1、- 70 -計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教案第 1 章 概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)Ø 在信息時(shí)代的作用Ø 因特網(wǎng)(Internet)的發(fā)展Ø 因特網(wǎng)的意義最重要的功能： Ø 連通性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計(jì)算機(jī)都可以彼此直接連通一樣。 Ø 共享即資源共享。可以是信息共享、軟件共享，也可以是硬件共享。 1.2 因特網(wǎng)概述起源于美國的因特網(wǎng)現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的國際性計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)(network)由若干結(jié)點(diǎn)(node)和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路(link)組成。互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(network of networks)。 連接在因特網(wǎng)上的計(jì)

2、算機(jī)都稱為主機(jī)(host)。 網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)：Ø 網(wǎng)絡(luò)把許多計(jì)算機(jī)連接在一起。Ø 因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起。 1.2.2 因特網(wǎng)發(fā)展的三個(gè)階段：Ø 第一階段是從單個(gè)網(wǎng)絡(luò) ARPANET 向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程。 Ø 第二階段的特點(diǎn)是建成了三級(jí)結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。 Ø 第三階段的特點(diǎn)是逐漸形成了多層次 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。萬維網(wǎng) WWW 的問世：因特網(wǎng)已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大和增長速率最快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，沒有人能夠準(zhǔn)確說出因特網(wǎng)究竟有多大。因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展始于 20 世紀(jì) 90 年代。由歐洲原子核研究組織 CERN 開發(fā)的萬維網(wǎng) WWW (World Wi

3、de Web)被廣泛使用在因特網(wǎng)上，大大方便了廣大非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用，成為因特網(wǎng)的這種指數(shù)級(jí)增長的主要驅(qū)動(dòng)力。 1.2.3 關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作制訂因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過以下的四個(gè)階段 Ø 因特網(wǎng)草案(Internet Draft) 在這個(gè)階段還不是 RFC 文檔。Ø 建議標(biāo)準(zhǔn)(Proposed Standard) 從這個(gè)階段開始就成為 RFC 文檔。Ø 草案標(biāo)準(zhǔn)(Draft Standard)Ø 因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(Internet Standard) 1.3 因特網(wǎng)的組成 從因特網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為以下的兩大塊：(1) 邊緣部分 由所有連接

4、在因特網(wǎng)上的主機(jī)組成。這部分是用戶直接使用的，用來進(jìn)行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。(2) 核心部分 由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的（提供連通性和交換）。1.3.1 因特網(wǎng)的邊緣部分處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)上的所有的主機(jī)。這些主機(jī)又稱為端系統(tǒng)(end system)。 “主機(jī) A 和主機(jī) B 進(jìn)行通信”，實(shí)際上是指：“運(yùn)行在主機(jī) A 上的某個(gè)程序和運(yùn)行在主機(jī) B 上的另一個(gè)程序進(jìn)行通信”。即“主機(jī) A 的某個(gè)進(jìn)程和主機(jī) B 上的另一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行通信”。或簡稱為“計(jì)算機(jī)之間通信” 兩種通信方式在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運(yùn)行的程序之間的通信方式通常

5、可劃分為兩大類：Ø 客戶服務(wù)器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式 Ø 對(duì)等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式 1. 客戶服務(wù)器方式客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程。客戶服務(wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系。客戶是服務(wù)的請(qǐng)求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。客戶軟件的特點(diǎn)： 被用戶調(diào)用后運(yùn)行，在打算通信時(shí)主動(dòng)向遠(yuǎn)地服務(wù)器發(fā)起通信（請(qǐng)求服務(wù)）。因此，客戶程序必須知道服務(wù)器程序的地址。不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。 服務(wù)器軟件的特點(diǎn)： 一種專門用來提供某種服務(wù)的程序，可同時(shí)處理多個(gè)遠(yuǎn)地或本

6、地客戶的請(qǐng)求。系統(tǒng)啟動(dòng)后即自動(dòng)調(diào)用并一直不斷地運(yùn)行著，被動(dòng)地等待并接受來自各地的客戶的通信請(qǐng)求。因此，服務(wù)器程序不需要知道客戶程序的地址。一般需要強(qiáng)大的硬件和高級(jí)的操作系統(tǒng)支持。2. 對(duì)等連接方式： 對(duì)等連接(peer-to-peer，簡寫為 P2P)是指兩個(gè)主機(jī)在通信時(shí)并不區(qū)分哪一個(gè)是服務(wù)請(qǐng)求方還是服務(wù)提供方。只要兩個(gè)主機(jī)都運(yùn)行了對(duì)等連接軟件（P2P 軟件），它們就可以進(jìn)行平等的、對(duì)等連接通信。雙方都可以下載對(duì)方已經(jīng)存儲(chǔ)在硬盤中的共享文檔。 對(duì)等連接方式的特點(diǎn)：對(duì)等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務(wù)器方式，只是對(duì)等連接中的每一個(gè)主機(jī)既是客戶又同時(shí)是服務(wù)器。例如主機(jī) C 請(qǐng)求 D 的服務(wù)時(shí)，

7、C 是客戶，D 是服務(wù)器。但如果 C 又同時(shí)向 F提供服務(wù)，那么 C 又同時(shí)起著服務(wù)器的作用。1.3.2 因特網(wǎng)的核心部分：網(wǎng)絡(luò)核心部分是因特網(wǎng)中最復(fù)雜的部分。網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機(jī)提供連通性，使邊緣部分中的任何一個(gè)主機(jī)都能夠向其他主機(jī)通信（即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù)）。在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換(packet switching)的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換(packet switching)的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。 1. 電路交

8、換的主要特點(diǎn)兩部電話機(jī)只需要用一對(duì)電線就能夠互相連接起來。更多的電話機(jī)互相連通。5 部電話機(jī)兩兩相連，需 10 對(duì)電線。N 部電話機(jī)兩兩相連，需 N(N 1)/2 對(duì)電線。當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時(shí)，這種連接方法需要的電線對(duì)的數(shù)量與電話機(jī)數(shù)的平方成正比。使用交換機(jī)當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用交換機(jī)來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)。 “交換”的含義在這里，“交換”(switching)的含義就是轉(zhuǎn)接把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來。從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源。 電路交換的特點(diǎn)：電路交換必定是面向連接的。 電路交換的三個(gè)階段：² 建立連接&#

9、178; 通信² 釋放連接2. 分組交換的主要特點(diǎn) 在發(fā)送端，先把較長的報(bào)文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。添加首部構(gòu)成分組每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。分組交換的傳輸單元分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。分組首部的重要性：每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制信息。分組交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。用這樣的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。收到分組后剝?nèi)ナ撞拷邮斩耸盏椒纸M后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文。最后還原成原來的報(bào)文最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報(bào)文。這里我們假定分

10、組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯(cuò)，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)也沒有被丟棄。因特網(wǎng)的核心部分：因特網(wǎng)的核心部分是由許多網(wǎng)絡(luò)和把它們互連起來的路由器組成，而主機(jī)處在因特網(wǎng)的邊緣部分。在因特網(wǎng)核心部分的路由器之間一般都用高速鏈路相連接，而在網(wǎng)絡(luò)邊緣的主機(jī)接入到核心部分則通常以相對(duì)較低速率的鏈路相連接。主機(jī)的用途是為用戶進(jìn)行信息處理的，并且可以和其他主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換信息。路由器的用途則是用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，即進(jìn)行分組交換的。路由器：在路由器中的輸入和輸出端口之間沒有直接連線。路由器處理分組的過程是：把收到的分組先放入緩存（暫時(shí)存儲(chǔ)）；查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個(gè)目的地址應(yīng)從哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)；把分組送到適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。主機(jī)和路由器的作用

11、不同主機(jī)是為用戶進(jìn)行信息處理的，并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組，從網(wǎng)絡(luò)接收分組。路由器對(duì)分組進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，最后把分組交付目的主機(jī)。分組交換的優(yōu)點(diǎn)：Ø 高效 動(dòng)態(tài)分配傳輸帶寬，對(duì)通信鏈路是逐段占用。 Ø 靈活 以分組為傳送單位和查找路由。Ø 迅速 不必先建立連接就能向其他主機(jī)發(fā)送分組。Ø 可靠 保證可靠性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；分布式的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。 分組交換帶來的問題：分組在各結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要排隊(duì)，這就會(huì)造成一定的時(shí)延。 分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。 電報(bào)通信也采用了基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理的報(bào)文交換(message switc

12、hing)。報(bào)文交換的時(shí)延較長，從幾分鐘到幾小時(shí)不等。現(xiàn)在報(bào)文交換已經(jīng)很少有人使用了。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生背景是 20 世紀(jì) 60 年代美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期的產(chǎn)物。60 年代初，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的遠(yuǎn)景研究規(guī)劃局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一種生存性(survivability)很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的電路交換(circuit switching)的電信網(wǎng)有一個(gè)缺點(diǎn)：正在通信的電路中有一個(gè)交換機(jī)或有一條鏈路被炸毀，則整個(gè)通信電路就要中斷。如要改用其他迂回電路，必須重新?lián)芴?hào)建立連接。這將要延誤一些時(shí)間。 新型網(wǎng)絡(luò)的基本特點(diǎn)：Ø 網(wǎng)絡(luò)用于計(jì)算機(jī)之

13、間的數(shù)據(jù)傳送，而不是為了打電話。Ø 網(wǎng)絡(luò)能夠連接不同類型的計(jì)算機(jī)，不局限于單一類型的計(jì)算機(jī)。Ø 所有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)都同等重要，因而大大提高網(wǎng)絡(luò)的生存性。Ø 計(jì)算機(jī)在進(jìn)行通信時(shí)，必須有冗余的路由。Ø 網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)盡可能地簡單，同時(shí)還能夠非常可靠地傳送數(shù)據(jù)。 ARPANET的成功使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生根本變化，早期的面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以單個(gè)主機(jī)為中心的星形網(wǎng)，各終端通過通信線路共享昂貴的中心主機(jī)的硬件和軟件資源。分組交換網(wǎng)則是以網(wǎng)絡(luò)為中心，主機(jī)都處在網(wǎng)絡(luò)的外圍。用戶通過分組交換網(wǎng)可共享連接在網(wǎng)絡(luò)上的許多硬件和各種豐富的軟件資源。 從主機(jī)為中心到以網(wǎng)絡(luò)為中心

14、1. 4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展(1) 中國公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng) CHINANET(2) 中國教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng) CERNET(3) 中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng) CSTNET(4) 中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng) UNINET(5) 中國網(wǎng)通公用互聯(lián)網(wǎng) CNCNET(6) 中國國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng) CIETNET(7) 中國移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng) CMNET(8) 中國長城互聯(lián)網(wǎng) CGWNET（建設(shè)中）(9) 中國衛(wèi)星集團(tuán)互聯(lián)網(wǎng) CSNET（建設(shè)中） 1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類1.5.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同定義最簡單的定義：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一些互相連接的、自治的計(jì)算機(jī)的集合。因特網(wǎng)(Internet)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”。1.5.2 幾種不同類別的網(wǎng)

15、絡(luò)不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò)Ø 廣域網(wǎng) WAN (Wide Area Network)Ø 局域網(wǎng) LAN (Local Area Network) Ø 城域網(wǎng) MAN (Metropolitan Area Network)Ø 個(gè)人區(qū)域網(wǎng) PAN (Personal Area Network) 2. 不同使用者的網(wǎng)絡(luò)從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類Ø 公用網(wǎng) (public network) Ø 專用網(wǎng) (private network) 3. 用來把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。接入網(wǎng) AN (Access Network)，它又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)。

16、由 ISP 提供的接入網(wǎng)只是起到讓用戶能夠與因特網(wǎng)連接的“橋梁”作用。 1.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能1.6.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1. 速率比特（bit）是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位。Bit 來源于 binary digit，意思是一個(gè)“二進(jìn)制數(shù)字”，因此一個(gè)比特就是二進(jìn)制數(shù)字中的一個(gè) 1 或 0。速率即數(shù)據(jù)率(data rate)或比特率(bit rate)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。速率的單位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等，速率往往是指額定速率或標(biāo)稱速率。 2. 帶寬 “帶寬”(bandwidth)本來是指信號(hào)具有的頻帶寬度，單位是赫（或

17、千赫、兆赫、吉赫等）。現(xiàn)在“帶寬”是數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義語，單位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 常用的帶寬單位千比每秒，即 kb/s （103 b/s）兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）請(qǐng)注意：在計(jì)算機(jī)界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。數(shù)字信號(hào)流隨時(shí)間的變化在時(shí)間軸上信號(hào)的寬度隨帶寬的增大而變窄。 3. 吞吐量吞吐量(throughput)表示在單位時(shí)間內(nèi)通過某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。吞吐量更經(jīng)常地用于對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的

18、網(wǎng)絡(luò)的一種測(cè)量，以便知道實(shí)際上到底有多少數(shù)據(jù)量能夠通過網(wǎng)絡(luò)。吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。 4. 時(shí)延(delay 或 latency)傳輸時(shí)延（發(fā)送時(shí)延 ）發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時(shí)間。也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個(gè)比特算起，到該幀的最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需的時(shí)間。 傳播時(shí)延 電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費(fèi)的時(shí)間。信號(hào)傳輸速率（即發(fā)送速率）和信號(hào)在信道上的傳播速率是完全不同的概念。 Ø 處理時(shí)延 交換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費(fèi)的時(shí)間。 Ø 排隊(duì)時(shí)延 結(jié)點(diǎn)緩存隊(duì)列中分組排隊(duì)所經(jīng)歷的時(shí)延。排隊(duì)時(shí)延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的

19、通信量。數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時(shí)延就是發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延、處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延之和： 四種時(shí)延所產(chǎn)生的地方 5. 時(shí)延帶寬積鏈路的時(shí)延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。 6. 利用率信道利用率指出某信道有百分之幾的時(shí)間是被利用的（有數(shù)據(jù)通過）。完全空閑的信道的利用率是零。網(wǎng)絡(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。信道利用率并非越高越好。時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系根據(jù)排隊(duì)論的理論，當(dāng)某信道的利用率增大時(shí)，該信道引起的時(shí)延也就迅速增加。若令 D0 表示網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)的時(shí)延，D 表示網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時(shí)延，則在適當(dāng)?shù)募俣l件下，可以用下面的簡單公式表示 D 和 D0之間的關(guān)系： 1.6.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的非性能特征 

20、16; 費(fèi)用Ø 質(zhì)量Ø 標(biāo)準(zhǔn)化Ø 可靠性Ø 可擴(kuò)展性和可升級(jí)性 Ø 易于管理和維護(hù) 1.7 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1.7.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成相互通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的。 “分層”可將龐大而復(fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。關(guān)于開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM只要遵循 OSI 標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進(jìn)行通信。在市場(chǎng)化方面 OSI 卻失敗了。Ø OSI 的專家們?cè)谕瓿?OSI 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)沒有商

21、業(yè)驅(qū)動(dòng)力；Ø OSI 的協(xié)議實(shí)現(xiàn)起來過分復(fù)雜，且運(yùn)行效率很低；Ø OSI 標(biāo)準(zhǔn)的制定周期太長，因而使得按 OSI 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)備無法及時(shí)進(jìn)入市場(chǎng)；Ø OSI 的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個(gè)層次中重復(fù)出現(xiàn)。 兩種國際標(biāo)準(zhǔn)法律上的(de jure)國際標(biāo)準(zhǔn) OSI 并沒有得到市場(chǎng)的認(rèn)可。是非國際標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用。TCP/IP 常被稱為事實(shí)上的(de facto) 國際標(biāo)準(zhǔn)。1.7.2 劃分層次的必要性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則。這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問題（同步含有時(shí)序的意思）。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(

22、network protocol)，簡稱為協(xié)議，是為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成要素 ü 語法 數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式 。 ü 語義 需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)。 ü 同步 事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。 劃分層次的概念舉例 主機(jī) 1 向主機(jī) 2 通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件。可以將要做的工作進(jìn)行如下的劃分。第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。確信對(duì)方已做好接收和存儲(chǔ)文件的準(zhǔn)備。雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。兩個(gè)主機(jī)將文件傳送模塊作為最高的一層 。剩下的工作由下面的模塊負(fù)責(zé)。兩個(gè)主機(jī)交換文件 再設(shè)計(jì)一個(gè)通信服務(wù)模塊 再設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)

23、接入模塊 分層的好處： 各層之間是獨(dú)立的。靈活性好。結(jié)構(gòu)上可分割開。易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。 層數(shù)多少要適當(dāng)： 若層數(shù)太少，就會(huì)使每一層的協(xié)議太復(fù)雜。層數(shù)太多又會(huì)在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時(shí)遇到較多的困難。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。體系結(jié)構(gòu)就是這個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。實(shí)現(xiàn)(implementation)是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實(shí)現(xiàn)則是具體的，是真正在運(yùn)行的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。 1.7.3 具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) TCP

24、/IP 是四層的體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。但最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有具體內(nèi)容。因此往往采取折中的辦法，即綜合 OSI 和 TCP/IP 的優(yōu)點(diǎn)，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 。 五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) ü 應(yīng)用層(application layer) ü 運(yùn)輸層(transport layer) ü 網(wǎng)絡(luò)層(network layer) ü 數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer) ü 物理層(physical layer) ü 應(yīng)用層(application layer) 1.7.4 實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問

25、點(diǎn) Ø 實(shí)體(entity)： 表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程。 Ø 協(xié)議：是控制兩個(gè)對(duì)等實(shí)體進(jìn)行通信的規(guī)則的集合。 Ø 服務(wù)：在協(xié)議的控制下，兩個(gè)對(duì)等實(shí)體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)。要實(shí)現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務(wù)。 本層的服務(wù)用戶只能看見服務(wù)而無法看見下面的協(xié)議。下面的協(xié)議對(duì)上面的服務(wù)用戶是透明的。 ü 協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對(duì)等實(shí)體之間通信的規(guī)則。ü 服務(wù)是“垂直的”，即服務(wù)是由下層向上層通過層間接口提供的。同一系統(tǒng)相鄰兩層的實(shí)體進(jìn)行交互的地方，稱為服務(wù)訪問點(diǎn) SAP (Service Access

26、Point)。 協(xié)議很復(fù)雜，協(xié)議必須把所有不利的條件事先都估計(jì)到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。看一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是否正確，不能光看在正常情況下是否正確，而且還必須非常仔細(xì)地檢查這個(gè)協(xié)議能否應(yīng)付各種異常情況。 1.7.5 TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)沙漏計(jì)時(shí)器形狀的TCP/IP協(xié)議族 第 2 章 物理層2.1 物理層的基本概念 物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即： Ø 機(jī)械特性 指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。Ø 電氣特性 指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。Ø 功能特性 指明某條線上出現(xiàn)的某一電

27、平的電壓表示何種意義。Ø 過程特性 指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。 2.2 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型 Ø 數(shù)據(jù)(data)運(yùn)送消息的實(shí)體。Ø 信號(hào)(signal)數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。 Ø “模擬的”(analogous)代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。 Ø “數(shù)字的”(digital)代表消息的參數(shù)的取值是離散的。 Ø 碼元(code)在使用時(shí)間域（或簡稱為時(shí)域）的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散數(shù)值的基本波形。 2.2.2 有關(guān)信號(hào)的幾個(gè)基本概念ü 單向通信（單工通信）只能有一個(gè)方向

28、的通信而沒有反方向的交互。ü 雙向交替通信（半雙工通信）通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時(shí)接收)。ü 雙向同時(shí)通信（全雙工通信）通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。 基帶(baseband)信號(hào)和帶通(band pass)信號(hào) 基帶信號(hào)（即基本頻帶信號(hào)）來自信源的信號(hào)。像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號(hào)都屬于基帶信號(hào)。基帶信號(hào)往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因此必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modulation)。 帶通信號(hào)把基帶信號(hào)經(jīng)過載波調(diào)制后，把信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信

29、道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）。 幾種最基本的調(diào)制方法 基帶信號(hào)往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。為了解決這一問題，就必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modulation)。 最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：Ø 調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。 Ø 調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。Ø 調(diào)相(PM) ：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。 Ø 正交振幅調(diào)制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 2.2.3 信道的極限容量 任何實(shí)際的信

30、道都不是理想的，在傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。碼元傳輸?shù)乃俾试礁撸蛐盘?hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。信道能夠通過的頻率范圍：1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推導(dǎo)出了著名的奈氏準(zhǔn)則。他給出了在假定的理想條件下，為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率的上限值。在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜模駝t就會(huì)出現(xiàn)碼間串?dāng)_的問題，使接收端對(duì)碼元的判決（即識(shí)別）成為不可能。如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的信號(hào)高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串?dāng)_。 (2) 信噪比 香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的

31、信道的極限、無差錯(cuò)的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率 C 可表達(dá)為 C = W log2(1+S/N) b/s W 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）；S 為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率；N 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。 香農(nóng)公式表明：信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。 只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的傳輸。 若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒有上限。實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。 2.3 物理層下面的傳輸媒體2.3.

32、1 導(dǎo)向傳輸媒體雙絞線Ø 屏蔽雙絞線 STP (Shielded Twisted Pair)Ø 無屏蔽雙絞線 UTP (Unshielded Twisted Pair) 同軸電纜Ø 50 W 同軸電纜Ø 75 W 同軸電纜光纜 Ø 各種電纜Ø 光線在光纖中的折射 Ø 光纖的工作原理Ø 多模光纖與單模光纖2.3.2 非導(dǎo)向傳輸媒體 Ø 無線傳輸所使用的頻段很廣。Ø 短波通信主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質(zhì)量較差。Ø 微波在空間主要是直線傳播。 Ø 地面微波接力通信

33、16; 衛(wèi)星通信 2.4 信道復(fù)用技術(shù)2.4.1 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 復(fù)用(multiplexing)是通信技術(shù)中的基本概念。 頻分復(fù)用 FDM(Frequency Division Multiplexing) 用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個(gè)頻帶。頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源（請(qǐng)注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。 時(shí)分復(fù)用TDM(Time Division Multiplexing) 時(shí)分復(fù)用則是將時(shí)間劃分為一段段等長的時(shí)分復(fù)用幀（TDM 幀）。每一個(gè)時(shí)分復(fù)用的用戶在每一個(gè) TDM 幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙。每一個(gè)用

34、戶所占用的時(shí)隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是 TDM 幀的長度）。TDM 信號(hào)也稱為等時(shí)(isochronous)信號(hào)。時(shí)分復(fù)用的所有用戶是在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶寬度。時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi) 統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 STDM (Statistic TDM) 2.4.2 波分復(fù)用 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。 2.4.3 碼分復(fù)用 CDM(Code Division Multiplexing) 常用的名詞是碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，

35、因此彼此不會(huì)造成干擾。這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。 每一個(gè)比特時(shí)間劃分為 m 個(gè)短的間隔，稱為碼片(chip)。碼片序列(chip sequence)：每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的 m bit 碼片序列。如發(fā)送比特 1，則發(fā)送自己的 m bit 碼片序列。如發(fā)送比特 0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。 例如，S 站的 8 bit 碼片序列是 00011011。發(fā)送比特 1 時(shí)，就發(fā)送序列 00011011，發(fā)送比特 0 時(shí)，就發(fā)送序列 11100100。S 站的碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1) CDMA 的重要特點(diǎn)：每個(gè)站分配的碼片序

36、列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。 碼片序列的正交關(guān)系： 令向量 S 表示站 S 的碼片向量，令 T 表示其他任何站的碼片向量。 兩個(gè)不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規(guī)格化內(nèi)積(inner product)都是 0： 碼片序列的正交關(guān)系舉例： 令向量 S 為(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)，向量 T 為(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 把向量 S 和 T 的各分量值代入(2-3)式就可看出這兩個(gè)碼片序列是正交的。 正交關(guān)系的另一個(gè)重要特性 ：Ø 任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)

37、積都是1 。Ø 一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是 1。 CDMA 的工作原理 2.5 數(shù)字傳輸系統(tǒng)1. 脈碼調(diào)制 PCM 體制 脈碼調(diào)制 PCM 體制最初是為了在電話局之間的中繼線上傳送多路的電話。由于歷史上的原因，PCM 有兩個(gè)互不兼容的國際標(biāo)準(zhǔn)，即北美的 24 路 PCM（簡稱為 T1）和歐洲的 30 路 PCM（簡稱為 E1）。我國采用的是歐洲的 E1 標(biāo)準(zhǔn)。E1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s。當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時(shí)，可采用復(fù)用的方法。 2. 同步光纖網(wǎng) SONET 和同步數(shù)字系列 SDH 舊的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點(diǎn)

38、。其中最主要的是以下兩個(gè)方面： 速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。如果不對(duì)高次群的數(shù)字傳輸速率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，國際范圍的高速數(shù)據(jù)傳輸就很難實(shí)現(xiàn)。 不是同步傳輸。在過去相當(dāng)長的時(shí)間，為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)，各國的數(shù)字網(wǎng)主要是采用準(zhǔn)同步方式。 同步光纖網(wǎng) SONET同步光纖網(wǎng) SONET (Synchronous Optical Network) 的各級(jí)時(shí)鐘都來自一個(gè)非常精確的主時(shí)鐘。 第 1 級(jí)同步傳送信號(hào) STS-1 (Synchronous Transport Signal)的傳輸速率是 51.84 Mb/s。光信號(hào)則稱為第 1 級(jí)光載波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。 同步數(shù)字系列 SDH： ITU

39、-T 以美國標(biāo)準(zhǔn) SONET 為基礎(chǔ)，制訂出國際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。一般可認(rèn)為 SDH 與 SONET 是同義詞。SDH 的基本速率為 155.52 Mb/s，稱為第 1 級(jí)同步傳遞模塊 (Synchronous Transfer Module)，即 STM-1，相當(dāng)于 SONET 體系中的 OC-3 速率。 SONET 標(biāo)準(zhǔn)定義了四個(gè)光接口層：Ø 光子層(Photonic Layer)處理跨越光纜的比特傳送。Ø 段層(Section Layer)在光纜上傳送 STS-N 幀。Ø 線路層(Lin

40、e Layer)負(fù)責(zé)路徑層的同步和復(fù)用。Ø 路徑層(Path Layer)處理路徑端接設(shè)備 PTE (Path Terminating Element)之間的業(yè)務(wù)的傳輸。 2.6 寬帶接入技術(shù)2.6.1 xDSL技術(shù)xDSL 技術(shù)就是用數(shù)字技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的模擬電話用戶線進(jìn)行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù)。雖然標(biāo)準(zhǔn)模擬電話信號(hào)的頻帶被限制在 3003400 Hz 的范圍內(nèi)，但用戶線本身實(shí)際可通過的信號(hào)頻率仍然超過 1 MHz。xDSL 技術(shù)就把 04 kHz 低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用，而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)使用。DSL 就是數(shù)字用戶線(Digital Subscriber L

41、ine)的縮寫。而 DSL 的前綴 x 則表示在數(shù)字用戶線上實(shí)現(xiàn)的不同寬帶方案。 xDSL 的幾種類型 Ø ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非對(duì)稱數(shù)字用戶線Ø HDSL (High speed DSL)：高速數(shù)字用戶線Ø SDSL (Single-line DSL)：1 對(duì)線的數(shù)字用戶線Ø VDSL (Very high speed DSL)：甚高速數(shù)字用戶線Ø DSL ：ISDN 用戶線。RADSL (Rate-Adaptive DSL)：速率自適應(yīng) DSL，是 ADSL 的一個(gè)子集，可自動(dòng)

42、調(diào)節(jié)線路速率）。 ADSL 的極限傳輸距離：ADSL 的極限傳輸距離與數(shù)據(jù)率以及用戶線的線徑都有很大的關(guān)系（用戶線越細(xì)，信號(hào)傳輸時(shí)的衰減就越大），而所能得到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率與實(shí)際的用戶線上的信噪比密切相關(guān)。例如，0.5 毫米線徑的用戶線，傳輸速率為 1.5 2.0 Mb/s 時(shí)可傳送 5.5 公里，但當(dāng)傳輸速率提高到 6.1 Mb/s 時(shí)，傳輸距離就縮短為 3.7 公里。如果把用戶線的線徑減小到0.4毫米，那么在6.1 Mb/s的傳輸速率下就只能傳送2.7公里 ADSL 的特點(diǎn)：上行和下行帶寬做成不對(duì)稱的。上行指從用戶到 ISP，而下行指從 ISP 到用戶。ADSL 在用戶線（銅線）的兩端各

43、安裝一個(gè) ADSL 調(diào)制解調(diào)器。我國目前采用的方案是離散多音調(diào) DMT (Discrete Multi-Tone)調(diào)制技術(shù)。這里的“多音調(diào)”就是“多載波”或“多子信道”的意思。DMT 技術(shù)DMT 調(diào)制技術(shù)采用頻分復(fù)用的方法，把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 的高端頻譜劃分為許多的子信道，其中 25 個(gè)子信道用于上行信道，而 249 個(gè)子信道用于下行信道。每個(gè)子信道占據(jù) 4 kHz 帶寬（嚴(yán)格講是 4.3125 kHz），并使用不同的載波（即不同的音調(diào)）進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。這種做法相當(dāng)于在一對(duì)用戶線上使用許多小的調(diào)制解調(diào)器并行地傳送數(shù)據(jù)。ADSL 的數(shù)據(jù)率由于用戶線的具體條件往往相差很大（

44、距離、線徑、受到相鄰用戶線的干擾程度等都不同），因此 ADSL 采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)使用戶線能夠傳送盡可能高的數(shù)據(jù)率。當(dāng) ADSL 啟動(dòng)時(shí)，用戶線兩端的 ADSL 調(diào)制解調(diào)器就測(cè)試可用的頻率、各子信道受到的干擾情況，以及在每一個(gè)頻率上測(cè)試信號(hào)的傳輸質(zhì)量。ADSL 不能保證固定的數(shù)據(jù)率。對(duì)于質(zhì)量很差的用戶線甚至無法開通 ADSL。通常下行數(shù)據(jù)率在 32 kb/s 到 6.4 Mb/s 之間，而上行數(shù)據(jù)率在 32 kb/s 到 640 kb/s 之間。第二代 ADSL ADSL2（G.992.3 和 G.992.4）ADSL2+（G.992.5）通過提高調(diào)制效率得到了更高的數(shù)據(jù)率。例如，ADSL2

45、要求至少應(yīng)支持下行 8 Mb/s、上行 800 kb/s的速率。而 ADSL2+ 則將頻譜范圍從 1.1 MHz 擴(kuò)展至2.2 MHz，下行速率可達(dá) 16 Mb/s（最大傳輸速率可達(dá)25 Mb/s），而上行速率可達(dá) 800 kb/s。采用了無縫速率自適應(yīng)技術(shù) SRA (Seamless Rate Adaptation)，可在運(yùn)營中不中斷通信和不產(chǎn)生誤碼的情況下，自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)率。改善了線路質(zhì)量評(píng)測(cè)和故障定位功能，這對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)水平具有非常重要的意義。2.6.2 光纖同軸混合網(wǎng)HFC (Hybrid Fiber Coax)HFC 網(wǎng)是在目前覆蓋面很廣的有線電視網(wǎng) CATV 的基礎(chǔ)上開發(fā)

46、的一種居民寬帶接入網(wǎng)。HFC 網(wǎng)除可傳送 CATV 外，還提供電話、數(shù)據(jù)和其他寬帶交互型業(yè)務(wù)。現(xiàn)有的 CATV 網(wǎng)是樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)，它采用模擬技術(shù)的頻分復(fù)用對(duì)電視節(jié)目進(jìn)行單向傳輸。而 HFC 網(wǎng)則需要對(duì) CATV 網(wǎng)進(jìn)行改造， HFC 的主要特點(diǎn)： (1) HFC網(wǎng)的主干線路采用光纖HFC 網(wǎng)將原 CATV 網(wǎng)中的同軸電纜主干部分改換為光纖，并使用模擬光纖技術(shù)。在模擬光纖中采用光的振幅調(diào)制 AM，這比使用數(shù)字光纖更為經(jīng)濟(jì)。模擬光纖從頭端連接到光纖結(jié)點(diǎn)(fiber node)，即光分配結(jié)點(diǎn) ODN (Optical Distribution Node)。在光纖結(jié)點(diǎn)光信號(hào)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)

47、。在光纖結(jié)點(diǎn)以下就是同軸電纜。 (2) HFC 網(wǎng)采用結(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu) (3) HFC 網(wǎng)具有比 CATV 網(wǎng)更寬的頻譜，且具有雙向傳輸功能 (4) 每個(gè)家庭要安裝一個(gè)用戶接口盒 用戶接口盒 UIB (User Interface Box)要提供三種連接，即：Ø 使用同軸電纜連接到機(jī)頂盒(set-top box)，然后再連接到用戶的電視機(jī)。Ø 使用雙絞線連接到用戶的電話機(jī)。Ø 使用電纜調(diào)制解調(diào)器連接到用戶的計(jì)算機(jī)。電纜調(diào)制解調(diào)器(cable modem) ：電纜調(diào)制解調(diào)器是為 HFC 網(wǎng)而使用的調(diào)制解調(diào)器。電纜調(diào)制解調(diào)器最大的特點(diǎn)就是傳輸速率高。其下行速率一般在 31

48、0 Mb/s之間，最高可達(dá) 30 Mb/s，而上行速率一般為 0.22 Mb/s，最高可達(dá) 10 Mb/s。電纜調(diào)制解調(diào)器比在普通電話線上使用的調(diào)制解調(diào)器要復(fù)雜得多，并且不是成對(duì)使用，而是只安裝在用戶端。 HFC 網(wǎng)的最大優(yōu)點(diǎn)： 具有很寬的頻帶，并且能夠利用已經(jīng)有相當(dāng)大的覆蓋面的有線電視網(wǎng)。要將現(xiàn)有的 450 MHz 單向傳輸?shù)挠芯€電視網(wǎng)絡(luò)改造為 750 MHz 雙向傳輸?shù)?HFC 網(wǎng)（還要將所有的用戶服務(wù)區(qū)互連起來而不是一個(gè)個(gè) HFC 網(wǎng)的孤島），也需要相當(dāng)?shù)馁Y金和時(shí)間。在電信政策方面也有一些需要協(xié)調(diào)解決的問題。 2.6.3 FTTx 技術(shù) FTTx（光纖到）也是一種實(shí)現(xiàn)寬帶居民接入網(wǎng)的方案

49、。這里字母 x 可代表不同意思。光纖到家 FTTH (Fiber To The Home)：光纖一直鋪設(shè)到用戶家庭可能是居民接入網(wǎng)最后的解決方法。光纖到大樓 FTTB (Fiber To The Building)：光纖進(jìn)入大樓后就轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后用電纜或雙絞線分配到各用戶。光纖到路邊 FTTC (Fiber To The Curb)：從路邊到各用戶可使用星形結(jié)構(gòu)雙絞線作為傳輸媒體。 第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層3.1 使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路和幀 鏈路(link)是一條無源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。一條鏈路只是一條通路的一個(gè)組成部分。數(shù)據(jù)鏈路(dat

50、a link) 除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。現(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（即網(wǎng)卡）來實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。數(shù)據(jù)鏈路層像個(gè)數(shù)字管道 常常在兩個(gè)對(duì)等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出一個(gè)數(shù)字管道，而在這條數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是幀。早期的數(shù)據(jù)通信協(xié)議曾叫作通信規(guī)程(procedure)。因此在數(shù)據(jù)鏈路層，規(guī)程和協(xié)議是同義語。 3.1.2 三個(gè)基本問題 (1) 封裝成幀(2) 透明傳輸(3) 差錯(cuò)控制 1. 封裝成幀封裝成幀(framing)就是在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部

51、和尾部，然后就構(gòu)成了一個(gè)幀。確定幀的界限。首部和尾部的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行幀定界。用控制字符進(jìn)行幀定界的方法舉例 2. 透明傳輸解決透明傳輸問題，發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符“ESC”(其十六進(jìn)制編碼是 1B)。字節(jié)填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符。如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中，那么應(yīng)在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)接收端收到連續(xù)的兩個(gè)轉(zhuǎn)義字符時(shí)，就刪除其中前面的一個(gè)。用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯栴} 3. 差錯(cuò)檢測(cè)在傳輸過程中可能會(huì)

52、產(chǎn)生比特差錯(cuò)：1 可能會(huì)變成 0 而 0 也可能變成 1。在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率稱為誤碼率 BER (Bit Error Rate)。誤碼率與信噪比有很大的關(guān)系。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必須采用各種差錯(cuò)檢測(cè)措施。 循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理： 在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 的檢錯(cuò)技術(shù)。在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組 k 個(gè)比特。 假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù) M = 101001（現(xiàn)在 k = 6）。我們?cè)?M 的后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的 n 位冗余碼一起發(fā)送。 冗余碼的計(jì)算 用二進(jìn)制的模 2 運(yùn)算進(jìn)行 2n 乘 M 的運(yùn)算

53、，這相當(dāng)于在 M 后面添加 n 個(gè) 0。得到的 (k + n) 位的數(shù)除以事先選定好的長度為 (n + 1) 位的除數(shù) P，得出商是 Q 而余數(shù)是 R，余數(shù) R 比除數(shù) P 少1 位，即 R 是 n 位。 冗余碼的計(jì)算舉例 現(xiàn)在 k = 6, M = 101001。設(shè) n = 3, 除數(shù) P = 1101，被除數(shù)是 2nM = 101001000。 模 2 運(yùn)算的結(jié)果是：商 Q = 110101， 余數(shù) R = 001。把余數(shù) R 作為冗余碼添加在數(shù)據(jù) M 的后面發(fā)送出去。發(fā)送的數(shù)據(jù)是：2nM + R 即：101001001，共 (k + n) 位。 循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理說明： 幀檢驗(yàn)序列 FC

54、S 在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗(yàn)序列 FCS (Frame Check Sequence)。循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 和幀檢驗(yàn)序列 FCS并不等同。CRC 是一種常用的檢錯(cuò)方法，而 FCS 是添加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼。FCS 可以用 CRC 這種方法得出，但 CRC 并非用來獲得 FCS 的唯一方法。接收端對(duì)收到的每一幀進(jìn)行 CRC 檢驗(yàn)。 (1) 若得出的余數(shù) R = 0，則判定這個(gè)幀沒有差錯(cuò)，就接受(accept)。(2) 若余數(shù) R ¹ 0，則判定這個(gè)幀有差錯(cuò)，就丟棄。但這種檢測(cè)方法并不能確定究竟是哪一個(gè)或哪幾個(gè)比特出現(xiàn)了差錯(cuò)。只要經(jīng)過嚴(yán)格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù) P，那

55、么出現(xiàn)檢測(cè)不到的差錯(cuò)的概率就很小很小。 3.2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 PPP 3.2.1 PPP 協(xié)議的特點(diǎn) 現(xiàn)在全世界使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 PPP (Point-to-Point Protocol)。用戶使用撥號(hào)電話線接入因特網(wǎng)時(shí)，一般都是使用 PPP 協(xié)議。用戶到 ISP 的鏈路使用 PPP 協(xié)議 1. PPP 協(xié)議應(yīng)滿足的需求 簡單這是首要的要求Ø 封裝成幀 Ø 透明性 Ø 多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 Ø 多種類型鏈路 Ø 差錯(cuò)檢測(cè) Ø 檢測(cè)連接狀態(tài) Ø 最大傳送單元 Ø 網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商 Ø 數(shù)據(jù)壓縮協(xié)

56、商 2. PPP 協(xié)議不需要的功能Ø 糾錯(cuò) Ø 流量控制 Ø 序號(hào) Ø 多點(diǎn)線路 Ø 半雙工或單工鏈路 3. PPP 協(xié)議的組成 1992 年制訂了 PPP 協(xié)議。經(jīng)過 1993 年和 1994 年的修訂，現(xiàn)在的 PPP 協(xié)議已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)RFC 1661。 PPP 協(xié)議有三個(gè)組成部分 Ø 一個(gè)將 IP 數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法。Ø 鏈路控制協(xié)議 LCP (Link Control Protocol)。Ø 網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議 NCP (Network Control Protocol)。 3.2.2 PPP 協(xié)

57、議的幀格式標(biāo)志字段 F = 0x7E （符號(hào)“0x”表示后面的字符是用十六進(jìn)制表示。十六進(jìn)制的 7E 的二進(jìn)制表示是 01111110）。地址字段 A 只置為 0xFF。地址字段實(shí)際上并不起作用。控制字段 C 通常置為 0x03。PPP 是面向字節(jié)的，所有的 PPP 幀的長度都是整數(shù)字節(jié)。 PPP 協(xié)議的幀格式：PPP 有一個(gè) 2 個(gè)字節(jié)的協(xié)議字段。當(dāng)協(xié)議字段為 0x0021 時(shí)，PPP 幀的信息字段就是IP 數(shù)據(jù)報(bào)。若為 0xC021, 則信息字段是 PPP 鏈路控制數(shù)據(jù)。若為 0x8021，則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。 透明傳輸問題：當(dāng) PPP 用在同步傳輸鏈路時(shí)，協(xié)議規(guī)定采用硬件來完成比特填充（和 HDLC 的做法一樣）。 當(dāng) PPP 用在異步傳輸時(shí)，就使用一種特殊的字符填充法。 字符填充： 將信息字段中出現(xiàn)的每一個(gè) 0x7E 字節(jié)轉(zhuǎn)變成為 2 字節(jié)序列(0x7D, 0x5E)。 若信息字段中出現(xiàn)一個(gè) 0x7D 的字節(jié), 則將其轉(zhuǎn)變成為 2 字節(jié)序列(0x7D, 0x5D)。若信息字段中出現(xiàn) ASCII 碼的控制字符（即數(shù)值小于 0x20 的字符），則在該字符前面要加入一個(gè) 0x7D 字節(jié)，同時(shí)將該字符的編碼加以改變。 零比特填充 PPP 協(xié)議用在SONET/SDH 鏈路時(shí)，是使用同步傳輸（一連串的比特連續(xù)傳送）。這時(shí) PPP 協(xié)議采用零比特填充