6.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)概述

6.2數(shù)據(jù)通信網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

6.3分組交換網(wǎng)

6.4局域網(wǎng)

6.5Internet與寬帶IP網(wǎng)

第6章數(shù)據(jù)通信網(wǎng)

6.1.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的基本概念

從本質(zhì)上講，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的擴(kuò)充，或者說是若干個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的歸并和互連。任何一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)都是由終端、數(shù)據(jù)電路和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三種類型的設(shè)備組成的。圖6.1是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成。由圖可看出，遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)通過數(shù)據(jù)電路與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，數(shù)據(jù)電路由信道和數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(DCE)組成。因此，組成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的基本部件和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是相同的，所增加的主要設(shè)備就是數(shù)據(jù)交換機(jī)(一般為分組交換機(jī))。6.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)概述圖6.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成一般地，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)被劃分為兩個部分：通信子網(wǎng)和本地網(wǎng)。

通信子網(wǎng)具備傳輸和交換功能，它是在原有通信網(wǎng)傳輸鏈路上加裝了專用于數(shù)據(jù)交換或連接的節(jié)點(diǎn)交換機(jī)，從而構(gòu)成了專門處理數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，并隨著通信業(yè)務(wù)變化及網(wǎng)絡(luò)的不斷進(jìn)化和變更，進(jìn)一步發(fā)展為能夠處理各種通信業(yè)務(wù)的綜合通信網(wǎng)。

本地網(wǎng)是由一些數(shù)據(jù)通信專用設(shè)備(例如集線器、復(fù)用器、通信控制器、前置處理機(jī)等)，以及這些專用設(shè)備與各類通信網(wǎng)的專用接口等部分所組成的。一般本地網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)經(jīng)由主機(jī)送往各節(jié)點(diǎn)交換機(jī)。與電話通信相比，數(shù)據(jù)通信有如下特點(diǎn)：

(1)數(shù)據(jù)通信是實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器或機(jī)器與機(jī)器之間的通信，計(jì)算機(jī)直接參與通信是數(shù)據(jù)通信的重要特征；而電話機(jī)僅僅能完成人與人之間的通信。由于計(jì)算機(jī)不具備人腦的思維能力，因此要實(shí)現(xiàn)與人或與其他計(jì)算機(jī)之間的交流就一定要靠人預(yù)先編制的程序來完成，這遠(yuǎn)比電話通信要復(fù)雜。

(2)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性要求高。在數(shù)據(jù)通信中，通常用二進(jìn)制的“1”和“0”表示信息，任何錯誤都可能造成嚴(yán)重的后果，因此需要較低的誤碼率，并且傳遞系統(tǒng)應(yīng)有自動糾正錯誤的能力。

(3)傳輸速率高，要求持續(xù)和傳輸響應(yīng)時間快。數(shù)據(jù)信號的傳輸速率隨所使用的帶寬不同而不同，傳輸速率通常比電話線高。

(4)通信的持續(xù)時間差異較大。數(shù)據(jù)通信的平均信息長度和平均時延隨著應(yīng)用的不同而不同。

(5)數(shù)據(jù)通信具有靈活的接口，能滿足各種設(shè)備之間的相互通信。6.1.2數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)大致分為以下幾個業(yè)務(wù)網(wǎng)：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)、分組交換網(wǎng)(X.25)、幀中繼網(wǎng)、ATM網(wǎng)、IP網(wǎng)等。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)是利用數(shù)字信道提供半永久性連接電路傳輸數(shù)據(jù)信號的數(shù)字傳輸網(wǎng)。它向用戶提供專用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸信道，為用戶建立專用數(shù)據(jù)網(wǎng)提供條件。DDN具有傳輸質(zhì)量高、誤碼率低、傳輸時延小、支持多種業(yè)務(wù)(數(shù)據(jù)、語音、傳真、圖像、幀中繼等)、提供高速數(shù)據(jù)專線等優(yōu)點(diǎn)。DDN不僅能提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)專線，而且具有數(shù)據(jù)信道帶寬管理功能。分組交換網(wǎng)(X.25)吸收了電路交換低時延及電報(bào)交換的路由選擇自由的優(yōu)點(diǎn)，是一種數(shù)據(jù)傳輸可靠性較高的數(shù)據(jù)通信方式。分組交換網(wǎng)能夠向用戶提供不同速率、代碼及通信規(guī)程的接入。我國的分組交換網(wǎng)與用戶的接口規(guī)程主要采用原CCITTX.25協(xié)議，它包括ISO的開放系統(tǒng)互連(OSI)七層協(xié)議的下三層，分別由網(wǎng)絡(luò)終端和通信網(wǎng)完成這些功能。線路采用動態(tài)統(tǒng)計(jì)時分復(fù)用，線路利用率較高，但通信協(xié)議開銷較大。

幀中繼網(wǎng)采用快速分組交換技術(shù)，它是在數(shù)字光纖線路代替模擬線路、用戶終端逐漸智能化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。幀中繼網(wǎng)只完成OSI物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能，不負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的糾錯、重發(fā)、流量控制等，因此它具有網(wǎng)絡(luò)吞吐量高、傳送時延低、可靠、靈活的特點(diǎn)，是非常經(jīng)濟(jì)的用戶寬帶業(yè)務(wù)接入網(wǎng)。

異步傳送模式(ATM)是一種用于寬帶網(wǎng)內(nèi)傳輸、復(fù)用、交換信元的技術(shù)，可以支持高質(zhì)量的語音、圖像和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它是一種簡化的面向連接的高速分組交換，是未來寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心。

IP網(wǎng)(Internet或因特網(wǎng))是全世界最大的信息網(wǎng)絡(luò)，通過IP網(wǎng)的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)功能，我們可以與世界大多數(shù)國家交流信息，檢索各種資料。IP網(wǎng)利用TCP/IP協(xié)議將遍布世界各地各種類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)聯(lián)成一個大網(wǎng)。其下層數(shù)據(jù)網(wǎng)由各種類型的二層數(shù)據(jù)網(wǎng)組成，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備可以是各種類型的數(shù)據(jù)交換機(jī)(如X.25、FR、ATM、以太網(wǎng)等分組交換機(jī))。IP網(wǎng)采用統(tǒng)一格式的IP地址，節(jié)點(diǎn)設(shè)備統(tǒng)一采用面向無連接的路由器。6.1.3數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的主要性能指標(biāo)

數(shù)據(jù)通信的目的就是及時、有效地傳遞信息。衡量數(shù)據(jù)傳輸是從傳輸?shù)臄?shù)量和質(zhì)量來衡量的。數(shù)量是指傳輸?shù)乃俣?，包括?shù)據(jù)率、調(diào)制速率、傳播速率、吞吐量等。質(zhì)量指標(biāo)指數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，一般用?shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e率來衡量。

(1)數(shù)據(jù)率。數(shù)據(jù)率即數(shù)據(jù)傳輸率，表示單位時間內(nèi)傳輸?shù)拇a數(shù)，即每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼位數(shù)(bit)，故又稱其為比特率，單位為比特每秒(b/s)。數(shù)據(jù)率的高低由每位所占的時間決定，若每一位數(shù)據(jù)占用的時間寬度越少，則數(shù)據(jù)率越高。設(shè)T為傳輸?shù)碾娒}沖信號的寬度或周期，N為電脈沖信號所有可能的狀態(tài)數(shù)，則數(shù)據(jù)率為

S?=?lbN(b/s)(6.1)

(2)調(diào)制速率。調(diào)制速率又稱波特率、碼元速率或波形速率。它是針對模擬信號傳輸過程中數(shù)字信號經(jīng)過調(diào)制后的傳輸速率，表示每秒傳送多少電信號單元(碼元)，即每秒載波調(diào)制狀態(tài)改變的次數(shù)?；蛘哒f，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，線路上每秒傳送的波形的個數(shù)就是數(shù)據(jù)率(或稱波特率)，其單位為波特(Baud)。調(diào)制速率就是脈沖信號經(jīng)過調(diào)制后的傳輸速率，通常用于表示調(diào)制解調(diào)器之間的信號傳輸速率。若以T表示調(diào)制信號的周期，則調(diào)制速率為

B?=(6.2)由式(6.1)和式(6.2)得比特率與波特率之間的關(guān)系為

S?=?BlbN(6.3)

式中，若N?=?2，則S?=?B，即比特率與波特率相等。

此外，波特和比特是兩個不同的概念。波特是碼元的傳輸速率單位，它表示單位時間內(nèi)傳輸多少個碼元，碼元的傳輸速率也就是調(diào)制速率、波形速率；而比特是信息量的單位。波特率和比特率的區(qū)別見圖6.2。圖6.2波特率與比特率的區(qū)別

(3)傳播速率。信號在單位時間內(nèi)傳送的距離稱為傳播速率。傳播速率的大小受限于傳輸媒介，光在真空中的傳播速率最大，即光速。例如，電信號在電纜中傳播的速度約為光速的77%。

(4)吞吐量。吞吐量是指單位時間內(nèi)整個網(wǎng)絡(luò)能夠處理的信息總量，單位是字節(jié)每秒(B/s)或位每秒(b/s)。

(5)可靠性?？煽啃钥捎貌铄e率來表示。常用的差錯率指標(biāo)有平均誤碼率、平均誤字率和平均誤碼組率等。

誤碼率又稱為出錯率，指二進(jìn)制數(shù)據(jù)位傳輸時出錯的概率，是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下傳輸可靠性的指標(biāo)。誤碼率Pe?=?誤傳的碼元總數(shù)/傳送的碼元總數(shù)。在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中，一般要求誤碼率低于10-6，若誤碼率高于這個指標(biāo)，則可通過差錯控制方法進(jìn)行檢驗(yàn)和糾錯。6.1.4數(shù)據(jù)傳輸方式

1．通信方式

1)并行通信方式

并行通信傳輸中有多個數(shù)據(jù)位同時在兩個設(shè)備之間傳輸。如圖6.3所示，發(fā)送端將這些數(shù)據(jù)位通過對應(yīng)的數(shù)據(jù)線傳送給接收端，還可附加一位數(shù)據(jù)校驗(yàn)位。接收端可同時接收到這些數(shù)據(jù)，不需要做任何變換即可直接使用。并行方式主要用于近距離通信，例如計(jì)算機(jī)內(nèi)的總線結(jié)構(gòu)就是并行通信。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度快、處理簡單。圖6.3并行傳輸

2)串行通信方式

串行數(shù)據(jù)傳輸中，數(shù)據(jù)是一位一位地在通信線上傳輸?shù)?，先由具有幾位總線的計(jì)算機(jī)內(nèi)的發(fā)送端將幾位并行數(shù)據(jù)經(jīng)并行/串行轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成串行方式，再逐位經(jīng)傳輸線到達(dá)接收站的設(shè)備中，并在接收端將數(shù)據(jù)從串行方式重新轉(zhuǎn)換成并行方式，以供接收方使用，如圖6.4所示。串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫炔⑿袀鬏斅枚?，但在遠(yuǎn)距離傳輸和位數(shù)較多的情況下具備比較明顯的優(yōu)勢。圖6.4串行傳輸

3)串行通信的方向性結(jié)構(gòu)

串行數(shù)據(jù)通信的方向性結(jié)構(gòu)有三種，即單工、半雙工和全雙工，如圖6.5所示。

(1)單工數(shù)據(jù)傳輸只支持?jǐn)?shù)據(jù)在一個方向上傳輸。

(2)半雙工數(shù)據(jù)傳輸允許數(shù)據(jù)在兩個方向上傳輸，但在某一時刻，只允許數(shù)據(jù)在一個方向上傳輸，它實(shí)際上是一種切換方向的單工通信。

(3)全雙工數(shù)據(jù)通信允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，因此，全雙工通信是兩個單工通信方式的結(jié)合，它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨(dú)立的接收和發(fā)送能力。圖6.5單工、半雙工、全雙工通信方式示意

2．?dāng)?shù)據(jù)傳輸?shù)幕拘问?/p>

1)基帶傳輸

所謂基帶，就是指電信號所固有的基本頻帶。數(shù)字信號的基本頻帶從0到若干兆赫，由傳輸速率決定。當(dāng)利用數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)直接傳送基帶信號，不經(jīng)頻譜搬移時，稱之為基帶傳輸?；鶐鬏斣O(shè)備簡單、費(fèi)用低，適用于傳輸距離不長的場合，例如，用在一個企業(yè)網(wǎng)的內(nèi)部或校園網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸。

2)頻帶傳輸

頻帶傳輸也稱為載波傳輸。頻帶傳輸把二進(jìn)制信號(數(shù)字信號)進(jìn)行調(diào)制交換，使之成為能在公用電話網(wǎng)上傳輸?shù)囊纛l信號(模擬信號)，該音頻信號通過傳輸介質(zhì)傳送到接收端后，再由解調(diào)器變換成原來的二進(jìn)制電信號。頻帶傳輸在發(fā)送端和接收端都要設(shè)置調(diào)制解調(diào)器。

3)寬帶傳輸

寬帶是指比音頻帶寬更寬的頻帶。使用這種寬頻帶傳輸?shù)南到y(tǒng)，稱為寬帶傳輸系統(tǒng)。它可以容納全部廣播，并可進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。寬帶傳輸系統(tǒng)多是模擬信號傳輸系統(tǒng)。

一般地，寬帶傳輸與基帶傳輸相比有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)能在一個信道中傳輸語音、圖像和數(shù)據(jù)信息，使系統(tǒng)具有多種用途。

(2)一條寬帶信道能劃分為多條邏輯基帶信道，實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，因此信道的容量大大增加。

(3)寬帶傳輸?shù)木嚯x比基帶遠(yuǎn)。因基帶直接傳送數(shù)字，故傳輸?shù)乃俾视撸瑐鬏數(shù)木嚯x愈短。

4)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸方式就是利用數(shù)字信道傳輸數(shù)據(jù)的方法，采用數(shù)字信道，每一數(shù)字話路的數(shù)據(jù)傳輸速率為64?kb/s，所以，每一話路可復(fù)用5路9600?b/s或10路1800?b/s的數(shù)據(jù)，并且不需要采用調(diào)制解調(diào)器，誤碼率低，從而提高了傳輸?shù)乃俾屎唾|(zhì)量。當(dāng)傳輸距離較長時，由于數(shù)字信道每隔一定距離就要插入再生中繼器，使信道中引入的噪聲和信號失真不會積累，從而大大提高了傳輸質(zhì)量。當(dāng)然，采用數(shù)字傳輸要求全網(wǎng)的時鐘系統(tǒng)保持同步，因此，這種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸方式的靈活性不如模擬傳輸方式的高。

3．異步傳輸和同步傳輸

1)異步傳輸方式

異步傳輸方式一次只傳輸一個字符。發(fā)送方和接收方之間不需要嚴(yán)格的定時關(guān)系。每個字符用一位起始位引導(dǎo)和一位停止位結(jié)束。在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，發(fā)送方可發(fā)送連續(xù)的停止位。接收方根據(jù)“1”至“0”的跳變來判斷一個新字符的開始，然后接收字符中的所有位。

異步傳輸方式的主要特點(diǎn)如下：

(1)以字符為單位傳輸數(shù)據(jù)。

(2)在字符的開頭加1位起始位，在末尾加1或2位終止位，有時還可加1位校驗(yàn)位。

(3)當(dāng)線路上持續(xù)高電平變成低電平時，標(biāo)志一個字符的開始。

2)同步傳輸方式

為使接收雙方能判別數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束，還需要在每個數(shù)據(jù)塊的開始處和結(jié)束處各加一個幀頭和一個幀尾，加有幀頭、幀尾的數(shù)據(jù)稱為一幀。采用同步通信時，將許多字符組成一個信息組。這樣，字符可以一個接一個地傳輸。但是，在每組信息(通常稱為幀)的開始要加上同步字符，當(dāng)沒有信息要傳輸時，要填上空字符，因?yàn)橥絺鬏敳辉试S有間隙。同步傳輸中，一個信息幀包含多個字符(一個字符對應(yīng)5～8比特位)，并用同步字符作為開始，接收端是能夠識別同步字符的，當(dāng)檢測到有一串?dāng)?shù)位和同步字符相匹配時，就認(rèn)為開始一個信息幀。于是，把此后的數(shù)位作為實(shí)際傳輸?shù)男畔硖幚怼?/p>

3)異步傳輸和同步傳輸?shù)谋容^

(1)異步傳輸簡單，雙方時鐘可允許一定誤差；同步傳輸較復(fù)雜，雙方時鐘的允許誤差較小。

(2)異步傳輸只適用于點(diǎn)對點(diǎn)，同步傳輸可用于點(diǎn)對多點(diǎn)。

(3)異步傳輸效率低，同步傳輸效率高。6.2.1通信協(xié)議

1．開放系統(tǒng)互連參考模型

所謂“開放系統(tǒng)”，是指一個系統(tǒng)與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信時能夠遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，按OSI標(biāo)準(zhǔn)研制的系統(tǒng)，均可實(shí)現(xiàn)互連。OSI參考模型采用7層協(xié)議結(jié)構(gòu)，如圖6.6所示。6.2數(shù)據(jù)通信網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)圖6.6OSI參考模型

1)物理層

物理層的主要功能是為計(jì)算機(jī)等開放系統(tǒng)之間建立、保持和斷開數(shù)據(jù)電路的物理連接，并確保在通信信道上傳輸可識別的透明比特流信號和時鐘信號。物理層有四個基本特性：機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和過程特性，用來提供連接服務(wù)。物理層協(xié)議的目標(biāo)是使所有廠家的計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備在接口上按規(guī)定互相兼容。如調(diào)制解調(diào)器與計(jì)算機(jī)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)RS232就是一個典型的物理層協(xié)議。

2)數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層的目的是屏蔽物理層的特征，面向網(wǎng)絡(luò)層提供幾乎無差錯、高可靠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)鏈路，確保數(shù)據(jù)通信的正確性。數(shù)據(jù)鏈路層主要解決以下兩個問題：①數(shù)據(jù)傳輸管理,包括信息傳輸格式、差錯檢測與恢復(fù)、收發(fā)之間的雙工傳輸爭用信道等；②流量控制，協(xié)調(diào)主機(jī)與通信設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸速率失配。

數(shù)據(jù)鏈路層在相鄰節(jié)點(diǎn)之間無差錯地傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)。幀包含控制信息和上層數(shù)據(jù)，幀中有地址、序號、校驗(yàn)等控制信息，可以進(jìn)行差錯控制、流量控制等。收方如查出幀有錯誤，就要通知發(fā)方重發(fā)該幀。

3)網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的作用是選擇合適的路由，使分組經(jīng)過一段段的數(shù)據(jù)鏈路傳到網(wǎng)絡(luò)的另一端。對于大型網(wǎng)絡(luò)，路由選擇和流量控制較復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)可分為面向連接服務(wù)和無連接服務(wù)。面向連接服務(wù)也稱為虛電路服務(wù)，是一種可靠的、保證順序的、無丟失的服務(wù)。無連接服務(wù)也稱為數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，不保證順序，可能有丟失，但簡單、易于實(shí)現(xiàn)。

4)傳輸層

傳輸層只存在于用戶計(jì)算機(jī)中，也稱計(jì)算機(jī)-計(jì)算機(jī)層或端-端層。OSI的前三層可組成公共網(wǎng)絡(luò)(分組網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)機(jī)只有前三層)，它可被很多設(shè)備共享，并且數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)-節(jié)點(diǎn)機(jī)、節(jié)點(diǎn)機(jī)-節(jié)點(diǎn)機(jī)間按“接力”方式傳送。為了防止傳送途中報(bào)文的丟失，計(jì)算機(jī)之間可實(shí)行端-端控制。傳輸層的主要功能是建立、拆除和管理傳送連接，它是在網(wǎng)絡(luò)連接的基礎(chǔ)上工作的。如果網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)質(zhì)量較高(如虛電路服務(wù))，傳輸層協(xié)議就較簡單；如果網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)質(zhì)量不高(如數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù))，傳輸層協(xié)議就較復(fù)雜。

5)會話層

會話層用于管理和協(xié)調(diào)兩個計(jì)算機(jī)之間的信息交互。它提供建立和使用連接的方法，一個連接就稱為一個“會話”，對會話進(jìn)行管理，如單/雙工選擇。為方便重傳需進(jìn)行通信任務(wù)分割和同步，當(dāng)傳輸層連接出現(xiàn)故障時，整個通信活動不必重新開始，只需從同步點(diǎn)進(jìn)行重傳。

6)表示層

表示層用于管理所用的字符集與數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)在屏幕上的顯示或打印方式、顏色的使用、格式的選用等。該層的主要功能有字符集轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)的加密與解密、實(shí)終端與虛終端之間的轉(zhuǎn)換，使字符、格式等有差異的設(shè)備間可相互通信，并提高通信效能，增強(qiáng)系統(tǒng)的保密性等。

7)應(yīng)用層

應(yīng)用層可確定應(yīng)用進(jìn)程的性質(zhì)，為應(yīng)用進(jìn)程提供通信接口。根據(jù)不同的應(yīng)用性質(zhì)，應(yīng)用層需要提供不同的功能和服務(wù)，如電子郵件、聯(lián)系控制、可靠傳輸、遠(yuǎn)程操作等。由于應(yīng)用的種類很多，使得應(yīng)用層很復(fù)雜。

以上7層功能又可按其特點(diǎn)分為低層和高層。通常將1～3層劃分為低層，其目的是保證系統(tǒng)之間跨越網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸?shù)目煽啃裕?～7層劃分為高層，實(shí)現(xiàn)一些面向應(yīng)用的信息處理和通信功能。

2．OSI參考模型中的幾個基本概念

(1)協(xié)議：不同系統(tǒng)中同一層實(shí)體(稱為對等層實(shí)體。在許多情況下，實(shí)體就是一個特定的軟件模塊)進(jìn)行通信的規(guī)則的集合。它規(guī)定協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)的格式、通信雙方所要完成的操作、給上層提供的服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層的PDU稱為幀，網(wǎng)絡(luò)層的PDU稱為分組，傳輸層以上層的PDU統(tǒng)稱為報(bào)文。

(2)服務(wù)：在同一系統(tǒng)中下層實(shí)體給上層實(shí)體提供的功能。下層為服務(wù)提供者，上層為服務(wù)使用者(用戶)。用戶只看得見下層的服務(wù)而看不見下層協(xié)議，下層協(xié)議對上層用戶是透明的。在體系結(jié)構(gòu)中，協(xié)議是水平方向的，服務(wù)是垂直方向的。下層能夠向上層提供兩種形式的服務(wù)：面向連接服務(wù)和無連接服務(wù)。面向連接服務(wù)在數(shù)據(jù)交換之前必須先建立連接，保留下層的有關(guān)資源，數(shù)據(jù)交換結(jié)束后，終止這個連接，釋放所保留的資源。面向連接服務(wù)的數(shù)據(jù)是按序傳送的。對于無連接服務(wù)，兩個實(shí)體之間的通信不需要先建立好一個連接，因此，其下層的有關(guān)資源不需要事先預(yù)留，這些資源是在數(shù)據(jù)傳輸時動態(tài)進(jìn)行分配的。無連接服務(wù)的優(yōu)點(diǎn)是靈活、方便和迅速，但無連接服務(wù)不能防止報(bào)文的丟失、重復(fù)或失序。而且，采用無連接服務(wù)，每個報(bào)文都必須提供完整的目的地址，因此，開銷較大。

(3)服務(wù)訪問點(diǎn)(SAP)：在同一系統(tǒng)中相鄰兩層之間的交換信息的地點(diǎn)。它實(shí)際就是下層向上層提供服務(wù)的邏輯接口，有時也稱為端口(Port)或插口/套接字(Socket)。

(4)服務(wù)原語：用戶和協(xié)議實(shí)體間的接口，實(shí)際上是一段程序代碼，但其具有不可分割性。在同一系統(tǒng)中相鄰兩層要按服務(wù)原語的方式交換信息。這些服務(wù)原語的交換地點(diǎn)是服務(wù)訪問點(diǎn)。服務(wù)原語有四種類型：請求、指示、響應(yīng)和證實(shí)。原語中可以包含對方的地址、要傳送的內(nèi)容、所要求的服務(wù)質(zhì)量等信息。

3．OSI參考模型與數(shù)據(jù)通信的關(guān)系

OSI參考模型是計(jì)算機(jī)互連體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的產(chǎn)物，它的目的是為異種計(jì)算機(jī)互連提供一個共同的基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)框架，并為保持相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性和兼用性提供共同的參考。它的基本內(nèi)容是通信功能連接的分層結(jié)構(gòu)。OSI參考模型與幾種典型的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)在功能上的對應(yīng)關(guān)系見表6.1。表6.1OSI參考模型在功能上與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的對應(yīng)關(guān)系6.2.2數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程

數(shù)據(jù)鏈路的通信操作規(guī)則稱為數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程，它的目的是在已經(jīng)形成的物理電路上建立起相對無差錯的邏輯鏈路，以便在DTE與網(wǎng)絡(luò)之間、DTE與DTE之間有效而可靠地傳送數(shù)據(jù)信息。

數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程依據(jù)所傳輸信息的基本單位，一般可分為面向字符協(xié)議與面向比特協(xié)議兩類，在它們中所傳信息的基本單位分別為字符和比特。面向字符協(xié)議的特點(diǎn)是傳輸以字符為單位的報(bào)文，并且用一些特殊的字符來進(jìn)行傳輸控制與連接。其中較著名的是IBM公司的“二進(jìn)制同步通信”協(xié)議，主要用于點(diǎn)對點(diǎn)及多點(diǎn)共享的場合，且支持半雙工方式。

由于面向字符協(xié)議應(yīng)用的有效性及靈活性不及面向比特協(xié)議，因此目前已很少使用。面向比特協(xié)議的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸以幀的形式進(jìn)行，每幀的數(shù)據(jù)比特長度是任意的，因此不再是“面向字符”而是“面向比特”；支持任何工作方式與鏈路結(jié)構(gòu)，如半雙工、全雙工、點(diǎn)對點(diǎn)、多點(diǎn)共享、分組交換等，采用同步方式傳輸數(shù)據(jù)。

ISO制定的高級數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)協(xié)議就是面向比特的協(xié)議，它是ISO根據(jù)IBM公司的SDLC協(xié)議擴(kuò)充開發(fā)而成的。ITU-T也有一個相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，叫做LAP-B協(xié)議，它其實(shí)是HDLC的子集。

HDLC協(xié)議的特點(diǎn)如下：

(1)透明傳輸。對要傳輸?shù)男畔⑽谋镜谋忍亟Y(jié)構(gòu)無任何限制，也就是說，信息文本可以是任意的字符碼集或任意比特串，而不會影響鏈路的監(jiān)控操作。

(2)可靠性高。在所有的幀里都采用循環(huán)冗余校驗(yàn)，并且將信息幀按順序編號以防止幀的漏發(fā)和重收。

(3)傳輸效率高。在通信中無需等到對方應(yīng)答就可以傳送下一幀，可以連續(xù)傳送，也可以雙向同時通信。

(4)靈活性大。傳輸控制與處理功能分離，應(yīng)用范圍比較廣泛。

1．適用環(huán)境與操作方式

利用HDLC規(guī)程進(jìn)行通信時，可以有三種類型的通信站，即主站、從站和復(fù)合站。主站負(fù)責(zé)建立數(shù)據(jù)鏈路、數(shù)據(jù)傳送及鏈路差錯恢復(fù)等控制，主站發(fā)出命令要求從站執(zhí)行指定操作。從站負(fù)責(zé)執(zhí)行主站指示的操作，并向主站發(fā)送響應(yīng)。復(fù)合站兼有主站與從站的功能，既能發(fā)送又能接收命令和響應(yīng)。

數(shù)據(jù)通信雙方通信站的結(jié)構(gòu)可分為兩類，即非平衡型結(jié)構(gòu)與平衡型結(jié)構(gòu)。非平衡型結(jié)構(gòu)由一個主站和一個或多個從站組成，即點(diǎn)對點(diǎn)和多點(diǎn)式結(jié)構(gòu)。平衡型結(jié)構(gòu)只能是點(diǎn)對點(diǎn)工作，通信雙方都具有主站和從站的功能，其通信結(jié)構(gòu)如圖6.7所示。對于非平衡型配置，有兩種數(shù)據(jù)傳送方式：一種是正常響應(yīng)方式(NRM)，是最常用的方式，其特點(diǎn)是只有主站才能向從站發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，而從站只有收到主站命令才能發(fā)出響應(yīng)；另一種是異步響應(yīng)方式(ARM)，該方式用得較少，其特點(diǎn)是從站可不必收到主站命令而主動地向主站發(fā)出信息，但是主站仍負(fù)責(zé)全線的初始化、鏈路的建立和釋放，以及差錯恢復(fù)等。圖6.7通信站的結(jié)構(gòu)(a)非平衡型；(b)平衡型

2．幀結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)鏈路上傳送的完整信息組稱為“幀”。對于HDLC規(guī)程，無論是信息幀還是控制幀都使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)幀格式，如圖6.8所示。它們由標(biāo)志字段(F)、地址字段(A)、控制字段(C)、信息字段(Info)及幀校驗(yàn)序列(FCS)組成。圖6.8HDLC的幀結(jié)構(gòu)幀格式中各字段的含義如下：

(1)標(biāo)志字段(F)：一個8比特序列(01111110)，作為幀的開始和結(jié)束的定界符。因?yàn)樾畔⒆侄蔚拈L度可變，故需用標(biāo)志指示每幀的開始和結(jié)束。

為了防止其他字段出現(xiàn)與F相同的比特序列格式，可采用“0”插入技術(shù)，即發(fā)送端監(jiān)視除F字段外的發(fā)送序列，一旦有5個連續(xù)“1”出現(xiàn)，則立即插入一個“0”。采用這種零比特填充后的數(shù)據(jù)，就可以保證幀中除F字段外不會出現(xiàn)多于5個連續(xù)“1”的序列，防止了出現(xiàn)與F字段相同的比特序列，從而保證了透明傳輸。同理，在接收端采用“0”刪除技術(shù)，即將連續(xù)5個“1”后的“0”自動刪除，恢復(fù)原來的比特序列。

(2)地址字段(A)：共8個比特。在使用非平衡方式傳送數(shù)據(jù)時，地址字段總是寫入從站的地址；但在平衡方式時，地址字段總是填入確認(rèn)站的地址。

(3)控制字段(C)：共8個比特，是最復(fù)雜的字段。HDLC的許多重要功能都靠控制字段來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)其最前面兩個比特的取值，可將HDLC的幀劃分為三大類，即信息幀(I)、監(jiān)督幀(S)以及無編號幀(U)。信息幀的功能是執(zhí)行信息的傳遞，監(jiān)督幀用于傳送監(jiān)控命令及響應(yīng)，無編號幀用來傳送要求鏈接、拆鏈和確認(rèn)的命令。

(4)信息字段(Info)：可填入要傳送的任意長數(shù)據(jù)、報(bào)文等信息。

(5)幀校驗(yàn)序列(FCS)：共16個比特，用于進(jìn)行差錯控制。其所檢驗(yàn)的范圍是從地址字段的第1個比特起，到信息字段的最末1個比特為止。6.3.1分組交換網(wǎng)的構(gòu)成

分組交換網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)如圖6.9所示。

從設(shè)備來看，分組交換網(wǎng)由分組交換機(jī)、用戶終端、遠(yuǎn)程集中器(RSU)、網(wǎng)絡(luò)管理中心(NMC)以及傳輸線路等組成。6.3分?組?交?換?網(wǎng)圖6.9分組交換網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)

1．分組交換機(jī)

分組交換機(jī)是分組交換網(wǎng)的重要組成部分。根據(jù)其在網(wǎng)絡(luò)中的位置，分組交換機(jī)可分為轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)和本地局部交換機(jī)兩種。轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)容量大，線路端口數(shù)多，具有路由選擇功能，主要用于交換機(jī)之間的互連；本地局部交換機(jī)容量小，只有局部交換功能，不具備路由選擇功能。本地局部交換機(jī)可以接至數(shù)據(jù)終端，也可以接至轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)，但只可與一個轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)相連，與網(wǎng)內(nèi)其他數(shù)據(jù)終端互通時必須經(jīng)過相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)。分組交換機(jī)的主要功能如下：

(1)為網(wǎng)絡(luò)的基本業(yè)務(wù)、可選補(bǔ)充業(yè)務(wù)提供支持。

(2)進(jìn)行路由選擇、流量控制。

(3)支持X.25、X.75等多種協(xié)議。

(4)完成局部維護(hù)、運(yùn)行管理、故障報(bào)告與診斷、計(jì)費(fèi)及網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)等功能。

2．網(wǎng)絡(luò)管理中心

網(wǎng)絡(luò)管理中心(簡稱網(wǎng)管中心)的功能一部分是自動完成的，另一部分是由操作終端控制完成的。其主要功能如下：

(1)網(wǎng)管配置管理與用戶管理。網(wǎng)管中心匯集各節(jié)點(diǎn)的位置、容量、中繼線路速率等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備參數(shù)，這是路由控制和識別網(wǎng)絡(luò)是否正常工作的基本數(shù)據(jù)。

用戶管理收集用戶的終端類型、用戶登記的基本業(yè)務(wù)、可選業(yè)務(wù)、線路速率等，以提供相應(yīng)服務(wù)。

(2)路由管理。網(wǎng)管中心協(xié)同各交換機(jī)，根據(jù)路由選擇原則及收集的各種信息修改路由表。

(3)計(jì)費(fèi)管理。網(wǎng)管中心根據(jù)交換機(jī)提供的主叫、被叫參數(shù)進(jìn)行計(jì)費(fèi)，形成計(jì)費(fèi)文件。

(4)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測、故障告警及狀態(tài)顯示。網(wǎng)管中心監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的工作情況，發(fā)現(xiàn)故障時，通過測試程序定位故障，以圖形方式在顯示器上表明設(shè)備的工作狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)的局部負(fù)載及告警位置。

3．用戶終端

分組終端(PT)：具有X.25協(xié)議接口的、有分組處理能力的數(shù)據(jù)通信終端設(shè)備，通常是在PC內(nèi)插入一塊通信接口板并配上軟件。

非分組終端(NPT)：不具有分組數(shù)據(jù)處理能力，對它們不能直接進(jìn)行分組交換，必須經(jīng)過分組裝拆設(shè)備轉(zhuǎn)換。非分組終端種類很多，如帶異步通信接口的計(jì)算機(jī)、可視圖文終

端等。

4．分組裝拆設(shè)備

分組裝拆設(shè)備(PAD)是非分組終端接入分組網(wǎng)的接口設(shè)備，它的主要功能有以下兩個：

(1)規(guī)程轉(zhuǎn)換。把非分組終端的簡單接口規(guī)程與X.25協(xié)議相互轉(zhuǎn)換，非分組終端字符通過PAD組成分組，以便發(fā)送至交換機(jī)；反之，把交換機(jī)發(fā)來的分組拆成字符，以便非分組終端接收。

(2)數(shù)據(jù)集中。各終端的數(shù)據(jù)流組成分組，采用動態(tài)復(fù)用的原理，從而使線路利用率大大提高，即接入PAD的各非分組終端速率之和可大于PAD至交換機(jī)的線路傳輸速率。

5．遠(yuǎn)程集中器

遠(yuǎn)程集中器(RCU)可以將離分組交換機(jī)較遠(yuǎn)地區(qū)的低速數(shù)據(jù)終端的數(shù)據(jù)集中起來后，通過一條高速電路送往分組交換機(jī)，以提高電路利用率。遠(yuǎn)程集中器還含PAD的功能，可以使非分組終端接入分組交換網(wǎng)。遠(yuǎn)程集中器的功能介于分組交換機(jī)與PAD之間，是PAD功能的擴(kuò)充。

6．傳輸線路

傳輸線路是分組交換網(wǎng)不可缺少的組成部分，分組交換中繼傳輸線路可以是PCM數(shù)字信道，速率可達(dá)64?kb/s、128?kb/s、2?Mb/s甚至更高，也可以是Modem轉(zhuǎn)換的模擬信道。6.3.2分組交換網(wǎng)的原理

分組交換是以分組或包為單位來傳輸與交換信息的，每個分組頭部都附有接收地址與控制信息。在網(wǎng)絡(luò)的交換節(jié)點(diǎn)中，采用先存儲后轉(zhuǎn)發(fā)的方式將數(shù)據(jù)傳送出去。以分組作為存儲-轉(zhuǎn)發(fā)的單位，分組在各交換節(jié)點(diǎn)之間傳送比較靈活，交換節(jié)點(diǎn)不必等待整個報(bào)文的其他分組到齊，就能一個分組、一個分組地轉(zhuǎn)發(fā)。這樣可以大大壓縮節(jié)點(diǎn)所需的存儲容量，縮短網(wǎng)絡(luò)時延。分組交換的工作過程如圖6.10所示。交換節(jié)點(diǎn)的交換機(jī)接到分組后首先把它存儲起來，然后根據(jù)分組中信息、線路的忙閑情況等選擇一條路由，再把分組傳給下一個交換節(jié)點(diǎn)的交換機(jī)。如此反復(fù)，一直把分組傳輸?shù)浇邮辗剿诘慕粨Q機(jī)。對于一般終端，若沒有對報(bào)文信息進(jìn)行分組，則發(fā)送端要使用PAD將報(bào)文拆為分組，接收端要使用PAD將收到的分組裝配成報(bào)文。如果終端是分組終端(如計(jì)算機(jī)、智能終端)，就可自行對報(bào)文進(jìn)行分組與組裝，無需PAD。圖6.10分組交換的工作過程以上介紹的是分組交換網(wǎng)中的數(shù)據(jù)報(bào)方式，因?yàn)槊恳粋€數(shù)據(jù)分組都包含目標(biāo)地址信息，分組交換機(jī)為每一個數(shù)據(jù)分組獨(dú)立地尋找路徑。由于網(wǎng)絡(luò)的中間交換機(jī)對每個分組可能選擇不同的路由，因此各分組到達(dá)目的終端時可能不是按發(fā)送的順序到達(dá)，在目的終端需要將它們按順序重新排列。

在分組交換網(wǎng)中還有另外一種方式，叫做虛電路方式，見圖6.11。所謂虛電路，就是兩個用戶終端在開始發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前，需要通過網(wǎng)絡(luò)建立邏輯上的連接，一旦這種連接建立后，就在網(wǎng)絡(luò)中保持已建立的數(shù)據(jù)通路，用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)(以分組為單位)將按順序通過網(wǎng)絡(luò)到達(dá)終點(diǎn)。當(dāng)用戶不需要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時，可以清除這種連接。圖6.11虛電路方式6.3.3ATM網(wǎng)絡(luò)

ATM是異步傳輸模式的簡稱，也是一種建立在電路交換和分組交換基礎(chǔ)上的面向連接的快速分組交換技術(shù)。它采用定長分組，能夠較好地對寬帶信息進(jìn)行交換。它與幀中繼的區(qū)別在于，幀中繼中分組的長度是可變的，而ATM分組的長度是固定的。

和幀中繼一樣，ATM幾乎不為差錯控制提高額外開銷，差錯控制依賴于系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性以及終端系統(tǒng)中檢錯和糾正差錯的高層協(xié)議。由于使用了固定長度的分組，ATM需要處理的額外開銷比幀中繼還要少。

ATM技術(shù)是一種信元中繼技術(shù)。信元是一個比較小的固定長度的數(shù)據(jù)單元。在信元網(wǎng)絡(luò)中，信元是數(shù)據(jù)復(fù)用、交換與傳輸?shù)幕締卧Ｋ羞M(jìn)入信元網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，不管其分組的大小與幀格式，一律都分解成等長度的信元，再附加上地址后在信道中傳輸。ATM是以分組交換模式為基礎(chǔ)并融合了電路交換模式高速化的優(yōu)點(diǎn)發(fā)展而成的，克服了電路交換模式不能適應(yīng)任意速率業(yè)務(wù)、難于導(dǎo)入未來新業(yè)務(wù)的缺點(diǎn)，簡化了分組交換模式中的協(xié)議，并用硬件對簡化的協(xié)議進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)。

1．ATM分層結(jié)構(gòu)

ATM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的目的是為網(wǎng)絡(luò)用戶提供服務(wù)。通常這些服務(wù)是由ATM協(xié)議參考模型的定義給出的，它與網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔o關(guān)。ATM的協(xié)議參考模型見圖6.12。圖6.12ATM的協(xié)議參考模型

1)物理層

物理層又分為兩個子層：物理介質(zhì)(PMD)子層和傳輸匯聚(TC)子層。物理層負(fù)責(zé)ATM信元的線路編碼，并將信元傳遞給物理媒介。傳輸匯聚子層從ATM層接收信號，組裝為適當(dāng)格式，送到物理介質(zhì)子層。在無信息傳輸時，由傳輸匯聚子層插入空閑信元，以保證信元流的連續(xù)。在接收方，傳輸匯聚子層從來自物理介質(zhì)子層的比特流中提取信元，驗(yàn)證信元頭，刪去空閑信元，將有效信元傳遞給ATM層。

2)?ATM層

ATM層的基本功能是負(fù)責(zé)生成信元，它接收來自AAL層48字節(jié)的有效載荷(即凈荷)，并附加上相應(yīng)的5字節(jié)的信元首部以形成信元送至物理層。ATM層支持連接的建立，并匯集同一輸出端口的不同應(yīng)用信元，同樣在輸入端口分離來自不同輸出端口和不同應(yīng)用的信元。由于ATM層只負(fù)責(zé)由凈荷生成信元的標(biāo)準(zhǔn)格式，而對凈荷只負(fù)責(zé)透明傳輸，故跨越ATM物理層的信元單元只能是53字節(jié)的信元。

3)?ATM適配層(AAL)

ATM適配層的主要功能是適配從上層用戶來的各種信息，以形成ATM層所需的數(shù)據(jù)格式。用戶傳送給ATM的信息往往有多種格式，ATM網(wǎng)可以傳送數(shù)據(jù)、語音和視頻信號，每種信號都要求對ATM網(wǎng)絡(luò)有不同的適配，因此ATM定義了不同類型的AAL服務(wù)。服務(wù)類別的劃分根據(jù)如下：比特率是固定的還是可變的；源站和目的站的定時是否需要同步；是面向連接還是無連接。ITU-T規(guī)定了ATM可提供的四種類別的服務(wù)，如表6.2所示。表6.2AAL服務(wù)類別

(1)類別A服務(wù)支持固定比特率(CBR)并具有嚴(yán)格定時關(guān)系的應(yīng)用，它可以用于電路仿真和實(shí)時CBR視頻流應(yīng)用。

(2)類別B服務(wù)的應(yīng)用除了支持可變比特率(VBR)以外，其他與類別A是相同的。它可以用于實(shí)時壓縮的VBR視頻應(yīng)用。

(3)類別C服務(wù)支持面向連接和VBR應(yīng)用。與類別A、B不同的是，類別C不需要在發(fā)送者與接收者之間提供定時信息或時鐘同步。

(4)類別D服務(wù)除了提供面向無連接服務(wù)外，其他與類型C是相同的。它可以用于目前的多類局域網(wǎng)應(yīng)用，如運(yùn)行于IP或以太網(wǎng)上的應(yīng)用。

2．ATM信元

ATM傳送信息的基本載體是ATM信元。ATM信元是定長的，長度較小，只有53字節(jié)，分成信元首部和信元有效載荷兩部分，其中信元首部為5字節(jié)，信元有效載荷為48字節(jié)。圖6.13為ATM信元的結(jié)構(gòu)。圖6.13ATM信元的結(jié)構(gòu)信元首部各字段的作用如下：

(1)?GFC(通用流量控制)：4比特字段，通常置為0，用來實(shí)現(xiàn)端點(diǎn)到交換機(jī)的流量控制。GFC是針對用戶-網(wǎng)絡(luò)接口UNI而設(shè)置的，對于網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)接口不起作用。

(2)?VPI/VCI(路由字段)：VPI為虛通道標(biāo)識符，用來定義ATM網(wǎng)絡(luò)中的一條虛通道連接；VCI為虛通路標(biāo)識符，用來定義ATM網(wǎng)絡(luò)中的一條虛通路連接。一條虛通道可包含多條虛通路。使用VPI和VCI信息的交換機(jī)稱為ATM交換機(jī)，而僅使用VPI信息的是ATM交連機(jī)，它是一種特殊的ATM交換機(jī)。

(3)?PT(有效載荷類型)：3比特字段，用來區(qū)分該信元是用戶信息還是非用戶信息。第一個比特表示用戶數(shù)據(jù)單元，第二個比特表示有無遭受到擁塞，第三個比特用來區(qū)分服務(wù)數(shù)據(jù)單元(SDU)的類型。例如，一個信元發(fā)出時PT為000，可能在到達(dá)時就變成了010，因而目的站知道網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞。

(4)?CLP(信元丟棄優(yōu)先級)：1比特字段，用來指示與網(wǎng)絡(luò)擁塞時可丟棄(CLP?=?1)或保留(CLP?=?0)的信元。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時，低優(yōu)先級的信元將被丟棄，以保證高優(yōu)先級信元的服務(wù)質(zhì)量。

(5)?HEC(首部差錯控制)：8比特字段，只對信元首部的前四個字節(jié)(但不包括有效載荷部分)進(jìn)行循環(huán)冗余校驗(yàn)，并將檢驗(yàn)的結(jié)果放在HEC字段中。

3．ATM網(wǎng)絡(luò)的連接方式

ATM網(wǎng)絡(luò)的兩類主要設(shè)備是端點(diǎn)的服務(wù)用戶(如工作站、服務(wù)器或其他設(shè)備)和中間點(diǎn)的ATM交換節(jié)點(diǎn)(如ATM交換機(jī))。所有的連接從端點(diǎn)開始并在端點(diǎn)結(jié)束，中間點(diǎn)對端點(diǎn)傳送來的信息進(jìn)行中繼傳輸。

連接是利用一套指定的連接參數(shù)建立的，這些連接參數(shù)將建立諸如所需的信元速率、可接收的最大延遲等連接特性。ATM網(wǎng)絡(luò)是利用端點(diǎn)間的虛電路或虛連接概念來建立連接的。

在ATM中使用的虛連接是一種邏輯連接，它和X.25中的虛電路或幀中繼中的數(shù)據(jù)鏈路連接相似。在圖6.14所示的例子中，從端點(diǎn)A到端點(diǎn)B經(jīng)過ATM交換機(jī)X、Y和Z建立一條邏輯連接。圖6.14端點(diǎn)A經(jīng)過ATM交換機(jī)X、Y和Z與端點(diǎn)B建立一條邏輯連接設(shè)端點(diǎn)A選擇VPI/VCI?=?3/17作為供信元從端點(diǎn)A到交換機(jī)X之間傳送時使用的標(biāo)識符，而信元從交換機(jī)X的端口4進(jìn)入該交換機(jī)。假定交換機(jī)X再從其端口2向交換機(jī)Y轉(zhuǎn)發(fā)此信元，并將VPI/VCI轉(zhuǎn)換為交換機(jī)X未使用的VPI/VCI號，如9/35。交換機(jī)Y從自己端口4收到此信元，再從端口3向交換機(jī)Z進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。現(xiàn)在假定Y是一個交連機(jī)，它只改變VPI的數(shù)值而不改變VCI的值。因此，通過交連機(jī)Y后，信元的VPI/VCI從9/35轉(zhuǎn)換為6/35。最后，交換機(jī)Z從其端口4收到信元，再從自己的另一個端口2向端點(diǎn)B轉(zhuǎn)發(fā)，并將VPI/VCI從6/35轉(zhuǎn)換為42/55。這樣，一個ATM信元從端點(diǎn)A經(jīng)過交換機(jī)X、Y、Z最后到達(dá)端點(diǎn)B，其VPI/VCI標(biāo)識符的數(shù)值的變化如下：3/17→9/35→6/35→42/55。

由此可見，在每一個交換機(jī)中都應(yīng)當(dāng)有一個VPI/VCI的轉(zhuǎn)換表，其中至少有四個參數(shù)，即入端口號、入VPI/VCI值、出端口號以及出VPI/VCI值。

注意：VPI/VCI值只具有本地意義，即只在每一段物理鏈路上具備唯一值。

4．ATM的優(yōu)點(diǎn)和存在的問題

ATM信元分組段將物理層以上的功能(如流量控制、糾錯等)全部放在智能終端中完成，使信息在傳遞和處理過程中的時延大為減小。事實(shí)上，ATM技術(shù)既有電路交換低時延的優(yōu)點(diǎn)，又有分組交換按需分配時隙、電路利用率高及無需速率適配等優(yōu)點(diǎn)。從此角度來看，ATM可以看成是電路交換與分組交換的結(jié)合。故ATM適合傳送各種實(shí)時、非實(shí)時的電信級業(yè)務(wù)，成為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)的綜合平臺。

ATM存在的問題是，ATM信令復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)困難、價格高以及ATM信元到桌面還有困難。另外，ATM信元不能通過其他數(shù)據(jù)網(wǎng)，故ATM網(wǎng)只能以孤島形式存在，而遵循TCP/IP的IP包可以通過低層的任何數(shù)據(jù)網(wǎng)，因而在世界范圍內(nèi)發(fā)展迅速。所謂局域網(wǎng)(LAN)，指的是在一個有限范圍內(nèi)的獨(dú)立設(shè)備可彼此直接進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。例如，企業(yè)或校園中所使用的計(jì)算機(jī)互連通信。6.4局域網(wǎng)6.4.1局域網(wǎng)的基本組成

局域網(wǎng)由網(wǎng)絡(luò)硬件和網(wǎng)絡(luò)軟件兩部分組成。網(wǎng)絡(luò)硬件主要包括服務(wù)器(Server)、客戶機(jī)(Client)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和傳輸介質(zhì)等。網(wǎng)絡(luò)軟件包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(NOS)和協(xié)議(Protocol)等。圖6.15是一種比較常見的局域網(wǎng)。圖6.15局域網(wǎng)的組成局域網(wǎng)各組成的說明如下：

(1)服務(wù)器(Server)：局域網(wǎng)的核心。根據(jù)服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)中所起的作用不同，可分為文件服務(wù)器、打印服務(wù)器和通信服務(wù)器等。文件服務(wù)器提供大容量磁盤空間、軟件、數(shù)據(jù)庫，供網(wǎng)絡(luò)用戶共享。打印服務(wù)器接收和完成客戶機(jī)的打印請求。通信服務(wù)器主要處理網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間的通信及遠(yuǎn)程客戶機(jī)的通信請求。

(2)客戶機(jī)(Client)：也稱為用戶工作站，一般是微機(jī)。每一客戶機(jī)都可運(yùn)行自己的程序，共享網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上的資源。

(3)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：一些決定局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信協(xié)議以及電纜類型的硬件設(shè)備，例如路由器、集線器、網(wǎng)絡(luò)接口卡等。

(4)傳輸介質(zhì)：傳輸信息的載體。局域網(wǎng)中的傳輸介質(zhì)主要有同軸電纜、雙絞線和光纖等。同軸電纜有粗電纜和細(xì)電纜兩種。在局域網(wǎng)中，粗、細(xì)電纜的標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離分別為500m和185m，超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離的局域網(wǎng)，需加中繼器才能正常運(yùn)行，且最多允許使用4個中繼器。雙絞線有UTP(無屏蔽雙絞線)和STP(屏蔽雙絞線)兩種，其中無屏蔽雙絞線的長度一般不超過100m，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)100Mb/s。光纖技術(shù)依賴于光波的特性，不受電子或電磁干擾的影響，而且光傳遞允許幾乎無限的帶寬，可達(dá)200Gb/s。

(5)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(NOS)和協(xié)議(Protocol)：NOS是向網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)提供服務(wù)的特殊的操作系統(tǒng)，用于對整個網(wǎng)絡(luò)的資源和運(yùn)行進(jìn)行管理，操作系統(tǒng)可使用Unix、Novell或Windows等；計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是一組規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，使網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)能進(jìn)行互相通信，如Netbeui、TCP/IP等。6.4.2局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

通常把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上所連的主機(jī)稱為節(jié)點(diǎn)，為了使網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)都能和其余任何節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，必須在每兩個節(jié)點(diǎn)間建立一條數(shù)據(jù)通道。理想的方法是在任意兩個節(jié)點(diǎn)間建立一條專用的直達(dá)鏈路，但這是不現(xiàn)實(shí)的。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)中一般只用一條或幾條線路把所有節(jié)點(diǎn)都連接起來，這樣就有一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的問題。一般情況下，局域網(wǎng)具有圖6.16所示的三種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖6.16局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)星形；(b)環(huán)形；(c)總線

1．星形結(jié)構(gòu)

如圖6.16(a)所示，在星形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，有一個中央節(jié)點(diǎn)作為公用交換中心，其余每個節(jié)點(diǎn)都由鏈路與中央節(jié)點(diǎn)相連接。如果某個節(jié)點(diǎn)要向另一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，則它必須首先發(fā)送一個請求到中央節(jié)點(diǎn)，然后才能與另一個節(jié)點(diǎn)建立連接。一旦建立好連接，兩個節(jié)點(diǎn)就可進(jìn)行通信。

2．環(huán)形結(jié)構(gòu)

如圖6.16(b)所示，在環(huán)形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，各個節(jié)點(diǎn)通過環(huán)路接口首尾相連形成閉合環(huán)路。環(huán)形網(wǎng)中的數(shù)據(jù)總沿一個方向傳輸，源節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息后，由相鄰節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，傳到目的節(jié)點(diǎn)時，信息被接收，但仍會被繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，直至又傳回源節(jié)點(diǎn)為止。

3．總線結(jié)構(gòu)

如圖6.19(c)所示，在總線結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)都連到一條公共的總線上，任何一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息都沿總線傳輸，并且能被總線上的目的節(jié)點(diǎn)所接收。信息從源節(jié)點(diǎn)向兩端傳輸，就像廣播電臺發(fā)送信號一樣，故總線網(wǎng)絡(luò)也稱為廣播式網(wǎng)絡(luò)。6.4.3局域網(wǎng)的訪問方式

訪問方式是指網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間建立通信的方式。計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的訪問方式主要有以下三種。

1．查詢方式

在查詢方式中，節(jié)點(diǎn)按照以下順序取得對網(wǎng)絡(luò)信道的訪問權(quán)：

(1)中心節(jié)點(diǎn)有規(guī)律地查詢每一節(jié)點(diǎn)，以便得知哪個節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行通信。

(2)如果某一節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行通信，且對方信道空閑，節(jié)點(diǎn)就可獲得使用該信道的專用權(quán)，然后進(jìn)行通信。

查詢方式最適合于有中心控制點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，如星形網(wǎng)絡(luò)。

2．令牌傳送方式

所謂令牌，是指一個具有特殊格式的信息。令牌在網(wǎng)絡(luò)信道中一直進(jìn)行傳送，有規(guī)律地經(jīng)過每一節(jié)點(diǎn)。采用令牌傳送方式的網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)傳送信息的步驟如下：

(1)當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)要發(fā)送報(bào)文時，一旦有令牌經(jīng)過該節(jié)點(diǎn)，它便把令牌的獨(dú)特標(biāo)志改為信息幀的標(biāo)志，把要發(fā)送的信息報(bào)文附在后面。

(2)這個帶有信息報(bào)文的令牌繼續(xù)環(huán)行，每個節(jié)點(diǎn)檢查信息報(bào)文。

(3)在經(jīng)過目的節(jié)點(diǎn)時，該節(jié)點(diǎn)識別并接收信息報(bào)文，并附上一個收據(jù)信息。

(4)當(dāng)信息報(bào)文返回源節(jié)點(diǎn)時，發(fā)現(xiàn)已被接收，源節(jié)點(diǎn)便把信息報(bào)文清除，并生成一個新的令牌，這樣，環(huán)路上又有了令牌，它繼續(xù)在環(huán)路中流動。

3．帶有沖突檢測的載波偵聽多點(diǎn)接入(CSMA/CD)方式

在采用CSMA/CD方式的局域網(wǎng)中，所有主機(jī)以競爭的方式共享信道。其工作過程詳見以太網(wǎng)一節(jié)的相關(guān)部分。

CSMA/CD方式多用于總線網(wǎng)絡(luò)與星形網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)采用的訪問方式即CSMA/CD方式。6.4.4以太網(wǎng)

1980年9月，DEC公司、英特爾公司和施樂公司聯(lián)合提出了10?Mb/s以太網(wǎng)規(guī)約的第一個版本DIXV1。1982年修改為第二版規(guī)約，即DIXEthernetV2，成為世界上第一個局域網(wǎng)產(chǎn)品的規(guī)約。在此基礎(chǔ)上，IEEE委員會的802工作組于1983年制定了第一個IEEE的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其編號為802.3，數(shù)據(jù)率為10?Mb/s。因?yàn)橐蕴W(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)DIXEthernetV2與IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)只有很小的差別，所以很多人將802.3局域網(wǎng)稱為“以太網(wǎng)”。

IEEE的802委員會還制定了其他幾種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如802.4令牌總線網(wǎng)、802.5令牌環(huán)網(wǎng)等。為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，802委員會又將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆分成兩個子層，即邏輯鏈路控制(LLC)子層和媒體接入控制(MAC)子層。與接入到傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容都放在MAC子層，而LLC子層與傳輸媒體無關(guān)，局域網(wǎng)對LLC子層是透明的，如圖6.17所示。圖6.17局域網(wǎng)分層模型因現(xiàn)在90%以上的局域網(wǎng)都采用以太網(wǎng)，故本節(jié)只討論這種典型的局域網(wǎng)。

由于現(xiàn)在以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)率已達(dá)到每秒百兆比特、吉比特甚至10吉比特，因此常用“傳統(tǒng)以太網(wǎng)”來表示最早進(jìn)入市場的10?Mb/s速率的以太網(wǎng)，如10Base-T。將速率達(dá)到或超過100?Mb/s的以太網(wǎng)稱為高速以太網(wǎng)，如100Base-T，其中“Base”表示傳送的是基帶信號。

1．CSMA/CD

由于多用戶可以隨意地訪問一條線路，因此存在信號重疊、產(chǎn)生碰撞的危險(xiǎn)。顯然，在一條多址線路上，隨著業(yè)務(wù)量的增加，產(chǎn)生碰撞的危險(xiǎn)會增大。為此，一個合理的多址機(jī)制是必要的，即在以太網(wǎng)中采用帶碰撞檢測的載波偵聽多路訪問(CSMA/CD)。

“載波偵聽”是指每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測總線上是否有其他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時不發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。“碰撞檢測”就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測線路上的電壓，無電壓表示線路空閑，檢測到高電壓表示線路處于忙狀態(tài)。若發(fā)送數(shù)據(jù)過程中檢測到特別高的電壓，則表示發(fā)生了碰撞。因此，每一個正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一定隨機(jī)時間后再次發(fā)送。

2．連接方式

(1)?10Base5：粗纜以太網(wǎng)。在10Base5中，傳輸介質(zhì)采用50?Ω的同軸粗纜。聯(lián)網(wǎng)時，主機(jī)要通過收發(fā)器與總線相連，收發(fā)器與工作站的網(wǎng)卡之間通過收發(fā)器電纜相連(如圖6.18(a)所示)。收發(fā)器的作用是將網(wǎng)卡輸出的信號轉(zhuǎn)換為適宜于電纜傳輸?shù)男盘?。?dāng)主機(jī)數(shù)量大于100個或總線長度超過500?m時，可用中繼器分段延長。每段電纜兩端需安裝終端匹配器。圖6.18幾種以太網(wǎng)的連接方式(a)10Base5；(b)10Base2；(c)10Base-T

(2)?10Base2：細(xì)纜以太網(wǎng)。在10Base2中，傳輸介質(zhì)采用50?Ω的同軸細(xì)纜，取消了收發(fā)器，工作站網(wǎng)卡通過BNC插頭和T形接頭連接總線，見圖6.18(b)。由于細(xì)纜重量輕，容易彎折，因此與粗纜相比，具有成本低、易于安裝等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是區(qū)段距離短，只有185?m，且細(xì)纜衰耗大于粗纜，故適用于環(huán)境較好的小型網(wǎng)絡(luò)。

(3)?10Base-T：雙絞線以太網(wǎng)。在10Base-T中，傳輸介質(zhì)采用兩對3、4或5類UTP線纜，一對用于發(fā)送數(shù)據(jù)，另一對用于接收數(shù)據(jù)。

10Base-T以太網(wǎng)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上采用了總線和星形相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。如圖6.18(c)所示，所有工作站均經(jīng)過網(wǎng)卡連接到集線器(Hub)上形成星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。集線器到工作站的最大長度為100?m。

集線器是一種可靠性很高的物理層設(shè)備，它的每個端口都具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能。當(dāng)集線器的某個端口收到工作站發(fā)來的比特時，就簡單地將該比特向其他端口轉(zhuǎn)發(fā)。若兩個端口同時有數(shù)據(jù)發(fā)送(即發(fā)生了碰撞)，那么所有端口都收不到正確的數(shù)據(jù)。所以，使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)。

10Base-T以太網(wǎng)由于安裝方便，價格比粗纜和細(xì)纜都便宜，管理、連接方便，性能優(yōu)良，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

另外，還可使用光纖作為傳輸介質(zhì)，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是10?Base-F系列，F(xiàn)代表光纖，見圖6.19。圖6.19以太網(wǎng)的不同物理層6.4.5高速以太網(wǎng)

1．快速以太網(wǎng)

快速以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mb/s，遵循的是100Base-T標(biāo)準(zhǔn)，并由IEEE正式將其命名為IEEE802.3u標(biāo)準(zhǔn)，作為IEEE802.3的補(bǔ)充。100Base-T是在10Base-T的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，因此，100Base-T的幀格式、訪問方式、組網(wǎng)方法及有關(guān)管理信息均與10Base-T的相同，其介質(zhì)訪問方式是CAMA/CD。

100Base-T將以太網(wǎng)MAC協(xié)議傳輸比特的速率提高了10倍。100Base-T標(biāo)準(zhǔn)中定義了3種物理層規(guī)范：100Base-Tx、100Base-T4和100Base-Fx，分別支持不同的傳輸介質(zhì)。

(1)?100Base-TX。100Base-TX采用兩對5類UTP或兩對1類STP作為傳輸介質(zhì)，其中一對用于發(fā)送，另一對用于接收；采用全雙工傳輸方式，站點(diǎn)與集線器之間的最大距離為100m。對于5類UTP，使用RJ-45連接器；對于1類STP，使用DB-9連接器。

(2)?100Base-T4。100Base-T4采用四對3類UTP、4類UTP和5類UTP作為傳輸介質(zhì)，其中三對用于傳輸數(shù)據(jù)(每對速率為33.3Mb/s)，一對用于沖突檢測；采用半雙工傳輸方式，使用RJ-45連接器，站點(diǎn)與集線器之間的最大距離為100m。

(3)?100Base-Fx。100Base-FX使用兩束62.5μm/125μm多模光纖作為傳輸介質(zhì)；采用全雙工傳輸方式，站點(diǎn)與集線器之間的最大距離高達(dá)2km。

2．千兆位以太網(wǎng)

繼百兆位以太網(wǎng)后，IEEE802.3又先后公布了802.3z和802.3ab千兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。千兆位以太網(wǎng)保留了傳統(tǒng)以太網(wǎng)的所有特征：幀格式、介質(zhì)訪問控制方法(CSMA/CD)、組網(wǎng)方法，并重新制定了物理層標(biāo)準(zhǔn)，具體如下：

(1)?1EEE802.3z。IEEE8023.z定義的傳輸介質(zhì)為光纖和短距離屏蔽雙絞線STP。

(2)?IEEE802.3ab。IEEE802.3ab定義的傳輸介質(zhì)為長距離光纖和UTP5雙絞線。千兆位以太網(wǎng)的兩個標(biāo)準(zhǔn)分別對應(yīng)以下4個介質(zhì)規(guī)范：

(1)?1000Base-SX。1000Base-SX是短波長激光多模光纖介質(zhì)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，它使用770～

860nm波長的多模光纖，最大的鏈路距離為300m，并使用SC標(biāo)準(zhǔn)連接器。

(2)?1000Base-T。1000Base-T使用四對5類UTP，能在100m的信道上支持1Gb/s的傳輸速率，網(wǎng)絡(luò)直徑可達(dá)200m。這個標(biāo)準(zhǔn)使千兆位以太網(wǎng)應(yīng)用于桌面系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)。

(3)?1000Base-CX。1000Base-CX是短距離銅線千兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它的最大鏈路距離只有25m。1000Base-CX使用9針的D型連接器或8針帶屏蔽的光纖信道2型(HSSC)連

接器。

(4)?1000Base-LX。1000Base-LX是長波長激光光纖介質(zhì)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，它使用1270～1355nm波長的單模光纖或多模光纖。當(dāng)使用62.5μm/125μm多模光纖時，最大的鏈路距離為550m；當(dāng)使用10μm/125μm單模光纖時，最大的鏈路距離可達(dá)5km。1000Base-LX與1000Base-SX相同，也使用SC標(biāo)準(zhǔn)連接器。千兆位以太網(wǎng)采用以交換機(jī)為中心的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要用于交換機(jī)與交換機(jī)之間、交換機(jī)與超級服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)連接，將網(wǎng)絡(luò)核心部件連接在千兆位以太網(wǎng)交換機(jī)上，而將100Mb/s以太網(wǎng)系統(tǒng)遷移到網(wǎng)絡(luò)的邊緣。這樣既能為用戶提供更大的網(wǎng)絡(luò)帶寬，又不至于阻塞主干網(wǎng)絡(luò)。

3．萬兆位以太網(wǎng)

萬兆位以太網(wǎng)的IEEE802.3ae規(guī)范于2000年初提出，并于2002年6月被批準(zhǔn)。萬兆位以太網(wǎng)并不只是將千兆位以太網(wǎng)的帶寬擴(kuò)展了10倍，它的目標(biāo)在于擴(kuò)展以太網(wǎng)，使其能夠超越LAN，以進(jìn)入MAN和WAN。

IEEE為萬兆位以太網(wǎng)制定了兩個分離的物理層標(biāo)準(zhǔn)：一個是為LAN，另一個是為WAN制定的。LAN版本提供了恰好10Gb/s的速率，實(shí)際上是千兆位以太網(wǎng)的一個更快的版本。WAN版本與LAN版本不同，它在一個同步光纖網(wǎng)(SONET)鏈路上以9.58Gb/s的速率傳輸以太網(wǎng)幀。萬兆位以太網(wǎng)采用全雙工技術(shù)，并支持光纖傳輸介質(zhì)(不支持銅線)。它是以交換機(jī)為中心的星形結(jié)構(gòu)，為網(wǎng)絡(luò)提供了更大的可用帶寬。萬兆位以太網(wǎng)采用64B/66B編碼形式。它支持的傳輸距離為100m、300m、10km、40km，將來與DWDM相結(jié)合，可提供更高的帶寬和更遠(yuǎn)的距離。

萬兆位以太網(wǎng)的主要應(yīng)用是在核心LAN中作為主干網(wǎng)。LAN管理員可使用10Gb/s以太網(wǎng)連接大量的服務(wù)器或直接到達(dá)以太網(wǎng)交換機(jī)的服務(wù)器。至于用于連接企業(yè)網(wǎng)和校園網(wǎng)，這取決于它們之間的距離，以及LAN用的是單模光纖還是多模光纖。6.5.1Internet概述

Internet(國際互聯(lián)網(wǎng)，又稱因特網(wǎng))與普通意義上的局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)不同，它是由遍布世界的廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)、公用網(wǎng)、專用網(wǎng)、校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、令牌網(wǎng)、有線網(wǎng)、無線網(wǎng)等形形色色的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過運(yùn)行TCP/IP協(xié)議，經(jīng)網(wǎng)關(guān)和路由器互聯(lián)而成的全球范圍的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。從通信的角度看，Internet是一個以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議TCP/IP連接全球范圍內(nèi)的多個國家、部門、機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它是以數(shù)據(jù)方式通信的通信網(wǎng)。Internet是目前全球最大、最流行的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，覆蓋了世界上近200個國家和地區(qū)，為眾多的網(wǎng)絡(luò)用戶提供涉及各個領(lǐng)域的信息資源共享。6.5Internet與寬帶IP網(wǎng)

Internet的相關(guān)概念如下：

(1)?Internet服務(wù)提供者(ISP)。對于各級網(wǎng)絡(luò)用戶來說，ISP可以提供連接Internet的接口。

(2)主干網(wǎng)(CHINANET)。CHINANET是國際Internet在中國的延伸，它是中國最主要的主干網(wǎng)，占據(jù)了我國國際出入口總帶寬的80%以上。

(3)超文本。超文本是指帶超鏈接的文本或圖形。超文本文檔中存在大量的超鏈接，每個超鏈接都是將某些單詞或圖像以特殊的方式顯示出來，如特殊的顏色、下劃線或是高亮度(即熱字)表示。通過超鏈接可以激活一段聲音或顯示一個圖形。

(4)超文本傳輸協(xié)議(HTTP)。超文本傳輸協(xié)議(HTTP)是一種簡單的通信協(xié)議，也是WWW上用于發(fā)布信息的主要協(xié)議，是WWW客戶機(jī)與WWW服務(wù)器之間的應(yīng)用層傳輸協(xié)議。它保證超文本文檔在主機(jī)間的正確傳輸，能夠確定處理傳輸文檔中的哪一部分及傳輸順序等。

(5)超文本標(biāo)記語言(HTML)。超文本標(biāo)記語言(HTML)是一種專門的編程語言，用于編制通過WWW顯示的超文本文件的頁面。HTML是一種用來定義信息表現(xiàn)方式的格式化語言，它告訴瀏覽器如何顯示信息、如何進(jìn)行鏈接。Internet中的網(wǎng)頁便是使用HTML開發(fā)的超文本文件，一般具有HTM或HTML擴(kuò)展名，主頁的默認(rèn)文件名為index.htm或default.htm。HTML具有通用性、簡易性、可擴(kuò)展性、平臺無關(guān)性等特點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。

(6)萬維網(wǎng)(WWW)。WWW是英文“WorldWideWeb”的縮寫。WWW是以超文本標(biāo)記語言(HTML)與超文本傳輸協(xié)議(HTTP)為基礎(chǔ)，能夠提供面向Internet服務(wù)的、一致的用戶界面的信息瀏覽系統(tǒng)。Web由許多Web站點(diǎn)構(gòu)成，每個站點(diǎn)由許多Web頁面構(gòu)成，起始頁叫做“主頁”(HomePage)。WWW通過超文本鏈接功能將文本、圖像、聲音和其他Internet上的資源緊密地結(jié)合起來，并顯示在瀏覽器上。

(7)統(tǒng)一資源定位器(URL)。URL用來定位HTML的超鏈接信息資源的所在位置。

URL描述了瀏覽器檢索資源所用的協(xié)議、資源所在的計(jì)算機(jī)主機(jī)名以及資源的路徑與文件名。標(biāo)準(zhǔn)的URL格式如下：

協(xié)議：//主機(jī)：[端口號]/路徑

常用的協(xié)議有http、ftp(文件傳送協(xié)議)、news(網(wǎng)絡(luò)新聞?wù)搲?等，其中端口號可以省略，常用Internet協(xié)議的默認(rèn)端口號，如HTTP為80、FTP為21、SMTP為25等。6.5.2TCP/IP協(xié)議

Internet是把各種網(wǎng)絡(luò)(如X.25、Ethernet、FR、ATM等)互聯(lián)而形成的國際互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)這種互聯(lián)的關(guān)鍵是依靠TCP/IP。在Internet內(nèi)部計(jì)算機(jī)之間相互發(fā)送信息分組以進(jìn)行通信，信息分組包含所需傳送的數(shù)據(jù)以及控制信息與尋址信息。這種信息的傳輸方式是由TCP/IP所規(guī)定的，TCP/IP是Internet的核心。

1．TCP/IP結(jié)構(gòu)

從協(xié)議分層模型方面來講，TCP/IP分為四個層次，即應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。圖6.20給出了TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)、各層的主要協(xié)議以及與OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系。圖6.20TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)

1)網(wǎng)絡(luò)接口層

網(wǎng)絡(luò)接口層負(fù)責(zé)將網(wǎng)絡(luò)層的IP數(shù)據(jù)報(bào)通過物理網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，或從物理網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)幀(物理網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層所傳輸?shù)幕締卧Q為幀)，抽出IP數(shù)據(jù)報(bào)上交網(wǎng)際層。TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)并沒有定義具體的網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議，而是旨在提供靈活性，以適應(yīng)不同的物理網(wǎng)絡(luò)，它可以和很多的物理網(wǎng)絡(luò)一起使用。物理網(wǎng)絡(luò)不同，接口也不同。

在一個TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中，低層對應(yīng)OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，主要運(yùn)行的是網(wǎng)際接口卡及其驅(qū)動程序。

2)網(wǎng)際層

TCP/IP的網(wǎng)際層對應(yīng)于OSI的網(wǎng)絡(luò)層，其最主要的協(xié)議是網(wǎng)際協(xié)議IP(也稱互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)。與IP協(xié)議配套的網(wǎng)際協(xié)議還有地址轉(zhuǎn)換協(xié)議(ARP)、反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議(RARP)和互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議(ICMP)。

網(wǎng)際層傳送的數(shù)據(jù)單位是IP數(shù)據(jù)報(bào)，也即分組。每個分組必須包含目的地址、源地址。在因特網(wǎng)中，路由器是網(wǎng)間互聯(lián)的關(guān)鍵設(shè)備，路由選擇是網(wǎng)際層研究的主要對象。

網(wǎng)際層提供的是一種無連接的、不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸服務(wù)。從一臺計(jì)算機(jī)傳送到另一臺計(jì)算機(jī)的分組可能會通過不同的路由，報(bào)文分組可能會發(fā)生丟失、亂序等。為了達(dá)到高的分組傳輸速度，從而犧牲了可靠性。

3)傳輸層

TCP/IP的傳輸層對應(yīng)于OSI的傳輸層，它的主要功能是將應(yīng)用層傳遞過來的用戶信息分成若干數(shù)據(jù)報(bào)，加上報(bào)頭，提供了一個應(yīng)用程序到另一個應(yīng)用程序之間的通信，這樣的通信稱為端-端通信。

TCP/IP在傳輸層提供了兩個協(xié)議，即傳輸控制協(xié)議(TCP)和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)。

4)應(yīng)用層

TCP/IP的應(yīng)用層對應(yīng)于OSI的高三層，用戶通過API(應(yīng)用進(jìn)程接口)調(diào)用應(yīng)用程序來運(yùn)用Internet提供的多種服務(wù)。

在這個層次中有許多面向應(yīng)用的著名協(xié)議，如文件傳輸協(xié)議(FTP)、遠(yuǎn)程登錄協(xié)議Telnet、簡單郵件傳送協(xié)議(SMTP)、域名系統(tǒng)(DNS)、超文本傳輸協(xié)議(HTTP)和簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)等。

2．IP協(xié)議

1)?IP概述

IP協(xié)議主要用于互聯(lián)異構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)，例如將LAN與WAN(使用X.25技術(shù))互聯(lián)。盡管這兩類網(wǎng)絡(luò)中采用的低層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不同，但通過網(wǎng)關(guān)中的IP可使LAN中的LLC幀和WAN中的X.25分組之間互相交換。各種網(wǎng)絡(luò)的幀格式、地址格式等差別很大，TCP/IP通過IP數(shù)據(jù)報(bào)和IP地址將它們統(tǒng)一起來，向上層(主要是傳輸層)提供統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)報(bào)，使低層物理幀的差異對上層協(xié)議不復(fù)存在，達(dá)到屏蔽低層、提供一致性的目的。

2)?IP的功能

IP主要包括以下功能：

(1)尋址。IP必須能唯一地標(biāo)識互聯(lián)網(wǎng)中的每一個可尋址的實(shí)體，即要為網(wǎng)絡(luò)中的每個實(shí)體賦予一個全局標(biāo)識符。

(2)路由選擇。確定某個IP數(shù)據(jù)報(bào)需要經(jīng)過哪些路由器才能到達(dá)目的主機(jī)。路由選擇可以由源主機(jī)來決定，也可以由IP數(shù)據(jù)報(bào)所途經(jīng)的路由器來決定。

在IP中，路由選擇的基本方法是依靠路由表來進(jìn)行的。在IP網(wǎng)上的主機(jī)和路由器中均保存一張路由表，用于指明下一個路由器(或目的主機(jī))的IP地址。路由表由圖6.21所示的兩個部分組成。圖6.21路由表的兩個組成部分

(3)分段和組裝。由于IP數(shù)據(jù)報(bào)在實(shí)際傳送過程中經(jīng)過的物理網(wǎng)絡(luò)所允許的幀的最大長度可能不同(如IEEE802.3中，MAC幀的最大長度為1518字節(jié)，而X.25網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)段的最大長度為16～1024字節(jié)，其中優(yōu)先選用的最大長度為128字節(jié))，因此，由LAN送往WAN的IP數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)先進(jìn)行分段，由WAN送往LAN的幀則需先將已被分段的數(shù)據(jù)報(bào)重新組裝。

3)數(shù)據(jù)報(bào)格式

一個IP數(shù)據(jù)報(bào)由首部和數(shù)據(jù)部分組成。IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式如圖6.22所示。

圖中，各字段的含義如下：

●版本：IP協(xié)議版本。當(dāng)前廣泛使用的版本號為4。

●首部長度：數(shù)據(jù)報(bào)首部長度。由于在數(shù)據(jù)報(bào)首部有可選字段，因而其首部長度不固定，該字段指明了IP首部的實(shí)際長度。該字段長度為4bit，一個單位表示4個字節(jié)，最大可表示60字節(jié)的首部長度。●服務(wù)類型：規(guī)定對本數(shù)據(jù)報(bào)的處理方式，如優(yōu)先級、可靠性、延時等要求。前三位表示優(yōu)先級，發(fā)送者使用該部分指明每個數(shù)據(jù)報(bào)的重要性。D位、T位、R位和C位用于指出該數(shù)據(jù)報(bào)所希望的服務(wù)類型。D?=?1表示要求網(wǎng)絡(luò)為該數(shù)據(jù)報(bào)提供較低的傳輸延遲；T=1表示要求提供較高的吞吐量；R?=?1表示要求提供較高的可靠性；C?=?1表示要求選擇更廉價的路由。圖6.22IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式●總長度：整個數(shù)據(jù)報(bào)的總長度。該字段占16比特，可表示的最大長度為65?535字節(jié)。

●標(biāo)識：每個數(shù)據(jù)報(bào)都被指定了唯一的標(biāo)識，數(shù)據(jù)報(bào)分片后的各數(shù)據(jù)報(bào)片的標(biāo)識仍然與原數(shù)據(jù)報(bào)的相同。

●標(biāo)志：低兩位用來控制數(shù)據(jù)報(bào)分片。最低一位為1，表示后面還有分片的數(shù)據(jù)報(bào)；為0，表示這已是若干數(shù)據(jù)報(bào)片中的最后一個。中間一位用來指示可否分片，只有當(dāng)此位為0時才允許分片。

●片偏移：若該數(shù)據(jù)報(bào)是經(jīng)過分段的數(shù)據(jù)報(bào)，片偏移用來標(biāo)明分段后某片在原數(shù)據(jù)報(bào)中的相對位置?！裆鏁r間：該字段記為TTL。規(guī)定數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)的最長生存時間，避免其在網(wǎng)內(nèi)無休止地傳送。

●協(xié)議：標(biāo)示上層協(xié)議類型，如TCP、UDP。

●首部校驗(yàn)和：用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)首部在傳輸過程中的正確性。

●源地址和目的地址：分別用來表示本數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送者和接收者的地址。

●可選字段：該字段是可選項(xiàng)，不是每個數(shù)據(jù)報(bào)都需要。可選項(xiàng)的長度可變(取決于所選項(xiàng))，用于網(wǎng)絡(luò)測試和糾錯。

●填充：保證數(shù)據(jù)報(bào)首部為4字節(jié)的整數(shù)倍(填0)。

●數(shù)據(jù)部分：IP數(shù)據(jù)報(bào)中要傳送的信息數(shù)據(jù)。

4)?IP地址

在二層的物理網(wǎng)絡(luò)上，每臺主機(jī)都有其唯一的物理(MAC)地址，而Internet通過三層IP屏蔽了二層的物理網(wǎng)絡(luò)。同理，Internet中的各臺主機(jī)使用全網(wǎng)唯一的IP地址，將其二層的物理地址隱藏起來。IP地址是一個邏輯標(biāo)識，每個地址包括兩個部分：網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號。同一個物理網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)都使用同一