CH2-b2.2數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

1、12.2 數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念l數(shù)據(jù)：預(yù)先約定的、具有某種含義的任何一個(gè)數(shù)字、字母或符號(hào)以及它們的組合。l數(shù)據(jù)通信：依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個(gè)功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息。l數(shù)據(jù)通信可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與終端以及終端與終端之間的數(shù)據(jù)信息傳遞。l通常而言，數(shù)據(jù)通信是計(jì)算機(jī)與通信相結(jié)合而產(chǎn)生的一種通信方式和通信業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)通信是一種把計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合起來(lái)的新型通信方式。 l數(shù)據(jù)通信包括數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)傳輸前后的處理（例如數(shù)據(jù)的集中、交換和控制等）。22.2.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)通信系

2、統(tǒng)是通過(guò)數(shù)據(jù)電路將分布在遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲(chǔ)和處理的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成示意圖數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成示意圖31、數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)終端設(shè)備l 數(shù)據(jù)終端設(shè)備（Data Terminal Equipment，DTE）由數(shù)據(jù)輸入（產(chǎn)生數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源）/輸出設(shè)備（接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)宿）和傳輸控制器組成。l DTE在數(shù)據(jù)通信中的作用類似于電話與電報(bào)通信中的電話機(jī)和電傳機(jī)，它把人們的信息變成以數(shù)字代碼表示的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)輸送到遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)，可以接收遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理結(jié)果數(shù)據(jù)，并將它變?yōu)槿藗兡芾斫獾男畔?。所以，DTE相當(dāng)于人和機(jī)器（計(jì)算機(jī)）之間的

3、接口。l DTE是一個(gè)總稱，根據(jù)實(shí)際需要采用不同的設(shè)備。例如，在發(fā)送數(shù)據(jù)中，DTE可以用鍵盤輸入器；在接收數(shù)據(jù)中，它可以是屏幕顯示設(shè)備（CRT），也可以是激光打印機(jī)，等等。當(dāng)然，具有一定處理功能的個(gè)人計(jì)算機(jī)也可稱為DTE。42、數(shù)據(jù)電路、數(shù)據(jù)電路l 數(shù)據(jù)電路由傳輸信道（傳輸數(shù)據(jù)）及其兩端的數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（Data Circuit-Terminating Equipment，DCE）組成。l 數(shù)據(jù)電路位于DTE與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間，它的作用是為數(shù)據(jù)通信提供數(shù)字傳輸信道。l 在數(shù)據(jù)電路兩端收發(fā)的是二進(jìn)制“1”或“0”的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。數(shù)據(jù)傳輸電路要保證將DTE的數(shù)據(jù)信號(hào)送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)送

4、回DTE。5l 傳輸信道包括通信線路和通信設(shè)備。l 通信線路一般采用電纜、光纜、微波線路等；l 通信設(shè)備可分為模擬通信設(shè)備和數(shù)字通信設(shè)備，從而使傳輸信道分為模擬傳輸信道和數(shù)字傳輸信道。l 另外，傳輸信道中還包括通過(guò)交換網(wǎng)的連接或是專用線路的固定連接。6lDCE是DTE與傳輸信道的接口設(shè)備。發(fā)送方的DCE有兩項(xiàng)功能（接收方的DCE則實(shí)現(xiàn)與發(fā)送方相反的功能）：n將來(lái)自DTE的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行變換，使之消除原數(shù)據(jù)信號(hào)內(nèi)的直流分量，使信號(hào)功率譜與信道頻帶相適應(yīng)，并采取措施消除數(shù)據(jù)信號(hào)序列中長(zhǎng)串“1”或長(zhǎng)串“0”碼，因?yàn)閿?shù)據(jù)信號(hào)序列中的長(zhǎng)串“1”和長(zhǎng)串“0”碼不利于提取定時(shí)信號(hào)而可能導(dǎo)致收發(fā)雙方的失步；n當(dāng)

5、傳輸信道為模擬信道時(shí)，使來(lái)自DTE的基帶數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制為載頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)頻譜搬移。l調(diào)制解調(diào)器（Modem）是模擬信道最常見的DCE，它是調(diào)制器和解調(diào)器的結(jié)合。l當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)在數(shù)字信道上傳輸時(shí)，DCE變?yōu)閿?shù)據(jù)服務(wù)單元（Data Service Unit，DSU）。l如果數(shù)據(jù)信號(hào)直接在電纜中傳輸（即基帶傳輸），這時(shí)DCE只需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的變換功能。73、中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)l中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由通信控制器、主機(jī)及外圍設(shè)備組成。具有處理從數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)信息并將處理結(jié)果向相應(yīng)的數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸出的功能。l通信控制器是數(shù)據(jù)電路和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接口，控制與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接的全部通信信道，接收遠(yuǎn)

6、端DTE發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)，并向遠(yuǎn)端DTE發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)。通信控制器的主要功能：n對(duì)遠(yuǎn)程DTE一側(cè)來(lái)說(shuō)，是差錯(cuò)控制、終端的接續(xù)控制、確認(rèn)控制、傳輸順序控制和切斷等控制；n對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一側(cè)來(lái)說(shuō)，其功能是將線路上傳來(lái)的串行比特信號(hào)變成并行比特信號(hào)，或?qū)⒂?jì)算機(jī)輸出的并行比特信號(hào)變成串行比特信號(hào)。n在遠(yuǎn)程DTE一側(cè)有時(shí)也有類似的通信控制功能，但一般作為一塊通信控制板合并在DTE之中。l主機(jī)又稱中央處理機(jī)，由中央處理單元（CPU）、主存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備以及其它外圍設(shè)備組成。其主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 8l 數(shù)據(jù)鏈路是由控制裝置和數(shù)據(jù)電路組成。l 控制裝置包括DTE中的傳輸控制器和中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的通信控制

7、器?？刂蒲b置是按照雙方事先約定的規(guī)程進(jìn)行控制的。l 一般來(lái)說(shuō)，只有在建立起數(shù)據(jù)鏈路之后，通信雙方才能真正有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。92.2.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)l 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)主要從數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和數(shù)量來(lái)體現(xiàn)。l 質(zhì)量指信息傳輸?shù)目煽啃裕话阌谜`碼率來(lái)衡量。l 數(shù)量指標(biāo)包括兩方面：n信道的傳輸能力用信道容量來(lái)衡量；n信道上傳輸信息的速度相應(yīng)的指標(biāo)是數(shù)據(jù)傳輸速率。10（一）數(shù)據(jù)傳輸速率（一）數(shù)據(jù)傳輸速率l 數(shù)據(jù)傳輸速率有兩種度量單位：“波特率”和“比特率”。（1）波特率l 波特率又稱為波形速率或碼元速率。指數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，線路上每秒傳送的波形個(gè)數(shù)。其單位是“

8、波特”。l 設(shè)一個(gè)波形的持續(xù)周期為T，則波特率B可以由下式給出：B = 1/T（波特）11（一）數(shù)據(jù)傳輸速率（一）數(shù)據(jù)傳輸速率（2）比特率l 比特率又稱為信息速率，反映一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)每秒所傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)，單位是每秒比特（位），以bit/s或bps 表示。信息速率直接與波形速率和一個(gè)波形所攜帶的信息量有關(guān)，因此比特率S可以按下式計(jì)算： (bps)l 不難得知，當(dāng)n2時(shí)，數(shù)值上SB。但在多進(jìn)制時(shí)，S與B不相同。比如八進(jìn)制中n8，如果B1200波特，則信號(hào)傳輸速率S1200* 3600bps。nBS2log8log212（二）誤碼率（二）誤碼率l 誤碼率是衡量通信系統(tǒng)線路質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)。l

9、其定義為：二進(jìn)制符號(hào)在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，近似等于被傳錯(cuò)的二進(jìn)制符號(hào)數(shù)與所傳二進(jìn)制符號(hào)總數(shù)的比值，即：l 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，一般要求誤碼率低于10-9。傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)誤碼率eP13（三）信道容量（三）信道容量l 信道容量指信道能傳輸信息的最大能力，用單位時(shí)間內(nèi)最大可傳送的比特?cái)?shù)表示。l 模擬信道是一種連續(xù)信道，其信道容量可以根據(jù)香農(nóng)（Shannon）公式計(jì)算。l 香農(nóng)公式指出：如果輸入信道的加性高斯白噪聲功率為N（W），信道的帶寬為B（Hz），信號(hào)功率為S（W），則理論上該信道單位時(shí)間內(nèi)可能傳輸信息量的極限數(shù)值（即信道容量）為： （bit/s）)1 (log2NSBC

10、14（三）信道容量（三）信道容量l 數(shù)字信道是一種離散信道，對(duì)于對(duì)稱、平穩(wěn)、無(wú)記憶二進(jìn)制信道而言，如果正確傳輸?shù)母怕蕿閜，錯(cuò)誤傳輸?shù)母怕蕿閝（p+q=1），符號(hào)速率為r波特，則信道容量為： )/(loglog1 )/()(22sbitqqppryxHxHrC152.3 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?.3.1 環(huán)型拓?fù)洵h(huán)型拓?fù)鋖環(huán)型網(wǎng)絡(luò)將所有的節(jié)點(diǎn)連接形成一個(gè)閉合環(huán)路，任一節(jié)點(diǎn)送出的信號(hào)沿環(huán)單向傳輸，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)收到信號(hào)后，會(huì)對(duì)其做判斷，若本身即是目的地節(jié)點(diǎn)，則接收此信號(hào)；若不是，則繼續(xù)將信號(hào)往下一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送。l環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)有類似于中繼器的功能，可將接收到的信息恢復(fù)其原有的強(qiáng)度

11、后，再往下一節(jié)點(diǎn)傳送，因此，信息在傳送過(guò)程中，不會(huì)有衰減的現(xiàn)象。l環(huán)型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的例子有：IEEE802.5的令牌環(huán)及光纖環(huán)網(wǎng)。16環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖 17環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)：環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳輸延遲確定；（2）傳輸方向?yàn)閱我环较?，?jiǎn)化了信號(hào)傳輸路徑，這樣在高負(fù)載時(shí)，還可維持高速度和寬頻帶的傳輸效率。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)：環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)：（1）只要任一節(jié)點(diǎn)故障，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)癱瘓。針對(duì)這一缺點(diǎn)，在某些應(yīng)用場(chǎng)所，可增加備用環(huán)路來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性；（2）如果要新添加或移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，都需要首先停止整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作，將網(wǎng)絡(luò)切斷，然后插入新的節(jié)點(diǎn)或移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，這樣會(huì)增加架設(shè)成本。182.3.2 星型拓?fù)湫切屯?/p>

12、撲l 星型網(wǎng)絡(luò)將所有的工作站節(jié)點(diǎn)均連接至中央控制器（一般為服務(wù)器加上集線器HUB、交換機(jī)、路由器等），各節(jié)點(diǎn)呈星型分布，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都通過(guò)單獨(dú)的通信線路與中心節(jié)點(diǎn)相連。l 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)由中央控制器來(lái)管理控制，任何一對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的通信必須通過(guò)中央控制器的交換才能實(shí)現(xiàn)。l 星型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的例子有：PBX、IEEE 802.3以太網(wǎng)局域網(wǎng)。這類網(wǎng)絡(luò)多采用雙絞線作為傳輸介質(zhì)。19星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖20星型網(wǎng)絡(luò)主要的優(yōu)點(diǎn)：星型網(wǎng)絡(luò)主要的優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)；（2）擴(kuò)展性好，移動(dòng)方便：增加新的節(jié)點(diǎn)時(shí)，只需要從集線器或交換機(jī)等集中設(shè)備處新增一條連接線即可。同時(shí)，在一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障后，也可很方便的移除故障節(jié)點(diǎn)，

13、易于維護(hù)；（3）保密安全性較高。星型網(wǎng)絡(luò)主要的缺點(diǎn)：星型網(wǎng)絡(luò)主要的缺點(diǎn)：（1）可靠性較低，因?yàn)橐坏┲醒肟刂破鞴收?，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信便會(huì)完全癱瘓。（2）其中央控制器往往相當(dāng)復(fù)雜。尤其對(duì)于一個(gè)大型系統(tǒng)而言，該缺點(diǎn)尤其突出。212.3.3 總線拓?fù)淇偩€拓?fù)鋖 總線型網(wǎng)絡(luò)是利用總線作為所有節(jié)點(diǎn)的共同信道，其傳輸信息的方向?yàn)殡p向，當(dāng)要新增節(jié)點(diǎn)時(shí)，只要將節(jié)點(diǎn)接到最近的總線上即可。l 總線的端點(diǎn)必須連接終端組件，以避免網(wǎng)絡(luò)上回傳末端產(chǎn)生的無(wú)用回音信號(hào)。l 總線型網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用實(shí)例有：IEEE802.4的令牌總線網(wǎng)、ARCNET網(wǎng)。22總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖23總線型網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)：總線型網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)：（1）新增節(jié)點(diǎn)容易；（2）

14、任一節(jié)點(diǎn)故障，不會(huì)影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行?？偩€型網(wǎng)絡(luò)缺點(diǎn)：總線型網(wǎng)絡(luò)缺點(diǎn)：（1）同一時(shí)刻只允許一次通信，其它用戶必須等待該通信完成后，才可使用通信線路；（2）保密性差。242.3.4 樹型拓?fù)錁湫屯負(fù)鋖 樹型網(wǎng)絡(luò)可以看成是星型網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充。樹型網(wǎng)絡(luò)適用于匯集信息的應(yīng)用場(chǎng)合。l 節(jié)點(diǎn)按層次進(jìn)行連接，信息交換主要在上下節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，同層節(jié)點(diǎn)之間一般不進(jìn)行數(shù)據(jù)交換或交換數(shù)據(jù)量很小。25樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖 262.4 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)交換技術(shù)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)交換技術(shù)l 交換技術(shù)就是按照某種方式動(dòng)態(tài)分配傳輸線路資源所采用的技術(shù)。l 多用戶之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，為避免構(gòu)成全網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般將各用戶終端通過(guò)一個(gè)具有交換功

15、能的網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，使任何接入該網(wǎng)絡(luò)的用戶終端之前的數(shù)據(jù)通信均可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)適當(dāng)?shù)慕粨Q操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。l 常用的交換技術(shù)有三種：電路交換、報(bào)文交換和分組交換（包交換）。272.4.1 電路交換電路交換l 電路交換技術(shù)是面向連接的一種交換技術(shù)，即必須經(jīng)過(guò)“建立連接數(shù)據(jù)傳輸釋放連接”三個(gè)步驟的連網(wǎng)方式。l 在用戶雙方進(jìn)行通信之前，需要預(yù)先為通信雙方分配一條具有固定帶寬的實(shí)際的通信電路，通信雙方在通信過(guò)程中將自始至終占用所分配的資源，直到通信結(jié)束后拆除該通信電路。l 在電路的建立和釋放過(guò)程中都需要利用相關(guān)的信令協(xié)議。l 一般來(lái)說(shuō)，公眾電話網(wǎng)（PSTN網(wǎng)）和移動(dòng)網(wǎng)（GSM網(wǎng)和CDMA網(wǎng)）采用的都是電路交換技術(shù)。

16、 GSM-R就是采用電路交換技術(shù)。28電路交換方式的原理示意圖29l 電路交換的三個(gè)步驟：電路交換的三個(gè)步驟：（1）建立連接：n源節(jié)點(diǎn)發(fā)出呼叫請(qǐng)求，完成交換網(wǎng)中對(duì)所需節(jié)點(diǎn)逐個(gè)接續(xù)的過(guò)程，建立一條由源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸通道。（2）數(shù)據(jù)傳輸：n此時(shí)專用的物理傳輸通道已建立完畢，通信雙方可雙向交換數(shù)據(jù)。（3）釋放連接：n由源節(jié)點(diǎn)或目標(biāo)節(jié)點(diǎn)提出終止通信，發(fā)送釋放請(qǐng)求，各節(jié)點(diǎn)依次將建立的物理連接釋放。l 電路交換必定是面向連接的。電路交換必定是面向連接的。30電路交換優(yōu)點(diǎn)：電路交換優(yōu)點(diǎn)：（1）實(shí)時(shí)性強(qiáng)（2）時(shí)延?。?）交換設(shè)備成本較低 電路交換缺點(diǎn)：電路交換缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率不高，一旦電路被建立，

17、不管通信雙方是否處于通話狀態(tài)，分配的電路都一直被占用。 312.4.2 報(bào)文交換報(bào)文交換l 報(bào)文交換不要求在兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)之間建立專用的通信電路，而是采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行通信，以報(bào)文為傳送單元。 l 報(bào)文交換網(wǎng)中的用戶進(jìn)行通信時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)把要發(fā)送的所有信息組織成一個(gè)數(shù)據(jù)包，稱之為報(bào)文。報(bào)文是邏輯上完整的信息段，由傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和報(bào)頭組成，報(bào)頭中含有源地址和目標(biāo)地址。l 節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)頭中的目標(biāo)地址進(jìn)行路徑選擇，使完整的報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中按節(jié)點(diǎn)依次向前傳送。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收整個(gè)報(bào)文，并檢查目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址，然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的通信狀況在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。l 經(jīng)過(guò)多次的“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”，最后到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，因而這樣的

18、交換方式又稱為“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”方式。l 由于需要緩存收到的長(zhǎng)報(bào)文，因此交換節(jié)點(diǎn)需要有足夠大的存儲(chǔ)空間。32報(bào)文交換方式的原理示意圖33l 與電路交換相比，報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)是不建立專用的通信電路，線路空閑時(shí)可用于傳送其它通信對(duì)象的報(bào)文，因此線路利用率較高。l 但交換節(jié)點(diǎn)需要對(duì)收到的各路報(bào)文進(jìn)行緩存和排隊(duì)，然后查找各自的下一節(jié)點(diǎn)，依次進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，因此會(huì)因?yàn)楣?jié)點(diǎn)報(bào)文的排隊(duì)等待而造成傳輸延遲。l 在實(shí)際應(yīng)用中，報(bào)文交換主要用于傳輸報(bào)文較短、實(shí)時(shí)性要求較低的通信業(yè)務(wù)，如公用電報(bào)網(wǎng)、電子郵件系統(tǒng)（E-mail）等適合采用報(bào)文交換方式。342.4.3 分組交換分組交換l 分組交換屬于“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”和面向無(wú)連接的交

19、換方式，以更短、標(biāo)準(zhǔn)的“分組”為單位進(jìn)行交換和傳輸。l 分組交換將需要傳送的數(shù)據(jù)按照一定的長(zhǎng)度分割成許多小段數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)之前增加相應(yīng)的用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選路和校驗(yàn)等功能的頭部字段，作為數(shù)據(jù)傳送的基本單元，即分組。然后采用類似于報(bào)文交換的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中依次傳送分組。l 每個(gè)節(jié)點(diǎn)首先將前一節(jié)點(diǎn)送來(lái)的分組收下并保存在緩沖區(qū)中，然后根據(jù)分組頭部中的地址信息選擇適當(dāng)?shù)逆溌穼⑵浒l(fā)送至下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣在通信過(guò)程中可以根據(jù)用戶的要求和網(wǎng)絡(luò)的能力來(lái)動(dòng)態(tài)分配帶寬。l 最后，目的節(jié)點(diǎn)把收到的所有分組進(jìn)行組合，生成報(bào)文。35分組交換方式的原理示意圖36l 分組交換比電路交換的電路利用率高，比報(bào)文交換的數(shù)據(jù)

20、傳送效率高。l 分組交換分為數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路兩種方式。n數(shù)據(jù)報(bào)方式中，每個(gè)分組均帶有全稱網(wǎng)絡(luò)地址（源地址、目標(biāo)地址），可走不同的路徑，例如：IP網(wǎng)絡(luò)。n虛電路方式是電路交換和分組交換的結(jié)合，分建立虛電路、沿建立的虛電路傳輸數(shù)據(jù)、拆除虛電路三個(gè)階段。372.4.4 三種交換技術(shù)的總結(jié)三種交換技術(shù)的總結(jié)l 電路交換方式對(duì)于語(yǔ)音通信是最優(yōu)的一種交換方式。另外，若要傳送的數(shù)據(jù)量很大，且其傳送時(shí)間遠(yuǎn)大于呼叫時(shí)間，則采用電路交換較為合適。l 但由于數(shù)據(jù)通信具有很強(qiáng)的突發(fā)性，其峰值比特率和平均比特率相差較大，同時(shí)，數(shù)據(jù)通信對(duì)實(shí)時(shí)性要求較低，但需要保證無(wú)差錯(cuò)傳輸。因此，電路交換具有較大的局限性。l 數(shù)據(jù)通信最適

21、合的交換方式是分組交換。而且，當(dāng)端到端的數(shù)據(jù)通路有很多段的鏈路組成時(shí)，采用分組交換傳送數(shù)據(jù)較為合適。從提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信道利用率上看，報(bào)文交換和分組交換優(yōu)于電路交換。l 其中分組交換比報(bào)文交換的時(shí)延小，尤其適合于計(jì)算機(jī)之間的突發(fā)式的數(shù)據(jù)通信。在高帶寬的通信中更為經(jīng)濟(jì)、合理、可靠，是目前公認(rèn)較好的一種交換技術(shù)。382.5 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.5.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念l 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是由許多具有信息交換和處理功能的節(jié)點(diǎn)互聯(lián)而成的，要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須遵守為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而建立的有關(guān)數(shù)據(jù)格式及時(shí)序等規(guī)則、約定或標(biāo)準(zhǔn)，這些規(guī)則、約定或標(biāo)準(zhǔn)稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)

22、議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)不可缺少的組成部分。l 為了減少協(xié)議設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，最好的組織方式是層次結(jié)構(gòu)模型。大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都按層或級(jí)的方式來(lái)組織，每一層都建立在它的下層之上。不同的網(wǎng)絡(luò)，其層的數(shù)量、各層的內(nèi)容和功能都不盡相同。然而，各層的協(xié)議相互獨(dú)立。l 由每一層實(shí)現(xiàn)一種相對(duì)獨(dú)立的功能，可將一個(gè)難以處理的復(fù)雜問題分解為若干個(gè)較容易處理的較小的問題。這就是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)所要解決的問題。l 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是一種形式化的邏輯結(jié)構(gòu)，定義了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和軟件如何相互作用和運(yùn)行。它詳細(xì)說(shuō)明了通信協(xié)議、消息格式和互操作所需要的標(biāo)準(zhǔn)。在特定的體系結(jié)構(gòu)內(nèi)創(chuàng)建的新硬件或軟件產(chǎn)品通常與在相同體系結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建的其它產(chǎn)品兼容。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)

23、構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)化組織和生產(chǎn)廠商設(shè)計(jì)。l 這樣做的好處是：各層之間是獨(dú)立的；靈活性強(qiáng)；結(jié)構(gòu)上可分割；易于實(shí)現(xiàn)和推廣；能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。392.5.2 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）/開放系統(tǒng)互連（開放系統(tǒng)互連（OSI ）網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型圖40表2-1 OSI參考模型中的七個(gè)層次層號(hào)層的中文名稱層的英文名稱層的英文縮寫7應(yīng)用層Application LayerA6表示層Presentation LayerP5會(huì)話層Session LayerS4運(yùn)輸層Transport LayerT3網(wǎng)絡(luò)層Network LayerN2數(shù)據(jù)鏈路層Data Link LayerDL1物理層P

24、hysical LayerPHOSI參考模型中的七個(gè)層次參考模型中的七個(gè)層次41物理層物理層l 物理層處于OSI模型的最低層。物理層的主要功能是利用物理傳輸媒介為它的上一層（數(shù)據(jù)鏈路層）提供物理連接，以便透明地傳送比特流。 在物理層上所傳數(shù)據(jù)的單位是比特流。l 物理層要解決的是比特流在通信信道的傳輸問題?！巴该鳌边@一術(shù)語(yǔ)表示某一個(gè)實(shí)際存在的事物看起來(lái)好像不存在一樣?！巴该鞯貍魉捅忍亓鳌北硎窘?jīng)過(guò)實(shí)際線路的傳送后，比特流沒有發(fā)生變化，即這個(gè)實(shí)際電路對(duì)比特流來(lái)說(shuō)是透明的?；蛘哒f(shuō)，對(duì)于比特流來(lái)說(shuō)，這個(gè)實(shí)際線路好像是看不見的。l 設(shè)計(jì)這一層時(shí)，主要考慮的是有關(guān)機(jī)械方面及電氣方面的功能和規(guī)程。它應(yīng)保證當(dāng)發(fā)

25、送方發(fā)“1”碼時(shí)，接收方也應(yīng)收到“1”碼，而不是“0”碼。還要考慮多少伏特的電壓代表“1”碼，多少伏特的電壓代表“0”碼等。同時(shí)，還要確定網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)設(shè)備的連接需要多少引腳，每一引腳用作什么用途等問題。42數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層l 數(shù)據(jù)鏈路層的功能是提供建立、維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路連接的有關(guān)功能和規(guī)程。l 在物理層提供比特流傳輸服務(wù)的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)建立數(shù)據(jù)鏈路連接，傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)。l 每一幀中包括一定數(shù)量的數(shù)據(jù)信息和一些必要的控制信息。這一層通過(guò)差錯(cuò)控制、流量控制等方法，使可能有差錯(cuò)的物理線路變成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路，即從網(wǎng)絡(luò)層向下看到的好像是一條無(wú)差錯(cuò)的鏈路。 43網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層l 網(wǎng)絡(luò)層是

26、OSI參考模型七層中最為復(fù)雜的一層。在網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)的傳送單位是分組（或稱為包）。l 在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)中進(jìn)行通信的兩個(gè)系統(tǒng)之間可能要經(jīng)過(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)和鏈路，也可能還要經(jīng)過(guò)若干個(gè)通信子網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層的功能是通過(guò)路由選擇，使通信系統(tǒng)中的發(fā)送端的傳輸層傳下來(lái)的分組能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地找到接收端，并交付給其傳輸層。l 當(dāng)一個(gè)通信子網(wǎng)中到達(dá)某個(gè)節(jié)點(diǎn)的分組過(guò)多時(shí)，網(wǎng)絡(luò)層要具有擁塞控制功能，以防止產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞以至癱瘓的現(xiàn)象發(fā)生。l 網(wǎng)絡(luò)層還有一項(xiàng)任務(wù)，就是向網(wǎng)絡(luò)工作人員提供每個(gè)用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的信息分組數(shù)，或者字符數(shù)，或者比特?cái)?shù)，以此作為收費(fèi)的依據(jù)。l 對(duì)于一個(gè)通信子網(wǎng)，它只包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層這樣的最低三層。44

27、運(yùn)輸層運(yùn)輸層l 運(yùn)輸層是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中最為關(guān)鍵的一層，也稱為傳輸層或者傳送層等。l 運(yùn)輸層的功能是向高層屏蔽下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)，透明地傳送報(bào)文，達(dá)到為用戶提供可靠的端到端的服務(wù)的目的。l 在傳輸層，數(shù)據(jù)的傳送單位是報(bào)文。當(dāng)報(bào)文較長(zhǎng)時(shí)，先要把它分割成若干個(gè)分組，然后再交給網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行傳輸。l 傳輸層要通過(guò)通信子網(wǎng)的特性，最佳地利用網(wǎng)絡(luò)資源，并以最可靠、最經(jīng)濟(jì)的方式為上一層建立運(yùn)輸連接，即為上一層提供一個(gè)可靠的端到端的服務(wù)。l 傳輸層只存在于端系統(tǒng)中（即主機(jī)中），所以有時(shí)這一層又稱為主機(jī)-主機(jī)層。45會(huì)話層會(huì)話層l 會(huì)話層也可稱為會(huì)晤層或?qū)υ拰?。此層及以上各層中，?shù)據(jù)的傳送單位一般都稱為報(bào)文。l 會(huì)

28、話層可視為進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的接口。在用戶之間建立一個(gè)連接，可視為一次會(huì)話。通過(guò)一次會(huì)話，可以使兩個(gè)系統(tǒng)之間傳送文件。l 會(huì)話層的功能就是在兩個(gè)互相通信的應(yīng)用進(jìn)程之間，建立、組織和同步其會(huì)話，并管理數(shù)據(jù)的交換。l 會(huì)話層的另一功能是對(duì)會(huì)話連接進(jìn)行管理和控制。46表示層表示層l 表示層的主要功能是對(duì)兩個(gè)通信系統(tǒng)中所交換信息的表示方式進(jìn)行處理，其中包括數(shù)據(jù)格式交換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能。l 表示層的配置是獨(dú)立的，它將欲交換的數(shù)據(jù)從適合于某一用戶的抽象語(yǔ)法，變換為適合于OSI系統(tǒng)內(nèi)部使用的傳送語(yǔ)法。l 正是由于表示層提供的服務(wù)，才使得各應(yīng)用進(jìn)程間可以相互通信。47應(yīng)用層應(yīng)用層l 應(yīng)用層向終端用

29、戶提供直接服務(wù)。應(yīng)用層的功能是確定應(yīng)用進(jìn)程之間通信的性質(zhì)，以滿足用戶的需要。同時(shí)應(yīng)用層還要負(fù)責(zé)用戶信息的語(yǔ)義表示，并在兩個(gè)通信用戶之間進(jìn)行語(yǔ)義匹配。l 開放系統(tǒng)互聯(lián)管理的主要內(nèi)容是在各應(yīng)用進(jìn)程中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸所需連接的建立、維持、釋放和數(shù)據(jù)記錄等功能?？梢哉J(rèn)為在OSI的七層模型中，所有其它各層的目的只是為了支持應(yīng)用層。l OSI的七層中低三層（一至三層）是面向網(wǎng)絡(luò)通信的，高三層（五至七層）是完全面向信息處理的，而第四層是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信的最高層，介于面向通信的低三層與面向信息處理的高三層之間，起連接作用。48l OSI參考模型作為一個(gè)通用參考模型，需要考慮如何解決各方面可能遇到的問題，需要具備豐富的功能。l 實(shí)際使用的通信網(wǎng)絡(luò)，要構(gòu)成開放互聯(lián)系統(tǒng)，應(yīng)該如何制定和選擇通信模型，七層OSI參考模型是否適應(yīng)通信環(huán)境，這是應(yīng)該考慮的重要問題。l 例如：對(duì)于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，u如果按照七層OSI參考模型，由于層間操作與轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性，網(wǎng)絡(luò)接口的造價(jià)與時(shí)間開銷顯得過(guò)高。u因此，為滿足實(shí)時(shí)性要求，也為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的低成本，現(xiàn)場(chǎng)總線采用的通信模型大都在ISO模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了不同程度的簡(jiǎn)化。492.6 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備2.6.1 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基本概念網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基本概念l 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是指將分