數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡體系結構(精品系列課件)

揭開通信面紗——數(shù)據(jù)通信基礎華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術萬丈高樓平地起——傳輸介質(zhì)神龍見首不見尾——數(shù)據(jù)交換第2章網(wǎng)絡的任督二脈

——數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡體系結構一個都不能錯——差錯控制技術沒有規(guī)矩不成方圓——網(wǎng)絡體系結構2.1揭開通信面紗——數(shù)據(jù)通信基礎2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念1．信息計算機網(wǎng)絡通信的目的是為了交換信息。信息（Information）是人們對現(xiàn)實世界事物存在方式或運動狀態(tài)的某種認識。表示信息的形式可以是數(shù)值、文字、圖形、聲音、圖像及動畫等。2．數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（Data）是信息的載體與表示方式。數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)兩大類。模擬數(shù)據(jù)是指在某個區(qū)間連續(xù)變化的物理量，如電話中的聲音。數(shù)字數(shù)據(jù)是指離散的不連續(xù)的量，它是由模擬數(shù)據(jù)經(jīng)過量化后得到的離散的值，如在計算機系統(tǒng)中用二進制0、1表示的文字、圖形、聲音、圖像及動畫等數(shù)據(jù)。2.1揭開通信面紗——數(shù)據(jù)通信基礎3．信號信號（Signal）是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電磁波表示形式。信號分為模擬信號和數(shù)字信號兩種類型。隨時間連續(xù)變化的信號叫模擬信號，如聲音大小和溫度高低；隨時間離散變化的信號是數(shù)字信號，如計算機內(nèi)部處理的信號都是數(shù)字信號，如圖2-1所示。（a）模似信號

（b）數(shù)字信號圖2-1模擬信號和數(shù)字信號2.1揭開通信面紗——數(shù)據(jù)通信基礎2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成發(fā)送方將要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉換成信號，并通過物理信道傳送到數(shù)據(jù)接收方的過程稱為數(shù)據(jù)通信。目前，可以找到許多數(shù)據(jù)通信的例子，如電視廣播系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡等。無論基于這些系統(tǒng)的應用形式有何不同，在系統(tǒng)的主要構成上都具有共性，即任何一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)都由信源、信宿和信道三部分組成，并且在信道上存在不可忽略的噪聲影響，如圖2-2所示。圖2-2通信系統(tǒng)基本組成2.1揭開通信面紗——數(shù)據(jù)通信基礎1．信源和信宿信源是信息的發(fā)送端；信宿是信息的接收端。在計算機網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)通常都是雙向傳輸?shù)?，信源也同時作為信宿，一般是計算機或其他設備。2．信道信道是傳輸信息的通道，由通信線路及通信設備組成。從形式上看，信道主要有有線信道和無線信道兩類；根據(jù)傳輸?shù)男盘柕牟煌?，信道又可分為模擬信道和數(shù)字信道兩類。2.1揭開通信面紗——數(shù)據(jù)通信基礎3．變換器和反變換器信號變換器的作用是將信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘?，根?jù)不同的信源和信道信號，變換器有不同組成和變換功能。發(fā)送端的變換器可以是編碼器或者是調(diào)制器，接收端的反變換器相對應的就是譯碼器或者是解調(diào)器。編碼器的功能是把輸入的二進制數(shù)字序列作相應的處理，變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘枺蛔g碼器是在接收端完成編碼的反過程。調(diào)制器是把信源或編碼器輸出的二進制信號變換成模擬信號，以便在模擬信道上進行遠距離傳輸；解調(diào)器的作用是反調(diào)制，即把接收端接收的模擬信號還原為二進制數(shù)字信號。由于網(wǎng)絡中絕大多數(shù)信息都是雙向傳輸，在大多數(shù)情況下，信源也同時作為信宿；編碼器與譯碼器合并，通稱為編碼譯碼器；調(diào)制器與解調(diào)器合并，通稱為調(diào)制解調(diào)器。2.1揭開通信面紗——數(shù)據(jù)通信基礎調(diào)制與解調(diào)普通電話線是針對語音通話而設計的模擬信道，主要適用于模擬信號的傳輸。如果要在模擬信道上傳輸數(shù)字信號，就必須在信道兩端分別安裝調(diào)制解調(diào)器（Modem），用數(shù)字脈沖信號對模擬信號進行調(diào)制和解調(diào)。在發(fā)送端，將數(shù)字脈沖信號轉換成能在模擬信道上傳輸?shù)哪M信號，此過程稱為調(diào)制（Modulate）；在接收端，再將模擬信號還原成數(shù)字脈沖信號，這個反過程稱為解調(diào)（Demodulate）。把這兩種功能結合在一起的設備稱為調(diào)制解調(diào)器。4．噪聲源通信系統(tǒng)中不能忽略噪聲的影響，通信系統(tǒng)的噪聲可能來自于各個部分，包括發(fā)送或接收信息的周圍環(huán)境、各種設備的電子器件，信道外部的電磁場干擾等。2.1揭開通信面紗——數(shù)據(jù)通信基礎2.1.3模擬通信與數(shù)字通信根據(jù)信道中傳送信號的類型，可將通信分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)兩類。前者在信道中傳送模擬信號，而后者在信道中傳送數(shù)字信號。模擬信號在傳輸過程中會衰減，還會受到噪聲干擾?？朔p的辦法是在模擬傳輸系統(tǒng)中使用放大器將信號放大。但干擾信號也隨之放大，尤其是遠距離傳輸時，經(jīng)多次放大后會存在累積誤差，嚴重時會造成傳輸錯誤。數(shù)字信號在傳輸過程中即使受到噪聲的干擾，只要不影響“0”和“1”的判斷，就可以用信號再生的方法進行恢復。當傳輸距離遠時，可用中繼器把信號再生后再傳輸，不會產(chǎn)生累積誤差，對某些數(shù)碼的差錯也可以用差錯控制技術加以恢復，所以傳輸質(zhì)量較高。模擬數(shù)據(jù)可以用數(shù)字信號表示和傳輸，這時需要有一個將模擬信號轉換為數(shù)字信號的變換器。同樣，數(shù)字數(shù)據(jù)也可以通過一個變換器用模擬信號來表示和傳輸。2.1揭開通信面紗——數(shù)據(jù)通信基礎例如，圖2-3（a）的信號變換器是個編碼器，其作用是數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼。

圖2-3（b）的信號變換器是個模擬/數(shù)字轉換器，其作用是模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼。

圖2-3（c）的信號變換器的作用是數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編碼，具體轉換可由調(diào)制解調(diào)技術完成。圖2-3數(shù)字通信與模擬通信2.1揭開通信面紗——數(shù)據(jù)通信基礎2.1.4數(shù)據(jù)通信的技術指標①信道帶寬：信道可以不失真地傳輸信號的頻率范圍。為不同應用而設計的傳輸媒體具有不同的信道質(zhì)量，所支持的帶寬有所不同。②信道容量：信道在單位時間內(nèi)可以傳輸?shù)淖畲笮盘柫浚硎拘诺赖膫鬏斈芰?。③?shù)據(jù)傳輸速率（bps）：也稱位速率、比特率，指信道在單位時間內(nèi)可以傳輸數(shù)據(jù)的最大比特數(shù)。信道容量和信道帶寬具有正比的關系：帶寬越大，容量越大。局域網(wǎng)帶寬（傳輸速率）一般為10Mbps、100Mbps、1000Mbps等，而廣域網(wǎng)帶寬（傳輸速率）一般為64Kbps、2Mbps、155Mbps、2.5Gbps等。④差錯率/誤碼率：描述信道或者數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（網(wǎng)絡）質(zhì)量的一個指標。是指數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下信道上傳輸比特總數(shù)與其中出錯比特數(shù)的比值。差錯率/誤碼率=出錯比特數(shù)/傳輸總比特數(shù)信道的差錯率與信號的傳輸速率或者傳輸距離成正比，網(wǎng)絡的差錯率則主要取決于信源至信宿之間的信道的質(zhì)量，差錯率越高表示信道的質(zhì)量越差。2.1揭開通信面紗——數(shù)據(jù)通信基礎⑤調(diào)制速率：又叫波特率或碼元速率，它是數(shù)字信號經(jīng)過調(diào)制后的傳輸速率，表示每秒傳輸?shù)碾娦盘枂卧ùa元）數(shù)，即調(diào)制后模擬電信號每秒鐘的變化次數(shù)。在計算機科學中，bit是表示信息的最小單位，叫做二進制位，一般用0和1表示。Byte叫做字節(jié)，一個字節(jié)由8個位（8bit）組成，用于表示計算機中的一個字符。bit與Byte之間可以進行換算，其換算關系為：1Byte=8bit（或簡寫為：1B=8b）。在實際應用中一般用簡稱，即1bit簡寫為1b（注意：是小寫英文字母b），1Byte簡寫為B（注意：是大寫英文字母B）。在計算機網(wǎng)絡或者是網(wǎng)絡運營商中，一般情況下，帶寬速率的單位用bps（或bit/s）表示。bps表示比特每秒即每秒鐘傳輸多少位信息，是bitpersecond的縮寫。我們通常所說的1M帶寬的意思是1Mbps，是兆比特每秒（Mbps）不是兆字節(jié)每秒（MBps）。2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術2.2.1基帶傳輸和頻帶傳輸根據(jù)數(shù)據(jù)在傳輸線上是原樣不變地進行傳輸還是調(diào)制變樣后進行傳輸，可以將數(shù)據(jù)傳輸分為基帶傳輸和頻帶傳輸兩種類型。1．基帶傳輸基帶傳輸是指數(shù)字數(shù)據(jù)以原來的“0”或“1”的形式原封不動地在信道上進行傳輸?；鶐侵鸽娦盘査逃械幕绢l帶，在基帶傳輸中，傳輸信號的帶寬—般較高，普通的電話通信線路滿足不了這個要求，需要根據(jù)傳輸信號的特性選擇專用的傳輸線路?；鶐鬏斒且环N基本的數(shù)據(jù)傳輸方式，它適合傳輸各種速率的數(shù)據(jù)，且傳輸過程簡單，設備投資少。但是，基帶信號的能量在傳輸過程中很容易衰減，因此在沒有信號再放大的情況下，基帶信號的傳輸距離一般不會大于2.5km。因此，基帶傳輸較多地用于短距離的數(shù)據(jù)傳輸，如局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸。2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術2．頻帶傳輸頻帶傳輸就是把二進制信號進行調(diào)制變換，變換成為能在公用電話網(wǎng)中傳輸?shù)哪M信號，將模擬信號在傳輸介質(zhì)中傳送到接收端后，再由調(diào)制解調(diào)器將該模擬信號解調(diào)變換成原來的二進制信號。這種把數(shù)據(jù)信號經(jīng)過調(diào)制后再傳送，到接收端后又經(jīng)過解調(diào)還原成原來信號的傳輸，稱為頻帶傳輸。觀察一下家庭安裝的數(shù)字電視的機頂盒，結合之前學過的知識分析其工作情況。如果說，真正的“數(shù)字電視”應當從節(jié)目的錄制、編輯、播放、收視等都是“數(shù)字化信號”。那么現(xiàn)在的數(shù)字電視是真正的“數(shù)字電視”嗎？為什么？2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術2.2.2數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制的目的是為了使信號能與所用的信道傳輸特性相匹配，以達到最有效、最可靠的傳輸效果。如前所述，數(shù)字數(shù)據(jù)可以用數(shù)字信號傳輸，也可以用模擬信號傳輸，同樣，模擬數(shù)據(jù)可以用模擬信號傳輸，也可以用數(shù)字信號傳輸。4種方式所對應的4種數(shù)據(jù)信息編碼為：數(shù)字數(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，模擬數(shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制，數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制。2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術1．數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼數(shù)字數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上進行傳輸，最普遍的辦法是用兩個電壓電平來表示二進制數(shù)字，如電壓的有無、電壓的高低、電壓的跳變等表示1、0。表2-1給出了常用數(shù)字信號編碼。表2-1常用數(shù)字數(shù)據(jù)的通信編碼2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術2．數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制將計算機通過調(diào)制解調(diào)器接入電話網(wǎng)進行通信（如ADSL上網(wǎng)方式）是利用模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的典型情況。為了將二進制數(shù)據(jù)轉換為適合模擬信道傳輸?shù)哪M信號，需要選取某一頻率范圍的正弦或余弦信號作為載波，然后將要傳送的數(shù)字數(shù)據(jù)“寄載”在載波上，利用數(shù)字數(shù)據(jù)對載波的某些特性（振幅、頻率、相位）進行控制，使載波特性發(fā)生變化，然后將變化了的載波送往線路進行傳輸。具體分圖2-4所示的3種情況。圖2-4數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編碼2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術調(diào)幅：按照數(shù)字信號的值改變載波的幅度，如圖2-4（a）所示。當載波存在（具有一定的幅度），表示數(shù)字信號的“1”；而載波不存在（幅度為0），則表示數(shù)字數(shù)據(jù)信號的“0”。這種調(diào)幅技術稱為幅移鍵控ASK（Amplitude-ShiftKeying）。調(diào)頻：按照數(shù)字數(shù)據(jù)信號的值去改變載波的頻率，如圖2-5（b）所示。當載波頻率為高頻時，表示數(shù)字數(shù)據(jù)信號的“1”，而載波頻率為低頻時，則表示數(shù)字數(shù)據(jù)信號的“0”。這種調(diào)頻技術稱為頻移鍵控FSK（Frequency-ShiftKeying）。調(diào)相：按照數(shù)字數(shù)據(jù)信號的值去改變載波的相位，如圖2-5（c）所示。當載波信號和前面的信號同相（即不產(chǎn)生相移）時，代表數(shù)字數(shù)據(jù)信號“0”，而載波信號和前面的信號反相（有180°相移）時，則代表數(shù)字數(shù)據(jù)信號“1”。這種調(diào)相技術稱為相移鍵控PSK（Phase-ShiftKeying）。2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術3．模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼要實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化傳輸和交換，首先要在發(fā)送端把模擬信號變換成數(shù)字信號。模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼常用的方法是脈沖編碼調(diào)制（PCM），它一般包括取樣、量化和編碼3個過程。取樣：是指在每隔固定長度的時間點上抽取模擬數(shù)據(jù)的瞬時值，作為從這一次取樣到下一次取樣之間該模擬數(shù)據(jù)的代表值。量化：取樣后的信號，其幅度的取值仍是無限多個，并且是連續(xù)的。將取樣所得到的信號幅度分級取值，使連續(xù)模擬信號變?yōu)闀r間軸上的離散值就是量化。編碼：編碼就是把量化后取樣點的幅值用二進制代碼表示。2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術1．并行傳輸2.2.3并行傳輸和串行傳輸根據(jù)傳輸時需要的信道數(shù)，可將數(shù)據(jù)傳輸分為并行傳輸和串行傳輸兩種方式。并行傳輸是把數(shù)字信號中的多個比特（二進制位）以成組的方式在多個并行的信道上同時傳輸，通常以8個比特構成的一個字節(jié)為單位，一次傳輸8個比特，占用8條信道，如圖2-5所示。并行傳輸優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸速率高；缺點是數(shù)據(jù)傳輸占用的信道較多，費用較高，且并行線路之間也存在相互干擾，所以只能應用于短距離傳輸，如打印機與計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸。圖2-5并行傳輸2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術2．串行傳輸串行傳輸是把數(shù)字信號中的每個比特按順序排列成串，形成比特流，逐位在信道上傳送，如圖2-6所示。由于串行傳輸把組成每個字符的二進制位排列成位串，因此必須采用一種方法來區(qū)分每個字符由哪些二進制位組成，即每個字符的開始位置和結束位置在哪里，否則接收方無法分辨收到的信息含義。確定每個字符開始和結束的方法稱為字符同步。與并行傳輸相比，串行傳輸?shù)膬?yōu)點是只需要一條信道，減少了設備成本，易于實現(xiàn)，缺點是傳輸效率低。圖2-6串行傳輸2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術2.2.4單工、半雙工和全雙工通信根據(jù)數(shù)據(jù)在線路上傳輸?shù)姆较蚝吞攸c，可將通信劃分為單工通信（Simpex）、半雙工通信（Half—Duplex）和全雙工通信（Fule—Duplex）三種方式，如圖2-7所示。圖2-73種通信方式2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術（1）單工通信：在單工通信中，數(shù)據(jù)只能向一個方向傳輸，即一方只能是發(fā)送方，另一方只能是接收方，如圖2-7（a）所示。單工通信的例子有無線電廣播和電視節(jié)目傳送等。（2）半雙工通信：在半雙工通信系統(tǒng)中，每一方都可以接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，但接收與發(fā)送不能同時進行，在某個時間內(nèi)，數(shù)據(jù)只能在一個方向上傳輸，而另一時間內(nèi)數(shù)據(jù)在相反的方向上傳輸，如圖2-7（b）所示。半雙工通信的例子有對講機、計算機與終端之間的通信等。（3）全雙工通信：全雙工通信是指通信雙方可以在兩個方向上同時進行通信，如圖2-5（c）所示。2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術2.2.5異步傳輸與同步傳輸在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，當發(fā)送端與接收端采用串行通信時，通信雙方交換數(shù)據(jù)需要有高度的協(xié)同動作，彼此間傳輸數(shù)據(jù)的速率、每個比特的持續(xù)時間和間隔都必須相同，這就是同步問題。同步就是讓接收方按照發(fā)送方發(fā)送的每個碼元、比特起止時刻和速率來接收數(shù)據(jù)，否則，收發(fā)之間會產(chǎn)生誤差，即使是很小的誤差，隨著時間增加的逐步累積，也會造成傳輸?shù)臄?shù)據(jù)出錯。因此，實現(xiàn)收發(fā)之間的同步技術是數(shù)據(jù)傳輸中的關鍵技術之一。通常使用的同步技術有兩種：異步方式和同步方式。2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術1．異步方式在異步傳輸方式中，每傳送1個字符（7或8位）都要在每個字符碼前加1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1或兩個停止位，表示字符結束。接收方根據(jù)起始位和停止位來判斷一個新字符的開始和結束，從而起到通信雙方的同步作用，如圖2-8所示。異步方式的實現(xiàn)比較容易，但每傳輸一個字符都需要多使用2～3位，所以適合于低速通信。圖2-8異步通信方式2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術2．同步方式同步傳輸方式的信息格式是一組字符或一個二進制位組成的數(shù)據(jù)塊（幀）。對于這些數(shù)據(jù)，不需要附加起始位和停止位，而是在發(fā)送一組字符或數(shù)據(jù)塊之前先發(fā)送一個同步字符SYN（以01101000表示）或一個同步字節(jié)（01111110），用于接收方進行同步檢測，從而使收發(fā)雙方進入同步狀態(tài)。在同步字符或字節(jié)后，可以連續(xù)發(fā)送任意多個字符或數(shù)據(jù)塊，發(fā)送數(shù)據(jù)完畢后，再使用同步字符或字節(jié)來標識整個發(fā)送過程的結束，如圖2-9所示。圖2-9同步通信方式2.2華山亮劍——數(shù)據(jù)傳輸技術在同步傳送時，由于發(fā)送方和接收方將整個字符組作為一個單位傳送，且附加位又非常少，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省Ｋ赃@種方法一般用在高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，如計算機之間的數(shù)據(jù)通信。在同步通信中，要求收發(fā)雙方之間的時鐘嚴格同步，而使用同步字符或同步字節(jié)，只是用于同步接收數(shù)據(jù)幀，只有保證了接收端接收的每一個比特都與發(fā)送端保持一致，接收方才能正確地接收數(shù)據(jù)，這就要使用位同步的方法。對于位同步，可以使用一個額外的專用信道發(fā)送同步時鐘來保持雙方同步（稱為外同步法），也可以使用編碼技術將時鐘編碼到數(shù)據(jù)中（稱為自同步法），在接收端接收數(shù)據(jù)的同時就獲取到同步時鐘，兩種方法相比，后者的效率最高，使用最為廣泛。2.3萬丈高樓平地起——傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡中信息傳輸?shù)拿襟w，是網(wǎng)絡通信的物質(zhì)基礎之一。傳輸介質(zhì)的性能特點對傳輸速率、通信距離、可連接的網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)目和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃跃泻艽蟮挠绊?。在網(wǎng)絡中常用的傳輸介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜、光纖和無線電等。2.3.1雙絞線雙絞線是局域網(wǎng)中最常用的傳輸介質(zhì)。雙絞線是由兩根絕緣的銅導線用規(guī)則的方法絞合而成，稱為一對雙絞線。雙絞線絞合的目的是為了減少信號在傳輸中的串擾及電磁干擾。如圖2-10所示，通常把若干對雙絞線捆成一條電纜并以堅韌的塑料護套包裹著，每根銅導線的護套上都涂有不同的顏色，分為橙白、橙、綠白、綠、藍白、藍、棕白和棕色，以便于用戶區(qū)分不同的線對。圖2-10雙絞線2.3萬丈高樓平地起——傳輸介質(zhì)（1）根據(jù)屏蔽類型，雙絞線分為屏蔽雙絞線（STP）和非屏蔽雙絞線（UTP）兩大類。非屏蔽雙絞線：如圖2-11所示，非屏蔽雙絞線的外面只有一層絕緣膠皮，因而重量輕、易彎曲，安裝、組網(wǎng)靈活，比較適合于結構化布線。在無特殊要求的小型局域網(wǎng)中，尤其是在星型網(wǎng)絡拓撲結構中，常常使用這種雙絞線。圖2-11非屏蔽雙絞線2.3萬丈高樓平地起——傳輸介質(zhì)屏蔽雙絞線：如圖2-12所示，屏蔽雙絞線是在雙絞線與外層絕緣皮之間有一層金屬材料。這種結構能減少輻射，防止信息被竊聽，同時還具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。但由于屏蔽雙絞線的價格相對較高且必須采用特殊的連接器，技術要求也比非屏蔽雙絞線高，因此屏蔽雙絞線只使用在安全性要求較高的網(wǎng)絡環(huán)境中。圖2-12屏蔽雙絞線2.3萬丈高樓平地起——傳輸介質(zhì)（2）根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的特點，雙絞線又可分為3類、4類、5類和超5類等。其特點及用途見表2-2。表2-2雙絞線的性能和用途2.3萬丈高樓平地起——傳輸介質(zhì)2.3.2同軸電纜同軸電纜也是一種常見的網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)。它由一層網(wǎng)狀導體和一根位于中心軸線位置的銅導線組成，銅導線、網(wǎng)狀導體和外界之間分別用絕緣材料隔開，如圖2-11所示。圖2-13同軸電纜2.3萬丈高樓平地起——傳輸介質(zhì)從圖2-13可以看出，同軸電纜的結構分為四部分，各部分的作用如下：銅質(zhì)導體：同軸電纜的中心導體多為單芯銅質(zhì)導線，是信號傳輸?shù)男诺?。絕緣體：用來隔離銅質(zhì)導體和網(wǎng)狀導線的塑料絕緣層，目的是避免短路。網(wǎng)狀導線：是環(huán)繞絕緣體外的一層金屬網(wǎng)，接地線用。在網(wǎng)絡信息傳輸過程中，可用作銅質(zhì)導體的參考電壓。外皮：用于保護網(wǎng)線免受外界干擾，并預防網(wǎng)線在不良環(huán)境中受到氧化或其他損壞。2.3萬丈高樓平地起——傳輸介質(zhì)目前廣泛使用的同軸電纜有兩種：一種是阻抗為50歐姆的基帶同軸電纜，另一種是阻抗為75歐姆的寬帶同軸電纜?；鶐S電纜主要用于傳輸數(shù)字信號，可以作為計算機局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)?；鶐S電纜的帶寬取決于電纜長度。1km電纜可達到10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。電纜增長，其數(shù)據(jù)傳輸率將會下降；短電纜可獲得較高的數(shù)據(jù)傳輸率。寬帶同軸電纜用于傳輸模擬信號?！皩拵А边@個詞來源于電話業(yè)，指比4KHz寬的頻帶。寬帶電纜技術使用標準的閉路電視技術，可以使用的頻帶高達900MHz，由于使用模擬信號，可傳輸近100km，對信號的要求也遠沒有像對數(shù)字信號那樣高。由于同軸電纜具有壽命長、頻帶寬、質(zhì)量穩(wěn)定、外界干擾小、可靠性高、維護便利、技術成熟等優(yōu)點，而且其費用又介于雙絞線與光纖之間，在光纖通信沒有大量應用之前，同軸電纜在閉路電視傳輸系統(tǒng)中一直占主導地位。2.3萬丈高樓平地起——傳輸介質(zhì)2.3.3光纖光導纖維是一種新型的傳輸介質(zhì)，它由石英玻璃纖芯、折射率較低的反光材料包層和塑料防護層組成。如圖2-14所示。由于包層的作用，使得在纖芯中傳輸?shù)墓庑盘枎缀醪粫徽凵涑鋈?。圖2-14光纖由于光纖具有傳輸速率高、通信容量大、重量輕等一系列非常突出的優(yōu)點而得以迅速發(fā)展。當前長距離通信的干線網(wǎng)幾乎都是用光纖作為傳輸介質(zhì)；而在企業(yè)網(wǎng)中，當要求的傳輸速率大于100Mbps、通信距離超過數(shù)百米時，目前也廣泛利用光纖。此外，在結構化布線系統(tǒng)中，通常都是利用5類UTP電纜作為水平布線，用光纖作為垂直布線。2.3萬丈高樓平地起——傳輸介質(zhì)1．光纖通信的工作原理光纖通信系統(tǒng)的主要部件有光收發(fā)器和光纖，如果用于長距離傳輸信號還需要中繼器。光纖通信實際上是應用光學原理，由光收發(fā)器的發(fā)送部分產(chǎn)生光束，將表示數(shù)字代碼的電信號轉變成光信號后導入光纖傳播，在光纜的另一端由光收發(fā)器的接收部分接收光纖上傳輸?shù)墓庑盘枺賹⑵溥€原成為發(fā)送前的電信號。2．光纖的分類單模光纖（SingleModeFiber）：這種光纖具有較寬的頻帶，傳輸損耗小，因此允許做無中繼的長距離傳輸。但由于這種光纖難與光源耦合，連接較困難，價格也貴，故主要用作郵電通信中的長距離主干線。多模光纖（MultiModeFiber）：其頻帶較窄、傳輸衰減也大，因此，其所允許的無中繼傳輸距離較短，但其耦合損失較小，易于連接、價格較便宜，故常用于中、短距離的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡中。2.3萬丈高樓平地起——傳輸介質(zhì)3．光纖的優(yōu)缺點光纖的優(yōu)點：傳輸信號的頻帶較寬，通信容量大，信號衰減小，應用范圍廣等；絕緣性能好，保密性好，不易被截取數(shù)據(jù)；傳輸速率高，目前實際可達到的傳輸速率為幾十Mbps至幾千Mbps；抗化學腐蝕能力強，可用于一些特殊環(huán)境下的布線。光纖的缺點：光纖價格昂貴。光纜的安裝、連接和分接都不容易，且相應的安裝和測試工具也非常昂貴，這使光纖的應用受到一定限制，目前在主干網(wǎng)絡上使用。2.3萬丈高樓平地起——傳輸介質(zhì)1．無線電波2.3.4無線傳輸無線傳輸是指信號通過空氣傳輸，信號不被約束在一個物理導體內(nèi)。無線介質(zhì)主要包括無線電波、微波和紅外通信等。無線電波很容易產(chǎn)生，可以傳播很遠，很容易穿過建筑物的阻擋，被廣泛用于通信。無線電波的傳輸是全方向的，因此發(fā)射和接收裝置不需要在物理上很準確地對準。2．微波微波沿直線傳播，具有很強的方向性，因此，發(fā)射天線和接收天線必須精確地對準。由于微波沿直線傳播，而地球是一個不規(guī)則球體，會限制地面微波傳輸?shù)姆秶?，為使傳輸距離更遠，必須每隔一段距離就在地面設置一個中繼站，實現(xiàn)信號的放大、恢復及轉發(fā)。微波可用于傳輸電話、電報、圖像和數(shù)據(jù)等信息。微波通信的特點是通信容量大、受外界干擾小、傳輸質(zhì)量高，但它的數(shù)據(jù)保密性較差。2.3萬丈高樓平地起——傳輸介質(zhì)3．紅外線無導向的紅外線已經(jīng)被廣泛應用于短距離通信。例如，在日常生活中所使用的遙控裝置都利用了紅外線裝置。紅外線通信的特點是相對有方向性、便宜而且容易制造，缺點是不能穿透堅實的物體。什么是3G3G是英文3rdGeneration的縮寫，指第三代通信技術。相對第一代模擬制式手機（1G）和第二代GSM（基于TDMA技術）、CDMA等數(shù)字手機（2G），第三代手機一般地講，是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結合的新一代移動通信系統(tǒng)。它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務。為了提供上述服務，無線網(wǎng)絡必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持最少2Mbps、384Kbps及144Kbps的傳輸速度。目前國際上的3G手機有3種制式標準：歐洲的WCDMA（寬頻分碼多重存?。藴省⒚绹腃DMA2000（多載波分復用擴頻調(diào)制）標準和我國的TD-SCDMA（時分同步碼多址接入）標準。2.4神龍見首不見尾——數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換是指在數(shù)據(jù)通信時利用中間節(jié)點將通信雙方連接起來。作為交換設備的中間節(jié)點僅執(zhí)行交換的動作，不關心被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容，將數(shù)據(jù)從一個端口交換到另一端口，繼而傳輸?shù)搅硪慌_中間節(jié)點，直至目的地。整個數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程被稱為數(shù)據(jù)交換過程。數(shù)據(jù)交換方式包括線路交換（電路交換）、報文交換和分組交換。2.4.1線路交換線路交換又稱為電路交換，它類似于電話系統(tǒng)，通信的計算機之間必須事先建立物理線路或者物理連接。1．線路交換的過程整個線路交換的過程包括建立線路、占用線路并進行數(shù)據(jù)傳輸、釋放線路三個階段。2.4神龍見首不見尾——數(shù)據(jù)交換（1）建立線路發(fā)起方站點向某個終端站點（響應方站點）發(fā)送一個請求，該請求通過中間節(jié)點傳輸至終點；如果中間節(jié)點有空閑的物理線路可以使用，接收請求，分配線路，并將請求傳輸給下一中間節(jié)點；整個過程持續(xù)進行，直至終點。如果中間節(jié)點沒有空閑的物理線路可以使用，整個線路的“串接”將無法實現(xiàn)。僅當通信的兩個站點之間建立起物理線路之后，才允許進入數(shù)據(jù)傳輸階段。線路一旦被分配，在未釋放之前，其他站點將無法使用，即使某一時刻，線路上并沒有數(shù)據(jù)傳輸。（2）數(shù)據(jù)傳輸在已經(jīng)建立物理線路的基礎上，站點之間進行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)既可以從發(fā)起方站點傳往響應方站點，也允許相反方向的數(shù)據(jù)傳輸。由于整個物理線路的資源僅用于本次通信，通信雙方的信息傳輸延遲僅取決于電磁信號沿媒體傳輸?shù)难舆t。（3）釋放線路當站點之間的數(shù)據(jù)傳輸完畢，執(zhí)行釋放線路的動作。該動作可以由通信雙方中任一站點發(fā)起，釋放線路請求通過途徑的中間節(jié)點送往對方，釋放整條線路資源。2.4神龍見首不見尾——數(shù)據(jù)交換2．線路交換的特點（1）獨占性：建立線路之后、釋放線路之前，即使站點之間無任何數(shù)據(jù)可以傳輸，整個線路仍不允許其他站點共享，因此線路的利用率較低，并且容易引起接續(xù)時的擁塞。（2）實時性好：一旦線路建立，通信雙方的所有資源（包括線路資源）均用于本次通信，除了少量的傳輸延遲之外，不再有其他延遲，具有較好的實時性。（3）設備簡單：線路交換設備簡單，不提供任何緩存裝置。（4）傳輸透明：用戶數(shù)據(jù)透明傳輸，要求收發(fā)雙方自動進行速率匹配。2.4神龍見首不見尾——數(shù)據(jù)交換2.4.2報文交換報文交換的原理是：一個站點要發(fā)送一個報文（一個數(shù)據(jù)塊），它將目的地址附加在報文上，然后將整個報文傳遞給中間節(jié)點；中間節(jié)點暫存報文，根據(jù)目的地址確定輸出端口和線路，排隊等待，當線路空閑時再轉發(fā)給下一節(jié)點，直至終點。1．報文交換原理2.4神龍見首不見尾——數(shù)據(jù)交換（5）中間節(jié)點可進行數(shù)據(jù)格式的轉換，方便接收站點的收取。（6）增加了差錯檢測功能，避免出錯數(shù)據(jù)的無謂傳輸?shù)取?．報文交換的特點（1）在中間節(jié)點，采用“接收－存儲－轉發(fā)”數(shù)據(jù)。（2）不獨占線路，多個用戶的數(shù)據(jù)可以通過存儲和排隊共享一條線路。（3）無線路建立的過程，提高了線路的利用率。（4）可以支持多點傳輸。一個報文傳輸給多個用戶，在報文中增加“地址字段”，中間節(jié)點根據(jù)地址字段進行復制和轉發(fā)。2.4神龍見首不見尾——數(shù)據(jù)交換3．報文交換的不足之處（1）由于“存儲－轉發(fā)”和排隊，增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t。（2）報文長度未作規(guī)定，報文只能暫存在磁盤上，磁盤讀取占用了額外的時間。（3）任何報文都必須排隊等待。（4）報文交換難以支持實時通信和交互式通信的要求。2.4神龍見首不見尾——數(shù)據(jù)交換2.4.3分組交換分組交換是對報文交換的改進，是目前應用最廣泛的交換技術。它結合了線路交換和報文交換兩者的優(yōu)點，使其性能達到最優(yōu)。分組交換類似于報文交換，但它規(guī)定了交換設備處理和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度（我們稱之為分組），將長報文分成若干個固定長度的小分組進行傳輸。不同站點的數(shù)據(jù)分組可以交織在同一線路上傳輸，提高了線路的利用率。由于分組長度的固定，系統(tǒng)可以采用高速緩存技術來暫存分組，提高了轉發(fā)的速度。分組交換實現(xiàn)的關鍵是分組長度的選擇。分組越小，冗余量（分組中的控制信息等）在整個分組中所占的比例越大，最終將影響用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩环纸M越大，數(shù)據(jù)傳輸出錯的概率也越大，增加重傳的次數(shù)，也影響用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。分組交換采用兩種不同的方法來管理被傳輸?shù)姆纸M流：數(shù)據(jù)報分組交換和虛電路分組交換。2.4神龍見首不見尾——數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)報（Datagram）是面向無連接的數(shù)據(jù)傳輸，工作過程類似于報文交換。采用數(shù)據(jù)報方式傳輸時，被傳輸?shù)姆纸M稱為數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)報的前部增加地址信息的字段，網(wǎng)絡中的各個中間節(jié)點根據(jù)地址信息和一定的路由規(guī)則，選擇輸出端口，暫存和排隊數(shù)據(jù)報，并在傳輸媒體空閑時，發(fā)往媒體乃至最終站點。當一對站點之間需要傳輸多個數(shù)據(jù)報時，由于每個數(shù)據(jù)報均被獨立地傳輸和路由，因此在網(wǎng)絡中可能會走不同的路徑，具有不同的時間延遲，按序發(fā)送的多個數(shù)據(jù)報可能以不同的順序達到終點。1．數(shù)據(jù)報分組交換2.4神龍見首不見尾——數(shù)據(jù)交換虛電路（VirtualCircuit）是面向連接的數(shù)據(jù)傳輸，工作過程類似于線路交換，不同之處在于此時的電路是虛擬的。采用虛電路方式傳輸時，物理媒體被理解為由多個子信道（稱之為邏輯信道LC）組成，子信道的串接形成虛電路（VC），利用不同的虛電路來支持不同的用戶數(shù)據(jù)傳輸。采用虛電路進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程如下。2．虛電路分組交換（1）虛電路建立：發(fā)送方發(fā)送含有地址信息的特定的控制信息塊，該信息塊途經(jīng)的每個中間節(jié)點根據(jù)當前的邏輯信道（LC）使用狀況，分配LC，并建立輸入和輸出LC映射表，所有中間節(jié)點分配的LC的串接形成虛電路（VC）。（2）數(shù)據(jù)傳輸：站點發(fā)送的所有分組均沿著相同的VC傳輸，分組的發(fā)收順序完全相同。（3）虛電路釋放：數(shù)據(jù)傳輸完畢，采用特定的控制信息塊釋放該虛電路。通信的雙方都可發(fā)起釋放虛電路的動作。2.4神龍見首不見尾——數(shù)據(jù)交換由于虛電路的建立和釋放需要占用一定的時間，因此虛電路方式不適合站點之間具有頻繁連接和交換短小數(shù)據(jù)的應用，如交互式的通信。什么是信息高速公路信息高速公路（InformationHighway）是指高速信息電子網(wǎng)絡，它是一個由通信網(wǎng)絡、計算機、數(shù)據(jù)庫以及日用電子產(chǎn)品組成的完備網(wǎng)絡體系。構成信息高速公路的核心，是以光纜作為信息傳輸?shù)闹鞲删€，采用支線光纖和多媒體終端，用交互方式傳輸文字、視頻、話音、圖像等多種形式信息的千兆比特的高速數(shù)據(jù)網(wǎng)。此外，信息來源、內(nèi)容和形式也是多種多樣的。網(wǎng)絡用戶可以在任何時間、任何地點以聲音、數(shù)據(jù)、圖像或視頻等多媒體方式相互傳遞信息。2.4神龍見首不見尾——數(shù)據(jù)交換1992年，當時的參議員、前任美國副總統(tǒng)阿爾·戈爾提出美國信息高速公路法案。1993年9月，美國政府宣布實施一項新的高科技計劃——“國家信息基礎設施”（NationalInformationInfrastructure，簡稱NII），旨在以因特網(wǎng)為雛形，興建信息時代的“高速公路”，使所有的美國人方便地共享海量的信息資源。NII計劃宣布后，得到了美國國內(nèi)大公司的普遍支持，世界其他國家也對此高度重視。許多發(fā)展中國家（包括中國）也在研究NII計劃，并且根據(jù)自身條件制訂和提出了本國的策略。網(wǎng)絡系統(tǒng)是NII計劃的基礎。NII計劃的提出，給未來的信息社會勾畫了一個清晰的輪廓，而Internet的擴大運行，也給未來的全球信息基礎設施提供了一個可供借鑒的原型。2.5一個都不能錯——差錯控制技術差錯控制是指在數(shù)據(jù)通信的過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯，對差錯進行糾正，從而把差錯限制在數(shù)據(jù)傳輸所允許的盡可能小的范圍內(nèi)的技術和方法。在計算機通信中，一般都要求有極低的比特差錯率，為此廣泛采用了編碼技術。編碼技術有兩大類：一類是向前糾錯，即收到有差錯的數(shù)據(jù)時能夠自動將差錯改正過來。這種方法開銷大，不太適合計算機通信。另一類是差錯檢測，即接收方可以檢測出收到的幀是否有差錯（但并不知道是哪幾個比特錯了）。當檢測出有錯的幀時就立即將它丟棄，但接下去有兩種選擇：一種是不進行任何處理（要處理也是高層進行），另一種是由數(shù)據(jù)鏈路層負責重傳丟棄的幀。這兩種方法都比較常用。常見的差錯控制編碼有奇偶校驗和CRC循環(huán)冗余校驗。2.5一個都不能錯——差錯控制技術2.5.1奇偶校驗奇偶校驗（ParityChecking）是以字符為單位的校驗方法，也稱垂直冗余校驗（VRC）。一個字符由8位組成，低7位是信息字符的ASCII碼，最高位（附加位）為奇偶校驗碼位，接收方用這個附加位來校驗傳輸?shù)恼_性。奇偶校驗又分奇校驗和偶校驗兩種。在偶校驗時，必須保證傳輸字符代碼中“1”的個數(shù)為偶數(shù)。例如，如果傳輸字符的編碼中有奇數(shù)個“1”，則該最高位的值應為“1”，從而使得整個8位中的“1”的個數(shù)為偶數(shù)；反之，在奇校驗時，這個最高位（附加位）就為“0”，正是通過該附加位的設置，保證了傳輸數(shù)據(jù)中“1”的個數(shù)為奇數(shù)。表2-3列出了偶校驗和奇校驗的應用示例。表中字符“Y”的7位ASCII碼為“1011001”，其中有4（偶數(shù)）個“1”。當采用偶校驗時，為了保證整個二進制字符代碼中“1”的個數(shù)為偶數(shù)，附加位應為“0”。這樣，整個被發(fā)送的8位二進制字符代碼為“01011001”。當采用奇校驗時，為了保證整個字符代碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù)，則附加位為“1”，即整個被發(fā)送的8位二進制代碼為“11011001”。表2-3奇偶校驗位的設置2.5一個都不能錯——差錯控制技術當接收方收到含有附加位的數(shù)據(jù)之后，它會對收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送端的奇校驗或偶校驗進行校驗，并將結果與原來的奇偶校驗位核對，如果有錯，就要求對方重發(fā)。由表2-4可知，在第2種方式下，傳輸過程中只有1位出錯時，接收方可以正確拒收數(shù)據(jù)；在第3種方式下，傳輸過程中有兩位出錯，由于奇偶校驗結果為正確，因此，接收方錯誤地接收了數(shù)據(jù)。由此可見，奇偶校驗只能檢測出奇數(shù)個比特位的錯誤，對偶數(shù)個比特位的錯誤則無能為力。表2-4奇偶校驗的工作方式2.5一個都不能錯——差錯控制技術2.5.2循環(huán)冗余檢驗CRC目前，最常用和最精確的差錯控制技術是CRC（CyclicRedundancyCheck，循環(huán)冗余檢驗）。CRC是一種通過多項式除法檢測差錯的方法。CRC的檢錯思想是：收發(fā)雙方用約定的一個生成多項式G（x）做多項式除法，求出余數(shù)多項式CRC校驗碼；發(fā)送方在數(shù)據(jù)幀的末尾加上CRC校驗碼；這個帶有校驗碼的幀的多項式一定能被G（x）整除。接收方收到后，用同樣的G（x）除多項式，如果有余數(shù)，則傳輸有錯。2.6沒有規(guī)矩不成方圓——網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡模型使用分層來簡化網(wǎng)絡的功能。它采用了層次化結構的方法來描述復雜的網(wǎng)絡系統(tǒng)，將復雜的網(wǎng)絡問題分解成許多較小的、界限比較清晰而又簡單的部分來處理。層次結構和協(xié)議的集合被稱為網(wǎng)絡體系結構。體系結構定義和描述了一組用于計算機及其通信設施之間互連的標準和規(guī)范的集合。遵循這組規(guī)范可以方便地實現(xiàn)計算機設備之間的通信。2.6.1網(wǎng)絡協(xié)議的概念在網(wǎng)絡中包含多種計算機系統(tǒng)，它們的硬件和軟件系統(tǒng)各異，要使得它們之間能夠相互通信，就必須有一套通信管理機制使通信雙方能正確地接收信息，并能理解對方所傳輸信息的含義。網(wǎng)頁協(xié)議就是為實現(xiàn)網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則標準或約定。網(wǎng)絡協(xié)議也可簡稱為協(xié)議。網(wǎng)絡協(xié)議是計算機網(wǎng)絡不可缺少的組成部分。2.6沒有規(guī)矩不成方圓——網(wǎng)絡體系結構2.6.2網(wǎng)絡的層次結構為了減少網(wǎng)絡設計的復雜性，絕大多數(shù)網(wǎng)絡采用分層設計方法。所謂分層設計方法，就是按照信息的流動過程將網(wǎng)絡的整體功能分解為一個個的功能層，不同機器上的同等功能層之間采用相同的協(xié)議，同一機器上的相鄰功能層之間通過接口進行信息傳遞。分層有兩個優(yōu)點。首先，它將建造一個網(wǎng)絡的問題分解為多個可處理的部分。不必把希望實現(xiàn)的所有功能都集中在一個軟件中，而是分為幾層，每一層解決一部分問題。第二，它提供一種更為模塊化的設計。如果想要加一些新的服務上去，只需修改一層的功能性，繼續(xù)使用其他層提供的功能?？偟膩碚f，協(xié)議是不同機器同等層之間的通信約定，而接口是同一機器相鄰層之間的通信約定。不同的網(wǎng)絡，分層數(shù)量、各層的名稱和功能以及協(xié)議都各不相同。在所有的網(wǎng)絡中，每一層的目的都是向它的上一層提供一定的服務。圖2-15表示了具有五層協(xié)議的網(wǎng)絡體系結構。計算機網(wǎng)絡體系結構是對網(wǎng)絡中分層模型以及各層功能的精確定義。對網(wǎng)絡體系結構的描述必須包括足夠的信息，使實現(xiàn)者可以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。2.6沒有規(guī)矩不成方圓——網(wǎng)絡體系結構圖2-15層、協(xié)議和接口2.6沒有規(guī)矩不成方圓——網(wǎng)絡體系結構下面介紹兩個概念：實體是通信時能發(fā)送和接收信息的任何軟硬件設施。在網(wǎng)絡分層體系結構中，每一層都由一些實體組成。分層結構中各相鄰層之間要有一個接口，它定義了較低層向較高層提供的原始操作和服務。相鄰層通過它們之間的接口交換信息，高層并不需要知道低層是如何實現(xiàn)的，僅需要知道該層通過層間的接口所提供的服務，這樣使得兩層之間保持了功能的獨立性。（1）實體（Endtry）：（2）接口（Interface）：2.6沒有規(guī)矩不成方圓——網(wǎng)絡體系結構為了便于理解接口和協(xié)議分層的概念，下面以郵政通信系統(tǒng)為例進行說明。人們平常寫信時，都有信件的格式和內(nèi)容。首先，我們寫信時必須采用雙方都能懂的語言文字，開頭是對方稱謂，最后是落款等。這樣，對方收到信后才可以看懂信中的內(nèi)容，知道是誰寫的，什么時候?qū)懙牡取Ｐ艑懞弥?，必須將信封裝并交由郵局寄發(fā)，這樣寄信人和郵局之間也要有約定，這就是規(guī)定信封的格式并要貼上郵票。郵局收到信后，首先進行信件的分揀和分類（而不用關心信紙上的具體內(nèi)容），然后打包交付有關運輸部門進行運輸，如航空信交民航，平信交鐵路或公路運輸部門等。這時，郵局和運輸部門也有約定，如到站地點、時間、包裹形式等等。同樣道理，運輸部門也不用關心郵包里的具體信件。郵包運送到目的地后進行相反的過程，最終將信件送到收信人手中，收信人依照約定的格式才能讀懂信件，如圖2-16所示。2.6沒有規(guī)矩不成方圓——網(wǎng)絡體系結構圖2-16郵政通信系統(tǒng)世界上第一個網(wǎng)絡體系結構是美國IBM公司于1974年提出的，它取名為系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結構SNA（SystemNetworkArchitecture）。凡是遵循SNA的設備就稱為SNA設備。這些SNA設備之間可以方便地進行互聯(lián)。2.6沒有規(guī)矩不成方圓——網(wǎng)絡體系結構2.6.3ISO/OSI參考模型在20世紀80年代，網(wǎng)絡的規(guī)模和數(shù)量都得到了迅猛的增長。但是許多網(wǎng)絡都是基于不同的硬件和軟件而實現(xiàn)的，這使得它們之間互不兼容。顯然，在使用不同標準的網(wǎng)絡之間是很難實現(xiàn)其通信的。為解決這個問題，國際標準化組織ISO研究了許多網(wǎng)絡方案，認識到需要建立一種可以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡之間的互聯(lián)和協(xié)同工作的網(wǎng)絡模型，因此在1984年公布了開放式系統(tǒng)互連參考模型，稱為OSI/RM參考模型（簡稱為OSI參考模型），其標準保證了各種類型網(wǎng)絡技術的兼容性和互操作性。在OSI參考模型中，計算機之間傳送信息的問題被分為7個較小且更容易管理和解決的小問題。每一個小問題都由模型中的一層來解決。將這7個易于管理和解決的小問題映射為不同的網(wǎng)絡功能稱為分層。OSI將這7層從低到高叫做物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。圖2-17說明了OSI的7層結構。2.6沒有規(guī)矩不成方圓——網(wǎng)絡體系結構圖2-17OSI參考模型2.6沒有規(guī)矩不成方圓——網(wǎng)絡體系結構1．物理層物理層（PhysicalLayer）處于OSI參考模型的最低層，向下直接與物理傳輸介質(zhì)相連接，向上相鄰且服務于數(shù)據(jù)鏈路層，是建立在通信介質(zhì)基礎上的，實現(xiàn)設備之間連接的物理接口。這一層負責在計算機之間傳遞數(shù)據(jù)位，為在物理介質(zhì)上傳輸?shù)奈涣鹘⒁?guī)則，同時定義電纜如何連接到網(wǎng)卡上，以及需要用何種傳送技術在電纜上發(fā)送數(shù)據(jù)。2．數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）負責接收來自物理層的比特流數(shù)據(jù)，并提取出幀后傳輸?shù)缴弦粚?。同樣，也將來自上層的?shù)據(jù)包封裝成數(shù)據(jù)幀轉發(fā)到物理層，并且負責處理接收端發(fā)回的確認幀信息，以提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。2.6沒有規(guī)矩不成方圓——網(wǎng)絡體系結構3．網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層（NetworkLayer）