1、第三章通信子网,本章重点基本概念 多路复用信道 数据交换技术传输媒体 差错控制编码,第三章 通信子网,3.1 通信基本原理3.2 计算机网互联的硬件设备3.3 网络拓扑结构与分类3.4 网络的传输介质3.5 网络互联设备产品,计算机网络的两大基本功能：数据通信与数据处理。数据通信本身是一门独立的学科。,3.1 通信基本原理,数据通信就是依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息。,数据通信与传统电报或电话相比的特点：实现的计算机之间或计算机与人之间的通信，需要定义严格的通信协议或标准。数据传输的准确性和可靠性高。误码率要求小于108，而语音和电视系统只有102。,传输速率高。
2、通信持续时间差异较大。数据通信具有灵活的接口功能以满足各式各样的计算机和终端间的相互通信。例如：通信速率、编码格式、同步方式和通信规程等。,通信子网： 传输信道：传输线，逻辑信道。 交换单元：一种特殊的计算机，用于连接两个或更多条传输线。（常被称为分组交换结点、中介系统、数据开关交换、路由器等。）,传输介质与信道的关系：两者是不同的。传输介质是用来连接两个或多个网络结点的物理电路。信道是建立在传输介质之上的包括传输信道和设备，还有逻辑信道的含义。在同一条物理传输介质上可以建立多条通信信道。,3.1.1 数据通信的基本概念,数据(Data)：传递（携带）信息的实体，信息(Information)
3、则是数据的内容或解释。 -模拟(Analog)数据与数字(Digital)数据信号(Signal)：数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式传播。 -模拟信号与数字信号 -基带( Base band ) 与宽带( Broadband )信号,一些术语,信道(Channel)：传送信息的线路（或通路）。比特率(Bit Rate)：数据传输速率 (bps，b/s)。码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元,同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始,波特率(Baud)：每秒传送的码元数(即信号传送速率)。 1 Baud = （log2M） bps 其中M是信号的编码级数。
4、也可以写成 Rbit = Rbaud log2M 一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。 换句话说，一个码元中可以传送多个比特（bit）。, 带宽(Bandwidth)：信号或信道占据的频率范围 信道容量(Channel capacity)：信道的最大数据率 误码率(Bit error rate)：信道传输可靠性指标 P= 错误的位数 / 传输的总位数,信息编码：将信息用二进制数表示的方法。数据编码：将数据用物理量表示的规则。 例如：字母A的ASCII编码为01000001，其数据编码可能为,通信系统模型,通信的三个要素：信源、信宿和信道任何一个通
5、信系统都可以抽象为以下模型：,编码器：数据适合传输的信号便于识别、纠错调制器：信号适合传输的形式按频率、幅度、相位解码器：传输信号原始数据解调器：接收波形数字信号序列,信息通过通信系统传输,把携带信息的数据用物理信号形式通过 介质传送到目的地。信息和数据（0、1比特）不能直接在介质上传输。,通信系统的构成,数据传输系统： 1）传输线路（包括传输介质和中继设备） 2）传输设备：调制解调器、多路复用器、交换机、路由器等数据处理系统：主要是指计算机。,通信基本过程包含两项内容：数据传输和通信控制,建立物理连接建立逻辑连接数据传送断开逻辑连接断开物理连接（对比：打电话的过程）,信道及其主要特征,1.数
6、字信道和模拟信道,数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。,2.模拟信号和数字信号,模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值,t,t,a) 模拟信号,b) 数字信号,3.周期信号和非周期信号,周期信号：信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波）非周期信号：信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号），能被分解成无数个周期信号的叠加。,t,t,T,T,T,T,T,T,周期信号,数字通信的优点 抗噪声（干扰）能力强 可以控制差错，提高了传输质量 便于用计算机进行处理 易于加密、保密性强 可以传输语音、
7、数据、影像，通用、灵活 仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信。 如用modem通过拨号线路传输数字信号。,数据编码,数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号 信道：模拟信道、数字信道,不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合，每一种相应地需要进行不同的编码处理。,模拟传输和数字传输,Modem,Encoder,Decoder,Modulator,Demodulator,数字或模拟,数字或模拟,数字信号,模拟信号,g(t),m(t),p,x(t),s(t),g(t),m(t),数字或模拟,数字或模拟,P调制参数,编码,调制,编码和调制,用数字信号承载数字或模拟数据编码用模拟信号承载
8、数字或模拟数据调制,2. 数字数据的调制编码,三种常用的调制技术： 1） 幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying)，调幅 2） 频移键控FSK(Frequency Shift Keying)，调频3） 相移键控PSK(Phase Shift Keying) ，调相 基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。,载波 S(t) = A cos (t+) S(t)的参量包括： 幅度A、频率 、相位调制就是要使这三个参量随数字基带信号的变化而变化,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,ASK调幅,FSK调频,PSK调相,PSK：用载波的两个不同振幅表示0(0v)和1(+
9、5v)FSK：用载波的两个不同频率表示0(1.2KHz)和1(2.4KHz)PSK：用载波的起始相位的变化表示0 (同相)和1(反相),多级调制方法1 -单参量多级调制,01,10,00,0,+90,+180,+270,11,数据率 = 信号速率 x log2M M：调制级数,+900 01,00 00,+2700 11,+1800 10,4-PSK,多级调制方法2 多参量多级调制,16-QAM(正交振幅调制) :使用振幅和相位的16种组合,高速(56Kbps) MODEM,D/A,A/D,A/D,D/A,D/A,A/D,V.34(28.8-33.6kbps),最大的噪声来源于模数转换的量化噪
10、声，信道容量极限值约 35kbps,D/A,A/D,D/A,V.90(56kbps),交换机1,交换机2,ISP,V.34(28.8-33.6kbps),模拟,模拟,数字,数字,数字,数字,模拟,上行仍需模数(A/D)转换，速率最高为35kbps；下行则可达56Kbps,3. 数字数据的数字信号编码,不归零制(NRZ，Non-Return to Zero) 二进制数字0、1分别用两种电平来表示。常用5V表示0，5V表示1。 缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器； 不具备自同步机制，必须使用外同步。曼彻斯特编码(Manchester code) 用电压的变化表示0和1。,规定在每个码元的中间
11、发生跳变： 高 低的跳变0，低高的跳变1 每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。 曼彻斯特编码也称为自同步码（Self-Synchronizing Code）。它具有自同步机制，无需外同步信号。 缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2倍）。,差分曼彻斯特编码(Differential Manchester code) 与曼彻斯特编码相同，在每个码元的中间，信号都会发生跳变；不同之处在于： 用在码元开始处有无跳变来表示0和1 ： 码元开始处有跳变0 码元开始处无跳变1,三种数字编码的波形图,4. 模拟数据的数字信号编码
12、,奈奎斯特定理（采样定理）： 如果连续变化的模拟信号最高频率为F，若以2F的采样频率对其采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。,语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。这需要经过三个步骤： 1）采样按一定间隔对语音信号进行采样 2）量化对每个样本舍入到量化级别上 3）编码对每个舍入后的样本进行编码,模拟话音,采样时钟,PAM 信号,PCM 信号,采样电路,量化和编码,数字化声音,-话音信道带宽 2倍话音最大频率)-量化级数：256级 (8位二进制码表示)-数据率：8000次/s*8bit = 64Kb/s 每路PCM信号的速率 = 64000bps,编码后的
13、信号称为PCM（Pulse Coded Modulation）信号（脉码调制信号）,PCM转换过程举例,3.2,3.9,2.8,3.4,1.2,4.2,3,4,3,3,1,4,011,100,011,011,001,100,原始信号,PAM脉冲,PCM 脉冲 （有量化误差）,011100011011001100,PCM 输出,PCM 转换波形图,B,A,C,D,模拟话音,采样时钟,PAM 信号,PCM 信号,采样电路,量化和编码,数字化声音,3.1.3 数据通信类型,模拟数据，模拟信号，模拟传输。例子：收音机数字数据，数字信号，数字传输。例子：家庭上网数据成功传输的因素：信号的质量和传输媒体的
14、性能。,3.1.4 数据传输方式,串行通信：数据流依时间顺序，一比特接一比特的在信道上传输。存在同步问题。 收发双方只需要一条传输信道，易于实现，是目前广为使用的一种传输方式。,并行通信：数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。例如将构成一个字符的几个二进制比特分别通过几个并行的信道进行传输。收发双方不存在同步问题。, 单工：数据单向传输（无线电广播） 半双工：数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输（对讲机） 全双工：数据可同时双向传输（电话） 两个方向的信号共享链路带宽： 1）链路具有两条物理上独立的传输线路，或 2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输,同步就是要接收方按照
15、发送方发送的每个码元起止时刻和速率来接收数据。异步通信：每传送一个字符都要求在字符码前面加一个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码和校验码后面加一个停止位，表示字符结束。适用于低速终端设备。,同步通信：在发送字符之前先发送一组同步字符，使收发双方进入同步。适用于高速传输数据的系统。,数据同步方式,目的是使接收端与发送端在时间基准上一致 (包括开始时间、位边界、重复频率等)。 有三种同步方法： 位同步 字符同步（异步传输） 帧同步（同步传输）,位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步 外同步发送端发送同步时钟信号，接收方用它来锁定自己的时钟脉冲频率。 自同步通过特殊编码（如曼
16、彻斯特编码），这些数据编码信号包含了同步脉冲，接收方提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。,字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收，也称为起止式或异步制每两个字符之间的间隔时间不固定。 每个字符的传输需要：（p30图2-11） 1个起始位 5，6，7，8个数据位 1，1.5，2个停止位 频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新同步 增加了辅助位，所以效率低 例如，1个起始位、 8个数据位、 2个停止位时，其效率为8/1172,帧（Frame）包含数据和控制信息的数据块（包）,帧起始,控制信息,数据,帧结束,校验和,0 - n,8bit,8bit,8-32,m,面向比特的以特殊位序列（7EH
17、）作为帧（起始）标志来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧。,面向字符的以同步字符（SYN，16H）来标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧。,帧同步：识别一个帧的起始和结束。,信道最大数据传输率,M 最大数据率 (C) 2 6000 bps 4 12000 bps 8 18000 bps16 24000 bps32 30000 bps64 36000 bps,C =,2W log2 M,C = 传输率，单位b/s或bpsW = 带宽，单位HzM = 信号电平级数,例如：话音级线路(3000 Hz)的信道容量计算，如右图所示。,Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据。
18、,Nyquist 公式：用于理想低通信道,非理想信道实际的信道上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声。a）衰减 信道的损耗引起信号强度减弱，导致信噪比S/N降低。b）延迟 信号中的各种频率成分在信道上的延迟时间各不相同，在接收端会产生信号畸变。c）噪声 热噪声：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声。串扰：信道间产生的不必要的耦合。例：多对双绞线脉冲噪声：非连续、随机、振幅较大。多由外部电磁干扰造成（闪电、大功率电机启动等）。 噪声将破坏信号，产生误码。持续时间0.01s的干扰可以破坏约560个比特（56Kbps）。,Shannel公式：高斯噪声干扰信道,S/NdB 信噪比（dB分贝）的定义,C =,W
19、 log2 (1+,SN,),S/NdB = 10 log10 S/N,例：信道带宽W=3KHz，信噪比为30dB，则C=3000*log2(1+1000) 30Kbps,C = 传输率，单位b/sW = 带宽，单位Hz,即：,Nyquist公式和Shannel公式的比较, C = 2W log2M 此公式说明数据传输率C随信号编码级数增加而增加。 C = W log2(1+S/N) 无论采样频率多高，信号编码分多少级，此公式给出了信道能达到的最高传输速率。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限 增加。,3.1.5 数据交换方式,为降低通信线路造价，大型网络主要采用部分连接的拓扑结构。两个端节
20、点之间的通信连接一般都要通过中间节点的转接，中间节点要在它所连接几条线路中选择一条进行接续。就像电话交换机为通话双方接续线路一样，这个过程被称为交换。,实现交换的方法主要有：电路交换、报文交换、分组交换。,电路交换交换设备在通信双方找出一条实际的物理线路的过程。(最早的电路交换连接是由电话接线员通过插塞建立的，现在则由计算机化的程控交换机实现。)特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。 呼叫建立连接传输挂断 优缺点： 建立连接的时间长； 一旦建立连接就独占线路，线路利用率低； 无纠错机制； 建立连接后，传输延迟小。,报文交换整个报文作为一个整体一起发送。在交换过程中，交换设备将接收到的报文先
21、存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为存储-转发。缺点：1）报文大小不一，造成缓冲区管理复杂。2）大报文造成存储转发的延时过长；3）出错后整个报文全部重发。,分组交换（包交换）将报文划分为若干个大小相等的分组(Packet)进行存储转发。优点：1）存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组速度快；2）转发延时小适用于交互式通信；3）某个分组出错仅重发该分组效率高；4）各分组可通过不同路径传输，可靠性高。,特点：1）数据传输前不需要建立一条端到端的通路。2）有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。,三种交换方式的事件顺序,呼叫请求,呼叫应答,数据,A,B,C,D
22、,分组1,分组2,分组3,报文,A,B,C,D,A,B,C,D,寻路延迟,排队延迟,线路交换,报文交换,分组交换,异步传输模式ATMATM是一种高速分组交换技术，采用了以信元（cell）为单位的存储转发方式，故又称为信元交换。ATM将话音、数据和图像等数据分解成长度固定的数据块，并在各数据块前装配地址、优先级等控制信息构成信元。信元由信元头部和有效载荷构成：,在ATM网络中，空信元以一定的速率出现，发送站只要获得空信元即可插入信息发送。因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为异步传输模式。,ATM特点：1) 面向连接（虚连接），按序递交；2) 固定大小的信元，便于高速处理（可用硬件实现），传
23、输速率622Mb/s；3) QoS特性保证了ATM可以实时地传送语音和活动图像。,1,2,3,4,5,6,数据块,信元流, 复用多个信息源共享一个公共信道 为何要复用？线路成本,DEMUX,复用器,解复用器,共享信道,2.5 多路复用技术,复用类型,FDM (频分复用),WDM (波分复用),TDM (时分复用),1.频分复用Frequency Division Multiplexing,原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。,适用于模拟信号传输,2.波分复用Wave Division Multiplexing,F2,F1,F3,光谱,光
24、纤2,光纤3,光纤1,共享光纤,采用无源设备，更可靠,棱柱/衍射光栅,原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用户占用一个波长范围来进行传输。,3.时分复用Time Division Multiplexing,原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个通道（时隙） ，每个用户占用一个通道传输数据。,统计(异步)TDMSTDM,TDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该通道，将会造成带宽浪费。改进：统计时分多路复用（STDM），用户不固定占用某个通道，有空槽就将数据放入。,数字载波标准,T-标准北美、日本E-标准欧洲、中国、南美,用数字信号传输语音和数据的时分复用标准。,
25、每125us为一个时间片，每时间片分为32个通道（供32个用户轮流使用）。 每通道占用125 us /32=3.90625 us 每通道一次传送8位二进制数据，即每个二进制位占用0.48828125 us，所以 E1速率 = 1/0.48828125=2.048Mb/s,E1标准,也可以这样计算E1速率 E1速率 = (32x8bit)/125 ms = 2.048 Mb/s,E1-帧格式,125 ms = 32 时隙 = 2.048 Mbps,帧同步,信令信道,30 路话音数据信道 + 2 路控制信道,2.7 差错控制,产生差错的原因：1）信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变；2）信
26、号反射；3）串扰；4）闪电、大功率电机的启停等。线路传输差错是不可避免的，但要尽量减小其影响。,基本方法：接收方进行差错检测，并向发送方应答，告知是否正确接收。差错检测主要有两种方法：1.奇偶校验（Parity Checking）在原始数据字节的最高位增加一个附加比特位，使结果中1的个数为奇数(奇校验)或偶数(偶校验)。增加的位称为奇偶校验位。 例：原始数据=1100010，采用偶校验。 则增加校验位后的数据为11100010若接收方收到的字节奇偶结果不正确，就可以知道传输中发生了错误。奇偶校验只能检测出奇数个比特位错，对偶数个比特位错则无能为力。, 校验和计算方法 若G(x)为r阶，原帧为m
27、位，其多项式为M(x)，则在原帧后面添加r个0，帧成为m+r位，相应多项式xr M(x) 按模2除法用对应于G(x)的位串去除对应于xr M(x) 的位串 按模2加法把xr M(x) 的位串与余数相加，结果就是要传送的带校验和的帧的多项式T(x) T(x) = xrM(x) + xrM(x) MOD2 G(x) ,CRC校验示例,待校验数据：1101,0110,11 G(x) = x4+x+1 , 即10011,1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0,1 0 0 1 1,1 1 0 0 0 0 1 0 1 0,1 0 0 1 1,1 0 0 1 1,1 0 0 1 1,0 0
28、0 0 1 0 1 1 0,1 0 0 1 1,1 0 1 0 0,1 0 0 1 1,1 1 1 0,余数,传送序列T(x)=1101,0110,1111,10,差错控制技术,自动请求重传Automatic Repeat Request (ARQ)停等 ARQ发送方每发完一帧必须等接收方确认后才能发下一帧。Go-back-N ARQ发送方可连续发送多帧。若前面某帧出错，从该帧以后的各帧都需重发。（一般与流控结合使用）选择重传 ARQ发送方可连续发送多帧。若前面某帧出错，只需重发该出错的帧。发送方需要缓存前面所有未被确认的帧。,3.5网络互连设备,网络接口卡及其使用集线器及其使用交换机及其使用
29、路由器及其使用构造简单的网络,网络接口卡NIC,1. 组成发送/接收部件负责信号的发送、接收载波检测检测介质上有否信号发送/接收控制部件及缓冲区曼彻斯特编码/译码器对发送/接收的数据编码/译码，变换成适合于在LAN上传输的信号网络控制部件控制网卡各部件的协调运行CPU(部分网卡有)增强网卡智能化，减少网络传输对主机CPU的依赖，提高传输效率,2网卡的使用网卡地址：即网卡的物理地址或称为MAC地址， 固化在网卡硬件中配置参数（跳线设置 / 软件设置 / PnP） 中断请求号 IRQ（一般为3） I/O基地址 I/O Base（一般为300H） 存储器基地址 Memory Base (一般为C00
30、0H) 全双工 / 半双工 传输速率（仅10/100Mbps双速网卡可选）,3. 提高网卡性能并行处理：发送/接收和数据处理同步进行全双工：需集线器/交换机的支持突发传输方式（每次传送更多的帧）智能网卡（让网卡承担更多的传输任务）提高与主机的传输速度： 与主机的存储器传输数据时采用DMA传送方式 总线采用传输速度较快的PCI总线,4. 网络接口卡的种类,网络集线器HUB,多端口的中继器，属于物理层设备功能：在网段之间拷贝比特流，信号整形和放大可认为它是将总线折叠到铁盒子中的集中连接设备可改变网络物理拓扑形式：总线连接星形连接端口数：常见的有8，12，16，24口,三种结构：独立式（Stand
31、alone）： 固定端口配置，扩充时用级连的方法堆叠式（Stackable）： 固定配置，用堆叠方法进行扩充堆叠连接在一起的HUB在逻辑相当于一台单独的HUB，可统一管理模块化（Module）： 又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱和若干块多端口的接口卡（线卡）组成。可灵活按需配置，通过插入不同的插卡满足需求（如插入交换卡、路由卡、加密卡等）,智能集线器和非智能（普通）集线器 允许用网管系统对其进行管理的集线器称为智能HUB，它内部包含有CPU等智能控制部件。 不能用网管系统进行管理的集线器称为非智能HUB。 在需要进行网络管理的中大型网络系统中，一般都要求使用智能集线器（后面将要介绍的网络
32、交换机也需要是智能化的）。 小型网络为降低成本，一般使用普通集线器。,NIC,HUB,UTP,PC机,用集线器搭建简单的网络,服务器,以1台服务器，3台PC机为例： 一台HUB 4块UTP接口的网卡 4台PC机 8个RJ45接头（水晶头） 若干米UTP双绞线,3 网络交换机Switch,共享信道LAN的缺点： 多个站点同时发送会造成冲突；网络中站点越多，冲突现象越严重；每个站点的平均拥有带宽为W/n；解决的方法：网段分割(微网段化)减少每个网段中站点的数量网段分割后网络总体带宽增加,网络分段,MAC广播域,独立的冲突域,独立的冲突域,网桥或网络交换机,交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域,实
33、现网段分割的设备网络交换机 网络交换机和网桥属同一类设备，工作在数据链路层上。但网络交换机的端口数多，并且速度快。在这个意义上，网络交换机又称为多端口的高速网桥。工作原理 构造：端口-地址表、端口缓冲器、交换矩阵 学习源地址（构造端口-地址表）过滤本网段帧（隔离冲突域）转发异网段帧（交换）广播未知帧（寻找目的站点）,三种转发方式存储转发（Store and forward） 整个帧完整接收并存储到缓冲区，对整个帧进行差错检验，然后再查表找出目的端口并转发 优点：进行差错校验，错误不会扩散到目的网段 缺点：交换延迟比较大穿通转发（Cut-through） 因为转发仅依赖于目的地址DA，所以只要收
34、到帧的前6个字节(DA字段)，就可查表找出目的端口并转发 优点：交换延迟小 缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段,无碎片穿通（Fragment free cut-through） 以上两种方案的折衷。 接收了一帧的前64字节后，再查表找出目的端口并转发 帧出错的主要原因是冲突，而以太网的帧至少为64B， 64字节的帧必然是冲突造成的帧碎片（错误帧) 优点：交换速度较快，并且降低了错误帧转发的概率 缺点：长度大于64字节的错误帧仍会转发，转发延时高 于直通式,使用网络交换机带来的好处分割冲突（碰撞）域减少了冲突允许建立多个连接提高了网络总体带宽减少每个网段中的站点数提高了站点平均拥有带
35、宽允许全双工连接提高带宽网络交换机在网络中的地位作为LAN核心主干连接设备，如网络中心、数据中心等高网络通信流量的应用场合，如图像处理、视频流等对网络响应速度要求比较高的场合,提高网络交换机的性能的措施主干/服务器连接：增加1-2个高速端口(Big Pipe)。缓解主干/服务器连接的瓶颈问题。速度自动协商：10/100Mbps自适应交换机。根据所连接工作站网卡的速度自动调整端口的通信速率。虚拟网络VLAN：将逻辑上的一组站点划分到同一个虚拟的逻辑网络中。用交换机划分的若干个VLAN在逻辑上完全独立，广播帧不会越过逻辑网络边界。流量控制：缓冲区大小有限，为防止溢出（帧丢失），快满时向信息到达端口
36、发送拥塞信号，造成冲突的假象，使发送站点停止发送。背压控制（Back Pressure）根据错误帧出现概率自动进行存储转发和直通转发的切换,千兆主干交换机,服务器,教育网,10Mbps UTP,1000Mbps Fiber,100Mbps UTP,网络结构图,二级交换机,HUB,4 路由器Router,工作在第三层（网络层）上。在网络之间转发网络分组。能够提供按最佳路由转发网络分组。实现子网隔离，限制广播风暴。(目的地址无法识别时，路由器将其丢弃，而不是广播比较网络交换机),用路由器连接起来的若干个网络，它们仍是各自独立的。要想从一个网络访问用路由器连接起来的另一个网络中的站点，必须指定该站点
37、的逻辑地址（IP地址），通过广播是无法与之进行通信的。因为路由器不会转发广播包。,路由器的结构,控制部件（CPU、RAM、OS）路由表协议软件网络接口（LAN、WAN、CONSOLE）,用路由器进行网络互联,路由器,冲突域2,冲突域1,路由器可以分隔冲突域和广播域,工作原理采用存储转发的方法： 接收并缓存IP数据分组，提取分组中的目的IP地址，然后查路由表决定转发路径。如果未查到，则丢弃该分组。 交换机也用查表的方法决定转发路径，但交换机的表是“端口-MAC地址”表，存放的是端口与目的MAC地址之间的关系，要用帧中的MAC地址查表； 而路由器中的路由表是“端口-网络地址”表，存放的是端口与目的
38、网络地址之间的关系，故要从分组中提取IP地址，并解析出其中的网络地址部分来查表。,路由表用于存放到达其他网络的路由信息。,基于路由表（Routing Table）的路由选择 网络号（网络地址） 路径。用下一路由器对应端口的IP地址来表示。,路由表的基本内容,目的网络,路由(下一站点),距 离,172.16.0.0,202.168.0.0,10.0.0.0,202.168.0.2,202.168.0.0,直接,172.16.0.0,10.0.0.0,A,B,路由器A的路由表,直接,.1,.1,.2,.1,0,0,1,注意：路由器是根据网络号来转发IP数据包的，所以路由表中存放的是目的网络号，而不
39、是目的主机号。类比：邮政局在城市间转发信件依据的是城市名。这样做的优点：路由表小，所以节省路由器的存储空间，路由表的路由更新速度快。 路由表的维护有两种基本方式： 静态路由由人工预先设置好，只适用于 小型网络 动态路由路由器运行过程中根据网络情 况自动地动态维护,动态路由,两类路由协议： 内部网关协议（IGP） 自治系统（AS）内部的路由协议，如RIP、OSPF。 边界（外部）网关协议（BGP） 处理AS之间的路由传递，如BGP、EGP。*自治系统（AS）又称为路由域、自治域，它是由若干个可以交换内部路由信息的路由器的集合。多个自治系统可以通过边界路由器互联起来。,动态路由,路由算法：根据网络
40、拓扑计算路由的方法。 或路由表的生成方法。两种路由算法： 矢量-距离（ V-D）算法 如RIP（路由信息）、GGP（网关-网关） 链路状态（L-S）算法 如OSPF（开放最短路径优先）,LAN1,PC机,WAN,LAN2,R1,R2,用路由器连接两个LAN,一般说来，通过WAN实现LAN之间的互联，路由器是唯一可行的设备。,3.3 网络拓扑结构与分类,物理拓扑：描述网络传输介质的实际布局。定义了网络的形状。逻辑拓扑：描述信号在网络节点中传输时的逻辑路径。定义了数据在节点中的传输路径。,局域网网络拓扑,星型总线型环型,双绞线以太网使用星型拓扑，而逻辑上讲其功能象总线。一种特定的网络技术能使用多种
41、布线方案。这种技术决定了逻辑拓扑。而布线方案决定了物理拓扑。物理拓扑和逻辑拓扑可以不同。,3.4 网络的传输介质,传输介质是网络中的数据传输通道、是通信中实际传送信息的载体。 传输介质决定了网络的数据传输速率、网络段的最大长度、传输的可靠性及网卡的复杂性。,电话线同轴电缆双绞线光导纤维电缆无线与卫星通信信道,传输介质的特性,物理特性传输特性连同特性地理范围抗干扰性相对价格,传输介质的选择,选择传输介质应该考虑的因素容量可靠性支持的数据类型环境范围组网的成本价格,双绞线,STP：屏蔽型双绞线UTP：无屏蔽型双绞线。有5个类别。1、2类：适于声音和低数据传输率。,双绞线,-螺旋绞合的双导线，1mm
42、-每根4对、25对、1800对-典型连接距离100m（LAN）-RJ45插座、插头-优缺点： 成本低 密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统） 平衡传输（高速率） 抗干扰性一般 连接距离较短,屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞线 (UTP),以铝箔屏蔽以减少 干扰和串音,3类、5类、6类（16M、155M、1200M）双绞线外没有任何附加屏蔽,3类电缆作为数据级别最低的电缆，数据传输率为10Mb/s以上，用于10BASET及4Mb/s令牌环网。,4类电缆，每英寸3个绞结，是电话线的标准安装电缆，传输速率为16Mb/s，用于10BASET及16Mb/s令牌环网。5类传输速率为100Mb/s，用
43、于100Mb/s TX。,RJ-45和 RJ-11接头,两种联线方式UTP/STPTIA/EIA568A标准和TIA/EIA568B标准直连线：两端线序相同 橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕交叉线：两端线序不同绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕,3类：数据传输率为10Mb/s。10Base T及4Mb/s令牌环网。4类：16Mb/s， 10Base T及16Mb/s令牌环网。5类：100Mb/s，用于100Mb/sTX。,双绞线主要特性,物理特性：按规则排列的2或4根绝缘线组成。传输特性：最普遍的应用是语音信号的传送。一条全双工音频通道的标准带宽是3003400Hz。,使用频分多路复用，每个信道占用4kHz带宽。可以复用24条音频通道。带宽达268kHz。,
