第1章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)1.1概述1.2串行通信基礎(chǔ)1.3ISO/OSI參考模型及相關(guān)技術(shù)1.4本章小結(jié)1.1概述隨著計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的發(fā)展和普及，各種設(shè)備之間、設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間需要互連，其最簡(jiǎn)單的連接方式就是串行通信。本章將對(duì)通信總線知識(shí)和通信基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行概括性的介紹。1.1.1通信總線的概念計(jì)算機(jī)技術(shù)中，總線表示數(shù)據(jù)傳送的公用通道，用來(lái)傳送信息和數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部信息發(fā)送或接收的地點(diǎn)稱為模塊(Block)，在計(jì)算機(jī)外部信息發(fā)送或接收的地點(diǎn)稱為站點(diǎn)(Station)或節(jié)點(diǎn)(Node)。計(jì)算機(jī)內(nèi)部模塊之間、計(jì)算機(jī)之間的信息都要通過(guò)總線傳輸。在計(jì)算機(jī)CPU芯片內(nèi)部，寄存器與寄存器之間、寄存器與算術(shù)邏輯單元之間都由總線連接，通常稱之為片級(jí)總線。計(jì)算機(jī)的CPU、主存、I/O等部件之間的信息傳輸由系統(tǒng)總線完成。計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與其他設(shè)備(如控制儀表、移動(dòng)通信設(shè)備等)之間的信息則通過(guò)通信總線傳輸。通常，片級(jí)總線和系統(tǒng)總線稱為計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線，因?yàn)樗鼈兺瓿捎?jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳輸。通信總線稱為外部總線，是計(jì)算機(jī)與外界信息交互的窗口。本書中介紹的幾種總線都屬于通信總線。計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)的互連形成網(wǎng)絡(luò)，而計(jì)算機(jī)CPU與內(nèi)存之間通過(guò)總線傳輸信息，我們并不認(rèn)為兩者能構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)?？偩€更為關(guān)心的是信息傳輸時(shí)的物理特性以及傳輸?shù)母袷?，如信?hào)線的功能、有效電平、模塊尺寸以及幀格式等方面都要有統(tǒng)一的規(guī)定。怎樣保證信息可靠、準(zhǔn)確地傳輸是網(wǎng)絡(luò)要關(guān)心的問(wèn)題，不僅要關(guān)心怎樣表示數(shù)據(jù)信息，而且要關(guān)心所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息的語(yǔ)法和語(yǔ)義，其中涉及差錯(cuò)控制、流量控制、路由選擇等更加復(fù)雜的功能。從網(wǎng)絡(luò)分層的概念來(lái)看，總線規(guī)定的內(nèi)容屬于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)則需要對(duì)信息進(jìn)行高層的處理?？偩€上傳輸?shù)男畔⑿栌涉溌穼舆M(jìn)行處理，而網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男畔⑼筛邔拥膽?yīng)用軟件進(jìn)行處理。總而言之，總線的主要功能是通過(guò)這些公用的信號(hào)線將計(jì)算機(jī)內(nèi)部各種模塊之間或計(jì)算機(jī)與各種外部設(shè)備之間連接成一個(gè)整體，便于相互之間的信息交換。1.1.2通信總線的特點(diǎn)

1.通信總線的特點(diǎn)通信總線技術(shù)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用和維護(hù)等方面具有下列特點(diǎn)。

1)標(biāo)準(zhǔn)化采用總線可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。每種總線都規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)，即總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了模板的幾何尺寸，外部連接用接插件尺寸，針腳數(shù)量、位置和功能，編碼規(guī)則等。這些標(biāo)準(zhǔn)使系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)系統(tǒng)總體要求分解為若干子系統(tǒng)或功能模塊，再用總線將各子系統(tǒng)或功能模塊連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)和運(yùn)行。設(shè)計(jì)時(shí)只需要用總線進(jìn)行通信，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，更改方便。

2)經(jīng)濟(jì)性總線結(jié)構(gòu)減少了各模塊或站點(diǎn)之間的連接線，提高了連接線上的信息交換利用率及系統(tǒng)的性價(jià)比。例如，計(jì)算機(jī)內(nèi)部的N個(gè)模塊，如果兩個(gè)模塊之間要用p根連接線，則連接關(guān)系見(jiàn)圖1.1。圖1.1連接關(guān)系(a)全連接的結(jié)構(gòu)；(b)總線結(jié)構(gòu)全連接的結(jié)構(gòu)所需連接線數(shù)M為采用總線結(jié)構(gòu)時(shí)，只需連接線數(shù)Z為因此，當(dāng)模塊數(shù)N較多時(shí)，總線結(jié)構(gòu)的連接線數(shù)量約為全連接結(jié)構(gòu)的一半。對(duì)于外部總線，由于傳輸距離遠(yuǎn)，因此可以節(jié)省大量的連接線費(fèi)用。(1-1)(1-2)

3)簡(jiǎn)易性簡(jiǎn)易性表現(xiàn)為在設(shè)計(jì)、安裝實(shí)施和維護(hù)等方面的簡(jiǎn)易性。設(shè)計(jì)方面的簡(jiǎn)易性是指采用總線結(jié)構(gòu)，不同制造商不僅可根據(jù)各自優(yōu)勢(shì)生產(chǎn)有關(guān)總線產(chǎn)品，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，而且由于總線產(chǎn)品的功能單一，投資和產(chǎn)品測(cè)試用的儀器價(jià)格較低，有利于產(chǎn)品功能的改進(jìn)和質(zhì)量的提高；安裝實(shí)施方面的簡(jiǎn)易性是指使安裝總線產(chǎn)品十分方便，通常采用插拔方式，可帶電操作等；維護(hù)方面的簡(jiǎn)易性表現(xiàn)為對(duì)維護(hù)技能要求的降低，各模塊或站點(diǎn)的維護(hù)可以獨(dú)立進(jìn)行等。

4)靈活性總線結(jié)構(gòu)的靈活性是總線技術(shù)發(fā)展的重要原因?？偩€設(shè)備可以方便地掛接到總線上，也可方便地從總線上拆除，使系統(tǒng)可擴(kuò)展性大大增強(qiáng)。此外，隨著高新技術(shù)的發(fā)展，可對(duì)某些總線產(chǎn)品進(jìn)行更新?lián)Q代，增強(qiáng)產(chǎn)品功能，而不需要重新設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)。

2.RS-485總線的特點(diǎn)

(1)具有聯(lián)網(wǎng)功能。RS-232接口可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。隨后出現(xiàn)的RS-485解決了這個(gè)問(wèn)題。兩線制接線方式的RS-485總線在同一總線上最多可以掛接32個(gè)節(jié)點(diǎn)。

(2)設(shè)備成本低。串行數(shù)據(jù)傳輸只要一根傳輸線，可以簡(jiǎn)化通信設(shè)備和降低通信線路的價(jià)格。

(3)傳輸距離增加。RS-232的傳輸距離只有十幾米。理論上RS-485的最長(zhǎng)傳輸距離能達(dá)到1.2km，最多可以加8個(gè)中繼，也就是說(shuō)理論上RS-485的最大傳輸距離可以達(dá)到9.6km。如果以光纖為傳播介質(zhì)，收發(fā)兩端各加一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，那么多模光纖的傳輸距離是5～10km，而采用單模光纖可達(dá)50km的傳播距離。

(4)實(shí)施簡(jiǎn)單方便。RS-485的轉(zhuǎn)換接口便宜而且種類繁多，現(xiàn)在支持RS-485的儀表也很多，在油品行業(yè)RS-485/MODBUS可謂是一統(tǒng)天下。

3.?ARINC-429總線的特點(diǎn)

(1)抗干擾性強(qiáng)。各組件之間的連接線使用兩根線絞結(jié)在一起再加上屏蔽保護(hù)的專用線，受外界電磁干擾小，因而很適合運(yùn)用在飛機(jī)、艦船等對(duì)可靠性要求很高的環(huán)境中。

(2)錯(cuò)誤隔離性好。每個(gè)接收器應(yīng)該采用隔離措施，防止本接收器發(fā)生故障時(shí)，影響連在傳輸總線上的其他接收器正常接收數(shù)據(jù)。

(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。每條總線上可以連接不超過(guò)20個(gè)接收器。由于設(shè)備較少，信息傳遞有充裕的時(shí)間保證。

(4)非集中控制。由于沒(méi)有總線控制器，信息發(fā)布的任務(wù)和風(fēng)險(xiǎn)不再集中。信息從設(shè)備的發(fā)送口輸出，經(jīng)過(guò)傳輸線到達(dá)需要該信息的設(shè)備的接口，但發(fā)送端口不能接收自己發(fā)送的信息。

4.?MIL-STD-1553B總線的特點(diǎn)

(1)冗余容錯(cuò)能力。由于其固有的雙通道設(shè)計(jì)，MIL-STD-1553B總線通過(guò)在兩個(gè)通道間自動(dòng)切換來(lái)獲得冗余容錯(cuò)能力，提高可靠性。通道的自動(dòng)切換可以用軟件實(shí)現(xiàn)。

(2)支持“啞”節(jié)點(diǎn)和“智能”節(jié)點(diǎn)。MIL-STD-1553B總線支持非智能的遠(yuǎn)程終端。這種遠(yuǎn)程終端提供與傳感器和激勵(lì)器的連接接口，十分適合智能中央處理模塊和分布式從屬設(shè)備的連接。

(3)高水平的電器保障性能。由于采用了電氣屏蔽和總線耦合方式，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠安全地與網(wǎng)絡(luò)隔離，減少了潛在的損壞計(jì)算機(jī)等設(shè)備的可能性。

(4)良好的器件可用性。MIL-STD-1553B總線器件的制造工藝滿足了大范圍溫度變化以及軍標(biāo)的要求。器件的商品化使得MIL-STD-1553B總線得以廣泛地應(yīng)用在環(huán)境要求苛刻的項(xiàng)目當(dāng)中。

(5)保證了信息的實(shí)時(shí)可確定性。MIL-STD-1553B總線的命令/響應(yīng)協(xié)議方式保證了信息的實(shí)時(shí)可確定性。這可能是大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)關(guān)鍵系統(tǒng)時(shí)選擇MIL-STD-1553B總線的最主要原因。

5.?CAN總線的特點(diǎn)

(1)?CAN總線以報(bào)文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，傳輸報(bào)文不包含源地址和目的地址，報(bào)文的內(nèi)容由標(biāo)識(shí)符命名，標(biāo)識(shí)符不指出報(bào)文的目的地，但解釋數(shù)據(jù)的含義。因此，網(wǎng)絡(luò)上所有的節(jié)點(diǎn)都可以通過(guò)報(bào)文濾波確定是否對(duì)數(shù)據(jù)做出反應(yīng)。

(2)?CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)只有8個(gè)，每一幀不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占用總線時(shí)間，其傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，保證了通信的實(shí)時(shí)性，檢錯(cuò)效果極好。

(3)?CAN采用CRC檢驗(yàn)并提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，使總線上的其他節(jié)點(diǎn)及通信不受影響，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

(4)?CAN支持多種方式工作，網(wǎng)絡(luò)上的任何節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和全局廣播方式接收/發(fā)送數(shù)據(jù)，各節(jié)點(diǎn)之間可以自由通信。

(5)?CAN采用非破壞總線仲裁技術(shù)，數(shù)據(jù)塊有確定的優(yōu)先級(jí)。因此，當(dāng)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)則主動(dòng)停止發(fā)送，從而避免了總線沖突，節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間，即便是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況。

(6)?CAN總線通信接口集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等。其通信線少，通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纜，現(xiàn)場(chǎng)布線和安裝簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，經(jīng)濟(jì)性好。

(7)?CAN廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，采用不歸零(NRZ)編碼對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。這種方法可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)在理論上不受限制，在CAN系統(tǒng)里，節(jié)點(diǎn)不使用任何關(guān)于系統(tǒng)配置的信息，不需要改變?nèi)魏喂?jié)點(diǎn)的應(yīng)用層及相關(guān)軟件或硬件，就可以在CAN網(wǎng)絡(luò)中直接添加節(jié)點(diǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)數(shù)受到網(wǎng)絡(luò)硬件電氣特性的限制。1.1.3通信總線的技術(shù)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)

1.通信總線的技術(shù)指標(biāo)衡量通信總線性能的主要技術(shù)指標(biāo)有總線的位寬、總線的工作頻率、總線的帶寬。

(1)總線的位寬?？偩€的位寬指的是總線能同時(shí)傳送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)或數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，即32位、64位等總線寬度的概念?？偩€的位寬越寬，每秒鐘數(shù)據(jù)傳輸率越大，總線的帶寬越寬。本書中采用串行總線，即位寬為1。

(2)總線的工作頻率。總線的工作時(shí)鐘頻率以MHz為單位，工作頻率越高，總線的工作速度越快，總線的帶寬越寬。

(3)總線的帶寬?？偩€的帶寬指的是單位時(shí)間內(nèi)總線上傳送的數(shù)據(jù)量，即每秒鐘傳送MB的最大穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸率。與總線密切相關(guān)的兩個(gè)因素是總線的位寬和總線的工作頻率，它們之間的關(guān)系如下：總線的帶寬?=?總線的工作頻率?×?總線的位寬?÷?8

2.通信總線的標(biāo)準(zhǔn)串行通信中，通信雙方為了能夠正確地接收數(shù)據(jù)并且能夠識(shí)別所接收的信息，需要在通信之前對(duì)它們所交換的數(shù)據(jù)進(jìn)行約定，從而使得每個(gè)計(jì)算機(jī)都正確地理解信息。這個(gè)約定的過(guò)程就是串行通信接口的標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程。

(3)總線的帶寬。總線的帶寬指的是單位時(shí)間內(nèi)總線上傳送的數(shù)據(jù)量，即每秒鐘傳送MB的最大穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸率。與總線密切相關(guān)的兩個(gè)因素是總線的位寬和總線的工作頻率，它們之間的關(guān)系如下：總線的帶寬?=?總線的工作頻率?×?總線的位寬?÷?8

2.通信總線的標(biāo)準(zhǔn)串行通信中，通信雙方為了能夠正確地接收數(shù)據(jù)并且能夠識(shí)別所接收的信息，需要在通信之前對(duì)它們所交換的數(shù)據(jù)進(jìn)行約定，從而使得每個(gè)計(jì)算機(jī)都正確地理解信息。這個(gè)約定的過(guò)程就是串行通信接口的標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程。

(4)規(guī)程特性：規(guī)定在使用信號(hào)線實(shí)現(xiàn)比特流傳輸?shù)牟僮鬟^(guò)程中，在建立、維持和釋放物理信道時(shí)通信雙方在各電路上的動(dòng)作序列，即信號(hào)時(shí)序的應(yīng)答關(guān)系和操作過(guò)程，不同的應(yīng)用場(chǎng)合有不同的操作過(guò)程。

(5)字格式：規(guī)范了字的類型、消息格式、系統(tǒng)管理及測(cè)試準(zhǔn)則，給出了總線上傳輸幀各部分功能的定義。1.2串行通信基礎(chǔ)1.2.1數(shù)據(jù)傳輸理論基礎(chǔ)在通信網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)某種物理特性(比如電壓或者電流)的變化，就可以在線路上傳輸信息，如果用一個(gè)以時(shí)間t為自變量的單值函數(shù)g(t)來(lái)表示電壓或電流的值，我們就可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，利用數(shù)學(xué)手段對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析。下面首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析。

1.傅里葉分析在19世紀(jì)早期，法國(guó)數(shù)學(xué)家傅里葉(JeanBaptisteFourier)證明了任何一個(gè)正常的周期為T的函數(shù)g(t)，都可以展開(kāi)成多個(gè)(可能無(wú)限個(gè))正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的和：(1-3)其中，f=1/T是基頻，an和bn是n次諧波的正弦振幅和余弦振幅，c是常數(shù)。這種分解稱為傅里葉級(jí)數(shù)。利用傅里葉級(jí)數(shù)，一個(gè)函數(shù)可以進(jìn)行重構(gòu)，即如果周期T和振幅已知，那么通過(guò)上式可以得到原始函數(shù)g(t)。任何給定的周期函數(shù)g(t)，通過(guò)在等式(1-3)兩邊同時(shí)乘以，然后再?gòu)?到T求積分，則可以計(jì)算出振幅an。因?yàn)椋?1-4)所以，和式只留下an，而bn則完全消失。與此類似，如果在等式(1-3)兩邊乘以，然后再?gòu)?到T求積分，則可計(jì)算出bn。直接在等式兩邊求積分，就可以得到c。傅里葉級(jí)數(shù)的系數(shù)為(1-5)(1-6)(1-7)

2.有限帶寬的信號(hào)周期信號(hào)的傅里葉系數(shù)的平方與對(duì)應(yīng)頻率處的能量成正比。所有的傳輸設(shè)備在傳輸過(guò)程中都要損耗一些能量。如果所有的傅里葉分量都等量地衰減，則信號(hào)將會(huì)在振幅上有所減少，但信號(hào)不會(huì)發(fā)生形變。然而傳輸線路是由電阻、電感、電容組成的分布參數(shù)系統(tǒng)，由于電感、電容的阻抗值會(huì)隨頻率的不同而發(fā)生變化，使得被傳輸?shù)男盘?hào)所含的各次諧波分量在線路上通過(guò)的能力不同。實(shí)際上，傳輸線上的電容、電感形成了低頻濾波器，在0到某一個(gè)頻率f0內(nèi)，振幅在傳輸過(guò)程中不會(huì)衰減，大于f0的頻率其振幅會(huì)有不同程度的衰減。通常我們把信號(hào)在信道傳輸過(guò)程中某個(gè)分量的振幅衰減到原來(lái)的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的那個(gè)頻率稱為信道的截止頻率fc，信道帶寬的單位是赫茲(Hz)。帶寬是傳輸介質(zhì)的一種物理特性，通常取決于介質(zhì)的材料構(gòu)成、厚度和長(zhǎng)度。有時(shí)候，我們需要在信道中加入濾波器，以限制用戶的帶寬。例如，一條電話線可能有1MHz的帶寬，但是電話公司加了一個(gè)濾波器，以限制每個(gè)線路的帶寬為3100Hz。一方面這樣的帶寬能夠滿足正常的語(yǔ)音信號(hào)要求；另一方面，通過(guò)限制顧客對(duì)資源的使用可以提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。一般來(lái)說(shuō)，信號(hào)的帶寬越寬，要求信道的帶寬也越寬。通常，信道的帶寬是固定的，因此必須限制信號(hào)的帶寬，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。由于傳輸介質(zhì)的低頻濾波效果，因而限制了二進(jìn)制信號(hào)通過(guò)傳輸線的諧波數(shù)量。如果二進(jìn)制信號(hào)傳輸速率過(guò)快，則通過(guò)傳輸線的諧波數(shù)越少，信號(hào)的形變?cè)絿?yán)重，這會(huì)導(dǎo)致在接收端不能正確譯碼。二進(jìn)制信號(hào)速率達(dá)到某一值時(shí)，即使沒(méi)有任何噪聲，也不可能傳輸任何二進(jìn)制信號(hào)。也就是說(shuō)，限制了帶寬，也就限制了數(shù)據(jù)傳輸率，對(duì)于理想信道也是如此。

3.信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率奈奎斯特(H.Nyquist)定理給出了有限帶寬無(wú)噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率的公式。奈奎斯特定理指出：如果一個(gè)任意信號(hào)通過(guò)帶寬為W的低通濾波器，那么每秒采樣2W就能完整地重現(xiàn)通過(guò)這個(gè)被濾波的信號(hào)。高于2W的采樣是無(wú)意義的，因?yàn)楦哳l分量已經(jīng)被濾波器濾掉而無(wú)法再恢復(fù)了。若被傳信號(hào)電平分為V級(jí)，則最大數(shù)據(jù)傳輸速率?=?2Wlb?V上式是無(wú)噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。由于系統(tǒng)中分子的運(yùn)動(dòng)，隨機(jī)噪聲總是存在的。在信道帶寬一定的條件下，信道的數(shù)據(jù)傳輸速率存在一個(gè)最大值，這個(gè)最大值由香農(nóng)(ClaudShannon)定理確定，即最大數(shù)據(jù)傳輸速率?=式中，W為信道帶寬；S為接收端信號(hào)的平均功率；N為信道接收端噪聲的平均功率；S/N為信號(hào)功率與噪聲功率的比值，即信噪比。這個(gè)公式也被稱為信道容量公式，但這僅僅是理論上限，通常實(shí)際系統(tǒng)要達(dá)到甚至接近這個(gè)上限都是相當(dāng)困難的。從香農(nóng)定理的公式可以看到，提高信噪比或信道帶寬能增加信道容量。1.2.2數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼是指通信系統(tǒng)中以物理信號(hào)的某種方式來(lái)表達(dá)數(shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以用模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)來(lái)表示和傳輸。除模擬數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)傳輸以外，都需要某種形式的數(shù)據(jù)編碼。數(shù)據(jù)編碼主要有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼和模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼三種。下面對(duì)這三種編碼方式分別進(jìn)行介紹。

1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼就是將二進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用矩形脈沖電信號(hào)來(lái)表示。

(1)單極性不歸零波形。信號(hào)脈沖的零電平和正電平分別對(duì)應(yīng)著二進(jìn)制代碼0和1，見(jiàn)圖1.2(a)。優(yōu)點(diǎn)是極性單一，有直流分量，脈沖之間無(wú)間隔。缺點(diǎn)是位同步信息包含在電平的轉(zhuǎn)換之中，當(dāng)出現(xiàn)連0序列時(shí)沒(méi)有位同步信息。

(2)雙極性不歸零波形。這種波形中，脈沖的正、負(fù)電平分別對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制代碼1、0，該波形的幅度相等、極性相反，見(jiàn)圖1.2(b)。當(dāng)0、1等可能出現(xiàn)時(shí)無(wú)直流分量?；謴?fù)信號(hào)的判決電平為0，因而不受信道特性變化的影響，抗干擾能力也較強(qiáng)。故雙極性波形有利于在信道中傳輸。圖1.2波形圖(a)單極性不歸零波形；(b)雙極性不歸零波形；(c)單極性歸零信號(hào)；(d)雙極性歸零波形；(e)差分波形

(3)單極性歸零波形。這種波形與單極性不歸零波形的區(qū)別是有電脈沖寬度小于碼元寬度，每個(gè)有電脈沖在小于碼元長(zhǎng)度內(nèi)總要回到零電平，所以稱為歸零波形，見(jiàn)圖1.2(c)。單極性歸零波形可以直接提取定時(shí)信息，是其他波形提取位定時(shí)信號(hào)時(shí)需要采用的一種過(guò)渡波形。

(4)雙極性歸零波形。它是雙極性波形的歸零形式。每個(gè)碼元內(nèi)的脈沖都回到零電平，見(jiàn)圖1.2(d)，即相鄰脈沖之間必定留有零電位的間隔。它除了具有雙極性不歸零波形的特點(diǎn)外，還有利于同步脈沖的提取。

(5)差分波形。這種波形不是用碼元本身的電平表示消息代碼，而是用相鄰碼元的電平的跳變和不變來(lái)表示消息代碼，以電平跳變表示1，以電平不變表示0，當(dāng)然上述規(guī)定也可以反過(guò)來(lái)，見(jiàn)圖1.2(e)。由于差分波形是以相鄰脈沖電平的相對(duì)變化來(lái)表示代碼，因此稱之為相對(duì)碼波形，而相應(yīng)地稱前面的單極性或雙極性波形為絕對(duì)碼波形。

(6)?AMI碼。AMI碼即傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼，其編碼規(guī)則是將二進(jìn)制消息代碼“1”(傳號(hào))交替地變換為傳輸碼的“+1”和“-1”，而“0”(空號(hào))保持不變。優(yōu)點(diǎn)是功率譜中不含直流成分，高、低頻分量少，能量集中在頻率為1/2碼速處，將基帶信號(hào)經(jīng)全波整流變?yōu)閱螛O性歸零波形可提取出位定時(shí)信號(hào)。缺點(diǎn)是當(dāng)原碼出現(xiàn)連“0”串時(shí)，信號(hào)的電平長(zhǎng)時(shí)間不跳變，造成提取定時(shí)信號(hào)的困難。

(7)?HDB3碼。HDB3碼的全稱是3階高密度雙極性碼。其編碼規(guī)則如下：①當(dāng)信碼的連0個(gè)數(shù)不超過(guò)3時(shí)，仍按AMI碼的規(guī)則編碼，即傳號(hào)極性交替。②當(dāng)連0個(gè)數(shù)超過(guò)3時(shí)，則將第4個(gè)0改為非0脈沖，記為+V或-V，稱之為破壞脈沖；相鄰V碼的極性必須交替出現(xiàn)，以確保編好的碼中無(wú)直流。③為了便于識(shí)別，V碼的極性應(yīng)與其前一個(gè)非0脈沖的極性相同，否則，將四連0的第一個(gè)0更改為與該破壞脈沖相同極性的脈沖，并記為+B或-B。④破壞脈沖之后的傳號(hào)碼極性也要交替。

(8)數(shù)字雙相碼。這種碼又稱曼徹斯特(Manchester)碼。它用一個(gè)周期的正負(fù)對(duì)稱方波表示0，而用其反相波形表示1。編碼規(guī)則之一是：0碼用01兩位碼表示；1碼用10兩位碼表示，見(jiàn)圖1.3(a)。雙相碼只有極性相反的兩個(gè)電平。雙相碼在每個(gè)碼元周期的中心點(diǎn)都存在電平跳變，所以富含位定時(shí)信息。又因?yàn)檫@種碼的正、負(fù)電平各半，所以無(wú)直流分量，編碼過(guò)程也相對(duì)簡(jiǎn)單，但帶寬比原來(lái)碼的帶寬大1倍。

(9)差分曼徹斯特碼。差分曼徹斯特碼即曼徹斯特Ⅱ碼，每一位數(shù)據(jù)的中間位置也出現(xiàn)電平的跳變，二進(jìn)制數(shù)據(jù)并不取決于電平跳變的方向，而是以數(shù)據(jù)位開(kāi)始時(shí)刻是否出現(xiàn)電平跳變作為編碼依據(jù)，在數(shù)據(jù)位開(kāi)始邊界發(fā)生跳變表示0，否則表示1，見(jiàn)圖1.3(b)。曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼中，每一位數(shù)據(jù)的前半部分與后半部分的電平相反，保證了整個(gè)傳輸過(guò)程沒(méi)有直流成分，而且每位數(shù)據(jù)中間的跳變?yōu)橥教峁┝诵畔ⅰ?/p>

(10)密勒碼。密勒碼又稱延遲調(diào)制碼。它是雙相碼的一種變形。編碼規(guī)則如下：1碼用碼元間隔中心點(diǎn)出現(xiàn)躍變來(lái)表示，即用10或01表示。0碼有兩種情況：?jiǎn)蝹€(gè)0時(shí)，在碼元間隔內(nèi)不出現(xiàn)電平躍變，且與相鄰碼元的邊界處也不躍變；連0時(shí)，在兩個(gè)0碼內(nèi)邊界處出現(xiàn)電平躍變，即00與11交替，見(jiàn)圖1.3(c)。

(11)?CMI碼。CMI碼的全稱為傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼。編碼規(guī)則是：1碼交替用11和00兩位碼表示；0碼固定地用01表示。CMI碼有較多的電平躍變，因此含有豐富的定時(shí)信息。此外，由于10為禁用碼組，不會(huì)出現(xiàn)3個(gè)以上的連碼，因此可利用該規(guī)律進(jìn)行宏觀檢錯(cuò)，見(jiàn)圖1.3(d)。圖1.3數(shù)據(jù)編碼(a)曼徹斯特碼；(b)曼徹斯特Ⅱ碼；(c)密勒碼；(d)CMI碼

2.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼是采用模擬信號(hào)來(lái)表達(dá)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)0、1的狀態(tài)。它的基礎(chǔ)是頻率恒定的連續(xù)模擬信號(hào)(即載波)。幅度、頻率和相位是描述模擬信號(hào)的參數(shù)。分別使這三個(gè)參數(shù)隨0、1信號(hào)的變化而變化，就構(gòu)成了三種不同的編碼方式，即幅移鍵控(Amplitude-ShiftKeying，ASK)、頻移鍵控(Frequency-ShiftKeying，F(xiàn)SK)和相移鍵控(Phase-ShiftKeying，PSK)。幅移鍵控是把頻率和相位定為常數(shù)，振幅定義為變量，每個(gè)振幅值代表不同的信息位。頻移鍵控是把振幅和相位定義為常數(shù)，頻率的變化代表不同的信息位。相移鍵控是把振幅和頻率定義為常數(shù)，利用所選正弦波不同的起始相位來(lái)代表不同的信息位。因?yàn)榇袛?shù)據(jù)傳輸和總線通信都是近距離的通信，完全滿足基帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)臈l件，沒(méi)有必要對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，所以對(duì)該部分我們不展開(kāi)介紹。

3.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼一般需經(jīng)過(guò)采樣、量化、編碼三個(gè)過(guò)程。最典型的是脈沖編碼調(diào)制(PulseCodeModulation，PCM)。采樣是指每隔一定的時(shí)間對(duì)連續(xù)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣。量化即是將采樣得到的離散值按照一定的分級(jí)標(biāo)度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)值并取整。編碼即是對(duì)量化得到的量化幅度用一定位數(shù)的二進(jìn)制編碼表示出來(lái)。模數(shù)轉(zhuǎn)換在總線設(shè)備中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，實(shí)際總線上要進(jìn)行的基本都是數(shù)字信號(hào)的數(shù)字編碼，即用不同的信號(hào)來(lái)表示二進(jìn)制0、1信號(hào)。1.2.3數(shù)據(jù)傳輸方式

1.并行傳輸與串行傳輸并行通信是數(shù)據(jù)通過(guò)多條傳輸線逐位傳送的。并行數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)是：各數(shù)據(jù)位同時(shí)傳送，傳送速度快、效率高，多用在實(shí)時(shí)、快速的場(chǎng)合。但是并行通信中數(shù)據(jù)線和數(shù)據(jù)位在數(shù)量上要相等，即有并行傳輸8個(gè)數(shù)據(jù)位就需要有8條數(shù)據(jù)線，因此傳送成本高。并行通信適用于近距離傳輸。并行傳輸原理框圖如圖1.4所示。圖1.4并行傳輸原理框圖串行通信是數(shù)據(jù)通過(guò)一根傳輸線逐位傳送。串行數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是：按位傳送數(shù)據(jù)，可以只用一根傳輸線，成本較低。串行通信傳輸距離遠(yuǎn)，長(zhǎng)距離內(nèi)傳送速率比并行快，通信時(shí)鐘頻率容易提高，抗干擾能力強(qiáng)，但是串行通信傳送速率比并行通信傳送速率慢。串行傳輸原理框圖如圖1.5所示。圖1.5串行傳輸原理框圖

2.串行通信方式通過(guò)單線傳輸信息是串行數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)通常在兩個(gè)站(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))之間進(jìn)行傳送，按照數(shù)據(jù)流的方向可分成三種傳送模式：?jiǎn)喂?、半雙工、全雙工。單工(Simplex)形式的數(shù)據(jù)傳送是單向的。通信雙方中，一方固定為發(fā)送端，另一方則固定為接收端。信息只能沿一個(gè)方向傳送，使用一根傳輸線。單工傳送示意圖如圖1.6所示。圖1.6單工傳送半雙工(Half-duplex)通信使用同一設(shè)備，既可發(fā)送數(shù)據(jù)又可接收數(shù)據(jù)，但不能同時(shí)發(fā)送和接收。在任何時(shí)刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)。因此半雙工形式既可以使用一條數(shù)據(jù)線，也可以使用兩條數(shù)據(jù)線。半雙工傳送示意圖如圖1.7所示。全雙工(Full-duplex)通信數(shù)據(jù)分別由兩根可以在兩個(gè)不同的站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收的傳輸線進(jìn)行傳送，通信雙方能在同一時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送和接收操作。全雙工傳送示意圖如圖1.8所示。圖1.7半雙工傳送圖1.8全雙工傳送

3.異步傳輸與同步傳輸在通信的過(guò)程中，為了正確地解釋信號(hào)，接收方必須確切地知道應(yīng)當(dāng)何時(shí)接收和處理信號(hào)，因此同步在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中至關(guān)重要。同步就是要接收方按照發(fā)送方發(fā)送的每個(gè)位的起止時(shí)刻和速率來(lái)接收數(shù)據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。通?？梢圆捎猛交虍惒降膫鬏敺绞綄?duì)位進(jìn)行同步處理。

1)異步傳輸(AsynchronousTransmission)異步傳輸方式中，數(shù)據(jù)傳輸以字符為單位。異步通信方式的“異步”主要體現(xiàn)在字符與字符之間通信沒(méi)有嚴(yán)格的定時(shí)要求。在異步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中，字符間異步，字符內(nèi)部各位間同步。發(fā)送方可以在任何時(shí)刻發(fā)送這些比特組，而接收方并不知道它們會(huì)在什么時(shí)候到達(dá)。一個(gè)常見(jiàn)的例子是計(jì)算機(jī)鍵盤與主機(jī)的通信。按下一個(gè)字母鍵、數(shù)字鍵或特殊字符鍵，就發(fā)送一個(gè)8比特的ASCII代碼。然而發(fā)送完畢之后，我們并不知道什么時(shí)候敲擊下一個(gè)鍵，字符之間的間隔是無(wú)規(guī)律的，主機(jī)也不會(huì)知道下一個(gè)ASCII代碼的開(kāi)始時(shí)刻。但是只要傳送開(kāi)始，組成這個(gè)代碼的各個(gè)數(shù)據(jù)位就將被連續(xù)發(fā)送，并且每個(gè)數(shù)據(jù)位持續(xù)的時(shí)間是相等的。由于接收方不知道數(shù)據(jù)的到達(dá)時(shí)刻，在其檢測(cè)到數(shù)據(jù)并做出響應(yīng)之前，第一比特已經(jīng)過(guò)去了。因此，為了給接收方響應(yīng)、接收和緩存數(shù)據(jù)比特的時(shí)間，異步傳輸?shù)男畔⑿枰幸粋€(gè)起始位，以通知接收方數(shù)據(jù)已經(jīng)到達(dá)；在傳輸結(jié)束時(shí)，需要一個(gè)停止位表示該次傳輸信息的終止?？臻e(沒(méi)有傳送數(shù)據(jù))的線路實(shí)際攜帶著一個(gè)代表二進(jìn)制1的信號(hào)，異步傳輸?shù)拈_(kāi)始位使信號(hào)變成0，接收方檢測(cè)到開(kāi)始位后開(kāi)始接收信號(hào)。數(shù)據(jù)傳輸完成后，停止位告訴接收方信號(hào)傳輸完畢。同時(shí)傳輸線將處于空閑狀態(tài)，即傳輸二進(jìn)制1信號(hào)，該信號(hào)一直保持到下一個(gè)開(kāi)始位到達(dá)。異步傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)比較容易，由于每個(gè)信息都加上了“同步”信息，因此計(jì)時(shí)的漂移不會(huì)產(chǎn)生大的積累，但卻產(chǎn)生了較多的開(kāi)銷。每個(gè)字符(8比特)要多傳送2比特，總的傳輸負(fù)載就增加25%。對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸量很小的低速設(shè)備來(lái)說(shuō)問(wèn)題不大，但對(duì)于那些數(shù)據(jù)傳輸量很大的高速設(shè)備來(lái)說(shuō)，25%的負(fù)載增值就相當(dāng)嚴(yán)重了。當(dāng)然，如果增加起始位和停止位之間的數(shù)據(jù)位，則能夠減少額外開(kāi)銷的百分比，但是比特塊越大，累積的時(shí)序誤差也越大。

2)同步傳輸(SynchronousTransmission)比特塊以穩(wěn)定的比特流的形式傳輸，數(shù)據(jù)被封裝成更大的傳輸單位，稱為幀。每個(gè)幀中含有多個(gè)字符，而且字符與字符之間沒(méi)有間隙以及起始位和停止位。數(shù)據(jù)幀的第一部分包含一組同步字符，它是一個(gè)獨(dú)特的比特組合，類似異步傳輸?shù)钠鹗嘉唬糜谕ㄖ邮辗接袔竭_(dá)，確保接收方的采樣速率和比特的到達(dá)速率保持一致，使收發(fā)雙方進(jìn)入同步。幀的最后一部分是結(jié)束標(biāo)記。與同步字符一樣，它也是一個(gè)獨(dú)特的比特串，類似于異步傳輸?shù)耐Ｖ刮?，表示在下一幀開(kāi)始之前沒(méi)有數(shù)據(jù)需要傳輸了。同步傳輸通常要比異步傳輸快速得多。接收方不必對(duì)每個(gè)字符進(jìn)行開(kāi)始和停止的操作。一旦檢測(cè)到幀同步字符，它就在接下來(lái)的數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)接收它們。另外，同步傳輸?shù)拈_(kāi)銷也比較少。例如，一個(gè)典型的幀可能有500字節(jié)(即4000比特)的數(shù)據(jù)，其中可能只需要增加100比特。這時(shí)，增加的比特位使傳輸?shù)谋忍乜倲?shù)增加2.5%，這與異步傳輸中25%的增值要小得多。隨著數(shù)據(jù)幀中實(shí)際數(shù)據(jù)比特位的增加，開(kāi)銷比特所占的百分比將相應(yīng)地減少。但是，數(shù)據(jù)比特位越長(zhǎng)，緩存數(shù)據(jù)所需要的緩沖區(qū)也越大，這就限制了一個(gè)幀的大小。幀的長(zhǎng)度增加，傳輸出錯(cuò)的概率增大，增加了幀重傳的概率，反而加大了信道負(fù)擔(dān)。同時(shí)，幀越長(zhǎng)，其占據(jù)信道的時(shí)間也越長(zhǎng)，在極端的情況下，可能會(huì)導(dǎo)致信道的擁塞。異步傳輸與同步傳輸?shù)膮^(qū)別如下：

(1)異步傳輸是面向字符的傳輸，而同步傳輸是面向比特的傳輸。

(2)異步傳輸?shù)膯挝皇亲址?，而同步傳輸?shù)膯挝皇菐?/p>

(3)異步傳輸通過(guò)字符起止的開(kāi)始和停止碼進(jìn)行同步，而同步傳輸則是從數(shù)據(jù)中抽取同步信息。

(4)異步傳輸對(duì)時(shí)序的要求較低，而同步傳輸往往通過(guò)特定的時(shí)鐘線路協(xié)調(diào)時(shí)序。

(5)異步傳輸相對(duì)于同步傳輸效率較低。

(6)異步傳輸字符與字符間的傳輸是異步的，并不要求發(fā)送方和接收方的時(shí)鐘完全一樣；同步傳輸中發(fā)送方和接收方的時(shí)鐘是統(tǒng)一的，字符與字符間的傳輸是同步無(wú)間隔的。

4.多路復(fù)用技術(shù)在同一條通信線路中，實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳送多路信號(hào)的技術(shù)叫做多路復(fù)用技術(shù)。常用的多路復(fù)用技術(shù)有時(shí)分多路復(fù)用、頻分多路復(fù)用、波分多路復(fù)用和碼分多路復(fù)用。時(shí)分多路復(fù)用(TimeDivisionMultiplexing，TDM)是在傳輸時(shí)把時(shí)間分成小的時(shí)間片，每一時(shí)間片由復(fù)用的一路信號(hào)占用，各路信號(hào)在微觀上是串行傳送的，在宏觀上是并行傳送的。TDM技術(shù)廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也使用該技術(shù)。頻分多路復(fù)用(FrequencyDivisionMultiplexing，F(xiàn)DM)是將多路信號(hào)分別調(diào)制到互不交疊的頻段來(lái)進(jìn)行傳輸，各路信號(hào)在信道中是并行傳送的。FDM的缺點(diǎn)是各路信號(hào)之間易互相干擾，它多用于模擬通信中。波分多路復(fù)用(Wave-lengthDivisionMultiplexing，WDM)是在光纖信道上使用的頻分多路復(fù)用的一個(gè)變種。它是在光波頻率范圍內(nèi)，把不同波長(zhǎng)的光波，按一定間隔排列在一根光纖中傳送，即將光纖可工作的有效波長(zhǎng)劃分為多個(gè)波段，通過(guò)棱柱或光柵將不同的波段合成到一根共享光纖上。WDM可用于光纖通信中。碼分多路復(fù)用(CodeDivisionMultiplexing，CDM)也是一種共享信道的方法。每個(gè)用戶可在同一時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信，但使用的是基于碼型的分割信道的方法，即每個(gè)用戶分配一個(gè)地址碼，各個(gè)碼型互不重疊，通信各方之間不會(huì)相互干擾，且抗干擾能力強(qiáng)。碼分多路復(fù)用技術(shù)主要用于無(wú)線通信系統(tǒng)，特別是移動(dòng)通信系統(tǒng)，它不僅可以提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸约皽p少干擾對(duì)通信的影響，而且增大了通信系統(tǒng)的容量。

5.基帶、頻帶和寬帶傳輸來(lái)自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號(hào)(如計(jì)算機(jī)輸出的二進(jìn)制序列)往往包含豐富的低頻分量，甚至直流分量，因而稱為數(shù)字基帶信號(hào)。在某些具有低通特性的有線信道中，特別是傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，數(shù)字基帶信號(hào)可以直接傳輸，稱為數(shù)字基帶傳輸?；鶐鬏斚到y(tǒng)無(wú)需使用調(diào)制解調(diào)器，設(shè)備費(fèi)用低，適用于短距離的數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于大多數(shù)信道而言(如各種無(wú)線信道和光信道)，其信道特性則是帶通型的，數(shù)字基帶信號(hào)必須經(jīng)過(guò)載波調(diào)制，把頻譜搬移到高載處才能在信道中傳輸，稱之為數(shù)字頻帶傳輸。將信道分成多個(gè)子信道，分別傳送音頻、視頻和數(shù)字信號(hào)，稱為寬帶傳輸。寬帶是比音頻帶寬更寬的頻帶，它包括大部分電磁波頻譜。使用這種寬頻帶傳輸?shù)南到y(tǒng)稱為寬帶傳輸系統(tǒng)。其通過(guò)借助頻帶傳輸，可以將鏈路容量分解成兩個(gè)或更多的信道，每個(gè)信道可以攜帶不同的信號(hào)，這就是寬帶傳輸。1.2.4網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指用傳輸媒體互聯(lián)各種設(shè)備的物理布局。將參與局域網(wǎng)工作的各種設(shè)備用媒體互聯(lián)在一起有多種方法，實(shí)際上只有幾種方式適合在局域網(wǎng)中應(yīng)用。如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只連接幾臺(tái)設(shè)備，最簡(jiǎn)單的方法是將它們兩兩直接相連，這種連接稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。用這種方式形成的網(wǎng)絡(luò)稱為全互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，如圖1.9所示。圖1.9全互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖中有6個(gè)設(shè)備，在全互聯(lián)情況下，需要15條傳輸線路。如果要連的設(shè)備有n個(gè)，所需線路將達(dá)到n(n-1)/2條。顯然，這種方式只有在地理范圍不大、設(shè)備數(shù)量很少的條件下才有使用的可能。在實(shí)際應(yīng)用中，即使屬于這種環(huán)境，局域網(wǎng)技術(shù)中也不使用這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。我們所說(shuō)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是當(dāng)需要通過(guò)互聯(lián)設(shè)備(如路由器)互聯(lián)多個(gè)局域網(wǎng)時(shí)，將有可能遇到這種廣域網(wǎng)(WAN)的互聯(lián)技術(shù)。目前大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)使用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有三種：①星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；②環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；③總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

1.星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是使用時(shí)間最久的一種連接方式，日常生活中使用的電話都屬于這種結(jié)構(gòu)，如圖1.10所示。其中，圖1.10(a)為目前使用最普遍的以太網(wǎng)(Ethernet)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，處于中心位置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備稱為集線器(Hub)；圖1.10(b)為電話網(wǎng)的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖1.10星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)電話網(wǎng)的星型結(jié)構(gòu)；(b)以Hub為中心的結(jié)構(gòu)在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，端節(jié)點(diǎn)之間的通信必須經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)有便于集中控制、易于維護(hù)和安全等優(yōu)點(diǎn)。某端節(jié)點(diǎn)設(shè)備因?yàn)楣收隙C(jī)時(shí)也不會(huì)影響其他節(jié)點(diǎn)間的通信，但中心系統(tǒng)必須具有極高的可靠性，因?yàn)橹行南到y(tǒng)一旦損壞，整個(gè)系統(tǒng)便趨于癱瘓。因此中心系統(tǒng)通常采用雙機(jī)熱備份，以提高系統(tǒng)的可靠性。星型樹(shù)是這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種擴(kuò)充，如圖1.11所示。每個(gè)Hub與端節(jié)點(diǎn)的連接仍為星型，Hub級(jí)連而形成樹(shù)。Hub級(jí)連的個(gè)數(shù)是有限制的，其數(shù)目隨著廠商的不同而不同。以Hub構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，雖然呈星型布局，但它使用的訪問(wèn)媒體的機(jī)制卻仍是共享媒體的總線方式。圖1.11星型樹(shù)

2.環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在局域網(wǎng)中使用較多。這種結(jié)構(gòu)中的傳輸媒體從一個(gè)端節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)端節(jié)點(diǎn)，直到將所有端節(jié)點(diǎn)連成環(huán)型，如圖1.12所示。這種結(jié)構(gòu)消除了端節(jié)點(diǎn)通信時(shí)對(duì)中心系統(tǒng)的依賴性。環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，每個(gè)端節(jié)點(diǎn)都與兩個(gè)相臨的端節(jié)點(diǎn)相連，因而存在著以單向方式操作點(diǎn)到點(diǎn)鏈路。于是，便有上游端用戶和下游端用戶之分。如圖1.12中，用戶N是用戶N+1的上游端用戶，N+1是N的下游端用戶。如果N+1端需將數(shù)據(jù)發(fā)送到N端，則幾乎要繞環(huán)一周才能到達(dá)N端，系統(tǒng)響應(yīng)延時(shí)大。由于各端節(jié)點(diǎn)共享環(huán)路，因此需要采取措施(如令牌控制)來(lái)協(xié)調(diào)控制各端節(jié)點(diǎn)的發(fā)送。圖1.12環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是使用同一媒體或電纜連接所有端節(jié)點(diǎn)的一種方式，即連接端節(jié)點(diǎn)的物理媒體由所有設(shè)備共享，如圖1.13所示。使用這種結(jié)構(gòu)必須確保端節(jié)點(diǎn)使用媒體發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)不能出現(xiàn)沖突。在點(diǎn)到點(diǎn)鏈路配置時(shí)，這是相當(dāng)簡(jiǎn)單的。如果這條鏈路是半雙工操作，則只需使用很簡(jiǎn)單的機(jī)制便可保證兩個(gè)端用戶輪流工作。在一點(diǎn)到多點(diǎn)方式中，對(duì)線路的訪問(wèn)依靠控制端的探詢來(lái)確定。然而，在LAN環(huán)境下，由于所有數(shù)據(jù)站都是平等的，因而不能采取上述機(jī)制。圖1.13總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用低、數(shù)據(jù)端節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)靈活、站點(diǎn)或某個(gè)端節(jié)點(diǎn)失效不影響其他站點(diǎn)或端節(jié)點(diǎn)通信。缺點(diǎn)是一次僅能一個(gè)端節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，其他端用戶必須等待到獲得發(fā)送權(quán)后方可發(fā)送數(shù)據(jù)；媒體訪問(wèn)獲取機(jī)制較復(fù)雜。盡管總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在上述一些缺點(diǎn)，但由于布線要求簡(jiǎn)單，擴(kuò)充容易，端節(jié)點(diǎn)失效、增刪不影響全網(wǎng)工作，所以是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中使用最普遍的一種。1.2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)

1.電路交換電路交換(CircuitSwitching)又稱為線路交換，是一種面向連接的服務(wù)。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)通信子網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)電路交換之前，首先要在通信子網(wǎng)中建立一個(gè)實(shí)際的物理線路連接。最常見(jiàn)的電路交換例子是電話系統(tǒng)。電路交換是根據(jù)交換機(jī)結(jié)構(gòu)原理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的。其主要任務(wù)是把要求通信的輸入端與被呼叫的輸出端接通，即由交換機(jī)負(fù)責(zé)在兩者之間建立起一條物理通路。在完成接續(xù)任務(wù)之后，雙方通信的內(nèi)容和格式等均不受交換機(jī)的制約。電路交換方式的主要特點(diǎn)就是要求在通信的雙方之間建立一條實(shí)際的物理通路，并且在整個(gè)通信過(guò)程中，這條通路被獨(dú)占。

1)電路交換的三個(gè)階段整個(gè)電路交換的過(guò)程包括建立線路、占用線路并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和釋放線路三個(gè)階段。

(1)建立線路。如同打電話先要通過(guò)撥號(hào)在通話雙方間建立起一條通路一樣，數(shù)據(jù)通信的線路交換方式在傳輸數(shù)據(jù)之前也要先經(jīng)過(guò)呼叫過(guò)程建立一條端到端的線路。它的具體過(guò)程如下：發(fā)起方向某個(gè)終端站點(diǎn)(響應(yīng)方站點(diǎn))發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求，該請(qǐng)求通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)傳輸至終點(diǎn)。如果中間節(jié)點(diǎn)有空閑的物理線路可以使用，則接收請(qǐng)求，分配線路，并將請(qǐng)求傳輸給下一中間節(jié)點(diǎn)；整個(gè)過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，直至終點(diǎn)。如果中間節(jié)點(diǎn)沒(méi)有空閑的物理線路可以使用，整個(gè)線路的連接將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。僅當(dāng)通信的兩個(gè)站點(diǎn)之間建立起物理線路之后，才允許進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸階段。線路一旦被分配，在未釋放之前，即使線路上并沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸，其他站點(diǎn)也無(wú)法使用該線路。

(2)數(shù)據(jù)傳輸。電路交換連接建立以后，數(shù)據(jù)就可以從源節(jié)點(diǎn)發(fā)送到中間節(jié)點(diǎn)，再由中間節(jié)點(diǎn)交換到終端節(jié)點(diǎn)。當(dāng)然終端節(jié)點(diǎn)也可以經(jīng)中間節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)傳輸有固定的傳播延遲，并且沒(méi)有阻塞的問(wèn)題，除非有意外的線路或節(jié)點(diǎn)故障而使電路中斷。但要求在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，建立的電路必須始終保持連接狀態(tài)，通信雙方的信息傳輸延遲僅取決于電磁信號(hào)沿媒體傳輸?shù)难舆t。

(3)釋放線路。當(dāng)站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸完畢后，執(zhí)行釋放線路的動(dòng)作。該動(dòng)作可以由任一站點(diǎn)發(fā)起，釋放線路請(qǐng)求通過(guò)途經(jīng)的中間節(jié)點(diǎn)送往對(duì)方，釋放線路資源。被拆除的信道空閑后，就可被其他通信使用。

2)電路交換的優(yōu)缺點(diǎn)電路交換方式的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，且保持原來(lái)的序列。除了少量的傳輸延遲之外，不再有其他延遲，具有較好的實(shí)時(shí)性。電路交換設(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)需提供任何緩存裝置。電路交換方式的缺點(diǎn)是在某些情況下，電路空閑時(shí)的信道容量被浪費(fèi)；另外，如數(shù)據(jù)傳輸階段的持續(xù)時(shí)間較短，電路建立和拆除所用的時(shí)間就得不償失。因此，它適用于遠(yuǎn)程批處理信息傳輸或系統(tǒng)間實(shí)時(shí)性要求高的大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。

2.報(bào)文交換所謂存儲(chǔ)交換是指數(shù)據(jù)交換前，先通過(guò)緩沖存儲(chǔ)器進(jìn)行緩存，然后按隊(duì)列進(jìn)行處理。其交換原理如圖1.14所示。存儲(chǔ)交換又分為報(bào)文交換(MessageSwitching)和分組交換(PacketSwitching)兩種，先介紹其中的報(bào)文交換。報(bào)文交換的基本思想是先將用戶的報(bào)文存儲(chǔ)在交換機(jī)的存儲(chǔ)器中，當(dāng)所需要的輸出電路空閑時(shí)，再將該報(bào)文發(fā)向接收交換機(jī)或用戶終端，所以，報(bào)文交換系統(tǒng)又稱“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”系統(tǒng)。圖1.14存儲(chǔ)交換原理框圖

1)實(shí)現(xiàn)報(bào)文交換的過(guò)程

(1)若某用戶有發(fā)送報(bào)文的需求，則需要先把擬發(fā)送的信息加上報(bào)文頭，包括目標(biāo)地址和源地址等信息，并將形成的報(bào)文發(fā)送給交換機(jī)。當(dāng)交換機(jī)中的通信控制器檢測(cè)到某用戶線路有報(bào)文輸入時(shí)，則向中央處理機(jī)發(fā)送中斷請(qǐng)求，并逐字把報(bào)文送入內(nèi)存。

(2)中央處理機(jī)在接到報(bào)文后可以對(duì)報(bào)文進(jìn)行處理，如分析報(bào)文頭及判別、確定路由等，然后將報(bào)文轉(zhuǎn)存到外部大容量存儲(chǔ)器中，等待空閑的輸出線路。

(3)一旦線路空閑，就再把報(bào)文從外存儲(chǔ)器調(diào)入內(nèi)存儲(chǔ)器，經(jīng)通信控制器向線路發(fā)送出去。

2)報(bào)文交換方式的優(yōu)缺點(diǎn)

(1)報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)：線路利用率高，信道可為多個(gè)報(bào)文共享；不需要同時(shí)啟動(dòng)發(fā)送器和接收器來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)可暫存；通信量大時(shí)仍可接收?qǐng)?bào)文，但傳輸延時(shí)會(huì)增加；一份報(bào)文可發(fā)往多個(gè)目的地；交換網(wǎng)絡(luò)可對(duì)報(bào)文進(jìn)行速度和代碼等的轉(zhuǎn)換；能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)文的差錯(cuò)控制和糾錯(cuò)處理等功能。

(2)報(bào)文交換方式的缺點(diǎn)：中間節(jié)點(diǎn)必須具備很大的存儲(chǔ)空間；由于“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”和排隊(duì)，增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t；報(bào)文長(zhǎng)度未作規(guī)定，報(bào)文只能暫存在磁盤上，磁盤讀取占用了額外的時(shí)間；任何報(bào)文都必須排隊(duì)等待，即使非常短小的報(bào)文(例如，交互式通信中的會(huì)話信息)；當(dāng)信道誤碼率較高時(shí)，頻繁重發(fā)，報(bào)文交換難以支持實(shí)時(shí)通信和交互式通信的要求。

3.分組交換分組交換(PacketSwitching)與報(bào)文交換技術(shù)類似，但規(guī)定了交換機(jī)處理和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度(稱為分組)，不同用戶的數(shù)據(jù)分組可以交織地在網(wǎng)絡(luò)中的物理鏈路上傳輸，提高了線路的利用率。分組交換是目前應(yīng)用最廣的交換技術(shù)，它結(jié)合了線路交換和報(bào)文交換兩者的優(yōu)點(diǎn)，使其性能達(dá)到最優(yōu)。分組交換實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是分組長(zhǎng)度的選擇。分組越小，冗余量(分組中的控制信息等)在整個(gè)分組中所占的比例越大，最終將影響用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩环纸M越大，數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)的概率也越大，這將增加重傳的次數(shù)，也影響用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。?dāng)具有較好的線路質(zhì)量和較高的傳輸速率時(shí)，分組的長(zhǎng)度可以略有增加。根據(jù)對(duì)分組管理的不同，分組交換的傳輸方式分為數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路兩種，下一節(jié)我們將在OSI模型中理解這兩種分組交換的傳輸方式。

(1)數(shù)據(jù)報(bào)(Datagram)傳輸方式類似于報(bào)文交換。它將每個(gè)分組單獨(dú)作為報(bào)文處理，分組交換機(jī)為每個(gè)數(shù)據(jù)分組(數(shù)據(jù)報(bào))獨(dú)立尋找傳輸路徑，因此，傳輸路徑可以不同，各分組(數(shù)據(jù)報(bào))到達(dá)的次序和發(fā)送的次序可以不同，接收終端再按發(fā)送站的發(fā)送次序重新排序。

(2)虛電路(VirtualCircuit)與電路交換類似，它先在發(fā)送站與接收節(jié)點(diǎn)之間建立一條邏輯通路，稱為虛電路。通信數(shù)據(jù)以分組為單位通過(guò)該電路，并按順序傳輸?shù)浇邮展?jié)點(diǎn)，傳輸結(jié)束后拆除該虛電路。虛電路是一條邏輯通路，并不是實(shí)際的物理通路，它為分組交換機(jī)設(shè)備之間的連接提供一種鏈路的通信關(guān)系。發(fā)送站有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可任意時(shí)刻發(fā)送；如果沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送，則這種通信關(guān)系被保持，但線路的傳輸能力和交換機(jī)的處理能力可用作其他服務(wù)，因此，終端不獨(dú)享網(wǎng)絡(luò)資源。每個(gè)分組除信息數(shù)據(jù)外，需添加虛電路標(biāo)識(shí)符。因此，不需要路由選擇判別就能把分組引導(dǎo)到有關(guān)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。此外，虛電路為不同工作速率運(yùn)行的設(shè)備提供了速度轉(zhuǎn)換服務(wù)。

4.交換方式的選擇和比較高性能的數(shù)據(jù)交換技術(shù)應(yīng)該具有較大的通信量和較短的時(shí)間延遲，并能滿足實(shí)時(shí)性和突發(fā)性要求。每種交換方式具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，而且選擇交換方式不只是技術(shù)問(wèn)題，而是一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合問(wèn)題，要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用綜合比較和選擇。各種數(shù)據(jù)交換方式都有自己的適用場(chǎng)合：

(1)線路交換適合于高負(fù)載持續(xù)通信，尤其是會(huì)話式通信與語(yǔ)音、圖像通信，不適合突發(fā)性通信。

(2)報(bào)文交換適合于長(zhǎng)報(bào)文、無(wú)實(shí)時(shí)要求的通信，不適合會(huì)話式通信。

(3)數(shù)據(jù)報(bào)適合于靈活的突發(fā)短報(bào)文傳輸，不適合會(huì)話和有實(shí)時(shí)性要求的通信。

(4)虛電路適合實(shí)時(shí)、固定對(duì)象、長(zhǎng)報(bào)文通信，也適合會(huì)話式通信和語(yǔ)音、動(dòng)態(tài)圖像通信要求。1.3ISO/OSI參考模型及相關(guān)技術(shù)1.3.1OSI協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)

OSI參考模型采用的是層次結(jié)構(gòu)，在OSI參考模型中，下一層為上一層提供服務(wù)，而各層內(nèi)部的工作與相鄰層是無(wú)關(guān)的。分層主要遵循以下原則：

(1)明確定義各層的功能。

(2)選擇穿過(guò)相鄰邊界相互作用次數(shù)最小或通信量最少的邊界為層間界面。

(3)層次數(shù)不能太少，也不能太多。

(4)分層地點(diǎn)選在數(shù)據(jù)處理需要不同抽象級(jí)別的地方。

OSI參考模型定義了不同計(jì)算機(jī)互連標(biāo)準(zhǔn)的框架結(jié)構(gòu)，OSI參考模型分為七層，如圖1.15所示，分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。圖1.15ISO/OSI參考模型

1.物理層物理層的目的是在數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間傳送原始的二進(jìn)制比特流。物理層并不是指連接的具體物理設(shè)備或具體的傳輸介質(zhì)，它是通過(guò)提供和通信介質(zhì)的連接，向上層(數(shù)據(jù)鏈路層)提供傳送原始比特流的物理連接，使數(shù)據(jù)鏈路層感覺(jué)不到各種介質(zhì)和通信手段存在的差異。在發(fā)送端它將從高層接收的比特流變成適合于物理信道傳輸?shù)男盘?hào)，在接收端再將該信號(hào)恢復(fù)成所傳輸?shù)谋忍亓鳌Ｎ锢硇诺腊p絞線、同軸電纜、光纜、無(wú)線電信號(hào)等。物理層協(xié)議主要提供在數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DataTerminalEquipment，DTE)和數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備(DataCircuit-terminatingEquipment，DCE)之間的接口。DTE是對(duì)所有連網(wǎng)設(shè)備的統(tǒng)稱，如計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)備等。DCE是指數(shù)據(jù)電路端接收設(shè)備或數(shù)據(jù)通信設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器、通信處理機(jī)等。物理層協(xié)議為正確傳送二進(jìn)制位信號(hào)以及建立、維持和釋放物理信道提供機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程方面的手段。物理層協(xié)議規(guī)定的四個(gè)特性如下：

(1)機(jī)械特性：通信接口所用接線器的尺寸和形狀、引線排列方式和數(shù)目、固定和鎖定裝置等。

(2)電氣特性：信號(hào)線的連接方式、發(fā)送器和接收器的電氣參數(shù)(包括阻抗、信號(hào)電平、傳輸速率和距離的限制等)以及互連電纜要達(dá)到的技術(shù)規(guī)定。

(3)功能特性：物理接口各信號(hào)線的用途，即說(shuō)明某條線上出現(xiàn)某一電平的電壓表示何種意義。信號(hào)線按功能一般分為四類：數(shù)據(jù)、控制、定時(shí)和接地。

(4)規(guī)程特性：使用信號(hào)線實(shí)現(xiàn)比特流傳輸?shù)牟僮鬟^(guò)程中，在建立、維持和釋放物理信道時(shí)通信雙方在各電路上的動(dòng)作序列，即信號(hào)時(shí)序的應(yīng)答關(guān)系和操作過(guò)程。不同的應(yīng)用場(chǎng)合有不同的操作過(guò)程。物理層的典型協(xié)議是EIARS232C。在制定總線標(biāo)準(zhǔn)時(shí)要規(guī)定上面的內(nèi)容。

2.數(shù)據(jù)鏈路層物理層在傳輸過(guò)程中不負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，這項(xiàng)工作由數(shù)據(jù)鏈路層完成。數(shù)據(jù)鏈路層的作用是要在不太可靠的物理鏈路上，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。由于有了數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)層可以認(rèn)為鏈路上的傳輸是無(wú)差錯(cuò)的。數(shù)據(jù)鏈路層的功能是為網(wǎng)絡(luò)層提供連接服務(wù)，并在數(shù)據(jù)鏈路上傳送幀。幀是數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)的傳輸單位。數(shù)據(jù)鏈路層向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)會(huì)因服務(wù)質(zhì)量、是否有連接以及應(yīng)用環(huán)境而不同，一般為網(wǎng)絡(luò)層提供如下三種服務(wù)：

(1)無(wú)確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)。發(fā)送前不建立數(shù)據(jù)鏈路連接，需要通信時(shí)，發(fā)送方的數(shù)據(jù)鏈路層即可直接發(fā)送任意長(zhǎng)的信息，傳輸時(shí)接收方不需要應(yīng)答，出錯(cuò)或數(shù)據(jù)丟失時(shí)也不作處理。這種服務(wù)質(zhì)量低，不適合于對(duì)傳送實(shí)時(shí)性要求很高(如語(yǔ)音)或者線路誤碼率很低的場(chǎng)合。

(2)有確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)。發(fā)送前不建立數(shù)據(jù)鏈路連接而直接發(fā)送數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)鏈路層能接收幀，經(jīng)校驗(yàn)如果正確，則返回應(yīng)答幀；若不能接收或接收后校驗(yàn)不正確，則返回否定應(yīng)答，發(fā)送端要么重發(fā)，要么暫不發(fā)送數(shù)據(jù)。這種服務(wù)適用于不可靠信道的信號(hào)傳輸。

(3)有確認(rèn)的面向連接的服務(wù)。進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳送分為三個(gè)階段：數(shù)據(jù)鏈路建立、數(shù)據(jù)幀傳送和數(shù)據(jù)鏈路的釋放。面向連接的服務(wù)在數(shù)據(jù)傳送階段對(duì)每個(gè)幀都要確認(rèn)，發(fā)送方收到確認(rèn)后才能發(fā)送下一個(gè)幀。這種服務(wù)的質(zhì)量較好。對(duì)用戶而言，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)容是報(bào)文，但報(bào)文所包含信息量的大小是不確定的，可能很大，也可能很小。但網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸必須按系統(tǒng)通信規(guī)程進(jìn)行，即系統(tǒng)中幀的大小、規(guī)格是有限制的，報(bào)文是按系統(tǒng)通信規(guī)程規(guī)定的幀格式傳輸?shù)?。發(fā)送方將網(wǎng)絡(luò)層傳送下來(lái)的分組附上數(shù)據(jù)鏈路控制信息構(gòu)成幀交給物理層，接收方把物理層交來(lái)的數(shù)據(jù)去除幀的數(shù)據(jù)鏈路控制信息后上交網(wǎng)絡(luò)層。數(shù)據(jù)鏈路層使用物理層提供的服務(wù)來(lái)傳輸幀，它的基本功能包括：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路的建立、數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)鏈路的釋放，以及信息幀發(fā)送過(guò)程中的流量控制與差錯(cuò)控制功能，保證信息幀在數(shù)據(jù)鏈路上的正確傳輸。數(shù)據(jù)鏈路連接是建立在物理連接基礎(chǔ)上的。物理連接是用一連串信號(hào)電平的有序升降來(lái)表示物理連接的建立、維持和釋放。在物理連接已經(jīng)建立好之后進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路連接。每次通信前后，通信雙方相互聯(lián)系以確認(rèn)本次通信的開(kāi)始和結(jié)束，這就是數(shù)據(jù)鏈路連接的建立和釋放。數(shù)據(jù)鏈路層要解決的主要問(wèn)題有:

(1)成幀。數(shù)據(jù)鏈路層把比特流分成離散的幀，并對(duì)每一幀計(jì)算出校驗(yàn)和。當(dāng)一幀到達(dá)目的地后重新計(jì)算校驗(yàn)和，如果新計(jì)算出的校驗(yàn)和與幀中所包含的校驗(yàn)和不同，數(shù)據(jù)鏈路層就知道出錯(cuò)了，從而進(jìn)行某種差錯(cuò)處理。因此，將比特流分成幀很重要。數(shù)據(jù)的組幀方式有三種：面向字符的組幀技術(shù)、面向比特的組幀技術(shù)、采用長(zhǎng)度計(jì)數(shù)的組幀技術(shù)。

(2)流量控制。為了防止慢的接收方被快的發(fā)送方“淹沒(méi)”，通常引入流量控制來(lái)限制發(fā)送方所發(fā)出的數(shù)據(jù)流量，使發(fā)送速率不要超過(guò)接收方能處理的速率。這通常需要引入某種反饋機(jī)制，如發(fā)送方在獲得接收方允許之后才能發(fā)出下一幀。

(3)差錯(cuò)控制。為了保證接收方能將接收無(wú)誤的幀按正確的順序交給網(wǎng)絡(luò)層，通常采用的方法是重傳受損或丟失的幀。這就要求接收方發(fā)回應(yīng)答幀，若發(fā)送方收到了關(guān)于某幀的肯定應(yīng)答，則知道此幀已正確送達(dá)；若收到否定應(yīng)答或未收到應(yīng)答，則說(shuō)明此幀發(fā)送出錯(cuò)，需要重發(fā)。在發(fā)送方引入定時(shí)器可用于判斷幀是否丟失，若超時(shí)后未收到幀被正確接收的應(yīng)答幀，則重發(fā)丟失的幀。為了防止收到重復(fù)幀，通常采取對(duì)發(fā)出的各幀進(jìn)行編號(hào)，這樣接收方就能夠辨別收到的是重復(fù)幀還是新幀。

OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層在IEEE802局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中被分為媒體訪問(wèn)控制(MAC)子層與邏輯鏈路控制(LLC)子層。由于IEEE802局域網(wǎng)共享信道，因此MAC子層負(fù)責(zé)解決共享信道的媒體訪問(wèn)控制，LLC子層完成通常意義下的數(shù)據(jù)鏈路層功能，即通過(guò)差錯(cuò)控制和流量控制實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸。由于局域網(wǎng)采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與傳輸介質(zhì)有很多種，相應(yīng)的媒體訪問(wèn)控制方法也有多種，因此MAC子層與介質(zhì)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)密切相關(guān)，而LLC子層隱藏了各種802網(wǎng)絡(luò)之間的差別，向網(wǎng)絡(luò)層提供一個(gè)統(tǒng)一的格式和接口。

3.網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議只能解決相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，不能解決由多條鏈路組成通路的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是要選擇合適的路由，為傳輸層提供整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)兩個(gè)終端用戶之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?。在網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)傳送的單位是報(bào)文或報(bào)文分組。網(wǎng)絡(luò)層向上層(傳輸層)所提供的服務(wù)有兩大類，即面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這兩種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)就是虛電路服務(wù)和數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。虛電路服務(wù)和數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的區(qū)別，實(shí)質(zhì)上就是將分組排序和差錯(cuò)控制放在網(wǎng)絡(luò)層還是放在傳輸層。在選用虛電路服務(wù)時(shí)，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，必須先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接的建立，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，再釋放網(wǎng)絡(luò)連接。由于傳送的多個(gè)分組是沿著一條網(wǎng)絡(luò)連接串行前進(jìn)，因而接收端收到的順序和發(fā)送端發(fā)送的順序完全一致。網(wǎng)絡(luò)可保證分組按順序交付，不丟失、不重復(fù)，端到端的差錯(cuò)控制和流量控制由網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)。虛電路適用于定對(duì)象、長(zhǎng)報(bào)文、會(huì)話型傳輸要求。在選用數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)時(shí)，兩個(gè)實(shí)體傳送數(shù)據(jù)之前無(wú)需事先建立連接而直接發(fā)送數(shù)據(jù)，目的主機(jī)在收到數(shù)據(jù)報(bào)后也不發(fā)送確認(rèn)信息。每個(gè)分組都攜帶完整的源，目的地址信息獨(dú)立傳送。由于各分組可能經(jīng)過(guò)不同的中轉(zhuǎn)路徑獨(dú)立傳送，因此收到分組的順序可能與發(fā)送順序不一致，也不能保證不丟失、不重復(fù)、不出現(xiàn)差錯(cuò)，這樣排序工作就要由傳輸層來(lái)完成，由主機(jī)來(lái)承擔(dān)端到端的差錯(cuò)控制。由于每個(gè)分組可以獨(dú)立地選擇路由，當(dāng)某個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，后續(xù)的分組就可另選路由，因而提高了可靠性。此外，數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)還適用于需要將一個(gè)分組發(fā)送到多個(gè)目的地的情況。網(wǎng)絡(luò)層主要解決的是路由選擇和流量控制等問(wèn)題。

1)路由選擇路由選擇是網(wǎng)絡(luò)層提供的最重要的一項(xiàng)服務(wù)。如何在網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間找到一條最佳或合適的路徑，是網(wǎng)絡(luò)層路由選擇算法所要解決的問(wèn)題。對(duì)路由選擇算法的要求是：正確性、簡(jiǎn)單性、健壯性、穩(wěn)定性、公平性和最優(yōu)化。路由選擇算法分為兩大類：靜態(tài)路由選擇算法和動(dòng)態(tài)路由選擇算法。靜態(tài)路由選擇算法是預(yù)先配置好的，它只考慮了網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；而動(dòng)態(tài)路由選擇算法可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)流量動(dòng)態(tài)調(diào)整其路由選擇。具體的路由選擇算法有很多，此處不再詳述。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)部采用無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)方式時(shí)，傳送一個(gè)分組在每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)上都要啟動(dòng)一次路由選擇算法；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層采用面向連接的虛電路方式時(shí)，只需要在虛電路建立時(shí)確定一次路由選擇。

2)流量控制網(wǎng)絡(luò)層中的流量是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的通信量，即網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文流或分組流。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中流量過(guò)大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不能及時(shí)處理和轉(zhuǎn)發(fā)所收到的分組，從而增加信息的傳輸時(shí)延。在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量(吞吐量在數(shù)值上等于信道在單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)目傂畔⒘?，單位為b/s)隨輸入負(fù)載的增大而下降，這種現(xiàn)象稱為擁塞。當(dāng)輸入負(fù)載繼續(xù)增大到一定程度時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量下降到零，網(wǎng)絡(luò)完全不能工作，亦即網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了死鎖。流量控制的功能就是要防止網(wǎng)絡(luò)由于過(guò)載而引起網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)吞吐量下降和時(shí)延增加、避免死鎖，公平地在相互競(jìng)爭(zhēng)的用戶之間分配資源。要實(shí)現(xiàn)流量控制是需要付出代價(jià)的，首先需要獲得網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部流量分布的信息，另外在實(shí)施流量控制時(shí)，也會(huì)引起信道、處理機(jī)和存儲(chǔ)空間的額外開(kāi)銷，因此在輸入負(fù)載較小時(shí)，有流量控制的網(wǎng)絡(luò)吞吐量反而小于無(wú)流量控制的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，必須全面衡量得失。網(wǎng)絡(luò)層的典型協(xié)議是國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)(ConsultativeCommitteeInternationalTelegraphandTelephone，CCITT)的x.25，它適用于分組交換。

4.傳輸層通常把物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層稱為低層，會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層稱為高層，傳輸層位于低層與高層之間，是整個(gè)協(xié)議層次結(jié)構(gòu)的核心。任何進(jìn)程或應(yīng)用程序都可以直接訪問(wèn)傳輸服務(wù)，而不需要經(jīng)過(guò)會(huì)話層和表示層。傳輸層的功能就是在網(wǎng)絡(luò)層的基礎(chǔ)上，完成端到端(即進(jìn)程到進(jìn)程)的差錯(cuò)糾正和流量控制，并實(shí)現(xiàn)兩個(gè)終端系統(tǒng)間傳送的分組無(wú)丟失、無(wú)重復(fù)、無(wú)差錯(cuò)分組、分組順序正確，它對(duì)于高層用戶來(lái)說(shuō)就好像在兩個(gè)傳輸層實(shí)體之間有一條可靠的端到端的通信連接。傳輸層屏蔽通信子網(wǎng)(通信子網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)通信功能)間的差異，例如：有的網(wǎng)絡(luò)提供虛電路服務(wù)，有的網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，向上層提供標(biāo)準(zhǔn)的完善的服務(wù)。它起著將通信子網(wǎng)的技術(shù)、設(shè)計(jì)和各種缺陷與上層隔離的關(guān)鍵作用。傳輸層向用戶提供面向連接和無(wú)連接兩種服務(wù)。如果是面向連接的服務(wù)，也需經(jīng)歷傳輸連接建立、數(shù)據(jù)傳送和傳輸連接釋放三個(gè)階段，面向連接的傳輸層協(xié)議使用最廣泛。傳輸層的主要功能是增加和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)質(zhì)量。顯然，網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)越完善，傳輸層協(xié)議就越簡(jiǎn)單；反之，傳輸層協(xié)議就越復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)按質(zhì)量可分為三類。

A類：可提供完善的服務(wù)，分組的丟失、重復(fù)和錯(cuò)序的情況可忽略不計(jì)。基于A類服務(wù)的傳輸層協(xié)議很簡(jiǎn)單，只需提供連接的建立和釋放機(jī)制就可以了。

B類：?jiǎn)蝹€(gè)分組很少丟失，故障率低?；贐類服務(wù)的傳輸層協(xié)議必須提供差錯(cuò)恢復(fù)功能。

C類：網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)是不可靠的。基于C類服務(wù)的傳輸層協(xié)議不僅需要能檢測(cè)出網(wǎng)絡(luò)的差錯(cuò)，而且要能恢復(fù)差錯(cuò)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)質(zhì)量，ISO/OSI把傳輸協(xié)議分為五種類型，見(jiàn)表1.1。由于網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層所能傳送的數(shù)據(jù)最大長(zhǎng)度不同，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度小于傳輸層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(即傳輸層實(shí)體間傳送的數(shù)據(jù)單元)時(shí)，發(fā)送方傳輸層就需要對(duì)傳輸層協(xié)議數(shù)據(jù)單元進(jìn)行分段，接收方傳輸層應(yīng)能將收到的各段組裝成原來(lái)的傳輸層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。反之，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度大于傳輸層協(xié)議數(shù)據(jù)單元時(shí)，發(fā)送方傳輸層可以將多個(gè)傳輸層協(xié)議數(shù)據(jù)單元拼接起來(lái)，接收方傳輸層再把收到的數(shù)據(jù)分割開(kāi)來(lái)。表1.1傳輸協(xié)議類型表1.1中所謂的基本差錯(cuò)是指出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接斷開(kāi)、網(wǎng)絡(luò)連接失敗或收到了未被認(rèn)可的傳輸連接的數(shù)據(jù)單元。傳輸層中的多路復(fù)用技術(shù)分為向上多路復(fù)用和向下多路復(fù)用。向上多路復(fù)用是指多個(gè)傳輸連接復(fù)用到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接上,向下多路復(fù)用是指一個(gè)傳輸連接復(fù)用到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接上。傳輸層流量控制的目的是在進(jìn)程級(jí)防止快的發(fā)送方“淹沒(méi)”慢的接收方，與數(shù)據(jù)鏈路層中的流量控制有類似之處。傳輸層的典型協(xié)議是TCP/IP。TCP/IP的傳輸層同時(shí)提供兩個(gè)不同的協(xié)議:傳輸控制協(xié)議(TCP)和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UserDatagramProtocol，UDP)，TCP是面向連接的傳輸控制協(xié)議，為應(yīng)用層提供可靠的連接。UDP是面向無(wú)連接的傳輸控制協(xié)議，為應(yīng)用層提供無(wú)連接的盡力的服務(wù)，它并不保證一定傳到，也不保證按順序傳輸以及不重復(fù)傳送。

5.會(huì)話層會(huì)話層以下的各層是面向通信的，而會(huì)話層以上的各層是面向應(yīng)用的。會(huì)話層可以看做是用戶與網(wǎng)絡(luò)的接口。所謂一次會(huì)話，就是兩個(gè)用戶進(jìn)程之間為完成一次完整的通信而建立一個(gè)會(huì)話連接。會(huì)話層的基本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)兩主機(jī)之間原始報(bào)文的傳輸。會(huì)話層的目的就是對(duì)合作的會(huì)話服務(wù)用戶之間的對(duì)話進(jìn)行有效的組織和同步，并對(duì)它們之間的數(shù)據(jù)交換進(jìn)行管理。會(huì)話層提供的服務(wù)主要分為會(huì)話連接管理和會(huì)話數(shù)據(jù)交換兩大部分，會(huì)話層為數(shù)據(jù)交換提供的服務(wù)非常豐富。會(huì)話連接是建立在傳輸連接基礎(chǔ)上的，會(huì)話連接和傳輸連接有三種對(duì)應(yīng)關(guān)系：①一個(gè)會(huì)話連接對(duì)應(yīng)一個(gè)傳輸連接；②多個(gè)會(huì)話連接對(duì)應(yīng)一個(gè)傳輸連接，即當(dāng)一個(gè)會(huì)話連接結(jié)束后，不釋放對(duì)應(yīng)的傳輸連接而使下一個(gè)會(huì)話連接繼續(xù)使用該傳輸連接；③一個(gè)會(huì)話連接對(duì)應(yīng)多個(gè)傳輸連接，即當(dāng)會(huì)話對(duì)應(yīng)的傳輸連接出現(xiàn)了故障時(shí)，會(huì)話層又建立了另一條新的傳輸連接。會(huì)話層提供的一種服務(wù)是令牌管理。如會(huì)話層較多提供半雙工的通信方式，此時(shí)為了控制數(shù)據(jù)的傳送，會(huì)話層提供了數(shù)據(jù)令牌，持有令牌的會(huì)話服務(wù)用戶才可發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方只能接收數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成之后，就將數(shù)據(jù)令牌轉(zhuǎn)讓給對(duì)方，由對(duì)方進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。沒(méi)有令牌的一方也可以申請(qǐng)令牌。會(huì)話層還提供一種叫做會(huì)話同步的服務(wù)。由于一個(gè)會(huì)話連接可能持續(xù)很長(zhǎng)的時(shí)間，而這期間如果網(wǎng)絡(luò)連接或傳輸連接出現(xiàn)故障，那么需要前面已正確傳輸?shù)臄?shù)據(jù)重傳是不合理的，因此會(huì)話同步服務(wù)允許會(huì)話用戶在傳送的數(shù)據(jù)中設(shè)置同步點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)會(huì)話活動(dòng)不需全部重復(fù)，僅需重傳輸故障發(fā)生前最后一個(gè)同步點(diǎn)以后的數(shù)據(jù)。

6.表示層表示層以下的五層關(guān)心的是可靠地傳輸數(shù)據(jù)，而表示層關(guān)心的是所傳輸數(shù)據(jù)信息的語(yǔ)法和語(yǔ)義，即數(shù)據(jù)的意義不變。語(yǔ)法是指數(shù)據(jù)的表示規(guī)則，即對(duì)比特流的解釋方法。語(yǔ)義是指數(shù)據(jù)的內(nèi)容及其含義，比如對(duì)于一串?dāng)?shù)字，它到底是解釋成郵政編碼還是電話號(hào)碼。表示層的任務(wù)就是把發(fā)送端計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)編碼成適合于傳輸?shù)谋忍亓?，傳送到接收端后再解碼，并在保持?jǐn)?shù)據(jù)含義不變的條件下，轉(zhuǎn)換成用戶需要的形式。表示層的主要功能有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)壓縮等。表示層有以下一些重要的概念：

(1)抽象語(yǔ)法。抽象語(yǔ)法只描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式和組織類型的規(guī)則。抽象語(yǔ)法是對(duì)一般數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述，與具體的編碼格式無(wú)關(guān)，也不涉及這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)形式。OSI中提出了一種標(biāo)記法，叫做抽象語(yǔ)法記法1(AbstractSyntaxNotationOne，ASN.1)。一個(gè)數(shù)據(jù)類型可用ASN.l描述，稱為該數(shù)據(jù)類型的抽象語(yǔ)法。在數(shù)據(jù)傳輸中把位流的格式叫抽象語(yǔ)法。

(2)局部語(yǔ)法。各開(kāi)放實(shí)系統(tǒng)內(nèi)部均有自己的語(yǔ)法約定，稱為局部語(yǔ)法。計(jì)算機(jī)類型不同，所采用的局部語(yǔ)法不同，從而使得同一數(shù)據(jù)在不同計(jì)算機(jī)中被表示成不同的比特流。

(3)語(yǔ)法轉(zhuǎn)換。為保證數(shù)據(jù)的語(yǔ)義不變，需將符合發(fā)送方局部語(yǔ)法的比特流轉(zhuǎn)換成符合接收方局部語(yǔ)法的比特流，這一轉(zhuǎn)換工作稱為語(yǔ)法轉(zhuǎn)換。

(4)傳送語(yǔ)法。為抽象語(yǔ)法指定一種編碼規(guī)則，便構(gòu)成一種傳送語(yǔ)法。OSI/RM的表示層采用了兩次語(yǔ)法轉(zhuǎn)換的方法來(lái)進(jìn)行收發(fā)雙方局部語(yǔ)法間的轉(zhuǎn)換。為此，定義了一種標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)法稱為“傳送語(yǔ)法”，發(fā)送方把符合自己局部語(yǔ)法的比特流轉(zhuǎn)換成符合傳送語(yǔ)法的比特流，接收方再把符合傳送語(yǔ)法的比特流轉(zhuǎn)換成符合自己局部語(yǔ)法的比特流。數(shù)據(jù)以傳送語(yǔ)法的形式在網(wǎng)絡(luò)中傳送，在表示層提供局部語(yǔ)法和傳送語(yǔ)法之間的轉(zhuǎn)換，同時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)的語(yǔ)義不變。

(5)表示上下文。在一次應(yīng)用進(jìn)程通信中，抽象語(yǔ)法和傳送語(yǔ)法之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為表示上下文。表示上下文在表示連接建立時(shí)協(xié)商確定，也可以在通信過(guò)程中重新定義。抽象語(yǔ)法與傳送語(yǔ)法之間是多對(duì)多的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即多種抽象語(yǔ)法的數(shù)據(jù)可用一種傳送語(yǔ)法來(lái)傳輸，而多種傳送語(yǔ)法又可以傳輸一種抽象語(yǔ)法的數(shù)據(jù)值。

7.應(yīng)用層應(yīng)用層為應(yīng)用進(jìn)程提供訪問(wèn)OSI環(huán)境的手段，也是用戶使用OSI功能的唯一窗口。應(yīng)用進(jìn)程之間的通信在傳輸層就已基本解決。在傳輸層與應(yīng)用層之間增加會(huì)話層和表示層的原因是：不同類型應(yīng)用的應(yīng)用進(jìn)程之間在協(xié)作時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的行為有許多相似的特征，因此將這些相似特征提取出來(lái)，由會(huì)話層和表示層實(shí)現(xiàn)，可簡(jiǎn)化應(yīng)用進(jìn)程的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在OSI標(biāo)準(zhǔn)中，把應(yīng)用進(jìn)程中與進(jìn)程間交互有關(guān)(即與OSI有關(guān))的那部分稱為應(yīng)用實(shí)體，應(yīng)用實(shí)體是被簡(jiǎn)化的應(yīng)用進(jìn)程。應(yīng)用進(jìn)程之間的通信是通過(guò)應(yīng)用實(shí)體執(zhí)行應(yīng)用層協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)應(yīng)用實(shí)體由一個(gè)用戶元素和一組應(yīng)用服務(wù)元素組成。用戶元素是應(yīng)用進(jìn)程與應(yīng)用實(shí)體之間的用戶接口，應(yīng)用進(jìn)程通過(guò)用戶元素取得應(yīng)用層的服務(wù)。應(yīng)用服務(wù)元素是一些可重用的程序模塊，這種模塊可提供某種應(yīng)用OSI的能力。應(yīng)用服務(wù)元素又分為兩類：公共應(yīng)用服務(wù)元素和特定應(yīng)用服務(wù)元素。特定應(yīng)用服務(wù)元素能提供滿足特定應(yīng)用的特殊需要所要求的服務(wù)。公共應(yīng)用服務(wù)元素提供特定服務(wù)元素都通用的服務(wù)，如應(yīng)用的連接和釋放，用戶元素也要使用公共應(yīng)用服務(wù)元素。應(yīng)用層的內(nèi)容主要取決于用戶的需要，各用戶可以自行決定要完成什么功能和使用什么協(xié)議，該層包含的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序可以由專門的公司提供，也可由用戶自行開(kāi)發(fā)。應(yīng)用層涉及的主要問(wèn)題包括：分布數(shù)據(jù)庫(kù)、分布計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布操作系統(tǒng)、遠(yuǎn)程文件傳輸、電子郵件、終端電話及遠(yuǎn)程作業(yè)錄入與控制等。在OSI/RM的七層中，應(yīng)用層是最復(fù)雜的，所包含的協(xié)議也最多。目前已有的一些OSI應(yīng)用層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是:

·報(bào)文處理系統(tǒng)(MessageHandlingSystem，MHS)；

·文件傳送、存取和管理(FileTransfer，AccessandManagement，F(xiàn)TAM)；

·虛擬終端協(xié)議(VirtualTerminalProtocol，VTP)；

·遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)(RemoteDatabaseAccess，RDA)；

·目錄服務(wù)(DirectoryService，DS)；

·事務(wù)處理(TransactionProcessing，TP)；

·作業(yè)傳送與操縱(JobTransferandManipulation，JTM)等。1.3.2物理層傳輸介質(zhì)物理層的目的是將原始的位流從一個(gè)終端傳輸?shù)搅硪粋€(gè)終端上。有多種物理介質(zhì)可以用于實(shí)際的傳輸過(guò)程。每一種傳輸介質(zhì)都有它自己的特性，包括帶寬、延遲、造價(jià)，以及安裝和維護(hù)的難易程度。大致上可以將介質(zhì)分為有導(dǎo)向的介質(zhì)(比如銅線和光纖)和無(wú)導(dǎo)向的介質(zhì)(比如空氣中的無(wú)線電波和激光)。下面，我們將具體討論這些介質(zhì)的組成、特點(diǎn)以及實(shí)際的應(yīng)用情況。

1.有導(dǎo)向的傳輸介質(zhì)

1)磁介質(zhì)為了將數(shù)據(jù)從一臺(tái)機(jī)器傳輸?shù)搅硪慌_(tái)機(jī)器上，最常見(jiàn)的辦法之一是將數(shù)據(jù)寫到磁帶或者其他可擦除介質(zhì)(比如可刻錄的DVD)上，然后用物理的方法將磁帶或者磁盤運(yùn)送到目標(biāo)機(jī)器上，再將數(shù)據(jù)讀出來(lái)。這種方法并不像使用地球同步通信衛(wèi)星那么復(fù)雜，但是它的性價(jià)比往往很高，即效率高而成本又低。比如銀行每天都要把大量的數(shù)據(jù)備份到第二臺(tái)計(jì)算機(jī)上，從性能的角度看，其他任何一種傳輸技術(shù)都不可能趕得上磁帶。當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度越來(lái)越快，但是磁帶的容量也在提高。

2)雙絞線雙絞線是由兩根相互絕緣的銅線組成的，通常這兩根銅線的直徑大約為1?mm。這兩根銅線以螺旋狀的形式絞在一起。如果不把銅線絞在一起，這兩根平行的線會(huì)構(gòu)成一個(gè)天線。當(dāng)兩根線絞在一起后，兩根電線產(chǎn)生的干擾波會(huì)相互抵消，電線的輻射就會(huì)明顯減弱。雙絞線可以用來(lái)傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。傳輸帶寬取決于銅線的厚度(直徑)及傳輸?shù)木嚯x；通常情況下，幾