《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 》課件第1章

第1章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論1.1引言1.2傳輸介質(zhì)1.3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.4數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)1.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)化1.1引

言

對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供的是一種透明的傳輸機(jī)構(gòu)，用戶在訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)共享資源時(shí)，可不必考慮這些資源所在的物理位置。為此，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常是以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的形式來(lái)提供網(wǎng)絡(luò)功能和透明性訪問(wèn)的。主要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)有：

(1)文件服務(wù)。它為用戶提供各種文件的存儲(chǔ)、訪問(wèn)及傳輸?shù)裙δ堋?duì)于不同的文件，可以設(shè)置不同的訪問(wèn)權(quán)限，以維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的安全性。這是一項(xiàng)最重要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

(2)打印服務(wù)。它為用戶提供網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)的共享打印功能，使得網(wǎng)絡(luò)用戶能夠共享由網(wǎng)絡(luò)管理的打印機(jī)。例如，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶都需要使用激光打印機(jī)輸出高質(zhì)量的文檔，但由于價(jià)格原因，不可能也不必每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都配備激光打印機(jī)，因此可以把一臺(tái)激光打印機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，使每個(gè)用戶都能共享這臺(tái)激光打印機(jī)，執(zhí)行打印輸出任務(wù)。

(3)電子郵件服務(wù)。它為用戶提供電子郵件(E-mail)的轉(zhuǎn)發(fā)和投遞功能。電子郵件是一種無(wú)紙化的電子信件，具有傳遞快捷、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，已成為一種現(xiàn)代化的個(gè)人通信手段。

(4)信息發(fā)布服務(wù)。它為用戶提供公眾信息的發(fā)布和檢索功能。例如，時(shí)事新聞、天氣預(yù)報(bào)、股票行情、企業(yè)產(chǎn)品宣傳以及導(dǎo)游、導(dǎo)購(gòu)等公眾信息的發(fā)布與遠(yuǎn)程檢索。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)還有很多種，如電視會(huì)議、電子報(bào)刊、新聞?wù)搲?、?shí)時(shí)對(duì)話、布告欄等，并且新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)還在不斷地被開發(fā)出來(lái)，以滿足人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的不同需求。

一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：

(1)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。它提供節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信功能，這涉及到傳輸介質(zhì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)控制等一系列核心技術(shù)，決定著網(wǎng)絡(luò)的性能，是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。

(2)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。它對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行有效管理，提供基本的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)操作界面、網(wǎng)絡(luò)安全性和可靠性措施等，是實(shí)現(xiàn)用戶透明性訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)必不可少的人-機(jī)(網(wǎng)絡(luò))接口。

(3)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。它是根據(jù)應(yīng)用要求而開發(fā)的基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的應(yīng)用系統(tǒng)。例如，在機(jī)關(guān)、學(xué)校、企業(yè)、商業(yè)、賓館、銀行等各行各業(yè)中所開發(fā)的辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)、企業(yè)管理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、醫(yī)療管理服務(wù)系統(tǒng)、電子銀行服務(wù)系統(tǒng)、輔助教學(xué)系統(tǒng)、電子商務(wù)系統(tǒng)等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按各個(gè)節(jié)點(diǎn)分布的地理范圍分類，可分成局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork，LAN)和廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork，WAN)，兩者的主要差別在于通信距離和傳輸速率。

局域網(wǎng)的通信距離一般在幾公里之內(nèi)，傳輸速率為10Mb/s～1Gb/s，主要用來(lái)構(gòu)造一個(gè)單位的內(nèi)部網(wǎng)，例如學(xué)校的校園網(wǎng)、企業(yè)的企業(yè)網(wǎng)等。它們屬于該單位所有，單位擁有自主管理權(quán)，并且以資源共享服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)為主要應(yīng)用目的。廣域網(wǎng)的通信距離可達(dá)幾十公里、幾百公里，甚至遍及世界，過(guò)去傳輸速率比較低，一般為64kb/s～2Mb/s，而現(xiàn)在以光纖為傳輸介質(zhì)的新型高速?gòu)V域網(wǎng)可以提供高達(dá)2.5～10Gb/s的傳輸速率。廣域網(wǎng)主要是指公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，一般由國(guó)家委托電信部門建造、管理和經(jīng)營(yíng)，以數(shù)據(jù)通信為主要應(yīng)用目的。

1.2傳

輸

介

質(zhì)

1.2.1有線介質(zhì)

1．雙絞線雙絞線(TwistedPairLine)是一種最常用的傳輸介質(zhì)，由呈螺線排列的兩根絕緣導(dǎo)線組成，兩根導(dǎo)線相互扭絞在一起，可使線對(duì)之間的電磁干擾減至最小。一根雙絞線電纜由多個(gè)絞在一起的線對(duì)(如8條線組成4個(gè)線對(duì))組成。

雙絞線比較適合于短距離的信號(hào)傳輸，既可用于傳輸模擬信號(hào)，也可用于傳輸數(shù)字信號(hào)，信號(hào)傳輸速率取決于雙絞線的芯線材料、傳輸距離、驅(qū)動(dòng)器與接收器能力等諸多因素。通過(guò)適當(dāng)?shù)钠帘魏团でL(zhǎng)度處理后，可提高雙絞線的抗干擾性能，傳輸信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于扭曲長(zhǎng)度時(shí)，其抗干擾性最好。因此，當(dāng)傳輸?shù)皖l信號(hào)時(shí)，抗干擾能力很強(qiáng)，傳輸距離較遠(yuǎn)；當(dāng)傳輸高頻信號(hào)時(shí)，抗干擾能力下降，傳輸距離變短。通常，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的物理層規(guī)范規(guī)定了它所采用的傳輸介質(zhì)、介質(zhì)長(zhǎng)度以及傳輸速率等。

雙絞線有多種類型，不同類型的雙絞線所提供的帶寬各不相同。例如，在局域網(wǎng)中所使用的雙絞線有無(wú)屏蔽雙絞線(UnshieldedTwistedPair，UTP)和屏蔽雙絞線(ShieldedTwistedPair，STP)兩類。每一類中又分為若干等級(jí)，比如UTP分為3類UTP、4類UTP和5類UTP，它們的傳輸帶寬分別為16MHz、20MHz和100MHz。因此，在基于雙絞線的100Mb/s高速網(wǎng)絡(luò)中，通常使用5類UTP或STP作為其傳輸介質(zhì)。

2．同軸電纜同軸電纜(CoaxialCable)是局域網(wǎng)中應(yīng)用較為廣泛的一種傳輸介質(zhì)。它由內(nèi)、外兩個(gè)導(dǎo)體組成，內(nèi)導(dǎo)體是單股或多股線，呈圓柱形的外導(dǎo)體通常由編織線組成并圍裹著內(nèi)導(dǎo)體，內(nèi)、外導(dǎo)體之間使用等間距的固體絕緣材料來(lái)分隔，外導(dǎo)體用塑料外罩保護(hù)起來(lái)。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，主要使用兩種同軸電纜：一種是50Ω電纜，它主要用于基帶信號(hào)傳輸，其傳輸帶寬為1～20Mb/s，如10Mb/sEthernet采用的就是50Ω同軸電纜；另一種是75Ω公用天線電視(CATV)電纜，它既可用于傳輸模擬信號(hào)，又可用于傳輸數(shù)字信號(hào)。CATV電纜的傳輸頻帶比較寬，高達(dá)300～400MHz，可用于寬帶信號(hào)的傳輸。在CATV電纜上，通常通過(guò)頻分多路復(fù)用(FDM)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的傳輸，它既能傳輸數(shù)據(jù)，也能傳輸話音和視頻信號(hào)。所謂寬帶(Broadband)信號(hào)傳輸，是利用FDM技術(shù)在寬帶介質(zhì)上所進(jìn)行的多路模擬信號(hào)的傳輸，它是一種用于寬帶網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳輸技術(shù)。近年來(lái)，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的寬帶網(wǎng)絡(luò)采用光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱光纖)作為傳輸介質(zhì)。

3．光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維(Fiber)是一種傳送光信號(hào)的介質(zhì)，它的內(nèi)層是具有較高光波折射率的光導(dǎo)玻璃纖維，外層包裹著一層折射率較低的材料，利用光波的全反射原理來(lái)傳送編碼后的光信號(hào)。根據(jù)光波的傳輸模式，光纖主要分為兩種：多模光纖和單模光纖。在多模光纖中，通過(guò)多角度反射光波實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的傳輸。由于多模光纖中有多個(gè)傳輸路徑，每個(gè)路徑的長(zhǎng)度不同，通過(guò)光纖的時(shí)間也不同，因此會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)在時(shí)間上出現(xiàn)擴(kuò)散和失真，從而限制了它的傳輸距離和傳輸速率。

在單模光纖中，只有一個(gè)軸向角度來(lái)傳輸光信號(hào)，或者說(shuō)光波沿著軸向無(wú)反射地直線傳輸，光纖起著波導(dǎo)作用。由于單模光纖只有一個(gè)傳輸路徑，不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)傳輸失真現(xiàn)象，因此，在相同傳輸速率的情況下，單模光纖比多模光纖的傳輸距離長(zhǎng)得多。通常，單模光纖傳輸系統(tǒng)的價(jià)格要高于多模光纖傳輸系統(tǒng)。光纖系統(tǒng)主要由三部分組成：光發(fā)送器、光纖介質(zhì)和光接收器。發(fā)送端的光發(fā)送器利用電信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)控制，從而將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)；光信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖介質(zhì)傳輸?shù)浇邮斩耍还饨邮掌魍ㄟ^(guò)光電二極管再把光信號(hào)還原成電信號(hào)。

光纖是一種不易受電磁干擾和噪聲影響的傳輸介質(zhì)，具有傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好等特點(diǎn)，特別適合用來(lái)構(gòu)造高速遠(yuǎn)程網(wǎng)或廣域網(wǎng)。例如，現(xiàn)代廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、園區(qū)網(wǎng)以及高速局域網(wǎng)(如千兆位以太網(wǎng)、萬(wàn)兆位以太網(wǎng)、高速ATM等)等就主要采用光纖作為傳輸介質(zhì)。因此，光纖已經(jīng)成為高速遠(yuǎn)程網(wǎng)首選的傳輸介質(zhì)。由于光纖的銜接、分岔比較困難，因此一般只適用于點(diǎn)到點(diǎn)或環(huán)形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。

1.2.2無(wú)線介質(zhì)

1．微波微波(Microwave)是一種高頻電磁波，其工作頻率為109～1010Hz。微波通信系統(tǒng)可分成地面微波通信系統(tǒng)和衛(wèi)星微波通信系統(tǒng)。地面微波通信系統(tǒng)由視野范圍內(nèi)的兩個(gè)互相對(duì)準(zhǔn)方向的拋物面天線組成，能夠?qū)崿F(xiàn)視野范圍內(nèi)的微波通信。地面微波通信系統(tǒng)主要作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的中繼鏈路，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)局域網(wǎng)的互連，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。例如，兩個(gè)相距較遠(yuǎn)大樓中的局域網(wǎng)可以采用地面微波通信系統(tǒng)互相連通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。在某些情況下，這種遠(yuǎn)程連接方式可能比有線遠(yuǎn)程連接的費(fèi)用要低廉一些。

2．?dāng)U頻無(wú)線電擴(kuò)頻(SpreadSpectrum)無(wú)線電是一種新的民用(不需要許可證)無(wú)線通信技術(shù)，它采用900MHz或2.4GHz的無(wú)線電頻段作為傳輸信道，通過(guò)先進(jìn)的直序擴(kuò)展頻譜或跳頻方式發(fā)射信號(hào)，屬于寬帶調(diào)制發(fā)射，具有傳輸速率高、發(fā)射功率小、抗干擾能力強(qiáng)以及保密性好等特點(diǎn)。很多無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)都采用了擴(kuò)頻無(wú)線電通信方式，例如IEEE802.11無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線家庭網(wǎng)以及藍(lán)牙技術(shù)等。因此，擴(kuò)頻無(wú)線電通信已經(jīng)成為無(wú)線局域網(wǎng)的主流技術(shù)。

3．紅外線紅外線(Infrared)的工作頻率為1011～1014Hz，其方向性很強(qiáng)，不易受電磁波干擾。在視野范圍內(nèi)的兩個(gè)互相對(duì)準(zhǔn)的紅外線收發(fā)器之間通過(guò)將電信號(hào)調(diào)制成非相干紅外線而形成通信鏈路，可以準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。由于紅外線的穿透能力較差，易受障礙物的阻隔，因此在近距離的無(wú)線通信系統(tǒng)中，一般將紅外線作為一種可選的傳輸介質(zhì)。

4．激光激光(Laser)的工作頻率為1014～1015Hz，其方向性很強(qiáng)，不易受電磁波干擾。但外界氣候條件對(duì)激光通信的影響較大，如在空氣污染、雨霧天氣以及能見度較差情況下可能導(dǎo)致通信的中斷。激光通信系統(tǒng)由視野范圍內(nèi)的兩個(gè)互相對(duì)準(zhǔn)的激光調(diào)制解調(diào)器組成，激光調(diào)制解調(diào)器通過(guò)對(duì)相干激光的調(diào)制和解調(diào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)激光通信。

1.3拓

撲

結(jié)

構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間互連的幾何構(gòu)形，即指各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間互相連接的方式。常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星形、環(huán)形、總線形等三種，參見圖1.1。任何一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都規(guī)定了它們各自的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)之間的相互連接，可以將不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)組合起來(lái)，組成一個(gè)集多種結(jié)構(gòu)為一體的互連網(wǎng)絡(luò)。

圖1.1常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)星形結(jié)構(gòu)；(b)環(huán)形結(jié)構(gòu)；(c)總線形結(jié)構(gòu)

1.3.1星形結(jié)構(gòu)在星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)分成端節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)兩種，每個(gè)端節(jié)點(diǎn)必須通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路連接到中間節(jié)點(diǎn)上，任何兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)之間都要通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和通信。在節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，網(wǎng)絡(luò)必須采用適當(dāng)?shù)脑L問(wèn)控制策略和方法來(lái)解決節(jié)點(diǎn)之間的有序通信問(wèn)題。在星形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，可以采用集中式訪問(wèn)控制策略和分布式訪問(wèn)控制策略。在基于集中式訪問(wèn)控制策略的星形網(wǎng)絡(luò)中，中間節(jié)點(diǎn)既是網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，又是網(wǎng)絡(luò)控制器，由它控制各個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)。一個(gè)端節(jié)點(diǎn)在傳送數(shù)據(jù)之前，首先向中間節(jié)點(diǎn)發(fā)出傳輸請(qǐng)求，經(jīng)過(guò)中間節(jié)點(diǎn)允許后才能傳送數(shù)據(jù)。在這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，中間節(jié)點(diǎn)具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和網(wǎng)絡(luò)控制功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；而端節(jié)點(diǎn)的功能和結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單得多。這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的典型代表是基于電路交換的電話交換網(wǎng)絡(luò)和基于分組交換的100VG-AnyLAN網(wǎng)絡(luò)。

在基于分布式訪問(wèn)控制策略的星形網(wǎng)絡(luò)中，中間節(jié)點(diǎn)主要是網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，它采用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供傳輸路徑和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。另外，中間節(jié)點(diǎn)還可以根據(jù)需要將一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給其他所有的節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)“廣播式”傳輸。各個(gè)端節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)自行控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)。目前，大多數(shù)基于分組交換的局域網(wǎng)都采用這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它已成為網(wǎng)絡(luò)主流技術(shù)。

1.3.2環(huán)形結(jié)構(gòu)在環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)收發(fā)器連入網(wǎng)絡(luò)，收發(fā)器之間通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路連接成一個(gè)閉合的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。發(fā)送節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀沿著環(huán)路單向傳遞，每經(jīng)過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)要判斷這個(gè)數(shù)據(jù)幀是否是發(fā)送給本節(jié)點(diǎn)的，如果是發(fā)送給本節(jié)點(diǎn)的，則要將數(shù)據(jù)幀拷貝下來(lái)，然后再將數(shù)據(jù)幀傳遞到下游節(jié)點(diǎn)。當(dāng)數(shù)據(jù)幀遍歷各個(gè)節(jié)點(diǎn)后，由發(fā)送節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)幀從環(huán)路上取下。這樣，通過(guò)數(shù)據(jù)幀遍歷各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)“廣播式”傳輸。

由于多個(gè)節(jié)點(diǎn)要共享同一環(huán)路，因此必須采用適當(dāng)?shù)脑L問(wèn)控制方法來(lái)控制各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)環(huán)路的有序訪問(wèn)。在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，常用的訪問(wèn)控制方法是基于令牌(Token)的訪問(wèn)控制。它是一種分布式訪問(wèn)控制技術(shù)，由令牌及其傳遞規(guī)則來(lái)控制各個(gè)節(jié)點(diǎn)的介質(zhì)訪問(wèn)，并且將令牌控制機(jī)制分布在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，各個(gè)節(jié)點(diǎn)將根據(jù)令牌傳遞協(xié)議控制節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)。因此，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。典型的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)有TokenRing(令牌環(huán))和FDDI(光纖分布式數(shù)據(jù)接口)等。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積較大，節(jié)點(diǎn)的連接能力較強(qiáng)。它的主要缺點(diǎn)是鏈路可靠性較差，一旦環(huán)路上某段鏈路斷開或環(huán)路上某個(gè)收發(fā)器發(fā)生故障，都會(huì)導(dǎo)致環(huán)路的斷路，甚至導(dǎo)致全網(wǎng)的癱瘓。一些網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如FDDI采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。此外，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)工作也比較復(fù)雜。

1.3.3總線形結(jié)構(gòu)在總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都直接連接到同一條傳輸介質(zhì)上，這條傳輸介質(zhì)稱為總線。各個(gè)節(jié)點(diǎn)將依據(jù)一定的訪問(wèn)規(guī)則分時(shí)地使用總線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀沿著總線向兩端傳播，總線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)都能接收到這個(gè)數(shù)據(jù)幀，并判斷是否是發(fā)送給本節(jié)點(diǎn)的。如果是發(fā)送給本節(jié)點(diǎn)的，則將該數(shù)據(jù)幀保留下來(lái)；否則將丟棄該數(shù)據(jù)幀?？偩€形網(wǎng)絡(luò)的“廣播式”傳輸是依賴于數(shù)據(jù)信號(hào)沿著總線向兩端傳播的基本特性實(shí)現(xiàn)的。

總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的另一種形式是樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其傳輸介質(zhì)是不封閉或不閉合的分支電纜。和總線形結(jié)構(gòu)一樣，樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)都能被其他節(jié)點(diǎn)接收。總線形網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)共享一條總線，一次只允許一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，其他節(jié)點(diǎn)只能處于接收狀態(tài)。為了使各個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠有序而合理地使用總線傳輸數(shù)據(jù)，必須采用一種適當(dāng)?shù)脑L問(wèn)控制策略來(lái)控制各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)總線的訪問(wèn)。典型的總線形網(wǎng)絡(luò)是以太網(wǎng)(Ethernet)。綜上所述，任何一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都規(guī)定了其網(wǎng)絡(luò)連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并通過(guò)相應(yīng)的訪問(wèn)控制方法來(lái)控制各個(gè)節(jié)點(diǎn)有序地使用介質(zhì)來(lái)傳送數(shù)據(jù)。對(duì)于數(shù)據(jù)的接收，通常采用“地址匹配”規(guī)則。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都分配有惟一的地址碼。在每個(gè)數(shù)據(jù)幀中，包含有源地址碼和目的地址碼，以標(biāo)識(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)幀的源節(jié)點(diǎn)和接收數(shù)據(jù)幀的目的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，要比較數(shù)據(jù)幀的目的地址是否與本節(jié)點(diǎn)地址相匹配。如果地址匹配，則將數(shù)據(jù)幀保留下來(lái)；否則將該數(shù)據(jù)幀丟棄。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的覆蓋范圍、連接能力、可靠性及可擴(kuò)充性等網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生直接的影響，也關(guān)系到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的價(jià)格。

從目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況來(lái)看，總線形結(jié)構(gòu)主要在早期的10Mb/sEthernet中使用；環(huán)形結(jié)構(gòu)主要在TokenRing和FDDI網(wǎng)絡(luò)中使用，比較適合構(gòu)造大型的園區(qū)網(wǎng)；基于分組交換的星形網(wǎng)絡(luò)將是今后網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主流結(jié)構(gòu)，大多數(shù)的高速網(wǎng)絡(luò)都采用了通過(guò)交換機(jī)來(lái)連接各個(gè)節(jié)點(diǎn)的星形結(jié)構(gòu)。交換機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)管理功能集成為一體，便于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配置、故障檢測(cè)以及性能優(yōu)化等網(wǎng)絡(luò)管理功能。并且星形結(jié)構(gòu)還適合在建筑物中實(shí)施綜合布線系統(tǒng)。在星形結(jié)構(gòu)中，中間節(jié)點(diǎn)的可靠性顯得尤其重要，它關(guān)系到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性。這個(gè)問(wèn)題主要采用硬件冗余方法和熱插拔技術(shù)來(lái)解決。例如，在交換機(jī)中采用兩個(gè)電源模塊，平時(shí)兩個(gè)電源模塊分擔(dān)負(fù)荷，當(dāng)一個(gè)電源模塊發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源模塊將承擔(dān)全部負(fù)荷。同時(shí)，每個(gè)硬件模塊都可以帶電插拔，在不停機(jī)的情況下，能夠迅速地更換有故障的硬件模塊。

1.4數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

1.4.1數(shù)據(jù)編碼技術(shù)

1．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼是指將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制成模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸。通常采用模擬信號(hào)的三種載波特性(振幅、頻率和相位)之一來(lái)表示被調(diào)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并由此產(chǎn)生三種基本調(diào)制方式，參見圖1.2。

1)幅移鍵控(ASK)法

ASK(AmplitudeShiftKeying)是使用載波頻率的兩個(gè)不同振幅來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值的，參見圖1.2(a)。在一般情況下，用振幅恒定載波的存在與否來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值。ASK方式的編碼效率較低，容易受增益變化的影響，抗干擾性較差，在音頻電話線路上一般只能達(dá)到1200b/s的傳輸速率。

圖1.2基本調(diào)制方式(a)ASK法；(b)FSK法；(c)PSK法

2)頻移鍵控(FSK)法

FSK(FrequencyShiftKeying)是使用載波頻率附近的兩個(gè)不同頻率來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值的，參見圖1.2(b)。FSK比ASK的編碼效率高，不易受干擾的影響，抗干擾性較強(qiáng)，在音頻電話線路上的傳輸速率可以大于1200b/s。

3)相移鍵控(PSK)法

PSK(PhaseShiftKeying)是使用載波信號(hào)的相位移動(dòng)來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值的，參見圖1.2(c)。在PSK方式中，信號(hào)相位與前面信號(hào)序列相同的表示0，信號(hào)相位與前面信號(hào)序列相反的表示1。PSK方式也可以用于多相調(diào)制，例如在四相調(diào)制中可把每個(gè)信號(hào)序列編碼為兩位。PSK方式具有很強(qiáng)的抗干擾能力，其編碼效率比FSK還要高，在音頻線路上傳輸速率可達(dá)9600b/s。這些信號(hào)調(diào)制技術(shù)主要用于調(diào)制解調(diào)器(Modem)中。在實(shí)際的Modem中，一般將這些基本的調(diào)制技術(shù)組合起來(lái)使用，以增強(qiáng)抗干擾能力和編碼效率。常見的組合是PSK和FSK方式的組合或者PSK和ASK方式的組合。

2．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼對(duì)于傳輸數(shù)字信號(hào)來(lái)說(shuō)，最簡(jiǎn)單的信號(hào)編碼方法是用信號(hào)的兩個(gè)不同電壓值來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)。例如，用無(wú)電壓來(lái)表示0，用恒定的正電壓表示1；也可用正電壓表示1，而用負(fù)電壓表示0。然而，為了提高信號(hào)抗干擾能力，并且便于信號(hào)接收同步，通常會(huì)采用更為有效的信號(hào)編碼方法。常用的數(shù)字信號(hào)編碼有不歸零(NonReturntoZero，NRZ)碼、差分不歸零(DifferentialNonReturntoZero，DNRZ)碼、曼徹斯特(Manchester)碼及差分曼徹斯特(DifferentialManchester)碼等，參見圖1.3。

1)NRZ碼

NRZ碼是用信號(hào)的幅度來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的，通常用正電壓表示數(shù)據(jù)“1”，用負(fù)電壓表示數(shù)據(jù)“0”，并且在表示一個(gè)碼元時(shí)，電壓均無(wú)需回到零，故稱不歸零碼。NRZ碼是一種全寬碼，即一位碼元占一個(gè)單位脈沖的寬度。全寬碼的優(yōu)點(diǎn)：一是每個(gè)脈沖寬度越大，發(fā)送信號(hào)的能量就越大，這對(duì)于提高接收端的信噪比有利；二是脈沖時(shí)間寬度與傳輸帶寬成反比關(guān)系，即全寬碼在信道上占用較窄的頻帶，并且在頻譜中包含了碼位的速度。

圖1.3常用的數(shù)字信號(hào)編碼

NRZ碼的主要缺點(diǎn)是：當(dāng)數(shù)據(jù)流中連續(xù)出現(xiàn)0或1時(shí)，接收端很難分辨一個(gè)信號(hào)位的開始或結(jié)束，而必須采用某種方法在發(fā)送端和接收端之間提供必要的信號(hào)定時(shí)同步。同時(shí)，這種編碼還會(huì)產(chǎn)生直流分量的積累問(wèn)題，這將導(dǎo)致信號(hào)的失真與畸變，使傳輸?shù)目煽啃越档停⑶矣捎谥绷鞣至康拇嬖?，使得無(wú)法使用一些交流耦合的線路和設(shè)備。因此，一般的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)都不采用這種編碼方式。

2)DNRZ碼

DNRZ碼是NRZ碼的一種改進(jìn)形式，它是用信號(hào)的相位變化來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的，一個(gè)信號(hào)位的起始處有跳變表示數(shù)據(jù)“1”，而無(wú)跳變表示數(shù)據(jù)“0”。DNRZ碼不僅保持了全寬碼的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還提高了信號(hào)的抗干擾性和易同步性。

越來(lái)越多的高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用了DNRZ碼，它成為主流的信號(hào)編碼技術(shù)，例如在FDDI、100BASE-T及100VG-AnyLAN等高速網(wǎng)絡(luò)中都采用了DNRZ編碼。其原因是在高速網(wǎng)絡(luò)中要求盡量降低信號(hào)的傳輸帶寬，以利于提高傳輸?shù)目煽啃院徒档蛯?duì)傳輸介質(zhì)帶寬的要求。而DNRZ編碼中的碼元速率與編碼時(shí)鐘速率相一致，具有很高的編碼效率，符合高速網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)編碼的要求。同時(shí)，為了解決數(shù)據(jù)流中連續(xù)出現(xiàn)0或1時(shí)所帶來(lái)的信號(hào)編碼問(wèn)題，通常采用兩級(jí)編碼方案。第一級(jí)是預(yù)編碼器，以對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行預(yù)編碼，使編碼后的數(shù)據(jù)流不會(huì)出現(xiàn)連續(xù)0或連續(xù)1，常用的預(yù)編碼方法有4B5B、5B6B等；第二級(jí)是DNRZ編碼，可實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)的傳輸。這種兩級(jí)編碼方案的編碼效率可達(dá)到80%以上。例如，在4B5B編碼中，每4位數(shù)據(jù)用5位編碼來(lái)表示，即4位數(shù)據(jù)就會(huì)增加1位的編碼開銷，編碼效率仍為80%。

3)曼徹斯特碼在曼徹斯特碼中，用一個(gè)信號(hào)碼元中間電壓跳變的相位不同來(lái)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)“1”和“0”，它用正的電壓跳變表示“0”，用負(fù)的電壓跳變表示“1”。因此，這種編碼也是一種相位碼。由于電壓跳變都發(fā)生在每一個(gè)碼元的中間，接收端可以方便地利用它作為位同步時(shí)鐘，因此這種編碼也稱為自同步碼。

10Mb/s以太網(wǎng)(Ethernet)采用的就是曼徹斯特碼。

4)差分曼徹斯特碼差分曼徹斯特碼是曼徹斯特碼的一種改進(jìn)形式，其差別在于：每個(gè)碼元的中間跳變只作為同步時(shí)鐘信號(hào)，而數(shù)據(jù)“0”和“1”的取值是用信號(hào)位的起始處有無(wú)跳變來(lái)表示的，若有跳變則為“0”，若無(wú)跳變則為“1”。這種編碼的特點(diǎn)是每一位均用不同電平的兩個(gè)半位來(lái)表示，因而始終能保持直流的平衡。這種編碼也是一種自同步編碼。令牌環(huán)(TokenRing)網(wǎng)采用的就是差分曼徹斯特碼。

曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼主要用于中速網(wǎng)絡(luò)(Ethernet為10Mb/s，TokenRing最高為16Mb/s)中，而高速網(wǎng)絡(luò)并不采用曼徹斯特編碼技術(shù)。其原因是它的信號(hào)速率為數(shù)據(jù)速率的兩倍，即對(duì)于10Mb/s的數(shù)據(jù)速率，編碼后的信號(hào)速率為20Mb/s，編碼的有效率為50%。對(duì)于100Mb/s的高速網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，200Mb/s的信號(hào)速率無(wú)論對(duì)傳輸介質(zhì)帶寬的要求，還是對(duì)傳輸可靠性的控制都未免太高了，將會(huì)增加信號(hào)傳輸技術(shù)的復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)成本，因而難以推廣應(yīng)用。因此，高速網(wǎng)絡(luò)主要采用兩級(jí)的DNRZ編碼方案，而中速網(wǎng)絡(luò)采用曼徹斯特編碼方案，盡管它增加了傳輸所需的帶寬，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單易行。

3．模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼在數(shù)字化的電話交換和傳輸系統(tǒng)中，需要將模擬的話音數(shù)據(jù)編碼成數(shù)字信號(hào)后再進(jìn)行傳輸。這里常用的編碼技術(shù)是脈沖編碼調(diào)制(PulseCodeModulation，PCM)技術(shù)。PCM是以采樣定理為基礎(chǔ)的。根據(jù)采樣定理，如果在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)使用信號(hào)f(t)最高頻率的兩倍或兩倍以上的速率對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采樣，這些數(shù)字化的采樣值中則包含了不混疊而又便于分離的全部原始信號(hào)特征，利用低通濾波器可以不失真地從這些采樣值中重新恢復(fù)出信號(hào)f(t)。

PCM原理框圖如圖1.4所示。在信號(hào)源端，模擬信號(hào)X(t)經(jīng)過(guò)反混疊濾波器和采樣器處理后變換成脈沖調(diào)幅信號(hào)X(n)，然后送入量化器進(jìn)行均勻分層量化，再經(jīng)過(guò)編碼器將量化后的脈沖信號(hào)表示成一組二進(jìn)制碼C(n)并輸出。在接收端，PCM解碼器將接收信號(hào)C′(n)解碼成Y′(n)，經(jīng)過(guò)逆量化器和平滑濾波器就可重建信號(hào)X′(t)，X′(t)和X(t)之差就是量化誤差。

圖1.4

PCM原理框圖

通常，話音信號(hào)的最高頻率為3400Hz。如果以8000Hz的采樣頻率對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行采樣，則在采樣值中包含了話音信號(hào)的完整特征，由此還原出的話音信號(hào)是完全可理解和可識(shí)別的。對(duì)于每一個(gè)采樣值，還要用一個(gè)二進(jìn)制碼來(lái)表示，二進(jìn)制碼的位數(shù)代表了采樣值的量化精度。話音信號(hào)通常采用

8位二進(jìn)制碼來(lái)表示一個(gè)采樣值。這樣，對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行PCM后所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸速率為

8bit×8000次采樣/秒

=64000b/s=64kb/s

PCM不僅可用于數(shù)字化話音數(shù)據(jù)，還可用于數(shù)字化圖像等模擬數(shù)據(jù)。例如，彩色電視信號(hào)的帶寬為4.6MHz，采樣頻率應(yīng)為9.2MHz。如果采用

10位二進(jìn)制編碼來(lái)表示每個(gè)采樣值，則可以滿足圖像質(zhì)量的要求。這樣，對(duì)電視圖像信號(hào)進(jìn)行PCM后所達(dá)到的數(shù)據(jù)速率為92Mb/s。

1.4.2數(shù)據(jù)傳輸方式

1．模擬傳輸系統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)，模擬數(shù)據(jù)是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，并且占有一定的頻譜范圍。這種數(shù)據(jù)可以直接用占有相同頻譜范圍的電信號(hào)來(lái)表示。模擬傳輸是一種不考慮信號(hào)內(nèi)容的信號(hào)傳輸方法。信號(hào)可以模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。無(wú)論是何種情況，在傳輸一定的距離之后，模擬信號(hào)都會(huì)衰減和畸變。為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的傳輸，模擬傳輸系統(tǒng)使用放大器來(lái)增強(qiáng)信號(hào)的能量，但同時(shí)也放大了信號(hào)中的噪聲分量。其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生畸變，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成傳輸錯(cuò)誤。模擬傳輸系統(tǒng)典型的例子是模擬電話傳輸系統(tǒng)。

聲波的頻率范圍為20Hz～20kHz。然而，語(yǔ)音能量大部分集中在300～3400Hz頻率范圍內(nèi)，在這個(gè)音頻范圍內(nèi)，足以分辨清楚所傳輸?shù)穆曇?。因此，話音信?hào)的標(biāo)準(zhǔn)頻譜是300～3400Hz。電話傳輸系統(tǒng)中的電話設(shè)備以及電話線路都是依據(jù)這一頻率范圍而設(shè)計(jì)的。人的聲音通過(guò)電話機(jī)產(chǎn)生頻率為300～3400Hz的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)電話交換網(wǎng)傳輸?shù)搅硪欢说碾娫挋C(jī)，再把電信號(hào)還原成原來(lái)的聲音。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)也可以利用模擬信道進(jìn)行傳輸，典型的例子是計(jì)算機(jī)利用電話交換網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在這種情況下，計(jì)算機(jī)必須使用調(diào)制解調(diào)器(Modem)來(lái)連接電話交換網(wǎng)，在發(fā)送端，必須通過(guò)Modem將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制成與模擬信道特性相匹配的模擬信號(hào)才能傳輸；在接收端，再使用Modem把模擬信號(hào)解調(diào)還原成原來(lái)的數(shù)據(jù)。

2．?dāng)?shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸與信號(hào)的內(nèi)容有關(guān)。同樣，長(zhǎng)距離的傳輸也會(huì)使信號(hào)衰減和畸變，從而嚴(yán)重地影響數(shù)據(jù)的完整性和正確性。因此，數(shù)字信號(hào)只能在一個(gè)有限的距離內(nèi)進(jìn)行傳輸。為了延長(zhǎng)傳輸距離，數(shù)字傳輸系統(tǒng)通常使用中繼器(Repeater)來(lái)克服衰減和畸變。中繼器將接收到的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形恢復(fù)后，再發(fā)送出去，從而克服了信號(hào)的畸變和衰減。

為了提高信號(hào)的抗干擾能力，并且便于接收端信號(hào)同步，數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)木幋a后才能傳輸。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，每個(gè)端節(jié)點(diǎn)必須通過(guò)編碼解碼器(Codec)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼。例如，在局域網(wǎng)中，任何一種網(wǎng)卡都包含有Codec部分，它按照規(guī)定的編碼方式對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行編碼或解碼。

在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，通常使用傳輸速率來(lái)度量傳輸帶寬。傳輸速率是指每秒鐘所能傳輸?shù)奈粩?shù)，單位為b/s(位/秒)，它可按下式計(jì)算：

式中，T為脈沖寬度(全寬碼情況)或脈沖重復(fù)周期(歸零碼情況)；n為一個(gè)脈沖所表示的有效狀態(tài)，即調(diào)制電平數(shù)；lb是log2的符號(hào)表示。數(shù)字傳輸系統(tǒng)中普遍采用的是二進(jìn)制脈沖，只有兩個(gè)有效狀態(tài)，即n=2。這時(shí)，其傳輸速率為該式表示每秒位數(shù)等于單位脈沖的重復(fù)頻率。

另一種度量傳輸帶寬的單位是波特，也稱調(diào)制速率。它反映了數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)調(diào)制后的傳輸速率，也就是數(shù)據(jù)在調(diào)制過(guò)程中調(diào)制狀態(tài)每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。調(diào)制速率為

它與傳輸速率的關(guān)系為

S=Blbn

在二元制調(diào)制方式中，S=B=1/T，兩者可以通用。但在多元制調(diào)制方式中，兩者是有區(qū)別的。例如，對(duì)于2400b/s的四相調(diào)制解調(diào)器，采用T=833×10-6s的單位脈沖，該脈沖與兩位組合的雙位相對(duì)應(yīng)，且狀態(tài)數(shù)n=4。因此用傳輸位數(shù)表示的數(shù)據(jù)傳輸速率為可見，在多相調(diào)制方式中，傳輸速率和調(diào)制速率是不相同的。

1.4.3多路復(fù)用技術(shù)

1．FDM

FDM的基本前提是：傳輸介質(zhì)的可用帶寬要大于多路給定信號(hào)所需帶寬的總和。如果將這幾路信號(hào)中的每路信號(hào)以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，則這些信號(hào)就可同時(shí)在單一介質(zhì)上傳輸。為了保證各路信號(hào)帶寬不相互重疊，各路載波頻率之間應(yīng)當(dāng)留有一定的保護(hù)間隔，參見圖1.5(a)。在圖1.5(a)中，6路信號(hào)源輸入到一個(gè)多路復(fù)用器中，這個(gè)多路復(fù)用器使用不同的頻率來(lái)調(diào)制每一路信號(hào)，每一路信號(hào)具有一定的帶寬，f1～f6分別對(duì)應(yīng)于6路信號(hào)帶寬，形成6個(gè)信道。為了防止各個(gè)信道之間的重疊干擾，相鄰的信道之間要用保護(hù)帶隔離開。保護(hù)帶是信號(hào)帶寬中不用的部分。f1～f6以及各個(gè)保護(hù)帶寬之和要小于或等于傳輸介質(zhì)的可用帶寬。

圖1.5多路復(fù)用(a)FDM；(b)TDM圖1.5多路復(fù)用(a)FDM；(b)TDM例如，假設(shè)傳輸介質(zhì)的可用帶寬為70MHz，每路信號(hào)帶寬為10MHz。如果采用FDM同時(shí)傳輸6路信號(hào)，則各路信號(hào)帶寬分配如下：f1=?0～10MHz，f2=?11～21MHz，f3=?22～32MHz，f4=?33～43MHz，f5?=?44～54MHz，f6=?55～65MHz，其中各路信道之間的保護(hù)帶寬為1MHz。攜帶多路信號(hào)的載波通過(guò)傳輸介質(zhì)傳送到另一端的多路復(fù)用器后，再解調(diào)(還原)成各個(gè)單路信號(hào)，輸出到各自對(duì)應(yīng)的輸出線上。

2．TDM

TDM的基本前提是：傳輸介質(zhì)所能支持的位傳輸速率應(yīng)大于多路數(shù)據(jù)傳輸所需的位傳輸速率的總和。如果每路信號(hào)按時(shí)間先后輪流交替地使用單一信道，那么在宏觀上多路數(shù)字信號(hào)便可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳輸。各路信號(hào)可以位、字節(jié)、塊或幀等為單位交替地使用單一信道。在圖1.5(b)中，多路復(fù)用器有6路信號(hào)輸入，設(shè)每路信號(hào)的傳輸速率為10Mb/s，傳輸介質(zhì)的傳輸帶寬大于60Mb/s，使用TDM技術(shù)同時(shí)傳輸這6路信號(hào)。具體的實(shí)現(xiàn)方法是：規(guī)定傳送一個(gè)數(shù)據(jù)單元所需要的時(shí)間為一個(gè)時(shí)間片，每個(gè)輸入端一次傳送一個(gè)數(shù)據(jù)單元，6個(gè)時(shí)間片便可將6個(gè)輸入端輪流輸入一次，這6個(gè)時(shí)間片便構(gòu)成了一幀(Frame)。在一般情況下，幀長(zhǎng)是固定的，即一個(gè)幀所擁有的時(shí)間片數(shù)等于信號(hào)輸入的個(gè)數(shù)。如果在某個(gè)時(shí)間片內(nèi)對(duì)應(yīng)的輸入端無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，則在該時(shí)間片內(nèi)填充空信號(hào)?？梢?，6路信號(hào)是平均分配和使用高速傳輸介質(zhì)的。在TDM中，對(duì)應(yīng)于某一路特定信號(hào)的時(shí)間片稱為該路特定信號(hào)的信道。

TDM又分為同步TDM和異步TDM。在同步TDM中，每個(gè)時(shí)間片是預(yù)先分配好的，并且是固定不變的，如果某個(gè)時(shí)間片所對(duì)應(yīng)的輸入端無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，則該時(shí)間片便空閑不用，又因?yàn)閭鬏斀橘|(zhì)的傳輸帶寬不能低于各個(gè)輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率之和，所以必然造成信道容量的浪費(fèi)。圖1.5(b)所示的TDM是一種同步TDM。

在異步TDM中，每個(gè)時(shí)間片是按需動(dòng)態(tài)分配的。對(duì)于一個(gè)給定的輸入端，只有當(dāng)前有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，才分配相應(yīng)的時(shí)間片，如果無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，則不分配時(shí)間片。并且傳輸介質(zhì)的傳輸帶寬只要不低于各路輸入信號(hào)的平均數(shù)據(jù)速率即可，從而提高了傳輸介質(zhì)的利用率。另外，異步TDM中的時(shí)間片與輸入端之間沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，任何一個(gè)時(shí)間片都可以用來(lái)傳輸任何一路輸入信號(hào)。因此，在所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元中必須包含有地址信息，以便尋址目的節(jié)點(diǎn)。這樣，在每個(gè)時(shí)間片里會(huì)增加一些額外的傳輸開銷。異步TDM又稱為統(tǒng)計(jì)TDM(STDM)。

TDM并不僅僅局限于傳輸數(shù)字信號(hào)，也可以在時(shí)間上交替地傳輸模擬信號(hào)。對(duì)于模擬信號(hào)傳輸，可以將TDM和FDM組合起來(lái)使用。一個(gè)傳輸系統(tǒng)可先頻分成許多FDM信道，每個(gè)信道再按TDM進(jìn)行時(shí)分復(fù)用。在有些寬帶局域網(wǎng)中就使用了這種技術(shù)。從多路復(fù)用的角度來(lái)看，傳輸介質(zhì)與信道屬于不同范疇的兩個(gè)概念，它們之間有聯(lián)系又有區(qū)別。傳輸介質(zhì)是指?jìng)魉托盘?hào)的物理實(shí)體；而信道則提供了傳送某種信號(hào)所需的帶寬，著重體現(xiàn)介質(zhì)的邏輯功能。一個(gè)傳輸介質(zhì)可能同時(shí)提供多個(gè)信道，一個(gè)信道也可能由多個(gè)傳輸介質(zhì)級(jí)聯(lián)而成。

1.4.4通信操作模式一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)至少由三部分組成：發(fā)送器、傳輸信道和接收器。發(fā)送器產(chǎn)生數(shù)據(jù)，經(jīng)傳輸信道傳送給接收器，從而完成一次數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。根據(jù)傳輸方向與時(shí)間特性，數(shù)據(jù)通信可以分為三種通信操作模式：?jiǎn)喂?Simplex)、半雙工(Half-duplex)和全雙工(Full-duplex)，參見圖1.6。一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)至少由三部分組成：發(fā)送器、傳輸信道和接收器。發(fā)送器產(chǎn)生數(shù)據(jù)，經(jīng)傳輸信道傳送給接收器，從而完成一次數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。根據(jù)傳輸方向與時(shí)間特性，數(shù)據(jù)通信可以分為三種通信操作模式：?jiǎn)喂?Simplex)、半雙工(Half-duplex)和全雙工(Full-duplex)，參見圖1.6。

圖1.6通信操作模式(a)單工操作模式；(b)半雙工操作模式；(c)全雙工操作模式

1．單工操作模式在單工操作模式中，發(fā)送器和接收器之間只有一個(gè)單向的傳輸信道，數(shù)據(jù)傳輸是單向的，只能從發(fā)送器傳送到接收器。例如，收音機(jī)、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)輸出設(shè)備(打印機(jī)或顯示器)等采用的就是單工操作模式。

2．半雙工操作模式在半雙工操作模式中，傳輸信道是雙向的，并且每個(gè)設(shè)備同時(shí)具有發(fā)送器和接收器的功能，它們之間可以分時(shí)輪流進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，但在某一時(shí)刻只能沿一個(gè)方向傳輸數(shù)據(jù)。半雙工操作模式一般用于通信設(shè)備或傳輸信道沒(méi)有足夠的帶寬去支持同時(shí)雙向通信的場(chǎng)合，或者通信雙方的通信順序需要交替進(jìn)行的場(chǎng)合。例如，對(duì)講機(jī)、共享式局域網(wǎng)等采用的就是半雙工操作模式。

3．全雙工操作模式在全雙工操作模式中，傳輸信道是雙向的，并且每個(gè)通信設(shè)備同時(shí)具有發(fā)送器和接收器的功能，它們之間可以同時(shí)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。這種通信操作模式的優(yōu)點(diǎn)是吞吐量大，但要求傳輸信道能提供足夠的帶寬支持。例如，交換式網(wǎng)絡(luò)等采用的就是全雙工操作模式。

1.4.5通信同步方式

1．異步傳輸通常，異步傳輸是以字符為傳輸單位的，其數(shù)據(jù)格式如圖1.7(a)所示。每個(gè)字符都要附加1位起始位和1位停止位，以標(biāo)記一個(gè)字符的開始和結(jié)束，并以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸同步。所謂異步傳輸，是指字符與字符(一個(gè)字符結(jié)束到下一個(gè)字符開始)之間的時(shí)間間隔是可變的，并不需要嚴(yán)格地限制它們的時(shí)間關(guān)系。

圖1.7異步傳輸和同步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式(a)異步傳輸；(b)同步傳輸

起始位對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制值0，以低電平表示，占用1位寬度。停止位對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制值1，以高電平表示，占用1～2位寬度。一個(gè)字符占用5～8位，具體取決于數(shù)據(jù)所采用的字符集。例如，電報(bào)碼字符為5位，ASCII碼字符為7位，漢字碼則為8位。此外，還要附加1位奇偶校驗(yàn)位，可以選擇奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)方式對(duì)該字符實(shí)施簡(jiǎn)單的差錯(cuò)控制。

發(fā)送端與接收端除了采用相同的數(shù)據(jù)格式(字符的位數(shù)、停止位的位數(shù)、有無(wú)校驗(yàn)位及校驗(yàn)方式等)外，還應(yīng)當(dāng)采用相同的傳輸速率，典型的速率有9600b/s、19.2kb/s、56kb/s等。異步傳輸又稱為起止式異步通信方式，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠，適用于面向字符的、低速的異步通信場(chǎng)合。例如，計(jì)算機(jī)與Modem之間的通信就采用這種方式。異步傳輸方式的缺點(diǎn)是通信開銷大，每傳輸一個(gè)字符都要額外附加2～3位，通信效率比較低。例如，在使用Modem上網(wǎng)時(shí)，普遍感覺(jué)速度很慢，這除了與傳輸速率低有關(guān)外，與通信開銷大、通信效率低也密切相關(guān)。

2．同步傳輸通常，同步傳輸是以數(shù)據(jù)塊為傳輸單位的。每個(gè)數(shù)據(jù)塊的頭部和尾部都要附加一個(gè)特殊的字符或比特序列，以標(biāo)記一個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束，一般還要附加一個(gè)校驗(yàn)序列(如16位或32位CRC校驗(yàn)碼)，以便對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行差錯(cuò)控制。同步傳輸?shù)囊话銛?shù)據(jù)格式如圖1.7(b)所示。所謂同步傳輸，是指數(shù)據(jù)塊與數(shù)據(jù)塊之間的時(shí)間間隔是固定的，必須嚴(yán)格地規(guī)定它們的時(shí)間關(guān)系。根據(jù)同步通信規(guī)程，同步傳輸又分為面向字符的同步傳輸和面向位流的同步傳輸。

1)面向字符的同步傳輸在面向字符的同步傳輸中，每個(gè)數(shù)據(jù)塊的頭部用一個(gè)或多個(gè)同步字符SYN來(lái)標(biāo)記數(shù)據(jù)塊的開始；尾部用另一個(gè)惟一的字符ETX來(lái)標(biāo)記數(shù)據(jù)塊的結(jié)束。這些特殊字符的位模式與傳輸?shù)娜魏纹胀ㄗ址加酗@著的差別。典型的面向字符的同步通信規(guī)程是IBM公司的二進(jìn)制同步通信規(guī)程BISYNC。

2)面向位流的同步傳輸在面向位流的同步傳輸中，每個(gè)數(shù)據(jù)塊的頭部和尾部用一個(gè)特殊的比特序列(如

01111110)來(lái)標(biāo)記數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束。數(shù)據(jù)塊將作為位流來(lái)處理，而不是作為字符流來(lái)處理。為了避免在數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)標(biāo)記塊開始和結(jié)束的特殊位模式，通常采用位插入的方法，即發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)流時(shí)，每當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)的五個(gè)1后便插入一個(gè)0。接收端在接收數(shù)據(jù)流時(shí)，如果檢測(cè)到連續(xù)五個(gè)1的序列，就要檢查其后的一位數(shù)據(jù)，若該位是0，則刪除它；若該位為1，則表示數(shù)據(jù)塊的結(jié)束，轉(zhuǎn)入結(jié)束處理。典型的面向位流的同步通信規(guī)程是高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)規(guī)程和同步數(shù)據(jù)鏈路控制(SDLC)規(guī)程。

1.4.6差錯(cuò)處理技術(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)的基本任務(wù)是高效率而無(wú)差錯(cuò)地傳送數(shù)據(jù)，但在任何一種通信線路上都不可避免地存在一定程度的噪聲。信道噪聲所造成的后果是使得接收端接收到的數(shù)據(jù)和發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致，造成傳輸差錯(cuò)。信道中的噪聲可以分為兩種：一種是白噪聲；另一種是沖擊噪聲。白噪聲長(zhǎng)久地存在于信道之中，在任意傳輸速率上強(qiáng)度都相同，而且白噪聲的幅值比較小。在信道中應(yīng)保證有較大的信號(hào)/白噪聲比值(簡(jiǎn)稱信噪比)，這樣白噪聲所引起的差錯(cuò)將是很小的。

沖擊噪聲是由特定的短暫原因而引起的。產(chǎn)生沖擊噪聲的原因各種各樣，而且其幅值可能相當(dāng)大。因此，沖擊噪聲是造成傳輸差錯(cuò)的主要因素。由于這種差錯(cuò)呈突發(fā)狀，故又稱突發(fā)錯(cuò)誤。在實(shí)際中，傳輸線路上產(chǎn)生的差錯(cuò)是突發(fā)錯(cuò)誤和隨機(jī)差錯(cuò)的混合，而經(jīng)常發(fā)生的是突發(fā)錯(cuò)誤。各種噪聲源可以來(lái)自信道的內(nèi)部，也可以來(lái)自信道的外部。雖然可以采用屏蔽、改善線路質(zhì)量、選擇有效的編碼方式等措施來(lái)減少噪聲，但還不能完全消除噪聲的影響。也就是說(shuō)，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，或多或少總會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。通常，使用誤碼率Pe來(lái)度量信道的傳輸質(zhì)量，即

假設(shè)接收到10000個(gè)碼元，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)有一個(gè)碼元出錯(cuò)，其誤碼率為10－4。為了減少傳輸差錯(cuò)，通常采用兩種基本的差錯(cuò)控制方法：改善線路質(zhì)量和差錯(cuò)的檢測(cè)與糾正。

(1)改善線路質(zhì)量。加強(qiáng)線路本身的抗干擾能力，這是減少差錯(cuò)的最根本途徑。例如，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中越來(lái)越多地使用光纖傳輸系統(tǒng)，其誤碼率已低于10－9，這就從根本上提高了信道的傳輸質(zhì)量。但是，這種改善是以較大的投入為代價(jià)的。

(2)差錯(cuò)的檢測(cè)與糾正。這是一種主動(dòng)式的差錯(cuò)控制措施。它的主要思想是：對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行抗干擾編碼，并以此來(lái)檢測(cè)和校正傳輸中的錯(cuò)誤。在發(fā)送端，采用某種校驗(yàn)碼為數(shù)據(jù)單元附加一個(gè)冗余碼，使數(shù)據(jù)單元與冗余碼之間建立一定的數(shù)學(xué)關(guān)系(即編碼過(guò)程)，然后把它們作為一個(gè)數(shù)據(jù)塊一起傳送給接收端；當(dāng)接收端接收到數(shù)據(jù)塊后，使用相同的校驗(yàn)碼計(jì)算數(shù)據(jù)單元的冗余碼，并與數(shù)據(jù)塊中附加的冗余碼相比較，以檢驗(yàn)它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系(解碼過(guò)程)是否正確。如果不正確，就說(shuō)明傳輸有錯(cuò)誤，則需要采用某種手段來(lái)糾正錯(cuò)誤。

糾正錯(cuò)誤的方法有兩種：一種是反饋重發(fā)糾錯(cuò)法，即接收端將傳輸是否正確的信息作為應(yīng)答反饋給發(fā)送端，對(duì)于傳輸有誤的數(shù)據(jù)，發(fā)送端要重新傳送，直至傳送正確為止，這樣就糾正了錯(cuò)誤；另一種是前向糾錯(cuò)(FEC)法，即接收端發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，不是通過(guò)發(fā)送端的重傳來(lái)糾正，而是由接收端通過(guò)糾錯(cuò)碼和適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行糾正。由于這種糾錯(cuò)方法比較復(fù)雜，所需的冗余碼元較多，實(shí)現(xiàn)比較困難，故很少使用。目前，絕大多數(shù)的通信系統(tǒng)都采用反饋重發(fā)糾錯(cuò)法來(lái)糾正差錯(cuò)。

1.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)

在網(wǎng)絡(luò)中，兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)之間通常需要通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。這些中間節(jié)點(diǎn)并不關(guān)心數(shù)據(jù)內(nèi)容，而是提供一個(gè)交換設(shè)備，把數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，直至達(dá)到目的端。數(shù)據(jù)交換技術(shù)主要是指網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)所提供的數(shù)據(jù)交換功能。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，主要使用三種數(shù)據(jù)交換技術(shù)：電路交換、報(bào)文交換和分組交換(虛電路交換和數(shù)據(jù)報(bào)交換)，參見圖1.8。

圖1.8數(shù)據(jù)交換方式(a)電路交換；(b)報(bào)文交換；(c)虛電路交換；(d)數(shù)據(jù)報(bào)交換

圖1.8數(shù)據(jù)交換方式(a)電路交換；(b)報(bào)文交換；(c)虛電路交換；(d)數(shù)據(jù)報(bào)交換

1.5.1電路交換

1)電路建立階段開始傳送數(shù)據(jù)之前，必須建立端到端的電路。首先，源端節(jié)點(diǎn)向一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)發(fā)送呼叫請(qǐng)求信號(hào)，請(qǐng)求與目的端節(jié)點(diǎn)建立連接。交換節(jié)點(diǎn)在通向目的端節(jié)點(diǎn)的路由選擇表中找出下一個(gè)路由，并為該條電路分配一個(gè)未用信道，然后把連接請(qǐng)求信號(hào)傳送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這樣，通過(guò)各個(gè)中間交換節(jié)點(diǎn)的分段連接，使源端節(jié)點(diǎn)和目的端節(jié)點(diǎn)之間建立起了一條實(shí)際的物理連接。

2)數(shù)據(jù)傳輸階段電路連接建立起來(lái)后，就可以通過(guò)這條專用的電路來(lái)傳輸數(shù)據(jù)了。數(shù)據(jù)可以是數(shù)字的(如來(lái)自終端或主機(jī))，也可以是模擬的(如聲音)。傳輸?shù)男盘?hào)形式可以采用數(shù)字信號(hào)，也可以采用模擬信號(hào)。這種連接通常是全雙工操作模式，即可以雙向傳輸數(shù)據(jù)。

3)電路拆除階段當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，應(yīng)拆除連接，以釋放該連接所占用的專用資源。兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)中的任一個(gè)端節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)出拆除連接的請(qǐng)求信號(hào)。

1.5.2報(bào)文交換報(bào)文交換(MessageSwitching)是一種完全不同于電路交換的通信方法。在這種交換方式中，兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)之間無(wú)需事先建立專用的信道，如果一個(gè)端節(jié)點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)，則首先將數(shù)據(jù)封裝成報(bào)文(Message)，然后將報(bào)文發(fā)送出去即可。報(bào)文是數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝?，它由?bào)頭和報(bào)體組成，報(bào)頭中包含目的端地址、源端地址以及其他附加信息，報(bào)體就是要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。在網(wǎng)絡(luò)中，報(bào)文從一個(gè)節(jié)點(diǎn)被傳送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，必須接收整個(gè)報(bào)文并暫時(shí)存儲(chǔ)，然后根據(jù)目的端地址選擇適當(dāng)?shù)穆酚稍侔l(fā)送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這種方式也稱為存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)(StoreandForward)報(bào)文方式。

與電路交換方式相比，報(bào)文交換方式具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)線路利用率高。由于節(jié)點(diǎn)之間的信道是共享的，因此在同一線路容量條件下，可以承載更大的網(wǎng)絡(luò)流量，從而大大提高了線路利用率。

(2)接收端和發(fā)送端無(wú)需同步工作。當(dāng)接收端處于忙碌狀態(tài)時(shí)，中間節(jié)點(diǎn)可將報(bào)文暫時(shí)存儲(chǔ)起來(lái)，等到接收端空閑時(shí)再傳送給它。

(3)當(dāng)流量增大時(shí)，在電路交換網(wǎng)絡(luò)中，可能導(dǎo)致一些呼叫請(qǐng)求被阻塞；在報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)中，報(bào)文仍然可以接收，但會(huì)增加傳輸延遲。

(4)報(bào)文交換系統(tǒng)可同時(shí)向多個(gè)目的端發(fā)送同一報(bào)文，實(shí)現(xiàn)多播(Multicast)功能，而在電路交換系統(tǒng)中很難實(shí)現(xiàn)多播功能。

(5)可以在報(bào)頭中設(shè)置報(bào)文優(yōu)先級(jí)，中間節(jié)點(diǎn)可根據(jù)報(bào)文優(yōu)先級(jí)高低提供不同質(zhì)量的轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。

(6)可以在網(wǎng)絡(luò)上分段實(shí)施差錯(cuò)控制和糾錯(cuò)處理功能。

(7)可以提供傳輸速率和數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，使不同傳輸速率和數(shù)據(jù)格式的端節(jié)點(diǎn)之間能夠相互通信。

1.5.3分組交換

1．?dāng)?shù)據(jù)報(bào)交換數(shù)據(jù)報(bào)(Datagram)交換與報(bào)文交換相類似，在數(shù)據(jù)傳輸前不需要預(yù)先建立連接，當(dāng)發(fā)送端有一個(gè)較長(zhǎng)的報(bào)文要發(fā)送時(shí)，首先將報(bào)文分解成若干個(gè)較小的數(shù)據(jù)單元，每個(gè)數(shù)據(jù)單元都要附加一個(gè)分組頭并封裝成分組(或稱數(shù)據(jù)報(bào))，然后將各個(gè)分組發(fā)送出去。每個(gè)分組都被獨(dú)立地傳輸，中間節(jié)點(diǎn)可能為每個(gè)分組選擇不同的路由，這些分組到達(dá)目的端的順序可能與發(fā)送的順序不同，因此目的端必須重新排序分組，將其組裝成一個(gè)完整的原始報(bào)文。

2．虛電路交換

1)建立連接階段發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)分組之前，首先使用一個(gè)特定的建立連接請(qǐng)求分組，建立一條邏輯連接，網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)將根據(jù)該請(qǐng)求在發(fā)送端和目的端之間預(yù)先選擇一條傳輸路徑。由于該路徑上的各段線路是共享的，并非獨(dú)占的，因此，這種邏輯連接稱為虛電路。

2)數(shù)據(jù)傳輸階段當(dāng)虛電路建立起來(lái)后，發(fā)送端和目的端之間便可以在這條虛電路上交換數(shù)據(jù)了，并且每個(gè)數(shù)據(jù)分組中都必須包含一個(gè)虛電路標(biāo)識(shí)符，用于標(biāo)識(shí)這個(gè)虛電路。由于虛電路的傳輸路徑是預(yù)先選擇好的，因此，每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)只要根據(jù)虛電路標(biāo)識(shí)符，就能查找到相應(yīng)的路徑來(lái)傳輸這些數(shù)據(jù)分組，而無(wú)需重新選擇路由。

3)拆除連接階段當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完畢后，任一個(gè)端點(diǎn)都可以發(fā)出一個(gè)拆除連接請(qǐng)求分組，來(lái)終止這個(gè)虛電路，并釋放該虛電路所占用的系統(tǒng)資源?？梢?，虛電路是一種面向連接的數(shù)據(jù)交換方式，它既不像電路交換那樣需要獨(dú)占線路，而是采用共享線路方式來(lái)建立連接，通過(guò)存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；又不同于數(shù)據(jù)報(bào)方式，它只在建立虛電路時(shí)選擇一次路由，后續(xù)的各個(gè)分組只要使用該路由傳送即可，而無(wú)需重新選擇路由。

1.5.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)小結(jié)下面簡(jiǎn)單小結(jié)一下三種數(shù)據(jù)交換技術(shù)的主要特點(diǎn)：

(1)電路交換。在數(shù)據(jù)傳送開始前必須建立一條端到端的物理連接，這種物理連接需要獨(dú)占電路資源，在釋放連接前只能由兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)所使用。因此，電路利用率低，通信費(fèi)用高。

(2)報(bào)文交換。數(shù)據(jù)傳輸采用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)方式，不需要建立連接，在傳送報(bào)文時(shí)，可以共享線路資源。中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文中的目的端地址選擇適當(dāng)路由來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。在轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文過(guò)程中，產(chǎn)生較大的網(wǎng)絡(luò)延遲，引起網(wǎng)絡(luò)性能的下降。因此，

報(bào)文交換不能滿足實(shí)時(shí)通信和交互式通信的要求。

(3)分組交換。報(bào)文被分成若干分組進(jìn)行傳輸，并規(guī)定了最大分組長(zhǎng)度。在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，中間節(jié)點(diǎn)必須為每個(gè)分組選擇路由，目的端需要重新組裝報(bào)文；在虛電路方式中，中間節(jié)點(diǎn)只在建立虛電路時(shí)選擇一次路由，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)將沿著該路由轉(zhuǎn)發(fā)各個(gè)分組，而無(wú)需再為每個(gè)分組選擇路由。分組交換技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中的交換技術(shù)?，F(xiàn)有的公共數(shù)據(jù)交換網(wǎng)都采用分組交換技術(shù)，如X.25網(wǎng)絡(luò)等。局域網(wǎng)也采用分組交換技術(shù)。電路交換技術(shù)主要用于電話交換網(wǎng)和ISDN(IntegratedServicesDigitalNetwork，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))中。

1.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)化

通常，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接而成的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是具有通信功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且是按照層次結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)造的。不同系統(tǒng)的各個(gè)層次實(shí)體之間應(yīng)能夠相互通信。這里的實(shí)體是指各種應(yīng)用程序，如文件傳送軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、電子郵件系統(tǒng)及各種終端等；而系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)、終端和各種通信設(shè)備等。一般說(shuō)來(lái)，實(shí)體是指能發(fā)送和接收信息的任何實(shí)體；而系統(tǒng)是物理上明顯的物體，它包含一個(gè)或多個(gè)實(shí)體。兩個(gè)實(shí)體要想實(shí)現(xiàn)通信，則必須使用相同的語(yǔ)言以及遵從雙方都能接受的規(guī)則，以解決彼此之間交流什么、怎樣交流以及何時(shí)交流等問(wèn)題。

這些在兩個(gè)實(shí)體間控制數(shù)據(jù)交換的規(guī)則的集合稱為協(xié)議(Protocol)。協(xié)議的關(guān)鍵成分有：

(1)語(yǔ)法：包括數(shù)據(jù)格式、編碼和信號(hào)電平等。

(2)語(yǔ)義：包括用于協(xié)調(diào)同步和差錯(cuò)處理的控制信息。

(3)定時(shí)：包括速度匹配和排序等。

1.6.1ISO/OSI參考模型國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(InternationalStandardOrganization，ISO)在1977年成立了一個(gè)分委員會(huì)來(lái)專門研究網(wǎng)絡(luò)通信的體系結(jié)構(gòu)問(wèn)題，并提出了開放系統(tǒng)互連(OpenSystemInterconnection，OSI)參考模型，它是一個(gè)異構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連標(biāo)準(zhǔn)的框架結(jié)構(gòu)。OSI為面向分布式應(yīng)用的“開放”系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。所謂“開放”，是指任何兩個(gè)系統(tǒng)只要遵守參考模型和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)就都能實(shí)現(xiàn)互連。OSI參考模型采用了層次化結(jié)構(gòu)，共分成七層，參見圖1.9。

圖1.9ISO/OSI參考模型

OSI參考模型具有以下特性：

(1)異構(gòu)系統(tǒng)互連的體系結(jié)構(gòu)，提供了互連系統(tǒng)通信規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)框架；

(2)定義了一種抽象結(jié)構(gòu)，而并非具體實(shí)現(xiàn)的描述；

(3)不同系統(tǒng)上的相同層的實(shí)體稱為同等層實(shí)體，同等層實(shí)體之間的通信由該層協(xié)議來(lái)管理；

(4)同一系統(tǒng)上相鄰層之間的接口定義了原語(yǔ)操作和低層向高層提供的服務(wù)；

(5)定義了面向連接的和無(wú)連接的數(shù)據(jù)交換服務(wù)；

(6)