網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

Chapter3計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目標描述OSI參考模型的分層結(jié)構(gòu)描述七層的功能及其關(guān)系描述數(shù)據(jù)封裝的過程描述TCP/IP協(xié)議框架結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)完本章課程，您應(yīng)該能夠：第三章計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

第一節(jié)計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)根本概念第二節(jié)OSI參考模型概述第三節(jié)七層功能介紹第四節(jié)數(shù)據(jù)封裝第五節(jié)TCP/IP協(xié)議第一節(jié)計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)根本概念我們將網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型與各層協(xié)議的集合定義為計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)〔networkarchitecture〕。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)涉及兩個問題：結(jié)構(gòu)模型和協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對計算機網(wǎng)絡(luò)是不可缺少的，一個功能完備的計算機網(wǎng)絡(luò)需要制定一整套復(fù)雜的協(xié)議集。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來說，最好的組織方式是層次式結(jié)構(gòu)模型。計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是按照層次結(jié)構(gòu)模型來組織的。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議概念與組成計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)那么。這些規(guī)那么明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問題〔同步含有時序的意思〕。為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)那么、標準或約定即網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(networkprotocol)，簡稱為協(xié)議。由于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)具有層次性，所以通信協(xié)議也是分層的。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要有三個要素組成：語法、語義、同步。語法：即通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式；包括數(shù)據(jù)格式、編碼、信號電平等。語義：即完成某個功能時，需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及對方做出何種響應(yīng)；發(fā)送或接收的信息代表什么含義；。同步：即事件實現(xiàn)順序的詳細說明；是對事件實現(xiàn)順序的詳細說明。包括速度匹配、排序等。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議很重要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計算機網(wǎng)絡(luò)不可缺少的組成局部。實際上，只要我們想讓連接在網(wǎng)上的另一臺計算機做點什么〔例如，從某個主機下載文件〕，我們都需要有協(xié)議。但是當我們經(jīng)常在自己的計算機上進行文件存盤操作時，就不需要任何協(xié)議，除非這個用來存儲文件的磁盤時網(wǎng)絡(luò)上的某個效勞器的磁盤。通信協(xié)議對通信通信軟件和硬件的開發(fā)具有指導(dǎo)作用。通信協(xié)議描述要做什么、對于怎么做不進行限定。這樣對軟硬件開發(fā)商提供了便利，他們只需要根據(jù)協(xié)議要求開發(fā)產(chǎn)品，至于選擇什么電子元器件、使用什么語言開發(fā)那么不受約束。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議協(xié)議是一系列規(guī)那么和約定的標準性描述協(xié)議定義了設(shè)備間通信的標準常見協(xié)議：TCP/IP、X.25、PPP、SLIP、FrameRelay我用的TCP/IP是的,我也是,我們可以通信了協(xié)議很復(fù)雜協(xié)議很復(fù)雜，就是協(xié)議必須將各種不利的條件事先都估計到，而不能假定一切情況都是在很理想和很順利的條件下進行通信的。例如：兩個朋友在約會好，下午3時在某公園門口碰頭，并且約定“不見不散〞。這就是一個很壞的協(xié)議，因為在任何一方臨時有急事來不了而又無法通知對方時〔如：、都無法接通〕，按照協(xié)議另一方就必須永遠等待下去。必須非常仔細地檢查所設(shè)計協(xié)議能否應(yīng)付所有的不利情況。應(yīng)當注意：事實上難免有極個別的不利情況在設(shè)計協(xié)議時并沒有預(yù)計到。在出現(xiàn)這種情況時，協(xié)議就會失敗。因此實際上協(xié)議往往只能應(yīng)付絕大多數(shù)的不利情況。著名的協(xié)議舉例占據(jù)兩個山頂?shù)乃{軍與駐扎在這山谷的白軍作戰(zhàn)。力量比照是：一個山頂上的藍軍打不過白軍，但兩個山頂?shù)乃{軍協(xié)同作戰(zhàn)就可戰(zhàn)勝白軍。一個山頂上的藍軍擬于次日正午向白軍發(fā)起攻擊。于是發(fā)送電文給另一山頂上的友軍。但通信線路很不好，電文出錯的可能性很大。因此要求收到電文的友軍必須發(fā)送確認電文。但確認電文也可能出錯。試問能否設(shè)計出一種協(xié)議，使得藍軍能實現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)因而一定(即100%)取得勝利？明日正午進攻，如何？同意收到“同意”收到：收到“同意”………………這樣的協(xié)議無法實現(xiàn)！結(jié)論這樣無限循環(huán)下去，兩邊的藍軍都始終無法確定自己最后發(fā)出的電文對方是否已經(jīng)收到。沒有一種協(xié)議能夠藍軍能100%獲勝。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)對計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該實現(xiàn)的功能進行了精確的定義，而這些功能是用什么樣的硬件與軟件去完成的，那么是具體的實現(xiàn)問題。相互通信的兩個計算機系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，而這種“協(xié)調(diào)〞是相當復(fù)雜的?！胺謱莹暱蓪嫶蠖鴱?fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為假設(shè)干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。協(xié)議的制定和實現(xiàn)采用層次結(jié)構(gòu)，即將復(fù)雜的協(xié)議分解成為一些簡單的分層協(xié)議，再綜合成總協(xié)議。層次模型實例層次模型實例甲乙兩個公司地處兩個城市，甲公司的經(jīng)理要與乙公司經(jīng)理協(xié)商一件合作的事物，這項工作應(yīng)當按照以下步驟進行。甲公司經(jīng)理起草合作文件，交給秘書發(fā)出；甲公司秘書對文件進行打印、蓋章、封裝和登記，交給甲地郵局發(fā)送；甲地郵局傳送郵件到乙地郵局；乙地郵局將郵件送至乙公司；乙公司經(jīng)理秘書對郵件進行編號、登記后交給經(jīng)理；乙公司經(jīng)理閱讀文件并處理合作事宜。這一過程實際分為3個層次。雙方經(jīng)理為第1層次，處理合作事物的內(nèi)容；雙方秘書為第2層次，只管登記、收發(fā)文件，不管合作內(nèi)容；兩地郵局未第3層，只管郵件傳送，不涉及登記，更不知道文件內(nèi)容。這3個層次雙方都有，稱為對等層。層次模型實例

計算機網(wǎng)絡(luò)是一個極為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要使得分布在全球各地的計算機能夠順利通信并共享資源，更需要分層次地實現(xiàn)，一步一步地解決以下問題：計算機、傳輸介質(zhì)等硬件是否連通就緒，能夠接收和發(fā)送數(shù)據(jù)信號；要保證通信鏈路上所有的節(jié)點都正確連通；要保證能夠在通信鏈路中找到一條最短或最經(jīng)濟的通路，如果某個節(jié)點堵塞，必須找到其它通路；要保證能夠正確到達對方主機；要保證能夠找到接收方的通信實體進程；要保證數(shù)據(jù)格式的一致性；你要求對方所完成的事，對方有能力完成。劃分層次的概念舉例例如：計算機1向計算機2通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件?？梢詫⒁龅墓ぷ鬟M行如下的劃分：第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。例如：發(fā)送方的文件發(fā)送應(yīng)用程序應(yīng)當確信收到接受方的文件管理程序已做好接收和存儲文件的準備。假設(shè)兩個計算機所用的文件格式不一樣，那么至少其中的一個計算機應(yīng)完成文件格式的轉(zhuǎn)換。這兩個工作可用一個文件傳送模塊來完成。兩個計算機將文件傳送模塊作為最高的一層。剩下的工作由下面的模塊負責。兩個計算機交換文件文件傳送模塊計算機

1計算機

2文件傳送模塊只看這兩個文件傳送模塊好像文件及文件傳送命令是按照水平方向的虛線傳送的把文件交給下層模塊進行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊在這兩個模塊之間的虛線表示兩個計算機系統(tǒng)交換文件和一些有關(guān)文件交換的命令。我們并不想讓文件傳送模塊完成全部工作的細節(jié)，這樣會使文件傳送模塊過于復(fù)雜?？梢栽僭O(shè)立一個通信效勞模塊，用來保證文件和文件傳送命令可靠地在兩個系統(tǒng)之間交換。再設(shè)計一個通信效勞模塊文件傳送模塊計算機

1計算機

2文件傳送模塊只看這兩個通信服務(wù)模塊好像可直接把文件可靠地傳送到對方把文件交給下層模塊進行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊讓位于上面的文件傳送模塊利用下面的通信效勞模塊所提供的效勞?？梢钥闯觯厦娴哪K和下面的模塊可以是相對獨立的，例如：如果將位于上面的文件傳送模塊換成電子郵件模塊，那么電子郵件模塊同樣可以利用在他下面的通信效勞模塊所提供的可靠通信的效勞。再設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)接入模塊文件傳送模塊計算機

1計算機

2文件傳送模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接入模塊負責做與網(wǎng)絡(luò)接口細節(jié)有關(guān)的工作例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷?，幀的最大長度等。同樣道理，我們在構(gòu)造一個網(wǎng)絡(luò)接入模塊，讓這個模塊負責做與網(wǎng)絡(luò)接口細節(jié)有關(guān)的工作，并向上層提供效勞，使上面的通信效勞模塊能夠完成可靠通信的任務(wù)。分層的好處各層之間相互獨立，高層不需要知道低層是如何實現(xiàn)的，而僅知道該層通過層間的接口所提供的效勞。每層只實現(xiàn)一種相對獨立的功能，因而可將一個難以處理的復(fù)雜問題分解為假設(shè)干個較容易處理的小問題，整個問題的復(fù)雜度就降低了。例如：應(yīng)用系統(tǒng)多人負責拆分，編程中函數(shù)、過程問題。當任何一層的功能發(fā)生變化時〔例如由于技術(shù)進步促進實現(xiàn)技術(shù)的變化〕，只要層間接口關(guān)系保持不變，那么在這層以上或以下各層均不受影響。此外，對某一層提供的效勞還可以進行修改。當某層提供的效勞不再需要時，甚至可以將這層取消。由于結(jié)構(gòu)的可分割，各層的功能都可以采用最適宜的技術(shù)來實現(xiàn)，各層實現(xiàn)技術(shù)的改變不影響其它層。整個系統(tǒng)被分解為假設(shè)干個易于處理的局部，這種結(jié)構(gòu)使一個龐大而復(fù)雜系統(tǒng)的實現(xiàn)和維護變得容易控制。每層的功能與所提供效勞可以精確的定義，這有利于促進標準化過程。層數(shù)多少要適當協(xié)議的分層要合理，假設(shè)層數(shù)太少，就會使每一層的協(xié)議太復(fù)雜。層數(shù)太多又會在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時遇到較多的困難〔集成困難〕。通常每一層所要實現(xiàn)的一般功能往往是下面的一種功能或多種功能：過失控制：使得和網(wǎng)絡(luò)對端的相應(yīng)層次的通信更加可靠〔本層間控制〕。流量控制：使得發(fā)送端的發(fā)送速率不要太快，要使得接收端來得及接收。分段和重裝：發(fā)送端將要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊劃分為更小的單位，在接收端將其復(fù)原。復(fù)用和分用：發(fā)送端幾個高層會話復(fù)用一條底層的連接，在接收端再進行分用。連接建立和釋放：交換數(shù)據(jù)前先建立一條邏輯連接。數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后釋放連接。分層當然也有一些缺點，例如，有些功能會在不同的層次中重復(fù)出現(xiàn)，因而產(chǎn)生了額外開銷。第三章計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

第一節(jié)計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)根本概念第二節(jié)OSI參考模型概述第三節(jié)七層功能介紹第四節(jié)數(shù)據(jù)封裝第五節(jié)TCP/IP協(xié)議OSI參考模型出現(xiàn)的背景在計算機網(wǎng)絡(luò)開展的初期，許多研究機構(gòu)和廠商、公司都推出了自己的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，然而他們之間互不相容，沒有兼容性可言。沒有一種統(tǒng)一標準存在，就意味著這些不同廠家的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間無法相連接。一時間，國際上各大廠商為了在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，紛紛推出了各自的網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)體系和標準。例如：在1974年，IBM公司提出了世界上第一個網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，這就是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)〔SNA，systemnetworkarchitecture〕。此后，許多公司紛紛提出各自的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，如：Novell公司的IPX/SPX協(xié)議，APPLE公司的AppleTalk協(xié)議，DEC公司的DECNET，以及目前廣泛流行的TCP/IP協(xié)議。同時，各大廠商針對自己的協(xié)議生產(chǎn)出了不同的硬件和軟件。OSI參考模型出現(xiàn)的背景各個廠商的共同努力無疑促進了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速開展，但是由于多種協(xié)議的并存，同時也使網(wǎng)絡(luò)變得越來越復(fù)雜；而且，廠商之間的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大多不能兼容，很難進行通信。為了解決網(wǎng)絡(luò)之間的兼容性問題，幫助各個廠商生產(chǎn)出相互兼容的設(shè)備，國際標準化組織ISO于1984年提出了開發(fā)系統(tǒng)互連參考模型OSI，它很快成為計算機網(wǎng)絡(luò)通信的根底模型。OSI參考模型綜述在OSI中的“開放〞是指只要遵循OSI標準，一個系統(tǒng)就可以與位于世界上任何地方、同樣遵循統(tǒng)一標準的其它任何系統(tǒng)進行通信。在OSI標準的制定過程中，采用的方法是將整個龐大而復(fù)雜的問題劃分為假設(shè)干個容易處理的小問題，這就是分層的體系結(jié)構(gòu)方法。OSI參考模型是對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間信息傳輸過程的一種理論化描述，它僅僅是一種理論模型，并沒有定義如何通過硬件和軟件實現(xiàn)每一層功能，與事實上使用的協(xié)議是有區(qū)別的。即：OSI參考模型并沒有提供一個可以實現(xiàn)的方法。它只是描述了一些概念，用來協(xié)調(diào)進程間通信標準的制定。在OSI的范圍內(nèi)，各種產(chǎn)品只有和OSI的協(xié)議相一致時才能互聯(lián)。也就是說，OSI參考模型并不是一個標準，而是一個在制定標準時所使用的概念性的框架。雖然OSI僅是一種理論化的模型，但它是所有網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的根底，我們后面介紹的有關(guān)網(wǎng)絡(luò)中的每件事件，均能夠?qū)?yīng)于模型中的某一層。因此，除了了解各層的名稱外，更應(yīng)該深入了解他們的功能和各層之間是如何工作的。ISO/OSI參考模型

ISO國際標準化組織〔InternationalOrganizationforStandardization〕OSI開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型〔OpenSystemInterconnection〕ISO/OSI參考模型OSI是分層體系結(jié)構(gòu)的一個實例，每一層是一個模塊，用于執(zhí)行某種主要功能，并具有自己的一套通信指令格式〔稱為協(xié)議〕。用于相同層的兩個功能間通信的協(xié)議稱為對等協(xié)議。根據(jù)分而治之的原那么，ISO將整個通信功能劃分為7個層次。各層功能簡介物理層定義傳輸介質(zhì)的機械、電氣特性以及物理設(shè)備和接口傳輸數(shù)據(jù)的過程和功能，保證透明地傳輸比特流；數(shù)據(jù)鏈路層，負責結(jié)點到結(jié)點之間數(shù)據(jù)幀的可靠傳輸；網(wǎng)絡(luò)層負責在源端和目標端尋找最正確路徑，傳輸以分組為單位；傳輸層負責在源端和目標端之間無過失傳輸報文，進行過失控制和流量控制；會話層負責雙方通信主機內(nèi)部用戶進程間的可靠通信；表示層負責語法問題，即數(shù)據(jù)表示格式與規(guī)那么問題，包括格式轉(zhuǎn)換、字符轉(zhuǎn)換、加密解密、壓縮解壓縮等；應(yīng)用層是用戶和網(wǎng)絡(luò)的界面，為用戶提供給用程序。OSI參考模型層次劃分原那么網(wǎng)中各結(jié)點都具有相同的層次。不同結(jié)點的同層具有相同的功能。同一結(jié)點內(nèi)相鄰層之間通過接口通信。每一層可以使用下層提供的效勞，并向其上層提供效勞。不同結(jié)點的同層通過協(xié)議來實現(xiàn)對等層之間的通信。OSI參考模型層次劃分原那么OSI參考模型的每一層都定義了所實現(xiàn)的功能，完成某個特定的通信任務(wù)，并且只與相鄰的上層和下層進行數(shù)據(jù)的交換。本圖示意了兩個實現(xiàn)了7層功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間是如何進行通信的。任務(wù)從主機A的應(yīng)用層開始，按規(guī)定的格式逐層封裝數(shù)據(jù)，直至數(shù)據(jù)包到達物理層，然后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸線路到主機B。主機B的物理層獲得數(shù)據(jù)后，向上層發(fā)送數(shù)據(jù)，直到到達主機B的應(yīng)用層。數(shù)據(jù)的封裝過程，我們后面將進一步介紹。數(shù)據(jù)在不同層中的稱呼應(yīng)用層數(shù)據(jù)應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元〔APDU，ApplicationProtocolDataUnit〕表示層數(shù)據(jù)表示層協(xié)議數(shù)據(jù)單元〔PPDU，PresentationProtocolDataUnit〕會話層數(shù)據(jù)會話層協(xié)議數(shù)據(jù)單元〔PDU，ProtocolDataUnit〕傳輸層數(shù)據(jù)段〔Segment〕網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包〔Packet〕數(shù)據(jù)鏈路層幀〔Frame〕物理層比特流〔Bit〕舉例說明層次間數(shù)據(jù)傳遞1物理層2數(shù)據(jù)鏈路層4傳輸層3網(wǎng)絡(luò)層5會話層7應(yīng)用層6表示層郵箱郵政服務(wù)訪問點在網(wǎng)絡(luò)通信中，通過傳輸該層的PDU到對方的同層，以實現(xiàn)通信。例如，會話層通過傳送SPDU和對端的會話層進行通信。從邏輯上講，對等層間的通信，是兩個設(shè)備的同一層直接通信。而物理上，每一層都只能與自己相鄰的上下兩層直接通信，下層通過效勞訪問點〔SAP，ServiceAccessPoint〕為上一層提供效勞。SAP是指同一設(shè)備中相鄰兩層間的信息交換之處，如同我們常用的郵箱，郵箱就是郵局為用戶提供信件效勞的訪問點，郵遞員將信件放入郵箱，用戶再通過郵箱〔效勞訪問點〕取回自己的信件。兩個設(shè)備之間建立通信兩個設(shè)備建立對等層的通信連接，即在各個對等層間建立邏輯信道，對等層使用功能相同的協(xié)議實現(xiàn)對話。如主機A的第二層不能和對方的第三層直接通信。同時，同一層之間的不同協(xié)議也不能通信，比方，主機A的E-mail應(yīng)用程序就不能和對方的Telnet應(yīng)用程序通信。數(shù)據(jù)的逐層封裝與解封裝物理上兩個設(shè)備間的數(shù)據(jù)流是通過物理傳輸線路進行傳遞的。當主機A的網(wǎng)絡(luò)層和主機B的網(wǎng)絡(luò)層通信時，主機A將數(shù)據(jù)包傳遞到數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)包封裝成幀，然后傳遞到物理層，物理層接收數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)幀分解為比特流，通過物力線路實現(xiàn)傳輸。在接收端，主機B物理層將接收到的比特流按幀傳遞到數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層拆掉數(shù)據(jù)的幀頭和幀尾，將數(shù)據(jù)包傳遞到網(wǎng)絡(luò)層?？梢钥闯?，在發(fā)送端，數(shù)據(jù)是一個逐層封裝的過程，而在接收端與此相反，是一個解封裝過程。對于對等層來說，好似雙方在直接進行通信一樣。同樣，如果數(shù)據(jù)從主機A的應(yīng)用層到主機B的應(yīng)用層，這個過程是一樣的。第三章計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

第一節(jié)計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)根本概念第二節(jié)OSI參考模型概述第三節(jié)七層功能介紹第四節(jié)數(shù)據(jù)封裝第五節(jié)TCP/IP協(xié)議物理層簡介在OSI參考模型中，物理層〔physicallayer〕是參考模型的最底層。該層包括網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，由連結(jié)不同結(jié)點的電纜與設(shè)備共同構(gòu)成。物理層涉及到在數(shù)據(jù)信道上傳輸?shù)脑急忍亓?，它定義了傳輸數(shù)據(jù)所需要的機械、電氣、功能及規(guī)程特性等，包括電壓、電纜線、數(shù)據(jù)傳輸率、接口的定義等。ISO對OSI參考模型中物理層的定義為：在物理信道實體之間合理地通過中間系統(tǒng)為比特傳輸所需的物理連接激活、保持和釋放提供機械的、電氣的、功能特性和規(guī)程特性的手段。物理層要解決以下問題物理層從數(shù)據(jù)鏈路層獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化為能在通信媒體上傳輸?shù)母袷健ＫO(jiān)管比特流轉(zhuǎn)換為電磁信號、并通過媒體傳輸?shù)倪^程。具體說來，物理層要解決以下問題：線路配置。兩個或兩個以上的設(shè)備如何能實際地連接起來？傳輸線路是被共享還是有兩個設(shè)備專用？線路是否可用？〔點-點，點-多點〕數(shù)據(jù)通信模式。在兩個設(shè)備之間的傳輸是單向還是雙向？或是輪流發(fā)送？〔單工、半雙工、全雙工〕拓撲結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是按什么幾何圖形連接的？〔拓撲結(jié)構(gòu)〕信號。在信息傳輸中使用什么樣的信號？電信號還是光信號,或者是微波信號？編碼。在可用的信號系統(tǒng)中，如何表示0、1比特？曼徹斯特，差分接口。使用什么樣的接口部件？RJ45、V35、RS232媒體。數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢憝h(huán)境是什么？光纖、同軸電纜、雙絞線物理層作用意義首先要強調(diào)指出，物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是指連接計算機的具體的物理設(shè)備或具體的傳輸媒體，是有關(guān)物理設(shè)備通過物理媒體進行互連的描述和規(guī)定。現(xiàn)有的計算機網(wǎng)絡(luò)中的物理設(shè)備和傳輸媒體的種類非常繁多，而通信手段也有許多不同方式。物理層的作用正是要盡可能地屏蔽掉這些差異，使物理層上面的數(shù)據(jù)鏈路層感覺不到這些差異，這樣可使數(shù)據(jù)鏈路層只需要考慮如何完本錢層的協(xié)議和效勞，而不必考慮網(wǎng)絡(luò)具體的傳輸媒體是什么。在物理連接上的傳輸方式一般都是串行傳輸，即一個一個比特按照時間順序傳輸。但是，有時也可以采用多個比特的并行傳輸方式。出于經(jīng)濟上的考慮，遠距離的傳輸通常采用串行傳輸。物理層的主要特征為了實現(xiàn)在傳輸介質(zhì)上傳輸比特流。物理層定義了建立、維護和撤除物理鏈路的標準和標準，定義了物理層接口通信的標準。物理層的主要特征描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：機械特性：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等，例如我們見到的各種規(guī)格的電源插頭的尺寸都有嚴格的規(guī)定。電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義，即什么樣的電壓表示1或0，或者開、關(guān)狀態(tài)。規(guī)程特性：指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。例如：RS-232規(guī)程特性的時序性。兩個DTE通過DCE進行通信的例子

EIA-232/V.24接口調(diào)制解調(diào)器DTE-ADTE-BDCE-ADCE-BEIA-232/V.24接口調(diào)制解調(diào)器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)終端設(shè)備可以是一臺終端、一臺計算機、打印機、機和處理數(shù)據(jù)的設(shè)備。常用的數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備是調(diào)制解調(diào)器(Modem)。DTE的根本功能是處理數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)傳輸一般是并行傳輸一般不直接連接網(wǎng)絡(luò)，它通過一臺DCE通信,由DCE負責信號變換、編碼、鏈路的建立和維護等工作。我們把DTE和DCE的連接稱為DTE—DCE接口。在任何一個網(wǎng)絡(luò)中，一個DTE設(shè)備產(chǎn)生數(shù)字數(shù)據(jù)并把它傳送給DCE設(shè)備，DCE設(shè)備將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成可以在傳輸媒體上傳輸?shù)母袷?，并將轉(zhuǎn)化后的信號發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的另一個DCE設(shè)備。第二個DCE設(shè)備從線路上接收信號，將信號轉(zhuǎn)化為與它相連的DTE設(shè)備可用的格式，然后將信息轉(zhuǎn)發(fā)給與它相連的DTE設(shè)備。在DTE—DCE接口上既有數(shù)據(jù)信息又有控制信息。為了使各個計算機公司生產(chǎn)的DTE可以方便地和DCE相連，就必須對DTE—DCE接口進行標準化，這些標準就是我們通常所說的物理層協(xié)議。傳輸介質(zhì)分類信息最終要轉(zhuǎn)變成信號〔電信號、光信號和微波信號等〕才能傳輸。這些信號要借助傳輸介質(zhì)才能傳輸?shù)侥康牡?。常見傳輸介質(zhì)分為兩類：有線介質(zhì)和無線介質(zhì)。有線介質(zhì)包括雙絞線〔TwistedPair〕、同軸電纜〔CoaxialCable〕和光纖〔Fiber光導(dǎo)纖維〕等。無線介質(zhì)包括衛(wèi)星、微波、紅外線等。實際都是不同頻率的電磁波。傳輸介質(zhì)特性

在綜合布線選擇各種傳輸介質(zhì)時，我們關(guān)心的是傳輸介質(zhì)的各個特性。物理特性：物理結(jié)構(gòu)組成，即：傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述；傳輸特性：信號類型、帶寬傳輸，諸如：介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬信號，以及調(diào)制技術(shù)、傳輸容量、傳輸?shù)念l率范圍；連通特性：如何與通信設(shè)備連接，即：允許點-點或多點連接；地理范圍：最大傳輸距離；抗干擾性：抗干擾能力，即：傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對傳輸數(shù)據(jù)影響的能力；相對價格：器件、安裝與維護費用。傳輸介質(zhì)的特性物理特性：傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述；傳輸特性：傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬信號，以及調(diào)制技術(shù)、傳輸容量、傳輸?shù)念l率范圍；連通特性：允許點-點或多點連接；地理范圍：傳輸介質(zhì)最大傳輸距離；抗干擾性：傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對傳輸數(shù)據(jù)影響的能力；相對價格：器件、安裝與維護費用。同軸電纜10base5粗同軸電纜10base2細同軸電纜20世紀80年代，DEC、Intel和Xerox公司合作推出了以太網(wǎng)。最初設(shè)計以太網(wǎng)時，終端設(shè)備共享通信帶寬，通過物理介質(zhì)連接形成總線型拓撲網(wǎng)絡(luò)。同軸電纜就是在當時普遍采用的傳輸介質(zhì)。也就是說，總線型拓撲結(jié)構(gòu)與同軸電纜主要是應(yīng)用在早期的以太網(wǎng)中?，F(xiàn)在以太網(wǎng)通常采用星型拓撲結(jié)構(gòu)和雙絞線。同軸電纜相對雙絞線，雖然其傳輸特性優(yōu)秀得多，但由于其本錢高，實施難度大，所以逐步被雙絞線所取代。同軸電纜是一種高帶寬、低誤碼率、性能價格比高的傳輸介質(zhì)，廣范用于播送電視和LAN中。同軸電纜結(jié)構(gòu)同軸電纜是由兩根導(dǎo)體組成。它共有四層，其結(jié)構(gòu)是在一根包有一層絕緣的實心導(dǎo)線外，再套上一層外面也包有一層絕緣的空心圓柱〔圓筒〕形導(dǎo)體。內(nèi)部的實心導(dǎo)線可以是單股線，也可以是絞合線。由于它內(nèi)部的兩層導(dǎo)體排列在同一軸上，所以稱為同軸電纜。同軸電纜結(jié)構(gòu)同軸電纜由四個局部構(gòu)成，各局部作用不同：第一個局部在最里層，它是一根銅質(zhì)或鋁質(zhì)的裸線。它負責傳輸電磁信號，它的粗細直接決定了其衰減程度和傳輸距離；第二層是絕緣體，它包圍著最里層的裸線，同時隔離著第一層〔最里層〕和第三層。第三層〔屏蔽層〕是金屬箔膜或是金屬網(wǎng)格，它可以起到屏蔽作用，保護裸線免受電磁干擾。第四層，同軸電纜最外一層是起保護作用的塑料外皮。同軸電纜分類

基帶同軸電纜，用于計算機網(wǎng)絡(luò)中的基帶同軸電纜的特征阻抗為50Ω，主要的型號有RG-8〔或RG-11〕和RG-58，其中RG-8稱為粗同軸電纜〔簡稱為粗纜〕，RG-58稱為細同軸電纜〔簡稱為細纜〕；只用來傳輸數(shù)字信號，采用基帶傳輸方式，直接把數(shù)字信號送到傳輸介質(zhì)上，無需經(jīng)過調(diào)制，傳輸距離不超過千米時，傳輸速率可達50Mbps，是基帶局域網(wǎng)中最常用的傳輸介質(zhì)。寬帶同軸電纜，是有線電視系統(tǒng)CATV中通常使用的電視電纜，其型號為RG-59，特性阻抗75歐姆，帶寬可達500MHz，即可以傳輸模擬信號，也可以傳輸數(shù)字信號。由于其頻帶寬，因而可以劃分為假設(shè)干個子頻帶，分別對應(yīng)假設(shè)干個獨立的信道，每6MHz的帶寬作為一個電視頻道。當利用一條電視頻道來傳輸音頻信號時，可以采用頻分多路復(fù)用技術(shù)，在一條寬帶同軸電纜上傳輸多路音頻信號。細同軸電纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)計算機與細同軸電纜的連接采用的是一個BNC連接器〔BNCConnector〕，也成為T形接頭。BNC直接連接在計算機的網(wǎng)絡(luò)接口卡上，不需要粗同軸電纜中的中間連接設(shè)備。BNC連接器有3個接口，“T〞型底部連接到計算機的網(wǎng)絡(luò)接口卡上，另外兩邊連接細纜，以便允許信號進出網(wǎng)絡(luò)接口卡。細纜的連接方式與特點在使用細纜組建計算機網(wǎng)絡(luò)中，需要注意以下的問題：·無中繼最大網(wǎng)段長度為185m；·使用中繼器時，最多可使用4個中繼器連接5個網(wǎng)段，使網(wǎng)絡(luò)直徑到達185×5=925m；·每個網(wǎng)段支持的最大節(jié)點數(shù)為30；·BNCT連接器之間的最小距離為0.5m；細纜網(wǎng)絡(luò)具有以下的特點：·價格低廉；·網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力強；·網(wǎng)絡(luò)維護和擴展比較困難；·由于總線的斷點較多，將影響網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性。粗同軸電纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)計算機與粗同軸電纜連接采用的是收發(fā)器〔Transceiver〕。每臺計算機需要一個收發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)相連。收發(fā)器連接在以太網(wǎng)上，計算機再利用一根電纜連接到收發(fā)器上，這根電纜稱為連接單元接口〔AUI，AttachmentUnitInterface〕電纜。計算機網(wǎng)絡(luò)接口卡和收發(fā)器上的連接器件那么被稱為AUI連接器。粗纜的連接方式與特點在使用粗纜組建計算機網(wǎng)絡(luò)中，需要注意以下的問題：·無中繼最大網(wǎng)段長度為500m；·使用中繼器時，最多可使用4個中繼器連接5個網(wǎng)段，使網(wǎng)絡(luò)直徑達2500m；·每個網(wǎng)段支持的最大節(jié)點數(shù)為100；·收發(fā)器之間的最小距離為2.5m；粗纜網(wǎng)絡(luò)具有以下的特點：·網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力強；·具有較高的可靠性；·覆蓋范圍較廣，最大距離可以到達2500m；〔實際2800〕·網(wǎng)絡(luò)安裝、維護和擴展比較困難；·組網(wǎng)本錢較高。同軸電纜連接器件與工具同軸電纜網(wǎng)絡(luò)開展現(xiàn)狀粗同軸電纜適用于比較大型的LAN，它的線纜很硬，不容易彎曲，安裝困難、總統(tǒng)造價也高〔如應(yīng)化所〕。由于有了更好的產(chǎn)品如光纖來取代它，現(xiàn)在粗同軸電纜已經(jīng)不經(jīng)常使用〔連有線電視骨干都已采用光纖，我院一期有線電視設(shè)計失敗采用同軸，結(jié)果效果不好〕。細同軸電纜的直徑與粗同軸電纜相比要小，用于小型LAN的設(shè)備互連。安裝相對容易、造價相對低?！踩缭缙诠善苯灰姿P機尋呼網(wǎng)〕隨著綜合布線日益開展的需求，人們越來越需要穩(wěn)定的布線結(jié)構(gòu)來支持LAN高速通信，對于LAN的安裝、管理維護的要求也越來越高。雖然同軸電纜的電路特性比較好，然而在基于同軸電纜連接的總線型拓撲結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)管理麻煩，任何增加或減少布線點的變動都需要重新布線，網(wǎng)絡(luò)需要在各個布線點操作，并對電纜進行相關(guān)改動，同時也會影響網(wǎng)絡(luò)上的其他用戶。而且，當一個節(jié)點發(fā)生故障時，故障會串聯(lián)影響到整個總線上所有主機，故障的診斷和修復(fù)都很麻煩。這種布線方式難以符合現(xiàn)在綜合布線的需求，因此，應(yīng)用于其中的同軸電纜也逐漸退出舞臺，被非屏蔽雙絞線和光纜所取代。雙絞線雙絞線〔TwistedPair〕是由一對或者一對以上的相互絕緣的導(dǎo)線按照一定的規(guī)格互相纏繞〔一般以逆時針纏繞〕在一起而制成的一種傳輸介質(zhì)，屬于信息通信網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)。雙絞線過去主要是用來傳輸模擬信號的，但現(xiàn)在同樣適用于數(shù)字信號的傳輸。是一種常用的布線材料。雙絞線電纜有兩種類型：屏蔽的〔STP〕和非屏蔽(UTP)的。雙絞線抗噪聲原理雙絞線通常用于傳輸平衡信號，也就是說，每根導(dǎo)線都有電流，但信號的相位差為180度。外界電磁干擾給兩個信號帶來的影響將相互抵銷，從而使信號不至于迅速衰退。其次，絞合可以減少對相鄰導(dǎo)線的電磁干擾。每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射出來的電波會被另一根線上發(fā)出的電波抵消，限制了電磁能量的發(fā)射，螺旋狀的結(jié)構(gòu)有助于抵消電流流經(jīng)導(dǎo)線過程中有可能增大的電容，有助于防止雙絞線中的電流發(fā)射能量干擾其他導(dǎo)線。雙絞線特性通常又可將多對雙絞線外面套上一個外封皮而構(gòu)成雙絞線電纜。絕緣材料使兩根線中的金屬導(dǎo)體不會因為互碰而短路。長期以來，雙絞線一直用于系統(tǒng)中傳輸模擬信號，當傳輸距離不太大時，也可以在LAN中用來傳輸數(shù)字信號。由于銅線上存在電阻，流經(jīng)銅導(dǎo)線上的信號最終會喪失能量。這意味著必須限制信號在雙絞線上的傳輸距離。如果必須連接相距很遠的兩點，可以在中間插入中繼器。雙絞線的模擬信號帶寬可以到達250kHz。數(shù)字信號的數(shù)據(jù)速率隨距離而不同。例如，在100米距離內(nèi)，速率可達100Mbps~1000Mbps。非屏蔽(UTP)雙絞線電纜銅線聚氯乙烯套層絕緣層無屏蔽雙絞線UTP非屏蔽雙絞線電纜是由塑料外皮包起來的一對或多對雙絞線組成，電子工業(yè)聯(lián)合會(EIA)按照電纜質(zhì)量可分為六類，1類是最低檔的，6類是最高檔的。非屏蔽(UTP)雙絞線電纜分類一類線〔CAT1〕：線纜最高頻率帶寬是750kHZ，用于報警系統(tǒng)，或只適用于語音傳輸〔一類標準主要用于八十年代初之前的線纜〕，不同于數(shù)據(jù)傳輸。二類線〔CAT2〕：線纜最高頻率帶寬是1MHZ，用于語音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，常見于使用4MBPS標準令牌傳遞協(xié)議的舊的令牌網(wǎng)。三類線〔CAT3〕：指目前在ANSI和EIA/TIA568標準中指定的電纜，該電纜的傳輸頻率16MHz，最高傳輸速率為10Mbps〔10Mbit/s〕，主要應(yīng)用于語音、10Mbit/s以太網(wǎng)〔10BASE-T〕和4Mbit/s令牌環(huán)，最大網(wǎng)段長度為100m，采用RJ形式的連接器，目前已淡出市場。非屏蔽(UTP)雙絞線電纜分類四類線〔CAT4〕：該類電纜的傳輸頻率為20MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率16Mbps〔指的是16Mbit/s令牌環(huán)〕的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于基于令牌的局域網(wǎng)和10BASE-T/100BASE-T。最大網(wǎng)段長為100m，采用RJ形式的連接器，未被廣泛采用。五類線〔CAT5〕：該類電纜增加了繞線密度，外套一種高質(zhì)量的絕緣材料，線纜最高頻率帶寬為100MHz，最高傳輸率為100Mbps，用于語音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于100BASE-T和1000BASE-T網(wǎng)絡(luò)，最大網(wǎng)段長為100m，采用RJ形式的連接器。這是最常用的以太網(wǎng)電纜。在雙絞線電纜內(nèi)，不同線對具有不同的絞距長度。通常，4對雙絞線絞距周期在38.1mm長度內(nèi)，按逆時針方向扭絞，一對線對的扭絞長度在12.7mm以內(nèi)。非屏蔽(UTP)雙絞線電纜分類超五類線〔CAT5e〕：超5類具有衰減小，串擾少，并且具有更高的衰減與串擾的比值〔ACR〕和信噪比〔SNR〕、更小的時延誤差，性能得到很大提高。超5類線主要用于千兆位以太網(wǎng)〔1000Mbps〕。六類線〔CAT6〕：該類電纜的傳輸頻率為1MHz～250MHz，六類布線系統(tǒng)在200MHz時綜合衰減串擾比〔PS-ACR〕應(yīng)該有較大的余量，它提供2倍于超五類的帶寬。六類雙絞線在外形上和結(jié)構(gòu)上與五類或超五類雙絞線都有一定的差異，不僅增加了絕緣的十字骨架，將雙絞線的四對線分別置于十字骨架的四個凹槽內(nèi)，而且電纜的直徑也更粗。電纜中央的十字骨架隨長度的變化而旋轉(zhuǎn)角度，將四對雙絞線卡在骨架的凹槽內(nèi)，保持四對雙絞線的相對位置，提高電纜的平衡特性和串擾衰減。六類布線的傳輸性能遠遠高于超五類標準，最適用于傳輸速率高于1Gbps的應(yīng)用。六類與超五類的一個重要的不同點在于：改善了在串擾以及回波損耗方面的性能，對于新一代全雙工的高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言，優(yōu)良的回波損耗性能是極重要的。非屏蔽(UTP)雙絞線電纜分類超六類或6A〔CAT6A〕：此類產(chǎn)品傳輸帶寬介于六類和七類之間，傳輸頻率為500MHz，傳輸速度為10Gbps，標準外徑6mm。目前和七類產(chǎn)品一樣，國家還沒有出臺正式的檢測標準，只是行業(yè)中有此類產(chǎn)品，各廠家宣布一個測試值。七類線〔CAT7〕：傳輸頻率為600MHz，傳輸速度為10Gbps，單線標準外徑8mm，多芯線標準外徑6mm，可能用于今后的10吉比特以太網(wǎng)。屏蔽雙絞線STP銅線聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層屏蔽雙絞線STP屏蔽雙絞線電纜是在每一對雙絞線外都有一層金屬箔膜或是金屬網(wǎng)格包裝。屏蔽層可減少輻射，防止信息被竊聽，也可阻止外部電磁干擾的進入，使屏蔽雙絞線比同類的非屏蔽雙絞線具有更高的傳輸速率。誤碼率約〔10-6—10-8〕，常被用于周圍電磁輻射較強的環(huán)境。屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線的區(qū)別STP使用和UTP一樣的連接器，但屏蔽層必須接地。屏蔽雙絞線電纜的外面由一層金屬材料包裹，以減小輻射，防止信息被竊聽，同時具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率屏蔽雙絞線電纜的價格相對較高，安裝時要比非屏蔽雙絞線困難，必須使用特殊的連接器，技術(shù)要求也比非屏蔽雙絞線電纜高。與屏蔽雙絞線相比，非屏蔽雙絞線電纜外面只需一層絕緣膠皮，因而重量輕、易彎曲、易安裝，組網(wǎng)靈活，非常適用于結(jié)構(gòu)化布線，所以在無特殊要求的計算機網(wǎng)絡(luò)布線中，常使用非屏蔽雙絞線電纜。雙絞線電纜布線標準1991年，美國電子工業(yè)協(xié)會EIA〔ElectronicIndustriesAssociation〕和電信工業(yè)協(xié)會TIA聯(lián)合發(fā)布了一個標準EIA/TIA-568，他的名稱是“商用建筑物電信布線標準〞，這個標準規(guī)定了用于室內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的無屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線的標準。1995年標準更新為EIA/TIA-568-A和EIA/TIA-568-B。雙絞線電纜布線標準EIA/TIA568A的線序定義依次為綠白、綠、橙白、藍、藍白、橙、棕白、棕EIA/TIA568B的線序定義依次為橙白、橙、綠白、藍、藍白、綠、棕白、棕100BASE-T4RJ-45對雙絞線的規(guī)定如下：1、2用于發(fā)送，3、6用于接收，4、5用于語音，7、8是雙向線。直連線與交叉線設(shè)備連接方式主機路由器交換機MDIX交換機MDI集線器主機交叉交叉直連N/A直連路由器交叉交叉直連N/A直連交換機MDIX直連直連交叉直連交叉交換機MDIN/AN/A直連交叉直連集線器直連直連交叉直連交叉雙絞線綜合布線系統(tǒng)信息插座與模塊配線架配線架與機柜配線架與機柜雙絞線布線常用工具與材料網(wǎng)線的制作準備工作：RJ45卡線鉗一把水晶頭雙絞線制作步驟：共有四步，可以簡單歸納為四個字：“剝〞，“理〞，“插〞，“壓〞步驟一剝線剝線的長度為13mm～15mm，不宜太長或太短

步驟二理線按順序整理平，遵守規(guī)那么，否那么不能正常通信步驟三插線一定要平行插入到線頂端，以免觸不到金屬片步驟四壓線壓過的水晶頭的金屬腳比沒壓要低線纜檢測發(fā)射器和接收器兩端的燈同時亮為正常實驗一：綜合布線實驗制作一條2米長雙絞線跳線要求采用568B-568B線序標準一次成功通過測試，計入平時成績1，總分值10分，每失敗一次減一分。雙絞線優(yōu)點傳輸距離遠、傳輸質(zhì)量高。布線方便、線纜利用率高。一對普通線就可以用來傳送視頻信號。一根5類纜內(nèi)有4對雙絞線，如果使用一對線傳送視頻信號，另外的幾對線還可以用來傳輸音頻信號、控制信號、供電電源或其它信號，提高了線纜利用率，同時防止了各種信號單獨布線帶來的麻煩，減少了工程造價。抗干擾能力強。雙絞線能有效抑制共模干擾可靠性高、使用方便。無需專業(yè)知識，也無太多的操作，一次安裝，長期穩(wěn)定工作。價格廉價，取材方便。由于使用的是目前廣泛使用的普通5類非屏蔽電纜或普通線，購置容易，而且價格也很廉價，給工程應(yīng)用帶來極大的方便。光纖光纖是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導(dǎo)工具。傳輸原理是‘光的全反射’。前香港中文大學(xué)校長高錕和GeorgeA.Hockham首先提出光纖可以用于通訊傳輸?shù)脑O(shè)想，高錕因此獲得2023年諾貝爾物理學(xué)獎。光纖通信就是利用光導(dǎo)纖維〔下稱光纖〕傳遞光脈沖來進行通信。有光脈沖相當于1，而沒有光脈沖相當于0。光導(dǎo)纖維是一種新型的傳輸介質(zhì)。由于他具有傳輸率高、通信容量大、重量輕等一系列非常突出的優(yōu)點而得以迅速開展。目前的長距離通信的干線網(wǎng)，幾乎都是采用光纖作為傳輸介質(zhì)；而在LAN中，當要求傳輸率大于100Mbps、通信距離超過百米時，目前也廣泛采用光纖。光纖是由玻璃或塑料制成，并以播送形式傳播信號。要了解光纖，需要了解光的幾個特性、了解光纖的構(gòu)成以及光纖中光的傳輸模式。光導(dǎo)纖維的構(gòu)成

光導(dǎo)纖維，它是一種能傳播光波的介質(zhì)，極其纖細柔軟〔8—100微米〕。它有三層構(gòu)成，最里層是光纖〔由芯材和填充材料構(gòu)成〕，它是由玻璃制成〔利用超高純石英玻璃纖維，可以獲得較低的傳輸損耗，宜用于長距離傳輸；而利用塑料纖維，可以使光纖價格更低，用于短距離傳輸〕；中間是包層，最外面是保護層。光信號只能在纖芯中傳播。光的折射和反射

因光在不同物質(zhì)中的傳播速度是不同的，所以光從一種物質(zhì)射向另一種物質(zhì)時，在兩種物質(zhì)的交界面處會產(chǎn)生折射和反射。而且，折射光的角度會隨入射光的角度變化而變化。當入射光的角度到達或超過某一角度時，折射光會消失，入射光全部被反射回來，這就是光的全反射。不同的物質(zhì)對相同波長光的折射角度是不同的〔即不同的物質(zhì)有不同的光折射率〕，相同的物質(zhì)對不同波長光的折射角度也是不同。光纖通訊就是基于以上原理而形成的。光的折射和反射

a是入射角和反射角，b是折射角。如果a<b，那么光是從低密度媒體射向高密度媒體；反之，如果a>b，那么光是從高密度媒體射向低密度媒體。圖中的a和b都是0度至90度間的角。定義光的折射率為：cos(a)/cos(b)。折射率小于1說明光正進入一個密度較低的媒體，折射率大于1說明光正進入一個密度較高的媒體。另一個有趣的現(xiàn)象是，在折射率小于1時，當a小于某個特定的臨界角時，將不會發(fā)生折射，所有的光線都將被反射。這就是光纖的工作原理。光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷涔饫w的工作原理：光纜的中心是玻璃或塑料的芯材，外面填充著密度較小的玻璃或塑料材料，兩種材料的密度差異使得芯材中的光線大局部只能反射而不能折射入填充材料。多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖光纖信道有兩種傳播光的形式：多模傳播和單模傳播?！澳（曋敢欢ń嵌人俣冗M入光纖的一束光。多模光纖多模傳播。在這種傳播模式中，多束光線在芯材中通過不同路徑傳播。因此稱為多模傳播，這樣的光纖稱為多模光纖。多模光纖的芯徑是50~100μm,常用62.5μm。不同入射角度的光線沿著不同的路徑傳播，到達終點的距離就不同，所需的時間也不相同。為了不至于使后一脈沖產(chǎn)生的光波追上前一脈沖產(chǎn)生的光波，這樣光纖的長度和數(shù)據(jù)速率要受到限制。多模光纖的芯線粗，傳輸速度低、距離短，整體的參數(shù)性能差，但其本錢較低，一般用于建筑物內(nèi)或地理位置相鄰的環(huán)境。一般采用發(fā)光二極管作為光源LED，產(chǎn)生的光頻帶寬，容易出現(xiàn)光的色散。單模光纖單模傳播。單模光纖采用階躍材質(zhì)和高度集中的光源。使得發(fā)出的光線限制在非常接近水平的很小范圍內(nèi)，芯材的直徑比多模光纖小得多。采用極低的折射率，使得全反射角度接近900，從而使得傳播的光線根本是水平的。在這種情況下，不同入射角度的光線幾乎同時到達目的地。單模光纖的芯徑為1~10μm。這種光纖具有較高的帶寬，傳輸損耗小，因此允許作無中繼的長距離傳輸。一般從固體激光器作為光源LD，產(chǎn)生的光頻帶窄。光纖綜合布線光纖接頭種類光纖綜合布線光纖綜合布線—法蘭盤與耦合器光纖熔接光纖冷接光纖冷接過程光纜結(jié)構(gòu)

光纖優(yōu)點與缺點光纖優(yōu)點：可提供更高帶寬，多模光纖帶寬可達7GHz，單模光纖帶寬可達200GHz。中繼距離長，單模光纖中繼距離超過100km，而同軸電纜最多4~8km，微波50km節(jié)約銅和鉛，本錢低?？垢蓴_能力強，保密性好，一般埋在鐵路路基上，甚至與高壓線同行鋪設(shè)都沒問題。重量輕，耐腐蝕，埋入地下或海底，長時間不腐蝕。可擴展性強，利用波分復(fù)用和密集波分復(fù)用，充分利用帶寬。光纖缺點：一般光纖的傳輸是單向的，雙向傳輸需要兩根光纖在一根光纖上的波分復(fù)用。光纖接口的價格相對較高。無線傳輸介質(zhì)在某些特殊場合，使用電纜非常困難或者根本不可能完成傳輸，比方電纜難以跨越復(fù)雜地形，這時需要使用無線通信?！簿C合辦公樓〕無線通信基于電磁波，他不經(jīng)任何有形的物理連接，電磁波在發(fā)送天線和接收天線之間通過空氣或自由空間傳播。無線通信分類常用無線通信的方法有無線電波、微波、藍牙和紅外線電磁波的頻譜及其在通信中的應(yīng)用無線電波無線電波的特性與其頻率有關(guān)。無線電波沿著地面?zhèn)鞑?，其傳播的特點是：無線電波除了用于無線電播送和電視節(jié)目以外，也可用于傳輸數(shù)據(jù)信號，不過信號頻率要遠高于電臺發(fā)射頻率，頻率范圍在10KHz-30MKHz之間，遠高于電臺發(fā)射頻率；傳播距離遠，在較低頻率時可以到達1000km；通過障礙物的穿透能力較強，無線電波可以在大氣層與地平線間折射，因此可以沿地球外表傳播；能量會隨著距離的增大而急劇減小，適用于短距離，使用頻率容易受干擾，自然環(huán)境也影響效果。微波微波的頻段為300MHz~300GHz，但多使用2~40GHz的頻段。微波在空氣中主要以直線方式傳播，同時微波會穿透地面上空的電離層，所以它不能像無線電波那樣使用電離層的反射來傳播，而必須通過站點來傳播。微波通信主要有地面微波接力通信和衛(wèi)星通信兩類。紅外線紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種，由德國科學(xué)家霍胥爾于1800年發(fā)現(xiàn)。在日常生活中，常見家電設(shè)備的遙控器就是利用紅外線進行通信的。紅外線也可以作為網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)，相比其他無線傳輸技術(shù)，紅外線設(shè)備本錢較低，且不需要安裝天線。缺點是，紅外線的特性傳輸距離小于2Km，一般局限在很小區(qū)域，如房間內(nèi)。通常要求發(fā)送器指向接收器，并且不能穿墻，傳輸率較低，一個方向通信時16Mbps，多個方向不超過1Mbps。例如紅外話筒。紅外波段無需政府授權(quán)，無線電管理委員會負責頻率分配。紅外線通信特點：不易被人發(fā)現(xiàn)和截獲，保密性強；幾乎不會受到電氣、天電、人為干擾，抗干擾性強。此外，紅外線通信機體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。WAN物理層標準WAN物理層協(xié)議定義了DTE和DCE之間的接口標準和標準包括：EIA/TIA232、V.24、V.35等各種常見接口RS-232-C標準個人計算機上的通訊接口之一，由電子工業(yè)協(xié)會(ElectronicIndustriesAssociation，EIA)所制定的異步傳輸標準接口。通常RS-232接口以9個引腳(DB-9)或是25個引腳(DB-25)的型態(tài)出現(xiàn)，一般個人計算機上會有兩組RS-232接口，分別稱為COM1和COM2。RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA〔ElectronicIndustryAssociation〕制定的一種串行物理接口標準。RS是英文“推薦標準〞的縮寫，232為標識號，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標準設(shè)有25條信號線。RS-232標準最初是為DTE與DCE之間的串行通信而制訂的，并未考慮計算機系統(tǒng)的應(yīng)用要求，但現(xiàn)在被廣泛作為計算機與終端和外設(shè)之間的近端連接標準。EIA-232標準接口機械特性EIA-232接口標準的機械標準規(guī)定接口是一端有DB-25針狀連接頭，而另一端是有DB-25孔狀連接頭的25線電纜。電纜長度不超過25米。一個DB-25連接頭是一個帶有25根針或是25個孔的插頭，每個針或孔都與一個有特定功能的導(dǎo)線連接。帶針的連接頭是公連接頭，帶孔的連接頭是母連接頭。在DB-25連接頭中，這些針或孔被排成兩排，上面13個，下面12個。EIA-232標準接口電氣特性EIA-232標準定義了兩個獨立的電壓范圍，一個是正電壓區(qū)，一個是負電壓區(qū)。正電壓區(qū)是3V至15V，負電壓區(qū)是-3V至-15V。允許合法信號落在兩個12伏的電壓區(qū)間內(nèi)。EIA-232標準使得噪聲造成的信號衰減對數(shù)據(jù)識別的影響很小。以下圖顯示了一個因為噪聲而衰減為一條曲線的方波。第四個比特的振幅比預(yù)期的要低，但仍然落在有效的區(qū)間內(nèi)，所以仍然可以識別。EIA-232標準接口電氣特性在EIA-232標準中，25根可用的導(dǎo)線中只有4根用于數(shù)據(jù)傳輸功能，剩下的21根用于控制、接地、時序和測試等功能。這些導(dǎo)線的電氣標準類似于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?dǎo)線，但是要簡單些。這些導(dǎo)線上傳輸?shù)碾妷撼^3伏稱為“開〞狀態(tài)，低于-3伏稱為“關(guān)〞狀態(tài)。在系統(tǒng)運行中如果控制線上沒有電壓，說明設(shè)備某些局部沒有正常工作。EIA-232標準接口功能特性EIA-232對DB-25連接頭上的每一個引腳的功能都進行了定義。圖顯示了EIA-232標準中各引腳的功能。EIA-232標準接口規(guī)程特性EIA-232標準接口規(guī)程特性〔1〕步驟1：顯示傳輸之間接口的準備工作。步驟2：保證四個設(shè)備都已就緒，可以傳輸。首先發(fā)送方的DTE設(shè)備激活自己的20腳，將就緒信號發(fā)送給與它連接地DCE設(shè)備。DCE設(shè)備通過將6腳激活通知DTE設(shè)備DCE設(shè)備就緒。在遠端，同樣的過程被重復(fù)。步驟3：在發(fā)送和接收調(diào)制解調(diào)器之間建立物理連接。首先發(fā)送端DTE設(shè)備激活4腳并向它的DCE設(shè)備發(fā)送一個發(fā)送請求。這個DCE設(shè)備向遠端處于空閑狀態(tài)的調(diào)制解調(diào)器發(fā)送一個載波信號，發(fā)送載波信號后，發(fā)送方DCE設(shè)備激活5腳向它的DTE設(shè)備發(fā)送一個去除待發(fā)送信號。當接收方調(diào)制解調(diào)器檢測到這個載波信號后，它激活8腳通知與它相連的DTE設(shè)備一次傳輸即將開始。接收端DTE設(shè)備激活4腳并向它的DCE設(shè)備發(fā)送一個發(fā)送請求，接收方DCE設(shè)備激活5腳向它的DTE設(shè)備發(fā)送一個去除待發(fā)送信號。EIA-232標準接口規(guī)程特性〔2〕步驟4：數(shù)據(jù)傳輸過程。起始方DTE設(shè)備將數(shù)據(jù)流連同時鐘信號分別通過2腳和24腳同時傳送到DCE設(shè)備。DCE設(shè)備將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。響應(yīng)方DCE設(shè)備接收模擬信號，將它轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)并連同時鐘脈沖一起分別通過3腳和17腳傳送給響應(yīng)方DTE設(shè)備。響應(yīng)方DTE設(shè)備將數(shù)據(jù)流連同時鐘信號分別通過2腳和24腳同時傳送到響應(yīng)方DCE設(shè)備。DCE設(shè)備將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。起始方DCE設(shè)備接收模擬信號，將它轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)并連同時鐘脈沖一起分別通過3腳和17腳傳送給起始方DTE設(shè)備。EIA-232標準接口規(guī)程特性〔3〕步驟5：去除物理連接過程。起始方DTE通過4腳撤消它的發(fā)送請求信號。起始方的DCE設(shè)備檢測到請求信號被撤消后，關(guān)閉載波信號，然后，通過5腳撤消去除待發(fā)送信號。響應(yīng)方DCE檢測到起始方的載波信號被撤消后，撤消8腳上的信號，通知響應(yīng)方的DTE一次傳輸將結(jié)束。響應(yīng)方DTE通過4腳撤消它的發(fā)送請求信號。響應(yīng)方的DCE設(shè)備檢測到請求信號被撤消后，關(guān)閉載波信號，然后，通過5腳撤消去除待發(fā)送信號。起始方DCE檢測到響應(yīng)方的載波信號被撤消后，撤消8腳上的信號，通知起始方的DTE一次傳輸結(jié)束。整個物理連接斷開。EIA-232的子集

很多實際的DTE—DCE接口只用到8或9針的連接器，這實際上是EIA-232標準接口的一個子集。由于大多數(shù)用戶并不需要EIA-232標準接口的所有功能。例如，在異步串行通信中，不需要同步時鐘信號線，就只需要1、2、3、4、5、6、7、8和20號信號線，共9針。計算機的串行口實際上就是EIA-232標準接口的一個子集?？照{(diào)制解調(diào)器

假設(shè)需要連接的兩臺DTE設(shè)備相距很近。因而不需要對信號進行調(diào)制，所以不需要調(diào)制解調(diào)器。兩臺DTE設(shè)備可以直接相連。由EIA-232提供的這種連接方案稱為空調(diào)制解調(diào)器：空調(diào)制解調(diào)器在沒有DCE設(shè)備的環(huán)境下提供了DTE-DCE/DCE-DTE的接口。在沒有DCE設(shè)備的情況下，一個DTE設(shè)備的2腳不能和另一個DTE設(shè)備的2腳相連，因為，兩個發(fā)送數(shù)據(jù)的引腳是不能直接連在一起的。一個DTE設(shè)備的發(fā)送數(shù)據(jù)的引腳要和另一個DTE設(shè)備的接收數(shù)據(jù)的引腳相連?？照{(diào)制解調(diào)器引腳的連接方式和數(shù)據(jù)傳輸過程V.24接口標準V.24接口標準：廣域網(wǎng)物理層規(guī)定的接口標準。由ITU-T定義的DTE和DCE設(shè)備間的接口。電纜可以工作在同步和異步兩種方式下。異步工作方式下，封裝鏈路層協(xié)議PPP、SLIP，支持網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP和IPX，最高傳輸速率是115200bps。同步方式下，可以封裝X.25、幀中繼、PPP、HDLC和LAPB等鏈路層協(xié)議V.35接口標準ITU-T定義的V.35協(xié)議是適用于60～108kHz線路的DTE/DCE接口，由于數(shù)據(jù)速率大于48kb/s，所以需要幾條線同時進行同步傳輸，被稱為集群式Modem標準。V.35對機械特性即對連接器的形狀并未規(guī)定。但由于48Kbps-64Kbps的美國Bell規(guī)風(fēng)格制解調(diào)器的普及，34引腳的ISO2593被廣泛采用。數(shù)據(jù)鏈路層物理層只負責比特流的接收和發(fā)送，而不考慮信息本身的意義，同時物理層也不能解決數(shù)據(jù)傳輸控制。當需要在一條鏈路上傳輸數(shù)據(jù)時，除了必須具有一條物理線路外，還必須有些規(guī)程來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層就定義了這些規(guī)程的硬件和軟件，從而保證數(shù)據(jù)在物理線路上可靠傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能是提供對物理層的控制，檢測并糾正可能出現(xiàn)的錯誤，并且進行流量控制。數(shù)據(jù)鏈路層與物理地址、網(wǎng)絡(luò)拓撲、線纜規(guī)劃、錯誤校驗、流量控制等有關(guān)

數(shù)據(jù)鏈路層幀同步功能過失控制功能流量控制功能鏈路管理功能1物理層2數(shù)據(jù)鏈路層4傳輸層3網(wǎng)絡(luò)層5會話層7應(yīng)用層6表示層數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型中的第二層，數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)是在物理層的效勞的根底上向網(wǎng)絡(luò)層提供效勞，數(shù)據(jù)鏈路層為物理鏈路上提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸單位是幀，通常幀由地址段、數(shù)據(jù)段、控制段、校驗段等字段組成。具體的數(shù)據(jù)幀格式根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的類型不同而不同。在局域網(wǎng)中有以太網(wǎng)幀、令牌環(huán)網(wǎng)幀，在廣域網(wǎng)中有HDLC、PPP等。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能包括幀同步、過失控制、流量控制、鏈路管理、尋址等。數(shù)據(jù)鏈路層的許多概念都是計算機網(wǎng)絡(luò)的重要概念。如：停止等待協(xié)議等。鏈路與數(shù)據(jù)鏈路所謂的鏈路(link)是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點〔如交換機、路由器〕。在進行數(shù)據(jù)通信時，兩個計算機之間的通路往往是由許多的鏈路串接而成的。可見，一條鏈路只是一條通路的一個組成局部。數(shù)據(jù)鏈路那么是另外一個概念，這是因為當需要在一條線路上傳送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)鏈路(datalink)除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。假設(shè)把實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路?，F(xiàn)在最常用的方法是使用適配器〔在許多情況下適配器就是網(wǎng)卡〕來實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。據(jù)鏈路層的主要功能數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能包括幀同步、過失控制、流量控制、鏈路管理、尋址等。據(jù)鏈路層功能--幀同步功能也稱為幀定界。在數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)的傳送單位是幀。數(shù)據(jù)一幀一幀地傳送，就可以在出現(xiàn)過失時，將有過失的幀再重傳一次，而防止了將全部數(shù)據(jù)都進行重傳。幀定界是指收方應(yīng)當能從收到的比特流中準確地區(qū)分出一幀的開始和結(jié)束在什么地方。常見幀同步的方法有：字節(jié)計數(shù)法字符填充的首尾定界符法比特填充的首尾定界符法違法編碼法幀同步方法--字節(jié)計數(shù)法這種幀同步方法是以一個特殊字符表示一個幀的起始，并使用一個專門字段來標明幀內(nèi)數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。接收方可以通過對該特殊字節(jié)的識別從比特流中區(qū)分出幀的起始，并從指定字段中獲知該幀中隨后跟隨的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，從而可以確定出幀的終止位置。面向字節(jié)計數(shù)的同步規(guī)程的典型實例是DEC公司的數(shù)字數(shù)據(jù)通信協(xié)議DDCMP〔DigitalDataCommunicationsMessageProtrocol〕。由于采用字節(jié)技術(shù)來確定數(shù)據(jù)幀的終止邊界不會引起數(shù)據(jù)及其他信息的混淆，因此不必采用任何措施便可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸，即任何數(shù)據(jù)均可不受限制地傳輸。幀同步方法--字符填充的首尾定界符法這種方法用一些特殊的字符來定界一幀的起始和終止。為了不使數(shù)據(jù)信息位中出現(xiàn)與特定字符相同的字符被誤判為幀的首尾定界符，可以在這種數(shù)據(jù)字符前填充一個轉(zhuǎn)義控制字符〔DLE〕以示區(qū)別，從而到達數(shù)據(jù)的透明性。BSC規(guī)程就是典型例子。幀同步方法--比特填充的首尾定界符法這種方法以一組特定的字節(jié)〔如01111110〕來標識一幀的起始與終止。HDLC規(guī)程就采用這種方法。為了不使信息位中出現(xiàn)與該特定字節(jié)內(nèi)容相同的比特串，被誤判為幀的首尾標識，可以采用比特填充的方法。例如，采用01111110，那么對信息位中的任何連續(xù)出現(xiàn)的5個“1〞，發(fā)送方自動在其后插入一個“0〞，防止出現(xiàn)與“01111110〞相同的情況。而接收方那么進行該過程的逆向操作，即每收到連續(xù)5個“1〞后，那么自動刪除其后的“0〞，以此恢復(fù)數(shù)據(jù)的原始信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐该餍浴１忍貍鬏敽苋菀子捎布韺崿F(xiàn)，其性能優(yōu)于字符填充的方法。幀同步方法--違法編碼法這種方法在物理層采用特定的比特編碼方法時采用。例如，曼徹斯特編碼方法，將數(shù)據(jù)比特“1〞編碼成“高-低〞電平對，將數(shù)據(jù)“0〞編碼成“低-高〞電平對。而“高-高〞電平對和“低-低〞電平對在數(shù)據(jù)比特中是違法的。可以借助這些違法編碼序列來定界幀的起始和終止。局域網(wǎng)IEEE802標準就采用了這種方法。違法編碼法不需要任何填充技術(shù)，便能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸，但是它只適用采用冗余編碼的特殊編碼環(huán)境。由于字節(jié)計數(shù)法中，幀內(nèi)數(shù)據(jù)長度字段的脆弱性〔其值假設(shè)有過失將導(dǎo)致災(zāi)難性后果〕，以及字符填充法實現(xiàn)上的復(fù)雜性和不兼容性，目前較普遍使用的幀同步方法是比特填充法和違法編碼法。據(jù)鏈路層功能--過失控制由于信道本身和外界的干擾，不可能所有的幀都能夠準確無誤的傳輸?shù)綄Ψ?，其中有一些在傳輸中可能會出錯或喪失。據(jù)鏈路層功能--過失控制在數(shù)據(jù)鏈路層，發(fā)送端將數(shù)據(jù)報文分為幀發(fā)送，待數(shù)據(jù)幀到達接收端后，接收端根據(jù)檢驗結(jié)果向發(fā)送端發(fā)送應(yīng)答幀，發(fā)送端根據(jù)應(yīng)答幀的內(nèi)容來決定是繼續(xù)發(fā)送還是重新發(fā)送。采用這種校驗—應(yīng)答—重發(fā)的模式可以進行過失控制。但這也可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的重復(fù)和亂序的問題，這需要相應(yīng)的措施來解決。過失控制負責糾正錯誤。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，可能出現(xiàn)幀喪失、幀錯誤等情況，常用自動請求重發(fā)協(xié)議〔ARQ，又分為停止等待ARQ、后退N幀ARQ和選擇性ARQ〕，循環(huán)冗余校驗碼〔CRC〕解決。據(jù)鏈路層功能--過失控制最常用的方法是檢錯重發(fā)，接收方通過對過失編碼〔奇偶校驗碼或CRC碼〕的檢查，檢測收到的幀在傳輸過程中是否發(fā)生過失，一旦發(fā)現(xiàn)過失，就通知對方重復(fù)發(fā)送這幀，這就要求接收方收完一幀后，向發(fā)送方反響一個接收是否正確的信息，使發(fā)送方據(jù)此作出是否需要重新發(fā)送的決定。發(fā)送方僅當收到正確的反響信號后，才能確認該幀已經(jīng)正確發(fā)送完畢；否那么需要重發(fā)，直至正確為止。過失控制—奇偶校驗法在7個單位的ASCII碼后增加一位，使碼字中“1〞的個數(shù)成奇數(shù)〔奇校驗〕或偶數(shù)〔偶校驗〕。過失控制--循環(huán)冗余校驗碼循環(huán)冗余校驗碼〔CRC〕的根本原理是：在K位信息碼后再拼接R位的校驗碼，整個編碼長度為N位，因此，這種編碼又叫〔N，K〕碼。對于一個給定的〔N，K〕碼，可以證明存在一個最高次冪為N-K=R的多項式G(x)。根據(jù)G(x)可以生成K位信息的校驗碼，而G(x)叫做這個CRC碼的生成多項式。CRC的和糾錯：在接收端收到了CRC碼后用生成多項式為G(x)去做模2除，假設(shè)得到余數(shù)為0,那么碼字無誤。假設(shè)如果有一位出錯，那么余數(shù)不為0，而且不同位出錯，其余數(shù)也不同?？梢宰C明，余數(shù)與出錯位的對應(yīng)關(guān)系只與碼制及生成多項式有關(guān)，而與待測碼字〔信息位〕無關(guān)。據(jù)鏈路層功能--過失控制有一種情況，由于物理信道的突發(fā)噪聲可能完全“淹沒〞一幀，使得整個數(shù)據(jù)幀或反響信息幀喪失，這將導(dǎo)致永遠接收不到對方發(fā)來的信息，從而使傳輸過程停滯。為了防止這種情況，通常引入計時器〔Timer〕來限制接收方發(fā)回反響消息的時間間隔，當發(fā)送方發(fā)送一幀的同時也啟動計時器，假設(shè)在限定時間間隔內(nèi)未能收到接收方的反響信息，即計時器超時〔Timeout〕，那么可以認為傳出的幀出錯或喪失，發(fā)送方重新發(fā)送。據(jù)鏈路層功能--過失控制甲方利用Email向乙方傳遞文件，將Email發(fā)送出去后，甲方等待乙方確實認，除了一次性順利地接收外，有幾種可能發(fā)生的情況：乙方回復(fù)：翻開了，是亂碼，看不了！甲方：好的，我再給你發(fā)一份。甲方：等了10分鐘，怎么還沒有回音呢？再重新發(fā)一份。由于同一幀數(shù)據(jù)可能被重復(fù)發(fā)送屢次，就可能引起接收方屢次收到同一幀并將其遞交給網(wǎng)絡(luò)層的危險。為了防止發(fā)生這種危險，可以采用對發(fā)送幀編號的方法，即賦予每幀一個序號，要不要將接收到的數(shù)據(jù)遞交給網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)鏈路層通過使用計數(shù)器和序號來保證每幀最終都能被正確地遞交給網(wǎng)絡(luò)層。據(jù)鏈路層功能--流量控制流量控制并不是數(shù)據(jù)鏈路層特有的功能，許多高層協(xié)議中也提供流量控制功能，只是流量控制的對象不同。比方，對于數(shù)據(jù)鏈路層來說，控制的是兩相鄰節(jié)點之間數(shù)據(jù)鏈路上的流量，而對于傳輸層來說，控制的那么是從源端倒可能經(jīng)過多個中間節(jié)點后的最終目的端之間的端對端的流量。流量控制的目的是防止因發(fā)送端的發(fā)送速度超過接收端的處理速度而造成的數(shù)據(jù)喪失和信道擁擠。流量控制的功能常和過失控制結(jié)合在一起實現(xiàn)。流量控制負責調(diào)整在某時間段內(nèi)，可以發(fā)送多少數(shù)據(jù)。據(jù)鏈路層功能--鏈路管理當網(wǎng)絡(luò)中的兩個結(jié)點要進行通信時，數(shù)據(jù)發(fā)送方必須確知接收方是否已經(jīng)處在準備接收的狀態(tài)。為此，通信雙方必須先要交換一些必要的信息?；蛘哂梦覀兊男g(shù)語，必須先建立一條數(shù)據(jù)鏈路。同樣地，在傳輸數(shù)據(jù)時要維持數(shù)據(jù)鏈路，而在通信完畢時要釋放數(shù)據(jù)鏈路?！步?、維持、釋放鏈路〕在多個站點共享同一物理信道的情況下〔例如在局域網(wǎng)中〕，如何在要求通信的站點間分配和管理信道也屬于數(shù)據(jù)鏈路層管理的范疇。必須保證每一幀都能送到正確的目的站。收方也應(yīng)知道發(fā)送方是哪個站。數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機H1主機

H2路由器R1路由器

R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機H1

向H2

發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2從層次上來看數(shù)據(jù)的流動我們通過一個數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型，從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動。當兩個主機進行通信時，應(yīng)用進程要將數(shù)據(jù)從應(yīng)用層逐層往下傳，經(jīng)物理層到達通信線路。通信線路將數(shù)據(jù)傳到遠端主機的物理層后，再逐層向上傳，最后由應(yīng)用層交給遠程的應(yīng)用進程。數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型(續(xù)〕局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機H1主機H2路由器R1路由器R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機H1

向H2

發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動在考慮數(shù)據(jù)鏈路層的時候，由于各層的獨立性，我們可以僅從在數(shù)據(jù)鏈路層來考慮問題，而不需關(guān)心物理層和其他層?？梢哉J為，物理層已經(jīng)提供了一個穩(wěn)定的、無過失的物理通道。數(shù)據(jù)鏈路層的許多概念都是計算機網(wǎng)絡(luò)的重要概念，如HDLC協(xié)議、PPP協(xié)議等，我們將在廣域網(wǎng)中詳細介紹。LAN數(shù)據(jù)鏈路層標準EEE802制定了以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)、令牌總線網(wǎng)等一系列局域網(wǎng)標準，他們都涵蓋了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。例如：以太網(wǎng)除了涉及數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)幀定義與管理等以外，他還涉及到物理層的接口和線纜的定義。值得注意的是，物理傳輸介質(zhì)與數(shù)據(jù)鏈路層使用的技術(shù)在理論上沒有相關(guān)性，例如：以太網(wǎng)可以使用細纜也可以使用雙絞線等多種介質(zhì)來實現(xiàn)傳輸。在局域網(wǎng)一章中我們將詳細討論。IEEE802制定了系列局域網(wǎng)標準IEEE802.3：以太網(wǎng)IEEE802.4：令牌總線IEEE802.5：令牌環(huán)IEEE802.11：無線局域網(wǎng)IEEE802標準涵蓋了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層WAN數(shù)據(jù)鏈路層標準與局域網(wǎng)比較起來，廣域網(wǎng)的地域范圍更廣，主要用于連接距離較遠的網(wǎng)絡(luò)，例如位于北京的公司分部與位于上海的總部實現(xiàn)互聯(lián)。廣域網(wǎng)是一個基于交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點〔如分組交換機〕負責將一個節(jié)點的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個節(jié)點，節(jié)點間的線路利用率高。相比局域網(wǎng)采用播送方式發(fā)送數(shù)據(jù)，廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜。廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層需要將數(shù)據(jù)封裝成適合在廣域網(wǎng)線路上傳輸?shù)膸?，保證數(shù)據(jù)的可靠傳遞。通常，廣域網(wǎng)效勞有電信運營商提供，如中國電信、中國網(wǎng)通等，它們提供的WAN效勞比較多WAN數(shù)據(jù)鏈路層標準包括：HDLC、PPP、FrameRelay等。HDLC協(xié)議高級數(shù)據(jù)鏈路控制〔High-LevelDataLinkControl或簡稱HDLC〕，是一個在同步網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)、面向比特的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，它是由國際標準化組織(ISO)根據(jù)IBM公司的SDLC(SynchronousDataLinkControl)協(xié)議擴展開發(fā)而成的。鏈路控制協(xié)議著重于對分段成物理塊或包的數(shù)據(jù)的邏輯傳輸，塊或包由起始標志引導(dǎo)并由終止標志結(jié)束，也稱為幀。幀是每個控制、每個響應(yīng)以及用協(xié)議傳輸?shù)乃行畔⒌拿襟w的工具。所有面向比特的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議均采用統(tǒng)一的幀格式，不管是數(shù)據(jù)還是單獨的控制信息均以幀為單位傳送。HDLC--0比特插入法每個幀前、后均有一標志碼01111110,用作幀的起始、終止指示及幀的同步。標志碼不允許在幀的內(nèi)部出現(xiàn)，以免引起畸意。為保證標志碼的唯一性但又兼顧幀內(nèi)數(shù)據(jù)的透明性，可以采用“0比特插入法〞來解決。該法在發(fā)送端監(jiān)視除標志碼以外的所有字段，當發(fā)現(xiàn)有連續(xù)5個“1〞出現(xiàn)時，便在其后添插一個“0〞，然后繼續(xù)發(fā)后繼的比特流。在接收端，同樣監(jiān)除起始標志碼以外的所有字段。當連續(xù)發(fā)現(xiàn)5個“1〞出現(xiàn)后，假設(shè)其后一個比特“0〞那么自動刪除它，以恢復(fù)原來的比特流；假設(shè)發(fā)現(xiàn)連續(xù)6個“1〞，那么可能是插入的“0〞發(fā)生過失變成的“1〞，也可能是收到了幀的終止標志碼。后兩種情況，可以進一步通過幀中的幀檢驗序列來加以區(qū)分?！?比特插入法〞原理簡單，很適合于硬件實現(xiàn)。HDLC特點協(xié)議不依賴于任何一種字符編碼集；數(shù)據(jù)報文可透明傳輸，用于實現(xiàn)透明傳輸?shù)摹?比特插入法〞易于硬件實現(xiàn)；全雙工通信，不必等待確認便可連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，有較高的數(shù)據(jù)鏈路傳輸效率；所有幀均采用ＣＲＣ校驗，對信息幀進行編號，可防止漏收或重份，傳輸可靠性高；傳輸控制功能與處理功能別離，具有較大靈活性和較完善的控制功能。由于以上特點，目前網(wǎng)絡(luò)設(shè)計普遍支持使用ＨＤＬＣ作為數(shù)據(jù)鏈路管制協(xié)議。HDLC的幀格式：標志字段〔8位〕、地址字段〔8〕、控制字段〔8〕、信息字段〔可變長〕、幀校驗序列字段組成〔16〕、標志字段〔8位〕。標志字段〔8位01111110〕標示1幀的起始和終止。空閑時全部發(fā)送標示字段。PPP協(xié)議Point-to-PointProtocol點對點協(xié)議，是繼HDLC協(xié)議后使用非常廣泛的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，其應(yīng)用范圍包括撥號微機接入Internet訪問效勞器、通過WAN訪問內(nèi)部LAN、VPN利用PPP實現(xiàn)二層隧道協(xié)議。也就是說，任何用戶通過Modem撥號上網(wǎng)訪問Internet效勞提供商ISP，或者通過DDN專線上網(wǎng)時，都要使用PPP。PPP是為在同等單元之間傳輸數(shù)據(jù)包這樣的簡單鏈路設(shè)計的鏈路層協(xié)議。這種鏈路提供全雙工操作，并按照順序傳遞數(shù)據(jù)包。設(shè)計目的主要是用來通過撥號或?qū)＞€方式建立點對點連接發(fā)送數(shù)據(jù)，使其成為各種主機、網(wǎng)橋和路由器之間簡單連接的一種共通的解決方案。PPP協(xié)議的幀格式與HDLC非常相似，前3個和最后1個字段與HDL