第一部分網絡通信基礎

目錄

第一章數據通信基礎............................................................-4-

1.1通信的概念...............................................................-4-

1.2模擬信號和數字信號......................................................-4-

1.3數據通信系統(tǒng)............................................................-5-

1.3.1數據通信系統(tǒng)組成........................................................................................................-5-

/.3.2數據終端設備(DTE)....................................................................................................-6-

1.3.3數據電路終接設備(DCE)..........................................................................................-6-

1.3.............................................................................................................4數據電路和數據鏈路.-7-

1.3.5傳輸信道..........................................................................................................................-7-

1.4數據的傳輸..............................................................-7-

1.5數據編碼................................................................-8-

1.6異步和同步傳輸.........................................................-13-

1.7多路復用技術...........................................................-14-

1.7.1頻分多路復用FDM..........................................................................................................-14-

1.7.2時分多路復用TDM..........................................................................................................-15-

1.8數據交換技術............................................................-16-

1.9傳輸媒體................................................................-17-

1.9.1無線通信介質................................................................................................................-17-

1.9.2有線通信介質................................................................................................................-77-

1.9.3光纖................................................................................................................................-17-

1.10數據通信系統(tǒng)接口.......................................................-18-

1.11帶寬、速率............................................................-18-

1.12語音、數據、多媒體通信.................................................-19-

第二章IP網絡基礎知識.......................................................-21-

2.1IP網絡概述...........................................................-21-

2.1.1什么是網絡....................................................................................................................-21-

2.1.2LAN和WLAN...................................................................................................................-24-

2.2OSI模型................................................................-30-

2.2.1物理層............................................................................................................................-35-

2.2.2數據鏈路層....................................................................................................................-37-

2.2.3網絡層............................................................................................................................-40-

2.2.4傳輸層............................................................................................................................-45-

2.2.5會話層、表不層和應用層............................................................................................-48-

2.3TCP/IP協(xié)議.............................................................-49-

2.3.1TCP/IP協(xié)議與。SI參考模型......................................................................................-50-

2.3.2TCP/IP協(xié)議數據封裝過程..........................................................................................-50-

2.3.3TCP/IP參考模型各層協(xié)議描述.................................................................................-51-

2.3.3.1TCP/IP應用層...............................................................-52-

2.3.3.2TCP/IP傳輸層...............................................................-55-

2.3.3.3TCP/IP網際層...............................................................-59-

2.4IP地址..................................................................-65-

2.4.1IP地址基本概念......................................................................................................................-65-

2.4.2地址分類....................................................................................................................................-66-

2.4.3地址信息.....................................................................................................................................-67-

2.4.4特殊IP地址..............................................................................................................................-69-

2.5以太網基本知識.........................................................-70-

2.5.1以太網技術發(fā)展史......................................................-70-

2.5.1.2以太網的發(fā)展...............................................................-71-

2.5.2以太網協(xié)議:CSMA/CD....................................................-72-

2.5.2.1因］才勾................................................................一73-

2.5.2.2以太網的傳輸介質...........................................................-74-

2.5.3VLAN技術..............................................................-75-

2531VLAN概念_75-

2532VLAN類型-76-

2.5.4QINQ技術..................................................................................................................................-78■

2.5.4.1QINQ78-

2.5.4.2QINQ原理...................................................................-78-

2.6路由基本知識...........................................................-81-

2.6.1路由器的工作模型...................................................................................................................-81-

2.6.2路由器的用途...........................................................................................................................-82-

2.6.3路由協(xié)議基礎...........................................................-84-

2.6.3.1路由器如何獲得構建路由表...................................................-84-

2.6.4動態(tài)路由協(xié)............................................................................................................................-85-

2.6.4.1|^jt辦白勺.........................................................-85-

2.6.4.2??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????*????■?????-85―

2.6.4.3動態(tài)路由協(xié)議的分類.........................................................-86-

2.6.5距離向量路由協(xié)議的原理.....................................................................................................-87-

2.6.6鏈路狀態(tài)路由協(xié)議...................................................................................................................-88-

267自治域系統(tǒng)之間路由協(xié)議簡介(BGP)......................................-95-

2.6.7.4BGP的路由更新與遞.......................................................-98-

2.6.7.jBGP"tzj-貝"100~

2.6.7.6BGP路由屬性..............................................................-100-

2.6.7.7BGP鄰居關系的建立-基本配置............................................-103-

2.7VPN技術................................................................-104-

2.7.1VPN簡介..............................................................-104-

2.7.2MPLSVPN.....................................................................................................................-105-

2.7.3L2TPVPN(VPDN)介紹.............................................................................................-106-

2.7.4兩種VPN業(yè)務的比較................................................................................................-107-

2.8NAT技術................................................................-108-

2.8.1NAT技術的定義......................................................-108-

2.8.2NAT技術基本原理和類型........................................................................................-108-

2.8.3NAT技術的應用.......................................................-109-

第三章傳輸網介紹...........................................................-110-

3.1概述.................................................................-110-

3.1.1傳輸網絡的組成.......................................................-110-

3.1.2接入網的概念和技術.................................................................................................-114-

3.2SDH和MSTP同步數字傳輸技術...........................................-115-

3.2.1SDH概述..............................................................-115-

3.2.2SDH網絡常見網元......................................................................................................-120-

3.3DWDM,0TN技術.........................................................-125-

3.3.1波分復用技術.........................................................-125-

3.3.20TN光傳送網.........................................................-128-

3.3.3傳輸組網...................................................................................................................-132-

3.3.4傳輸網生存性...........................................................................................................-133-

3.4PTN分組傳送技術.......................................................-137-

3.4.1PTN技術的由來..........................................................................................................-137-

3.4.2T-MPLS原理與技術....................................................................................................-138-

3.4.3PBB-TE介紹................................................................................................................-142-

3.4.4分組傳送網技術的演進.............................................................................................-143-

3.5P0N光接入技術.........................................................-144-

3................................................................................................................................................5.1接入網技術發(fā)展........................................................-144-

3................................................................................................................................................5.2P0N概述...............................................................-146-

3................................................................................................................................................5.3GP0N信號.............................................................-149-

3................................................................................................................................................5.4GP0N關鍵技術.............................................................................................................-154-

第一章數據通信基礎

1.1通信的概念

通信簡單地講就是信息的相互傳遞。要傳遞信息當然會遇到信息怎樣傳輸的問題，這個

傳輸手段就是所謂的通信技術。我們可以通過任何手段傳遞信息，如古代時期的烽火臺、驛

站等，現代的電路交換、分組交換和信元交換等。每種傳輸手段都有各自的特點，分別應用

于不同的領域和實際業(yè)務.

如何更好地利用這些通信技術傳遞信息呢？這是一個組織問題。我們要更好地傳遞信息

就必須有一個有效的組織結構一一通信網。通信網是利用各種通信技術而組建的網絡，有了

通信網，人們就可以更加有效地利用各種通信技術，并且更加有效地傳遞信息，為人類服務。

雖然自然界中傳遞信息的方法很多，但作為通信研究，我們只涉及狹義的通信技術領域，

即我們通常使用的通信手段一一電話、電報、傳真、圖形圖像傳輸等一一使用的通信技術，

它們一般需要通信介質（如光纖、電纜等）互連成為網絡，在網絡上傳輸信息。

1.2模擬信號和數字信號

信息和信息表示

建立通信網的目地是為了傳遞信息，什么是信息呢？信息是客觀事物狀態(tài)的反映，這種

反映能通過一定的形式表現出來，如字詞、聲音、氣味、光線等.例如水，我們可以從其物

理外觀確定其是固態(tài)、液態(tài)還是氣態(tài)等信息；我們可以從聲音判斷出不同的交通工具；我們

可以從太陽的位置判斷一天中大概的時間等等。

如何表示信息呢？要在通信網絡中傳遞信息，必須要符合一定的格式，即對信息進行量

化，進行量化以后的信息就是表示信息的數據，因此信息是由數據來表示的，而數據經過處

理（可稱為反量化）后就是我們需要的信息.

如何傳輸數據呢？通信介質構成了網絡中的物理通道，數據在通信介質上傳輸，必須把

數據轉換為信號（光信號或電信號）才能在網絡中傳輸，因此信號是指數據的電磁或電子編

碼。

模擬信號和數字信號

信號又分為兩類，一類是數字信號，另一類是模擬信號。數字信號是一系列的脈沖，而

模擬信號是一個在時間上連續(xù)變化的量。用數字信號進行的傳輸稱為數字傳輸，用模擬信號

進行的傳輸稱為模擬傳輸。

例如我們要傳輸聲音信息，可以直接把聲波變?yōu)殡姴ㄔ谕ㄐ沤橘|上傳輸，此時的電波是

一個連續(xù)變化的電信號，這時就是模擬信號傳輸；另外，我們也可以把電波進行抽樣，轉變

為離散的數字信號在物理網絡上傳輸，這時我們傳輸的就是數字信號；達對端后再把數字信

號還原為模擬信號.

信息與數據

要從數據中得到有用的信息，一般要經過計算機進行數據處理；同樣，要想傳輸信息，

也要使用計算機進行信息處理，把信息轉換為數據。

眾所周知，計算機只能識別和處理二進制數據，它通常用“0”，“1”兩種狀態(tài)表示。

例如，我們要監(jiān)測和控制一個電燈的開關狀態(tài)，可以用“0”這個數據表示電燈的關閉

狀態(tài)，用“1”這個數據表示電燈的打開狀態(tài)。這里我們使用“0,I”數據來表示電燈開關

的信息，我們在處理和傳輸時，只對表示信息的數據進行傳輸和處理，最終目的是得到我們

想要的信息。

計算機只能識別和處理二進制數據，我們必須了解表示信息的這些數據是怎樣組織的。

bit,byte,word（位，字節(jié)和字）

bit,位，音譯為“比特”，是計算機存儲數據的最小單位。一個二進制位只能表示21

=2狀態(tài)，要表示更多的信息，就需要把多個位組合起來作為一個整體，每增加一位，所表

示的信息量就增加一倍。如n個比特可以表示2n個不同的狀態(tài)信息。

byte,字節(jié)，簡記為B。規(guī)定一個字節(jié)等于8位，即：lB=8bits。字節(jié)是數據處理的

基本單位，即以字節(jié)為單位解釋信息。通常：1個字節(jié)可存放一個ASCII碼；2個字節(jié)可以

存放一個漢字國標碼；

word,字.計算機數據處理時，一次存取、加工和傳送的數據長度。一個字通常由一個

或多個字節(jié)組成。由于字長是計算機一次所能處理的實際位數多少，它決定了計算機實際處

理的速率，是衡量計算機性能的一個重要指標，字長越長，性能越強。

早期的APPLE-II微型計算機字長為8位；IBMPC/XT微機字長為16位；PI.PIkPIII

系列微機字長為32位等。

1.3數據通信系統(tǒng)

數據通信是計算機與計算機或計算機與終端之間的通信。它傳送數據的目的不僅是為了

交換數據，更主要是為了利用計算機來處理數據。可以說它是將快速傳輸數據的通信技術和

數據處理、加工及存儲的計算機技術相結合，從而給用戶提供及時準確的數據。

1.3.1數據通信系統(tǒng)組成

數據通信系統(tǒng)是通過數據電路將分布在遠地的數據終端設備與計算機系統(tǒng)連接起來，實

現數據傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng).比較典型的數據通信系統(tǒng)主要由數據終端設備、數

據電路、計算機系統(tǒng)三部分組成，如圖1-1所示.

接口接口

數據終端設備計算機系統(tǒng)

數據

數據

電路

電路

終接

傳輸信道終接

設備

設備

圖1T數據通信系統(tǒng)組成

1.3.2數據終端設備（DTE）

在數據通信系統(tǒng)中，用于發(fā)送和接收數據的設備稱為數據終端設備（簡稱DTE）。DTE

可能是大、中、小型計算機、PC機，也可能是一臺只接收數據的打印機，所以說DTE屬于

用戶范疇，其種類繁多，功能差別較大。從計算機和計算機通信系統(tǒng)的觀點來看，終端是輸

入/輸出的工具；從數據通信網絡的觀點來看，計算機和終端都稱為網絡的數據終端設備,

簡稱終端。

在圖1的數據終端組成中，輸入/輸出設備很好理解，值得一提的是通信控制器。由于

數據通信是計算機與計算機或計算機與終端間的通信，為了有效而可靠地進行通信，通信雙

方必須按一定的規(guī)程進行，如收發(fā)雙方的同步、差錯控制、傳輸鏈路的建立、維待和拆除及

數據流量控制等，所以必須設置通信控制器來完成這些功能，對應于軟件部分就是通信協(xié)議,

這也是數據通信與傳統(tǒng)電話通信的主要區(qū)別。

另外數據終端的類型有很多種，有簡單終端和智能終端、同步終端和異步終端、本地終

端和遠程終端等，需要解釋的是同步終端和異步終端。同步終端是以幀同步方式（如X.25、

HDLC等）和字符同步方式（如BSC）工作的終端；異步終端是起止式終端，在每個字符的首尾

加“起”和“止”比特，以實現收發(fā)雙方的同步，字符和字符之間的間隙時間可以任意長，

因此稱為異步。

1.3.3數據電路終接設備（DCE）

用來連接DTE與數據通信網絡的設備稱為數據電路終接設備（DCE）,可見該設備為用戶

設備提供入網的連接點。

DCE的功能就是完成數據信號的變換。因為傳輸信道可能是模擬的，也可能是數字的，

DTE發(fā)出的數據信號不適合信道傳輸，所以要把數據信號變成適合信道傳輸的信號.利用模

擬信道傳輸，要進行“數字一模擬”變換，方法就是調制，而接收端要進行反變換，即“模

擬一數字”變換，這就是解調，實現調制與解調的設備稱為調制解調器（MODEM）.因此調制

解調器就是模擬信道的數據電路終接設備。利用數字信道傳輸信號時不需調制解調器，但

DTE發(fā)出的數據信號也要經過某些變換才能有效而可靠地傳輸，對應的DCE即數據服務單元

（DSU）,其功能是碼型和電平的變換，信道特性的均衡，同步時鐘信號的形成，控制接續(xù)的

建立、保持和拆斷（指交換連接情況），維護測試等。

1.3.4數據電路和數據鏈路

數據電路指的是在線路或信道上加信號變換設備之后形成的二進制比特流通路，它由傳

輸信道及其兩端的數據電路終接設備（DCE）組成。

數據鏈路是在數據電路已建立的基礎上，通過發(fā)送方和接收方之間交換“握手”信號，

使雙方確認后方可開始傳輸數據的兩個或兩個以上的終端裝置與互連線路的組合體。所謂

“握手”信號是指通信雙方建立同步聯系、使雙方設備處于正確收發(fā)狀態(tài)、通信雙方相互核

對地址等。如圖1所示，加了通信控制器以后的數據電路稱為數據鏈路?？梢姅祿溌钒?/p>

物理鏈路和實現鏈路協(xié)議的硬件和軟件。只有建立了數據鏈路之后，雙方DTE才可真正有效

的進行數據傳輸。

特別注意，在數據通信網中，它僅僅操作于相鄰的兩個節(jié)點之間，因此從一個DTE到另

一個DTE之間的連接可以操作多段數據鏈路。

1.3.5傳輸信道

傳輸信道是通信系統(tǒng)必不可少的組成部分，目前數據通信中所使用的多為有線信道，主

要有：直接利用傳輸媒體的實線信道（如局域網中）；經調制解調器的頻分信道（如部分地

區(qū)用戶線路中）；時分信道。由于光纖通信技術的發(fā)展，現在絕大部分的數據傳輸在時分信

道上，以同步數字體系SDH方式傳輸。

1.4數據的傳輸

數據分為模擬和數字數據，它們都既可以用模擬又可以用數字信號傳輸.數據的成功傳

輸主要依賴于傳輸信號的質量和傳輸媒體的性能，當然還取決于發(fā)送和接收設備的性能。

數據在線路上（連接發(fā)送和接收端的通信媒體，下同）可以有多種傳輸方式，它們是單

工方式、半雙工方式和全雙工方式。單工方式指數據信號僅沿一個方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)

送不能接收，接收方只能接收不能發(fā)送，它類似一個汽車的單行道。半雙工通信是指信號可

以沿兩個方向（在同一個線路上）傳送，但同一時刻只允許單方向傳送。它類似于兩個人開

討論會，一個人講完，另一個人再講，不允許兩個人同時講話。如果我們在發(fā)送和接收端建

立兩個信道，一個用來發(fā)送，一個用來接收，這時就是全雙工通信，它允許數據同時發(fā)送和

接收（在同一個線路上）.如下圖所示：

發(fā)接

方向

役轄

借號

B

->

刻.A

fl時

-----?

------

送------收

方向

橫轄

I信號

tl時到

A

-------

-------

-------

端端-------

路

通信線

路

通普線

工通信

(a)單

B

<-

刻.A

t2時

終

向

場方

號橫

副信

立時

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