数据通信PPT-第三版第六章 第1-4 节

第六章数据通信网网络就是将一群计算机通过线缆（或其他无线传输介质）互相连接起来，以便彼此共享信息。网络资源：文件、信息、外设、应用程序6.1网络基本概念6.2网络的结构拓扑（Topology）这个术语规定了网络的组织结构，也就是指网络物理或逻辑布置的方式。拓扑包括两部分：物理拓扑和逻辑拓扑。物理拓扑是网络介质的实际布局，不涉及网络中信号的实际流动，仅关心介质的物理连接形态；而逻辑拓扑是指主机如何访问介质，指信号在网络中的实际传输路径，它描述的是信号怎样在网络中流动。6.2网络的结构网络中通常使用的物理拓扑有总线型、网状型、环型、星型和树型拓扑，这几种拓扑结构表示的是网络中设备的相互连接而不是它们的物理位置。1.总线型拓扑 网络节点通过引出线和抽头连接到总线电缆上，引出线是设备和主缆之间的连接设备。由于信号随传输距离增加而变弱，所以一条总线所能支持的抽头数和抽头之间的距离都有限制。 早期以太网多使用总线型的拓扑结构，采用同轴缆作为传输介质，连接简单，通常在小规模的网络中不需要专用的网络设备，但由于它存在的固有缺陷，已经逐渐被以集线器和交换机为核心的星型网络所代替。

优点：安装简单，所需通信器材、线缆的成本低，扩展方便，共享能力强，便于广播式传输。

缺点：故障隔离和重新配置困难。6.2网络的结构6.2网络的结构2.网状型拓扑

这种拓扑的特点是每一个节点都有一条链路与其他节点相连，所以它的可靠性非常高，但成本太高，除了特殊场合，一般较少使用。6.2网络的结构3、环型拓扑

环形网络是将各站点通过通信介质依次连成一个封闭的环，信息沿着环形线路传输。

优点：结构比较简单、安装方便，传输率较高；各工作站点之间无主从关系，延时固定，实时性好。

缺点：可靠性较差，当某一节点出现故障，会引起通信中断，可扩充性差。6.2网络的结构6.2网络的结构4.星型拓扑

星型拓扑结构的网络采用集中控制方式，每个节点都有一条唯一的链路和中心处理机相连接，节点之间的通信都要经过中心处理机并由其进行控制。

优点：结构简单，便于管理和维护，易实现网络监控，容易实现结构化布线，网络容易扩展升级。

缺点：中心处理机的负担较重，易成为信息传输的瓶颈；通信线路专用，电缆成本高；中心节点一旦出现故障，会导致全网瘫痪。6.2网络的结构中心节点的设备：集线器（HUB）、交换机等。6.2网络的结构5.树型拓扑

树型结构实际上是星型结构的发展和扩充，是一种分级结构，具有根节点和各分支节点。树型结构是中大型局域网常采用的一种拓扑结构。

特点：结构比较灵活，易于进行网络扩展；当根节点出现故障时，会影响到全局。6.2网络的结构6.3数据通信网

6.3.1

数据通信网的发展阶段第一阶段（20世纪50年代）第二阶段（20世纪60年代）第三阶段（20世纪70年代）第四阶段（20世纪80年代）第五阶段（20世纪90年代）第六阶段（20世纪90年代末）6.3.2数据通信网与计算机网络什么是数据通信网？数据通信网是由分布在各处的数据传输设备、数据交换设备及通信线路组成的通信网，通过网络协议的支持完成网中各设备之间的数据通信。1.1计算机网络的发展过程现代数据通信网往往是计算机网络的基础设施的代名词，例如以太网、公用数据网、ISDN及ATM网等，它们都可以称为数据通信网。

通信子网在功能上与数据通信网是等价的，承担数据的传输、交换和处理三方面的任务。用户子网又称为资源子网，由许多数据终端设备组成，它们是网络中信息传输的信源或信宿，负责提供信息、接收信息与处理信息。用户主机运行用户应用程序，用户子网借用了通信子网实现用户主机的互连，从而达到资源共享的目的。6.3.2数据通信网与计算机网络6.3.3数据通信网的分类6.3.3数据通信网的分类（1）交换网 在交换网中，数据从信源出发经过一系列中间节点传送到信宿。交换网又分为电路交换和存储—转发交换网两种。电路交换类似于电话网使用的交换原理，根据主叫用户的信令，接续被叫用户，通信完成后进行拆线。储存—转发交换方式是将要传送的信息存入交换设备的缓冲区中，当相应的输出电路空闲时输出信息。（2）广播网 广播网的特点是从任一数据站发出的信号可被所有的其他数据站接收。在广播网中，没有中间交换节点。例如，广播网中的卫星网，数据不是直接从发信机传送到接收机的，而是经过卫星中继站传送和接收的。6.3.3数据通信网的分类3.局域网（LAN）

将小区域内的各种通信设备互联在一起的通信网络，其服务区域可以是一间小型办公室、建筑物的一层或整个办公大楼、一所大学、一个工厂或方圆几千米的区域内。传统局域网的传输速度为10Mbit/s～100Mbit/s，传输延迟低（几十微秒），差错率低；而现代局域网的传输速度可达1000Mbit/s（即1Gbit/s）。 局域网内通常不通过电信局的通信服务，以直接联机的方式来达成资源共享的目的，常常也因为保密安全的原因，以防火墙和广域网或城域网隔开。最典型的拓扑结构有总线型、星型和环型。LAN6.3.3数据通信网的分类

4.城域网（MAN）城域网实际上是一种大型的局域网，它的覆盖范围就是城市区域，一般在方圆10km～60km范围内，最大不超过100km。它的规模介于局域网与广域网之间，通常使用于局域网类似的技术，但它对硬件和软件的要求比LAN要高。由于城域网超过了局域网的范围，采用双绞线作为传输介质已经不适宜，最合适的介质是光纤光缆。6.3.3数据通信网的分类城域网的主要用途有：局域网之间连接；大型主机之间的连接；提供广域网的网际接口或作为接入网服务系统；用以提供宽带的综合业务服务。6.3.3数据通信网的分类

5.广域网（WAN）广域网是一个非常大的网络，它将不同地区的局域网连接在一起构成“广域网”。广域网又称为远程网，它可以跨越一个省、一个国家或一个洲。WAN至少由两个以上的LAN构成，最广为人知的WAN就是Internet。广域网由于分布距离太远，物理网络本身往往无法构成有规则的拓扑结构，同时由于速度慢、延迟大，所以它通常包含一组复杂的分组交换设备，6.3.3数据通信网的分类6.网际互连

当连接两个以上的网络时，就形成了一个网际互连，或称为网间网。术语“internet”和国际互联网（Internet）是不同的。前者是指网络之间相互连接的普遍含义，后者则是现在特定的全球网络的名称。LAN和WAN的比较内容LAN（MAN）WAN范围概述较小范围计算机通信网远程网或公用通信网网络覆盖的范围10千米以内几千米到几万千米，可跨国界，洲界数据传输速率1Mbps~16Mbps~10Gbps9.6Kbps~2Mbps~45Mbps,10Gbps传输介质有线介质：同轴电缆，双绞线，光缆。无线介质：微波、卫星有线或无线传输介质和公用数据网；PSTN、DDN、ISDN、光缆、卫星、微波信息误码率低高拓扑结构简单、总线型、星型、环型、网状复杂、网状用户安全各单位专用无政府状态广域网城域网城域网接入网接入网接入网接入网

广域网、城域网、接入网和局域网的关系局域网校园网企业网6.4以太网

6.4.1以太网概述维基百科对于以太网的定义： 以太网（Ethernet）是一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE802.3标准给出了以太网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术。它很大程度上取代了其他局域网标准，如令牌环网（tokenring）、FDDI和ARCNET。6.4以太网

6.4.1以太网概述以太网（Ethernet）自Xerox、DEC和Intel公司推出以来获得了巨大成功。1985年，IEEE802委员会吸收以太网IEEE802.3标准。IEEE802.3标准描述了运行在各种介质上的、数据传输率从1Mbps到10Mbps的所有采用CSMA/CD(带冲突检测的载波侦听多路访问)协议的局域网，定义了OSI参考模型中的数据链路层的一个子层（介质访问控制（MAC）子层）和物理层，而数据链路层的逻辑链路控制（LLC）子层由IEEE802.2描述。随着技术的发展，以太网推出了扩展的版本。以太网的速度也从最初的10Mbps升级到100Mbps、1000Mbps以至于现在最高的10Gbps。6.4.2以太网技术局域网参考模型IEEE802参考模型9.3局域网的体系结构6.4.2以太网技术特性10Base-510Base-210Base-T10Base-F速率（Mbps）10101010传输方法基带基带基带基带最大网段长度（m）5001851002000站间最小距离（m）2.50.5

最大长度2.5km925m500m

传输介质50粗缆50细缆UTP多模光缆网络拓扑总线型总线型星型星型物理层：以太网在物理层可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线、光缆等多种传输介质，并且在IEEE802.3标准中，为不同的传输介质制定了不同的物理层标准。6.4.2以太网技术

数据链路层：为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会将局域网的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制LLC（LogicalLinkControl）子层，媒体接入控制MAC（MediumAccessControl）子层。与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的。6.4.2以太网技术MAC子层的主要功能是：

•介质的访问控制

•链路层帧的寻址和识别

•帧校验序列的产生和检验LLC子层的主要功能是： 建立和释放数据链路层的逻辑连接；提供与上层的接口（即服务访问点）；给LLC帧加上序号；差错控制。6.4.2以太网技术带冲突检查的载波侦听多路访问协议（CSMA/CD）CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection在局域网中，站点可以检测到其他站点在干什么，从而相应地调整自己的动作。网络站点侦听载波是否存在（即有无传输）并相应动作的协议，被称为载波侦听协议。CSMA/CD保证在侦听到信道忙时无新站开始发送；站点检测到冲突就取消传送。6.4.2以太网技术CSMA/CD媒体访问方法从上面的描述可归纳为下述4步：第一步：如果媒体信道空闲，则可进行发送。第二步：如果媒体信道有载波(忙)，则继续对信道进行侦听。一旦发现空闲，便立即发送。第三步：如果在发送过程中检测的碰撞，则停止自己的正常发送，转而发送一短暂的干扰信号，强化碰撞信号，使LAN上所有站都能知道出现了碰撞。第四步：发送了干扰信号后，退避一随机时间，重新尝试发送。两个碰撞的站都采退避策略，即都设置一个随机间隔时间，另有当此时间间隔满期后才能启动发送。当然如果这两个工作站所选的随机间隔时间相同，碰撞将会继续产生。为避免这种情况的出现，退避时间应为一个服从均匀分布的随机量。同时，由于碰撞产生的重传加大了网络的通信流量，所以当出现多次碰撞后，它应退避一个较长的时间。MAC帧物理层MAC层目的地址源地址长度数据FCS6624字节46~15001010101010101010101010101010101011前同步码帧开始定界符7字节1字节…8字节插入在帧的前面插入的8字节中的第一个字段共7个字节，是前同步码，用来迅速实现MAC帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC帧。为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比MAC帧还多8个字节802.3以太网的帧格式MAC帧物理层MAC层目的地址源地址长度数据FCS6624字节46~1500802.3以太网的MAC帧格式目的地址字段6字节MAC帧物理层MAC层目的地址源地址长度数据FCS6624字节46~1500源地址字段6字节802.3以太网的MAC帧格式MAC帧物理层MAC层目的地址源地址长度数据FCS6624字节46~1500长度字段2字节长度字段用来指明数据域的字节数802.3以太网的MAC帧格式MAC帧物理层MAC层目的地址源地址长度数据FCS6624字节46~1500数据字段46~1500

字节数据字段的正式名称是MAC

客户数据字段最小长度64字节

18字节的首部和尾部=数据字段的最小长度

802.3以太网的MAC帧格式MAC帧物理层MAC层目的地址源地址长度数据FCS6624字节46~1500FCS字段4

字节当传输媒体的误码率为1108

时，MAC子层可使未检测到的差错小于11014。当数据字段的长度小于46字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的MAC帧长不小于64字节。802.3以太网的MAC帧格式IEEE802.3委员会于1992年提出制定快速以太网标准。在IEEE802.3基础上，把传输速率从10Mbps提高到100Mbps，并于1995年6月，正式把它定为快速以太网标准IEEE802.3u。在IEEE802.3基础上，把传输速率从10Mbps提高到100Mbps，并于1995年6月，正式把它定为快速以太网标准IEEE802.3u。IEEE802.3u在MAC子层仍采用CSMA/CD作为介质访问控制方法，并保留了IEEE802.3的帧格式6.4.3快速以太网技术6.4.3快速以太网技术

千兆位以太网标准是对以太网技术的再次扩展，其数据传输率为1000Mbps即1Gbps，因此也称吉比特以太网。千兆位以太网基本保留了原有以太网的帧结构，所以向下和以太网与快速以太网完全兼容，从而原有的10Mbps以太网或快速以太网可以方便地升级到千兆以太网。 它基于以太网结构，保留了IEEE802.3以太网标准帧格式以及IEEE802.3的网络管理功能，且网络管理原理保持不变，现存的