第1章計算機網絡基礎

第1章計算機網絡基礎1.1引言1.2計算機網絡定義和功能1.3計算機網絡的產生和發(fā)展1.4網絡協(xié)議與體系結構1.5計算機網絡的定義及分類1.6數據通信基礎1.7物理層接口1.8傳輸介質1.9無線傳輸

1.1引言

當前知識經濟浪潮中的兩個重要特點就是信息化和全球化，而要實現信息化和全球化，就必須依靠先進的網絡技術。

計算機是20世紀人類最偉大的發(fā)明之一，它的產生標志著人類開始邁向一個嶄新的信息社會。在20世紀的最后10年中，人們驚喜地發(fā)現：電話、電視及計算機正在迅速地融合；信息的獲取、存儲、傳輸和處理之間的孤島現象隨著計算機網絡的發(fā)展而逐漸消失；曾經獨立發(fā)展的電信網、電視網和計算機網將合而為一；新的信息產業(yè)正以強勁的勢頭迅速崛起。1993年9月，美國政府發(fā)布了一個在全世界引起巨大反響的行動計劃，那就是“國家信息基礎結構NII”行動綱要。NII是NationalInformationInfrastructure的縮寫，也可譯為國家信息基礎設施。

1.2計算機網絡定義和功能

1.數據通信利用計算機網絡進行數據信息的傳遞是一種全新的電子傳遞方式，比現有的其他通信工具有更多的優(yōu)點，比如它不像電話，需要通話者同時在場，也不像廣播系統(tǒng)，只能是單方向傳遞信息。2.資源共享在計算機網絡中，有許多昂貴的資源，例如大型數據庫、巨型計算機等，用戶可以共享使用這些資源。共享資源包括硬件資源的共享，如打印機、大容量磁盤等。

3.增加可靠性在單個系統(tǒng)內，某個資源或計算機的暫時失效將導致系統(tǒng)癱瘓，當然，可通過替換資源的辦法來維持系統(tǒng)的繼續(xù)運行。4.提高系統(tǒng)處理能力單機系統(tǒng)的處理能力是有限的，且由于種種原因，各計算機的忙閑程度也不均勻。1.3計算機網絡的產生和發(fā)展1.3.1面向終端的計算機通信網隨著遠程終端數量的增多，為了避免一臺計算機使用多個線路控制器，在20世紀60年代初，出現了多重線路控制器（multilinecontroller），它可和多個遠程終端相連接（如圖1-1），構成面向終端的計算機通信網，它是最原始的計算機網絡（有人稱其為第一代計算機網絡）。圖1-1面向終端的計算機通信網計算機調制解調器調制解調器多重線路控制器終端數字信號模擬信號數字信號公共電話網圖1-2用前端處理機實現的聯機系統(tǒng)計算機調制解調器調制解調器終端前端處理機公用電話網1.3.2基于交換的計算機通信網在面向終端的計算機網絡中，用戶通過終端命令以交互方式使用計算機，從而將單一計算機系統(tǒng)的各種資源共享給各個用戶。這種網絡系統(tǒng)的應用極大地刺激了用戶使用計算機的熱情，使計算機用戶的數量迅速增加。

電路交換技術本來是為電話通信而設計的，對于計算機網絡來說，建立通路的呼叫過程太長，必須尋找新的適合于計算機通信的交換技術。

ARPANET網的成功運行使計算機網絡的概念發(fā)生了根本變化。

圖1-3從以單個主機為中心演變到以通信子網為中心通信子網（分組交換網）1.3.3計算機網絡體系結構的形成在網絡中，相互通信的計算機必須高度協(xié)調工作，而這種“協(xié)調”是相當復雜的。為了降低網絡設計的復雜性，早在當初設計ARPANET時專家就提出了層次模型思想。

OSI參考模型的推出使網絡發(fā)展道路走向標準化，而網絡標準化的最大體現就是Internet的飛速發(fā)展。1.3.4局域網的形成在計算機網絡的發(fā)展過程中，另一個重要階段就是在20世紀80年代初發(fā)展起來的局域網。由于微型計算機的出現和應用的普及，人們迫切需要將眾多的微機組成網絡。局域網就是在一個有限區(qū)域范圍內將眾多微型計算機連接在一起實現信息交換和信息共享。1.3.5Internet時代的到來進入20世紀80年代末期以來，在計算機網絡領域最引人注目的就是起源于美國的Internet的飛速發(fā)展。Internet的原意就是互聯網，全國自然科學名詞審定委員會推薦的譯名是“因特網”。NGI計劃要實現的一個目標是：開發(fā)下一代網絡結構，以比現在的Internet高100倍的速率連接至少100個研究機構，以比現在的Internet高1000倍的速率連接10個類似的網點；其端到端的傳輸速率要超過100Mb/s至10Gb/s。另一個目標是使用更加先進的網絡服務技術和開發(fā)許多帶有革命性的應用，如遠程醫(yī)療、遠程教育、有關能源和地球系統(tǒng)的研究、高性能的全球通信、環(huán)境監(jiān)測和預報、緊急情況處理等。1.3.6計算機網絡發(fā)展計算機網絡經過第一代、第二代和第三代的發(fā)展，表現出其巨大的使用價值和廣闊的應用前景。高速網絡的應用開發(fā)主要是圖像、多媒體、實時系統(tǒng)和分布計算。圖像應用包括圖像文本管理、可視化工具、醫(yī)療圖像、出版、計算機輔助設計和輔助制造、建筑設計制圖和指紋驗證等。

1.4網絡協(xié)議與體系結構

1.4.1分層次的網絡體系結構

1.網絡協(xié)議在計算機網絡中要做到有條不紊地交換數據，就必須遵守一些事先約定好的網絡協(xié)議。一個網絡協(xié)議主要由以下三個要素組成：

語法，即數據與控制信息的結構、格式和編碼。

語義，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種應答。

同步，即事件實現順序的詳細說明。2.協(xié)議分層為了減少網絡協(xié)議設計的復雜性，協(xié)議的設計者并不是設計一個單一、巨大的協(xié)議來為所有形式的通信規(guī)定完整的細節(jié)，而是采用把復雜的通信問題按一定層次，劃分為許多相對獨立的子功能，然后為每一個子功能設計一個單獨的協(xié)議，即每層對應一個協(xié)議。圖1-4郵政系統(tǒng)分層模型用戶（寫信人）用戶（收信人）郵政局郵政局運輸部門運輸部門用戶子系統(tǒng)郵政子系統(tǒng)運輸子系統(tǒng)用戶間約定郵局間約定運輸部門間約定用戶/郵局約定郵局/運輸部門約定甲地乙地3.網絡體系結構網絡體系結構是指網絡中分層模型和各層協(xié)議的集合。網絡體系結構的描述必須包括足夠的信息，以方便為每一功能層進行硬件設計或編寫程序，并使之符合相關協(xié)議。1)物理層物理層的任務就是透明地傳送比特流。在物理層上所傳數據的單位是比特，它關心的問題是：使用什么樣的物理信號來表示數據“0”和“1”；“0”和“1”持續(xù)的時間多長；數據傳輸是否可同時在兩個方向上進行；最初的連接如何建立和完成通信后連接如何終止；物理接口（插頭和插座）有多少針以及各針的功能。圖1-5一個原理性的網絡體系結構應用層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層543212)數據鏈路層數據鏈路層的任務是在兩個相鄰節(jié)點間的線路上無差錯地傳送以幀（frame）為單位的數據。每一幀包括數據和必要的控制信息。在傳送數據時，若接收節(jié)點檢測到所收到的數據中有差錯，就要通知發(fā)方重發(fā)這一幀，直到這一幀正確無誤地到達接收節(jié)點為止。3)網絡層在計算機網絡中進行通信的兩個計算機之間可能要經過許多個節(jié)點和鏈路，也可能還要經過好幾個不同的通過路由器互連的通信子網。在網絡層，數據的傳送單位是分組（或包），因此要將發(fā)送方主機送來的報文分割成若干個分組。4)傳輸層

傳輸層的任務是根據下面通信子網的特性最佳地利用網絡資源，并以可靠和經濟的方式為兩端主機（也就是源站和目的站）的進程之間建立一條傳輸連接，以透明地傳送報文。

5)應用層

應用層在體系結構中是最高層。它的任務是確定進程之間通信的性質，以滿足用戶的需要。圖1-6數據在各層之間的傳遞過程1.4.2網絡服務與實體服務在計算機網絡中是一個極其重要的概念。在網絡體系結構中，所謂服務就是網絡中的各層向其相鄰上層提供一組操作，是相鄰兩層之間的界面。由于網絡分層結構中的單向依賴關系，使得網絡中相鄰層之間的界面也是單向的。

另一方面，在研究網絡進行信息交換時，用實體（entity）來表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件對象，每一層至少存在一個實體，在不同主機上，同一層內的實體稱為對等實體，N層實體實現的服務為N+1層所利用，而N層則要利用N-1層所提供的服務。N層實體可以向N+1層提供幾類服務。

圖1-7相鄰兩層之間的關系服務用戶服務用戶服務提供者提供服務交換原語交換原語協(xié)議SAPSAPN+1層N層1.4.3服務原語“服務”在形式上是用一組原語來描述的，這些原語供用戶和其他實體訪問該服務，或者向用戶實體報告某事件的發(fā)生。服務原語可以劃分為如表1-1所示的4類。表1-14類服務原語原

語意

義請求(request)用戶實體要求服務做某項工作指示(indicate)用戶實體被告知某事件發(fā)生響應(response)用戶實體表示對某事件的響應確認(confirm)用戶實體收到關于它的請求的答復

使用了下述8個服務原語：

(1)連接請求：服務用戶請求建立一個連接。

(2)連接指示：服務提供者向被呼叫方示意有人請求建立連接。

(3)連接響應：被呼叫方用來表示接受建立連接的請求。

(4)連接確認：服務提供者通知呼叫方建立連接的請求已被接受。(5)數據請求：請求服務提供者把數據傳給對方。(6)數據指示：表示數據到達。(7)斷連請求：請求釋放連接。

(8)斷連指示：釋放連接請求到達對等端?？疾橐幌翧打電話邀請B到家來喝茶的步驟：(l)連接請求：A撥B家的電話號碼。(2)連接指示：B家的電話鈴響了。(3)連接響應：B拿起了電話。(4)連接確認：A聽到響鈴停止。(5)數據請求：A邀請B來喝茶。(6)數據指示：B聽到了A的邀請。(7)數據請求：B說她很高興來。(8)數據指示：A聽到B接受邀請。(9)斷連請求：A掛斷電話。(10)斷連指示：B聽到了，也掛斷電話。

圖1-8服務原語的應用tN+1層N層N層N+1層（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）系統(tǒng)A系統(tǒng)B1.4.4ISO-OSI的體系結構

OSI參考模型中采用了7個層次的體系結構，也就是將前面所講的原理性體系結構中的應用層再劃分為三個層次。這三個層次從上到下的名稱是：應用層、表示層和會話層。會話層不參與具體的數據傳輸，但它卻對數據傳輸進行管理。它在兩個互相通信的進程之間建立、組織和協(xié)調其交互。1.4.5TCP/IP的體系結構

TCP/IP最初是為ARPANET網開發(fā)的網絡體系結構，該體系結構主要由兩個重要協(xié)議，即TCP協(xié)議和IP協(xié)議而得名，實際上，TCP/IP體系包含了大量的協(xié)議和應用，它是由大量協(xié)議組成的集合，簡稱為TCP/IP協(xié)議集。

TCP/IP協(xié)議體系分為四個層次（見圖l-9）。圖1-9TCP/IP與ISO-OSI體系結果的對比TCP/IP的最高層是應用層。再往下的一層是TCP/IP的傳輸層，也叫做主機到主機層。這一層可使用兩種不同的協(xié)議：一種是面向連接的傳輸控制協(xié)議（TCP－TransmissionControlProtocol），另一種是無連接的用戶數據報協(xié)議（UDP－UserDataProtocol）。傳輸層傳送的數據單位是報文（message）或數據流（stream）。報文也常稱為報文段（segment）。

傳輸層下面是TCP/IP的網絡互連層，其主要的協(xié)議就是無連接的網絡互連協(xié)議（IP－InternetProtocol）。該層傳送的數據單位是分組（packet）。

圖l-9給出了TC/IP與ISO－OSI這兩種體系結構的對比。值得注意的是，在一些問題的處理上，TCP/IP與OSI有很大不同。

(1)?TCP/IP一開始就考慮到多種異構網的互連問題，并將網際協(xié)議IP作為TCP/IP的重要組成部分。

(2)?TCP/IP一開始就對面向連接服務和無連接服務并重，而OSI在開始時只強調面向連接服務。

(3)?TCP/IP有較好的網絡管理功能，而OSI到后來才開始考慮這個問題。

1.5計算機網絡的定義及分類

1.5.1局域網局域網（LocalAreaNetwork，LAN）是指范圍在幾百米到十幾公里內，辦公樓群或校園內的計算機相互連接所構成的計算機網絡。

傳統(tǒng)局域網具有高數據傳輸率（10Mb/s或100Mb/s）、低延遲和低誤碼率的特點。新型局域網的數據傳輸率可達每秒千兆位甚至更高。局域網有不同的拓撲結構，常用的有總線型、星形、環(huán)形等（如圖1-10）。圖1-10局域網常用的拓撲結構1.5.2城域網城域網（MetroPolitanAreaNetwork，MAN）所采用的技術基本上與局域網相類似，只是規(guī)模上要大一些。城域網既可以覆蓋相距不遠的幾棟辦公樓，也可以覆蓋一個城市。

DQDB采用兩條平行的單向總線（如圖1-11），這兩條平行的單向總線貫穿于整個城市，每個站點都同時與這兩條總線相連。

圖1-11DQDB城域網示意圖…123N總線A總線B總線A上的數據流向總線B上的數據流向端接點計算機1.5.3廣域網廣域網（WideAreaNetwork，WAN）通?？缃雍艽蟮奈锢矸秶?，如一個行業(yè)、一個國家。廣域網包含很多用來運行用戶應用程序的機器集合，通常把這些機器叫做主機（host）。圖1-12廣域網的物理結構通信子網IMP1.5.4互聯網目前世界上有許多網絡，不同網絡的物理結構、協(xié)議和所采用的標準是各不相同的。如果連接到不同網絡的用戶需要進行相互通信，就需要將這些不兼容的網絡通過稱為網關（gateway）的設備連接起來，并由網關完成相應的轉換功能。由多個網絡相互連接構成的集合稱為互聯網（internetworking）?；ヂ摼W的最常見形式是多個局域網通過廣域網連接起來。1.5.5無線網無線網特別是無線局域網有很多優(yōu)點，如易于安裝和使用。無線網是當前國內外的研究熱點，無線網的研究是由巨大的市場需求驅動的。無線網的特點是使用戶可以在任何時間、任何地點接入計算機網絡，而這一特性使其具有強大的應用前景。當前已經出現了許多基于無線網的產品，如個人通信系統(tǒng)（PCS－PersonalCommunicationSystem）電話、無線數據終端、便攜式可視電話、個人數字助理等。

1.6數據通信基礎

1.6.1信道與信號在通信系統(tǒng)中，將數據分為數字數據（具有離散值，如字符串等）和模擬數據（在某時間間隔中具有連續(xù)的值，如音頻數據）兩種類型。在數據通信時，要將數據編碼（變換）為電信號的形式從一點傳到另一點。

圖1-13信號的表示(a)數字信號；(b)模擬信號周期幅度時間t0f1f2A(a)(b)

At1.6.2模擬通信利用模擬信號來傳遞數據的過程稱為模擬通信，普通電話、廣播、電視等都屬于模擬通信。

模擬通信系統(tǒng)一般由信源、調制器、信道、解調器、信宿以及噪聲源組成（如圖1-14所示）。圖1-14模擬通信系統(tǒng)模型信源調制器信道解調器信宿噪聲源1.6.3數字通信利用數字信號來傳遞數據的過程稱為數字通信，計算機通信、數字電話、數字電視等都屬于數字通信。

數字通信系統(tǒng)一般由信源、編碼器、信道、解碼器、信宿以及發(fā)送端和接收端時鐘同步組成（如圖1-15）。發(fā)送端信源所產生的原始信號通常要經過編碼器編碼后進入信道傳輸，在接收端經解碼器解碼還原。圖1-15數字通信系統(tǒng)模型接收端信源編碼器信道解碼器信宿噪聲源發(fā)送端1.6.4傳輸特性與傳輸方式盡管模擬信號和數字信號都可以在合適的信道上進行傳輸，但模擬信號和數字信號之間還是有區(qū)別的。

1.抗干擾能力強模擬通信系統(tǒng)在傳輸模擬信號過程中，噪聲將疊加在有用的模擬信號上，接收端很難將信號和噪聲分開，因而模擬通信系統(tǒng)的抗干擾能力比較差。2.實現高質量的遠距離通信由于模擬通信時，噪聲是疊加在有用的模擬信號上，而通信系統(tǒng)中的模擬放大器無法將有用的信號與噪聲分開，因此只好將有用信號和噪聲同時放大。

3.適應各種通信業(yè)務在數字通信系統(tǒng)中，各種數據（電報、電話、圖像和語音等）都可以被變換為統(tǒng)一的二進制數字信號進行傳輸，所以數字通信系統(tǒng)能靈活地適應各種通信業(yè)務。4.保密性強由于數字通信系統(tǒng)中傳輸的是數字信號，因而在傳輸過程中，可以對信號進行各種數字處理：如存儲、轉發(fā)、復制、加密、檢錯、糾錯等。1.6.5帶寬與數據傳輸率在通信模型中我們已經看到，信號由發(fā)送設備產生并經過信道傳輸。信號是時間的函數，但也可以表示為頻率的函數。根據傅立葉信號分析理論，任何信號都是由各種頻率的成分組成，其中每一成分都是正弦波（或余弦波）。舉例來說，假如某信號按傅立葉變換后為

s(t)＝sin2πft+l/3sin3(2πft)+l/5sin5(2πft)(1-1)

圖1-16信號及其頻譜(a)?s(t)信號的頻譜圖；(b)非周期矩形脈沖數字信號及其頻譜-t/2t/2s(t)時間1/T2/T3/T4/T

頻率S(f)(a)(b)

?f5f3f11/31/5頻率S(f)圖1-17信道截止頻率(a)單(代)通濾波器；(b)雙(帶)通濾波器??f2??f??f?fc??f10.707AA0.707(a)(b)1.6.6數據編碼前面提到，數據經編碼成數字（或模擬）信號后才能傳輸。對于數字信號傳輸技術，數據源（可能是模擬數據或數字數據）編碼成數字信號s(t)，s(t)的實際形式取決于編碼技術。

1.數字數據編碼成數字信號數字信號是一系列離散的不連續(xù)的電壓脈沖，每一脈沖稱為一個信號碼元。編碼技術就是從數據比特到信號碼元的變換。NRZ編碼有缺點，它難以決定一位的結束和另一位的開始，需要有某種方法來使發(fā)送器和接收器進行定時或同步。另一種是差分曼徹斯特編碼，如圖1-18(c)所示圖1-18數字信號編碼(a)單極性不歸零制編碼(NRZ)；(b)曼徹斯特編碼；(c)差分曼徹斯特編碼位值001101(a)(b)(c)高H低L高H低L高H低L2.數字數據編碼成模擬信號將數字數據轉換為模擬信號的編碼（調制）技術有：調幅（ASK）、調頻（FSK）、調相（PSK）三種技術，如圖1-19所示。

圖1-19三種調制技術(a)ASK；(b)FSK；(c)PSK3.模擬數據編碼為數字信號實際上，將模擬數據編碼為數字信號稱為模擬數據轉換為數字數據更為確切，即模擬數據數字化。一旦模擬數據轉換為數字數據，可以按以下三種方式傳輸：

數字數據可以用NRZ編碼成數字信號后傳輸。

數字數據進行諸如差分曼徹斯特編碼后，進行數字傳輸。數字數據采用ASK、PSK、FSK調制技術編碼后，進行模擬傳輸。1)(PCM）

PCM技術基于取樣理論：“如果信號f?(t)以均勻時間間隔，高于最高的明顯信號頻率的兩倍速率取樣，那么樣本包含了原信號的所有信息。

在圖l-20(c)中，我們可以看到每一個PAM脈沖用一個3比特的數字數據來近似表示，這樣就可以用8＝23個電平值近似表示PAM脈沖。圖1-20PCM編碼(a)原始信號；(b)PAM脈沖；(c)PCM脈沖；(d)PCM輸出(d)0110011100010111101003.01.46.21.32.85.9431613640002)(DM）在DM中，對于模擬數據，在每一個取樣時刻上移或下移一個量化電平（電平的一個數量單位），如圖1-21(a)所示，使得原信號由一階梯函數近似表示。在階梯函數中，若某取樣時刻是上移則產生一個1，若是下移則產生一個0，從而得到圖l-21（b）所示的DM輸出，即將模擬信號數字化為DM編碼。圖1-21DM編碼

(a)原信號及階梯函數；(b)?DM編碼(a)(b)4.模擬數據編碼為模擬信號我們已經知道調制就是將輸入信號與頻率為fc的載波結合起來，以產生通常帶寬中心位于fc的信號的過程。對于數字數據，當只有模擬傳輸可用時，需要將數字數據變?yōu)槟M信號。若模擬數據不加變換地在原頻譜上經信道傳輸（稱為模擬基帶傳輸），有很多局限性（基帶傳輸占有信道的全部帶寬）。為有效地傳輸，就要對信號進行一些處理，即調制，變?yōu)轭l帶傳輸。1.6.7數據通信方式

1.數據同步傳輸數據通信中，通信雙方要交換數據，需要有高度的協(xié)同動作。通常，數據經信道一次一比特的傳播。

1)異步方式

在這種方式中，每傳送一個字符（5位或8位）都在每個字符碼前加一個起始位，以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，表示字符結束。

2)同步方式同步方式的每個字符前后并不附加起止位作為字符的邊界，而是在發(fā)送字符之前先發(fā)送一組同步字符，通常為8位或16位，使收發(fā)雙方進入同步。

2.差錯控制常見的差錯控制技術有：奇偶校驗、循環(huán)冗余校驗、海明碼等。1.6.8多路復用技術

在通信系統(tǒng)中，一些高容量的同軸電纜、地面微波、衛(wèi)星設施以及光纜，其可傳輸的頻率帶寬很寬，為了高效合理地利用資源，通常采用多路復用技術，使多路數據信號共同使用一條線路進行傳輸，即利用一個物理信道同時傳輸多個信號，如圖1-22所示。圖1-22多路復用技術MUXDEMUXn個輸入n個輸出1條鏈路，n個信道1.頻分多路復用（FDM）頻分復用的典型例子有許多，如無線電廣播、無線電視中將多個電臺或電視臺的多組節(jié)目對應的聲音、圖像信號分別載在不同頻率的無線電波上，同時在同一無線空間中傳播，接收者根據需要接收特定的某種頻率的信號收聽或收看。2.時分復用（TDM）時分多路復用是將傳輸信號的時間進行分割，使不同的信號在不同時間內傳送，即將整個傳輸時間分為許多時間間隔（稱為時隙、時間片等，slottime），每個時間片被一路信號占用。

圖1-23多路復用技術分類(a)頻分多路復用；(b)時分多路復用信道1（f1）信道2（f2）信道3（f3）信道4（f4）信道5（f5）信道6（f6）多路復用器信號源1信號源2信號源3信號源4信號源5信號源6多路復用器信號源1信號源2信號源3信號源4信號源5信號源61??23?4?5?6?12?3?4?5?6(a)(b)123456123456多路復用器多路復用器

1)同步時分復

同步時分復用采用固定時間片分配方式，即將傳輸信號的時間按特定長度連續(xù)地劃分成特定時間段，再將每一時間段劃分成等長度的多個時隙（時間片），每個時隙以固定的方式分配給各路數字信號，各路數字信號在每一時間段都順序分配到一個時隙。

2)異步時分復異步時分復用技術又被稱為統(tǒng)計時分復用（statisticaltimedivisionmultiplexing）或智能時分復用（ITDM），它能動態(tài)地按需分配時隙，避免每個時間段中出現空閑時隙。

1.6.9數據交換技術

數據通信最簡單的形式是在兩個用某種傳輸介質直接連接的設備之間進行通信，但這是不現實的，通常是要經過有中間節(jié)點的網絡來把數據從源地發(fā)往目的地，以此實現通信。這些中間節(jié)點并不關心數據內容，其目的是提供一個交換設備，用它把數據從一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點直至到達目的地，如圖1-24所示1.電路交換（circuitswitching）電路交換是一種直接的交換方式，它為一對需要進行通信的站之間提供一條臨時的專用傳輸鏈路，它既可以是物理鏈路又可以是邏輯鏈路（使用時分或頻分復用技術）。電路交換的通信包括三個階段，結合圖1-24解釋如下：①電路建立：通過源站點連接請求完成交換網中對應的所需逐個節(jié)點的接續(xù)（連接）過程，以建立起一條由源站到目的站的傳輸鏈路。②

數據傳輸：現在信號可以從A經建立的鏈路傳送到D，通常為全雙工傳輸。③

電路拆除：在完成數據傳輸后，由源站或目的站提出終止通信要求，各節(jié)點相應拆除該電路的對應連接，釋放由該電路占用的節(jié)點和信道資源。

電路交換具有下列特點：呼叫建立時間長且存在呼損。

電路連通后提供給用戶的是“透明通路”，即交換網對用戶信息的編碼方法、信息格式以及傳輸控制程序等都不加以限制，但對通信雙方而言，必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方法、信息格式、傳輸控制等一致才能完成通信。

一旦電路建立后，數據以固定的數據率傳輸，除通過傳輸鏈路的傳播延遲以外，沒有別的延遲。在每個節(jié)點的延遲是可以忽略的，適用于實時大批量連續(xù)的數據傳輸。

線路利用率低。電路建立、數據傳輸，直至通信鏈路拆除為止，鏈路是專用的，再加上通信建立時間、拆除時間和呼損，其利用率較低。2.報文交換（messageswitching）在數據交換是相對較為連續(xù)的數據流時（如話音），電路交換是一種適宜的、易于使用的技術。數據通信還使用一種報文交換，在報文交換網中，網絡節(jié)點通常為一臺專用計算機，它有足夠的存儲，以便在報文進入時，進行緩沖存儲。3.分組交換（packetswitching）分組交換（即包交換）是針對報文交換的缺點而提出的一種改進方式。分組交換屬于“存儲/轉發(fā)”交換方式，但它不像報文交換那樣以報文為單位進行交換、傳輸，而是以更短的、標準的報文“分組”（packet）為單位進行交換傳輸。

如圖1-24，假如A站有一份比較長的報文要發(fā)送給C站。則它首先將報文按規(guī)定長度劃分成若干分組，每個分組附加上地址及糾錯等其他信息，然后將這些分組順序發(fā)送到交換網的節(jié)點4。分組交換又可采用兩種方式：數據報傳輸分組交換和虛電路傳輸分組交換。

1)數據報傳輸分組交換

2)虛電路傳輸分組交換

圖1-25三種交換的比較(a)電路交換；(b)報文交換；(c)分組交換

1.7物理層接口

1.7.1物理層的基本概念物理層的任務是保證在各種計算機的傳輸介質上傳輸數據的比特流。大家知道，現有的計算機網絡中的物理設備和傳輸介質的種類非常繁多，而通信手段也有許多不同的方式。

物理層規(guī)程主要是描述和確定與傳輸介質有關的接口的一些特性，即:①機械特性②電氣特性③功能特性④規(guī)程特性1.7.2RS-232-C接口標準

RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制訂的著名物理層標準。它最早是1962年制訂的標準RS-232。這里，RS表示EIA的一種“推薦標準”，232是個編號。圖1-26兩個DTE通過DCE進行通信用戶環(huán)境用戶環(huán)境網絡DTE-ADTE-BDCE-ADCE-B用戶設施用戶設施通信環(huán)境通信設施串行比特傳輸RS-232接口RS-232接口RS-232標準的一些主要特點如下所述。機械特性方面：RS-232使用ISO2110關于插頭座的標準，它使用25根引腳的DB-25插頭座。電氣性能方面：RS-232采用負邏輯。功能特性方面：它規(guī)定了什么電路應當連接到25根引腳中的哪一根以及該引腳的作用。規(guī)程特性方面：規(guī)定了在DTE與DCE之間所發(fā)生的事件的合法序列。規(guī)程特性方面：規(guī)定了在DTE與DCE之間所發(fā)生的事件的合法序列。1.7.3RS-449接口標準RS-232接口標準有兩個較大的弱點，即：

(1)數據的傳輸速率最高為20kb/s；(2)連接電纜的最大長度不超過

15m。

RS-449

規(guī)定接口的機械特性、功能特性和過程特性。

RS-423-A

RS-422-A

1.8傳輸介質

傳輸介質是通信網絡中發(fā)送方和接收方之間的物理通路。傳輸介質的特性對網絡數據通信質量有很大影響。這些特性包括：

(1)物理描述：說明傳輸介質的特征。

(2)傳輸特性：使用模擬信號發(fā)送還是數字信號發(fā)送，調制技術、傳輸容量及傳輸的頻率范圍等。

(3)連通性：點到點或者多點連接。

(4)地理范圍：網上各節(jié)點間和整個網絡覆蓋的最大距離。

(5)抗干擾性：防止噪音對傳輸數據影響的能力。

(6)相對價格：以元件、安裝和維護的價格為基礎。1.8.1雙絞線雙絞線是最古老但又最常用的傳輸介質。把兩根互相絕緣的銅導線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法絞合起來就構成了雙絞線。模擬傳輸和數字傳輸都可以使用雙絞線，其通信距離一般為幾到十幾公里。表1-2是特性阻抗為100Ω的UTP中的3類線和5類線以及150Ω的STP的衰減比較。表1-2無屏蔽雙絞線與屏蔽雙絞線的衰減特性傳

輸

率/Mb/s每100m長的衰減/dBUTP3類UTP5類150ΩSTP12.62.01.145.64.12.21613.18.24.425–10.46.2100–22.012.3300––21.41.8.2同軸電纜

同軸電纜由內導體銅質芯線（單股實心線或多股絞合線）、絕緣層、網狀編織的外導體屏蔽層（也可以是單股的）以及塑料保護外層所組成（圖1-28）。由于外導體屏蔽層的作用，同軸電纜具有很好的抗干擾特性，因此被廣泛用于較高速率的數據傳輸。圖1-28同軸電纜的結構內導體銅芯線外導體屏蔽層絕緣層塑料保護外層l.50Ω同軸電纜

50Ω同軸電纜也稱為基帶電纜，用作數字通信，傳送基帶數字信號。

2.75Ω同軸電纜這種同軸電纜主要用作模擬傳輸系統(tǒng)，它是有線電視系統(tǒng)CATV中標準的傳輸電纜。在這種電纜上傳送的信號采用了頻分