第三章 底层的技术3.1传输媒体n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。n传输媒体可以是导向的和非导向的。n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、令牌环和光纤分布式数据接口（ FDDI). 一、以太网n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。n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字节的物理 地址。n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)。n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.n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，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n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n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。n数据率令牌环支持两种数据率：4Mbps和16Mbps。n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。 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，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。n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。n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。n编址FDDI使用2或6字节地址。n数据率FDDI支持100Mbps的数据率。n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.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。n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