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1、人民邮电出版社人民邮电出版社 第第第第2 2章章章章 网络接口层网络接口层网络接口层网络接口层怔卜关箩晰整荒倒迸隐淤甭育鹏珠狈坠唐汁姆摘椅烦稠燎裸碱驴遭痉舱威第2章网络接口层第2章网络接口层7/23/20242.1物理层物理层2.1.1数据传输介质数据传输介质数数据据传传输输介介质质也也称称为为数数据据传传输输媒媒体体，它它是是数数据据信信号号在在传传输输过过程程中中的的物物理载体，起在物理上将网络中计算机相互连接起来的作用。理载体，起在物理上将网络中计算机相互连接起来的作用。传传输输介介质质分分可可为为两两大大类类，一一类类是是有有线线传传输输介介质质，另另一一类类是是无无线线传传输输介介质
2、质。有有线线传传输输介介质质一一般般使使用用铜铜芯芯导导线线或或光光纤纤，它它是是一一种种导导向向型型传传输输介介质质，信信号号以以电电磁磁波波的的形形式式在在介介质质中中传传播播。常常用用的的有有线线传传输输介介质质有有双双绞绞线线、同同轴轴电电缆缆和和光光缆缆。无无线线传传输输介介质质是是空空间间，信信号号以以电电磁磁辐辐射射的的形形式式在空间中传播。在空间中传播。糟郑舒祸榆碴驮多凿琳季辕信煤喂放矿莆功躲丛嗅相悄裴嚼幢速享负海帝第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层1. 同轴电缆同轴电缆同同轴轴电电缆缆是是一一种种以以硬硬铜铜线线为为芯芯，外外包包保保护护套套、屏屏蔽蔽金金
3、属属网网和和塑塑料料绝绝缘缘层的传输介质。层的传输介质。广广泛泛使使用用的的同同轴轴电电缆缆有有两两种种：一一种种是是特特征征阻阻抗抗为为75 ，直直径径为为1cm的的同同轴轴电电缆缆，一一般般叫叫粗粗同同轴轴电电缆缆（简简称称粗粗缆缆），主主要要用用于于有有线线电电视视系系统统中中CATV信信号号的的传传输输；另另一一种种是是特特征征阻阻抗抗为为50 ，直直径径为为0.5cm的的同同轴轴电电缆缆，一一般般叫叫细细同同轴轴电电缆缆（简简称称细细缆缆），主主要要用用于于计计算算机机网网络络中中数数字字信号的传输。信号的传输。同同轴轴电电缆缆的的结结构构使使其其具具有有较较高高的的带带宽宽和和抭抭
4、噪噪性性能能，因因此此其其优优点点是是信信号号的的传传输输距距离离较较远远，覆覆盖盖的的地地域域范范围围较较大大，且且技技术术非非常常成成熟熟。其其缺缺点点是是电电缆缆较较硬硬，折折曲曲困困难难，重重量量重重等等。同同轴轴电电缆缆不不适适合合用用于于楼楼宇宇内内的的结结构构化布线。化布线。逻礼纵琉奇凌玫慨溪通责捍符饲殷篓莱公烘狂瓜夏跳粗力茂沪藤砍剩驻纵第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.双绞线双绞线双双绞绞线线是是一一种种使使用用最最为为广广泛泛的的信信号号传传输输介介质质，有有无无屏屏蔽蔽双双绞绞线线（Unshielded Twisted-Pair, UTP）和和屏屏蔽
5、蔽双双绞绞线线（Shielded Twisted-Pair, STP）两两种种。计计算算机机网网络络中中常常用用的的是无屏蔽双绞线，它将两条铜芯直径为是无屏蔽双绞线，它将两条铜芯直径为1mm左右，相互绝缘的导线绞合在一起形成。左右，相互绝缘的导线绞合在一起形成。EIA586（电电子子工工业业协协会会）标标准准将将无无屏屏蔽蔽双双绞绞线线分分为为几几类类，3类类双双绞绞线线每每一一对对轻轻轻轻绞绞合合在在一一起起，一一般般在在塑塑料料保保护护套套内内有有4对对这这样样的的双双绞绞线线，它它的的带带宽宽为为16MHz，用用于于10Mb/s的的计计算算机机网网络络布布线线中中。4类类双双绞绞线线的的
6、带带宽宽为为20MHz，双双绞绞线线每每一一对对绞绞合合较较紧紧。5类类和和增增强强型型5类类（也也称称为为超超5类类）双双绞绞线线每每一一对对绞绞合合得得更更紧紧，在在较较长长的的距距离离通通信信时时，信信号号质质量量更更好好，是是目目前前使使用用的的主主流流双双绞绞线线，其其带带宽宽为为100MHz，用用于于通通信信速速率率为为100Mb/s的的计计算算机机网网络络布线中。布线中。6类双绞线的带宽为可达类双绞线的带宽为可达250 MHz。无无屏屏蔽蔽双双绞绞线线使使用用RJ-45连连接接器器（工工程程中中常常称称为为水水晶晶头头）将将传传输输介介质质与与计计算算机机网网卡卡、HUB等设备连
7、接起来。等设备连接起来。无无屏屏蔽蔽双双绞绞线线的的优优点点是是价价格格低低廉廉、尺尺寸寸小小、重重量量轻轻、易易于于安安装装和和维维护护，因因此此它它是是目目前前局局域域网网中中最最常常用用的的传传输输介介质质，UTP非非常常适适合合于于楼楼宇宇内内部部的的结结构构化化布布线线。无无屏屏蔽蔽双双绞绞线线的的缺缺点是抗干扰能力较弱，传输距离比较短。点是抗干扰能力较弱，传输距离比较短。幻炯赘鹰腆焉蝉酶熏诅拷狭密通材掖锚趁琼前飞燎富畔倘敷泊积啤狭烹拙第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层3.光缆光缆光光缆缆使使用用光光导导纤纤维维（即即光光纤纤）作作为为传传输输介介质质，与与前前两
8、两种种通通信信介介质质不不同同的的是是光光纤纤传传输输的的信信号号是是用用光光表表示示的的，而而不不是是用用电电流流来来表表示示的的。在在光光纤纤通通信信中中，将将要要传传输输的的信信号号转转换换为为光光脉脉冲冲进进行行通通信信，一一般般光光脉脉冲冲出出现现表表示示“1”，不不出出现现表表示示“0”。光光纤纤由由内内向向外外分分为为核核心心、覆层和保护层覆层和保护层3个部分。个部分。核核心心部部分分是是用用极极纯纯净净的的玻玻璃璃或或塑塑料料材材料料制制成成的的光光导导纤纤维维芯芯，覆覆层层也也是是由由极极纯纯净净的的玻玻璃璃或或塑塑料料材材料料制制成成的的，但但它它的的折折射射率率要要比比核
9、核心心部部分分低低。通通信信时时光光线线在在核核心心部部分分通通过过多多次次全全反反射达到传导光波的目的地。射达到传导光波的目的地。光光纤纤分分为为多多模模光光纤纤和和单单模模光光纤纤两两种种。若若有有多多条条入入射射角角不不同同的的光光线线在在同同一一条条光光纤纤内内传传输输，这这种种光光纤纤就就是是多多模模光光纤纤。单单模模光光纤纤的的直直径径只只有有一一个个光光波波长长（510m），只只能能传传导导一一路路光光波波，这这就就是是单单模模光光纤纤的的来来由由。利利用用光光纤纤传传输输信信号号时时，在在发发送送方方一一般般使使用用发发光光二二极极管管或或激激光光二二极极管管将将电电信信号号转
10、转换换为为光光信信号号，由由光光纤纤进进行行传传输输，在在接接收收方方由由光光电电二二极极管管将将光光信信号号转换为电信号。转换为电信号。光光纤纤是是目目前前使使用用的的传传输输介介质质中中数数据据传传输输速速度度最最快快的的一一种种，它它的的主主要要优优点点是是信信号号传传输输速速率率高高、传传输输距距离离远远、传传输输损损耗耗低低、抗抗干干扰扰能能力力强强等等。另另外外，光光纤纤在在信信号号传传输输过过程程中中，不不会会发发生生光光波波的的散散射射，因因而而安安全全性性高高。但但其其缺缺点点是是价价格格相相对对较较高高，在在安安装装过过程程中中易易折折断断，维维护比较困难。目前光纤主要用于
11、铺设骨干通信网络。护比较困难。目前光纤主要用于铺设骨干通信网络。拜整鞋剩彭塞夷档撤巨俘都蝎现胺扰陋孔阶素彤椒强闯幼航揽丹幂滇姜凹第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层4.无线传输无线传输无无线线传传输输是是计计算算机机网网络络与与无无线线通通信信技技术术相相结结合合的的产产物物，与与有有线线传传输输方方式式相相比比，利利用用无无线线方式来构建家庭内部局域网络有着非常明显的优势。方式来构建家庭内部局域网络有着非常明显的优势。第第一一，它它不不破破坏坏家家居居装装饰饰，没没有有复复杂杂连连线线；第第二二，如如果果遇遇到到线线路路故故障障，能能够够迅迅速速确确定定问问题题的的所所在在
12、；第第三三，无无论论你你家家的的结结构构是是怎怎么么样样的的，只只要要在在无无线线覆覆盖盖的的范范围围内内都都可可以以实实现现自自由的漫游。常用的无线介质有微波、超短波、红外线以及激光等。由的漫游。常用的无线介质有微波、超短波、红外线以及激光等。美美国国电电气气及及电电子子工工程程师师学学会会（IEEE）于于1990年年11月月成成立立802.11委委员员会会，着着手手制制定定无无线线局局域域网网标标准准。802.11b是是如如今今普普及及最最广广和和应应用用最最多多的的无无线线局局域域网网中中。802.11b工工作作在在与与无无绳绳电电话话、微微波波炉炉等等一一样样无无需需申申请请的的2.4
13、GHz频频段段，可可以以在在相相距距50至至100米米的的距距离离内内实实现现设设备备间间的的通通信信。此此外外，基基于于802.11b的的WLAN产产品品还还具具有有抗抗障障碍碍物物能能力力强强，可可以以在在公公众众WLAN接接入入服服务务中中使使用用，产产品品价价格格低低等等特特点点，也也正正是是这这些些因因素素推推动动了了无无线线局局域域网网的的发发展展。802.11b最大数据传输速率为最大数据传输速率为11Mb/s。范溺籽友抨豫慎滔渍耸捉脂致斥痢恨郸甭忻咐替屋俩恐蛰随乐俭耗宪卤秤第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式1.模拟信号与数字信
14、号模拟信号与数字信号数数据据可可分分为为模模拟拟数数据据和和数数字字数数据据。模模拟拟数数据据是是指指在在某某个个区区间间内内产产生生的的连连续续值值，例例如如，声声音音、视视频频图图像像、温温度度和和压压力力等等都都是是连连续续变变化化的的值值。数数字字数数据据是是指指一一些些离离散散值值，例例如如，文文本本信信息息和和整整数数等等。在在数数据据被被传传送送之之前前，要要变变成成适适合合于于传传输输的的电电磁磁信信号号，信信号号（Signal）是是数数据据的的电电磁磁波波表表示示形形式式，它它可可是是模模拟拟信信号号，也也可可以以是是数数字字信信号号。模模拟拟信信号号是是随随时时间间连连续续
15、变变化化的的信信号号，这这种种信信号号的的某某种种参参量量，如如幅度、频率或相位等可以表示要传送的信息。幅度、频率或相位等可以表示要传送的信息。传传统统的的电电话话机机送送话话器器输输出出的的语语音音信信号号，电电视视摄摄像像机机产产生生的的图图像像信信号号以以及及广广播播电电视视信信号号等等都都是是模模拟拟信信号号。数数字字信信号号是是离离散散信信号号，如如计计算算机机通通信信所所用用的的由由二二进进制制代码代码“0”和和“1”组成的信号。模拟信号和数字信号的波形图如图组成的信号。模拟信号和数字信号的波形图如图2-6所示。所示。鸥宰依僳柯头瓶腆盅侮佳怪伟呈亲乙实幢讽藤吱茎薛贱琐竖良耿傲雁狗膘
16、第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式1.模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号t幅值t幅值(a) 模拟信号(a) 数字信号么抢敢摊挟械恫题耶梧憎趁砖额座惧舱栖慢彤感祷芒翌森要侣又炊粳倔讽第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式2.通信系统模型通信系统模型点到点的通信是通信系统的基础，这种通信系统的模型如图点到点的通信是通信系统的基础，这种通信系统的模型如图2-7所示。所示。信源变换器信道反变换器信宿噪声发送端接收端图2-7 通信系统模型烯顿醛蛤累虑雾欲沽佛倒衡漱鸥邵侠娇门压酚札笋游霞脚樱死视淹折泣
17、闺第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式2.通信系统模型通信系统模型信信道道即即信信号号的的通通道道，它它是是任任何何通通信信系系统统中中最最基基本本的的组组成成部部分分。信信道道的的定定义义通通常常有两种，即狭义信道和广义信道。有两种，即狭义信道和广义信道。所所谓谓的的狭狭义义信信道道是是指指传传输输信信号号的的物物理理传传输输介介质质。对对信信道道的的这这种种定定义义虽虽然然直直观观，但但从从研研究究消消息息传传输输的的观观点点来来说说，对对信信道道的的这这种种定定义义，其其范范围围显显得得很很狭狭窄窄，因因而而人们引入了范围扩大了的信道定
18、义，即第二种信道定义人们引入了范围扩大了的信道定义，即第二种信道定义广义信道。广义信道。所所谓谓的的广广义义信信道道是是指指通通信信信信号号经经过过的的整整个个途途径径，它它包包括括各各种种类类型型的的传传输输介介质质和和中中间间相相关关的的通通信信设设备备等等。对对通通信信系系统统进进行行分分析析时时常常用用的的一一种种广广义义信信道道是是调调制制信信道道。调调制制信信道道是是从从研研究究调调制制与与解解调调角角度度定定义义的的，其其范范围围从从调调制制器器的的输输出出端端至至解解调调器器的的输输入入端端，由由于于在在该该信信道道中中传传输输的的是是已已被被调调制制的的信信号号，故故称称其其
19、为为调调制制信信道道，如如图图2-8所所示示。另另一一种种常常用用到到的的广广义义信信道道是是编编码码信信道道，如如图图2-8所所示示。编编码码信信道道通通常常指指由由编编码码器器的的输输出出到到解解码码器器的的输输入入之之间间的的部部分分，实实际际的的通通信信系系统统中中并并非非要要包括其所有环节，如下节所要讲的基带传输系统中就不包括调制与解调环节。包括其所有环节，如下节所要讲的基带传输系统中就不包括调制与解调环节。循菜较贷颠瞻破斜阜苑丸省竖泼街柱亡拌懒逐瑚英垦稚疏量病波莽厦甄芍第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式2.通信系统模型通信系统模
20、型编码信道调制信道编码器调制器发转换器传输介质收转换器图2-8 广义通信解调器译码器塔赁骏务户猪虞犬赚酥缔义样涣曝匝唤狡尘臂自薄备割罗宽钵沥碘兴稳会第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式3.数据传输方式数据传输方式（1）模拟传输）模拟传输模模拟拟传传输输指指信信道道中中传传输输的的为为模模拟拟信信号号。当当传传输输的的是是模模拟拟信信号号时时，可可以以直直接接进进行行传传输输。当当传传输输的的是是数数字字信信号号时时，进进入入信信道道前前要要经经过过调调制制解解调调器器调调制制，变变换换为为模模拟拟信信号号。如如图图2-9所所示示，其其中中（a
21、）图图为为当当信信源源为为模模拟拟数数据据时时的的模模拟拟传传输输，（b）图图为为当当信信源源为为数数字字数数据据时时的的模模拟拟传传输输。模模拟拟传传输输的的主主要要优优点点是是信信道道的的利利用用率率较较高高，但但是是传传输输过过程程中中信信号号会会衰衰减减，会会受受到到噪噪声声干干扰扰，且且信信号号放放大大时时噪噪声声也会同时被放大。也会同时被放大。信源信道图2-9 模拟传输信宿调制器信道解调器调制器解调器(b) 信源为数字数据(a) 信源为模拟数据短胖汲策厂侵闰速退阴俯碌蛹慌呢抑好炎誊暮蠕烃民凉暗叹牌莽熬摔赃断第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式
22、数据传输方式3.数据传输方式数据传输方式（2）数字传输）数字传输数数字字传传输输指指信信道道中中传传输输的的为为数数字字信信号号。当当传传输输的的信信号号是是数数字字信信号号时时，可可以以直直接接进进行行传传输输。当当传传输输的的是是模模拟拟信信号号时时，进进入入信信道道前前要要经经过过编编码码解解码码器器编编码码，变变换换为为数数字字信信号号。如如图图2-10所所示示，其其中中（a）图图为为当当信信源源为为数数字字数数据据时时的的数数字字传传输输，（b）图图为为当当信信源源为为模模拟拟数数据据时时的的数数字字传传输输。数数字字传传输输的的主主要要优优点点是是数数字字信信号号只只取取离离散散值
23、值，在在传传输输过过程程中中即即使使受受到到噪噪声声的的干干扰扰，只只要要没没有有畸畸变变到到不不可可辨辨识识的的程程度度，均均可可用用信信号号再再生生的的方方法法进进行行恢恢复复，即即信信号号传传输输不不失失真真，误误码码率率低低等等。但但是是传传输输数数字字信信号号比比传传输输模模拟拟信信号号所所要要求求的的频频带带要要宽宽的的多多，因因此此数数字字传传输输的的信信道道利用率较低。利用率较低。涪环矮耀召晃舅停尧炯釉绑娱魄胀绝频贤瞥辊劫菌础苏沁扶惑绒灼靖盘短第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式3.数据传输方式数据传输方式（2）数字传输）数字
24、传输信源信道图2-10 数字传输信宿调制器信道解调器调制器解调器(a) 信源为数字数据(b) 信源为模拟数据姑辕使罗瓮蘸阀悟尝压皇舌黔颅瑶倔刘替秤涌敢殿樟螟氏兑肾鹅透埔侠嘘第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式4.串行通信与并行通信串行通信与并行通信串串行行通通信信指指数数据据流流一一位位一一位位地地传传送送，从从发发送送端端到到接接收收端端只只要要一一根根传传输输线线即即可可，其其优优点点是是易易于于实实现现。并并行行通通信信是是一一次次同同时时传传送送一一个个字字节节（字字符符），即即8个个码码元元。并并行行传传送送传传输输速速率率高高，但
25、但传传输输设设备备要要增增加加7倍倍，一一般般用用于于近近距距离离范范围围内内，要要求求快快速速传传送送的的地地方方，如如计计算算机机与与输输出出设设备备打打印印机机的的通通信信一一般般采采用用并并行行传传送送。串串行行传传送送虽虽然然速速率率低低，但但节节省省设设备备，是是目目前前主主要要采采用用的的一一种种传传输输方方式式，特特别别是是在在远远程通信中一般采用串行通信方式。程通信中一般采用串行通信方式。在在串串行行通通信信中中，收收、发发双双方方存存在在着着如如何何保保持持比比特特与与字字符符同同步步的的问问题题，而而在在并并行行传传输输中中，一一次次传传送送一一个个字字符符，因因此此收收
26、、发发双双方方不不存存在在字字符符同同步步问问题题。串串行行通通信信的的发发送送端端要要将将计计算算机机中中的的字字符符进进行行并并/串串变变换换，在在接接收收端端再再通通过过串串/并并变变换换，还还原成计算机的字符结构。原成计算机的字符结构。揣押荆嫌葱茶柬透视铝叙寡亡帮琢篷搪舔某栖誊凯亚明媒夜彝止锌潘苞畦第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式5. 数据通信方式数据通信方式根根据据通通信信双双方方是是否否可可以以同同时时传传输输数数据据，可可以以分分为为单单工工、半半双双工工与与全全双双工工通通信信三三种通信方式：种通信方式：（1）单单工工通通
27、信信方方式式。在在单单工工信信道道上上信信息息只只能能在在一一个个方方向向传传送送。发发送送方方不不能能接接收收，接接受受方方不不能能发发送送。信信道道的的全全部部带带宽宽都都用用于于由由发发送送方方到到接接收收方方的的数数据据传传送送。无线电广播和电视广播都是单工传送的例子。无线电广播和电视广播都是单工传送的例子。（2）半半双双工工通通信信方方式式。在在半半双双工工信信道道上上，通通信信双双方方可可以以交交替替发发送送和和接接收收信信息息，但但不不能能同同时时发发送送和和接接收收。在在一一段段时时间间内内，信信道道的的全全部部带带宽宽用用于于一一个个方方向向上上的的信信息息传传递递。航航空空
28、和和航航海海无无线线电电台台以以及及对对讲讲机机等等都都用用这这种种方方式式通通信信。这这种种方方式式要要求求通通信信双双方方都都有有发发送送和和接接收收能能力力，又又有有双双向向传传送送信信息息的的能能力力，因因而而比比单单工工通通信信设设备昂贵，但比全双工便宜。在要求不很高的场合，多采用这种通信方式。备昂贵，但比全双工便宜。在要求不很高的场合，多采用这种通信方式。（3）全全双双工工通通信信方方式式。这这是是一一种种可可同同时时进进行行信信息息的的传传递递的的通通信信方方式式。现现代代的的电电话话通通信信都都是是采采用用这这种种方方式式。其其要要求求通通信信双双方方都都有有发发送送和和接接收
29、收设设备备，而而且且要要求求信道能提供双向传输的双倍带宽，所以全双工通信设备较昂贵。信道能提供双向传输的双倍带宽，所以全双工通信设备较昂贵。殖产臭吞诛刹莲士廓洁暮锥捞辈诗如齿遁居掩破唬验秀傻宾润衡疙栖颜叙第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式5. 数据通信方式数据通信方式在在通通信信过过程程中中，发发送送方方和和接接收收方方必必须须在在时时间间上上保保持持步步调调一一致致，亦亦即即同同步步，才才能能准准确确的的传传送送信信息息。解解决决的的方方法法时时，要要求求接接收收端端根根据据发发送送数数据据的的起起止止时时间间和和时时钟钟频频率率，来来校
30、校正正自自己己的的时时间间基基准准与与时时钟钟频频率率。这这个个过过程程叫叫位位同同步步或或码码元元同同步步。在在传传送送由由多多个个码码元元组组成成的的字字符符以以及及由由许许多多字字符符组组成成的的数数据据块块时时，通通信信双双方方也也要要就就信信息息的的起起止止时时间间取取得得一一致致，这这种种同同步步作作用用有有两两种种不不同同的的方方式式，因因而而也也就就对对应应了了两种不同的传输方式。两种不同的传输方式。隔挫眨煮哄椽做儡衫派层荡刻猎撞巍仁轩剩污喊婶委谈厉孜懊窝熙牢侨缨第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式5. 数据通信方式数据通信方
31、式（1）异步传输）异步传输异异步步传传输输即即把把各各个个字字符符分分开开传传输输，字字符符与与字字符符之之间间插插入入同同步步信信息息。这这种种方方式式也也叫叫起起止止式式，即即在在组组成成一一个个字字符符的的所所有有位位前前后后分分别别插插入入起起始始位位和和终终止止位位，如如图图2-11所示。所示。图2-11 异步传输起始位字符校验位终止位1位7位1位1位知糜堤众器扶卜炼尾掸腹椎式疯然憋恢者时代漳摘夫裂卤颓豁裔垂茵旱凹第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式5. 数据通信方式数据通信方式（2）同步传输）同步传输异异步步传传输输不不适适合合于
32、于传传送送大大的的数数据据块块，例例如如磁磁盘盘文文件件。同同步步传传输输在在传传送送连连续续的的数数据据块块时时比比异异步步传传输输更更有有效效。按按这这种种方方式式，发发送送方方在在发发送送数数据据之之前前先先发发送送一一串串同同步步字字符符SYN（编编码码为为0010110），接接收收方方只只要要检检测测到到两两个个以以上上的的SYN字字符符，就就可可以以确确认认已已进进入入同同步步状状态态，准准备备接接收收数数据据，随随后后双双方方以以同同一一频频率率工工作作，直直到到传传送送完完指指示示数数据据结结束束的的控控制制字字符符。这这种种方方式式仅仅在在数数据据块块前前加加入入控控制制字字
33、符符SYN，所所以以效效率率更更高高，但但实实现现起起来来较较复复杂杂。在在短短距距离离高高速速数数据据传传输输中中，多多采采用用同同步步传传输输方式。方式。永上缄谱巢殿紧膘亦忌欺扑谈婆脊叔枯格国膏犬缉摔径甫字灾秃媳夕贡活第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码技术数数据据编编码码是是将将数数据据表表示示成成适适当当的的信信号号形形式式，以以便便数数据据的的传传输输和和处处理理。在在数数据据传传输输系系统统中中，主主要要采采用用三三种种数数据据编编码码技技术术：数数字字数数据据的的模模拟拟信信号号编编码码、数数字字数数据据的数字信号编码和模拟数据的数
34、字信号编码。的数字信号编码和模拟数据的数字信号编码。1.数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码这这种种编编码码方方式式是是将将数数字字数数据据调调制制成成模模拟拟信信号号进进行行传传输输。通通常常采采用用三三种种模模拟拟信信号号的的载载波波特特性性(即即振振幅幅、频频率率和和相相位位)之之一一来来表表示示被被调调制制的的数数字字数数据据，并并由由此此产产生生三种基本调制方式，如图三种基本调制方式，如图2-12所示。所示。图2-12 数字数据的调制方式数字数据ASKFSKPSK(a)(b)(c)那箩什契论星惶梧涌斗骇徐赠拨动律蚁腔青扭茅导涂挚阔鄂挨剖禽湘葱途第2章网络接口层第2章网络接口层
35、第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码技术（1）幅移键控法）幅移键控法(ASK)幅幅移移键键控控法法(Amplitude Shift Keying，ASK)是是使使用用载载波波频频率率的的两两个个不不同同振振幅幅来来表表示示二二进进制制值值，如如图图2-12（a）所所示示。在在一一般般情情况况下下，用用振振幅幅恒恒定定载载波波的的存存在在与与否否来来表表示示两两个个二二进进制制位位。ASK方方式式编编码码的的特特点点是是效效率率较较低低，容容易易受受增增益益变变化化的的影影响响，抗抗干干扰扰性性较较差差。在在音音频频电电话话线线路路上上，一一般般只只能能达达到到1200 b/s的
36、的传传输输速率。速率。（2）频移键控法）频移键控法(FSK)频频移移键键控控法法 (Frequency Shift Keying，FSK)是是使使用用载载波波频频率率附附近近的的两两个个不不同同频频率率来来表表示示两两个个二二进进制制值值，如如图图2-12（b）所所示示。FSK比比ASK的的编编码码效效率率高高，不不易易受受干干扰扰的的影影响响，抗抗干干扰扰性性较较强强。在在音音频频电电话话线线路路上上的的传传输输速速率率可可以以大大于于1200 b/s。镀澎游炒檄捅昭仓宙师滓里窄所禹札绢德习流丙大荒魔谴闻堰节奏渔袭见第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术
37、数据编码技术（3）相移键控法）相移键控法(PSK)相相移移键键控控法法(Phase Shift Keying，PSK)是是使使用用载载波波信信号号的的相相位位移移动动来来表表示示二二进进制制数数据据，如如图图2-12(c)所所示示。在在PSK方方式式中中，信信号号相相位位与与前前面面信信号号序序列列同同相相位位的的信信号号表表示示0，信信号号相相位位与与前前面面信信号号序序列列反反相相位位的的信信号号表表示示1。PSK方方式式也也可可以以用用于于多多相相的的调调制制，例例如如在在四四相相调调制制中中可可把把每每个个信信号号序序列列编编码码为为两两位位。PSK方方式式具具有有很很强强的的抗抗干干
38、扰扰能能力力，其其编编码码效效率率比比FSK还还要要高高。在在音音频频线线路路上上，传传输输速速率可达率可达9600 b/s。歌蝎裤响绘薄劣旁邵踞惨滇醚咖汇刁石室破蓑利倡煽渡独幢宪葬痊审藉淖第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码技术2.数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码对对于于传传输输数数字字信信号号来来说说，最最简简单单的的信信号号编编码码方方法法是是用用信信号号的的两两个个不不同同电电压压值值来来表表示示两两个个二二进进制制数数据据。例例如如，用用无无电电压压来来表表示示0，用用恒恒定定的的正正电电压压表表示示1；也也可可用用正正电电
39、压压表表示示1，而而用用负负电电压压表表示示0。然然而而，为为了了提提高高信信号号抗抗干干扰扰能能力力，并并且且便便于于信信号号接接收收同同步步，通通常常采采用用更更为为有有效效的的信信号号编编码码方方法法。常常用用的的数数字字信信号号编编码码有有不不归归零零NRZ (Non Return to Zero)码码、差差分分不不归归零零DNRZ码码、曼曼彻彻斯斯特特(Manchester)码及差分曼彻斯特码及差分曼彻斯特(Differential Manchester)码等。码等。（1）NRZ码码NRZ码码是是用用信信号号的的幅幅度度来来表表示示二二进进制制数数据据的的，通通常常用用正正电电压压表
40、表示示数数据据“1”，用用负负电电压压表表示示数数据据“0”，并并且且在在表表示示一一个个码码元元时时，电电压压均均无无需需回回到到零零，故故称称不不归归零零码码，如如图图2-13(a)所所示示。NRZ码码的的特特点点是是一一种种全全宽宽码码，即即一一位位码码元元占占一一个个单单位位脉脉冲冲的的宽宽度度。全全宽宽码码的的优优点点：一一是是每每个个脉脉冲冲宽宽度度越越大大，发发送送信信号号的的能能量量就就越越大大这这对对于于提提高高接接收收端端的的信信噪噪比比有有利利；二二是是脉脉冲冲时时间间宽宽度度与与传传输输带带宽宽成成反反比比关系，即全宽码在信道上占用较窄的频带，并且在频谱中包含了码位的速
41、度。关系，即全宽码在信道上占用较窄的频带，并且在频谱中包含了码位的速度。券净樱椎障憨粒帛靳扎曲矗果允戊赔裂梦拄骗紧够绢贺餐牌姓综怖摈翟庐第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码技术2.数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码（2）DNRZ码码DNRZ码码是是一一种种NRZ码码的的改改进进形形式式，它它是是用用信信号号的的相相位位变变化化来来表表示示二二进进制制数数据据的的，一一个个信信号号位位的的起起始始处处有有跳跳变变表表示示数数据据“1”，而而无无跳跳变变表表示示数数据据“0”，如如图图2-13(b)所所示示。DNRZ码码不不仅仅保保持持了了
42、全全宽宽码码的的优优点点，同同时时提提高高了了信信号号的的抗抗干干扰扰性和易同步性。性和易同步性。近近年年来来，越越来来越越多多的的高高速速网网络络系系统统采采用用了了DNRZ码码，成成为为主主流流的的信信号号编编码码技技术术，在在FDDI、100BASE-T及及100VG-AnyLAN等等高高速速网网络络中中都都采采用用了了DNRZ编编码码。其其原原因因是是在在高高速速网网络络中中要要求求尽尽量量降降低低信信号号的的传传输输带带宽宽，以以利利于于提提高高传传输输的的可可靠靠性性和和降降低低对对传传输输介介质质带带宽宽的的要要求求。而而DNRZ编编码码中中的的码码元元速速率率与与编编码码时时钟
43、钟速速率率相相一一致致，具具有有很很高高的的编编码码效效率率，符符合合高高速速网网络络对对信信号号编编码码的的要要求求。同同时时，为为了了解解决决数数据据流流中中连连续续出出现现0或或1时时所所带带来来的的信信号号编编码码问问题题，通通常常采采用用两两级级编编码码方方案案，第第一一级级是是预预编编码码器器，对对数数据据流流进进行行预预编编码码，使使编编码码后后的的数数据据流流不不会会出出现现连连续续0或或连连续续1，常常用用的的预预编编码码方方法法有有4B5B、5B6B等等；第第二二级级是是DNRZ编编码码，实实现现物物理理信信号号的的传传输输。这这种种两两级级编编码码方方案案的的编编码码效效
44、率率可可达达到到80%以以上上。例例如如，在在4B5B编编码码中中，每每4位位数数据据用用5位位编编码码来来表表示示，即即4位位数数据据就就会会增增加加1位位的的编编码码开开销，编码效率仍为销，编码效率仍为80%。肿慎抛诽块茹添嗜叹炯划殷娘淋衍办俩疥独蚕沪唉旨辗僳疙繁翼涕棱翟如第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码技术2.数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码（3）曼彻斯特码）曼彻斯特码在在曼曼彻彻斯斯特特码码中中，用用一一个个信信号号码码元元中中间间电电压压跳跳变变的的相相位位不不同同来来区区分分数数据据“1”和和“0”，它它用用正正的的电
45、电压压跳跳变变表表示示“0”；用用负负的的电电压压跳跳变变表表示示“1”，如如图图2-13(c)所所示示。因因此此，这这种种编编码码也也是是一一种种相相位位码码。由由于于电电压压跳跳变变都都发发生生在在每每一一个个码码元元的的中中间间，接接收收端端可可以以方方便便地地利利用用它它作作为为位位同同步步时时钟钟，因因此此这这种种编编码码也也称称为为自同步码。自同步码。10Mb/s 以太网以太网(Ethernet)采用这种曼彻斯特码。采用这种曼彻斯特码。雾慧皿耗候状淀斩映值脸雀寡称章芥粮划熬挽撅平遁唆驯喧瞧秸罚奎橡刘第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码
46、技术2.数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码（4）差分曼彻斯特码）差分曼彻斯特码差差分分曼曼彻彻斯斯特特码码是是一一种种曼曼彻彻斯斯特特码码的的改改进进形形式式，其其差差别别在在于于：每每个个码码元元的的中中间间跳跳变变只只作作为为同同步步时时钟钟信信号号；而而数数据据“0”和和“1”的的取取值值是是用用信信号号位位的的起起始始处处有有无无跳跳变变来来表表示示，若若有有跳跳变变则则为为“0”；若若无无跳跳变变则则为为“1”，如如图图2-13(d)所所示示。这这种种编编码码也也是是一一种种自自同同步步编编码码。令令牌牌环环(Token-Ring)网网采采用用这这种种差差分分曼曼彻彻斯斯特
47、特编码。编码。这这两两种种曼曼彻彻斯斯特特编编码码主主要要用用于于中中速速网网络络(Ethernet为为10Mb/s；Token-Ring最最高高为为16Mb/s)中中，而而高高速速网网络络并并不不采采用用曼曼彻彻斯斯特特编编码码技技术术。其其原原因因是是它它的的信信号号速速率率为为数数据据速速率率的的两两倍倍，即即对对于于10Mb/s的的数数据据速速率率，则则编编码码后后的的信信号号速速率率为为20Mb/s，编编码码的的有有效效率率为为50%。对对于于100Mb/s的的高高速速网网络络来来说说，200Mb/s的的信信号号速速率率无无论论对对传传输输介介质质的的带带宽宽要要求求，还还是是对对传
48、传输输可可靠靠性性的的控控制制都都未未免免太太高高了了，将将会会增增加加信信号号传传输输技技术术的的复复杂杂性性和和实实现现成成本本，难难以以推推广广应应用用。因因此此，高高速速网网络络主主要要采采用用两两级级的的DNRZ编编码码方方案案，而而中中速速网网络络采采用用曼曼彻彻斯斯特特编编码码方方案案，尽尽管管它它增加了传输所需的带宽，但在实现起来简单易行。增加了传输所需的带宽，但在实现起来简单易行。母萧年缸炉邑删匙殉歧牌丹枣铸蚤把哭削译睛址檬棋泽枕蒂会粳寸珠讯梳第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码技术3.模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编
49、码 在在数数字字化化的的电电话话交交换换和和传传输输系系统统中中，需需要要将将模模拟拟的的话话音音数数据据编编码码成成数数字字信信号号后后再再进进行行传传输输。这这里里常常用用的的编编码码技技术术是是脉脉冲冲编编码码调调制制PCM(Pulse Code Modulation)技技术术。PCM编编码码是是以以采采样样定定理理为为基基础础的的，根根据据采采样样定定理理，如如果果在在规规定定的的时时间间间间隔隔内内使使用用信信号号最最高高频频率率的的两两倍倍或或两两倍倍以以上上的的速速率率对对该该信信号号进进行行采采样样的的话话，这这些些数数字字化化的的采采样样值值中中则则包包含含了了不不混混叠叠而
50、而又又便便于于分分离离的的全全部部原原始始信信号号特征，利用低通滤波器可以不失真地从这些采样值中重新恢复出信号。特征，利用低通滤波器可以不失真地从这些采样值中重新恢复出信号。在在信信号号源源端端，模模拟拟信信号号经经过过滤滤波波器器和和采采样样器器处处理理后后变变换换成成脉脉冲冲调调幅幅信信号号，然然后后送送入入量量化化器器进进行行均均匀匀分分层层量量化化，再再经经过过编编码码器器将将量量化化后后的的脉脉冲冲信信号号表表示示成成一一组组二二进进制制码码，并并输输出出。在在接接收收端端，PCM解解码码器器将将接接收收信信号号进进行行解解码码，经经过过逆逆量量化器和平滑滤波器就可建立重建信号。化器
51、和平滑滤波器就可建立重建信号。道羹虐踏邢暇鱼贸学豹惹广晦鞋沿瑰琼坏坯娟传想鹰古洪砧氛叉葱蓑劫付第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.4信道复用技术信道复用技术在在一一个个网网络络系系统统中中，线线路路容容量量或或者者介介质质带带宽宽是是非非常常宝宝贵贵的的资资源源，必必须须尽尽量量地地提提高高介介质质利利用用率率。在在一一般般情情况况下下，网网络络系系统统的的介介质质带带宽宽要要大大于于传传输输单单一一信信号号所所需需的带宽。的带宽。为为了了有有效效地地利利用用传传输输系系统统，可可以以采采用用多多路路复复用用(Multiplexing) 技技术术从从空空间间和和时时间
52、间两两个个方方面面来来解解决决多多路路信信号号同同时时复复用用单单一一介介质质的的问问题题。多多路路复复用用技技术术主主要要有有三三种种：频频分分多多路路复复用用FDM(Frequency Division Multiplexing)、时时分分多多路路复复用用TDM(Time Division Multiplexing)和和光光波波分分多多路路复复用用WDM（Wavelength Division Multiplexing）。）。害通拦术坦孜缮懈辽姚商泞握矗刮列釉棚籍住偿摈圃脆怂流童庆匿捡遁朔第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.4信道复用技术信道复用技术1.频分多路复
53、用技术频分多路复用技术在在一一般般情情况况下下，在在物物理理信信道道能能提提供供比比单单个个原原始始信信号号宽宽得得多多的的带带宽宽，我我们们就就可可将将该该物物理理信信道道的的总总带带宽宽分分割割成成若若干干个个和和传传输输的的单单个个信信号号带带宽宽相相同同（或或略略为为宽宽一一点点，以以保保证证各各路路信信号号带带宽宽不不相相互互重重叠叠）的的子子信信道道，每每一一个个子子信信道道传传输输一一路路信信号号，就就可可以以达达到到同同时时在在单单一一介介质质上上传传输输多多路路给给定定信信号号的的目目的的，这这就就是是频频分分多多路路复复用用技技术。术。多多路路的的原原始始信信号号在在频频分
54、分复复用用前前，首首先先要要通通过过频频谱谱迁迁移移技技术术，将将各各路路信信号号的的频频谱谱迁迁移移到到物物理理信信道道频频谱谱的的不不同同段段上上，这这可可以以通通过过频频率率调调制制时时采采用用不不同同的的载载波波来来实实现现。图图2.14给给出出了了3路路话话频频原原始始信信号号频频分分多多路路复复用用一一带带宽宽为为12KHz（从从60KHz72KHz）的物理信道的示意图。）的物理信道的示意图。邢权喳栈琉仲鳞碌率介币捂皱劫鞋宜眷处眨五寞迈俘眶韩冷荐芳腕幢衫驴第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.4信道复用技术信道复用技术1.频分多路复用技术频分多路复用技术多路
55、复用器图2-14 频分多路复用示意图多路复用器信源1信源2信源3子信道1(6064KHz)子信道2(6468KHz)子信道3(6872KHz) 信宿1 信宿2 信宿3淄观钠蝗寿刽柴讫绞戒汰堤软讥再巢睡俞午抉悬变式贵棘殉足球鹃颁撤魔第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.4信道复用技术信道复用技术1.频分多路复用技术频分多路复用技术在在图图2-14中中，3路路信信号号源源输输入入到到一一个个多多路路复复用用器器中中，这这个个多多路路复复用用器器使使用用不不同同的的频频率率来来调调制制每每一一路路信信号号，每每一一路路信信号号具具有有一一定定的的带带宽宽，分分别别对对应应于于
56、3路路信信号号带带宽宽，形形成成3个个子子信信道道，每每个个子子信信道道的的带带宽宽分分配配为为6064KHz、6468KHz和和6872KHz。为为了了防防止止各各个个信信道道之之间间的的重重叠叠干干扰扰，相相邻邻的的信信道道之之间间要要用用保保护护带带隔隔离离开开。当当携携带带多多路路信信号号的的载载波波通通过过传传输输介介质质传传送送到到另另一一端端的的多多路路复复用用器器后后，再再解解调调(还还原原)成成各各个个单单路路信信号号，输输出出到到各各自自对对应应的的输输出出线线上上。显显然然，FDM是是一一种种并并行行的的多多路路复复用用技技术术，在在空空间间上上，将将整整个个信信道道划划
57、分分若若干干子子信信道道，多多路路信信号号利利用各个子信道进行同时传输，充分利用了传输介质的可用带宽。用各个子信道进行同时传输，充分利用了传输介质的可用带宽。摩扶烛官澄渔城芯剖碗昔幅皮箭洼呜慢纲纯蕴佣葱荫嘻肘递匿慧腋绝鸥疑第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层2.1.4信道复用技术信道复用技术2.时分多路复用技术时分多路复用技术时时分分多多路路复复用用的的基基本本前前提提是是传传输输介介质质所所能能支支持持的的位位传传输输速速率率应应大大于于多多路路数数据据传传输输所所需需的的位位传传输输速速率率总总和和。如如果果每每路路信信号号按按时时间间先先后后轮轮流流交交替替地地使使用用
58、单单一一信信道道，那那么么在在宏宏观观上上多多路路数数字字信信号号便便可可以以实实现现同同时时传传输输。各各路路信信号号可可以以按按位位、字字节节、块或帧等为单位交替地使用单一信道。如图块或帧等为单位交替地使用单一信道。如图2-15所示：所示：信源1的数据多路复用器图2-15 时分多路复用示意图多路复用器信源1信源2信源3 信宿1 信宿2 信宿3信源2的数据信源3的数据信源1的数据信源2的数据信源3的数据第1帧第n帧信源1的数据信源2的数据信源3的数据第2帧探猾反父暮杂吴斥郝饱沫崇素宛坐暂酷险沁午敏捶需寻掇食胳宰挂蕾妹河第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.1物理层物理层3.光波分多路复用技
59、术光波分多路复用技术光光波波分分多多路路复复用用技技术术是是在在一一根根光光纤纤中中能能同同时时传传播播多多个个光光波波信信号号的的技技术术。光光波波分分多多路路复复用用的的原原理理是是将将一一条条单单纤纤转转换换为为多多条条“虚虚纤纤”，每每条条虚虚纤纤工工作作在在不不同同的的波波长长上上。工工作作时时，在在发发送送端端将将不不同同波波长长的的光光信信号号组组合合起起来来，复复用用到到一一根根光光纤纤上上，在接受端又将组合的光信号分开（解复用），并送入不同的终端。在接受端又将组合的光信号分开（解复用），并送入不同的终端。综综上上所所述述，频频分分多多路路复复用用技技术术是是按按频频率率分分割
60、割，在在同同一一时时刻刻能能同同时时存存在在并并传传输输多多路路信信号号，每每路路信信号号的的频频带带不不同同；时时分分多多路路复复用用技技术术按按时时间间分分割割，每每一一时时隙隙内内只只有有一一路路信信号号存存在在，多多路路信信号号分分时时轮轮换换地地在在信信道道内内传传输输；光光波波分分多多路路复复用用技技术术按按波波长长分分割割，在在同同一一时时刻刻能能同同时时存存在在并并传传送送多多路路信信号号，每每路路信信号号的的波波长长不不同同，其其实质也是频分多路复用。实质也是频分多路复用。竟订杂簇腔期帮狰椭丝间乐未渐拱含茸诱氰很浓鳃菇婆窍姻塌杠沿姐抚饺第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.
61、2 数据链路层数据链路层 2.2.1 数据链路层的概念数据链路层的概念什什么么是是数数据据链链路路？一一般般认认为为当当需需要要在在一一条条线线路路上上传传送送数数据据时时，除除了了必必须须要要有有一一条条物物理理线线路路外外，还还必必须须有有一一些些必必要要的的通通信信协协议议来来控控制制这这些些数数据据的的传传输输，这这样样把把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现现在在常常用用的的方方法法是是使使用用网网络络适适配配器器（即即网网卡卡）来来实实现现这这些些协协议议的的硬硬件件和和软软件件，它包括了数据链路层和物理层这
62、两层的功能。它包括了数据链路层和物理层这两层的功能。笆灼彰烬鸡戏刺剿声络济拎靖獭猎捞筒针籍炼扼芹洱拍后澈荣摧捉测士畦第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.2 数据链路层数据链路层 2.2.1 数据链路层的概念数据链路层的概念数数据据链链路路层层从从功功能能是是来来说说可可以以将将不不可可靠靠的的物物理理链链路路变变成成可可靠靠的的数数据据链链路路，并并提提供流量控制和差错校验功能。具体地讲，数据链路层的主要功能有：供流量控制和差错校验功能。具体地讲，数据链路层的主要功能有：（1）数数据据链链路路的的建建立立和和拆拆除除：也也就就是是在在两两个个或或多多个个网网络络实实体体间间建建立立一一条条
63、逻逻辑辑通通道道。发发方方网网络络层层发发出出建建立立和和拆拆除除链链路路的的请请求求指指示示，经经数数据据链链路路层层传传递递到到收收方方的的网网络络层层，收收方方给给出出应应答答信信号号，再再经经链链路路层层传传递递到到发发方方，使使发发方方网网络络层层得得知知请请求是否被成功执行。求是否被成功执行。（2）帧帧传传输输和和帧帧同同步步：帧帧是是具具有有一一定定长长度度和和格格式式的的信信息息块块，是是数数据据链链路路层层的的传传输输单单位位，一一般般由由一一些些字字段段和和标标志志组组成成。不不同同网网络络其其帧帧格格式式或或长长度度可可以以不不同同，但但将将位位流流组组成成帧帧的的方方法
64、法基基本本相相同同。常常用用的的方方法法有有：带带填填充充字字符符的的首首尾尾界界符符法法，带带填填充充位位的的首首尾尾标标志志法法和和物物理理层层编编码码违违例例法法等等。这这些些方方法法都都有有一一个个共共同同的的目目的的，就就是是如如何何使使接接收收方方能能够够准准确确地地从从收收到到的的比比特特流流中中识识别别出出帧帧的的边边界界，取取出出帧帧来来，即所谓的帧同步。即所谓的帧同步。煽镊挠滴枚巧晤哪炭驼茂循辰晓崇骑硷纂纶忆拓纹班冶嗅拙恰煌媚训彤跨第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.2 数据链路层数据链路层 2.2.1 数据链路层的概念数据链路层的概念（3）差差错错与与流流量量控控制制
65、：为为保保证证发发方方发发出出的的所所有有帧帧都都能能够够正正确确有有序序地地交交付付给给收收方方的的网网络络层层，需需要要对对帧帧的的传传输输进进行行差差错错控控制制和和流流量量控控制制，如如发发现现错错误误，则则必必须须纠纠错错或或重重发发。常常用用的的差差错错控控制制方方法法采采用用自自动动重重发发请请求求（ARQ）技技术术和和前前向向纠纠错技术（错技术（FEC）；常用的流量控制方法采用停止等待协议和滑动窗口协议。）；常用的流量控制方法采用停止等待协议和滑动窗口协议。（4）数数据据链链路路管管理理：数数据据链链路路的的管管理理主主要要是是提提供供各各种种服服务务质质量量参参数数，包包括括
66、检检测测到到不不可可纠纠正正错错误误的的平平均均时时间间、漏漏检检差差错错率率、传传输输延延迟迟和和吞吞吐吐量量等等，以以及及对对异异常情况的处理。常情况的处理。总总之之，数数据据链链路路层层向向网网络络层层提提供供的的服服务务可可能能是是面面向向链链接接的的，也也可可能能是是无无确确认认无无链链接接或或有有确确认认无无链链接接的的服服务务。这这里里介介绍绍的的数数据据链链路路层层功功能能主主要要基基于于面面向向链链接接的的服务。服务。淑带燕元拢恤克雌鳞菲畏壕蒲京屋字罚透迄浆象以菲常菏汐筑灼渺揪巾斤第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.2 数据链路层数据链路层 2.2.2 数据链路的流量控制
67、机制数据链路的流量控制机制所所谓谓流流量量控控制制就就是是调调整整发发送送信信息息的的速速率率，使使接接收收方方能能够够及及时时处处理理所所接接收收到到的的数数据据。流流量量控控制制的的目目的的是是为为了了防防止止网网络络拥拥挤挤及及死死锁锁的的出出现现而而采采取取的的一一种种措措施施。当当发发至至某某一一接接收收方方的的信信息息速速率率超超出出该该节节点点的的处处理理或或转转换换报报文文的的能能力力时时，就就会会出出现现拥拥挤挤现现象象。因因此此，防防止止拥拥挤挤问问题题就就简简化化为为一一种种能能控控制制来来自自其其他他节节点点的的信信息息速速率率的的问问题题。流流量量控控制制的的另另一一
68、目目的的是是使使业业务务量量均均匀匀地地分分配配给给个个网网络络节节点点。因因此此，即即使使在在网网络络正正常常工工作作的的情情况况下下，流流量量控控制制也也能能减减少少信信息息的的传传递递时时延延，并并能能防防止止网网络的任何部分（相对于其余部分来说）处于过负荷状态。络的任何部分（相对于其余部分来说）处于过负荷状态。钡寺腆严骇弱裤弹揽芽殷沙本舞皮消牛狞替寄燃洋京彪实印帧职葡寂揣苑第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.2 数据链路层数据链路层 2.2.2 数据链路的流量控制机制数据链路的流量控制机制1.停止停止-等待流量控制机制等待流量控制机制停停止止-等等待待协协议议（Stop and W
69、ait）是是数数据据链链路路层层中中最最基基本本最最简简单单的的协协议议。数数据据链链路路层层从从网网络络层层接接收收一一个个分分组组后后，加加上上数数据据链链路路层层帧帧头头和和帧帧尾尾，再再把把它它经经物物理理层层发发送送出出去去，同同时时启启动动一一个个定定时时计计数数器器，等等待待接接收收方方发发出出的的确确认认帧帧的的到到来来。接接收收方方链链路路层层收收到到数数据据帧帧后后，它它必必须须首首先先发发出出一一个个确确认认帧帧ACK（认认为为所所接接收收的的数数据据正正确确无无误误）或或否否定定性性确确认认帧帧NAK（认认为为接接收收的的数数据据有有误误）给给发发送送方方链链路路层层，
70、再再对对接接收收的的帧帧做做出出处处理理。接接收收到到的的正正确确帧帧提提交交给给网网络络层层，接接收收到到的的错错误误帧帧被被丢丢弃弃。发发方方如如果果在在计计时时时时间间范范围围内内得得到到的的是是ACK，则则发发送送下下一一帧帧；如如果果收收到到的的是是NAK或或者者计计时时时时间间已已到到而而没没有有收收到到ACK，则则将将重重发发刚刚才才送送出出去去的的帧帧。为为了了避避免免在在无无错错情情况况下下一一个个帧帧被被多多次次重重发发，还还需需要要为为发发出出的的每每一一个个帧帧编编号号，使使得得接接收收方方能能够够识识别别所所接接收收的的帧帧是是新新帧帧还还是是重重发发的的帧帧，从从而
71、而保保证证每每一一个个帧帧的的正正确确性性和和惟惟一性。一性。哼搅钒玲疤讨辫宣蝴陈惦籽擦来柳河举茹外切纬把磺奠肆疮种惩遂获畏酣第2章网络接口层第2章网络接口层第页实用的停止等待协议实用的停止等待协议时间ABDATA0送主机ACKDATA1送主机ACK(a) 正常情况ABDATA0DATA0送主机ACK(c) 数据帧丢失重传tout丢失 ！ABDATA0送主机ACKDATA0丢弃ACK(d) 确认帧丢失重传tout丢失 ！ABDATA0NAKDATA0送主机ACK(b) 数据帧出错重传出错四种情况哥守烹殆渝眠抬稗森皆醉期覆疡显淬宇陀丢伞赋憋灼珠憨恒趋嘎伐韭展读第2章网络接口层第2章网络接口层第页
72、连续连续 ARQ 协议协议在发送完一个数据帧后，不是停下来等待在发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认帧，而是可以连续再发送若干个数据确认帧，而是可以连续再发送若干个数据帧。帧。如果这时收到了接收端发来的确认帧，那如果这时收到了接收端发来的确认帧，那么还可以接着发送数据帧。么还可以接着发送数据帧。由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提高了。就提高了。 汝萧嘉糜美诫墟褥恭氢黄代扰精图产扁傅骚岭茹腹巧攀琳大怂驳曙圾茨写第2章网络接口层第2章网络接口层第页连续连续 ARQ 协议的工作原理协议的工作原理 DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4DATA5
73、重传 DATA2重传 DATA3ACK1ACK2ACK1 确认 DATA0ACK2 确认 DATA1DATA2 出错，丢弃DATA3 不按序，丢弃，重传 ACK2DATA4 不按序，丢弃，重传 ACK2DATA5 不按序，丢弃，重传 ACK2ACK3ACK3 确认 DATA2ACK4 确认 DATA3ACK4重传 DATA5重传 DATA4超时重传时间ABtout送交主机送交主机?ACK2ACK2ACK2荒苇牌动入池佛颈吟时侗贺升澎弦识浴状饲豫葵呼咎鳖卢泊誊豹窗糜颐开第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.2 数据链路层数据链路层 2.2.2 数据链路的流量控制机制数据链路的流量控制机制2.滑
74、动窗口流量控制机制滑动窗口流量控制机制发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口 。发送窗口用来对发送端进行流量控制。发送窗口用来对发送端进行流量控制。发送窗口的大小发送窗口的大小 WT 代表在还没有收到对方确认信息的情代表在还没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧。况下发送端最多可以发送多少个数据帧。 繁飞东缸控蛆贤恨纲浓蝎旗沫兵梨鸵征极搞手丛文篆顺跑砂瘫酣绕寓布盾第2章网络接口层第2章网络接口层第页01234567012发送窗口WT不允许发送这些帧允许发送 5 个帧(a)01234567012不允许发送这些帧还允许发送 4 个帧WT
75、已发送(b)01234567012不允许发送这些帧WT已发送(c)01234567012不允许发送这些帧还允许发送 3 个帧WT已发送 已发送并已收到确认(d)雕瞬噎盟败铣张副皱竭绿呕拄囱悦罚钳涡橡掷熔阀佯躲站乾变蛇狡裹褒泡第2章网络接口层第2章网络接口层第页接收端设置接收窗口接收端设置接收窗口 在接收端只有当收到的数据帧的发送序号落入在接收端只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。接收窗口内才允许将该数据帧收下。 若接收到的数据帧落在接收窗口之外，则一律若接收到的数据帧落在接收窗口之外，则一律将其丢弃。将其丢弃。 在连续在连续 ARQ 协议中，接收窗口的大小协议中，接
76、收窗口的大小 WR = 1。只有当收到的帧的序号与接收窗口一致时才能接收该只有当收到的帧的序号与接收窗口一致时才能接收该帧。否则，就丢弃它。帧。否则，就丢弃它。每收到一个序号正确的帧，接收窗口就向前（即向右每收到一个序号正确的帧，接收窗口就向前（即向右方）滑动一个帧的位置。同时发送对该帧的确认。方）滑动一个帧的位置。同时发送对该帧的确认。 凌乳射揩牺憋禾莲糖期惜最莫杜赛驾痴扫蛊扯酝茎隧矿肢黑厉颐捂河拧秒第2章网络接口层第2章网络接口层第页不允许接收这些帧01234567012WR准备接收 0 号帧(a)不允许接收这些帧01234567012WR准备接收 1 号帧已收到(b)不允许接收这些帧01
77、234567012WR准备接收 4 号帧已收到(c)伺弯崖泳祭司贴丰探佬题拱斯枷翟索终净翅辟郭花乖暑抛逊渠颤吨爸蹦逢第2章网络接口层第2章网络接口层第页滑动窗口的重要特性滑动窗口的重要特性只有在接收窗口向前滑动时（与此同只有在接收窗口向前滑动时（与此同时也发送了确认），发送窗口才有可时也发送了确认），发送窗口才有可能向前滑动。能向前滑动。收发两端的窗口按照以上规律不断地收发两端的窗口按照以上规律不断地向前滑动，因此这种协议又称为滑动向前滑动，因此这种协议又称为滑动窗口协议。窗口协议。当发送窗口和接收窗口的大小都等于当发送窗口和接收窗口的大小都等于 1时，就是停止等待协议。时，就是停止等待协议。
78、 设蒋泅娶喉洪喇援任衷趟近门葱饰岂涡廖感馆组卒徒脾审种凛膊烂什溪鹃第2章网络接口层第2章网络接口层第页选择重传选择重传 ARQ 协议协议 可加大接收窗口，先收下发送序号不连续但可加大接收窗口，先收下发送序号不连续但仍处在接收窗口中的那些数据帧。等到所缺仍处在接收窗口中的那些数据帧。等到所缺序号的数据帧收到后再一并送交主机。序号的数据帧收到后再一并送交主机。 选择重传选择重传 ARQ 协议可避免重复传送那些本协议可避免重复传送那些本来已经正确到达接收端的数据帧。来已经正确到达接收端的数据帧。但我们付出的代价是在接收端要设置具有相但我们付出的代价是在接收端要设置具有相当容量的缓存空间。当容量的缓存
79、空间。呵磅淌摘咕契伦共勋译宁莲粮诧薛殷碌每贿即振浆潮惋滴距怪汉瞩绿揩翰第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.2 数据链路层数据链路层 2.2.3 差错控制差错控制1.差错产生的原因与差错类型差错产生的原因与差错类型传传输输差差错错是是指指被被传传输输的的数数据据通通过过通通信信信信道道后后，接接收收方方收收到到的的数数据据与与发发送送者者发发出出的的数数据据不不一一致致的的现现象象。当当数数据据从从信信源源出出发发时时，由由于于信信道道总总是是有有一一定定的的噪噪声声存存在在，因因此此在在到到达达信信宿宿时时，接接收收者者收收到到的的信信号号是是正正常常信信号号（表表示示数数据据的的信信号号
80、）与与噪噪声声的的叠叠加加。如如果果噪噪声声对对信信号号叠叠加加的的结结果果在在最最后后电电平平判判决决时时出出现现错错误误，就就会会引引起起传传输数据的错误。输数据的错误。信信道道噪噪声声分分为为热热噪噪声声与与冲冲击击噪噪声声两两类类。热热噪噪声声由由传传输输介介质质导导体体的的电电子子热热运运动动产产生生。热热噪噪声声的的特特点点是是时时刻刻存存在在，幅幅度度较较小小，强强度度与与频频率率无无关关，但但频频谱谱很很宽宽，是是一一类类随随机机噪噪声声。冲冲击击噪噪声声由由外外界界电电磁磁干干扰扰引引起起，与与热热噪噪声声相相比比，冲冲击击噪噪声声幅幅度度较较大大，是是引引起起传传输输差差错
81、错的的主主要要原原因因。冲冲击击噪噪声声持持续续时时间间与与数数据据传传输输中中每每比比特特的的发发送送时时间间相相比比可可能能较较长长，因因而而冲冲击击噪噪声声引引起起相相邻邻的的多多个个数数据据位位出出错错，所所引引起起的的传传输输差差错错为为突突发发差差错错。通通信信过过程程中中产产生生的的传传输输差差错错由由随随机机差差错错与与突突发发差差错错共共同同构成。构成。学膀动列整趾讲忻嘛筷匙虚史撵宪妙凯碰淀逼樊告羹腿窃品阅殴苟各奢叹第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.2 数据链路层数据链路层 2.2.3 差错控制差错控制2.差错检验与校正差错检验与校正（1）奇偶校验）奇偶校验奇奇偶偶校校
82、验验也也称称为为垂垂直直冗冗余余校校验验（VRC）,它它是是以以字字符符为为单单位位的的校校验验方方法法。一一个个字字符符由由8位位组组成成，低低7位位是是信信息息字字符符的的ASCII码码，最最高高位位叫叫奇奇偶偶校校验验位位。奇奇偶偶校校验验位位放放“1” 或或放放“0”的的原原则则是是：使使整整个个编编码码中中“1”的的个个数数成成为为奇奇数数或或偶偶数数，如如果果整整个个编编码码中中,“1” 的的个个数数为为奇奇数数则则叫叫“奇奇校校验验”；“1” 的的个个数数为为偶偶数数则则叫叫“偶校验偶校验”。校校验验的的原原理理是是：如如果果采采用用奇奇校校验验，发发送送端端发发送送一一个个字字
83、符符编编码码（含含校校验验位位共共8位位）中中，“1”的的个个数数一一定定为为奇奇数数个个，在在接接收收端端对对8个个二二进进位位中中的的“1”的的个个数数进进行行统统计计，若若统统计计“1”的的个个数数为为偶偶数数个个，则则意意味味着着传传输输过过程程中中有有1位位(或或奇奇数数位位)发发生生差差错错。事事实实上上，在在传传输输中中偶偶然然1位位出出错错的的机机会会最最多多，故故奇奇偶偶校校验验法法经经常常采采用用，但这种方法只能检查出错误而不能纠正错误。但这种方法只能检查出错误而不能纠正错误。颅哟肾管淆曲鲸七茅苟补轧腔述拳驮丽花从梧鉴柳腺盈嗽勒牢钩隔让咕鞭第2章网络接口层第2章网络接口层第
84、页2.2 数据链路层数据链路层 2.2.3 差错控制差错控制2.差错检验与校正差错检验与校正（2）方方块块校校验验（水水平平垂垂直直冗冗余余校校验验LRC）这这种种方方法法是是在在VRC校校验验的的基基础础上上，在在一一批批字字符符传传送送之之后后，另另外外增增加加一一个个称称为为“方方块块校校验验字字符符”的的检检验验字字符符，方方块块校校验验字字符符的的编编码码方方式式是是使使所所传传输输字字符符代代码码的的每每个个纵纵向向位位代代码码中中“1”的的个个数数成成为为奇奇数数（或或偶偶数数）。例例如如，表表2-1是是要要传传送送6个个字字符符代代码码及及其其奇奇偶偶校校验验位位和和方方块块校
85、校验验字字符符的的编编码码（其其中中每每个个字字符符和和方方块块校校验验字字符均采用奇校验）：符均采用奇校验）：字符字符编号号字符代字符代码奇偶校奇偶校验位位字符字符110011000字符字符210000101字符字符310100100字符字符410010001字符字符510100001字符字符610000011方方块校校验字符字符（LRC）11110100攻潘型披颊原旋羹垦功滩跌狮叶云痢与绥彩敬八柜谦慷僳揍滁榨再襄染摈第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.2 数据链路层数据链路层 2.2.3 差错控制差错控制2.差错检验与校正差错检验与校正（3）循环冗余校验）循环冗余校验CRC（Cycle
86、 Redundancy Check）循循环环冗冗余余校校验验是是一一种种较较为为复复杂杂的的校校验验方方法法，它它不不产产生生奇奇偶偶校校验验码码，而而是是将将整整个个数数据据块块当当成成一一个个连连续续的的二二进进制制数数据据。从从代代数数的的角角度度可可看看成成是是一一个个报报文文码码多多项项式式。在在发发送送时时将将报报文文码码多多项项式式用用另另一一个个多多项项式式来来除除，这这后后一一个个多多项项式式叫叫做做生生成成多多项项式。式。 在在报报文文发发送送时时，将将相相除除结结果果的的余余数数作作为为校校验验码码附附在在报报文文之之后后发发送送出出去去（校校验验位位有有16位位）。接接
87、收收时时先先对对传传送送过过来来的的码码字字用用同同一一个个生生成成多多项项式式去去除除，若若能能除除尽尽即即余余数数为为0,说说明明传传输输正正确确；若若除除不不尽尽说说明明传传输输有有差差错错，可可要要求求发发送送方方重重新新发发送送一一次次。采采用用CRC校校验验，能能查查出出所所有有的的单单位位错错和和双双位位错错，以以及及所所有有具具有有奇奇数数位位的的差差错错和和所所有有长长度度小小于于16位位的的突突发发错错误误，能能查查出出99%以以上上17位位、18位位或或更更长长位位的的突发性错误。其误码率比方块码还可降低突发性错误。其误码率比方块码还可降低13个数量级，故得到了广泛采用。
88、个数量级，故得到了广泛采用。歹梗惶争叮补栈驹塑萍冷憎演烟邵轻揽袜伊盏衰匹锗窜垢秉午钠捉份忍挥第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.2 数据链路层数据链路层 2.2.3 点到点协议点到点协议PPP点点到到点点协协议议（Point to Point, PPP）是是目目前前Internet中中使使用用最最广广泛泛的的链链路路层层通通信信协协议议，它它为为数数据据链链路路中中直直接接连连接接的的两两个个节节点点之之间间提提供供数数据据传传输输方方式式。PPP创创建建于于1994年年，在在1995年年开开始始流流行行，PPP使使得得TCP/IP可可通通过过电电话话线线实实现现，这这样样，家家庭庭用用户
89、户若若想想获获得得Internet访访问问就就变变得得非非常常简简单单。下下面面简简单单介介绍绍一一下下PPP协协议议的内容。的内容。PPP协议的组成包括以下三个内容：协议的组成包括以下三个内容：（1）一个将）一个将IP数据报封装到串行链路的方法。数据报封装到串行链路的方法。 （2）一一个个用用来来建建立立、配配置置和和测测试试数数据据链链路路连连接接的的链链路路控控制制协协议议LCP(Link Control Protocol)。 （3）一一套套网网络络控控制制协协议议NCP (Network Control Protocol) ，其其中中的的每每一一个个协协议支持不同的网络层协议。议支持不
90、同的网络层协议。 PPP协议的帧格式如图协议的帧格式如图2-15所示：所示：撩亿培柿死锹厄装糯概芹者辛嗽督欠危日邢匙轻蝗诞公舰城滚枕脸铣撰放第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.2 数据链路层数据链路层 2.2.3 点到点协议点到点协议PPP图2-15 PPP协议格式7EFF03协议数据部分（不超过1500字节）FCS7E协议首部封装的数据协议尾部FAC兔拳荷渐摧絮叫泥簇腐覆纂察篡条翘孽赎弄姻圣悔触螟双撑裕氛块菜煎降第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.2 数据链路层数据链路层 2.2.3 点到点协议点到点协议PPP该协议分为三个部分，即协议首部、封装的数据部分和协议尾部。该协议分为三个部
91、分，即协议首部、封装的数据部分和协议尾部。协协议议首首部部的的第第1个个字字节节为为标标志志字字段段位位F，其其值值为为0x7E（符符号号“0x”表表示示后后面面的的字符是用十六进制表示。十六进制的字符是用十六进制表示。十六进制的 7E 的二进制表示是的二进制表示是 01111110）。）。协协议议首首部部的的第第2个个字字节节为为地地址址字字段段A，一一般般置置为为0xFF。地地址址字字段段实实际际上上并并不不起起作用。作用。协协议议首首部部的的第第3个个字字节节为为控控制制字字段段C通通常常置置为为0x03，目目前前没没有有实实际际意意义义，今今后后协议扩展时可以该字段。协议扩展时可以该字
92、段。协协议议首首部部的的第第4和和第第5个个字字节节为为PPP协协议议字字段段，它它指指明明信信息息部部分分所所对对应应的的数数据据类类型型，当当协协议议字字段段为为0x0021时时，表表示示PPP帧帧的的信信息息字字段段就就是是IP数数据据报报；若若为为0xC021, 则则信信息息字字段段是是PPP链链路路控控制制数数据据；若若为为0x8021，则则表表示示这这是是网网络络控控制数据。制数据。数据部分，其长度可变，默认长度为数据部分，其长度可变，默认长度为1500字节。一般封装的是字节。一般封装的是IP数据报。数据报。协协议议尾尾部部的的FCS默默认认长长度度为为2个个字字节节，表表示示差差
93、错错校校验验的的循循环环冗冗余余校校验验码码。当当FCS检验到某帧差错时，便丢弃该帧。检验到某帧差错时，便丢弃该帧。绷可彦叠途茂幽停汲肇写莆太黎逼腮帅畦圣代蜘寿牛漱堡但翔里霄啼寄掷第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.3 局域网技术局域网技术 2.3.1 局域网的组成局域网的组成IEEE局局域域网网标标准准委委员员会会对对局局域域网网的的定定义义为为：“局局域域网网络络中中的的通通信信被被限限制制在在中中等等规规模模的的地地理理范范围围内内，例例如如一一幢幢办办公公楼楼、一一座座工工厂厂或或一一所所学学校校；能能够够使使用用具具有有中中等等或或较较高高数数据据速速率率的的物物理理信信道道，且
94、且具具有有较较低低的的误误码码率率；局局域域网网络络是是专专用用的的，由由单单一一组组织织机机构构所所使使用用。”或或者者也也可可以以更更加加简简练练地地这这样样来来描描述述：局局域域网网是是一一种种地理范围有限、互连设备有限的计算机网络地理范围有限、互连设备有限的计算机网络一一个个局局域域网网的的基基本本组组成成主主要要有有：网网络络服服务务器器、网网络络工工作作站站、网网络络适适配配器器和和传传输输介质。这些设备在特定网络软件支持下完成特定的网络功能。介质。这些设备在特定网络软件支持下完成特定的网络功能。逃骂旋竞除射批蔗燎汀合儿叔昼侥韶稻印骑顶黍办碘伙驻忽生车垦珐摆浙第2章网络接口层第2章
95、网络接口层第页2.3 局域网技术局域网技术 2.3.1 局域网的组成局域网的组成（1）网络服务器）网络服务器 局局域域网网的的一一个个重重要要目目的的是是实实现现资资源源共共享享。局局域域网网的的许许多多功功能能是是通通过过网网络络服服务务器器来来实实现现的的，同同时时网网络络服服务务器器也也是是网网络络共共享享资资源源的的管管理理中中心心，网网络络操操作作系系统统等等软软件件也也主主要要驻驻留留在在网网络络服服务务器器上上。网网络络服服务务器器管管理理的的常常用用共共享享设设备备有有高高速速打打印印机机、文文件件系系统统、数数据据库库、电电子子邮邮件件、贵贵重重的的外外围围设设备备等等。网网
96、络络服服务务器器通通常常放放在在一一个个专专门门的的网网络络节节点点上上，该该节节点点有有固固定定地地址址，并并为为网网络络上上的的用用户户所所共共知知，为为他他们们提提供服务。供服务。（2）网络工作站）网络工作站 网网络络工工作作站站是是指指连连接接到到计计算算机机网网络络上上供供用用户户使使用用的的前前端端窗窗口口，用用户户通通过过网网络络工工作作站站来来访访问问网网络络的的共共享享资资源源。在在局局域域网网中中，用用户户工工作作站站一一般般采采用用微微型型计计算算机机，如各种如各种PC机。机。兢嵌缠蹿贯脚铝喧镰渭翠詹灌圈狮宝战漏处违辙竖肉亭说属艳擒撑酌讥织第2章网络接口层第2章网络接口层
97、第页2.3 局域网技术局域网技术 2.3.1 局域网的组成局域网的组成（3）网络适配器）网络适配器 网网络络适适配配器器插插在在PC机机扩扩展展槽槽上上，是是局局域域网网系系统统中中的的通通信信控控制制器器或或通通信信处处理理机机。通通过过它它可可以以将将用用户户工工作作站站连连接接到到网网络络上上，实实现现网网络络资资源源的的共共享享。网网卡卡与与传传输输介介质质共共同同实实现现OSI参参考考模模型型中中的的物物理理层层的的全全部部功功能能和和链链路路层层的的大大部部分分功功能能。网网卡卡的主要功能为：的主要功能为： 实实现现传传输输介介质质的的物物理理连连接接和和电电信信号号匹匹配配；接接
98、收收来来自自设设备备（服服务务器器、工工作作站等）的数据。站等）的数据。 在得到对介质发送权力之前，提供数据的缓冲。在得到对介质发送权力之前，提供数据的缓冲。 实现局域网数据链路层的功能。实现局域网数据链路层的功能。 实现某些接口功能。实现某些接口功能。屎掳渝涯惧舅昌朴兆臼廉负填租材腕萄剂棺迭亢努划谦兴骆搜托膊篓酮箭第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.3 局域网技术局域网技术 2.3.1 局域网的组成局域网的组成（4）传输介质）传输介质 局局域域网网中中的的传传输输介介质质见见2.1.1节节。其其中中最最常常用用的的传传输输介介质质是是双双绞绞线线，其其次次是是同同轴电缆和光纤。轴电缆和光
99、纤。（5）网络软件）网络软件 网网络络软软件件包包括括网网络络协协议议软软件件、通通信信软软件件和和网网络络操操作作系系统统等等。局局域域网网的的协协议议软软件件主主要要用用来来实实现现物物理理层层和和数数据据链链路路层层的的某某些些功功能能，如如在在各各种种网网卡卡中中实实现现的的软软件件。局局域域网网的的通通信信软软件件用用于于管管理理各各工工作作站站之之间间的的信信息息传传输输，如如实实现现传传输输层层和和网网络络层层功功能能的的网网络络驱驱动动程程序序等等。局局域域网网操操作作系系统统是是整整个个局局域域网网的的核核心心，目目标标就就是是将将所所有有连连入入网网络络的的计计算算机机以以
100、及及各各种种软软、硬硬件件资资源源当当成成一一个个整整体体，在在整整个个网网络络范范围围内内实实现现各各种种资资源源的的统统一一调调度度和和管管理理，并并为为网网络络中中每每一一个个用用户户提提供供一一致致、透透明明的的使使用网络资源的服务。用网络资源的服务。滋陀硕剂疗帛泉滓贵在浴赋想互处够衷奠坤镭但蓟伦欲铬疡枫昌辉熙蘸姑第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.3 局域网技术局域网技术 2.3.2 IEEE802局域网技术局域网技术1.IEEE802局域网协议栈局域网协议栈局局域域网网有有两两个个特特点点：一一是是传传输输介介质质是是共共享享的的，不不存存在在中中间间节节点点和和交交换换的的问
101、问题题，因因而而不不需需要要路路由由；二二是是数数据据以以帧帧寻寻址址方方式式工工作作。因因此此，在在IEEE802局局域域网网标标准准中中，只只定定义义了了物物理理层层和和数数据据链链路路层层两两层层，并并根根据据LAN的的特特点点，把把数数据据链链路路层层分分成成 逻逻 辑辑 链链 路路 控控 制制 LLC（ Logical Link Control） 子子 层层 和和 介介 质质 访访 问问 控控 制制MAC（Medium Access Control）子子层层；还还加加强强了了数数据据链链路路层层的的功功能能，把把网网络络层层中中的的寻寻址址、排排序序、流流控控和和差差错错控控制制等等
102、功功能能放放在在LLC子子层层来来实实现现。如如图图2-16所示：所示：图2-16 局域网协议栈物理层介质访问控制逻辑链路控制对应与OSI/RM中的数据链路层堕阀直洞驴蚂眺痛涌讯鼓撤卯鸟灰审峪粹款祝哇框汗宦性棕窿店竖穷式狰第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.3 局域网技术局域网技术 2.3.2 IEEE802局域网技术局域网技术（1）物理层）物理层局局域域网网物物理理层层和和OSI物物理理层层的的功功能能一一样样，主主要要处处理理在在物物理理链链路路上上发发送送、传传递递和和接接收收非非结结构构化化的的比比特特流流，包包括括对对带带宽宽的的频频道道分分配配和和对对基基带带的的信信号号调调制
103、制、建建立立、维持、撤消物理链路，处理机械的、电气的和过程的特性。维持、撤消物理链路，处理机械的、电气的和过程的特性。（2）介质访问控制层）介质访问控制层MAC介介质质访访问问控控制制层层的的主主要要功功能能是是控控制制对对传传输输介介质质的的访访问问。介介质质访访问问控控制制层层与与网网络络的的具具体体拓拓扑扑方方式式以以及及传传输输介介质质的的类类型型有有关关，主主要要是是介介质质的的访访问问控控制制和和对对信信道道资资源源的的分分配配。MAC层层还还实实现现帧帧的的寻寻址址（通通过过每每个个网网卡卡上上特特有有的的一一个个48位位的的地地址址进进行行寻寻址址，这这个个地地址址就就是是常常
104、说说的的MAC地地址址）和和识识别别，完完成成帧帧检检测测序序列列的的产产生生和检验等功能。和检验等功能。 （3）逻辑链路控制层）逻辑链路控制层LLC 可可提提供供两两种种控控制制类类型型，即即面面向向连连接接服服务务和和非非连连接接服服务务。其其中中，面面向向连连接接服服务务能能够够提提供供可可靠靠的的信信道道。逻逻辑辑链链路路控控制制层层提提供供的的主主要要功功能能是是数数据据帧帧的的封封装装和和拆拆除除，为高层提供网络服务的逻辑接口，能够实现差错控制和流量控制为高层提供网络服务的逻辑接口，能够实现差错控制和流量控制俗蚤啸学巾泌椎状野变泞卖峡吧拱臼送愤窖盆网悔挠惺置窒捍苦担滋捌寻第2章网络
105、接口层第2章网络接口层第页2.3 局域网技术局域网技术 2.3.2 IEEE802局域网技术局域网技术2.IEEE802局域网协簇局域网协簇IEEE802制定了一系列具体的局域网标准。它们之间的关系如图制定了一系列具体的局域网标准。它们之间的关系如图2-17所示。所示。力匝笨伊然鬃田抗淖买蛤吠承趴纽涂超端燃寇嫩欲戈占射质拯肿沂劣显姓第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.3 局域网技术局域网技术 2.3.2 IEEE802局域网技术局域网技术IEEE802具体定义的局域网标准有：具体定义的局域网标准有： 802.15.1 蓝牙蓝牙 802.15.3 高数据传输率的高数据传输率的WPAN 802
106、.15.4 低数据传输率的低数据传输率的WPAN 胚馁所啥凤咀状杭品隧臣楷蹲前荫漾锌涝毫肉虫憨扰禽樊滓隐赂号俩就坷第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.3 局域网技术局域网技术 2.3.3 以太网技术以太网技术1.以太网的技术规范以太网的技术规范以以太太网网（Ethernet）是是一一种种总总线线型型局局域域网网，是是局局域域网网的的典典型型代代表表。该该网网络络于于1996年年由由美美国国Xerox公公司司和和Stanford大大学学联联合合开开发发研研制制成成功功。后后来来，由由Xerox、Intel 和和 DEC 合合作作于于1980年年第第一一次次公公布布了了以以太太网网的的物物理理
107、和和数数据据链链路路层层的的详详细细技技术术规规范范，成成为为世世界界上上第第一一个个局局域域网网工工业业标标准准。IEEE802.3标标准准和和以以太太网网规规范范基本一致。基本一致。 以太网的主要技术规范是：以太网的主要技术规范是： 拓扑结构：总线型拓扑结构：总线型 传输速率：传输速率：10Mpbs 访问控制：访问控制：CSMA/CD 最大工作站数：最大工作站数：1024 最大传输距离：最大传输距离：2.5km( 使用中继器使用中继器 ) 报文长度：报文长度： 64B1518 字节字节扒芜秀暗叁吐本拈佐奏雍愁冶惑砸劫绝巢洒淹磋镇邯耕亦城眠洛靳熊廉缉第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.3
108、 局域网技术局域网技术 2.3.3 以太网技术以太网技术2.以太网的几种形式以太网的几种形式以以太太网网中中规规定定的的拓拓扑扑结结构构是是总总线线型型结结构构，常常用用的的传传输输介介质质有有4种种：粗粗缆缆、细细缆缆、双双绞绞线线和和光光缆缆。以以太太网网的的组组网网方方式式非非常常灵灵活活和和简简便便。下下面面介介绍绍粗粗缆缆、细细缆缆和和双双绞线组成的以太网。绞线组成的以太网。（1）细缆以太网）细缆以太网10BASE210Base2的的含含义义为为10代代表表信信号号在在电电缆缆上上的的传传输输速速率率为为10Mpbs；Base表表示示电电缆缆上上的的信信号号是是基基带带信信号号；2表
109、表示示网网络络中中每每一一段段的的最最大大长长度度为为185m（接接近近200m）。10BASE2是是一一种种细细缆缆以以太太网网，采采用用50细细同同轴轴电电缆缆（Thin Coaxial Cable）并使用网卡来收发信息。）并使用网卡来收发信息。（2）粗缆以太网）粗缆以太网10BASE510Base5的的含含义义为为10代代表表信信号号在在电电缆缆上上的的传传输输速速率率为为10Mpbs；Base表表示示电电缆缆上上的的信信号号是是基基带带信信号号；5表表示示网网络络中中每每一一段段的的最最大大长长度度为为500m。10BASE5是是一一种种粗粗缆缆以以太太网网，采采用用50粗粗同同轴轴电
110、电缆缆（Thick Coaxial Cable）并并使使用用网网卡来收发信。卡来收发信。十矮估胆葱谦降崎挚岸流瘁侣亦创秉吗斧倡陀牛箭沉揩兢诗胆叔本审峦拄第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.3 局域网技术局域网技术 2.3.3 以太网技术以太网技术（3）双绞线以太网）双绞线以太网10BASE-T10BASE-T是是指指采采用用无无屏屏蔽蔽双双绞绞线线（Unshielded Twisisted Pair，UTP）实实现现10Mpbs传传输输速速率率的的 Ethernet，其其标标准准为为 IEEE802.3i，是是 IEEE802.3标标准准的的直直接接扩扩展展。10BASE-T物物理理介介质
111、质采采用用的的是是直直径径为为 0.40.6mm的的2对对3类类UTP，线线端端接接有有符符合合ISO标标准准的的RJ45插插头头，线线段段长长度度可可达达100m，信信号号频频率率为为20Hz，10BASE-T以以太太网网需需要要用用集集线线器器（HUB）构构成成树树形形或或总总线线和和星星形形结结合合的的拓拓扑扑结构。结构。10BASE-T以太网络的安装和维护简单易行且费用低廉。以太网络的安装和维护简单易行且费用低廉。（4）快速太网）快速太网100BASE-T100Base-T协协议议对对应应OSI参参考考模模型型的的最最低低两两层层，即即物物理理层层和和数数据据链链路路层层。100Bas
112、e-T的的MAC层层仍仍采采用用与与802.3的的MAC层层协协议议相相同同的的CSMA/CD协协议议，而而在在物物理理层层开开发发了了新新的的信信号号收收发发技技术术，因因此此，100Base-T技技术术规规范范主主要要是是指指它它的的物物理理层层规规范范。正正式式的的100Base-T标标准准定定义义了了3种种物物理理规规范范以以支支持持不不同同的的物物理理介介质，它们分别是：质，它们分别是： 100BASE-T4：用于：用于4对对3类、类、4类或类或5类类UTP电缆。电缆。 100BASE-TX：用于：用于2对对5类类UTP电缆。电缆。 100BASE-FX：用于光缆。：用于光缆。纶饰资
113、署翘饲全痊昼缉砒衙肺酬埋拨踩磐索傣绢泥抗戴搜凿厄疽渭恍眶垮第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.3 局域网技术局域网技术 2.3.4 VLAN虚虚拟拟网网络络（Virtual Network）是是建建立立在在交交换换技技术术基基础础上上的的。将将网网络络上上的的结结点点按按工工作作性性质质与与需需要要划划分分成成若若干干个个“逻逻辑辑工工作作组组”，一一个个逻逻辑辑工工作作组组就就是是一一个个虚虚拟网络。拟网络。在在传传统统的的局局域域网网中中，通通常常一一个个工工作作组组是是在在同同一一个个网网段段上上，每每个个网网段段可可以以是是一一个个逻逻辑辑工工作作组组或或子子网网。多多个个逻逻辑辑
114、工工作作组组之之间间通通过过互互连连不不同同网网段段的的网网桥桥或或路路由由器器来来交交换换数数据据。如如果果一一个个逻逻辑辑工工作作组组的的结结点点要要转转移移到到另另一一个个逻逻辑辑工工作作组组时时，就就需需要要将将结结点点计计算算机机从从一一个个网网段段撤撤出出，连连接接到到另另一一个个网网段段，甚甚至至需需要要重重新新布布线线，因因此此逻辑工作组的组成要受到结点所在网段物理位置的限制。逻辑工作组的组成要受到结点所在网段物理位置的限制。虚虚拟拟网网络络是是建建立立在在局局域域网网交交换换机机或或ATM交交换换机机之之上上的的，它它以以软软件件方方式式来来实实现现逻逻辑辑工工作作组组的的划
115、划分分和和管管理理，逻逻辑辑工工作作组组的的结结点点组组成成不不受受物物理理位位置置的的限限制制。同同一一逻逻辑辑工工作作组组的的成成员员不不一一定定要要连连接接在在同同一一个个物物理理网网段段上上，它它们们可可以以连连接接在在同同一一个个局局域域网网交交换换机机上上，也也可可以以连连接接在在不不同同的的局局域域网网交交换换机机上上，这这些些交交换换机机一一定定是是互互连连的的。当当一一个个结结点点从从一一个个逻逻辑辑工工作作组组转转移移到到另另一一个个逻逻辑辑工工作作组组时时，只只要要通通过过软软件件设设定定，而而不不需需要要改改变变它它在在网网络络中中的的物物理理位位置置。同同一一个个逻逻
116、辑辑工工作作组组的的结结点点可可以以分分布在不同的物理网段上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。布在不同的物理网段上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。枯讲钱沥善豌蜡左警锄章映猖伺荣耐岭绘曾秸掺抽递蹿济刀猩悉萎簇力坤第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.3 局域网技术局域网技术 2.3.4 VLAN（1）广播控制）广播控制交交换换机机可可以以隔隔离离碰碰撞撞，把把连连接接到到交交换换机机上上的的主主机机的的流流量量转转发发到到对对应应的的端端口口，VLAN可可以以进进一一步步提提供供在在不不同同的的VLAN间间的的完完全全隔隔离离，使使广广播播和和多多址址流流量量只只能能
117、在在VLAN内部传递。内部传递。（2）安全性）安全性VLAN提提供供的的安安全全性性有有两两个个方方面面：对对于于保保密密要要求求高高的的用用户户，可可以以分分在在一一个个VLAN中中，尽尽管管其其他他人人在在同同一一个个物物理理网网段段内内，也也不不能能透透过过虚虚拟拟局局域域网网的的保保护护，去去访访问问保保密密信信息息。因因为为VLAN是是一一个个逻逻辑辑分分组组，与与物物理理位位置置无无关关，所所以以VLAN间间的的通通信信需需要要经经过过路路由由器器或或网网桥桥。当当经经过过路路由由器器通通信信时时，可可以以利利用用传传统统路路由由器器提提供供的的保保密密、过过滤滤等等对对通通信信进
118、进行行控控制制管管理理。当当经经过过网网桥桥通通信信时时，利利用用传传统统网网桥桥提供的提供的OSI二层过滤功能进行包过滤。二层过滤功能进行包过滤。腋黑腋吧岩应韩鄙舀掣录盛案族绣储楼怎啃挺俱篮佩屋翅堂庄谱歉熔悍醛第2章网络接口层第2章网络接口层第页2.3 局域网技术局域网技术 2.3.4 VLAN（3）性能）性能VLAN可可以以提提高高网网络络中中各各个个逻逻辑辑组组中中用用户户的的传传输输流流量量，比比如如在在一一个个组组中中的的用用户户使使用用流流量量很很大大的的CAD/CAM工工作作站站，或或使使用用广广播播信信息息很很大大的的应应用用软软件件，它它只只影影响响到到本本VLAN内内的的用
119、用户户，对对于于其其他他逻逻辑辑工工作作组组中中的的用用户户则则不不会会受受它它的的影影响响，仍仍然可以以很高的速率传输，所以提高了网络的使用性能。然可以以很高的速率传输，所以提高了网络的使用性能。（4）网络管理）网络管理因因为为VLAN是是一一个个逻逻辑辑工工作作组组，与与地地理理位位置置无无关关，所所以以易易于于网网络络管管理理，如如果果一一个个用用户户移移动动到到另另一一个个新新的的地地点点，不不必必像像以以前前那那样样重重新新布布线线，只只要要在在网网管管上上把把它它拖拖到到另另一一个个虚虚拟拟网网络络中中即即可可。这这样样既既节节省省了了时时间间，又又十十分分便便于于网网络络结结构构的的增增改改、扩展，非常灵活。扩展，非常灵活。莉嵌腐裁舰隅悠潞美虱扮苯驴棘蝇檄辰亦涤六陕丙活吮狭跌莆赤鸭汪养么第2章网络接口层第2章网络接口层第页
