计算机网络技术及应用课件全套 1-9 计算机网络概述 - -计算机网络实验

计算机网络技术及应用

第一章第1章计算机网络概述本章主要内容计算机网络发展过程；计算机网络基本概念；计算机网络的类型及其特征。1.1计算机网络发展过程本讲主要内容从ARPAnet到互联网；高速互联网；移动互联网；物联网；云计算；大数据。一、从ARPAnet到互联网ARPAnet：美国国防部高级研究计划局研制的分组交换网络ARPAnet到互联网的几个因素：局域网TCP/IPPCWeb一、从ARPAnet到互联网局域网与电视事业发展过程相似，互联网兴起并快速发展主要得益于：终端设备、终端互联设备和网络内容。局域网是实现终端互联的最佳网络技术，尤其是PC诞生后，局域网是实现PC互联的主要网络技术。一、从ARPAnet到互联网TCP/IP互联网无处不在的关键是，由无数个不同类型、适合不同数据传输需求的传输网络组成。而实现不同类型传输网络互联的基础是TCP/IP。一、从ARPAnet到互联网PC梅特卡夫定律：网络的价值与网络用户数的平方成正比。PC诞生并走入千家万户，使得普通用户可以通过PC上网，是互联网快速发展的主要原因。一、从ARPAnet到互联网Web没有丰富多彩的信息资源、没有便于访问信息资源的方法，人们便会失去上网的兴趣，Web的诞生，不仅使得互联网成为信息资源供给地，而且还极大地拓展了互联网应用领域。Internet分成局域网、主干网和接入网;网络在Internet中的作用和地位确定速率发展过程;同一种网络在Internet中的作用不同，速率发展过程也不同。二、高速互联网Internet结构接入网局域网主干网二、高速互联网从共享到交换;10Mbps→100Mbps→1Gbps→10Gbps→40/100Gbps;传输媒体从同轴电缆到双绞线和光纤。局域网－以太网速率发展过程二、高速互联网接入网速率发展过程拨号上网

300bps→19.2kbps→33.6kbpsADSL512Kbps→1Mbps→8Mbps以太网

10Mbps→100Mbps二、高速互联网EPON

50M/100Mbps主干网速率发展过程ATM:622MbpsSDH:2.5Gbps、10Gbps和40GbpsDDN:2.048Mbps→8Mbps→34Mbps二、高速互联网三、移动互联网移动互联网结构三、移动互联网移动终端特点便携；无线通信；一定的处理能力。三、移动互联网移动终端种类笔记本计算机；平板电脑；智能手机。智能手机性能越来越好、随时随地上网三、移动互联网无线局域网协议名称发布年份电磁波频段最高数据传输速率802.1119972.4GHz2Mbps802.11a19995GHz54Mbps802.11b19992.4GHz11Mbps802.11g20032.4GHz54Mbps802.11n（Wi-Fi4）20092.4GHz和5GHz600Mbps802.11ac（Wi-Fi5）20125GHz6Gbps802.11ax（Wi-Fi6）20192.4GHz和5GHz9Gbps三、移动互联网蜂窝移动通信网络标准最高数据传输速率GPRS171.2kbps3G下行传输速率：2.8Mbps上行传输速率：384kbps4G下行传输速率：150Mbps上行传输速率：40Mbps5G下行传输速率：1Gbps上行传输速率：100Mbps三、移动互联网移动互联网应用

基于位置服务，如导航、实时查询附近的服务设施和特定人员跟踪等移动互联网应用。

扁平式双向通信，减少层次结构中的中间层，顶层与底层之间直接双向通信。

移动支付、移动购物和移动社交等，真正做到一机在手，走遍天下，玩遍天下。四、物联网物联网组成：智能物体；通信网络；数据分析处理中心；物联网应用。四、物联网物联网组成

智能物体是指能够感知物理世界，对物理世界实施动作，且能够与其他智能物体和数据分析处理中心相互通信的设备。

通信网络用于实现智能物体之间、智能物体与数据分析处理中心之间的通信过程。

数据分析处理中心用于实现数据存储、数据处理和控制命令发布等功能。

物联网应用用于满足用户个性化需要。四、物联网智能建筑结构四、物联网智能建筑

感知层由传感器和执行器等智能物体组成。

传感器和执行器这些智能物体连接到接入网，接入网通过网关设备连接到互联网。传统控制系统通过网关设备连接到互联网。

传感器和传统控制系统采集的数据统一上传到数据分析处理中心，数据分析处理中心生成的命令可以统一下发给执行器和这些系统中的控制设备。

基于数据分析处理中心开发智能建筑的各种应用程序，移动终端可以通过浏览器或定制APP按照权限访问应用程序生成的信息。五、云计算

传统互联网应用结构是客户端和服务器结构（C/S结构），资源集中在服务器上，这里的资源包括计算资源、存储资源和数据资源等。C/S结构五、云计算

构建由大量服务器组成的数据中心。但每一个企业构建维护一个数据中心的方案并不可行，且数据中心无法满足用户对资源的弹性需求。数据中心五、云计算

由专门的企业建设、维护、管理和运营大型的数据中心，所有企业按需申请资源，并根据申请的资源的数量付费。企业可以根据实际需要动态调整所申请的资源的数量。云计算五、云计算

虚拟化是将一种形式的资源抽象成另一种形式的技术。实现虚拟化后，所有服务器的资源构成一个逻辑上的资源池，创建的每一个虚拟机可以按需从资源池中分配资源，而且，分配的资源数量可以动态调整。云计算五、云计算云计算特点：按需自助服务；资源池化；快速部署、弹性伸缩；可计量服务。六、大数据大数据特征：体量巨大（Volume）；类型繁多（Variety）；处理速度快（Velocity）；价值密度低（Value）。六、大数据

互联网应用导致海量和种类繁多的数据，如电商平台生成的海量数据，社交网络产生的海量且种类繁多的数据。

物联网通过传感器感知物理世界，大量的、不同类型的传感器感知的数据不仅数量巨大，而且类型繁多。

存储、处理数量巨大、类型繁多的大数据需要云计算，云计算强大的资源为大数据提供良好的存储、处理平台。1.2计算机网络基本概念本讲主要内容计算机网络定义；基本术语。一、计算机网络定义

计算机网络是，一些互相连接的、自治的计算机的集合。

计算机网络特征：共享资源；自治系统；遵守统一的通信标准。二、基本术语物理线路：实际接触到的线缆，如双绞线缆，光纤等。物理链路：物理线路中一条用于实现信号传输的通道。逻辑链路：在物理链路基础上增加了类似检错、流量控制和可靠传输等功能后的数据传输路径（或数据传输通路）。二、基本术语数据(data)：多种媒体信息在计算机中的表示形式。信号（signal）：数据的电气或电磁表现。模拟信号：时间和幅度都是连续的信号。数字信号：时间和幅度都是离散的信号。信道：用于传输信号的通道。二、基本术语数据传输速率：终端单位时间内经过连接的线路发送或接收的二进制数位数，单位为比特每秒，缩写为b/s或bps。信号传播速度：单位时间内信号在信道中的传播距离，单位是m/s。带宽：某个频段的频率宽度，是频段中最大频率和最小频率的差，单位为Hz。二、基本术语时延：发送端发送一组长度为M字节的数据给接收端所需要的时间。即从发送端发送第一位数据，到接收端接收最后一位数据的时间间隔。比特时间：每一位二进制数的时间宽度，它是数据传输速率的倒数。比特长度：每一位二进制数占用信道的长度，等于比特时间×信号传播速度。终端吞吐率：终端某段时间T内的平均传输速率，等于终端时间段T内发送的数据量/T。1.3计算机网络的类型及其特征本讲主要内容个域网；局域网；家庭网；城域网；广域网；互联网。一、个域网

个域网（PAN）的最大通信距离一般限制在10m以内，主要用于实现可穿戴设备（如智能手表）与手机之间、计算机与外设之间的通信过程。

个域网通常采用无线通信方式，目前常见的个域网有蓝牙（Bluetooth）、ZigBee等。二、局域网

局域网（LAN）的作用范围为2～10km2，主要用于实现校园范围内主机之间的通信过程，或者企业园区内主机之间的通信过程。最常见的局域网是以太网和无线局域网二、局域网

通过以太网将接入点（AP）连接在一起，构成扩展服务集三、家庭网

家庭网（HomeNetwork）的作用范围是一个住宅的范围，从几十平方米到几百平方米。家庭网主要用于实现住宅范围内的固定终端、移动终端以及其他智能监控设备与互联网之间的通信过程。三、家庭网

家庭网的主要连接设备是无线路由器，无线路由器面向住宅范围内的设备时，相当于是一个集成AP和交换机的路由器。三、家庭网

家庭网通常不是单一的传输网络，而是由以太网和无线局域网这两种不同的局域网组成。四、城域网

城域网（MAN）的作用范围是一个大城市所覆盖的地理范围，用于实现城市范围内主机之间的通信过程，或是城市范围内局域网之间的互联。

常见的城域网由SDH和以太网，以太网是一种适合作为城域网和局域网的网络。五、广域网

广域网（WAN）的作用范围可以是一个省，一个国家，甚至全球。实际应用中，广域网通常为相隔甚远的两个设备之间提供点对点物理链路。目前常见的广域网有PSTN、SDH等。五、广域网

由SDH为两个TM提供点对点物理链路，两个TM之间的距离可以非常远。六、互联网

互联网由无数个不同类型的传输网络互联而成，由路由器实现不同类型的传输网络之间的互联。六、互联网TCP/IP和路由器可以将多种具有不同特性的传输网络互联在一起，构成覆盖全球、无处不在的互联网。使得遍布世界各地的人们可以通过互联网实现相互通信和资源共享。计算机网络技术及应用

第二章第2章网络协议与网络体系结构本章主要内容基本概念；OSI体系结构；TCP/IP体系结构；OSI体系结构和TCP/IP体系结构的比较；网络通信标准化组织。2.1基本概念本讲主要内容分层结构；网络体系结构基本概念。一、分层结构（1）将复杂的功能体，分解为若干个功能子体，每一个功能子体完成功能体的部分功能，所有功能子体协调完成功能体的全部功能；（2）每一个功能子体对应图中的某一层，不同的功能子体之间符合图所示的分层结构；（3）图中第1层实现的功能最简单，每一层在下一层实现的功能的基础上，增加本层实现的功能，第n层提供复杂功能体提供的全部服务；一、分层结构（4）每一层需要定义以下内容，一是下一层为本层提供的服务。二是本层为上一层提供的服务。三是本层实现的功能。本层实现的功能就是用于弥补下一层为本层提供的服务与本层为上一层提供的服务之间的落差；（5）相邻层之间定义接口，n层通过接口发出服务请求，n－1层通过接口提供服务响应；（6）只要n－1层与n层之间的接口不变，其他层的变化不会对n层的实现过程产生影响。一、分层结构分层原则（1）每一层的功能相对独立，以此保证每一层功能的实现过程对其他层是透明的。（2）相邻层之间有着清晰的接口，相邻层之间请求服务和提供服务时交换的信息尽可能的少。（3）需要综合考虑实现难度和运行效率。分层越多，每一层的功能越容易实现，但运行效率越低，因此，层的数量需要综合考虑实现难度和运行效率。一、分层结构底层主板是硬件，用于执行指令，控制数据输入输出过程。对于BIOS这一层，下一层为本层提供的服务是，主板提供的执行指令、控制数据输入输出过程等。本层为上一层提供的服务是，基本的输入输出服务。对于操作系统这一层，下一层为本层提供的服务是，BIOS提供的基本输入输出服务。本层为上一层提供的服务是，为用户提供良好的用户接口、为应用程序设计者提供高效的应用程序开发和运行环境。PC分层结构一、分层结构信件投递过程涉及寄信人一端和收信人一端;两端都是分层结构，每一端分为三层，分别是寄信人或收信人、邮局和公共运输系统;每一端位于相同位置的这一层的功能是相同的。一、分层结构

公共运输系统提供寄信人所在物理位置至收信人所在物理位置的信袋运输服务。

邮局基于公共运输系统提供的寄信人所在物理位置至收信人所在物理位置的信袋运输服务，为上一层（寄信人或收信人）提供寄信人至收信人的信件投递服务。一、分层结构分层结构的好处（1）每一层实现过程只需关心以下四方面内容。一是下一层为本层提供的服务。二是本层为上一层提供的服务。三是本层实现的功能。四是本层功能的实现技术。（2）可以屏蔽底层差异。（3）可以借用已有的公共服务。（4）分层可以简化复杂系统实现过程。（5）分层容易使每一层功能实现过程专业化。（6）分层容易使每一层功能实现过程标准化。二、网络体系结构基本概念邮政系统的几点启示（1）用分层结构构建复杂系统，相邻层之间存在接口。（2）垂直调用和逐层封装，寄信人通过垂直方向逐层调用，最终由垂直方向的最低层实际完成从发送地到接收地的运输过程，而收信人通过从最低层开始的逐层提供的服务，最终获得寄信人的信纸。（3）两端每一层之间都有相应的约定，且两端每一层之间的约定只用于解决两端该层之间的通信问题。二、网络体系结构基本概念二、网络体系结构基本概念

将根据计算机网络功能分解出的分层结构、每一层的功能描述和两端相同位置的功能层之间的协调过程的集合称为计算机网络体系结构。

浏览器发送数据给Web服务器的过程和寄信人发送信纸给收信人的过程一样，必须由多层功能体共同完成。

浏览器传输给Web服务器的数据通过逐层封装、逐层调用，最终由最低层的传输网络真正完成用户终端至Web服务器的数据传输过程。

两端每一层之间为了实现正常通信，需要制定一些规则。二、网络体系结构基本概念和网络体系结构有关的一些概念对等层：在体系结构中处于同一地位，起相同作用的功能层。实体：真正完成所处层功能的硬件和软件集合。协议：两端对等层之间的约定和规范。协议主要由三个要素组成，分别是语法、语义和同步。二、网络体系结构基本概念网络体系结构有三个要素分层结构；每一功能层的功能；用于精确定义对等层之间交换的信息的格式等的协议。2.2OSI体系结构本讲主要内容OSI网络环境；OSI各层功能；OSI数据传输过程。一、OSI网络环境一、OSI网络环境终端通过物理链路接入分组交换机；终端和分组交换机之间、分组交换机与分组交换机之间采用点对点连接方式，但也允许存在多点连接方式

；每一个分组交换机通过多个端口连接多条物理链路，这些物理链路可以直接连接终端，也可以连接其他分组交换机；分组交换机是一种具有存储和转发分组功能的网络设备，分组是组合数据、地址信息和检错码的一种信息格式。二、OSI各层功能

物理层的功能是实现二进制位流的传输过程，实现二进制位流传输过程涉及两个方面，一是建立用于传播信号的信道。二是完成二进制位流与信号之间的相互转换过程。

数据链路层的功能是在物理层提供的二进制位流传输服务的基础上，为网络层提供可靠的分组传输服务。为实现分组可靠传输，链路层需要实现以下功能：一是差错控制功能。二是将需要传输的数据封装成分组。三是能够从信道传输的二进制位流中正确分离出属于各个分组的一组二进制位。

网络层的功能是在数据链路层提供的物理链路两端之间的可靠分组传输服务的基础上，为传输层提供连接在由分组交换机分隔开的不同物理链路上的两个终端之间的分组传输服务。二、OSI各层功能

传输层的功能是在网络层提供的不可靠的端到端分组传输服务的基础上，为会话层提供可靠的进程之间的通信服务。

会话层的功能用于管理两个用户间进行的会话。

表示层的功能用于统一通信双方描述传输信息所使用的语义和语法。

应用层的功能是定义某个应用的消息格式和实现过程。三、OSI数据传输过程

终端A应用层产生的数据，通过逐层服务请求，到达终端A的物理层。每一层都在上一层提交的数据的基础上，增加本层的控制信息。

由终端A的物理层通过互连终端A和分组交换机1的物理链路将二进制位流发送给分组交换机1的物理层。分组交换机1通过逐层去封装，将网络层对应的数据单元提交给分组交换机1的网络层，由分组交换机1的网络层选择通往终端C的传输路径。三、OSI数据传输过程

最终由终端C的物理层接收到分组交换机2的物理层发送的二进制位流。终端C从物理层开始，逐层向上返回服务响应，每一层剥离本层控制信息后向上一层提供数据，最终由终端C应用层接收到终端A应用层产生的数据。三、OSI数据传输过程

对等层传输的数据单元称为协议数据单元（PDU），上层协议数据单元提交给下层时，作为下层的服务数据单元（SDU）。本层在上一层提供的服务数据单元的基础上增加本层的协议控制信息后，产生本层的协议数据单元。2.3TCP/IP体系结构本讲主要内容TCP/IP分层结构；TCP/IP网络环境；TCP/IP各层功能；TCP/IP数据封装过程；TCP/IP数据传输过程。一、TCP/IP分层结构

分为4层，分别是应用层、传输层、网际层和网络接口层，不同类型的网络对应不同的网络接口层二、TCP/IP网络环境TCP/IP网络环境是由多种不同类型的网络互连而成的网际网；以太网终端之间的通信过程涉及OSI体系结构中物理层、数据链路层和网络层的功能；TCP/IP网络环境中，存在两种类型的终端之间的通信过程；三、TCP/IP各层功能应用层的功能包含OSI体系结构中应用层、表示层和会话层的功能；传输层的功能与OSI体系结构中传输层的功能相似；网际层实现连接在不同类型网络上的两个终端之间的IP分组传输过程。IP分组必须独立于每一个网络；网络接口层基于网络提供的连接在同一网络上的结点之间的帧传输服务，为网际层提供统一的连接在同一网络上的结点之间的IP分组传输服务。四、TCP/IP数据封装过程应用层数据→传输层报文→IP分组→传输网络对应的帧将上一层数据作为净荷，加上本层的首部，构成本层的PDU五、TCP/IP数据传输过程终端A应用层产生的数据经过逐层封装成为PPP帧，IPoverPSTN负责将IP分组封装成PPP帧；IP分组经过以太网传输时封装成MAC帧，IPover以太网实现这一过程。2.4OSI体系结构和TCP/IP体系结构的比较本讲主要内容OSI体系结构优缺点；TCP/IP体系结构优缺点；综合运用OSI和TCP/IP体系结构。一、OSI体系结构优缺点OSI体系结构优点较好地定义了服务、接口、协议等相关概念；分层结构和每一层的功能为网络设计和实现提供了依据；分层结构和每一层的功能为理解网络提供了思路。一、OSI体系结构优缺点OSI体系结构缺点每一层只定义了功能，没有系统制订用于定义对等层之间交换的信息的格式的协议；OSI体系结构太复杂，有些功能（如差错控制）在多层中反复定义，影响OSI体系结构的运行效率；OSI体系结构不容易实现，几乎没有成功实现的案例。二、TCP/IP体系结构优缺点TCP/IP体系结构优点简洁的分层结构，TCP/IP四层结构一是较好地平衡了网络系统实现难度和运行效率。二是将OSI体系结构中最高三层的功能融合到应用层后，使得应用层的功能定义更加清晰；网络接口层的开放性，是TCP/IP体系结构能够将任何类型终端、任何类型网络互联在一起的基础；二、TCP/IP体系结构优缺点TCP/IP体系结构优点定义各层协议，TCP/IP体系结构定义了应用层、传输层和网际层协议，为路由器的标准化、为终端各功能层的实现提供了依据；促使各种类型传输网络独立发展，TCP/IP体系结构的开放性促使各种不同类型的传输网络各自独立快速发展。二、TCP/IP体系结构优缺点TCP/IP体系结构缺点没有清晰定义概念，TCP/IP体系结构没有清晰区分服务、接口、协议等概念之间的区别；无法描述具体传输网络，很难通过TCP/IP体系结构描述具体传输网络的分层结构和各层功能；网络接口层和其他层之间有所区别，TCP/IP的网络接口层更像是具体传输网络与网际层之间的接口。三、综合运用OSI和TCP/IP体系结构基于TCP/IP体系结构组织教材内容连接在同一网络上的结点之间的帧传输过程；连接在同一网络上的结点之间的IP分组传输过程；连接在不同类型网络上的两个结点之间的IP分组传输过程。三、综合运用OSI和TCP/IP体系结构基于OSI体系结构描述具体传输网络

将具体传输网络功能按照OSI体系结构分为物理层和链路层，讨论该种类型传输网络的物理层和链路层功能及协议。2.5网络通信标准化组织本讲主要内容ITU；ISO；IEEE；IETF。一、ITU

ITU是联合国主管信息通信技术事务的专门机构，负责分配和管理全球无线电频谱与卫星轨道资源，制定全球电信标准，向发展中国家提供电信援助，促进全球电信发展等。二、ISOISO是标准化领域中的一个国际组织，为非政府组织。ISO的主要活动是制定国际标准，协调世界范围的标准化工作，组织各成员和技术委员会进行情报交流，与其他国际组织进行合作，共同研究有关标准化问题。三、IEEEIEEE是一个国际性的电子技术与信息科学工程师的协会，在计算机、电信等领域已经制定1300多个行业标准，如以太网标准IEEE802.3系列、无线局域网标准IEEE802.11系列等。四、IETFIETF是全球互联网最具权威的技术标准化组织，其主要任务是负责互联网相关技术规范的研发和制定。计算机网络技术及应用

第三章第3章数据通信技术基础本章主要内容数据通信的基本概念；传输介质；多路复用技术；数据交换技术；差错控制技术。3.1数据通信的基本概念本讲主要内容数据传输系统；信号；编码和调制。一、数据传输系统结点：用于产生需要传输的二进制位流，或是接收二进制位流。是数据的发送端，或接收端。信道：信号传播通道。收发器：实现将数据转换成信号，或将信号还原成数据的过程。一、数据传输系统数据传输系统的基本功能是实现两个结点之间二进制位流传输过程。两个结点具有差错控制功能，即对在两个结点之间物理层功能实现过程中出现的差错进行处理的功能。一、数据传输系统

根据同一信道连接的结点的多少可以把信道连接结点的方式分为点对点连接方式和多点连接方式。点对点连接方式下，信道两端连接两个结点，且只连接两个结点。点对点连接方式的信道称为点对点信道。多点连接方式下，信道连接三个以上结点（含三个结点。多点连接方式的信道称为广播信道。点对点信道广播信道一、数据传输系统单向传输且固定传输方向任一时刻只能单向传输但可以改变传输方向允许同时进行双向传输单工半双工全双工二、信号S（t）=Asin（2πft+φ）；正弦波信号由三个参数确定，这三个参数分别是幅度、频率和初始相位（简称相位），函数中分别由A、f和φ表示；T=1/f，是该正弦波信号的周期。正弦波信号二、信号带宽：是指一组频率连续的正弦波信号的频率宽度，除非特别指出，带宽为BW的一组正弦波信号是指一组频率范围为0～BW的正弦波信号。波长：是指信号在信号周期内传播的距离，假定信号周期为T，信号传播速度为c，则信号波长λ=T×c。由于信号周期是信号频率的倒数T=1/f，因此，信号波长也可以表示为λ=c/f。二、信号数字信号是指幅度为有限离散值的信号，数字信号改变幅度时，直接从一种幅度跳变到另一种幅度。习惯上将幅度只有两种离散值的数字信号称为基带信号。数字信号二、信号模拟信号是指时间和幅度连续的信号。模拟信号二、信号模拟信号失真情况数字信号失真情况

由于所有非正弦波周期性信号是由一系列不同频率的正弦波信号合成后的结果，而物理链路对不同频率的正弦波信号所造成的衰减是不同的，因此，信号经过物理链路传播就会造成失真。失真是指信号形状发生变化，而不仅仅是信号幅度等比例降低。二、信号设置一个阈值，将失真后的信号重新分为两种幅度的信号；通过同步技术将不同电平信号的宽度恢复到和原始基带信号相同的宽度。二、信号

模拟信号由于是幅度连续的信号，只能通过用放大电路放大信号的方法来弥补信号衰减，但由于构成模拟信号的各次谐波的衰减程度不同，用放大电路放大信号的方法不仅不能解决信号失真，反而加剧信号的失真程度。模拟信号失真情况三、编码和调制

编码是用数字信号表示二进制位流的过程，数字信号的4个离散值分别对应2位二进制数的4个值。

数字信号中某个离散值维持不变的最小时间单位称为码元长度。

如果将信号以码元长度为单位分隔，每一段码元长度内的信号称为码元。编码后的数字信号三、编码和调制传输速率：单位时间内传输的二进制数位数。波特率：单位时间内传输的码元数。如果数字信号的幅度有n个离散值，波特率B和数据传输速率S之间的关系是S=㏒2n×B。编码后的数字信号三、编码和调制

调制是将正弦波信号（或余弦波信号）转换成表示二进制位流的模拟信号的过程，解调是从调制后的模拟信号中还原出二进制位流的过程。调制解调过程中，被用来调制成表示二进制位流的模拟信号的正弦波信号（或余弦波信号）称为载波信号。

码元长度是指维持正弦波信号（或余弦波信号）幅度、频率和相位不变的最短时间长度。

如果将信号以码元长度为单位分隔，每一段码元长度内的信号称为码元。移幅键控调制技术(ASK)

数字信号1和0两种状态。用一种幅值的载波信号表示1对应的状态。用另一种幅值的载波信号表示0对应的状态。但两种载波信号的其他两种特征：频率和相位相同。三、编码和调制三、编码和调制移频键控调制技术(FSK)

数字信号1和0两种状态。用一种频率的载波信号表示1对应的状态。用另一种频率的载波信号表示0对应的状态。但两种载波信号的其他两种特征：幅值和相位相同。三、编码和调制移相键控调制技术(PSK)

数字信号1和0两种状态。用一种相位的载波信号表示1对应的状态。用另一种相的载波信号表示0对应的状态。两种载波信号的相位差为180

，但其他两种特征：幅值和频率相同。调相有绝对相位和相对相位之分。三、编码和调制

奈奎斯特准则描述了理想信道带宽与波特率之间的关系。如果信道的带宽为BW（0～BW）Hz，且信道是无噪声的理想信道。经过该信道传输的信号的最大波特率RP=2×BW。

香农定理描述了存在随机热噪声的信道的最大传输速率RS与信道带宽BW和信号信噪比S/N之间的关系。RS=BW×㏒2（1+S/N）3.2传输介质本讲主要内容同轴电缆；双绞线；光纤。一、同轴电缆

同轴电缆由中心导体和同轴向放置的外导体屏蔽层组成，中心导体和外导体屏蔽层之间由绝缘塑料等绝缘材料隔离，并用保护外套封裹外导体屏蔽层。一、同轴电缆

环绕着中心导体同轴向放置外导体屏蔽层的方法可以将所有电磁场保持在两个导体之间。这种操作模式被称为“不平衡”模式。用不平衡模式传输信号时，外导体屏蔽层保持零电势，信号驱动电路将信号发送给中心导体。二、双绞线

双绞线电缆由公用外套内组合在一起的一对或多对扭绞在一起的绝缘线路构成，绝缘线路中的导体可以是实心线路，也可以是由一束导线绞合而成的绞合线路。一对双绞线实例二、双绞线

两根线路的相互扭绞，使得电磁场耦合在每一根线路上的干扰都是相等的，因此，双绞线能有效地消除干扰信号的影响，这种操作模式称为“平衡”传输。为正确消除干扰，要求用平衡驱动电路和负载将传输信号加载到一对线路上。双绞线抵消耦合干扰信号的原理二、双绞线

双绞线可分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）两种，屏蔽双绞线在双绞线的外面加上了一个用金属线编织的屏蔽层，以此提高双绞线抗电磁干扰的能力。目前最常用的双绞线是非屏蔽双绞线，适用于在计算机网络中传输数据的UTP种类有5类、5e类和6类UTP。非屏蔽双绞线屏蔽双绞线三、光纤

光纤是由纤芯和包层构成的双层通信圆柱体，光信号通过纤芯进行传导。包层较纤芯有较低的折射率，当光信号从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角。当入射角足够大时，就会出现全反射，即光信号碰到包层时就会全部折射回纤芯。这个过程不断重复，使光信号沿着光纤传播。三、光纤

现代生产工艺可以制造出超低损耗的光纤，使光信号在光纤中传播数公里而基本没有损耗。光信号在光纤中的传播过程三、光纤

一条光纤中可以同时有多条从不同角度入射的光信号在传播，这种光纤就称为多模光纤。

若光纤直径小到只有光的波长，则只有轴向角度的光信号能进入光纤，且使光信号一直向前传播，而不会产生多次反射，这样的光纤称为单模光纤。三、光纤

少则只有一根光纤，多则可包括数十至数百根光纤，再加上用于增强光缆机械强度的加强芯和填充物，必要时，还放入远供电源线，最后加上保护层和外套，就构成了达到施工要求强度的光缆。四芯光缆剖面的示意图3.3多路复用技术本讲主要内容频分复用技术；时分复用技术；波分复用技术;码分多址。一、频分复用技术

三路模拟电视信号的带宽均为0～6MHz，这些模拟电视信号经过75欧姆同轴电缆传输前，先由复用器将其中两路模拟电视信号的频段分别调至6～12MHz和12～18MHz，然后，将分别位于三个不同频段的模拟电视信号复合在一起，通过一根75欧姆同轴电缆进行传输。在接收端，由分用器将位于不同频段的信号还原为带宽为0～6MHz模拟电视信号。一、频分复用技术

通过同一高带宽的线路传输多路窄带信号，每一路窄带信号分配固定的频段，复用时通过将多路窄带信号分别调至不同频段，使它们互不干扰，然后，将这些位于不同频段的窄带信号复合在一起，通过同一线路进行传输。分用时，根据频段和窄带信号之间的固定分配关系，确定每一路窄带信号。二、时分复用技术

每一路传输速率为64kb/s的数字信号每125µs传输1个字节，4路传输速率为64kb/s的数字信号每125µs传输4个字节。而传输速率为256kb/s的线路每125µs传输4个字节，恰好能够将4路传输速率为64kb/s的数字信号在125µs时间内到达的4个字节全部传输完毕。因此，将125µs划分为4个时隙，每一个时隙固定分配给一路传输速率为64kb/s的数字信号。二、时分复用技术

每一路数字信号在线路传输的每一帧数据中有着位置固定的时隙，线路接收端的分用器就是根据时隙和信号之间的固定关系重新将每一数据帧中包含的属于不同信号的数据分离出来。三、波分复用技术

发送端首先将多个相同波长的光信号调制为不同波长的光信号，每一路光信号和波长之间的分配关系是固定的，复用器（也称合波器）将不同波长的光信号复用到同一光纤上。接收端用分用器（也称分波器）将不同波长的光信号分离出来，然后根据光信号和波长之间的固定关系确定每一路光信号。三、波分复用技术

波分复用技术实际上也是一种频分复用（FDM）技术。但光信号通过光纤传输时，不是采用一种需要连续的频段且幅度连续的模拟信号，而是无论是时间上，还是幅度（光信号亮度）上都是离散的数字信号，因此，每一路信号只需要单一波长（单一频率）的光信号，而不是一组波长连续的光信号。光信号的强度也只是有光、无光这两种。四、码分多址

为每一个移动站分配一个码片序列，不同移动站的码片序列两两正交，当某个移动站需要发送二进制数据1时，移动站发送码片序列。发送二进制数0时，移动站发送码片序列的反码。所有移动站实现位同步，即需要发送数据的移动站实现码片序列同步，则所有移动站可以同时使用相同频段和基站通信，却不会相互干扰。四、码分多址假定移动站A发送数据101，移动站B发送数据011，移动站C发送数据110移动站A（-1-1-1+1+1-1+1+1）（+1+1+1-1-1+1-1-1）（-1-1-1+1+1-1+1+1）移动站B（+1+1-1+1-1-1-1+1）（-1-1+1-1+1+1+1-1）（-1-1+1-1+1+1+1-1）移动站C（-1+1-1+1+1+1-1-1）（-1+1-1+1+1+1-1-1）（+1-1+1-1-1-1+1+1）累计结果（-1+1-3+3+1-1-1+1）（-1+1+1-1+1+3-1-3）（-1-3+1-1+1-1+3+1）A码片序列（-1-1-1+1+1-1+1+1）（-1-1-1+1+1-1+1+1）（-1-1-1+1+1-1+1+1）内积结果（（1+(-1)+3+3+1+1+(-1)+1）/8=+1）

（（1+(-1)+(-1)+(-1)+1+(-3)+(-1)+(-3)）/8=-1）

（（1+3+(-1)+(-1)+1+1+3+1）/8=+1）四、码分多址

移动站将每一位二进制数扩展为码片序列，且保证所有移动站的码片序列两两正交。使得接收端能够通过将累计结果和某个移动站的码片序列内积，提取出该移动站发送的数据。3.4数据交换技术本讲主要内容交换的本质含义；电路交换；虚电路交换;数据报交换。一、交换的本质含义

交换的本质含义就是以下两种机制的集成，一是建立连接在网络上的任何两个终端之间的数据传输通路的机制，二是控制数据沿着源终端至目的终端传输通路完成传输过程的机制。二、电路交换

如果两个终端之间同时存在用于发送和接收信号的两个信道，n个终端需要n×（n－1）个信道。对于目前实现数以亿计终端互连的互联网，图所示的终端两两之间直接用信道连接的方式显然是不可行的。两两之间信道二、电路交换

电路交换机有着若干个端口，每一个端口连接一个终端，初始状态下，电路交换机端口之间不存在连接，因此，终端之间不存在信道。如果两个终端之间需要通信，首先由电路交换机在连接两个终端的端口之间建立连接，以此在两个终端之间建立信道。按需建立信道二、电路交换

这种由电路交换机按需在两个终端之间动态建立信道的过程称为电路交换过程。两个终端之间的信道建立方式称为电路交换方式。按需建立信道二、电路交换电路交换特点（1）完成数据传输需要三个阶段

两个终端之间进行数据传输前，必须完成两个终端之间的连接建立过程。完成数据传输后，必须完成两个终端之间的连接释放过程。因此，两个终端之间完成数据传输过程需要建立连接、数据传输和释放连接这三个阶段。（2）独占终端之间信道的带宽

一旦建立两个终端之间的连接，两个终端之间的信道被两个终端独占，终端之间信道有着固定的数据传输速率。三、虚电路交换

电路交换的最大问题在于，一旦建立两个终端之间的信道，该对终端将独占该信道经过的物理链路的带宽。解决这一问题的根本方法是允许多对终端共享某段物理链路带宽。三、虚电路交换共享引发的问题（1）交换机转发数据过程

对于允许终端A、终端B和终端C同时与终端D、终端E和终端F进行数据传输过程的情况，当交换机2通过端口4接收到数据时，交换机2将无法确定该数据的输出端口。（2）平滑流量

由于终端之间数据具有间歇性、突发性等特性，在某一瞬间，可能发生三对终端之间的数据量短暂大于交换机之间物理链路能够传输的数据量的情况。三、虚电路交换分组交换机结构与分组传输过程（1）数据标识符和分组

对每一对终端之间传输的数据分配唯一的标识符，终端之间传输的数据需要携带该标识符，因此，终端之间传输的消息由两部分组成：数据和标识符，标识符的作用是帮助数据完成终端之间的传输过程。三、虚电路交换分组交换机结构与分组传输过程（1）数据标识符和分组

对每一对终端之间传输的数据分配唯一的标识符，终端之间传输的数据需要携带该标识符，因此，终端之间传输的消息由两部分组成：数据和标识符，标识符的作用是帮助数据完成终端之间的传输过程。三、虚电路交换

通过交换机中的转发表建立每一对终端之间的传输路径，且由转发表将标识该对终端之间传输的数据的标识符与该对终端之间的传输路径绑定在一起。（2）转发表三、虚电路交换

交换机将通过输入端口接收到的信号还原成分组，将分组存储在输入端口的输入队列中，然后从分组中分离出标识符，根据输入分组的端口和分组携带的标识符在转发表中找到匹配的转发项，将分组从输入端口输入队列交换到输出端口输出队列。（3）存储转发三、虚电路交换（4）分组交换机结构三、虚电路交换（4）分组交换机结构

分组交换机的每一个端口需要设置输入和输出队列。转发表中的每一项转发项用于建立某对终端之间的传输路径，且将该对终端之间的传输路径与唯一标识该对终端之间传输的数据的标识符绑定在一起。由交换结构根据分组携带的标识符、分组的输入端口和转发表中匹配的转发项确定分组的输出端口，并完成分组输入端口输入队列至输出端口输出队列之间的交换过程。三、虚电路交换（5）虚电路的本质含义

虚电路是由分组交换机中的转发表建立的某对终端间的传输路径，且由转发表将该传输路径与唯一标识该对终端之间传输的数据的标识符绑定在一起。将用于唯一标识该对终端之间传输的数据的标识符称为该对终端之间建立的虚电路的标识符，即虚电路标识符。

虚电路与电路交换建立的两个终端之间的信道相对应，多对终端之间的虚电路可以共享某段物理链路。三、虚电路交换3．虚电路交换特点（1）存储转发。（2）传输数据前需建立终端之间虚电路。（3）终端之间数据传输时延是不确定的。（4）各段物理链路的传输速率可以不同。（5）分组接收顺序与发送顺序相同。（6）虚电路标识符确定终端对。四、数据报交换1．面向终端间通信的网络的特点

面向终端间通信的网络有着以下特点，一是连接的终端数量巨大。二是每一个终端都有与所有其他终端通信的需求。三是每一个终端与所有其他终端通信的时间是不确定的。四是每一个终端与所有其他终端通信时传输的数据量也是不确定的。虚电路交换并不适合这样的网络！

四、数据报交换2．数据报交换的交换机制四、数据报交换2．数据报交换的交换机制

将为每一对终端间传输的数据分配唯一的标识符改为为每一个终端分配唯一的标识符，即终端地址，并将分组中的数据标识符改为源终端和目的终端地址。

将转发项指定的传输路径，由一对终端间的传输路径改为通往某个终端的传输路径。

分组交换机根据分组中的目的终端地址和转发表中对应转发项指定的通往该目的终端的传输路径完成分组转发过程。四、数据报交换（1）每一个终端分配唯一地址

为每一个终端分配网络内唯一的地址。分组中除了数据，需要给出发送终端和接收终端地址。四、数据报交换（2）转发表

每一个分组交换机都必须配置一张转发表，转发表中对所有连接在网络上的终端都有对应的转发项，某个终端对应的转发项中有着两部分内容：目的终端地址和转发端口，目的终端地址是该终端的地址，转发端口是分组交换机连接通往该终端的传输路径的端口。四、数据报交换（3）分组传输过程

终端发送的分组中包含发送终端和接收终端的地址，分组交换机接收分组后，用分组的接收终端地址检索转发表，找到目的终端地址与分组接收终端地址相同的转发项，将分组通过该转发项指定的转发端口发送出去。四、数据报交换3．数据报交换的特点（1）建立通往每一个终端的传输路径。（2）存在多条通往同一终端的传输路径。（3）不能保证分组按序到达。（4）具有存储转发的特性。3.5差错控制技术本讲主要内容出错结果和原因；检错码和纠错码；确认和重传。一、出错结果和原因1．出错结果数据传输出错的结果是导致发送端发送的二进制位流与接收端接收到的二进制位流不一致。1．出错结果2．出错原因

经过信道传播的电信号（数字或模拟信号），因为受到电磁干扰，导致信道两端的信号形态不一致。

为了在指定带宽的信道上取得较高的数据传输速率，对于数字传输系统，往往通过增加幅度的离散值的数量来提高每一个码元表示的二进制数位数。对于模拟传输系统，往往通过增加信号的状态数来提高每一个码元表示的二进制数位数。这种情况下，数据传输过程会对信道干扰、解码或解调电路的处理能力提出较高要求，因而增加出错的概率。一、出错结果和原因3．误码率

误码率是指二进制位在数据传输系统中传输出错的概率，计算误码率的公式如下。P=E/N

其中P是误码率，E是某个时间段内数据传输系统传输出错的二进制位数量，N是某个时间段内数据传输系统传输的总的二进制位数量。二、检错码和纠错码1．检错码和纠错码的定义（1）检错码

这种为了使得接收端能够检测出数据传输过程中发生的错误而添加的附加信息称为检错码。（2）纠错码

这种为了使得接收端能够检测出数据传输过程中发生的错误，且能够确定传输出错的二进制位的位置而添加的附加信息称为纠错码。二、检错码和纠错码２．检验和

将数据分为长度固定（一般是字节的整数倍）的数据段，然后根据反码运算规则累加分段后产生的每一段数据，再将累加结果取反作为检错码C，这样计算出来的检错码C称为检验和。二、检错码和纠错码假定数据为字符串D=“0123456”，以8位为单位分段，求出检验和的过程。二、检错码和纠错码假如字符‘0’变为字符‘7’，则第一个字符的ASCII码由00110000变为00110111，接收端进行的计算过程。二、检错码和纠错码３．循环冗余检验

将需要传输的数据表示成一个多项式M（X），N+1位数据可以表示成N阶多项式。找一个生成多项式G（X），生成多项式G（X）中不为0的项的最高阶数为r，并且保证阶数最低的那一项不为0。得出XrM(X)，使得R（X）为XrM(X)/G(X)的余数。用R（X）作为数据M（X）的检错码。

假定接收到的数据是M(X)′，检错码是R(X)′，使得T(X)=XrM(X)′－R(X)′，如果T(X)/G(X)＝0，认为M(X)′=M（X），R(X)′=R(X)，数据传输过程中没有出错，如果T(X)/G(X)≠0，认为数据传输过程中出错。三、确认和重传1．正常传输过程发送端发送给接收端的数据帧由数据和检错码组成，接收端用检错码判别数据是否传输出错，只有在数据传输正确的情况下，接收端才向发送端发送确认应答（ACK）帧。发送端只有接收到接收端发送的确认应答帧，才能确认数据帧传输正确。三、确认和重传2．数据传输出错如果接收端用检错码检测出数据传输出错，接收端丢弃接收到的数据帧，不再向发送端发送确认应答帧。发送端发送某个数据帧后，如果在规定时间内一直没有接收到接收端用于表明正确接收该数据帧的确认应答帧，再次向接收端发送该数据帧。三、确认和重传3．数据重复传输如果接收端用检错码确认数据传输正确，接收端向发送端发送表明该数据帧正确接收的确认应答帧，但确认应答帧在传输过程中出错。由于发送端没有正确接收到接收端发送的确认应答帧，经过规定时间，发送端再次向接收端发送该数据帧，接收端将重复接收该数据帧。三、确认和重传4．累积确认和序号重复使用

解决接收端重复接收数据帧问题的方法是在发送的数据帧中增加序号。相同数据帧有着相同的序号，不同数据帧有着不同的序号。

确认应答帧也需要携带确认序号n，确认序号n不是接收端正确接收到的数据帧的序号，而是用于向发送端表明所有序号小于n的数据帧都已经正确接收。由于数据帧中用于表示序号的二进制数位数是有限的，需要重复使用序号。计算机网络技术及应用

第四章第4章局域网原理与技术本章主要内容局域网概述；以太网技术；局域网的扩展；高速以太网；虚拟局域网；无线局域网。4.1局域网概述本讲主要内容局域网定义和特点；局域网拓扑结构；典型局域网。一、局域网定义和特点1．局域网定义局域网是一种可以将几平方公里范围内的计算机连接在一起，并实现相互通信的计算机网络类型。一、局域网定义和特点2．局域网特点（1）单位所有。（2）传输速率高。（3）传输时延小。（4）多种传输介质。（5）可靠性高。二、局域网拓扑结构

把计算机网络看作是由一组结点和链路组成的几何图形，这些由结点和链路组成的几何图形就是网络的拓扑结构。局域网常见的拓扑结构有总线形、星形、环形、树形和网状形。二、局域网拓扑结构

通常用同轴电缆作为网络中的总线。为了防止反射信号干扰总线上用于传输数据的基带信号，总线两端必须接匹配阻抗。

总线形拓扑结构的优点是简单，缺点是连接在总线上的任何一个终端发生故障，都有可能使总线的阻抗发生变化，导致基带信号传输失败。总线形拓扑结构二、局域网拓扑结构

网络核心设备是物理层的集线器或链路层的交换机，核心设备和终端之间的传输介质一般为双绞线或光纤。

星形拓扑结构的优点是核心设备能够隔离每一个终端，因此，某个终端发生故障或者核心设备用于连接终端的某个端口发生故障时，不会影响其他终端之间的通信过程。星形拓扑结构二、局域网拓扑结构

环形物理链路任何一处发生故障，都不会影响终端之间连通性的特性，使得有容错性要求的局域网往往采用这种拓扑结构。

多站接入单元（MSAU）在终端正常的情况下，保证经过环网传输的数据经过该终端。而在终端异常的情况下，能够直接旁路该终端。环形拓扑结构二、局域网拓扑结构

树形拓扑结构实际上就是通过级联交换机或集线器将多个星形拓扑结构连接在一起的网络结构。树形拓扑结构要求任何两个终端之间只有一条传输路径。树形拓扑结构二、局域网拓扑结构

这种在树形拓扑结构上增加环路的拓扑结构称为网状形拓扑结构，增加环路是为了保障故障情况下终端之间的连通性。网状形拓扑结构三、典型局域网（1）以太网特点低成本；可扩展性；高可靠性；广泛适用的管理工具。1．以太网三、典型局域网（2）以太网发展过程1．以太网协议名称发布时间说明802.31986俗称10BASE5，10Mbps传输速率，粗同轴电缆作为传输介质802.3a1988俗称10BASE2，10Mbps传输速率，细同轴电缆作为传输介质802.3i1990俗称10BASE-T，10Mbps传输速率，双绞线缆作为传输介质802.3u1995俗称100BASE-T，100Mbps传输速率，双绞线缆作为传输介质802.3z19981000BASE-X，1000Mbps传输速率。X指多种传输介质802.3ae200210Gbps以太网，目前支持多种传输介质，包括光纤、双绞线和同轴电缆802.3ba201040Gbps和100Gbps以太网。目前主要支持光纤作为传输介质。三、典型局域网（1）无线局域网特点无线通信；高速；即插即用；与以太网相辅相成。2．无线局域网三、典型局域网（2）无线局域网发展过程2．无线局域网协议名称发布时间频段数据传输速率802.1119972.4GHz1Mbps和2Mbps802.11a19995GHz54Mbps802.11b19992.4GHz5.5Mbps和11Mbps802.11g20032.4GHz54Mbps802.11n（Wi-Fi4）20092.4GHz和5GHz600Mbps802.11ac（Wi-Fi5）20125GHz6Gbps802.11ax（Wi-Fi6）20192.4GHz和5GHz9Gbps802.11be（Wi-Fi7）2024（预计）1–7.5GHz30Gbps4.2以太网技术本讲主要内容总线形以太网结构与功能；曼彻斯特编码；MAC地址；MAC帧；CSMA/CD工作原理。一、总线形以太网结构与功能

总线由同轴电缆组成，所有终端直接连接到总线上，任何终端发送的信号将沿着总线向总线两端传播，为了防止总线两端反射信号，总线两端必须接匹配阻抗。

总线形以太网无中继情况下的总线长度（简称为无中继长度）是受到限制的，如粗同轴电缆无中继长度不能超过500m，细同轴电缆无中继长度不能超过200m。总线形以太网拓扑结构1．总线形以太网拓扑结构一、总线形以太网结构与功能2．总线形以太网功能需求（1）数据与信号之间相互转换的能力。（2）检测总线是否空闲的能力。（3）寻址能力。（4）公平竞争总线的能力。（5）数据封装成帧的能力。（6）帧对界能力。二、曼彻斯特编码

将每一位二进制数对应的信号分成二部份，对于二进制数0，前半部份为高电平，而后半部份为低电平。对于二进制数1，恰好相反，前半部份为低电平，后半部份为高电平（也可以采用相反约定，即二进制数1是先高后低，二进制数0是先低后高）。曼彻斯特编码三、MAC地址48位MAC地址最高字节的最低位是I/G位，该位为0，表示该MAC地址对应单个终端，该位为1，表示该MAC地址对应一组终端。48位MAC地址最高字节的次低位是G/L位，该位为0，表示该MAC地址是全局地址，该位为1，表示该MAC地址是局部地址，全局地址表示该MAC地址全球范围内唯一。MAC地址可以分为单播地址、广播地址和组播地址。广播地址是48位全1的地址，用16进制数表示是ff:ff:ff:ff:ff:ff（6个用冒号分隔的全1字节）。组播地址范围是：01:00:5e:00:00:00～01:00:5e:7f:ff:ff。单播地址是广播和组播地址以外且I/G位为0的MAC地址。四、MAC帧先导码：7个二进制数位流模式为10101010的字节组成；帧开始分界符：1字节二进制数位流模式为10101011的编码；目的地址：用于标识该MAC帧的接收终端的48位MAC地址，目的地址可以是单播地址、广播地址和组播地址；源地址：用于标识该MAC帧的发送终端的48位MAC地址；类型：用于标明数据类型；数据：用于传输数据；帧检验序列（FCS）：MAC帧的检错码。

MAC帧结构五、CSMA/CD工作原理CSMA/CD操作过程五、CSMA/CD工作原理（1）先听再讲

某个想要通过总线发送数据的终端必须确定总线上没有其他终端正在发送数据后，才能向总线发送数据。（2）等待帧间最小间隔

侦听到总线持续空闲一段时间后，才能开始发送数据，这段时间称为帧间最小间隔（IFG）。（3）边讲边听

某个终端开始发送数据后，必须一直检测总线上是否发生冲突。如果检测到冲突发生，停止数据发送过程。（4）退后再讲

一旦检测到冲突发生，终端将停止数据发送过程，延迟一段时间后，再开始侦听总线。1．CSMA/CD算法五、CSMA/CD工作原理（1）后退算法描述①确定参数K。初始时K=0，每发生一次冲突，K就加1，但K不能超过10，因此，K＝MIN[冲突次数，10]。②从整数集合[0，1，…，2K－1]中随机选择某个整数r。③根据r，计算出后退时间T=r×t基（t基是基本延迟时间，对于10Mbps以太网，t基=51.2

s）。④如果连续重传了16次都检测到冲突发生，则终止传输，并向高层协议报告。２．后退算法五、CSMA/CD工作原理（2）后退算法分析

截断二进制指数类型的后退算法是一种自适应后退算法，在少量终端发生冲突的情况下，为了提高总线的利用率，尽量减少终端平均延迟时间。在大量终端发生冲突的情况下，通过不断增大整数集合，尽量保证有终端最终获取通过总线发送数据的机会。２．后退算法4.3局域网的扩展本讲主要内容物理层扩展；链路层扩展。一、物理层扩展中继器互连传输介质的结构1．中继器

如果总线长度超过信号无中继传输距离，需要在总线中间增加中继器，中继器的作用是完成信号再生，将已经衰减、甚至失真的信号重新还原成发送端生成的初始信号。一、物理层扩展集线器互连终端的网络结构和集线器工作原理图2．集线器

集线器是一个多端口中继器，端口支持的传输介质类型通常为双绞线。用集线器连接终端方式构建的以太网仍然是一个共享式以太网。一、物理层扩展级联集线器网络结构2．集线器

当双绞线无中继距离为100m时，通过集线器互连的两个终端之间的距离可以达到200m。通过不断级联集线器，使得终端之间的距离可以无限大。通过2个集线器级联，使得终端A与终端C之间的距离可以达到300m。二、链路层扩展1．传统以太网的缺陷

对于总线形以太网，任何时候，连接在总线上的终端中只能有一个终端发送数据，一旦有两个（或以上）终端同时发送数据，就会发生冲突，因此，将具有这种传输特性的网络所覆盖的地理范围，称为冲突域，将同一冲突域中相距最远的两个终端之间的物理距离称为冲突域直径。二、链路层扩展1．传统以太网的缺陷（1）只适应轻负荷CSMA/CD算法是一种只适应轻负荷的算法，采用CSMA/CD算法的总线形以太网只适用于轻负荷应用环境。（2）对冲突域直径的限制传输介质类型中继器数量单段电缆长度（单位m）冲突域直径（单位m）粗同轴电缆45002500细同轴电缆4185925双绞线410050010Mbps以太网各种类型电缆下允许的最大冲突域直径二、链路层扩展2．网桥与冲突域分割用双端口网桥互连2个冲突域的以太网结构网桥实现电信号隔断并在不同冲突域之间转发MAC帧的原理二、链路层扩展2．网桥与冲突域分割（1）网桥分割冲突域原理

网桥互连的两段电缆分别构成两个冲突域，网桥完全隔断了电信号的传播通路，电信号只能在构成冲突域的单段电缆上传播，一段电缆上的电信号无法通过网桥传播到另一段电缆上。因此，从电信号传播的角度看，通过网桥连接的两段电缆完全是相互独立的两个冲突域。

为了实现位于不同冲突域的两个终端之间的通信功能，网桥能够从一个端口接收MAC帧，然后将MAC帧从另一个端口转发出去。二、链路层扩展2．网桥与冲突域分割（2）转发表和MAC帧转发过程

转发表中的每一项称为转发项，转发项由MAC地址和转发端口组成，MAC地址用于指定某个终端，对应的转发端口表明该MAC地址所指定的终端连接在转发端口所连接的冲突域上。MAC地址转发端口MACA端口1MACB端口1MACC端口2MACD端口2二、链路层扩展2．网桥与冲突域分割（3）网桥工作流程

只要网桥接收到某个MAC帧，在转发表中添加与该MAC帧源MAC地址关联的转发项，转发项中的MAC地址为该MAC帧的源MAC地址，转发端口为网桥接收该MAC帧的端口。

网桥转发MAC帧过程分为以下三种情况，一是转发表中不存在与该MAC帧匹配的转发项的情况，这种情况下，网桥将除接收该MAC帧以外的所有其他端口输出该MAC帧，即网桥广播该MAC帧。二是该MAC帧匹配的转发项中的转发端口与接收该MAC帧的端口相同的情况，这种情况下，网桥将丢弃该MAC帧。三是该MAC帧匹配的转发项中的转发端口与接收该MAC帧的端口不同的情况，这种情况下，网桥将从转发项指定的转发端口输出该MAC帧。二、链路层扩展2．网桥与冲突域分割（4）交换到无限

虽然每一个冲突域受冲突域直径限制，但网桥的互连级数没有限制，可以由无数个网桥互连无数个冲突域。因此，经网桥扩展后的以太网的端到端传输距离可以无限大。二、链路层扩展2．网桥与冲突域分割（4）交换到无限

虽然每一个冲突域受冲突域直径限制，但网桥的互连级数没有限制，可以由无数个网桥互连无数个冲突域。因此，经网桥扩展后的以太网的端到端传输距离可以无限大。二、链路层扩展2．网桥与冲突域分割（5）全双工通信扩展无中继传输距离

如果网桥每一个端口只连接一个终端，且终端和网桥端口之间采用全双工通信方式，冲突域将不复存在，冲突域导致的限制也将不复存在，终端和网桥端口之间传输距离不再受冲突域直径限制。同样，互连网桥的物理链路也可采用全双工通信方式，以此消除冲突域直径对两个网桥之间的传输距离的限制。二、链路层扩展3．AP与以太网和无线局域网互联AP是桥设备，在MAC层实现无线局域网与以太网互联。AP与以太网和无线局域网互联4.4高速以太网本讲主要内容100Mbps以太网；1Gbps以太网；10Gbps以太网；40Gbps和100Gbps以太网。一、100Mbps以太网1．100BASE-TX100BASE-TX是用双绞线缆作为传输介质的以太网标准，100代表100Mbps。100BASE-TX必须采用5类以上双绞线缆。２．100BASE-FX100BASE-FX是用多模光纤作为传输介质的以太网标准，采用2根50/125mm或62.5/125mm的多模光纤，可以同时发送和接收数据。如果两个100BASE-FX端口以全双工方式进行通信，它们之间的传输距离可达2Km。二、1Gbps以太网１．1000BASE-T1000BASE-T是用双绞线缆作为传输介质的以太网标准，1000代表1000Mbps。1000BASE-T必须采用5e类以上的双绞线缆。２．1000BASE-SX1000BASE-SX是用多模光纤作为传输介质的以太网标准，在全双工通信方式下，如果采用62.5/125mm多模光纤，无中继传输距离可达225m，如果采用50/125mm多模光纤，无中继传输距离可达500m。３．1000BASE-LX1000BASE-LX是用单模光纤作为传输介质的以太网标准，采用9mm单模光纤。在全双工通信方式下，最小无中继传输距离为2Km，不同的1000BASE-LX端口，由于采用的激光强度不同，无中继传输距离可在2km～70km之间。三、10Gbps以太网1．10GBASE-T10GBASE-T是用双绞线缆作为传输介质的以太网标准，10G代表10Gbps。10GBASE-T必须采用超6类以上的双绞线缆，两个10GBASE-T端口之间的传输距离必须小于100m。2．10GBASE-LR10GBASE-LR是用单模光纤作为传输介质的以太网标准。10GBASE-LR只能工作在全双工通信方式，无中继传输距离为10km。3．10GBASE-ER10GBASE-ER是用单模光纤作为传输介质的以太网标准。只能工作在全双工通