TCPIP网络知识介绍

1、第三章 底层的技术,3.1传输媒体,信号通过一条路径从发送器传送到接收器，这条路径称为传输媒体。 传输媒体可以是导向的和非导向的。 导向媒体被限制在物理边界之内，而非导向媒体则是无边界的。 一、导向媒体 导向媒体在一个设备到另一个设备之间提供了一个导线管，信号沿导向媒体传播时，一直处在该媒体的物理范围之内。 常用的导向媒体有： 双绞线电缆 1.无屏蔽双绞线(UTP)电缆-由两根相互绝缘的铜线绞合而成。UTP是今天使用的最普遍的电信媒体类型。虽然在电话系统中使用的最广泛，但它的频率范围对数据和话音都是适用的。,UTP很便宜，灵活性好，同时易于安装。高级的UTP使用在局域网技术中，包括以太网和令牌

2、环。 EIA开发了按质量将UTP电缆进行分类的标准。以下的标准就是按质量划分的，1代表最低质量，5代表最高质量。 1类-使用在电话系统中的最基本的双绞线布线。这类线对传送话音是不错的，但除了低速数据通信外，它不适合于数据通信。 2类-比1类线稍好一些的等级，适用于话音通信和带宽部超过4MHz的数字数据传输。 3类-要求绞合次数不少于每英尺3个，可用于话音通信和带宽不超过16MHz的数据传输。 4类-也要求绞合次数不少于每英尺3个以及满足其他的一些条件，使得带宽达到20MHz.,5类-用于需要带宽达到100MHz的数据传输。 2.屏蔽双绞线（STP)电缆-由相互绝缘的绞合线对以及将它们包起来的金

3、属薄片或金属网组成。STP比UTP更难于安装，因为屏蔽层必须接地。材料和生产的需求是的STP的价格比UTP更高，但STP比UTP的抗噪声性能要好。 同轴电缆-比双绞线能够传送更高频率的信号。和双绞线一样，都是用电流的形式发送数据。 同轴电缆包括以下几层： 1.金属棒状内导体 2.包住棒状内导体的绝缘层 3.金属外导体（屏蔽） 4.包住屏蔽层的绝缘层 5.塑料层,光纤-由一根玻璃或塑料的内层纤芯以及将所有这些都包起来的外层保护套组成。光纤以光的形式传送数据信号，信号利用反射沿内部的纤芯传播。光纤已经越来越普及，因为它具有低噪声、低衰减和高带宽容量的优点。 二、非导向媒体 非导向媒体不使用物理导体

4、来运输电磁波。 无线电波可用来传送数据信号。无线电波使用非导向媒体，通常是经过空气传播的。 管理机构对无线电通信的电磁波频谱的使用进行了划分和定义。 1.低于300kHz的频率用作长距离导航。 2.300kHz到3GHz的频率用作各种无线电通信。,3.3GHz到30GHz叫做微波频率，用作点对点（视距）通信（陆地或卫星微波）。 4.30GHz到300GHz通常用作空间通信。 5.300GHz到100THz是红外频率，用作小的受限区域的点对点或多方向通信。,3.2 局域网（LAN),局域网是一个数据通信系统，它允许一些独立的设备在受限的地理范围内彼此能够直接通信。局域网主要有三种体系结构：以太网

5、、令牌环和光纤分布式数据接口（FDDI). 一、以太网 接入方法：具有冲突检测的载波监听多点接入（CSMA/CD) 在CSMA/CD中，在一个站发送数据之前必须“监听”媒体，以检查是否有另一个站现在也在使用媒体。如果没有其他站在发送，则这个站就能发送数据。如果两个或更多地站在同一时间发送数据就会产生冲突。因此所有的站必须连续的“监听”媒体以检测是否发生了冲突。当发生冲突时，所有的站都要忽略已经收到的数据。为了减少第二次发生冲突的机会，每一个发送站都要产生一个随机数来决定它在重新发送时需等待多长时间。,编址 以太网上的每一个站都有自己的网络接口卡NIC。NIC通常安装在站的机器里，并给这个站提供

6、6字节的物理地址。 数据率 以太网能够支持的数据率为1至10Mbps(快速以太网支持10Mbps)。 帧格式 以太网不提供任何确认收到帧的机制，因此以太网是一种不可靠的媒体，确认必须由高层来进行。 以太网的帧共有7个字段： 1.前同步码-这个字段有7个字节的交替出现的0和1，其作用就是提醒接收系统有帧到来。 2.帧首定界符（SFD)-这里用1字节（10101011）作为标识，并指出帧的开始。,3.目的地址-6字节的目的物理地址。 4.源地址-6字节的源物理地址。 5.类型-这个字段定义了封装在帧中的数据类型。 6.数据-这个字段包含从上层来的数据。数据长度必须在46到1500字节之间。如果上层

7、协议产生的数据长度小于6字节则应将其填补到46字节.若数据长度超过1500字节，上层就必须将其进行分片。 7.循环冗余检验（CRC)-这是一个4字节的字段用作差错检测，它使用CRC-32. 实现 所有的以太网都配置成一个逻辑总线，虽然它们在物理上可以是按总线或星状拓扑实现。每一个帧在发送时是向链路上的每一个站发送，但只有与目的地址符合的站才能读出数据。,1.10BASE5，粗缆以太网-是总线拓扑的局域网，它使用基带信号传输，其最大网段长度为500米。所使用的物理连接器和电缆包括同轴电缆、网络接口卡NIC、收发器和连接单元接口（AUI)电缆。 2.10BASE2,细缆以太网-比10BASE5便宜

8、，但仍能支持同样的数据率。10BASE2也是总线拓扑的局域网。但工作距离较短（185米）且容量较小（细缆只能容纳较少的站）。使用的物理连接器和电缆包括网络接口卡NIC、细同轴电缆和BNC-T连接器。使用这种技术时，收发器电路被转移到网络接口卡中，而收发器-分接头由一个连接器来替代，它直接将站点连接到电缆，因此就不再需要AUI电缆。 3.快速以太网-快速以太网是数据率为100Mbps的新的以太网版本，帧的格式和接入方法都没有变化，仅有,的两个变化就是数据率和冲突域。数据率增大到10倍，冲突域减少到原有的十分之一。以开发出的快速以太网的规约使用与10BASE-T相似的星状拓扑，此规约还定义了三种类

9、型的物理媒体：四对UTP(10BASE-T4)、两对UTP或STP(10BASE-XT)或两根光缆（10BASE-XF)。 二、令牌环 接入方法：令牌传递 令牌环的工作原理见图3.14。令牌环的令牌从一个站传递到顺序的下一个站，直到遇到一个站有数据要发送。有数据要发送的站必须等待令牌，在截获了令牌之后就可发送数据。数据帧沿着环传递，而每一个站都要再生此数据帧。每一个在中间的站都要检查目的地址，若发现时发送给其他站，则转发给下一个站。当目的站识别了其地址后，就复制此报文，检查是否有错，并将帧的最后一个字节的4个比特加以更改，表示此地址已被识别，而数据帧,也已被复制。整个分组继续沿着环路转，直到返

10、回发送它的站。发送站收到此帧，根据源地址识别了该帧。它先检查地址被识别的比特，如这几个比特已被置位，则表明帧已被接收。发送站就丢弃这已经被用过的数据帧，并将令牌释放到令牌环上。为了处理与令牌有关的一些问题，例如令牌丢是或令牌被错误的使用了，环路上的一个站要被指定为监督站。,3.2 局域网（LAN),图3.14令牌传递接入方法,编址 令牌环使用6字节地址。和以太网相似，这个地址被写入在网络接口卡NIC上。 数据率 令牌环支持两种数据率：4Mbps和16Mbps。 帧格式 令牌环协议指明三种类型的帧：数据、令牌和异常终止(下页图3.15)。 1.数据帧 在令牌环中，数据帧是唯一能够携带数据的一种帧

11、。数据帧的9个字段如下： 起始定界符(SD)-这个一字节字段提醒接收站有一个帧到达了。 接入控制（AC）-这个一字节字段包括关于优先级和预留的信息。,图3.15令牌环的帧格式,帧控制（FC）-这个一字节字段定义包含在数据字段的信息类型。 目的地址（DA)-这个可变长（2到6字节）字段是下一站的物理地址。 源地址（SA)-这个可变长（2到6字节）字段是前一站的物理地址。 数据-这个字段是数据，数据可多到4500字节。 CRC-这个字段为4字节长，包含CRC-32检错序列。 结束定界符（ED)-这个1字节字段指出发送器的数据结束，同时还包含更多的控制信息。 帧状态（FS)-这个FS字段由接收器设置

12、，指出帧已被读取，或由监督站设置，指出该帧已经在环上转了一圈。,2.令牌帧 令牌帧包括三个字段SD,AC,ED. 3.异常中止帧 异常中止帧只有两个字段：SD和ED。当出现一些问题时，监督站使用异常中止帧来中止令牌传递机制。 实现 令牌环的环路由150欧姆的STP线段将每一个站连接到紧挨着它的邻站所组成。每一个线段将一个站的输出端口连接到下一个站的输入端口，因而产生了单向流量的环路。最后一个站的输出再连接到第一个站的输入以完成一个环路。一个帧按序传递到下一个站，并在该站被检查，再生，然后再发送到下一个站。 将网络配置成一个环路可能会引起一些问题，一个失效的或已经断开连接的结点会使环绕整个网络通

13、信流量停止。为解决此问题，每一个站要连接到一个自动开关。这个开关能够将不工作的站旁路掉。当一个站不工作,时，此开关闭合环路以旁路掉这个站。当这个站再次工作时，由该站的NIC发出的信号驱动此开关，使该站接入到环路上。为了使用的方便，所有的单个的自动开关都合并到一个叫做多站接入单元（MAU)的集线器中。 三、光纤分布式数据接口（FDDI) 光纤分布式数据接口（FDDI)是由ANSI和ITU-T进行标准化的局域网标准。 接入方法：令牌传递 FDDI的接入方法也称为令牌传递，然而这里的令牌传递机制稍有不同。在令牌环的网络中，一个站在捕获令牌后只能发送一帧。在FDDI中，接入是受时间的限制。每一个站保持

14、一个计时器，用来指出令牌应在何时离开此站。如果一个站在这个指定的时间之前就收到了令牌，那么它就可以保留这个令牌和发送数据，直到令牌离开的预定时间为止。但反过来，如果一个站正好在上述的令牌离开时间或在此之后才收到令牌，那么它只能把令牌放走，并等待下一轮。,编址 FDDI使用2或6字节地址。 数据率 FDDI支持100Mbps的数据率。 帧格式 FDDI使用两种类型的帧格式：数据和令牌。（见下页图3.17) 帧格式的8个字段如下： 1.SD-这个1字节字段定义开始标志。 2.FC-这个1字节字段定义帧的类型。 3.目的地址-这个字段是下一站的物理地址。 4.源地址-这个字段是前一站的物理地址。 5

15、.数据-每个数据帧可携带多达4500字节的数据。,6. CRC-FDDI使用标准的IEEE的4字节循环冗余检验。 7. ED-这个字段在数据帧中是半个字节，而在令牌帧中是一个字节。它指示数据的结束和控制信息。 8. FS-这个字段与令牌环中的相似。它只包含在数据帧中并具有1.5个字节。 实现 FDDI用双环来实现。在大多数情况下，数据在主环中传输。次环是在主环出故障时才工作，因而使FDDI具有自恢复功能。当主环出现问题时，次环就被激活以完成数据的回路和维持服务（见下页图3.18a)。 各结点使用媒体接口连接器（MIC)连接到单个环或双环上。每一个MIC有两个光纤端口，允许它连接到这两个环的光缆

16、上。FDDI定义了三种类型的结点：双连接结点（DAS)、单连接结点（SAS)和双连接集中器（DAC).,图3.18FDDI的实现,DAS有两个MIC(叫做MIC A和MIC B),可连接到两个环（见上页图3.18b)。要做到这一点，需要具有两个输入和两个输出的网络接口卡NIC。连接到双环可提高可靠性和吞吐量，然而这些改进是假定了站点仍保持为活跃的（即工作的）。当出现故障时，站点就进行从主环到次环的环绕连接以旁路故障，然后将信号从一个输入送到另一个输出。但对于DAS站来说，站点必须是活跃的才行。,3.3 交 换,交换网络由许多互相连接的、称为交换机的结点组 成。交换机是硬件和/或软件设备，能够是

17、两个或更多的 设备临时连接在一起，而这两个设备彼此并不相连，而是 都连接到交换机。 从传统上讲，有三种交换方法都是很重要的，即电 路交换、分组交换和报文交换。前两种现在都一直在使 用，第三种则在一般的通信中已经被淘汰，但仍在联网中 有些应用。 电路交换 电路交换在两个如电话或计算机这样的设备之间产 生一条直接的物理连接。如下页图3.19，左边的三台计算 机和右边的四台计算机如要实现所有的点对点的连接，就 需要12条链路，但我们使用四个交换机就可以减少链路的 数目及其总长度 。,图3.19 电路交换,电路交换在两个端用户之间产生了一条专用路径，这两个端用户对此路径愿意使用多长时间就使用多长时间。

18、 分组交换 在分组交换网络中，数据传输单位是离散的单位，通常是可变长度的数据块，叫做分组。分组的最大长度由网络来确定。很长的数据传输就划分为许多个分组。每一个分组不仅包含数据，而且还有一个具有控制信息的首部，分组在网络上从一个结点传送到另一个结点。在每一个结点上，分组被短暂存储，然后根据其首部中的信息转发到另一个结点。 在分组交换中有两种常用的方法：使用数据报和使用虚电路。 1.使用数据报-在使用数据报时，对每一个分组的处理与所有其他的分组均无关系。甚至当一个分组代表多个分组传输中的一个是也是如此，网络（和网络层的功能）处理这个分组就象它是单独存在的分组一样，使用这种技术的分组称为数据报。,3

19、.3 交 换,图3.20分组交换，使用数据报,上页图3.20表示使用数据报可用来交付从站A传送到站B的三个分组。在本例中，所有这三个分组（或数据报）都属于同一个报文，但可走不同路径到达其目的地。这种方法可能是数据报在传输到达其目的地时失序。在大多数协议中，在将这些数据报送交目的端口之前，是运输层负责将这些数据报进行重新排序。连接每对结点的链路可包括多条信道，而这些信道中的每一条可同时从多个不同的源点或就从一个源点发送数据报。 2.使用虚电路-使用虚电路进行分组交换时，属于同一报文或会话的所有分组的关系都被保存起来。在会话开始时在发送器和接收器之间要选择一条路由。当发送数据时，要传输的所有分组都

20、沿此路由一个接一个的传送。（见下页图3.21） 虽然使用虚电路的分组交换看起来与电路交换相似，但在它们之间却有一个很重要的区别。在电路交换中，两个端用户之间的路径是专用的，它只包括一个信,图3.21 分组交换，使用虚电路,道。然而在虚电路中，线路并不是只归这两个用户专用，此线路可在划分为好几个信道，每一个连接可以使用一条链路中的许多信道中的一个。 报文交换 用描述性的术语存储转发来说明报文交换是最清楚的。在使用这种方法时，结点（通常是一台计算机）接收一个报文，然后存储它，直到有了一条空闲的路由就沿此路由发送此报文。虽然在20世纪60年代在网络层使用报文交换是普通的，但今天已经不再使用它。,3.

21、4 广域网（WAN),广域网可以在一个国家、一个洲或整个世界的很大的地理范围内，提供数据、话音和视频信息的长距离传输。 与使用自己的硬件进行传输的局域网不同，广域网利用公用的、租用的或专用的通信设备，而且通常是将这几种混合起来使用。 一、点对点协议（PPP) 点对电子协议（PPP)是设计用来处理使用异步调制解调器链路或高速同步租用线路的数据传送，PPP使用的帧格式与我们在本章中已经见过的非常相似（见下图）,PPP帧的字段有（如 上图示）： 1.标志-每一个帧的开始是一个1字节的标志，其值为0X7E(01111110).标志用来在发送器和接收器之间的比特级同步。 2.地址-地址字段的值是0XFF

22、。 3.控制-控制字段的值是0X03。 4.协议-这是一个2字节字段，用来定义使用线路的服务的协议。对于TCP/IP，此值为0X0021。 5.CRC-这是一个2字节的循环冗余检验。 二、X.25 今天使用得最广泛的分组交换协议叫做X.25，它是ITU-T于1976年开发的。根据ITU-T标准中的正式定义，X.25是为公用数据网中工作在分组方式的终端使用的，它是在数据终端设备（DTE)和数据电路端接设备（DCE)之间的接口。非正式的讲，可以说X.25是使用在广域网中的一个分组交换协议。,X.25定义的是：为了交换数据，一个分组方式的终端 是怎样连接到分组网络上的。它描述了为建立、维持和终止连接

23、所必需的一些过程（如建立连接、数据交换、确认、流控制和数据控制）。它还描述了一些称为设施（facility)的服务，来提供如反向计费、呼叫引导及时延控制等。 X.25作为用户网络接口（SNI)协议而闻名。它定义了用户的DTE(如计算机）是怎样与网络通信的，以及怎样使用DCE(如路由器）将分组在网络上传送。它使用虚电路而不是使用数据报来实现分组交换。 虽然X.25是一个端到端的协议，但分组通过网络的实际移动情况对它来说则是看不见的。X.25看到的网络就像一朵云那样，而每一个分组通过这朵云到达接收端的DCE。下页图3.23给出了X.25的概念性框架。,X.25的层次： X.25协议由三个层次组成：

24、物理层、平衡式链路接入规程（LAPB)层和分组层协议层（PLP)。这些层定义了OSI模型中的物理层、数据链路层和网络层的功能，下页图3.24给出了在PLP层的分组格式和在LAPB层的帧格式。,图3.23 X.25,1.物理层-在物理层，X.25指明了一个协议，叫做X.21（X.21bis),这是ITU-T专门为X.25定义的。但是X.21与其它的一些物理层协议（如EIA-232)很接近，因而X.25也可以支持这些协议。 2.数据链路层-X.25使用叫做平衡式链路接入规程（LAPB)的面向比特的协议来提供数据链路层控制，在这,一层中的各字段与局域网的字段相似。控制字段用来在数据链路层进行流控制和

25、差错控制，地址字段用于连接建立阶段，帧检验序列（FCS)就是在局域网帧中定义的CRC字段。 3.网络层-在X.25中的网络层叫做分组层协议（PLP),这一层负责建立连接、传送数据和终止连接。用户数据和系统数据都从上层下来，在PLP，要加上一个包含控制信息的首部，这样就将数据转换为PLP分组。PLP分组在传送到LAPB层，在这里封装成为LAPB信息帧，然后送到物理层通过网络发送出去。 网络层分组具有以下的一些字段： 通用格式标识符（GFI）这个字段给出了首部的一般信息。 逻辑信道组号（LCGN）这是虚电路号的第一部分。 逻辑信道号（LCN）这是虚电路号的第二部分。 控制这个字段用来进行流控制和差

26、错控制。,三、帧中继 帧中继是一种广域网协议，用来克服X.25的一些缺点。X.25提供了许多差错检测和流控制的手段，在转发分组的每一个站（结点）都要仔细检查分组有无差错。每一个站必须保存原始帧的副本，直到收到下一个站发送的信息，证实该帧已原封不动的到达了。这种站到站的检查由OSI模型中的数据链路层来实现。 但X.25不仅做这些事。它在网络层还要检查从源站到接收站的差错。源站要保留原始分组的副本，直到收到最终目的站的证实为止。在X.25网络中的大部分通信量都是为了差错检查，这样才能保证服务是完全可靠的。 图3.25表示分组从源站传送到接收站所需的通信量，白色方框表示数据和数据链路层的确认。只有四

27、分之一的通信量是数据信息，其余的是为了提高可靠性。在X.25问世时，这样大量的通信量是必需的，因为那时的传输媒体很容易产生差错，而不是像今天这样。,图3.25 X.25与帧中继的比较,改进传统的传输媒体的方法是大量使用光缆。光缆比铜缆产生的噪声要小得多，其传输差错的产生概率已经小到这样的程度，即在这一级的差错检测不仅是不必要的，而且反而降低了效率。 帧中继在数据链路层不进行差错检验或要求确认。相反，所有的差错检验都留给使用帧中继服务的网络层和运输层的协议去做（帧中继只工作在物理层和数据链路层）。许多数据链路层的操作被取消了，而有一些则被合并。 帧格式 下页图3.26是帧中继的帧格式。标志字段与

28、前面所述的协议一样，FCS字段就是CRC字段。帧格式中的各字段有： 1.地址字段-第一个字节的前6比特构成数据链路,连接标识符（DLCI)的一部分。DLCI的第二部分使用第二个字节的前4比特。这些比特是标准所定义的16比特的数据链路连接标识符的一部分，DLCI的功能将在下面的帧中继的运行总讨论。,图3.26 帧中继的帧,2.命令/响应（C/R）-C/R比特可使上层能够识别是一个命令还是响应。 3.扩展地址（EA)-EA信息指出当前字段是否为最后的字节，EA为0表示后面还接着由一个地址字节，EA为1标是当前字节为最后的字节。 4.前向显式拥塞通知（FECN）-FECN信息指出在此帧传送的方向上产

29、生了通信量拥塞，它通知目的地当前的或以后的帧可能会迟一会到达。 5.反向显式拥塞通知（BECN)-BECN信息指出在此帧传送相反的方向上产生了通信量拥塞，它通知接收器，发送返回到发送器的数据可能会由于拥塞而被延迟。 6.丢弃指示（DE)-DE信息指出帧的优先级。,帧中继的运行 帧中继的传输是基于永久虚电路（PVC）连接，在其它标准中虚电路是在网络层来实现。但是帧中继使用DLCI，它标识系统在安装时就设置好的永久虚电路，在两个给定站之间的所有通信量都通过同样的路径。 下页图3.27表示一个网络的所有站点都直接与帧中继网络相连。实际上并不经常是这样的，站点通常是经过另一种类型的网络或服务才连接到帧

30、中继网络。但是，上述这种简化模型有助于我们对网络运行的讨论。,图3.27帧中继的运行,四、异步传递方式（ATM） 由ATM论坛设计的异步传递方式（ATM)对于重构数据通信的基础结构是一种革命性的思想，此设计通过高数据率的传输媒体（如光缆）来传输数据、话音和视频信号。 信元 ATM是传送信元的一种协议，信元是小的、固定长度的数据单元。它有53字节长，由5字节的首部和48字节的有效载荷（payload)组成。首部包括虚路径标识符（VPI)和虚通道标识符（VCI)以及其他信息。这两个标识符用来将信元通过网络转发到最终目的地。,信元,信元中继 ATM网络是面向连接的信元中继（信元交换）网络。这表示数据

31、的单位不是如同分组交换网中的分组，也不是如同帧中继网中的帧，而是信元。但是，ATM与X.25及帧中继一样，都是面向连接的网络，这表示在两个系统能够通信之前，它们必须建立连接。要建立连接，系统要使用20字节的地址。当建立连接后，组合在一起的VPI/VCI将信元从源站传送到其最终目的地。 组合在一起的VPI/VCI与分组交换网中使用的虚电路号相似。但是，虚电路号是指在连接建立时定义的整个路由，而VPI/VCI对则随着交换机的不同而变化。每一个交换机在接收到信元时，要从表中查出该信元应从哪一个接口离开交换机，以及查出应当给信元指派的下一个VPI/VCI对。（见下页图3.29),图3.29 ATM交换

32、机,层 ATM使用3个层次：应用适配层、ATM层和物理层(见下图）。,1.应用适配层（AAL）-AAL允许任何一种类型的网络连接到ATM上。AAL协议从任何其他协议接后数据并 将其封装成为固定长度的ATM信元。 每一类的AAL实际上都有两个子层：汇聚子层 （CS）和分装与重装（SAR）子层。CS子层可以将更多 的信息加入到数据单元中；SAR子层 则将数据单元划分 为更小的段（segment）以便封装成信元。 ATM定义了四个不同的ATM种类以适应不同来源和 不同格式的数据。这些ATNM种类是： AAL1-AAL1将恒定比特率的数据流转换成信元。 AAL2-AAL2将可变比特率的数据流转换成信元

33、。 AAL3/4-AAL3/4转换从面向连接分组交换网传 来的数据。,AAL5-AAL5转换从无连接的分组交换网传来的数据，TCP/IP协议族使用这一类ATM对IP分组进行封装。下图表示一个IP分组是怎样被划分成48字节的段，然后在怎样在更低的层被封装成信元。,2.ATM层-ATM层提供路由选择、通信量管理、交换和复用等服务。它是这样处理出通信量的：从AAL子层接受48字节的段，加上5个字节的首部后将其转换为53字节的信元。 在这一层ATM使用两种格式的首部：一种是用户网络接口（UNI)；而另一种是网络到网络接口（NNI)(见下页图3.32)。 首部中的字段有： 一般流控制（GFC）-这个字段

34、提供UNI信元的流控制。 VPI-在UNI信元中VPI是8比特的字段，而在NNI信元中它是12比特的字段。 有效载荷（PT）-这个字段定义有效载荷的类型。 信元丢失优先级（CLP）-该信息向交换机说明：哪一个信元可以丢弃而哪一个必须保留。,图3.32 ATM层,首部差错控制（HEC）-这是一个8比特的字段，用来检测在首部中的多个比特差错或纠正单个比特差错。 3.物理层-物理层定义传输媒体，比特传输、编码以及电到光的转换。,3.5 连接设备,连接设备用来将若干个网络连接在一起，或将若干个网络连接成互联网，可以将连接设备分成四类：转发器、网桥、路由器和网关。,这四种类型的设备这一种都在OSI模型中

35、的不同层次与协议进行交互。 转发器只对信号的电气成分起作用，因此它们就只在物理层工作。 网桥利用编址协议，并能影响单个局域网的流控制，它们在物理层和数据链路层工作。 路由器在两个分开的局域网之间提供链路，它们在物理层、数据链路层和网络层工作。 网关在不兼容的局域网或应用程序之间提供转换服务，在所有这些层上工作。 这些网络互连设备中的每一种也可以在它最活跃的一层下面所有的层工作。（见下页图3.34),图3.34连接设备和OSI模型,转发器 转发器（或再生器）是一种仅在OSI模型中的物理层工作的电子设备。在网络中携带信息的信号只能传播有限的距离，如传播距离增大则衰减（即信号的减弱）或噪声的干扰会破

36、坏信号的完整性。安装在链路上的转发器在信号变得太弱或受到损伤之前就接收到这个信号，然后再生出原来的比特模式，并将刷新的副本送回到链路上。从效果上看，去除损伤的信号就在距目的地更近的地方第二次被发送。（见下页图3.35) 转发器使得我们能够扩展网络的物理长度，用转发器连接的两个网络实际上是一个网络。如果A站发送一个帧到B站，则所有的站（包括C和D)都能够收到此帧，就好像在网络上没有这个转发器。当向在左方的站发送帧时，转发器就没有智能使这个帧向右方发送。在使用转发器时，C站和D站收到的帧是由转发器发出的、经过整形的帧副本，而不是象通常的那样。,图3.35 转发器,网桥 网桥工作在OSI模型的物理层

37、和数据链路层。网桥将一个大的网络分割成几个较小的网段。但与转发器不同，网桥中装有逻辑电路，因而可以控制每一个分开的网段中的信息量。网桥具有足够的智能将一个帧只向包含接收者的那一个网段转发。这样，网桥就过滤了通信量，因而时它们对控制拥塞和隔离出故障的链路很有用处。网桥还通过划分通信量提供了安全性。（见下页图3.36） 网桥不改变分组的结构或内容，因而只能在使用同样协议的网段之间使用。 网桥工作在物理层和数据链路层，对所有被连接的站点都使用物理地址来访问。当一个帧进入网桥时，网桥不仅再生这个信号，而且还要检查其目的地址，然后仅向包含此目的地址的网段转发一个新的副本。当网桥遇到一个分组时，它首先读取

38、包含在帧中的地址，并将此地址与,图3.36网桥,一个表中的地址进行比较，这个表中的地址包含着两个网段中所有的站点的地址 。当网桥发现地址匹配了，就找出该站所在的网段，并将分组只向该网段转发 。 多端口网桥可以像交换机那样工作，它连接两个或更多的网段。它常用来提高网络中的实际的数据率。例如，一个以太网工作在10Mbps。假定正好有五个设备连接在以太网上，而每一个设备都企图接入到这个网络。因为5个设备共享这个网络，因此实际上的数据率是2Mbps。要提高每一个设备的数据率，可将网络划分为5各不同的网段，然后用一个多端口网桥（交换机）将它们连接起来。这就使每一个网段成为独立的，因而将数据率提高到10M

39、bps.换言之，若没有网桥，则所有这五个设备共享可用的带宽；而使用网桥时，每一个设备使用整个的带宽。这种使用网桥的以太网常称为交换以太网。,路由器 转发器和网桥都是能够执行特定任务的简单硬件设备。但路由器则是更为复杂的设备。路由器使用网络层地址接入到网络，并包含有软件，此软件的作用就是在许多个可能路径中确定其中的哪一个对一个特定的传输是最佳的。路由其工作在OSI模型中的物理层、数据链路层和网络层（见下页图3.37）。 路由器在多个互相连接的网络中转发分组。路由器在互联网中的作用是：确定分组从一个网络到许多可能的目的网络中的任何一个应走的路由。当网络上的某站向邻近网络上的一个站发送分组时，这个分

40、组首先到达同时连接在这两个网络上的路由器，此路由器在将此分组转发给目的网络。如果没有同时将发送网络与接收网络连接起来的路由器，那么发送路由器就沿着到最终目的地方向，通过与其相连的网络中的某一网络，将分组转发到下一个路由器。这个路由器又将分组转发给路径上的下一个路由器，等等，直到目的地到达为止。,图3.37 路由器,路由器向网络上的站点那样工作。但大多数的站点只属于一个网络，而路由器则不同，它同时具有两个或更多的地址，并链结在两个或更多的网络上。路由器最简单的功能就是从一个连接的网络上接收分组，然后将其转发到第二个连结的网络。 网关 网关能够在OSI模型中的所有7个层次上工作，网关就是一个协议转

41、换器。路由器仅在使用相似协议的网络之间传送、接收和转发分组，但网关则可以接收某种协议的分组格式的分组，然后将其转发之前，将分组转换称为另一种协议的格式。 网关理解连接到网关上的每一个网络的协议，因此它就能将一种协议转换为另一种。在某些情况下，惟一必要的修改就是分组的首部和尾部。在另一些情况下，网关必须调整数据率、分组长度以及格式(见下页图3.38)。,图3.38 网关,3.6 小 结,3.1 信号通过一条路径从发送器传送到接收器，这条称为媒体的路径可以是导向的和非导向的。 导向媒体媒限制在物理边界之内，但非导向媒体则是无边界的。 最常用的导向媒体有： 双绞线电缆（金属的） 同轴电缆（金属的） 光缆（玻璃或塑料的） 无屏蔽双绞线（UTP）电缆由两根互相绝缘的铜线绞合而成。 屏蔽双绞线（STP）电缆由相互绝缘的绞合线对以及将它们包起来的金属薄片或金属网所组成。,同轴电缆包括以下几层（从中心开始）： 金属棒状内导体 包住棒状内导体的绝缘层 金属外导体 包住屏蔽层的绝缘层 塑料层 光缆由一根玻璃或塑料的内层纤芯、包住纤芯的包层以及将所有这些都包起来的外层保护套组成。 光缆以光的形式传送数据信号，信号利用反射沿着内部的纤芯传播。 光纤传输已越来越普及，因为它的优点是：低噪声、低衰减和高带宽容量。,无线