计算机网络

计算机网络概述

　　1.计算机网络概念、形成和发展

　　　　概念：所谓计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统等）实现网络资源共享和信息传递的系统。

　　建立计算机网络的主要目的在于实现资源共享。即所有网络用户都能够分享各计算机的全部或部分资源，而用户不必考虑自己在网络中的位置和资源在网络中的位置。

　　　　1.面向终端的计算机网络

　　　　　面向终端的计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。

　　　　　所谓联机系统，就是由一台中央主计算机连接大量的地理上处于分散位置的终端。终端一般只有输入输出功能，不具备独立的数据处理能 力。这类简单的“终端—通信线路—计算机”系统，形成了计算机网络的雏形。

　　　　　图中Modem代表调制解调器，它是利用模拟通信线路远程传输数字信号必须附加的设备;T代表终端（Terminal）。

　　　　2.计算机-计算机网络

　　　　　计算机－计算机网络是多台主计算机通过通信线路互连起来为用户提供服务的网络系统。这样的多台主计算机 互连的网络才是目前所称的计算机网络。

　　　　　它的典型代表是ARPA网（ARPANET），1969年，由美国国防部高级研究计划局ARPA提供经费，联合计算机公司和大学共同研制而发展起来的，它标志着目前所称的计算机网络的兴起。ARPANET是一个成功的系统，它在概　　念、结构和网络设计方面都为后继的计算机网络打下了基础。

　　　　　此后，计算机网络得到了迅猛的发展，各大计算机公司都相继推出了自己的网络体系结构和相应的软硬件产品。

　　　　3.开放式标准化网络

　　　　　为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织ISO于1984 年正式颁布了一个能使各种计算机在世界范围内互连成网的国际标准ISO 7498，简称OSI/RM。

OSI/RM由七层组成，所以也称OSI七层模型。OSI/RM的提出，开创了计算机网络的新时代。

　　　　　开放式标准化网络指的就是遵循“开放系统互连基本参考模型”标准的网络系统。它具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议。

　　2.计算机网络功能及应用

　　　　1.通信功能

　　　　　不同地点的计算机可通过网络进行对话，相互传送数据、程序和信息。

　　　　2.高可靠性

　　　　　例如，所有文档可以在多台计算机上留有副本，如果其中之一不能使用（由于硬件故障），还可以使用其他副本。

　　　　　另外，多处理机的出现，意味着如果其中一台机器出现了故障，其余的处理机仍然可以分担它的任务，尽管性能可能有所下降。

　　　　3.资源共享

　　　　　（1）硬件资源的共享。共享硬件资源包括打印机、高速处理器、大容量存储设备和昂贵的专用外部设备等。

　　　　　（2）软件资源的共享。共享软件资源包括各种语言处理程序、服务程序和很多网络软件。

　　　　　（3）数据资源的共享。共享数据资源包括各种数据库、数据文件等。

　　3.计算机网络组成

　　　　1.计算机网络的硬件系统

　　　　（1）服务器

　　　　　　服务器（Server）是网络的核心设备，拥有数据库程序等可共享的资源，担负数据处理任务。如图1-2所示,它分为文件服务器、打印服务器、应用系统服务器和通信服务器等。

　　　　（2）工作站

　　　　　　工作站(Workstation）就是共享网络资源的计算机，是用户进行信息交换的界面，它需要运行网络操作系统的客户端软件。如Windows2000Professional、Windows98等

　　　　（3）通信设备

　　　　　　网络通信设备主要包括网卡及其中间连接设备，如调制解调器、中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关等。

　　　　（4）传输介质

　　　　　　传输介质是计算机网络中发送方和接收方之间的物理通道。通常有:双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输介质（如微波、红外线和激光）和卫星线路。

　　　　2.计算机网络的软件系统

　　　　（1）网络操作系统。网络操作系统主要包括：网络适配器驱动程序、子网协议和应用协议。

　　　　（2）网络应用服务系统。客户端和服务器是针对服务而言的，请求服务的应用系统是客户端，为其他应用提供服务的系统或系统软件，称为服务器，组成客户端/服务器计算机模式。

　　　　3.计算机网络的两层子网结构

　　　　1.通信子网

　　　　　通信子网主要由网络结点和通信链路组成，负责全网的信息传递。

　　　　　网络结点也称为转接结点或中间结点，它们的作用是控制信息的传输和在端结点之间转发信息。

　　　　　通信链路即传输信息的通道，它们可以是双绞线、同轴电缆、光纤、微波及卫星通信信道。

　　　　2.资源子网

　　　　　资源子网主要由提供资源的主机和请求资源的终端组成。

　　　　　它们都是信息传输的源结点或宿节点，有时也统称为端结点，负责全网的信息处理。

　　　4.计算机网络分类

　　　　按网络的地理范围分类：局域网、广域网、城域网

　　　　其它分类方法：

　　　　根据传输介质的划分：有线网、无线网

　　　　根据网络所有权性质的划分：公用网、专用网

　　　　根据通信传播方式的划分：广播式网络、点到点网络

　　　5.计算机网络的拓扑结构

　　　　拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究点、线、面之间的关系。

　　　　计算机网络的拓扑结构主要有: 总线型、环型、星型、树型、网型等。

• • 总线型：

　　　　　　所有的计算机通过相应的硬件接口直接连接到一公共的传输介质上，该公共传输介质即称为总线(BUS)。

　　　　　　任何一个计算机发送的信号都沿着传输介质双向传播，而且能被所有其他计算机所侦听到。但在同一时间内只允许一个结点利用总线发送数据。当一个结点利用总线以 “广播”方式发送数据时,其他结点可以用“监听”方式接收数据。

　　　　　　优点：布线容易，可靠性高，易于扩充，网络结点响应速度快、共享资源能力强、设备投入量少、成本低、安装使用便。

　　　　　　缺点：对总线的故障敏感,任何总线的故障都会使得整个网络不能正常运行; 随着网络用户数量的增加，总线型网络的通信效率大大下降，用户数量受到限制。

• • 环形网络：

　　　　　　环型网络是将各个计算机与公共的缆线连接，缆线的两端连接起来形成一个封闭的环，数据在环路上以固定的方向流动。 优点：结构简单、容易实现;由于路径选择简单，因此通信接口、管理软件都比较简单。 缺点：维护困难，如果环状网络上设备较多，会造成延迟；

• • 星型：

　　　　　　星型网络是由中央结点和通过点到点通信链路链接到中央结点的各个计算机组成的。采用集中控制，即任何两台计算机之间的通信都要通过中央结点进行转发，中央结点通常为集线器(Hub)/交换机(Switch)。 优点：建网容易，网络控制简单，故障检测和隔离方便； 缺点：网络中央结点负担过重，形成瓶颈;电缆长度和安装工作量大;各结点的分布处理能力较低

• • 树型：

　　　　　　树型（层次型）网络是一种分级结构，可以看成是星型拓扑的扩展。它的形状像一棵倒置的树。层次结构中处于最高位置的结点（根结点）负责网络的控制 优点：网络易扩展，路径选择方便，若某一分支的结点式线路发生故障，易将该分支和整个系统隔离 缺点：对根的依赖性大，如果根结点发生故障则全网不能正常工作

• • 网型：

　　　　　　网型结构是由星型、总线型、环型演变而来的，是前三种基本拓扑混合应用的结果。在这种网络中，网络上的每台计算机与其他计算机都有3条以上的直接线路连接 优点：容错能力最强、可靠性最高的网络拓扑 缺点：建网费用高、布线困难

　　　　6.计算机网络的传输介质

　　　　　有线传输：

　　　　　　双绞线

　　　　　　同轴电缆

　　　　　　光纤：单向传输

　　　　　无线传输：

　　　　　　无线电波

　　　　　　微波

　　　　　　红外线

　　　　　　激光

　　　　　　卫星

数据通信基础

　　1.数据通信系统模型

　　　　数据通信系统模型

　　　　通信系统的基本要素

　　　　用来实现通信过程的系统被称为通信系统。

　　　　对一个通信系统来说都必须具备三个基本要素,即信源、信宿和通信媒体。

　　　　信源是在通信过程中产生和发送信息的设备。

　　　　信宿是通信过程中接收和处理信息的设备。

　　　　通信媒体是信息传输过程中承载信息的媒体。

　　　　数据通信系统模型

　　　　实际的数据通信系统有许多连接方法，但当把许多连接方法构成的数据通信系统进行抽象化后，数据通信系统可表示成以下图所示的基本构成：

　　　　　在数据通信系统中，信源和信宿是各种类型的计算机或终端，它们被称为数据终端设备DTE。

　　　　　一个DTE通常既是信源又是信宿。把DTE之间的通路称为数据电路。

　　　　　数据电路是由传输信道及其两端的数据电路端接设备DCE组成。

　　　　　传输信道包括通信线路和通信设备。传输信道是传输信息的通道，可以是有线的，如双绞线、电缆等，也可以是无线的，如微波等。

　　　　　DCE是DTE与传输信道之间的接口设备，即数据通信系统中的信号转换设备。

　　　　　发送方的DCE有两项功能: 一是将来自DTE的数据信号进行变换，使之消除原数据信号内的直流分量，使信号频率与信道相适应，避免收发双方的不同步。二是对信号进行数/模转换，当传输信道为模拟信道时，DCE将来自DTE的数字数据信号调制成模拟数据信号。

　　　　　接收方的 DCE施行与发送方相反的功能。调制解调器和数据服务单元DSU是最常见的DCE。

　　　　2.数据通信的基本概念

　　　　　　1、数据和信息

　　　　　　数据是被记录下来的可以被鉴别的符号。可分为数字数据和非数字数据两大类。

　　　　　　数字数据由阿拉伯数字和小数点组成，它可以进行算术运算;

　　　　　　非数字数据是由不包括阿拉伯数字在内的各种符号组成的，即包括数字符号、字符、声音、图像等，它是不能进行算术运算.

　　　　　　信息是对数据的解释，数据经过处理并经过解释才有意义，才成为信息。

　　　　　　数据处理是把数据加工处理成为所需要的信息的过程。数据与信息的关系可用图2-4来表示。

　　　　　　2.模拟数据和数字数据

　　　　　　模拟数据是在某个区间内连续变化的值，例如声音和视频都是振幅连续变化的波形,又如温度和压力都是连续变化的值.

　　　　　　数字数据是离散的值，例如文本信息和整数。

　　　　　　3.信号

　　　　　　在电子技术中，信号是数据的电或电磁的编码。信号也可分为模拟信号和数字信号。

　　　　　　模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波，可以利用其某个分量来表示要传输的数据。可用以下三个部分来描述:

　　　　　　(1)振幅:用来表示信号波形变化的大小。

　　　　　　(2)频率:用来表示每秒内波形重复的次数,单位为Hz (次/秒)。

　　　　　　(3)相位:用来表示波形在单一周期内的时间位置。

　　　　　　数字信号则是一系列离散的电脉冲，可以利用其某一瞬间的状态来 表示要传输的数据。

　　　　　　无论是数字数据还是模拟数据，在传输过程中都要转换成适合于信道传输的某种信号形式。

　　　　　　模拟数据可以直接用模拟信号来表示; 数字数据可直接用数字信号来表示

　　　　　　4.信道

　　　　　　信道是指传输信息的通路。在计算机网络中有物理信道和逻辑信道之分。

　　　　　　物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，网络中两个结点之间的物理通路称为通信链路。

　　　　　　物理信道由传输介质及有关设备组成，它有多种不同的分类.

　　　　　　逻辑信道也是一种通路，它是在物理信道的基础上，由结点内部的连接来实现的。

　　　　　　5.带宽

　　　　　　带宽是指信道所能传送的信号的频率宽度，也就是可传送信号的最高频率与最低频率之差。

　　　　　　信道的带宽由传输介质、接口部件、传输协议以及传输信息的特性等因素所决定。它在一定程度上体现了信道的传输性能，是衡量传输系统的一个重要指标。

　　　　　　信道的容量、传输速率和抗干扰性等均与带宽有密切的联系。通常，信道的带宽大，信道的容量也大，其传输速率相应也高。

　　2.数据通信中的主要技术指标

　　　　　1.数据传输速率

　　　　　1.数据传输速率

　　　　　数据传输速率是指每秒钟能传输的二进制信息位数，单位为位/秒，记作bps。数据传输速率的计算公式为:

　　　　　T—表示一个数字脉冲信号的宽度或重复周期,单位为秒;

　　　　　N—表示一个数字脉冲信号所能表示的有效离散值的个数.

　　　　　一个数字脉冲又称为一个码元。若一个码元所表示的二进制的有效值状态为2，即只有0和1，N=2，则该码元只能携带一个二进制信息;若一个码元所表示的二进制的有效值状态为4，即为00、01、10、11,N=4，则该码　　　　　　元只能携带两个二进制信息.以此类推，若一个码元所表示的二进制的有效值状态为N,则该码元只能携带log2 N个二进制信息。

　　　　　2.调制速率

　　　　　　　如上所述，当N=2时，S=1/T，此时数据传输速率就等于每秒钟所能传送的码元数量。可以引出另一个描述数据传输速率的技术指标，即调制速率，又称波特率、码元速率，单位为波特（Baud）。计算公式为: B=1/T

两式合并可以得出调制速率和数据传输速率的对应关系式：

 

　　　　2.信道容量

　　　　信道容量表征一个信道传输数据的能力，单位：位/秒（bps）。

　　　　信道容量与数据传输速率的区别在于,前者表示信道的最大数据传输速率，而后者则表示实际的数据传输速率。

　　　　表征信道数据传输能力的奈奎斯特公式：

　　　　C=2Hlog2 N（bps）　　　　　　··

　　　　　　C表示该信道最大的数据传输速率

　　　　　　H表示信道带宽,也称频率范围,即信道能传输的上、下限频率的差值，单位为Hz。

　　　　　　N仍然表示携带数据的码元可能取的离散值的个数

　　　　由以上两式可见，对于特定的信道，其调制速率不可能超过信道带宽的2倍,但若能提高每个码元可能取的离散值的个数,则数据传输速率便可成倍提高。

　　　　3.误码率

　　　　误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。

　　　　误码率等于被传错的二进制数据位数与所传二进制数据总位数之比，设传输的二进制数据的总位数为N位,传错的二进制数据总位数为Ne，则误码率的计算公式为：Pe=Ne/N

　　　　在计算机网络中，一般要求误码率要低于10-6 ，即平均每传输106 位数据仅允许有一位出错。

　　　　传输介质的误码率是由其特性决定的，双绞线的误码率在10 -6 ～10-5 之间，基带同轴电缆的误码率低于10-7 ，宽带同轴电缆的误码率低于10-9 ，光纤的误码率可以低于10-10 。

　　　　4.时延

　　　　时延是指一个数据报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传输到另一端所需的时间

　　　　1.数据传输时延：传输时延=介质信道长度/电磁波在信道中的传输速率

　　　　2.数据发送时延：发送时延是指发送一个完整的数据块所需要的时间，其计算公式为：发送时延=数据块长度/数据传输速率

　　　　3.数据排队时延：

　　　　排队时延是指数据在各交换结点等待发送而在缓存的队列中排队所需要的时间。

　　　　排队时延的大小主要由当时网络中的通信量来决定。当网络中通信量过大时，还有可能造成队列溢出、数据丢失等情况。

　　　　数据总的时延为以上三种时延之和，即：总时延=数据传输时延+数据发送时延+数据排队时延

　　　　5.吞吐量

　　　　吞吐量是指成功传输数据量的大小。这是衡量网络性能的技术指标之一。一般情况下，成功传输的数据量（吞吐量）小于总的数据传输量

　　3.通信方式

　　　并行通信和串行通信是两种基本的通信方式。计算机和外部设备之间的并行通信一般通过计算机的并行端口（LPT）,串行通信通过串行端口（COM）

　　　　1.并行通信

　　　　在并行通信中，一般有多个数据位同时在两台设备之间传输

　　　　优点:传输速率快

　　　　缺点:线路成本高，不易维修，易受干扰

　　　　2.串行通信

　　　　在串行通信中，数据是一位一位地在通信线路上进行传输的。由于数据在计算机内部总线上的传输方式是并行传输，所以计算机与计算机之间通过串行线路进行通信时，就要使用并/串转换设备在发送端将并行数据转换成串行数据，然后再逐位地通过通信线路到达接收端，在接收端则将串行数据重新转换成并行数据，以便处理

　　　　在网络中，数据的串/并行转换是由网卡负责的。此外，微机与Modem之间的通信也是串行通信

　　　　优点:架设方便，容易维护，线路成本低

　　　　缺点:传输速率较慢

　　　　3.同步通信和异步通信

　　　　　　异步通信

　　　　　　异步通信又叫群同步通信。在这种通信系统中，传输的信息被分成若干个“群”。

　　　　　　所谓的“群”，一般是以字符为单位,在每个字符的前面加上起始位，在结束处加上终止位，从而组成一个字符序列。

　　　　　　数据传输的过程中，字符与字符间的间隔时间是任意的，即字符间采用异步定时，但字符中的各个比特用固定的时钟频率传输。所以，在数据通信中，习惯上称之为“异步通信”。在这种通信方式中，每个字符以起始位和终止位加以分隔，故也称为“起-止”传输。

　　　　　　在没有数据发送时，发送方可发送连续的终止位

　　　　　　同步通信：接收端接受的每一位数据和发送端准确保持同步，中间没有时间间断

　　　　　　与异步相比，同步发送的数据是整批的，传输效率更高

　　　　　　同步通信

　　　　　　在同步通信方式下，接收端接收的每一位数据都要和发送端准确地保持同步，中间无间断时间，实现这种同步的方法可分为外同步法和自同步法两种。

　　　　　　外同步法，接收端的同步信号事先由发送端传来，而不是自己产生也不是从信号中提取出来的。 即在发送数据之前，发送端先向接收端发出一串同步时钟脉冲，接收端按照这个时钟脉冲频率和时序锁定接收频率，以便在接收数据的过程中始终与发送端保持同步。然后向发送端发送准备接收的确认信息，发送端接收到确认信息后，开始发送数据。

　　　　　　自同步法是指接收端能从接收到的数据信号波形中提取同步信号的方法。典型的例子就是著名的曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。在这两种编码方法中都是将时钟和数据包含在信号中，在传输代码信息时，也将时钟同步信号一起传输给对方。

　　　　　　与异步通信相比，同步通信的数据传输是整批的，比起异步通信一次一个字符来，效率要高。

　　　　4.数据通信的方向

　　　　　在串行通信中，依数据流的方向，又可分为单工、半双工以及全双工等三种模式

　　　　　单工通信：例电视

　　　　　半双工通信：在某一个时间点，只允许单向，例：对讲机

　　　　　全双工通信：计算机和计算机的通信

　　4.数据传输

　　　　数据传输的形式

　　　　　数据传输可以是连续的模拟信号，也可以是离散的数字信号。

　　　　　模拟数据和数字数据中的任何一种数据都可以通过调制或编码的过程形成两种信号（模拟和数字）中的任何一种信号。于是就产生了四种数据传输形式

　　　　基带传输

　　　　　所谓基带是指调制前原始信号所占用的频带，是原始信号所固有的基本频带。

　　　　　在信道中直接传送基带信号时，称为基带传输。

　　　　　使用基带传输时，首先解决数据的编码问题，即如何把数字数据用物理信号的波形表示。数字数据是由二进制组成的，而数字信号是由离散的电压式电流的脉冲序列组成的，每个脉冲代表一个信号单元，或称码元。

　　　　　　不归零码

　　　　　　不归零码是一种全宽码，即信号波形在一个码元全部时间内发出或不发出电流，每一位码元都占用全部码元宽度。

　　　　　　单极性不归零码：单极性不归零码脉冲是以无电压（无电流)表示“0”，用恒定的正电压表示“1”

　　　　双极性不归零码：双极性不归零码是以恒定的负电压表示“0”,以恒定的正电压表示“1”

　　　　　　归零码

　　　　　　归零码就是一个码元的信号波形不占用码元的全部时间，即在一个码元时间内发出电流的时间短于一个码元的时间宽度,发出的是窄脉冲。所以不论码元发出电流还是不发出电流，码元波形都“归零”，因此这种信号编码为归零码。

　　　　　　码元中间的信号回归到0电平，因此任意两个码元之间被0电平隔开。这种编码方案有更好的噪声抑制特性。

　　　　　　从正电平到零电平的转换边表示码元0，而从负电平到零电平的转换边表示码元1，同时每一位码元中间都有电平转换，使得这种编码成为自定时的编码。

　　　　　　单极性归零码指的是在整个码元期间高电平只维持一段时间，其余时间返回零电平，即归零码的有电脉冲宽度比码元宽度窄（即占空比<1），每个脉冲在还没有到一个码元终止时刻就回到零值。主要优点是可以直接提取同步信号。

　　　　　　双极性归零码使用正、负二个电平分别来描述信号1和0，每个信号都在比特位置的中点时刻发生信号的归零过程。通过归零，使每个比特位（码元）都发生信号变化，接收端可利用信号跳变建立与发送端之间的同步。它比单极性和非归零编码有效。缺陷是每个比特位发生两次信号变化，多占用了带宽。

　　　　　　曼彻斯特码

　　　　　　将一个码元时间一分为二，如果在前半个码元时间里，电压为高电平，在马院的中间发生电压跳变，从高到低表示1，从低到高表示0

　　　　　　位码元中间的跳变既做时钟信号，有做数据信号

　　　　　　差分曼彻斯特编码

　　　　　　差分曼彻斯特码也是首先将一个码元时间一分为二，如果在一个码元开始处有跳变（跳变方向根据前一码元的后半周期而定),则表示“0”，如果在一个码元开始处无跳变，则表示“1”。但任何波形都在码元的中间位置进行跳变。

　　　　　　从曼彻斯特码和差分曼彻斯特码的脉冲波形中可以看出，这两种双极型编码的每一个码元都被调制成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的 1/2。

　　　　　　这两种编码方法都将时钟和数据包含在信号中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输给对方，所以这两种编码都属于自同步编码。

　　　　频带传输

　　　　　频带传输也称宽带传输，就是把基带数字数据经调制变换,变成能在公共电话线上传输的模拟信号，模拟信号经模拟传输介质传送到接收端后，再还原成原来数据的传输。

　　　　　频带传输实际上是模拟传输。计算机网络和远程通信通常采用频带传输。使用模拟通信系统传输数字数据时，需要借助于调制解调装置

　　　　　相应于载波信号的振幅、频率和相位这三个特征，数字信号的模拟调制有三种基本调制技术:移幅键控法、移频键控法和移相键控法。

　　　　　　移幅键控法

　　　　　　移幅键控就是把频率和相位设为常量，把振幅定义为变量。即用载波的两种不同的振幅来表示二进制值的两种状态。

　　　　　　用振幅恒定的载波的存在表示“1”，而用载波的不存在表示“0”。

　　　　　　ASK方式容易受增益变化的影响,是一种效率相当低的调制技术。在电话线路上，通常只能达到1200bps的速率。

　　　　　　移频键控法

　　　　　　移频键控也叫频率键控，是把振幅和相位作为常量，而用载波频率附近的两个不同频率来表示两个二进制值。

　　　　　　它以频率较低的信号状态代表“0”，以频率较高的信号状态代表“1”。

　　　　　　移频键控方式比起移幅键控方式来，不容易受干扰的影响.

　　　　　　利用音频通信线路传送移频键控信号时，通常传输速率可达1200bps。这种方式一般用于高频(3～30MHz）的无线电传输,它甚至也能用于较高频率、使用同轴电缆的局部网络。

　　　　　　移相键控法

　　　　　　移相键控就是把振幅和频率定义为常量，而用相位的变化来表示二进制值的变化。

　　　　　　（1）绝对移相键控

　　　　　　　　所谓绝对移相（APSK），就是利用正弦载波的不同相位直接表示数字，例如，用载波信号的相位差为π的两个不同相位来表示两个二进制值。当传输的基带信号为“1”时，绝对移相键控信号和载波信号的相位差为“0”;当传输的基带信号为“0”时，绝对移相键控信号和载波信号的相位差为π。如果基带信号是单极性不归零码脉冲序列，则绝对移相键控信号如图所示

　　　　　　（2）相对移相键控

　　　　　　　　相对移相键控也叫差分移相键控，是利用前后码元信号相位的相对变化来传送数字信息的。

　　　　　　　　例如，当传输的基带信号为“1”时，后一个码元信号和前一个码元信号的相位差为π; 当传输的基带信号为“0”时，后一个码元信号和前一个码元信号的相位差为0。

　　　　　　　　如果基带信号是单极性不归零码脉冲序列，则相对移相键控信号如图所示

　　　　　　　　移相键控(PSK)技术有较强的抗干扰能力，而且比FSK方式更有效，可以有效提高数据传输速率。

　　　　　　　　移相键控法(PSK）和移幅键控法(ASK）还可以组合使用，这种方式称为相位幅度调制PAM。在音频通信线路上,相位幅度调制信号的传输速率最高可达9600bps

　　　　其他数据传输形式

　　　　　　模拟数据的数字传输

　　　　　　当利用数字通信媒体传送模拟信号时就要对模拟数据进行数字信号编码。

　　　　　　方法如下:在发送端设置一个编码器，将模拟信号转换成数字信号再发送，而在接收端设置一个解码器，将接收的数字信号转变成模拟信号。

　　　　　　脉冲编码调制PCM是把模拟信号转换成数字信号的最基本方法之一，它是由美国贝尔实验室于1939年研发的，常用于对语音信号进行编码。

　　　　　　PCM处理信号的方法，基本上可分三个步骤: 采样、量化、编码

　　　　　　采样:即以模拟信号频率的两倍以上的频率来定时采样。目前一般采用8000次/秒的采样频率。每一个采样信号称为PAM。

　　　　　　量化:其目的是为每一个PAM信号设定一个对应值，若量化的范围在0～127之间，则每个采样要用7位二进制数(27 =128）来表示，而量化速率需要56000bps（8000×7=56000）,若量化的范围在0～255之间,则每个取样　　　　　　需要用8位二进制数(28 =256)来表示，而量化速率需要64000bps（8000×8=64000）。

　　　　　　编码:为了能精确地还原成原来的模拟信号,量化值编码在传送数字至数模转换器时，其速率必须和采样时一样。经过转换后，信号才会和原来的模拟信号波形接近

　　　　　　模拟数据的模拟传输

　　　　　　模拟数据经由模拟通信系统传输时不需要进行变换，但是,由于考虑到便于无线传输和频分多路传输的需要，模拟形式的输入数据可在高频正弦波下进行模拟调制。

　　　　　　模拟调制有振幅调制、频率调制和相位调制三种调制技术，最常用的两种调制技术是振幅调制（AM）和频率调制（FM）

　　5.多路复用技术

　　　　在数据通信或计算机网络系统中，传输介质的带宽或容量往往超过传输单一信号的需求，为了有效地利用通信线路，希望一个信道同时传输多路信号，这就是所谓的多路复用技术。

　　　　采用多路复用技术能把多个信号组合在一条物理信道上进行传输，其方法是在发送端将若干个彼此无关的信号合并为一个能在一条共用信道上传输的复合信号，在信号的接收端还能将复合信号分离出与原来一样的若干个　　彼此无关的信号来。

　　　　多路复用技术的原理如图所示，由多路复用器合并N个输入通道的信号(N取决于所用传输介质的限制因素）组成一路复合信号,经传输速率较高的线路传输后,由多路译码器将复合信号按通道号再分离出来，然后把它们送到相应的输出端。

　　　　时分多路复用

　　　　　所谓时分多路复用是将一条物理信道按时间分成若干个时间片（时隙）轮流分配给多个信号使用。

　　　　　每一时间片由要复用的一个信号占用，一个信号的时间片用完后，信道再分配给下一个信号。这样利用每个信号在时间上的交叉，就可以在一条物理信道上传输多个数字信号了。

　　　　频分多路复用

　　　　　频分多路复用电路常用于模拟信号的传输，其工作原理是:按照频率划分信号的方法，把传输频带分成若干个较窄的频带,每个窄频带构成一个子通道，独立地传输信息。

　　　　　FDM将每一信息经调制变成不同的载波频率，各个信号都有自己的带宽。为了避免信号彼此干扰，各载波之间留有适当的频率间距,各载波之间便不会有因信号的互相重叠而发生干扰的现象产生。

　　　　波分多路复用

　　　　　波分多路复用是在光纤信道上使用频分多路复用的一个变种，其基本原理是: 利用波分多路复用设备将不同信道的信号调制成不同波长的光，并复用到光纤信道上。在接收方，采用波分设备分离不同波长的光。主要用于光纤通信。它是利用不同波长的光在一条光纤上同时传输多路信号。

　　　　　两根光纤连接到一个棱柱(或更可能是衍射光栅）上，每根光纤的能量处于不同的波段。两束光通过棱柱或光栅,合成到一根共享的光纤上，传送到远方的目的地，随后再将它们分解开来。

　　6.数据交换技术

　　　　数据通信最简单的形式是两个结点直接用线路连接进行通信，但在计算机网络中所有设备和计算机都直接相连是不现实的。

　　　　解决这一问题的方法就是设置交换结点，各通信结点和交换结点相连，再把各交换结点用通信线路相连，从而组成通信网络。

　　　　在数据通信网络中通过网络结点的某种转接方式来实现从任一端系统到另一端系统之间数据通路接续的技术，就称为“数据交换技术”或“数据交换方式”。

　　　　电路交换

　　　　在采用电路交换技术进行数据传输期间，在源结点和目的结点之间有一条利用中间结点构成的专用物理连接线路，直到数据传输结束。

　　　　过程：

　　　　1.电路建立

　　　　2.数据传输

　　　　3.电路拆除

　　　　电路交换的特性：

　　　　（1）适合语音通信。

　　　　（2）数据传送时速率是固定的，因此没有传输延迟现象。

　　　　（3）因其电路信道有占用性，信道利用率不高。

　　　　（4）通信时，双方设备必须都处于可用的状态。

　　　　（5）线路不具有记忆性。

　　　　报文交换

　　　　报文交换属于存储转发交换。报文交换的数据传输单位是报文。

　　　　所谓报文就是包括结点所要发送的数据及源结点地址、目的结点地址和其他控制信息在内的数据块。报文可随机发送,且长度不限。

　　　　报文交换不需要在通信双方之间建立专用通路，而采用“存储转发”的方式。当一方要发送一个报文时,先将包括目的结点地址在内的控制信息加到所要传输的数据上，形成报文，并发送到与其相连的中间结点上。网络结点在收到报文后,先检查报文有无错误，将报文暂存在本结点，然后根据报文的目的结点地址及路由信息将报文转发到下一个结点，就这样一直转发下去，直到报文到达目的结点为止。

　　　　报文交换的特性：

　　　　（1）可提高线路的利用率。

　　　　（2）通信时，双方不必都处于可用状态，可以把一个报文同时向多个目的地发送。

　　　　（3）当出现大量通信时，信息会被延时传送，而不会被拒绝传送。

　　　　（4）中间结点收到的数据过多而无法存储或不能及时转发时，会丢失报文，影响数据传送的正确性。

　　　　分组交换

　　　　分组交换技术也属于存储转发交换技术。

　　　　它是把一个报文分成若干个较小的报文分组，每个分组的长度有一个上限。在发送方将报文分割成若干个分组后，每个分组都有一个编号，各个分组经网络结点存储转发到达目的结点后，目的结点再按分组编号重组报文。为此在发送端和接收端都应有分组拆装设备PAD，在网络中要有分组交换设备PSE。

　　　　数据报

　　　　虚电路

　　　　数据报和虚电路的区别：

　　　　数据报的传递路径并非唯一

　　　　就可靠性而言，则以数据报较佳

　　　　蓄电宝适用于实时数据传送

　　7.差错控制

　　　　差错控制概述

　　　　差错控制是指在数据通信过程中能发现或纠正差错，把差错限制在尽可能小的允许范围内的技术和方法。

　　　　一般来说，传输中的差错是由噪声引起的。噪声有两大类,一类是信道固有的、持续存在的随机热噪声，另一类是由外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声。

　　　　热噪声所引起的差错是随机差错，可在物理信道设计时，选用质量高的媒体来提高信噪比，尽量减少热噪声的影响，因而由它导致的随机差错通常较少。

　　　　冲击噪声具有突发性，所引发的差错称为突发差错。冲击噪声有时幅度可能相当大，无法通过提高信号幅度来避免，所以冲击噪声是引起传输差错的主要原因。

　　　　利用差错控制编码来进行差错控制的方法基本上有两类，一类是检错重发法,如自动请求重发ARQ;另一类是前向纠错FEC。

　　　　在ARQ方式中，接收端检测出有差错时，就设法通知发送端重发，直至收到正确的码字为止。

　　　　在FEC方式中，接收端不但能发现差错,而且能确定二进制码元发生错误的位置，从而加以纠错。

　　　　因此，差错控制编码又可分为检错码和纠错码。

　　　　检错码是指能自动发现差错的编码。

　　　　纠错码是指不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码。FEC方式采用纠错码。

　　　　奇偶校验码

　　　　奇偶校验是一种最基本的校验方法，奇偶校验码是一种检错码。

　　　　其方法是在面向字节的数据通信中，在每个字节的尾部加上一个校验码，构成一个带有校验位的码组，使得码组中“1”的个数成为偶数(称为偶校验)或者奇数(称为奇校验)，并把整个码组一起发送出去。

　　　　接收端在收到信号后，对每一个码组检查其中“1”的个数是否为偶数（对奇校验则检查“1”的个数是否为奇数），如果检查通过就认为收到的数据正确，否则发回一个信号给发送端，要求重新发送该段数据。

　　　　循环冗余码

　　　　奇偶校验码作为检错码虽然简单，但是漏检率太高。

　　　　在计算机网络和数据通信中用得最广泛的检错码是一种漏检率低得多的也便于实现的循环冗余码CRC。

　　　　CRC的原理为:

　　　　　　假设要传送的信息有k位,则发送端会自动加上r位的校验序列，然后再传送出去，这k+r位数可以被某个事先设定好的数整除。

　　　　　　当接收端收到数据后用原先那个设定好的数来除，若没有余数出现，则表示数据传送正确；相反，若有余数出现，则表示数据传送有误。

 

网络体系结构

　　1.网络体系结构

　　　计算机网络是一个涉及计算机技术、通信技术等多个领域的复杂的系统。在网络中包含多种计算机系统，它们的硬件和软件系统各异，要使其能协同工作以实现信息交换和资源共享,它们之间必须具有共同的语言。为计算机网络中相互通信的对等实体之间的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合称为网络协议（Protocol）。

　　　网络协议主要由下列三个要素组成:

　　　（1）语义。确定协议元素的类型，如规定通信双方要发出的控制信息、执行的动作和返回的应答等。

　　　（2）语法。主要是确定协议元素的格式。它涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。

　　　（3）定时。是事件实现顺序的详细说明。它涉及速度匹配和排序等。

　　　一个功能完备的计算机网络需要制定一套复杂的协议集。最好的组织方式是按照工程设计中常用的结构化设计方法，将计算机网络按功能划分为若干个层（Layer）。

　　　一般分层结构中，n-1层为n层提供服务,同时n层又是n+1层的服务提供者。n+1层不仅直接使用了n层提供的服务,而且它还通过n层间接地使用了 n-1层以及以下所有各层的服务。

　　　最高层（第3层）：通话双方都需具备计算机通信的相关知识，使其能够听懂对方所谈的内容。即通话双方事先要对所讨论的问题有所约定(将其视为该层协议)，将此层称为认知层。

　　　中间层（第2层）：通话双方都需具有共同的语言，使他们能够听懂对方所说的话。如果双方使用的是不同的语言，则要通过各自的翻译实现通话。而在通话之前，双方的翻译要对所使用的语言有所约定（即为该层协议），将此层称为语言层。

　　　最低层（第1层）：将每一方所讲的话变为电信号，传输到对方后，再还原为可听懂的语音。在进行传输之前，通信双方要确定是采用电话网、电报网或是其他什么手段进行通信（即为该层协议），将此层称为传输层。

　　　（1）除了物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。

　　　（2）对等层的虚通信必须遵循该层的协议。

　　　（3）n层的虚通信是通过n与n-1层间接口处的n-1层提供的服务以及n-1层的通信（通常也是虚通信）来实现的。

　　　　分层遵守的主要原则

　　　　1.每层的功能应是明确的并且相互独立

　　　　2.层间借口清晰，跨越接口的信息量应尽可能少

　　　　3.层数应适中

　　　　4.标准化。

　　　　开放系统互连参考模型 OSI

　　　　OSI参考模型并非具体实现的描述,它只是一个为制定标准而提供的概念性框架。在OSI中,只有各种协议是可以实现的,网络中的设备只有与OSI有关协议相一致时才能互连。

　　　　OSI分层结构

　　　　　1.物理层

　　　　　　物理层主要功能是为数据链路层提供一个物理连接，以保证在通信信道上 “透明”地传输数据(比特流)。传输介质可以是多种多样的，双绞线、同轴电缆、光纤或其他，如微波等。

　　　　　　物理层协议的目的是要屏蔽掉各种传输介质的差异性，以实现传输介质对计算机系统的独立性。该层的数据单元是比特。

　　　　　2.数据链路层

　　　　　　数据链路层主要功能是在物理层提供的服务基础上，在通信实体之间建立数据链路连接，无差错地传输数据帧。

　　　　　　数据链路层协议的目的是把一条有可能出错的物理链路变成让网络层实体看起来是一条不会出错的数据链路。该层的数据单元是帧。

　　　　　3.网络层

　　　　　　网络层主要功能是为数据分组进行路由选择，并负责通信子网的流量控制、拥塞控制。对于一个通信子网，各结点只包含低三层。该层的数据单元是分组。

　　　　　4.传输层

　　　　　　传输层主要功能是为会话层提供一个可靠的端到端连接，以便使两个系统之间透明地传输报文。该层的数据单元是报文。

　　　　　5.会话层

　　　　　　会话层主要功能是在传输层提供的可靠的端到端的连接的基础上,在两个应用进程之间建立会话连接,并对 “会话”进行管理,保证“会话”的可靠性。会话层及以上的数据单元都称为报文。

　　　　　6.表示层

　　　　　　表示层主要功能是完成被传输数据的表示工作，如数据格式、数据转换、数据加密与数据压缩等语法变换服务。

　　　　　7.应用层

　　　　　　应用层作为参考模型的最高层，其功能与应用进程有关，如虚拟终端、文件传输、电子邮件、远程登录等。

　　　　OSI数据传送单元

　　　　 1.协议数据单元PDU

　　　　　　PDU是某层对等实体之间进行通信时,该层协议所操纵的数据单元，由协议控制信息和用户数据信息两部分组成，即 PDU=PCI+UDI。

　　　　 2.接口数据单元IDU

　　　　　　在同一系统相邻两层实体之间的交互中，经过层间接口的数据单元就是接口数据单元IDU。因此，IDU就是层间接口实际所操作的数据单元。

　　　　 3.服务数据单元SDU

　　　　　　在同一系统相邻两层实体之间的交互中，下层向上层提供服务时所使用的数据单元。

　　　　OSI环境中数据的传输过程

　　　　（1）当源计算机的应用进程I的数据传送到应用层时,应用层加上本层的控制报头AH，组成应用层的数据单元，然后送到表示层。

　　　　（2）表示层收到数据以后,加上本层的控制报头PH,组成表示层的数据单元，送到会话层。

　　　  （3）会话层收到数据以后，同样加上本层的控制报头SH，组成会话层的数据单元，送到传输层。

　　　　（4）传输层收到这个数据以后，加上本层的控制报头TH，组成传输层的数据单元，这时就称为报文。

　　　　（5）传输层的报文送到网络层时，由于网络层数据单元的长度的限制，传输层的报文将被分割成多个较短的数据字段，加上网络层的控制报头NH，构成网络层的数据单元，即分组。

　　　　（6）当网络层的分组到达数据链路层以后，在分组的前后加上数据链路层的控制报头DH，就构成了数据链路层的数据单元，即帧。

　　　　（7）数据链路层的帧到达物理层以后，物理层将以比特流的方式，把数据通过传输介质传输出去。

　　　　（8）当比特流到达目的计算机时，再从物理层依次往上传输，每层去掉本层的控制报头，将数据上传到上一层，最终传到目的计算机的应用进程II。

　　2.物理层

　　　　物理层概述

　　　　物理层位于 OSI参考模型的最底层，它向下是物理设备之间的接口，直接与传输介质相连接，使二进制数据流通过该接口从一台设备传给相邻的另一台设备，且为上层数据链路层提供服务。

　　　　为了便于不同的制造厂家能够根据公认的标准各自独立地制造设备，使各个厂家的产品都能够相互兼容,DTE-DCE接口必须标准化。包括以下四个方面的特性:

　　　　(1)机械特性。物理层的机械特性规定了连接时所采用的可接插连接器的规格和尺寸、连接器中引脚的数目和排列情况等.

　　　　(2)电气特性。物理层的电气特性规定了在物理连接上传输二进制比特流时，线路上信号电压高低、阻抗匹配情况、传输速率和距离的限制等。

　　　　(3)功能特性。物理层的功能特性规定了物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。

　　　　(4)规程特性。物理层的规程特性规定了利用信号线进行比特流传输的一组操作过程，即各信号线的工作规则和先后顺序.

　　　　物理层协议描述

　　　　EIA RS-232C接口标准

　　　　EIA RS-232C特性

　　　　　　1.机械特性

　　　　　　2.电气特性

　　　　　　3.功能特性

　　　　　　4.规程特性

　　　　①呼叫建立阶段

　　　　②数据传送阶段

　　　　③线路拆除阶段

　　3.数据链路层

　　　　数据链路层概述

　　　　数据链路层是OSI参考模型中的第二层，位于物理层和网络层之间，它在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务。

　　　　数据链路层的作用就是: 将物理层传输原始比特流而提供的可能出差错的链路改造成为逻辑上无差错的数据链路。这里,使用了“链路”和“数据链路”这两个术语，它们的含义是不同的。

　　　　所谓“链路”就是一条无源的点到点的物理线路段,中间没有任何交换结点。可见一条链路只是一个通路的一个组成部分，即指的是要通信的两结点之间的通信媒体。

　　　　但“数据链路”却是另一个概念。这是因为当需要在一条线路上传送数据时，除了必须具有一条物理线路外，还必须有一些必要的规程来控制这些数据的传输。这些规程的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。

　　　　数据链路层协议描述

　　　　数据链路层协议。一般分为面向字符、面向字节计数和面向比特三种。

　　　　面向字符是指链路上所传送的数据必须是由规定字符集（例如ASCII码）中的字符所组成。

　　　　与面向字符协议相类似的是面向字节计数的协议，如DEC公司的数字数据通信报文协议，其特点是以字节作为协议数据单元长度的基本计数单位。

　　　　它们都有同样的一个问题:对数据传输的透明性较差，通信线路利用率低。

　　　　HDLC的规程要素

　　　　为了适应不同配置、不同操作方式和不同传输距离的数据链路，HDLC定义了三种类型的站、两种链路配置和三种数据传输方式。

　　　　　(1）三种类型的站

　　　　　①主站:对链路进行控制，主站发出的帧称为命令帧。

　　　　　它的主要功能是:发送命令帧和接收响应帧，并负责对整个链路实施管理。

　　　　　②次站:在主站控制下进行操作,次站发出的帧称为响应帧。在多点链路中，主站与每一个次站之间都有一个分开逻辑链路。

　　　　　它的主要功能是:接收来自主站的命令帧，向主站发送响应帧，并配合主站参与对链路的控制。

　　　　　③复合站:具有主站和次站的双重功能。

　　　　　它的主要功能是:既能发送命令帧和接收响应帧,又能接收命令帧和发送响应帧，并负责对整个链路的控制。

　　　　(2）两种链路配置

　　　　　①非平衡配置:如图1所示,由一个主站和若干个次站组成。这里,按次站的数量多少可分为点-点式和多点式两种,前者由一个主站和一个次站组成，后者则由一个主站和多个次站组成。

　　　　　②平衡配置:如图2所示，它只能是点到点工作,由两个复合站组成。

　　　　（3）三种数据传输方式

　　　　　①正常响应方式NRM:这种方式是只有主站才能发起向次站的数据传输,而次站只有在主站向它发送命令帧进行轮询(Poll)时，才能以响应帧的形式回答主站，适合于非平衡配置。

　　　　　②异步响应方式ARM:这种方式允许次站发起向主站的数据传输，即次站不需要等待主站发过来的命令，就可以向主站发送响应帧。适合于非平衡配置。

　　　　　③异步平衡方式ABM:其特点是每个复合站都可以平等地发起数据传输,而不需要得到对方复合站的允许,适合于平衡配置。

　　　　　HDLC的帧结构

　　　　　　位填充技术的工作原理:在发送端,只要发现用户数据中有5个连续1,则立即在其后插入一个0。因此经过这种位填充后的数据，就可以保证不会出现6个连续1。在接收一个帧时，先找到F字段以确定帧的边界,接着再用硬件对其中的比特流进行扫描。每当发现5个连续1时，就将这5个连续1后的一个0删除，以还原成原来的比特流

　　　　　HDLC的帧类型

　　　　差错与流量控制

　　　　由于物理层并不负责数据传输的正确性，所以，在数据链路进行数据传输时，必须进行差错控制。此外，由于结点接收缓冲区的大小也是有限的，所以，发送端的发送量大于接收端的接收量时，也会出现数据传输的错误，因此，也要进行流量控制。一般来讲，这两种问题是综合考虑合并解决的。

　　　　XON/XOFF方案

　　　　停止等待协议

　　　　工作原理是:一次发送一个数据帧，便停止发送,等待接收端的响应帧，根据响应帧的情况，再进行相应的处理。

　　　　连续ARQ协议（连续自动重传请求协议）

　　4.网络层

　　　计算机网络按照功能划分为通信子网和资源子网两部分。

　　　网络层又称为通信子网层，它是OSI参考模型中的第三层,介于运输层和数据链路层之间。网络层关系到通信子网的运行控制,体现了网络应用环境中资源子网访问通信子网的方式,是OSI模型中面向通信的低三层中最为复杂、关键的一层。

　　　网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括路由选择、阻塞控制和网际互连。为了达到目的，网络层必须了解通信子网的拓扑结构，从而选择适当的路径。同时还要避免线路过载或线路空闲，解决网络拥塞等问题。

　　　网络层向上提供的服务有两大类，即面向连接的网络服务和无连接的网络服务。

　　　面向连接的网络服务又称虚电路服务，进行数据交换的两个端系统之间有一条虚电路(网络连接）为它们服务;它分为连接建立、数据传输和连接释放三个阶段，是网络层向运输层提供的一种可靠的数据传送方式，所有分组按照发送顺序到达。

　　　无连接的网络服务又常称为数据报服务。这种服务在两个实体之间进行通信时，不需要事先建立好一个连接,没有连接建立和连接释放的过程，只要在每一个发送的分组中携带完整的目的结点地址信息，便可由每一个分组独立地选择路由，但不能保证所有分组按发送顺序交付给目的结点，而且也有丢失分组的情况，故称之为无连接的不可靠的服务。

　　　  虚电路方式

　　　 　在虚电路方式中，为进行数据传输，网络的源结点和目的结点之间必须为分组的传输预先建立一条逻辑通道，因为这条逻辑通道不是专用的，所以称之为“虚”电路。它允许一个结点同时与多个其他结点之间具有多条并发虚电路; 也允许一个结点到另一个结点之间有若干条虚电路通过，每条虚电路为不同的进程服务，这些虚电路的实际路由也可能是不同的。

　　　　（1）连接建立阶段

　　　　（2）数据传输阶段

　　　　（3）连接释放阶段

　　　　数据报

　　　　在数据报方式中，每个分组被称为一个数据报。

　　　　每个数据报自身必须包含有目的端的完整地址信息。它的传送是被单独处理的。

　　　　一个结点接收到一个数据报后，根据数据报中的地址信息和结点所存储的路由信息，找出一个合适的出路，把数据报原封不动地发送到下一个结点。

　　　　当端系统要发送一个报文时,将报文拆成若干个带有序号和地址信息的数据报，依次发给网络结点。此后，各个数据报所走的路径就可能不同了，因为各个结点在随时根据网络流量、故障等情况选择路由。从而各数据报不能保证按序到达目的结点，有些数据报甚至还可能在途中丢失。

　　　　因此，采用数据报服务的通信子网就要求主机传输层必须具有差错检测和恢复功能，并能对收到的报文进行再排序。

　　　　在整个数据报传送过程中，不需要建立虚电路，但网络结点要为每个数据报做路由选择。

　　　　传输层处于OSI模型结构中的中间,它是衔接由物理层、数据链路层及网络层构成的通信子网和包含会话层、表示层及应用层的资源子网的桥梁。

　　　　传输层对高层用户起到了屏蔽作用，使高层用户的对等实体在交互过程中不受下层数据通信技术细节的影响。

　　　　传输层的两个主要目的是:提供可靠的端到端的通信和向会话层提供独立于网络的传输服务。

　　5.传输层协议的分类

　　　对于传输层来说，高层用户对传输服务的质量要求是确定的，传输层协议的内容取决于通信子网所提供的服务质量。若通信子网所提供的服务越多，传输层协议就可以做得越简单。反之，若通信子网所提供的服务越少，传输层协议就越复杂。

　　　　1.服务质量

　　　　服务质量是指在传输连接点之间看到的某些传输连接的特征，是传输层性能的度量。

　　　　残差率：指未改正的差错且不通知传输层；

　　　　故障告知率：是指网络层通知传输层的网络连接释放或网络连接复位。

　　　　（1）A型网络服务。具有可接受的残差率和故障告知率。

　　　　　　A型网络服务的质量最高，它提供近乎可靠的网络服务。其分组丢失、重复或窜改的概率可以忽略不计,网络连接复位的情况极少出现。目前，公用广域网很少能够达到这个水平,但是一些局域网可以提供这类A型网络服务。

　　　　（2）B型网络服务。具有可接受的残差率和不可接受的故障告知率。

　　　　　　B型网络服务可认为是提供较好的数据服务而较差的连接服务。

　　　　　　因此对于B型网络连接，传输层协议必须提供差错恢复功能。

　　　　　　多数的X.25网提供的服务属于B型网络服务。

　　　　(3）C型网络服务。具有不可接受的残差率。

　　　　　　C型网络服务的质量最差，它所提供的服务相当不可靠。

　　　　　　因此，使用C型网络服务的传输协议是最复杂的，要求它具有检错和纠错的能力，而且对失序、重复以及错误投递的数据分组， 也能检测出并进行改正。

　　　　　　提供单纯的无连接服务的广域网、无线电分组交换网均属此类。

　　　　2.传输协议的分类

　　　　(1)第0类(TP0)。简单类。

　　　　　　TP0提供最简单的协议机制,以支持A型网络。

　　　　　　它的功能就是建立一个简单的端到端的传输连接，它没有差错恢复功能，不进行排序和流量控制，依靠网络层对数据正确传送。

　　　　(2)第1类(TP1)。基本差错恢复类。

　　　　　　TP1适用于B型网络连接。以最少的内部开销提供基本的传输连接。

　　　　　　基本差错恢复功能是指当网络连接断开时，传输层会试图建立另一条网络连接。

　　　　　　还提供TP0的功能以及在没有传输服务用户参与的情况下,从网络层告警的故障中修复的能力。

　　　　（3）第2类（TP2）。复用类。

　　　　　　TP2适用于A型网络连接。

　　　　　　基本上是对TP0类的增强，允许多路复用。还具有相应的流量控制功能。

　　　　（4）第3类（TP3）。差错恢复与复用类。

　　　　　　TP3适用于B型网络连接，它具有TP1和TP2的功能。

　　　　　　允许多路复用，又有从网络连接断开或复位中自行修复的能力。

　　　　（5）第4类（TP4）。差错检测和复用类。

　　　　　　TP4是最复杂的传输协议,适用于C型网络连接。

　　　　　　TP4具有差错检测、差错恢复以及复用等功能,可以在网络质量较差时,保证高可靠性的数据传送。

　　　　3.传输服务

　　　　1.服务类型

　　　　　　传输服务有两大类: 面向连接的传输服务与无连接的传输服务。面向连接的服务主要包括三个阶段:连接建立、数据传输和连接释放，是可靠的服务;无连接服务即数据报服务，它是不可靠的服务。

　　　　2.传输连接的管理

　　　　　　传输连接管理的主要内容是建立连接和释放连接。一般总是提供对称的功能，即两个会话的实体都有连接管理的功能，在连接建立过程中，可以要求降低服务质量。连接的释放可以用来拒绝一个连接，或者终止一个正在工作着的连接。

　　　　3.数据传输

　　　　　　数据传输的任务是在两个传输实体之间传输用户数据和控制数据。一般采用全双工服务，也可采用半双工服务。

　　　　　　ISO规定有正常数据传送和加速数据传送两种。

　　6.网络高层

　　　　会话层简介

　　　　会话层的主要功能是在传输层所提供的服务的基础上，为两主机的用户进程建立会话连接，提供会话服务，控制两个实体之间的数据交换以及释放功能。

　　　　“会话”指的是本地系统的会话实体与远程实体之间交换数据的过程。

　　　　1.会话连接管理

　　　　　（1）建立连接。会话连接是建立在传输连接的基础上的，会话与传输的连接有3种对应关系,即一对一、一对多和多对一。

　　　　　（2）维持连接。维持连接是在建立连接的两个会话服务用户之间，进行数据交换的阶段。

　　　　　（3）释放连接。有两种释放方式

　　　　　有序释放是经双方同意后,会话才终止;

　　　　　突然释放是双方中的任意一方不经协商而立即释放，这样有可能造成数据的丢失。

　　　　2.会话活动管理

　　　　　在一个会话连接的持续期间，连接有可能出错。为解决此问题，可在会话层设置一些同步点。这样出现错误以后，可返回到出现错误前的同步点进行重复，而不必全部重复。

　　　　3.数据交换管理

　　　　　在会话连接上，正常的数据交换方式是全双工，但也允许用户定义另两种方式:单工方式和半双工方式。

　　　　表示层简介

　　　　设置表示层的目的是为了解决不同开放系统互连时的信息表示问题。

　　　　表示层的主要功能:

　　　　　（1）语法转换。将抽象语法转换成传送语法，并在对方实现相反的转换。

　　　　  （2）传送语法协商。根据应用层的要求协商选用合适的上下文，即确定传送语法并传送。

　　　　  （3）连接管理。包括利用会话层服务建立连接，管理在这个连接之上的数据传送和同步控制以及正常或异常地终止这个连接。

　　　　  （4）数据压缩。源端表示实体对所传送的数据按某种规则进行压缩，由接收端的对等表示实体进行解压恢复。

　　　　  （5）数据加密。源端表示实体采用某种加密算法对所传送的数据进行加密，来提高数据的安全性，接收端的表示实体收到数据后再进行解密。

　　　　应用层简介

　　　　应用层是 OSI参考模型的最高层，它为用户的应用进程提供服务，负责两个应用进程之间的通信，为网络用户之间的通信提供专用的程序。

　　　　在OSI中，应用进程是一个抽象的概念,即信息处理功能的集合，它的物理背景可以是多种形式的，不一定要对应一个实际的程序。抽象后的应用进程就是应用实体AE。它由若干个特定应用服务元素(SASE)和一个或多个公共应用服务元素(CASE)组成。

　　　　介绍两种特定的应用服务元素：

　　　　　1.文件的传送、访问和管理

　　　　　　FTAM是一个用于传送、访问和管理开放系统中文件的一个信息标准。FTAM服务使用户即使不了解所使用的实际文件系统的实现细节，也 能对该文件系统进行操作，或对数据的描述进行维护。

　　　　　2.虚拟终端协议

　　　　　　虚拟终端是指将各种类型的专用终端功能一般化、标准化后得到的终端模型。VTP 的根本目的是将实终端的特性变换成标准化的形式，即把每个终端看作一个对话处理用户。