网络体系结构

Chapter3计算机网络体系结构学习目标描述OSI参考模型的分层结构描述七层的功能及其关系描述数据封装的过程描述TCP/IP协议框架结构学习完本章课程，您应该能够：第三章计算机网络体系结构

第一节计算机网络体系结构根本概念第二节OSI参考模型概述第三节七层功能介绍第四节数据封装第五节TCP/IP协议第一节计算机网络体系结构根本概念我们将网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构〔networkarchitecture〕。网络体系结构涉及两个问题：结构模型和协议网络协议对计算机网络是不可缺少的，一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集。对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次式结构模型。计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的。网络协议概念与组成计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规那么。这些规那么明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题〔同步含有时序的意思〕。为进行网络中的数据交换而建立的规那么、标准或约定即网络协议(networkprotocol)，简称为协议。由于网络体系结构具有层次性，所以通信协议也是分层的。网络协议主要有三个要素组成：语法、语义、同步。语法：即通信系统中的数据与控制信息的结构或格式；包括数据格式、编码、信号电平等。语义：即完成某个功能时，需要发出何种控制信息，完成何种动作以及对方做出何种响应；发送或接收的信息代表什么含义；。同步：即事件实现顺序的详细说明；是对事件实现顺序的详细说明。包括速度匹配、排序等。网络协议很重要网络协议是计算机网络不可缺少的组成局部。实际上，只要我们想让连接在网上的另一台计算机做点什么〔例如，从某个主机下载文件〕，我们都需要有协议。但是当我们经常在自己的计算机上进行文件存盘操作时，就不需要任何协议，除非这个用来存储文件的磁盘时网络上的某个效劳器的磁盘。通信协议对通信通信软件和硬件的开发具有指导作用。通信协议描述要做什么、对于怎么做不进行限定。这样对软硬件开发商提供了便利，他们只需要根据协议要求开发产品，至于选择什么电子元器件、使用什么语言开发那么不受约束。网络协议协议是一系列规那么和约定的标准性描述协议定义了设备间通信的标准常见协议：TCP/IP、X.25、PPP、SLIP、FrameRelay我用的TCP/IP是的,我也是,我们可以通信了协议很复杂协议很复杂，就是协议必须将各种不利的条件事先都估计到，而不能假定一切情况都是在很理想和很顺利的条件下进行通信的。例如：两个朋友在约会好，下午3时在某公园门口碰头，并且约定“不见不散〞。这就是一个很坏的协议，因为在任何一方临时有急事来不了而又无法通知对方时〔如：、都无法接通〕，按照协议另一方就必须永远等待下去。必须非常仔细地检查所设计协议能否应付所有的不利情况。应当注意：事实上难免有极个别的不利情况在设计协议时并没有预计到。在出现这种情况时，协议就会失败。因此实际上协议往往只能应付绝大多数的不利情况。著名的协议举例占据两个山顶的蓝军与驻扎在这山谷的白军作战。力量比照是：一个山顶上的蓝军打不过白军，但两个山顶的蓝军协同作战就可战胜白军。一个山顶上的蓝军拟于次日正午向白军发起攻击。于是发送电文给另一山顶上的友军。但通信线路很不好，电文出错的可能性很大。因此要求收到电文的友军必须发送确认电文。但确认电文也可能出错。试问能否设计出一种协议，使得蓝军能实现协同作战因而一定(即100%)取得胜利？明日正午进攻，如何？同意收到“同意”收到：收到“同意”………………这样的协议无法实现！结论这样无限循环下去，两边的蓝军都始终无法确定自己最后发出的电文对方是否已经收到。没有一种协议能够蓝军能100%获胜。网络体系结构采用层次结构网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义，而这些功能是用什么样的硬件与软件去完成的，那么是具体的实现问题。相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调〞是相当复杂的。“分层〞可将庞大而复杂的问题，转化为假设干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。协议的制定和实现采用层次结构，即将复杂的协议分解成为一些简单的分层协议，再综合成总协议。层次模型实例层次模型实例甲乙两个公司地处两个城市，甲公司的经理要与乙公司经理协商一件合作的事物，这项工作应当按照以下步骤进行。甲公司经理起草合作文件，交给秘书发出；甲公司秘书对文件进行打印、盖章、封装和登记，交给甲地邮局发送；甲地邮局传送邮件到乙地邮局；乙地邮局将邮件送至乙公司；乙公司经理秘书对邮件进行编号、登记后交给经理；乙公司经理阅读文件并处理合作事宜。这一过程实际分为3个层次。双方经理为第1层次，处理合作事物的内容；双方秘书为第2层次，只管登记、收发文件，不管合作内容；两地邮局未第3层，只管邮件传送，不涉及登记，更不知道文件内容。这3个层次双方都有，称为对等层。层次模型实例

计算机网络是一个极为复杂的系统工程，要使得分布在全球各地的计算机能够顺利通信并共享资源，更需要分层次地实现，一步一步地解决以下问题：计算机、传输介质等硬件是否连通就绪，能够接收和发送数据信号；要保证通信链路上所有的节点都正确连通；要保证能够在通信链路中找到一条最短或最经济的通路，如果某个节点堵塞，必须找到其它通路；要保证能够正确到达对方主机；要保证能够找到接收方的通信实体进程；要保证数据格式的一致性；你要求对方所完成的事，对方有能力完成。划分层次的概念举例例如：计算机1向计算机2通过网络发送文件。可以将要做的工作进行如下的划分：第一类工作与传送文件直接有关。例如：发送方的文件发送应用程序应当确信收到接受方的文件管理程序已做好接收和存储文件的准备。假设两个计算机所用的文件格式不一样，那么至少其中的一个计算机应完成文件格式的转换。这两个工作可用一个文件传送模块来完成。两个计算机将文件传送模块作为最高的一层。剩下的工作由下面的模块负责。两个计算机交换文件文件传送模块计算机

1计算机

2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块在这两个模块之间的虚线表示两个计算机系统交换文件和一些有关文件交换的命令。我们并不想让文件传送模块完成全部工作的细节，这样会使文件传送模块过于复杂。可以再设立一个通信效劳模块，用来保证文件和文件传送命令可靠地在两个系统之间交换。再设计一个通信效劳模块文件传送模块计算机

1计算机

2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块让位于上面的文件传送模块利用下面的通信效劳模块所提供的效劳。可以看出，上面的模块和下面的模块可以是相对独立的，例如：如果将位于上面的文件传送模块换成电子邮件模块，那么电子邮件模块同样可以利用在他下面的通信效劳模块所提供的可靠通信的效劳。再设计一个网络接入模块文件传送模块计算机

1计算机

2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。同样道理，我们在构造一个网络接入模块，让这个模块负责做与网络接口细节有关的工作，并向上层提供效劳，使上面的通信效劳模块能够完成可靠通信的任务。分层的好处各层之间相互独立，高层不需要知道低层是如何实现的，而仅知道该层通过层间的接口所提供的效劳。每层只实现一种相对独立的功能，因而可将一个难以处理的复杂问题分解为假设干个较容易处理的小问题，整个问题的复杂度就降低了。例如：应用系统多人负责拆分，编程中函数、过程问题。当任何一层的功能发生变化时〔例如由于技术进步促进实现技术的变化〕，只要层间接口关系保持不变，那么在这层以上或以下各层均不受影响。此外，对某一层提供的效劳还可以进行修改。当某层提供的效劳不再需要时，甚至可以将这层取消。由于结构的可分割，各层的功能都可以采用最适宜的技术来实现，各层实现技术的改变不影响其它层。整个系统被分解为假设干个易于处理的局部，这种结构使一个庞大而复杂系统的实现和维护变得容易控制。每层的功能与所提供效劳可以精确的定义，这有利于促进标准化过程。层数多少要适当协议的分层要合理，假设层数太少，就会使每一层的协议太复杂。层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难〔集成困难〕。通常每一层所要实现的一般功能往往是下面的一种功能或多种功能：过失控制：使得和网络对端的相应层次的通信更加可靠〔本层间控制〕。流量控制：使得发送端的发送速率不要太快，要使得接收端来得及接收。分段和重装：发送端将要发送的数据块划分为更小的单位，在接收端将其复原。复用和分用：发送端几个高层会话复用一条底层的连接，在接收端再进行分用。连接建立和释放：交换数据前先建立一条逻辑连接。数据传送结束后释放连接。分层当然也有一些缺点，例如，有些功能会在不同的层次中重复出现，因而产生了额外开销。第三章计算机网络体系结构

第一节计算机网络体系结构根本概念第二节OSI参考模型概述第三节七层功能介绍第四节数据封装第五节TCP/IP协议OSI参考模型出现的背景在计算机网络开展的初期，许多研究机构和厂商、公司都推出了自己的网络系统，然而他们之间互不相容，没有兼容性可言。没有一种统一标准存在，就意味着这些不同厂家的网络系统之间无法相连接。一时间，国际上各大厂商为了在数据通信网络领域占据主导地位，纷纷推出了各自的网络机构体系和标准。例如：在1974年，IBM公司提出了世界上第一个网络体系结构，这就是系统网络体系结构〔SNA，systemnetworkarchitecture〕。此后，许多公司纷纷提出各自的网络体系结构，如：Novell公司的IPX/SPX协议，APPLE公司的AppleTalk协议，DEC公司的DECNET，以及目前广泛流行的TCP/IP协议。同时，各大厂商针对自己的协议生产出了不同的硬件和软件。OSI参考模型出现的背景各个厂商的共同努力无疑促进了网络技术的快速开展，但是由于多种协议的并存，同时也使网络变得越来越复杂；而且，厂商之间的网络设备大多不能兼容，很难进行通信。为了解决网络之间的兼容性问题，帮助各个厂商生产出相互兼容的设备，国际标准化组织ISO于1984年提出了开发系统互连参考模型OSI，它很快成为计算机网络通信的根底模型。OSI参考模型综述在OSI中的“开放〞是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循统一标准的其它任何系统进行通信。在OSI标准的制定过程中，采用的方法是将整个庞大而复杂的问题划分为假设干个容易处理的小问题，这就是分层的体系结构方法。OSI参考模型是对网络设备间信息传输过程的一种理论化描述，它仅仅是一种理论模型，并没有定义如何通过硬件和软件实现每一层功能，与事实上使用的协议是有区别的。即：OSI参考模型并没有提供一个可以实现的方法。它只是描述了一些概念，用来协调进程间通信标准的制定。在OSI的范围内，各种产品只有和OSI的协议相一致时才能互联。也就是说，OSI参考模型并不是一个标准，而是一个在制定标准时所使用的概念性的框架。虽然OSI仅是一种理论化的模型，但它是所有网络学习的根底，我们后面介绍的有关网络中的每件事件，均能够对应于模型中的某一层。因此，除了了解各层的名称外，更应该深入了解他们的功能和各层之间是如何工作的。ISO/OSI参考模型

ISO国际标准化组织〔InternationalOrganizationforStandardization〕OSI开放式系统互联参考模型〔OpenSystemInterconnection〕ISO/OSI参考模型OSI是分层体系结构的一个实例，每一层是一个模块，用于执行某种主要功能，并具有自己的一套通信指令格式〔称为协议〕。用于相同层的两个功能间通信的协议称为对等协议。根据分而治之的原那么，ISO将整个通信功能划分为7个层次。各层功能简介物理层定义传输介质的机械、电气特性以及物理设备和接口传输数据的过程和功能，保证透明地传输比特流；数据链路层，负责结点到结点之间数据帧的可靠传输；网络层负责在源端和目标端寻找最正确路径，传输以分组为单位；传输层负责在源端和目标端之间无过失传输报文，进行过失控制和流量控制；会话层负责双方通信主机内部用户进程间的可靠通信；表示层负责语法问题，即数据表示格式与规那么问题，包括格式转换、字符转换、加密解密、压缩解压缩等；应用层是用户和网络的界面，为用户提供给用程序。OSI参考模型层次划分原那么网中各结点都具有相同的层次。不同结点的同层具有相同的功能。同一结点内相邻层之间通过接口通信。每一层可以使用下层提供的效劳，并向其上层提供效劳。不同结点的同层通过协议来实现对等层之间的通信。OSI参考模型层次划分原那么OSI参考模型的每一层都定义了所实现的功能，完成某个特定的通信任务，并且只与相邻的上层和下层进行数据的交换。本图示意了两个实现了7层功能的网络设备之间是如何进行通信的。任务从主机A的应用层开始，按规定的格式逐层封装数据，直至数据包到达物理层，然后通过网络传输线路到主机B。主机B的物理层获得数据后，向上层发送数据，直到到达主机B的应用层。数据的封装过程，我们后面将进一步介绍。数据在不同层中的称呼应用层数据应用层协议数据单元〔APDU，ApplicationProtocolDataUnit〕表示层数据表示层协议数据单元〔PPDU，PresentationProtocolDataUnit〕会话层数据会话层协议数据单元〔PDU，ProtocolDataUnit〕传输层数据段〔Segment〕网络层数据数据包〔Packet〕数据链路层帧〔Frame〕物理层比特流〔Bit〕举例说明层次间数据传递1物理层2数据链路层4传输层3网络层5会话层7应用层6表示层邮箱邮政服务访问点在网络通信中，通过传输该层的PDU到对方的同层，以实现通信。例如，会话层通过传送SPDU和对端的会话层进行通信。从逻辑上讲，对等层间的通信，是两个设备的同一层直接通信。而物理上，每一层都只能与自己相邻的上下两层直接通信，下层通过效劳访问点〔SAP，ServiceAccessPoint〕为上一层提供效劳。SAP是指同一设备中相邻两层间的信息交换之处，如同我们常用的邮箱，邮箱就是邮局为用户提供信件效劳的访问点，邮递员将信件放入邮箱，用户再通过邮箱〔效劳访问点〕取回自己的信件。两个设备之间建立通信两个设备建立对等层的通信连接，即在各个对等层间建立逻辑信道，对等层使用功能相同的协议实现对话。如主机A的第二层不能和对方的第三层直接通信。同时，同一层之间的不同协议也不能通信，比方，主机A的E-mail应用程序就不能和对方的Telnet应用程序通信。数据的逐层封装与解封装物理上两个设备间的数据流是通过物理传输线路进行传递的。当主机A的网络层和主机B的网络层通信时，主机A将数据包传递到数据链路层，数据链路层将数据包封装成帧，然后传递到物理层，物理层接收数据后，将数据帧分解为比特流，通过物力线路实现传输。在接收端，主机B物理层将接收到的比特流按帧传递到数据链路层，数据链路层拆掉数据的帧头和帧尾，将数据包传递到网络层。可以看出，在发送端，数据是一个逐层封装的过程，而在接收端与此相反，是一个解封装过程。对于对等层来说，好似双方在直接进行通信一样。同样，如果数据从主机A的应用层到主机B的应用层，这个过程是一样的。第三章计算机网络体系结构

第一节计算机网络体系结构根本概念第二节OSI参考模型概述第三节七层功能介绍第四节数据封装第五节TCP/IP协议物理层简介在OSI参考模型中，物理层〔physicallayer〕是参考模型的最底层。该层包括网络通信的数据传输介质，由连结不同结点的电缆与设备共同构成。物理层涉及到在数据信道上传输的原始比特流，它定义了传输数据所需要的机械、电气、功能及规程特性等，包括电压、电缆线、数据传输率、接口的定义等。ISO对OSI参考模型中物理层的定义为：在物理信道实体之间合理地通过中间系统为比特传输所需的物理连接激活、保持和释放提供机械的、电气的、功能特性和规程特性的手段。物理层要解决以下问题物理层从数据链路层获得数据并将其转化为能在通信媒体上传输的格式。他监管比特流转换为电磁信号、并通过媒体传输的过程。具体说来，物理层要解决以下问题：线路配置。两个或两个以上的设备如何能实际地连接起来？传输线路是被共享还是有两个设备专用？线路是否可用？〔点-点，点-多点〕数据通信模式。在两个设备之间的传输是单向还是双向？或是轮流发送？〔单工、半双工、全双工〕拓扑结构。网络设备是按什么几何图形连接的？〔拓扑结构〕信号。在信息传输中使用什么样的信号？电信号还是光信号,或者是微波信号？编码。在可用的信号系统中，如何表示0、1比特？曼彻斯特，差分接口。使用什么样的接口部件？RJ45、V35、RS232媒体。数据传输的物理环境是什么？光纤、同轴电缆、双绞线物理层作用意义首先要强调指出，物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体，是有关物理设备通过物理媒体进行互连的描述和规定。现有的计算机网络中的物理设备和传输媒体的种类非常繁多，而通信手段也有许多不同方式。物理层的作用正是要尽可能地屏蔽掉这些差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样可使数据链路层只需要考虑如何完本钱层的协议和效劳，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。在物理连接上的传输方式一般都是串行传输，即一个一个比特按照时间顺序传输。但是，有时也可以采用多个比特的并行传输方式。出于经济上的考虑，远距离的传输通常采用串行传输。物理层的主要特征为了实现在传输介质上传输比特流。物理层定义了建立、维护和撤除物理链路的标准和标准，定义了物理层接口通信的标准。物理层的主要特征描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等，例如我们见到的各种规格的电源插头的尺寸都有严格的规定。电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义，即什么样的电压表示1或0，或者开、关状态。规程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。例如：RS-232规程特性的时序性。两个DTE通过DCE进行通信的例子

EIA-232/V.24接口调制解调器DTE-ADTE-BDCE-ADCE-BEIA-232/V.24接口调制解调器网络数据终端设备可以是一台终端、一台计算机、打印机、机和处理数据的设备。常用的数据电路终接设备是调制解调器(Modem)。DTE的根本功能是处理数据,数据传输一般是并行传输一般不直接连接网络，它通过一台DCE通信,由DCE负责信号变换、编码、链路的建立和维护等工作。我们把DTE和DCE的连接称为DTE—DCE接口。在任何一个网络中，一个DTE设备产生数字数据并把它传送给DCE设备，DCE设备将这些数据转化成可以在传输媒体上传输的格式，并将转化后的信号发送给网络上的另一个DCE设备。第二个DCE设备从线路上接收信号，将信号转化为与它相连的DTE设备可用的格式，然后将信息转发给与它相连的DTE设备。在DTE—DCE接口上既有数据信息又有控制信息。为了使各个计算机公司生产的DTE可以方便地和DCE相连，就必须对DTE—DCE接口进行标准化，这些标准就是我们通常所说的物理层协议。传输介质分类信息最终要转变成信号〔电信号、光信号和微波信号等〕才能传输。这些信号要借助传输介质才能传输到目的地。常见传输介质分为两类：有线介质和无线介质。有线介质包括双绞线〔TwistedPair〕、同轴电缆〔CoaxialCable〕和光纤〔Fiber光导纤维〕等。无线介质包括卫星、微波、红外线等。实际都是不同频率的电磁波。传输介质特性

在综合布线选择各种传输介质时，我们关心的是传输介质的各个特性。物理特性：物理结构组成，即：传输介质物理结构的描述；传输特性：信号类型、带宽传输，诸如：介质允许传送数字或模拟信号，以及调制技术、传输容量、传输的频率范围；连通特性：如何与通信设备连接，即：允许点-点或多点连接；地理范围：最大传输距离；抗干扰性：抗干扰能力，即：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力；相对价格：器件、安装与维护费用。传输介质的特性物理特性：传输介质物理结构的描述；传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号，以及调制技术、传输容量、传输的频率范围；连通特性：允许点-点或多点连接；地理范围：传输介质最大传输距离；抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力；相对价格：器件、安装与维护费用。同轴电缆10base5粗同轴电缆10base2细同轴电缆20世纪80年代，DEC、Intel和Xerox公司合作推出了以太网。最初设计以太网时，终端设备共享通信带宽，通过物理介质连接形成总线型拓扑网络。同轴电缆就是在当时普遍采用的传输介质。也就是说，总线型拓扑结构与同轴电缆主要是应用在早期的以太网中。现在以太网通常采用星型拓扑结构和双绞线。同轴电缆相对双绞线，虽然其传输特性优秀得多，但由于其本钱高，实施难度大，所以逐步被双绞线所取代。同轴电缆是一种高带宽、低误码率、性能价格比高的传输介质，广范用于播送电视和LAN中。同轴电缆结构同轴电缆是由两根导体组成。它共有四层，其结构是在一根包有一层绝缘的实心导线外，再套上一层外面也包有一层绝缘的空心圆柱〔圆筒〕形导体。内部的实心导线可以是单股线，也可以是绞合线。由于它内部的两层导体排列在同一轴上，所以称为同轴电缆。同轴电缆结构同轴电缆由四个局部构成，各局部作用不同：第一个局部在最里层，它是一根铜质或铝质的裸线。它负责传输电磁信号，它的粗细直接决定了其衰减程度和传输距离；第二层是绝缘体，它包围着最里层的裸线，同时隔离着第一层〔最里层〕和第三层。第三层〔屏蔽层〕是金属箔膜或是金属网格，它可以起到屏蔽作用，保护裸线免受电磁干扰。第四层，同轴电缆最外一层是起保护作用的塑料外皮。同轴电缆分类

基带同轴电缆，用于计算机网络中的基带同轴电缆的特征阻抗为50Ω，主要的型号有RG-8〔或RG-11〕和RG-58，其中RG-8称为粗同轴电缆〔简称为粗缆〕，RG-58称为细同轴电缆〔简称为细缆〕；只用来传输数字信号，采用基带传输方式，直接把数字信号送到传输介质上，无需经过调制，传输距离不超过千米时，传输速率可达50Mbps，是基带局域网中最常用的传输介质。宽带同轴电缆，是有线电视系统CATV中通常使用的电视电缆，其型号为RG-59，特性阻抗75欧姆，带宽可达500MHz，即可以传输模拟信号，也可以传输数字信号。由于其频带宽，因而可以划分为假设干个子频带，分别对应假设干个独立的信道，每6MHz的带宽作为一个电视频道。当利用一条电视频道来传输音频信号时，可以采用频分多路复用技术，在一条宽带同轴电缆上传输多路音频信号。细同轴电缆网络结构计算机与细同轴电缆的连接采用的是一个BNC连接器〔BNCConnector〕，也成为T形接头。BNC直接连接在计算机的网络接口卡上，不需要粗同轴电缆中的中间连接设备。BNC连接器有3个接口，“T〞型底部连接到计算机的网络接口卡上，另外两边连接细缆，以便允许信号进出网络接口卡。细缆的连接方式与特点在使用细缆组建计算机网络中，需要注意以下的问题：·无中继最大网段长度为185m；·使用中继器时，最多可使用4个中继器连接5个网段，使网络直径到达185×5=925m；·每个网段支持的最大节点数为30；·BNCT连接器之间的最小距离为0.5m；细缆网络具有以下的特点：·价格低廉；·网络抗干扰能力强；·网络维护和扩展比较困难；·由于总线的断点较多，将影响网络系统的可靠性。粗同轴电缆网络结构计算机与粗同轴电缆连接采用的是收发器〔Transceiver〕。每台计算机需要一个收发器和网络相连。收发器连接在以太网上，计算机再利用一根电缆连接到收发器上，这根电缆称为连接单元接口〔AUI，AttachmentUnitInterface〕电缆。计算机网络接口卡和收发器上的连接器件那么被称为AUI连接器。粗缆的连接方式与特点在使用粗缆组建计算机网络中，需要注意以下的问题：·无中继最大网段长度为500m；·使用中继器时，最多可使用4个中继器连接5个网段，使网络直径达2500m；·每个网段支持的最大节点数为100；·收发器之间的最小距离为2.5m；粗缆网络具有以下的特点：·网络抗干扰能力强；·具有较高的可靠性；·覆盖范围较广，最大距离可以到达2500m；〔实际2800〕·网络安装、维护和扩展比较困难；·组网本钱较高。同轴电缆连接器件与工具同轴电缆网络开展现状粗同轴电缆适用于比较大型的LAN，它的线缆很硬，不容易弯曲，安装困难、总统造价也高〔如应化所〕。由于有了更好的产品如光纤来取代它，现在粗同轴电缆已经不经常使用〔连有线电视骨干都已采用光纤，我院一期有线电视设计失败采用同轴，结果效果不好〕。细同轴电缆的直径与粗同轴电缆相比要小，用于小型LAN的设备互连。安装相对容易、造价相对低。〔如早期股票交易所、BP机寻呼网〕随着综合布线日益开展的需求，人们越来越需要稳定的布线结构来支持LAN高速通信，对于LAN的安装、管理维护的要求也越来越高。虽然同轴电缆的电路特性比较好，然而在基于同轴电缆连接的总线型拓扑结构以太网中，网络管理麻烦，任何增加或减少布线点的变动都需要重新布线，网络需要在各个布线点操作，并对电缆进行相关改动，同时也会影响网络上的其他用户。而且，当一个节点发生故障时，故障会串联影响到整个总线上所有主机，故障的诊断和修复都很麻烦。这种布线方式难以符合现在综合布线的需求，因此，应用于其中的同轴电缆也逐渐退出舞台，被非屏蔽双绞线和光缆所取代。双绞线双绞线〔TwistedPair〕是由一对或者一对以上的相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕〔一般以逆时针缠绕〕在一起而制成的一种传输介质，属于信息通信网络传输介质。双绞线过去主要是用来传输模拟信号的，但现在同样适用于数字信号的传输。是一种常用的布线材料。双绞线电缆有两种类型：屏蔽的〔STP〕和非屏蔽(UTP)的。双绞线抗噪声原理双绞线通常用于传输平衡信号，也就是说，每根导线都有电流，但信号的相位差为180度。外界电磁干扰给两个信号带来的影响将相互抵销，从而使信号不至于迅速衰退。其次，绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰。每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消，限制了电磁能量的发射，螺旋状的结构有助于抵消电流流经导线过程中有可能增大的电容，有助于防止双绞线中的电流发射能量干扰其他导线。双绞线特性通常又可将多对双绞线外面套上一个外封皮而构成双绞线电缆。绝缘材料使两根线中的金属导体不会因为互碰而短路。长期以来，双绞线一直用于系统中传输模拟信号，当传输距离不太大时，也可以在LAN中用来传输数字信号。由于铜线上存在电阻，流经铜导线上的信号最终会丧失能量。这意味着必须限制信号在双绞线上的传输距离。如果必须连接相距很远的两点，可以在中间插入中继器。双绞线的模拟信号带宽可以到达250kHz。数字信号的数据速率随距离而不同。例如，在100米距离内，速率可达100Mbps~1000Mbps。非屏蔽(UTP)双绞线电缆铜线聚氯乙烯套层绝缘层无屏蔽双绞线UTP非屏蔽双绞线电缆是由塑料外皮包起来的一对或多对双绞线组成，电子工业联合会(EIA)按照电缆质量可分为六类，1类是最低档的，6类是最高档的。非屏蔽(UTP)双绞线电缆分类一类线〔CAT1〕：线缆最高频率带宽是750kHZ，用于报警系统，或只适用于语音传输〔一类标准主要用于八十年代初之前的线缆〕，不同于数据传输。二类线〔CAT2〕：线缆最高频率带宽是1MHZ，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输，常见于使用4MBPS标准令牌传递协议的旧的令牌网。三类线〔CAT3〕：指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆，该电缆的传输频率16MHz，最高传输速率为10Mbps〔10Mbit/s〕，主要应用于语音、10Mbit/s以太网〔10BASE-T〕和4Mbit/s令牌环，最大网段长度为100m，采用RJ形式的连接器，目前已淡出市场。非屏蔽(UTP)双绞线电缆分类四类线〔CAT4〕：该类电缆的传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率16Mbps〔指的是16Mbit/s令牌环〕的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10BASE-T/100BASE-T。最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器，未被广泛采用。五类线〔CAT5〕：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，线缆最高频率带宽为100MHz，最高传输率为100Mbps，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100BASE-T和1000BASE-T网络，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器。这是最常用的以太网电缆。在双绞线电缆内，不同线对具有不同的绞距长度。通常，4对双绞线绞距周期在38.1mm长度内，按逆时针方向扭绞，一对线对的扭绞长度在12.7mm以内。非屏蔽(UTP)双绞线电缆分类超五类线〔CAT5e〕：超5类具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值〔ACR〕和信噪比〔SNR〕、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网〔1000Mbps〕。六类线〔CAT6〕：该类电缆的传输频率为1MHz～250MHz，六类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比〔PS-ACR〕应该有较大的余量，它提供2倍于超五类的带宽。六类双绞线在外形上和结构上与五类或超五类双绞线都有一定的差异，不仅增加了绝缘的十字骨架，将双绞线的四对线分别置于十字骨架的四个凹槽内，而且电缆的直径也更粗。电缆中央的十字骨架随长度的变化而旋转角度，将四对双绞线卡在骨架的凹槽内，保持四对双绞线的相对位置，提高电缆的平衡特性和串扰衰减。六类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。六类与超五类的一个重要的不同点在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。非屏蔽(UTP)双绞线电缆分类超六类或6A〔CAT6A〕：此类产品传输带宽介于六类和七类之间，传输频率为500MHz，传输速度为10Gbps，标准外径6mm。目前和七类产品一样，国家还没有出台正式的检测标准，只是行业中有此类产品，各厂家宣布一个测试值。七类线〔CAT7〕：传输频率为600MHz，传输速度为10Gbps，单线标准外径8mm，多芯线标准外径6mm，可能用于今后的10吉比特以太网。屏蔽双绞线STP铜线聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层屏蔽双绞线STP屏蔽双绞线电缆是在每一对双绞线外都有一层金属箔膜或是金属网格包装。屏蔽层可减少辐射，防止信息被窃听，也可阻止外部电磁干扰的进入，使屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞线具有更高的传输速率。误码率约〔10-6—10-8〕，常被用于周围电磁辐射较强的环境。屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的区别STP使用和UTP一样的连接器，但屏蔽层必须接地。屏蔽双绞线电缆的外面由一层金属材料包裹，以减小辐射，防止信息被窃听，同时具有较高的数据传输速率屏蔽双绞线电缆的价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器，技术要求也比非屏蔽双绞线电缆高。与屏蔽双绞线相比，非屏蔽双绞线电缆外面只需一层绝缘胶皮，因而重量轻、易弯曲、易安装，组网灵活，非常适用于结构化布线，所以在无特殊要求的计算机网络布线中，常使用非屏蔽双绞线电缆。双绞线电缆布线标准1991年，美国电子工业协会EIA〔ElectronicIndustriesAssociation〕和电信工业协会TIA联合发布了一个标准EIA/TIA-568，他的名称是“商用建筑物电信布线标准〞，这个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。1995年标准更新为EIA/TIA-568-A和EIA/TIA-568-B。双绞线电缆布线标准EIA/TIA568A的线序定义依次为绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕EIA/TIA568B的线序定义依次为橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕100BASE-T4RJ-45对双绞线的规定如下：1、2用于发送，3、6用于接收，4、5用于语音，7、8是双向线。直连线与交叉线设备连接方式主机路由器交换机MDIX交换机MDI集线器主机交叉交叉直连N/A直连路由器交叉交叉直连N/A直连交换机MDIX直连直连交叉直连交叉交换机MDIN/AN/A直连交叉直连集线器直连直连交叉直连交叉双绞线综合布线系统信息插座与模块配线架配线架与机柜配线架与机柜双绞线布线常用工具与材料网线的制作准备工作：RJ45卡线钳一把水晶头双绞线制作步骤：共有四步，可以简单归纳为四个字：“剥〞，“理〞，“插〞，“压〞步骤一剥线剥线的长度为13mm～15mm，不宜太长或太短

步骤二理线按顺序整理平，遵守规那么，否那么不能正常通信步骤三插线一定要平行插入到线顶端，以免触不到金属片步骤四压线压过的水晶头的金属脚比没压要低线缆检测发射器和接收器两端的灯同时亮为正常实验一：综合布线实验制作一条2米长双绞线跳线要求采用568B-568B线序标准一次成功通过测试，计入平时成绩1，总分值10分，每失败一次减一分。双绞线优点传输距离远、传输质量高。布线方便、线缆利用率高。一对普通线就可以用来传送视频信号。一根5类缆内有4对双绞线，如果使用一对线传送视频信号，另外的几对线还可以用来传输音频信号、控制信号、供电电源或其它信号，提高了线缆利用率，同时防止了各种信号单独布线带来的麻烦，减少了工程造价。抗干扰能力强。双绞线能有效抑制共模干扰可靠性高、使用方便。无需专业知识，也无太多的操作，一次安装，长期稳定工作。价格廉价，取材方便。由于使用的是目前广泛使用的普通5类非屏蔽电缆或普通线，购置容易，而且价格也很廉价，给工程应用带来极大的方便。光纤光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。传输原理是‘光的全反射’。前香港中文大学校长高锟和GeorgeA.Hockham首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2023年诺贝尔物理学奖。光纤通信就是利用光导纤维〔下称光纤〕传递光脉冲来进行通信。有光脉冲相当于1，而没有光脉冲相当于0。光导纤维是一种新型的传输介质。由于他具有传输率高、通信容量大、重量轻等一系列非常突出的优点而得以迅速开展。目前的长距离通信的干线网，几乎都是采用光纤作为传输介质；而在LAN中，当要求传输率大于100Mbps、通信距离超过百米时，目前也广泛采用光纤。光纤是由玻璃或塑料制成，并以播送形式传播信号。要了解光纤，需要了解光的几个特性、了解光纤的构成以及光纤中光的传输模式。光导纤维的构成

光导纤维，它是一种能传播光波的介质，极其纤细柔软〔8—100微米〕。它有三层构成，最里层是光纤〔由芯材和填充材料构成〕，它是由玻璃制成〔利用超高纯石英玻璃纤维，可以获得较低的传输损耗，宜用于长距离传输；而利用塑料纤维，可以使光纤价格更低，用于短距离传输〕；中间是包层，最外面是保护层。光信号只能在纤芯中传播。光的折射和反射

因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度到达或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的〔即不同的物质有不同的光折射率〕，相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。光的折射和反射

a是入射角和反射角，b是折射角。如果a<b，那么光是从低密度媒体射向高密度媒体；反之，如果a>b，那么光是从高密度媒体射向低密度媒体。图中的a和b都是0度至90度间的角。定义光的折射率为：cos(a)/cos(b)。折射率小于1说明光正进入一个密度较低的媒体，折射率大于1说明光正进入一个密度较高的媒体。另一个有趣的现象是，在折射率小于1时，当a小于某个特定的临界角时，将不会发生折射，所有的光线都将被反射。这就是光纤的工作原理。光纤的工作原理高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光纤的工作原理：光缆的中心是玻璃或塑料的芯材，外面填充着密度较小的玻璃或塑料材料，两种材料的密度差异使得芯材中的光线大局部只能反射而不能折射入填充材料。多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤光纤信道有两种传播光的形式：多模传播和单模传播。“模〞指一定角度速度进入光纤的一束光。多模光纤多模传播。在这种传播模式中，多束光线在芯材中通过不同路径传播。因此称为多模传播，这样的光纤称为多模光纤。多模光纤的芯径是50~100μm,常用62.5μm。不同入射角度的光线沿着不同的路径传播，到达终点的距离就不同，所需的时间也不相同。为了不至于使后一脉冲产生的光波追上前一脉冲产生的光波，这样光纤的长度和数据速率要受到限制。多模光纤的芯线粗，传输速度低、距离短，整体的参数性能差，但其本钱较低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境。一般采用发光二极管作为光源LED，产生的光频带宽，容易出现光的色散。单模光纤单模传播。单模光纤采用阶跃材质和高度集中的光源。使得发出的光线限制在非常接近水平的很小范围内，芯材的直径比多模光纤小得多。采用极低的折射率，使得全反射角度接近900，从而使得传播的光线根本是水平的。在这种情况下，不同入射角度的光线几乎同时到达目的地。单模光纤的芯径为1~10μm。这种光纤具有较高的带宽，传输损耗小，因此允许作无中继的长距离传输。一般从固体激光器作为光源LD，产生的光频带窄。光纤综合布线光纤接头种类光纤综合布线光纤综合布线—法兰盘与耦合器光纤熔接光纤冷接光纤冷接过程光缆结构

光纤优点与缺点光纤优点：可提供更高带宽，多模光纤带宽可达7GHz，单模光纤带宽可达200GHz。中继距离长，单模光纤中继距离超过100km，而同轴电缆最多4~8km，微波50km节约铜和铅，本钱低。抗干扰能力强，保密性好，一般埋在铁路路基上，甚至与高压线同行铺设都没问题。重量轻，耐腐蚀，埋入地下或海底，长时间不腐蚀。可扩展性强，利用波分复用和密集波分复用，充分利用带宽。光纤缺点：一般光纤的传输是单向的，双向传输需要两根光纤在一根光纤上的波分复用。光纤接口的价格相对较高。无线传输介质在某些特殊场合，使用电缆非常困难或者根本不可能完成传输，比方电缆难以跨越复杂地形，这时需要使用无线通信。〔综合办公楼〕无线通信基于电磁波，他不经任何有形的物理连接，电磁波在发送天线和接收天线之间通过空气或自由空间传播。无线通信分类常用无线通信的方法有无线电波、微波、蓝牙和红外线电磁波的频谱及其在通信中的应用无线电波无线电波的特性与其频率有关。无线电波沿着地面传播，其传播的特点是：无线电波除了用于无线电播送和电视节目以外，也可用于传输数据信号，不过信号频率要远高于电台发射频率，频率范围在10KHz-30MKHz之间，远高于电台发射频率；传播距离远，在较低频率时可以到达1000km；通过障碍物的穿透能力较强，无线电波可以在大气层与地平线间折射，因此可以沿地球外表传播；能量会随着距离的增大而急剧减小，适用于短距离，使用频率容易受干扰，自然环境也影响效果。微波微波的频段为300MHz~300GHz，但多使用2~40GHz的频段。微波在空气中主要以直线方式传播，同时微波会穿透地面上空的电离层，所以它不能像无线电波那样使用电离层的反射来传播，而必须通过站点来传播。微波通信主要有地面微波接力通信和卫星通信两类。红外线红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现。在日常生活中，常见家电设备的遥控器就是利用红外线进行通信的。红外线也可以作为网络通信介质，相比其他无线传输技术，红外线设备本钱较低，且不需要安装天线。缺点是，红外线的特性传输距离小于2Km，一般局限在很小区域，如房间内。通常要求发送器指向接收器，并且不能穿墙，传输率较低，一个方向通信时16Mbps，多个方向不超过1Mbps。例如红外话筒。红外波段无需政府授权，无线电管理委员会负责频率分配。红外线通信特点：不易被人发现和截获，保密性强；几乎不会受到电气、天电、人为干扰，抗干扰性强。此外，红外线通信机体积小，重量轻，结构简单，价格低廉。WAN物理层标准WAN物理层协议定义了DTE和DCE之间的接口标准和标准包括：EIA/TIA232、V.24、V.35等各种常见接口RS-232-C标准个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会(ElectronicIndustriesAssociation，EIA)所制定的异步传输标准接口。通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现，一般个人计算机上会有两组RS-232接口，分别称为COM1和COM2。RS-232-C是美国电子工业协会EIA〔ElectronicIndustryAssociation〕制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准〞的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线。RS-232标准最初是为DTE与DCE之间的串行通信而制订的，并未考虑计算机系统的应用要求，但现在被广泛作为计算机与终端和外设之间的近端连接标准。EIA-232标准接口机械特性EIA-232接口标准的机械标准规定接口是一端有DB-25针状连接头，而另一端是有DB-25孔状连接头的25线电缆。电缆长度不超过25米。一个DB-25连接头是一个带有25根针或是25个孔的插头，每个针或孔都与一个有特定功能的导线连接。带针的连接头是公连接头，带孔的连接头是母连接头。在DB-25连接头中，这些针或孔被排成两排，上面13个，下面12个。EIA-232标准接口电气特性EIA-232标准定义了两个独立的电压范围，一个是正电压区，一个是负电压区。正电压区是3V至15V，负电压区是-3V至-15V。允许合法信号落在两个12伏的电压区间内。EIA-232标准使得噪声造成的信号衰减对数据识别的影响很小。以下图显示了一个因为噪声而衰减为一条曲线的方波。第四个比特的振幅比预期的要低，但仍然落在有效的区间内，所以仍然可以识别。EIA-232标准接口电气特性在EIA-232标准中，25根可用的导线中只有4根用于数据传输功能，剩下的21根用于控制、接地、时序和测试等功能。这些导线的电气标准类似于数据传输的导线，但是要简单些。这些导线上传输的电压超过3伏称为“开〞状态，低于-3伏称为“关〞状态。在系统运行中如果控制线上没有电压，说明设备某些局部没有正常工作。EIA-232标准接口功能特性EIA-232对DB-25连接头上的每一个引脚的功能都进行了定义。图显示了EIA-232标准中各引脚的功能。EIA-232标准接口规程特性EIA-232标准接口规程特性〔1〕步骤1：显示传输之间接口的准备工作。步骤2：保证四个设备都已就绪，可以传输。首先发送方的DTE设备激活自己的20脚，将就绪信号发送给与它连接地DCE设备。DCE设备通过将6脚激活通知DTE设备DCE设备就绪。在远端，同样的过程被重复。步骤3：在发送和接收调制解调器之间建立物理连接。首先发送端DTE设备激活4脚并向它的DCE设备发送一个发送请求。这个DCE设备向远端处于空闲状态的调制解调器发送一个载波信号，发送载波信号后，发送方DCE设备激活5脚向它的DTE设备发送一个去除待发送信号。当接收方调制解调器检测到这个载波信号后，它激活8脚通知与它相连的DTE设备一次传输即将开始。接收端DTE设备激活4脚并向它的DCE设备发送一个发送请求，接收方DCE设备激活5脚向它的DTE设备发送一个去除待发送信号。EIA-232标准接口规程特性〔2〕步骤4：数据传输过程。起始方DTE设备将数据流连同时钟信号分别通过2脚和24脚同时传送到DCE设备。DCE设备将数据转换成模拟信号并通过网络发送出去。响应方DCE设备接收模拟信号，将它转换为数字数据并连同时钟脉冲一起分别通过3脚和17脚传送给响应方DTE设备。响应方DTE设备将数据流连同时钟信号分别通过2脚和24脚同时传送到响应方DCE设备。DCE设备将数据转换成模拟信号并通过网络发送出去。起始方DCE设备接收模拟信号，将它转换为数字数据并连同时钟脉冲一起分别通过3脚和17脚传送给起始方DTE设备。EIA-232标准接口规程特性〔3〕步骤5：去除物理连接过程。起始方DTE通过4脚撤消它的发送请求信号。起始方的DCE设备检测到请求信号被撤消后，关闭载波信号，然后，通过5脚撤消去除待发送信号。响应方DCE检测到起始方的载波信号被撤消后，撤消8脚上的信号，通知响应方的DTE一次传输将结束。响应方DTE通过4脚撤消它的发送请求信号。响应方的DCE设备检测到请求信号被撤消后，关闭载波信号，然后，通过5脚撤消去除待发送信号。起始方DCE检测到响应方的载波信号被撤消后，撤消8脚上的信号，通知起始方的DTE一次传输结束。整个物理连接断开。EIA-232的子集

很多实际的DTE—DCE接口只用到8或9针的连接器，这实际上是EIA-232标准接口的一个子集。由于大多数用户并不需要EIA-232标准接口的所有功能。例如，在异步串行通信中，不需要同步时钟信号线，就只需要1、2、3、4、5、6、7、8和20号信号线，共9针。计算机的串行口实际上就是EIA-232标准接口的一个子集。空调制解调器

假设需要连接的两台DTE设备相距很近。因而不需要对信号进行调制，所以不需要调制解调器。两台DTE设备可以直接相连。由EIA-232提供的这种连接方案称为空调制解调器：空调制解调器在没有DCE设备的环境下提供了DTE-DCE/DCE-DTE的接口。在没有DCE设备的情况下，一个DTE设备的2脚不能和另一个DTE设备的2脚相连，因为，两个发送数据的引脚是不能直接连在一起的。一个DTE设备的发送数据的引脚要和另一个DTE设备的接收数据的引脚相连。空调制解调器引脚的连接方式和数据传输过程V.24接口标准V.24接口标准：广域网物理层规定的接口标准。由ITU-T定义的DTE和DCE设备间的接口。电缆可以工作在同步和异步两种方式下。异步工作方式下，封装链路层协议PPP、SLIP，支持网络层协议IP和IPX，最高传输速率是115200bps。同步方式下，可以封装X.25、帧中继、PPP、HDLC和LAPB等链路层协议V.35接口标准ITU-T定义的V.35协议是适用于60～108kHz线路的DTE/DCE接口，由于数据速率大于48kb/s，所以需要几条线同时进行同步传输，被称为集群式Modem标准。V.35对机械特性即对连接器的形状并未规定。但由于48Kbps-64Kbps的美国Bell规风格制解调器的普及，34引脚的ISO2593被广泛采用。数据链路层物理层只负责比特流的接收和发送，而不考虑信息本身的意义，同时物理层也不能解决数据传输控制。当需要在一条链路上传输数据时，除了必须具有一条物理线路外，还必须有些规程来控制这些数据的传输。数据链路层就定义了这些规程的硬件和软件，从而保证数据在物理线路上可靠传输。数据链路层的主要功能是提供对物理层的控制，检测并纠正可能出现的错误，并且进行流量控制。数据链路层与物理地址、网络拓扑、线缆规划、错误校验、流量控制等有关

数据链路层帧同步功能过失控制功能流量控制功能链路管理功能1物理层2数据链路层4传输层3网络层5会话层7应用层6表示层数据链路层是OSI参考模型中的第二层，数据链路层的任务是在物理层的效劳的根底上向网络层提供效劳，数据链路层为物理链路上提供可靠的数据传输。数据链路层的传输单位是帧，通常帧由地址段、数据段、控制段、校验段等字段组成。具体的数据帧格式根据网络的类型不同而不同。在局域网中有以太网帧、令牌环网帧，在广域网中有HDLC、PPP等。数据链路层的主要功能包括帧同步、过失控制、流量控制、链路管理、寻址等。数据链路层的许多概念都是计算机网络的重要概念。如：停止等待协议等。链路与数据链路所谓的链路(link)是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点〔如交换机、路由器〕。在进行数据通信时，两个计算机之间的通路往往是由许多的链路串接而成的。可见，一条链路只是一条通路的一个组成局部。数据链路那么是另外一个概念，这是因为当需要在一条线路上传送数据时，数据链路(datalink)除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。假设把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现在最常用的方法是使用适配器〔在许多情况下适配器就是网卡〕来实现这些协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。据链路层的主要功能数据链路层的主要功能包括帧同步、过失控制、流量控制、链路管理、寻址等。据链路层功能--帧同步功能也称为帧定界。在数据链路层，数据的传送单位是帧。数据一帧一帧地传送，就可以在出现过失时，将有过失的帧再重传一次，而防止了将全部数据都进行重传。帧定界是指收方应当能从收到的比特流中准确地区分出一帧的开始和结束在什么地方。常见帧同步的方法有：字节计数法字符填充的首尾定界符法比特填充的首尾定界符法违法编码法帧同步方法--字节计数法这种帧同步方法是以一个特殊字符表示一个帧的起始，并使用一个专门字段来标明帧内数据的字节数。接收方可以通过对该特殊字节的识别从比特流中区分出帧的起始，并从指定字段中获知该帧中随后跟随的数据字节数，从而可以确定出帧的终止位置。面向字节计数的同步规程的典型实例是DEC公司的数字数据通信协议DDCMP〔DigitalDataCommunicationsMessageProtrocol〕。由于采用字节技术来确定数据帧的终止边界不会引起数据及其他信息的混淆，因此不必采用任何措施便可以实现数据的透明传输，即任何数据均可不受限制地传输。帧同步方法--字符填充的首尾定界符法这种方法用一些特殊的字符来定界一帧的起始和终止。为了不使数据信息位中出现与特定字符相同的字符被误判为帧的首尾定界符，可以在这种数据字符前填充一个转义控制字符〔DLE〕以示区别，从而到达数据的透明性。BSC规程就是典型例子。帧同步方法--比特填充的首尾定界符法这种方法以一组特定的字节〔如01111110〕来标识一帧的起始与终止。HDLC规程就采用这种方法。为了不使信息位中出现与该特定字节内容相同的比特串，被误判为帧的首尾标识，可以采用比特填充的方法。例如，采用01111110，那么对信息位中的任何连续出现的5个“1〞，发送方自动在其后插入一个“0〞，防止出现与“01111110〞相同的情况。而接收方那么进行该过程的逆向操作，即每收到连续5个“1〞后，那么自动删除其后的“0〞，以此恢复数据的原始信息，实现数据传输的透明性。比特传输很容易由硬件来实现，其性能优于字符填充的方法。帧同步方法--违法编码法这种方法在物理层采用特定的比特编码方法时采用。例如，曼彻斯特编码方法，将数据比特“1〞编码成“高-低〞电平对，将数据“0〞编码成“低-高〞电平对。而“高-高〞电平对和“低-低〞电平对在数据比特中是违法的。可以借助这些违法编码序列来定界帧的起始和终止。局域网IEEE802标准就采用了这种方法。违法编码法不需要任何填充技术，便能实现数据的透明传输，但是它只适用采用冗余编码的特殊编码环境。由于字节计数法中，帧内数据长度字段的脆弱性〔其值假设有过失将导致灾难性后果〕，以及字符填充法实现上的复杂性和不兼容性，目前较普遍使用的帧同步方法是比特填充法和违法编码法。据链路层功能--过失控制由于信道本身和外界的干扰，不可能所有的帧都能够准确无误的传输到对方，其中有一些在传输中可能会出错或丧失。据链路层功能--过失控制在数据链路层，发送端将数据报文分为帧发送，待数据帧到达接收端后，接收端根据检验结果向发送端发送应答帧，发送端根据应答帧的内容来决定是继续发送还是重新发送。采用这种校验—应答—重发的模式可以进行过失控制。但这也可能出现数据帧的重复和乱序的问题，这需要相应的措施来解决。过失控制负责纠正错误。在数据传输过程中，可能出现帧丧失、帧错误等情况，常用自动请求重发协议〔ARQ，又分为停止等待ARQ、后退N帧ARQ和选择性ARQ〕，循环冗余校验码〔CRC〕解决。据链路层功能--过失控制最常用的方法是检错重发，接收方通过对过失编码〔奇偶校验码或CRC码〕的检查，检测收到的帧在传输过程中是否发生过失，一旦发现过失，就通知对方重复发送这帧，这就要求接收方收完一帧后，向发送方反响一个接收是否正确的信息，使发送方据此作出是否需要重新发送的决定。发送方仅当收到正确的反响信号后，才能确认该帧已经正确发送完毕；否那么需要重发，直至正确为止。过失控制—奇偶校验法在7个单位的ASCII码后增加一位，使码字中“1〞的个数成奇数〔奇校验〕或偶数〔偶校验〕。过失控制--循环冗余校验码循环冗余校验码〔CRC〕的根本原理是：在K位信息码后再拼接R位的校验码，整个编码长度为N位，因此，这种编码又叫〔N，K〕码。对于一个给定的〔N，K〕码，可以证明存在一个最高次幂为N-K=R的多项式G(x)。根据G(x)可以生成K位信息的校验码，而G(x)叫做这个CRC码的生成多项式。CRC的和纠错：在接收端收到了CRC码后用生成多项式为G(x)去做模2除，假设得到余数为0,那么码字无误。假设如果有一位出错，那么余数不为0，而且不同位出错，其余数也不同。可以证明，余数与出错位的对应关系只与码制及生成多项式有关，而与待测碼字〔信息位〕无关。据链路层功能--过失控制有一种情况，由于物理信道的突发噪声可能完全“淹没〞一帧，使得整个数据帧或反响信息帧丧失，这将导致永远接收不到对方发来的信息，从而使传输过程停滞。为了防止这种情况，通常引入计时器〔Timer〕来限制接收方发回反响消息的时间间隔，当发送方发送一帧的同时也启动计时器，假设在限定时间间隔内未能收到接收方的反响信息，即计时器超时〔Timeout〕，那么可以认为传出的帧出错或丧失，发送方重新发送。据链路层功能--过失控制甲方利用Email向乙方传递文件，将Email发送出去后，甲方等待乙方确实认，除了一次性顺利地接收外，有几种可能发生的情况：乙方回复：翻开了，是乱码，看不了！甲方：好的，我再给你发一份。甲方：等了10分钟，怎么还没有回音呢？再重新发一份。由于同一帧数据可能被重复发送屡次，就可能引起接收方屡次收到同一帧并将其递交给网络层的危险。为了防止发生这种危险，可以采用对发送帧编号的方法，即赋予每帧一个序号，要不要将接收到的数据递交给网络层，数据链路层通过使用计数器和序号来保证每帧最终都能被正确地递交给网络层。据链路层功能--流量控制流量控制并不是数据链路层特有的功能，许多高层协议中也提供流量控制功能，只是流量控制的对象不同。比方，对于数据链路层来说，控制的是两相邻节点之间数据链路上的流量，而对于传输层来说，控制的那么是从源端倒可能经过多个中间节点后的最终目的端之间的端对端的流量。流量控制的目的是防止因发送端的发送速度超过接收端的处理速度而造成的数据丧失和信道拥挤。流量控制的功能常和过失控制结合在一起实现。流量控制负责调整在某时间段内，可以发送多少数据。据链路层功能--链路管理当网络中的两个结点要进行通信时，数据发送方必须确知接收方是否已经处在准备接收的状态。为此，通信双方必须先要交换一些必要的信息。或者用我们的术语，必须先建立一条数据链路。同样地，在传输数据时要维持数据链路，而在通信完毕时要释放数据链路。〔建立、维持、释放链路〕在多个站点共享同一物理信道的情况下〔例如在局域网中〕，如何在要求通信的站点间分配和管理信道也属于数据链路层管理的范畴。必须保证每一帧都能送到正确的目的站。收方也应知道发送方是哪个站。数据链路层的简单模型局域网广域网主机H1主机

H2路由器R1路由器

R2路由器

R3电话网局域网主机H1

向H2

发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2从层次上来看数据的流动我们通过一个数据链路层的简单模型，从数据链路层观察帧的流动。当两个主机进行通信时，应用进程要将数据从应用层逐层往下传，经物理层到达通信线路。通信线路将数据传到远端主机的物理层后，再逐层向上传，最后由应用层交给远程的应用进程。数据链路层的简单模型(续〕局域网广域网主机H1主机H2路由器R1路由器R2路由器

R3电话网局域网主机H1

向H2

发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2仅从数据链路层观察帧的流动在考虑数据链路层的时候，由于各层的独立性，我们可以仅从在数据链路层来考虑问题，而不需关心物理层和其他层。可以认为，物理层已经提供了一个稳定的、无过失的物理通道。数据链路层的许多概念都是计算机网络的重要概念，如HDLC协议、PPP协议等，我们将在广域网中详细介绍。LAN数据链路层标准EEE802制定了以太网和令牌环网、令牌总线网等一系列局域网标准，他们都涵盖了物理层和数据链路层。例如：以太网除了涉及数据链路层的数据帧定义与管理等以外，他还涉及到物理层的接口和线缆的定义。值得注意的是，物理传输介质与数据链路层使用的技术在理论上没有相关性，例如：以太网可以使用细缆也可以使用双绞线等多种介质来实现传输。在局域网一章中我们将详细讨论。IEEE802制定了系列局域网标准IEEE802.3：以太网IEEE802.4：令牌总线IEEE802.5：令牌环IEEE802.11：无线局域网IEEE802标准涵盖了物理层和数据链路层WAN数据链路层标准与局域网比较起来，广域网的地域范围更广，主要用于连接距离较远的网络，例如位于北京的公司分部与位于上海的总部实现互联。广域网是一个基于交换技术的网络，其网络节点〔如分组交换机〕负责将一个节点的数据转发到另一个节点，节点间的线路利用率高。相比局域网采用播送方式发送数据，广域网数据链路层实现技术复杂。广域网的数据链路层需要将数据封装成适合在广域网线路上传输的帧，保证数据的可靠传递。通常，广域网效劳有电信运营商提供，如中国电信、中国网通等，它们提供的WAN效劳比较多WAN数据链路层标准包括：HDLC、PPP、FrameRelay等。HDLC协议高级数据链路控制〔High-LevelDataLinkControl或简称HDLC〕，是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议，它是由国际标准化组织(ISO)根据IBM公司的SDLC(SynchronousDataLinkControl)协议扩展开发而成的。链路控制协议着重于对分段成物理块或包的数据的逻辑传输，块或包由起始标志引导并由终止标志结束，也称为帧。帧是每个控制、每个响应以及用协议传输的所有信息的媒体的工具。所有面向比特的数据链路控制协议均采用统一的帧格式，不管是数据还是单独的控制信息均以帧为单位传送。HDLC--0比特插入法每个帧前、后均有一标志码01111110,用作帧的起始、终止指示及帧的同步。标志码不允许在帧的内部出现，以免引起畸意。为保证标志码的唯一性但又兼顾帧内数据的透明性，可以采用“0比特插入法〞来解决。该法在发送端监视除标志码以外的所有字段，当发现有连续5个“1〞出现时，便在其后添插一个“0〞，然后继续发后继的比特流。在接收端，同样监除起始标志码以外的所有字段。当连续发现5个“1〞出现后，假设其后一个比特“0〞那么自动删除它，以恢复原来的比特流；假设发现连续6个“1〞，那么可能是插入的“0〞发生过失变成的“1〞，也可能是收到了帧的终止标志码。后两种情况，可以进一步通过帧中的帧检验序列来加以区分。“0比特插入法〞原理简单，很适合于硬件实现。HDLC特点协议不依赖于任何一种字符编码集；数据报文可透明传输，用于实现透明传输的“0比特插入法〞易于硬件实现；全双工通信，不必等待确认便可连续发送数据，有较高的数据链路传输效率；所有帧均采用ＣＲＣ校验，对信息帧进行编号，可防止漏收或重份，传输可靠性高；传输控制功能与处理功能别离，具有较大灵活性和较完善的控制功能。由于以上特点，目前网络设计普遍支持使用ＨＤＬＣ作为数据链路管制协议。HDLC的帧格式：标志字段〔8位〕、地址字段〔8〕、控制字段〔8〕、信息字段〔可变长〕、帧校验序列字段组成〔16〕、标志字段〔8位〕。标志字段〔8位01111110〕标示1帧的起始和终止。空闲时全部发送标示字段。PPP协议Point-to-PointProtocol点对点协议，是继HDLC协议后使用非常广泛的数据链路层协议，其应用范围包括拨号微机接入Internet访问效劳器、通过WAN访问内部LAN、VPN利用PPP实现二层隧道协议。也就是说，任何用户通过Modem拨号上网访问Internet效劳提供商ISP，或者通过DDN专线上网时，都要使用PPP。PPP是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。设计目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共通的解决方案。PPP协议的帧格式与HDLC非常相似，前3个和最后1个字段与HDL