水文通訊技術(shù)

《現(xiàn)代水文信息技術(shù)》河海大學(xué)水文水資源學(xué)院第四章.現(xiàn)代通訊系統(tǒng)第四章：現(xiàn)代遙測通訊系統(tǒng)第一節(jié)：無線信道劃分第二節(jié)：短波第三節(jié)：超短波第四節(jié)：微波、擴(kuò)頻微波第五節(jié)：衛(wèi)星第六節(jié)：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)第七節(jié)：以太網(wǎng)絡(luò)第一節(jié)：無線信道劃分一般頻率劃分：信道分類 頻率范圍 短波 3MHz～30MHz 超短波 30MHz～300MHz 微波 300MHz～3000GHz電視頻段劃分：頻段 頻率范圍 VHF 小于150MHz UHF 小于900MHz 微波頻段劃分：頻段 頻率范圍

P 225MHz～390MHz L 390MHz～1.55GMHz S 1.55GHz～5.2GMHz C 3.9GHz～6.2GMHz

X 5.2GHz～10.9GMHz K 10.9GHz～36GMHz 擴(kuò)頻(數(shù)字)微波頻段劃分：頻段 頻率范圍 900MHz 902MHz～928MHz 2.4GHz 2.4GHz～2.485GHz 5.7GHz 5.7GHz～5.785GHz常用衛(wèi)星頻段：頻段 頻率范圍 C上行 6GHz C下行 4GHz Ku上行 14GHzKu下行 12GHz水文通訊專用超短波頻點(diǎn)：規(guī)定使用范圍 頻點(diǎn)（MHz）1.通信： 138.350，138.425，138.625,138.775，423.550，423.625,423.725，423.800，423.875

2.偏遠(yuǎn)山區(qū)專用：144.325，144.475

3.分滯洪區(qū)警報(bào)：73.250，73.550，73.625,73.70073.850，73.525，75.500，75.855水文專用超短波頻點(diǎn)分配（續(xù)）規(guī)定使用范圍 頻點(diǎn)（MHz）4、水文遙測系統(tǒng)單工： 228.425，228.575 228.600，228.800 5、水文遙測系統(tǒng)雙工： 主臺(tái)發(fā)射 從臺(tái)發(fā)射 231.050 224.050 231.250 224.250 231.725 224.725 231.800 224.800 第二節(jié)：短波一、通信原理二、信道特性三、優(yōu)化技術(shù)四、流星余跡通信一、短波通信原理傳播機(jī)理電磁波依靠電離層的介質(zhì)反射的天波傳播和沿地球表面的地波傳播。傳播介質(zhì)電離層：地球表面高度函數(shù)的等離子體。由太陽的紫外線和宇宙高能粒子輻射形成的電子、離子、分子、原子組成，構(gòu)成不同高度的四個(gè)導(dǎo)電層。電離層構(gòu)造D層：高度60～90Km，白天存在，只吸收電磁波。E層：高度100～120Km，白天存在，可反射電磁波。ES層：高度120Km，偶發(fā)層。電磁密度大，反射電磁波極佳。F1層：高度170～220Km，白天存在，可反射電磁波。F2層：高度220～450Km，晝夜都存在，可反射電磁波，電磁密度變化較大。地球表面F2F1ESED電離層結(jié)構(gòu)圖通信方式短波通信一般選用F2層作為反射層。理論上，F(xiàn)2反射的通信距離，1跳可達(dá)4000Km，多跳則更遠(yuǎn)。因?yàn)槎滩ㄊ紫纫┩窪層（吸收層），所以D層決定了短波的傳輸距離、也間接地決定了發(fā)射機(jī)的功率和天線增益。最高可用頻率（MUF）如果短波的發(fā)射頻率過高，入射角過大，電磁波將穿透F2層，射入太空，沒有反射波。最佳工作頻率（OWF）保證短波既不不穿透F2層，又要使衰落、多徑效應(yīng)和干擾最小。MUF、OWF的關(guān)系公式式中：N-電離層電子密度Φ0-短波斜射入射角fF2的最大值，即短波最高可用頻率（MUF）二、短波信道特性1.信道衰落：短波通信時(shí)，由于電磁波吸收造成的接收機(jī)端信號(hào)振幅呈隨機(jī)變化的現(xiàn)象。2.快衰落：周期在毫秒到秒級(jí)的衰落。3.慢衰落：周期在分鐘到小時(shí)級(jí)的衰落。4.信道干擾：來自宇宙背景和人類通信的隨機(jī)同頻干擾。5.電離層漫反射：多徑時(shí)延：電離層反射造成的信號(hào)延時(shí)疊加。多普勒頻移：電離層變化造成的短波多普勒頻率移動(dòng)效應(yīng)，多跳時(shí)更嚴(yán)重。三、短波通訊優(yōu)化技術(shù)1、跳頻技術(shù)

根據(jù)季節(jié)、晝夜的電離層變化，以及信道距離等參數(shù)，確定短波使用的頻率集，并且根據(jù)時(shí)間的不同，自動(dòng)變化頻率，滿足最佳信道質(zhì)量的要求。2、分集技術(shù)分散傳送，合并判決技術(shù)?？臻g分集、時(shí)間分集、頻率分集、極化分集。3、自適應(yīng)技術(shù)利用多普勒效應(yīng)，自動(dòng)變頻跟蹤電離層的變化調(diào)制解調(diào)和信道糾錯(cuò)編碼利用調(diào)制解調(diào)和編碼技術(shù)減少誤碼率。四、流星余跡通信由于太空中每天有成千上萬個(gè)流星進(jìn)入地球大氣層，流星在大氣層中燃燒分解，形成電離氣柱，存在時(shí)間為0.1～200秒，可以反射電磁波。利用流星余跡反射機(jī)理的短波通信即流星余跡通信。第三節(jié)：超短波一、通信原理二、信道特性三、超短波電路設(shè)計(jì)一、超短波通信原理電磁波在對(duì)流層內(nèi)視距或繞射傳播。二、超短波信道特性優(yōu)點(diǎn)1、信道穩(wěn)定、質(zhì)量好，一般不受氣候的影響。2、實(shí)時(shí)性好、功耗低、功率小，適于野外供電條件惡劣情況使用。3、技術(shù)成熟、設(shè)備可靠、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。缺點(diǎn)1、如果信道不好，需要架設(shè)中繼站時(shí)，系統(tǒng)的可靠性將下降，建設(shè)費(fèi)用增加。2、中繼站要架在高山頂上，易受雷電襲擊，維護(hù)也較困難。三、超短波電路設(shè)計(jì)1、路徑損耗的定義2、路徑損耗Lb的理論估算方法3、路徑損耗Lb的測試方法4、距離和方位角計(jì)算5、誤碼率計(jì)算

通信電路信號(hào)流程饋線損耗Lt天線增益Gt天線增益Gr發(fā)射機(jī)Pt接收機(jī)Pr饋線損耗Lr傳播媒介路徑損耗Lb1.路徑損耗的定義Lb和Ls

系統(tǒng)的總功率損耗Ls：系統(tǒng)的路徑損耗Lb如果忽略饋線失配損耗，則路徑損耗Lb由下式計(jì)算：2.路徑損耗Lb的理論估算方法式中：Lbf－自由空間損耗A－附加損耗f－為系統(tǒng)工作頻率（MHz）d－為電路路徑長度（km）。信道的附加損耗AA主要由阻擋繞射形成，可以采用山峰繞射模式，根據(jù)惠根斯-費(fèi)涅爾原理簡化計(jì)算如下：式中，F(xiàn)1為第一費(fèi)涅爾半徑、Hc為傳播余隙、d是總路徑長度、d1d2為分別為路徑障礙點(diǎn)到發(fā)射端和接收端的距離。3.路徑損耗Lb的測試方法使用功率計(jì)測得發(fā)射電臺(tái)的功率，接收端采用一只場強(qiáng)儀測量接收端的場強(qiáng)。4.距離和方位角計(jì)算式中：ΦA(chǔ)、λA為A站經(jīng)緯度，ΦB、λB為B站經(jīng)緯度（度）（度）（km）平原地區(qū)傳輸距離估算式中：h1、h2為兩站點(diǎn)處的天線加高，單位（m）。（km)式中，為解調(diào)器輸入信雜比。若要滿足無線信道的傳輸誤碼率Pe≤10－4，由公式算出信雜比=12.3（dB）5.誤碼率計(jì)算系統(tǒng)誤碼率與通信機(jī)的解調(diào)方式和單位帶寬解調(diào)門限信雜比有關(guān)，對(duì)于FSK調(diào)制方式，其關(guān)系參見公式：230MHz超短波通訊機(jī)第四節(jié)：微波原理電磁波在空間的視距直線傳播。優(yōu)點(diǎn)信道穩(wěn)定，不受氣候、季節(jié)和晝夜的衰落影響。信道質(zhì)量好、帶寬大、容量大、速率高?？梢垣@得高方向性，天線小安裝靈活性大。缺點(diǎn)要架設(shè)多級(jí)中繼，可靠性下降。建設(shè)費(fèi)用大，維護(hù)困難。微波擴(kuò)頻技術(shù)窄帶技術(shù)：始終將信號(hào)調(diào)制在一個(gè)固定頻點(diǎn)上，采用嚴(yán)格規(guī)定的窄帶通信。擴(kuò)頻技術(shù)：任意時(shí)刻，將信號(hào)調(diào)制在不同的多個(gè)頻點(diǎn)上，采用寬帶通信。理論基礎(chǔ)－香農(nóng)公式C:通信容量（bit/s）B：信道帶寬（Hz）S/N：信噪比（dB）擴(kuò)頻技術(shù)原理n個(gè)信號(hào)源（k=1，2，3，…，n）n個(gè)載波：（k=1，2，3，…，n），相互線性無關(guān)

Ck

Dm解算因子（偽隨機(jī)序列碼）調(diào)制：解調(diào)：Dm與的相關(guān)性CDMA擴(kuò)頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)制擴(kuò)頻數(shù)字信號(hào)解調(diào)偽隨機(jī)碼注入數(shù)字信號(hào)解擴(kuò)偽隨機(jī)碼注入BBBm用偽隨機(jī)序列碼構(gòu)造地址，并擴(kuò)頻調(diào)制Dm擴(kuò)頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式直接序列擴(kuò)頻將數(shù)據(jù)按位變換為一串?dāng)?shù)據(jù)流。邏輯1和邏輯0分別對(duì)應(yīng)兩組互不相干的偽隨機(jī)序列碼，直接去同步調(diào)制一組載波，進(jìn)行擴(kuò)展頻譜發(fā)送。跳頻擴(kuò)頻將數(shù)據(jù)按位變換為一串?dāng)?shù)據(jù)流。邏輯1和邏輯0分別對(duì)應(yīng)兩組互不相干的偽隨機(jī)序列碼，控制一串按次序跳變的載頻頻率序列發(fā)送。示例-1：直接序列擴(kuò)頻1、編碼方式：（11位）

acegIk

(頻率Hz)

bdfhg

“1”=

01001000111

“0”=

101101110002、待發(fā)送的數(shù)據(jù)流：01103、發(fā)送序列：10110111000010010001110100100011110110111000互不相干的一對(duì)偽隨機(jī)碼示例-2：跳頻擴(kuò)頻1、編碼方式：

A

BCDE

(頻率Hz)

t1t2t3t4t5

(時(shí)間片)

“1”=

AECBD

“0”=

BCADE2、待發(fā)送的數(shù)據(jù)流：01103、發(fā)送序列：BCADE，AECBD，AECBD，BCADECDMA（碼分多址）擴(kuò)頻技術(shù)特點(diǎn)保密性：偽隨機(jī)序列長度和排列不相同，編碼組合的可能性巨大。隱蔽性：可在-8dB信噪比情況下工作。抗干擾：采用了偽隨機(jī)碼相關(guān)檢測技術(shù)來分離信號(hào)。容量大：偽隨機(jī)碼的互不相關(guān)性，支持多信號(hào)源并發(fā)工作。帶寬大：通信速率高。直接序列擴(kuò)頻與跳頻擴(kuò)頻的比較直接序列優(yōu)點(diǎn)：1、碼速快。2、技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡單，成本低。跳頻優(yōu)點(diǎn)：1、抗干擾能力強(qiáng)。2、碼元的能量大，易于遠(yuǎn)傳。原理:

利用衛(wèi)星作為中繼站的微波傳輸技術(shù)作用：通訊，定位特點(diǎn)：傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋面廣，組網(wǎng)靈活，不受地形條件影響，信道質(zhì)量好，通信容量大，可靠性高。第五節(jié)：衛(wèi)星衛(wèi)星的分類2.軌道高度：GEO（同步），35768kmMEO（中軌），5000～15000kmLEO（低軌），500～5000km1.軌道形狀：赤軌衛(wèi)星極軌衛(wèi)星斜軌衛(wèi)星3.地球同步：同步衛(wèi)星非同步衛(wèi)星衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)天線

遙測、指令和信標(biāo)天線通信天線全球波束點(diǎn)波束區(qū)域波束通信

透明轉(zhuǎn)發(fā)器處理轉(zhuǎn)發(fā)器電源跟蹤遙測指令控制溫度等姿態(tài)“北斗”定位、通訊衛(wèi)星中國全天候、全天時(shí)區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，具有通訊信道，2002年投入試運(yùn)行。構(gòu)成：GEO工作衛(wèi)星、備用衛(wèi)星，地面控制中心站和北斗用戶終端三部分構(gòu)成。功能：1.地面中心:系統(tǒng)的監(jiān)控和管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、交換、傳輸和處理，并提供高度坐標(biāo)，解算用戶位置。2.用戶終端:接收地面中心站經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的測距信號(hào)，并向兩顆衛(wèi)星發(fā)射應(yīng)答信號(hào)。“北斗”定位幾何原理“北斗”定位流程“北斗”通訊原理擴(kuò)頻：CDMA的直接序列擴(kuò)頻方式。頻率：C頻段：衛(wèi)星與衛(wèi)星地面控制中心之間。L頻段：終端與北斗衛(wèi)星之間上行。S頻段：北斗衛(wèi)星與終端之間下行?！氨倍贰毙l(wèi)星民用服務(wù)系統(tǒng)基本業(yè)務(wù)：

(1)定位信息(2)短信息通信(3)授時(shí)和GPS差分信息(4)群、組呼功能(5)遇險(xiǎn)報(bào)警“北斗”衛(wèi)星地面站“北斗”衛(wèi)星遙測信道的特點(diǎn)通信暢通率高，可在1秒內(nèi)完成端對(duì)端之間的報(bào)文傳輸短消息報(bào)文120個(gè)漢字或等長度的BCD碼支持每秒200個(gè)用戶并發(fā)處理終端加電啟動(dòng)及失鎖再捕獲時(shí)間不到3秒，1秒級(jí)內(nèi)快速定位衛(wèi)星終端設(shè)計(jì)緊湊、簡單，無需對(duì)星，定位和通訊功能合而為一。衛(wèi)星終端設(shè)備最大功耗不到80W，功耗小。采用L/S/C波段，抗雨衰能力強(qiáng)CDMA擴(kuò)頻技術(shù)，抗干擾性、保密性強(qiáng)“亞洲二號(hào)”通信衛(wèi)星定點(diǎn)于東經(jīng)105度的GEO通信衛(wèi)星。轉(zhuǎn)發(fā)器：9個(gè)Ku波段、24個(gè)C波段，調(diào)制：CDMA水文業(yè)務(wù)：Ku波段，以色列G-liant衛(wèi)星終端國際海事衛(wèi)星主要業(yè)務(wù)：用于航海船舶的告警呼救通信收發(fā)器：L波段的1.5GHz/1.6GHz，傳輸速率600bps調(diào)制：TDMA終端設(shè)備體積小、功耗低，信道無干擾，可靠性高。比較項(xiàng)目北斗海事衛(wèi)星亞洲2號(hào)衛(wèi)星類型及產(chǎn)權(quán)GEO通信、定位衛(wèi)星，中國所有。GEO通信衛(wèi)星，87個(gè)國家參加的國際海事衛(wèi)星組織所有。GEO通信衛(wèi)星，中國香港亞洲衛(wèi)星公司所有。政策性中國自主。美國GPS授時(shí)。中國自主。功能定位、精密授時(shí)、實(shí)時(shí)導(dǎo)航GPS差分信息、短消息通訊。數(shù)據(jù)報(bào)告，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)傳輸、信息服務(wù)。工作頻段S/L頻段微波，受雨衰影響小。C/L頻段微波，受雨衰影響小。Ku頻段微波，受雨衰影響大。北斗、海事衛(wèi)星、亞洲2號(hào)對(duì)比比較項(xiàng)目北斗海事衛(wèi)星亞洲2號(hào)抗干擾采用CDMA碼分多址，抗干擾能力強(qiáng)。采用TDMA時(shí)分多址，存在數(shù)據(jù)包的碰撞。采用CDMA碼分多址，抗干擾能力強(qiáng)。覆蓋范圍亞洲地區(qū)全球全球大陸并發(fā)處理出站：200次/秒入站：300次/秒出站：1次呼叫/秒，入站：1次呼叫/秒，1幀8.64秒，分為28個(gè)時(shí)隙采用CDMA分組輪詢方式。報(bào)文處理120個(gè)漢字或等長（1680bit）BCD碼數(shù)據(jù)報(bào)告32字節(jié)數(shù)據(jù)包長可根據(jù)用戶信息長度優(yōu)化選擇。北斗、海事衛(wèi)星、亞洲2號(hào)對(duì)比比較項(xiàng)目北斗海事衛(wèi)星亞洲2號(hào)傳輸速率出站：31.25Kbps入站：5.625Kbps600bps64K-2Mbps9.6-153.6Kbps點(diǎn)隊(duì)點(diǎn)傳輸時(shí)延安用戶等級(jí)劃分為：1、2、5秒大于30秒由通訊方式?jīng)Q定終端功耗發(fā)射：80W，待機(jī)：0.36W發(fā)射80W發(fā)射120W，待機(jī)30mW北斗、海事衛(wèi)星、亞洲2號(hào)對(duì)比第六節(jié)：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分代接入技術(shù)典型網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)名稱1GFDMAAMPS，TACS2GTDMAFDMAGSM、GSM-SMS2.5GTDMACDMAGPRS、EDGE、CDMA1x3GTDMA，CDMATD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000各代移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)資料技術(shù)分代運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)名稱平均速率2.5G中國移動(dòng)GPRS20～40kbps中國移動(dòng)EDGE80～160kbps中國聯(lián)通CDMA1x70～110Kbps

3G中國移動(dòng)TD-SCDMA384kbps中國聯(lián)通WCDMA800Kbps中國電信CDMA2000650kbpsGSM話務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(BTS)基站收發(fā)信機(jī)(BSC)基站控制器(MSC)移動(dòng)交換中心(VLR)訪問位置寄存器(HLR)歸屬位置寄存器(EIR)設(shè)備識(shí)別寄存器(AUC)鑒權(quán)中心(SMS-SC)短消息業(yè)務(wù)中心(GMSC)移動(dòng)交換中心網(wǎng)關(guān)(CBC)計(jì)費(fèi)中心(PSTN)公眾電話交換網(wǎng)(ISDN)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(PSPDN)分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PLMN)公眾陸地移動(dòng)網(wǎng)電路交換分組交換GPRS數(shù)據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（BTS）基站收發(fā)信機(jī)（BSC）基站控制器（MSC）移動(dòng)交換中心（PCU）分組控制單元（SGSN）GPRS服務(wù)支持接點(diǎn)（GGSN）GPRS網(wǎng)關(guān)支持接點(diǎn)（PDN）公用數(shù)據(jù)網(wǎng)

GPRS遙測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第七節(jié)：以太網(wǎng)絡(luò)定義：以太網(wǎng)不是一種具體的網(wǎng)絡(luò)，是一種技術(shù)規(guī)范。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

總線型：星型：以太網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較總線型：采用同軸纜作為傳輸介質(zhì)，連接簡單，不需要專用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。所需的電纜較少、價(jià)格便宜、管理成本高，不易隔離故障點(diǎn)、采用共享的訪問機(jī)制，易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。星型：采用集線器、交換機(jī)為核心節(jié)點(diǎn)設(shè)備，通過雙絞線、光纖將局域網(wǎng)中的各臺(tái)主機(jī)連接到核心節(jié)點(diǎn)上。管理方便、容易擴(kuò)展、需要專用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、更多的網(wǎng)線、對(duì)核心設(shè)的可靠性要求高，但網(wǎng)線和連接器比總線型的要便宜。星型拓?fù)淇梢酝ㄟ^級(jí)聯(lián)的方式很方便的將網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到很大的規(guī)模。數(shù)據(jù)幀與工作體制令牌式：廣播式：

令牌環(huán)：廣播：以太網(wǎng)的OSI七層虛擬框架以太網(wǎng)虛擬通訊流程以太網(wǎng)設(shè)備識(shí)別：IP地址與MAC地址邏輯：IPv4地址（32位）物理：MAC地址（48位）崗位：班長個(gè)人：李白物理地址和個(gè)人具有唯一性；崗位和邏輯地址相對(duì)固定，個(gè)人和物理地址可更替。以太網(wǎng)的廣播式工作原理設(shè)備連接：以太網(wǎng)上的所有設(shè)備都連在以太總線上，它們共享同一個(gè)通信通道。傳輸速度：實(shí)際上是光速的80%左右工作方式：以太網(wǎng)采用的是廣播方式的通信，即所有的設(shè)備都接收每一個(gè)信息包。工作流程：（1）幀聽，直到信道空閑為止。（2）空閑就傳輸數(shù)據(jù)，傳輸?shù)臅r(shí)候繼續(xù)幀聽。（3）如發(fā)現(xiàn)沖突則執(zhí)行退避算法，繼續(xù)偵聽。（4）若未發(fā)現(xiàn)沖突則發(fā)送成功，計(jì)算機(jī)會(huì)返回到幀聽信道狀態(tài)。每臺(tái)計(jì)算機(jī)一次只允許發(fā)送一個(gè)包，計(jì)算機(jī)在試圖再一次發(fā)送數(shù)據(jù)之前，必須等待9.6微秒（10Mbps為例）。沖突與沖突域

沖突：在以太網(wǎng)中，當(dāng)兩個(gè)數(shù)據(jù)幀同時(shí)被發(fā)到物理傳輸介質(zhì)上，并完全或部分重疊時(shí)，就發(fā)生了數(shù)據(jù)沖突。當(dāng)沖突發(fā)生時(shí)，物理網(wǎng)段上的數(shù)據(jù)都不再有效。

沖突域：在同一個(gè)沖突域中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能收到所有被發(fā)送的幀。

沖突是影響以太網(wǎng)性能的重要因素，由于沖突的存在使得傳統(tǒng)的以太網(wǎng)在負(fù)載超過40％時(shí)，效率將明顯下降。因此，當(dāng)以太網(wǎng)的規(guī)模增大時(shí)，就必須采取措施來控制沖突的擴(kuò)散。通常的辦法是使用網(wǎng)橋和交換機(jī)將網(wǎng)絡(luò)分段，將一個(gè)大的沖突域劃分為若干小沖突域。沖突域劃分廣播、廣播域與廣播風(fēng)暴

廣播：以目的地址都為“1”的廣播幀構(gòu)成的數(shù)據(jù)流，廣播幀告之網(wǎng)絡(luò)中所有的計(jì)算機(jī)接收并處理此幀。廣播域：網(wǎng)絡(luò)中能接收任何一臺(tái)設(shè)備發(fā)出的廣播幀的所有設(shè)備的集合。廣播風(fēng)暴廣播導(dǎo)致在廣播域內(nèi)大量復(fù)制和傳播數(shù)據(jù)幀，造成網(wǎng)絡(luò)性能下降，甚至網(wǎng)絡(luò)癱瘓。廣播風(fēng)暴成因

共享式大網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)卡損壞、網(wǎng)絡(luò)環(huán)路、網(wǎng)絡(luò)病毒等。集線器－共享式以太網(wǎng)

工作原理：集線器（HUB）將一個(gè)端口接收的信號(hào)重復(fù)分發(fā)給其他端口來擴(kuò)展物理介質(zhì)，所有連接到集線器的設(shè)備共享同一介質(zhì)，集線器和它所連接的設(shè)備組成了一個(gè)單一的沖突域和廣播域。技術(shù)特點(diǎn)：

1.集線器同時(shí)只能傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)幀，集線器所有端口共享同一帶寬。

2.集線器是有源設(shè)備，對(duì)接收的信號(hào)有放大作用。集線器也被稱為“多端口中繼器”。

3.由于共享沖突域，隨著節(jié)點(diǎn)的增加，大量的沖突將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能急劇下降。

4.由于共享廣播域，遇到廣播風(fēng)暴將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能急劇下降。交換機(jī)－交換式以太網(wǎng)交換機(jī)工作原理交換機(jī)根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址建立該地址同交換機(jī)端口的映射，并將其寫入MAC地址表中。交換機(jī)將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進(jìn)行比較，以決定由哪個(gè)端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中，則向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)。廣播幀向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)。

交換式優(yōu)于共享式減少?zèng)_突：交換機(jī)將沖突隔絕在每一個(gè)端口（每個(gè)端口都是一個(gè)沖突域），避免了沖突的擴(kuò)散。提升帶寬：接入交換機(jī)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以使用全部的帶寬，而不是各個(gè)節(jié)點(diǎn)共享帶寬。減少誤碼：交換機(jī)分直通式和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式可以糾檢數(shù)據(jù)包傳輸中的錯(cuò)碼。交換機(jī)的主要功能和特性主要功能1.學(xué)習(xí)：以太網(wǎng)交換機(jī)了解每一端口相連設(shè)備的MAC地址，并將地址同相應(yīng)的端口映射起來存放在交換機(jī)緩存中的MAC地址表中。2.轉(zhuǎn)發(fā)/過濾：當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中有映射時(shí)，它被轉(zhuǎn)發(fā)到連接目的節(jié)點(diǎn)的端口而不是所有端口（如該數(shù)據(jù)幀為廣播/組播幀則轉(zhuǎn)發(fā)至所有端口）。3.消除回路：當(dāng)交換機(jī)包括一個(gè)冗余回路時(shí)，以太網(wǎng)交換機(jī)通過生成樹協(xié)議避免回路的產(chǎn)生，同時(shí)允許存在后備路徑。技術(shù)特性：1.隔離沖突域：每一個(gè)端口所連接的網(wǎng)段都是一個(gè)獨(dú)立的沖突域。2.不隔離廣播幀：所連接的設(shè)備在同一個(gè)廣播域（三層交換機(jī)配置的VLAN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境除外）。網(wǎng)橋網(wǎng)橋作用：可將網(wǎng)段連接在一起，分割網(wǎng)段，減少?zèng)_突。工作原理：同交換機(jī)沒有本質(zhì)的區(qū)別。在某些物理介質(zhì)（網(wǎng)線、光纖等）情況下，可以認(rèn)為網(wǎng)橋就是交換機(jī)。技術(shù)特點(diǎn)：

網(wǎng)橋可連接不同介質(zhì)的網(wǎng)段（WiFi等）。路由器路由器的作用：它決定IP包通過的最佳路徑,將數(shù)據(jù)包從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)前向轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。路由器的功能：

1.隔絕廣播包，劃分廣播域。

2.通過路由選擇算法決定最優(yōu)路徑。

3.轉(zhuǎn)發(fā)基于三層目的地址的數(shù)據(jù)包。

VLAN虛擬局域網(wǎng)

雖然位于OSI模型的第三層的路由器提供了廣播域分段，但位于OSI模型的第二層的交換機(jī)也提供了一種稱為VLAN的廣播域分段方法。VLAN為工作站提供獨(dú)立的廣播域，這些工作站是依據(jù)其功能、項(xiàng)目組或應(yīng)用而不顧其用戶的物理位置而邏輯分段的。VLAN的特點(diǎn)

VLAN的優(yōu)點(diǎn)：安全性：一個(gè)VLAN里的廣播幀不會(huì)擴(kuò)散到其他VLAN中。

網(wǎng)絡(luò)分段：將物理網(wǎng)段按需要?jiǎng)澐殖蓭讉€(gè)邏輯網(wǎng)段，每一個(gè)邏輯網(wǎng)段像一個(gè)獨(dú)立物理網(wǎng)段。

靈活性?？蓪⒔粨Q端口和連接的用戶按照VLAN邏輯分成團(tuán)體。VLAN能跨越多個(gè)交換機(jī)。VLAN間通訊

位于二層的交換機(jī)劃分的VLAN無法進(jìn)行VLAN間通信，只有位于三層路由器或高級(jí)的三層交換機(jī)可以轉(zhuǎn)發(fā)不同VLAN間的數(shù)據(jù)包，稱之為VLAN間路由。IEEE－國際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)IEEE802委員會(huì)現(xiàn)有以下13個(gè)分委員會(huì)，分管：

802.1－概述、體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)互連，以及網(wǎng)絡(luò)管理和性能測量

802.2－邏輯鏈路控制

802.3－CSMA/CD

802.4－令牌總線網(wǎng)

802.5－令牌環(huán)形網(wǎng)

802.6－城域網(wǎng)MAN

802.7－寬帶技術(shù)

802.8－光纖技術(shù)

802.9－綜合話音數(shù)據(jù)局域網(wǎng)

802.10－可互操作的局域網(wǎng)的安全

802.11－無線局域網(wǎng)

802.12－高速局域網(wǎng)

802.14－Cable-TV電纜電視Ethernet

OSI7層模型物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層MAC地址互聯(lián)層IP地址傳輸層應(yīng)用層InterNetTCP/IP4層模型萬維網(wǎng)InterNetMAC地址的組成MAC地址是以太網(wǎng)卡上帶的地址，也即物理地址，MAC地址在世界是惟一的。MAC地址的長度為48位（6個(gè)字節(jié)），表示為冒號(hào)隔開的16進(jìn)制數(shù)：

08:00:20:0A:8C:6DIEEE分配給網(wǎng)絡(luò)硬件制造商的編號(hào)。制造商網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的系列號(hào)IPv4地址的組成點(diǎn)分十進(jìn)制最大值二進(jìn)制舉例：網(wǎng)絡(luò)地址主機(jī)地址

11111111

11111111

11111111

111111114個(gè)字節(jié)，32位，4億多個(gè)地址

172.16.

122.

202

255

255255

255

255

10101100

000100000111101011001100

10101100IPv4地址的特別規(guī)定主機(jī)地址全為0（192.168.0.0），解釋為“本主機(jī)”

主機(jī)地址全為1（192.168.0.255），解釋為192.168.0這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)。

整個(gè)IP地址全為0（）是RIP協(xié)議用來賦給默認(rèn)路由的地址。

整個(gè)IP地址全為1（）表示在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)上廣播給全部主機(jī)，也稱“全1廣播”。IPv4地址的分類A類地址:范圍1～126B類地址:范圍128～191C類地址:范圍192～2230NNN