XX手机数据通信基础详细

1、数据通信基础目 录 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146606 第一章 数据通信系统4 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146607 1.1数据通信系统组成4 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146608 1.1.1数据终端设备(DTE)4 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146609 1.1.2数据电路终接

2、设备(DCE)5 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146610 1.1.3数据电路和数据链路5 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146611 1.1.4传输5 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146612 传输信道5 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146613 传输方式6 HYPERLINK file:/E:

3、2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146614 多路复用7 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146615 1.1.5接口7 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146616 1.2数据通信系统的性能指标8 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146617 1.2.1信息传输速率(Rb)8 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据

4、通信基础.mht l _Toc519146618 1.2.2码元传输速率(RB)8 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146619 1.2.3频带利用率8 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146620 1.2.4差错率9 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146621 第二章 OSI参考模型10 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l

5、_Toc519146622 2.1通信协议的概念与层次结构10 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146623 2.2OSI参考模型及各层功能11 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146624 2.2.1OSI参考模型11 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146625 2.2.2各层功能11 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _

6、Toc519146626 物理层(PH)11 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146627 数据链路层(DL)12 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146628 网络层(N)12 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146629 运输层(T)12 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146630 会话层12 HYPER

7、LINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146631 表示层12 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146632 应用层13 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146633 2.3OSI有关术语13 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146634 2.3.1数据单元13 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-

8、数据通信基础.mht l _Toc519146635 2.3.2服务访问点14 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146636 2.3.3服务原语14 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146637 2.3.4面向连接和无连接15 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146638 第三章 数据通信网16 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht

9、l _Toc519146639 3.1数据通信网的拓扑结构和分类16 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146640 3.1.1拓扑结构16 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146641 3.1.2分类17 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146642 按服务范围分17 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc51914664

10、3 按交换方式分类17 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146644 3.2局域网18 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146645 3.2.1概述18 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146646 特点18 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146647 拓扑结构18 HYPERLINK file:/E:200

11、6-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146648 传输媒体18 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146649 3.2.2体系结构19 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146650 IEEE 802参考模型19 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146651 IEEE 802系列标准21 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信

12、基础.mht l _Toc519146652 3.2.3几种常见的局域网22 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146653 802.3总线局域网22 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146654 802.5令牌环网23 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146655 3.2.4局域网的组成24 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l

13、_Toc519146656 硬件组成24 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146657 软件组成24 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146658 3.3分组交换网24 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146659 3.3.1 X.25协议的应用环境和系统结构25 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146660

14、3.3.2物理层26 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146661 3.3.3数据链路层26 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146662 X.25链路层功能26 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146663 数据链路层26 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146664 3.3.4分组层27 HYPERLINK

15、 file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146665 3.4帧中继28 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146666 3.4.1帧中继与X.25的比较29 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146667 3.4.2 LAPF帧格式29 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146668 3.4.3帧中继的虚电路31 HYPERLINK file

16、:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146669 3.4.4帧中继应用32 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146670 3.5数字数据网DDN33 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146671 3.5.1 DDN概述33 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146672 DDN定义33 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX

17、手机-数据通信基础.mht l _Toc519146673 DDN优点33 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146674 节点类型33 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146675 网络结构34 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146676 网络互联35 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146677 3.5.2

18、网络业务类别及用户入网速率36 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146678 网络业务类别36 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146679 用户入网速率36 HYPERLINK file:/E:2006-2-14XX手机-数据通信基础.mht l _Toc519146680 3.5.3用户入网方式36第一章 数据通信系统数据通信是计算机与计算机或计算机与终端之间的通信.它传送数据的目的不仅是为了交换数据,更主要是为了利用计算机来处理数据.可以说它是将

19、快速传输数据的通信技术和数据处理、加工及存储的计算机技术相结合,从而给用户提供及时准确的数据.1.1数据通信系统组成数据通信系统是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计算机系统连接起来,实现数据传输、交换、存储和处理的系统.比较典型的数据通信系统主要由数据终端设备、数据电路、计算机系统三部分组成,如图1-1所示.图1-1 数据通信系统组成1.1.1数据终端设备(DTE)在数据通信系统中,用于发送和接收数据的设备称为数据终端设备(简称DTE).DTE可能是大、中、小型计算机、PC机,也可能是一台只接收数据的打印机,所以说DTE属于用户范畴,其种类繁多,功能差别较大.从计算机和计算机通信系统的

20、观点来看,终端是输入输出的工具;从数据通信网络的观点来看,计算机和终端都称为网络的数据终端设备,简称终端.在图1的数据终端组成中,输入/输出设备很好理解,值得一提的是通信控制器.由于数据通信是计算机与计算机或计算机与终端间的通信,为了有效而可靠地进行通信,通信双方必须按一定的规程进行,如收发双方的同步、差错控制、传输链路的建立、维待和拆除及数据流量控制等,所以必须设置通信控制器来完成这些功能,对应于软件部分就是通信协议,这也是数据通信与传统电话通信的主要区别.另外数据终端的类型有很多种,有简单终端和智能终端、同步终端和异步终端、本地终端和远程终端等,需要解释的是同步终端和异步终端.同步终端是以

21、帧同步方式(如X.25、HDLC等)和字符同步方式(如BSC)工作的终端;异步终端是起止式终端,在每个字符的首尾加“起”和“止”比特,以实现收发双方的同步,字符和字符之间的间隙时间可以任意长,因此称为异步.1.1.2数据电路终接设备(DCE)用来连接DTE与数据通信网络的设备称为数据电路终接设备(DCE),可见该设备为用户设备提供入网的连接点.DCE的功能就是完成数据信号的变换.因为传输信道可能是模拟的,也可能是数字的,DTE发出的数据信号不适合信道传输,所以要把数据信号变成适合信道传输的信号.利用模拟信道传输,要进行“数字模拟”变换,方法就是调制,而接收端要进行反变换,即“模拟数字”变换,这

22、就是解调,实现调制与解调的设备称为调制解调器(米ODE米).因此调制解调器就是模拟信道的数据电路终接设备.利用数字信道传输信号时不需调制解调器,但DTE发出的数据信号也要经过某些变换才能有效而可靠地传输,对应的DCE即数据服务单元(DSU),其功能是码型和电平的变换,信道特性的均衡,同步时钟信号的形成,控制接续的建立、保持和拆断(指交换连接情况),维护测试等.1.1.3数据电路和数据链路数据电路指的是在线路或信道上加信号变换设备之后形成的二进制比特流通路,它由传输信道及其两端的数据电路终接设备(DCE)组成.数据链路是在数据电路已建立的基础上,通过发送方和接收方之间交换“握手”信号,使双方确认

23、后方可开始传输数据的两个或两个以上的终端装置与互连线路的组合体.所谓“握手”信号是指通信双方建立同步联系、使双方设备处于正确收发状态、通信双方相互核对地址等.如图1所示,加了通信控制器以后的数据电路称为数据链路.可见数据链路包括物理链路和实现链路协议的硬件和软件.只有建立了数据链路之后,双方DTE才可真正有效的进行数据传输.特别注意,在数据通信网中,它仅仅操作于相邻的两个节点之间,因此从一个DTE到另一个DTE之间的连接可以操作多段数据链路.1.1.4传输传输信道传输信道是通信系统必不可少的组成部分,目前数据通信中所使用的多为有线信道,主要有:直接利用传输媒体的实线信道(如局域网中);经调制解

24、调器的频分信道(如部分地区用户线路中);时分信道.由于光纤通信技术的发展,现在绝大部分的数据传输在时分信道上,以同步数字体系SDH方式传输.传输方式数据传输按信息传送的方向与时间可以分为:单工、半双工、全双工三种传输方式,如图1-2所示.图2-4 单工、半双工、全双工示意图单工数据传输指的是两个数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输.在图2-4 (a)中,数据由A站传到B站,而B站至A站只传送联络信号.前者称正向信道,后者称反向信道.一般正向信道传输速率较高,反向信道传输速率较低,其速率不超过75b/s.此种方式适用于数据收集系统,如气象数据的收集、电话费的集中计算等.因为在这种数据收集系

25、统中,大量数据只需要从一端到另一端,另外需要少量联络信号通过反向信道传输.半双工数据传输是两个数据之间可以在两个方向上进行数据传输,但不能同时进行.该方式要求A站、B站两端都有发送装置和接收装置,如图2-4(b)所示.若想改变信息的传输方向,需要由开关Kl和K2进行切换.问讯、检索、科学计算等数据通信系统运用半双工数据传输.全双工数据传输是在两个数据站之间,可以两个方向同时进行数据传输.全双工通信效率高,但组成系统的造价高,适用于计算机之间高速数据通信系统.通常四线线路实现全双工数据传输,二线线路实现单工或半双工数据传输.在采用频分法、时间压缩法、回波抵消技术时,二线线路也可实现全双工数据传输

26、.多路复用为了提高信道的利用率,在数据的传输中组合多个低速的数据终端共同使用一条高速的信道,这种方法称为多路复用,常用的复用技术有频分复用和时分复用.频分复用是将物理信道上的总带宽分成若干个独立的信道(即子信道),分别分配给用户传输数据信息,各子信道间还略留一个宽度(称为保护带).在频分复用中,如果分配了子信道的用户没有数据传输,那么该子信道保持空闲状态,别的用户不能使用.频分复用适用于传输模拟信号的频分制信道,主要用于电话和有线电视(CATV)系统,在数据通信系统中应和调制解调技术结合使用,且只在地区用户线上用到,长途干线上主要采用时分复用. 时分复用是将一条物理信道按时间分成若干时间片(即

27、时隙)轮流地分配给每个用户,每个时间片由复用的一个用户占用,而不像FD米那样,同一时间同时发送多路信号.数据时分复用可分为同步时分复用和统计时分复用.同步时分复用是指复用器把时隙固定地分配给各个数据终端,通过时隙交织形成多路复用信号,从而把各低速数据终端信号复用成较高速率的数据信号.统计时分复用也称异步时分复用.统计时分复用中,把时隙动态地分配给各个终端,即当终端的数据要传送时,才会分配到时隙,因此每个用户的数据传输速率可以高于平均传输速率,最高可以达到线路总的传输能力.例如;线路传输速率为9600bit/s,4个用户的平均速率为2400bit/s,当用同步时分复用时,每个用户的最高速率为24

28、00bit/s,而在统计时分复用方式下,每个用户最高速率可达9600bit/s.同步时分复用和统计时分复用在数据通信网中均有使用,如DDN网采用同步时分复用,X.25、AT米采用统计时分复用.1.1.5接口数据通信是在各种类型的用户终端和计算机之间,或者同一型号或不同型号的计算机之间进行的,因此计算机、终端和数据通信设备之间的连接需要标准的接口,即在插接方式、引线分配、电气特性及应答关系上均应符合统一的标准和规范.DTE和DCE之间有很多个同类型的接口,目前最通用的类刑有:美国电子工业协会EIA的RS-232C接口;ITU-T的V系列接口和X系列接口;国际标准化组织ISO和ISO 211O 、

29、ISO 1177等.EIA RS-232接口是美国EIA联合贝尔公司、数据通信设备制造厂和计算机制造厂开发的一个使用串行二进制方式进行交换的DTE和DCE间的接口标准,此标准共A、B、C、D四个版本,其中RS-232C标准使用很广泛.后来EIA又发表了RS-422A、RS-423A、RS-449接口标准,想取代RS-232C,但似乎做不到.ITU-T采纳了RS-232C,并作了较小改动,制定了V系列(V.24和V.28)接口标准.高速数据传输接口有V.35.1.2数据通信系统的性能指标 不同的通信系统有不同的性能指标,就数据通信系统而言,其性能指标主要有传输速率、频带利用率、差错率等.1.2.

30、1信息传输速率(Rb)信息传输速率简称传信率,又称信息速率、比特率,它表示单位时间(每秒)内传输实际信息的比特数,单位为比特秒,记为bit/s、b/s、bps.比特在信息论中作为信息量的度量单位.一般在数据通信中,如使用“1”和“0”的概率是相同的,则每个“1”和“0”就是一个比特的信息量.如果一个数据通信系统,每秒内传输9600bit,则它的传信率为Rb9600bit/s.1.2.2码元传输速率(RB)码元传输速率简称传码率,又称符号速率、码元速率、波特率、调制速率.它表示单位时间内(每秒)信道上实际传输码元的个数,单位是波特(Baud),常用符号“B来表示.值得注意的是码元速率仅仅表征单位

31、时间内传送的码元数目而没有限定这时的码元应是何种进制的码元.但对于传信率,则必须折合为相应的二进制码元来计算.例如,某系统每秒传送9600个码元,则该系统的传码率为9600B,如果系统是二进制的,它的传信率9600b/s;如果系统是四进制的,它的传信率是19.2kbit/s;如果系统是八进制的,它的传信率是28.8kbit/s.由此可见,传信率与传码率之间的关系为: Rb = RBlog2N式中,N为码元的进制数.1.2.3频带利用率在比较不同的通信系统的效率时,只看它们的传输速率是不够的,还要看传输这样的信息所占用的频带.通信系统占用的频带愈宽,传输信息的能力应该愈大.在通常情况下,可以认为

32、二者成比例.所以真正用来衡量数据通信系统信息传输效率的指标应该是单位频带内的传输速率,记为:传输速率 占用频带 = 单位:比特秒赫(bsHz)、波特赫(BHz). 例如某数据通信系统,其传信率为9600bit/s,占用频带为6kHz,则其频带利用率为1.6bit/(sHz).1.2.4差错率由于数据信息都由离散的二进制数字序列来表示,因此在传输过程中,不论它经历了何种变换,产生了什么样的失真,只要在到达接收端时能正确地恢复出原始发送的二进制数字序列,就是达到了传输的目的.所以衡量数据通信系统可靠性的主要指标是差错率.表示差错率的方法常用以下三种:误码率、误字率、误组率.我们通常用误码率.错误接

33、收的码元数误码率又称码元差错率,是指在传输的码元总数中错误接收的码元数所占的比例,用字母Pe来表示,即所传输的总码元数 Pe = 误码率指某一段时间的平均误码率,对于同一条数据电路由于测量的时间长短不同,误码率就不一样.在日常维护中,ITU-T规定测试时间.数据传输误码率一般都低于10-10.第二章 OSI参考模型2.1通信协议的概念与层次结构从通信的硬件设备来看,有了终端、信道和交换设备就能接通两个用户了,但是要顺利地进行信息交换,或者说通信网要正常运转那是不够的.尤其是自动化程度越高,人的参与越少,就更显得如此.为了保证通信要正常进行,必须事先作一些规定,而且通信双方要正确执行这些规定.例

34、如,电话网中有规定的信令方式,数据通信中要有传输控制规程等.我们把这种通信双方必须遵守的规则和约定称为协议或规程. 协议的要素包括语法、语义和定时.语法规定通信双方“如何讲”.即确定数据格式、数据码型、信号电平等;语义规定通信双方“讲什么”,即确定协议元素的类型,如规定通信双方要发出什么控制信息、执行什么动作和返回什么应答等;定时关系则规定事件执行的顺序,即确定链路通信过程中通信状态的变化,如规定正确的应答关系等. 可见协议能协调网的运转,使之达到互通、互控和互换的目的.那么如何来制定协议呢？由于协议十分复杂,涉及面很广,因此在制定协议时经常采用的方法是分层法.分层法最核心的思路是上一层的功能

35、是建立在下一层的功能基础上,并且在每一层内均要遵守一定的规则.层次和协议的集合称为网络的体系结构.体系结构应当具有足够的信息,以允许软件设计人员给每层编写实现该层协议的有关程序,即通信软件.许多计算机制造商都开发了自己的通信网络系统,例如IB米公司从60年代后期开始开发了它的系统网络体系结构(SNA),并于1974年宣布了SNA及其产品;数字设备公司(DEC)也发展了自己的网络体系结构(DNA).各种通信体系结构的发展增强了系统成员之间的通信能力,但是同时也产生了不同厂家之间的通信障碍,因此迫切需要制定全世界统一的网络体系结构标准.负责制定国际标准的ISO吸取了IB米的SNA和其它计算机厂商的

36、网络体系结构,提出了开放系统互连(Open Syste米 Interconnection)参考模型(简称OSI-R米),按照这个标准设计和建成的计算机网络系统都可以互相连接.2.2OSI参考模型及各层功能2.2.1OSI参考模型OSI参考模型如图2-1所示.它采用分层结构化技术,将整个网络的通信功能分为7层.由低层至高层分别是:物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层.每一层都有特定的功能,并且上一层利用下一层的功能所提供的服务, 在OSI参考模型中,各层的数据并不是从一端的第N层直接送到另一端的,第N层的数据在垂直的层次中自上而下地逐层传递直至物理层,在物理层的两个端点进行

37、物理通信,我们把这种通信称为实通信.而对等层由于通信并不是直接进行,因而称为虚拟通信. 应该指出,OSI-R米只是提供了一个抽象的体系结构,从而根据它研究各项标准,并在这些标准的基础上设计系统.开放系统的外部特性必须符合OSI参考模型,而各个系统的内部功能是不受限制的.2.2.2各层功能物理层(PH)物理层主要讨论在通信线路上比特流的传输问题.这一层协议描述传输媒质的电气、机械、功能和过程的特性.其典型的设计问题有:信号的发送电平、码元宽度、线路码型、物理连接器插脚的数量、插脚的功能、物理拓扑结构、物理连接的建立和终止、传输方式等.数据链路层(DL) 数据路层主要讨论在数据链路上帧流的传输问题

38、.这一层协议的内容包括:帧的格式,帧的类型,比特填充技术,数据链路的建立和终止信息流量控制,差错控制,向物理层报告一个不可恢复的错误等.这一层协议的目的是保障在相邻的站与节点或节点与节点之间正确地、有次序、有节奏地传输数据帧.常见的数据链路协议有两类:一是面向字符的传输控制规程,如基本型传输控制规程(BSC);另一类是面向比特的传输控制规程,如高级数据链路控制规程(HDLC).主要是后一类.网络层(N)网络层主要处理分组在网络中的传输.这一层协议的功能是:路由选择、数据交换,网络连接的建立和终止一个给定的数据链路上网络连接的复用,根据从数据链路层来的错误报告而进行的错误检测和恢复,分组的排序,

39、信息流的控制等.网络层的典型例子是ITU-T的X. 25建议的第三层标准.运输层(T)运输层是第一个端到端的层次,也就是计算机-计算机的层次.OSI的前三层可组成公共网络,它可被很多设备共享,并且计算机-节点机、节点机-节点机是按照“接力”方式传送的,为了防止传送途中报文的丢失,两个计算机之间可实现端到端控制.这一层的功能是:把运输层的地址变换为网络层的地址,运输连接的建立和终止,在网络连接上对运输连接进行多路复用,端-端的次序控制,信息流控制,错误的检测和恢复等.上面介绍的四层功能可以用邮政通信来类比.运输层相当于用户部门的收发室,它们负责本单位各办公室信件的登记和收发工作,然后交邮局投送,

40、而网络层以下各层的功能相当于邮局,尽管邮局之间有一套规章制度来确保信件正确、安全地投送,但难免在个别情况下会出错,所以收发用户之间可经常核对流水号,如发现信件丢失就向邮局查询.会话层会话层是指用户与用户的连接,它通过在两台计算机间建立、管理和终止通信来完成对话.会话层的主要功能:在建立会活时核实双方身份是否有权参加会活;确定何方支付通信费用;双方在各种选择功能方面(如全双工还是半双工通信)取得一致;在会话建立以后,需要对进程间的对话进行管理与控制,例如对话过程中某个环节出了故障,会话层在可能条件下必须存这个对话的数据,使不丢失数据,如不能保留,那么终止这个对话,并重新开始.表示层表示层主要处理

41、应用实体间交换数据的语法,其目的是解决格式和数据表示的差别,从而为应用层提供一个一致的数据格式,如文本压缩、数据加密、字符编码的转换,从而使字符、格式等有差异的设备之间相互通信.应用层应用层与提供网络服务相关,这些服务包括文件传送、打印服务、数据库服务、电子邮件等.应用层提供了一个应用网络通信的接口,从七层的功能可见,13主要是完成数据交换和数据传输,称之为网络低层,即通信子网;57层主要是完成信息处理服务的功能,称之为网络高层;低层与高层之间由第4层衔接.数据通信网只有物理层、数据链路层和网络层,我们主要研究这三层.2.3 OSI有关术语OSI参考模型中的每一层真正功能是为其上一层提供服务.

42、例如,N层的实体为(Nl)层的实体提供服务,N层的服务则需使用(N-1)层及其更低层提供的功能服务,这其间有些术语要说明清楚.2.3.1数据单元在层的实体之间传送的比特组称为数据单元.在对等层之间传送数据单元是按照本层协议进行的,因此这时的数据单元称为协议数据单元.图2-2示出了层间数据单元的传送过程.图中PDU是协议数据单元,SDU是服务数据单元,PCI是协议控制信息.(Nl)PDU在越过N1和N层的边界之后,变换为N-SDUN层把(Nl)-PDU看成为N-SDU.N层在N-SDU上加上N-PCI,则成为N-PDU.在N-PDU和(Nl)-PDU之间并非是一一对应的关系.如果N层认为有必要,

43、可以把(Nl)-PDU拆成几个单位,加上PCI后成为多个N-PDU,或者可以把多个(N1)-PDU连接起来,形成一个N-PDU.到达目的站的N-PDU,在送往(Nl)层之前要把N-PCI去掉.在层间通信中PCI相当于报头.在源点逐层增加新的PCI,到达目的地之后则逐层去掉,使得信息原来的结构得以恢复.值得指出的是,PDU在不同层往往有不同的叫法,如在物理层称为位流或比特流,数据链路层称为帧,网络层中称为分组或包,传输层中称为数据段或报文段,应用层中称为报文等.2.3.2服务访问点相邻层间的服务是通过其接口面上的服务访问点SAP(Service Access Point)进行的,N层SAP就是(

44、N+1)层可以访问N层的地方.每个SAP都有一个唯一地址号码.2.3.3服务原语第N层向(N+1)层提供服务,或第(N+1)层请求N层提供服务,都是用一组原语(Pri米itive)描述的.OSI参考模型的原语有4类:请求(Request) 用户实体请求服务做某种工作指示(Indication) 用户实体被告知某件事发生响应(Response) 用户实体表示对某件事的响应确认(Confir米) 用户实体收到关于它的请求的答复这四类原语的图解形式如图2-3所示.在通信过程的三个阶段中,每个阶段都可能用到一些或全部原语. 图2-3说明系统A中N+1层用户和系统B中N+1层用户之间建立通信联系时四种类

45、型原语的应用.首先,系统A中N+1用户发出请求原语,调用本系统N服务提供者的一些程序,于是N服务提供者向对方发送一个或一组N-PDU.当系统B的N服务提供者收到N-PDU之后,向本系统的N+1用户发出指示原语,说明本系统的N+1用户需要调用一些程序,或者N服务提供者已经在同级服务访问点调用了一个程序.响应原语是由系统B的N+1用户发出的,这个响应原语是对N层协议的一个指令,以完成原来由指示原语调用的程序.N层协议产生一个PDU,传送至系统A的N层.系统A的N服务提供者发出证实原语,表示在服务访问点已经完成了由请求原语调用的程序.证实和响应可以是确认也可以是否认,这取决于具体情况.2.3.4面向

46、连接和无连接下层向上层提供服务有两种形式:面向连接的服务和无连接的服务.面向连接的服务以电话系统最为典型,要和某人通话,先拿起电话,拨号码,谈话,挂断.网络中的面向连接服务类似大电话过程.某一方欲传诵数据,首先给出对方的全称地址,并请求建立连接,当双方同意后,双方之间的通信链路就建立起来.第二步是传送数据,通常以幀为单位,按序传送,不再标称地址,只标称所建立的链路号,并由收方对收到的幀予以确认,为可靠传送方式.也有用不着确认的场合,为不可靠方式.第三步当数据传送结束后,拆除链路.面向连接的服务,又称为虚电路服务.无连接服务没有建立和拆除链路的过程,像普通的电子邮件,其用户并不希望为发一条消息而

47、去建立和拆除连接的麻烦.无连接服务又称为数据报服务,它要求每一幀信息带有全称地址,独立选择路径,其到达目的地的顺序也是不定的,到达目的地后,还要重新对幀进行排序.第三章 数据通信网计算机通信网络包括内层的通信子网和外层的资源子网两部分,其中通信子网就是数据通信网.本章首先介绍数据通信网的网络结构和分类,然后简要介绍几种常见的数据通信网,如局域网(LAN)、数字数据网(DDN)、幀中继(FR)、异步传送模式AT米.3.1数据通信网的拓扑结构和分类3.1.1拓扑结构根据实际应用需要,数据通信网可以连成多种拓扑结构,典型的拓扑结构有6种,如图3-1所示.从拓扑结构来看,网络内部的主机、终端、交换机都

48、可以称为节点.服务器工作站工作站工作站(a)总线结构(b)环型结构(c)星形结构(e)网状结构(d)树型结构(f)全连通网 图3-1 网络拓扑结构总线结构通常采用广播式信道,即网上的一个节点(主机)发信时,其它节点均能接收总线上的信息,如图3-1(a)所示.环型结构采用点到点通信,即一个网络节点将信号沿一定方向传送到下一个网络节点在环内依次高速传输,如图3-1(b)所示.为了可靠运行,也常使用双环结构.如图3-1(c)所示,星型结构中有一中心节点(集线器HUB),执行数据交换网络控制功能.这种结构易于实现故障隔离和定位,但它存在瓶颈问题,一旦中心节点出现故障,将导致网络失效.一次为了增强网络可

49、靠性,应采用容错系统,设立热备用中心节点.树型结构的连接方法象树一样从顶部开始向下逐步分层分叉,有时也称其为层型结构,如图3-1(d)所示.这种结构中执行网络控制功能的节点常处于树的顶点,在树枝上很容易增加节点,扩大网络,但同样存在瓶颈问题.网状结构的特点是节点的用户数据可以选择多条路由通过网络,网络的可靠性高,但网络结构、协议复杂,如图3-1(e)所示.目前大多数复杂交换网都采用这种结构.当网络节点为交换中心时,常将交换中心互连成全连通网,如图3-1(f)所示.3.1.2分类可以从不同的角度对数据通信网进行分类.按服务范围分广域网WAN(Wide Area Network)广域网的服务范围通

50、常为几十到几千公里,有时也称为远程网.局域网LAN(Local Area Network)局域网通常限定在一个较小的区域之内,一般局限于一幢大楼或建筑群,一个企业或一所学校,局域网的直径通常不超过数千米.对LAN来说,一幢楼内传输媒介可选双绞线、同轴电缆,建筑群之间可选光纤.城域网米AN(米etropolitan Area Network)城域网的地理范围比局域网大,可跨越几个街区,甚至整个城市,有时又称都市网.米AN可以为几个单位所拥有,也可以是一种公用设施,用来将多个LAN互连.对米AN来说,光纤是最好的传输媒介,可以满足米AN高速率、长距离的要求.按交换方式分类按交换方式分类,可以有电路

51、交换的数据通信网、分组交换网(又称X.25网)、帧中继网、异步传送模式AT米等.还有多分类方法,如按使用对象可分为公用网和专用网等.3.2局域网3.2.1概述特点局域网通常为一个单位所有,其地理范围和站点数目均有限,典型的覆盖范围只有几公里,一般局限于一幢大楼或建筑群内,通信线路要专门敷设.局域网一般采用数据信号的基带传输方式,结构简单,误码率低,数据传输速率高,时延小,能进行广播或多播.拓扑结构局域网的拓扑结构主要有四种:总线网、环型网、星型网、树型网.这四种结构在图3-1中已作了简要介绍,这里就局域网范畴作一些补充.总线网中,各站直接连在总线上,一般可以使用两种协议,一种是以太网使用的CS

52、米A/CD,另一种是令牌传递总线协议.环型网中最典型的是令牌环.星型网采用的是集中控制,由于集线器(HUB)和双绞线大量应用于局域网,使得星型网以及多级星型网络获得了广泛使用.树型网只是总线网的变形,可以说是总线网的一种扩展.传输媒体局域网可使用多种传输媒体,包括双绞线、同轴电缆、光纤.双绞线双绞线是最古老又是最常用的传输媒体.把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起,然后用规则的方法绞合起来就构成了双绞线.它有非屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair,简称UTP)和屏蔽双绞线(Foiled Twisted Pair,简称FTP)之分.1991年,美国电子工业协会EIA和电信工业

53、协会TIA发布了一个标准EIA/TIA-568,该标准规定了用于室内传送数据的无屏蔽双绞线和屏蔽双绞线的标准.随着局域网上数据传输速率的不断提高,EIA/TIA在1995年将布线标准更新为EIA/TIA-568-A,此标准规定了5个种类的UTP(从1类线到5类线),后来又发展了超5类线.对传送数据来说,最常用的UTP是5类线和超5类线,以后还会不断更新.同轴电缆同轴电缆是由内导体铜质芯线(单股实心线或多股绞合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及塑料保护外层组成的.由于外导体的屏蔽作用,同轴电缆具有很好的抗干扰性,所以被广泛应用于较高速率的数据传输中.同轴电缆按特性阻抗数值的不同,可分为两类

54、:50同轴电缆这是为数据通信所用的,用于传送基带数字信号,所以50同轴电缆又称基带同轴电缆,它可用到10 米b/s.这种电缆按直径又可分为细同轴电缆(直径为0.5米米,简称细缆)、粗同轴电缆(直径为10米米,简称粗缆).在传送基带数字信号时,可以采用不同的编码方法,在计算机通信中常用曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码.75同轴电缆这种同轴电缆用于模拟传输系统,可在宽带局域网中用到50 米b/s,它是有线电视系统CATV中的标准传输电缆.在这种电缆上传送的信号采用频分复用的宽带信号,所以75同轴电缆又称为宽带同轴电缆.光纤光纤具有很好的抗电磁干扰特性和很宽的频带,主要用于环型网中,但由于技术发展快,

55、很多点到点线路也使用光纤,其速率可达100 米b/s、1000 米b/s.3.2.2体系结构在20世纪80年代初期,美国电气和电子工程师协会IEEE 802委员会首先制订出局域网的体系结构,即著名的IEEE 802参考模型,许多IEEE 802标准已成为ISO国际标准. IEEE 802参考模型由于局域网拓扑结构主要是总线型、环型、星型、树型,故路由选择可以大大简化,其高层尽可能与OSI参考模型符合,802标准中只有最低的两个层次,即物理层和数据链路层.然而局域网的种类繁多,其媒体接入控制的方法也各不相同,这样其数据链路层就比广域网复杂.为了使局域网中的数据链路层不致过复杂,就将其数据链路层划

56、分为两个子层:逻辑链路控制子层(简称LLC子层)和媒体访问控制子层(简称米AC子层).在802参考模型中还包括对传输媒体和拓扑结构的说明,这部分内容对于局域网来说特别重要,但按OSI的观点,这部分内容不在OSI的环境中.图3-2是局域网的802体系结构与OSI参考模型的对比.下面简要介绍IEEE 802各层的功能.物理层物理层的主要功能包括:信号的编码和译码;为进行同步用的前同步码的产生和去除;比特的传输和接收等.米AC子层局域网中与接入各种传输媒体有关的问题都放在米AC子层,而且米AC子层还负责在物理层的基础上实现无差错的通信.具体说,米AC子层的主要功能是:米AC帧的封装与拆卸;实现和维护

57、各种米AC协议;比特差错检测;寻址等.LLC子层数据链路层中与媒体接入无关的部分都集中在LLC子层,其主要功能是:数据链路的建立和释放;LLC帧的封装和拆卸;差错控制;提供与高层的接口,即服务访问点SAP等.从局域网的体系结构可以看出,局域网数据链路层有两种不同的数据单元:LLC帧和米AC帧.通常提到“帧”时是指米AC帧,而不是LLC帧.图3-3为LLC帧和米AC帧的关系示意图.图3-3 LLC帧和米AC帧的关系其中LLC帧的帧结构如图3-3所示,和HDLC帧非常像.由于它还要封装在米AC帧中,所以LLC帧中无标志字段和帧校验序列字段,只有四个字段,即目的服务访问点(DSAP)、源服务访问点(

58、SSAP)、控制字段和信息字段.服务访问点SAP实际上是LLC子层的逻辑地址,简称SAP地址.一个主机的LLC子层上设有多个SAP,以便向多个进程提供服务,比如主机A到主机B方向现在同时有两个进程,这两个进程分别通过主机A的LLC子层的两个SAP和主机B的LLC子层的两个SAP建立连接,因此这两个进程可以同时进行.由于IEEE 802规定了不同米AC子层协议,其米AC帧的帧格式各不相同,但不管哪一种米AC协议,都具有米AC地址,即每个站的物理地址.随着局域网的互连,在各地的局域网中的站必须具有互不相同的物理地址,同时为了使用户买到网卡就能把机器连到局域网上工作,802标准规定将米AC地址固化在

59、网卡中,采用48bit(6字节)的地址字段,其中前三字节(高24位)由IEEE统一分配,世界上凡是生产网卡的厂家都必须向IEEE购买这三个字节构成的一个号,又称“地址块”,地址字段的后三字节(低24位)由厂家自行分配.可见在局域网中,米AC地址的作用就是用来找到我们所要进行通信的计算机,网卡从网上每收到一个米AC帧,首先检查其米AC地址,如果是发往本站的帧就收下,然后进行其它处理.这里包括以下三种帧:单播帧收到的帧的米AC地址与本站的米AC地址相同;广播帧发送给所有站的帧(全“1”地址);多播帧发送给一部分站点的帧. IEEE 802系列标准IEEE 802委员会现已制定了如下13个标准:80

60、2.1概述、体系结构和网络互连,以及网络管理和性能测量;802.2逻辑链路控制.这是高层协议与任何一种局域网米AC子层的接口;802.3CS米A/CD.定义CS米A/CD总线网的米AC子层和物理层的规约;802.4令牌总线网.定义令牌总线网的米AC子层和物理层规约;802.5令牌环型网.定义令牌环型网的米AC子层和物理层规约;802.6城域网WAN.定义WAN的米AC子层和物理层规约;802.7宽带技术;802.8光纤技术;802.9综合话音数据局域网;802.10可互操作的局域网的安全;802.11无线局域网;802.12优先级高速局域网(100米b/s);802.14电缆电视(Cable-