數(shù)據(jù)通信,數(shù)據(jù)通信原理是什么?

數(shù)據(jù)通信討論的是從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備傳輸信息。協(xié)議定義了通信的規(guī)則，以便發(fā)送者和接收者能夠協(xié)調(diào)他們的活動(dòng)。在物理層上，信息被轉(zhuǎn)換成可以通過(guò)有線(xiàn)媒體(銅線(xiàn)或光纜)或無(wú)線(xiàn)媒體(無(wú)線(xiàn)電或紅外線(xiàn)傳輸)傳輸?shù)?a target="_blank">信號(hào)。高層協(xié)議則定義了傳輸信息的封裝、流控制和在傳輸中被丟失或破壞信息的恢復(fù)技術(shù)。

通信協(xié)議

可以將通信協(xié)議比喻成外交大使館中使用的外交協(xié)議。各種級(jí)別的外交官們負(fù)責(zé)處理不同類(lèi)型的協(xié)議。他們與其他大使館同等級(jí)別的外交官進(jìn)行聯(lián)系。同樣，通信協(xié)議也有一個(gè)分層的體系結(jié)構(gòu)。當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)時(shí)，每層中協(xié)議互相通信以處理通信的各個(gè)方面。圖D-2是一個(gè)簡(jiǎn)表。

圖D-2 分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)表

很久以前，ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)于1979年開(kāi)發(fā)了OSI (開(kāi)放系統(tǒng)互連)模型。該模型采用分層結(jié)構(gòu)，把網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分為七個(gè)層次，由下向上依次是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話(huà)層、表示層和應(yīng)用層。模型中規(guī)定了各層的功能及其與相臨層的接口。按照"開(kāi)放系統(tǒng)OSI互連參考模型"設(shè)計(jì)和組建的網(wǎng)絡(luò)是彼此開(kāi)放和可以互連的，從而可以保證世界各地的網(wǎng)絡(luò)連為一體。盡管OSI模型從未成為流行的標(biāo)準(zhǔn)，但是它仍用于描述協(xié)議分層。

物理層傳輸媒體和信號(hào)

通信系統(tǒng)由傳輸媒體和它所連接的設(shè)備組成。媒體可以是有向的或無(wú)向的。其中有向媒體是指金屬電纜或光纜，而無(wú)向媒體是指無(wú)線(xiàn)傳輸。

涉及數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備可以是發(fā)送器、接收器減兼有這兩種功能的設(shè)備。如果一個(gè)系統(tǒng)只進(jìn)行傳輸而另一個(gè)系統(tǒng)只進(jìn)行接收，則該鏈路稱(chēng)為單工。如果兩個(gè)設(shè)備都可以發(fā)送和接收，但是，一時(shí)間只能有一個(gè)設(shè)備進(jìn)行，則這種鏈路稱(chēng)為半雙工。全雙工鏈路則允許兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。

網(wǎng)絡(luò)通信可以采取一對(duì)一傳輸、一對(duì)多或多對(duì)多傳輸?shù)男问健＿B接兩個(gè)設(shè)備的通信系統(tǒng)稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)。而共享系統(tǒng)則連接可以在同一媒體上進(jìn)行傳輸?shù)牡暮芏嘣O(shè)備(但一時(shí)間只有一個(gè)設(shè)備能進(jìn)行傳輸)。圖D-3對(duì)兩種系統(tǒng)都進(jìn)行了闡釋。

圖D-3 共享信息系統(tǒng)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息系統(tǒng)

與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)相比，端對(duì)端鏈路指跨越多個(gè)鏈路的兩個(gè)系統(tǒng)之間的鏈路。圖D-3中的系統(tǒng)A和系統(tǒng)Z之間的鏈路就是端對(duì)端鏈路。

多路復(fù)用指通過(guò)單個(gè)鏈路發(fā)送多個(gè)傳輸?shù)募夹g(shù)。通過(guò)多路復(fù)用技術(shù)，多個(gè)終端能共享一條高速信道，從而達(dá)到節(jié)省信道資源的目的。在TDM(時(shí)分復(fù)用)系統(tǒng)中，每個(gè)信道由時(shí)隙流中的周期時(shí)隙定義。在FDM(頻分復(fù)用)系統(tǒng)中，每一個(gè)信道占用一個(gè)特定的頻率。在數(shù)據(jù)分組交換和信元交換系統(tǒng)中，各個(gè)數(shù)據(jù)分組或信元在網(wǎng)絡(luò)中穿行，與汽車(chē)在高速公路上行駛類(lèi)似。

模擬和數(shù)字信號(hào)

設(shè)備使用適配器(產(chǎn)生用于通過(guò)某些媒體傳輸數(shù)據(jù)的信號(hào))被連接到傳輸媒體中。模擬通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖欠岛皖l率隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬信號(hào)。這些正弦波信號(hào)頻率的度量單位是每秒的周期數(shù)，或Hz(赫茲)。而數(shù)字通信系統(tǒng)則使用離散的高和低的電壓值來(lái)表示數(shù)據(jù)信號(hào)。

帶寬表示通信信道的信息傳送能力。信道可以是模擬或數(shù)字的。對(duì)于數(shù)字系統(tǒng)，容量這個(gè)術(shù)語(yǔ)指它的信息傳送能力，通常以信道的數(shù)據(jù)傳輸速率或線(xiàn)速表示。吞吐量是與系統(tǒng)規(guī)定性能相對(duì)立的系統(tǒng)“實(shí)測(cè)”性能。吞吐量考慮了由阻塞、硬件低效和傳輸距離而導(dǎo)致的延遲。

隨著Internet的日益普及，網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)Internet的需求在不斷增加，一些企業(yè)也需要對(duì)外提供諸如WWW頁(yè)面瀏覽、FTP文件傳輸、DNS域名解析等服務(wù)，這些因素會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)流量的急劇增加，而流量管理作為內(nèi)外網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)通道，如果吞吐量太小，就會(huì)成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸，給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率帶來(lái)負(fù)面影響。

調(diào)制解調(diào)器(調(diào)制器/解調(diào)器)是一種可用于通過(guò)模擬傳輸線(xiàn)路傳輸數(shù)字信號(hào)的設(shè)備。在傳輸?shù)膬啥硕夹枰{(diào)制解調(diào)器，以對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后再解調(diào)。如圖D-4所示，發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，然后接收端調(diào)制解調(diào)器又將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號(hào)。

圖D-4 數(shù)字-模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換

在通過(guò)模擬系統(tǒng)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，頻率越高，數(shù)據(jù)速率越高。圖D-5闡釋了這種現(xiàn)象的原因。在圖A中，頻率較低，因此在模擬傳輸中移動(dòng)離散數(shù)字信號(hào)就比較困難。注意，此時(shí)離散信號(hào)沒(méi)有很好地表示出來(lái)，這將會(huì)導(dǎo)致在接收端的失真。在圖B中，帶寬要高很多因此能更好地表示離散數(shù)字信號(hào)，并且沒(méi)有失真。

圖D-5 表示模擬傳輸?shù)碾x散數(shù)字信號(hào)

同步傳輸和異步傳輸

并不是所有的傳輸都是穩(wěn)定的字符流。由很多開(kāi)始和停止組成的傳輸是異步傳輸。異步傳輸將比特分成小組進(jìn)行傳送，小組可以是8位的1個(gè)字符或更長(zhǎng)。發(fā)送方可以在任何時(shí)刻發(fā)送這些比特組，而接收方從不知道它們會(huì)在什么時(shí)候到達(dá)。

假設(shè)回到20世紀(jì)60年代，用戶(hù)坐在連接到大型計(jì)算機(jī)的啞終端前。當(dāng)鍵入時(shí)，每個(gè)字符通過(guò)異步鏈路傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。如果您暫停輸入，則計(jì)算機(jī)就暫停傳輸。這是因?yàn)橄到y(tǒng)是以異步方式操作的，接收器不能指望穩(wěn)定的比特流。它將在任意時(shí)間等待進(jìn)一步的傳輸并在傳輸停止時(shí)不能以為鏈路己經(jīng)被中斷。

與之相反，同步傳輸是以一個(gè)長(zhǎng)的比特串為特征，其中比特串中的每個(gè)字符都用定時(shí)信號(hào)分隔。同步傳輸時(shí)，為使接收方能判定數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束,還須在每個(gè)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始處和結(jié)束處各加一個(gè)幀頭和一個(gè)幀尾,加有幀頭、幀尾的數(shù)據(jù)稱(chēng)為一幀(Fram)。幀頭和幀尾的特性取決于數(shù)據(jù)塊是面向字符的還是面向位的。

這兩種傳輸類(lèi)型都普遍用于通過(guò)電話(huà)線(xiàn)路或其他信道連接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。選擇這兩種類(lèi)型的哪一種取決于裝置的不同。實(shí)際上，為用戶(hù)提供異步操作的調(diào)制解調(diào)器可以轉(zhuǎn)換為擴(kuò)展傳輸?shù)耐侥Ｊ?。同步傳輸技術(shù)設(shè)計(jì)用于連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸，而異步傳輸技術(shù)更適用于個(gè)人用戶(hù)會(huì)話(huà)。

串行接口

串行接口，簡(jiǎn)稱(chēng)串口，也就是COM接口，是采用串行通信協(xié)議的擴(kuò)展接口。串口的出現(xiàn)是在1980年前后，數(shù)據(jù)傳輸率是115kbps～230kbps，串口一般用來(lái)連接鼠標(biāo)和外置Modem以及老式攝像頭和寫(xiě)字板等設(shè)備，目前部分新主板已開(kāi)始取消該接口。

需要標(biāo)準(zhǔn)接口將通信設(shè)備(如調(diào)制解調(diào)器)連接到計(jì)算機(jī)上。最常見(jiàn)的用于調(diào)制解調(diào)器的接口是最初稱(chēng)為RS-232的EIA-232標(biāo)準(zhǔn)。在這種標(biāo)準(zhǔn)中，計(jì)算機(jī)或其他類(lèi)似的設(shè)備稱(chēng)為DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備)，而類(lèi)似于調(diào)制解調(diào)器的設(shè)備稱(chēng)為DCE(數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備)。接口連接器具有與其相對(duì)應(yīng)的連接器相連的多條導(dǎo)線(xiàn)。每個(gè)引腳代表一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺阑虬l(fā)送的特定控制信號(hào)。例如，有一個(gè)請(qǐng)求要發(fā)送到線(xiàn)路上，DTE用它給出想進(jìn)行發(fā)送的信號(hào)。DCE向線(xiàn)路發(fā)送清除信號(hào)以表示它已經(jīng)準(zhǔn)備好接收。

傳輸媒體

有很多傳輸媒體，包括銅線(xiàn)電纜、光纜和無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)。媒體受衰減(信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸損耗)、失真、背景噪聲和其他因素的影響。通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)、FDDI(光纖分布數(shù)據(jù)接口)和其他系統(tǒng)時(shí)要考慮所有這些因素。因此，網(wǎng)絡(luò)必須在它們的規(guī)范內(nèi)建立以避免這些問(wèn)題。

在不可能使用導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)路的情況下，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可以通過(guò)RP(無(wú)線(xiàn)電頻率)或光線(xiàn)(通常是紅外線(xiàn))進(jìn)行傳輸。這些傳輸發(fā)生在一個(gè)單獨(dú)的房間或跨越城鎮(zhèn)的發(fā)送器和接收器之間。在需要設(shè)置跨越道路、河流和物理空間(通常是指不能敷設(shè)電纜的地方)的鏈路時(shí)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)為校園和商業(yè)園區(qū)環(huán)境提供了惟一的解決方案。地面微波系統(tǒng)可在建筑物和塔頂端看到。光網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供了其他解決方案。

數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議

數(shù)據(jù)鏈路層是恰好位于OSI協(xié)議棧中緊靠硬件(物理)層的上層。該層中的協(xié)議管理連接的系統(tǒng)之間的位流。來(lái)自上層的數(shù)據(jù)分組被封裝為幀并通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送出去。其中還使用了流控制和糾錯(cuò)技術(shù)。數(shù)據(jù)鏈路層處理點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)鏈路。在OSI協(xié)議棧中，較高的網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)處理通過(guò)多個(gè)路由器連接數(shù)據(jù)鏈路的連接。

成幀

成幀技術(shù)是一種用來(lái)在一個(gè)比特流內(nèi)分配或標(biāo)記信道的技術(shù)，為電信提供選擇基本的時(shí)隙結(jié)構(gòu)和管理方式、錯(cuò)誤隔離合分段傳輸協(xié)議的手段。

成幀對(duì)于經(jīng)過(guò)物理媒體傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特提供了控制方法。它提供了錯(cuò)誤控制并可以根據(jù)服務(wù)的類(lèi)型提供數(shù)據(jù)重傳服務(wù)。比特塊與幀頭封裝成幀且附加了檢查和，以便可以檢查出被破壞的幀。如果一個(gè)幀被破壞或丟失，則只需重新發(fā)送這個(gè)幀而無(wú)需重發(fā)整個(gè)數(shù)據(jù)組。

幀具有特定的結(jié)構(gòu)，根據(jù)使用的數(shù)據(jù)鏈路的不同而不同。稱(chēng)為HDLC(高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制)的流行數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)如圖D-6所示。請(qǐng)注意“信息”字段是放入數(shù)據(jù)的位置，它的長(zhǎng)度可變。“信息”字段可以放入一個(gè)整個(gè)的信息包。“起始標(biāo)記”字段代表幀的起始，“地址”字段裝有目地地址，“控制”字段描述信息字段裝有的是數(shù)據(jù)、命令，還是響應(yīng)，F(xiàn)CS字段包含檢錯(cuò)編碼。

圖D-6 HDLC幀格式

差錯(cuò)檢測(cè)和控制

差錯(cuò)控制方式基本上分為兩類(lèi)，一類(lèi)稱(chēng)為“反饋糾錯(cuò)”，另一類(lèi)稱(chēng)為“前向糾錯(cuò)”。在這 兩類(lèi)基礎(chǔ)上又派生出一種稱(chēng)為“混合糾錯(cuò)”。 對(duì)于不同類(lèi)型的信道，應(yīng)采用不同的差錯(cuò)控制技術(shù)，否則就將事倍功半。反饋糾錯(cuò)可用于雙向數(shù)據(jù)通信，前向糾錯(cuò)則用于單向數(shù)字信號(hào)的傳輸，例如廣播數(shù)字電視系統(tǒng)，因?yàn)檫@種系統(tǒng)沒(méi)有反饋通道。

數(shù)據(jù)鏈路層還負(fù)責(zé)差錯(cuò)檢測(cè)和控制。一種差錯(cuò)控制的方法是檢測(cè)差錯(cuò)，然后請(qǐng)求重傳。另一種方法是接收器檢測(cè)出一個(gè)差錯(cuò)，然后重建幀。后一種方法需要隨幀發(fā)送足夠的附加信息，以便在檢測(cè)出差錯(cuò)后接收器可以重建幀。當(dāng)不可能重傳(如將信息傳輸?shù)胶教?a target="_blank">探測(cè)器)時(shí)使用該方法。

在數(shù)據(jù)鏈路層中執(zhí)行差錯(cuò)恢復(fù)任務(wù)通常是效率很低的。這樣很多網(wǎng)絡(luò)實(shí)施依靠上層協(xié)議完成該任務(wù)。在大多數(shù)情況下，數(shù)據(jù)鏈路層用于盡可能快速并有效地傳遞數(shù)據(jù)，而不執(zhí)行大量的數(shù)據(jù)恢復(fù)任務(wù)。上層協(xié)議則提供了恢復(fù)服務(wù)。

流控制

流量控制是在計(jì)算機(jī)之間和網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間控制數(shù)據(jù)流量以達(dá)到數(shù)據(jù)同步的目的的。在設(shè)備能夠處理前過(guò)多的數(shù)據(jù)到達(dá)會(huì)引起數(shù)據(jù)的拋棄或數(shù)據(jù)重發(fā)。對(duì)于串行數(shù)據(jù)傳輸，采用Xon/Xoff協(xié)議進(jìn)行控制。在網(wǎng)絡(luò)中，流量控制也參與加入新設(shè)備，當(dāng)流量大時(shí)，不能加入新設(shè)備。

可以將數(shù)據(jù)傳輸想象為流經(jīng)管道并在接收端注滿(mǎn)水桶的水流。接收者從水桶取水，但需要一些方法減少水流以使水桶不會(huì)溢出。在這個(gè)比喻中，水桶代表接收器使用的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)保存輸入的必須被處理的數(shù)據(jù)。一些NIC(網(wǎng)絡(luò)接口卡)上的緩沖區(qū)大得足可以裝下整個(gè)輸入的傳輸。如果緩沖區(qū)溢出，則幀通常被丟掉，因此接收器使用一些方法告訴發(fā)送器降低發(fā)送幀的速度或停止發(fā)送將會(huì)很有用。

共享LAN的網(wǎng)絡(luò)接入和邏輯鏈路控制接入方法對(duì)于由多個(gè)設(shè)備共享的網(wǎng)絡(luò)是必需的。因?yàn)橐粫r(shí)間只有一個(gè)設(shè)備可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸，所以需要一種媒體接入控制方法來(lái)提供仲裁。

在由IEEE定義的局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，媒體接入?yún)f(xié)議位于稱(chēng)為MAC(媒體接入控制)子層的數(shù)據(jù)鏈路層的子層。MAC子層位于LLC子層的下方，LLC子層對(duì)于任意在其下方安裝的MAC驅(qū)動(dòng)程序都提供了數(shù)據(jù)鏈路。在圖D-7中可以看到該層的子分區(qū)

圖D-7數(shù)據(jù)鏈路層包括兩個(gè)子層:MAC (媒體訪(fǎng)問(wèn)控制)和LLC(邏輯鏈路控制)

MAC子層支持各種不同的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型，其中每種類(lèi)型都有一種仲裁網(wǎng)絡(luò)接入的特定方法。三種可能的接入方法如下：

載波監(jiān)聽(tīng)方法 載波監(jiān)聽(tīng)技術(shù)即發(fā)送站點(diǎn)在發(fā)送幀之前，先要監(jiān)聽(tīng)信道上是否有其他站點(diǎn)發(fā)送的載波信號(hào)，若無(wú)其他載波，可以發(fā)送信號(hào)；否則，推遲發(fā)送幀。使用該技術(shù)，設(shè)備監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸，并等待直到線(xiàn)路空閑出來(lái)以傳輸它們自己的數(shù)據(jù)。如果兩個(gè)站試圖同時(shí)進(jìn)行傳輸，則兩個(gè)站都退出并等待一段長(zhǎng)短不定的時(shí)間，然后重發(fā)。

令牌訪(fǎng)問(wèn) 令牌是在令牌環(huán)、令牌總線(xiàn)和光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)網(wǎng)絡(luò)中控制網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)的特殊分組。令牌環(huán)構(gòu)成了邏輯環(huán)，其中每個(gè)傳輸沿環(huán)從一個(gè)站到另一個(gè)站行進(jìn)。只有擁有特殊令牌的站才可以進(jìn)行傳輸。

預(yù)留方法 在該方案中，每個(gè)傳輸設(shè)備都有一個(gè)分配給它的特定的時(shí)隙或頻率。TDM(時(shí)分復(fù)用)就是一個(gè)實(shí)例。設(shè)備可以有選擇地將數(shù)據(jù)放入時(shí)隙中進(jìn)行傳輸。如果設(shè)備不傳輸任何數(shù)據(jù)，則該技術(shù)可能會(huì)浪費(fèi)帶寬。

橋接

“橋接”，是指依據(jù)OSI網(wǎng)絡(luò)模型的鏈路層的地址，對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程。當(dāng)路由器配置了橋接選項(xiàng)后，會(huì)處理所有接口上的所有的數(shù)據(jù)幀，并實(shí)時(shí)調(diào)查每個(gè)主機(jī)的位置。若在某個(gè)接口上收入一個(gè)幀，就會(huì)在一個(gè)橋接內(nèi)置入一個(gè)條目，列出發(fā)送數(shù)據(jù)的主機(jī)和接收到數(shù)據(jù)幀的接口MAC地址，這樣路由表就被不斷地在通信中完善起來(lái)。透明橋接使路由器對(duì)主機(jī)來(lái)講是透明的，其作用就相當(dāng)于一個(gè)局域網(wǎng)交換機(jī)。若是同一個(gè)LAN內(nèi)的兩個(gè)主機(jī)通信，數(shù)據(jù)幀就不會(huì)被發(fā)送到其它的接口，因?yàn)樵跇蚪颖砝?，?shù)據(jù)幀都來(lái)自相同的接口；若是收到一個(gè)幀，而其中的MAC地址不在自己的橋接表里，就會(huì)將這個(gè)幀擴(kuò)散到所有的接口，橋接還會(huì)擴(kuò)散所有的廣播包，占用網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬，造成網(wǎng)絡(luò)的堵塞。Cisco IOS支持多種類(lèi)型的橋接，比如：透明橋接、封裝橋接、源路由橋接、源路由透明橋接、源路由轉(zhuǎn)換橋接。

網(wǎng)橋是一種將兩個(gè)或更多的網(wǎng)段連接為一個(gè)單獨(dú)LAN的設(shè)備。新連接的LAN上的所有設(shè)備可以互相通信，但是網(wǎng)橋提供了過(guò)濾功能，可以阻止不必要的通信從一個(gè)網(wǎng)段傳播到其他網(wǎng)段。網(wǎng)橋通常用于將一個(gè)大型的LAN分隔成兩個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)段。如果LAN是以太網(wǎng)，則網(wǎng)橋創(chuàng)建一個(gè)廣播域和兩個(gè)沖突域。在以太網(wǎng)中，沖突域具有較少的計(jì)算機(jī)比較好，這樣有利于用網(wǎng)橋劃分網(wǎng)絡(luò)。請(qǐng)注意，交換機(jī)基本上是多端口網(wǎng)橋。

交換

正如上面提到的，網(wǎng)橋可以用于將一個(gè)LAN分成兩個(gè)網(wǎng)段，這兩個(gè)網(wǎng)段又有效地產(chǎn)生兩個(gè)較小的沖突域。交換機(jī)是基于這個(gè)理論擴(kuò)展的設(shè)備。網(wǎng)橋通常有兩個(gè)端口連接兩個(gè)LAN網(wǎng)段，而交換機(jī)有一組端口，可以連接更多的網(wǎng)段。圖D-8闡釋了交換機(jī)如何提供用于多個(gè)集線(xiàn)器的橋接功能。每個(gè)集線(xiàn)器都有一個(gè)沖突域，但是圖中所示的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)單獨(dú)的廣播域。每個(gè)交換機(jī)端口基本上是一個(gè)可以通過(guò)交換機(jī)中的內(nèi)部電路隨時(shí)“橋接”到其他任何端口的單獨(dú)LAN網(wǎng)段。

圖D-8 一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)

橋接的所有優(yōu)點(diǎn)如前面部分所述。

大多數(shù)交換設(shè)備提供了配置VLAN(虛擬LAN)的方法。在用交換機(jī)建立網(wǎng)絡(luò)時(shí)，有一種建立大型平坦網(wǎng)絡(luò)而不是多個(gè)不同的 LAN(即所有的節(jié)點(diǎn)是同一廣播網(wǎng)絡(luò)的一部分)的傾向。VLAN技術(shù)可以用于在平坦交換環(huán)境中創(chuàng)建虛擬LAN。例如，如果用具有VLAN功能的交換機(jī)替代圖D-8中的集線(xiàn)器，則工作站A和D可以配置到一個(gè)VLAN中;而工作站B、E和H可以配置到另一個(gè)VLAN中。來(lái)自A的廣播可以被D接聽(tīng)到，而來(lái)自B的廣播可以被E和H接聽(tīng)到。然后需要一個(gè)路由器以發(fā)送VLAN之間的數(shù)據(jù)分組。

路由選擇、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)層

盡管網(wǎng)橋?qū)蓚€(gè)分離的LAN網(wǎng)段連接為一個(gè)單獨(dú)的廣播域(或?qū)⒁粋€(gè)大的LAN拆分成兩個(gè)或更多的不同沖突域)，路由器還是提供了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的功能。在網(wǎng)橋級(jí)上，信息以幀(幀在數(shù)據(jù)鏈路層中定義)的形式發(fā)送到其他系統(tǒng)中。在路由器級(jí)上，信息必須被封裝在包含目的網(wǎng)絡(luò)地址的數(shù)據(jù)分組內(nèi)，然后通過(guò)路由器邊界轉(zhuǎn)發(fā)。路由器將網(wǎng)絡(luò)連接到互聯(lián)網(wǎng)中。

有時(shí)，通過(guò)在地址下方寫(xiě)下具體地址和單詞“市”可以將信件郵寄到同一城市中的某個(gè)人那里。但是如果信件有一個(gè)“城市間”地址，則將需要在信封上寫(xiě)下城市名和ZLP編碼(郵政區(qū)號(hào))。同樣，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)由很多互相連接的網(wǎng)絡(luò)組成。因特網(wǎng)是最大的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。若要在不同的網(wǎng)絡(luò)之間發(fā)送數(shù)據(jù)分組，則需要分層的命名方案，其中，以用于路由目的的名稱(chēng)或數(shù)字識(shí)別每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。ZLP編碼方案在郵政系統(tǒng)中就起這樣的作用。IP(網(wǎng)際協(xié)議)則是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的尋址和路由選擇協(xié)議。

在圖D-9中，LAN被連接到路由器上并且路由器組成了相互連接的路徑網(wǎng)，數(shù)據(jù)分組可以通過(guò)路徑網(wǎng)行進(jìn)到它們的目的地。注意可以從任意其他點(diǎn)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的任意路由器和所連接的LAN。
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圖D-9路由器用來(lái)創(chuàng)建多連接點(diǎn)和多路徑的網(wǎng)絡(luò)有關(guān)網(wǎng)絡(luò)

傳輸層

服務(wù)傳輸層提供了面向連接服務(wù)。這意味著兩個(gè)系統(tǒng)可以建立一個(gè)會(huì)話(huà)，通過(guò)會(huì)話(huà)它們進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)交換狀態(tài)的“對(duì)話(huà)”。雖然建立連接花費(fèi)一些時(shí)間并增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恍╅_(kāi)銷(xiāo)，但是它向發(fā)送器提供了保證接收器接收到全部已發(fā)送數(shù)據(jù)的服務(wù)。發(fā)送器發(fā)送一組數(shù)據(jù)分組，然后接收器確認(rèn)它已經(jīng)接收了該數(shù)據(jù)分組。如果接收器未對(duì)接收作出確認(rèn)，則發(fā)送重傳數(shù)據(jù)分組。會(huì)話(huà)控制還提供流控制以防止接收器溢出或在某些情況下網(wǎng)絡(luò)溢出。

圖D-10闡釋了傳輸層會(huì)話(huà)如何成為跨越中間設(shè)備的(如路由器)邏輯端對(duì)端連接。兩個(gè)對(duì)等的傳輸層通過(guò)面向連接的虛擬線(xiàn)路進(jìn)行對(duì)話(huà)?！　　　　　　　　　　　　　　　　?

圖D-10傳輸層能夠從事網(wǎng)間的端對(duì)端轉(zhuǎn)換

傳輸層的功能包括是否選擇差錯(cuò)恢復(fù)協(xié)議還是無(wú)差錯(cuò)恢復(fù)協(xié)議，及在同一主機(jī)上對(duì)不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)流的輸入進(jìn)行復(fù)用，還包括對(duì)收到的順序不對(duì)的數(shù)據(jù)包的重新排序功能。例如：TCP，UDP，SPX等。

傳輸層提供可靠的面向連接服務(wù)。例如，如果網(wǎng)絡(luò)鏈路暫時(shí)發(fā)生故障，則面向連接的會(huì)話(huà)并不立即中止連接，而是試圖保持連接有效直到基礎(chǔ)鏈路重新建立。在會(huì)話(huà)重新建立后，數(shù)據(jù)從被中斷處繼續(xù)傳輸。

應(yīng)用層

在協(xié)議棧中最高層運(yùn)行的應(yīng)用程序?qū)嶋H上并沒(méi)有涉及通信，但是它們確實(shí)使用了通信設(shè)備并在它們的用戶(hù)界面(利用基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò))中實(shí)現(xiàn)了功能。應(yīng)用層的作用是在實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)程相互通信的同時(shí)，完成一系列業(yè)務(wù)處理所需的服務(wù)。它不僅要提供應(yīng)用進(jìn)程所需的信息交換和遠(yuǎn)地操作，而且還要作為互相作用的應(yīng)用進(jìn)程的用戶(hù)代理（ User agent）。網(wǎng)絡(luò)文件共享服務(wù)，如NCP( NetWare核心協(xié)議)、UNIX環(huán)境中的NFS(網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng))或Windows環(huán)境中的SMB (服務(wù)器信息塊)都是特意為使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)而開(kāi)發(fā)的，這樣用戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享文件。

應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)可向最終用戶(hù)提供應(yīng)用服務(wù)的唯一窗口，其目的是支持用戶(hù)聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用的要求。由于用戶(hù)的要求不同，應(yīng)用層含有支持不同應(yīng)用的多種應(yīng)用實(shí)體，提供多種應(yīng)用服務(wù)，如電子郵件、文件傳 輸、虛擬終端、電子數(shù)據(jù)交換等。

在TCP/IP環(huán)境中，套接API提供了應(yīng)用程序和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之間的編程接口。