《计算机网络技术基础》课件第2章.ppt

1、第二章第二章 数据通信基础数据通信基础2.1 网络数据通信基础知识2.2 网络通信接口2.3 异构系统的连接2.4 网络体系与层次结构2.5 网络中的数据交换技术2.6 计算机网络的传输介质2.7 高速网络中的交换技术本章小结习题 2.1 网络数据通信基础知识网络数据通信基础知识2.1.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念1.信息、数据和信号信息、数据和信号在计算机网络中，通信的目的是传输信息或消息。信息(Information)是消息(Message)所包含的内容，它的载体是数字、文字、语音、图形和图像等。数据(Data)是传递信息的实体，它是和有意义的实体相联系的，而信息则是该数据的内

2、容或解释。数据分两种：模拟数据和数字数据。前者取连续值，后者取离散值。模拟数据反映的是连续消息，如话音和图像等。话音的声压是时间的连续函数。数字数据反映的是离散消息，就是用一系列符号代表的消息，而每个符号只可以取有限个值。数字数据在传送时，一段时间内传送一个符号，因此在瞬间内数据是离散的。因此，用来反映取值上离散的文字或符号的数据是数字数据。信号(Signal)是数据的电编码或电磁编码。它分为两种：模拟信号和数字信号。模拟信号是一种连续变化的电信号，它用电信号模拟原有消息。显然，模拟信号的取值可以有无限多个，图2-1(a)表示话音声压随时间连续变化的消息，图2-1(b)表示与之相应的电流幅度随

3、时间变化的电信号。数字信号是一种离散信号，它的取值是有限个，比如计算机及其外围设备产生和交换的信息都是由二进制代码表示的字母、数字或控制符号。图2-1 模拟信号2信道及信道的类型信道及信道的类型在数据通信系统中，传输信息的通路称为“信道”。信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。在计算机网络中，有物理信道和逻辑信道之分。根据传输介质是否有形，物理信道可以分为有线信道和无线信道。如果按照信道中传输的数据信号的类型来分，物理信道又可以分为模拟信道和数字信道。模拟信道传输的是模拟信号，而数字信道直接传输二进制数字脉冲信号。如果按照信道的使用方式来分，又可以将信道分为专用信道和公共交换信道。专

4、用信道有两种连接方式：一种是点对点式连接(点点连接)；另一种是点对多点式连接(多点连接)，参见图2-2。图2-2 通信信道连接类型3数据通信系统的主要技术指标数据通信系统的主要技术指标1)数据传输率S 数据传输率又称比特率，是指数字信号的传输速率，它表示单位时间内所传送的二进制代码的有效位(bit)数，单位用比特每秒(b/s)表示。数据传输率S可用以下公式计算：nTslb1式中：T信号脉冲重复周期；n一个脉冲信号代表的有效状态数，是2的整倍数，例如，二进制的一个脉冲可表示“0”和“1”两个状态，故n=2；lbn单位脉冲能表示的比特数，如n=4时，表示一个单位脉冲为2 bit。在实际应用中，常用

5、的数据传输速率单位有：kb/s、Mb/s、Gb/s和Tb/s，其中：1 kb/s=103 b/s，1 Mb/s=103 kb/s，1 Gb/s=103 Mb/s，1 Tb/s=103 Gb/s2)波特率B 波特率是一种调制速率，也称波形速率或码元速率。它是指模拟信号传输过程中，从调制解调器上输出的调制信号每秒钟载波调制状态改变的次数；在数据传输过程中，线路上每秒钟传送的波形个数就是波特率，其单位为波特(Baud)。从调制速率的意义来理解，它是脉冲信号经过调制后的传输速率，通常用于表示调制解调器之间传输信号的速率。若以T表示波形的持续时间，则调制速率B可以表示为TB1比特率和波特率之间有下列关系

6、：S=B lbn其中，n为一个脉冲信号所表示的有效状态数。在二进制中，一个脉冲的“有”和“无”表示1和0两种状态。在二相调制中，n=2，故S=B，即比特率与波特率相等。但在更高相数的多相调制中，S与B就不相同了。例如，在四相调制中，n=4，如果B=1200 bit，则信号传输速率S=2400 b/s。3)出错率出错率是指数据通信系统在正常工作情况下信息传输的错误率，也称误码率。传输可靠性指标由于传输中信息的最小单位不同而不同。信息的单位可以是比特、码元、码字、一组码字。误比特率Pb：接收的错误比特数占传输总比特数的比例，即：传输的总比特数接收的错误比特数bP4)信道容量信道容量是指信道能传输信

7、息的最大能力，一般用带宽来描述。模拟信道的容量指信道传输信号的可接收频率范围，其带宽为传输信号的最高频率和最低频率的差值。如话音电路接收的语音频率为3003400 Hz，则其带宽为3400-300=3100 Hz(一般话音电路带宽取4 kHz)。在数字信道中，一般用单位时间内最大可传送比特数来描述带宽。例如，某传输媒体最大的传输速率为9600 b/s，则其带宽为9600 b/s。任何通信信道都不是理想的，由于信道带宽的限制及信道干扰的存在，信道的数据传输速率总会有一个上限。1924年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出在具有理想低通矩形特性信道情况下的最高码元传输速率公式：理想低通信道每赫兹带

8、宽的最高码元传输速率是2 Baud每秒，称为奈氏准则。例如，话音电路的带宽为4 kHz，则其最高码元传输速率是8000 Baud每秒；假设1 Baud携带3 bit的信息，则最高传输速率为24 000 b/s。对于具有理想带通矩形特性的信道，奈氏准则变为理想低通信道每赫兹带宽的最高码元传输速率是1 Baud每秒。信道的最大信息传输速率为C：C=2W lbn其中，W为信道的带宽(以Hz为单位)，n为一个脉冲信号代表的有效状态数。奈氏准则描述的是有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽之间的关系。如考虑信道噪声问题，可用香农(Shannon)定律来表述，它描述了有限带宽、有随机热噪声信道的

9、最大数据传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系。信道的最大信息传输速率为C：其中，W为信道的带宽(以Hz为单位)，S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的噪声功率。1lb NSWC香农(Shannon)定律表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的最高传输速率就越高。对于3.1 kHz带宽的话音电路，如果信噪比S/N=2500，那么由香农定律可知，无论采用何种编码技术，信息的传输速率都不超过3100lb(1+2500)35 kb/s。这两个定律在使用时，必须分清各自的条件，例如，当S/N时，应该转换为奈奎斯特定律去计算，这是由于条件发生了变化，选择的对象亦即随之而变动。2.1.2

10、数据传输数据传输1数据传输方式数据传输方式(1)并行传输。如图2-3所示，两数据设备之间一次传输n位并行数据，每条连线对应一条信道，用于传输代码的对应位，n条信道组成了n位并行信号。图2-3 并行传输方式(2)串行传输。串行传输时，数据一位一位地在一条信道上传输。如图2-4所示，数据发送端向数据接收端发出了“01001101”的串行数据。图2-4 串行传输方式2数据的通信方式数据传输是有方向的，这是由传输电路的能力和特点所决定的。按传输的方向不同，数据传输可分为三种基本工作方式：单工通信、半双工通信和全双工通信。3数据同步方式数据同步方式数据在线路上传输时，为保证发送端发送的信息能够被接收端正

11、确无误接收，要求发送端和接收端的收发动作必须控制在同一时间内进行，即发送端以某一速率在一定的起止时间内发送数据，接收端也必须以同一速率在相同的起止时间内接收数据。常用的同步方式有两种：异步方式和同步方式。(1)异步方式。图2-5(a)、(b)分别给出5位字符和8位字符的异步方式结构。图2-5 异步方式字符结构(2)同步方式。如图2-6所示。发送前，发送端和接收端应先约定同步字符的个数及每个同步字符的代码，以便实现接收与发送的同步。图2-6 同步传输4数据传输类型数据传输类型 1)基带传输由计算机或数字终端产生的信号是一连串的脉冲信号，它包含有直流、低频和高频等组成分量。在基带传输中，需要对数字

12、信号进行编码，即用不同电压极性或电平值代表数字信号的“0”和“1”。常见的编码方法有三种：非归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。(1)非归零编码。非归零编码(NRZ，Non-Return to Zero)如图2-7(a)所示。NRZ码规定：负电压代表“0”，正电压代表“1”。也可以有其他表示方法。(2)曼彻斯特编码。曼彻斯特(Manchester)编码是目前广泛使用的编码方法之一。它的编码规则是：每比特的时钟周期的1/2都有跳变，该跳变既可代表本地时钟，也可代表数字信号的取值；由高电位向低电位跳变代表“1”，由低电位向高电位跳变代表“0”。典型的曼彻斯特编码波形如图2-7(b)所示。曼彻

13、斯特编码的缺点是效率较低。(3)差分曼彻斯特编码。差分曼彻斯特编码的编码规则是：每比特的时钟周期的1/2都有跳变；码元值为“1”，开始处不发生跳变；码元值为“0”，开始处发生跳变。其典型波形见图2-7(c)。图2-7 数字信号三种编码的波形2)频带传输基带传输是数据通信中一种非常重要的传输形式，但是它只能在信道上原封不动地传输二进制数字信号。传统的电话通信信道是为传输语音信号而设计的，它只适用于传输音频范围为3003400 Hz的模拟信号，不适用于直接传输计算机的数字基带信号。为了利用电话交换网实现计算机之间的数字信号传输，必须将数字信号转换成模拟信号。为此，需要在发送端选取音频范围内的某一频

14、率的正(余)弦模拟信号作为载波，用它运载所要传输的数字信号，通过电话信道将其送至另一端；在接收端再将数字信号从载波上取出来，恢复为原来的信号波形。这种利用模拟信道实现数字信号传输的方法称为“频带传输”。在调制过程中，选用的载波信号可以表示为：y=A(t)cos(t+)其中，振幅A、角频率、相位是载波信号的三个电参量，它们是正弦波的控制参数，称为调制参数。它们的变化将对正弦载波的波形产生影响，通过改变这三个参量可以实现对模拟数据信号的编码，相应的调制方式分别为幅度调制、频率调制和相位调制。(1)幅度调制。幅度调制又称为“振幅键控”(ASK，Amplitude-Shift Keying)。在幅度调

15、制中，频率和相位都是常数，振幅为变量，即载波的幅度随发送的信号而变化，表示为图2-8(a)是具有0、1两个幅度值的调幅波形(二元制调幅波)，具有一定幅度的载波信号表示“1”，幅度等于0的载波信号表示“0”。为提高传输速度，可采用多幅度调制，即调制电平有4个、8个或更多。nAAAtAtt,)()()(2100(2)频率调制。频率调制又称移频键控(FSK，Frequency-Shift Keying)。在频率调制中，振幅和相位为常量，频率为变量，表示为在二元制中，数字信号“0”和“1”分别用两种不同频率的波形表示，如图2-8(b)所示，“1”调制为频率为1的波，“0”调制为频率为2的波。nttAt

16、A,)()()(2100图2-8 三种调制方式的波形(3)相位调制。相位调制又称移相键控(PSK，Phase-Shift Keying)。在相位调制中，振幅、频率为常量，相位为变量，其函数表达式为在二元制情况下，信号“0”和“1”分别用不同相位的波形表示，如图2-8(c)所示。相位调制又分绝对相位调制和相对相位调制两种。nttAtA,)()()(2100绝对相位调制中，数字“0”和“1”的载波信号起始相位不同，即=0代表数字“1”=180代表数字“0”，反之也成立。在多相制中，相位有多种变化。如在四相制中，相位角有四种变化：=0，90，180，360，它们分别代表数字00、01、10、11。相

17、对相位调制中，传送数字“1”时，相邻两波形相位不变；传送数字“0”时，相邻两载波相位变化为180。相位调制占用频带较窄，抗干扰性能好，实际应用中常使用这种方式。5多路复用技术多路复用技术在数据传输时，为了高效合理地利用资源，通常采用多路复用技术，使多路数据信号共同使用一条线路进行传输，如图2-9所示。图2-9 多路复用技术多路复用技术通常分为频分多路复用技术FDM、时分多路复用技术TDM(同步时分复用技术和异步时分复用技术)、波分多路复用技术WDM和码分多路复用技术CDMA等，其中频分多路复用技术在早期电话系统和无线电模拟通信中用得较多；在数据通信和计算机网络通信中使用时分多路复用技术；随着光

18、纤技术在数据通信中的应用，光纤通道采用了波分多路复用技术；码分多路复用技术常称为码分多址CDMA技术，多使用在手机等移动通信中。(1)频分多路复用技术(FDM)。频分多路复用技术是一种按频率来划分信道的复用方式。采用FDM时，将信道按频率划分为多个子信道，每个信道可以传送一路信号，频分复用原理如图2-10所示。图2-10 频分复用原理(2)同步时分复用技术(STDM)。同步时分复用技术采用固定时隙分配方式，即将传输时间按特定长度连续地划分成特定时间段(称为帧)，再将每一帧划分成固定长度的多个时隙(时间片)。各时隙以固定的方式分配给各路数字信号(如图2-11所示)，即将这些时隙分配给固定的用户终

19、端，并且周期地重复分配每一帧。图2-11 同步时分复用技术(3)异步时分复用技术(ATDM)。异步时分复用技术又被称为统计时分复用或智能时分复用(ITDM)技术，它能动态地按需分配时隙，避免每帧中出现空闲时隙。2.1.3 数据差错检测与控制数据差错检测与控制1差错的检测差错的检测数据在通信线路上传输时，由于传输线路上的噪声或其他干扰信号的影响，往往使发送端发送的数据不能正确地被接收端接收，这就产生了差错。差错可用误码率Pe来度量：接收的总码元数错误接收的码元数eP可采用如下两种方法来降低误码率，提高传输质量：(1)选择好的通信线路，即改善通信线路的电气性能，使误差的出现概率降低到系统要求的水平

20、。(2)在通信线路上，设法检查错误，采取措施对错误进行差错控制，即在数据传输时，采取一定的方法发现并纠正错误。2抗干扰编码的控制方式抗干扰编码的控制方式(1)反馈重发纠错。反馈重发纠错简称ARQ，其工作原理是：由发送端发出能够检测出错误的码检错码，接收端按该码的编码规则判断传输中有无差错；若有差错，通过反馈信道把判定结果告诉发送端，发送端重发该信息，直至接收端接收正确为止。当干扰频繁出现时，发送端重发的次数也就随之增加。多次重发某一信息会使传送信息的连贯性差，但由于该方式只要求发送端发送检错码，接收端检查有无错误，无需纠正错误，因此设备简单。(2)前向纠错。前向纠错简称FEC，其工作原理是：由

21、发送端送出纠错码，接收端通过接收译码器不仅可发现错误，而且能自动纠正错误。该方式不需反馈信道就可实现一个对多个用户的通信，但译码设备比较复杂，且因所选用的纠错码与信道干扰情况有关，某些情况下，为了纠正差错，要求附加的冗余码较多，故传输效率较低。3几种冗余校验方法几种冗余校验方法(1)垂直冗余校验。垂直冗余校验是以字符为单位的校验方法。一个字符由8位组成，其中低7位是信息码，最高位是冗余校验位。校验位可以使每个字符代码中“1”的个数为奇数或为偶数。若字符代码中“1”的个数为奇数，称奇校验；“1”的个数为偶数，称偶校验。例如，一个字符的7位代码为1010110，有4个“1”(偶数个)，若为奇校验，

22、则校验位为1，即整个字符为11010110，如下图所示。同理，若为偶校验，则校验位应为0，即整个字符为01010110。垂直冗余校验能发现传输中任意奇数个错误，但不能发现偶数个错误。(2)水平冗余校验。水平冗余校验把数个字符组成一组，对一组字符的同一位(水平方向)进行奇或偶校验，得到一列校验码。发送时，一个接一个地发送字符，最后发送一列校验码。如：一组字符包括5个字符，如表2-1所示，每个字符的信息代码是7位，传送时先顺序传送0、1、2、3、4的b1b7位，最后传送校验码，假设水平校验采用偶校验。水平冗余校验能发现长度小于字符位数(现在为7位)的突发性错误。表表2-1 水平冗余校验水平冗余校验

23、(3)水平垂直冗余校验。同时进行水平和垂直冗余校验就得到水平垂直冗余校验。具体地说，就是对表2-1中的5个字符均再增加一位校验位b8。如表2-2所示，b8是垂直校验位，每行的最右一位是水平校验位，它们可以是奇校验或偶校验。表2-2均是偶校验。水平垂直校验码也称方阵码，这种码有较强的检错能力，它不但能发现所有一位、二位或三位的错误，而且能发现某一行或某一列上的所有奇数个错误。方阵码广泛应用于计算机网络通信及计算机的某些外部设备中。表表2-2 水平垂直冗余校验水平垂直冗余校验(4)循环冗余校验。循环冗余校验码的纠错能力与校验码的位数有关，校验码位数越多，检错能力就越强。此外，产生循环冗余校验码的规

24、则也影响检错能力，这里不再多阐述。校验多项式g(x)有以下几种：CRC-16=x16+x15+x2+1CRC-CCITT=x16+x12+x5+1CRC-32=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1最精确和最常用的差错控制技术是循环冗余校验，即CRC校验。这是一种较为复杂的校验方法，它将要发送的二进制数据(比特序列)当作一个多项式F(x)的系数。在发送端，用收发双方预先约定的生成多项式G(x)去除F(x)，求得一个余数多项式R(x)；将此余数多项式加到F(x)数据多项式之后，发送到接收端。在接收端，用同样的G(x)生成多项式去除接收

25、到的比特序列，若能被其整除，则表示传输无误；反之，表示传输有误，通知发送端重发数据，直至传输正确为止。下面举例说明生成CRC校验码的过程，并写出实际传输的比特序列。条件：CRC校验的生成多项式为：G(x)=x4+x+1，相应的比特序列为“10011”，其最高项指数为4，故k=4。要发送的二进制信息多项式为：F(x)=x4+x+1，相应的比特序列为“10110”，r=4。根据上述步骤进行模二除法，用G(x)去除xkF(x)，计算过程如图2-12所示。xkF(x)的比特序列为：10110 0000。接收验证：假定接收到的数据为：101101111。验证计算：如图2-13所示。验证结果为“0”，表示

26、传输正确。图2-12 CRC校验码的计算 图2-13 CRC校验码的接收验证 2.2 网络通信接口网络通信接口 2.2.1 RS-232接口标准接口标准RS-232是美国电子工业协会(EIA，Electronic Industries Association)1962年制定的著名物理层标准，其中RS(Recommended Standard)表示推荐标准，232是一个编号；1969年修订为RS-232-C，C表示第三个修订版本；1987年1月，修订为EIA-232-D标准；1991年又修订为EIA-232-E标准。由于修改的内容不多，故现在人们仍旧使用RS-232这一名称。图2-14为RS-2

27、32串口标准的典型应用。图2-14 RS-232串口标准的典型应用1RS-232的电气特性的电气特性RS-232采用负逻辑，属于不平衡型电气特性(所有电路共用一个公共地)。2RS-232的机械特性的机械特性RS-232用的接插件是25pin(引脚)的D型接插件，以其接头的不同(针或孔)分为DB-25P(公)与DB-25S(母)，引脚分为上、下两排，分别有13和12根引脚，如图2-15所示，引脚编号分别规定为113和1425，都是从左到右排列的(引脚指向人时)。图2-15 RS-232用的25 pin接插件针对PC机的特殊用途(如鼠标接口等)，RS-232也提供了9 pin的接插件，以便于连接。

28、9 pin接口省略了部分插针功能。在PC机中，9 pin接口一般设定为COM1，而25 pin接口多设定为COM2。RS-232的插针定义规定了什么电路应当连接到25根引脚中的哪一根及该引脚的作用。图2-16描述了常用的10根引脚的作用，括号中的数字为引脚的编号。图中引脚(7)为信号地，引脚(2)和引脚(3)分别是发送数据线和接收数据线(数据发送和接收都是针对DTE而言的)。把图2-16中的保护地(引脚(1)去掉，就变成了9 pin接口。图2-16 RS-232引脚定义3RS-232互连方式互连方式图2-17中给出在某些应用场合，比如近在同一机房内的两台计算机或终端间相互通信、交换数据时所使用

29、的“空Modem”接法，该接法省去了通信双方的Modem(DCE)，仍用RS-232C连接方式。这种接法对DTE是透明的。6号线“DCE就绪”和22号线“振铃指示”与对方DTE的20号线“DTE就绪”相连，当“DTE就绪”出现时，另一方即振铃，表示有呼叫进来，此时“DTE就绪”也产生。因此，只要双方DTE准备好，就同时给双方产生DCE准备好信号。由于4号线“请求发送”和5号线“允许发送”接在一起，因此只要有请求就允许发送，对方8号线就收到信号，这种连接可实现全双工通信。在图2-17中，若把通信双方端的4、5、8号线相连；6、20号线相连；22号线悬空，则连接就更简单了。图2-17 计算机与终端

30、直接连接4RS-232的通信过程的通信过程现以终端通过Modem及电话线与远程计算机中心主机以半双工方式通信为例说明RS-232通信过程。参看图2-17，设终端先向远程主机发送数据，具体过程如下：首先，当终端接至线路上时，20号线(DTE就绪)为高电平(通状态)，表示通知Modem(DCE)要求与线路接通，Modem响应，通过6号线(DCE就绪)发信号，以高电平回答，表示Modem(DCE)已准备好，同时向远程Modem(远程DCE)发载波。以上属于数据通信连接建立阶段。接下来，若终端想发送数据，就使4号线(请求发送)处于通状态，表示请求发送，并向对方发送载波。与终端连接的Modem收到发送请

31、求，用5号线(允许发送)响应，使其接通，表示准备好发送，此时终端就可通过2号线(发送数据)发送数据。与此同时，对方Modem(远程DCE)收到载波后通过8号线(载波检测)向主机(远程DTE)发信号，表示已检测到接收数据载波，准备接收数据，并经3号线(接收数据)接收数据。以上属于数据通信阶段。最后，当数据发送完毕后，4号线变成低电平(断开状态)，5号线也随之降低，恢复成原始状态，数据通信连接断开。RS-232只适于短距离，一般规定DTE与本地DCE设备的连接电缆不超过15 m，即通过虚Modem时，两端的DTE连接线总长不能超过30 m。2.2.2 其他计算机接口标准其他计算机接口标准RS-23

32、2接口标准有较大的弱点：通信速度较慢(20 kb/s)，DTE与本地DCE设备的连接电缆短(15 m)，需提供额外电压。因此，出现了RS-449、RS-422A、RS-423A等改良的接口标准。2.2.3 调制解调器调制解调器调制解调器的英文是Modem，它的作用是模拟信号和数字信号的“翻译员”。电子信号分两种，一种是“模拟信号”，一种是“数字信号”。使用的电话线路传输的是模拟信号，而PC机之间传输的是数字信号。所以通过电话线把自己的电脑连入Internet时，就必须使用调制解调器来“翻译”两种不同的信号。连入Internet后，当PC机向Internet发送信息时，由于电话线传输的是模拟信号

33、，所以必须要用调制解调器来把数字信号“翻译”成模拟信号，才能传送到Internet上，这个过程叫做“调制”。当PC机从Internet获取信息时，由于通过电话线从Internet传来的信息都是模拟信号，所以PC机想要看，还必须借助调制解调器这个“翻译”，这个过程叫做“解调”。1.ADSL调制解调设备调制解调设备ADSL调制解调设备多采用以下三种线路编码技术：无载波幅度相位调制(CAP，Carrier less Amplitude/phase Modulation)，离散多音复用(DMT，Discrete Multitone)以及离散小波多音复用(DWMT，Discrete Wavelet Mu

34、ltitone)。其中CAP的基础是正交幅度调制(QAM)，在CAP中，数据被调制到单一载波之上；而在DMT中，数据被调制到多个载波之上，每个载波上的数据都使用QAM进行调制。DMT中使用大家熟知的快速傅里叶变换算法进行数字信号处理，而在DWMT中，则用近年来新兴的小波变换算法代替快速傅里叶变换。2.路由路由ADSL Modem组网共享组网共享通常情况下，一条ADSL线路只能支持一台电脑上网，但使用了组网设备之后，可以实现一条ADSL线路支持多台电脑共享上网。一般来说，实现ADSL共享组网的设备有ADSL Modem、宽带路由器和交换机。带路由功能的ADSL Modem接入如图2-18所示。图

35、2-18 带路由功能的ADSL Modem接入连接组网时，带有路由功能的ADSL Modem一端连接电话线，另一端连交换机就可以了。目前带路由功能的ADSL Modem就可以实现NAT、VPN等功能。它具有10Base-T接口和ATM-25接口，计算机需要配备一块网卡与它相连，也可直接连在用户局域网上。此外，它可以支持以下上网方式：IP Router(每台计算机配外部IP地址)、IPoA+NAT(占用一两个外部IP地址，其余计算机配固定内部IP)。ADSL Modem+宽带路由器接入如图2-19所示。图2-19 ADSL Modem+宽带路由器接入连接2.3 异构系统的连接异构系统的连接在计算

36、机通信领域中也会遇到这样的问题：计算机网络是由许多像Apple机、IBM PC机等多种多样的计算机和各类终端通过通信线路连接起来的复合系统。为了使异种机、异种网络之间能相互通信，需要一个国际范围内的标准。计算机网络标准化所遇到的首要问题是系统的互连，它不仅涉及基本的数据传输，还涉及网络的应用和有关的服务。图2-20 外交官问题2.4 网络体系与层次结构网络体系与层次结构2.4.1 协议分层协议分层1网络协议网络协议计算机网络中不同系统的两实体间只有在通信的基础上，才有可能相互交换信息，共享网络资源。两实体间若要能通信，就必须能够相互理解，共同遵守有关实体的某种互相都能接受的规则，我们把这些规则

37、的集合称为协议。一个网络协议主要由以下三个要素组成：(1)语法，即数据与控制信息的结构或格式。(2)语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答。(3)同步，即实体通信实现顺序的详细说明。2协议分层协议分层前文所述“外交官”问题的层次结构如图2-21所示。为简化问题、减少协议设计的复杂性，大多数网络都采用类似于“外交官”问题的层次结构，按层或级的方式来组织网络，因此协议也是分层次的，每一层都建立在其下层之上，每一层的目的都是为上层提供一定的服务，并对上层屏蔽服务实现的细节；各层协议互相协作，构成一个整体，常称之为协议簇(Protocol Family)或协议套(Protocol

38、Suite)。不同系统中的相同层实体叫对等实体(Peers)。对等实体间通信须遵守同层协议。一台机器上的n层实体与另一台机器上n层实体间通信所使用的协议，称为第n层协议。实际上，数据并不是在两个对等实体间直接传送时的，而是由发送方实体将数据逐次传递给它的下一层，直至最下层，通过物理介质实现实际通信，到达接收方；由接收方最下层逐层向上传递，直至对等实体，完成对等实体间的通信。因此，有必要区分虚拟通信和实际通信，图2-22有助于理解这个问题。其中，实线表示实际通信路径，虚线表示虚拟通信路径。图2-22 协议层次结构每一对相邻层之间有一个预先定义的界面，称之为接口，接口定义了原语操作和下层向上层提供

39、的服务。如果网络中每一层都有一个定义明确的功能集合，相邻层之间有一个定义清晰的接口，就能尽量减少必须在相邻层间传递的信息的数量。同时，修改本层的功能也不会影响到其他层。也就是说，只要能向上层提供完全相同的服务集合，改变下层功能的实现方式并不影响上层。这为新通信技术和通信材料的使用提供了方便(如用卫星信道代替现用的电话线)。3各层设计问题各层设计问题在计算机网络的设计中，有些问题显得很关键，是各层或大多数层都需要解决的。简述其中一些问题：(1)每一层都必须有一个建立连接和拆除连接的机制，以便网络中欲进行通信的两个进程之间能彼此定位。(2)由于物理通道和各层的数据传输通常不完全可靠，因此，差错控制

40、是另外一个重要问题。(3)为避免高速发送方发送数据过快致使低速接收方难以应付而丢失数据，甚至引起网络死锁，必须进行数据流量的控制。(4)需确定数据传输的方式是单工通信、双工通信，还是半双工通信。(5)当源端与目标端间存在多条通路时，必须从中选择一条合适的路径。(6)当网络中分组很多时，就可能发生拥挤或阻塞现象，必须对网络实行拥塞控制。无论哪一层都不可能接收任意长的信息，因此需要对信息进行分割、封装、传送与重组。(7)任何一层都可采用多路复用技术，以降低成本，提高效率。2.4.2 服务与协议服务与协议1服务类型服务类型在计算机网络协议的层次结构中，层与层之间具有服务与被服务的单向依赖关系，下层向

41、上层提供服务，而上层则调用下层的服务。因此，可称任意相邻两层的下层为服务提供者，上层为服务调用者。下层为上层提供的服务可分为两类：面向连接的服务(Connection-oriented Service)和无连接服务(Connectionless Service)。面向连接的服务类似电话系统的服务模式。无连接服务类似邮政系统的服务模式。用可靠性这一指标来衡量不同服务类型的质量和特性。可靠性一般通过确认重传机制来实现。多数面向连接的服务都支持确认重传机制，因此是可靠的。多数无连接服务不支持确认重传机制，因此多数无连接服务可靠性不高。2服务原语服务原语相邻层之间通过一组服务原语(Service Pr

42、imitive)建立相互作用，完成服务与被服务的过程。服务原语可划分为四类，分别是请求(Request)、指示(Indication)、响应(Response)和确认(Confirm)。由不同层发出的每条原语完成各自确定的功能，参见表2-3。表表2-3 四类服务原语四类服务原语3服务与协议服务与协议 服务和协议是两个不同的概念。服务描述两层之间的接口，定义了该层能够代表它的调用者所完成的操作。下层是服务提供者，上层是服务调用者。它们之间通过一组服务原语完成服务过程，但并不涉及如何实现操作的细节。2.5 网络中的数据交换技术网络中的数据交换技术 1线路交换线路交换线路交换技术又称为电路交换技术，

43、其工作特点为：在线路交换和转接过程中，通信的双方首先必须通过网络节点建立起专用的通信信道，然后，双方使用这条端到端的线路进行数据传输。电话通信系统就是这种工作方式。其通信过程可以分为电路建立、数据传输和拆除电路连接三个阶段。线路交换技术的优点是：传输延迟小，惟一的延迟是电磁信号的传播时间；线路一旦接通，不会发生冲突；对于占用信道的用户来说，数据以固定的速率进行传输，可靠性和实时响应能力都很好。其缺点是：电路交换时建立线路所需时间较长；系统消耗费用高，利用率低；线路交换方式达不到计算机通信系统要求的指标；很难适应具有不同类型、规格、速率和编码格式的计算机之间，或计算机与计算机终端之间的通信。线路

44、交换技术适用于高负荷的持续通信和实时性要求高的场合，尤其适用于会话式通信、语音、图像等交互式类通信。2存储转发交换存储转发交换存储转发交换方式与线路交换方式的区别：拟发送的数据与目的地址、源地址、控制信息等一起，按照一定的格式组成一个数据单元(报文或报文分组)进入通信子网。作为通信子网节点的通信控制处理机(CCP)负责完成数据单元的接收、存储、差错校验、路径选择和转发工作。存储转发交换方式的应用特点：CCP具有存储功能。CCP具有路径选择功能。CCP具有差错检查和纠错功能。通过CCP可以进行不同线路之间的不同通信速率的转换，还可以进行不同数据格式之间的变换。图2-23 报文交换图2-24 分组

45、交换分组交换在实际应用中有两种类型：数据报(Datagram)方式和虚电路(Virtual Circuit)方式。前者是面向无连接不可靠的数据传输，后者是面向连接可靠的数据传输。报文交换的特点是：整个报文作为一个整体一起发送，在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为存储-转发。报文交换方式的缺点如下：报文大小不一，造成缓冲区管理复杂；大报文造成存储转发的延时过长；出错后整个报文全部重发。分组交换(包交换)的特点是：将报文划分为若干个大小相等的分组(Packet)进行存储转发。分组交换方式的优点如下：存储量要求较小，可以用

46、内存来缓冲分组，速度快；转发延时小，适用于交互式通信；某个分组出错仅重发该分组，效率高；各分组可通过不同路径传输，可靠性高；数据传输前不需要建立一条端到端的通路；有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。三种交换方式的事件顺序的区别如图2-25所示。图2-25 三种交换方式的区别2.6 计算机网络的传输介质计算机网络的传输介质2.6.1 同轴电缆同轴电缆同轴电缆最里面为单股实芯导线或多股绞合线导线，用绝缘材料封包，再用金属丝绝缘层覆盖，最外边是塑料外套，如图2-26所示。有屏蔽层，所以抗干扰能力强。图2-26 同轴电缆阻抗为75 的同轴电缆传输模拟信号，可用于闭路电视；阻抗为50 的同轴电缆传

47、输数字信号，用于计算机网络。同轴电缆又分为粗缆和细缆，细缆价格低、易安装，传输距离短，是组建廉价网的材料，粗缆和细缆的比较如表2-4所示。表表2-4 同轴电缆网络比较同轴电缆网络比较 细同轴电缆以太网需要的网络配件：网卡、细同轴电缆、BNC连接器(桶型BNC连接器)、BNC T型接头、中继器、终端匹配器(终结器、终结头)，一般采用总线结构，如图2-27所示。图2-27 细同轴电缆网络结构粗同轴电缆以太网需要的网络配件：网卡、粗同轴电缆、收发器(细缆的在网卡上，粗缆的在网络干线上)、收发器电缆、N系列连接器(类似BNC连接器)、N系列终端匹配器(类似细缆的终结器)、中继器，一般也采用总线结构，如

48、图2-28所示。图2-28 粗同轴电缆网络结构2.6.2 双绞线双绞线双绞线是一种相当普及的有线介质，它是以螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成的，两根线扭在一起是为了减少相互间的幅射电磁干扰。在电话通信中就可以看到双绞线作为传输介质，双绞线如图2-29所示，既可以用于模拟信号的传输，也可用于数字信号的传输，具体使用的规格有所差别，网络上使用的主要是5类双绞线。图2-29 双绞线组建双绞线以太网所需的基本硬件设备：网卡：使用的网卡应符合10Base-T标准，带有RJ-45接口。集线器(HUB)：可根据需要选择HUB的端口数。一般而言，所选HUB的端口数应有一定的富余。这样，一旦某一端口出了问题，还

49、可以接在其他端口上继续使用。另外，将来如果需要增加少量工作站时，也不需要增加设备。如果还要与同轴电缆或光缆连接，则应选带有AUI端口HUB。如要接入13个工作站，应选择16口HUB。工作站占用13个端口，服务器占一个端口，空2个备用。双绞线：一般用5类双绞线，常用UTP-5(非屏蔽5类双绞线)。RJ-45插头：双绞线的两端要安装RJ-45插头。RJ-45插头是带有一个塑料弹性卡的方型插头，俗称水晶头，类似于电话插头RJ-11，但RJ-11是4芯，而RJ-45是8芯。引脚(金属片)，用来连接网线和各种设备。网卡上的RJ-45插座共有8个引脚，只使用1、2、3、6号。网线上的RJ-45插头及HUB

50、上也有引脚。网线：施工中不可能买到现成的适当长度的、带水晶头的网线。所以要自己做。用压线钳将非屏蔽双绞线与RJ-45引脚连接。不同的接线标准线序不同，如EIA/TIA568B的线序为：白桔、桔、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕；而EIA/TIA568A的线序为：白绿、绿、白桔、蓝、白蓝、桔、白棕、棕。2.6.3 光纤光纤 光纤是光导纤维的简称，它由能传导光波的石英玻璃纤维外加保护层构成。相对于金属导线来说重量轻，体积小(细)，如图2-30所示。光纤传输具有传输频带宽、容量大、速率高、衰减小、抗干扰、保密性好、传输距离长的特点。由于价格相对较为昂贵，光纤一般用于主干网络。近年来，随着光纤价格的不断下