計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

第一學(xué)時：計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

【知識點】

（-）計算機網(wǎng)絡(luò)概述

計算機網(wǎng)絡(luò)的概念、組成與功能：

計算機網(wǎng)絡(luò)：就是利用通信設(shè)備和線路將地理位置不同的、功能獨立的多個計算機系

統(tǒng)互連起來，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件（即網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、信息交換方式、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等）

實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。

計算機網(wǎng)絡(luò)：資源子網(wǎng)+通信子網(wǎng)

資源子網(wǎng)：主機Host+終端Terminal

通信子網(wǎng)：通信鏈路組成

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點:分組交換設(shè)備PSE、分組裝/卸設(shè)備PAD、集中器C、網(wǎng)絡(luò)控制中心NCC、網(wǎng)

間連接器G。統(tǒng)稱為接口住處處理機IMP。

闡述協(xié)議的定義、協(xié)議三要素：

為進行計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。協(xié)議總是指某一

層協(xié)議，準(zhǔn)確地說，它是對同等實體之間的通信制定的有關(guān)通信規(guī)則約定的集合。網(wǎng)絡(luò)協(xié)

議的三個要素：

1）語義（Semantics）o涉及用于協(xié)調(diào)與差錯處理的控制信息。

2）語法（Syntax）。涉及數(shù)據(jù)及控制信息的格式、編碼及信號電平等。

3）定時（Timing）。涉及速度匹配和排序等。

計算機網(wǎng)絡(luò)的分類：

1.按網(wǎng)絡(luò)的分布范圍分類:廣域網(wǎng)WAN、局域網(wǎng)LAN、城域網(wǎng)MAN

2.按網(wǎng)絡(luò)的交換方式分類：電路交換、報文交換、分組交換

3.按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類:星形、總線、環(huán)形、樹形、網(wǎng)形

4.按網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒體分類:雙絞線、同軸電纜、光纖、無線

5.按網(wǎng)絡(luò)的信道分類:窄帶、寬帶

6.按網(wǎng)絡(luò)的用途分類:教育、科研、商業(yè)、企業(yè)

計算機網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史，計算機網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化工作及相關(guān)組織如IETF,RFC等。

網(wǎng)絡(luò)發(fā)展三階段：面向終端的網(wǎng)絡(luò)；計算機一計算機網(wǎng)絡(luò)；開放式標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)。

1.面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)

以單個計算機為中心的遠(yuǎn)程聯(lián)機系統(tǒng)，構(gòu)成面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)。用一臺中央主機

連接大量的地理上處于分散位置的終端。如50年代初美國的SAGE系統(tǒng)。

為減輕中心計算機的負(fù)載,在通信線路和計算機之間設(shè)置了一個前端處理機FEP或通信控制

器CCU專門負(fù)責(zé)與終端之間的通信控制，使數(shù)據(jù)處理和通信控制分工。在終端機較集中的地

區(qū)，采用了集中管理器（集中器或多路復(fù)用器）用低速線路把附近群集的終端連起來，通過

MODEM及高速線路與遠(yuǎn)程中心計算機的前端機相連。這樣的遠(yuǎn)程聯(lián)機系統(tǒng)既提高了線路的利

用率，又節(jié)約了遠(yuǎn)程線路的投資。

2.計算機一計算機網(wǎng)絡(luò)

60年代中期，出現(xiàn)了多臺計算機互連的系統(tǒng)，開創(chuàng)了“計算機一計算機”通信時代，

并存多處理中心，實現(xiàn)資源共享。美國的ARPA網(wǎng)，IBM的SNA網(wǎng)，DEC的DNA網(wǎng)都是成功

的典例。這個時期的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品是相對獨立的，未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

3.開放式標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)

由于相對獨立的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品難以實現(xiàn)互連，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISOdnternationStandards

Organization）于1984年頒布了一個稱為“開放系統(tǒng)互連基本參考模型”的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO

7498,簡稱OSI/RM。即著名的0SI七層模型。從此，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品有了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，促進了企業(yè)

的競爭，大大加速了計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

（二）計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與參考模型

計算機網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)：

所謂網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)（Architecture）就是計算機網(wǎng)絡(luò)各層次及其協(xié)議的集合。層次結(jié)

構(gòu)一般以垂直分層模型來表示。

層次結(jié)構(gòu)的要點：

1）除了在物理媒體上進行的是實通信之外，其余各對等實體間進行的都是虛通信。

2）對等層的虛通信必須遵循該層的協(xié)議。

3）n層的虛通信是通過n/n-1層間接口處n-1層提供的服務(wù)以及n-1層的通信（通常也

是虛通信）來實現(xiàn)的。

層次結(jié)構(gòu)劃分的原則：

1）每層的功能應(yīng)是明確的，并且是相互獨立的。當(dāng)某一層的具體實現(xiàn)方法更新時，只

要保持上、下層的接口不變，便不會對■鄰居產(chǎn)生影響。

2）層間接口必須清晰，跨越接口的信息量應(yīng)盡可能少。

3）層數(shù)應(yīng)適中。若層數(shù)太少，則造成每一層的協(xié)議太復(fù)雜；若層數(shù)太多，則體系結(jié)構(gòu)

過于復(fù)雜，使描述和實現(xiàn)各層功能變得困難。

網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)的特點是：

1）以功能作為劃分層次的基礎(chǔ)。

2）第n層的實體在實現(xiàn)自身定義的功能時，只能使用第n-1層提供的服務(wù)。

3）第n層在向第n+1層提供的服務(wù)時，此服務(wù)不僅包含第n層本身的功能，還包含由

下層服務(wù)提供的功能。

4）僅在相鄰層間有接口，且所提供服務(wù)的具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)對上一層完全屏蔽。

ISO/OSI參考模型

開放系統(tǒng)互連（OpenSystemInterconnection）基本參考模型是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）

制定的標(biāo)準(zhǔn)化開放式計算機網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型，又稱ISO（s0SI參考模型?！伴_放”這個

詞表示能使任何兩個遵守參考模型和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)進行互連。

0SI包括了體系結(jié)構(gòu)、服務(wù)定義和協(xié)議規(guī)范三級抽象。0SI的體系結(jié)構(gòu)定義了一個七層

模型，用以進行進程間的通信，并作為一個框架來協(xié)調(diào)各層標(biāo)準(zhǔn)的制定；0SI的服務(wù)定義描

述了各層所提供的服務(wù)，以及層與層之間的抽象接口和交互用的服務(wù)原語；0SI各層的協(xié)議

規(guī)范，精確地定義了應(yīng)當(dāng)發(fā)送何種控制信息及何種過程來解釋該控制信息。

需要強調(diào)的是，0SI參考模型并非具體實現(xiàn)的描述，它只是一個為制定標(biāo)準(zhǔn)機而提供的

概念性框架。在0SI中，只有各種協(xié)議是可以實現(xiàn)的，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備只有與0SI和有關(guān)協(xié)

議相一致時才能互連。

TCP/IP模型，重點是相關(guān)的術(shù)語（SDU、PDU、IDU及SAP）,比較TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)

構(gòu)與OSI/RM的異同點，OSI/RM的信息流動過程。

【教學(xué)重點和難點】ISO/OSI參考模型和TCP/IP模型

【典型習(xí)題講解】TCP/IP模型

-2-

第二學(xué)時：物理層

【知識點】

信道、信號:寬帶、碼元、波特、速率等基本概念：

1）數(shù)據(jù)傳輸速率一每秒傳輸二進制信息的位數(shù)，單位為位/秒，記作bps或b/s。

計算公式：S=l/T*log2N(bps)

式中T為一個數(shù)字脈沖信號的寬度（全寬碼）或重復(fù)周期（歸零碼）單位為秒；

N為一個碼元所取的離散值個數(shù)。通常N=2K,K為二進制信息的位數(shù)，K=log2N。

N=2時;S=l/T,表示數(shù)據(jù)傳輸速率等于碼元脈沖的重復(fù)頻率。

2）信號傳輸速率一單位時間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為波特，記作Baud。

計算公式：B=l/T（Baud）

式中T為信號碼元的寬度，單位為秒.信號傳輸速率，也稱碼元速率、調(diào)制速率或波

特率。

可見：S=B*log2N(bps)或B=S/log2N(Baud)

3）信道容量表示一個信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，單位：位/秒（bps）

信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別是，前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳

輸數(shù)據(jù)能力的極限，而后者是實際的數(shù)據(jù)傳輸速率。像公路上的最大限速與汽車實

際速度的關(guān)系一樣。

4）離散的信道容量

奈奎斯特（Nyquist）無噪聲下的碼元速率極限值B與信道帶寬II的關(guān)系：

B=2*H（Baud）

奈奎斯特公式一無噪信道傳輸能力公式：

C=2*H*log2N（bps）

式中H為信道的帶寬，即信道傳輸上、下限頻率的差值，單位為Hz；N為一個碼元

所取的離散值個數(shù)。

5）連續(xù)的信道容量

香農(nóng)公式一帶噪信道容量公式：C=II*log2（l+S/N）（bps）

式中S為信號功率，N為噪聲功率，S/N為信噪比，通常把信噪比表示成101g（S/N）

分貝（dB）。

闡述數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬悍N方式（四種），多元調(diào)制、PCM（脈沖編碼調(diào)制）、抽樣定理及其計

算，曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。

多路復(fù)用技術(shù)及其分類（FDM和TDM、WDM）：

多路復(fù)用技術(shù)就是把許多個單個信號在一個信道上同時傳輸?shù)募夹g(shù)。頻分多路復(fù)用FDM

和時分多路復(fù)用TDM是兩種最常用的多路復(fù)用技術(shù)。

1.頻分多路復(fù)用FDM技術(shù)原理

在物理信道的可用帶寬超過單個原始信號所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬

分割成若干個與傳輸單個信號帶寬相同（或略寬）的子信道，每個子信道傳輸一路信號，這

就是步分多路復(fù)用。

多路原始信號在步分復(fù)用前，先要通過頻譜搬移技術(shù)將各路信號的頻譜搬移到物理信

道頻譜的不同段上，使各信號的帶寬不相互重疊，然后用不同的頻率調(diào)制每一個信號，每

個信號要一個樣以它的載波頻率為中心的一定帶寬的通道。為了防止互相干擾，使用保護

帶來隔離每一個通道。

2.時分多路復(fù)用TDM技術(shù)原理

若媒體能達(dá)到的位傳輸速率超過傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率，可采用時分多路復(fù)用

TDM技術(shù)，即將一條物理信道按時間分成若干個時間片輪流地分配給多個信號使用。每一時

間片由復(fù)用的一個信號占用，這樣，利用每個信號在時間上的交叉，就可以在一條物理信

道上傳輸多個數(shù)字信號。

時分多路復(fù)用TDM不僅局限于傳輸數(shù)字信號，也可同時交叉?zhèn)鬏斈M信號。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)（DTE、DCE和信道）。

數(shù)據(jù)通信方式及串行通信的分類（單工、半雙工、全雙工）：

1.并行通信方式

并行通信傳輸中有多個數(shù)據(jù)位，同時在兩個設(shè)備之間傳輸。發(fā)送設(shè)備將這些數(shù)據(jù)位通

過對應(yīng)的數(shù)據(jù)線傳送給接收設(shè)備，還可附加一位數(shù)據(jù)校驗位。接收設(shè)備可同時接收到這些

數(shù)據(jù)，不需要做任何變換就可直接使用。并行方式主要用于近距離通信。計算機內(nèi)的總線

結(jié)構(gòu)就是并行通信的例子。這種方法的優(yōu)點是傳輸速度快，處理簡單。

2.串行通信方式

串行數(shù)據(jù)傳輸時，數(shù)據(jù)是一位一位地在通信線上傳輸?shù)?，先由具有幾位總線的計算機

內(nèi)的發(fā)送設(shè)備，將兒位并行數(shù)據(jù)經(jīng)并一串轉(zhuǎn)換硬件轉(zhuǎn)換成串行方式，再逐位經(jīng)傳輸線到達(dá)

接收站的設(shè)備中，并在接收端將數(shù)據(jù)從串行方式重新轉(zhuǎn)換成并行方式，以供接收方使用。

串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫炔⑿袀鬏斅枚?，但對于覆蓋面極其廣闊的公用電話系統(tǒng)來說具

有更大的現(xiàn)實意義。

3.串行通信的方向性結(jié)構(gòu)

串行數(shù)據(jù)通信的方向性結(jié)構(gòu)有三種，即單工、半雙工和全雙工。

單工數(shù)據(jù)傳輸只支持?jǐn)?shù)據(jù)在一個方向上傳輸；

半雙工數(shù)據(jù)傳輸允許數(shù)據(jù)在兩個方向上傳輸，但是，在某一時刻，只允許數(shù)據(jù)在一個

方向上傳輸，它實際上是一種切換方向的單工通信；

全雙工數(shù)據(jù)通信允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，因此，全雙工通信是兩個單工通信

方式的結(jié)合，它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨立的接收和發(fā)送能力。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù)，信源與信宿，編碼與調(diào)制.

數(shù)據(jù)交換技術(shù)分類及特點，主要是電路交換、報文交換與分組交換的區(qū)別和聯(lián)系：

數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后在通信線路上進行傳輸，按數(shù)據(jù)傳送技術(shù)劃分，交換網(wǎng)絡(luò)又可分為電路

交換網(wǎng)、報文交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)。

電路交換的工作原理

1.電路交換的三個過程

1）電路建立：在傳輸任何數(shù)據(jù)之前，要先經(jīng)過呼叫過程建立一條端到端的電路。

2）數(shù)據(jù)傳輸：電路建立以后，數(shù)據(jù)就可以從一端發(fā)送到另一端在整個數(shù)據(jù)傳輸過程中，

所建立的電路必須始終保持連接狀態(tài)。

3）電路拆除：數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，由某一方發(fā)出拆除請求，然后逐節(jié)拆除到對方節(jié)點。

2.電路交換技術(shù)的優(yōu)缺點及其特點

D優(yōu)點：數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，數(shù)據(jù)不會丟失且保持原來的序列。

2）缺點：在某些情況下，電路空閑時的信道容易被浪費：在短時間數(shù)據(jù)傳輸時電路建

立和拆除所用的時間得不償失。因此，它適用于系統(tǒng)間要求高質(zhì)量的大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。

3）特點：在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須先設(shè)置一條專用的通路。在線路釋放之前，該通路

由一對用戶完全占用。對于猝發(fā)式的通信，電路交換效率不高。

-4-

報文交換的工作原理

問題的提出：當(dāng)端點間交換的數(shù)據(jù)具有隨機性和突發(fā)性時，采用電路交換方法的缺點

是信道容量和有效時間的浪費。采用報文交換則不存在這種問題。

1.報文交換原理

報文交換方式的數(shù)據(jù)傳輸單位是報文，報文就是站點一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，其長度

不限且可變。當(dāng)一個站要發(fā)送報文時，它將一個目的地址附加到報文上，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點根據(jù)報

文上的目的地址信息，把報文發(fā)送到下一個節(jié)點，一直逐個節(jié)點地轉(zhuǎn)送到目的節(jié)點。

每個節(jié)點在收到整個報文并檢查無誤后，就暫存這個報文，然后利用路由信息找出下

一個節(jié)點的地址，再把整個報文傳送給下一個節(jié)點。因此，端與端之間無需先通過呼叫建

立連接。

一個報文在每個節(jié)點的延遲時間，等于接收報文所需的時間加上向下i個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)所

需的排隊延遲時間之和。

2.報文交換的特點

1）報文從源點傳送到目的地采用“存儲一轉(zhuǎn)發(fā)”方式，在傳送報文時，一個時刻僅占用

一段通道。

2）在交換節(jié)點中需要緩沖存儲，報文需要排隊，故報文交換不能滿足實時通信的要求。

3.報文交換的優(yōu)點

1）電路利用率高。由于許多報文可以分時共享兩個節(jié)點之間的通道，所以對于同樣的

通信量來說，對電路的傳輸能力要求較低。

2）在電路交換網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)通信量變得很大很大時，就不能接受新的呼叫。而在報文交

換網(wǎng)絡(luò)上，通信量大時仍然可以接收報文，不過傳送延遲會增加。

3）報文交換系統(tǒng)可以把一個報文發(fā)送到多個目的地，而電路交換網(wǎng)絡(luò)很難做到這一點。

4）報文交換網(wǎng)絡(luò)可以進行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。

4.報文交換的缺點

1）不能滿足實時或交互式的通信要求，報文經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的延遲時間長且不定。

2）有時節(jié)點收到過多的數(shù)據(jù)而無空間存儲或不能及時轉(zhuǎn)發(fā)時，就不得不丟棄報文，而

且發(fā)出的報文不按順序到達(dá)目的地。

分組交換的工作原理

分組交換是報文交換的一種改進，它將報文分成若干個分組，每個分組的長度有一個

上限，有限長度的分組使得每個節(jié)點所需的存儲能力降低了，分組可以存儲到內(nèi)存中，提

高了交換速度。它適用于交互式通信，如終端與主機通信。分組交換有虛電路分組交換和

數(shù)據(jù)報分組交換兩種。它是計算機網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的一種交換技術(shù)。

1.虛電路分組交換原理與特點

在虛電路分組交換中，為了進行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點和目的節(jié)點之間要先建一條

邏輯通路。每個分組除了包含數(shù)據(jù)之外還包含一個虛電路標(biāo)識符。在預(yù)先建好的路徑上的

每個節(jié)點都知道把這些分組引導(dǎo)到哪里去，不再需要路由選擇判定。最后，由某一個站用

清除請求分組來結(jié)束這次連接。它之所以是“虛”的，是因為這條電路不是專用的。

虛電路分組交換的主要特點是：在數(shù)據(jù)傳送之前必須通過虛呼叫設(shè)置一條虛電路。但

并不像電路交換那樣有一條專用通路，分組在每個節(jié)點上仍然需要緩沖，并在線路上進行

排隊等待輸出。

2.數(shù)據(jù)報分組交換原理與特點

在數(shù)據(jù)報分組交換中，每個分組的傳送是被單獨處理的。每個分組稱為一個數(shù)據(jù)報，

每個數(shù)據(jù)報自身攜帶足夠的地址信息。一個節(jié)點收到一個數(shù)據(jù)報后，根據(jù)數(shù)據(jù)報中的地址

信息和節(jié)點所儲存的路由信息，找出一個合適的出路，把數(shù)據(jù)報原樣地發(fā)送到下一節(jié)點。

由于各數(shù)據(jù)報所走的路徑不一定相同，因此不能保證各個數(shù)據(jù)報按順序到達(dá)目的地，有的

數(shù)據(jù)報甚至?xí)型緛G失。整個過程中，沒有虛電路建立，但要為每個數(shù)據(jù)報做路由選擇。

(二)傳輸介質(zhì)雙絞線、同軸電纜、光纖與無線傳輸介質(zhì)，物理層接口的特性：

傳輸媒體是通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方和接收方之間的物理通路，計算機網(wǎng)絡(luò)中采用的傳輸媒

體分有線和無線兩大類。

傳輸媒體的特性對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量有很大影響，這些特征是：

⑴物理特性：說明傳輸媒體的特性。

⑵傳輸特性：包括是使用模擬信號發(fā)送還是使用數(shù)字信號發(fā)送、調(diào)制技術(shù)、傳輸容量

及傳輸頻率范圍。

⑶連通性：采用點到點連接還是多點連接。

⑷地理范圍：在不用中間設(shè)備并將失真限制在允許范圍內(nèi)的情況下，整個網(wǎng)絡(luò)所允許

的最大距離。

⑸抗干擾性：防止噪音、電磁干擾對傳輸數(shù)據(jù)影響的能力。

⑹相對價格：包括元件、安裝和維護等價格。

1.有線傳輸媒體

1)雙絞線(TP)一由螺旋狀扭在一起的兩根絕緣導(dǎo)線組成。雙絞線一般分為非屏蔽雙絞

線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)。計算機網(wǎng)絡(luò)中最常用的是第三類和第五類非屏蔽雙絞線。

⑴物理特性：銅質(zhì)線芯，傳導(dǎo)性能良好。

⑵傳輸特性：可用于傳輸模擬信號和數(shù)字信號，對于模擬信號，約5—6公里需要一個

放大器；對于數(shù)字信號，約2—3公里需要一個中繼器。雙絞線的帶寬達(dá)268kHz。

對于模擬信號，可用頻分多路復(fù)用技術(shù)把它分成24路來傳輸音頻模擬信號，根據(jù)目前

的Modem技術(shù)，若使用移相鍵控法P$K,每路可達(dá)9600bps以上，這樣，在一條24路的雙

絞線上，總傳輸率可達(dá)230kbps。

對丁?數(shù)字信號，使用T1線路總傳輸率可達(dá)1.544Mbps。達(dá)到更高傳輸率也是可能的，

但與距離有關(guān)。

對于局域網(wǎng)(10BASE-T和100BASE-T總線)，傳輸速率可達(dá)lOMbpsTOOMbps。常用的

3類雙絞線和5類雙絞線電纜均由4對雙絞線組成，3類雙絞線傳輸速率可達(dá)10Mbps,5

類雙絞線傳輸速率可達(dá)100Mbps。但與距離有關(guān)。

⑶連通性：可用于點到點連接或多點連接。

⑷地理范圍：對于局域網(wǎng)，速率100Kbps,可傳輸1公里；速率10Mbps—100Mbps,可傳

輸100米。

⑸抗干擾性：低頻(10kHz以下)抗干擾性能強于同軸電纜，高頻(10-lOOkHz)抗干擾性

能弱于同軸電纜。

⑹相對價格：比同軸電纜和光纖便宜得多。

2)同軸電纜一由繞同一軸線的兩個導(dǎo)體所組成，被廣泛用于局域網(wǎng)中。為保持同軸電

纜的正確電氣特性，電纜必須接地，同時兩頭要有端接器來削弱信號反射作用。

⑴物理特性：單根同軸電纜直徑約為1.02-2.54cm,可在較寬頻范圍工作。

⑵傳輸特性：基帶同軸電纜僅用于數(shù)字傳輸，阻抗為50Q,并使用曼徹斯特編碼，數(shù)

據(jù)傳輸速率最高可達(dá)10Mbps?寬帶同軸電纜可用于模擬信號和數(shù)字信號傳輸，阻抗為75。，

對于模擬信號，帶寬可達(dá)300-450MHZ。在CATV電纜上，每個電視通道分配6MHz帶寬，而

廣播通道的帶寬要窄得多，因此，在同軸電纜上使用頻分多路復(fù)用技術(shù)可以支持大量的視、

音頻通道。基帶50

-6-

⑶連通性：可用于點到點連接或多點連接。

⑷地理范圍：基帶同軸電纜的最大距離限制在幾公里；寬帶電纜的最大距離可以達(dá)幾

十公里。

⑸抗干擾性：能力比雙絞線強。

⑹相對價格：比同軸電纜貴，比光纖便宜。

3）光纖一由能傳導(dǎo)光波的石英玻璃纖維外加保護層構(gòu)成的。光纖具有寬帶、數(shù)據(jù)傳輸

率高、抗干擾能力強、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點。按使用的波長區(qū)的不同分為單模和多模光纖通

信方式o

⑴物理特性：在計算機網(wǎng)絡(luò)中均采用兩根光纖（一來一去）組成傳輸系統(tǒng)。按波長范圍

可分為三種：0.85um波長（0.8-0.9um）、1.3um波長（1.25T.35um）和1.55um波長區(qū)

（1.53-1.58uni）0不同的波長范圍光纖損耗特性也不同，其中0.85um波長區(qū)為多模光纖通

信方式，1.55um波長區(qū)為單模光纖通信方式，1.3um波長區(qū)有多模和單模兩種方式。

⑵傳輸特性：光纖通過內(nèi)部的全反射來傳輸一束經(jīng)過編碼的光信號，內(nèi)部的全反射可

以在任何折射指數(shù)高于包層媒體折射指數(shù)的透明媒體中進行。實際上光纖作為頻率范圍從

10"-10I5HZ的波導(dǎo)管，這一范圍覆蓋了可見光譜和部分紅外光譜。光纖的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)

Gbps級，傳輸距離達(dá)數(shù)十公里。目前，一條光纖線路上只能傳輸一個載波，隨著技術(shù)進一

步發(fā)展，會出現(xiàn)實用的多路復(fù)用光纖。

⑶連通性：采用點到點連接還是多點連接。

⑷地理范圍：可以在6-8公里的距離內(nèi)不用中繼器傳輸，因此光纖適合于在幾個建筑

物之間通過點到點的鏈路連接局域網(wǎng)。

⑸抗干擾性：不受噪聲或電磁影響，適宜在長距離內(nèi)保持高數(shù)據(jù)傳輸率，而且能夠提

供良好的安全性。

（6））相對價格：目前價格比同軸電纜和雙絞線都貴。

2.無線傳輸媒體

1）微波通信：載波頻率為2GHz至40GHZ。頻率高，可同時傳送大量信息；由于微波是

沿直線傳播的，故在地面的傳播距離有限。

2）衛(wèi)星通信：是利用地球同步衛(wèi)星作為中繼來轉(zhuǎn)發(fā)微波信號的一種特殊微波通信形式。

衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信距離的限制，三個同步衛(wèi)星可以覆蓋地球上全部通信區(qū)域。

3）紅外通信和激光通信：和微波通信?樣，有很強的方向性，都是沿直線傳播的。但

紅外通信和激光通信要把傳輸?shù)男盘柗謩e轉(zhuǎn)換為紅外光信號和激光信號后才能直接在空間

沿直線傳播。

微波、紅外線和激光都需要在發(fā)送方和接收方之間有一條視線通路，故它們統(tǒng)稱為視

線媒體。

（三）物理層設(shè)備中繼器，集線器，重點比較其功能和性能的區(qū)別。

【教學(xué)重點和難點】帶寬，速率的概念，電路交換、報文交換與分組交換的區(qū)別，中繼和

集線的區(qū)別

【典型習(xí)題講解】帶寬，速率的計算

第三學(xué)時：數(shù)據(jù)鏈路層

【知識點】

（-）數(shù)據(jù)鏈路層的功能鏈路管理，幀定界，流量控制，差錯控制，將數(shù)據(jù)和控制信息

區(qū)分開，透明傳輸，尋址等主要功能。

（二）組幀

（三）差錯控制檢錯編碼和糾錯編碼的基本原理的算法解析

用以使發(fā)送方確認(rèn)接收方是否正確收到了由它發(fā)送的數(shù)據(jù)信息的方法稱為反饋差錯控

制。通常采用反饋檢測和自動重發(fā)請求（ARQ）兩種基本方法來實現(xiàn)。

1.反饋檢測法

反饋檢測法也稱回送校檢法或“回聲”法，主要用于面向字符的異步傳輸中，如終端

與遠(yuǎn)程計算機間的通信。這是一種無須使用任何特殊代碼的差錯檢測法。雙方進行數(shù)據(jù)傳

輸時，接收方將接收到的數(shù)據(jù)（可以是一個字符，也可以是一幀）重新發(fā)回發(fā)送方，由發(fā)

送方檢查是否與原始數(shù)據(jù)完全相符。若不相符，則發(fā)送方發(fā)送--個控制字符（如DEL）通

知接收方刪去出錯的數(shù)據(jù)，并重新發(fā)送該數(shù)據(jù)；若相符，則發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。

反饋檢測法原理簡單，實現(xiàn)容易，也有較高的可靠性。但每個數(shù)據(jù)均被傳輸兩次，信

道利用率很低。這種差錯控制方法一般用于面向字符的異步傳輸中，因為這種場合下信道

效率并不是主要矛盾。

2.自動重發(fā)請求法（ARQ法）

實用的差錯控制方法，既要傳達(dá)室輸可靠性高，又要信道利用率高。為此可使發(fā)送方

將要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀附加一定的冗余檢錯碼一并發(fā)送，接收方則根據(jù)檢錯碼對數(shù)據(jù)幀進行差

錯檢測，若發(fā)現(xiàn)錯誤，就返回請求重發(fā)的應(yīng)答，發(fā)送方收到請求重發(fā)的應(yīng)答后，便重新傳

送該數(shù)據(jù)幀。這種差錯控制方法就稱為自動重發(fā)請求法（AutomaticRepeatreQuest）,筒

稱ARQ法。

ARQ法僅需返回少量控制信息，便可有效地確認(rèn)所發(fā)數(shù)據(jù)幀是否正確被接收。ARQ法有

幾種實現(xiàn)方案，空閑重發(fā)請求（IdleRQ）和連續(xù)重發(fā)請求（ContinuousRQ）是其中最基本的

兩種方案。

（1）空閑重發(fā)請求（IdleRQ）。空閑重發(fā)請求方案也稱停等（StopandWait）法，該方案

規(guī)定發(fā)送方每發(fā)送一幀后就要停下來等待接收方的確認(rèn)返回，僅當(dāng)接收方確認(rèn)正確接收后

再繼續(xù)發(fā)送下一幀。空閑重發(fā)請求方案的實現(xiàn)過程如下：

①發(fā)送方每次僅將當(dāng)前信息幀作為待確認(rèn)幀保留在緩沖存儲器中；

②當(dāng)發(fā)送方開始發(fā)送信息幀時，隨即啟動計時器；

③當(dāng)接收方收到無差錯信息幀后，即向發(fā)送方返回一個確認(rèn)幀；

④當(dāng)接收方檢測到一個含有差錯的信息幀時，便舍棄該幀；

⑤若發(fā)送方在規(guī)定時間內(nèi)收到確認(rèn)幀，即將計時器清零，繼而開始下一幀的發(fā)送；

⑥若發(fā)送方在規(guī)定時間內(nèi)未收到確認(rèn)幀，（即計時器超時），則應(yīng)重發(fā)存于緩沖器中的

侍確認(rèn)信息幀。

從以上過程可以看出，空閑RQ方案的收、發(fā)送方僅需設(shè)置一個幀的緩沖存儲空間，便

可有效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)重發(fā)并確保接收方接收的數(shù)據(jù)不會重份。空閑RQ方案最主要的優(yōu)點就是

所需的緩沖存儲空間最小，因此在鏈路端使用簡單終端的環(huán)境中被廣泛采用。

（2）連續(xù)重發(fā)請求（ContinuousRQ）。連續(xù)重發(fā)請求方案是指發(fā)送方可以連續(xù)發(fā)送一系

列信息幀，即不用等前一幀被確認(rèn)便可發(fā)送下一幀。這就需要在發(fā)送方設(shè)置一個較大的緩

沖存儲空間（稱作重發(fā)表），用以存放若干待確認(rèn)的信息幀。當(dāng)發(fā)送方到對某信息幀的確認(rèn)

幀后便可從重發(fā)表中將該信息幀刪除。所以，連續(xù)RQ方案的鏈路傳輸效率大大提高，但相

應(yīng)地需要更大的緩沖存儲空間。連續(xù)RQ方案的實現(xiàn)過程如下：

①發(fā)送方連續(xù)發(fā)送信息幀而不必等待確認(rèn)幀的返回：

②發(fā)送方在重發(fā)表中保存所發(fā)送的每個幀的備份；

-8-

③重發(fā)表按先進先出(FIFO)隊列規(guī)則操作；

④接收方對每一個正確收到的信息幀返回一個確認(rèn)幀；

⑤每一個確認(rèn)幀包含一個惟一的序號，隨相應(yīng)的確認(rèn)幀返回；

⑥接收方保存一個接收次序表，它包含最后正確收到的信息幀的序號；

⑦當(dāng)發(fā)送方收到相應(yīng)信息幀的確認(rèn)后，從重發(fā)表中刪除該信息幀的備份；

⑧當(dāng)發(fā)送方檢測出失序的確認(rèn)幀(即第N號信息幀和第N+2號信息幀的確認(rèn)幀已返回，

而N+1號的確認(rèn)幀未返回)后，便重發(fā)未被確認(rèn)的信息幀。

上面連續(xù)RQ過程是假定在不發(fā)生傳輸差錯的情況下描述的，如果差錯出現(xiàn)，如何進一

步處理還可以有兩種策略，即GO-DACK-N策略和選擇重發(fā)策略。

GO-DACK-N策略的基本原理是，當(dāng)接收方檢測出失序的信息幀后，要求發(fā)送方重發(fā)最后

?個正確接收的信息幀之后的所有未被確認(rèn)的幀：或者當(dāng)發(fā)送方發(fā)送了N個幀后，若發(fā)現(xiàn)

該N幀的前一個幀在計時器超時后仍未返回其確認(rèn)信息，則該幀被判為出錯或丟失，此時

發(fā)送方就不得不重新發(fā)送出錯幀及其后的N幀。這就是GO-DACK-N(退回N)法名稱的由來。

因為，對接收方來說，由于這一幀出錯，就不能以正常的序號向它的高層遞交數(shù)據(jù)，對其

后發(fā)送來的N幀也可能都不能接收而丟棄。GO-DACK-N可能將已正確傳送到目的方的幀再重

傳一遍，這顯然是一種浪費。另一種效率更高的策略是當(dāng)接收方發(fā)現(xiàn)某幀出錯后，其后繼

續(xù)送來的正確的幀雖然不能立即遞交給接收方的高層，但接收方仍可收下來，存放在一個

緩沖區(qū)中，同時要求發(fā)送方重新傳送出錯的那?幀。一旦收到重新傳來的幀后，就可以原

已存于緩沖區(qū)中的其余幀一并按正確的順序遞交高層。這種方法稱為選擇重發(fā)(SELECTICE

REPEAT)o

(四)流量控制與可靠傳輸機制.流量控制、可靠傳輸與滑輪窗口機制的基本原理和方

法，重點解析單幀滑動窗口與停止-等待協(xié)議，.多幀滑動窗口與后退N幀協(xié)議(GBN),多

幀滑動窗口與選擇重傳協(xié)議(SR)并進行實例化描述。

流量控制涉及鏈路上字符或幀的發(fā)送速率的控制，以使接收方在接收前的足夠的緩沖

存儲空間來接收每一個字符或幀。例如，在面向字符的終端——計算機鏈路中，若遠(yuǎn)程計算

機為許多臺終端服務(wù)，它就有可能因不能在高峰時按預(yù)定速率傳輸全部字符而暫時過載。

同樣，在面向幀的自動重發(fā)請求系統(tǒng)中，當(dāng)待確認(rèn)幀數(shù)量增加時，有可能超出緩沖器存儲

空間，也會造成過載。下面介紹兩種常用的流量控制方案：XON/XOFF方案和窗口機制。

1.XON/XOFF方案

增加緩沖存儲空間在某種程度上可以緩解收、發(fā)雙方在傳輸速率上的差異，但這是一

種被動、消極的方法。因為，一方面系統(tǒng)不允許開設(shè)過大的緩沖空間，另一方面對于速率

顯著失配并且又傳送大量數(shù)據(jù)的場合，仍會出現(xiàn)緩沖空間不夠的現(xiàn)象。XON/XOFF方案方案

則是一種相比之下更主動、更積極的流量控制方法。

XON/XOFF方案中使用一對控制字符來實現(xiàn)流量控制，其中XON采用ASCII字符集中的

控制字符DChXOFF采用ASCII字符集中的控制字符DC3,當(dāng)通信路上的接收方發(fā)生過載時，

便向發(fā)送方發(fā)送一個XOFF字符，發(fā)送方接收XOFF字符后便暫停發(fā)送數(shù)據(jù)；等接收方處理

完緩沖器中的數(shù)據(jù)，過載恢復(fù)后，再向發(fā)送方發(fā)送一個XON字符，以通知發(fā)送方恢復(fù)數(shù)據(jù)

發(fā)送。在一次數(shù)據(jù)傳輸過程中，XOFF、XON的周期可重復(fù)多次，但這些操作對用戶來說是透

明的。

許多異步數(shù)據(jù)通信軟件包均支持XON/XOFF協(xié)議。這種方案也可用于計算機向打印機或其

它終端設(shè)備發(fā)送字符，在這種情況下，打印機或終端設(shè)備中的控制部件用以控制字符流量。

2.窗口機制

為了提高信道的有效利用率，如前所述采用了不等待確認(rèn)幀返回就連續(xù)發(fā)送若干幀的

方案。由于允許連續(xù)發(fā)送多個未被確認(rèn)的幀，幀號就需采用多位二進制才能加以區(qū)分。因

為凡被發(fā)出去蛤尚未被確認(rèn)的幀都可能出錯或丟失而要求重發(fā)，因而這些幀都要保留下來。

這就要求發(fā)送方有較大的發(fā)送緩沖區(qū)保留可能要求重發(fā)的未被確認(rèn)的幀。

但是緩沖區(qū)容量總是有限的，如果接收方不能以發(fā)送方的發(fā)送速率處理接收到的幀，

則還是可能用完緩沖容量而暫時過載。為此，可引入類似于空閑RQ控制方案的調(diào)整措施，

其本質(zhì)是在收到一確定幀之前，對發(fā)送方可發(fā)送的幀的數(shù)目加以限制。這是由發(fā)送方調(diào)整

保留在重發(fā)表中的待確認(rèn)幀的數(shù)目來實現(xiàn)的。如果接收方來不及時對心到的幀進行處理，

則便停發(fā)確認(rèn)信息，此時發(fā)送方的重發(fā)送方的重發(fā)表就會增長，當(dāng)達(dá)到重發(fā)表限度時，發(fā)

送方就不再發(fā)送新幀，直至再次收到確認(rèn)信息為止。

不了實現(xiàn)此方案，發(fā)送方存放待確認(rèn)幀的重發(fā)表中，應(yīng)設(shè)置待確認(rèn)幀數(shù)目的最大限度，

這一限度被稱為鏈路的發(fā)送窗口。顯然，如果窗口設(shè)置為1,即發(fā)送方緩沖能力僅為一個幀,

則傳輸控制方案就回到了空閑RQ方案，此時傳輸效率很低。故窗口限度應(yīng)選為使接收方盡

量能處理或接受收到的所有幀。當(dāng)然選擇時還必須考慮諸如幀的最大長度、可使用的緩沖

存空間以及傳輸速率等因素。

重發(fā)表是一個連續(xù)序號的列表，對應(yīng)發(fā)送方已發(fā)送但尚未確認(rèn)的那些幀。這些幀的序

號有一個最大值，這個最大值即發(fā)送窗口的限度。所謂發(fā)送窗口就是指示發(fā)送方已發(fā)送但

尚未確認(rèn)的幀序號隊列的界，其上、下界分別稱為發(fā)送窗口的上、下沿，上、下沿的部距

稱為窗口尺寸。接收方類似地也有接收窗口，它批示允許接收和幀的序號。

發(fā)送方每次發(fā)送一幀后，待確認(rèn)幀的數(shù)目便增1,每收到一個確認(rèn)信息后，待確認(rèn)幀的

數(shù)目便減1。當(dāng)重發(fā)表長度計數(shù)值，即待確認(rèn)幀的數(shù)目等于發(fā)送窗口尺寸時，便停止發(fā)送新

的幀。

一般幀號只取有限位二進制數(shù)，到一定時間后就又反復(fù)循環(huán)。若幀號配3位二進制數(shù),

則幀號在0~7間循環(huán)。如果發(fā)送窗口尺寸取值為2。則發(fā)送如圖3.15所示。圖中發(fā)送方陰

影部分表示打開的發(fā)送窗口，接收方陰影部分則表示打開的接收窗口。當(dāng)傳送過程進行時,

打開的窗口位置一直在滑動，所以也稱為滑動窗口（SliddingWindow）,或簡稱為滑窗。

一般來說，凡是在一定范圍內(nèi)到達(dá)的幀，即使它們不按順序，接收方也要接收下來。

若把這個范圍看成是接收窗口的話，由接收窗口的大小也應(yīng)該是大于1的。而Go-back-N

正是接收窗口等于1的個特例，選擇重發(fā)也可以看做是一種滑動窗口協(xié)議，只不過其發(fā)

送窗口和接收窗口都大于1。若從滑動窗口的觀點來統(tǒng)一看待空閑RQ、Go-back-N及選擇重

發(fā)三種協(xié)議，它們的差別僅在于各自窗口尺寸的大小不同而已：

空閑RQ：發(fā)送窗口=1,接收窗口=1：

Go-back-N：發(fā)窗口>1,接收窗口>1;

選擇重發(fā)：發(fā)送窗口>1,接收窗口>1。

若幀序號采用3位二進制編碼，由最大序號為Smax=2.3T=7。對于有序接收方式，發(fā)

送窗口最大尺寸選為Smax；對于無序接收方式，發(fā)送窗口最大尺寸至多是序號范圍的一半。

發(fā)送方管理超時控制的計時器數(shù)應(yīng)等于緩沖器數(shù)，而不是序號空間的大小。

（五）介質(zhì)訪問控制.講授信道劃分，頻分多路復(fù)用、時分多路復(fù)用、波分多路復(fù)用、碼

分多路復(fù)用的概念和基本原理。重點隨機訪問介質(zhì)訪問控制.主要是ALOHA隨機爭用協(xié)議

（純ALOHA技術(shù)和時隙ALOHA技術(shù)），CSMA隨機訪問技術(shù)（先聽后說），以及非堅持型算

法，1-堅持型算法和P-堅持型算法。CSMA/CD隨機訪問技術(shù)，主要是CSMA/CD—帶有碰撞

（沖突）檢測的載波監(jiān)聽多路訪問控制方法及其主要特點：先聽后說，邊聽邊說（二進制

指數(shù)避讓算法）。

-10-

具有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問CSMA/CD

具有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問CSMA/CD采用隨機訪問和競爭技術(shù)，這種技術(shù)只用

于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。CSMA/CD結(jié)構(gòu)將所有的設(shè)備都直接連到同一條物理信道上，該信道負(fù)

責(zé)任何兩個設(shè)備之間的全部數(shù)據(jù)傳送，因此稱信道是以“多路訪問”方式進行操作的。站

點以幀的形式發(fā)送數(shù)據(jù)，幀的頭部含有目的和源點的地址。幀在信道上以廣播方式傳輸，

所有連接在信道上的設(shè)備隨時都能檢測到該幀。當(dāng)目的地站點檢測到目的地址為本站地址

的幀時，就接收幀中所攜帶的數(shù)據(jù)，并按規(guī)定的鏈路協(xié)議給源站點返回一個響應(yīng)。

采用這種操作方法時，在信道上可能有兩個或更多的設(shè)備在同?瞬間都會發(fā)送幀，從

而在信道上千萬幀的重疊而出現(xiàn)并有差錯，這種現(xiàn)象稱為沖突。為減少這種沖突，源站點

在發(fā)送幀之前，首先要監(jiān)聽信道上是否有其它站點發(fā)送的載波信號（即進行“載波監(jiān)聽”），

若監(jiān)聽到信道上有載波信號則推遲發(fā)送，直到信道恢復(fù)到安靜（空閑）為止。另外，還要采

用邊發(fā)送邊監(jiān)聽的技術(shù)（即“沖突檢測”），若監(jiān)聽到干擾信號，就表示檢測到?jīng)_突，于是

就要立即停止發(fā)送。為了確保沖突的其它站點知道發(fā)生了沖突，首先在短時間里持續(xù)發(fā)送

一串阻塞（Jam）碼，卷入沖突的站點則等待一隨機時間，然后準(zhǔn)備重發(fā)受到?jīng)_突影響的幀。

這種技術(shù)對發(fā)生沖突的傳輸能迅速發(fā)現(xiàn)并立即停止發(fā)送，因此能明顯減少沖突次數(shù)和沖突

時間。

輪詢訪問介質(zhì)訪問控制：令牌傳遞協(xié)議。

控制令牌是另一種傳輸媒體訪問控制方法。它是按照所有站點共同理解和遵守的規(guī)則，

從一個站點到另一個站點傳遞控制令牌，一個站點只有當(dāng)它占有令牌時.，才能發(fā)送數(shù)據(jù)端

幀，發(fā)完幀后，即把令牌傳遞下一個站點。其操作次序如下：

⑴首先建立一個邏輯環(huán)，將所有站點同物理媒體相連，然后產(chǎn)生一個控制令牌。

⑵控制令牌由一個站點沿著邏輯環(huán)順序向下一個站點傳遞。

⑶等待發(fā)送幀的站點接收到控制令牌后，把要發(fā)送的幀利用物理媒體發(fā)送出去，然后

再將控制令牌沿邏輯環(huán)傳遞給下一站點。

控制令牌方法除了用于環(huán)形網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（即令牌環(huán)）之外，也可以用于總線網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（即令牌總線）。

【教學(xué)重點和難點】流量控制與可靠傳輸機制，介質(zhì)訪問捽制

【典型習(xí)題講解】滑動窗口，CSMA/CD協(xié)議：CSMA/CA協(xié)議

第四學(xué)時：數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)）

（-）局域網(wǎng).局域網(wǎng)的基本概念與體系結(jié)構(gòu)，分析LAN特性的三個主要技術(shù)：傳輸介

質(zhì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、介質(zhì)訪問控制方法（MAC）其中MAC最重要。以太網(wǎng)與IEEE802.3,包括

總線網(wǎng)、以太網(wǎng)（Ethernet）,以太網(wǎng)及其標(biāo)準(zhǔn)（10BASE,100BASE和1000BASE）,以太網(wǎng)

中繼規(guī)則（5-4-3-2T規(guī)則）。

IEEE在1980年2月成立了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會（簡稱IEEE802委員會），專門從事

局域網(wǎng)的協(xié)議制訂，形成了一簇的標(biāo)準(zhǔn)，稱為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織

ISO采納，作為局域網(wǎng)的國際標(biāo)準(zhǔn)系列，稱為ISO8802標(biāo)準(zhǔn)。要這些標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)局域網(wǎng)

的多種類型，規(guī)定了各自的拓樸結(jié)構(gòu)、媒體訪問控制方法、幀和格式和聽任等內(nèi)容。

IEEE802.1是局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)際互連協(xié)議。IEEE802.2集中了數(shù)據(jù)

鏈路層中與媒體無親的LLC協(xié)議。涉及與媒體訪問有關(guān)的協(xié)議，則根據(jù)具體網(wǎng)絡(luò)的媒體訪

問控制訪問分別處理，其中主要的MAC協(xié)議有：IEEE802.3載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測

CSMA/CD訪問方法和物理層協(xié)議、IEEE802.4令牌總線（TokenBus）訪問方法和物理層的

協(xié)議、IEEE802.5令牌環(huán)（TokenRing）訪問方法和物理層協(xié)議，IEEE802.6關(guān)于城域網(wǎng)

的分布式他列總線DQDB（DistributedQueueDualBus）的標(biāo)準(zhǔn)等。

IEEE802標(biāo)準(zhǔn)定義了LLC子層和MAC子層的幀格式.數(shù)據(jù)傳輸過程中，LLC子層將高

層遞交的報文分組作為LLC的信息字段，再加上LLC子層目的服務(wù)訪問點（DSAP）、源服務(wù)

訪問點（SSAP）及相應(yīng)的控制信息以構(gòu)成LLC幀。

LLC的鏈路只有異步平衡方式（ABM）,而不用政黨響應(yīng)方式（NRM）和異步響應(yīng)（ARM）。

也即節(jié)點均為組合站，它們既可作為主站發(fā)送命令，也可作為從站響應(yīng)命令。IEEE802.2

標(biāo)準(zhǔn)定義的LLC幀格式與HDLC的幀格式有點類似，其控制字段的格式和功能完全效仿HDLC

的平衡方式制定。LLC幀也分為信息幀、監(jiān)控幀和無編號幀三類。信息幀主要用于信息數(shù)據(jù)

傳輸，監(jiān)控幀主要用于流量控制，無編號幀用于LLC子層傳輸控制信號以對邏輯鏈路進行

建立與釋放。LLC幀的類型取決于控制字段的第1、2位，信息幀和監(jiān)控幀的控制字段均為

2字長，無編號幀的控制字段為1字節(jié)。監(jiān)控幀控制字段中的第5?8位為保留位，一般

設(shè)置為0?？刂谱侄沃械钠渌缓x與HDLC控制字段中的含義相同。

交換以太網(wǎng)特點、三種轉(zhuǎn)發(fā)機制及VLAN（虛擬局域網(wǎng)）概念。令牌環(huán)網(wǎng)的基本原理，

IEEE802.5—令牌環(huán)網(wǎng)（TokenRing）令牌環(huán)介質(zhì)訪問控制方法工作原理及其特點，

IEEE802.4―令牌總線網(wǎng)（Token-Bus）令牌總線介質(zhì)訪問控制方法工作原理及其特點，總

結(jié)令牌總線的特點，即物理上是總線結(jié)構(gòu)，邏輯上是令牌環(huán)。

（二）廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)的基本概念，.PPP協(xié)議，HDLC協(xié)議包括HDLC鏈路結(jié)構(gòu)，HDLC

的幀格式，零比特插入刪除技術(shù)（位填充刪除技術(shù)），HDLC的幀類型（信息幀（I幀）、監(jiān)

控幀（S幀）、無編號幀（U幀）。

HDLC是通用的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議，在開始建立數(shù)據(jù)鏈路時，允許選用特定的操作方式。

所謂操作方式，通俗地講就是某站點是以主站點方式操作還是以從站方式操作，或者是二

者兼?zhèn)洹ｆ溌飞嫌糜诳刂颇康牡恼痉Q為主站，其它的受主站控制的站稱為從站。主站對數(shù)

據(jù)流進行組織，并且對鏈路上的差錯實施恢復(fù)。由主站發(fā)往從站的幀稱為命令幀，而從從

站返回主站的幀稱為響應(yīng)幀。連有多個站點的鏈路通常使用輪詢技術(shù)，輪詢其它站的站稱

為主站，而在點-點鏈路中每個站均可為主站。主站需要比從站有更多的邏輯功能，所以當(dāng)

終端與主機相連時，主機一般總是主站。在一個站連接多個鏈路的情況下，該站對于一些

鏈路而言可能是主站，而對于一些鏈路而言又可能是從站。有些站可兼?zhèn)渲髡竞蛷恼镜墓?/p>

能，這種站稱為組合站，用于組合站之間信息傳輸?shù)膮f(xié)議是對稱的，即在鏈路上主、從站

具有同樣的傳輸控制功能，這又稱作平衡操作。相對的，那種操作時有主站、從站之分的，

且各自功能不同的操作，稱為非平衡操作。

HDLC中常有的操作方式有以下三種：

①正常響應(yīng)方式NRM（NormaResponsesModel）。這是一非平衡數(shù)據(jù)鏈路方式，有時也

稱非平衡正常響應(yīng)方式。該操作方式適用于面向終端的點一點或一點與多點的鏈路。在這

種操作方式中，傳輸過程由主站啟動，從站只有收到主站某個命令幀后，才能作出響應(yīng)向

主站傳輸信息。響應(yīng)信息可以由一個或多個幀組成，若信息由多個幀組成，則應(yīng)指出哪一

個是最后一幀。主站負(fù)責(zé)整個鏈路，且具有輪詢、選擇從站及向從站發(fā)送命令的權(quán)利，同

時也負(fù)責(zé)對超時、重發(fā)及各類恢復(fù)操作的控制。

②異步響應(yīng)方式ARMAsynchronousResponsesMode）這也是一種非平衡數(shù)據(jù)鏈路操作

方式，與NRM不同的是，ARM下的傳輸過程由從站啟動。從站主的動發(fā)送給主站的一個或一

組幀中可包含有信息，也可以是僅以控制為目的而發(fā)的幀。在這種操作方式，與NRM不同

的是，ARM下的傳輸過程由從站啟動。從站主的動發(fā)送給主站的一個或一組幀中可包含有信

-12-

息，也可以是僅以控制為目的而發(fā)的幀。在這種操作方式下，由從站來控制超時和重發(fā)。

該方式對采用輪詢方式的多站鏈路來說是必不可少的。

③異步平衡方式ABM（AsynchronousBalancedMode）.這是一-種允許任何節(jié)點來啟動傳

輸?shù)牟僮鞣绞健榱颂岣哝溌穫鬏斝?，?jié)點之間在兩個方向上都需要有較高的信息傳輸

量。在這種操作方式下，任何時候任何站點都能啟動傳輸操作，每個站點既可作為主站又

可作為從站，即每個站都是組合站。各站都有相同的一組協(xié)議，任何站點都可以發(fā)送或接

收命令，也可以給出應(yīng)答，并且各站對差錯恢復(fù)過程都負(fù)有相同的責(zé)任。

ATM網(wǎng)絡(luò)基本原理。

ATM采用異步時分復(fù)用方式工作，來自不同信息源的信元匯集到一起，在一個緩沖器內(nèi)

排隊，隊列中的信元著個輸出到傳輸線路，在傳輸線路上形成首尾相接的信元流。信元的

信頭中寫有信息的標(biāo)志（如A和B）,說明該信元去往的地址，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)信頭中的標(biāo)志來轉(zhuǎn)移

信元。

信息源隨機地產(chǎn)生信息，因為信元到達(dá)隊列也是隨機的。高速的業(yè)務(wù)信元來得十分頻

繁、集中，低速的業(yè)務(wù)信元來得很稀疏。這些信元都按先來后到在隊列中排隊，然后按輸

出次序復(fù)用到傳輸線匕具有同樣標(biāo)志的信元在傳輸線上并不對應(yīng)某個固定的時間間隙，

也不是按周期出現(xiàn)的，也即信息和它在時域的位置之間沒有關(guān)系，信息只是按信頭中的標(biāo)

志來區(qū)分的。這種復(fù)用方式稱為異步時分復(fù)用（AsynchronousTimeDivisionMultiolex）,

又稱統(tǒng)計復(fù)用（StatisticMultiptx）。而在同步時分復(fù)用方式（如PCM復(fù)用方式）中，信息

以它在一M中的時間位置（時隙）來區(qū)分，一個時隙對應(yīng)著一條信道，不需要另外的信息頭

來標(biāo)識信息的身份。

異步時分復(fù)用方式使ATM具有很大的靈活性，任何業(yè)務(wù)也都可按實際需要來占用資源。

對于特定的業(yè)務(wù)，傳送速率可隨信息到達(dá)的速率而變化，因此網(wǎng)絡(luò)資源得到了最大限度的

利用。ATM網(wǎng)絡(luò)可以適用于任何業(yè)務(wù)，不論其特性如何（速率高低、突發(fā)性大小、質(zhì)量和實

時性要求等），網(wǎng)絡(luò)都按同時的模式來處理，真正做到了完全的業(yè)務(wù)綜合。

若某個時刻隊列中沒有等待發(fā)送的信元，此時線路上就出現(xiàn)未分配信元（信頭中含有標(biāo)

志巾）；反之，若某個時刻傳輸線路上找不到可以傳送新元的機會（信云啊都已排滿），而隊

列已經(jīng)充滿緩沖區(qū)，此時為了盡量減少對業(yè)務(wù)質(zhì)量的影響，將優(yōu)先級別低的信元丟棄。緩

沖區(qū)的容量必須根據(jù)信息流量來計算，以使信元丟棄率在10-9以下。

為了提高處理速度和降低延遲，ATM以面向連接器的方式工作。網(wǎng)絡(luò)的處理工作十分簡

單：通信開始時建立虛電路，以后用戶將虛電路標(biāo)志寫入信頭（即地址信息），網(wǎng)絡(luò)根據(jù)虛

電路標(biāo)志將信元送往目的地。

經(jīng)過ATM網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點提供信元的交換。其實，ATM網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點完成的只是虛電路的交

換，因為同一虛電路上的所有信元都選擇同樣的路由，經(jīng)過同樣的通路到達(dá)目的地。在接

收段，這些信元到達(dá)的次序總是和發(fā)送次序相同。

ATM交換節(jié)點的工作比X.25分組交換網(wǎng)中的節(jié)點要簡單得多。ATM節(jié)點只做信頭的CRC

檢驗，對于信息的傳輸差錯根本不過問。ATM節(jié)點不做差錯控制（信頭中根本你沒有信元的

編號），也不參與流量控制，這些工作都留給終端去做。ATM節(jié)點的主要工作就是讀信頭，

并根據(jù)信頭的內(nèi)容快速的將信元送往要去的地方，這件工作在很大的程度上依靠硬件來完

成，所以ATM交換的速度非常快，可以和光纖的傳輸速度相匹配。

（三）數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備

網(wǎng)橋，網(wǎng)橋的概念：

網(wǎng)橋是一種存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，用來連接類型相似的局域網(wǎng)。從互連網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)看，網(wǎng)橋

屬于DCE級的端到端的連接；從協(xié)議層次看，網(wǎng)橋?qū)儆阪溌穼臃懂?，存該層對?shù)據(jù)幀進行

存儲轉(zhuǎn)發(fā)。它既不同于只作單純信號增強的轉(zhuǎn)接器，也不同于進行網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)換的網(wǎng)間連接

器。但網(wǎng)橋仍然是一種網(wǎng)絡(luò)連接的方法，因為局域網(wǎng)本身沒有網(wǎng)絡(luò)層，只有在主機站點上

才有網(wǎng)絡(luò)層或提供網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)的功能。

網(wǎng)橋接收幀并送到數(shù)據(jù)鏈路層進行差錯校驗，然后送到物理層再經(jīng)物理傳輸媒體送到

另一個子網(wǎng)。在轉(zhuǎn)發(fā)幀以前，網(wǎng)橋?qū)膬?nèi)容和格式不做修改或僅做很少的修改。網(wǎng)橋應(yīng)

該有足夠的緩沖空間，以便能滿足高峰負(fù)荷時的要求。另外，必須具備尋址和路由選擇的；

邏輯功能。

透明網(wǎng)橋與生成樹算法；源選徑網(wǎng)橋與源選徑算法。局域網(wǎng)交換機及其工作原理。

【教學(xué)重點和難點】IEEE802.x系列協(xié)議，網(wǎng)橋選徑算法

【典型習(xí)題講解】HDLC協(xié)議，網(wǎng)橋選徑算法

第五學(xué)時：網(wǎng)絡(luò)層

（-）網(wǎng)絡(luò)層的功能異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)原則，路由與轉(zhuǎn)發(fā)的區(qū)別和工作原理，擁塞控制的一

半處理方式。

（-）路由算法靜態(tài)路由與動態(tài)路由的劃分原則，距離-向量路由算法，鏈路狀態(tài)路由

算法，層次路由路由選擇算法及其分類，Dijstra算法（求最短路由），0SPF部分詳細(xì)講

解，.D-V法和L-S法（距離矢量法和鏈路狀態(tài)法），介紹計算路由的方法，并寫出路由表、

畫出路由樹。

（三）IPv4IPv4分組原則，是一種分等級的地址結(jié)構(gòu)。IPv4地址與NAT,地址轉(zhuǎn)換的

必要性和原理。子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼的基本思路和具體實踐中的注意事項。CIDR的概念和

作用，即消除了傳統(tǒng)的A類、B類和C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念，有效地分配IPv4的

地址空間。

從概念上說，IP地址的層次結(jié)構(gòu)具有兩個重要特性：

?每臺主機分配了一個唯一的地址。

?網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識號的分配必須全球統(tǒng)一，但主機標(biāo)識號可由本地分配，不需全球一致。

IP地址有不同的版本：IPv4、IPv6。現(xiàn)以當(dāng)前因特網(wǎng)使用的IPv4（第4版本）為例說明

IP編址，因特網(wǎng)（IP網(wǎng)）為每臺主機分配一個唯一的4字節(jié)（32比特）IP地址。為了便于管

理，把這32位地址按分級地址空間的樹形表示法分為兩個部分：網(wǎng)絡(luò)號和主機號（net-id,

host-id）,主機號為全0的網(wǎng)絡(luò)地址定義為網(wǎng)絡(luò)號，它標(biāo)識因特網(wǎng)上的唯一網(wǎng)絡(luò)。

4字節(jié)的IP地址，采用“點分十進制”的方法來表示，例如，202.119.224.93?每一個

十進制數(shù)表示4個字節(jié)中的一個，排列次序從左到右。由于每個字節(jié)為8比特，所以每個

十進制數(shù)只允許在0~255范圍內(nèi)。根據(jù)因特網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，IP地址可分為A類、B類、C

類、D類和E類。

（DA類網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)號為1字節(jié)，定義最高比特為0為A類網(wǎng)識別符，余下7比特為網(wǎng)絡(luò)

號，主機號則可有24比特編址?？梢夾類網(wǎng)支持大型網(wǎng)絡(luò)，可用網(wǎng)絡(luò)號為126個，每個A

類網(wǎng)可含2"=16777216個主機號。比如，IP地址為15.1.2.25,是A類網(wǎng),其網(wǎng)絡(luò)號為15,

主機號為1.2.25。

（2）B類網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)號為2字節(jié)，定義最高二比特為10為B類網(wǎng)識別符，余下14比特為

網(wǎng)絡(luò)號，主機號則可有16比特編址。B類網(wǎng)是中型網(wǎng)絡(luò)，可用網(wǎng)絡(luò)號為16382個，每個B

-14-

類網(wǎng)可含2^65536個主機號。

(3)C類網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)號為3字節(jié)，定義最高三比特為110為C類網(wǎng)識別符，余下21比特

為網(wǎng)絡(luò)號，主機號僅有8比特編址。C類網(wǎng)是小型網(wǎng)絡(luò)，可用網(wǎng)絡(luò)號為2097150個，每個C

類網(wǎng)可含2'=256個主機號，可用主機號為254個。

(4)D類網(wǎng)：不分網(wǎng)絡(luò)號和主機號，定義最高四比特為1110為D類網(wǎng)址識別符，表示

一個多播地址，即多目的地傳輸，可用來識別一組主機。

如何識別任一TP地址的屬性？只須從點分法的最左一個十進制數(shù)，就可判斷其歸屬。

例如，1~126屬A類網(wǎng)址，128~191屬B類網(wǎng)址，192~223屬C類網(wǎng)址，224~239屬D類網(wǎng)

址。除了以上四類網(wǎng)址外，還有E類地址，暫未使用。

對于因特網(wǎng)IP地址中有特定的專用地址，不作分配：

(1)主機地址全為"0"

不論哪類網(wǎng)絡(luò)，主機地址全為"0"表示指向本網(wǎng)，常用在路由表中。例如，18.0.0.0表

示其網(wǎng)絡(luò)號為18。

(2)主機地址全為"1"

主機地址全為"1”表示廣播地址，向特定的所在網(wǎng)上所有主機發(fā)送數(shù)據(jù)報。例如，IP地

址為202.119.224.225,是要求指向202.119.224網(wǎng)上的所有主機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報。

(3)4字節(jié)32比特全為"1"

若IP地址4字節(jié)32比特全為"1”,表示僅在本網(wǎng)內(nèi)進行廣播發(fā)送。

(4)網(wǎng)絡(luò)號127

TCP/IP協(xié)議規(guī)定網(wǎng)絡(luò)號127不可用于任何網(wǎng)絡(luò)。其中有一個特別地址：127.0.0.1稱

之為回送地址(loopback),它將信息通過自身的接口發(fā)送后返回，可用來測試端口狀態(tài)。

ARP協(xié)議是解決同一個局域網(wǎng)上的主機或路由器的IP地址和硬件地址的映射問題。DHCP

協(xié)議透過“租約”的概念，有效且動態(tài)的分配客戶端的TCP/IP設(shè)定，包括IP地址，子網(wǎng)

掩碼，網(wǎng)關(guān)，DNS等。ICMP協(xié)議允許主機或路由器報告差錯情況和提供有關(guān)異常情況的報

告，闡明ICMP不是高層協(xié)議，而是IP層的協(xié)議，是為IP層數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)，加上數(shù)據(jù)報

的首部，組成IP數(shù)據(jù)報發(fā)送出去，典型應(yīng)用如ping,tracert等。

(四)IPv6

IPv6的主要特點，IPv6地址的特點和優(yōu)點，包括擴展的地址層次結(jié)構(gòu)，首部格式，選

項，允許協(xié)議繼續(xù)擴充，支持即插即用(即自動配置)，支持資源的預(yù)分配。

IPv6數(shù)據(jù)包有一個IPv6報頭、多個擴展報頭和一個上層協(xié)議數(shù)據(jù)單元組成。

IPv6報頭(IPv6Header)

每一個IPv6數(shù)據(jù)包都必須包含報頭，其長度固定為40字節(jié)。IPv6基本報頭也稱之為

固定報頭。固定報頭包含8個字段，總長度為40個字節(jié)。這8個字段分別為：版本、流量

類型、流標(biāo)簽、有效載荷長度、下一個包頭、跳限制、源IPv6地址、目的IPv6地址。

擴展報頭(ExtensionHeader)

I