第2章 计算机网络低层协议

1、第第2章章 计算机网络低层协议计算机网络低层协议 2.1 物理层物理层 2.2 数据链路层数据链路层 2.3 面向比特的链路控制规程（面向比特的链路控制规程（HDLC） 2.4 网络层网络层 2.5 拥塞控制拥塞控制 2.1 物物 理理 层层 本节主要内容本节主要内容 2.1.1 物理层的基本概念物理层的基本概念 2.1.2 物理层下的传输媒体物理层下的传输媒体 2.1.3 物理层协议举例物理层协议举例 【任务描述【任务描述】 在计算机网络组建、管理和维护工作中，需要在计算机网络组建、管理和维护工作中，需要 直接与物理层打交道，例如：直接与物理层打交道，例如： 双绞线网络线缆的制作与测试，双绞

2、线网络线缆的制作与测试， 连接头、连接插座、转换器等组件的使用，连接头、连接插座、转换器等组件的使用， 中继器、集线器等物理层设备的使用。中继器、集线器等物理层设备的使用。 为此，有必要理解为此，有必要理解物理层的功能物理层的功能、常见传输介常见传输介 质质以及以及接口规范接口规范。 2.1.1 物理层的基本概念物理层的基本概念 物理层研究的是怎样才能在连接各种计算机的物理层研究的是怎样才能在连接各种计算机的 传输媒体上传输数据的比特流，而不是指连接传输媒体上传输数据的比特流，而不是指连接 计算机的具体物理设备或计算机的具体物理设备或负责信号传输的负责信号传输的具体具体 传输媒体。传输媒体。

3、物理层协议主要解决的是主机、工作站等物理层协议主要解决的是主机、工作站等数据数据 终端设备终端设备与通信线路上的与通信线路上的通信设备通信设备之之间间的的接口接口 问题问题。 物理层直接与物理信道相连，数据传输单物理层直接与物理信道相连，数据传输单 位称为比特。物理层的主要功能是为物理位称为比特。物理层的主要功能是为物理 上相互关联的通信双方上相互关联的通信双方提供物理连接提供物理连接（物（物 理信道），并在物理连接上透明地传输比理信道），并在物理连接上透明地传输比 特流。特流。 提示：透明是指经实际电路传送后的比提示：透明是指经实际电路传送后的比 特流没有发生变化。特流没有发生变化。 物理层

4、定义了物理层定义了管理管理（建立、维护和拆除）（建立、维护和拆除） 物理链路的规范和协议物理链路的规范和协议； 同时定义了同时定义了物理层接口通信的标准物理层接口通信的标准，包括，包括 机械的、电气的、功能的和规程的特性。机械的、电气的、功能的和规程的特性。 物理层要实现物理层要实现4种特性的匹配。种特性的匹配。 物理层的物理层的4个特性：个特性： 机械特性机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚 数目和排列方式，定义接插及锁紧方式等。数目和排列方式，定义接插及锁紧方式等。 电气特性电气特性：指明在接口电缆的线路上出现的电压、电：指明在接口电缆的线路

5、上出现的电压、电 流等范围。流等范围。 功能特性功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压信号：指明某条线上出现的某一电平的电压信号 表示何种意义，通信过程中完成何种功能。表示何种意义，通信过程中完成何种功能。 规程特性规程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现：指明对于不同功能的各种可能事件的出现 顺序，是功能事件时序的描述顺序，是功能事件时序的描述。 2.1.2 物理层下的传输媒体物理层下的传输媒体 1、 双绞线双绞线（Twisted Pair） 双绞线是由两根具有绝缘保护层的铜导线按一双绞线是由两根具有绝缘保护层的铜导线按一 定密度相互绞缠在一起形成的线对组成。把一定密度相互绞缠在一

6、起形成的线对组成。把一 对或多对双绞线放在一条导管中便成了双绞线对或多对双绞线放在一条导管中便成了双绞线 电缆。电缆。 双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速率双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速率 等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。 （1）双绞线电缆的分类）双绞线电缆的分类 按照线缆是否屏蔽分为按照线缆是否屏蔽分为: 屏蔽双绞线（屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair） 非屏蔽双绞线（非屏蔽双绞线（UTP，Unshielded Twisted Pair） 按照电气特性分类按照电气特性分类 分为分为3类、类、4类、类、5类、超类、超5

7、类、类、6类、类、7类等类等 类型，数字越大，技术越先进，带宽越宽，类型，数字越大，技术越先进，带宽越宽， 价格越高。目前在计算机网络中常用的是价格越高。目前在计算机网络中常用的是 超超5类或类或6类非屏蔽双绞线。不同类别的双类非屏蔽双绞线。不同类别的双 绞线价格相差较大，应用范围也大不相同。绞线价格相差较大，应用范围也大不相同。 （2）连接器件）连接器件 双绞线电缆的连接器件包括电缆配线架、信息双绞线电缆的连接器件包括电缆配线架、信息 插座和接插软线等，用于端接或直接连接电缆，插座和接插软线等，用于端接或直接连接电缆， 使电缆和连接器件组成一个完整的信息传输通使电缆和连接器件组成一个完整的信

8、息传输通 道。道。 常用的连接器件有常用的连接器件有RJ-45插头（俗称水晶头）插头（俗称水晶头） 和信息插座和信息插座 屏蔽屏蔽RJ-45信息模块信息模块 TIA/EIA 568A与与568B标准双绞线与标准双绞线与RJ-45接接 口线序口线序 2、 同轴电缆同轴电缆 同轴电缆的类型同轴电缆的类型 规规 格格类类 型型阻抗阻抗信信 号号描描 述述 RG-58/U细缆细缆50 基带基带 固体实芯铜线固体实芯铜线 RG- 58/AU 细缆细缆50 基带基带 绞合线绞合线 RG-59CATV75 频带频带 用于有线电视网用于有线电视网 RG-11粗缆粗缆50 基带基带 一般用于网络主干一般用于网络

9、主干 RG-6290 基带基带 用于用于ARCNET和和 IBM3270终端终端 （1）同轴电缆的分类）同轴电缆的分类 电缆中心导体的芯越粗，信号传输距离越电缆中心导体的芯越粗，信号传输距离越 远。根据中心导体的直径大小不同，分为：远。根据中心导体的直径大小不同，分为： 粗缆：粗缆：直直径径为为1.27cm最最，大传输距离大传输距离 500m（10Base-5），），阻抗是阻抗是75。 细缆：细缆：直径为直径为0.26cm，最大传输距离，最大传输距离 185m（10Base-2），阻抗是，阻抗是50。 同轴电缆的两种基本类型同轴电缆的两种基本类型 基带同轴电缆：一般仅用来传输数据，基带同轴电缆

10、：一般仅用来传输数据， 不使用不使用Modem，与宽带同轴电缆相比要经，与宽带同轴电缆相比要经 济，适合距离较短、速率要求较低的局域济，适合距离较短、速率要求较低的局域 网。外导体用铜做成网状，特性阻抗为网。外导体用铜做成网状，特性阻抗为 50 （型号为（型号为RG-8、RG-58等）。等）。 宽带同轴电缆：传输速率较高，距离较宽带同轴电缆：传输速率较高，距离较 远，成本较高。不仅能传输数据，还可传远，成本较高。不仅能传输数据，还可传 输图像和语音信号，特性阻抗为输图像和语音信号，特性阻抗为75 （如（如 RG-59等）。等）。 （2）同轴电缆的连接器）同轴电缆的连接器 粗缆连接器粗缆连接器

11、粗缆通过收发器（粗缆通过收发器（Transceiver）与计算机连接。）与计算机连接。 计算机通过一根电缆连接到收发器上，这根电计算机通过一根电缆连接到收发器上，这根电 缆称为连接单元接口（缆称为连接单元接口（AUI，Attachment Unit Interface）电缆。计算机网络接口卡（网卡）电缆。计算机网络接口卡（网卡） 和收发器件称为和收发器件称为AUI连接器。连接器。 细缆连接器细缆连接器 细缆通过细缆通过BNC连接器连接到每段电缆的两端，连接器连接到每段电缆的两端， 用于与其他细缆或用于与其他细缆或BNC T型接头连接。型接头连接。BNC连连 接器由一根中心插针、一个外套和接头组

12、成。接器由一根中心插针、一个外套和接头组成。 BNC T型接头有型接头有3个接口，用于连接细缆的个接口，用于连接细缆的BNC 连接器或网卡。连接器或网卡。T型底部的接口连接到计算机的型底部的接口连接到计算机的 网卡上，另两边连接细缆的网卡上，另两边连接细缆的BNC接头。接头。 BNC连接器连接器 BNC T型接头型接头 3、光缆、光缆 光缆由光纤、加强芯、填充物等组成。光缆由光纤、加强芯、填充物等组成。 光纤的全称为光导纤维，是一种能够传输光束光纤的全称为光导纤维，是一种能够传输光束 并且细而柔软的通信介质，是由石英玻璃拉成并且细而柔软的通信介质，是由石英玻璃拉成 细丝，由纤芯和包层构成的双层

13、通信圆柱体。细丝，由纤芯和包层构成的双层通信圆柱体。 （1）光纤的组成与工作原理）光纤的组成与工作原理 光纤由纤芯、包层和涂覆层光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成部分组成 光纤中光的传输原理光纤中光的传输原理 光纤中光的传输光纤中光的传输 （2）光纤的分类）光纤的分类 多模光纤：存在一定入射角度范围的光线在多模光纤：存在一定入射角度范围的光线在 一条光纤中传输。一条光纤中传输。 多模光纤的传输性能较差，带宽较窄，传输容多模光纤的传输性能较差，带宽较窄，传输容 量较小，常用于建筑物内干线子系统、水平子量较小，常用于建筑物内干线子系统、水平子 系统或建筑物之间的布线。系统或建筑物之间的布线。 单模

14、光纤：光纤的直径减小到只能传输一种单模光纤：光纤的直径减小到只能传输一种 模式的光波，光纤像一个波导，使光线一直向模式的光波，光纤像一个波导，使光线一直向 前传播，不会有多次反射。前传播，不会有多次反射。 单模光纤的传输频带宽，传输容量大，适用于单模光纤的传输频带宽，传输容量大，适用于 大容量、长距离的光纤通信，常用于建筑物之大容量、长距离的光纤通信，常用于建筑物之 间的布线。单模光纤在色散、效率及传输距离间的布线。单模光纤在色散、效率及传输距离 等方面优于多模光纤。等方面优于多模光纤。 （3）光纤通信系统）光纤通信系统 光纤通信是一种光电混合式的通信结构。通信终光纤通信是一种光电混合式的通信

15、结构。通信终 端的电信号与光纤传输的光信号之间要进行光电端的电信号与光纤传输的光信号之间要进行光电 转换。光电转换通过光电转换器完成。两根光纤转换。光电转换通过光电转换器完成。两根光纤 组成一对（收、发）信号线。组成一对（收、发）信号线。 （4）光纤通信的主要特点：）光纤通信的主要特点： 优点：优点： 1）传输频带宽，通信容量大）传输频带宽，通信容量大 2）传输衰减小，中继距离长）传输衰减小，中继距离长 3）抗电磁干扰，传输质量好）抗电磁干扰，传输质量好 4）体积小、重量轻、便于施工）体积小、重量轻、便于施工 5）原材料丰富，节约有色金属，有利于环保）原材料丰富，节约有色金属，有利于环保 缺点

16、：缺点： 光纤质地脆，机械强度低；光纤的切断和接续光纤质地脆，机械强度低；光纤的切断和接续 需要一定的工具设备和技术，光缆的弯曲半径需要一定的工具设备和技术，光缆的弯曲半径 不能过小等等。不能过小等等。 4、无线传输介质、无线传输介质 利用无线传输介质可以在自由空间中利用电磁波利用无线传输介质可以在自由空间中利用电磁波 进行通信。常用无线通信方式有：进行通信。常用无线通信方式有： 红外传输：红外传输： 是以是以红外线红外线的方式传递的方式传递数据数据，可以很，可以很方便方便地在地在办办 公室公室环境下实现无线方式连接，环境下实现无线方式连接，传输传输速度快，速度快，笔笔 记本记本新机型所配的红

17、外传输口的传输新机型所配的红外传输口的传输速度速度已加快已加快 到了到了4Mbps。工作频率范围：工作频率范围：1012 1014Hz，局，局 域网使用直接传输或间接传输两种类型出红外传域网使用直接传输或间接传输两种类型出红外传 输。输。存在传输距离短，只能直线传输的缺点存在传输距离短，只能直线传输的缺点 。 激光通信：激光通信： 利用激光传输信息的通信方式。利用激光传输信息的通信方式。 工作工作频率范围：频率范围： 1014 1015Hz。按传输媒介的不同，可分为大气按传输媒介的不同，可分为大气 激光通信和光纤通信。激光通信和光纤通信。 微波通信：微波通信： 利用电磁波进行通信。工作利用电磁

18、波进行通信。工作频率范围：频率范围：108 1012Hz。包括地面微波接力通信、卫星通信、对包括地面微波接力通信、卫星通信、对 流层散射通信、空间通信及工作于微波频段的移流层散射通信、空间通信及工作于微波频段的移 动通信。只能直线传播。动通信。只能直线传播。 卫星通信：卫星通信：利用人造地球卫星作为中继站来转发利用人造地球卫星作为中继站来转发 或反射无线电信号，在两个或多个地面站之间进或反射无线电信号，在两个或多个地面站之间进 行通信。其特点是：通信距离远；传播延迟较大；行通信。其特点是：通信距离远；传播延迟较大； 通信容量大；不受大气层骚动的影响，通信可靠通信容量大；不受大气层骚动的影响，通

19、信可靠 。 2.1.3 物理层协议举例物理层协议举例 （1）EIA RS-232C/V.24 接口标准接口标准 EIA RS-232C是是美国电子工业协会美国电子工业协会EIA （Electronic Industry Association)在在 1969年颁布的一种串行物理接口标准，其年颁布的一种串行物理接口标准，其 中，中，RS（Recommended Standard）的）的 意思是推荐标准；意思是推荐标准；232是标识号；后缀是标识号；后缀C是是 版本号，表示该推荐标准已被修改过的次版本号，表示该推荐标准已被修改过的次 数。数。RS-232C与与ITU-T的的V.24标准兼容，是标准

20、兼容，是 一种非常实用的一种非常实用的异步串行通信接口异步串行通信接口。 RS-232C标准提供了一个利用公用电话网络作标准提供了一个利用公用电话网络作 为传输介质并通过为传输介质并通过Modem将远程设备连接起来将远程设备连接起来 的技术规定。的技术规定。 它定义了它定义了DTE和和DCE之间的接口之间的接口 标准。标准。 （1）机械特性）机械特性 机械特性又称物理特性，规定机械特性又称物理特性，规定DTE和和DCE之间的之间的 连接器形式，包括连接器的形状、几何尺寸、引连接器形式，包括连接器的形状、几何尺寸、引 线数目和排列方式、固定和锁定装置等。线数目和排列方式、固定和锁定装置等。DTE

21、连连 接的接的DCE设备多种多样，因而连接器的标准有多设备多种多样，因而连接器的标准有多 种。种。 主要有主要有DB-25和和DB-9两种针式插座两种针式插座 现在所说的现在所说的232通讯均默认为通讯均默认为9针的接口。针的接口。 （2）电气特性）电气特性 电气特性规定了电气特性规定了DTE与与DCE之间多条信号线的连之间多条信号线的连 接方式，发送器和接收器的电气参数及其他有关接方式，发送器和接收器的电气参数及其他有关 电路的特征，包括信号源的输出阻抗、负载的输电路的特征，包括信号源的输出阻抗、负载的输 入阻抗、入阻抗、信号信号“1”和和“0”的电压范围的电压范围、传输速率、传输速率、 平

22、衡特性和距离的限制等。电气特性决定了平衡特性和距离的限制等。电气特性决定了传输传输 速率速率和和传输距离传输距离。 232信号的有效通讯距离是信号的有效通讯距离是15m。 负逻辑电平：用正负电压表示逻辑状态负逻辑电平：用正负电压表示逻辑状态 逻辑逻辑“0”的电平的电平+5V+15V 逻辑逻辑“1”的电平的电平-15V-5V （3）功能特性）功能特性 功能特性规定接口信号具有的特定功能，即功能特性规定接口信号具有的特定功能，即DTE和和 DCE之间各信号的信号含义。通常信号线可分之间各信号的信号含义。通常信号线可分4类：类： 数据线、控制线、同步线和地线。数据线、控制线、同步线和地线。 引脚号引

23、脚号信号名称信号名称缩写缩写方向方向功能说明功能说明 1保护地线保护地线PG机壳地机壳地 2发送数据发送数据TXDDCE终端发送串行数据终端发送串行数据 3接收数据接收数据RXDDTE终端接收串行数据终端接收串行数据 4请求发送请求发送RTS DCEDTE请求请求DCE切换到发送状态切换到发送状态 5清除发送清除发送CTSDTEDCE已经切换到发送状态已经切换到发送状态 6数据设备就绪数据设备就绪DSRDTEDCE已经准备好接收数据已经准备好接收数据 7信号地线信号地线GND信号地线信号地线 8载波检测载波检测DCDDTEDCE已检测到远程载波已检测到远程载波 20数据终端就绪数据终端就绪DT

24、RDCEDTE已准备好，可以接收已准备好，可以接收 22振铃指示振铃指示RIDTEDCE通知通知DTE线路已接通线路已接通 FG：Frame Ground 连到机器的接地线连到机器的接地线 TXD：Transmitted Data数据输出线数据输出线 RXD：Received Data数据输入线数据输入线 RTS：Request to Send要求发送数据要求发送数据 CTS：Clear to Send回应对方发送的回应对方发送的RTS的发送许的发送许 可，告诉对方可以发送可，告诉对方可以发送 DSR：Data Set Ready告知本机在待命状态告知本机在待命状态 DTR：Data Term

25、inal Ready告知数据终端处于待命告知数据终端处于待命 状态状态 CD：Carrier Detect载波检出，用以确认是否收到载波检出，用以确认是否收到 Modem的载波的载波 SG：Signal Ground信号线的接地线（严格的说是信号线的接地线（严格的说是 信号线的零标准线）信号线的零标准线） RS-232C信号功能与连接图信号功能与连接图 9针针RS-232针脚排列针脚排列 （4）规程特性）规程特性 规程特性规定DTE和ECE之间各接口信号 线实现数据传输的操作过程，即在物理连 接的建立、维持和拆除时，DTE和DCE双 方在各电路上的动作顺序以及维护测试操 作等。只有符合相同特性

26、标准的设备之间 才能有效地进行物理连接的建立、维持和 拆除。 RS-232零调制解调器连接示意图零调制解调器连接示意图 实际应用中，电子工程师在设计计算机与 外围设备的通信时，通常在9针的基础再进 行简化，只用其中的2、3、5三个管脚进行 通信。这三个管脚分别是接收线、发送线 和地线，在一般情况下即可满足通讯的要 求，计算机和外部通讯的接线方法：2、3 两脚交叉互联，一个设备的发送线必须联 接到另外一台设备的接收线上，5脚地线直 连。 DTE-A向向DTE-B发送数据的过程发送数据的过程: 当当DTE-A要和要和DTE-B进行通信时，进行通信时，DTE-A将将 DTR置有效，同时通过置有效，同

27、时通过TXD向向DCE-A发送电话发送电话 号码信号。号码信号。 DCE-B将将RI置为有效，通知置为有效，通知DTE-B有呼叫信号有呼叫信号 到达。到达。 DTE-B将将DTR置为有效。置为有效。 DCE-B接着产生载波信号，并将接着产生载波信号，并将CTS置为有效，置为有效， 表示已准备好接收数据。表示已准备好接收数据。 DCE-A检测到载波信号，将检测到载波信号，将DCD及及CTS置为有置为有 效，通知效，通知DTE-A通信电路已连接好；同时，通信电路已连接好；同时， DCE-A向向DCE-B发送载波信号；发送载波信号； DCE-B将将CTS置为有效。置为有效。 DTE-A若有发送的数据

28、，将若有发送的数据，将DSR（RTS）置置 为有效。为有效。 DCE-A作为回应信号，将作为回应信号，将RTS（CTS）信号信号 置为有效。置为有效。 DTE-A通过通过TXD发送串行数据，发送串行数据，DCE-A将数将数 据通过通信线路发向据通过通信线路发向DCE-B。 DCE-B将收到的数据通过将收到的数据通过RXD传送给传送给DTE-B。 RS-232标准的所有线路共用一根地线，是一种非平标准的所有线路共用一根地线，是一种非平 衡结构，可能在设备之间产生较多的干扰。衡结构，可能在设备之间产生较多的干扰。 2RS-499接口标准：实际上由接口标准：实际上由3个接口标准组成。相个接口标准组成

29、。相 当于当于V.35。 (1)RS-449 规定了接口的机械特性、功能特性和过程特性，采规定了接口的机械特性、功能特性和过程特性，采 用用37根引脚的插头座。根引脚的插头座。 (2)RS-423A 采用非平衡传输方式（所有电路共用一个公共地），采用非平衡传输方式（所有电路共用一个公共地）， 采用单端输出和差分输入电路采用单端输出和差分输入电路 (3)RS-422A 采用平衡传输方式（所有电路没有公共地），即双采用平衡传输方式（所有电路没有公共地），即双 端差分发送，双端差分接收，抗干扰能力大大加强。端差分发送，双端差分接收，抗干扰能力大大加强。 拓展：拓展： 物理层设备与组件物理层设备与组件

30、 1物理层组件物理层组件 常见的物理层组件包括常见的物理层组件包括物理线缆物理线缆、连接头、连接头、 连接插座连接插座、转换器转换器等。等。 连接头和连接插座是配对使用的组件，作连接头和连接插座是配对使用的组件，作 用是为网络线缆连接提供良好的端接。用是为网络线缆连接提供良好的端接。 转换器用于不同接口或介质之间进行信号转换器用于不同接口或介质之间进行信号 转换，例如转换，例如DB-25到到DB-9的转换器，光纤的转换器，光纤 到非屏蔽双绞线的转换器等。到非屏蔽双绞线的转换器等。 2常见物理层设备常见物理层设备 中继器的功能中继器的功能 中继器主要负责在两个节点的物理层上按位传中继器主要负责在

31、两个节点的物理层上按位传 递信息，同时负责放大或再生局域网的信号，递信息，同时负责放大或再生局域网的信号， 扩展网络连接距离，扩充工作站数目。扩展网络连接距离，扩充工作站数目。 中继器的使用原则中继器的使用原则 用中继器连接的以太网不能形成环形网；用中继器连接的以太网不能形成环形网； 必须遵守必须遵守MAC（介质访问控制）协议的定时（介质访问控制）协议的定时 特性。用中继器连接电缆的段数是有限的。特性。用中继器连接电缆的段数是有限的。 双绞线（双绞线（10Base-T）以太网技术可归结为）以太网技术可归结为5-4-3- 2-1规则：规则： 5：允许：允许5个网段个网段，每网段最大长度，每网段最

32、大长度100米。米。 4：在同一信道上允许连接：在同一信道上允许连接4个中继器个中继器或集线器。或集线器。 3：在其中的三个网段上可以增加节点。：在其中的三个网段上可以增加节点。 2：在另外两个网段上，除做中继器链路外，不：在另外两个网段上，除做中继器链路外，不 能接任何节点。能接任何节点。 1：上述将组建一个大型的冲突域，最大站点数：上述将组建一个大型的冲突域，最大站点数 1024，网络直径达，网络直径达2500米。米。 （2）集线器（）集线器（Hub） 集线器的功能集线器的功能 集线器在集线器在OSI 7层模型中位于物理层，实质是一层模型中位于物理层，实质是一 个中继器，同样必须遵守个中继

33、器，同样必须遵守MAC（介质访问控制）协（介质访问控制）协 议的定时特性，主要功能是对接收到的信号进行议的定时特性，主要功能是对接收到的信号进行再再 生放大生放大，以扩大网络的传输距离。，以扩大网络的传输距离。 集线器是一个集线器是一个多端口多端口的信号放大设备，可将接收的信号放大设备，可将接收 到的数据信号进行整形放大，使衰减的信号再生到到的数据信号进行整形放大，使衰减的信号再生到 发送时的强度，转发到其他处于工作状态的端口上发送时的强度，转发到其他处于工作状态的端口上 （广播）。以太网的每个时间片内只允许有一个节（广播）。以太网的每个时间片内只允许有一个节 点占用公用通信信道发送数据，所有

34、端口共享带宽。点占用公用通信信道发送数据，所有端口共享带宽。 集线器只与它的上连设备（如上层集线器、交换集线器只与它的上连设备（如上层集线器、交换 机、路由器或服务器等）进行通信，同层的各端口机、路由器或服务器等）进行通信，同层的各端口 之间不直接进行通信，而是通过上连设备再返回集之间不直接进行通信，而是通过上连设备再返回集 线器将信息广播到所有端口。线器将信息广播到所有端口。 集线器的分类集线器的分类 按集线器端口数分类：按集线器端口数分类：8口、口、12口、口、16口、口、24口、口、48 口等。口等。 按集线器提供带宽分类：按集线器提供带宽分类：10Mbit/s、10/100Mbit/s

35、、 100Mbit/s、10/100/1000Mbit/s。 按集线器适用的网络类型分类：以太网集线器、令牌按集线器适用的网络类型分类：以太网集线器、令牌 环网集线器、环网集线器、FDDI 集线器、集线器、ATM 集线器。集线器。 按集线器是否支持网络管理分类：非网管型集线器和按集线器是否支持网络管理分类：非网管型集线器和 网管型集线器。网管型集线器。 按集线器扩展方式分类：可堆叠集线器、不可堆叠集按集线器扩展方式分类：可堆叠集线器、不可堆叠集 线器。线器。 按集线器的配置分类：独立型集线器、模块化集线器按集线器的配置分类：独立型集线器、模块化集线器 和堆叠式集线器。和堆叠式集线器。 按集线器

36、供电方式分类：无源集线器和有源集线器。按集线器供电方式分类：无源集线器和有源集线器。 集线器的端口集线器的端口 集线器通常提供集线器通常提供3种类型的端口：种类型的端口：RJ-45端口、端口、 BNC端口、端口、AUI端口，以便连接不同类型电缆端口，以便连接不同类型电缆 所构建的网络。所构建的网络。 RJ-45端口可以直接连接计算机、网络端口可以直接连接计算机、网络 打印机等终端设备，也可以与其他交换机、打印机等终端设备，也可以与其他交换机、 集线器或路由器等设备进行连接。集线器或路由器等设备进行连接。 BNC端口是与端口是与细同轴电缆细同轴电缆连接的端口，连接的端口， 一般通过一般通过BNC

37、-T型接头进行连接。型接头进行连接。 AUI端口是与端口是与粗同轴电缆粗同轴电缆连接的端口连接的端口。 应用与实践：双绞线网线的制作与测试 1双绞线网线制作材料与工具双绞线网线制作材料与工具 （1）RJ-45接头接头 （2）压线钳）压线钳 （3）打线钳）打线钳 （4）打线保护工具）打线保护工具 RJ-45接头 普通RJ-45 压线钳 AMP专用压线钳 110型单线打线工具 打线保护装置 110型4对打线工具 2双绞线制作标准与网线类型双绞线制作标准与网线类型 （1）T568-A与与T568-B标准标准 T568-A标准标准 水晶头的水晶头的8针（或称插针）与线对的分配。线序从左针（或称插针）与

38、线对的分配。线序从左 到右依次为：到右依次为：1-白绿（白绿（W-G）、）、2-绿（绿（G）、）、3-白橙白橙 （W-O）、）、4-蓝（蓝（BL）、）、5-白蓝（白蓝（W-BL）、）、6-橙橙 （O）、）、7-白棕（白棕（W-BR）、）、8-棕（棕（BR）。）。4对双绞对双绞 线对称电缆中，线对线对称电缆中，线对2接信息插座的接信息插座的3、6针，线对针，线对3 接信息插座的接信息插座的1、2针。针。 T568-B标准标准 水晶头的水晶头的8针（或称插针）与线对的分配。线序从左针（或称插针）与线对的分配。线序从左 到右依次为：到右依次为：1-白橙（白橙（W-O）、）、2-橙（橙（O）、）、3-

39、白绿白绿 （W-G）、）、4-蓝（蓝（BL）、）、5-白蓝（白蓝（W-BL）、）、6-绿绿 （G）、）、7-白棕（白棕（W-BR）、）、8-棕（棕（BR）。）。4对双绞对双绞 线对称电缆中，线对线对称电缆中，线对2插入水晶头插入水晶头1、2针，线对针，线对3插插 入水晶头入水晶头3、6针。针。 T568-B标准接线标准接线 （2）判断线序）判断线序 将水晶头有塑料弹簧片的一面朝下，有将水晶头有塑料弹簧片的一面朝下，有 金属片针脚的一面向上，而且有金属片金属片针脚的一面向上，而且有金属片 针脚的一端指向远离自己的方向，有方针脚的一端指向远离自己的方向，有方 形孔的一端对着自己，此时，从左至右形孔

40、的一端对着自己，此时，从左至右 的引脚序号是的引脚序号是18。 （3）网线的类型）网线的类型 直通线直通线 直通线接法使双绞线的两端芯线一一对应。如果按直通线接法使双绞线的两端芯线一一对应。如果按 照照T568-B标准制作，则网线两端线序如表标准制作，则网线两端线序如表3-1所示。所示。 一般情况下，连接两个不同类型的设备时采用直通一般情况下，连接两个不同类型的设备时采用直通 线连接，例如，计算机线连接，例如，计算机-集线器或计算机集线器或计算机-交换机相交换机相 连时采用直通线。连时采用直通线。 端端1白橙白橙橙橙白绿白绿蓝蓝白蓝白蓝绿绿白棕白棕棕棕 端端2白橙白橙橙橙白绿白绿蓝蓝白蓝白蓝绿

41、绿白棕白棕棕棕 交叉线交叉线 交叉线接法（又称交叉线接法（又称1362接法）采用接法）采用1和和3线对对接，线对对接， 2和和6线对对接。如果按照线对对接。如果按照T568-B标准制作，则网线标准制作，则网线 两端线序如表所示。两端线序如表所示。 交叉线连接主要用于连接同种设备，例如，集线器交叉线连接主要用于连接同种设备，例如，集线器- 集线器连接、交换机集线器连接、交换机-交换机连接、服务器交换机连接、服务器-集线器集线器 连接、服务器连接、服务器-交换机连接、两台计算机的直接连接交换机连接、两台计算机的直接连接 等。等。 端端1白橙白橙橙橙白绿白绿蓝蓝白蓝白蓝绿绿白棕白棕棕棕 端端2白绿白

42、绿绿绿白橙白橙蓝蓝白蓝白蓝橙橙白棕白棕棕棕 设备间连线设备间连线 主机主机路由器路由器 交换机交换机 MDIX 交换机交换机 MDI 集线器集线器 主机主机交叉交叉交叉交叉直通直通N/A直通直通 路由器路由器交叉交叉交叉交叉直通直通N/A直通直通 交换机交换机 MDIX 直通直通直通直通交叉交叉直通直通交叉交叉 交换机交换机 MDI N/AN/A直通直通交叉交叉直通直通 集线器集线器直通直通直通直通交叉交叉直通直通交叉交叉 3双绞线网线的制作 （1）准备好）准备好5类双绞线、类双绞线、RJ-45插头（水晶头）和一把专用的压线钳。插头（水晶头）和一把专用的压线钳。 （2）用压线钳的剥线刀口将双绞

43、线的外保护套管划开（注意不要将里面双绞）用压线钳的剥线刀口将双绞线的外保护套管划开（注意不要将里面双绞 线的绝缘层划破），刀口距双绞线的端头至少线的绝缘层划破），刀口距双绞线的端头至少2cm。 （3）将划开的外保护套管剥去（旋转、向外抽），露出双绞线电缆中的）将划开的外保护套管剥去（旋转、向外抽），露出双绞线电缆中的4对对 双绞线。双绞线。 （4）按照）按照EIA/TIAT568-B标准和导线颜色将导线按规定的序号排好。标准和导线颜色将导线按规定的序号排好。 （5）将）将8根导线平坦整齐地平行排列，导线间不留空隙，准备用压线钳的剪根导线平坦整齐地平行排列，导线间不留空隙，准备用压线钳的剪 线刀

44、口将线刀口将8根导线剪断。根导线剪断。 （6）剪断电缆线。注意：一定要剪得很整齐。剥开的导线长度不可太短，可）剪断电缆线。注意：一定要剪得很整齐。剥开的导线长度不可太短，可 以先留长一些。不要剥开每根导线的绝缘外层。以先留长一些。不要剥开每根导线的绝缘外层。 （7）将剪断的电缆线放入）将剪断的电缆线放入RJ-45插头试试长短（要插到底），电缆线的外保插头试试长短（要插到底），电缆线的外保 护层最后应能够在护层最后应能够在RJ-45插头内的凹陷处被压实。反复进行调整。插头内的凹陷处被压实。反复进行调整。 （8）在确认一切都正确后（特别注意不要将导线的顺序排列反），将）在确认一切都正确后（特别注意

45、不要将导线的顺序排列反），将RJ-45 插头放入压线钳的压头槽内，准备最后的压实。插头放入压线钳的压头槽内，准备最后的压实。 （9）双手紧握压线钳的手柄，用力压紧。）双手紧握压线钳的手柄，用力压紧。 （10）完成双绞线网线的制作。）完成双绞线网线的制作。 步骤 13 4网线的测试 测试时，将双绞线两端的水晶头分测试时，将双绞线两端的水晶头分 别插入主测试仪和远程测试端的别插入主测试仪和远程测试端的 RJ-45端口，将开关开至端口，将开关开至“ON” （S为慢速挡），主机指示灯从为慢速挡），主机指示灯从1至至 8逐个顺序闪亮。逐个顺序闪亮。 2.2 数据链路层数据链路层 本节主要内容本节主要内容

46、 2.2.1 停止等待协议停止等待协议 2.2.2 连续连续ARQ协议协议 2.2.3 流量控制流量控制 【任务描述【任务描述】 数据链路层是数据链路层是OSI参考模型的第二层，在物理层参考模型的第二层，在物理层 提供服务的基础上，向网络层提供服务；提供服务的基础上，向网络层提供服务； 在相邻节点之间建立链路，传送以帧为单位的数在相邻节点之间建立链路，传送以帧为单位的数 据信息，并且对传输中可能出现的差错进行检错据信息，并且对传输中可能出现的差错进行检错 和纠错，向网络层提供无差错的透明传输，为物和纠错，向网络层提供无差错的透明传输，为物 理链路提供可靠的数据传输。理链路提供可靠的数据传输。

47、相对高层而言，数据链路层的协议都比较成熟。相对高层而言，数据链路层的协议都比较成熟。 数据链路层的有关协议是计算机网络中基本的部数据链路层的有关协议是计算机网络中基本的部 分，在任何网络中都是必不可少的层次。为此，分，在任何网络中都是必不可少的层次。为此， 有必要理解数据链路层的功能、标准和主要协议。有必要理解数据链路层的功能、标准和主要协议。 链路（链路（Link）：是一条无源的点到点的物）：是一条无源的点到点的物 理线路段，中间没有任何其它的结点。理线路段，中间没有任何其它的结点。 数据链路（数据链路（Data Link）：除了物理线路外，）：除了物理线路外， 还必须有通信协议（控制规程）

48、来控制这还必须有通信协议（控制规程）来控制这 些数据的传输。若把实现这些协议的硬件些数据的传输。若把实现这些协议的硬件 和软件加到链路上，就构成了数据链路。和软件加到链路上，就构成了数据链路。 数据链路控制规程的基本功能包括以下部分。数据链路控制规程的基本功能包括以下部分。 （1）把用户（网络层）的数据组成帧，帧的开）把用户（网络层）的数据组成帧，帧的开 头和结尾都要有明确的标识。头和结尾都要有明确的标识。 （2）控制帧的传输，包括帧同步、差错控制和）控制帧的传输，包括帧同步、差错控制和 流量控制；流量控制； （3）两个网络实体间的数据链路的管理；）两个网络实体间的数据链路的管理； （4）寻址

49、：提供识别和寻址一个特别发送端或）寻址：提供识别和寻址一个特别发送端或 接收端的手段，该发送端或接收端可能是多点接收端的手段，该发送端或接收端可能是多点 连接的设备中的一个。连接的设备中的一个。 数据链路层的物理地址寻址如图所示。数据链路层的物理地址寻址如图所示。 节点节点1的物理地址为的物理地址为A，若节点，若节点1要给节点要给节点4 发送数据，那么在数据帧的头部要包含节发送数据，那么在数据帧的头部要包含节 点点1和节点和节点4的物理地址，在帧的尾部还有的物理地址，在帧的尾部还有 差错控制信息。差错控制信息。 1帧同步帧同步 在数据链路层，数据以帧为单位传送。在数据链路层，数据以帧为单位传送

50、。 帧的组织结构必须使接收端能够明确地从物理帧的组织结构必须使接收端能够明确地从物理 层收到的比特流中区分帧的起始与终止位，这层收到的比特流中区分帧的起始与终止位，这 是帧同步要解决的问题。是帧同步要解决的问题。 当传输出现差错时，只将有错误的帧进行重传，当传输出现差错时，只将有错误的帧进行重传， 不需要将全部数据都重传一次。每个帧除了要不需要将全部数据都重传一次。每个帧除了要 传送的数据外，还包括检验码，以使接收端能传送的数据外，还包括检验码，以使接收端能 发现传输中的差错。发现传输中的差错。 常用的帧同步方法有如下常用的帧同步方法有如下4种。种。 （1）字符计数法）字符计数法 （2）带字符

51、填充的首尾界符法）带字符填充的首尾界符法 （3）带位填充的首尾标志法带位填充的首尾标志法 （4）物理层编码违例法）物理层编码违例法 2差错控制功能差错控制功能 差错是指接收端收到的数据与发送端实际发出差错是指接收端收到的数据与发送端实际发出 的数据出现不一致的现象。差错控制最常用的的数据出现不一致的现象。差错控制最常用的 方法是检错重发。接收端通过对差错编码（如方法是检错重发。接收端通过对差错编码（如 奇偶校验码）的检查，检测收到的帧在传输过奇偶校验码）的检查，检测收到的帧在传输过 程中是否发生差错，一旦发现差错，通知对方程中是否发生差错，一旦发现差错，通知对方 重新发送该帧。这要求接收端收完

52、一帧后，向重新发送该帧。这要求接收端收完一帧后，向 发送端反馈一个接收是否正确的信息，使发送发送端反馈一个接收是否正确的信息，使发送 端据此做出是否需要重新发送的决定。发送端端据此做出是否需要重新发送的决定。发送端 仅当收到正确的反馈信号后，才能认为该帧已仅当收到正确的反馈信号后，才能认为该帧已 经正确发送完毕；否则需要重发，直至正确为经正确发送完毕；否则需要重发，直至正确为 止。止。 3流量控制功能流量控制功能 流量控制的作用是控制流量控制的作用是控制相邻两节点之间相邻两节点之间数据链数据链 路上的信息流量，使发送端发送数据的能力不路上的信息流量，使发送端发送数据的能力不 大于接收端接收数据

53、的能力，使接收端在接收大于接收端接收数据的能力，使接收端在接收 前有足够的缓冲存储空间接收每一个字符或帧。前有足够的缓冲存储空间接收每一个字符或帧。 滑动窗口协议是一种采用滑动窗口机制进行流滑动窗口协议是一种采用滑动窗口机制进行流 量控制的方法。滑动窗口协议在提供流量控制量控制的方法。滑动窗口协议在提供流量控制 机制的同时，还可以同时实现帧的确认和差错机制的同时，还可以同时实现帧的确认和差错 控制。控制。 4链路管理功能链路管理功能 链路管理功能主要用于链路管理功能主要用于面向连接面向连接的服务。在链的服务。在链 路两端的节点进行通信前，必须确认对方已处路两端的节点进行通信前，必须确认对方已处

54、 于就绪状态，并交换一些必要的信息对帧的序于就绪状态，并交换一些必要的信息对帧的序 号初始化，然后才能建立连接，在传输过程中号初始化，然后才能建立连接，在传输过程中 还要维持该连接。如果出现差错，需要重新初还要维持该连接。如果出现差错，需要重新初 始化，重新自动建立连接，传输完毕要释放连始化，重新自动建立连接，传输完毕要释放连 接。数据链路层连接的建立、维持和释放称作接。数据链路层连接的建立、维持和释放称作 链路管理。链路管理。 2.2.1 停止等待协议停止等待协议 网络两个结点数据链路层进行通信的模型网络两个结点数据链路层进行通信的模型 理想链路： （1）链路很可靠，数据不会出错，也不会丢失

55、； 实际：有噪声干扰，数据出差错； 解决办法：发送方进行差错编码，接收方差错校验， 采用自动重发请求差错控制方法。 （2）发送方不管以多快的速率发送数据，接收方 都能准确及时接收，不需要链路层协议就可以保 证数据传输的正确性。 实际：收发双方不能保证协调工作。 解决办法：采用链路层协议：停止等待协议 停止等待协议工作原理：停止等待协议工作原理： 2.2.2 连续连续ARQ协议协议 连续连续ARQ协议工作原理协议工作原理 2.2.3 流量控制：滑动窗口机制流量控制：滑动窗口机制 2.3 面向比特的链路控制规程（面向比特的链路控制规程（HDLC） 本节主要内容本节主要内容 2.3.1 HDLC概述

56、概述 2.3.2 HDLC的帧结构的帧结构 2.3.1 HDLC概述概述 面向字符的链路控制协议面向字符的链路控制协议 面向字符就是说在链路上所传送的数据必须是面向字符就是说在链路上所传送的数据必须是 由规定字符集（例如由规定字符集（例如ASCII码）中的字符所组成码）中的字符所组成 的。同时在链路上传送的控制信息也必须由同一的。同时在链路上传送的控制信息也必须由同一 个字符集中的若干规定的控制字符构成。例如：个字符集中的若干规定的控制字符构成。例如： BISYNC。 面向比特的链路控制协议面向比特的链路控制协议 面向比特的链路控制规程则采用带填充位的首尾标志面向比特的链路控制规程则采用带填充

57、位的首尾标志 将一组比特封装成帧，通过定义不同类型的帧格式，实将一组比特封装成帧，通过定义不同类型的帧格式，实 现链路层的功能。例如：现链路层的功能。例如：HDLC。 HDLC是一种面向比特型的传输控制协议。是一种面向比特型的传输控制协议。 HDLC支持全双工通信，采用位填充的成帧技支持全双工通信，采用位填充的成帧技 术，以滑动窗口协议进行流量控制。最大特点术，以滑动窗口协议进行流量控制。最大特点 是数据不必是规定字符集，对任何一种比特流，是数据不必是规定字符集，对任何一种比特流， 均可以实现透明的传输。在链路上采用连续发均可以实现透明的传输。在链路上采用连续发 送方式传输信息，发送一帧信息后

58、，不用等待送方式传输信息，发送一帧信息后，不用等待 对方的应答即可发送下一帧，直到接收端发出对方的应答即可发送下一帧，直到接收端发出 请求重发某一信息帧时，才中断原来的发送。请求重发某一信息帧时，才中断原来的发送。 为满足不同应用场合的需要，为满足不同应用场合的需要，HDLC定义了定义了3 种类型的通信站，种类型的通信站，2种链路结构及种链路结构及3种数据响应种数据响应 方式。方式。 （1）通信站类型）通信站类型 主站主站 从站从站 复合站复合站 （2）链路结构）链路结构 不平衡链路结构不平衡链路结构 平衡链路结构平衡链路结构 不平衡链路结构不平衡链路结构 平衡链路结构平衡链路结构 （3）数据

59、响应方式）数据响应方式 正常响应方式正常响应方式NRM：用于不平衡链路结构。：用于不平衡链路结构。 从站只有在得到主站允许后，才能向主站传从站只有在得到主站允许后，才能向主站传 送数据。送数据。 异步响应模式异步响应模式ARM：用于不平衡链路结构。：用于不平衡链路结构。 主站和从站可以随时相互传输数据帧。从站主站和从站可以随时相互传输数据帧。从站 不需要等待主站允许即可发送数据帧。但是，不需要等待主站允许即可发送数据帧。但是， 主站仍然负责控制和链路管理。主站仍然负责控制和链路管理。 异步平衡方式异步平衡方式ABM：用于平衡链路结构。任：用于平衡链路结构。任 何一个复合站不必事先得到对方许可，

60、即可何一个复合站不必事先得到对方许可，即可 开始传输过程。开始传输过程。 HDLC的帧结构的帧结构 1标志字段标志字段 在一个帧的开头和结尾各放入一个特殊的标记，作为在一个帧的开头和结尾各放入一个特殊的标记，作为 一个帧的边界。这个标志称为标志字段一个帧的边界。这个标志称为标志字段F。 零比特填充法零比特填充法 ： 2地址字段地址字段 8个比特。在使用非平衡方式传送数据时，地个比特。在使用非平衡方式传送数据时，地 址字段总是写入从站的地址。但在平衡方式时，址字段总是写入从站的地址。但在平衡方式时， 地址字段总是填入应答站的地址。全地址字段总是填入应答站的地址。全1地址是广地址是广 播方式，而全