第3章 计算机网络的通信子网

3.1 通信子网概述（P61）

 通信子网：由用作信息交换的节点计算机 NC 和通信线路组成的独立的

通信系统，它承担全网的数据传输、转接、加工和交换等通信处理工作。

分组交互网 X.25 协议

3.2 数据通信基本知识（P62）

3.2.1 信道与带宽与传输延迟

 独占信道、共享信道。

3.2.2 信道容量与信道复用（P64）

 一、信道容量

 香农定理：信道带宽 W 与信道容量 C 之间的关系

   C = Wlog₂(1+S/N) (bps)

 奈奎斯特定理：有限带宽无噪音信道的最大数据传输速率

   D = 2 Wlog₂k (bps)

 使用二值逻辑时，k=2  信道的最大数据传输速率

   D = 2 W (bps)

 二、信道复用

  1. 频分多路复用 FDM（Frequency Division Multiplexing）：

   把几个信号进行不同升频值后，在频率上并列合成新信号，

实现同一信道传输各路带宽信号。

   2.时分多路复用 TDM（Time Division Multiplexing）：

   按信道内传送的最大周期 Ts 为间隔，

在 Ts 内按信道带宽划分相应的时隙，轮换传输各路信号。

   3.波分多路复用 WDM（Wavelength Division Multiplexing）：

  将光纤有效波长划分多个波段，分别传递各路信号。

   4.码分多路复用 CDMA（Code Division Multiplexing Access）：

 信道频率和时间资源共享，按码型分割信道。

 三、计算机网络中的三种信道连接方式（P68）

 1.点到点连接：通信双方处于信道两端。

 2.共享信道：多台计算机连接到同一信道的不同支点上。

 3.信道复用：在同一共享信道上实现多个互相独立的点到点连接。

3.2.3 异步通信与基带传输（P69）

 一、异步通信

 异步通信：收发两方之间不需要严格的定时关系。

 同步通信：收发两方之间互相相约、互相通信的过程。

 二、传输信号的编码方式

 RS-232 异步串行 ASCII 码、

 调制解调器与电话传输传输使用 PCM 码（脉冲码调制）。

 三、基带传输（P70）

 基带传输：传输未经调制的电脉冲信号，其频带包含直流和低频。

3.2.4 远距离通信与载波传输（P71）

 数字信号调制：调幅、调频、调相。

 数字信号调幅：用数字基带信号调制高频载波信号。

3.3 局域网技术（P79）

 局域网特点：传输速率 1 到 1000 Mbps，地域范围 10 m 到 10 km。

3.3.2 局域网的参考模型（P82）

 IEEE 802 标准，局域网由三层协议构成：

 物理层 PHY(Physical)

 介质访问控制层 MAC(Media Access Control)

 逻辑链路控制层 LLC(Logical Link Control)

局域网参考模型与 OSI 参考模型的比较

3.3.5 总线网实例—以太网（P89）

 以太网(Ethernet)：长度限制 500 m，带宽 10 Mbps，

 快速以太网(Fast Ethernet) 带宽 100 Mbps。

3.3.6 载波侦听多路访问（P86）

 载波侦听多路访问 CSMA(Carrier Sense with Multiple Access)：

 计算机检测到以太网上没有其它计算机发送数据产生的载波时，

就能传输一帧数据。

3.3.7 载波侦听多路访问/冲突检测

 载波侦听多路访问/冲突检测 CSMA/CD(CSMA/Collision Detect)：

 当两个信号相互干扰时，这个结果就叫做冲突。

发送计算机检测到电缆有冲突时立即停止传输。

3.3.8 环形网络实例 — IBM 令牌环（P87）

 令牌环(token ring)：

 发送机持有令牌发送帧的比特流，未持有令牌的计算机传输比特流，

 目的地传输比特流并复制一副本，发送机接收帧的比特流进行校对。

3.3.8 环形网络实例 — FDDI（P88）

 光纤分布数据接口 FDDI(Fiber Distributed Data Interface)：

 正常工作时，使用主环传递数据。

 一个站点从主环上断开时，

其余站点重新配置网络在断开点主环通过反向旋转环闭合环形网络。

3.3.10 虚拟局域网（P90）

 虚拟局域网 VLAN(Virtual Local Area Network)：

 不受距离限制，可以跨省市、跨国家；建立在交换网络的基础之上。

3.4 城域计算机网络（P92）

  城域网 MAN（Metropolitan Area Network）

 分布式队列双总线 DQDB(Distribued Queue Dual Bus)：

 由两条单向总线组成，所有的计算机都连接在上面，

总线A上的头端向右启动传输活动，总线B上的头端向左启动传输活动。

3.4.2 CATV 网络（P94）

 电视电缆(CATV)：

采用多个 Modem 把宽带为 300 MHz 的电视电缆分割成多个子频带。

这些子频带可传输数据信息、通道视频、……等。

3.4.3 综合业务数字网(ISDN)

 综合业务数字网 ISDN(Integrated Service Digital Network)特征：

 1.端到端的数字连接。

 2.综合业务：支持语音、数据、文字、图像。

 3.标准的入网接口。

 “一线通”（ISDN）服务：窄带 N-ISDN 的俗称，

用一根电话线可以同时打电话和上网。

3.5 广域计算机网络（P99）

  广域网 WAN（Wide Area Network）：

 由主机和通信子网组成。

 通信子网工作在 OSI 参考模型的下三层：物理层、数据链路层、网络层。

3.5.2 广域网中的路由（P100）

 路由表必须保证：

 1.路由完备性：包含通往所有目的地的下一站信息。

 2.路由优化性：路径必须是最短路径。

网络节点示意图

每个交换机的路由器

一条缺省路由代替多条下一站地址相同的表项。

有缺省路由的路由表

3.5.3 路由表的计算（P102）

 静态路由：分组交换机启动时由程序计算而后设置路由，

此后路由不再改变。如最短路径算法。

 动态路由：分组交换机启动时由程序设置初始路由，

当网络变化时随时更新。

3.5.4 X.25

 一、概述

 公共分组交换网 X.25：公共数据网 PDN。

 国际电信联盟远程通信标准委员会（ITU-T）的规程，

定义了用户设备和网络设备之间的接口标准。

 X.25 网的特点：

 能接入不同类型用户设备；可靠性高；多路复用；流量控制和拥塞控制。

 二、X.25 协议分层

 X.25 最低三协议：物理层、数据链路层、分组层（即网络层）协议。

 物理层：激活和断开 DTE（用户设备）与 DCE（网络设备）之间

在物理介质上的连接。

 数据链路层：采用平衡方式线路存取协议 LAPB 规程

为 DTE/DCE 链路上定义了帧格式。

 LAPB 帧格式：标志、地址、控制、数据、帧检测序列(FCS)。

 分组层：规定了 DTE 和DCE 之间进行信息交换的分组格式和交换方法。

 三、X.25 网的设备（P104）

 X.25 网的设备：分组交换机、用户接入设备、传输线路。

3.5.5 帧中继（P105）

 一、概述

 帧中继：公用数据交换网。

 帧中继协议：与 X.25 协议有基本相同之处，它们都是 peer-peer

（对等层）式的点对点交换网。帧中继规程为用户设备（DTE）接入

帧中继网络设备（DCE）提供了统一的接口标准。

 四、帧中继业务应用（P107）

 虚电路业务实例：局域网互连、图像传送、

虚拟专用网（将网络中的若干个节点划分为一个分区）。

3.5.6 SLIP 和 PPP（P108）

 串行 IP 协议 SLIP(Serial Lin Internet Protocol)：

早期数据报传送协议，只能传送 IP 分组。

 PPP 协议：由 Internet 工程任务部队 IETF

(Internet Engineering Task Force)定义的，用来取代 SLIP。

 一、PPP 的工作原理

 为了建立点对点链路上的通信连接，

 发送端 PPP 首先发送 LCP 帧，以配置和测试数据链路。

 发送 NCP 帧，以选择和配置一个或多个网络层协议。

 PPP 帧格式：标志、地址、协议、数据、帧检测序列(FCS)。

 PPP 协议簇：链路控制协议 LCP(Link Control Protocol)、

IP 控制协议 IPCP(Internet Protocol Control Protocol)、

网络控制协议 NCP(Network Control Protocol)。

 二、PPP 应用举例（P110）

 普通 PC 机运行 PPP 即可以拨号方式或电话专线方式加入因特网。

3.5.7 数字数据网（DDN）

 一、DDN 概念

 数字数据网 DDN(Digital Data Network)：

 由数字传输电路、相应的数字交叉连接复用设备和网络管理系统组成。

数字传输电路以光缆为主。

 二、DDN 用户接入方式（P112）

 调制解调器、2B+D 速率的数据终端单元（DTU）接入、用户集中设备。

3.5.8 ATM 技术

 异步传输模式 ATM(Asynchronous Transfer Mode)：

宽带综合服务数字网（B-ISDN）的底层传输技术。

使用 B-ISDN，可以在一个网络上用统一的方式提供多种服务，

如电话、电视和数据。

3.6 网际互联技术（IP）（P118）

3.6.1 集线器(Hub)

 一、基本规格

 集线器主要是通过 RJ-45 连接器连接。

 二、集线器类型

 被动集线器：共享式 Hub，

从一个端口接收分组信号、再生和放大，再经所有端口广播。

 主动集线器：交换式 Hub，能监视正在传输的数据。

 智能集线器：使用用户能更有效地共享资源和有更快的功能。

3.6.2 网桥(Bridge)（P122）

 一、概述

 网桥：两个局域网之间连接的桥梁。网桥工作于数据链路层，

用于交两个局域网连接在一起并按 MAC（介质访问控制）地址转发帧。

连接设备插入 OSI 栈的位置

3.6.3 路由器（P125）

 路由器：连接多个逻辑上分开的网络，如异种网络、子网。

路由器有判断网络地址和选择路径的功能。

 路由器可以将两个使用不同技术，

包括不同的介质、物理编址方案或帧格式的网络互联。

 一、用路由器连接多个子网

九、路由表（P128）

 主机以接口卡的方式连接到局域网，

局域网通过一个路由器同其它网络相连。

 路由表中存在三项：

循环回路项(127.0.0.1)，

局部子网项（如，201.66.37.0），

缺省项（指向路由器）。

循环回路项(127.0.0.1)

十、静态路由（P129）

 循环回路项(127.0.0.1)：路由表初始化时由网络软件添加。

 局部子网项（如，201.66.37.0）：

对网络接口卡分配 IP 地址时自动建立。

3.6.4 网关（P131）

 网关(Getway)：连接不同类型而协议差别又较大的网络。

网关的功能体现在 OSI 模型的高层，它将协议进行转换，将数据重新分组，

以便在两个不同类型的网络系统之间进行通信。

用子网关转换的应用协议有电子邮件、文件传输和远程工作站登录等。

 一、协议网关

 在使用不同协议的网络间进行协议转换。

 二、应用网关（P134）

 在两种不同格式间翻译数据的系统。

如，电子邮件可以翻译成多种不同的格式。

 三、安全网关（135）

 安全网关：从协议层过滤到相当复杂的应用层过滤。

 防火墙技术：分组过滤器、电路网关、应用网关。

 分组过滤器：路由软件能根据分组的源地址、目的地址、或端口号，

对每个分组进行合法性判断。

3.6.6 网络新命脉 — IPv6（P141）

 IP 地址由 32 位扩展到 128（4*32）位。

 IP 地址空间的扩展：8个地址节*16个地址位

3.7 端—端的通信（P143）

 TCP 协议：端对端协议。

提供从一台计算机上的应用到另一台远程计算机上的应用的连接。

应用能请求 TCP 构造一个连接、发送和接受数据以及关闭连接。

3.7.1 面向连接的服务和无连接的服务

 一、面向连接的服务：

以电话系统为模式，可靠性服务，比较适合文件传输。

 二、无连接的服务：

以邮政系统为模式，不可靠的无连接的服务（数据报服务）。

3.7.2 TCP 可靠传输服务（P145）

 TCP 提供一个完全可靠的（没有数据重复或丢失）、面向连接的、

全双工的流传输服务。允许两个应用程序建立一个连接，

并在任何一个方向上发送数据，然后终止连接。

本章小结（P147）

 组网技术中的各种网络类型

 DQDB 分布式双列双总线

 DDN 数字数据网

 X.25 公共分组交换网

 帧中继 公共分组交换网

 ATM 异步传输模式

 Enther 总线网

 token ring 令牌网

 FDDI 光纤分布数据接口