計算機網(wǎng)絡(luò)教程課件

電腦網(wǎng)絡(luò)教程

1.1電腦網(wǎng)絡(luò)在資訊時代的作用21世紀的特徵：數(shù)位化、網(wǎng)路化和資訊化知識經(jīng)濟中的兩個特點：資訊化和全球化資訊化和全球化必需依靠電腦網(wǎng)絡(luò)。資訊高速公路

1.2電腦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程第一代面向終端的電腦網(wǎng)絡(luò)第二代以分組交換網(wǎng)為中心的電腦網(wǎng)絡(luò)第三代體系結(jié)構(gòu)標準化的電腦網(wǎng)絡(luò)第四代高速化、綜合化的電腦網(wǎng)絡(luò)第一代面向終端的電腦網(wǎng)絡(luò)時期:是20世紀50年代至60年代。產(chǎn)生背景：當時電腦數(shù)量很少，價格很昂貴，人們買不起電腦，為了解決“人多機少”的矛盾，想出了多人共用一臺電腦的方法，其形式是將一臺電腦經(jīng)過通信線路與若干臺終端連接起來，這種簡單的電腦聯(lián)機系統(tǒng)被稱為分時系統(tǒng)。

典型應(yīng)用：由一臺電腦和全美範圍內(nèi)2000多個終端組成的飛機定票系統(tǒng)。分時系統(tǒng)允許你通過只含顯示器和鍵盤的啞終端來使用主機。對於遠程終端可通過電話線與電腦相連。由於當初電腦的設(shè)計主要是用於資訊處理的，與終端通信需要主機騰出相當一部分的時間用於通信處理，這樣增加了主機的額外開銷，降低了電腦數(shù)據(jù)處理的速度和效率。為了解決這個問題，在主機前設(shè)置一個前端處理機FEP(FrontEndProcessor），其功能相當於現(xiàn)在的網(wǎng)卡，專門負責處理主機和終端的通信問題，進行串／並轉(zhuǎn)換、差錯控制和數(shù)據(jù)的收發(fā)，使主機專心進行數(shù)據(jù)處理。隨著終端數(shù)目的增加，每增加一個終端就增加一條線路，從而通信費用大大提高。為了節(jié)約通信線路和費用，可在終端密集處增加一個集中器。面向終端的電腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖第二代以分組交換網(wǎng)為中心的電腦網(wǎng)絡(luò)時期：是20世紀70年代背景：隨著電腦應(yīng)用的普及和硬體價格的下降，一些大公司常常擁有多臺電腦系統(tǒng)，這些電腦系統(tǒng)分佈在不同的地點，它們之間需要進行資訊交換，人們希望將分佈在不同地點的電腦，通過通信線路連接起來。典型應(yīng)用：分組交換網(wǎng)

分組交換網(wǎng)產(chǎn)生的原因：1、連網(wǎng)首先想到利用現(xiàn)有電話網(wǎng)，但傳統(tǒng)的電話網(wǎng)不適合計算機數(shù)據(jù)傳輸（1）採用電路交換方式，通話時全部佔用線路；且電腦數(shù)據(jù)是突發(fā)式地出現(xiàn)在傳輸線路上；因此線路的利用率低，不到10%（2）在電路交換傳輸線路上有任一故障，都需重新?lián)芴柦⑦B接。電路交換的過程是：建立連接－通信－釋放連接電路交換示意圖2、軍事上的需要

20世紀60年代後期，處於美蘇冷戰(zhàn)時期，為了對付蘇聯(lián)，美國軍方一些高層人士提出一種新的設(shè)想，要建立一個類似於蜘蛛網(wǎng)（Web）的打不垮的網(wǎng)路系統(tǒng)，使其在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，如果通信網(wǎng)中的某一個交換節(jié)點或線路被破壞，系統(tǒng)能夠自動尋找其他路徑，從而保證通信的暢通。1969年12月在美國國防部高級研究計畫署(ARPA)的資助下建立了世界上第一個遠程分組交換網(wǎng)ARPANET，該網(wǎng)由通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)組成。分組交換網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖分組交換的主要特點：（1）以分組為單位發(fā)送：通常將欲發(fā)送的整塊數(shù)據(jù)稱為報文，發(fā)送之前，先將較長的報文劃分成若干個等長的數(shù)據(jù)段，並在每個數(shù)據(jù)段前面，加上一些必要的控制資訊組成的首部後，構(gòu)成一個分組，如書P4，圖1-3。（2）採用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，交換機處理分組的過程是：將收到的分組先放入緩存，再查找路由表（路由表中寫有何目的地址應(yīng)從何端口轉(zhuǎn)發(fā)的資訊），再將分從適當?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。分組交換過程設(shè)主機H1向主機H5發(fā)數(shù)據(jù)，分組交換過程：主機H1將

分組發(fā)往

結(jié)點交換機A(存儲、查路由、轉(zhuǎn)發(fā))下一個結(jié)點(存儲、查路由、轉(zhuǎn)發(fā))直到主機H5，類似接力賽跑。分組交換的優(yōu)點：

高效：動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段佔用，共用使用整個通信鏈路，提高了線路利用率。

靈活：每個結(jié)點均有智能，為每一個分組獨立地選擇轉(zhuǎn)發(fā)路由。

迅速：以分組為單位，分組小且不需建立連接?？煽浚河伸队腥唣N的路由，且有完善的網(wǎng)路協(xié)議，因此打不垮。報文交換報文交換也是採用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，出現(xiàn)在20世紀40年代的電報通信中，在報文交換中心，以整份電報為單位發(fā)送。這種報文發(fā)送的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等?，F(xiàn)在已不使用。三種交換的比較第三代體系結(jié)構(gòu)標準化的電腦網(wǎng)絡(luò)背景：隨著電腦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，各大計算機廠家紛紛開展電腦網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的研製和開發(fā)，同時也提出了各自的網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)路協(xié)議，如美國IBM公司的SNA(SystemNetworkArchitecture)、美國DEC公司的DNA（DigitalNetworkArchitecture）等。網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，使一個公司所生產(chǎn)的設(shè)備很容易互連成網(wǎng)。但是，由於標準不統(tǒng)一，不同廠家的網(wǎng)路產(chǎn)品互聯(lián)十分困難，迫切需要制定一個國際標準。時期：是20世紀80年代。標準：(1)國際標準化組織ISO在1984年正式頒佈了開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI／RM（OpenSystemInterconnectionReferenceModel），簡稱為OSI。(2)80年代初期美國國防部高級研究計畫署和美國國防部通信局也在ARPANET的基礎(chǔ)上研製成功了TCP/IP協(xié)議。1.Internet的發(fā)展史1984年：ARPANET分成民用ARPANET和軍用MILNET1986年：NFS建立國家科學基金網(wǎng)NFSNET，後來接管ARPANET，並改為Internet。1991年：擴大Internet範圍，後商業(yè)化。1996年：美國開始研製下一代Internet。2.Internet的標準化工作

Internet由因特網(wǎng)協(xié)會ISOC負責，下有一個技術(shù)組織因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會IAB，負責有關(guān)協(xié)議的開發(fā)，IAB下設(shè)兩個工程部：因特網(wǎng)工程部IETF（下設(shè)若干工作組，負責協(xié)議的開發(fā)和標準化）和因特網(wǎng)研究部（下設(shè)若干研究組，負責理論研究和長期規(guī)劃）普通RFC文擋

正式標準，經(jīng)過草案、建議標準、草案標準、正式標準

http//3.Internet在我國的發(fā)展1992年，中科院高能物理研究所建立了與西歐的連接。從那時開始，Internet在我國出現(xiàn)了突飛猛進的發(fā)展。尤其是從九六年以後，隨著我國資訊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和不斷擴大，Internet在國內(nèi)得到了迅速的普及。現(xiàn)在，國內(nèi)與Internet互聯(lián)的四大資訊網(wǎng)絡(luò)是：中國公共數(shù)據(jù)網(wǎng)CHINANET中國教育科研網(wǎng)CERNET中國金橋網(wǎng)GBN中國科技網(wǎng)CSN。

此外，還有：中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)UNINET中國網(wǎng)通CNCNET中國國際經(jīng)濟貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng)CIETNET中國移動互聯(lián)網(wǎng)CMNET中國長城互聯(lián)網(wǎng)CGWNET。第四代高速化、綜合化的電腦網(wǎng)絡(luò)背景：全球範圍內(nèi)的資訊高速公路熱使電腦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進入了一個新的歷史時期。以高速化、綜合化為基本特徵的新一代寬頻綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)B-ISDN(BroadIntegratedServicesDigitalNetwork)是第四代電腦網(wǎng)絡(luò)的代表。所謂高速化是指採用光纜作為傳輸介質(zhì)，網(wǎng)路具有寬頻帶和低時延特點,目前，高速網(wǎng)路的傳輸速率可達幾G。所謂綜合化是指將語音，視頻、圖像、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)綜合到一個網(wǎng)路中去。

時期：是20世紀90年代以後1.3.1電腦網(wǎng)絡(luò)的定義１電腦網(wǎng)絡(luò)的定義電腦網(wǎng)絡(luò)就是利用通信設(shè)備和通訊線路把地理上分散的、具有獨立功能的多臺電腦連接起來，並配以相應(yīng)的網(wǎng)路軟體從而實現(xiàn)資源共用和資訊交換的系統(tǒng)。電腦網(wǎng)絡(luò)與分佈式系統(tǒng)的區(qū)別兩者在硬體組成及拓撲結(jié)構(gòu)上相同，不同的是分佈式系統(tǒng)的各電腦對用戶就是透明的。即，對用戶來說，分佈式系統(tǒng)就好像只有一臺電腦一樣。用戶通過急鍵入命令就可以運行程式，但用戶並不知道是哪一臺電腦在為他運行程式，而是由操作系統(tǒng)為用戶選擇一個最合適的電腦來運行其程式，無需用戶干預(yù)，而電腦網(wǎng)絡(luò)則需由用戶指定運行程式的電腦。1.3電腦網(wǎng)絡(luò)的分類１按交換方式分分類

電路交換

報文交換

分組交換優(yōu)

缺

點

優(yōu)點：資訊延時短，並且固定不變；適用於連續(xù)、大批量的數(shù)據(jù)傳輸。缺點：建立連接的時間長；獨佔通道，線路利用率低。優(yōu)點：通道可以進行複用且需要時才分配通道，線路利用率高；不需建立連接。缺點：延時長；對中繼結(jié)點存儲容量要求較高；差錯高

優(yōu)點：轉(zhuǎn)發(fā)延時短；數(shù)據(jù)傳輸靈活（每個分組可按不同路徑不同順序到達）；轉(zhuǎn)發(fā)差錯少；對中繼結(jié)點要求低。缺點：在目的結(jié)點要對分組進行重組，增加了複雜性。實例電話系統(tǒng)電報因特網(wǎng)２按拓撲結(jié)構(gòu)分有匯流排型、星型、樹型、環(huán)型、網(wǎng)狀匹配電阻（b）環(huán)形網(wǎng)集線器（a）星形網(wǎng)（c）匯流排網(wǎng)（d）樹形網(wǎng)幹線藕合器（e）網(wǎng)狀（廣域網(wǎng)採用）星型以太網(wǎng)是目前局域網(wǎng)的主流一般大型企業(yè)網(wǎng)或校園網(wǎng)的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)。３按網(wǎng)路地理範圍分1.局域網(wǎng)（LAN）通常在10km的區(qū)域範圍內(nèi)，屬一個單位所有，如校園網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）都屬於局域網(wǎng)。2.城域網(wǎng)（MAN）規(guī)模在10-100km的區(qū)域範圍內(nèi)，局限於一座城市。3.廣域網(wǎng)（WAN）網(wǎng)路範圍可以覆蓋全國，甚至全球。如Internet屬於廣域網(wǎng)。目前局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)是網(wǎng)路的熱點。３按網(wǎng)路的使用範圍分1.公用網(wǎng)一般是國家的電信部門建造的網(wǎng)路。所有人都可以用。2.專用網(wǎng)是某個單位建立的網(wǎng)路。1.4電腦網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標最主要的兩個性能是帶寬(或吞吐量)和時延.1.4.1帶寬1、信號帶寬：指某個信號具有的頻帶寬度。一個特定的信號是由許多不同頻率成份組成的，各種頻率成份所占的頻率範圍，如電話信號的標準帶寬是3.1kHz(300Hz~3.4kHz)。2、線路的帶寬(1)傳模擬信號時用線路上允許通過的信號的頻率範圍，即“通頻帶”來度量，單位Hz，帶寬越大，數(shù)據(jù)率也越高。(2)傳數(shù)字信號時在電腦網(wǎng)絡(luò)中，線路的帶寬指線路上能夠傳送的數(shù)字信號的速率，即“數(shù)據(jù)率”或“比特率”，單位是bit/s(bps)。3、吞吐量指每秒發(fā)送的比特數(shù)（或位元組數(shù)、幀數(shù)）。因為帶寬代表數(shù)字信號的發(fā)送速率，因此帶寬有時也稱為吞吐量。1.4.2時延數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時延由三部分組成：總時延=傳播時延+發(fā)送時延+排隊時延1、傳播時延傳播時延=通道長度/電磁波在通道上的傳播速率通道：傳送信號的一條通路。採用多路複用技術(shù)，一條線路可以被分割成多條通道。2、發(fā)送時延發(fā)送時延=數(shù)據(jù)塊長度/通道帶寬通道帶寬就是數(shù)據(jù)在通道上的發(fā)送速率，也稱為信號傳輸速率。信號傳輸速率和電磁波在通道上的傳播速率是不同的。3、排隊時延指數(shù)據(jù)在交換結(jié)點等候發(fā)送所經(jīng)歷的時間。三種時延產(chǎn)生的地方見書P17，圖1-11電磁波在介質(zhì)中的傳播速率為定固定值，約2.3*105，因此，傳播時延與通道的帶寬無關(guān)。對於高速網(wǎng)路鏈路，提高的僅僅是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率而不是傳播速率。通常所說的“光纖的傳輸速率高”是指光纖通道的發(fā)送速率高，而光纖通道的傳播速率實際上還要比銅線略低，光在光纖中的傳播速率為2.05*1051.4電腦網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標1.4.3時延帶寬積和往返時延1、時延帶寬積=傳播時延*帶寬時延帶寬積表示這個管道的體積，表示鏈路中可容納多少個比特。如：鏈路的傳播時延為20ms,帶寬為10Mbit/s，則時延帶寬積=2*105bit表示在發(fā)送的第一個比特到達終點時，已發(fā)送了20萬個比特。2、往返時延RTT表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到來自接收端的確認，總其經(jīng)歷的時延習題復習作業(yè)

P193,9,10第二章電腦網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)2.1電腦網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成2.2協(xié)議和劃分層次2.3電腦網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)2.4OSI與TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的比較2.5客戶-伺服器方式2.1電腦網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成電腦網(wǎng)絡(luò)是一個龐大、複雜的大系統(tǒng)，需解決差錯控制、路徑選擇、流量控制等諸多技術(shù)問題，為了便於實現(xiàn)和維護，通常將複雜問題劃分為多個小問題，然後為每個小問題設(shè)計一個單獨的協(xié)議，各層協(xié)議之間高效率地相互作用，協(xié)同解決整個通信問題。將網(wǎng)路系統(tǒng)分成多少層，每層採用什麼協(xié)議（即實現(xiàn)什麼功能），這便是網(wǎng)路的體系結(jié)構(gòu)。即網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)是電腦網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。1974年，IBM公司宣佈了它研製的系統(tǒng)網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)SNA，它按分層的方法制定。其後，其他一些公司也相繼推出了自己的網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)使得一個公司生產(chǎn)的各種設(shè)備能夠很容易互連成網(wǎng)。而不同公司的產(chǎn)品，由於網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)的不同，很難互連，使得網(wǎng)路擴容時只能再購買原公司的產(chǎn)品。迫切需要制定網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)的國際標準。國際標準：(1)國際標準化組織ISO在1984年正式頒佈了開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI／RM（OpenSystemInterconnectionReferenceModel），簡稱為OSI?！伴_放”：只要遵循OSI標準，一個系統(tǒng)就能和位於世界上任何一個地方的、也遵循同一標準的其他系統(tǒng)進行通信。(2)80年代初期美國國防部高級研究計畫署和美國國防部通信局也在ARPANET的基礎(chǔ)上研製成功了TCP/IP協(xié)議。OSI試圖達到一種理想境界，全世界的電腦網(wǎng)絡(luò)都遵循這個統(tǒng)一的標準，方便地互連和交換數(shù)據(jù)，但未能實現(xiàn)是由於以下原因：OSI的專家們?nèi)狈嶋H經(jīng)驗，在完成OSI標準時沒有商業(yè)驅(qū)動力；OSI的協(xié)議實現(xiàn)起來過分複雜，運行效率低；OSI的制定週期太長，使得按OSI標準生產(chǎn)的設(shè)備無法及時進入市場；OSI的層次劃分也不太合理，有些功能在多個層次中重複出現(xiàn)。由於Internet的廣泛應(yīng)用，TCP/IP已成為是事實上的國際標準，OSI僅是理論上的國際標準。OSI和TCP/IP的關(guān)係類似於世界語和英語的關(guān)係。2.2協(xié)議與劃分層次一、網(wǎng)路協(xié)議網(wǎng)路能夠有條不紊地交換數(shù)據(jù)，就必須遵守一些事先約定好的規(guī)則，類似於交通規(guī)則。1.網(wǎng)路協(xié)議：為進行網(wǎng)路中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則標準或約定。2.網(wǎng)路協(xié)議三要素：語義（Semantics）：控制資訊的含義；語法（Syntax）：數(shù)據(jù)與控制資訊的格式；時序（Timing）：事件先後順序。

以兩個人打電話為例來說明協(xié)議的概念：甲給乙打電話的過程中雙方都遵守了電話的協(xié)議。其中，電話號碼就是“語法”的一個例子，一般電話號碼由五到八位阿拉伯數(shù)字組成，如果是長途要加撥區(qū)號，國際長途還有國家代碼等等；甲撥通乙的電話後，乙的電話振鈴，振鈴表示有電話打進，就是“語義”的例子；因為甲撥了電話，乙的電話才會響，乙聽到鈴聲後才會接，這一系列事件的因果關(guān)係就是“時序”的例子

。

二、協(xié)議的分層.網(wǎng)路協(xié)議分層的好處：

1）各層之間是獨立的。某一層並不需要知道它的下一層是如何實現(xiàn)的，而僅需要知道該層通過層間接口所提供的服務(wù)。

2）靈活性好。當任何一層發(fā)生變化時，只要層間接口關(guān)係保持不變，則其他層均不受影響。

3）結(jié)構(gòu)上可分割開。各層都可以採用最合適的技術(shù)來實現(xiàn)。

4）易於實現(xiàn)和維護。大系統(tǒng)變成了若干個子系統(tǒng)。

5）能促進標準化工作。每一層的功能及其所提供的服務(wù)都有精確的說明。分層原則：每層的功能應(yīng)非常明確；層數(shù)不能太少，以避免不同的功能混雜在同一

層中，協(xié)議太複雜，但也不能太多,否則體系結(jié)構(gòu)會過於龐大.由於有了網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)的規(guī)範，網(wǎng)路開發(fā)人員就可以根據(jù)協(xié)議設(shè)計每一層的軟體程式或是硬體設(shè)備。需要指出的是網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)並不包括實現(xiàn)細節(jié)和介面規(guī)範，這些都是各個電腦系統(tǒng)設(shè)計者需要解決的問題。通常每一層所要實現(xiàn)的功能往往是下麵的一種功能或多種功能：(1)差錯控制(2)路徑選擇(3)流量控制(4)分段與重裝：將數(shù)據(jù)塊劃分成小塊(5)複用與分用：幾個高層會話複用一條低層連接(6)連接建立與釋放圖2-1的例子來說明層次結(jié)構(gòu)的通信原理每個公司都形成了三個層次的機構(gòu)：經(jīng)理、高級助理、秘書。每一層都有各自的功能，遵守該層的協(xié)議，每一層都不關(guān)心下一層的實現(xiàn)細節(jié)，並向上一層提供服務(wù)。甲方經(jīng)理對乙方的供貨不滿意，希望退貨。高級助理起草一份一份正式公函，並加上了一些理由。秘書發(fā)送。採用電話或傳真。一、OSI與TCP/IP體系結(jié)構(gòu)1.3.2電腦網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)1.3.2電腦網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)一、OSI體系結(jié)構(gòu)：分七層

二、原理體系結(jié)構(gòu)：為了便於講解網(wǎng)路原理，綜合OSI和TCP/IP的優(yōu)點，採用五層的體系結(jié)構(gòu)各層的功能1、應(yīng)用層，直接為用戶的應(yīng)用進程提供服務(wù)，並為網(wǎng)路用戶之間的通信提供專用的程式。常用的應(yīng)用層協(xié)議有HTTP超文本傳輸協(xié)議、SMTP簡單電子郵件傳輸協(xié)議、FTP檔傳輸協(xié)議等。2、傳輸層，負責主機中兩個進程之間的通信，對高層遮罩了通信子網(wǎng)的實現(xiàn)細節(jié)，真正實現(xiàn)了源主機到目的主機的“端”到“端”的通信。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元為報文。因特網(wǎng)的運輸層可使用兩種不同的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP。TCP協(xié)議是可靠的、面向連接的協(xié)議。它保證通信主機之間有可靠的位元組流傳輸。UDP是一種不可靠的、無連接協(xié)議。它最大的優(yōu)點是協(xié)議簡單，額外開銷小，效率較高；缺點是不保證正確傳輸。只是盡力傳送。需要可靠數(shù)據(jù)傳輸保證的應(yīng)用應(yīng)選用TCP協(xié)議；相反，對數(shù)據(jù)精確度要求不是太高，而對速度、效率要求很高的環(huán)境，如聲音、視頻的傳輸，應(yīng)該選用UDP協(xié)議。網(wǎng)路層：負責在互連網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)分組，主要功能是路徑選擇。數(shù)據(jù)的傳送單位是分組或包。因特網(wǎng)中網(wǎng)路層又叫網(wǎng)際層或IP層，主要協(xié)議有網(wǎng)際協(xié)議IP，IP是無連接的協(xié)議。資料鏈路層：負責在兩個相鄰結(jié)點間無差錯地傳送幀。數(shù)據(jù)單位是幀。每一幀包含有必要的控制資訊，控制資訊有同步資訊、地址資訊、差錯控制、及流量控制等。資料鏈路層將一條有可能出錯的實際鏈路，轉(zhuǎn)變成讓網(wǎng)路層看上去好像是一條不出錯的鏈路。物理層：負責透明地傳送比特流。傳輸單位是比特。透明表示某一個實際存在的事物看起來卻好像不存在一樣。我們通常說玻璃是透明的，是因為透過玻璃看過去，視覺不受影響，好像不存在一樣?！巴该鞯貍魉捅忍亓鳌北硎窘?jīng)實際電路傳送後的比特流沒有發(fā)生變化，因此，對傳送流來說，由於電路並沒有對其產(chǎn)生影響。因而是透明的。物理層順序地傳輸“0”、“1”信號，但不必考慮這些“0”、“1”信號表示什麼意義。物理層要考慮多大的電壓表示“1”或“0”，連接插頭的形狀、大小、引腳數(shù)等。數(shù)據(jù)在各層的傳遞過程數(shù)據(jù)在各層的傳遞過程雖然應(yīng)用進程數(shù)據(jù)要經(jīng)過上圖所示的複雜過程才能送到對方的應(yīng)用進程，但這些複雜過程對用戶來說都已被遮罩掉了，以致發(fā)送進程覺得好像是直接把數(shù)據(jù)交給了接收進程。同理，任何兩個同樣的層次都好像將數(shù)據(jù)通過水準虛線直接交給對方。稱為對等層間的通信。不同系統(tǒng)中的相同層次稱為對等層。協(xié)議棧指系統(tǒng)中所有層次的協(xié)議的列表。畫在一起看上去很像棧。數(shù)據(jù)封裝動畫1.3.2電腦網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)2.實體、協(xié)議、服務(wù)、服務(wù)訪問點：實體：能夠發(fā)送和接收資訊的軟體進程或硬體（如I/O晶片），位於不同系統(tǒng)中的同一層次的實體叫做對等實體。協(xié)議：是控制兩個對等實體進行通信的規(guī)劃的集合。服務(wù)：描述了每一層的功能。在協(xié)議的控制下，第N層能夠向N+1層提供服務(wù)，要實現(xiàn)N層協(xié)議，又需要利用N-1層提供的服務(wù)。服務(wù)是同一開放系統(tǒng)中相鄰層之間的操作，是“垂直的”；協(xié)議是不同開放系統(tǒng)的對等實體間虛擬通信所必須遵守的規(guī)定。是“水準的”。服務(wù)訪問點SAP(ServiceAccessPoint)是同一系統(tǒng)中相鄰兩層實體進行交互（即交換資訊）的地方。實際上就是一個邏輯介面，有些像郵政信箱。服務(wù)原語：上層調(diào)用下層所提供的服務(wù)必須通過與下層交換一些命令，這些命令在OSI中稱為服務(wù)原語。所謂原語，就是不可再細分的意思。服務(wù)原語要通過服務(wù)訪問點SAP來傳遞，原語先放在SAP的佇列中。實體從SAP佇列中取出原語並執(zhí)行。原語是如何實現(xiàn)的，完全是各層實體內(nèi)部的事情，SAP完全不必考慮。數(shù)據(jù)單元，在OSI/RM中規(guī)定了下列數(shù)據(jù)單元：

服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU）相鄰層實體間傳送的數(shù)據(jù)單元；並將N+1層向N層傳送資訊的服務(wù)數(shù)據(jù)單元記為（N）SDU。

協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）對等實體之間傳送的數(shù)據(jù)單元；並將N層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元記為（N）PDU。（N）PDU由兩部分組成：（N）SDU和N協(xié)議控制資訊（N）PCI；2.3.3面向連接的服務(wù)和無連接的服務(wù)1）面向連接的服務(wù)面向連接的服務(wù)就象打電話，有一個明顯的撥通電話、講話、再掛斷電話的過程，面向連接服務(wù)也經(jīng)過：建立連接

數(shù)據(jù)交換

釋放連接的過程，這種服務(wù)的最大好處就是可靠性高，而且保證數(shù)據(jù)順序傳輸，但建立連接的時間長，適合於向某一目的地連續(xù)發(fā)送許多報文的情況。面向連接的服務(wù)在網(wǎng)路層稱為虛電路服務(wù)。如X.25的網(wǎng)路層。若兩個用戶需要經(jīng)常進行通信，則可建立永久虛電路，查免除每次通信時建立和釋放連接。2）無連接服務(wù)無連接的服務(wù)就像寄信，信發(fā)出後你並不能確認對方已經(jīng)收到，無連接服務(wù)的優(yōu)點是不需要建立連接，靈活方便迅速，但是可靠性較低，不能防止報文的丟失、重複、失序。適合於傳送少量零星的報文。無連接的服務(wù)在網(wǎng)路層稱為數(shù)據(jù)報服務(wù)。如Internet的IP層。那麼Internet中如何保證可靠性？2.4OSI與TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的比較1.OSI的體系結(jié)構(gòu)分七層協(xié)議，將原理體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用層再劃分為三層：應(yīng)用層、表示層和會話層。表示層解決數(shù)據(jù)表示問題，實現(xiàn)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的加密、解密、壓縮等。會話層對數(shù)據(jù)傳輸進行管理，如中斷點續(xù)傳。注意：TCP/IP並不是指TCP和IP這兩個具體的協(xié)議，而是指TCP/IP協(xié)議族（一組協(xié)議）2.TCP/IP協(xié)議族3、TCP/IP和OSI的不同點：1）TCP/IP一開始就考慮到多種異構(gòu)網(wǎng)的互連問題。2）TCP/IP一開始就對面向連接的服務(wù)和無連接的服務(wù)並重。而OSI只強調(diào)面向連接的服務(wù)。3）TCP/IP有較好的網(wǎng)路管理功能，而OSI到後來才考慮這個問題?？傊琌SI參考模型雖然一直被人們所看好，但由於沒有把握好時機，技術(shù)不成熟，實現(xiàn)起來很困難，遲遲沒有一個成熟的產(chǎn)品推出，大大影響了它的發(fā)展；相反，TCP/IP雖然有許多不盡人意的地方，但近30年的實踐證明它還是比較成功，特別是近年來國際互連網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，也是它獲得了巨大的支持。2.5客戶-伺服器方式Internet上客戶端和服務(wù)器之間採用一種叫客戶／伺服器（C／S，Client／Server）的方式進行工作，如WWW、FTP服務(wù)等。客戶／伺服器系統(tǒng)是電腦網(wǎng)絡(luò)（尤其是Internet）中最重要的應(yīng)用技術(shù)之一。客戶／伺服器的概念來源於日常生活中。例如，在一個商店買東西時，顧客先向服務(wù)員提出購買請求（如商品名稱、數(shù)量等），服務(wù)員按要求將商品提供給顧客，這種分工、協(xié)作的工作方式就是C／S方式。採用客戶/伺服器的網(wǎng)路，伺服器端安裝有伺服器軟體，常用的Internet伺服器軟體有WWW伺服器軟體、FTP伺服器軟體、電子郵件伺服器軟體等。一臺伺服器上可以同時安裝多個伺服器軟體?？蛻舳税惭b有客戶端軟體，常用的Internet客戶端軟體有IE。客戶/伺服器的工作過程是：用戶通過客戶端軟體向伺服器發(fā)出請求，伺服器上的伺服器軟體接收到請求後，進行相應(yīng)的處理，並將請求結(jié)果返回給客戶。例如，在客戶機流覽器的地址欄輸入/netresources/dianqi/jsj.htm後，客戶機將請求發(fā)送給主機，主機看到是採用http(超文本傳送協(xié)議)，便和主機上的WWW伺服器建立連接，WWW伺服器接下來檢索出頁面檔jsj.htm，並傳送給客戶端，客戶端流覽器收到後顯示頁面內(nèi)容。

除了TCP/IP採用客戶/伺服器方式工作外，還有大型資料庫系統(tǒng)（如Sybase,MicrosoftSQLServer,Oracle等）也採用C/S方式，伺服器端安裝大型資料庫系統(tǒng)，充當伺服器；客戶端安裝客戶端軟體，如財務(wù)軟體。客戶端軟體發(fā)出的SQL指令，如Select*from工資庫where姓名=‘張三’，資料庫伺服器收到後會從資料庫取出張三的工資，返回給客戶端，減少了網(wǎng)路流量，提高了效率。這一點與小型資料庫（如Access,Foxpro等）不同。習題作業(yè)

P331，2，4，6網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計和實現(xiàn)方法

(選講)實現(xiàn)要點

1.重要的網(wǎng)路類

TNetEntity（實體）：包含有原語的實現(xiàn)函數(shù)

TNetSAP(服務(wù)訪問點)：定義有消息佇列

TNetMSG（服務(wù)原語消息）：消息對象包含有原語的名稱及參數(shù)

2.不同類對象的結(jié)合關(guān)係2.P84圖2.7OSILite類體系圖1.P82圖2.4OSILite對象結(jié)構(gòu)實體類的方法：virtualvoidupConnReq(){} //處理上層連接請求原語，派生類應(yīng)超越virtualvoidupConnResp(){} //處理上層連接回應(yīng)原語，派生類應(yīng)超越voidupConnInd(); //向上層發(fā)出連接指示原語voidupConnConf(); //向上層發(fā)出連接證實原語virtualvoidupDataReq(int,char*){} //處理上層數(shù)據(jù)請求原語，voidupDataInd(int,char*); //向上層發(fā)出數(shù)據(jù)指示原語virtualvoidupDiscReq(){} //處理上層釋放連接請求原語，voidupDiscInd(); //向上層發(fā)出釋放連接指示原語virtualvoiddownDataInd(char){}//處理下層數(shù)據(jù)指示原語，派生類應(yīng)超越virtualvoiddownDataConf(){} //處理下層證實原語，派生類應(yīng)超越voiddownDataReq(int,char*); //向下層發(fā)出數(shù)據(jù)請求原語服務(wù)訪問點類{//枚舉方式定義資料鏈路層服務(wù)原語名稱及類型

enum{CONN_REQ,CONN_IND,CONN_RESP,CONN_CONF,DATA_REQ,DATA_IND, DISC_REQ,DISC_IND,DISC_RESP,DISC_CONF };protected: TNQueueqUp,qDown;//定義上行、下行消息佇列public: voidputUp(TNetMSG*); //在上行消息佇列中追加指定原語消息

voidputDown(TNetMSG*); //在下行消息佇列中追加指定原語消息};classTNetMSG:publicTNObject

服務(wù)原語消息類{public: unsignedintiPrimitive; //原語消息名稱及類型標識

intiLength; //原語參數(shù)長度

char*cpParameter; //指向參數(shù)的指針

//構(gòu)造時需指定原語名稱及類型、參數(shù)長度、參數(shù)

TNetMSG(intp,intl=0,constchar*c=0) { iPrimitive=p; iLength=l; if(l) { cpParameter=newchar[l]; memcpy(cpParameter,c,l); } }};網(wǎng)路層服務(wù)原語的實現(xiàn)實例voidTNetNLEntity::upDataUnitInd(intl,char*buf)//向上層發(fā)出數(shù)據(jù)單元指示原語，用調(diào)用參數(shù)構(gòu)造消息//調(diào)用參數(shù)：buf是指向數(shù)據(jù)的指針，l是數(shù)據(jù)長度{ TICIdataunitNL*p=(TICIdataunitNL*)buf; TNetNLSAP*sap=getUpSAP(p->da); if(*sap!=(TNetNLSAP&)NOOBJECT) sap->putUp(newTNetMSG(TNetNLSAP::DATAUNIT_IND,l,buf));}voidTNetNLEntity::run()//主運行函數(shù)，處理相關(guān)SAP中保存的消息，處理協(xié)議事件{ //首先，檢查並處理來自資料鏈路層的原語消息

msg=&(sap->getUp()); //取消息

if(*msg!=(TNetMSG&)NOOBJECT)//如果有消息

{ switch(msg->iPrimitive) { caseTNetDLLSAP::CONN_IND://連接指示原語

downConnInd(sap->address); break; caseTNetDLLSAP::CONN_CONF: //連接證實原語

downConnConf(sap->address); break; caseTNetDLLSAP::DATA_IND: //數(shù)據(jù)指示原語

downDataInd(msg->iLength,msg->cpParameter,sap->address); break; caseTNetDLLSAP::DISC_IND://釋放連接指示原語

downDiscInd(sap->address); break; }//從運輸層獲得並處理原語消息TNetNLSAP*sap=(TNetNLSAP*)&(litUp++);msg=&(sap->getDown()); //取消息if(*msg!=(TNetMSG&)NOOBJECT)//如果有消息{switch(msg->iPrimitive){caseTNetNLSAP::DATAUNIT_REQ://數(shù)據(jù)單元指示原語

upDataUnitReq(msg->iLength,msg->cpParameter); break;………}

物理層3.1物理層的基本概念物理層的作用是在連接電腦的各種傳輸媒體上透明地傳輸比特流。網(wǎng)路中的物理設(shè)備和傳輸媒體種類繁多，通信手段也有多種方式。物理層的作用正是要盡可能地遮罩掉這些差異，使上一層感覺不到這些差異。物理層的主要任務(wù)是描述設(shè)備之間及設(shè)備與傳輸媒體之間介面的一些特性。主要有四個特性：1、機械特性：指介面的形狀和尺寸、引腳數(shù)目和排列等2、電氣特性：什麼樣的電壓表示1和0，傳輸距離、速率3、功能特性：每條傳輸線的功能。4、規(guī)程特性：傳輸線上不同功能的各種事件的出現(xiàn)順序。3.2數(shù)據(jù)通信的基本知識3.2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型MODEM：數(shù)據(jù)機，包括調(diào)製器和解調(diào)器，調(diào)製器用來將電腦發(fā)出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成適合於電話線傳輸?shù)哪M信號；解調(diào)器則用來將電話線傳來的模擬信號還原成數(shù)字信號交給電腦。CODEC:編碼解碼器，包括編碼器和解碼器，編碼器用來將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；解碼器則用來將數(shù)字信號還原成模擬信號。3.2.2有關(guān)通道的幾個基本概念1、從雙方資訊交互的方式來看，通信方式有三種：方式

單工方式

半雙工方式

全雙工方式

描述

只支持數(shù)據(jù)的單向流動。一方發(fā)送，另一方接收。雙方都可以發(fā)送資訊，但不能同時發(fā)送，必須交替進行。雙方可以同時發(fā)送和接收資訊。效率高，但需多條線路。信號：是數(shù)據(jù)的電氣或電磁表現(xiàn)。數(shù)字信號、模擬信號、數(shù)字通道、模擬通道數(shù)字信號只有不變化到不可識別的程度都可再生還原，而模擬信號一旦變化不能還原，因此採用數(shù)字傳輸服務(wù)品質(zhì)高，另外進行差錯控制、加密等，是今後的發(fā)展趨勢?；鶐盘枺簩?shù)字信號的1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然後送到線路上去傳輸。寬頻信號：將基帶信號進行調(diào)製後形成的模擬信號採用頻分多路複用的方式進行傳輸。3.2.3通道上的最高碼元傳輸速率總是希望在通道上傳送盡可能多的碼元，但過多會發(fā)生失真。傳輸?shù)臉O限值是多少？尼奎斯特推導出在理想低通信道(就是信號的頻率低某個上限的分量都能通過，高於一限的不能通過)下：

最高碼元傳輸速率=2WBaudW為通道帶寬(Hz)，Baud是波特，是碼元傳輸速率的單位，1波特為每秒傳輸1個碼元。如一個3KHz的低通信道，其最高碼元速率為6000Baud.在理想帶通信道(就是信號的頻率在f1~f2的分量都能通過，低於f1或高於f2的不能通過)下：

最高碼元傳輸速率=WBaudW為通道帶寬(Hz)，波特和比特率不同波特表示：碼元/秒，通常用來表示MODEM的調(diào)製速率，調(diào)製一次傳輸一個碼元，一次調(diào)製可傳送多位資訊，即一個碼元可代表多個比特。如採用8相調(diào)製，調(diào)製一次有8種可能的狀態(tài)，每種狀態(tài)可給予一個3位編碼。比特率表示：比特/秒比特率=N*波特香農(nóng)在1948年進一步把尼奎斯特的結(jié)論擴展到有隨機嘈聲影響的通道，給出了著名的香農(nóng)定理，指出了通道帶寬與通道容量之間的關(guān)係：

C=Wlog2(1+S/N)(bps)

這裏，C為通道容量，W為通道帶寬,

N為雜訊功率，S為信號功率。對於3.1kHz帶寬的標準電話通道，如果信噪比S/N=2500，則無論採用何種先進技術(shù)，極限速率為35kbit/s.1.3物理層下麵的傳輸媒體3.3.1導向傳輸媒體（有線介質(zhì)）1、雙絞線雙絞線(Twistedpair，縮寫為TP)雙絞線是目前局域網(wǎng)中最常用的傳輸介質(zhì)。雙絞線是由兩根絕緣銅導線相互扭繞而成，成對扭絞的作用是盡可能減少相鄰導線的電磁干擾，因為電磁場在兩根導線上產(chǎn)生的干擾信號大小相等、方向相反而相互抵消。雙絞線分為分為非遮罩雙絞線(UTP)和遮罩雙絞線(STP)。遮罩雙絞線電纜的外層由鋁泊包裹以降低干擾、減小幅射，但價格較貴雙絞線價格便宜，安裝方便，但抗干擾能力差，傳輸速率目前一般為100兆bps（位/秒），傳輸距離不超過100米。大多數(shù)局域網(wǎng)使用非遮罩雙絞線來組網(wǎng)，UTP分5類，從1~5類，現(xiàn)在超5類和6類線已開始試用，最常用的UTP是3類線和5類線，兩者的區(qū)別在於每單位長度絞合的次數(shù)不同，3類雙絞線的速率為10Mb/S，5類雙絞線的速率可達100Mb/S，超5類更可達155Mb/s以上。通常將四對雙絞線封裝在一個絕緣外套中，介面名稱為RJ45，如下圖所示遮罩雙絞線圖無遮罩雙絞線圖雙絞線的接線標準雙絞線佈線標準分為EIA/TIA568A，568B兩種。EIA/TIA568A：1白綠2綠3白橙4藍5白藍6橙7白棕8棕EIA/TIA568B：1白橙2橙3白綠4藍5白藍6綠7白棕8棕

一根雙絞線兩端RJ45接頭的做法有兩種：一種是平行線（也叫直連線），一種是交叉線。所謂的直連線就是線的兩頭採用同樣的做法，要麼兩頭都用T568A來做，要麼兩頭都用T568B來做。而交叉線就是一頭用T568A，而另外一頭就用T568B（1<-->3,2<-->6的順序互換

），平常實際應(yīng)用中是怎麼使用這兩種線的呢？

應(yīng)用類別接線方法

電腦——電腦交叉線

電腦——交換機平行線

交換機——交換機交叉線或者平行線

或(HUB)——(HUB)一般交換機或HUB上都有一個UPLINK端口，這主要是方便級聯(lián)的。1、交換機的UPLINK口(級聯(lián)口)連接到交換機的普通口；用平行線。2、交換機的UPLINK口連接到交換機的UPLINK口；用交叉線。3、交換機的普通口連接到交換機的普通口；用交叉線。RJ45的製作2、同軸電纜細纜及BNC介面圖同軸電纜分類： 細纜 ：介面為BNC50歐的基帶同軸電纜（局域網(wǎng)常用）粗纜：介面為AUI75歐的寬頻同軸電纜：如有線電視電纜，電腦通信中“寬頻系統(tǒng)”指採用頻分複用和模擬傳輸技術(shù)的同軸 電纜網(wǎng)路基帶數(shù)字信號的編碼：基帶數(shù)字信號的最大問題是當出現(xiàn)一長串的連1或連0時，在接收端無法從收到的比特流中提取位同步信號。如曼徹斯特編碼每一位中間都有跳變，從高到低表示1，從低到高表示0，這對接收端提取位同步信號非常有利。差分曼徹斯特編碼每一位中間都有跳變，根據(jù)每一位的起始點是否有跳變來確定編碼值，無跳變表示1，有跳變表示0。75歐姆寬頻同軸電纜寬頻同軸電纜用於傳輸模擬信號時，其頻率可高達500MHZ以上，傳輸距離可達100KM，通常劃分為若干個通道。如每6MHZ的通道可傳送一路模擬信號。由於在寬頻系統(tǒng)中要用到放大器來放大模擬信號，而這種放大器只能單向工作，因此要實現(xiàn)全連通，需要有發(fā)送和接收兩條分開的數(shù)據(jù)通路?？蓲裼秒p電纜系統(tǒng)或單電纜系統(tǒng)。雙電纜系統(tǒng)中發(fā)送和接收採用不同的電纜，頭端的作用是將發(fā)送電纜發(fā)過來的資訊轉(zhuǎn)換到接收電纜。如下圖所示單電纜系統(tǒng)採用一根電纜，但發(fā)送和接收使用不同的頻帶，各占一半。頭端的作用是變頻。3、光纜光纖主要由纖芯和包層組成，纖芯由非常透明的石英玻璃拉成細絲，直徑只有分8~100微米。採用光傳輸，有光為1，無光為0，可見光的頻率非常高，可達108MHZ，速率可達2.5Gbps。光纖分單模光纖和多模光纖。單模光纖直徑更細，傳輸距離更遠，價格更高，採用鐳射；多模光纖採用可見光。光纖介面ST光纖通信原理當光線從高折射率的媒體射向低折射率的媒體時，其折射角將大於入射角，如果入射角足夠大，就會發(fā)生全反射，即光線碰到包層時就會折射回纖芯，不斷重複，沿光纖傳輸。光纖是廣域網(wǎng)中常用的傳輸介質(zhì)，通常也用於局域網(wǎng)間遠距離的連接，如校園網(wǎng)各校區(qū)間的連接。光纖採用光傳輸，發(fā)送方由光發(fā)射機產(chǎn)生光束，將電信號變?yōu)楣庑盘枺侔压庑盘枌牍饫w，在另一端由光接收機接收光纖上傳來的光信號，並把它還原為電信號。光纖有很多優(yōu)點，直徑細，重量輕；傳輸距離遠；傳輸速率高，可達數(shù)千兆bps；採用光信號傳輸，不受電磁輻射影響，抗干擾能力強；光信號不會向外泄露，安全、保密性好；光纖的主要成分是玻璃，資源豐富。但其價格較貴，且需要高水準的安裝技術(shù)，所以目前尚未普及，光纖通信是今後高速網(wǎng)路的發(fā)展趨勢。3.3.2非導向傳輸媒體無線主要採用微波、紅外線和鐳射三種技術(shù)，目前無線建網(wǎng)費用較高，還不太普及。但由於連網(wǎng)方式靈活方便，很有發(fā)展前途。微波通信主要有兩種方式：地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。由於微波是直線傳播，而地球表面是曲面，因此其傳播距離受到限制，需中繼。3.4模擬傳輸與數(shù)字傳輸3.4.1模擬傳輸系統(tǒng)電話通信系統(tǒng)採用的是分級交換，目前，分3級：最低一級是市話電話網(wǎng)；上一級是本地網(wǎng)，其交換中心有320個左右；最上面是省的交換中心，30個，各省的交換中心組成全連通網(wǎng)路。長途幹線最初採用頻分多路複用FDM的傳輸方式，也就是許多用戶可在同樣時間使用傳輸線路，但各自佔用的頻率範圍不同而互不干擾，一個標準話路的頻率為300~3400Hz，需留有一定的間隔，國際上取4KHz，長途幹線複用的話路數(shù)可有60路、300路或1800路等。在長途幹線中，由於使用了只能單向傳輸?shù)姆糯笃鳎虼瞬荒芟袷性捑€路那樣使用二線制，而要用兩對線（四線制）來分別發(fā)送和接收，在二線制和四線制的轉(zhuǎn)換過程中，會有一部分話音反射回來進入講話人的耳機，產(chǎn)生回波，影響交談。因此，需在長途電話線路中安裝回波抑制器，當檢測到某一方在講話時，自動將其接收端切斷?；夭ㄒ种破鲗⑷p工的電路變成了半雙工的目前，我國的長途線路已基本實現(xiàn)數(shù)位化，只有從用戶電話機到市交換機是模擬電路。3.4.2數(shù)據(jù)機1、數(shù)據(jù)機的作用電腦的數(shù)字信號經(jīng)過模擬傳輸系統(tǒng)後會嚴重失真，主要原因是基帶信號包含有各種頻率成分，只有300~3400Hz的能通過，此外還有衰減及干擾。數(shù)據(jù)機的作用是：將電腦發(fā)出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成適合於電話線傳輸?shù)哪M信號（300~3400Hz）2、幾種最基本的調(diào)製方法調(diào)製就是將數(shù)字信號加載到正弦波上，即改變正弦波的參數(shù)（振幅、頻率、相位）（1）調(diào)幅（AM）：如0表示無載波，1表示有（2）調(diào)頻（FM）：如頻率f1表示0，f2表示1（3）調(diào)相（PM）：如初相角00表示0，1800表示1調(diào)相可有四相調(diào)製：採用四種初相角度數(shù)0度90度180度270度數(shù)值00011011一次調(diào)製可傳送兩位資訊比特率=波特*2調(diào)相可有八相調(diào)製：採用八種初相角度數(shù)04590135180225270315

數(shù)值001000010011111110100101一次調(diào)製可傳送三位資訊比特率=波特*3此外，還有調(diào)幅與調(diào)相相結(jié)合，如採用8種相位、兩種振幅，一次調(diào)製可傳送多少位資訊？3、關(guān)於數(shù)據(jù)機的速率根據(jù)香農(nóng)公式，電話線路由於雜訊干擾，其極限傳輸速率只能達到35Kbps，通常速率V.34為33.6K，但目前已出現(xiàn)的V.90標準已達56K，是何原因？數(shù)據(jù)機上網(wǎng)時要多次經(jīng)過A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換和D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換，其中最大的雜訊來自A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換，通過減少A/D轉(zhuǎn)換的次數(shù)，即能減少量化雜訊，提高速率。56KModem是指下行速率為56K，上行速率仍為33.6K。若兩個用戶各使用一個56KModem進行通信，能否達到56K的速率？56KModem的使用條件是ISP與電話交換機之間都是數(shù)字通道。4、數(shù)據(jù)機使用非同步通信方式數(shù)據(jù)通信分為非同步傳輸(非同步通信)與同步傳輸(同步通信)兩大類。無論是非同步傳輸還是同步傳輸都需要進行位同步，也就是接收方必須能從比特流中識別出每一位，不能多，也不能少。1)非同步傳輸：以字元為單位的數(shù)據(jù)傳輸，如鍵盤與電腦之間。方法：沒有信號傳輸時，線路為高電平；發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先發(fā)一位起始位(低電平)；接下來是5-8位的數(shù)據(jù)位和一位校驗位；最後是1-2位的停止位。發(fā)送端與接收端必須採用相同的速率、相同的設(shè)置。例題：畫出在非同步串行傳輸方式下採用1位起始位、7位數(shù)據(jù)位、1位奇校驗和1位停止位傳送二進位值（數(shù)據(jù)位）"0100010"時的編碼波形(邏輯"0"為低電平)。非同步傳輸控制簡單，但通信開銷大，效率低，僅適合於低速通信。同步傳輸：以數(shù)據(jù)塊為單位的數(shù)據(jù)傳輸。方法：每數(shù)據(jù)塊都要加同步字元或比特序列，分兩類：面向字元的同步傳輸：採用同步字元SYN，數(shù)據(jù)塊為若干個字元。面向位流的同步傳輸：採用同步標誌(01111110),數(shù)據(jù)塊為任意比特流。電腦網(wǎng)絡(luò)中目前主要採用該方式。採樣定理：採樣頻率不低於信號最高頻率的兩倍，就可以從採樣脈衝信號無失真地恢復出原來的模擬信號。同步通信開銷小、效率高，但控制複雜，全網(wǎng)需採用統(tǒng)一的時鐘源。3.4.3數(shù)字傳輸系統(tǒng)現(xiàn)有的數(shù)字傳輸系統(tǒng)採用脈碼調(diào)製PCM。將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號要經(jīng)過三個階段：採樣量化編碼電話信號的最高頻率為3.4KHz，為方便起見，採樣頻率定為8KHz，採樣週期為125微秒。每次採樣信號採用7位(北美)或8位(歐洲及我國)編碼。採用8位編碼，一條話路的速率為多少?長途幹線採用時分多路複用的方式，各用戶在不同的時隙佔用共用通道。PCM有兩種互不相容的國際標準，即北美的24路PCM(簡稱T1)和歐洲的30路PCM(簡稱E1)，我國採用E1標準。32個時隙中CH0用作幀同步用，CH16用來傳送信令（如用戶的撥號信令），其餘傳話音數(shù)據(jù)。在125微秒的時間對所有話路採樣一次，E1的速率為：一遍32個時隙*每個時隙編碼8位*採樣8000遍/秒

=2.048Mbps.北美的T1標準共24個話路，每個話路7位編碼，再加上一位信令碼元，也是8位。幀同步碼是在24路的編碼之後加上1位，這樣每幀共193位。T1的速率為：

(193位/幀)*(8000幀/秒)=1.544Mbps.多個一次群可以組合成一個二次群，多個二次群可以組合成一個三次群，見書P57，表3-1數(shù)字傳輸具有很多優(yōu)越性，但傳統(tǒng)電話系統(tǒng)由於由模擬通道和數(shù)字通道混合組成，數(shù)字傳輸?shù)膬?yōu)越性未得到充分發(fā)揮。今後將改為全數(shù)字網(wǎng)，如ISDN為全數(shù)字網(wǎng)。3.5通道複用技術(shù)通道多路複用技術(shù)有：1、頻分複用FDM2、時分複用TDM3、統(tǒng)計時分複用STDM4、密集波分複用DWDM5、碼分多址CDMA1、頻分複有FDM

是所有用戶在同樣的時間佔用不同的頻帶，適合於傳輸模擬信號。2、時分複用TDM

用戶按時隙輪流佔用公用通道。不同用戶有不同的時間佔用同樣的頻帶寬度。適合於傳輸數(shù)字信號。當使用時分複用系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)時，當某一段時間無數(shù)據(jù)傳送時，也只能讓已分配到的子通道(時隙)空閉著，造成線路資源的浪費。見書P59圖3-32，這種時分複用又叫同步時分複用。3、統(tǒng)計時分複用STDM

是一種改進的時分複用，時隙不是採用固定分配，而是動態(tài)地分配。當掃描到該用戶時，如果沒有數(shù)據(jù)傳輸，則跳過去，掃描下一個。見書P60圖3-23由於幀中的時隙並不是固定地分配給某個用戶，因此每個時隙中還必須有用戶的地址資訊，以便接收方接收。ATM就是採用非同步傳輸方式。波分複用WDM主要用於光纖傳輸，單模光纖的傳輸速率可達2.5Gbps，再提高就比較困難了。因為光的色散問題(光脈衝中不同頻率的分量的傳輸速率不同)難以解決。人們借用頻分複用的概念，用一根光纖來傳輸多種不同波長的光。見書P61圖3-24現(xiàn)在已能做到在一根光纖上複用80路或更多路不同波長的光，稱為密集波分複用(DWDM)。通常在一根光纜中放入盡可能多的光纖(如100根)，然後對每根光纖採用密集波分多路複用技術(shù)。例對100根速率為2.5Gbps的光纖採用16倍的複用，可得到4Tbps的速率。4、碼分複用主要用於無線通信中。碼分多址CDMA允許每一個用戶在同樣的時間使用同樣的頻帶進行通信，由於各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此不會造成干擾。在CDMA中，將要發(fā)送的每一個比特用m位的碼片來表示。設(shè)m取8。CDMA的每一個站被指派一個唯一的m位碼片序列。一個站如果要發(fā)送比特1，則發(fā)送它自己的m位碼片序列。一個站如果要發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進位反碼。如指派給S站的碼片序列為00011011，當發(fā)送1時，它就發(fā)送序列00011011，當發(fā)送0時，就發(fā)送11100100，為了方便起見，將碼片序列中的0寫成-1，將1寫成+1，因此S站的碼片序列為：-1-1-1+1+1-1+1+1。如果S站要發(fā)送資訊的速率為bbit/s，由於每個個比特要占m個比特的碼片，則S站實際發(fā)送的速率應(yīng)為mbbitp/s。CDMA的重要特點：1、系統(tǒng)給每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，並且還必須互相正交。即設(shè)S為(-1-1-1+1+1-1+1+1),T為(-1-1+1-1+1+1+1-1),將兩者的分量代入，可以看出S和T是正交的。且S和各站碼片反碼的向量內(nèi)積也是0。2、任何一個碼片向量S的規(guī)格化內(nèi)積(S.S)是1，而任何一個碼片向量和該碼片反碼向量的規(guī)格化內(nèi)積是-1設(shè)X站要接收S站發(fā)送的數(shù)據(jù)。X站必須知道S站特有的碼片序列(如-1-1-1+1+1-1+1+1)。由於系統(tǒng)中有很多站在通信，X站收到的信號是各個站發(fā)送的碼片序列之和(如-1+1-3+1-1-3+1+1)。X站用S的碼片向量與接收到的碼片序列進行求內(nèi)積的運算，運算結(jié)果是所有其他站的信號都被過濾掉（因其內(nèi)積的相關(guān)項都是0），只剩下S站發(fā)送的信號。當S站發(fā)送1，在X站計算內(nèi)積的結(jié)果是+1，當S站發(fā)送1，在X站計算內(nèi)積的結(jié)果是-1，S沒發(fā)送時，內(nèi)積為0。計算上例中S發(fā)送的是1，是0，還是沒發(fā)送？3.6同步光纖網(wǎng)SONET和同步數(shù)字系列SDH前面介紹的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點。1、速率標準不統(tǒng)一如E1和T1。2、不是同步傳輸為了節(jié)約經(jīng)費，各國的數(shù)字網(wǎng)主要是採用準同步方式。必須採用複雜的脈衝填充方法來補償由於頻率不準確而造成的誤差。為了解決上述問題，美國在1988年推出了一個數(shù)字傳輸標準，叫同步光纖網(wǎng)SONET，為光纖傳輸系統(tǒng)定義了線路速率的等級結(jié)構(gòu)，其傳輸速率以51.84Mbit/s為基礎(chǔ)，此速率對光信號稱為OC-1，對電信號稱為STS-1ITU-T以美國標準為基礎(chǔ)，制定出國際標準，叫同步數(shù)字系列SDH。與SONET不同的是SDH的基本速率為155.52Mbit/s，稱為STM-1，相當於OC-3，SONET和SDH速率等級對照表見書P63，表3-2SONET和SDH實現(xiàn)了數(shù)字傳輸?shù)氖澜缧詷藴剩殉蔀樾乱淮硐氲膫鬏旙w制。SONET定義了四個光介面層，有點像OSI的參考模型。見書P64，圖3-15，自下而上為：光子層：比特傳輸，並進行電信號和光信號的轉(zhuǎn)換。數(shù)字段層：成幀及差錯控制。線路層：線路的複用與分用。路徑層：負責交換。3.7EIA-232-E介面標準EIA-232-E是美國電氣電子工程師協(xié)會制定的物理層標準，定義了DTE和DCE之間的介面。DTE是數(shù)據(jù)終端設(shè)備，也就是具有一定的數(shù)據(jù)處理能力以及發(fā)送和接收能力的設(shè)備，如電腦。DCE是數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備，在DTE和傳輸線路之間提供信號變換和編碼功能，將DTE傳過來的數(shù)據(jù)逐比特發(fā)往傳輸線路。如Modem。DTE和DCE之間一般都有許多條並行線，包括信號線和控制線，兩者必須高度協(xié)調(diào)地工作，對其介面必須進行標準化。見書P65，圖3-26EIA-232的主要特點：機械特性：使用25根引腳的DB-25插頭。電氣特性：採用負邏輯，用-5V~-15V的電壓表示二進位1，用+5V~+15V的電壓表示二進位0；允許的最大傳輸速率為20kb/s；最長可驅(qū)動電纜15m功能特性：規(guī)定了25針各與哪些電路連接，以及每個信號的含義。其中九根線是常用的，如下圖所示（將圖中的“保護地”除外）。規(guī)程特性：規(guī)定了DTE和DCE之間所發(fā)生的事件的合法序列。A與B通信的幾個主要步驟如下：（1）DTE-A將引腳20“DTE就緒”置為ON，同時通過引腳2“發(fā)送數(shù)據(jù)”向DCE-A傳送電話號碼。（2）DCE-B將引腳22“振鈴指示”置為ON，通知DTE-B有呼叫信號到達,DTE-B將其引腳20“DTE就緒”置為ON，DCE-B接著產(chǎn)生載波信號，並將引腳6“DCE就緒”置為ON，表示已準備好接收數(shù)據(jù)。（3）當DCE-A檢測到載波信號時，將引腳8“載波檢測”和引腳6“DCE就緒”都置為ON，以便DTE-A知道通信電路已經(jīng)建立。（4）DCE-A接著向DCE-B發(fā)送載波信號，DCE-B將其引腳8“載波檢測”置為ON。（5）DTE-A將引腳4“請求發(fā)送”置為ON，DCE-A將引腳5“允許發(fā)送”置為ON，DTE-A通過引腳2“發(fā)送數(shù)據(jù)”（6）DCE-B收到後經(jīng)過引腳3“接收數(shù)據(jù)”向DTE-B發(fā)送。有時需要將兩臺電腦通過EIA-232串口直接連接，為了不改動電腦內(nèi)標準的串行介面線路，可以採用虛擬數(shù)據(jù)機方法，所謂虛擬數(shù)據(jù)機就是一段線纜，見書P67，圖3-29。EIA-232介面標準的兩個最大缺點是：最高速率20Kb/s，最大長度20m。EIA於1977年又制定了新的標準RS-449。RS-449由3個標準組成，即（1）RS-449規(guī)定了介面的機械、功能和規(guī)程特性。採用37針引腳。（2）RS-423-A規(guī)定了在採用非平衡傳輸（即所有電路共用一個公共地）時的電氣特性。300Kb/s,10m.（3）RS-422-A規(guī)定了在採用平衡傳輸（即所有電路沒有公共地）時的電氣特性。2Mb/s,60m.

資料鏈路層4.1資料鏈路層的基本概念區(qū)分“鏈路”和“資料鏈路”的概念。鏈路是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他交換結(jié)節(jié)，又稱物理鏈路。資料鏈路是除了有一條物理線路外，還施加了一些必要的通信協(xié)議來控制數(shù)據(jù)的傳輸。又稱邏輯鏈路。資料鏈路層的作用：在資料鏈路層協(xié)議的控制下，在不太可靠的物理鏈路上實現(xiàn)相鄰結(jié)點之間的可靠傳輸。時期鏈路層的主要功能:1、鏈路管理當網(wǎng)路中的兩個相鄰結(jié)點要進行通信時，發(fā)送方必須知道接收方是否已經(jīng)準備就緒。為此，通信雙方必須先要交換一些必要的資訊，建立一條資料鏈路，在傳輸數(shù)據(jù)時要維持資料鏈路，傳完後要釋放資料鏈路。

幀同步在資料鏈路層，數(shù)據(jù)的傳送單位是幀，數(shù)據(jù)一幀一幀地傳送，幀同步是指接收方應(yīng)當能從接收到的比特流中區(qū)分出一幀的開始和結(jié)束，不至錯位。通過在幀的開始和結(jié)束處加幀標誌來實現(xiàn)。3、流量控制發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的速率必須使接收方來得及接收。因此必須控制發(fā)送方的速率。4、差錯控制差錯控制廣泛採用了編碼技術(shù)，通過在幀中添加一定的校驗位（冗餘位）來實現(xiàn)。編碼技術(shù)有兩大類：(1)前向糾錯，接收方收到出錯的幀後，能自動將其改正過來，但這種方法開銷大，編碼複雜，在電腦通信中很少採用。如海明碼.(2)差錯檢測，一般是接收方檢測到出錯的幀後，將其丟棄，然後通知發(fā)送方重發(fā)。如迴圈冗餘碼.5、將數(shù)據(jù)和控制資訊區(qū)分開數(shù)據(jù)和控制資訊封裝在同一幀中，要有一定的措施使接收方能夠區(qū)分開來。可通過規(guī)定幀的格式來實現(xiàn)。6、透明傳輸透明傳輸指不管所傳數(shù)據(jù)是什麼樣的比特組合，都能實現(xiàn)正確傳輸。如當所傳數(shù)據(jù)中出現(xiàn)“幀標誌”比特組合時，不能將其誤認為是幀標誌，而要當成數(shù)據(jù)，為此，必須採取一定的控制措施。7、尋址幀中必須封裝有接收方的物理地址（MAC地址）。4.2停止等待協(xié)議停止等待協(xié)議是最簡單但也是最基本的資料鏈路層協(xié)議。4.2.1不需要資料鏈路層協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸兩臺電腦通過一條資料鏈路進行通信的簡化模型如下：當同時滿足以下兩個條件時，不需要資料鏈路層協(xié)議：(1)鏈路是理想的傳輸通道，不會出錯。(2)不管發(fā)送方以多快的速率發(fā)送，接收方都來得及收下，並及時上交主機。當接收方緩存的容量無限大且發(fā)送方的速率永遠低於接收方的接收速率時才可能。4.2.2具有最簡單流量控制的資料鏈路層協(xié)議保留上述的第一個假設(shè)，去掉第二個假設(shè)。為了使接收方的緩存在任何情況下都不會溢出，最簡單的方法是發(fā)送方每發(fā)送一幀就暫停，接收方收到並處理完後通知發(fā)送方，發(fā)送方才發(fā)下一幀。這種由接收方控制發(fā)送方的發(fā)送速率是電腦網(wǎng)絡(luò)中流量控制的基本方法。具有最簡單流量控制的資料鏈路層協(xié)議演算法如下：發(fā)送方：(1)從主機取一個數(shù)據(jù)幀；(2)將數(shù)據(jù)幀送到資料鏈路層的發(fā)送緩存；(3)將發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去；(4)等待；(5)若收到接收方發(fā)來的通知，則從主機取一個新的數(shù)據(jù)幀，然後轉(zhuǎn)到（2）。接收方：(1)等待；(2)若收到發(fā)送方發(fā)來的數(shù)據(jù)幀，將其送入資料鏈層的接收緩存；(3)將接收緩存中的數(shù)據(jù)幀上交主機；(4)向發(fā)送結(jié)點發(fā)送通知，表示已上交主機；(5)轉(zhuǎn)到（1）。兩種數(shù)據(jù)傳輸情況對比圖見書P73圖4-24.2.3實用的停止等待協(xié)議現(xiàn)在去掉前面的兩個假定，討論實用的資料鏈路層協(xié)議。設(shè)主機A主機B，分以下幾種情況討論：(1)B正確收到，向A發(fā)送一個確認幀ACK；(2)B檢測出幀在傳輸過程中出錯，向A發(fā)送一個否認幀NAK，通知A重傳出錯的幀。(3)A發(fā)送的數(shù)據(jù)幀在傳輸過程中丟失，或B發(fā)送的確幀在傳輸過程中丟失。會出現(xiàn)什麼情況？方法是給每一幀編號，編號應(yīng)既能識別出重複幀，又要盡可能短。如何編號最好？編號佔用一個比特位，0和1交替編號即可，為什麼？發(fā)送方“死等”。解決方法是：A每發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀，就啟動一個超時計時器，在規(guī)定的時間內(nèi)未收到B的任何應(yīng)答，應(yīng)重傳該幀，重傳時間不能設(shè)置過短或過長。(4)如果是B發(fā)送的確認幀在傳輸過程中丟失，則超時重傳會使B收到兩個同樣的數(shù)據(jù)幀，此時應(yīng)丟棄，但主機B如何識別出一個數(shù)據(jù)幀是否為重複幀？4.2.4迴圈冗餘檢驗（CRC）用來檢測幀在傳輸過程中有沒有出錯。CRC的工作方法：

在發(fā)送端產(chǎn)生一個迴圈冗餘碼，附加在資訊位後面一起發(fā)送到接收端，接收端收到的資訊按發(fā)送端形成迴圈冗餘碼同樣的演算法進行校驗，若有錯，需重發(fā)。CRC將數(shù)據(jù)塊看成是一個多項式係數(shù)系列。如數(shù)據(jù)塊:110011對應(yīng)的多項式:M(X)=X5+X4+X+1

雙方約定一個生成多項式，如P(X)=X4+X3+1，其係數(shù)系列為：11001利用兩個多項式相除，餘數(shù)作為校驗位，除法過程中所有的減法按模二演算法（即異或運算）。例：數(shù)據(jù)塊M(X)為1010001101，生成多項式P(X)=X5+X4+X2+1，即110101，求CRCCRC的計算過程如下：(1)設(shè)約定多項式P(x)為n階，在數(shù)據(jù)塊M(X)的未尾添加n個0，得到XnM(X)。(2)用XnM(X)/P(X)，得到餘數(shù)R(X)。(3)用XnM(X)+R(X)，得CRC碼。

1101010110←Q商

110101)101000110100000←XnM

110101111011

110101111010

110101111110

110101101100

110101110010

110101

01110←R餘數(shù)CRC碼為101000110101110接收方的處理過程：接收方用收到的資訊，除以生成多項式，若除數(shù)為0，則傳輸中沒有出錯，否則，出錯?，F(xiàn)在國際上有一些標準的約定生成多項式。停止等待協(xié)議的演算法如下：發(fā)送方：(1)從主機取一個數(shù)據(jù)幀；(2)V(S)0；{發(fā)送狀態(tài)變數(shù)初始化}(3)N(S)V(S);{將發(fā)送狀態(tài)變數(shù)的數(shù)值寫入發(fā)送序號}並將數(shù)據(jù)幀送交發(fā)送緩存；(4)將發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去；(5)設(shè)置超時計時器(6)等待以下三個事件中最先出現(xiàn)的一個；(7)若收到確認幀ACK，則：從主機取一個新的數(shù)據(jù)幀；

V(S)[1-V(S)]；{更新發(fā)送狀態(tài)變數(shù)，變?yōu)橄乱粋€序號}

轉(zhuǎn)到（3），發(fā)送下一幀。(8)若收到否認幀NCK，則轉(zhuǎn)到（4），重傳數(shù)據(jù)幀。(9)若超時計時器時間到，則轉(zhuǎn)到（4），重傳數(shù)據(jù)幀。