1、1,第2章 直连的网络,2,问题：物理上相连的主机的问题一个网络首先要由某些物理介质把所有的主机直接相连，而要想在结点间交换信息，则要解决下面的问题： （1）把比特编码后送到铜线或光纤上，让收方主机收到并能理解收到的编码-信道编码 （2）将比特序列描述为完整的信息，形成一个帧-组帧 （3）错误检测 （4）建立一个呈现可靠的链路（帧有可能出错）-可靠传输 （5）一条链路由多个主机共享，如何共享-介质访问控制,3,编码、成帧、错误检测、可靠传输、访问控制，一般这五个功能实现在一个网络适配器（网卡）上。,4,2.1 网络构件 2.2 编码 2.3 成帧 2.4 差错检测 2.5 可靠传输 2.6 以
2、太网（802.3） 2.7 令牌环（802.5, FDDI） 2.8 无线网络（802.11） 2.9 网络适配器,5,一个简单的计算机网络,文件服务器,打印服务器,打印机,自主计算机,通信线路,6,计算机网络示意图,7,2.1 网络构件,2.1.1 节点 2.1.2 链路 网络由两类硬件构件构成：,节点和链路,8,2.1.1 结点,台式机、服务器、处理器、工作站、路由器、交换机,工作站体系结构示例,9,结论：作为一个网络结点，工作站是以其内存速度在运行，而不是以处理器的速度,节点的关键特征,任何给定机器的内存都是有限的 每个节点经过一个网络适配器连接到网络上 当CPU的速度变得更快时，内存速
3、度不会同样加快,10,2.1.2 链路,网络链路可在各种不同物理介质上实现，包括：1) 双绞线（如电话线）、2) 同轴电缆（如电视连线）、3) 光纤（用于高带宽、长距离链路的最普通的介质）4) 空间（用于无线电波、微波、及红外线电波传播的介质）。,11,物理介质是用于传输信号的。这些信号实际上是以光速传播的电磁波。（光速是介质相关的，电磁波在真空中通过铜线或光纤传播的速度大约是光速的2/3。）,12,电磁波：f = c; (c=3108 m/s),13,一条链路就是用来传送电磁波信号的介质，包括传输二进制数据（1和0）。 二进制数据要用信号进行编码（encode）可以把它分成两层来考虑： 较低
4、层涉及到调制(modulation)，即通过改变信号的频率、振幅或相位来影响信息的传输。 上层涉及到将二进制数据编码到 “高”信号和“低”信号上。,14,链路的另一个属性是在给定的时间内，在其上可编码多少比特流，如果是一个，则连接在连路上的结点必须共享访问链路 本书假设所有的点到点链路都是全双工的。,15,单工(Simplex)方式：通信双方设备中发送器与接收器分工明确，只能在由发送器向接收器的单一固定方向上传送数据。 采用单工通信的典型发送设备如早期计算机的读卡器，典型的接收设备如打印机。,单工(Simplex)方式,16,半双工(Half Duplex)方式：通信双方设备既是发送器，也是接
5、收器，两台设备可以相互传送数据，但某一时刻则只能向一个方向传送数据。 例如，步话机是半双工设备，因为在一个时刻只能有一方说话。,半双工(Half Duplex)方式,17,全双工(Full Duplex)方式,全双工(Full Duplex)方式：通信双方设备既是发送器，也是接收器，两台设备可以同时在两个方向上传送数据。 例如，电话是全双工设备，因为双方可同时说话。,18,本阶段问题：建造一个链路要考虑：1）该链路需要延伸多远；2）必须花多少钱；3）你是否懂得如何操作施工设备。,19,地理范围：在同一房间内、同一个建筑物内，或在同一个场所（例如一个校园），具体选什么样的电缆取决于在链路上传输数
6、据所采用的技术，常用的电缆（光缆）类型列在表2.1中。,1电 缆,20,电缆 典型的带宽 距离5类双绞线 10-100 Mbps 100m细同轴电缆 10-100 Mbps 200m 粗同轴电缆 10-100 Mbps 500m多模光纤 100 Mbps 2km单模光纤 100-2400 Mbps 40km,表2.1 可用于局部链路的普通电缆和光缆类型,21,同轴电缆,屏蔽性好，抗干扰强，多用于基带传输 同轴电缆分类 细缆：BNC接头T型连接器 粗缆：类似夹板的Tap安装 同轴电缆的特征阻抗 50（RG-8，RG-58） 75 （RG-59）,22,光纤,多模光纤 许多不同入射角度的光线可在一
7、条光纤中传输，光线有多次反射。 单模光纤 当光纤的直径小到只有一个光的波长，光纤就像一根波导一样，光线在光纤内一直向前传播，不会产生多次反射。 常用光纤 8.3m芯,125m外层,单模/62.5m芯,125m外层,多模 50m芯,125m外层,多模/ 100m芯,140m外层,多模,23,为什么？ 如何做！ 表2.2给出可从电话公司租用的普通服务。,2租用线,24,服务 带宽 DS1 1.544Mbps DS3 44.736Mbps STS-1 51.840Mbps STS-3 155.520Mbps STS-12 622.080Mbps STS-24 1.244160Gbps STS-48
8、2.488320Gbps STS192 9.953280Gbps STS: Synchronous Transport Signal（电信号） OC: Optical Carrier（光信号）,25,在任何情况下，无论链路是物理上的，还是通过电话网络的一个逻辑连接，在这样的链路上建立计算机网络的问题都是相同的 在后面的讨论中，可以认为每一条链路由单一电缆或光纤实现,26,表2.3 中列出了将住宅连接到一个已存在的网络上的典型服务。,3最后一公里链路,表2.3 可用来连接住宅的常见服务服务 带宽POTS 28.8 56 KbpsISDN 64 128 KbpsxDSL 16 Kbps 55.2
9、MbpsCATV 20 40 Mbps,27,老式电话服务POTS（plain old telephone service）上传统的调制解调器。该技术已经到达了它的带宽极限 综合业务数字网ISDN（Integrated Services Digital Network）。 一个ISDN连接包括两个64Kbps信道，1）一个用于传输数据，2）一个用于数字化的语音。,28,编码解码器CODEC（coder/decoder）一 将模拟语音信号编码到数字ISDN链路上 装置，当语音信道空闲时，可以将它与 据信道结合起来以支持128Kbps的带宽。,29,数字用户线xDSL（digital subscr
10、iber line），使用最广的是非对称的数字用户线ADSL（asymmetric digital subscriber line） ASDL为从用户到电话公司中心局（上行）和从中心局到用户（下行）所提供的带宽不同，并在已存在的铜线上运行。如图2.3所示。下行带宽的范围从1.544Mbps（18,000英尺）到8.448Mbps（9000英尺），而上行带宽的范围从16Kbps到640Kbps。,30,1.554-8.448Mbps,中心局,住户,16-640kbps,本地回路,31,ADSL: 非对称,用户要求：接收大容量的文件，发送小的文件 （如电子邮件）ADSL将双绞线电缆的带宽（1MHz
11、）划分成三个频带。 第一频带，通常在0-25KHz之间，用于常规的电话业务（称为简单的老电话业务或POTS），这种业务仅用4KHz的带宽。余下的用作警戒频带宽来分隔数据信道与语音信道。,32,第二频带是在25-200KHz之间，用于上行信道。 第三频带是在250-1MHz之间，用于下行信道。如何连接？,33,当在你身边的电话线两端分别放置ADSL Modem时，在这段电话线上便产生了三个信息通道： 一个速率为 1.5Mbps-9Mbps的高速下行通道，用于用户下载信息； 一个速率为 16Kbps-1Mbps的中速双工通道，用于用户上传输出信息； 一个普通的老式电话服务通道，用于普通电话服务。,
12、34,这三个通道可以同时工作。在铜线两端安装ADSL Modem的作用是接收基带数据，然后通过调制技术形成高速模拟信号进行传输。其特点是可以充分利用现有的铜缆网络，在线路两端加装ADSL设备即可为用户提供宽带服务，如访问因特网、视频传输、网上购物、远程教学等。2001年11月信息产业部发布了基于ADSL的用户接入网网管标准YD/T 1147-2001，并确定它为行业标准。,35,36,图2.4 VDSL将用户连接到到达邻站的光纤网络,甚高数据速率数字用户线，对称的,37,对于无线介质，发送和接收都是通过天 线实现的。 在发送时，天线将电磁能量发射到介质中，（通常是空气）， 在接收时，天线从周围
13、的介质中获得电磁波。,4无线链路,38,无线传输有两种基本的构造类型：定向的和全向的。 在定向结构中，发送天线将电磁波聚集成波束发射出去，因此，发送和接收前天线必须仔细校准。 在全向的情况中，发送信号沿所有方向传播，并能够被多数天线接收到。,39,在对无线传输的讨论中，感兴趣的频率范围主要有： （1）大约在2GHz(吉赫兹=109Hz)到40GHz之间-微波频率，在这个频率范围内，高方向性的波速是可实现的，而且它非常适用于点对点的传输，微波也可用于卫星通信。 （2）30MHz-1GHz之间的频率范围是用于全向应用-广播无线电波 （3）红外线频谱，大概包括从3*1011到2*1014Hz的频率范
14、围。,40,2.2 编 码,为了将比特从一个结点传输到另一个结点，需要把二进制数据编码为链路所能传送的信号，然后在物理链路上传播，在接收结点将信号解码成相应的二进制数据。,41,42,数字数据编码为数字信号,43,将数值1映射为高信号，数值0映射为低信号。 缺点：1) 连续“0”和连续“1”问题2) 发送方和接收方的时钟不能精确同步,(1) 不归零(Non-Return to Zero, NRZ)编码,44,发送方从当前信号产生一个跳变，则编码为一个1，保持当前信号，则编码为一个0。特点：解决了连续1的问题，但未解决连续0 的问题。,(2). 不归零反转(Non-Return to Zero
15、Inverted，NRZI)编码,45,时钟恢复：编码和解码过程都由一个时钟来驱动，每个时钟周期，发送方发送一比特，接收方恢复一比特。为了使接收方能恢复发送方传送的比特，发送方和接收方的时钟必须精确同步,46,曼彻斯特编码将0作为一个由低到高的跳变，1作为一个由高到低的跳变。因为0和1都导致信号的跳变，所以接收方时钟能被有效地恢复。,(3). 曼彻斯特编码 （Manchester encoding）,通过传输NRZ编码数据与时钟的异或值，将时钟与信号合并起来。,47,每位数据中间的电位跳变作为发方的时钟信号，而数字信号的取值是由位开始时有无跳变来决定，有跳变代表“0”，无跳变代表“1”。(下例
16、假设从高电平开始),（4）差分曼彻斯特编码,48,49,（5）4B/5B编码,每4比特数据被编码在一个5比特的码中，传给接收方。 5比特可编32个不同的代码，仅用了16个，剩下的16个可用于其它目的。 它在避免高、低信号持续的前提下，解决曼彻斯特编码的低效问题。,50,5比特代码是由以下方式选定的：每个代码没有多于一个的前导0并且也没有多于两个的末端0。然后，得到的5比特代码使用NRZI编码传输，4B/5B编码的效率为80%。,51,4比特数据符号 5比特编码0000 111100001 010010010 101000011 101010100 010100101 010110110 011100111 011111000 100101001 100111010 101101011 101111100 110101101 110111110 111001111 11101,
