〔如以太網(wǎng)〕。

l中繼器的功能僅僅是將信號整形、再生數(shù)字信號，以維持通過局域網(wǎng)的電平，擴大局域網(wǎng)的傳輸距離。中繼器是一個再生器而不是一個放大器，一個中繼器可以連接兩個以上的網(wǎng)絡段，通常用于局域網(wǎng)之間的互聯(lián)。

l局域網(wǎng)對中繼器的使用有一定限制，這就是在4.2節(jié)中介紹的5-4-3-2-1中繼規(guī)那么。利用中繼器連接的網(wǎng)絡雖然在物理上可以是兩個以上的網(wǎng)絡，但在邏輯上是將它們合并為一個網(wǎng)絡，屬于同一個沖突域。由于受沖突直徑的限制，構(gòu)建時一定要遵守中繼規(guī)那么。如果需要連接的網(wǎng)絡希望是各自獨立，那么需要選用后面介紹的互聯(lián)設備。Lizq98@1085.2物理層互聯(lián)設備－中繼器l集線器〔Hub〕作用和中繼器類似，執(zhí)行相同的功能，遵循相同的中繼規(guī)那么。Hub是一種多端口的中繼器，每個端口都具有發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的能力。當某個端口收到連接該端口上的主機發(fā)來的數(shù)據(jù)時，就轉(zhuǎn)發(fā)至其它端口。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)之前，每個端口都對它進行再生、整形，并重新定時。用Hub連接以太網(wǎng)時，雖然物理上是星型結(jié)構(gòu)，但邏輯上仍是一個總線型結(jié)構(gòu)。

2.集線器的特點

l優(yōu)點：l缺點：3.播送風暴l所謂播送風暴是一種在網(wǎng)上播送的消息導致大量響應、每個響應又導致大量響應的狀態(tài)，網(wǎng)絡長時間被大量的播送數(shù)據(jù)包所占用，使正常的通信無法正常進行。

1.集線器的分類l獨立型集線器

l

堆疊式集線器

l

模塊化集線器

5.2.1中繼器5.2.2集線器Lizq98@1095.3數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)設備－網(wǎng)橋5.3.1網(wǎng)橋

網(wǎng)橋作用于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，用于網(wǎng)絡中節(jié)點的物理地址過濾、網(wǎng)絡分段以及跨網(wǎng)段數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)。它既可以延伸局域網(wǎng)的距離，擴充節(jié)點數(shù)，還可以將負荷過重的網(wǎng)絡劃分為較小的網(wǎng)絡，縮小沖突域?！艟W(wǎng)橋的作用網(wǎng)橋〔Bridge〕可以根據(jù)物理地址對數(shù)據(jù)幀進行過濾和存儲轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)網(wǎng)絡分段。當一個數(shù)據(jù)幀通過網(wǎng)橋時，網(wǎng)橋檢查數(shù)據(jù)幀的源和目的物理地址，如果這兩個地址屬于不同的網(wǎng)段，那么網(wǎng)橋?qū)⒃摂?shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)段，否那么不轉(zhuǎn)發(fā)。所以，網(wǎng)橋能起到隔離網(wǎng)段的作用，網(wǎng)絡的隔離意味著縮小了沖突域，提高了網(wǎng)絡的有效帶寬。網(wǎng)橋連接如下圖。

◆網(wǎng)橋的作用有兩個方面：l將一個負載過重的網(wǎng)絡分割成假設干小段，每個網(wǎng)段各自享用自己獨立的帶寬，以提高網(wǎng)絡的效率，從而減少網(wǎng)絡的信息流量。l延伸網(wǎng)絡的距離，因為使用中繼器受網(wǎng)絡直徑和中繼規(guī)那么的限制，通過網(wǎng)橋可進一步延伸網(wǎng)絡的距離。Lizq98@1105.3數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)設備－網(wǎng)橋5.3.1網(wǎng)橋

◆網(wǎng)橋的作用◆網(wǎng)橋的分類

l按網(wǎng)橋所處的位置可分為內(nèi)橋和外橋兩種。

l按網(wǎng)橋分布的地理范圍可分為本地網(wǎng)橋和遠程網(wǎng)橋。

◆網(wǎng)橋的學習功能網(wǎng)橋接收到一個數(shù)據(jù)幀時，它檢查數(shù)據(jù)幀的源地址〔物理地址〕，并將該地址與網(wǎng)橋中的路徑表中各項進行比照，如果在路徑中沒找到，那么將新的源地址參加路徑表中，這就是網(wǎng)橋?qū)W(wǎng)絡地址的學習功能?！艟W(wǎng)橋的特點延伸網(wǎng)絡的距離、隔離網(wǎng)段，但不能隔離播送、也不能控制播送風暴、網(wǎng)橋沒有路由功能。Lizq98@1115.3數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)設備－網(wǎng)橋5.3.2交換機

1.交換機的工作原理交換機也按存儲轉(zhuǎn)發(fā)的原理工作，具有數(shù)據(jù)幀的過濾和地址學習功能。地址學習功能是：首先檢查端口傳送來的數(shù)據(jù)幀物理地址，與交換機內(nèi)部的動態(tài)路徑表進行比較，假設不在路徑表中，那么參加路徑表中，假設在路徑表中，那么將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到對應的目標端口，而且只向目標端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。

4.交換機的類型

獨立式、模塊式和堆疊式三種2.交換機的帶寬由一個16口100Mbps交換機組成的交換式以太網(wǎng)，可以為每個端口都提供100Mbps的專用帶寬，那么該交換機的最大數(shù)據(jù)流通量為16×100Mbps。3.交換機的性能參數(shù)端口、業(yè)務接口、主板〔背板〕、主處理器、FLASH、MAC地址的數(shù)量。Lizq98@1125.4網(wǎng)絡層互聯(lián)設備－路由器5.4.1路由器的根本概念網(wǎng)橋根據(jù)第二層地址〔MAC地址〕轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。而路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時，通過第三層地址〔如IP地址〕，以決定一個數(shù)據(jù)包如何重新包裝及送到哪里。當它接收到數(shù)據(jù)包時，負責尋址，選擇轉(zhuǎn)發(fā)到下一個節(jié)點的最正確路徑。它是Internet、Intranet和Extranet中必不可少的設備之一?！袈酚善髀酚善鳌瞨outer〕用于互聯(lián)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層相同或不同的協(xié)議、網(wǎng)絡層使用路由協(xié)議、而傳輸層以上使用的協(xié)議必須是相同或兼容的網(wǎng)絡。路由器丟棄所有的播送幀，所以可以抑制播送風暴。

Lizq98@1135.4網(wǎng)絡層互聯(lián)設備－路由器5.4.1路由器的根本概念

◆路由器◆路由表l靜態(tài)〔static〕路由表：事先設置固定不變的路徑表。l動態(tài)〔dynamic〕路由表：根據(jù)網(wǎng)絡拓撲、負載的改變等情況自動調(diào)整的路徑表。

◆最小費用路由

最小費用路由是指網(wǎng)絡中一條路徑是最短的或是最經(jīng)濟的。

l路徑最短可以用跳步數(shù)計數(shù)，每經(jīng)過一個路由為一跳，而不管這條路徑的實際長度為多少，都被認為是等長的。

l另一種方法是將一個權(quán)值賦予某條鏈路，權(quán)值也稱為鏈路的符號長度。Lizq98@1145.4網(wǎng)絡層互聯(lián)設備－路由器路由器改進了網(wǎng)橋的功能，它將數(shù)據(jù)幀“封裝〞到含有路由和傳送信息的數(shù)據(jù)包中，在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送。當路由器收到一個數(shù)據(jù)包后，讀出其中的源和目標網(wǎng)絡地址，然后根據(jù)路由表中的信息，利用復雜的路由算法，為數(shù)據(jù)包選擇適宜的路由并轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包到達目標節(jié)點前的路由器后，分解為數(shù)據(jù)鏈路層所認識的數(shù)據(jù)幀，并把它傳送到目標節(jié)點。5.4.2路由器的工作原理5.4.3路由器的結(jié)構(gòu)、分類和作用1.路由器的結(jié)構(gòu)

主要有CPU、RAM、FLASH、NVRAM、ROM、接口等硬件組成。2.路由器的分類l近程路由器和遠程路由器l

靜態(tài)路由器和動態(tài)路由器l單協(xié)議路由器和多協(xié)議路由器3.路由器的作用

延伸網(wǎng)絡距離、局域網(wǎng)接入Internet、多個局域網(wǎng)之間的遠程連接。Lizq98@1155.5高層互聯(lián)設備－網(wǎng)關◆按可轉(zhuǎn)換的協(xié)議數(shù)分類：雙邊協(xié)議網(wǎng)關和多邊協(xié)議網(wǎng)關〔綜合網(wǎng)關〕◆按網(wǎng)關的應用類型分類l電子郵件網(wǎng)關l局域網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關lInternet網(wǎng)關l支付網(wǎng)關lIBM主機網(wǎng)關l公用網(wǎng)關接口CGIlVOIP(VoiceoverIP)語音網(wǎng)關l平安網(wǎng)關l綜合網(wǎng)關Lizq98@1165.6三層交換和高層交換5.6.1三層交換的概念

2.三層交換機交換機和路由器相比，轉(zhuǎn)發(fā)能力更強。但路由器又擁有交換機所沒有的路由功能。因此，各個網(wǎng)絡設備廠商推出了一個綜合路由器和交換機功能的產(chǎn)品，即三層交換機，也稱交換路由器或路由交換機。三層交換機可以將第二層的交換〔高性能和強大的網(wǎng)絡流量轉(zhuǎn)發(fā)能力〕和第三層的的路由功能〔具有網(wǎng)絡可伸縮性〕結(jié)合起來，再集成一些特殊的效勞面形成的。Lizq98@1175.6三層交換和高層交換5.6.1三層交換的概念

3.三層交換的優(yōu)點

l多伸縮性

l流量管理