第 2章 计算机网络基础知识学习要点：
数据的传输方式
计算机网络的体系结构
网络传输介质的特性
计算机网络的拓扑结构第 2章 计算机网络基础知识
2.1 数据通信基础
2.2 数据交换
2.3 计算机网络的体系结构
2.4 数据的传输媒体
2.5 网络的拓扑结构退出
2.6 网络互连设备
2.1 数据通信基础
2.1.1 数据通信的基本概念
2.1.2 模拟数据与数字数据的传输形
2.1.3 数据传输中的检错与纠错
2.1.4 多路复用返回
2.1.1 数据通信的基本概念数据数据是定义为有意义的实体,是表征事物的形式,例如文字,声音和图像等 。 数据可分为模拟数据和数字数据两类 。 模拟数据是指在某个区间连续变化的物理量,例如声音的大小和温度的变化等 。 数字数据是指离散的不连续的量,例如文本信息和整数 。
信号信号是数据的电磁或电子编码 。 信号在通信系统中可分为模拟信号和数字信号 。 其中模拟信号是指一种连续变化的电信号,例如：电话线上传送的按照话音强弱幅度连续变化的电波信号 。 数字信号是指一种离散变化的电信号,例如计算机产生的电信号就是,0”和,1”的电压脉冲序列串 。
信道信道是用来表示向某一个方向传送信息的媒体 。 一般来说,一条通信线路至少包含两条信道,一条用于发送的信道和一条用于接收的信道 。
和信号的分类相似,信道也可分为适合传送模拟信号的模拟信道和适合传送数字信号的数字信道两大类 。
2.1.2 模拟数据与数字数据的传输形式典型的例子是话音信号在普通的电话系统中传输 。 一般人的语音频率范围是 300— 3400Hz,为了进行传输,在线路上给它分配一定的带宽,国际标准取 4KHz为一个标准话路所占用的频带宽度 。 在这个传输过程中：语音信号以 300— 3400Hz频率输入,发送方的电话机把这个语音信号转变成模拟信号,这个模拟信号经过一个频分多路复用器进行变化,使得线路上可以同时传输多路模拟信号,当到达接收端以后再经过一个解频的过程把它恢复到原来的频率范围的模拟信号,再由接收方电话机把模拟信号转换成声音信号 。
1．模拟数据在模拟信道上传输
2．数字数据在模拟信道上传输计算机和终端设备都是数字设备，它们只能接收和发送数字数据，而电话系统只能传输模拟信号，所以这个数字数据要进入到模拟信道以前要有一个变换器进行数字信号到模拟信号的转换，以便它能在模拟信道上传输，这样的一个变换过程叫调制（注意：这个调制过程并不改变数据的内容，
仅是把数据的表示形式进行了改变）。这个变换器又叫做调制器。而当调制后的模拟信号传到接收端以后，在接收端也有一个变换器再对这个信号进行反变换，即又把它变回数字信号，这样的一个变换过程叫解调。这个变换器又叫解调器。
由于计算机和终端设备之间的数据通信一般是双向的，因此在数据通信的双方既有用于发送信号的调制器又有用于接收信号的解调器，所以把这两个设备合在一起形成我们通常所说的调制解调器（ Modem）。调制解调器就是使用一条标准话路（ 3.1kHz的标准话路带宽）提供全双工的数字信道。
调制解调器最基本的调制方法有以下几种（在图 2-1中给出了这几种波形传输数据的波形的示意图）：
（ 1） 调幅 （ AM） 即载波的振幅随基带数字信号而变化 。 例如,0对应于无载波输出,而 1对应于有载波输出 。
（ 2） 调频 （ FM） 即载波的频率随基带数字信号而变化 。 例如,0对应于频率 f1,而 1对应于频率 f2。
（ 3） 调相 （ PM） 即载波的初始相位随基带数字信号而变化 。 例如,0对应于相位 0度,而 1对应于 180度 。
3,模拟数据在数字信道上传输用数字信道传输模拟数据时,需要对模拟数据进行脉冲编码调制 （ PCM） 。 PCM最初并不是为传送计算机数据所设计的,它的目的是为了能使电话局之间的一条中继线不只传送一路电话而是可以同时传送几十路电话所设计的 。 PCM是将模拟电话信号转变为数字信号,所以首先要对电话信号进行取样 。 根据取样定理,只要取样频率不低于电话信号最高频率的 2倍,就可以从取样的脉冲信号中无失真地恢复出原来的电话信号 。 标准的电话信号的最高频率为 3.4KHz,为方便起见,取最高频率为 4KHz,那么取样频率就是 8KHz,相当于取样周期为 125μs,即每秒钟采样 8000次 。 下一步是进行编码 。
在我国使用的 PCM体制中,电话信号是采用 8bit编码,也就是说,将取样后的模拟电话信号量化为 256个不同等级中的一个 。
4,数字数据在数字信道上传输这种方式最典型的例子是在两个装有 Windows 98操作系统的计算机上,利用 Windows 98中自带的,直接电缆连接,功能把两个计算机通过串行口或并行口直接相连 。 在这种情况下通信的双方发出的数据和接收的数据以及在信道上所传输的全部都是数字信号 。
对于数字数据在数字信道上传输来说,最普遍而且最容易的办法是用两个不同的电压电平来表示两个二进制数字 。 例如,无电压 （ 也就是无电流 ） 常用来表示 0,而恒定的正电压用来表示 1。 另外,使用负电压 （ 低 ）
表示 0,使用正电压 （ 高 ） 表示 1也是很普遍的 。 后一种技术称为不归零制
NRZ（ Non— Return to Zero） 。
使用这种不归零制 NRZ信号的最大问题就是难以确定一位的结束和另一位的开始,并且当出现一长串连续的 1或连续的 0时,在接收端无法从收到的比特流中提取位同步信号 。 曼彻斯特编码则可解决这一问题 。 它的编码方法是将每个码元再分成两个相等的间隔,码元 1是由高至低电平转换,
即其前半个码元的电平为高电平,后半个码元的电平为低电平 。 码元 0则正好相反,从低电平到高电平的变换,即其前半个码元的电平为低电平,
后半个码元的电平为高电平 。 这种编码的好处是可以保证在每一个码元的正中间出现一次电平的转换,即这个位中间跳变提供了时钟定时,这对接收端提取同步信号是非常有利的 。 但是从曼彻斯特编码的波形图不难看出其缺点,就是它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍 。
曼彻斯特编码还有一个变种叫做差分曼彻斯特编码,这种差分曼彻斯特编码与上面讲的曼彻斯特编码有着共同的特点,即在每一个码元的正中间有一次电平的变换,这种编码在表示码元 1时,其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样 （ 见图中的实心箭头 ） ；但若码元为 0，
则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反 （ 见图 ） 中的空心箭头 ）,即用每位开始时有无电平的跳变来表示 0（ 1） 的编码 。 不论码元是 1或 0,在每个码元的正中间的时刻,一定要有一次电平的转换 。
差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术,但可以获得较好的抗干扰性能 。
2.1.3 数据传输中的检错与纠错纠错码是指在发送每一组信息时发送足够的附加位,接收端通过这些附加位在接收译码器的控制下不仅可以发现错误,而且还能自动地纠正错误 。 如果采用这种编码,传输系统中不需反馈信道就可以实现一个对多个用户的通信,但译码器设备比较复杂,
且因所选用的纠错码与信道干扰情况有关 。 某些情况为了纠正差错,要求附加的冗余码较多,这将会降低传输的效率 。 现在比较常见的纠错编码有：海明纠错码,正反纠错码等 。
1．纠错码
2,检错码检错码是指在发送每一组信息时发送一些附加位，接收端通过这些附加位可以对所接收的数据进行判断看其是否正确，如果存在错误，它不能纠正错误而是通过反馈信道传送一个应答帧把这个错误的结果告诉给发送端，让发送端重新发送该信息，直至接收端收到正确的数据为止。
最简单的检错码为奇偶校验 。 它是在一个二进制数据字上加上一位,
以便检测差错 。 例如,在偶校验时,要在每一个字符上增加一个附加位,
使该字符中,1”的个数为偶数 。 在奇校验时,要在每一个字符上增加一个附加位,使该字符中,1”的个数为奇数 。 接收端检测该校验位以确定是否有差错发生 。 奇偶校验并不是一种十分安全可靠的检错方法,如果有偶数个数据位在传输中同时出错,接收端无法检测出差错的数据,所以其检错概率为 50%。 对于低速传输来说,奇偶校验是一种令人满意的检错法 。 通常偶校验常用于异步传输或低速传输,而奇校验常用于同步传输 。
循环冗余校验码是基于将位串看成是系数为 0或 1的多项式,一个 k位帧可以看成是从 xk-1到 x0的 k次多项式的系数序列,这个多项式的阶数为 k-1。
高位 （ 最左边 ） 是 xk-1项系数,下一位是 xk-2的系数,以此类推 。 例如,
110001有 6位,表示成多项式是 x5+x4+x0。 它的 6个多项式系数分别是 1，
1,0,0,0,和 1。
多项式的运算法则是模 2运算。按照它的运算法则，加法不进位，减法不借位。加法和减法两者都与异或运算相同。
如果采用多项式编码的方法,发送方和接收方必须事先商定一个生成多项式 G（ x）,生成多项式的最高位和最低位必须是 1。 要计算 m位的帧
M（ x） 的校验和,生成多项式必须比该校验和的多项式短 。 基本思想是：
将校验和加在帧的末尾,使这个带校验和的帧的多项式能被 G（ x） 除尽 。
当接收方收到带有校验和的帧时,用 G(x)去除它,如果有余数,则传输出错 。
循环冗余校验（ CRC）码计算校验和的算法如下：
① 设生成多项式 G(x)为 n阶,在帧的末尾附加 n个零,使帧为 m +n 位,
则相应的多项式是 2n M(x)。
② 按模 2除法用对应于 G(x)的位串去除对应于 2n M(x)的位串 。
③ 按模 2减法从对应于 2n M(x)的位串中减去余数 。 结果就是要传送带校验和的帧,叫多项式 T(x)。
图 2-4表示帧 1101011011和 G(x)=x4+x+1的算法 。
很清楚,T(x)能被 G(x)除尽 。 在任何除法问题中,如果用被除数减去余数,则剩下的部分是肯定能够被除数除尽 。 例如,如果你用 100除以 7，
余数为 2；如果先用 100减去 2,剩下的 98就能被 7除尽 。 可以认为这种方法除了是 G(x)整数倍数据的多项式差错检测不到外,其他错误均能捕捉到,由此可看出它的检错率是非常高的 。
目前,常见的生成多项式 G(x)国际标准有以下几种：
CRC-12 G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1
CRC-16 G(x)=x16+x15+x2+1
CRC-CCITT G(x)=x16+x12+x5+1
循环冗余校验（ CRC）码循环冗余校验（ CRC）码
2.1.4 多路复用频分多路复用 FDM是利用传输介质的可用带宽超过给定信号所需的带宽这一优点 。 频分多路复用 FDM是把每个要传输的信号以不同的载波频率进行调制,而且各个载波频率是完全独立的,
即信号的带宽不会相互重叠,然后在传输介质上进行传输,这样在传输介质上就可以同时传输许多路信号 。
1．频分多路复用（ FDM）
时分多路复用 TDM正是利用了这一优点 。 利用每个信号在时间上交叉,可以在一个传输通路上传输多个数字信号,这种交叉可以是位一级的,也可以是由字节组成的块或更大量的信息 。 与频分多路复用类似,专门用于一个信号源的时间片序列被称为是一条通道时间片的一个周期 （ 每个信号源一个 ）,称之为一帧 。
时分多路复用 TDM不仅局限于传输数字信号,模拟信号也可以同时交叉传输 。 另外,对于模拟信号,时分多路复用 TDM和频分多路复用 FDM结合起来使用也是可能的 。 一个传输系统可以频分许多条通道,每条通道再用时分多路复用来细分 。
2．时分多路复用（ TDM）
2.2 数据交换
2.2.1 线路交换
2.2.3 报文分组交换
2.2.2 报文交换返回使用线路交换方式,就是通过网络中的结点在两个站之间建立一条专用的通信线路 。 从通信资源的分配角度来看,,交换,就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源 。 最普通的线路交换例子是电话系统 。 在通话之前,通过用户的呼叫 （ 即拨号 ）,如果呼叫成功,则从主叫端到被叫端就建立了一条物理通路,这样双方就能进行通话了,当通话结束后双方挂机,这时为进行通话所建立起来的物理通路就自动拆除了 。 其实,线路交换方式的通信也应包括这三种状态,即线路建立,数据传送和线路拆除 。
2.2.1 线路交换例如,假设 A站准备与 B站建立一个连接,典型的做法是：
在数据交换中,对一些实时性要求不高的信息,可以采用另一种数据交换的方法叫报文交换 。 报文交换方式传输的单位是报文,
在报文中包括要发送的正文信息和指明收发站的地址及其它控制信息 。 在这种报文交换方式中,不需要在两个站之间建立一条专用通路 。 相反,如果一个站想要发送一个报文给另一站,它只要把一个目的地址附加在报文上,然后发送整个报文即可 。 报文从发送站到接收站,中间要经过多个结点,在这每个中间结点中,都要接收整个报文,暂存这个报文,然后转发到下一个结点 。
2.2.2 报文交换例如,假设发送一个从 A站到 B站的报文。
报文分组交换是国际上计算机网络普遍采用的数据交换方式 。
报文分组交换试图综合报文交换和线路交换的优点 。 报文分组交换原理是把一个要传送的报文分成若干段,每一段都作为报文分组的数据部分,由于报文分组交换允许每个报文分组走不同的路径,所以一个完整的报文分组还必须包括地址,分组编号,校验码等传输控制信息,并按规定的格式排列每个分组 。 报文分组交换的工作方式非常象报文交换,形式上的主要差别在于：在分组交换网络中,
要限制所传输的数据单位的长度 。 典型的最大长度是 1000位到几千位 。
2.2.3 报文分组交换例如,考虑一个报文分组的传输。
2.3 计算机网络的体系结构
2.3.1 计算机网络体系结构的形成
2.3.3 TCP/IP参考模型
2.3.2 OSI的参考模型返回计算机网络是由多种计算机和各类终端通过通信线路连接起来的复合系统 。 在这个系统中,由于计算机型号不一,终端类型各异,
加之线路类型,连接方式,同步方式,通信方式的不同,给网络中各结点的通信带来许多不便 。 由于在不同计算机系统之间,真正以协同方式进行通信的任务是十分复杂的 。 为了设计这样复杂的计算机网络,早在最初的 ARPANET设计时即提出了分层的方法 。,分层,
可将庞大而复杂的问题,转化为若干较小的局部问题,而这些较小的局部总是比较易于研究和处理 。
2.3.1 计算机网络体系结构的形成
1974年，美国的 IBM公司宣布了它研制的系统网络体系结构 SNA（ System Network Architecture）。
为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织（ ISO）于 1977年成立了一个专门的机构来研究该问题。
不久，他们就提出一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型 OSI/RM
（ Open Systems Interconnection Reference Model），简称为 OSI。
OSI采用这种层次结构可以带来很多好处 。 如：
（ 1） 各层之间是独立的 。 某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的,而仅仅需要知道该层间的接口 （ 即界面 ） 所提供的服务 。 由于每一层只实现一种相对独立的功能,因而可将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题 。 这样,整个问题的复杂程度就下降了 。
（ 2） 灵活性好 。 当任何一层发生变化时 （ 例如技术的变化 ）,只要层间接口关系保持不变,则在这层以上或以下各层均不受影响 。
（ 3） 结构上可分割开 。 各层都可以采用最合适的技术来实现 。
（ 4） 易于实现和维护 。 这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理,因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统 。
（ 5） 能促进标准化工作,因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明 。
OSI开放系统互连参考模型将整个网络的通信功能划分成七个层次，每个层次完成不同的功能。这七层由低层至高层分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。
1,物理层
2.3.2 OSI的参考模型物理层传输数据的单位是比特 。 物理层不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体是什么,因为它们的种类非常多,物理层的作用是尽可能的屏蔽这些差异,对它的高层即数据链路层提供统一的服务 。 所以物理层主要关心的是在连接各种计算机的传输媒体上传输数据的比特流 。 为了达到这个目的,物理层在设计时涉及的主要问题有：
用多大的电压代表,1”或,0”,以及当发送端发出比特,1”时,在接收端如何识别出这是比特,1”而不是比特,0”
确定连接电缆材质,引线的数目及定义,电缆接头的几何尺寸,锁紧装置等
l 指出一个比特信息占用多长时间
l 采用什么样的传输方式
l 初始连接如何建立
当双方结束通信如何拆除连接 。
综上所述,物理层提供为建立,维护和拆除物理链路所需要的机械的,电气的,功能的和规程的特性 。
2,数据链路层数据链路层传输数据的单位是帧,数据帧的帧格式中包括的信息有：地址信息部分,控制信息部分,数据部分,校验信息部分 。 数据链路层的主要作用是通过数据链路层协议 （ 即链路控制规程 ）,在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输 。
数据链路层把一条有可能出差错的实际链路,转变成为让网络层向下看起来好象是一条不出差错的链路 。 为了完成这一任务,数据链路层还要解决如下一些主要问题：
（ 1） 代码透明性的问题 。 由于物理层只是接收和发送一串比特流信息而不管其是什么含义 。
（ 2） 流量控制的问题 。 在数据链路层还要控制发送方的发送速率必须使接收方来得及接收 。 当接收方来不及接收时,就必须及时地控制发送方的发送速率,即在数据链路层要解决流量控制的问题 。
3,网络层网络层传送的数据单位是报文分组或包 。 在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能要经过许多个结点和链路,也可能还要经过好几个路由器所连接的通信子网 。 网络层的任务就是要选择最佳的路由,使发送站的运输层所传下来的报文能够正确无误地按照目的地址找到目的站,并交付给目的站的运输层 。 这就是网络层的路由选择功能 。 路由选择的好坏在很大程度上决定了网络的性能,如网络吞吐量 （ 在一个特定的时间内成功发送数据包的数量 ）,平均延迟时间,资源的有效利用率等 。
路由选择是广域网和网际网中非常重要的问题,局域网则比较简单,甚至可以不需要路由选择功能 。 路由选择的定义是根据一定的原则和算法在传输通路上选出一条通向目的结点的最佳路径,一个好的路由选择应有以下特点：
信息传送所用时间最短
使网络负载均衡
通信量均匀
路由选择算法应简单易实现,不致因拓扑的变化,影响报文正常到达目的结点 。
这里要强调指出,网络层中的,网络,二字,已不是我们通常谈到的网络的概念,而是在计算机网络体系结构模型中的专用名词 。
另外在网络层还要解决拥塞控制问题 。 在计算机网络中的链路容量,交换结点中的缓冲区和处理机等,都是网络资源 。 在某段时间,若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分,网络的性能就要变坏 。 这种情况叫拥塞 。 网络层也要避免这种现象的出现 。
通常上 Internet所采用的 TCP/IP协议中的 IP（ 网际协议 ） 协议就是属于网络层 。
而登录 NOVELL服务器所必须使用的 IPX/SPX协议中的 IPX（ 网际包交换协议 ） 协议也是属于网络层 。
4,运输层
OSI（ 开放式系统互连 ） 所定义的运输层正好是七层的中间一层,是通信子网 （ 下面 3层 ） 和资源子网 （ 上面 3层 ） 的分界线,它屏蔽通信子网的不同,使高层用户感觉不到通信子网的存在 。 它完成资源子网中两结点的直接逻辑通信,实现通信子网中端到端的透明传输 。 运输层信息的传送单位是报文 。 运输层的基本功能是从会话层接收数据报文,并且在当所发送的报文较长时,在运输层先要把它分割成若干个报文分组,然后再交给它的下一层
（ 即网络层 ） 进行传输 。 另外,这一层还负责报文错误的确认和恢复,以确保信息的可靠传递 。
运输层在高层用户请求建立一条传输的虚拟连接时,通过网络层在通信子网中建立一条独立的网络连接,但如果高层用户要求比较高的吞吐量时,
运输层也可以同时建立多条网络连接来维持一条传输连接请求,这种技术叫
,分流技术,。 有时为了节省费用,对速度要求不是很高的高层用户请求,
运输层也可以将多个传输通信合用一条通信子网的网络连接 。 这种技术叫
,复用技术,。 运输层除了有以上功能和作用外,它还要处理端到端的差错控制和流量控制的问题 。
通常上互连网所采用的 TCP/IP协议中的 TCP（ 传输控制协议 ） 协议就是属于运输层 。 而登录 NOVELL服务器所必须使用的 IPX/SPX协议中的 SPX
（ 顺序包交换协议 ） 协议也是属于运输层 。
5,会话层如果不看表示层,在 OSI开放式系统互连的会话层就是用户和网络的接口,这是进程到进程之间的层次 。 会话层允许不同机器上的用户建立会话关系,目的是完成正常的数据交换,并提供了对某些应用的增强服务会话,也可被用于远程登录到分时系统或在两个机器间传递文件 。 会话层对高层提供的服务主要是,管理会话,。 一般,两个用户要进行会话,首先双方都有必须接受对方,以保证双方有权参加会话；其次是会话双方要确定通信方式,
即会话允许信息同时双向传输或任一时刻仅能单向传输,若是后者,会话层将记录此刻由哪一个用户进程来发送数据,为了保证单向传输的正确性,即在某一个时刻仅能一方发送,会话层提供了令牌管理,令牌可以在双方之间交换,只有持有令牌的一方才可以执行发送报文这样的操作 。 会话层提供的另一种服务叫,同步服务,。 综上所述,会话层的主要功能归结为：允许在不同主机上的各种进程间进行会话 。
6,表示层在计算机与计算机的用户之间进行数据交换时,并非是随机的交换数据比特流,而是交换一些有具体意义的数据信息,这些数据信息有一定的表示格式,例如表示人名用字符型数据,表示货币数量用浮点数数据等等 。 那么不同的计算机可能采用不同的编码方法来表示这些数据类型和数据结构,为让采用不同编码方法的计算机能够进行交互通信,能相互理解所交换数据的值,可以采用抽象的标准法来定义数据结构,并采用标准的编码形式 。 表示层管理这些抽象数据结构,并且在计算机内部表示和网络的标准表示法之间进行转换,也即表示层关心的是数据传送的语义和语法两个方面的内容 。 但其仅完成语法的处理,而语义的处理是由应用层来完成的 。 表示层的另一功能是数据的加密和解密,为了防止数据在通信子网中传输时敌意的窃听和篡改,发送方的表示层将要传送的报文进行加密后再传输,接收方的表示层在收到密文后,对其进行解密,把解密后还原成的原始报文传送给应用层 。 表示层所提供的功能还有文本的压缩功能,文本压缩的目的是为了把文本非常大的数据量利用压缩技术使其数据量尽可能的减小,以满足一般通信带宽的要求,提高线路利用率,从而节省经费 。 综上所述,表示层是为上层提供共同需要数据或信息语法的表示变换 。
7,应用层应用层是 OSI网络协议体系结构的最高层,是计算机网络与最终用户的界面,为网络用户之间的通信提供专用的程序 。 OSI的 7层协议从功能划分来看,下面 6层主要解决支持网络服务功能所需要的通信和表示问题,应用层则提供完成特定网络功能服务所需要的各种应用协议 。 应用层的一个主要解决是虚拟终端的问题 。 大家都知道世界上有上百种互不兼容的终端,要把它们组装成网络,即让一个厂家的主机与另一个厂家的终端通信,就不得不在主机方设计一个专用的软件包,以实现异种机,终端的连接 。 如果一个网络中有 N种不同类型的终端和 M种不同类型的主机,为实现它们之间的交互通信,要求每一台主机都得为每一种终端设计一个专用的软件包,最坏情况下,需要配置 M x N个专用的软件包,显然这种方法实现起来很困难,为此,
可采用建立一个统一的终端协议方法,使所有不同类型的终端都能通过这种终端协议与网络主机互连 。 这种终端协议就称为虚拟终端协议 。
应用层的另一个功能是文件传输协议 FTP。 计算机网络中各计算机都有自己的文件管理系统,由于各台机器的字长,字符集,编码等存在着差异,
文件的组织和数据表示又因机器而各不相同,这就给数据,文件在计算机之间的传送带来不便,有必要在全网范围内建立一个公用的文件传送规则,即文件传送协议 。 应用层还有电子邮件的功能,电子邮件系统是用电子方式代替邮局进行传递信件的系统 。 信件泛指文字,数字,语音,图形等各种信息,
利用电子手段将其由一处传递至另一处或多处 。
2.3.3 TCP/IP参考模型
TCP/IP体系共分成四个层次 。 它们分别是：网络接口层,网络层,运输层和应用层 。
1,网络接口层网络接口层与 OSI参考模型的数据链路层和物理层相对应,它不是 TCP/IP协议的一部分,但它是 TCP/IP赖以存在的与各种通信网之间的接口,所以,TCP/IP对网络接口层并没有给出具体的规定 。
2,网络层网络层有四个主要的协议：网际协议 IP,Internet控制报文协议 ICMP、
地址解析协议 APR和逆地址解析协议 RARP。 网络层的主要功能是使主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标 （ 可能经由不同的网络 ） 。
这些分组到达的顺序和发送的顺序可能不同,因此如果需要按顺序发送及接收时,高层必须对分组排序 。 这就象一个人邮寄一封信,不管他准备邮寄到哪个国家,他仅需要把信投入邮箱,这封信最终会到达目的地 。 这封信可能会经过很多的国家,每个国家可能有不同的邮件投递规则,但这对用户是透明的,用户是不必知道这些投递规则 。 另外,网络层的网际协议 IP的基本功能是：无连接的数据报传送和数据报的路由选择,即 IP协议提供主机间不可靠的,无连接数据报传送 。 互连网控制报文协议 ICMP提供的服务有：测试目的地的可达性和状态,报文不可达的目的地,数据报的流量控制,路由器路由改变请求等 。 地址转换协议 ARP的任务是查找与给定 IP地址相对应主机的网络物理地址 。 反向地址转换协议 RARP主要解决物理网络地址到 IP地址的转换 。
3,运输层
TCP/IP的运输层提供了两个主要的协议,即传输控制协议 TCP和用户数据报协议 UDP,它的功能是使源主机和目的主机的对等实体之间可以进行会话 。 其中 TCP是面向连接的协议 。 所谓连接,就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合 。 面向连接服务是在数据交换之前,必须先建立连接 。 当数据交换结束后,则应终止这个连接 。 面向连接服务具有连接建立,数据传输和连接释放这三个阶段 。 在传送数据时是按序传送的 。 用户数据协议是无连接的服务 。 在无连接服务的情况下,两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接,因此其下层的有关资源不需要事先进行预定保留 。 这些资源将在数据传输时动态地进行分配 。 无连接服务的另一特征就是它不需要通信的两个实体同时是活跃的 （ 即处于激活态 ） 。 当发送端的实体正在进行发送时,它才必须是活跃的 。 无连接服务的优点是灵活方便和比较迅速 。 但无连接服务不能防止报文的丢失,重复或失序 。 无连接服务特别适合于传送少量零星的报文 。
4,应用层在 TCP/IP体系结构中并没有 OSI的会话层和表示层,TCP/IP把它都归结到应用层 。 所以,应用 层 包 含 所有 的 高 层 协议,如 虚 拟 终端 协 议
（ TELNET）,文件传输协议 （ FTP）,简单邮件传送协议 （ SMTP） 和域名服务 （ DNS） 等等 。
2.4 数据的传输媒体
2.4.1 双绞线
2.4.2 同轴电缆
2.4.3 光纤返回
2.4.1 双绞线组建局域网络所用的双绞线是一种由 4对线 （ 即 8根线 ） 组成的,其中每根线的材质有铜线和铜包的钢线两类 。
一般来说,双绞线电缆中的 8根线是成对使用的,而且每一对都相互绞合在一起,绞合的目的是为了减少对相邻线的电磁干扰 。 双绞线分为屏蔽双绞线 （ STP） 和非屏蔽双绞线 （ UTP） 。
目前,在局域网中常用到的双绞线是非屏蔽双绞线 （ UTP）,它又分,3类,
4类,5类,超 5类,6类和 7类 。
双绞线的这 8根线的引脚定义如下：
线路线号 1 2 3 4 5 6 7 8
线路色标 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白褐 褐引脚定义 Tx+ Tx- Rx+ Rx-
在局域网,双绞线主要是用来连接计算机网卡到集线器或通过集线器之间级联口的级联,有时也可直接用于两个网卡之间的连接或不通过集线器级联口之间的级联,但它们的接线方式各有不同 。
常规双绞线接法 错线双绞线接法
2.4.2 同轴电缆同轴电缆的结构,它的中央是铜质的芯线 （ 单股的实心线或多股绞合线 ）,
铜质的芯线外包着一层绝缘层,绝缘层外是一层网状编织的金属丝作外导体屏蔽层 （ 可以是单股的 ）,屏蔽层把电线很好地包起来,再往外就是外包皮的保护塑料外层了 内导体铜芯线绝缘层 外导体屏蔽线塑料保护外层目前经常用于局域网的同轴电缆有二种：一种是专门用在符合
IEEE802.3标准以太网环境中阻抗为 50Ω的电缆,只用于数字信号发送,称为基带同轴电缆；另一种是用于频分多路复用 FDM的模拟信号发送,阻抗为 75Ω的电缆,称为宽带同轴电缆 。
2.4.3 光纤光纤是一种细小,柔韧并能传输光信号的介质,一根光缆中包含有多条光纤 。
光纤上是利用有光脉冲信号表示 1,没有光脉冲来表示 0。 光纤通信系统是由光端机,光纤 （ 光缆 ） 和光纤中继器组成 。 光端机又分成光发送机和光接收机 。 而光中继器用来延伸光纤或光缆的长度,防止光信号衰减 。 光发送机将电信号调制成光信号,利用光发送机内的光源将调制好的光波导入光纤,经光纤传送到光接收机 。 光接收机将光信号变换为电信号,经放大,均衡判决等处理后送给接收方 。
光纤和同轴电缆相似,只是没有网状屏蔽层 。 中心是光传播的玻璃芯 。 光纤分为单模光纤和多模光纤两类 （ 所谓,模,是指以一定的角度进入光纤的一束光 ） 。
光纤不仅具有通信容量非常大的特点,而且还具有其他的一些特点：
抗电磁干扰性能好；
保密性好,无串音干扰；
信号衰减小,传输距离长；
抗化学腐蚀能力强 。
正是由于光纤的数据传输率高 （ 目前已达到 1Gb/s）,传输距离远 （ 无中继传输距离达几十至上百公里 ） 的特点,所以在计算机网络布线中得到了广泛地应用 。 目前光缆主要是用于交换机之间,集线器之间的连接,但随着千兆位局域网络应用的不断普及和光纤产品及其设备价格的不断下降,光纤连接到桌面也将成为网络发展的一个趋势 。
但是光纤也存在一些缺点 。 这就是光纤的切断和将两根光纤精确地连接所需要的技术要求较高 。
2.5 网络的拓扑结构
2.5.1 星型拓扑结构
2.5.2 总线型拓扑结构
2.5.3 环型拓扑结构
2.5.4 树型拓扑
2.5.5 全互连型
2.5.6 混合型拓扑结构返回
2.5.1 星型拓扑结构星型拓扑结构是由中心结点和通过点对点链路连接到中心结点的各站点组成 。
星型拓扑结构的中心结点是主结点,它接收各分散站点的信息再转发给相应的站点 。 目前这种星型拓扑结构几乎是 Ethernet双绞线网络专用的 。 这种星型拓扑结构的中心结点是由集线器或者是交换机来承担的 。 星型拓扑结构有以下 优点,
集线器
由于每个设备都用一根线路和中心结点相连,如果这根线路损坏,或与之相连的工作站出现故障时,在星型拓扑结构中,不会对整个网络造成大的影响,而仅会影响该工作站 。
网络的扩展容易 。
控制和诊断方便 。
访问协议简单 。
星型拓扑结构也存在着一定的 缺点,
过分依赖中心结点 。
成本高 。
2.5.2 总线型拓扑结构总线型拓扑结构采用单根传输线作为传输介质,所有的站点 （ 包括工作站和文件服务器 ） 均通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或称总线上,各工作站地位平等,无中心结点控制 。
总线型拓扑结构的总线大都采用同轴电缆。总线上的信息多以基带信号型式串行传送。某个站点发送报文（把要发送的信息叫报文），其传送的方向总是从发送站点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，
又称为广播式计算机网络，在总线网络上的所有站点都能接收到这个报文，
但并不是所有的都接收，而是每个站点都会把自己的地址与这个报文的目的地址相比较,只有与这个报文的目的地址相同的工作站才会接收报文 。
在总线型拓扑结构中,由于各站点通过总线来传输信息,并且各站点对于总线的使用权是平等,因此就产生了如何合理分配信道问题,这种合理解决信道分配问题的控制方法叫 介质访问的控制方式 。 总线型拓扑结构的介质访问控制方式是叫 CSMA/CD（ 载波监听多路访问 /冲突检测 ） 。
总线型拓扑结构有以下的主要优点：
l 从硬件观点来看总线型拓扑结构可靠性高 。 因为总线型拓扑结构简单,而且又是无源元件 。
l 易于扩充,增加新的站点容易 。 如要增加新站点,仅需在总线的相应接入点将工作站接入即可 。
l 使用电缆较少,且安装容易 。
l 使用的设备相对简单,可靠性高 。
当然总线型拓扑结构也存在一些缺点：
故障隔离困难 。 在星型拓扑结构中,一旦检查出哪个站点出故障,只需简单地把连接拆除即可 。 而在总线型拓扑结构中,如果某个站点发生故障,
则需将该站点从总线上拆除,如传输介质故障,则整个这段总线要切断和变换 。
当然总线型拓扑结构也存在一些缺点：
故障诊断困难 。 由于总线拓扑的网络不是集中控制,故障检测需在网络上各个站点进行 。
故障隔离困难 。 在星型拓扑结构中,一旦检查出哪个站点出故障,只需简单地把连接拆除即可 。 而在总线型拓扑结构中,如果某个站点发生故障,则需将该站点从总线上拆除,如传输介质故障,则整个这段总线要切断和变换 。
2.5.3 环型拓扑结构环型拓扑结构是由网络中若干中继器通过点到点的链路首尾相连型成一个闭合的环 。
这种环型拓扑结构使公共使用电缆型成环型连接 。
每个中继器与两条链路相连,由于环型拓扑的数据在环路上沿着一个方向在各节点间传输,这样中继器能够接收一条链路上来的数据,并以同样的速度串行地把数据送到另一条链路上,而不在中继器中缓冲 。 每个站对环的使用权是平等的,所以它也存在着一个对于环型线路的,争用,和,冲突,的问题 。 在环路上发送和接收数据的过程大致如下：
令牌环发送报文的工作站（简称发送站）将报文分成报文分组，每个报文分组包括一段数据再加上某些控制信息，在控制信息中含有目的地址。发送站依次把每个报文分组送到环路上，然后通过其它中继器进行循环，每个中继器都对报文分组的目的地址进行判断，看其是否与本地工作站的地址相同，仅有地址相同工作站才接收该报文分组，并将分组拷贝下来，当该报文分组在环路上绕行一周重新回到发送站时，由发送站把这些分组从环路上摘除。由此可看出环路上某一结点发生故障，它将不能正常地传送信息。
环型拓扑结构有以下 优点,
路由选择控制简单 。 因为信息流是沿着固定的一个方向流动的,两个站点仅有一条通路 。
电缆长度短 。 环型拓扑所需电缆长度和总线拓扑结构相似,但比星型拓扑要短 。
适用于光纤 。 光纤传输速度高,而环型拓扑是单方向传输,十分适用于光纤这种传输介质 。
令牌环环型网络的 缺点,
结点故障引起整个网络瘫痪 。 在环路上数据传输是通过环上的每一个站点进行转发的,如果环路上的一个站点出现故障,则该站点的中继器不能进行转发,相当于环在故障结点处断掉,造成整个网络都不能进行工作 。
诊断故障困难 。 因为某一结点故障会使整个网络都不能工作,但具体确定是哪一个结点出现故障非常困难,需要对每个结点进行检测 。
2.5.4 树型拓扑树型拓扑是从总线拓扑演变过来的,形状象一棵倒置的树,顶端有一个带有分支的根,每个分支还可延伸出子分支 。
树型拓扑是一种分层的结构,适用于分级管理和控制系统 。 这种拓扑与其它拓扑的主要区别在于其根的存在 。 当下面的分支节点发送数据时,根接收该信号,然后再重新广播发送到全网 。 这种结构不需要中继器 。 与星型拓扑相比,由于通信线路总长度较短,故它的成本低,易推广,但结构较星型复杂 。
树型拓扑结构有以下的 优点,
易于扩展 。 从本质上看这种结构可以延伸出很多分支和子分支,因此新的节点和新的分支易于加入网内 。
故障隔离容易 。 如果某一分支的节点或线路发生故障,很容易将这分支和整个系统隔离开来树型拓扑的 缺点 是对根的依赖性太大,如果根发生故障,则全网不能正常工作,因此这种结构的可靠性与星型结构相似 。
集线器集线器交换机
2.5.5 全互连型网络中任意两站点间都有直接通路相连,所以任意两站点间的通信无需路由,而且有专线相连没有等待延迟故通信速度快,可靠性高 。 但是组建这样网络投资是非常巨大的,例如你在有 4个站点的全互连拓扑网络上增加一个站点,那么你就得在这个网络上增加 4根线使这 4 个站点的每一个站点都与新站点有一根线进行连接 。 由此也可看出这种全部互连型拓扑的灵活性差 。 但这种全部互连型拓扑结构适用于对可靠性有特殊要求的场合 。
2.5.6 混合型拓扑结构混合方式比较常见的有星型 /总线拓扑和星型环拓扑 。
集线器集线器 令牌环星型 /总线拓扑是想综合星型拓扑和总线拓扑的优点，它用一条或多条总线把多组设备连接起来，而这相连的每组设备本身又呈星型分布。对于星型 /总线拓扑，用户很容易配置和重新配置网络设备。
星型环拓扑试图取这两种拓扑的优点于一体。这种星型环拓扑主要用于 IEEE802.5的令牌网。从电路上看，星型环结构完全和一般的环型结构相同，只是物理走线安排成星型连接，星型环拓扑的优点：故障诊断方便而且隔离容易；网络扩展简便；电缆安装方便。
2.6 网络互连设备
2.6.1网络传输介质互连设备
2.6.2 中继器（ Repeater）
2.6.3 集线器（ HUB）
2.6.4 网桥（ Bridge）
2.6.5 路由器（ Router）
退出
2.6.6 网关（ Gateway）
2.6.7 交换机
2.6.1 网络传输介质互连设备将网络互相连接起来要使用一些中间设备 （ 或中间系统 ）,ISO的术语称之为中继 （ replay） 系统 。 根据中继系统所在的层次,可以有以下 4种中继系统：
（ 1） 物理层中继系统,即中继器 （ Repeater） 。
（ 2） 数据链路层中继系统,即网桥或桥接器 （ Bridge） 。
（ 3） 网络层中继系统,即路由器 （ Router） 。
(4) 在网络层以上的中继系统，即网关（ Gateway）。
2.6.2 中继器（ Repeater）
中继器是连接网络线路的一种装置,常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作 。 中继器是最简单的网络互连设备,主要完成物理层的功能,负责在两个节点的物理层上按位传递信息,完成信号的复制,调整和放大功能,以此来延长网络的长度 。 由于存在损耗,在线路上传输的信号功率会逐渐衰减,衰减到一定程度时将造成信号失真,因此会导致接收错误 。 中继器就是为解决这一问题而设计的 。 它完成物理线路的连接,对衰减的信号进行放大,保持与原数据相同 。
2.6.3 集线器（ HUB）
集线器是对网络进行集中管理的最小单元,像树的主干一样,它是各分枝的汇集点 。 HUB是一个共享设备,其实质是一个中继器,
而中继器的主要功能是对接收到的信号进行再生放大,以扩大网络的传输距离 。 正是因为 HUB只是一个信号放大和中转的设备,所以它不具备自动寻址能力,即不具备交换作用 。 所有传到 HUB的数据均被广播到之相连的各个端口,容易形成数据堵塞,因此有人称集线器为,傻 HUB”。
1,HUB在网络中所处的位置
2,HUB的分类
3,HUB在组网中的应用
2.6.4 网桥（ Bridge）
网桥是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁 。 网桥的作用是扩展网络和通信手段,在各种传输介质中转发数据信号,扩展网络的距离,同时又有选择地将有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质,并能有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信 。 例如把分布在两层楼上的网络分成每层一个网络段,用网桥连接 。 网桥同时起隔离作用,一个网络段上的故障不会影响另一个网络段,从而提高了网络的可靠性 。
2.6.4 网桥（ Bridge）
2,类型
（ 1） 透明网桥
（ 2） 源站选路网桥
3,特点
（ 1） 过滤和转发 （ 2） 选择性转发 （ 3） 对多端口的支持
（ 4） 帧翻译 （ 5） 帧封装
2.6.5 路由器（ Router）
路由器是工作在 ISO/OSI参考模型的网络层的设备 。 路由器是用于连接多个逻辑上分开的网络,而逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网 。 当数据从一个子网传输到另一个子网时,路由器检查网络地址并决定数据是应在本网络中传输还是应传输至其它的网络,并能选择从源网络到目的网络之间的一系列数据链路中的最佳路由 。 它还能在多网络互连环境下建立灵活的连接,可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网 。 一般说,异种网络互连或多个网络互连都应采用路由器 。
2.6.5 路由器（ Router）
路由器的功能如下：
（ 1） 网络地址的使用
（ 2） 多路径传输和路由控制
（ 3） 流量控制
（ 4） 帧的分段表 2-2 网桥与路由器的比较特性 网桥 路由器基于算法或协议选路通常不 是使用网络地址 不 是统一操作模式 是 不转发路径判定 基本的 可以很复杂多路径传输能力 有限 强路由控制能力 有限 强流量控制 没有 有帧分段 不 是分组处理速率 高 适中
2.6.6 网关（ Gateway）
在一个计算机网络中,当连接不同类型而协议差别又比较大的网络的时候,则要选用网关设备 。 网关,又叫协议转换器,可以支持不同协议之间的转换,实现不同协议网络之间的互连 。 网关的功能体现在 OSI模型的高层,
它将协议进行转换,将数据重新分组,以便在两个不同类型的网络系统之间通信 。 由于协议转换比较复杂,一般地,网关只进行一对一转换,或少数几种特定应用协议的转换,很难实现通用的协议转换 。
主要有三类网关：
（ 1） 协议网关
（ 2） 应用网关
（ 3） 安全网关
2.6.7 交换机交换技术是一个具有简化,低价,高性能和高端口密集特点的交换产品,
体现了桥接技术的复杂交换技术在 OSI参考模型的第二层操作 。 与网桥一样,
交换机按每一个包中的 MAC地址相对简单地决策信息转发 。 而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息 。 与网桥不同的是交换机转发延迟很小,操作接近单个局域网性能,远远超过了网桥之间的转发性能 。 交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整,以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题 。 现在已有以太网,快速以太网,FDDI和 ATM技术的交换产品 。 类似传统的网桥,交换机提供了许多网络互连功能 。 交换机能经济地将网络分成小的冲突网域,为每个工作站提供更高的带宽 。 协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆,中继器,集线器和工作站的网卡,不必作高层的硬件升级；交换机对工作站是透明的,这样管理开销低廉,简化了网络节点的增加,移动和网络变化的操作 。 利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息,提供了比传统网桥高得多的操作性能 。
2.6.7 交换机交换机常用的三种交换技术 。
1,端口交换
2,帧交换
3,信元交换
4 交换机的分类本章首先介绍了数据通信基础，这一部分主要使您能够清楚在计算机网络中数据是如何从一个计算机传送到另一个计算机上，以及接收方是如何能够校验所接收的数据是正确的；在明白数据通信基础之后，本章给您介绍了为完成数据通信这个复杂的任务，计算机网络采取了一种分层的方法来实现；
另外本章还介绍了，如果想构建一个计算机网络，
应如何来选择一种网络拓扑，以及针对这种拓扑结构应如何选择相应的传输介质。本章是计算机网络的一些基础知识，通过本章的学习，将为您对后续章节的学习打下一个良好的基础。
本节小结
数据的传输方式
计算机网络的体系结构
网络传输介质的特性
计算机网络的拓扑结构第 2章 计算机网络基础知识
2.1 数据通信基础
2.2 数据交换
2.3 计算机网络的体系结构
2.4 数据的传输媒体
2.5 网络的拓扑结构退出
2.6 网络互连设备
2.1 数据通信基础
2.1.1 数据通信的基本概念
2.1.2 模拟数据与数字数据的传输形
2.1.3 数据传输中的检错与纠错
2.1.4 多路复用返回
2.1.1 数据通信的基本概念数据数据是定义为有意义的实体,是表征事物的形式,例如文字,声音和图像等 。 数据可分为模拟数据和数字数据两类 。 模拟数据是指在某个区间连续变化的物理量,例如声音的大小和温度的变化等 。 数字数据是指离散的不连续的量,例如文本信息和整数 。
信号信号是数据的电磁或电子编码 。 信号在通信系统中可分为模拟信号和数字信号 。 其中模拟信号是指一种连续变化的电信号,例如：电话线上传送的按照话音强弱幅度连续变化的电波信号 。 数字信号是指一种离散变化的电信号,例如计算机产生的电信号就是,0”和,1”的电压脉冲序列串 。
信道信道是用来表示向某一个方向传送信息的媒体 。 一般来说,一条通信线路至少包含两条信道,一条用于发送的信道和一条用于接收的信道 。
和信号的分类相似,信道也可分为适合传送模拟信号的模拟信道和适合传送数字信号的数字信道两大类 。
2.1.2 模拟数据与数字数据的传输形式典型的例子是话音信号在普通的电话系统中传输 。 一般人的语音频率范围是 300— 3400Hz,为了进行传输,在线路上给它分配一定的带宽,国际标准取 4KHz为一个标准话路所占用的频带宽度 。 在这个传输过程中：语音信号以 300— 3400Hz频率输入,发送方的电话机把这个语音信号转变成模拟信号,这个模拟信号经过一个频分多路复用器进行变化,使得线路上可以同时传输多路模拟信号,当到达接收端以后再经过一个解频的过程把它恢复到原来的频率范围的模拟信号,再由接收方电话机把模拟信号转换成声音信号 。
1．模拟数据在模拟信道上传输
2．数字数据在模拟信道上传输计算机和终端设备都是数字设备，它们只能接收和发送数字数据，而电话系统只能传输模拟信号，所以这个数字数据要进入到模拟信道以前要有一个变换器进行数字信号到模拟信号的转换，以便它能在模拟信道上传输，这样的一个变换过程叫调制（注意：这个调制过程并不改变数据的内容，
仅是把数据的表示形式进行了改变）。这个变换器又叫做调制器。而当调制后的模拟信号传到接收端以后，在接收端也有一个变换器再对这个信号进行反变换，即又把它变回数字信号，这样的一个变换过程叫解调。这个变换器又叫解调器。
由于计算机和终端设备之间的数据通信一般是双向的，因此在数据通信的双方既有用于发送信号的调制器又有用于接收信号的解调器，所以把这两个设备合在一起形成我们通常所说的调制解调器（ Modem）。调制解调器就是使用一条标准话路（ 3.1kHz的标准话路带宽）提供全双工的数字信道。
调制解调器最基本的调制方法有以下几种（在图 2-1中给出了这几种波形传输数据的波形的示意图）：
（ 1） 调幅 （ AM） 即载波的振幅随基带数字信号而变化 。 例如,0对应于无载波输出,而 1对应于有载波输出 。
（ 2） 调频 （ FM） 即载波的频率随基带数字信号而变化 。 例如,0对应于频率 f1,而 1对应于频率 f2。
（ 3） 调相 （ PM） 即载波的初始相位随基带数字信号而变化 。 例如,0对应于相位 0度,而 1对应于 180度 。
3,模拟数据在数字信道上传输用数字信道传输模拟数据时,需要对模拟数据进行脉冲编码调制 （ PCM） 。 PCM最初并不是为传送计算机数据所设计的,它的目的是为了能使电话局之间的一条中继线不只传送一路电话而是可以同时传送几十路电话所设计的 。 PCM是将模拟电话信号转变为数字信号,所以首先要对电话信号进行取样 。 根据取样定理,只要取样频率不低于电话信号最高频率的 2倍,就可以从取样的脉冲信号中无失真地恢复出原来的电话信号 。 标准的电话信号的最高频率为 3.4KHz,为方便起见,取最高频率为 4KHz,那么取样频率就是 8KHz,相当于取样周期为 125μs,即每秒钟采样 8000次 。 下一步是进行编码 。
在我国使用的 PCM体制中,电话信号是采用 8bit编码,也就是说,将取样后的模拟电话信号量化为 256个不同等级中的一个 。
4,数字数据在数字信道上传输这种方式最典型的例子是在两个装有 Windows 98操作系统的计算机上,利用 Windows 98中自带的,直接电缆连接,功能把两个计算机通过串行口或并行口直接相连 。 在这种情况下通信的双方发出的数据和接收的数据以及在信道上所传输的全部都是数字信号 。
对于数字数据在数字信道上传输来说,最普遍而且最容易的办法是用两个不同的电压电平来表示两个二进制数字 。 例如,无电压 （ 也就是无电流 ） 常用来表示 0,而恒定的正电压用来表示 1。 另外,使用负电压 （ 低 ）
表示 0,使用正电压 （ 高 ） 表示 1也是很普遍的 。 后一种技术称为不归零制
NRZ（ Non— Return to Zero） 。
使用这种不归零制 NRZ信号的最大问题就是难以确定一位的结束和另一位的开始,并且当出现一长串连续的 1或连续的 0时,在接收端无法从收到的比特流中提取位同步信号 。 曼彻斯特编码则可解决这一问题 。 它的编码方法是将每个码元再分成两个相等的间隔,码元 1是由高至低电平转换,
即其前半个码元的电平为高电平,后半个码元的电平为低电平 。 码元 0则正好相反,从低电平到高电平的变换,即其前半个码元的电平为低电平,
后半个码元的电平为高电平 。 这种编码的好处是可以保证在每一个码元的正中间出现一次电平的转换,即这个位中间跳变提供了时钟定时,这对接收端提取同步信号是非常有利的 。 但是从曼彻斯特编码的波形图不难看出其缺点,就是它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍 。
曼彻斯特编码还有一个变种叫做差分曼彻斯特编码,这种差分曼彻斯特编码与上面讲的曼彻斯特编码有着共同的特点,即在每一个码元的正中间有一次电平的变换,这种编码在表示码元 1时,其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样 （ 见图中的实心箭头 ） ；但若码元为 0，
则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反 （ 见图 ） 中的空心箭头 ）,即用每位开始时有无电平的跳变来表示 0（ 1） 的编码 。 不论码元是 1或 0,在每个码元的正中间的时刻,一定要有一次电平的转换 。
差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术,但可以获得较好的抗干扰性能 。
2.1.3 数据传输中的检错与纠错纠错码是指在发送每一组信息时发送足够的附加位,接收端通过这些附加位在接收译码器的控制下不仅可以发现错误,而且还能自动地纠正错误 。 如果采用这种编码,传输系统中不需反馈信道就可以实现一个对多个用户的通信,但译码器设备比较复杂,
且因所选用的纠错码与信道干扰情况有关 。 某些情况为了纠正差错,要求附加的冗余码较多,这将会降低传输的效率 。 现在比较常见的纠错编码有：海明纠错码,正反纠错码等 。
1．纠错码
2,检错码检错码是指在发送每一组信息时发送一些附加位，接收端通过这些附加位可以对所接收的数据进行判断看其是否正确，如果存在错误，它不能纠正错误而是通过反馈信道传送一个应答帧把这个错误的结果告诉给发送端，让发送端重新发送该信息，直至接收端收到正确的数据为止。
最简单的检错码为奇偶校验 。 它是在一个二进制数据字上加上一位,
以便检测差错 。 例如,在偶校验时,要在每一个字符上增加一个附加位,
使该字符中,1”的个数为偶数 。 在奇校验时,要在每一个字符上增加一个附加位,使该字符中,1”的个数为奇数 。 接收端检测该校验位以确定是否有差错发生 。 奇偶校验并不是一种十分安全可靠的检错方法,如果有偶数个数据位在传输中同时出错,接收端无法检测出差错的数据,所以其检错概率为 50%。 对于低速传输来说,奇偶校验是一种令人满意的检错法 。 通常偶校验常用于异步传输或低速传输,而奇校验常用于同步传输 。
循环冗余校验码是基于将位串看成是系数为 0或 1的多项式,一个 k位帧可以看成是从 xk-1到 x0的 k次多项式的系数序列,这个多项式的阶数为 k-1。
高位 （ 最左边 ） 是 xk-1项系数,下一位是 xk-2的系数,以此类推 。 例如,
110001有 6位,表示成多项式是 x5+x4+x0。 它的 6个多项式系数分别是 1，
1,0,0,0,和 1。
多项式的运算法则是模 2运算。按照它的运算法则，加法不进位，减法不借位。加法和减法两者都与异或运算相同。
如果采用多项式编码的方法,发送方和接收方必须事先商定一个生成多项式 G（ x）,生成多项式的最高位和最低位必须是 1。 要计算 m位的帧
M（ x） 的校验和,生成多项式必须比该校验和的多项式短 。 基本思想是：
将校验和加在帧的末尾,使这个带校验和的帧的多项式能被 G（ x） 除尽 。
当接收方收到带有校验和的帧时,用 G(x)去除它,如果有余数,则传输出错 。
循环冗余校验（ CRC）码计算校验和的算法如下：
① 设生成多项式 G(x)为 n阶,在帧的末尾附加 n个零,使帧为 m +n 位,
则相应的多项式是 2n M(x)。
② 按模 2除法用对应于 G(x)的位串去除对应于 2n M(x)的位串 。
③ 按模 2减法从对应于 2n M(x)的位串中减去余数 。 结果就是要传送带校验和的帧,叫多项式 T(x)。
图 2-4表示帧 1101011011和 G(x)=x4+x+1的算法 。
很清楚,T(x)能被 G(x)除尽 。 在任何除法问题中,如果用被除数减去余数,则剩下的部分是肯定能够被除数除尽 。 例如,如果你用 100除以 7，
余数为 2；如果先用 100减去 2,剩下的 98就能被 7除尽 。 可以认为这种方法除了是 G(x)整数倍数据的多项式差错检测不到外,其他错误均能捕捉到,由此可看出它的检错率是非常高的 。
目前,常见的生成多项式 G(x)国际标准有以下几种：
CRC-12 G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1
CRC-16 G(x)=x16+x15+x2+1
CRC-CCITT G(x)=x16+x12+x5+1
循环冗余校验（ CRC）码循环冗余校验（ CRC）码
2.1.4 多路复用频分多路复用 FDM是利用传输介质的可用带宽超过给定信号所需的带宽这一优点 。 频分多路复用 FDM是把每个要传输的信号以不同的载波频率进行调制,而且各个载波频率是完全独立的,
即信号的带宽不会相互重叠,然后在传输介质上进行传输,这样在传输介质上就可以同时传输许多路信号 。
1．频分多路复用（ FDM）
时分多路复用 TDM正是利用了这一优点 。 利用每个信号在时间上交叉,可以在一个传输通路上传输多个数字信号,这种交叉可以是位一级的,也可以是由字节组成的块或更大量的信息 。 与频分多路复用类似,专门用于一个信号源的时间片序列被称为是一条通道时间片的一个周期 （ 每个信号源一个 ）,称之为一帧 。
时分多路复用 TDM不仅局限于传输数字信号,模拟信号也可以同时交叉传输 。 另外,对于模拟信号,时分多路复用 TDM和频分多路复用 FDM结合起来使用也是可能的 。 一个传输系统可以频分许多条通道,每条通道再用时分多路复用来细分 。
2．时分多路复用（ TDM）
2.2 数据交换
2.2.1 线路交换
2.2.3 报文分组交换
2.2.2 报文交换返回使用线路交换方式,就是通过网络中的结点在两个站之间建立一条专用的通信线路 。 从通信资源的分配角度来看,,交换,就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源 。 最普通的线路交换例子是电话系统 。 在通话之前,通过用户的呼叫 （ 即拨号 ）,如果呼叫成功,则从主叫端到被叫端就建立了一条物理通路,这样双方就能进行通话了,当通话结束后双方挂机,这时为进行通话所建立起来的物理通路就自动拆除了 。 其实,线路交换方式的通信也应包括这三种状态,即线路建立,数据传送和线路拆除 。
2.2.1 线路交换例如,假设 A站准备与 B站建立一个连接,典型的做法是：
在数据交换中,对一些实时性要求不高的信息,可以采用另一种数据交换的方法叫报文交换 。 报文交换方式传输的单位是报文,
在报文中包括要发送的正文信息和指明收发站的地址及其它控制信息 。 在这种报文交换方式中,不需要在两个站之间建立一条专用通路 。 相反,如果一个站想要发送一个报文给另一站,它只要把一个目的地址附加在报文上,然后发送整个报文即可 。 报文从发送站到接收站,中间要经过多个结点,在这每个中间结点中,都要接收整个报文,暂存这个报文,然后转发到下一个结点 。
2.2.2 报文交换例如,假设发送一个从 A站到 B站的报文。
报文分组交换是国际上计算机网络普遍采用的数据交换方式 。
报文分组交换试图综合报文交换和线路交换的优点 。 报文分组交换原理是把一个要传送的报文分成若干段,每一段都作为报文分组的数据部分,由于报文分组交换允许每个报文分组走不同的路径,所以一个完整的报文分组还必须包括地址,分组编号,校验码等传输控制信息,并按规定的格式排列每个分组 。 报文分组交换的工作方式非常象报文交换,形式上的主要差别在于：在分组交换网络中,
要限制所传输的数据单位的长度 。 典型的最大长度是 1000位到几千位 。
2.2.3 报文分组交换例如,考虑一个报文分组的传输。
2.3 计算机网络的体系结构
2.3.1 计算机网络体系结构的形成
2.3.3 TCP/IP参考模型
2.3.2 OSI的参考模型返回计算机网络是由多种计算机和各类终端通过通信线路连接起来的复合系统 。 在这个系统中,由于计算机型号不一,终端类型各异,
加之线路类型,连接方式,同步方式,通信方式的不同,给网络中各结点的通信带来许多不便 。 由于在不同计算机系统之间,真正以协同方式进行通信的任务是十分复杂的 。 为了设计这样复杂的计算机网络,早在最初的 ARPANET设计时即提出了分层的方法 。,分层,
可将庞大而复杂的问题,转化为若干较小的局部问题,而这些较小的局部总是比较易于研究和处理 。
2.3.1 计算机网络体系结构的形成
1974年，美国的 IBM公司宣布了它研制的系统网络体系结构 SNA（ System Network Architecture）。
为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织（ ISO）于 1977年成立了一个专门的机构来研究该问题。
不久，他们就提出一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型 OSI/RM
（ Open Systems Interconnection Reference Model），简称为 OSI。
OSI采用这种层次结构可以带来很多好处 。 如：
（ 1） 各层之间是独立的 。 某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的,而仅仅需要知道该层间的接口 （ 即界面 ） 所提供的服务 。 由于每一层只实现一种相对独立的功能,因而可将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题 。 这样,整个问题的复杂程度就下降了 。
（ 2） 灵活性好 。 当任何一层发生变化时 （ 例如技术的变化 ）,只要层间接口关系保持不变,则在这层以上或以下各层均不受影响 。
（ 3） 结构上可分割开 。 各层都可以采用最合适的技术来实现 。
（ 4） 易于实现和维护 。 这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理,因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统 。
（ 5） 能促进标准化工作,因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明 。
OSI开放系统互连参考模型将整个网络的通信功能划分成七个层次，每个层次完成不同的功能。这七层由低层至高层分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。
1,物理层
2.3.2 OSI的参考模型物理层传输数据的单位是比特 。 物理层不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体是什么,因为它们的种类非常多,物理层的作用是尽可能的屏蔽这些差异,对它的高层即数据链路层提供统一的服务 。 所以物理层主要关心的是在连接各种计算机的传输媒体上传输数据的比特流 。 为了达到这个目的,物理层在设计时涉及的主要问题有：
用多大的电压代表,1”或,0”,以及当发送端发出比特,1”时,在接收端如何识别出这是比特,1”而不是比特,0”
确定连接电缆材质,引线的数目及定义,电缆接头的几何尺寸,锁紧装置等
l 指出一个比特信息占用多长时间
l 采用什么样的传输方式
l 初始连接如何建立
当双方结束通信如何拆除连接 。
综上所述,物理层提供为建立,维护和拆除物理链路所需要的机械的,电气的,功能的和规程的特性 。
2,数据链路层数据链路层传输数据的单位是帧,数据帧的帧格式中包括的信息有：地址信息部分,控制信息部分,数据部分,校验信息部分 。 数据链路层的主要作用是通过数据链路层协议 （ 即链路控制规程 ）,在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输 。
数据链路层把一条有可能出差错的实际链路,转变成为让网络层向下看起来好象是一条不出差错的链路 。 为了完成这一任务,数据链路层还要解决如下一些主要问题：
（ 1） 代码透明性的问题 。 由于物理层只是接收和发送一串比特流信息而不管其是什么含义 。
（ 2） 流量控制的问题 。 在数据链路层还要控制发送方的发送速率必须使接收方来得及接收 。 当接收方来不及接收时,就必须及时地控制发送方的发送速率,即在数据链路层要解决流量控制的问题 。
3,网络层网络层传送的数据单位是报文分组或包 。 在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能要经过许多个结点和链路,也可能还要经过好几个路由器所连接的通信子网 。 网络层的任务就是要选择最佳的路由,使发送站的运输层所传下来的报文能够正确无误地按照目的地址找到目的站,并交付给目的站的运输层 。 这就是网络层的路由选择功能 。 路由选择的好坏在很大程度上决定了网络的性能,如网络吞吐量 （ 在一个特定的时间内成功发送数据包的数量 ）,平均延迟时间,资源的有效利用率等 。
路由选择是广域网和网际网中非常重要的问题,局域网则比较简单,甚至可以不需要路由选择功能 。 路由选择的定义是根据一定的原则和算法在传输通路上选出一条通向目的结点的最佳路径,一个好的路由选择应有以下特点：
信息传送所用时间最短
使网络负载均衡
通信量均匀
路由选择算法应简单易实现,不致因拓扑的变化,影响报文正常到达目的结点 。
这里要强调指出,网络层中的,网络,二字,已不是我们通常谈到的网络的概念,而是在计算机网络体系结构模型中的专用名词 。
另外在网络层还要解决拥塞控制问题 。 在计算机网络中的链路容量,交换结点中的缓冲区和处理机等,都是网络资源 。 在某段时间,若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分,网络的性能就要变坏 。 这种情况叫拥塞 。 网络层也要避免这种现象的出现 。
通常上 Internet所采用的 TCP/IP协议中的 IP（ 网际协议 ） 协议就是属于网络层 。
而登录 NOVELL服务器所必须使用的 IPX/SPX协议中的 IPX（ 网际包交换协议 ） 协议也是属于网络层 。
4,运输层
OSI（ 开放式系统互连 ） 所定义的运输层正好是七层的中间一层,是通信子网 （ 下面 3层 ） 和资源子网 （ 上面 3层 ） 的分界线,它屏蔽通信子网的不同,使高层用户感觉不到通信子网的存在 。 它完成资源子网中两结点的直接逻辑通信,实现通信子网中端到端的透明传输 。 运输层信息的传送单位是报文 。 运输层的基本功能是从会话层接收数据报文,并且在当所发送的报文较长时,在运输层先要把它分割成若干个报文分组,然后再交给它的下一层
（ 即网络层 ） 进行传输 。 另外,这一层还负责报文错误的确认和恢复,以确保信息的可靠传递 。
运输层在高层用户请求建立一条传输的虚拟连接时,通过网络层在通信子网中建立一条独立的网络连接,但如果高层用户要求比较高的吞吐量时,
运输层也可以同时建立多条网络连接来维持一条传输连接请求,这种技术叫
,分流技术,。 有时为了节省费用,对速度要求不是很高的高层用户请求,
运输层也可以将多个传输通信合用一条通信子网的网络连接 。 这种技术叫
,复用技术,。 运输层除了有以上功能和作用外,它还要处理端到端的差错控制和流量控制的问题 。
通常上互连网所采用的 TCP/IP协议中的 TCP（ 传输控制协议 ） 协议就是属于运输层 。 而登录 NOVELL服务器所必须使用的 IPX/SPX协议中的 SPX
（ 顺序包交换协议 ） 协议也是属于运输层 。
5,会话层如果不看表示层,在 OSI开放式系统互连的会话层就是用户和网络的接口,这是进程到进程之间的层次 。 会话层允许不同机器上的用户建立会话关系,目的是完成正常的数据交换,并提供了对某些应用的增强服务会话,也可被用于远程登录到分时系统或在两个机器间传递文件 。 会话层对高层提供的服务主要是,管理会话,。 一般,两个用户要进行会话,首先双方都有必须接受对方,以保证双方有权参加会话；其次是会话双方要确定通信方式,
即会话允许信息同时双向传输或任一时刻仅能单向传输,若是后者,会话层将记录此刻由哪一个用户进程来发送数据,为了保证单向传输的正确性,即在某一个时刻仅能一方发送,会话层提供了令牌管理,令牌可以在双方之间交换,只有持有令牌的一方才可以执行发送报文这样的操作 。 会话层提供的另一种服务叫,同步服务,。 综上所述,会话层的主要功能归结为：允许在不同主机上的各种进程间进行会话 。
6,表示层在计算机与计算机的用户之间进行数据交换时,并非是随机的交换数据比特流,而是交换一些有具体意义的数据信息,这些数据信息有一定的表示格式,例如表示人名用字符型数据,表示货币数量用浮点数数据等等 。 那么不同的计算机可能采用不同的编码方法来表示这些数据类型和数据结构,为让采用不同编码方法的计算机能够进行交互通信,能相互理解所交换数据的值,可以采用抽象的标准法来定义数据结构,并采用标准的编码形式 。 表示层管理这些抽象数据结构,并且在计算机内部表示和网络的标准表示法之间进行转换,也即表示层关心的是数据传送的语义和语法两个方面的内容 。 但其仅完成语法的处理,而语义的处理是由应用层来完成的 。 表示层的另一功能是数据的加密和解密,为了防止数据在通信子网中传输时敌意的窃听和篡改,发送方的表示层将要传送的报文进行加密后再传输,接收方的表示层在收到密文后,对其进行解密,把解密后还原成的原始报文传送给应用层 。 表示层所提供的功能还有文本的压缩功能,文本压缩的目的是为了把文本非常大的数据量利用压缩技术使其数据量尽可能的减小,以满足一般通信带宽的要求,提高线路利用率,从而节省经费 。 综上所述,表示层是为上层提供共同需要数据或信息语法的表示变换 。
7,应用层应用层是 OSI网络协议体系结构的最高层,是计算机网络与最终用户的界面,为网络用户之间的通信提供专用的程序 。 OSI的 7层协议从功能划分来看,下面 6层主要解决支持网络服务功能所需要的通信和表示问题,应用层则提供完成特定网络功能服务所需要的各种应用协议 。 应用层的一个主要解决是虚拟终端的问题 。 大家都知道世界上有上百种互不兼容的终端,要把它们组装成网络,即让一个厂家的主机与另一个厂家的终端通信,就不得不在主机方设计一个专用的软件包,以实现异种机,终端的连接 。 如果一个网络中有 N种不同类型的终端和 M种不同类型的主机,为实现它们之间的交互通信,要求每一台主机都得为每一种终端设计一个专用的软件包,最坏情况下,需要配置 M x N个专用的软件包,显然这种方法实现起来很困难,为此,
可采用建立一个统一的终端协议方法,使所有不同类型的终端都能通过这种终端协议与网络主机互连 。 这种终端协议就称为虚拟终端协议 。
应用层的另一个功能是文件传输协议 FTP。 计算机网络中各计算机都有自己的文件管理系统,由于各台机器的字长,字符集,编码等存在着差异,
文件的组织和数据表示又因机器而各不相同,这就给数据,文件在计算机之间的传送带来不便,有必要在全网范围内建立一个公用的文件传送规则,即文件传送协议 。 应用层还有电子邮件的功能,电子邮件系统是用电子方式代替邮局进行传递信件的系统 。 信件泛指文字,数字,语音,图形等各种信息,
利用电子手段将其由一处传递至另一处或多处 。
2.3.3 TCP/IP参考模型
TCP/IP体系共分成四个层次 。 它们分别是：网络接口层,网络层,运输层和应用层 。
1,网络接口层网络接口层与 OSI参考模型的数据链路层和物理层相对应,它不是 TCP/IP协议的一部分,但它是 TCP/IP赖以存在的与各种通信网之间的接口,所以,TCP/IP对网络接口层并没有给出具体的规定 。
2,网络层网络层有四个主要的协议：网际协议 IP,Internet控制报文协议 ICMP、
地址解析协议 APR和逆地址解析协议 RARP。 网络层的主要功能是使主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标 （ 可能经由不同的网络 ） 。
这些分组到达的顺序和发送的顺序可能不同,因此如果需要按顺序发送及接收时,高层必须对分组排序 。 这就象一个人邮寄一封信,不管他准备邮寄到哪个国家,他仅需要把信投入邮箱,这封信最终会到达目的地 。 这封信可能会经过很多的国家,每个国家可能有不同的邮件投递规则,但这对用户是透明的,用户是不必知道这些投递规则 。 另外,网络层的网际协议 IP的基本功能是：无连接的数据报传送和数据报的路由选择,即 IP协议提供主机间不可靠的,无连接数据报传送 。 互连网控制报文协议 ICMP提供的服务有：测试目的地的可达性和状态,报文不可达的目的地,数据报的流量控制,路由器路由改变请求等 。 地址转换协议 ARP的任务是查找与给定 IP地址相对应主机的网络物理地址 。 反向地址转换协议 RARP主要解决物理网络地址到 IP地址的转换 。
3,运输层
TCP/IP的运输层提供了两个主要的协议,即传输控制协议 TCP和用户数据报协议 UDP,它的功能是使源主机和目的主机的对等实体之间可以进行会话 。 其中 TCP是面向连接的协议 。 所谓连接,就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合 。 面向连接服务是在数据交换之前,必须先建立连接 。 当数据交换结束后,则应终止这个连接 。 面向连接服务具有连接建立,数据传输和连接释放这三个阶段 。 在传送数据时是按序传送的 。 用户数据协议是无连接的服务 。 在无连接服务的情况下,两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接,因此其下层的有关资源不需要事先进行预定保留 。 这些资源将在数据传输时动态地进行分配 。 无连接服务的另一特征就是它不需要通信的两个实体同时是活跃的 （ 即处于激活态 ） 。 当发送端的实体正在进行发送时,它才必须是活跃的 。 无连接服务的优点是灵活方便和比较迅速 。 但无连接服务不能防止报文的丢失,重复或失序 。 无连接服务特别适合于传送少量零星的报文 。
4,应用层在 TCP/IP体系结构中并没有 OSI的会话层和表示层,TCP/IP把它都归结到应用层 。 所以,应用 层 包 含 所有 的 高 层 协议,如 虚 拟 终端 协 议
（ TELNET）,文件传输协议 （ FTP）,简单邮件传送协议 （ SMTP） 和域名服务 （ DNS） 等等 。
2.4 数据的传输媒体
2.4.1 双绞线
2.4.2 同轴电缆
2.4.3 光纤返回
2.4.1 双绞线组建局域网络所用的双绞线是一种由 4对线 （ 即 8根线 ） 组成的,其中每根线的材质有铜线和铜包的钢线两类 。
一般来说,双绞线电缆中的 8根线是成对使用的,而且每一对都相互绞合在一起,绞合的目的是为了减少对相邻线的电磁干扰 。 双绞线分为屏蔽双绞线 （ STP） 和非屏蔽双绞线 （ UTP） 。
目前,在局域网中常用到的双绞线是非屏蔽双绞线 （ UTP）,它又分,3类,
4类,5类,超 5类,6类和 7类 。
双绞线的这 8根线的引脚定义如下：
线路线号 1 2 3 4 5 6 7 8
线路色标 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白褐 褐引脚定义 Tx+ Tx- Rx+ Rx-
在局域网,双绞线主要是用来连接计算机网卡到集线器或通过集线器之间级联口的级联,有时也可直接用于两个网卡之间的连接或不通过集线器级联口之间的级联,但它们的接线方式各有不同 。
常规双绞线接法 错线双绞线接法
2.4.2 同轴电缆同轴电缆的结构,它的中央是铜质的芯线 （ 单股的实心线或多股绞合线 ）,
铜质的芯线外包着一层绝缘层,绝缘层外是一层网状编织的金属丝作外导体屏蔽层 （ 可以是单股的 ）,屏蔽层把电线很好地包起来,再往外就是外包皮的保护塑料外层了 内导体铜芯线绝缘层 外导体屏蔽线塑料保护外层目前经常用于局域网的同轴电缆有二种：一种是专门用在符合
IEEE802.3标准以太网环境中阻抗为 50Ω的电缆,只用于数字信号发送,称为基带同轴电缆；另一种是用于频分多路复用 FDM的模拟信号发送,阻抗为 75Ω的电缆,称为宽带同轴电缆 。
2.4.3 光纤光纤是一种细小,柔韧并能传输光信号的介质,一根光缆中包含有多条光纤 。
光纤上是利用有光脉冲信号表示 1,没有光脉冲来表示 0。 光纤通信系统是由光端机,光纤 （ 光缆 ） 和光纤中继器组成 。 光端机又分成光发送机和光接收机 。 而光中继器用来延伸光纤或光缆的长度,防止光信号衰减 。 光发送机将电信号调制成光信号,利用光发送机内的光源将调制好的光波导入光纤,经光纤传送到光接收机 。 光接收机将光信号变换为电信号,经放大,均衡判决等处理后送给接收方 。
光纤和同轴电缆相似,只是没有网状屏蔽层 。 中心是光传播的玻璃芯 。 光纤分为单模光纤和多模光纤两类 （ 所谓,模,是指以一定的角度进入光纤的一束光 ） 。
光纤不仅具有通信容量非常大的特点,而且还具有其他的一些特点：
抗电磁干扰性能好；
保密性好,无串音干扰；
信号衰减小,传输距离长；
抗化学腐蚀能力强 。
正是由于光纤的数据传输率高 （ 目前已达到 1Gb/s）,传输距离远 （ 无中继传输距离达几十至上百公里 ） 的特点,所以在计算机网络布线中得到了广泛地应用 。 目前光缆主要是用于交换机之间,集线器之间的连接,但随着千兆位局域网络应用的不断普及和光纤产品及其设备价格的不断下降,光纤连接到桌面也将成为网络发展的一个趋势 。
但是光纤也存在一些缺点 。 这就是光纤的切断和将两根光纤精确地连接所需要的技术要求较高 。
2.5 网络的拓扑结构
2.5.1 星型拓扑结构
2.5.2 总线型拓扑结构
2.5.3 环型拓扑结构
2.5.4 树型拓扑
2.5.5 全互连型
2.5.6 混合型拓扑结构返回
2.5.1 星型拓扑结构星型拓扑结构是由中心结点和通过点对点链路连接到中心结点的各站点组成 。
星型拓扑结构的中心结点是主结点,它接收各分散站点的信息再转发给相应的站点 。 目前这种星型拓扑结构几乎是 Ethernet双绞线网络专用的 。 这种星型拓扑结构的中心结点是由集线器或者是交换机来承担的 。 星型拓扑结构有以下 优点,
集线器
由于每个设备都用一根线路和中心结点相连,如果这根线路损坏,或与之相连的工作站出现故障时,在星型拓扑结构中,不会对整个网络造成大的影响,而仅会影响该工作站 。
网络的扩展容易 。
控制和诊断方便 。
访问协议简单 。
星型拓扑结构也存在着一定的 缺点,
过分依赖中心结点 。
成本高 。
2.5.2 总线型拓扑结构总线型拓扑结构采用单根传输线作为传输介质,所有的站点 （ 包括工作站和文件服务器 ） 均通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或称总线上,各工作站地位平等,无中心结点控制 。
总线型拓扑结构的总线大都采用同轴电缆。总线上的信息多以基带信号型式串行传送。某个站点发送报文（把要发送的信息叫报文），其传送的方向总是从发送站点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，
又称为广播式计算机网络，在总线网络上的所有站点都能接收到这个报文，
但并不是所有的都接收，而是每个站点都会把自己的地址与这个报文的目的地址相比较,只有与这个报文的目的地址相同的工作站才会接收报文 。
在总线型拓扑结构中,由于各站点通过总线来传输信息,并且各站点对于总线的使用权是平等,因此就产生了如何合理分配信道问题,这种合理解决信道分配问题的控制方法叫 介质访问的控制方式 。 总线型拓扑结构的介质访问控制方式是叫 CSMA/CD（ 载波监听多路访问 /冲突检测 ） 。
总线型拓扑结构有以下的主要优点：
l 从硬件观点来看总线型拓扑结构可靠性高 。 因为总线型拓扑结构简单,而且又是无源元件 。
l 易于扩充,增加新的站点容易 。 如要增加新站点,仅需在总线的相应接入点将工作站接入即可 。
l 使用电缆较少,且安装容易 。
l 使用的设备相对简单,可靠性高 。
当然总线型拓扑结构也存在一些缺点：
故障隔离困难 。 在星型拓扑结构中,一旦检查出哪个站点出故障,只需简单地把连接拆除即可 。 而在总线型拓扑结构中,如果某个站点发生故障,
则需将该站点从总线上拆除,如传输介质故障,则整个这段总线要切断和变换 。
当然总线型拓扑结构也存在一些缺点：
故障诊断困难 。 由于总线拓扑的网络不是集中控制,故障检测需在网络上各个站点进行 。
故障隔离困难 。 在星型拓扑结构中,一旦检查出哪个站点出故障,只需简单地把连接拆除即可 。 而在总线型拓扑结构中,如果某个站点发生故障,则需将该站点从总线上拆除,如传输介质故障,则整个这段总线要切断和变换 。
2.5.3 环型拓扑结构环型拓扑结构是由网络中若干中继器通过点到点的链路首尾相连型成一个闭合的环 。
这种环型拓扑结构使公共使用电缆型成环型连接 。
每个中继器与两条链路相连,由于环型拓扑的数据在环路上沿着一个方向在各节点间传输,这样中继器能够接收一条链路上来的数据,并以同样的速度串行地把数据送到另一条链路上,而不在中继器中缓冲 。 每个站对环的使用权是平等的,所以它也存在着一个对于环型线路的,争用,和,冲突,的问题 。 在环路上发送和接收数据的过程大致如下：
令牌环发送报文的工作站（简称发送站）将报文分成报文分组，每个报文分组包括一段数据再加上某些控制信息，在控制信息中含有目的地址。发送站依次把每个报文分组送到环路上，然后通过其它中继器进行循环，每个中继器都对报文分组的目的地址进行判断，看其是否与本地工作站的地址相同，仅有地址相同工作站才接收该报文分组，并将分组拷贝下来，当该报文分组在环路上绕行一周重新回到发送站时，由发送站把这些分组从环路上摘除。由此可看出环路上某一结点发生故障，它将不能正常地传送信息。
环型拓扑结构有以下 优点,
路由选择控制简单 。 因为信息流是沿着固定的一个方向流动的,两个站点仅有一条通路 。
电缆长度短 。 环型拓扑所需电缆长度和总线拓扑结构相似,但比星型拓扑要短 。
适用于光纤 。 光纤传输速度高,而环型拓扑是单方向传输,十分适用于光纤这种传输介质 。
令牌环环型网络的 缺点,
结点故障引起整个网络瘫痪 。 在环路上数据传输是通过环上的每一个站点进行转发的,如果环路上的一个站点出现故障,则该站点的中继器不能进行转发,相当于环在故障结点处断掉,造成整个网络都不能进行工作 。
诊断故障困难 。 因为某一结点故障会使整个网络都不能工作,但具体确定是哪一个结点出现故障非常困难,需要对每个结点进行检测 。
2.5.4 树型拓扑树型拓扑是从总线拓扑演变过来的,形状象一棵倒置的树,顶端有一个带有分支的根,每个分支还可延伸出子分支 。
树型拓扑是一种分层的结构,适用于分级管理和控制系统 。 这种拓扑与其它拓扑的主要区别在于其根的存在 。 当下面的分支节点发送数据时,根接收该信号,然后再重新广播发送到全网 。 这种结构不需要中继器 。 与星型拓扑相比,由于通信线路总长度较短,故它的成本低,易推广,但结构较星型复杂 。
树型拓扑结构有以下的 优点,
易于扩展 。 从本质上看这种结构可以延伸出很多分支和子分支,因此新的节点和新的分支易于加入网内 。
故障隔离容易 。 如果某一分支的节点或线路发生故障,很容易将这分支和整个系统隔离开来树型拓扑的 缺点 是对根的依赖性太大,如果根发生故障,则全网不能正常工作,因此这种结构的可靠性与星型结构相似 。
集线器集线器交换机
2.5.5 全互连型网络中任意两站点间都有直接通路相连,所以任意两站点间的通信无需路由,而且有专线相连没有等待延迟故通信速度快,可靠性高 。 但是组建这样网络投资是非常巨大的,例如你在有 4个站点的全互连拓扑网络上增加一个站点,那么你就得在这个网络上增加 4根线使这 4 个站点的每一个站点都与新站点有一根线进行连接 。 由此也可看出这种全部互连型拓扑的灵活性差 。 但这种全部互连型拓扑结构适用于对可靠性有特殊要求的场合 。
2.5.6 混合型拓扑结构混合方式比较常见的有星型 /总线拓扑和星型环拓扑 。
集线器集线器 令牌环星型 /总线拓扑是想综合星型拓扑和总线拓扑的优点，它用一条或多条总线把多组设备连接起来，而这相连的每组设备本身又呈星型分布。对于星型 /总线拓扑，用户很容易配置和重新配置网络设备。
星型环拓扑试图取这两种拓扑的优点于一体。这种星型环拓扑主要用于 IEEE802.5的令牌网。从电路上看，星型环结构完全和一般的环型结构相同，只是物理走线安排成星型连接，星型环拓扑的优点：故障诊断方便而且隔离容易；网络扩展简便；电缆安装方便。
2.6 网络互连设备
2.6.1网络传输介质互连设备
2.6.2 中继器（ Repeater）
2.6.3 集线器（ HUB）
2.6.4 网桥（ Bridge）
2.6.5 路由器（ Router）
退出
2.6.6 网关（ Gateway）
2.6.7 交换机
2.6.1 网络传输介质互连设备将网络互相连接起来要使用一些中间设备 （ 或中间系统 ）,ISO的术语称之为中继 （ replay） 系统 。 根据中继系统所在的层次,可以有以下 4种中继系统：
（ 1） 物理层中继系统,即中继器 （ Repeater） 。
（ 2） 数据链路层中继系统,即网桥或桥接器 （ Bridge） 。
（ 3） 网络层中继系统,即路由器 （ Router） 。
(4) 在网络层以上的中继系统，即网关（ Gateway）。
2.6.2 中继器（ Repeater）
中继器是连接网络线路的一种装置,常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作 。 中继器是最简单的网络互连设备,主要完成物理层的功能,负责在两个节点的物理层上按位传递信息,完成信号的复制,调整和放大功能,以此来延长网络的长度 。 由于存在损耗,在线路上传输的信号功率会逐渐衰减,衰减到一定程度时将造成信号失真,因此会导致接收错误 。 中继器就是为解决这一问题而设计的 。 它完成物理线路的连接,对衰减的信号进行放大,保持与原数据相同 。
2.6.3 集线器（ HUB）
集线器是对网络进行集中管理的最小单元,像树的主干一样,它是各分枝的汇集点 。 HUB是一个共享设备,其实质是一个中继器,
而中继器的主要功能是对接收到的信号进行再生放大,以扩大网络的传输距离 。 正是因为 HUB只是一个信号放大和中转的设备,所以它不具备自动寻址能力,即不具备交换作用 。 所有传到 HUB的数据均被广播到之相连的各个端口,容易形成数据堵塞,因此有人称集线器为,傻 HUB”。
1,HUB在网络中所处的位置
2,HUB的分类
3,HUB在组网中的应用
2.6.4 网桥（ Bridge）
网桥是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁 。 网桥的作用是扩展网络和通信手段,在各种传输介质中转发数据信号,扩展网络的距离,同时又有选择地将有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质,并能有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信 。 例如把分布在两层楼上的网络分成每层一个网络段,用网桥连接 。 网桥同时起隔离作用,一个网络段上的故障不会影响另一个网络段,从而提高了网络的可靠性 。
2.6.4 网桥（ Bridge）
2,类型
（ 1） 透明网桥
（ 2） 源站选路网桥
3,特点
（ 1） 过滤和转发 （ 2） 选择性转发 （ 3） 对多端口的支持
（ 4） 帧翻译 （ 5） 帧封装
2.6.5 路由器（ Router）
路由器是工作在 ISO/OSI参考模型的网络层的设备 。 路由器是用于连接多个逻辑上分开的网络,而逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网 。 当数据从一个子网传输到另一个子网时,路由器检查网络地址并决定数据是应在本网络中传输还是应传输至其它的网络,并能选择从源网络到目的网络之间的一系列数据链路中的最佳路由 。 它还能在多网络互连环境下建立灵活的连接,可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网 。 一般说,异种网络互连或多个网络互连都应采用路由器 。
2.6.5 路由器（ Router）
路由器的功能如下：
（ 1） 网络地址的使用
（ 2） 多路径传输和路由控制
（ 3） 流量控制
（ 4） 帧的分段表 2-2 网桥与路由器的比较特性 网桥 路由器基于算法或协议选路通常不 是使用网络地址 不 是统一操作模式 是 不转发路径判定 基本的 可以很复杂多路径传输能力 有限 强路由控制能力 有限 强流量控制 没有 有帧分段 不 是分组处理速率 高 适中
2.6.6 网关（ Gateway）
在一个计算机网络中,当连接不同类型而协议差别又比较大的网络的时候,则要选用网关设备 。 网关,又叫协议转换器,可以支持不同协议之间的转换,实现不同协议网络之间的互连 。 网关的功能体现在 OSI模型的高层,
它将协议进行转换,将数据重新分组,以便在两个不同类型的网络系统之间通信 。 由于协议转换比较复杂,一般地,网关只进行一对一转换,或少数几种特定应用协议的转换,很难实现通用的协议转换 。
主要有三类网关：
（ 1） 协议网关
（ 2） 应用网关
（ 3） 安全网关
2.6.7 交换机交换技术是一个具有简化,低价,高性能和高端口密集特点的交换产品,
体现了桥接技术的复杂交换技术在 OSI参考模型的第二层操作 。 与网桥一样,
交换机按每一个包中的 MAC地址相对简单地决策信息转发 。 而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息 。 与网桥不同的是交换机转发延迟很小,操作接近单个局域网性能,远远超过了网桥之间的转发性能 。 交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整,以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题 。 现在已有以太网,快速以太网,FDDI和 ATM技术的交换产品 。 类似传统的网桥,交换机提供了许多网络互连功能 。 交换机能经济地将网络分成小的冲突网域,为每个工作站提供更高的带宽 。 协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆,中继器,集线器和工作站的网卡,不必作高层的硬件升级；交换机对工作站是透明的,这样管理开销低廉,简化了网络节点的增加,移动和网络变化的操作 。 利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息,提供了比传统网桥高得多的操作性能 。
2.6.7 交换机交换机常用的三种交换技术 。
1,端口交换
2,帧交换
3,信元交换
4 交换机的分类本章首先介绍了数据通信基础，这一部分主要使您能够清楚在计算机网络中数据是如何从一个计算机传送到另一个计算机上，以及接收方是如何能够校验所接收的数据是正确的；在明白数据通信基础之后，本章给您介绍了为完成数据通信这个复杂的任务，计算机网络采取了一种分层的方法来实现；
另外本章还介绍了，如果想构建一个计算机网络，
应如何来选择一种网络拓扑，以及针对这种拓扑结构应如何选择相应的传输介质。本章是计算机网络的一些基础知识，通过本章的学习，将为您对后续章节的学习打下一个良好的基础。
本节小结
