第三章 通信子網(wǎng)

1、第三章第三章通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)本章重點本章重點l基本概念基本概念 多路復用多路復用l信道信道 數(shù)據(jù)交換技術數(shù)據(jù)交換技術l傳輸媒體傳輸媒體 差錯控制差錯控制l編碼編碼第三章 通信子網(wǎng) 3.1 3.1 通信基本原理通信基本原理 3.2 3.2 計算機網(wǎng)互聯(lián)的硬件設計算機網(wǎng)互聯(lián)的硬件設備備 3.3 3.3 網(wǎng)絡拓撲結構與分類網(wǎng)絡拓撲結構與分類 3.4 3.4 網(wǎng)絡的傳輸介質網(wǎng)絡的傳輸介質 3.5 3.5 網(wǎng)絡互聯(lián)設備產品網(wǎng)絡互聯(lián)設備產品計算機網(wǎng)絡的兩大基本功能：計算機網(wǎng)絡的兩大基本功能：數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)通信本身是一門獨立的學科。數(shù)據(jù)通信本身是一門獨立的學科。3.1 3.1

2、通信基本原理通信基本原理 數(shù)據(jù)通信就是依照通信數(shù)據(jù)通信就是依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術在協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術在兩個功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)兩個功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息。信息。 數(shù)據(jù)通信與傳統(tǒng)電報或電話數(shù)據(jù)通信與傳統(tǒng)電報或電話相比的特點：相比的特點：實現(xiàn)的計算機之間或計算機與人實現(xiàn)的計算機之間或計算機與人之間的通信，需要定義嚴格的通信之間的通信，需要定義嚴格的通信協(xié)議或標準。協(xié)議或標準。數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和可靠性高。數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和可靠性高。誤碼率要求小于誤碼率要求小于108，而語音和，而語音和電視系統(tǒng)只有電視系統(tǒng)只有102。傳輸速率高。傳輸速率高。通信持續(xù)時間差異較大。通信持續(xù)時間差異較大。數(shù)

3、據(jù)通信具有靈活的接口功能數(shù)據(jù)通信具有靈活的接口功能以滿足各式各樣的計算機和終端以滿足各式各樣的計算機和終端間的相互通信。間的相互通信。例如：通信速率、編碼格式、例如：通信速率、編碼格式、同步方式和通信規(guī)程等同步方式和通信規(guī)程等。通信子網(wǎng)：通信子網(wǎng)： 傳輸信道：傳輸線，邏輯信道。傳輸信道：傳輸線，邏輯信道。 交換單元：一種特殊的計算機，交換單元：一種特殊的計算機，用于連接兩個或更多條傳輸線。（常用于連接兩個或更多條傳輸線。（常被稱為分組交換結點、中介系統(tǒng)、數(shù)被稱為分組交換結點、中介系統(tǒng)、數(shù)據(jù)開關交換、路由器據(jù)開關交換、路由器等。）傳輸介質與信道的關系：傳輸介質與信道的關系：兩者是不同的。兩者是不

4、同的。傳輸介質是用來連接兩個或多個傳輸介質是用來連接兩個或多個網(wǎng)絡結點的物理電路。網(wǎng)絡結點的物理電路。信道是建立在傳輸介質之上的信道是建立在傳輸介質之上的包括傳輸信道和設備，還有邏輯包括傳輸信道和設備，還有邏輯信道的含義。信道的含義。在同一條物理傳輸介質上可以在同一條物理傳輸介質上可以建立多條通信信道建立多條通信信道。3.1.1 3.1.1 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)數(shù)據(jù)(Data)：傳遞（攜帶）信息的實體，信息：傳遞（攜帶）信息的實體，信息(Information)則是數(shù)據(jù)的內容或解釋。則是數(shù)據(jù)的內容或解釋。 -模擬模擬(Analog)數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)與數(shù)字(Digital)數(shù)

5、據(jù)數(shù)據(jù)l信號信號(Signal)：數(shù)據(jù)的物理量編碼（：數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編通常為電編碼）碼），數(shù)據(jù)以信號的形式傳播。，數(shù)據(jù)以信號的形式傳播。 -模擬信號與數(shù)字信號模擬信號與數(shù)字信號 -基帶基帶( Base band ) 與寬帶與寬帶( Broadband )信號信號一些術語一些術語l信道信道(Channel)：傳送信息的線路（或通路）。：傳送信息的線路（或通路）。l比特率比特率(Bit Rate)：數(shù)據(jù)傳輸速率：數(shù)據(jù)傳輸速率 (bps，b/s)。l碼元碼元(Code Cell)：時間軸上的一個信號編碼單元：時間軸上的一個信號編碼單元t碼元碼元1碼元碼元2碼元碼元3碼元碼元4碼元碼元5信

6、號信號同步脈沖同步脈沖同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元的開始同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元的開始l波特率波特率(Baud)：每秒傳送的碼元數(shù)：每秒傳送的碼元數(shù)(即信號傳送速率即信號傳送速率)。 1 Baud = （log2M） bps 其中其中M是信號的編碼級數(shù)。也可以寫成是信號的編碼級數(shù)。也可以寫成 Rbit = Rbaud log2M 一個信號往往可以攜帶多個二進制位，所以在固定一個信號往往可以攜帶多個二進制位，所以在固定的信息傳輸速率下，比特率往往大于波特率。的信息傳輸速率下，比特率往往大于波特率。 換句話說，一個碼元中可以傳送多個比特（換句話說，一個碼元中可以傳送多個比特

7、（bit）。）。 帶寬帶寬(Bandwidth)：信號或信道占據(jù)的頻率范圍：信號或信道占據(jù)的頻率范圍 信道容量信道容量(Channel capacity)：信道的最大數(shù)據(jù)率：信道的最大數(shù)據(jù)率 誤碼率誤碼率(Bit error rate)：信道傳輸可靠性指標：信道傳輸可靠性指標 P= 錯誤的位數(shù)錯誤的位數(shù) / 傳輸?shù)目偽粩?shù)傳輸?shù)目偽粩?shù)信息編碼：信息編碼：將信息用二進制數(shù)表示的方法。將信息用二進制數(shù)表示的方法。數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的規(guī)則將數(shù)據(jù)用物理量表示的規(guī)則。 例如：字母例如：字母A的的ASCII編碼為編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為，其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t通

8、信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型通信的三個要素：信源、信宿和信道通信的三個要素：信源、信宿和信道任何一個通信系統(tǒng)都可以抽象為以下模型：任何一個通信系統(tǒng)都可以抽象為以下模型：噪聲噪聲信源信源編碼編碼調制調制信道信道解調解調解解碼碼信宿信宿編碼器：編碼器：數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)適合傳輸?shù)倪m合傳輸?shù)男盘栃盘柋阌谧R別、糾錯便于識別、糾錯調制器：調制器：信號信號適合傳輸?shù)男芜m合傳輸?shù)男问绞桨窗搭l率、幅度、相位頻率、幅度、相位解解碼器：傳輸碼器：傳輸信號信號原始原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)解調器：接收波形解調器：接收波形數(shù)字數(shù)字信號信號序列序列信息信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號信號在介質上傳輸在介質上傳輸信號信號數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信息信息通信系統(tǒng)的任務通信系統(tǒng)的任務信

9、息通過通信系統(tǒng)傳輸信息通過通信系統(tǒng)傳輸 把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號形式通過把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號形式通過 介質傳送到目的地。介質傳送到目的地。信息和數(shù)據(jù)（信息和數(shù)據(jù)（0、1比特）不能直接在介質上傳輸比特）不能直接在介質上傳輸。通信系統(tǒng)的構成通信系統(tǒng)的構成數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)： 1）傳輸線路（包括傳輸介質和中繼設備）傳輸線路（包括傳輸介質和中繼設備） 2）傳輸設備：調制解調器、多路復用器、交換機、）傳輸設備：調制解調器、多路復用器、交換機、路由器等路由器等數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：主要是指計算機。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：主要是指計算機。通信基本過程通信基本過程包含兩項內容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制包含兩項內容：數(shù)

10、據(jù)傳輸和通信控制建立物理連接建立物理連接建立邏輯連接建立邏輯連接數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送斷開邏輯斷開邏輯連接連接斷開物理連接（對比：打電話的過程）斷開物理連接（對比：打電話的過程）1.數(shù)字信道和模擬信道數(shù)字信道和模擬信道數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)據(jù)的信道。數(shù)據(jù)的信道。模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。道。2.模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：時間上連續(xù)，包含無窮多個值模擬信號：時間上連續(xù)，包含無窮多個值數(shù)字信號：時間上離散，僅包含有限數(shù)目的預定值數(shù)字信號：時間上離散，僅包含有限數(shù)目的預

11、定值tta) 模擬信號b) 數(shù)字信號3.周期信號和非周期信號周期信號和非周期信號周期信號：信號由不斷重復的固定模式組成周期信號：信號由不斷重復的固定模式組成（如正弦（如正弦波）波）非周期信號：信號沒有固定的模式和波形循環(huán)非周期信號：信號沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語（如語音的音波信號）音的音波信號），能被分解成無數(shù)個周期信號的疊加。，能被分解成無數(shù)個周期信號的疊加。ttTTTTTT周期信號周期信號數(shù)字通信的優(yōu)點數(shù)字通信的優(yōu)點 抗噪聲（干擾）能力強抗噪聲（干擾）能力強 可以控制差錯，提高了傳輸質量可以控制差錯，提高了傳輸質量 便于用計算機進行處理便于用計算機進行處理 易于加密、保密性強易于加密、

12、保密性強 可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活 僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信。 如用如用modem通過撥號線路傳輸數(shù)字信號通過撥號線路傳輸數(shù)字信號。數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字數(shù)據(jù)信號：模擬信號、數(shù)字信號信號：模擬信號、數(shù)字信號 信道：模擬信道、數(shù)字信道信道：模擬信道、數(shù)字信道不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種組合，種組合，每一種相應地需要進行不同的編碼處理。每一種相應地需要進行不同的編碼處理。 模擬傳輸和數(shù)字傳輸模擬傳輸和數(shù)字傳輸話音話

13、音模擬傳輸模擬傳輸模擬模擬數(shù)字數(shù)字模擬模擬模擬模擬CODEC數(shù)字數(shù)字數(shù)字數(shù)字數(shù)字編碼數(shù)字編碼數(shù)字數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號模擬數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010ModemEncoderDecoderModulatorDemodulator編碼和調制編碼和調制用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼編碼用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調制調制2. 數(shù)字數(shù)據(jù)的調制編碼數(shù)字數(shù)據(jù)的調制編碼三種常用的調制技術：三種常用的調制技術： 1） 幅移鍵控幅移鍵控ASK(

14、Amplitude Shift Keying)，調幅，調幅 2） 頻移鍵控頻移鍵控FSK(Frequency Shift Keying)，調頻，調頻3） 相移鍵控相移鍵控PSK(Phase Shift Keying) ，調相，調相 基本原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進行調制?；驹恚河脭?shù)字信號對載波的不同參量進行調制。 載波載波 S(t) = A cos ( t+ ) S(t)的參量包括的參量包括： 幅度幅度A、頻率頻率 、相位相位 調制就是調制就是要使這三個參量隨要使這三個參量隨數(shù)字數(shù)字基帶信號的變化而變化基帶信號的變化而變化PSK：用載波的兩個不同振幅表示：用載波的兩個不同振幅表示0(

15、0v)和和1(+5v)FSK：用載波的兩個不同頻率表示：用載波的兩個不同頻率表示0(1.2KHz)和和1(2.4KHz)PSK：用載波的起始相位的變化表示：用載波的起始相位的變化表示0 (同相同相)和和1(反相反相)多級調制方法多級調制方法1 -單參量多級調制單參量多級調制數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)率 = 信號速率信號速率 x log2M M：調制級數(shù)：調制級數(shù)多級調制方法多級調制方法2 多參量多級調制多參量多級調制4590180270135315225D/AA/DA/DD/AD/AA/D V.34(28.8-33.6kbps)最大的噪聲來源于最大的噪聲來源于模數(shù)轉換模數(shù)轉換的量化噪聲，信道容量極限值約的量化

16、噪聲，信道容量極限值約 35kbpsD/AA/DD/A V.90(56kbps)交換機交換機1交換機交換機2ISP V.34(28.8-33.6kbps)模擬模擬模擬模擬數(shù)字數(shù)字數(shù)字數(shù)字數(shù)字數(shù)字數(shù)字數(shù)字模擬模擬上行仍需上行仍需模數(shù)模數(shù)(A/D)轉換轉換，速率最高為，速率最高為35kbps；下行則可達；下行則可達56Kbps3. 數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼 l l不歸零制不歸零制(NRZ，Non-Return to Zero) 二進制數(shù)字二進制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示。分別用兩種電平來表示。常用常用5V表示表示0，5V表示表示1。 缺點：存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器

17、；缺點：存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器； 不具備自同步機制，必須使用外同步。不具備自同步機制，必須使用外同步。l l曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼(Manchester code) 用電壓的變化表示用電壓的變化表示0和和1。 規(guī)定在規(guī)定在每個碼元的中間每個碼元的中間發(fā)生跳變：發(fā)生跳變： 高高 低的跳變低的跳變0，低，低高的跳變高的跳變1 每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號，使接收端的時鐘與變化提取出來作為同步信號，使接收端的時鐘與發(fā)送設備的時鐘保持一致。發(fā)送設備的時鐘保持一致。 曼徹斯特編碼也稱為自同步碼（曼徹斯特編碼也稱為自同步

18、碼（Self-Synchronizing Code）。它具有自同步機制，無需外同步信號。）。它具有自同步機制，無需外同步信號。 缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的據(jù)速率的2倍）。倍）。l l差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼(Differential Manchester code) 與與曼徹斯特編碼相同，曼徹斯特編碼相同，在每個碼元的中間，信在每個碼元的中間，信號都會發(fā)生跳變；不同之處在于：號都會發(fā)生跳變；不同之處在于： 用在碼元開始處有無跳變來表示用在碼元開始處有無跳變來表示0和和1 ： 碼元開始處有跳變碼元開始處有跳變0 碼元開始處無跳

19、變碼元開始處無跳變1三種數(shù)字編碼的波形圖三種數(shù)字編碼的波形圖4. 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼奈奎斯特定理（采樣定理）：奈奎斯特定理（采樣定理）： 如果連續(xù)變化的模擬信號最高頻率為如果連續(xù)變化的模擬信號最高頻率為F，若以，若以2F的采樣頻率對其采樣，則采樣得到的離散信的采樣頻率對其采樣，則采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復出原始信號。號序列就能完整地恢復出原始信號。語音信號要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語音信號轉換語音信號要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語音信號轉換成數(shù)字信號。這需要經(jīng)過三個步驟：成數(shù)字信號。這需要經(jīng)過三個步驟： 1）采樣）采樣按一定間隔對語音信號進行采樣按一定間隔對語

20、音信號進行采樣 2）量化）量化對每個樣本舍入到量化級別上對每個樣本舍入到量化級別上 3）編碼）編碼對每個舍入后的樣本進行編碼對每個舍入后的樣本進行編碼采樣電路采樣電路量化和編碼量化和編碼-話音信道帶寬話音信道帶寬 2倍倍話音話音最大頻率最大頻率)-量化級數(shù)：量化級數(shù)：256級級 (8位二進制碼表示位二進制碼表示)-數(shù)據(jù)率：數(shù)據(jù)率：8000次次/s*8bit = 64Kb/s 每路每路PCM信號信號的速率的速率 = 64000bps編碼后的信號稱為編碼后的信號稱為PCM（Pulse Coded Modulation）信號（脈碼調制）信號（脈碼調制信號）信號）PCM轉換過程舉例轉換過程舉例PCM

21、轉換波形圖轉換波形圖BACD采樣電路采樣電路量化和編碼量化和編碼3.1.3 數(shù)據(jù)通信類型數(shù)據(jù)通信類型模擬數(shù)據(jù)，模擬信號，模擬傳輸。模擬數(shù)據(jù)，模擬信號，模擬傳輸。例子：收音機例子：收音機數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號，數(shù)字傳輸。數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號，數(shù)字傳輸。例子：家庭上網(wǎng)例子：家庭上網(wǎng)數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)囊蛩兀簲?shù)據(jù)成功傳輸?shù)囊蛩兀盒盘柕馁|量和傳輸媒體的性能。信號的質量和傳輸媒體的性能。3.1.4 數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式串行通信：數(shù)據(jù)流依時間順序，一比特接一比特串行通信：數(shù)據(jù)流依時間順序，一比特接一比特的在信道上傳輸。的在信道上傳輸。存在同步問題。存在同步問題。 收發(fā)雙方只需要一條傳輸信道，易于實現(xiàn)，收發(fā)雙方只需

22、要一條傳輸信道，易于實現(xiàn)，是目前廣為使用的一種傳輸方式。是目前廣為使用的一種傳輸方式。并行通信：數(shù)據(jù)以成組的方式在多個并行信道并行通信：數(shù)據(jù)以成組的方式在多個并行信道上同時進行傳輸。上同時進行傳輸。例如將構成一個字符的幾個二進制比特分別通例如將構成一個字符的幾個二進制比特分別通過幾個并行的信道進行傳輸。過幾個并行的信道進行傳輸。收發(fā)雙方不存在同步問題。收發(fā)雙方不存在同步問題。 單工：數(shù)據(jù)單向單工：數(shù)據(jù)單向傳輸傳輸（無線電廣播）（無線電廣播） 半雙工：數(shù)據(jù)半雙工：數(shù)據(jù)可以可以雙向雙向傳輸傳輸，但不能，但不能在在同同一時刻雙向一時刻雙向傳輸傳輸（對講機）（對講機） 全全雙工：數(shù)據(jù)可同時雙向雙工：數(shù)

23、據(jù)可同時雙向傳輸傳輸（電話）（電話） 兩個方向的信號共享鏈路帶寬：兩個方向的信號共享鏈路帶寬： 1）鏈路具有兩條物理上獨立的傳輸線路，或）鏈路具有兩條物理上獨立的傳輸線路，或 2）將帶寬一分為二，分別用于不同方向的信號傳輸）將帶寬一分為二，分別用于不同方向的信號傳輸同步就是要接收方按照發(fā)送方發(fā)送同步就是要接收方按照發(fā)送方發(fā)送的每個碼元起止時刻和速率來接的每個碼元起止時刻和速率來接收數(shù)據(jù)。收數(shù)據(jù)。異步通信：每傳送一個字符都要求異步通信：每傳送一個字符都要求在字符碼前面加一個起始位，以在字符碼前面加一個起始位，以表示字符代碼的開始，在字符代表示字符代碼的開始，在字符代碼和校驗碼后面加一個停止位，碼

24、和校驗碼后面加一個停止位，表示字符結束。表示字符結束。適用于低速終端設備。適用于低速終端設備。同步通信：在發(fā)送字符之前同步通信：在發(fā)送字符之前先發(fā)送一組同步字符，使收先發(fā)送一組同步字符，使收發(fā)雙方進入同步。發(fā)雙方進入同步。適用于高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。適用于高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)同步方式同步方式 目的是使目的是使接收端與發(fā)送端在時間基準上接收端與發(fā)送端在時間基準上一致一致 (包括開始時間、包括開始時間、位邊界、位邊界、重復頻率重復頻率等等)。 有三種同步方法：有三種同步方法： 位同步位同步 字符同步（異步傳輸）字符同步（異步傳輸） 幀同步（同步傳輸）幀同步（同步傳輸）位同步：位同步：目的是使

25、接收端接收的目的是使接收端接收的每一每一位信息位信息都都與與發(fā)送端發(fā)送端保持同步保持同步 外同步外同步發(fā)送發(fā)送端端發(fā)送發(fā)送同步時鐘信號，接收方用它同步時鐘信號，接收方用它來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。 自自同步同步通過特殊編碼通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），這（如曼徹斯特編碼），這些數(shù)據(jù)編碼信號包含了同步脈沖，接收方提取些數(shù)據(jù)編碼信號包含了同步脈沖，接收方提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。 字符同步：以字符為邊界實現(xiàn)字符的同步接收字符同步：以字符為邊界實現(xiàn)字符的同步接收，也稱為，也稱為起止式起止式或異或異步制步制每兩個字符之間的間隔時

26、每兩個字符之間的間隔時間不固定。間不固定。 每個字符的傳輸需要：每個字符的傳輸需要：（p30圖圖2-11） l l1個起始位個起始位 l l5，6，7，8個數(shù)據(jù)位個數(shù)據(jù)位 l l1，1.5，2個停止位個停止位 頻率的漂移不會積累，每個字符頻率的漂移不會積累，每個字符開始時開始時都會重都會重新同步新同步 增加了增加了輔助位，所以效率低輔助位，所以效率低 例如，例如，1個起始位、個起始位、 8個數(shù)據(jù)位、個數(shù)據(jù)位、 2個停止位時，個停止位時，其效率為其效率為8/1172幀（幀（Frame）包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊（包）包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊（包）幀起始幀起始控制信息控制信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀結束幀結束

27、校驗和校驗和0 - n8bit8bit8-32m面向比特的面向比特的以特殊位序列（以特殊位序列（7EH）作為幀（起始）標）作為幀（起始）標志來標識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型志來標識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀。的幀。面向字符的面向字符的以以同步字符同步字符（SYN，16H）來標識一個幀的）來標識一個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀。開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀。幀同步：幀同步：識別一個幀的起始和結束。識別一個幀的起始和結束。信道最大數(shù)據(jù)傳輸率信道最大數(shù)據(jù)傳輸率 M 最大數(shù)據(jù)率最大數(shù)據(jù)率 (C) 2 6000 bps 4 12000 bps 8 18000 bps16 2400

28、0 bps32 30000 bps64 36000 bps C = 2W log2 MC = 傳輸率，單位傳輸率，單位b/s或或bpsW = 帶寬，單位帶寬，單位HzM = 信號電平級數(shù)信號電平級數(shù)例如：例如：話音級線路話音級線路(3000 Hz)的信道容量計算，如右的信道容量計算，如右圖所示。圖所示。Nyquist公式為估算已知帶寬信道的最高速率提供了依據(jù)公式為估算已知帶寬信道的最高速率提供了依據(jù)。非理想信道非理想信道實際的信道上存在三類損耗：衰減、延遲、噪聲。實際的信道上存在三類損耗：衰減、延遲、噪聲。a）衰減）衰減 信道的損耗引起信號強度減弱，導致信道的損耗引起信號強度減弱，導致信噪比信

29、噪比S/N降低降低。b）延遲）延遲 信號中的各種頻率成分在信道上的延遲時間各不相同，信號中的各種頻率成分在信道上的延遲時間各不相同，在接收端會產生在接收端會產生信號畸變信號畸變。c）噪聲）噪聲 熱噪聲：由導體內的熱擾動引起，又稱為白噪聲。熱噪聲：由導體內的熱擾動引起，又稱為白噪聲。 串擾：信道間產生的不必要的耦合。例：多對雙絞線串擾：信道間產生的不必要的耦合。例：多對雙絞線 脈沖噪聲：非連續(xù)、隨機、振幅較大。多由外部電磁干脈沖噪聲：非連續(xù)、隨機、振幅較大。多由外部電磁干擾造成（閃電、大功率電機啟動等）。擾造成（閃電、大功率電機啟動等）。 噪聲將噪聲將破壞信號，產生誤碼破壞信號，產生誤碼。持續(xù)時

30、間。持續(xù)時間0.01s的的干擾可干擾可以破壞約以破壞約560個比特（個比特（56Kbps）。）。Shannel公式公式：高斯噪聲干擾信道：高斯噪聲干擾信道S/NdB 信噪比（信噪比（dB分貝）的定義分貝）的定義C = W log2 (1+SN)S/NdB = 10 log10 S/N例：信道帶寬例：信道帶寬W=3KHz，信噪比為信噪比為30dB，則則C=3000*log2(1+1000) 30KbpsC = 傳輸率，單位傳輸率，單位b/sW = 帶寬，單位帶寬，單位Hz 1010dBNSNS 即：即：Nyquist公式和公式和Shannel公式的比較公式的比較 C = 2W log2M 此公式

31、說明數(shù)據(jù)傳輸率此公式說明數(shù)據(jù)傳輸率C隨信號編碼級數(shù)隨信號編碼級數(shù)增加而增加。增加而增加。 C = W log2(1+S/N) 無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，此公式給出了信道能達到的最高傳輸速率。此公式給出了信道能達到的最高傳輸速率。原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限 增加。增加。3.1.5 數(shù)據(jù)交換方式為降低通信線路造價，大型網(wǎng)絡主要采用部分連為降低通信線路造價，大型網(wǎng)絡主要采用部分連接的拓撲結構。接的拓撲結構。兩個端節(jié)點之間的通信連接一般都要通過中間節(jié)兩個端節(jié)點之間的通信連接一般都要通過中間節(jié)點的轉接，中間節(jié)

32、點要在它所連接幾條線路中選點的轉接，中間節(jié)點要在它所連接幾條線路中選擇一條進行接續(xù)。擇一條進行接續(xù)。就像電話交換機為通話雙方接續(xù)線路一樣，這個就像電話交換機為通話雙方接續(xù)線路一樣，這個過程被稱為過程被稱為交換交換。 實現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報文交換、實現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報文交換、分組交換。分組交換。 電路交換電路交換交換設備在通信雙方找出一條實際的物理線路交換設備在通信雙方找出一條實際的物理線路的的過程過程。(最早的電路交換連接是由最早的電路交換連接是由電話接線員電話接線員通過插塞建通過插塞建立的立的，現(xiàn)在現(xiàn)在則則由計算機化的由計算機化的程控程控交換機實現(xiàn)交換機實現(xiàn)。)特點

33、：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。特點：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。 呼叫呼叫建立連接建立連接傳輸傳輸掛斷掛斷 優(yōu)缺點：優(yōu)缺點： 建立連接的時間長；建立連接的時間長； 一旦建立連接就獨占線路，線路利用率低；一旦建立連接就獨占線路，線路利用率低； 無糾錯機制；無糾錯機制； 建立連接后，傳輸延遲小。建立連接后，傳輸延遲小。 報文交換報文交換整個報文作為一個整體一起發(fā)送。整個報文作為一個整體一起發(fā)送。在交換過程中，在交換過程中，交換設備將接收交換設備將接收到的到的報文先報文先存儲，存儲，待信道空閑時待信道空閑時再轉發(fā)出去再轉發(fā)出去，一級一級中一級一級中轉轉，直到目的地，直到目的地。這種。

34、這種數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸技術稱為技術稱為存儲存儲-轉發(fā)轉發(fā)。缺點：缺點：1）報文大小不一，造成緩沖區(qū)管理復雜報文大小不一，造成緩沖區(qū)管理復雜。2）大報文造成存儲轉發(fā)的延時過長；大報文造成存儲轉發(fā)的延時過長；3）出錯后整個報文全部重發(fā)。出錯后整個報文全部重發(fā)。分組交換分組交換（包交換）（包交換）將報文劃分將報文劃分為若干個大小相等為若干個大小相等的分組的分組(Packet)進行存進行存儲轉發(fā)。儲轉發(fā)。優(yōu)點：優(yōu)點：1）存儲量要求較小，）存儲量要求較小，可以用內存來緩沖分組可以用內存來緩沖分組速度速度快；快；2）轉發(fā)延時?。┺D發(fā)延時小適用于交互式通信適用于交互式通信；3）某個分組出錯僅重發(fā)該分組某個分組

35、出錯僅重發(fā)該分組效率效率高；高；4）各分組可通過不同路徑傳輸，可靠性高。各分組可通過不同路徑傳輸，可靠性高。特點：特點：1）數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端的通路。數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端的通路。2）有強大的糾錯機制、流量控制和路由選擇功能。有強大的糾錯機制、流量控制和路由選擇功能。三種交換方式的事件順序三種交換方式的事件順序呼叫請求呼叫應答數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)ABCD分組分組1分組分組2分組分組3報文報文ABCDABCD尋路延遲排隊延遲線路交換線路交換報文交換報文交換分組交換分組交換異步傳輸模式異步傳輸模式ATMATM是一種高速分組交換技術，采用了以信元是一種高速分組交換技術，采用了以信元（cell

36、）為單位的存儲轉發(fā)方式，故又稱為信元為單位的存儲轉發(fā)方式，故又稱為信元交換。交換。ATM將話音、數(shù)據(jù)和圖像等數(shù)據(jù)分解成長度固將話音、數(shù)據(jù)和圖像等數(shù)據(jù)分解成長度固定的數(shù)據(jù)塊，并在各數(shù)據(jù)塊前裝配地址、優(yōu)先定的數(shù)據(jù)塊，并在各數(shù)據(jù)塊前裝配地址、優(yōu)先級等控制信息構成信元。級等控制信息構成信元。信元由信元頭部和有效載荷構成：信元由信元頭部和有效載荷構成：信元頭部信元頭部 有效載荷有效載荷5B 48B在在ATM網(wǎng)絡中，空信元以一定的速率出現(xiàn)，發(fā)送網(wǎng)絡中，空信元以一定的速率出現(xiàn)，發(fā)送站只要獲得空信元即可插入信息發(fā)送。因信息插站只要獲得空信元即可插入信息發(fā)送。因信息插入位置無周期性，故稱這種傳送方式為異步傳輸入

37、位置無周期性，故稱這種傳送方式為異步傳輸模式。模式。ATM特點：特點：1)1) 面向連接（虛連接），按序遞交；面向連接（虛連接），按序遞交；2)2) 固定大小的信元，便于高速處理（可用硬件固定大小的信元，便于高速處理（可用硬件實現(xiàn)），傳輸速率實現(xiàn)），傳輸速率622Mb/s；3)3) QoS特性保證了特性保證了ATM可以實時地傳送語音和可以實時地傳送語音和活動圖像?；顒訄D像。123456數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊信元流信元流 復用多個信息源共享一個公共信道 為何要復用？線路成本為何要復用？線路成本DEMUX復用器復用器解復用器解復用器共享信道MUX2.5 多路復用技術多路復用技術復用類型復用類型FDM (頻分

38、復用頻分復用)lWDM (波分復用波分復用)lTDM (時分復用時分復用)1.頻分復用Frequency Division MultiplexingCH2CH1CH3原帶寬原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬移頻后帶寬MUXCH1 CH2 CH3帶寬復用帶寬復用f原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每個用原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每個用戶占用一個頻率通道。頻率通道之間留有防護頻帶。戶占用一個頻率通道。頻率通道之間留有防護頻帶。適用于模擬信號傳輸適用于模擬信號傳輸 2.波分復用Wave Division MultiplexingF2F1F3 光譜光譜F1F2F3共享光纖的光譜

39、共享光纖的光譜光纖光纖2光纖光纖3光纖光纖1共享光纖共享光纖 采用無源設備，更可靠采用無源設備，更可靠棱柱棱柱/衍射光柵衍射光柵原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每個用原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每個用戶占用一個波長范圍來進行傳輸。戶占用一個波長范圍來進行傳輸。3.時分復用Time Division Multiplexing原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個通道（時隙）通道（時隙） ，每個用戶占用一個通道傳輸數(shù)據(jù)。，每個用戶占用一個通道傳輸數(shù)據(jù)。 A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復用后數(shù)據(jù)復

40、用后數(shù)據(jù)時隙時隙1234D3D2D1適用于數(shù)字信號傳輸適用于數(shù)字信號傳輸 時間片時間片統(tǒng)計(異步)TDMSTDMABCD待發(fā)數(shù)據(jù)待發(fā)數(shù)據(jù)t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期周期1周期周期2同步同步 TDM帶寬浪費A1B1C2B2周期周期1周期周期2統(tǒng)計統(tǒng)計TDM可用帶寬TDM的缺點：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該通道，將會的缺點：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該通道，將會造成帶寬浪費。造成帶寬浪費。改進：統(tǒng)計時分多路復用（改進：統(tǒng)計時分多路復用（STDM），用戶不固定占用某個通道，有空），用戶不固定占用某個通道，有空槽就將數(shù)據(jù)放入。槽就將數(shù)據(jù)放入。數(shù)字載波標準北美

41、、日本歐洲、中國、南美用數(shù)字信號傳輸語音和數(shù)據(jù)的用數(shù)字信號傳輸語音和數(shù)據(jù)的時分復用標準時分復用標準。 每每125us為一個時間片，每時間片分為為一個時間片，每時間片分為32個通道（個通道（供供32個用戶輪流使用）。個用戶輪流使用）。 每通道占用每通道占用125 us /32=3.90625 us 每通道一次傳送每通道一次傳送8位二進制數(shù)據(jù)，即每個二進制位位二進制數(shù)據(jù)，即每個二進制位占用占用0.48828125 us，所以，所以 E1速率速率 = 1/0.48828125=2.048Mb/s E1標準標準E1-幀格式幀格式0121631幀同步幀同步信令信道信令信道30 路話音數(shù)據(jù)信道路話音數(shù)據(jù)信

42、道 + 2 路控制信道路控制信道2.7 差錯控制差錯控制產生差錯的原因：產生差錯的原因：1）信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位）信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位的畸變；的畸變；2）信號反射；）信號反射；3）串擾；）串擾；4）閃電、大功率電機的啟停等。）閃電、大功率電機的啟停等。線路傳輸差錯是不可避免的，但要盡量減小其線路傳輸差錯是不可避免的，但要盡量減小其影響。影響?；痉椒ǎ航邮辗竭M行差錯檢測，并向發(fā)送方應答，告知基本方法：接收方進行差錯檢測，并向發(fā)送方應答，告知是否正確是否正確接接收收。差錯檢測差錯檢測主要有兩種方法：主要有兩種方法：1.奇偶校驗（奇偶校驗（Parity Chec

43、king）在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位增加一個附加比特位，使結果中在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位增加一個附加比特位，使結果中1的個數(shù)為奇數(shù)的個數(shù)為奇數(shù)(奇校驗奇校驗)或偶數(shù)或偶數(shù)(偶校驗偶校驗)。增加的位稱為奇偶。增加的位稱為奇偶校驗位。校驗位。 例：原始數(shù)據(jù)例：原始數(shù)據(jù)=1100010，采用偶校驗。，采用偶校驗。 則增加校驗位后的數(shù)據(jù)為則增加校驗位后的數(shù)據(jù)為11100010若接收方收到的字節(jié)奇偶結果不正確，就可以知道傳輸中若接收方收到的字節(jié)奇偶結果不正確，就可以知道傳輸中發(fā)生了錯誤。發(fā)生了錯誤。奇偶校驗只能檢測出奇數(shù)個比特位錯，對偶數(shù)個比特位錯奇偶校驗只能檢測出奇數(shù)個比特位錯，對偶數(shù)個比特位錯則無能為力。

44、則無能為力。2.循環(huán)冗余校驗（循環(huán)冗余校驗（CRC,Cyclic Redundancy Check） 一種通過多項式除法檢測錯誤的方法。一種通過多項式除法檢測錯誤的方法。 編碼思想：將位串看成系數(shù)為編碼思想：將位串看成系數(shù)為0或或1的多項式的多項式檢錯思想：收發(fā)雙方約定一個生成多項式檢錯思想：收發(fā)雙方約定一個生成多項式G(x)（其（其最高階和最低階系數(shù)必須為最高階和最低階系數(shù)必須為1），發(fā)送方在幀的末），發(fā)送方在幀的末尾加上校驗和，使帶校驗和的幀的多項式能被尾加上校驗和，使帶校驗和的幀的多項式能被G(x)整除整除。接收方收到后，用接收方收到后，用G(x)除多項式，若有余數(shù)除多項式，若有余數(shù)，則

45、傳輸有錯。，則傳輸有錯。 校驗和計算校驗和計算方方法法 若若G(x)為為r階，原幀為階，原幀為m位，其多項式為位，其多項式為M(x)，則在，則在原幀后面添加原幀后面添加r個個0，幀成為，幀成為m+r位，相應多項式位，相應多項式xr M(x) 按模按模2除法用對應于除法用對應于G(x)的位串去除對應于的位串去除對應于xr M(x) 的位串的位串 按模按模2加加法法把把xr M(x) 的位串的位串與與余數(shù)余數(shù)相加相加，結果就，結果就是要傳送的帶校驗和的幀的多項式是要傳送的帶校驗和的幀的多項式T(x) T(x) = xrM(x) + xrM(x) MOD2 G(x) CRC校驗示例校驗示例待校驗數(shù)據(jù)

46、：待校驗數(shù)據(jù)：1101,0110,11 G(x) = x4+x+1 , 即即10011 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 01 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0余數(shù)余數(shù)傳送序列傳送序列T(x)=1101,0110,1111,10差錯控制技術自動請求重傳自動請求重傳Automatic Repeat Request (ARQ)l停等停等 ARQ發(fā)送方每發(fā)完一幀必須等接收方確認后才能發(fā)下一幀

47、。發(fā)送方每發(fā)完一幀必須等接收方確認后才能發(fā)下一幀。lGo-back-N ARQ發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多幀。若前面某幀出錯，從該幀以后發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多幀。若前面某幀出錯，從該幀以后的各幀都需重發(fā)。（一般與流控結合使用）的各幀都需重發(fā)。（一般與流控結合使用）l選擇重傳選擇重傳 ARQ發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多幀。若前面某幀出錯，只需重發(fā)該發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多幀。若前面某幀出錯，只需重發(fā)該出錯的幀。發(fā)送方需要緩存前面所有未被確認的幀。出錯的幀。發(fā)送方需要緩存前面所有未被確認的幀。3.5網(wǎng)絡互連設備網(wǎng)絡接口卡及其使用網(wǎng)絡接口卡及其使用集線器及其使用集線器及其使用交換機及其使用交換機及其使用路由器及其使用路由器及其使

48、用構造簡單的網(wǎng)絡構造簡單的網(wǎng)絡網(wǎng)絡接口卡網(wǎng)絡接口卡NIC1. 組成組成發(fā)送發(fā)送/接收部件接收部件負責信號的發(fā)送、接收負責信號的發(fā)送、接收載波檢測載波檢測檢測介質上有否信號檢測介質上有否信號發(fā)送發(fā)送/接收控制部件及緩沖區(qū)接收控制部件及緩沖區(qū)曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼/譯碼器譯碼器對發(fā)送對發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)編碼接收的數(shù)據(jù)編碼/譯碼譯碼，變換成適合于在，變換成適合于在LAN上傳輸?shù)男盘柹蟼鬏數(shù)男盘柧W(wǎng)絡控制部件網(wǎng)絡控制部件控制網(wǎng)卡各部件的協(xié)調運行控制網(wǎng)卡各部件的協(xié)調運行CPU(部分網(wǎng)卡有部分網(wǎng)卡有)增強網(wǎng)卡智能化，減少網(wǎng)絡傳輸增強網(wǎng)卡智能化，減少網(wǎng)絡傳輸對主機對主機CPU的依賴，提高傳輸效率的依賴，提高傳

49、輸效率2網(wǎng)卡的使用網(wǎng)卡的使用網(wǎng)卡地址：即網(wǎng)卡的物理地址或稱為網(wǎng)卡地址：即網(wǎng)卡的物理地址或稱為MAC地址，地址， 固化在網(wǎng)卡硬件中固化在網(wǎng)卡硬件中配置參數(shù)（跳線設置配置參數(shù)（跳線設置 / 軟件設置軟件設置 / PnP） 中斷請求號中斷請求號 IRQ（一般為（一般為3） I/O基地址基地址 I/O Base（一般為（一般為300H） 存儲器基地址存儲器基地址 Memory Base (一般為一般為C000H) 全雙工全雙工 / 半雙工半雙工 傳輸速率（僅傳輸速率（僅10/100Mbps雙速網(wǎng)卡可選）雙速網(wǎng)卡可選） 3. 提高網(wǎng)卡性能提高網(wǎng)卡性能并行處理：發(fā)送并行處理：發(fā)送/接收和數(shù)據(jù)處理同步進行接

50、收和數(shù)據(jù)處理同步進行全雙工：需集線器全雙工：需集線器/交換機的支持交換機的支持突發(fā)傳輸方式（每次傳送更多的幀）突發(fā)傳輸方式（每次傳送更多的幀）智能網(wǎng)卡（讓網(wǎng)卡承擔更多的傳輸任務）智能網(wǎng)卡（讓網(wǎng)卡承擔更多的傳輸任務）提高與主機的傳輸速度：提高與主機的傳輸速度： 與主機的存儲器傳輸數(shù)據(jù)時采用與主機的存儲器傳輸數(shù)據(jù)時采用DMA傳送方式傳送方式 總線采用傳輸速度較快的總線采用傳輸速度較快的PCI總線總線4. 網(wǎng)絡接口卡的種類網(wǎng)絡接口卡的種類多端口的中繼器，屬于物理層設備多端口的中繼器，屬于物理層設備功能：在網(wǎng)段之間拷貝比特流，信號整形和放大功能：在網(wǎng)段之間拷貝比特流，信號整形和放大可認為它是將總線折疊

51、到鐵盒子中的集中連接設備可認為它是將總線折疊到鐵盒子中的集中連接設備可改變網(wǎng)絡物理拓撲形式：總線連接可改變網(wǎng)絡物理拓撲形式：總線連接星形連接星形連接端口數(shù)：常見的有端口數(shù)：常見的有8，12，16，24口口三種結構：三種結構：獨立式獨立式（Stand alone）：）： 固定端口配置，擴充時用級連的方法固定端口配置，擴充時用級連的方法堆疊式（堆疊式（Stackable）：）： 固定配置，用堆疊方法進行擴充固定配置，用堆疊方法進行擴充堆疊連接在一起的堆疊連接在一起的HUB在邏輯相當于在邏輯相當于一臺單獨的一臺單獨的HUB，可統(tǒng)一管理，可統(tǒng)一管理模塊化（模塊化（Module）：）： 又稱機箱式，由一

52、臺帶有底板、電源又稱機箱式，由一臺帶有底板、電源的機箱和若干塊多端口的接口卡（線的機箱和若干塊多端口的接口卡（線卡）組成?？伸`活按需配置，通過插卡）組成?？伸`活按需配置，通過插入不同的插卡滿足需求（如插入交換入不同的插卡滿足需求（如插入交換卡、路由卡、加密卡等）卡、路由卡、加密卡等）以以1臺服務器，臺服務器，3臺臺PC機為例：機為例： 一臺一臺HUB 4塊塊UTP接口的網(wǎng)卡接口的網(wǎng)卡 4臺臺PC機機 8個個RJ45接頭（水晶頭）接頭（水晶頭） 若干米若干米UTP雙絞線雙絞線 共享信道共享信道LAN的缺點：的缺點： 多個站點同時發(fā)送會造成沖突；多個站點同時發(fā)送會造成沖突；網(wǎng)絡中站點越多，沖突現(xiàn)象

53、越嚴重；網(wǎng)絡中站點越多，沖突現(xiàn)象越嚴重；每個站點的平均擁有帶寬為每個站點的平均擁有帶寬為W/n；解決的方法：解決的方法：網(wǎng)段分割網(wǎng)段分割(微網(wǎng)段化微網(wǎng)段化)減少每個網(wǎng)段中站點的數(shù)量減少每個網(wǎng)段中站點的數(shù)量網(wǎng)段分割后網(wǎng)絡總體帶寬增加網(wǎng)段分割后網(wǎng)絡總體帶寬增加 HUB HUBMAC廣播域廣播域獨立的沖突域獨立的沖突域獨立的沖突域獨立的沖突域網(wǎng)橋或網(wǎng)絡交換機網(wǎng)橋或網(wǎng)絡交換機交換機只能分隔沖突域，但不能分隔廣播域交換機只能分隔沖突域，但不能分隔廣播域實現(xiàn)網(wǎng)段分割的設備實現(xiàn)網(wǎng)段分割的設備網(wǎng)絡交換機網(wǎng)絡交換機 網(wǎng)絡交換機和網(wǎng)橋屬同一類設備，網(wǎng)絡交換機和網(wǎng)橋屬同一類設備，工作在數(shù)據(jù)鏈路層工作在數(shù)據(jù)鏈路層上。

54、但網(wǎng)絡交換機的端口數(shù)多，并且速度快。在這個上。但網(wǎng)絡交換機的端口數(shù)多，并且速度快。在這個意義上，網(wǎng)絡交換機又稱為多端口的高速網(wǎng)橋。意義上，網(wǎng)絡交換機又稱為多端口的高速網(wǎng)橋。工作原理工作原理 構造：端口構造：端口-地址表、端口緩沖器、交換矩陣地址表、端口緩沖器、交換矩陣 學習源地址（構造端口學習源地址（構造端口-地址表）地址表）過濾本網(wǎng)段幀（隔離沖突域）過濾本網(wǎng)段幀（隔離沖突域）轉發(fā)異網(wǎng)段幀（交換）轉發(fā)異網(wǎng)段幀（交換）廣播未知幀（尋找目的站點）廣播未知幀（尋找目的站點）三種轉發(fā)方式三種轉發(fā)方式 存儲轉發(fā)（存儲轉發(fā)（Store and forward） 整個幀完整接收并存儲到緩沖區(qū)，對整個幀進行差

55、錯檢整個幀完整接收并存儲到緩沖區(qū)，對整個幀進行差錯檢驗，然后再查表找出目的端口并轉發(fā)驗，然后再查表找出目的端口并轉發(fā) 優(yōu)點：進行差錯校驗，錯誤不會擴散到目的網(wǎng)段優(yōu)點：進行差錯校驗，錯誤不會擴散到目的網(wǎng)段 缺點：交換延遲比較大缺點：交換延遲比較大 穿通轉發(fā)（穿通轉發(fā)（Cut-through） 因為轉發(fā)僅依賴于目的地址因為轉發(fā)僅依賴于目的地址DA，所以只要收到幀的前，所以只要收到幀的前6個字節(jié)個字節(jié)(DA字段字段)，就可查表找出目的端口并轉發(fā)，就可查表找出目的端口并轉發(fā) 優(yōu)點：交換延遲小優(yōu)點：交換延遲小 缺點：無法進行差錯校驗，幀錯誤會擴散到目的網(wǎng)段缺點：無法進行差錯校驗，幀錯誤會擴散到目的網(wǎng)段

56、無碎片穿通（無碎片穿通（Fragment free cut-through） 以上兩種方案的折衷。以上兩種方案的折衷。 接收了一幀的前接收了一幀的前64字節(jié)后，再查表找出目的端口并轉發(fā)字節(jié)后，再查表找出目的端口并轉發(fā) 幀出錯的主要原因是沖突，而以太網(wǎng)的幀至少為幀出錯的主要原因是沖突，而以太網(wǎng)的幀至少為64B， 64字節(jié)的幀必然是沖突造成的幀碎片（錯誤幀字節(jié)的幀必然是沖突造成的幀碎片（錯誤幀) 優(yōu)點：交換速度較快，并且降低了錯誤幀轉發(fā)的概率優(yōu)點：交換速度較快，并且降低了錯誤幀轉發(fā)的概率 缺點：長度大于缺點：長度大于64字節(jié)的錯誤幀仍會轉發(fā)，轉發(fā)延時高字節(jié)的錯誤幀仍會轉發(fā)，轉發(fā)延時高 于直通式于直

57、通式使用網(wǎng)絡交換機帶來的好處使用網(wǎng)絡交換機帶來的好處分割沖突（碰撞）域分割沖突（碰撞）域減少了沖突減少了沖突允許建立多個連接允許建立多個連接提高了網(wǎng)絡總體帶寬提高了網(wǎng)絡總體帶寬減少每個網(wǎng)段中的站點數(shù)減少每個網(wǎng)段中的站點數(shù)提高了站點平均擁有帶寬提高了站點平均擁有帶寬允許全雙工連接允許全雙工連接提高帶寬提高帶寬網(wǎng)絡交換機在網(wǎng)絡中的地位網(wǎng)絡交換機在網(wǎng)絡中的地位作為作為LAN核心主干連接設備，如網(wǎng)絡中心、數(shù)據(jù)中心等核心主干連接設備，如網(wǎng)絡中心、數(shù)據(jù)中心等高網(wǎng)絡通信流量的應用場合，如圖像處理、視頻流等高網(wǎng)絡通信流量的應用場合，如圖像處理、視頻流等對網(wǎng)絡響應速度要求比較高的場合對網(wǎng)絡響應速度要求比較高的場

58、合提高網(wǎng)絡交換機的性能的措施提高網(wǎng)絡交換機的性能的措施 主干主干/服務器連接：增加服務器連接：增加1-2個高速端口個高速端口(Big Pipe)。緩解主干。緩解主干/服務器連接的瓶頸問題。服務器連接的瓶頸問題。 速度自動協(xié)商：速度自動協(xié)商：10/100Mbps自適應交換機。根據(jù)所連接工自適應交換機。根據(jù)所連接工作站網(wǎng)卡的速度自動調整端口的通信速率。作站網(wǎng)卡的速度自動調整端口的通信速率。 虛擬網(wǎng)絡虛擬網(wǎng)絡VLAN：將邏輯上的一組站點劃分到同一個虛擬的：將邏輯上的一組站點劃分到同一個虛擬的邏輯網(wǎng)絡中。用交換機劃分的若干個邏輯網(wǎng)絡中。用交換機劃分的若干個VLAN在邏輯上完全獨在邏輯上完全獨立，廣播幀

59、不會越過邏輯網(wǎng)絡邊界。立，廣播幀不會越過邏輯網(wǎng)絡邊界。 流量控制：緩沖區(qū)大小有限，為防止溢出（幀丟失），快流量控制：緩沖區(qū)大小有限，為防止溢出（幀丟失），快滿時向信息到達端口發(fā)送擁塞信號，造成沖突的假象，使?jié)M時向信息到達端口發(fā)送擁塞信號，造成沖突的假象，使發(fā)送站點停止發(fā)送。發(fā)送站點停止發(fā)送。背壓控制（背壓控制（Back Pressure） 根據(jù)錯誤幀出現(xiàn)概率自動進行存儲轉發(fā)和直通轉發(fā)的切換根據(jù)錯誤幀出現(xiàn)概率自動進行存儲轉發(fā)和直通轉發(fā)的切換教育教育網(wǎng)網(wǎng)工作在第三層（網(wǎng)絡層）上。工作在第三層（網(wǎng)絡層）上。在網(wǎng)絡之間轉發(fā)網(wǎng)絡分組在網(wǎng)絡之間轉發(fā)網(wǎng)絡分組。能夠提供按最佳路由轉發(fā)網(wǎng)絡分組。能夠提供按最佳路

60、由轉發(fā)網(wǎng)絡分組。實現(xiàn)子網(wǎng)隔離，限制廣播風暴。實現(xiàn)子網(wǎng)隔離，限制廣播風暴。(目的地址無法識別時，目的地址無法識別時，路由器將其丟棄，而不是廣播路由器將其丟棄，而不是廣播比較網(wǎng)絡交換機比較網(wǎng)絡交換機)v用路由器連接起來的若干個網(wǎng)絡，它們仍是各自獨用路由器連接起來的若干個網(wǎng)絡，它們仍是各自獨立的。要想從一個網(wǎng)絡訪問用路由器連接起來的另一立的。要想從一個網(wǎng)絡訪問用路由器連接起來的另一個網(wǎng)絡中的站點，必須指定該站點的邏輯地址（個網(wǎng)絡中的站點，必須指定該站點的邏輯地址（IP地地址），通過廣播是無法與之進行通信的。因為路由器址），通過廣播是無法與之進行通信的。因為路由器不會轉發(fā)廣播包。不會轉發(fā)廣播包。 控制