第3章 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議

第3章

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議

學(xué)習(xí)目標(biāo)

掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念熟悉ISO/OSI開放系統(tǒng)互連參考模型各層的功能，熟悉OSI中相鄰層之間通信的過程，不同計(jì)算機(jī)上同等層之間的通信過程，ISO/OSI數(shù)據(jù)封裝與解封裝的過程熟悉OSI模型中每一層數(shù)據(jù)的名稱熟悉TCP/IP體系結(jié)構(gòu)及各層協(xié)議，熟悉數(shù)據(jù)封裝過程熟悉常見物理層傳輸介質(zhì)（雙絞線、同軸電纜、光纖以及無線傳輸介質(zhì)等），熟悉線纜規(guī)范和連接方式，學(xué)會(huì)制作和測試雙絞線掌握數(shù)據(jù)鏈路層的功能，掌握HDLC協(xié)議和PPP協(xié)議的主要內(nèi)容

任務(wù)1：理解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

本任務(wù)將學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及協(xié)議分層模型這3個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最基本的概念，在此基礎(chǔ)上，理解ISO/OSI開放系統(tǒng)互連參考模型和TCP/IP參考模型，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)

3.1.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定和標(biāo)準(zhǔn)，稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（NetworkProtocol）或通信協(xié)議（CommunicationProtocol）。簡單地說，協(xié)議是通信雙方必須遵循的控制信息交換的規(guī)則集合。一般來說，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由語法、語義和同步3要素組成。（1）語法：規(guī)定通信雙方“如何講”，即確定協(xié)議元素的格式，如數(shù)據(jù)和控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。（2）語義：規(guī)定通信雙方“講什么”，即確定協(xié)議元素的類型，如規(guī)定通信雙方發(fā)出何種控制信息、執(zhí)行何種動(dòng)作以及做出何種應(yīng)答等。（3）同步(又稱語序、變化規(guī)則或定時(shí))：規(guī)定通信雙方之間“講的順序”，即通信過程中的應(yīng)答關(guān)系和狀態(tài)變化關(guān)系。同步定義了通信雙方何時(shí)進(jìn)行通信，先講什么，后講什么，講話的速度等。

3.1.2網(wǎng)絡(luò)的分層模型

網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是將網(wǎng)絡(luò)功能分解到若干層次，在每一個(gè)功能層次中，通信雙方共同遵守該層次的約定和規(guī)程，這些約定和規(guī)程稱為同層協(xié)議；二是層次之間逐層過渡，上一層向下一層提出服務(wù)要求，下一層完成上一層提出的要求，上一層必須做好進(jìn)入下一層的準(zhǔn)備工作，這兩個(gè)相鄰層次之間要完成的過渡條件稱為接口協(xié)議。接口協(xié)議可以通過硬件實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件實(shí)現(xiàn)。

1．實(shí)體與同等層實(shí)體在網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)中，每一層都由一些實(shí)體組成。實(shí)體是各層中用于實(shí)現(xiàn)該層功能的活動(dòng)元素，這些實(shí)體抽象地表示了通信時(shí)的軟件元素（如進(jìn)程或子程序）或硬件元素。實(shí)體除了是一些實(shí)際存在的物體和設(shè)備外，還可以是客觀存的與某一應(yīng)用有關(guān)的事物，如含有一個(gè)或多個(gè)程序、進(jìn)程或作業(yè)之類的成分。不同終端上位于同一層次且完成相同功能的實(shí)體，稱為同等層（對等層）實(shí)體。例如，系統(tǒng)A的第N層和系統(tǒng)B的第N層是同等層。不同系統(tǒng)同等層之間存在的通信稱為同等層通信，不同系統(tǒng)同等層上的兩個(gè)正在通信的實(shí)體稱為同等層實(shí)體。2．服務(wù)與接口在網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)模型中，每一層為相鄰的上一層提供的功能稱為服務(wù)。在同一系統(tǒng)中，相鄰兩層實(shí)體進(jìn)行交互的地方稱為服務(wù)訪問點(diǎn)。服務(wù)訪問點(diǎn)（SAP，ServiceAccessPoint）是同一個(gè)節(jié)點(diǎn)相鄰兩層實(shí)體的接口(Interface)，也可說第N層SAP是第N+1層可訪問第N層的地方。低層通過接口向高層提供服務(wù)，相鄰層通過它們之間的接口交換信息。高層不需要知道低層是如何實(shí)現(xiàn)的，僅需要知道該層通過層間接口提供的服務(wù)即可，這使得兩層之間保持了功能的獨(dú)立性。3．服務(wù)類型（1）面向連接服務(wù)面向連接服務(wù)的工作方式像電話系統(tǒng)。數(shù)據(jù)交換之前必須先建立連接，數(shù)據(jù)交換結(jié)束后終止連接，傳送數(shù)據(jù)時(shí)按序傳送。通信過程分為3部分：建立連接、傳輸數(shù)據(jù)、撤銷連接。面向連接服務(wù)比較適合在一定時(shí)期內(nèi)向同一目的地發(fā)送許多報(bào)文的情況。（2）無連接服務(wù)無連接服務(wù)的工作方式像郵政系統(tǒng)。每個(gè)報(bào)文（信件）帶有完整的目的地址，并且每一個(gè)報(bào)文都獨(dú)立于其他報(bào)文，由系統(tǒng)選定傳遞路線發(fā)送報(bào)文。計(jì)算機(jī)隨時(shí)可以向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，在兩臺(tái)通信的計(jì)算機(jī)間無須事先建立連接。3.1.3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)從體系結(jié)構(gòu)的角度來研究和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系，其核心是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)和功能分配的定義，即描述實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間互連和通信的方法以及結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能劃分為若干個(gè)層次，較高層次建立在較低層次的基礎(chǔ)上，并為其更高層次提供必要的服務(wù)功能。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層、各層協(xié)議、功能和層間接口的集合。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與具體的物理實(shí)現(xiàn)無關(guān)，即使連接到網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)和終端型號、性能各不相同，只要共同遵守相同的協(xié)議，就可以實(shí)現(xiàn)互通信和互操作。3.1.4典型案例：理解ISO/OSI開放系統(tǒng)互連參考模型1．背景分析國際標(biāo)準(zhǔn)化組織于20世紀(jì)70年代成立了信息技術(shù)委員會(huì)，專門進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的工作。在綜合了已有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多次討論研究，最后公布了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的7層參考模型RM，即開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI/RM，OpenSystemInterconnection/ReferenceModel）。此后，又分別為OSI的各層制定了協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，從而使OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)更為完善。3.1.4典型案例：理解ISO/OSI開放系統(tǒng)互連參考模型2．OSI參考模型的結(jié)構(gòu)開放系統(tǒng)互連參考模型是分層體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例，采用分層的結(jié)構(gòu)化技術(shù)，共分7層，從低到高為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層。3.1.4典型案例：理解ISO/OSI開放系統(tǒng)互連參考模型3.1.4典型案例：理解ISO/OSI開放系統(tǒng)互連參考模型圖3-3考慮通信子網(wǎng)的OSI參考模型結(jié)構(gòu)3．OSI參考模型各層的功能（1）物理層。物理層是OSI參考模型的最底層，建立在傳輸介質(zhì)的基礎(chǔ)上，利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，主要任務(wù)是在通信線路上傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)比特流，數(shù)據(jù)傳輸單元是比特。物理層提供為建立、維護(hù)和拆除物理連接所需的機(jī)械、電氣和規(guī)程方面的特性，具體涉及接插件的規(guī)格、“0”、“1”信號的電平表示、收發(fā)雙方的協(xié)調(diào)等內(nèi)容。3．OSI參考模型各層的功能（2）數(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型的第二層，在物理層提供的服務(wù)基礎(chǔ)上，負(fù)責(zé)在通信實(shí)體之間建立數(shù)據(jù)鏈路連接，數(shù)據(jù)傳輸單元是幀。數(shù)據(jù)鏈路層采用差錯(cuò)控制與流量控制方法，使有差錯(cuò)的物理鏈路改造成無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路，確保實(shí)體之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸。3．OSI參考模型各層的功能（3）網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層是OSI參考模型的第三層，負(fù)責(zé)向傳輸層提供服務(wù)，為傳輸層的數(shù)據(jù)傳輸提供建立、維護(hù)和終止網(wǎng)絡(luò)連接的手段，把上層來的數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)包在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳送。網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)傳輸單元是包（又稱分組）。3．OSI參考模型各層的功能（4）傳輸層。傳輸層是OSI參考模型的第四層，功能是保證不同子網(wǎng)的兩臺(tái)設(shè)備間的數(shù)據(jù)包可靠、順序、無差錯(cuò)地傳輸。傳輸層的數(shù)據(jù)傳輸單元是段。傳輸層負(fù)責(zé)處理端到端通信，提供建立、維護(hù)和拆除傳輸連接的功能。3．OSI參考模型各層的功能（5）會(huì)話層。會(huì)話層是OSI參考模型的第五層，利用傳輸層提供的端到端的服務(wù)，向表示層或會(huì)話層提供會(huì)話服務(wù)。會(huì)話層的主要功能是在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間建立、維護(hù)和釋放面向用戶的連接，并對會(huì)話進(jìn)行管理和控制，保證會(huì)話數(shù)據(jù)可靠傳送。3．OSI參考模型各層的功能（6）表示層。表示層是OSI參考模型的第六層，專門負(fù)責(zé)處理有關(guān)網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)信息表示方式的問題。表示層提供不同信息格式和編碼之間的轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的信息交換。除了編碼外，表示層還可以處理數(shù)組、浮點(diǎn)數(shù)、記錄、圖像、聲音等多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。表示層用抽象的方式來定義交換中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且在計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示法和網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)表示法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。表示層還提供數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)加密功能。3．OSI參考模型各層的功能（7）應(yīng)用層。應(yīng)用層是OSI參考模型的第七層，直接與用戶和應(yīng)用程序打交道，提供使程序能夠使用網(wǎng)絡(luò)的接口。應(yīng)用層不為任何其他OSI層提供服務(wù)，而只為OSI模型以外的應(yīng)用程序提供服務(wù)，例如，電子表格程序和文字處理程序。應(yīng)用層可以為相互通信的應(yīng)用程序或進(jìn)程之間建立連接、進(jìn)行同步，建立關(guān)于錯(cuò)誤糾正和控制數(shù)據(jù)完整性過程的協(xié)商等。3．OSI參考模型各層的功能（7）應(yīng)用層。應(yīng)用層是OSI參考模型的第七層，直接與用戶和應(yīng)用程序打交道，提供使程序能夠使用網(wǎng)絡(luò)的接口。應(yīng)用層不為任何其他OSI層提供服務(wù)，而只為OSI模型以外的應(yīng)用程序提供服務(wù)，例如，電子表格程序和文字處理程序。應(yīng)用層可以為相互通信的應(yīng)用程序或進(jìn)程之間建立連接、進(jìn)行同步，建立關(guān)于錯(cuò)誤糾正和控制數(shù)據(jù)完整性過程的協(xié)商等。4．OSI參考模型的數(shù)據(jù)傳輸（1）OSI模型各層的數(shù)據(jù)4．OSI參考模型的數(shù)據(jù)傳輸（2）數(shù)據(jù)傳輸過程4．OSI參考模型的數(shù)據(jù)傳輸①發(fā)送方逐層進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝②通信子網(wǎng)數(shù)據(jù)封裝與解封裝③接收方數(shù)據(jù)解封裝3.1.5典型案例：理解TCP/IP參考模型1．背景分析20世紀(jì)90年代初期，雖然整套的OSI標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定出來，但I(xiàn)nternet已在全世界飛速發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用的并不是國際標(biāo)準(zhǔn)OSI參考模型，而是TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）參考模型。雖然TCP/IP不是ISO標(biāo)準(zhǔn)，但廣泛的使用使TCP/IP成為一種“實(shí)際上的標(biāo)準(zhǔn)”，并形成了TCP/IP參考模型。實(shí)際上，ISO制定OSI參考模型的過程中，也參考了TCP/IP簇及其分層體系結(jié)構(gòu)的思想；TCP/IP在不斷發(fā)展的過程中，也吸收了OSI標(biāo)準(zhǔn)中的概念與特征。3.1.5典型案例：理解TCP/IP參考模型TCP/IP主要有以下特點(diǎn)。（1）開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以免費(fèi)使用，并且獨(dú)立于特定的計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)。（2）獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)中，更適用于互連網(wǎng)絡(luò)中。（3）統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在Internet中都有唯一的地址。（4）標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。3.1.5典型案例：理解TCP/IP參考模型2．TCP/IP參考模型的層次3.1.5典型案例：理解TCP/IP參考模型3．TCP/IP模型各層的功能（1）網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口層又稱網(wǎng)絡(luò)訪問層，是TCP/IP參考模型的最底層，功能對應(yīng)OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能。網(wǎng)絡(luò)接口層負(fù)責(zé)接收從網(wǎng)絡(luò)層發(fā)來的IP數(shù)據(jù)包，并將IP數(shù)據(jù)包通過底層物理網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，或者從底層物理網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)幀，抽取出IP數(shù)據(jù)包交給網(wǎng)絡(luò)層。3.1.5典型案例：理解TCP/IP參考模型（2）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層又稱網(wǎng)際層，是在TCP/IP中正式定義的第一層。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是處理來自傳輸層的報(bào)文，將報(bào)文形成數(shù)據(jù)分組（IP數(shù)據(jù)包），并為該數(shù)據(jù)包進(jìn)行路徑選擇，最終將數(shù)據(jù)包從源主機(jī)發(fā)送到目的主機(jī)。在網(wǎng)絡(luò)層中，最常用的協(xié)議是IP，其他一些協(xié)議用來協(xié)助IP的操作。網(wǎng)絡(luò)層在功能上非常類似于OSI參考模型的網(wǎng)絡(luò)層。3.1.5典型案例：理解TCP/IP參考模型（3）傳輸層傳輸層又被稱為主機(jī)至主機(jī)層，與OSI的傳輸層類似，主要負(fù)責(zé)主機(jī)到主機(jī)之間的端對端通信。傳輸層定義了兩種協(xié)議來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，即TCP和UDP。（4）應(yīng)用層應(yīng)用層是TCP/IP參考模型的最高層，與OSI模型中高三層的任務(wù)相同，用于提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，比如文件傳輸、遠(yuǎn)程登錄、域名服務(wù)和簡單網(wǎng)絡(luò)管理等。應(yīng)用層為用戶提供了一組常用的應(yīng)用程序，應(yīng)用程序和傳輸層協(xié)議相配合，完成發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。TCP/IP參考模型各層的主要功能4．TCP/IP各層主要協(xié)議任務(wù)2：物理層及其應(yīng)用【任務(wù)描述】物理層是OSI參考模型的最底層，是構(gòu)成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。物理層既不是指連接計(jì)算機(jī)的具體物理設(shè)備，也不是指負(fù)責(zé)信號傳輸?shù)木唧w物理介質(zhì)，而是建立在通信介質(zhì)基礎(chǔ)上的、實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間連接的物理接口。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組建、管理和維護(hù)工作中，需要直接與物理層打交道，例如，雙絞線網(wǎng)絡(luò)線纜的制作與測試，連接頭、連接插座、轉(zhuǎn)換器等組件的使用，中繼器、集線器等物理層設(shè)備的使用。為此，有必要理解物理層的功能、常見傳輸介質(zhì)以及接口規(guī)范。3.2.1物理層的功能國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)（CCITT）對物理層的定義：利用機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性在DTE和DCE之間實(shí)現(xiàn)對物理信道的建立、維持和拆除功能。物理層直接與物理信道相連，數(shù)據(jù)傳輸單位稱為比特。物理層的主要功能是為物理上相互關(guān)聯(lián)的通信雙方提供物理連接（物理信道），并在物理連接上透明地傳輸比特流。提示：透明是指經(jīng)實(shí)際電路傳送后的比特流沒有發(fā)生變化。物理層不是物理層設(shè)備或物理傳輸介質(zhì)，它定義了建立、維護(hù)和拆除物理鏈路的規(guī)范和協(xié)議，同時(shí)定義了物理層接口通信的標(biāo)準(zhǔn)，包括機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性。物理層要實(shí)現(xiàn)4種特性的匹配。3.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)1．雙絞線雙絞線（TwistedPair）是由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線按一定密度相互絞纏在一起形成的線對組成。把一對或多對雙絞線放在一條導(dǎo)管中便成了雙絞線電纜。與其他網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)相比，雙絞線在傳輸距離、信道寬度和數(shù)據(jù)傳輸速率等方面均受到一定限制，但價(jià)格較為低廉。3.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)2．雙絞線電纜的分類（1）按照線纜是否屏蔽分為:①屏蔽雙絞線（ShieldedTwistedPair）②非屏蔽雙絞線（UTP，UnshieldedTwistedPair）屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線3.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)（2）按照電氣特性分類按照電氣特性可將雙絞線分為3類、4類、5類、超5類、6類、7類等類型，數(shù)字越大，技術(shù)越先進(jìn)，帶寬越寬，價(jià)格越高。目前在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常用的是5類、超5類或6類非屏蔽雙絞線。不同類別的雙絞線價(jià)格相差較大，應(yīng)用范圍也大不相同。3．連接器件雙絞線電纜的連接器件包括電纜配線架、信息插座和接插軟線等，用于端接或直接連接電纜，使電纜和連接器件組成一個(gè)完整的信息傳輸通道。常用的連接器件有RJ-45插頭（俗稱水晶頭）和信息插座RJ-45信息模塊

屏蔽RJ-45信息模塊3.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)4．同軸電纜（1）同軸電纜的結(jié)構(gòu)3.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)（2）同軸電纜的分類①根據(jù)電纜中導(dǎo)體的直徑大小不同，同軸電纜分為粗纜和細(xì)纜兩類。通常，中心導(dǎo)體的芯越粗，信號傳輸距離越遠(yuǎn)?！翊掷|粗纜的直徑為1.27cm，最大傳輸距離500m（10Base-5）。粗纜的阻抗是75Ω?！窦?xì)纜細(xì)纜的直徑為0.26cm，最大傳輸距離185m（10Base-2），細(xì)纜的阻抗是50Ω。②同軸電纜的兩種基本類型●基帶同軸電纜：一般僅用來傳輸數(shù)據(jù)，不使用Modem，與寬帶同軸電纜相比要經(jīng)濟(jì)，適合距離較短、速率要求較低的局域網(wǎng)。外導(dǎo)體用銅做成網(wǎng)狀，特性阻抗為50（型號為RG-8、RG-58等）?！駥拵S電纜：傳輸速率較高，距離較遠(yuǎn)，成本較高。不僅能傳輸數(shù)據(jù)，還可傳輸圖像和語音信號，特性阻抗為75

（如RG-59等）。3.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)（3）同軸電纜的連接器①粗纜連接器粗纜通過收發(fā)器（Transceiver）與計(jì)算機(jī)連接。計(jì)算機(jī)通過一根電纜連接到收發(fā)器上，這根電纜稱為連接單元接口（AUI，AttachmentUnitInterface）電纜。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口卡（網(wǎng)卡）和收發(fā)器件稱為AUI連接器。3.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)②細(xì)纜連接器細(xì)纜通過BNC連接器連接到每段電纜的兩端，用于與其他細(xì)纜或BNCT型接頭連接。BNC連接器由一根中心插針、一個(gè)外套和接頭組成。BNCT型接頭有3個(gè)接口，用于連接細(xì)纜的BNC連接器或網(wǎng)卡。T型底部的接口連接到計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡上，另兩邊連接細(xì)纜的BNC接頭。BNC連接器BNCT型接頭3.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)5．光纖光纖的全稱為光導(dǎo)纖維，是一種能夠傳輸光束并且細(xì)而柔軟的通信介質(zhì)，是由石英玻璃拉成細(xì)絲，由纖芯和包層構(gòu)成的雙層通信圓柱體。（1）光纖的組成與工作原理光纖由纖芯、包層和涂覆層3部分組成3.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)（1）光纖的組成與工作原理光纖中光的傳輸原理光纖中光的傳輸3.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)（2）光纖的分類①按照折射率分布不同來分●均勻光纖（突變型光纖）：纖芯折射率n1和包層的折射率n2為常數(shù)，且n1>n2?！穹蔷鶆蚬饫w（漸變型光纖）：纖芯折射率n1隨半徑增加呈拋物線型變化至n2。②按照傳輸?shù)目偰?shù)來分●多模光纖：存在一定入射角度范圍的光線在一條光纖中傳輸。多模光纖的傳輸性能較差，帶寬較窄，傳輸容量較小，常用于建筑物內(nèi)干線子系統(tǒng)、水平子系統(tǒng)或建筑物之間的布線。●單模光纖：光纖的直徑減小到只能傳輸一種模式的光波，光纖像一個(gè)波導(dǎo)，使光線一直向前傳播，不會(huì)有多次反射。單模光纖的傳輸頻帶寬，傳輸容量大，適用于大容量、長距離的光纖通信，常用于建筑物之間的布線。單模光纖在色散、效率及傳輸距離等方面優(yōu)于多模光纖。3.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)（3）光纖通信系統(tǒng)光纖通信是一種光電混合式的通信結(jié)構(gòu)。通信終端的電信號與光纖傳輸?shù)墓庑盘栔g要進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。光電轉(zhuǎn)換通過光電轉(zhuǎn)換器完成。3.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)（4）光纖連接部件光纖連接部件主要有配線架、端接架、接線盒、光纜信息插座、各種適配器（如ST、SC、FC等）以及用于光纜與電纜轉(zhuǎn)換的連接器等，作用是實(shí)現(xiàn)光纜線路的端接、接續(xù)、交連和光纜傳輸系統(tǒng)的管理，以形成光纜傳輸系統(tǒng)通道。光纖連接器光纖適配器3.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)6．無線傳輸介質(zhì)利用無線傳輸介質(zhì)可以在自由空間中利用電磁波進(jìn)行通信。常用無線通信方式有微波、衛(wèi)星、激光和紅外線。3.2.3物理層接口標(biāo)準(zhǔn)廣域網(wǎng)物理層協(xié)議定義了DTE和DCE之間的接口規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)3.2.3物理層接口標(biāo)準(zhǔn)1．物理層接口標(biāo)準(zhǔn)DTE和DCE之間的連接需要遵循共同的接口標(biāo)準(zhǔn)。物理層通過4個(gè)特性在DTE與DCE之間實(shí)現(xiàn)物理連接。（1）機(jī)械特性機(jī)械特性又稱物理特性，規(guī)定DTE和DCE之間的連接器形式，包括連接器的形狀、幾何尺寸、引線數(shù)目和排列方式、固定和鎖定裝置等。與DTE連接的DCE設(shè)備多種多樣，因而連接器的標(biāo)準(zhǔn)有多種。常用的機(jī)械特性標(biāo)準(zhǔn)有5種：ISO2110（25針）、ISO2593（34針）、ISO4902（37針）、ISO4902（9針）和ISO4903（15針）。3.2.3物理層接口標(biāo)準(zhǔn)（2）電氣特性電氣特性規(guī)定了DTE與DCE之間多條信號線的連接方式，發(fā)送器和接收器的電氣參數(shù)及其他有關(guān)電路的特征，包括信號源的輸出阻抗、負(fù)載的輸入阻抗、信號“1”和“0”的電壓范圍、傳輸速率、平衡特性和距離的限制等。電氣特性決定了傳輸速率和傳輸距離。最常見的電氣特性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是ITU-T的V.10、V.11和V.24，與之兼容的分別是EIA的RS422-A、RS422-A和RS-232C。（3）功能特性功能特性規(guī)定接口信號具有的特定功能，即DTE和DCE之間各信號的信號含義。通常信號線可分4類：數(shù)據(jù)線、控制線、同步線和地線。（4）規(guī)程特性規(guī)程特性規(guī)定DTE和ECE之間各接口信號線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟僮鬟^程，即在物理連接的建立、維持和拆除時(shí)，DTE和DCE雙方在各電路上的動(dòng)作順序以及維護(hù)測試操作等。只有符合相同特性標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備之間才能有效地進(jìn)行物理連接的建立、維持和拆除。常見的規(guī)程特性標(biāo)準(zhǔn)有：ITU-T的V.24、V.25、V.54、X.20、X.21等。3.2.3物理層接口標(biāo)準(zhǔn)2．典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)（1）EIARS-232C/V.24接口標(biāo)準(zhǔn)EIARS-232C是EIA在1969年頒布的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)，其中，RS（RecommendedStandard）的意思是推薦標(biāo)準(zhǔn)；232是標(biāo)識(shí)號；后綴C是版本號，表示該推薦標(biāo)準(zhǔn)已被修改過的次數(shù)。RS-232C與ITV-T的V.24標(biāo)準(zhǔn)兼容，是一種非常實(shí)用的異步串行通信接口。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)提供了一個(gè)利用公用電話網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)并通過Modem將遠(yuǎn)程設(shè)備連接起來的技術(shù)規(guī)定。3.2.3物理層接口標(biāo)準(zhǔn)2．典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)RS-232C的引線分配3.2.4物理層設(shè)備與組件1．物理層組件常見的物理層組件包括物理線纜、連接頭、連接插座、轉(zhuǎn)換器等。連接頭和連接插座是配對使用的組件，作用是為網(wǎng)絡(luò)線纜連接提供良好的端接。轉(zhuǎn)換器用于不同接口或介質(zhì)之間進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換，例如DB-25到DB-9的轉(zhuǎn)換器，光纖到非屏蔽雙絞線的轉(zhuǎn)換器等。3.2.4物理層設(shè)備與組件2．常見物理層設(shè)備①中繼器的功能中繼器主要負(fù)責(zé)在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理層上按位傳遞信息，同時(shí)負(fù)責(zé)放大或再生局域網(wǎng)的信號，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)連接距離，擴(kuò)充工作站數(shù)目。②中繼器的使用原則●用中繼器連接的以太網(wǎng)不能形成環(huán)形網(wǎng)；●必須遵守MAC（介質(zhì)訪問控制）協(xié)議的定時(shí)特性：用中繼器連接電纜的段數(shù)是有限的。對于以太網(wǎng)，最多只能使用4個(gè)中繼器，因而只能連接5個(gè)網(wǎng)段，遵守以太網(wǎng)的5-4-3-2-1規(guī)則。即：最多有5個(gè)網(wǎng)段，每網(wǎng)段最大長度為100m；同一信道上最多可連接4個(gè)中繼器或集線器；其中3個(gè)網(wǎng)段可增加節(jié)點(diǎn)；另外2個(gè)網(wǎng)段除做中繼器鏈路外，不連接任何節(jié)點(diǎn)；由此組成一個(gè)共享局域網(wǎng)，總站數(shù)小于1024，網(wǎng)絡(luò)直徑2.5km。3.2.4物理層設(shè)備與組件（2）集線器（Hub）①集線器的功能●集線器在OSI7層模型中位于物理層，實(shí)質(zhì)是一個(gè)中繼器，同樣必須遵守MAC（介質(zhì)訪問控制）協(xié)議的定時(shí)特性，主要功能是對接收到的信號進(jìn)行再生放大，以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離?！窦€器是一個(gè)多端口的信號放大設(shè)備，可將接收到的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行整形放大，使衰減的信號再生到發(fā)送時(shí)的強(qiáng)度，轉(zhuǎn)發(fā)到其他處于工作狀態(tài)的端口上（廣播）。以太網(wǎng)的每個(gè)時(shí)間片內(nèi)只允許有一個(gè)節(jié)點(diǎn)占用公用通信信道發(fā)送數(shù)據(jù)，所有端口共享帶寬。●集線器只與它的上連設(shè)備（如上層集線器、交換機(jī)、路由器或服務(wù)器等）進(jìn)行通信，同層的各端口之間不直接進(jìn)行通信，而是通過上連設(shè)備再返回集線器將信息廣播到所有端口。3.2.4物理層設(shè)備與組件②集線器的分類●按集線器端口數(shù)分類：8口、12口、16口、24口、48口等?！癜醇€器提供帶寬分類：10Mbit/s、10/100Mbit/s、100Mbit/s、10/100/1000Mbit/s?！癜醇€器適用的網(wǎng)絡(luò)類型分類：以太網(wǎng)集線器、令牌環(huán)網(wǎng)集線器、FDDI集線器、ATM集線器?！癜醇€器是否支持網(wǎng)絡(luò)管理分類：非網(wǎng)管型集線器和網(wǎng)管型集線器?！癜醇€器擴(kuò)展方式分類：可堆疊集線器、不可堆疊集線器?！癜醇€器的配置分類：獨(dú)立型集線器、模塊化集線器和堆疊式集線器?！癜醇€器供電方式分類：無源集線器和有源集線器。③集線器的端口集線器通常提供3種類型的端口：RJ-45端口、BNC端口、AUI端口，以便連接不同類型電纜所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)?！馬J-45端口可以直接連接計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等終端設(shè)備，也可以與其他交換機(jī)、集線器或路由器等設(shè)備進(jìn)行連接。●BNC端口是與細(xì)同軸電纜連接的端口，一般通過BNC-T型接頭進(jìn)行連接?！馎UI端口是與粗同軸電纜連接的端口。3.2.5應(yīng)用與實(shí)踐：雙絞線網(wǎng)線的制作與測試1．雙絞線網(wǎng)線制作材料與工具（1）RJ-45接頭（2）壓線鉗（3）打線鉗（4）打線保護(hù)工具RJ-45接頭普通RJ-45壓線鉗AMP專用壓線鉗110型單線打線工具打線保護(hù)裝置110型4對打線工具2．雙絞線制作標(biāo)準(zhǔn)與網(wǎng)線類型（1）T568-A與T568-B標(biāo)準(zhǔn)①T568-A標(biāo)準(zhǔn)水晶頭的8針（或稱插針）與線對的分配。線序從左到右依次為：1-白綠（W-G）、2-綠（G）、3-白橙（W-O）、4-藍(lán)（BL）、5-白藍(lán)（W-BL）、6-橙（O）、7-白棕（W-BR）、8-棕（BR）。4對雙絞線對稱電纜中，線對2接信息插座的3、6針，線對3接信息插座的1、2針。②T568-B標(biāo)準(zhǔn)水晶頭的8針（或稱插針）與線對的分配。線序從左到右依次為：1-白橙（W-O）、2-橙（O）、3-白綠（W-G）、4-藍(lán)（BL）、5-白藍(lán)（W-BL）、6-綠（G）、7-白棕（W-BR）、8-棕（BR）。4對雙絞線對稱電纜中，線對2插入水晶頭1、2針，線對3插入水晶頭3、6針。T568-A標(biāo)準(zhǔn)接線T568-B標(biāo)準(zhǔn)接線2．雙絞線制作標(biāo)準(zhǔn)與網(wǎng)線類型（2）判斷線序?qū)⑺ь^有塑料彈簧片的一面朝下，有金屬片針腳的一面向上，而且有金屬片針腳的一端指向遠(yuǎn)離自己的方向，有方形孔的一端對著自己，此時(shí)，從左至右的引腳序號是1～8。（3）網(wǎng)線的類型①直通線直通線接法使雙絞線的兩端芯線一一對應(yīng)。如果按照T568-B標(biāo)準(zhǔn)制作，則網(wǎng)線兩端線序如表3-1所示。一般情況下，連接兩個(gè)不同類型的設(shè)備時(shí)采用直通線連接，例如，計(jì)算機(jī)-集線器或計(jì)算機(jī)-交換機(jī)相連時(shí)采用直通線。端1白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕棕端2白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕棕2．雙絞線制作標(biāo)準(zhǔn)與網(wǎng)線類型②交叉線交叉線接法（又稱1362接法）采用1和3線對對接，2和6線對對接。如果按照T568-B標(biāo)準(zhǔn)制作，則網(wǎng)線兩端線序如表所示。交叉線連接主要用于連接同種設(shè)備，例如，集線器-集線器連接、交換機(jī)-交換機(jī)連接、服務(wù)器-集線器連接、服務(wù)器-交換機(jī)連接、兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的直接連接等。端1白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕棕端2白綠綠白橙藍(lán)白藍(lán)橙白棕棕2．雙絞線制作標(biāo)準(zhǔn)與網(wǎng)線類型③設(shè)備間連線主機(jī)路由器交換機(jī)MDIX交換機(jī)MDI集線器主機(jī)交叉交叉直通N/A直通路由器交叉交叉直通N/A直通交換機(jī)MDIX直通直通交叉直通交叉交換機(jī)MDIN/AN/A直通交叉直通集線器直通直通交叉直通交叉3．雙絞線網(wǎng)線的制作（1）準(zhǔn)備好5類雙絞線、RJ-45插頭（水晶頭）和一把專用的壓線鉗。（2）用壓線鉗的剝線刀口將雙絞線的外保護(hù)套管劃開（注意不要將里面雙絞線的絕緣層劃破），刀口距雙絞線的端頭至少2cm。（3）將劃開的外保護(hù)套管剝?nèi)ィㄐD(zhuǎn)、向外抽），露出雙絞線電纜中的4對雙絞線。（4）按照EIA/TIAT568-B標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)線顏色將導(dǎo)線按規(guī)定的序號排好。（5）將8根導(dǎo)線平坦整齊地平行排列，導(dǎo)線間不留空隙，準(zhǔn)備用壓線鉗的剪線刀口將8根導(dǎo)線剪斷。（6）剪斷電纜線。注意：一定要剪得很整齊。剝開的導(dǎo)線長度不可太短，可以先留長一些。不要?jiǎng)冮_每根導(dǎo)線的絕緣外層。（7）將剪斷的電纜線放入RJ-45插頭試試長短（要插到底），電纜線的外保護(hù)層最后應(yīng)能夠在RJ-45插頭內(nèi)的凹陷處被壓實(shí)。反復(fù)進(jìn)行調(diào)整。（8）在確認(rèn)一切都正確后（特別注意不要將導(dǎo)線的順序排列反），將RJ-45插頭放入壓線鉗的壓頭槽內(nèi)，準(zhǔn)備最后的壓實(shí)。（9）雙手緊握壓線鉗的手柄，用力壓緊。（10）完成雙絞線網(wǎng)線的制作。4．網(wǎng)線的測試測試時(shí)，將雙絞線兩端的水晶頭分別插入主測試儀和遠(yuǎn)程測試端的RJ-45端口，將開關(guān)開至“ON”（S為慢速擋），主機(jī)指示燈從1至8逐個(gè)順序閃亮。任務(wù)3：數(shù)據(jù)鏈路層及其案例【任務(wù)描述】數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型的第二層，在物理層提供服務(wù)的基礎(chǔ)上，向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，在相鄰節(jié)點(diǎn)之間建立鏈路，傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)信息，并且對傳輸中可能出現(xiàn)的差錯(cuò)進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，向網(wǎng)絡(luò)層提供無差錯(cuò)的透明傳輸，為物理鏈路提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。相對高層而言，數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議都比較成熟。數(shù)據(jù)鏈路層的有關(guān)協(xié)議是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中基本的部分，在任何網(wǎng)絡(luò)中都是必不可少的層次。為此，有必要理解數(shù)據(jù)鏈路層的功能、標(biāo)準(zhǔn)和主要協(xié)議。3.3.1數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程的基本功能包括以下部分。（1）把用戶（網(wǎng)絡(luò)層）的數(shù)據(jù)組成幀，幀的開頭和結(jié)尾都要有明確的標(biāo)識(shí)。（2）提供識(shí)別和尋址一個(gè)特別發(fā)送端或接收端的手段，該發(fā)送端或接收端可能是多點(diǎn)連接的設(shè)備中的一個(gè)。（3）提供檢測和糾錯(cuò)機(jī)制，以保證報(bào)文的完整性；還必須提供流量控制手段，使得發(fā)送端發(fā)送幀的速率不大于接收端接收幀的速率。數(shù)據(jù)鏈路層的物理地址尋址數(shù)據(jù)鏈路層的物理地址尋址如圖所示。節(jié)點(diǎn)1的物理地址為A，若節(jié)點(diǎn)1要給節(jié)點(diǎn)4發(fā)送數(shù)據(jù)，那么在數(shù)據(jù)幀的頭部要包含節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)4的物理地址，在幀的尾部還有差錯(cuò)控制信息。3.3.2數(shù)據(jù)鏈路層的功能1．幀同步在數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)以幀為單位傳送。當(dāng)傳輸出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，只需將有錯(cuò)誤的幀進(jìn)行重傳，而不需要將全部數(shù)據(jù)都重傳一次。每個(gè)幀除了要傳送的數(shù)據(jù)外，還包括檢驗(yàn)碼，以使接收端能發(fā)現(xiàn)傳輸中的差錯(cuò)。幀的組織結(jié)構(gòu)必須使接收端能夠明確地從物理層收到的比特流中區(qū)分幀的起始與終止位，這是幀同步要解決的問題。常用的幀同步方法有如下4種。（1）字符計(jì)數(shù)法（2）帶字符填充的首尾界符法（3）帶位填充的首尾標(biāo)志法（4）物理層編碼違例法3.3.2數(shù)據(jù)鏈路層的功能2．差錯(cuò)控制功能差錯(cuò)是指接收端收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送端實(shí)際發(fā)出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。差錯(cuò)控制最常用的方法是檢錯(cuò)重發(fā)。接收端通過對差錯(cuò)編碼（如奇偶校驗(yàn)碼）的檢查，檢測收到的幀在傳輸過程中是否發(fā)生差錯(cuò)，一旦發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，通知對方重新發(fā)送該幀。這要求接收端收完一幀后，向發(fā)送端反饋一個(gè)接收是否正確的信息，使發(fā)送端據(jù)此做出是否需要重新發(fā)送的決定。發(fā)送端僅當(dāng)收到正確的反饋信號后，才能認(rèn)為該幀已經(jīng)正確發(fā)送完畢；否則需要重發(fā)，直至正確為止。3．流量控制功能流量控制的作用是控制相鄰兩節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)鏈路上的信息流量，使發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的能力不大于接收端接收數(shù)據(jù)的能力，使接收端在接收前有足夠的緩沖存儲(chǔ)空間接收每一個(gè)字符或幀?；瑒?dòng)窗口協(xié)議是一種采用滑動(dòng)窗口機(jī)制進(jìn)行流量控制的方法。滑動(dòng)窗口協(xié)議在提供流量控制機(jī)制的同時(shí)，還可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)幀的確認(rèn)和差錯(cuò)控制。4．鏈路管理功能鏈路管理功能主要用于面向連接的服務(wù)。在鏈路兩端的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信前，必須確認(rèn)對方已處于就緒狀態(tài)，并交換一些必要的信息對幀的序號初始化，然后才能建立連接，在傳輸過程中還要維持該連接。如果出現(xiàn)差錯(cuò)，需要重新初始化，重新自動(dòng)建立連接，傳輸完畢要釋放連接。數(shù)據(jù)鏈路層連接的建立、維持和釋放稱作鏈路管理。3.3.3典型案例：高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議1．高級數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）的基本知識(shí)HDLC是一種面向比特型的傳輸控制協(xié)議。HDLC支持全雙工通信，采用位填充的成幀技術(shù)，以滑動(dòng)窗口協(xié)議進(jìn)行流量控制。最大特點(diǎn)是數(shù)據(jù)不必是規(guī)定字符集，對任何一種比特流，均可以實(shí)現(xiàn)透明的傳輸。在鏈路上采用連續(xù)發(fā)送方式傳輸信息，發(fā)送一幀信息后，不用等待對方的應(yīng)答即可發(fā)送下一幀，直到接收端發(fā)出請求重發(fā)某一信息幀時(shí)，才中斷原來的發(fā)送。為滿足不同應(yīng)用場合的需要，HDLC定義了3種類型的通信站，2種鏈路結(jié)構(gòu)及3種數(shù)據(jù)響應(yīng)方式。3.3