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1、第一部分 基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 第五章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 第一節(jié) 什么是數(shù)據(jù)通信 數(shù)據(jù)通信是在本世紀60年代隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用而發(fā)展起來的一種新的通信技術(shù)。計算機具有運算器、存儲器和輸入輸出設(shè)備。它的工作速度之快、記憶能力之強和信息處理的準確性是人腦遠遠不及的，它可以幫助人們完成人本身無法完成的任務(wù)，因此計算機一出現(xiàn)就獲

2、得廣泛的應(yīng)用。 計算機的應(yīng)用經(jīng)歷了從單機到多機，從近距離到遠距離的過程。初期，人們必須要到計算機房間里去使用計算機，感到很不方便，而且計算機的強大處理能力不能獲得充分的利用，于是產(chǎn)生了遠距離使用計算機的要求。隨著計算機技術(shù)和信息處理技術(shù)的發(fā)展，人們需要使用在不同地點的計算機共同完成一些工作任務(wù)，這就需要在計算機之間用通信手段交換信息，于是產(chǎn)生了計算機和計算機之間以及人和計算機之間進行遠程通信的要求。數(shù)據(jù)通信就是為了適應(yīng)這種通信要求而發(fā)展起來的?，F(xiàn)在數(shù)據(jù)通信已經(jīng)成為為人類進行信息交流的十分重要的通信手段，并且在人類進入信息社會的進程中起著越來越重要的作用。 為了便于理解，我們先把數(shù)據(jù)通信與大

3、家已經(jīng)非常熟悉的傳統(tǒng)的電話通信做一個比較。 1. 數(shù)據(jù)通信是實現(xiàn)計算機和計算機之間以及任何計算機之間的通信，而電話通信是實現(xiàn)人和人之間的通信。 2. 數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸蟾?。?shù)據(jù)通信處理的信息是用二進制“0”“1”的比特碼組表示的，一個碼組中的一個比特在傳輸過程中產(chǎn)生錯誤，在接收端都可能被理解成完全不同，甚至是相反的含義。特別是對于像銀行業(yè)務(wù)或軍事上使用的自動控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)差錯可能引起嚴重的后果，因此數(shù)據(jù)通信要達到很低的誤碼率。表 列出了數(shù)據(jù)和其它一些通信業(yè)務(wù)對傳輸誤碼率的基本要求?？梢钥闯?，數(shù)據(jù)通信可承受的誤碼率和誤組率為最小。在實際應(yīng)用中可能出現(xiàn)高于或低于表 所列數(shù)據(jù)的要求。 3.

4、數(shù)據(jù)通信的“用戶”是各種各樣的計算機和終端設(shè)備。它們在通信速率、編碼格式、同步方式和通信規(guī)程方面都會有很大的差異，為了能夠?qū)崿F(xiàn)它們之間的互相通信，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)應(yīng)當提供足夠靈活的接口能力，適應(yīng)各種用戶的需要。 第二節(jié) 數(shù)據(jù)通信基本概念 在討論數(shù)據(jù)通信技術(shù)之前，首先介紹以下數(shù)據(jù)通信中的一些最基本的概念。 數(shù)據(jù)（Data）和消息(Information) 數(shù)據(jù)是傳遞信息的實體，而消息則是該數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。數(shù)據(jù)分模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)兩種，前者取連續(xù)值，后者去離散值。例如，聲音和圖象在強度上是連續(xù)變化的， 信號 信號是數(shù)據(jù)的電編碼或電磁編碼。它分為模擬信號和數(shù)字信號兩種。模擬信

5、號是在各種介質(zhì)上傳送的連續(xù)變化的電磁波，可以用各種頻率的信號在雙絞線、電纜和光纜上傳送。數(shù)字信號是在介質(zhì)上傳送的電壓脈沖序列，其恒定的正電平代表“1”，恒定的負電平代表“0”。在數(shù)據(jù)通信中，數(shù)據(jù)以電信號的形式從一處傳播到另一處。 信道 在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，信道是指能傳送電信號的一條通路。它由線路及其附屬設(shè)備（如收發(fā)設(shè)備等）組成。 模擬信號和數(shù)字信號 模擬和數(shù)字數(shù)據(jù)均可由模擬和數(shù)字信號代表和傳播。通常，模擬數(shù)據(jù)（如聲音數(shù)據(jù)）是時間的函數(shù)并占據(jù)有限的頻譜。這種數(shù)據(jù)可直接由占有相應(yīng)頻譜的電磁信號表示。模擬數(shù)據(jù)也可以由數(shù)字信號代表和傳播，這需要有一個將模擬信號轉(zhuǎn)換位數(shù)字信號的設(shè)備，如聲音數(shù)

6、據(jù)，可以通過稱做Codec的設(shè)備進行數(shù)字化。同樣，數(shù)字數(shù)據(jù)可以由數(shù)字信號直接表示，也可以通過一個變換器（通常是MODEM設(shè)備），由模擬信號表示。它們之間的關(guān)系如圖1-5-1所示。 圖1-5-1 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)的表示 數(shù)字數(shù)據(jù) 模擬數(shù)據(jù) 模擬 信號 數(shù)字 信號 數(shù)字 信號 數(shù)字 信號 編碼 MODEM 模擬 信號 模擬 信號 數(shù)字 信號 模擬 信號 Codec 電話線 模擬傳輸和數(shù)字傳輸 模擬傳輸是傳輸模擬信號的一種方法，與這些信號是代表模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字數(shù)據(jù)無關(guān)。模擬數(shù)據(jù)可以代表模擬數(shù)據(jù)如聲音，也可以代表數(shù)字數(shù)據(jù)如通過MODEM變換了的二

7、進制數(shù)據(jù)。模擬信號傳送一定距離后，由于幅度衰減二失真（變形）所以在長距離傳送時，需在沿途加若干放大器將信號放大（補充能量）。當放大器同時放大了噪聲，同樣引起誤差，且誤差是沿途累加的。對于聲音數(shù)據(jù)，有一點誤差，還可以辨認，但對數(shù)字數(shù)據(jù)，一點誤差都是不允許的。 數(shù)字傳輸是傳輸數(shù)字信號，它可以直接傳輸二進制數(shù)據(jù)或編碼的二進制數(shù)據(jù)（為了更合適傳輸介質(zhì)的要求），也可以傳輸數(shù)字化了的模擬數(shù)據(jù)，如數(shù)字化了的聲音。數(shù)字傳輸中，也會由于信號幅度的衰減而失真。但由于數(shù)字信號只包含有限個電平值（如二進制信號就只有“0”“1”兩個電平值），所以只要在數(shù)字信號衰減到可能辨認不出的原電平之前，在沿途適當?shù)胤剑ㄒ话阄?0

8、公里）加一個重復(fù)器將該信號恢復(fù)原值，在繼續(xù)傳輸。重復(fù)器比較簡單，它的引入不會產(chǎn)生積累誤差。這也是當今采用數(shù)字傳輸方法來傳輸模擬數(shù)據(jù)的原因。 帶寬 每種信號都要占據(jù)一定的頻率范圍，這個頻率范圍就叫做帶寬。如聲音的頻率范圍一般在300～3400Hz之間，所以電話線一條花露的帶寬是3100（3400-300）Hz，近似于3000Hz。又如一條電纜，可傳送1MHz頻率范圍的信號，則稱該電纜的帶寬為1 MHz。 數(shù)據(jù)率 即數(shù)據(jù)傳輸速率，指每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，單位是比特/秒或記做bit/s。數(shù)據(jù)率的大小由每位所占時間決定，所占時間越小，數(shù)據(jù)率越高。 信道容量 指信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。當

9、信道上傳輸?shù)男盘枖?shù)據(jù)率大于該信道容許的數(shù)據(jù)率時，該信號就根本不能在該信道上傳輸。這是信道的一個極限參數(shù)。 誤碼率 請參見本節(jié)“數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標”部分。 延遲 指在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送第一位數(shù)據(jù)起，到最后一位數(shù)據(jù)被接收所經(jīng)歷的時間。該參數(shù)表示網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)度，延遲越小，響應(yīng)越快，性能越好。影響延遲的因素隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而異，主要由傳輸延遲、傳播延遲等等。 吞吐量 吞吐量是表示網(wǎng)絡(luò)或信道性能的一個參數(shù)。數(shù)值上等于網(wǎng)絡(luò)或信道在單位時間內(nèi)成功傳輸?shù)目傂畔⒘俊挝粸閎it/s。 一、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述 1． 數(shù)據(jù)通信的定義和特點 數(shù)據(jù)通信是以傳輸數(shù)據(jù)為業(yè)務(wù)的一種通信方式，是計算機

10、和通信相結(jié)合的產(chǎn)物，是計算機與計算機，計算機與終端以及終端與終端之間的通信，數(shù)據(jù)通信是按照某種協(xié)議連接信息處理裝置和數(shù)據(jù)傳輸裝置，進行數(shù)據(jù)傳輸及處理的。 數(shù)據(jù)通信具有以下特點： （1） 數(shù)據(jù)通信是人-機或機-機通信，計算機直接參與通信是數(shù)據(jù)通信的重要特征。 （2） 數(shù)據(jù)傳輸對準確性和可靠性要求高。 （3） 傳輸速率高，要求接續(xù)和傳輸響應(yīng)快。 （4） 通信持續(xù)時間差異大。 2． 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)電路和計算機系統(tǒng)三種設(shè)備組成，圖1-5-2是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成。由圖可知，遠端的數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）通過數(shù)據(jù)電路與計算機系統(tǒng)相連。其中數(shù)據(jù)電

11、路由傳輸信道和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）組成；數(shù)據(jù)鏈路由數(shù)據(jù)電路加上傳輸控制規(guī)程構(gòu)成。由于數(shù)據(jù)鏈路遵循嚴格的傳輸控制規(guī)程，使得數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量比數(shù)據(jù)電路所提供的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量高的多。 數(shù)據(jù)終端設(shè)備 接口 接口 數(shù)據(jù)終端設(shè)備 傳輸信道 數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備 DCE DTE 數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備 數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備 數(shù)據(jù) 電路 終接 設(shè)備 DCE DTE 數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè) 備 傳輸控制器 TC 數(shù)據(jù)電路 數(shù)據(jù)鏈路 圖1-5-2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成 3． 數(shù)據(jù)終端設(shè)備 數(shù)據(jù)終端設(shè)備是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中用量最大、種類繁多、分布最廣的設(shè)備。

12、從計算機和計算機通信系統(tǒng)的觀點來看，終端是人和計算機之間互相對話（或者說輸入/輸出）的工具。而從數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的觀點來看，我們把與網(wǎng)絡(luò)相連的計算機和中斷都稱為網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)終端設(shè)備，簡稱為終端。 A． 數(shù)據(jù)終端設(shè)備的功能 1) 輸入/輸出功能(與操作人員的接口界面)：把人可以處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計算機可以處理的二進制信息。輸入/輸出可通過磁盤、鍵盤等多種形式進行； 2) 傳輸控制功能(與數(shù)據(jù)網(wǎng)接口界面)：遵照所采用的傳輸控制規(guī)程，正確地收發(fā)數(shù)據(jù)，包括收發(fā)控制功能、差錯控制功能和輸入/輸出控制功能等； 3) 某些數(shù)據(jù)的處理功能。 B．數(shù)據(jù)終端設(shè)備的通信方式 有自由方式和可控制方式兩種。自由方式

13、指在操作員控制下發(fā)送數(shù)據(jù)；可控制方式指終端發(fā)送數(shù)據(jù)受線路另一端控制(通常是計算機控制)。 C. 數(shù)據(jù)終端類型 在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)環(huán)境中，可以將終端做如下分類： 1) 分組式終端和非分組式終端 請參見專業(yè)部分第二章第六節(jié)的內(nèi)容。 2) 同步終端和異步終端 根據(jù)終端和計算機之間或終端和網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)所采用的同步方式不同，可以將終端分為同步終端和異步終端兩種類型。 同步終端 指以幀同步方式和字符同步方式工作的終端。 異步終端 通常指起止式(Start-Stop)終端，它是在每個字符的首尾加“起”比特和“止”比特，實現(xiàn)接收和發(fā)送之間的同步，字符和字符之間的間隙時間可以任意長，因此稱

14、為異步。 3) 本地終端和遠程終端 本地終端 直接與本地計算機（或本地網(wǎng)絡(luò)）相連的終端稱為本地終端。 遠程終端 經(jīng)過通信線路（或網(wǎng)絡(luò)）與計算機或網(wǎng)絡(luò)相連的終端。 4． 數(shù)據(jù)通信工作方式 數(shù)據(jù)通信可以有單工、半雙工和全雙工三種通信方式。 （1） 單工：數(shù)據(jù)只能單向傳輸。該方式結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，如無線電視、廣播等屬于該方式。 （2） 半雙工：在某一時刻通信線上只能以一種方向傳輸數(shù)據(jù)，當一個終端停止發(fā)送開始接受時，線路到向，每個終端不僅可以傳輸數(shù)據(jù)，而且可以傳輸命令。該方式軟件設(shè)計要求較高，傳輸有一定時延。 （3） 全雙工：在同一時刻通信終端可以雙向傳輸數(shù)據(jù)。

15、 5． 數(shù)據(jù)傳輸方式 1）并行傳輸和串行傳輸 并行傳輸：數(shù)據(jù)以成組的方式，在多條并行信道上同時進行傳輸。并行傳輸收、發(fā)雙方不存在字符的同步問題，不需要另加“起”“止”信號或其他同步信號來實現(xiàn)收、發(fā)雙方的字符同步，但必須有并行信道，不易實現(xiàn)。 串行傳輸：數(shù)據(jù)流以串行方式，在一條信道上傳輸。該方式只需一條傳輸信道，易于實現(xiàn)，是目前主要采用的一種方式。串行傳輸需保持收發(fā)雙方碼組或字符同步，以正確區(qū)分每個字符。目前解決碼組或字符的同步有兩種方式，既異步傳輸方式和同步傳輸方式。 2） 異步傳輸和同步傳輸 異步傳輸：又叫起止同步方式，一般以字符為單位，不論所采用的字符代碼長度如何，在發(fā)送每個

16、字符代碼時，其前、后分別加上“起”信號（長度為1個碼元，極性為“1”）和“止”信號（長度為1或2個碼元，極性皆為“0”），用于區(qū)分串行傳輸?shù)淖址?，實現(xiàn)串行傳輸收發(fā)雙方碼組或字符的同步。該傳輸方式的特點是同步實現(xiàn)簡單，收發(fā)雙方的時鐘信號不需嚴格同步，傳輸效率低。 同步傳輸：以同步的時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號，在一個串行數(shù)據(jù)流中，各信號碼元之間的相對位置是固定的（即同步的）。接收端為正確的區(qū)分收到的數(shù)據(jù)流中的每個碼元，必須首先建立準確的時鐘信號，實現(xiàn)比特同步。為此一般有兩種方法，一是發(fā)端同時將定時信號傳給收端，一是收端從接收的數(shù)據(jù)信號中提取比特定時信號，在此基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)流同步字符實現(xiàn)字符同步。該

17、方式傳輸效率較高。 6． 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標 A．傳輸速率 數(shù)據(jù)傳輸速率包括碼元速率和信息速率兩種。 （1） 碼元速率，記為N，它表示單位時間內(nèi)（每秒）信道上實際傳輸?shù)拇a元個數(shù)或脈沖個數(shù)（可以是多進制）。碼元速率的單位是波特，即每秒的碼元個數(shù)。 （2） 信息速率，記為R，它表示單位時間內(nèi)系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒘浚炊M制碼元數(shù)。在二進制通信系統(tǒng)中，信息速率R（比特/秒）等于碼元速率。對于多進制系統(tǒng)有如下關(guān)系： R=Nlog2m(bit/s) 式中m為信號的進制數(shù)。 B． 頻帶利用率 在比較不同通信系統(tǒng)的效率時，只看信息速率是不夠的，或者說即

18、使兩個系統(tǒng)的信息速率相同，他們的效率也可能不同，所以還要看傳輸這樣的信息所占的頻帶。通信系統(tǒng)占用的頻帶越寬，傳輸信息的能力應(yīng)越大，可以認為兩者成比例，用單位頻帶內(nèi)的符號速率描述系統(tǒng)的傳輸效率，即每赫的波特數(shù)： η=碼元速率/頻帶寬度 （波特/赫） C． 誤碼率 誤碼率指接收碼元中出現(xiàn)差錯碼元數(shù)與所傳輸?shù)目偞a元數(shù)的比： 誤碼率=差錯碼元數(shù)/傳輸總碼元數(shù) 誤碼率表征通信的可靠性，誤碼率越小，傳輸?shù)男畔⒃綔蚀_。 二、 數(shù)據(jù)鏈路的傳輸控制 1．數(shù)據(jù)鏈路 數(shù)據(jù)鏈路由數(shù)據(jù)電路加上傳輸控制規(guī)程構(gòu)成。它由通信線路，調(diào)制解調(diào)器，終端及通信控制器之間的接口構(gòu)成。國際標準化組織（ISO

19、）定義數(shù)據(jù)鏈路為：按照信息特定方式進行操作的兩個或兩個以上終端裝置與互連線路的一種組合體。所謂特定方式是指信息速率與編碼均相同。一般一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可包括一個或多個數(shù)據(jù)鏈路。 數(shù)據(jù)鏈路的結(jié)構(gòu)分為點對點和點對多點兩種。 2．數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程 對于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，通信雙方是計算機而不是人，它不能象人那樣在通信過程中隨時處理通信中發(fā)生的任何問題。所以為了可靠地進行數(shù)據(jù)傳輸，雙方必須預(yù)先作一些共同遵守的約定和操作的步驟，我們將這些約定和步驟稱為數(shù)據(jù)傳輸控制規(guī)程。 數(shù)據(jù)通信的雙方為有效地交換數(shù)據(jù)信息，所建立的一些規(guī)約，以控制和監(jiān)督信息在通信線路上的傳輸和系統(tǒng)間信息交換，這些規(guī)約稱為通信協(xié)

20、議。數(shù)據(jù)鏈路的通信操作規(guī)程稱為數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程，它在已經(jīng)形成的物理電路上建立起相對無差錯的邏輯鏈路，以便在DTE與網(wǎng)路之間，DTE與DTE之間有效可靠地傳送數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程有以下功能：幀同步、差錯控制、順序控制、透明性、線路控制、流量控制、超時處理、特殊情況、啟動控制、異常狀態(tài)的恢復(fù)等。 3．數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程的分類 按照傳輸信息的基本單位不同，可將傳輸控制規(guī)程分為兩類： 面向字符的傳輸控制規(guī)程：采用某些專用的字符來控制鏈路的操作，監(jiān)視鏈路的工作狀態(tài)。這類規(guī)程出現(xiàn)較早，國際標準化組織（ISO）已就這類規(guī)程作了標準規(guī)定，一般稱為“基本型傳輸控制規(guī)程”除此外還有擴充基本型控制

21、規(guī)程。 面向比特的傳輸控制規(guī)程：采用特定的二進制標志序列作為幀的開始和結(jié)束，以一定的比特組合所表示的命令和響應(yīng)實現(xiàn)鏈路的監(jiān)控功能。命令和響應(yīng)可以與信息一起傳送。如HDLC、X.25屬于這類規(guī)程。 三、 數(shù)據(jù)傳輸 1． 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕痉绞? 1）基帶傳輸 電信號所固有的基本頻帶稱為基帶。數(shù)字信號的基本頻帶是從0至若干兆赫，由傳輸速率決定。當利用數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)直接傳送基帶信號，不經(jīng)頻譜搬移時，則稱為基帶傳輸。 2） 頻帶傳輸 把二進制信號（數(shù)字信號）進行調(diào)制交換，成為能在公用電話網(wǎng)中傳輸?shù)囊纛l信號（模擬信號），將音頻信號在傳輸介質(zhì)中傳送到接收端后，再由調(diào)制解調(diào)器將該音頻信號

22、解調(diào)變換為原來的二進制電信號。這種把數(shù)字信號經(jīng)過調(diào)制后再傳送，到接收端后又經(jīng)過解調(diào)還原成原來信號的傳輸，稱為頻帶傳輸。這種傳輸克服了目前長途電話線路不能直接傳輸基帶信號的缺點，同時實現(xiàn)了多路服用，提高了通信線路的利用率。 3） 數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸 利用PCM數(shù)字信道傳輸數(shù)據(jù)的方法。采用數(shù)字信道，提高了傳輸速率和質(zhì)量。 四、 信道復(fù)用技術(shù) 在本章開始，我們提到過“信道”的概念，它是指傳送電信號的一條通路?，F(xiàn)有通信線路具有模擬信道和數(shù)字信道兩種類型，它們都具有一定的傳輸能力。例如，在帶寬為300-3400Hz的長途載波電話信道（模擬信道）上，通過加調(diào)制解調(diào)器可以提供9600bit/s的數(shù)

23、據(jù)傳輸速率，在數(shù)字PCM信道上，一個話路（0次群）的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到64kbit/s。而數(shù)據(jù)終端的實際通信速率與信道帶寬相比卻是很低的。一個由人操作的數(shù)據(jù)終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)速率可能不到20bit/s，而且常常由于人的思考而停頓，這樣，通信線路資源（傳輸能力）的浪費是很大的。經(jīng)濟有效地使用通信線路的方法是組合多個低速的數(shù)據(jù)終端共同使用一條高速的線路。這種方法叫做多路復(fù)用。按照復(fù)用方式的不同，多路復(fù)用技術(shù)基本上分為兩類：頻分多路復(fù)用和時分多路復(fù)用。 300 3400 f(Hz) 信道1 衰減 300 3400 f(Hz) 信道2 衰減 300 340

24、0 f(Hz) 信道3 衰減 信道1 f(Hz) 衰減 信道2 f(Hz) 衰減 信道3 f(Hz) 衰減 信道3 f(Hz) 衰減 信道2 信道1 (a) (b) (c) (a)原信道頻帶 (b) 頻率提升后各頻帶的頻率 (c)組合各信道 圖1-5-3 頻分多路復(fù)用示意圖 1． 頻分

25、多路復(fù)用（FDM，F(xiàn)requency Division Multiplexing） FDM是將具有一定帶寬的線路劃分為若干條占有較小帶寬的子信道，每條子信道供一個用戶使用，各條信道的中心頻率不相重合，且保留一定的距離。當該用戶沒有數(shù)據(jù)傳輸時，其他的用戶不能使用，此時，子通道保持空閑狀態(tài)。 圖1-5-3所示為FDM的原理示意圖。頻分復(fù)用技術(shù)適用于傳輸模擬信號的頻分制信道，主要用于電話和電纜電視（CATV）系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，應(yīng)和調(diào)制解調(diào)器技術(shù)結(jié)合使用。 2． 時分多路復(fù)用(TDM,Time Division Multiplexing) TDM是把時間劃分為若干個時間段（時隙）

26、，每個用戶分得一時間段，該用戶只有在分配的時間段里向線路發(fā)送信息和接受信息，當在分配的時間內(nèi)用戶沒有信息要傳輸時，這段時間不能由其他用戶使用，而保持為空閑狀態(tài)。在其占用的時間段內(nèi)，該用戶可使用信道的全部帶寬。 上述的頻分和時分復(fù)用的方法都實現(xiàn)了多個用戶對一條傳輸線路的資源共享，但是由于各個用戶在傳輸數(shù)據(jù)時都可能出現(xiàn)暫時的停頓，而使各個子信道的傳輸呈現(xiàn)空閑狀態(tài)。線路的傳輸能力不能獲得充分利用。下面將要討論的統(tǒng)計時分復(fù)用方法則克服了這個缺點。 3． 統(tǒng)計時分復(fù)用（STDM） STDM是一種根據(jù)用戶實際需要動態(tài)分配線路資源的時分復(fù)用方法。只有當用戶有數(shù)據(jù)要傳輸時才給他分配線路資源，當用

27、戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時，不給他分配線路資源，線路的傳輸能力可以被其他用戶使用。采用統(tǒng)計時分復(fù)用時，每個用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率可以高于平均速率，最高可達到線路總的傳輸能力。統(tǒng)計時分復(fù)用原理如圖1-5-4所示。 圖1-5-4 統(tǒng)計時分復(fù)用原理 緩沖器 緩沖器 緩沖器 終端1 終端2 終端3 G 1 B 2 Y 3 X 3 E 2 Q 用戶識別標記 用戶數(shù)據(jù) 與前述兩種復(fù)用方法相比，STDM在各個終端與線路的接口處要增加兩個功能： l 緩沖存儲 l 信息流控制 這兩項功能用于解決各個用戶爭用線路資源時產(chǎn)生的沖突。由于計算機具有存儲器并具有處

28、理能力，所以可以用計算機實現(xiàn)上述兩個功能，為各個終端動態(tài)地分配通信線路資源。 五、 數(shù)字通信網(wǎng)交換方式 對于計算機和終端之間的通信，交換是一個重要的問題，如果我們想使用任何遙遠的計算機，若沒有交換機，只能采用點對點的通信，這樣需建立多條點對點信道。為避免建立多條點對點的信道，就必須使計算機和某種形式的交換設(shè)備相連。這種交換通過某些交換中心將數(shù)據(jù)進行集中和轉(zhuǎn)送，可以大大節(jié)省通信線路。在當前的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中，有四種交換方式即，電路方式、分組方式、幀方式、信元方式。 1． 電路方式 電路方式是從一點到另一點傳遞信息的最簡單的方式。電路方式是基于電話網(wǎng)電路交換的原理，即當用戶要求發(fā)送

29、數(shù)據(jù)時，交換機就在主叫用戶終端和被叫用戶終端之間接續(xù)一條物理的雙向數(shù)據(jù)傳輸通路。如圖所示方式示意圖。 圖中數(shù)據(jù)終端設(shè)備通過RS-232接口與調(diào)制解調(diào)器相連，然后通過用戶線接至交換機，在對端采用對稱的連接方式，構(gòu)成一條實際的物理電路。 電路方式屬于預(yù)分配電路資源系統(tǒng)，即在一次接續(xù)中，電路資源預(yù)先分配給一對用戶固定使用，不管這條電路上實際有無數(shù)據(jù)傳輸，電路一直被占用，直到雙方通信完畢拆除連接為止。 MODEM MODEM 數(shù)據(jù)終端 數(shù)據(jù)終端 RS-232 RS-232 交換機 交換機 電路方式示意圖 采用電路方式進行數(shù)據(jù)交換，可利

30、用公用電話交換網(wǎng)絡(luò)（PSTN），也可采用專線方式，即數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）。 優(yōu)點： 1) 傳輸時延小。對于一個固定的連接，其信息傳輸時延是固定的。 2) 電路是“透明”的，發(fā)送端用戶送出的信息通過電路連接毫無限制地被傳送到接收端。所謂“透明”指傳輸通路未對用戶信息進行任何修正或解釋。 3) 信息傳送的吞吐量大，可以根據(jù)信息量的大小選擇所需要的傳輸速率的信道。 缺點：占用固定的帶寬，網(wǎng)絡(luò)資源利用率低。 2． 分組方式 分組方式是一種存儲轉(zhuǎn)發(fā)的交換方式。它將需要傳送的信息劃分為一定長度的包（也稱為分組），以分組為單位進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。要求每個分組信息都載有接收地址和發(fā)送地址的標識，并

31、且在傳送數(shù)據(jù)分組之前，必須首先建立虛電路，然后依序傳送。 特點: 1) 傳輸質(zhì)量高，分組交換方式具有差錯控制功能，它在節(jié)點交換機之間和分組型終端均進行差錯校驗與重發(fā)，使電路誤碼率大大降低，一般在傳輸電路的誤碼率在1X10-5的情況下，網(wǎng)內(nèi)全程比特差錯率在1X10-10以下。 2) 可靠性高，在電路交換方式中，一次呼叫的通信電路固定不便。而分組交換則不同。報文中的每個分組可以自由選擇傳輸途徑。由于分組交換機至少與另外兩個交換機相連，當網(wǎng)內(nèi)發(fā)生故障時，分組仍能自由選擇一條避開故障地點的迂回路由傳輸，不會造成通信中斷。 3) 為不同種類的終端互相通信提供方便，由于分組交換網(wǎng)以存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式

32、工作，并且以X.25建議的規(guī)程向用戶提供統(tǒng)一的接口，從而能夠?qū)崿F(xiàn)不同速率、不同碼型一及不同傳輸控制規(guī)程終端間的互通，為異種計算機互通提供方便。 4) 實現(xiàn)多路通信，由于每個分組都含有控制信息，所以分組型終端盡管和分組交換機間只有一條通信線路相連，但可以同時和多個用戶終端進行通信。這是公用電話網(wǎng)和用戶電報網(wǎng)等現(xiàn)有的公用網(wǎng)以及電路交換的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)所不能實現(xiàn)的。 5) 經(jīng)濟性好，電路利用律高，使用費用低。 缺點：由于采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，傳輸時延大，實時性差；設(shè)備投資大。 3． 幀方式 幀方式是在開放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型第二層，即數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層上使用簡化的方式傳送和交換數(shù)據(jù)單元的一種

33、方式。由于鏈路層的數(shù)據(jù)單元一般稱為幀，故稱為幀方式，幀方式的重要特點之一是將X.25分組網(wǎng)中通過分組節(jié)點間的重發(fā)、流量控制來糾正差錯和防止擁塞的處理過程進行簡化，將網(wǎng)內(nèi)的處理移到網(wǎng)外端系統(tǒng)中來實現(xiàn)，從而簡化了節(jié)點的處理過程，縮短了處理時間，這對有效利用高速數(shù)字傳輸信道十分關(guān)鍵。 幀中繼網(wǎng) 路由器 路由器 T H 幀中繼分組 LAN分組 LAN分組 圖1-5-6幀方式通信示意圖 幀方式的示意圖見圖1-5-5，在終端與幀中繼網(wǎng)的接口上，需將用戶信息轉(zhuǎn)換成幀的格式，然后在幀中繼網(wǎng)上傳送。 實現(xiàn)幀方式進

34、行數(shù)據(jù)通信有兩個最基本的條件，第一個條件是要保證數(shù)字傳輸系統(tǒng)的優(yōu)良性能；第二個條件是計算機端系統(tǒng)具有差錯恢復(fù)能力。這兩個條件目前早已不成為障礙。 幀方式是一種快速分組技術(shù)。它適用于處理突發(fā)性信息和可變長度幀的信息，特別適用于局域網(wǎng)的互連。 4． 信元方式 信元方式是將信息以信元為單位進行傳送的一種技術(shù)。信元是一個長度固定的分組，它由信元頭和信元凈荷兩部分構(gòu)成，其中信元頭包含地址和控制信息，信元凈荷是用戶數(shù)據(jù)。采用信元方式，網(wǎng)絡(luò)不對信元的用戶數(shù)據(jù)進行檢查。但是信元頭中的CRC比特將指示信元地址信息的完整性。如果地址信息丟失，網(wǎng)絡(luò)將不能傳送信元的信息。 信元方式是一種快速分組技術(shù)，它適

35、用于各種類型信息的傳輸，是提供綜合業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)。信元方式僅是一個非常宏觀的概念，在具體應(yīng)用中，還需規(guī)范詳盡的格式及協(xié)議，如寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)中采用的異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）就是基于信元的交換方式。 ATM是一種全新的面向連接的快速分組交換技術(shù)，它綜合了分組交換和電路交換的優(yōu)點，采用異步時分復(fù)用的方法，將信息流分成固定長度的信元，進行高速交換。它是下一代ISDN的基礎(chǔ)和核心。 ATM的主要特點： 1) ATM采用分組交換中統(tǒng)計復(fù)用、動態(tài)按需分配帶寬的技術(shù)。 2) ATM將信息分為固定長度的交換單元——信元。進行處理的信元的長度為53個字節(jié)。網(wǎng)內(nèi)不處理糾錯重發(fā)、流量控制等一系列復(fù)雜協(xié)議

36、。由于采用固定長度信元的方式，可以用硬件邏輯完成對信元的接受、識別、分類和交換，保證了高速傳輸。 3) ATM支持同步和非同步兩種類型的業(yè)務(wù)。 4) ATM提供適配層的功能。不同類型的業(yè)務(wù)在該層被轉(zhuǎn)換成標準的信元，覆蓋了從Nx64kbit/s到155Mbit/s和622Mbit/s的帶寬。 六、 數(shù)據(jù)通信規(guī)程及實現(xiàn) 通信規(guī)程(Protocol)和規(guī)程參考模型(Protocol Reference Model,簡稱PRM)是現(xiàn)代用于描述數(shù)據(jù)通信和通信網(wǎng)的基本手段。本節(jié)我們就通信規(guī)程和規(guī)程參考模型做一簡單介紹。 1． 通信線路、通信實體和通信規(guī)程 對各種復(fù)雜的多種多樣的通信

37、給予足夠的抽象，可以認為通信是兩個相同的通信實體之間經(jīng)過通信線路傳送信息的過程。其中，通信線路連接兩個通信實體，通信實體向它的用戶提供某種通信能力。對于用戶而言，上述通信線路和通信實體的整體，相當于一條等效的通信線路。 實際通信線路 等效通信線路 用戶 用戶 通信實體 通信實體 圖1-5-7通信實體和通信 上述通信線路和通信實體都是抽象的概念。一條通信線路的功能是向它的兩端提供某種通信能力，一個通信實體利用這種通信能力，向它的用戶提供通信能力。 例如可以把傳真機看作一種通信實體。它利用電話線路提供的話音通信能力，向用戶提供發(fā)送和接受圖文傳真的能力。 為定義一條通信線路，

38、需要定義它提供的通信能力。 為定義一個通信實體，需要定義： (1) 它利用何種通信能力； (2) 向它的用戶提供何種通信能力； 第一層 通信實體 第一層 通信實體 第N-1層 通信實體 第N-1層 通信實體 第N層 通信實體 第N層 通信實體 等效通信線路 實際通信線路 用戶 用戶 圖1-5-8 N層通信實體的級聯(lián) (3) 提供上述能力的機制； (4) 它接受外部管理的能力和機制。 上述定義內(nèi)容稱作通信規(guī)程。也稱通信協(xié)議。 2． 分層的規(guī)程參考模型 由于上述通信實體和通信線路可以等效地看作一條通信線路，所以它們又可用于連接另外兩個

39、通信實體，如此類推，可以得到一個N層通信實體級聯(lián)的結(jié)構(gòu)。 （N+1）層 （N）層 （N-1）層 （N+1） 實體 （N） 實體 （N-1） 實體 （N）SAP 接口 （N-1）SAP 接口 協(xié)議 （N-1）連接 圖1-5-9 分層的概念 （N）SAP：（N）實體的業(yè)務(wù)接入點 把上述N個級聯(lián)的通信實體看作一個通信實體的N個部件，從而得到N層的通信實體（如圖1-5-7）。把一個通信實體分為N層分別予以描述，就得到N層的規(guī)程參考模型。 如圖1-5-8，在一個系統(tǒng)內(nèi)的同一層內(nèi)可以有一個或多個有效實體。稱位于第N 層的通信實體為（N）實體。（N）實體執(zhí)行（N）

40、層的有關(guān)功能，也是與另一系統(tǒng)內(nèi)的（N）實體的通信協(xié)議。實體可以是多處理系統(tǒng)內(nèi)的一個進程，或僅是一個子程序。任一系統(tǒng)可以具有多個相同的（N）實體。兩個同層實體間交換數(shù)據(jù)叫連接,在兩個（N）實體之間可用一個（N-1）SAP內(nèi)的連接終點CEP（connection endpoint）為每個（N）實體建立連接。 （N）實體提供的通信功能叫做（N）服務(wù)。獲得（N）服務(wù)的接口稱作N層的業(yè)務(wù)接入點（SAP）。一個（N）實體由（N-1）實體的業(yè)務(wù)接入點獲得（N-1）服務(wù)。又由N層的業(yè)務(wù)接入點向N+1層提供（N）服務(wù)。又稱提供服務(wù)的低層實體為業(yè)務(wù)提供者（server）,稱得到服務(wù)的高層實體為用戶（client

41、）。業(yè)務(wù)提供者和用戶的概念都是相對的。一個（N）實體是（N-1）實體的用戶，又是（N+1）實體的業(yè)務(wù)提供者。 3． 業(yè)務(wù)原語 描述由業(yè)務(wù)接入點提供的服務(wù)使用業(yè)務(wù)原語，業(yè)務(wù)原語是一種抽象的描述方法。基本的四種業(yè)務(wù)原語是： （1） 請求原語（Request）：用戶請求一種功能的原語。 (N+1)層 (N)層 SAP SAP Request Confirm Response quest Indication 同等層協(xié)議 圖1-5-10 服務(wù)接入點及原語 A用戶 B用戶 （2） 指示原語（Indication）：業(yè)務(wù)提供者請求一種

42、功能或指示一種功能已經(jīng)完成的原語。 （3） 響應(yīng)原語（Response）：用戶表示已經(jīng)完成由指示原語請求的功能的原語。 （4） 證實原語（Confirm）：業(yè)務(wù)提供者表示已經(jīng)完成由請求原語要求的功能的原語。 例：在由用戶A發(fā)起的一次通信中，用戶A使用請求原語和證實原語，用戶B使用指示原語和響應(yīng)原語，透過各自所使用的（N）-層實體的業(yè)務(wù)接入點進行通信（如圖1-5-9所示）。通信過程是： （1） A用戶向A點的業(yè)務(wù)提供者請求把把一段數(shù)據(jù)發(fā)送 到B用戶（原語Request）； （2） 經(jīng)過實際信號的傳送（在這個例子中實際信號的傳送是透過N層通信實體，到達連接最低層實體的通信線路，到達對方的

43、最低層實體，再透過N層通信實體，到達N層實體的業(yè)務(wù)接入點），A用戶的數(shù)據(jù)到達B點。B點的業(yè)務(wù)提供者向B用戶指示數(shù)據(jù)的到達（原語Indication）； （3） B用戶向B點業(yè)務(wù)提供者證實受到了數(shù)據(jù)（原語Response）； （4） A點的業(yè)務(wù)提供者向用戶A證實數(shù)據(jù)已傳送到B用戶（原語Confirm）。 在通信不需要證實的場合，響應(yīng)原語和證實原語都不再是必需的。 上述四種通信原語適用于一般通信環(huán)境的描述。對于一種具體的通信環(huán)境，通過在通信原語前面附加前綴和后面附加參數(shù)來給出關(guān)于服務(wù)的具體描述。例如：原語 PHY- DATA. Request (PHY-SDU) 表示對于PHY層的數(shù)據(jù)

44、通信的請求,請求內(nèi)容是送出一個ATM信元。參數(shù)PHY-SDU即準備送出的信元。 4． 數(shù)據(jù)單元 在分層的規(guī)程參考模型中，可以只考慮相鄰實體間的數(shù)據(jù)傳送和對等層實體之間的數(shù)據(jù)傳送這兩種情形。其中。一個（N）實體的相鄰層實體指的是（N+1）實體和（N-1）實體；一個（N）實體的對等層實體指的是通信線路連接的對方的（N）實體。 在對等層實體間傳送的數(shù)據(jù)中，又包括為完成本層的通信規(guī)程而需要傳送到對方的數(shù)據(jù)和本層的用戶要求本層傳送的數(shù)據(jù)。 根據(jù)上面的分析，可以定義如下幾中不同的數(shù)據(jù)單元： （1） 接口數(shù)據(jù)單元(Interface Data Unit,簡稱ICI)：層間傳送的數(shù)據(jù)塊整體。

45、包括兩種情形： ① 上層實體作為下層實體的用戶，在下層實體的業(yè)務(wù)接入點送入的數(shù)據(jù)塊。這個數(shù)據(jù)塊的一部分被傳送到對等層實體，一部分則被下層接受和處理。 ② 下層實體作為上層實體的業(yè)務(wù)提供者，向上層實體送出的數(shù)據(jù)塊。這個數(shù)據(jù)塊的一部分來自對等層實體，一部分則是下層實體自身產(chǎn)生的送往上層實體的數(shù)據(jù)。 （2） 接口控制信息（Interface Control Information,簡稱ICI）：僅在相鄰層間傳送的數(shù)據(jù)，用于層間的互控。ICI是IDU的一個組成部分。 （3） 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元（Service Data Unit，簡稱SDU）：更高層次的對等通信實體之間傳送的數(shù)據(jù)為本層的SDU。上層

46、實體送入本層的IDU是由上層實體送入本層ICI和本層向下傳送的SDU兩部分組成。下層實體送入本層的IDU是由下層實體送入本層的ICI和下層實體向上傳送的SDU兩個部分組成。 （4） 規(guī)程控制信息（Protocol Control Information，簡稱PCI）：在本層實體和對等層實體之間傳送的為完成本層通信規(guī)程而產(chǎn)生的信息。 規(guī)程數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit，簡稱PDU）：本層的SDU和本層的PCI兩者的組合叫做本層的PDU。 在由用戶向業(yè)務(wù)提供者發(fā)送信息的反方向上，第N層中的各種數(shù)據(jù)單元的關(guān)系如圖1-5-10(a)所示?？梢钥吹剑? （1） 在N層實體中，由N＋

47、1層送到N層的IDU中的ICI被分離出來并被處理。其余部分作為N層的SDU。 （2） N層產(chǎn)生PCI，并和N層的SDU合并，形成N層的PDU。 （3） N層產(chǎn)生ICI，并和N層的PDU合并，形成N層向N－1層傳送的IDU。 圖1-5-11 層間各種數(shù)據(jù)單元的關(guān)系 N-1層 N層 N層 N-1層 N+1層 IDU ICI ICI PDU PCI SDU IDU b)下層向上層傳送數(shù)據(jù) a) 上層向下層傳送數(shù)據(jù) N+1層 IDU ICI ICI PDU PCI SDU IDU 在由業(yè)務(wù)提供者向用戶發(fā)送信息的方向上，第N層中的各種數(shù)據(jù)單元的關(guān)

48、系如圖1-5-10（b）所示。可以看到： （1） 在N層實體中，由N－1層送到N層的IDU中的ICI被分離出來并被處理。其余部分作為N層的PDU。 （2） N層的PDU中的PCI被分離出來并被處理。其余部分作為N層的SDU。 （3） N層產(chǎn)生ICI，并和N層的SDU合并，形成N層向N+1層傳送的IDU。 此外，還有下述兩點未在圖中注明，需要注意： 1) 各層的SDU中，除了為它的用戶傳送SDU外，一般還有一些它自己的用于完成規(guī)程功能的SDU。這些SDU是在本層實體內(nèi)部產(chǎn)生并在對等層實體中被處理，用戶不知道這些SDU的存在。因此，從完成的作用和對它們的處理方式上看，這些SDU都類似于P

49、CI。不同是：PCI是SDU的組成部分，而不是完整的SDU。 2) 不是所有的規(guī)程中都由ICI。在沒有ICI的情況，也就不再需要IDU概念 。此時，上層實體的PDU就是下層實體的SDU。在用戶→業(yè)務(wù)提供者方向，上層實體的PDU透過下層實體的SAP，成為下層實體的SDU。在業(yè)務(wù)提供者→用戶方向，下層實體的SDU透過下層實體的SAP，成為上層實體的PDU。 5． 開放系統(tǒng)互連參考模型 “開放”指互通的系統(tǒng)能相互識別和支持可利用的一些標準，并不涉及互通的手段、方法、技術(shù)以及專用設(shè)備。由美國ISO組織制訂的開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI RM），目前已廣泛作為各種類型計算機互通的共同準則，

50、同時為國際電信聯(lián)盟采用作為國際標準。 物 理 層 物 理 層 數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng) 絡(luò) 層 網(wǎng) 絡(luò) 層 傳 送 層 傳 送 層 會 晤 層 會 晤 層 表 示 層 接口 接口 接口 接口度微 u kou 口 接口 物 理 層 數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng) 絡(luò) 層 接口 接口 接口 接口 接口 接口 表 示 層 應(yīng) 用 層 應(yīng) 用 層 接口 接口 接口 協(xié)議 協(xié)議 協(xié)議 協(xié)議 協(xié)議 協(xié)議 協(xié)議 通信子網(wǎng) 開放系統(tǒng)A 開放系統(tǒng)B 1 2 3 4 5 6 7

51、互連物理媒體 圖1-5-12 開放系統(tǒng)互連七層模式示意圖 通信子網(wǎng) 應(yīng)用子網(wǎng) 在OSI模型內(nèi)把計算機網(wǎng)絡(luò)在功能分為七層，每層都有特定的功能，同一系統(tǒng)層與層之間的關(guān)系由接口或下一層提供上一層的服務(wù)所規(guī)定，不同系統(tǒng)相同層之間的關(guān)系由協(xié)議或規(guī)程描述。功能分層的重要品質(zhì)是詳細地規(guī)定了相鄰層間的接口，使每層都能獨立開發(fā)而不改變其接口。例如用光纖網(wǎng)代替電纜網(wǎng)，只需改動有關(guān)的物理層，而不影響相關(guān)接口和其它層的服務(wù)。開放系統(tǒng)互連的七層模式示意圖如圖1-5-11所示。 物理層：任何通信都必須通過一定的媒介或幾種媒介的組合才能將信息傳送到對端，從而可相互交流，所以O(shè)SI結(jié)構(gòu)規(guī)定物理層為最低層，物理

52、層只關(guān)心比特信息的傳輸而不涉及比特流中各比特之間的關(guān)系（包括信息格式及含義），對傳輸差錯也不作任何控制。它的功能主要包括：信號電壓的波動，比特的持續(xù)時間，以及有關(guān)建立、保留、拆除物理鏈路的機械、電氣性能和操作規(guī)程。 數(shù)據(jù)鏈路層： OSI的第二層，它是在物理層的基礎(chǔ)上建立的。是通信雙方有效、可靠、正確工作的基礎(chǔ)。在這一層將用戶數(shù)據(jù)形成一定的幀格式，實現(xiàn)傳輸差錯監(jiān)測，并提供必要的同步技術(shù)、差錯控制、流量控制等傳輸控制功能，保證用戶數(shù)據(jù)在物理鏈路上可靠的傳輸數(shù)據(jù)。 常用的數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程有兩類。一是面向字符的傳輸控制規(guī)程，如基本型傳輸控制規(guī)程。另一類是面向比特的傳輸控制規(guī)程，如高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)

53、程（HDLC）。 網(wǎng)絡(luò)層：位于數(shù)據(jù)鏈路的上面，也稱通信子網(wǎng)層，用于控制通信子網(wǎng)的運行。路由選擇，擁塞控制等面向網(wǎng)絡(luò)的規(guī)程都集中在這一層。網(wǎng)絡(luò)層為一對包括中間節(jié)點在內(nèi)的運輸實體之間提供一個與傳輸和交換技術(shù)無關(guān)的接續(xù)路徑，負責接續(xù)任務(wù)的建立、保留和結(jié)束。 傳送層：實現(xiàn)從發(fā)送端到接受端的數(shù)據(jù)傳送控制，它在網(wǎng)絡(luò)連接的基礎(chǔ)上工作。一條傳送連接通道可以建立在一條或多條網(wǎng)絡(luò)連接通道上。傳送連接提供端到端的糾正差錯和流量控制等手段來保證運輸可靠，使它的各上層實體不涉及在它們之間的數(shù)據(jù)運輸問題。傳送層是主機和網(wǎng)絡(luò)的接口協(xié)議，它利用網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)，使用戶進程和對端主機的用戶進程建立運輸連接。 會晤層：用戶與用

54、戶的邏輯上的聯(lián)系（兩個表示層進程的邏輯上的聯(lián)系），如果忽略掉執(zhí)行一定的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能的表示層，則會晤層是用戶（應(yīng)用進程）進網(wǎng)的接口。它與前面的幾層一起提供分布式進程通信可靠的環(huán)境。會晤層的主要功能包括：1、確定當響應(yīng)連接時的存取權(quán)，會晤層可最先檢驗存取控制數(shù)據(jù)和遠端用戶進程。2、監(jiān)視運輸連接，當失敗時重新建立和提供同步點使用戶進程處理運輸連接。 表示層：它有利于應(yīng)用程序提供對結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的表示格式和管理有關(guān)的一套普通有用的功能。如字符集轉(zhuǎn)換，對有剩余的字符流進行壓縮和恢復(fù)，數(shù)據(jù)的加密與解密，實終端與虛終端之間的轉(zhuǎn)換，從而提供標準化的應(yīng)用程序接口和通用的通信服務(wù)，使在字符、格式等有差異的設(shè)備間相互通

55、信，并提高通信效能，增強系統(tǒng)的保密性等。 應(yīng)用層：包括完成信息處理的各種應(yīng)用進程，為應(yīng)用進程訪問網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供工具，并提供它直接可用的全部OSI的服務(wù)。應(yīng)用層的內(nèi)容直接取決于各個用戶，在特定的應(yīng)用場合需制定相應(yīng)的標準。 OSI標準逐漸與ITU標準兼容，為大多數(shù)廠商及用戶采用，它的優(yōu)點是： u 與生產(chǎn)廠商無關(guān)：使用OSI 標準，可使不同的設(shè)備很簡單的接入網(wǎng)內(nèi)。 u 與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，當通信網(wǎng)絡(luò)有變化時，只要修改低層協(xié)議，不影響用戶使用。 u 靈活，用戶可按照通用的標準進入一些系統(tǒng)，真正體現(xiàn)了“開放”的概念。 6． 美國國防部數(shù)據(jù)通信協(xié)議（DOD標準） DOD標準的制訂早于OSI協(xié)議

56、，因而具體的分層各不相同。這一標準為IBM公司的SNA協(xié)議采用，所以在美國國內(nèi)以及相應(yīng)市場都在應(yīng)用。由于INTERNET是有美國國防部的DARPA網(wǎng)首先建立的，因而INTERNET的通信規(guī)程也采用了DOD協(xié)議。 TELNET用戶 TELNET服務(wù)器 應(yīng)用 SMTP FTP 本地郵件 文件I/O TCP 主機-主機 IP 網(wǎng)間層 網(wǎng)絡(luò)接入層 終端I/O 圖1-5-13 DOD數(shù)據(jù)通信協(xié)議的概念性結(jié)構(gòu) DOD協(xié)議以數(shù)據(jù)通信為基礎(chǔ)，并設(shè)想有三種代理：進程、主機和網(wǎng)絡(luò)。進程是通信基本實體，如報文傳送操作，遠程登錄等，進程是在主機內(nèi)執(zhí)行的。主機支持多個同時發(fā)生

57、的進程。各部主機連接在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)上，網(wǎng)上的各部主機通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)交換數(shù)據(jù)，執(zhí)行各個進程。所以通信網(wǎng)只需對各主機之間的交換數(shù)據(jù)選擇路由，而由主機將有關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)向有關(guān)進程。為此，DOD劃分為四層協(xié)議（如圖1-5-13），即： l 網(wǎng)絡(luò)接入層 l 網(wǎng)間層（采用IP協(xié)議） l 主機-主機層（采用TCP協(xié)議） l 進程層 1、 網(wǎng)絡(luò)接入層：涉及主機及其接入的通信網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換，這層協(xié)議與使用的網(wǎng)絡(luò)類型有關(guān)。如電路交換網(wǎng)（例如，X.21建議）、分組網(wǎng)（例如，X.25）、局域網(wǎng)（例如，IEEE802協(xié)議）等。主要是為連接同一網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備交換數(shù)據(jù)提供路由。 2、 網(wǎng)間層：為連接在不同的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機

58、提供交換數(shù)據(jù)的路由，需要有允許數(shù)據(jù)通過多個網(wǎng)絡(luò)的操作規(guī)程。所以，這一套規(guī)程除駐留在主機內(nèi)，還要駐留在連接不同網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)內(nèi)。 3、 主機-主機層：是與各種進程無關(guān)的，對交換數(shù)據(jù)提供可靠傳輸，為所有進程共享的可靠性措施，稱為傳輸控制協(xié)議。 4、 進程層：對各種不同的進程提供不同的協(xié)議。 DOD協(xié)議與OSI協(xié)議的類似性如圖。 應(yīng)用 表示 會話 運輸 網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)鏈路 物理 圖 1-5-14 DOD與OSI協(xié)議的各層對應(yīng)關(guān)系 OSI DOD 主機-主機 進程 Internet 網(wǎng)絡(luò)接入 第三節(jié) 物理層規(guī)程 一、 概

59、述 任何協(xié)議棧的最底層都是物理層。國際標準化組織和計算機工業(yè)部門已經(jīng)制定了許多規(guī)程用于定義DCE（例如MODEM和數(shù)據(jù)服務(wù)單元DSU）和DTE（例如終端和計算機）之間的接口，使得不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備能互相連接起來。物理層規(guī)程是在DTE和DCE之間用有線和無線信道實現(xiàn)的物理上的連接，它定義了描述物理接口四個方面的屬性的協(xié)議：機械的、電氣的、功能的、和規(guī)程的。 機械特性描述連接器的尺寸、接口線的數(shù)量等。通常，數(shù)據(jù)線、信號線、控制線均在一個連接器中； 電氣特性描述電壓（或電流）、電信號的定時和所有其他信號的特性（如分布電容值、信號上升時間等）； 功能特性為特定電路指定功能。許多物理層規(guī)程將

60、功能分為控制、定時、數(shù)據(jù)和接地等4類； 規(guī)程特性交換數(shù)據(jù)是使用的規(guī)程。主要描述接口連接器做什么，以及在接口傳輸數(shù)據(jù)是時需要執(zhí)行的事件順序。 著名的數(shù)據(jù)通信物理層接口包括EIA RS-232和RS-449。RS-449是RS-232的后繼，它允許更長的電纜距離。 CCITT公布的V系列物理層規(guī)程包括了DTE-DCE接口和DCE-DCE接口。其它的標準，如RS-232，只包括DTE-DCE接口。盡管RS-232沒有說明DCE-DCE接口，但是許多制造商使用CCITTV系列建議的相關(guān)部分來描述物理層接口的這一部分。 1．DCE設(shè)備 DCE（Data Communication Equipm

61、ent）即數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備。它通常指調(diào)制解調(diào)器（Modem）或其他類型的通信設(shè)備，DCE位于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和傳輸信息到另一個站點的線路之間，它提供了DTE和通信網(wǎng)絡(luò)的互連，而且它接收和提供線路的時鐘同步。當通信線路是傳輸模擬信號的電話線時，DCE是調(diào)制解調(diào)器，當線路傳輸數(shù)字信號時，DCE是信道服務(wù)單元/數(shù)據(jù)服務(wù)單元（CSU/DSU）。此外，為了充分利用通信信道的傳輸能力，DCE設(shè)備還可能是多路復(fù)用器（Multiplexer），它將高速信道分成許多子信道，一條物理線路可供多個數(shù)據(jù)終端設(shè)備同時使用。 Modem用于提供數(shù)字信號和模擬信號之間的轉(zhuǎn)換和接口，在發(fā)送端，它將數(shù)字比特轉(zhuǎn)換成適合在

62、模擬信道上傳輸?shù)男盘枺ㄕ{(diào)制）；在接收端，接受該信號，并把它還原為原來的數(shù)字形式（解調(diào)）。兩個Modem之間的距離可達數(shù)前千公里。 在傳輸距離僅有數(shù)米至數(shù)公里時，可以使用線路驅(qū)動器（Line driver）。這種設(shè)備通常安裝在兩個DTE之間。 在距離很近，不需要Modem或驅(qū)動器的情況下?？梢杂肦S-232接口電纜（或其他接口電纜）在兩個設(shè)備之間直接連接。在異步通信時，接口不提供定時信號，設(shè)備之間工作的同步是從數(shù)據(jù)信號的起/止（start./stop）比特中獲得。對于同步設(shè)備之間的連接，接口提供時鐘信號。 2． DTE設(shè)備 DTE（Data Terminal Equipment）即數(shù)據(jù)終

63、端設(shè)備。從數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的觀點來看，所有與網(wǎng)絡(luò)的端口（port）相連的設(shè)備都成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備。它可以是沒有處理能力的啞終端或打印機，也可以是計算機或用于局域網(wǎng)互連的橋接器或路由器。在IBM的大型計算機環(huán)境下，通信控制器（Communication Controller）和連接到鏈路的群控制器（Cluser controller）都是DTE的實例。 數(shù)據(jù)終端設(shè)備通常是由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和傳輸控制器三部分組成。輸入設(shè)備主要有鍵盤、紙帶、卡片、光學(xué)信號和磁記錄信號的識別和閱讀設(shè)備；輸出設(shè)備主要有CRT顯示器、打印機、磁記錄設(shè)備、光記錄設(shè)備和穿孔機等。不同的輸入、輸出設(shè)備和不同類型的傳輸控制設(shè)備相結(jié)合

64、產(chǎn)生了種類繁多的終端設(shè)備。 盡管DTE設(shè)備種類繁多，但DTE和DCE設(shè)備之間的接口類型卻應(yīng)該越少越好、越一致越好。任何DTE和與它相連的DCE必須保持接口特性和接口規(guī)程的完全一致，否則它們就不能通信。 二、 CCITT V系列建議 CCITT V系列建議規(guī)定了在電話線路上（包括專用線或交換網(wǎng)）實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的統(tǒng)一接口標準。為了簡化協(xié)議設(shè)計，獲得更好的兼容性，V系列建議中的某些建議是其他V系列建議的基礎(chǔ)。下面介紹常用的幾種V系列建議。 1． 接口電路電氣特性V系列建議 CCITT V系列建議中規(guī)定接口電路的電氣特性的有V.28、V.35、V.10和V.11，它們規(guī)定了接口電路信號

65、的電壓，信號源和負載阻抗，等效電路等。本節(jié)我們將主要介紹常用的V.28和V.35建議。 1）V.28建議規(guī)定了使用分立元件實現(xiàn)的不平衡雙流接口電路的電氣特性。 信號源開路電壓≤25V。負載阻抗3000～7000Ω。負載電容≤2500pF。 對于數(shù)據(jù)電路，接口點的電壓低于-3V時確定為二進制數(shù)據(jù)“1”，高于+3V時為數(shù)據(jù)“0”。 對于控制和定時接口電路，接口點的電壓高于+3V時確定為ON（接通）狀態(tài)，低于-3V時OFF（斷開）狀態(tài) +3和-3V之間規(guī)定為躍變區(qū)（不穩(wěn)定狀態(tài)）。信號通過躍變區(qū)的時間不應(yīng)超過1ms，或不超過比特碼元周期的3%，取二者中較短的時間為限。 V28接口的最大傳輸

66、速率為20kbps。采用ISO 2110規(guī)定的25芯連接器。 2）V.35建議 為了提高接口電路的工作速率，CCITT V35建議規(guī)定了平衡型雙流接口電路的電氣特性，接口線采用平衡絞合多線對電纜，特性阻抗80～120Ω，信號源阻抗為50～150Ω，負載阻抗為100+10Ω。 每對平衡線兩個端子之間正常工作電壓為0.55V+20%。當端子A對端子B的電壓為正（A>B）時確定為二進制數(shù)據(jù)“0”，為負（A