第1章 交换技术

主要内容：1、线路交换

2、分组交换

3、帧中继交换

4、信元交换

一、线路交换

1、线路交换进行通信：是指在两个站之间有一个实际的物理连接，这种连接是结点之间线路的连接序列。

2、线路通信三种状态：线路建立、数据传送、线路拆除

3、线路交换缺点：典型的用户/主机数据连接状态，在大部分的时间内线路是空闲的，因而用线路交换方法实现数据连接效率低下；为连接提供的数据速率是固定的，因而连接起来的两个设备必须用相同的数据率发送和接收数据，这就限制了网络上各种主机以及终端的互连通信。

二、分组交换技术

1、分组交换的优点：线路利用率提高；分组交换网可以进行数据率的转换；在线路交换网络中，若通信量较大可能造成呼叫堵塞的情况，即网络拒绝接收更多的连接要求直到网络负载减轻为止；优先权的使用。

2、分组交换和报文交换主要差别：在分组交换网络中，要限制所传输的数据单位的长度。报文交换系统却适应于更大的报文。

3、虚电路的技术特点：在数据传送以前建立站与站之间的一条路径。

4、数据报的优点：避免了呼叫建立状态，如果发送少量的报文，数据报是较快的；由于其较原始，因而较灵活；数据报传递特别可靠。

5、几点说明：

路线交换基本上是一种透明服务，一旦连接建立起来，提供给站点的是固定的数据率，无论是模拟或者是数字数据，都可以通过这个连接从源传输到目的。而分组交换中，必须把模拟数据转换成数字数据才能传输。

6、外部和内部的操作

外部虚电路，内部虚电路。当用户请求虚电路时，通过网络建立一条专用的路由，所有的分组都用这个路由。

外部虚电路，内部数据报。网络分别处理每个分组。于是从同一外部虚电路送来的分组可以用不同的路由。在目的结点，如有需要可以先缓冲分组，并把它们按顺序传送给目的站点。

外部数据报，内部数据报。从用户和网络角度看，每个分组都是被单独处理的。

外部数据报，内部虚电路。外部的用户没有用连接，它只是往网络发送分组。而网络为站之间建立传输分组用的逻辑连接，而且可以把连接另外维持一个扩展的时间以便满足预期的未来需求。

三、帧中继交换

1、X.25特性：(1)用于建立和终止虚电路的呼叫控制分组与数据分组使用相同的通道和虚电路；(2)第三层实现多路复用虚电路；(3)在第二层和第三层都包含着流控和差错控制机制。

2、帧中继与X.25的差别：(1)呼叫控制信号与用户数据采用分开的逻辑连接，这样，中间结点就不必维护与呼叫控制有关的状态表或处理信息；(2)在第二层而不是在第三层实现逻辑连接的多路复用和交换，这样就省掉了整个一层的处理；(3)不采用一步一步的流控和差错控制。

3、在高速H通道上帧中继的四种应用：数据块交互应用；文件传输；低速率的复用；字符交互通信。

四、信元交换技术

1、ATM信元

ATM数据传送单位是一固定长度的分组，称为信元，它有一个信元头及一个信元信息域。信元长度为53个字节，其中信元头占5个字节，信息域占48个字节。

信元头主要功能是：信元的网络路由。

2、ATM采用了异步时分多路复用技术ATDM，ATDM采用排队机制，属于不同源的各个信元在发送到介质上之前，都要被分隔并存入队列中，这样就需要速率的匹配和信元的定界。

3、应用独立：主要表现在时间独立和语义独立两方面。时间独立即应用时钟和网络时钟之间没有关联。语义独立即在信元结构和应用协议数据单元之间无关联，所有与应用有关的数据都在信元的信息域中。

3、ATM信元标识

ATM采用虚拟通道模式，通信通道用一个逻辑号标识。对于给定的多路复用器，该标识是本地的，并在任何交换部件处改变。

通道的标识基于两种标识符，即虚拟通路标识VPI和虚拟通道标识VCI。一个虚拟通路VP包含有若干个虚拟通道VC

4、ATM网络结构

虚拟通道VC：用于描述ATM信元单向传送的一个概念，信元都与一个惟一的标识值—虚拟通道标识符VCI相联系。

虚拟通路VP：用于描述属于虚拟通路的ATM信元的单向传输的一个概念，虚拟通路都与一个标识值—虚拟通路标识符相联系。

虚拟通道和虚拟通路者用来描述ATM信元单向传输的路由。每个虚拟通路可以用复用方式容纳多达65535个虚拟通道，属于同一虚拟通道的信元群，拥用相同虚拟通道标识VCI，它是信元头一部分。

第2章 网络体系结构及协议

主要内容：1、网络体系结构及协议的定义

2、开放系统互连参考模型OSI

3、TCP/IP协议集

一、网络体系结构及协议的定义

1、网络体系结构：是计算机之间相互通信的层次，以及各层中的协议和层次之间接口的集合。

2、网络协议：是计算机网络和分布系统中互相通信的对等实体间交换信息时所必须遵守的规则的集合。

3、语法（syntax）:包括数据格式、编码及信号电平等。

4、语义（semantics）：包括用于协议和差错处理的控制信息。

5、定时（timing）：包括速度匹配和排序。

二、开放系统互连参考模型

1、国际标准化组织ISO在1979年建立了一个分委员会来专门研究一种用于开放系统的体系结构，提出了开放系统互连OSI模型，这是一个定义连接异种计算机的标准主体结构。

2、OSI简介：OSI采用了分层的结构化技术，共分七层，物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

3、OSI参考模型的特性：是一种异构系统互连的分层结构；提供了控制互连系统交互规则的标准骨架；定义一种抽象结构，而并非具体实现的描述；不同系统中相同层的实体为同等层实体；同等层实体之间通信由该层的协议管理；相信层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务；所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务；直接的数据传送仅在最低层实现；每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其他层。

4、物理层：提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性；有关的物理链路上传输非结构的位流以及故障检测指示。

5、数据链路层：在网络层实体间提供数据发送和接收的功能和过程；提供数据链路的流控。

6、网络层：控制分组传送系统的操作、路由选择、拥护控制、网络互连等功能，它的作用是将具体的物理传送对高层透明。

7、传输层：提供建立、维护和拆除传送连接的功能；选择网络层提供最合适的服务；在系统之间提供可靠的透明的数据传送，提供端到端的错误恢复和流量控制。

8、会话层：提供两进程之间建立、维护和结束会话连接的功能；提供交互会话的管理功能，如三种数据流方向的控制，即一路交互、两路交替和两路同时会话模式 。

9、表示层：代表应用进程协商数据表示；完成数据转换、格式化和文本压缩。

10、应用层：提供OSI用户服务，例如事务处理程序、文件传送协议和网络管理等。

三、TCP/IP的分层

1、TCP/IP的分层模型

Internet采用了TCP/IP协议，如同OSI参考模型，TCP/IP也是一种分层模型。它是基于硬件层次上的四个概念性层次构成，即网络接口层、IP层、传输层、应用层。

网络接口层：也称数据链路层，这是TCP/IP最底层。功能：负责接收IP数据报并发送至选定的网络。

IP层：IP层处理机器之间的通信。功能：它接收来自传输层的请求，将带有目的地址的分组发送出去。将分组封装到数据报中，填入数据报头，使用路由算法以决定是直接将数据报传送至目的主机还是传给路由器，然后把数据报送至相应的网络接口来传送。

传输层：是提供应用层之间的通信，即端到端的通信。功能：管理信息流，提供可靠的传输服务，以确保数据无差错的地按序到达。

2、TCP/IP模型的分界线

协议地址分界线：以区分高层和低层的寻址，高层寻址使用IP地址，低层寻址使用物理地址。应用程序IP层之上的协议软件只使用IP地址，而网络接口层处理物理地址。

操作系统分界线：以区分系统与应用程序。在传输层和应用层之间。

3、复用与分解

发送报文时，发送方在报文中加和了报文类型、选用协议等附加信息。所有的报文以帧的形式在网络中复用传送，形成一个分组流。在接收方收到分组时，参考附加信息对接收到的分组进行分解。

四、IP协议

1、Internet体系结构

一个TCP/IP互联网提供了三组服务。最底层提供无连接的传送服务为其他层的服务提供了基础。第二层一个可靠的传送服务为应用层提供了一个高层平台。最高层是应用层服务。

2、IP协议： 这种不可靠的、无连接的传送机制称为internet协议。

3、IP协议三个定义：

（1）IP定义了在TCP/IP互联网上数据传送的基本单元和数据格式。

（2）IP软件完成路由选择功能，选择数据传送的路径。

（3）IP包含了一组不可靠分组传送的规则，指明了分组处理、差错信息发生以及分组德育的规则。

4、IP数据报：联网的基本传送单元是IP数据报，包括数据报头和数据区部分。

5、IP数据报封装：物理网络将包括数据报报头的整个数据报作为数据封装在一个帧中。

6、MTU网络最大传送单元：不同类型的物理网对一个物理帧可传送的数据量规定不同的上界。

7、IP数据报的重组：一是在通过一个网络重组；二是到达目的主机后重组。后者较好，它允许对每个数据报段独立地进行路由选择，且不要求路由器对分段存储或重组。

8、生存时间：IP数据报格式中设有一个生存时间字段，用来设置该数据报在联网中允许存在的时间，以秒为单位。如果其值为0，就把它从互联网上删除，并向源站点发回一个出错消息。

9、IP数据报选项：

IP数据报选项字段主要是用于网络测试或调试。包括：记录路由选项、源路由选项、时间戳选项等。

路由和时间戳选项提供了一种监视或控制互联网路由器路由数据报的方法。

五、用户数据报协议UDP

1、UDP协议功能

为了在给定的主机上能识别多个目的地址，同时允许多个应用程序在同一台主机上工作并能独立地进行数据报的发送和接收，设计用户数据报协议UDP。

使用UDP协议包括：TFTP、SNMP、NFS、DNS

UDP使用底层的互联网协议来传送报文，同IP一样提供不可靠的无连接数据报传输服务。它不提供报文到达确认、排序、及流量控制等功能。

2、UDP的报报文格式

每个UDP报文分UDP报头和UDP数据区两部分。报头由四个16位长（8字节）字段组成，分别说明该报文的源端口、目的端口、报文长度以及校验和。

3、UDP协议的分层与封装

在TCP/IP协议层次模型中，UDP位于IP层之上。应用程序访问UDP层然后使用IP层传送数据报。IP层的报头指明了源主机和目的主机地址，而UDP层的报头指明了主机上的源端口和目的端口。

4、UDP的复用、分解与端口

UDP软件应用程序之间的复用与分解都要通过端口机制来实现。每个应用程序在发送数据报之前必须与操作系统协商以获得协议端口和相应的端口号。

UDP分解操作：从IP层接收了数据报之后，根据UDP的目的端口号进行分解操作。

UDP端口号指定有两种方式：由管理机构指定的为著名端口和动态绑定的方式。

六、可靠的数据流传输TCP

1、TCP/IP的可靠传输服务五个特征：面向数据流、虚电路连接、有缓冲的传输、无结构的数据流、全双工的连接。

2、TCP采用了具有重传功能的肯定确认技术作为可靠数据流传输服务的基础。

3、为了提高数据流传输过程的效率，在上述基础上引入滑动窗口协议，它允许发送方在等待一个确认之前可以发送多个分组。滑动窗口协议规定只需重传未被确认的分组，且未被确认的分组数最多为窗口的大小。

4、TCP功能

TCP定义了两台计算机之间进行可靠的传输而交换的数据和确认信息的格式，以及计算机为了确保数据的正确到达而采取的措施。

5、TCP连接使用是一个虚电路连接，连接使用一对端点来标识，端点定义为一对整数（host,port）其中host是主机的IP地址，port是该主机上TCP端口号。

6、TCP使用专门的滑动窗口协议机制来解决传输效率和流量控制这两个问题，TCP采用的滑动窗口机制解决了端到端的流量控制，但并未解决整个网络的拥塞控制。

7、TCP允许随时改变窗口小，通过通告值来说明接收方还能再接收多少数据，通告值增加，发送方扩大发送滑动窗口；通告值减小，发送方缩小发送窗口。

8、TCP的报文格式

报文分为两部分：报头和数据，报头携带了所需要的标识和控制信息。

确认号字段指示本机希望接收下一个字节组的序号；

顺序号字段的值是该报文段流向上的数据流的位置，即发送序号；

确认号指的是与该报文段流向相反方向的数据流。

9、TCP使用6位长的码位来指示报文段的应用目的和内容

URG紧急指针字段可用；ACK确认字段可用；PSH请求急近操作；RST连接复位；SYN同步序号；FIN发送方字节流结束。

10、TCP的三次握手

为了建立一个TCP连接，两个系统需要同步其初始TCP序号ISN。序号用于跟踪通信顺序并确保多个包传输时没有丢失。初始序号是TCP连接建立时的起始编号。

同步是通过交换携带有ISN和1位称为SYN的控制位的数据包来实现的。

握手可由一方发起也可以双方发起，建立就可以实现双向对等地数据流动，没有主从关系。

第3章局域网技术

主要内容：1、局域网定义和特性

2、各种流行的局域网技术

3、高速局域网技术

4、基于交换的局域网技术

5、无线局域网技术及城域网技术

一、局域网定义和特性

局域网（Local Area Network）即LAN：将小区域内的各种通信设备互联在一起的通信网络。

1、局域网三个特性：（1）高数据速率在0.1-100Mbps（2）短距离0.1-25Km（3）低误码率10-8-10-11。

2、决定局域网特性的三个技术：（1）用以传输数据的介质（2）用以连接各种设备的拓扑结构（3）用以共享资源的介质控制方法。

3、设计一个好的介质访问控制协议三个基本目标：（1）协议要简单（2）获得有效的通道利用率（3）对网上各站点用户的公平合理。

二、以太网Ethernet IEEE802.3

以太网是一种总路线型局域网，采用载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD介质访问控制方法。

1、载波监听多路访问

CSMA的控制方案：（1）一个站要发送，首先需要监听总线，以决定介质上是否存在其他站的发送信号。（2）如果介质是空闲的，则可以发送。（3）如果介质忙，则等待一段间隔后再重试。

坚持退避算法：

（1）非坚持CSMA：假如介质是空闲的，则发送；假如介质是忙的，等待一段时间，重复第一步。利用随机的重传时间来减少冲突的概率，缺点：是即使有几个站有数据发送，介质仍然可能牌空闲状态，介质的利用率较低。

（2）1-坚持CSMA：假如介质是空闲的，则发送；假如介质是忙的，继续监听，直到介质空闲，立即发送；假如冲突发生，则等待一段随机时间，重复第一步。缺点：假如有两个或两个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免的。

（3）P-坚持CSMA：假如介质是空闲的，则以P的概率发送，而以（1-P）的概率延迟一个时间单位，时间单位等于最大的传播延迟时间；假如介质是忙的，继续监听，直到介质空闲，重复第一步；假如发送被延迟一个时间单位，则重复第一步。

2、载波监听多路访问/冲突检测

这种协议广泛运用在局域网内，每个帧发送期间，同时有检测冲突的能力，一旦检测到冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，通知总线上各站冲突已经发生，这样通道的容量不致因白白传送已经损坏的帧而浪费。

冲突检测的时间：对基带总线，等于任意两个站之间最大的传播延迟的两倍；对于宽带总线，冲突检测时间等于任意两个站之间最大传播延迟时间的四倍。

3、二进制退避算法：

（1）对每个帧，当第一次发生冲突时，设置参量为L=2；

（2）退避间隔取1-L个时间片中的一个随机数，1个时间片等于2a；

（3）当帧重复发生一次冲突时，则将参量L加倍；

（4）设置一个最大重传次数，则不再重传，并报告出错。

二、标记环网Toke Ring IEEE802.5

1、标记的工作过程：

标记环网又称权标网，这种介质访问使用一个标记沿着环循环，当各站都没有帧发送时，标记的形式为01111111，称空标记。当一个站要发送帧时，需要等待空标记通过，然后将它改为忙标记011111110。并紧跟着忙标记，把数据发送到环上。由于标记是忙状态，所以其他站不能发送帧，必须等待。发送的帧在环上循环一周后再回到发送站，将该帧从环上移去。同时将忙标记改为空标记，传至后面的站，使之获得发送帧的许可权。

2、环上长度用位计算，其公式为：存在环上的位数等于传播延迟（5μs/km）×发送介质长度×数据速率＋中继器延迟。对于1km长、1Mbps速率、20个站点，存在于环上的位数为25位。

3、站点接收帧的过程：当帧通过站时，该站将帧的目的地址和本站的地址相比较，如地址相符合，则将帧放入接收缓冲器，再输入站，同时将帧送回至环上；如地址不符合，则简单地将数据重新送入环。

4、优先级策略

标记环网上的各个站点可以成不同的优先级，采用分布式高度算法实现。控制帧的格式如下：P优先级、T空忙、M监视位、预约位

三、光纤分布式数据接口FDDI ISO9314

1、FDDI和标记环介质访问控制标准接近，有以下几点好处：

（1）标记环协议在重负载条件下，运行效率很高，因此FDDI可得到同样的效率。

（2）使用相似的帧格式，全球不同速率的环网互连，在后面网络互加这一章将要讨论这个问题。

（3）已经熟悉IEEE802.5的人很容易了解FDDI

（4）已经积累了IEEE802.5的实践经验，特别是将它做集成电路片的经济，用于FDDI系统和元件的制造。

2、FDDI技术

（1）数据编码：用有光脉冲表示为1，没有光能量表示为0。FDDI采用一种全新的编码技术，称为4B/5B。每次对四位数据进行编码，每四位数据编码成五位符号，用光的存在和没有来代表五位符号中每一位是1还是0。这种编码使效率提高为80%。为了得到信号同步，采用了二级编码的方法，先按4B/5B编码，然后再用一种称为倒相的不归零制编码NRZI，其原理类似于差分编码。

（2）时钟偏移： FDDI分布式时钟方案，每个站有独立的时钟和弹性缓冲器。进入站点缓冲器的数据时钟是按照输入信号的时钟确定的，但是，从缓冲器输出的信号时钟是根据站的时钟确定的，这种方案使环中中继器的数目不受时钟偏移因素的限制。

3、FDDI帧格式：

由此可知：FDDI MAC帧和IEEE802.5的帧十分相似，不同之处包括：FDDI帧含有前文，对高数据率下时钟同步十分重要；允许在网内使用16位和48位地址，比IEEE802.5更加灵活；控制帧也有不同。

4、FDDI协议

FDDI和IEEE802.5的两个主要区别：

（1）FDDI协议规定发送站发送完帧后，立即发送一幅新的标记帧，而IEEE802.5规定当发送出去的帧的前沿回送至发送站时，才发送新的标记帧。

（2）容量分配方案不同，两者都可采用单个标记形式，对环上各站点提供同等公平的访问权，也可优先分配给某些站点。IEEE802.5使用优先级和预约方案。

5、为了同时满足两种通信类型的要求，FDDI定义了同步和异步两种通信类型，定义一个目标标记循环时间TTRT，每个站点都存在有同样的一个TTRT值。

四、局域网标准

IEEE802委员会是由IEEE计算机学会于1980年2月成立的，其目的是为局域网内的数字设备提供一套连接的标准，后来又扩大到城域网。

1、服务访问点SAP

在参考模型中，每个实体和另一个实体的同层实体按协议进行通信。而一个系统内，实体和上下层间通过接口进行通信。用服务访问点SAP来定义接口。

2、逻辑连接控制子层LLC

IEEE802规定两种类型的链路服务：无连接LLC（类型1），信息帧在LLC实体间，无需要在同等层实体间事先建立逻辑链路，对这种LLC帧既不确认，也无任何流量控制或差错恢复功能。

面向连接LLC（类型2），任何信息帧，交换前在一对LLC实体间必须建立逻辑链路。在数据传送方式中，信息帧依次序发送，并提供差错恢复和流量控制功能。

3、介质访问控制子层MAC

IEEE802规定的MAC有CSMA/CD、标记总线、标记环等。

4、服务原语

（1）ISO服务原语类型

REQUEST原语用以使服务用户能从服务提供者那里请求一定的服务，如建立连接、发送数据、结束连接或状态报告。

INDICATION原语用以使服务提供者能向服务用户提示某种状态。如连接请求、输入数据或连接结束。

RESPONSE原语用以使服务用户能响应先前的INDIECATION，如接受连接INDICATION。

CONFIRMARION原语用以使服务提供者能报告先前的REQUEST成功或失败。

（2）IEEE802服务原语类型

和ISO服务原语类型相比REQUEST和INDICATION原语类型和ISO所用的具有相同意义。IEEE802没有REPONSE原语类型，CONFIRMATION原语类型定义为仅是服务提供者的确认。

五、逻辑链路控制协议

1、IEEE802.2是描述LAN协议中逻辑链路 LLC子层的功能、特性和协议，描述LLC子层对网络层、MAC子层及LLC子层本身管理功能的界面服务规范。

2、LLC子层界面服务规范IEEE802.2定义了三个界面服务规范：（1）网络层/LLC子层界面服务规范；（2）LLC子层/MAC子层界面服务规范；（3）LLC子层/LLC子层管理功能的界面服务规范。

3、网络层/LLC子层界面服务规范

提供两处服务方式

不确认无连接的服务：不确认无连接数据传输服务提供没有数据链路级连接的建立而网络层实体能交换链路服务数据单元LSDU手段。数据的传输方式可为点到点方式、多点式或广播式。这是一种数据报服务

面向连接的服务：提供了建立、使用、复位以及终止数据链路层连接的手段。这些连接是LSAP之间点到点式的连接，它还提供数据链路层的定序、流控和错误恢复，这是一处虚电路服务。

4、LLC子层/MAC子层界面服务规范

本规范说明了LLC子层对MAC子层的服务要求，以便本地LLC子层实体间对等层LLC子层实体交换LLC数据单元。

（1）服务原语是：MA-DATA.request 、MA-DATA.indication、MA-DATA.confirm

（2）LLC协议数据单元结构LLC PDU：

目的服务访问点地址字段DSAP，一个字节，其中七位实际地址，一位为地址型标志，用来标识DSAP地址为单个地址或组地址。

源服务访问点地址字段SSAP，一个字节，其中七位实际地址，一位为命令/响应标志位用来识别LLC PDU是命令或响应。

控制字段、信息字段。

5、LLC协议的型和类

LLC为服务访问点间的数据通信定义了两种操作：Ⅰ型操作，LLC间交换PDU不需要建立数据链路连接，这些PDU不被确认，也没有流量控制和差错恢复。

Ⅱ型操作，两个LLC间交换带信息的PDU之间，必须先建立数据链路连接，正常的通信包括，从源LLC到目的LLC发送带有信息的PDU，它由相反方向上的PDU所确认。

LLC的类型：第1类型，LLC只支持Ⅰ型操作；第2类型，LLC既支持Ⅰ型操作，也支持Ⅱ型操作。

6、LLC协议的元素

控制字段的三种格式：带编号的信息帧传输、带编号的监视帧传输、无编号控制传输、无编号信息传输。

带编号的信息帧传输和带编号的监视帧传输只能用于Ⅱ型操作。

无编号控制传输和无编号信息传输可用于Ⅰ型或Ⅱ型操作，但不能同时用。

信息帧用来发送数据，监视帧用来作回答响应和流控。

六、CSMA/CD介质访问控制协议

1、MAC服务规范三种原语

MA-DATA.request 、MA-DATA.indication、MA-DATA.confirm

2、介质访问控制的帧结构

CSMA/CD的MAC帧由8个字段组成：前导码；帧起始定界符SFD；帧的源和目的地址DA、SA；表示信息字段长度的字段；逻辑连接控制帧LLC；填充的字段PAD；帧检验序列字段FCS。

前导码：包含7个字节，每个字节为10101010，它用于使PLS电路和收到的帧定时达到稳态同步。

帧起始定界符：字段是10101011序列，它紧跟在前导码后，表示一幅帧的开始。帧检验序列：发送和接收算法两者都使用循环冗余检验（CRC）来产生FCS字段的CRC值。

3、介质访问控制方法

IEEE802.3标准提供了介质访问控制子层的功能说明，有两个主要的功能：数据封装（发送和接收），完成成帧（帧定界、帧同步）、编址（源和目的地址处理）、差错检测（物理介质传输差错的检测）；介质访问管理，完成介质分配避免冲突和解决争用处理冲突。

七、标记环介质访问控制协议

标记环局域网协议标准包括四个部分：逻辑链路控制LLC、介质访问控制MAC、物理层PHY和传输介质。

1、IEEE802.5规定了后面三个部分的标准。LLC和MAC等效于OSI的第二层（数据链路层），PHY相当于OSI的第一层（物理层）。LLC使用MAC子层的服务，提供网络层的服务，MAC控制介质访问，PHY负责和物理介质接口。

2、介质访问控制帧结构

标记环有两个基本格式：标记和帧。在IEEE802.5中帧的传输是从最高位开始一位一位发送，而IEEE802.3和IEEE802.4正好相反，帧的传输是从最低位开始一位一位发送的，这一点对于不同协议的局域网互连时要进行转换。

3、介质访问控制方法

（1）帧发送：对环中物理介质的访问系采用沿环传递一个标记的方法来控制。取得标记的站具有发送一帧或一系列帧的机会。

（2）标记发送：在完成帧发送后，该站就要查看本站地址是否在SA字段中返回，若未查看到，则该站就发送填充，否则就发送标记。标记发送后，该站仍留在发送状态，起到该站发送的所有的帧从环上移去为止。

（3）帧接收：若帧的类型比特表示为MAC帧，则控制比特由环上所有的站进行解释。如果帧的DA字段与站的单地址、相关组地址或广播地址匹配，则把FC、DA、SA、INFO以及FS字段拷贝入接收缓冲区中，并随后转送至适当子层。

（4）优先权操作：访问控制字段中的优先权比特PPP和预约比特RRR配合工作，使环中服务优先权与环上准备发送的PDU最高优先级匹配。

八、快速以太网

1、快速以太网的类型

快速以太网（Fast Ethernet）是一个新的IEEE局域网标准，于1995年由原来制定的以太网标准的IEEE802.3工作组完成。快速以太网正式名为100Base-T。

共享介质快速以太网和传统以太网采用同样的介质访问控制协议CSMA/CD所有的介质访问控制算法不变，只是将有关的时间参量加速10倍。

快速以太网的三种标准：100Base-4、100Base-TX、100Base-FX

快速以太网的产品：

适配器：一边是总线结构，将数据传送至主机、中继器或HUB；另一边接到所选的介质，可以是双绞线、光纤，或者是一个介质独立接口MII，MII是用来连接外部收发器用的，其功能类似于以太网的AUI。

HUB：可分为共享机制的中继器和交换机制的交换器。

九、基于交换技术的网络

1、交换网结构

交换技术的两种主要应用形式是：折叠式主干网和高速服务器联接。

2、全双工以太网

全双工运行在交换器之间，以及交换器和服务器之间，是和交换器一起工作的链路特性，它使数据流在链路中同时两个方向流动，不是所有收发器都支持它的全双工功能。

3、在下列情况下全双工最有用：

（1）在服务器和交换器之间。这是目前全双工应用最普遍的配置。

（2）在两个交换器之间。

（3）在远离的两个交换器之间。

3、多媒体

多媒体的应用基于MPEG、JPEG、H.261等视频压缩算法。

缺点：是由网络缓存产生的延迟，一方面为了平滑抖动数据要插入足够的缓存，另一方面缓存又不能太大，以至引起无法接受的视频延迟。

对视频应用的低延迟需求有四种解决方案：

（1）采用10Mbps交换器

（2）采用100Mbps中继器

（3）用100Mbps的交换器

（4）采用流控技术

4、千兆位以太网

千兆位以太网也有铜线及光缆两种标准。

铜线标准1000Base-CX，最大传输距离，25英尺，并需用150欧姆的屏蔽双绞线STP，

光缆标准1000Base-SX，850nm的短波长，300m传输距离。

1000Base-LX，1300nm的波长，550m传输距离。

十、ATM局域网

十一、无线局域网

1、IEEE802.11体系结构

无线LAN最小构成模块是基本服务集BSS，它由一些运行相同MAC协议和争用同一共享介质的站点组成。一个扩展服务集ESS由两个或更多的通过分布系统互连的BSS组成。

2、基于移动性，无线LAN定义了三种站点：

（1）不迁移，这种站点的位置是固定的或者只是在某一个BSS的通信站点的通信范围内移动。

（2）BSS迁移，站点从某个ESS的BSS迁移到同一个ESS的另一个BSS。如果进行数据传输，就需要具备寻址功能以便识别站点的新位置。

（3）ESS迁移，站点从某个ESS的BSS迁移到另一个ESS的BSS。服受到破坏。

3、物理介质规范

（1）红外线：数据率为1Mbps或2Mbps，波长在850nm和950nm之间。

（2）直接序列扩展频谱：运行在2.4GHzISM频带。最多有7个通道，每个通道的数据率为1Mbps或2Mbps。

（3）频率跳动扩展频谱：运行在2.4GHzISM频带，在研究之中。

4、介质访问控制

IEEE802.11形成的一个MAC算法称为DFWMAC分布式基础无线MAC，它提供分布式访问控制机制，处于其上的是一个任选的中央访问控制协议。

（1）在MAC层的靠下面是的分布式协调功能子层DCF，采用争用算法，为所有通信提供访问控制，一般异步通信采用DCF。

（2）在MAC层的靠上面是点协调功能PCF，采用中央MAC算法，提供无争用服务。

5、分布协议功能

DCF子层采用简单的CSMA算法。DCF没有冲突检测功能，为了保证算法的顺利和公平，采用了一系列的延迟，相当于一种优先权机制。首先考虑称为帧间空隙IFS的简单延迟。

十二、城域网

城域网是在5Km-100Km的地理覆盖范围内，以高的传输速率充分支持数据、声音和图像综合业务传输的一种通信结构网络。它以光纤为主要传输介质，其传输率为100Mbps或更高。IEEE802.6分布式队列双总线DQDB为城域网的标准。

第4章广域网技术

主要内容：1、公共交换电话网 PSTN

2、综合业务数字网 ISDN

3、分组交换网 X.25

4、帧中继网 FR

5、异步转移模式网 ATM

6、数字数据网 DDN

7、移动通信及卫星通信网GSM

8、线缆调制解调器Cable Modem

9、数字用户线XDSL

一、电话网

公用交换电话网PSTN是向公众提供电话通信服务的一种通信网。电话通信网主要提供电话通信服务，同时还可提供非话音的数据通信服务。

1、计算机交换分机CBX

采用数字电话：可以建立综合声音/数据工作站

分布式结构：具有分布智能的多级或网关结构的多路形状的可靠性提高。

非阻塞结构：所有电话和设备都有专门的指定端口。

CBX的结构：核心是某种数字开关网络。开关负责对数字信号流进行操作和交换，数字开关网络由某些空分和时分交换级组成。接到形状的是一级接口单元，通过接口单元访问外界或外界可访问接口单元。通常接口单元完成同步时分多路复用功能，以适应多个输入线。另一方面，为了达到全双工操作，单元要用两条线与开关相连。

二、点到点通信

1、点到点的通信主要适用于两种情况：（1）是成千上万组织有各种局域网，每个局域网含有多众多主机和一些联网设备以及连接至外部的路由器，通过点到点的租线和远地路由器相连；（2）是成千上万用户在家里使用调制解调器和拨号电话线连接到internet，这是点到点连接的最主要应用。

2、串行IP协议（SLIP）

SLIP是1984年制定的，协议文本描述为RFC1055。

工作过程：当工作站发送IP分组时，在帧的末尾带一个专门的标志字节（OXCO），如果在IP分组中含有同样的标志字节，则加两个填充字节（OXDB、OXDC）于后，如果IP分组中含有OXDB，则加同样的填充字节。

存在的问题：（1）这种协议无任何检错和纠错功能；（2）只支持IP分组；（3）每一方需要知道另一方面的IP地址，且在设置是不能动态赋给IP地址；（4）不提供任何的身份验证；（5）未被接受为internet标准。

3、点对点协议（PPP）

PPP由internet IETF成立了一个组来制定的数据链路，描述于RFC1661。

主要功能：成帧的方法可清楚地区分帧的结束和下一帧起始，帧格式还处理差错检测；链路控制协议LCP用于启动线路、测试、任选功能的协商以及关闭连接；网络层任选功能的协商方法独立于使用的网络层协议，因此可适用于不同的网络控制协议NCP。

工作过程：

（1）PC通过调制解调器呼叫ISP路由器，然后路由器一边的调制解调器响应电话呼叫，建立一个物理连接。

（2）接着PC对路由器发送一系列的LCP分组，用这些分组以及其响应来选择所用的PPP参数。

（3）当双方协商一致后，PC发送一系列的NCP分组以配置网络层（NCP的功能就是动态分配IP地址）PC就成为一个internet主机，可以发送和接收IP分组。

（4）当PC用户完成发送、接收功能后不需要再联网时NCP用来断开网络层连接，并且释放IP地址，然后LCP断开链路层连接。

（5）最后PC通知调制解调器断开电话，释放物理层连接。

三、综合业务数字网ISDN

综合业务数字网ISDN是由国际电报电话咨询委员会CCITT和各国标准化组织开发的一组标准，这些标准将决定用户设备到全局网络的联接，使之能方便地用数字形式处理声音、数据和图像通信。ISDN提供了各种服务访问，提供开放的标准接口，提供端到端的数字连接，用户通过公共通道、端到端的信令实现灵活的智能控制。

1、ISDN的系统结构

NT1：网络终端设备，不仅起到了接插板的作用，它还包括网络管理、测试、维护和性能监视等。是一个物理层设备。

NT2：是计算机的交换分机CBX，NT1和NT2连接，并对各种得以和、终端以及其他设备提供真正的接口。

CCITT为ISDN定义了四个参考点：R、S、T、U。U参考点连接ISDN交换系统和NT1，目前采用两线的铜的双绞线；T参考点是NT1上提供给用户的连接器；S参考点是ISDN和CBX和ISDN终端的接口；R参考点是连接终端适配器和非ISDN终端；R参考点使用很多不同的接口。

2、ISDN的功能：线路交换、分组交换、公共通道信令、网络操作和管理数据库以及信息处理和存储功能。

（1）线路交换支持实时通信和大量信息传输，速率为64Kbps，ISDN环境中，线路交换连接由公共通道信令技术控制。

（2）分组交换支持像交互数据应用那样的猝发通信特性，速率为64Kbps。

（3）公共通信令用于建立、管理和释放线路交换连接，CCITT公共通信令系统CCSSNO.7用来交换信令。

3、ISDN定义交换设备和用户设备之间的两种数字位通道接口

基本速率接口BRI：2B+D，两个传输声音和数据的64 Kbps的B通道和一个传输控制信号和数据16 Kbps分组交换数据通道D通道。144Kbps

一次群速率接口PRI：23B+D或者30B+D，在北美日本，欧洲国家使用

ISDN公用了公共通信信令技术，以实现用户网络访问和信息交换。允许使用公共通道信令通路来控制多个线路交换连接。

4、ISDN协议参考模型

ISDN参考模型与ISO/OSI参考区别在于多通道访问接口结构以及公共通道信令，它包括了多种通信模式和能力：在公共通道信令控制下的线路交换连接，在B通道和D通道上的分组交换通信，用户和网络设备之间的信令、用户之间的端到端的信令，在公共信令控制下同时实现多种模式的通信。

用于线路交换的ISDN网络结构笔协议，它包括B通道和D通道。B通道透明地传送用户信息，用户可用任何协议实现端到端通信；D通道在用户和网络间交换控制信息，用于呼叫建立、拆除和访问网络设备。D通道上用户与ISDN间的接口由三层组成：物理层、数据链路层LAP-D、CCSSNO.7。

用于低速分组交换的ISDN网络结构和及协议。它使用D通道，本地用户接口只需要执行物理层功能，作用如同x.25的DCE。

四、分组交换网

1、分组交换网工作原理

公共分组交换网PSDN已经成为广域网中的重要传输系统。分组交换是一种在距离相隔较远的工作站点之间进行大容量数据传输的有效方法，它结合线路交换和报文交换的优点，将信息分成较小的分组进行存储、转发，动态分配线路的带宽。

优点：出错少、线路利用率高。工作方式：数据报，虚电路。

主要特性：由于建立和拆除虚电路的呼叫控制分组和数据分组在同一通道和同一虚电路上传输，其结果是占用了通道频带；虚电路的复用发生在第三层；第二层和第三层都需要流控和差错控制机制。

2、公共数据网（CCITT X.25网）

X.25实际上包括相关的一组协议：X.3、X.28、X.29、X.75协议等。

X.25描述了将一个分组终端连接到一个分组网络上所需要做的工作。通过虚电路它能负责维护一个通过单一物理连接的多用户会话，每个用户会话被分配一个逻辑信道。提供了高优先级类型和正常优先级类型。

X.25网络与计算机之间的接口一般是通过专用设备或网关、路由器来解决的。

X.3描述了一个X.25 PAD的功能和控制参数；X.28定义了一台终端与X.25 PAD之间的交互作用，为每个用户提供了一个常规的X.25网络连接；X.29定义了一台主机和其相连的PAD之间的交互作用。

X.25互连方案：(1)采用路由器和网关同时联接x.25和本地局域网，这种方案适合规模较大、多种协议共存的网络；(2)采用一台微机作为路由器，安装相应的x.25网卡和路由软件，使用于中小规模且协议比较小的网络；(3)使用PAD机，这种方案只适合x.25协议的环境，与远程其他协议的网络互连受到限制。

3、X.25分层协议

X.25分层：物理层、数据链路层、分组层，这三层对应于OSI模型的最底下三层。

（1）物理层：涉及站点与把这个站边到分组交换网的链路之间的新产品。其标准X.21。

（2）链路层：所用的标准LAP-B，是HDLC的一个子集。

（3）分组层：提供外部虚电路服务。

三层之间的关系：用户数据被送到X.25第三层，在第三层加上含有控制信息的报头，从而组成了一个分组。控制信息用于协议的操作。整个X.25分组然后送到LAP-B实体，LAP-B在此分组的前后各加上控制信息组成一个LAP-B帧，在帧中加入控制信息也是为了协议的操作。

4、虚电路服务

X.25的分组层提供虚电路服务，数据以分组形式通过外部虚电路传输。虚电路有两类型：呼叫虚电路，是通过呼叫建立和呼叫清除等过程动态地建立起来的虚电路；永久虚电路则是固定的虚电路。

虚电路实现的过程：

5、X.25的分组格式

用户数据被分成多个块，每个块加上24位或32位的报头形成数据分组。

报头含有12位的虚电路号，其中4位号为组号，8位为通道号。

P（S）、P（R）用于流控和差错控制。M位和D位可用于流控和差错控制也可用于X.25完全分组序列。

五、帧中继网

帧中继网是由X.25分组交换技术演进而来的，由于光纤通信的误码率低，为了提高网络速率，活动了很多在X.25分组交换中的纠错功能，使帧中继的性能优于X.25分组交换的性能。

1、帧中继的主要特点：中速到高速的数据接口；标准速率为DS1，即T1速率1.544Mbps；可用于专用和公共网；仅传输数据；使用可变长度分组。

2、帧中继网与X.25网比较

载送呼叫控制信令的逻辑连接和用户数据是分开的。因此中间节点毋需为每个连接的呼叫控制保持状态表；逻辑连接的复用和交换发生在第二层，而不是在第三层，从而减少了处理的层次；结点到结点之间毋需流控和差错控制，由高层负责端到端的流控和差错控制。

3、帧中继的优点：精简了通信处理。协议对用户-网络接口以及网络内部处理的功能降低了，从而得到了低延迟和高吞吐率的性能。

4、帧中继在H信道上的应用：大信息量的交互数据应用；大的文件传送；低数据率的多路复用；字符交互通信。

5、帧中继的协议结构

协议有两个分开的操作平台：

（1）控制平台（C），它涉及逻辑连接的建立和终止。

（2）平台是用户平台（U），负责用户之间的数据传输。

用户与网络之间的是控制平台，而端到端之间则是用户平台协议。

控制平台：帧模式传输服务的控制平台类似于分组交换服务中用于公共通道信号的控制平台。其中，控制信号使用一个单独的逻辑通道。链路层用LAP-D（Q.921）提供可靠的数据链路控制服务，在D通道的用户（TE）和网络（NT）之间进行流控和差错控制。数据链路服务用于交换Q.933控制信号报文。

用户平台：用户之间传输信息的用户平台协议是LAP-F由Q.922（是LAP-D Q.921的增强版本）定义。

6、LAP-D的核心功能

（1）帧的定界，组合和透明性；（2）帧的多路复用/多路分解；（3）对帆进行检查以保证在零位手稿前以及零位剔除后，帧的长度是字节的整数倍；（4）对帧进行检查以保证其长度符合要求；（5）检测传输差错；（6）冲突控制功能（LAP-F新增功能）。

7、帧中继的呼叫控制

呼叫控制方案选择：

（1）交换访问（Switched Access）在用户连接到交换网络，而本地交换不提供帧处理功能，在这种情况下，必须提供从用户的终端设备到网络帧处理器的交换访问。

（2）集成访问（Intergraded Access）用户接到帧中继网络或者交换网络，其中的本地交换提供帧处理功能，因为用户能对帧处理器进行直接逻辑访问。

帧中继和X.25一样支持在一个链路上利用多个连接，称为数据链路连接，每个连接都有一个惟一的数据链路连接标识DLCI。其数据传输涉及的步骤如下：（1）在两个端点之间建立逻辑连接，并指定惟一的数据链路标识DLCI的值；（2）交换数据帧；（3）释放逻辑连接。

呼叫控制逻辑连接的DLCI=0，其帧的信息域中包含有呼叫控制报文，至少需要四种报文类型：建立（setup）、连接（connect）、释放（release）、和释放完成（release complete）。

8、用户数据传输

LAP-F帧格式类似于LAP-D和LAP-B，但有一个明显的差别，即没有控制域。即意味着：（1）只有一种帧的类型，即用户数据帧，没有控制帧。（2）不可能用inband信号。逻辑连接只能用于传输用户数据。（3）不可能进行流控和差错控制，因为没有顺序号。

六、ATM网

1、ATM协议参考模型

用户面：提供用户信息的传输。控制面：负责呼叫控制和连接控制功能。管理面：负责网络维护和完成运行功能。面管理：执行与整个系统有关的管理功能。层管理：处理的运行和维护功能。

物理层：主要是传输信息；ATM层：主要完成交换、路由及多路复用；ATM适配层AAL：主要负责与较高层信息的匹配。

（1）、物理层：由两个子层组成，物理介质子层和传输汇聚子层。

物理介质子层支持纯粹与介质有关的位功能。传输汇聚子层把ATM信元流转换成在物理介质上传输的位，如把帧匹配成在传输系统中所用的格式（SDH、PDH、基于信元的格式）、信元定界等功能。

（2）、ATM层：基本功能是负责生成信元，它不管载体的内容，且与服务无关。主要功能有多路复用、多路复用分解、信元VPI、VCI的转换，信元头的产生和去除，流控。

（3）、ATM适配层：由两个子层组成，分段和重组子层（SAR），把高一层的信息单位分段成ATM信元，或者把ATM信元重组成高一层的信息单位；汇聚子层（CS）与服务有关，可以完成的功能有信报标识和时钟恢复等。

信元类型

（1）空信元（物理层）：为了使信元流的速率与传输系统可用 的有效负载容量相匹配而在物理层插入或除去的信元。

（2）有效信元：没有头差错的信元或已经由头差错控制进程修正过的信元。

（3）无效信元（物理层）：有头差错且尚未由头差错控制进程修正的信元。

（4）指定的信元（ATM层）：使用ATM层服务为应用提供服务的信元。

（5）非指定的信元（ATM层）：尚未指定的信元

2、ATM层

信元结构：字节是按递增顺序发送，从第一个字节开始，字节中的位是按递减顺序发送，从第8位开始。

GFC总流控；PT有效载荷类型,；CLP信元丢失优先权；HEC信元头差错控制。

ATM层原语

ATM-DATA-REQUEST：AAL请求把与此原主相关的ATM-SDU传送给它的对等实体。

ATM-DATA-INDICATION：指示AAL与原语相关的ATM-SDU可用。

3、ATM物理层

传输汇聚子层（1）信元头保护机制，所生成的多项式X8+X2+X+1（2）信元定界机制，有搜索、预同步和同步三个状态。（3）混杂，这是一种附加机制，用来对付恶意用户和假冒，采用X43+1的自同步混杂器随机处理，信元头并没有被混杂。（4）信元去耦，信元的数据率应低于可用的传输容量。（5）与传输系统的匹配。

物理介质子层：提供位传输能力，传输功能与所用的介质有关，这些功能包括线路编码、再生、均衡、电光转换。

物理层原语

PH-DATA-REQUEST：ATM层请求把与原主有关的SDU传送给它的对等实体。

PH-DATA-INDICATION：指示与原主有关的SDU可用。

4、ATM适配层

AAL服务分类：A类线路仿真AAL1类型，B类VBR视频AAL2类型，C类文件传送AAL5类型，D类无连接信报ALL3/4类型。

AAL的子层包括：汇聚子层CS和分段和重组子层SAR。

CS负责来自用户面的信息单元作分段准备，以使这些分组再重组成原始状态。主要功能是在AAL－SAP提供AAL服务。

SAR将来自汇聚子层的信元分段成48字节的载体，或把来自ATM层的信元信息域内容组装成高层信息单位。

七、数据数据网DDN

　　1、数字数据网DDN是一种利用数字信道提供半永久连接专用电路，传输以数据信号为主的数字传输网络。

2、我国DDN提供2.4Kbps－2.408Mbps的中高速率的点到点和点到多点的专用电路，用户到用户传输差错率优于10－6

3、DDN组成：由本地传输系统、复用及交叉连接系统、局间传输及同步系统、网络管理系统等四部分组成。

4、按组建、运营、管理维护的责任和地理区域来划分网络地域等级，可分为三级：本地网、一级干线网、二级干线网。按层次功能也可分三级：核心层、接入层、用户接入层。

八、移动通信

1、移动通信网组成：移动通信交换MTX、基地站BS、移动台MS和局间和局站的中继线组成。移动台和基地站、移动台和转动台之间采用无线传输方式。基地站与移动通信交换局，移动通信交换局与有线网PSTN之间一般采用有线方式进行信息传输。

2、全球移动通信系统GSM是一个完整的数字移动通信标准体系。它是1982年欧洲邮电管理委员会CEPT开发的第二代数字蜂窝移动系统。

3、GSM组成：网络子系统NSS、基站子系统BSS和移动台MS三部分组成。移动台主要功能除了通过无线接入进入通信网络，完成各种控制和处理以提供主叫或被叫通信，还提供与使用者之间的人机接口或与其他终端设备向连接适配装置等。通过用户身份模块SIM卡向通信网络提供了用户注册和管理所需要的信息。

基站子系统包含了GSM无线通信部分的所有地面基础设施。分为三个部分：基站控制器BSC、基站收发信机BTS以及操作维护中心OMC－R

网络子系统由移动交换机MSC、归属位置寄存器HLR、访问搁置寄存器VLR、鉴权中心AUC、设备识别寄存器EIR、操作维护中心OMC－S和德厚流光息业务中心SC组成。

MSC是对位于它覆盖区域中的MSC进行控制和交换话务的功能实体，也是GSM网络与其他通信网之间的接口实体，负责整个MSC区内的呼叫控制、移动性管理和无线资源管理。

4、无线软件应用协议WAP

WAP是以国际互联网上所采用的HTTP/HTML协议为基础，针对无线移动通讯的特性建立的通信协议，是对小型显示界面、低功率、小内存、CPU运算能力低的通讯工具，以及低带宽、延迟大、和较不可靠的无线移动通讯网络进行修改而成的协议。

WAP采用客户机服务器结构，提供了一个灵活而强大的编程模型。WAP网关起着协议翻译的作用，是联系移动网与internet的桥梁。

WAP的分层：无线应用环境WAE应用层协议、无线会话协议WSP会话层协议、无线事务处理协议WTP事务处理层协议、无线传输安全协议WTLS安全层协议、无线数据报WDP传输层协议、无线载体、其他应用和服务

5、个人通信业务/个人通信网

个人通信特征：

九、卫星通信系统

　　1、按空间轨道位置可分为：静止轨道GEO系统、非对地静止轨道MEO；按照业务提供的范围可分为：全球卫星移动通信和区域卫星移动通信系统。LEO高度一般为500Km－1500Km左右，MEO高度通常指5000Km－15000Km左右，GEO为35768Km高度赤道上空的轨道。

　　2、卫星通信系统组成：空间分系统、通信地球站、跟踪遥测及指令分系统、监控管理分系统。

3、卫星通信网络的结构主要有两种：星形和网格形。

4、国际电信联盟ITU有关空间通信的世界无线电行政会议WARC规定了空间使用的频率分配原则。甚高频波段UHF400/200MHz；L波段1.6/1.5GHz主要用于移动卫星通信、海事卫星业务；C波段6.0/4.0GHz，主要用于固定卫星业务和专用卫星业务、VSAT网络等；X波段8.0/7.0GHz，主要用于固定卫星业务；Ku波段14.0/11.0GHz，主要用于VSAT网络、卫星电视广播、移动卫星通信等；Ka波段30.0/20.0GHz，主要用于VSAT网络、卫星电视广播。

十、Cable Modem线缆调制解调器

Cable Modem通过使用与传送有线电视一样的同轴电缆实现了双向和高速的数据传输。

1、工作方式：

与电话调制解调器类似，Cable Modem对于数据信号进行调制和解调。但是，Cable Modem包括了许多当今高速互联网业务而设计的功能。数据从网络到用户的传输称为“下流”，数据从用户到网络的传输称为“上流”。从用户的角度看，Cable Modem是一个64/256正交调幅QAM射频RF接收器，它能够在一个6MHz电缆信道中以30到40Mbit/s的速率传送数据。在一个局域网内一个Cable Modem可以被16个用户共享。

2、Cable Modem和OSI模型

（1）物理层：分为下传流和上传流

下传数据流的信道是基于北美数字视频规范的包括以下特性：

64和256正交调幅QAM；在电缆路线中与其他信号共同占用6MHz的频宽；可变长度的交叉支持，同时包括延时敏感和延时非敏感的数据业务；连续的串行比特流，没有默认的帧，提供物理层和介质访问控制层MAC的完全分离

上传数据流俯首是一个共享的信道，包括以下特性：

QPSK和16QAM格式；数据速率从320Kbit/s到10Mbit/s；在CMTS控制下的灵活且可编程的Cable Modem；时分多种复用访问；支持固定长度的帧和可变长度的协议数据单元PDU。

数据链路层：MCNS MAC（MPEG帧）、IEEE802.2

十、数字用户线

数字用户线DSL是一项调制解调器技术，它利用现有的双绞电话线传输高带宽数据来为用户提供服务。

术语XDSL涵盖了许多类似但相互竞争的DSL形式，包括非对称的DSL（ADSL）， 单线DSL（SDSL）和高数据速率DSL（HDSL）、自适应速率DSL（RADSL）以及甚高速DSL（VDSL）。

1、 非对称数字用户线ADSL

它提供了下行带宽（从NSP的交换局到客户地点）比上行带宽（从客户地点到交换局）更宽。ADSL能以高于6Mbps/s的速率向用户传输数据，并且能够以高于640Kbit/s的速率在两个方面上同时传输数据。

2、ADSL业务结构

组成：由用户终端设备CPE和位于ADSL接入点POP的支持设备组成。网络接入提供商NAP负责管理第二层的网络核心部分，而网络服务提供商NSP负责管理第三层的网络核心部分。

对向subtending：可以把若干DSL接入复用器DSLAMs连接到一起以提高ATM管道的利用率。DSL接入复用器DSLAMs在本地相互连接或通]过交换局CO连接到本地接入集中点LAC，LAC能提供ATM业务疏导、PPP隧道以及访问本地内容或缓存内容的第三层终结。

3、ADSL技术

ADSL依靠先进的数字信号处理技术和创造性的算法，把大量的信息压缩到双绞电话线进行传输。

第5章网络互连技术

主要内容：1、局域网互连

　　　　　2、网络互连原理

　　　　　3、无连接网络互连、各种路由选择算法和协议

　　　　　4、核心路由器体系结构体系

一、局域网互连

1、网络互连的目的：是将多个网络互相连接，以实现在更大范围内的信息交换资源共享和协同工作。

2、局域网互连方式：从距离上分有本地局域网互连和远程局域网互连即LAN-LAN和LAN-WAN-LAN；从互连所采用的介质区分，有同轴细缆或粗缆(coaxial cable)、各类非屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted pair)和屏蔽双绞线STP(shielded Twisted pair)、单模或多模光纤等(optical fiber)连接方式。

3、局域网互连划分：

物理层(中继器repeater)：使用中继器在不同电缆段之间复制位信号，工作在OSI物理层，互连同类型网段，只起到放大信号的作用，驱动长距离通信。又称集线器(hub)，可分为普通型，可叠加组合型和高档智能型。

网桥(bridge)：使用网桥在局域网之间存储、转发帧，工作在OSI数据链路层，更准确地说应该位于MAC层，它互连兼容地址的局域网，利用同MAC和MAC地址，以及存储、转发功能进行局域网间的信息交换。从应用上分本地网桥和远程网桥、主干网桥；从帧转发功能分配分透明网桥和源地址路径选择网桥。透明网桥TB的基本功能有学习及过滤、帧转发和分枝树算法功能。

(1)网桥作信息帧转发时要利用地址转发表，按表中学习到的MAC地址和网桥对应关系，将包准确转发到该网桥。但如网桥未学习到MAC地址时，便将帧发向除接收口之外的所有接口，这在网桥刚启动工作时会造成大量的广播帧，称为广播风暴(broadcast storm)。

(2)扩展树协议是为了克服由于网桥不具网络层功能，在常任冗余路径的网桥中出现信息回路造成网桥瘫痪的问题。IEE802.1定义了分枝树协议STP，将整个网络路由定义为无回路的树形结构。

(3)源地址路径选择网桥SRB主要用于标记环IEEE802.5标记环局域网。互连不同型局域网时使用封装网桥(encapsulation bridging)和转换桥接方式(translation bridging)和源地址路径选择透明网桥SRT。

路由器(router)：使用路由器在不同网络间存储、转发分组，工作在OSI网络层，它需要处理网络层的数据分组或网络地址，决定数据分组的转发，它要决定网桥中信息通信的完整路由。

网关(gateway)：使用协议转换器提供高层接口，工作在应用层。

二、网络互连原理

1、网络互连的要求：在网络之间提供一条链路，至少需要一条物理和链路控制的链路；在不同网络的进程间提供路径选择和传递数据；提供各用户使用网络的记录和保持状态信息；在提供上述服务时不需要修改原有各网络的网络结构。

2、网络互连的功能分类：基本功能，指的是网络互连必须的功能，即使对那些类型相同的网络互连也应该具备的功能，它包括不同网络之间传送寻址和路径选择等。扩展功能，指的是当各种互连的网络提供不同的服务级别时所需要的功能，包括协议转换、分组的分段组合和重定序及差错检测。3、面向连接运行模式：连到同一子网上的两个DTE之间可建立一条逻辑的网络连接。4、无连接运行模式：对应于分组交换网的数据报机制，而面向连接运行对应于虚电路机制。

三、无连接网络互连

1、IP提供无连接或数据报服务优点：无连接互连网络设备灵活性较好，对子网要求低；无连接网络能提供强健的服务；无连接网络服务对于无连接传输层协议最为适用。

2、无连接网络互连设计主要问题：路由、数据报生命周期，分段和重组，纠错和流控。

重组：一种重组的方法是在目的站进行重组，其缺点是分成小段的数据通过网络胆识的效率。另一种重组方法是由中间的路由器进行重组，则也会下列问题：路由器需要大容量缓冲器，还可能发生缓冲器不够用的情况；一个数据报的所有分段必须使用同一路由，限制了动态路由的使用。

IP数据报报头中，包含下列内容：数据单元标识(ID)，数据长度，偏移(offset)，还有标识(more flag)。路由器中IP分段的功能：offset=0是整个数据的开始，more-flag=0是整个数据报的结束。

（1）建立两个新的数据报，它们的头部就是原先数据报的头报

（2）以64位为边界，把原先的数据报分成长度差不多的两部分，把它们分别放入新的数据报中。第一部分必须是64位的倍数。

（3）把第一个新数据报的长度设置为所插入的数据，把more-flag设置成1，offset不变。

（4）把第二个新数据报的长度设置为所插入的数据，把more-flag设置成0，offset设置成第一部分数据长度除以8。

生命周期：一种是对来到的第一段设置一个生命周期，如果在生命周期内没有完成重级工作，那么就撤销已经到达的分段；第二种是利用数据报的生命周期，它包含在每一段的头部中，若重组工作没有在数据报生命周期内完成，则撤销接收到的分段。

四、IP数据报的路由选择

1、直接传送和间接传送

直接传送将一个数据报从一台机器经过单个物理网络直接传送至目的站点，这是所有internet通信的基础。只有当两台机器连在同一底层物理传输系统时，才能采用直接传送方式。否则只能用间接传送方式，发送方将数据发送给一个路由器再传送。

2、IP路由选择表

路由表存储各个目的站点以及如何到达目的站点的信息。为了尽可能使用最少的信息进行路由选择，采用信息隐蔽原则。

路由表的选择表的大小仅取决于互联网中网络的数量，与连到网上的主机的数量无关。IP路由选择软件仅需要维护有关目的网络地址的信息，而与主机地址的信息无关。

保持路由表尽可能小的技术是把多个表项统一到一个默认的情况。

3、ICMP差错与控制报文协议

（1）为了使互联网中的路由器报告差错或提供有关意外的情况信息，在TCP/IP中设计了一个特殊用的报文机制，称internet控制报文协议ICMP，它是IP的一部分。

（2）ICMP机制：ICMP报文放在一个IP数据报的数据部分中通过互联网。允许路由器向其他路由器或主机发送差错或控制报文。ICMP是一个差错报告机制，它为发生差错的路由器提供了向初始源站点报告差错的方法。

（3）ICMP报文格式：由三个字段组成，即一个8位整数的报文类型字段用来标识报文、一个8位代码字段提供有关报文类型的进一步信息、以及一个16位校验和字段。

（4）ICMP报文类型：回送请求/应答报文(回送请求/应答、时间戳请求/应答、地址请求/应答)，差错报告(包括主机不可达报告、超时报告、参数出错报告)，控制报文(源抑制报文、重定向报文)。

五、路由选择算法

1、距离矢量路由选择V-D，

2、链路状态路由选择或称最短路径优先算法(SPF)，要求每个参与的路由器都要具有完全的拓扑结构，只需要完成两项任务：负责检测所有相邻路由器状态；周期地向其他路由器传递链路状态信息。其优点：每个路由器用相同的原始状态数据独立地计算路由，并不依赖于中间的机器。

六、内部网关协议

在一个自治系统内的两个路由器彼此互为内部路由器，使用内部网关协议(IGP)，自治系统之间的使用外部网关协议(EGP)来通信。

1、路由选择信息协议(RIP)采用V-D算法，距离矢量路由选择算法，分成主动和被动两类，只有路由器工作在主动模式，主机必须使用被动模式。工作在主动模式的路由器进行监听，并根据收到的通知更新其路由。以主动方式运行RIP的路由器每间隔30秒广播一次报文。

RIP对点到点连接和广播型网络两者都提供支持。RIP分组是通过UDP和IP传输的。RIP进程使用UDP的520端口来进行发送和接收。

RIP报文格式：报头32位，命令字为1表示请求部分的或全部的路由选择信息。命令字为2表示响应，包含发送方路由选择表内的网络地址和距离值一对信息。

2、IGRP，运行频率比较低，每90秒更新；路由更新的每一项都包含一个四种度量制式，即延迟、带宽、可靠性、负载；采用保守式预防环路的保护措施、选择多路径路由以及处理默认路由器的手段等。

3、开放最短路径优先协议OSPF

优点：计算迅速，无环路的收敛性；支持精确的度量值，也能支持多重度量制式；支持通往一个目的站点的多重路径；能区分不同的外部路由。是基于链路状态路由选择算法SPF。

OSPF报文报头格式：24个8位组报头，共有五种类型的报文类型，类型1，hello；2，拓扑结构的数据库描述；3，链路状态请求；4，链路状态更新；5，链路状态确认。

Hello报文的两种功能：检测链路状态是否可用；在广播型与非广播型网络上选择指定网络路由器及后备。

七、外部网关协议

1、两个交换路由选择信息的路由器若分别属于两个自治系统，则称为外部邻站。外部邻站使用的向其他自治系统通知可达的信息的协议称为外部网关协议(EGP)

2、EGP有三种功能：它支持邻站猎取机制，允许一个路由器请求另一个路由器同意交换可达信息；路由器持续地测试其邻站是否有响应；EGP邻站周期地传送路由更新报文来交换网络可达的信息。

3、EGP定义了9种报文类型，它允许两种测试邻站是否存活的方式：一种是主动方式，路由器周期地发送hello报文和轮询报文，并等待邻站响应。另一种被动方式，路由器依靠邻站向其发送hello报文和轮询报文，并利用可达报文的状态字段信息来判断邻站是否知道其存活。

第6章网络操作系统

主要内容：1、网络操作系统的功能

2、流行的网络操作系统

一、网络操作系统的功能

1、网络操作系统NOS，是使网络上各计算机能方便而有效地共享网络资源，为网络用户提供所需要的各种服务的软件和有关规程的集合。

2、局域网NOS有两个基本要求：（1）允许在局域网上的资源被共享；（2）要使现有的PC操作系统仍能继续运行，而不需要作任何改变。NOS有两个组成，主要是控制服务器的操作、管理存储在服务器上的文件。第二个组成，运行在客户系统的软件，使客户能访问网络及网上资源。

3、在NetWare中：第一部分是PC和网络接口卡联系的机制，采用IPX/SPX互连网分组交换/顺序分组交换接口协议来进行通信；第二部分称为解释器或重定向器(redirector)。

二、NetWare系列

1、NetWare有两部分组成：NetWare的外层(shell)和NetWare核心组成。

2、NetWare的外层(shell)在NetWare4中称为DOS Requester。它有两个相关的功能：将应用和桌面操作系统连接，决定将来自应用的命令传送到本地操作系统；和网络接口卡NIC通信，使命令和数据包装成能在诸如以太网、标记环网等标准网络上接收和发送。

3、NetWare首次将容错引入NOS，称为系统容错(SFT system fault tolerant)

4、NetWare结构中NetWare支持传输层协议自主性的两个重要组成，为开放数据链路层接口ODI和Streams模块。ODI为多种传输层协议提供了一种标准的接口，其功能是使多种传输层协议可以共享同一个网络卡而不发生冲突。Streams模块在高层提供了一个接口，一方面为其底层那些需要向NetWare传送数据请求的协议提供一个通用接口，另一方面还要向上为NetWare本身提供一个接口。

5、NetWare工作站利用shell和IPX/SPX通信协议与文件服务器通信。

NETX﹒COM通过向IPX发送命令，将DOS的文件请求发送到文件服务器在，或从文件服务器上传回重定向。

NET﹒COM程序将工作站的请求传送给DOS和NetWare。

IPX﹒COM向文件服务器发送网络信息，它是工作站与服务器通信的规程。

三、Windows NT

1、Windows NT服务器被优化成一个文件、打印机和应用程序服务器在，同时又能处理从小型的工作组到企业网络范围内的各种事务。

2、Windows NT Server优点：服务器性能，在完全版本中支持达4个CPU，OEM已经实现了对称多处理环境中支持达32个CPU；256个RAS入站接入；磁盘容错支持，RAID级的数据保护；IIS服务；管理向导；苹果机客户的支持；其他网络服务(DHCP、DNS、WINS)；Windows NT目录服务。

3、Microsoft网络包括：Windows NT、Windows95、Windows for Workgroup、LAN manager

4、Windows NT网络结构：包括I/O管理器组件、NDIS兼容网卡驱动程序、NDIS4.0，传输协议、传输驱动程序接口TDI、文件系统驱动程序。

第7章 网络管理

主要内容：1、局域网管理技术

2、网络管理功能和协议

3、网络管理系统

4、网络日常管理和维护

一、局域网管理技术

网络管理是对计算机网络的配置、运行状态和计费等进行的管理。它提供了监控、协调和测试各种网络资源以及网络运行善的手段，还可提供安全管理和计费等功能。

1、网络管理包括三个方面：

(1)了解网络：识别网络对象的硬件情况、差别局域网的拓扑结构、确定网络的互连、确定用户负载和定位。

(2)网络运行：配置网络，选择网络协议是配置网络的重要组成部分；配置网络服务器；网络安全控制。

(3)网络维护：主要包括故障检测与排除，发现故障、追踪故障、排除故障、记录故障的解决方法；网络检查；网络升级，主要包括用户许可证的升级，服务器操作系统升级，服务器的硬件升级。

2、局域网管理工具

NetWare管理工具：SYSCON工具

Windows NT管理工具：服务管理器，性能监视器

二、网络管理功能

1、网络管理的五大功能

配置管理：配置管理的自动获取，在网络设备中自动配置信息中，根据获取手段大致可以分成三类，第一类网络管理协议标准的MIB中定义的配置信息；第二类不在网络管理协议标准中有定义，但对设备运行比较重要的配置信息；第三类就是用于管理的一些辅助信息；自动备份及相关技术；配置一致性检查；用户操作记录功能。

性能管理：过滤、归并网络事件，有效地发现、定位网络故障，给出排错建议与排错工具，形成整套的故障发现、告警与处理机制。

故障管理：采集、分析网络对象的性能数据、监测网络对象的性能，对网络线路质量进行分析。

安全管理：结合使用用户认证、访问控制、数据传输、存储的保密与完整性机制，以保障网络管理系统本身的安全。安全管理分三个部分，首先是网络管理本身的安全，其是被管理网络对象的安全。计费管理：

二、网络管理协议

1、IAB最初制定关于internet管理的发展策略，其实采用SGMP作为暂时的管理解决方案。后来演变为SNMP，简单网络管理协议。

2、SNMP简单网络管理协议在OSI的第三层网络层提供的管理服务

优点：与SNMP相关的管理信息结构(SMI)和管理信息库(MIB)非常简单，从而能够迅速、简便地实现；SNMP是建立在SGMP基础上，而对于SGMP从们积累了大量的操作经验。

SNMP是按照简单和易于实现的原则设计的。

3、CMIS/CMIP公共管理信息服务和公共管理信息协议：是在OSI应用层上提供的网络协议簇，CMIS/CMIP提供支持一个完整的网络管理方案所需要的功能。

CMIS提供了应用程序使用的CMIP接口，同时还包括两个ISO应用协议：联系控制服务元素ACSE和远程操作服务元素ROSE，其中ACSE在应用程序之间建立和关闭联系，而ROSE则处理应用之间的请求/响应交互。

4、CMOT公共管理信息服务与协议是在TCP/IP协议上实现的CMIS服务，这是一个过渡性的解决方案。CMOT没有直接使用参考模型中表示层实现，而是要求在表示层中使用另外一个协议，轻量表示协议(LPP)，该协议提供了目前最普通的两种传输层协议TCP与UDP的接口 。

5、LMMP局域网个人管理协议，在IEEE802逻辑链路控制LLC上的公共管理信息服务与协议CMOL，它不依赖于任何特定的网络层协议进行网络传输。

三、简单网络管理协议SNMP

1、SNMP概述：

设计时围绕四个概念和目标进行设计：保持管理代理的软件成本尽可能低；最大限度地保持远程管理的功能，以便充分利用因特网资源；体系结构必须有扩充的余地；保持SNMP独立性，不依赖于具体的计算机、网关和网络传输协议。

提供了四类管理操作：get操作用来提取特定的网络管理信息；get-next操作通过遍历活动来提供强大的管理信息提取能力；set操作用来对管理信息进行控制；trap用来报告重要的事件。

2、SNMP管理控制框架与实现

SNMP定义了管理进程和管理代理之间的关系，这个关系称为共同体。位于网络管理工作站和各网络元素上利用SNMP相互通信对网络进行管理的软件统称为SNMP应用实体。

SNMP的应用实体对internet管理信息库MIB中的管理对象进行操作。SNMP的报文总是源自每个应用实体，报文中包括访应用实体所在的共同的名字。这种报文称为“有身份标志的报文”，共同体名字是在管理进程和管理代理之间交换管理信息报文时使用。

管理信息报文包括：共同体名，数据。

SNMP的实现方式：SNMP在其MIB中采用了树状命名方法对每个管理对象实例命名。SNMP中各种管理信息大多以表格形式存在，一个表格对应一个对象类，每个元素对应于该类的一个对象实例。

3、SNMP协议是一个异步的请求/响应协议，是一个非面向连接的协议，是一个对称的协议，没有主从关系。SNMP的设计是基于无连接的用户数据报协议UDP。四种基本协议的交互过程，都是请求管理进程给管理代理，响应则都是由管理代理发给管理进程的。只有Trap是无响应的，有管理代理单向发给管理进程。

SNMP协议实体之间的协议数据单元PDU只有两种不同的结构和模式，一个PDU格式在大部分操作中使用，而另一个则在Trap操作中作为trap的协议数据单元。

4、Trap操作，是一种捕捉事件并报告的操作，实际上几乎所有网络管理系统和管理协议都具有这种机制。

四、网络管理系统

1、HP -Open View

不能处理因为某一网络对象故障而误导致的其他对象的故障，不具备理解所有网络对象在网络中相互关系的能力。也不能把服务的故障与设备的故障区分开来。性能的轮 与状态的轮询是截然分开的，这样导致一个网络对象响应性能轮询失败但不触发一个报警。

2、IBM-Net View

不能对故障事件进行归并，它不能找出相关故障卡片的内在关系，因此对一个失效设备，即使是一个重要的路由器，将导致大量的故障卡片和一系列类似的告警。不具备在掌握整个网络结构情况下管理分散对象的能力。性能轮询与状态轮询也是彻底分开的，这将导致故障响应的延迟。

3、SUN-SunNet Manager

是第一个重要的基于UNIX的网络管理系统。

4、Cabletron SPECTRUM

是一个可扩展的、智能的网络管理系统，它使用了面向对象的方法和客户服务器体系结构。SPECTRUM构筑在一个人工智能的引擎之上，IMT(Inductive Modeling Technology)。它是所有四种网络管理软件中惟一具备处理网络对象相关性能力的系统。

SPECTRUM服务器提供了两种类型的轮询：自动轮询和手动轮询。

SPECTRUM提供了多种形式的告警手段，包括弹出窗口，发出报警声响等。

SPECTRUM能自动的发现拓扑结构，但相对比较慢。

五、网络日常管理和维护

1、VLAN的管理

2、WAN接入的管理

3、网络故障诊断和排除

物理故障：

逻辑故障：

路由器故障：

主机故障：

4、网络管理工具

连通性测试程序Ping ：

路由跟踪程序Traceroute：在Windows中是tracert

MIB变量浏览器：