水文通讯技术

1、现代水文信息技术现代水文信息技术 河海大学河海大学 水文水资源学院水文水资源学院 第四章第四章.现代通讯系统现代通讯系统 第四章：现代遥测通讯系统第四章：现代遥测通讯系统 第一节：无线信道划分第一节：无线信道划分 第二节：短波第二节：短波 第三节：超短波第三节：超短波 第四节：微波、扩频微波第四节：微波、扩频微波 第五节：卫星第五节：卫星 第六节：移动网络第六节：移动网络 第七节：以太网络第七节：以太网络 第一节：无线信道划分第一节：无线信道划分 一般频率划分： 信道分类信道分类频率范围频率范围 短 波3MHz30MHz 超短波30MHz300MHz 微 波300MHz3000GHz 电视频段

2、划分： 频段频段 频率范围频率范围 VHF小于150MHz UHF小于900MHz 微波频段划分： 频段频段频率范围频率范围 P225 MHz390MHz L390 MHz1.55GMHz S1.55GHz5.2GMHz C3.9 GHz6.2GMHz X5.2 GHz10.9GMHz K10.9GHz36GMHz 扩频(数字)微波频段划分： 频段频段频率范围频率范围 900MHz902MHz928MHz 2.4GHz 2.4GHz2.485GHz 5.7GHz 5.7GHz5.785GHz 常用卫星频段： 频段频段频率范围频率范围 C上行 6 GHz C下行 4 GHz Ku上行 14GHz

3、 Ku下行 12GHz 水文通讯专用超短波频点： 规定使用范围 频点（MHz） 1.通 信：138.350，138.425，138.625,138.775， 423.550，423.625,423.725，423.800， 423.875 2.偏远山区专用： 144.325，144.475 3.分滞洪区警报： 73.250，73.550，73.625, 73.700 73.850，73.525，75.500，75.855 水文专用超短波频点分配（续） 规定使用范围 频点（MHz） 4、水文遥测系统单工： 228.425，228.575 228.600，228.800 5、水文遥测系统双工： 主

4、台发射从台发射 231.050224.050 231.250224.250 231.725224.725 231.800224.800 第二节：短波第二节：短波 一、通信原理 二、信道特性 三、优化技术 四、流星余迹通信 一、短波通信原理一、短波通信原理 传播机理 电磁波依靠电离层的介质反射的天波传播和 沿地球表面的地波传播。 传播介质 电离层：地球表面高度函数的等离子体。由太阳 的紫外线和宇宙高能粒子辐射形成的电子、离子、 分子、原子组成，构成不同高度的四个导电层。 电离层构造电离层构造 D 层：高度6090Km，白天存在，只吸收电磁波。 E 层：高度100120Km，白天存在，可反射电磁波

5、。 ES层：高度120Km，偶发层。电磁密度大，反射电磁 波极佳。 F1层：高度170220Km，白天存在，可反射电磁波。 F2层：高度220450Km，昼夜都存在，可反射电磁 波，电磁密度变化较大。 地球地球表面表面 F2 F1 ES E D 电离层结构图电离层结构图 通信方式通信方式 短波通信一般选用F2层作为反射层。理论上，F2 反射的通信距离，1跳可达4000Km，多跳则更远。因为 短波首先要穿透D层（吸收层），所以D层决定了短波 的传输距离、也间接地决定了发射机的功率和天线增益。 最高可用频率（MUF） 如果短波的发射频率过高，入射角过大，电磁波将穿 透F2层，射入太空，没有反射波。

6、 最佳工作频率（OWF） 保证短波既不不穿透F2层，又要使衰落、多径效应和 干扰最小。 NKf F 5 .80sec 02 MUFOWF85. 0 MUF、OWF的关系公式 式中： N-电离层电子密度 0-短波斜射入射角 f fF2 F2 的最大值，即短波最高可用频率（MUF） 二、短波信道特性二、短波信道特性 1.信道衰落：短波通信时，由于电磁波吸收造成的接收 机端信号振幅呈随机变化的现象。 2.快 衰 落：周期在毫秒到秒级的衰落。 3.慢 衰 落：周期在分钟到小时级的衰落。 4.信道干扰：来自宇宙背景和人类通信的随机同频干扰。 5.电离层漫反射： 多径时延：电离层反射造成的信号延时叠加。

7、多普勒频移：电离层变化造成的短波多普勒频率移动效 应，多跳时更严重。 三、短波通讯优化技术三、短波通讯优化技术 1、跳频技术 根据季节、昼夜的电离层变化，以及信道距离等参 数，确定短波使用的频率集，并且根据时间的不同，自 动变化频率，满足最佳信道质量的要求。 2、分集技术 分散传送，合并判决技术。空间分集、时间分集、 频率分集、极化分集。 3、自适应技术 利用多普勒效应，自动变频跟踪电离层的变化调制 解调和信道纠错编码利用调制解调和编码技术减少误码 率。 四、流星余迹通信四、流星余迹通信 由于太空中每天有成千上万个流星进入地球大 气层，流星在大气层中燃烧分解，形成 电离气柱， 存在时间为0.1

8、200秒，可以反射电磁波。 利用流星余迹反射机理的短波通信即流星余迹 通信。 第三节：超短波第三节：超短波 一、通信原理一、通信原理 二、信道特性二、信道特性 三、三、超短波电路设计超短波电路设计 一、超短波通信原理一、超短波通信原理 电磁波在对流层内视距或绕射传播。 二、超短波信道特性二、超短波信道特性 优点优点 1、信道稳定、质量好，一般不受气候的影响。 2、实时性好、功耗低、功率小，适于野外供电条件 恶劣情况使用。 3、技术成熟、设备可靠、运行维护费用低。 缺点缺点 1、如果信道不好，需要架设中继站时，系统的可靠 性将下降，建设费用增加。 2、中继站要架在高山顶上，易受雷电袭击，维护也

9、较困难。 三、超短波电路设计三、超短波电路设计 1、路径损耗的定义 2、路径损耗Lb的理论估算方法 3、路径损耗Lb的测试方法 4、距离和方位角计算 5、误码率计算 通信电路信号流程通信电路信号流程 馈线 损耗 Lt 天线 增益 Gt 天线 增益 Gr 发射机 Pt 接收机 Pr 馈线 损耗 Lr 传播媒介 路径损耗 Lb 1.路径损耗的定义路径损耗的定义 LrLtGrGtPtLbPr （dB） Lb和和Ls 系统的总功率损耗Ls： 系统的路径损耗Lb 如果忽略馈线失配损耗，则路径损耗Lb由下式计算： 2.路径损耗路径损耗Lb的理论估算方法的理论估算方法 ALL bfb fdLbflg20lg

10、2045.32 式中：Lbf自由空间损耗 A附加损耗 f为系统工作频率（MHz） d为电路路径长度（km）。 信道的附加损耗信道的附加损耗A A主要由阻挡绕射形成，可以采用山峰绕射模式，根据 惠根斯-费涅尔原理简化计算如下： vvvV1lg204 . 6 2 1 2 21 2 F H dd d Hv c c n i ViVA 1 式中，F1为第一费涅尔半径、Hc为传播余隙、d是总路 径长度、d1d2为分别为路径障碍点到发射端和接收端的 距离。 3.路径损耗路径损耗Lb的测试方法的测试方法 使用功率计测得发射电台的功率，接收端采用一 只场强仪测量接收端的场强。 4.距离和方位角计算距离和方位角计

11、算 ABBABA d coscoscossinsincos12.111 1 12.111 sincos 12.111 cossinsin cos360 1 d d I B BA B 12.111 sincos 12.111 cossinsin cos 1 d d I A AB A 式中：A、A为A站经纬度，B、B为B站经纬度 （度） （度） （km） 平原地区传输距离估算平原地区传输距离估算 2112.4hhS 式中：h1、h2为两站点处的天线加高，单位（m）。 （km) 式中， 为解调器输入信杂比。 若要满足无线信道的传输误码率Pe104，由 公式算出信杂比=12.3（dB） 5.误码率计算

12、误码率计算 系统误码率与通信机的解调方式和单位带宽解调 门限信杂比有关，对于FSK调制方式，其关系参见公 式： 2 2 2 exp 2 1 A Pe 2 2 2 A 230MHz超短波通讯机超短波通讯机 第四节：微波第四节：微波 原理 电磁波在空间的视距直线传播。 优点 l信道稳定，不受气候、季节和昼夜的衰落影响。 l信道质量好、带宽大、容量大、速率高。 l可以获得高方向性，天线小安装灵活性大。 缺点 l要架设多级中继，可靠性下降。 l建设费用大，维护困难。 微波扩频技术微波扩频技术 窄带技术：窄带技术： 始终将信号调制在一个固定频点上，采用严格规定的始终将信号调制在一个固定频点上，采用严格规

13、定的 窄带通信。窄带通信。 扩频技术：扩频技术： 任意时刻，将信号调制在不同的多个频点上，采用宽任意时刻，将信号调制在不同的多个频点上，采用宽 带通信。带通信。 理论基础香农公式理论基础香农公式 C: C: 通信容量（通信容量（bit/sbit/s） B B：信道带宽（：信道带宽（HzHz） S/NS/N：信噪比（：信噪比（dBdB） 2 log (1) S CB N 扩频技术原理扩频技术原理 1, ( ) 0, mk km Dt km 当 当 n个信号源（个信号源（k=1，2，3，n） n个载波：个载波： （k=1，2，3，n），相互线性无关），相互线性无关 ( )kt 11 ( )( )

14、nn kkk kk f tCt Ck 11 1 ( )( )( ) ( )( ) nn mmkkmk k kk n mmmmk k k Df tDCtC Dt C DtC Dt ( )kt Dm 解算因子（解算因子（伪随机序列码伪随机序列码） 调制：调制： 解调：解调： ( )kt Dm与与 的相关性的相关性 CDMA扩频技术实现扩频技术实现 调制调制 扩频扩频 数数 字字 信信 号号 解调解调 伪随机码伪随机码 注注 入入 数数 字字 信信 号号 解扩解扩 伪随机码伪随机码 注注 入入 B B Bm 用伪随机序列码用伪随机序列码 构造地址，并扩频调制构造地址，并扩频调制Dm( ) kt 扩频

15、技术实现方式扩频技术实现方式 直接序列扩频直接序列扩频 将数据按位变换为一串数据流。逻辑将数据按位变换为一串数据流。逻辑1 1和逻和逻 辑辑0 0分别对应两组互不相干的伪随机序列码，分别对应两组互不相干的伪随机序列码，直直 接去同步调制一组载波，进行扩展频谱接去同步调制一组载波，进行扩展频谱发送。发送。 跳频扩频跳频扩频 将数据按位变换为一串数据流。逻辑将数据按位变换为一串数据流。逻辑1 1和逻和逻 辑辑0 0分别对应两组互不相干的伪随机序列码，控分别对应两组互不相干的伪随机序列码，控 制一串按次序跳变的载频频率序列发送。制一串按次序跳变的载频频率序列发送。 示例示例-1：直接序列扩频：直接序

16、列扩频 1、编码方式、编码方式：（11位）位） a c e g I k (频率频率Hz) b d f h g “1”= 01001000111 “0”= 10110111000 2、待发送的数据流：待发送的数据流：0110 3、发送序列：发送序列： 10110111000 01001000111 01001000111 10110111000 互不相干的一对伪随机码 示例示例-2：跳频扩频：跳频扩频 1、编码方式：、编码方式： A B C D E (频率频率Hz) t1 t2 t3 t4 t5 (时间片时间片) “1”= A E C B D “0”= B C A D E 2、待发送的数据流：待

17、发送的数据流：0110 3、发送序列：发送序列： B C A D E ， A E C B D ， A E C B D ， B C A D E CDMA（码分多址）扩频技术特点（码分多址）扩频技术特点 保密性：保密性：伪随机序列长度和排列不相同，伪随机序列长度和排列不相同， 编码组合的可能性巨大。编码组合的可能性巨大。 隐蔽性：隐蔽性：可在可在-8dB-8dB信噪比情况下工作。信噪比情况下工作。 抗干扰：抗干扰：采用了伪随机码相关检测技术采用了伪随机码相关检测技术 来分离信号。来分离信号。 容量大：容量大：伪随机码的互不相关性，支持伪随机码的互不相关性，支持 多信号源并发工作。多信号源并发工作。

18、 带宽大：带宽大：通信速率高。通信速率高。 )( S N CBm 直接序列扩频与跳频扩频的比较直接序列扩频与跳频扩频的比较 直接序列优点：直接序列优点： 1 1、码速快。、码速快。 2 2、技术实现简单，成本低。、技术实现简单，成本低。 跳频优点：跳频优点： 1 1、抗干扰能力强。、抗干扰能力强。 2 2、码元的能量大，易于远传。、码元的能量大，易于远传。 原理: 利用卫星作为中继站的微波传输技术 作用：通讯，定位 特点：传输距离远、覆盖面广， 组网灵活， 不受地形条件影响，信道质量好，通信容量大， 可靠性高。 第五节：卫星第五节：卫星 卫星的分类卫星的分类 2.轨道高度：轨道高度： GEO（

19、同步），35768km MEO（中轨），500015000km LEO（低轨），5005000km 1.轨道形状：轨道形状： 赤轨卫星 极轨卫星 斜轨卫星 3.地球同步：地球同步： 同步卫星 非同步卫星 卫星的结构卫星的结构 天线天线 遥测、指令和信标天线遥测、指令和信标天线 通信天线通信天线 全球波束全球波束 点波束点波束 区域波束区域波束 通信通信 透明转发器透明转发器 处理转发器处理转发器 电源电源 跟踪遥测指令跟踪遥测指令 控制控制 温度等温度等 姿态姿态 “北斗北斗”定位、通讯卫星定位、通讯卫星 中国全天候、全天时区域导航系统，具有通讯信 道，2002年投入试运行。 构成：GEO工作

20、卫星、备用卫星，地面控制中心 站和北斗用户终端三部分构成。 功能： 1.地面中心:系统的监控和管理、数据存储、交换、传输 和处理，并提供高度坐标，解算用户位置。 2.用户终端:接收地面中心站经卫星转发的测距信号，并 向两颗卫星发射应答信号。 “北斗北斗”定位几何原理定位几何原理 O 赤道 卫星 A C B 地球静止轨道 地球 测点 X Z Y 地面中心站 r1 r2 R1 R2 222 1111()()()rxxyyzz 222 2222()()()rxxyyzz “北斗北斗”定位流程定位流程 “北斗北斗”通讯原理通讯原理 扩频： CDMA的直接序列 扩频方式。 频率： C频段：卫星与卫 星地

21、面控制中心之 间。 L频段：终端与北 斗卫星之间上行。 S频段：北斗卫星 与终端之间下行。 “北斗北斗”卫星民用服务系统卫星民用服务系统 基本业务： (1)定位信息 (2)短信息通信 (3)授时和GPS差分 信息 (4)群、组呼功能 (5)遇险报警 “北斗北斗”卫星地面站卫星地面站 “北斗北斗”卫星遥测信道的特点卫星遥测信道的特点 通信畅通率高，可在1秒内完成端对端之间的报文传输 短消息报文120个汉字或等长度的BCD码 支持每秒200个用户并发处理 终端加电启动及失锁再捕获时间不到3秒，1秒级内快速 定位 卫星终端设计紧凑、简单，无需对星，定位和通讯功能 合而为一。 卫星终端设备最大功耗不到

22、80W，功耗小。 采用L/S/C波段，抗雨衰能力强 CDMA扩频技术，抗干扰性、保密性强 “亚洲二号亚洲二号” 通信卫星通信卫星 定点于东经105度的 GEO通信卫星。 转 发 器：9个Ku波段、24个C波段， 调 制：CDMA 水文业务：Ku波段，以色列G-liant卫星终端 国际海事卫星国际海事卫星 主要业务：用于航海船舶的告警呼救通信 收 发 器：L波段的1.5GHz/1.6GHz，传输速率600bps 调 制：TDMA 终端设备体积小、功耗低，信道无干扰，可靠性高。 比较项目北斗海事卫星 亚洲2号 卫星类型 及产权 GEO通信、定位卫 星，中国所有。 GEO通信卫星，87 个国家参加的

23、国 际海事卫星组织 所有。 GEO通信卫星，中 国香港亚洲卫星 公司所有。 政策性中国自主。美国GPS授时。中国自主。 功能定位、精密授时、 实时导航GPS差分 信息、短消息通 讯。 数据报告，数据 转发。 数据传输、信息 服务。 工作频段S/L频段微波， 受雨衰影响小。 C/L频段微波， 受雨衰影响小。 Ku频段微波， 受雨衰影响大。 北斗、海事卫星、亚洲北斗、海事卫星、亚洲2号对比号对比 比较项目北斗海事卫星 亚洲2号 抗干扰采用CDMA码分多 址，抗干扰能力 强。 采用TDMA时分多址， 存在数据包的碰撞。 采用CDMA码分多 址，抗干扰能力 强。 覆盖范围 亚洲地区全球全球大陆 并发处

24、理 出站：200次/秒 入站：300次/秒 出站：1次呼叫/秒， 入站：1次呼叫/秒， 1帧8.64秒，分为28 个时隙 采用CDMA分组轮 询方式。 报文处理 120个汉字或等长 （1680bit）BCD 码 数据报告32字节数据包长可根据 用户信息长度优 化选择。 北斗、海事卫星、亚洲北斗、海事卫星、亚洲2号对比号对比 比较项目北斗海事卫星 亚洲2号 传输速率 出站：31.25Kbps 入站：5.625Kbps 600bps64K-2Mbps 9.6-153.6Kbps 点队点传 输时延 安用户等级划分 为：1、2、5秒 大于30秒由通讯方式决定 终端功耗 发射：80W， 待机：0.36W

25、 发射80W发射120W，待机 30mW 北斗、海事卫星、亚洲北斗、海事卫星、亚洲2号对比号对比 第六节：移动网络第六节：移动网络 技术分代技术分代接入技术接入技术 典型网络和业务名称典型网络和业务名称 1G FDMA AMPS，TACS 2G TDMA FDMA GSM、 GSM-SMS 2.5G TDMA CDMA GPRS、 EDGE、 CDMA1x 3G TDMA，CDMA TD-SCDMA、 WCDMA、 CDMA2000 各代移动数据业务的技术资料各代移动数据业务的技术资料 技术分代技术分代 运营商运营商网络名称网络名称平均速率平均速率 2.5G 中国移动中国移动GPRS2040k

26、bps 中国移动中国移动EDGE80160kbps 中国联通中国联通CDMA1x70110Kbps 3G 中国移动中国移动 TD-SCDMA384kbps 中国联通中国联通 WCDMA800Kbps 中国电信中国电信 CDMA2000650kbps GSMGSM话务系统话务系统结构结构 (BTS)基站收发信机 (BSC)基站控制器 (MSC)移动交换中心 (VLR)访问位置寄存器 (HLR)归属位置寄存器 (EIR)设备识别寄存器 (AUC)鉴权中心 (SMS-SC)短消息业务中心 (GMSC)移动交换中心网关 (CBC)计费中心 (PSTN)公众电话交换网 (ISDN)综合业务数字网 (PS

27、PDN)分组交换公用数据网 (PLMN)公众陆地移动网 电路交换 分组交换 GPRSGPRS数据系统结构数据系统结构 （BTSBTS）基站收发信机）基站收发信机 （BSCBSC）基站控制器）基站控制器 （MSCMSC）移动交换中心）移动交换中心 （PCUPCU）分组控制单元）分组控制单元 （SGSNSGSN）GPRSGPRS服务支持接点服务支持接点 （GGSNGGSN）GPRSGPRS网关支持接点网关支持接点 （PDNPDN）公用数据网公用数据网 GPRSGPRS遥测系统结构遥测系统结构 第七节：以太网络第七节：以太网络 u定义： 以太网不是一种具体的网络，是一种技术规范。 u拓扑结构： 总线

28、型： 星型： 以太网络拓扑结构比较以太网络拓扑结构比较 u总线型：总线型： 采用同轴缆作为传输介质，连接简单，不需要专用的网络设备。 所需的电缆较少、价格便宜、管理成本高，不易隔离故障点、采用共 享的访问机制，易造成网络拥塞。 u星型：星型： 采用集线器、交换机为核心节点设备，通过双绞线、光纤将局域 网中的各台主机连接到核心节点上。 管理方便、容易扩展、需要专用的网络设备、更多的网线、对核 心设的可靠性要求高，但网线和连接器比总线型的要便宜。 星型拓扑可以通过级联的方式很方便的将网络扩展到很大的规模。 数据帧与工作体制数据帧与工作体制 u令牌式： u广播式： 令牌环： 广播： 网 络 层 数据

29、链路层 物 理 层 数据链路层 物 理 层 应 用 层 表 示 层 会 话 层 传 输 层 网 络 层 数据链路层 物 理 层 应 用 层 表 示 层 会 话 层 传 输 层 网 络 层 数据链路层 物 理 层 传输介质传输介质传输介质 C CC CP P 网 络 层 应用进程A O OS SI I环环境境 应用进程B 主主机机A A主主机机B B A A C CC CP P B B 以太网的以太网的OSI七层虚拟框架七层虚拟框架 应 用 层 表 示 层 会 话 层 传 输 层 网 络 层 数据链路层 物 理 层 应 用 层 表 示 层 会 话 层 传 输 层 网 络 层 数据链路层 物 理

30、层 应用进程A应用进程B 比特序列 帧 分组 报文 数据单元 数据单元 数据 数据 传输介质 主主机机A A主主机机B B 以太网虚拟通讯流程以太网虚拟通讯流程 以太网设备识别：以太网设备识别：IPIP地址与地址与MACMAC地址地址 逻辑：IPv4地址（32位） 物理：MAC地址（48位） 岗位：班长 个人：李白 u物理地址和个人具有唯一性； u岗位和逻辑地址相对固定，个人和物理地址可更替。 以太网的广播式工作原理以太网的广播式工作原理 u设备连接：以太网上的所有设备都连在以太总线上，它们共享同 一个通信通道。 u传输速度：实际上是光速的80%左右 u工作方式：以太网采用的是广播方式的通信，

31、即所有的设备都接 收每一个信息包。 u工作流程： （1）帧听，直到信道空闲为止。 （2）空闲就传输数据，传输的时候继续帧听。 （3）如发现冲突则执行退避算法，继续侦听。 （4）若未发现冲突则发送成功，计算机会返回到帧听信道状态。 每台计算机一次只允许发送一个包，计算机在试图再一次发送数 据之前，必须等待9.6微秒（10Mbps为例）。 冲突与冲突域冲突与冲突域 u冲突：冲突： 在以太网中，当两个数据帧同时被发到物理传输介质上，并完全 或部分重叠时，就发生了数据冲突。当冲突发生时，物理网段上的数 据都不再有效。 u 冲突域：冲突域： 在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。 冲突是影

32、响以太网性能的重要因素，由于冲突的存在使得传统的 以太网在负载超过40时，效率将明显下降。因此，当以太网的规模 增大时，就必须采取措施来控制冲突的扩散。 通常的办法是使用网桥和交换机将网络分段，将一个大的冲突域 划分为若干小冲突域。 冲突域划分冲突域划分 广播、广播域与广播风暴广播、广播域与广播风暴 u广播：广播： 以目的地址都为“1”的广播帧构成的数据流，广播帧告之网络中 所有的计算机接收并处理此帧。 u广播域：广播域： 网络中能接收任何一台设备发出的广播帧的所有设备的集合。 u广播风暴广播风暴 广播导致在广播域内大量复制和传播数据帧，造成网络性能下降， 甚至网络瘫痪。 u广播风暴成因广播风

33、暴成因 共享式大网络、网卡损坏、网络环路、网络病毒等。 集线器共享式以太网集线器共享式以太网 u工作原理： 集线器（HUB）将一个端口接收的信号重复分发给其 他端口来扩展物理介质，所有连接到集线器的设备共享同 一介质，集线器和它所连接的设备组成了一个单一的冲突 域和广播域。 u技术特点： 1. 集线器同时只能传输一个数据帧，集线器所有端口 共享同一带宽。 2. 集线器是有源设备，对接收的信号有放大作用。集 线器也被称为“多端口中继器”。 3. 由于共享冲突域，随着节点的增加，大量的冲突将 导致网络性能急剧下降。 4. 由于共享广播域，遇到广播风暴将导致网络性能急 剧下降。 交换机交换式以太网交

34、换机交换式以太网 u 交换机工作原理交换机工作原理 1. 交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同 交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。 2. 交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地 址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。 3. 如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向 所有端口转发。 4. 广播帧向所有的端口转发。 交换式优于共享式交换式优于共享式 u减少冲突： 交换机将冲突隔绝在每一个端口（每个端口都是一个冲 突域），避免了冲突的扩散。 u提升带宽： 接入交换机的每个节点都可以使用全部的带宽，而不是 各个节点共享带宽。 u减少误码： 交换机分直通式和

35、存储转发式，存储转发式可以纠检数 据包传输中的错码。 交换机的主要功能和特性交换机的主要功能和特性 u主要功能主要功能 1. 学习：学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址 同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。 2. 转发转发/过滤：过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时， 它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为 广播/组播帧则转发至所有端口）。 3. 消除回路：消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成 树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。 u技术特性：技术特性： 1. 隔离冲突域：隔离冲突域：每

36、一个端口所连接的网段都是一个独立的冲突域。 2. 不隔离广播帧：不隔离广播帧：所连接的设备在同一个广播域（三层交换机配置的 VLAN网络环境除外）。 网桥网桥 u网桥作用：网桥作用： 可将网段连接在一起，分割网段，减少冲突。 u工作原理：工作原理： 同交换机没有本质的区别。在某些物理介质（网线、光 纤等）情况下，可以认为网桥就是交换机。 u技术特点：技术特点： 网桥可连接不同介质的网段（WiFi等）。 路由器路由器 u路由器的作用：路由器的作用： 它决定IP包通过的最佳路径,将数据包从一个网络前向转 发到另一个网络。 u路由器的功能：路由器的功能： 1. 隔绝广播包，划分广播域 。 2. 通过

37、路由选择算法决定最优路径。 3. 转发基于三层目的地址的数据包。 VLAN虚拟局域网虚拟局域网 虽然位于OSI模型的第三层的路由器提供了广播域分段， 但位于OSI模型的第二层的交换机也提供了一种称为VLAN 的广播域分段方法。 VLAN为工作站提供独立的广播域，这些工作站是依据其 功能、项目组或应用而不顾其用户的物理位置而逻辑分段 的。 VLAN的特点的特点 uVLAN的优点：的优点： 1. 安全性：一个VLAN里的广播帧不会扩散到其他VLAN中。 2. 网络分段：将物理网段按需要划分成几个逻辑网段，每一个逻辑 网段像一个独立物理网段。 3. 灵活性。可将交换端口和连接的用户按照VLAN逻辑分

38、成团体。 VLAN能跨越多个交换机。 uVLAN间通讯间通讯 位于二层的交换机划分的VLAN无法进行VLAN间通信，只有 位于三层路由器或高级的三层交换机可以转发不同VLAN间的数据 包，称之为VLAN间路由。 IEEEIEEE国际国际电气与电子工程师协会电气与电子工程师协会 IEEE802委员会现有以下委员会现有以下13个分委员会，分管：个分委员会，分管： 802.1 概述、体系结构和网络互连，以及网络管理和性能测量概述、体系结构和网络互连，以及网络管理和性能测量 802.2 逻辑链路控制逻辑链路控制 802.3 CSMA/CD 802.4 令牌总线网令牌总线网 802.5 令牌环形网令牌环

39、形网 802.6 城域网城域网MAN 802.7 宽带技术宽带技术 802.8 光纤技术光纤技术 802.9 综合话音数据局域网综合话音数据局域网 802.10可互操作的局域网的安全可互操作的局域网的安全 802.11无线局域网无线局域网 802.12高速局域网高速局域网 802.14 Cable - TV电缆电视电缆电视 物理层物理层 数据链路层数据链路层 网络层网络层 传输层传输层 会话层会话层 表示层表示层 应用层应用层 网络层网络层 MAC地址地址 互联层互联层 IP地址地址 传输层传输层 应用层应用层 万维网万维网 InterNet MACMAC地址的组成地址的组成 u MAC地址是

40、以太网卡上带的地址，也即物理地址， MAC地址在世界是惟一的。MAC地址的长度为48位 （6个字节），表示为冒号隔开的16进制数： 08:00:20:0A:8C:6D IEEEIEEE 分配分配给给网络硬件制造网络硬件制造 商的编号商的编号。制造商网络产品的系列号制造商网络产品的系列号 IPv4IPv4地址的组成地址的组成 点分点分 十进制十进制 最大值最大值 二进制二进制 举例：举例： 网络地址网络地址主机地址主机地址 1111111111111111 1111111111111111 1111111111111111 1111111111111111 4 4个字节，个字节，3232位，位，

41、4 4亿多个地址亿多个地址 172.172. 16.16. 122. 122. 202202 255 255 255255255 255255 255255 1010110010101100 0001000000010000 01111010011110101100110011001100 1010110010101100 IPv4IPv4地址的特别规定地址的特别规定 1.主机地址全为0（192.168.0.0 0），解释为“本主机” 主机地址全为1（192.168.0.255255），解释为 192.168.0这个网络上的所有主机。 整个IP地址全为0（0.0.0.00.0.0.0）是RIP协议用来赋给 默认路由的地址。 整个IP地址全为1（1.1.1.11.1.1.1）表示在当前网络上广 播给全部主机，也称“全1广播”。 IPv4IPv4地址的分类地址的分类 A类地址类地址: 范围范围1126 B类地址类地址: 范围范围128191 C类地址类地址: 范围范围192223 0NNNNNNN主机主机主机主机主机主机 126个A类网络，每个A类网络最多可以连接167万台主机 10NNNNNN网络网络主机主机主机主机 16万个B类网络，每个B类网络最多可以连接6.5万台主机 110NNNN