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发布时间:2020-06-27 06:47:54

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全国硕士研究生入学统一考试计算机科学与技术学科联考计算机网络考点归纳与典型题(含历年真题)详解

全国硕士研究生入学统一考试计算机科学与技术学科联考计算机网络考点归纳与典型题(含历年真题)详解试读:

第1章 计算机网络体系结构

1.1 考点归纳

【考纲指定考点】【题型及考点分析】

这章主要以选择题形式考查,从历年的考研真题来看,一般是1~2题选择题,主要考点为计算机网络体系结构概念、计算机网络分层结构以及各种参考模型中的概念、各层特点以及他们的顺序。

一、计算机网络概述

1计算机网络的概念、组成与功能(1)计算机网络的概念

计算机网络是指独立自治、相互连接的计算机集合。自治是指每台计算机的功能是完整的,可以独立工作,其中任何一台计算机都不能干预其他计算机的工作,任何两台计算机之间没有主从关系。相互连接是指计算机之间在物理上是互联的,在逻辑上能够彼此交换信息。确切地讲,计算机网络就是用通信线路将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机连接起来,并配置相应的网络软件,以实现计算机之间的数据通信和资源共享。

计算机网络的概念可以从三个角度进行定义:

①按广义定义

计算机网络是利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来,以功能完善的网络软件及协议实现资源共享和信息传递的系统。

②按连接定义

计算机网络是将分布在不同地理位置上具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来,并配置网络软件,以实现计算机资源共享的系统。

③按需求定义

计算机网络是由大量独立的、但相互连接起来的计算机来共同完成计算机任务。(2)计算机网络的组成

从不同的角度,可以将计算机网络的组成分为以下三类:

①在组成部分上

计算机网络主要由硬件、软件和协议三大部分组成。硬件主要由主机、终端、传输介质和连接设备等组成。软件主要包括网络操作系统和网络应用软件。协议是计算机网络的核心,规定了网络传输数据时应该遵循的规范。

②在工作方式上

计算机网络(主要指Internet)可分为核心部分和边缘部分。核心部分由大量的网络以及连接这些网络的路由器组成,负责为边缘部分提供连通性和交换服务;边缘部分由各主机构成,负责为用户提供信息处理和信息共享。

③在功能上

计算机可以分为通信子网和资源子网。通信子网是用作信息交换的节点计算机和通信线路组成的独立通信系统,它承担全网的数据传输、转接、加工和交换等通信处理工作。资源子网是网络中实现资源共享功能的设备及其软件的集合,为网络用户提供网络服务和资源共享功能等。(3)计算机网络的功能

计算机网络的功能主要体现在三个方面:信息交换、资源共享、分布式处理。

①信息交换

信息交换是计算机网络的最基本的功能,主要完成计算机网络中各个节点之间的通信以及网络中各计算机之间的各种信息的传输,比如用户可以在网上传送电子邮件、发送消息新闻、电子购物、远程教育等。

②资源共享

网络上的计算机不仅可以使用自身的资源,也可以共享网络上的资源,这些资源包括软件和硬件资源。提高了系统的利用率。

③分布式处理

将一项复杂的任务划分成许多部分,由网络内的计算机共同协作完成该项任务,使整个系统的性能提高。

2计算机网络的分类(1)按地理范围划分

①个人区域网(PAN)

个人区域网是在个人工作的地方将电子设备(如平板电脑、智能手机等)用无线技术连接起来的网络,也常称为无线个人区域网WPAN,其范围大约在10m。

②局域网(LAN)

局域网是在局部范围内的网络,覆盖的地区范围较小,在计算机数量配置上没有太多限制,少则两台,多则几百台,地理上则局限在较小的范围如1km左右。局域网特点是连接范围窄、用户数少、配置容易、连接速率快。

③城域网(MAN)

城域网一般来说是在一个城市,将不同地理小区范围内的计算机互联,连接距离可以在5~50km。城域网大多采用以太网技术。

④广域网(WAN)

这种网络也称为远程网,所覆盖的范围比城域网(MAN)更广,它一般是将不同城市之间的LAN或者MAN网络互联,地理范围可从几十公里到几千公里。广域网是因特网的核心部分。连接广域网的各结点交换机的链路一般都是高速链路,具有较大的通信容量。(2)按交换方式划分

①电路交换网络

在源结点和目的结点之间建立一条专用的通路用于传送数据,包括建立连接、传输数据和断开连接三个阶段。最典型的电路交换网是传统电话网络。

②报文交换网络

报文交换网络是一种数字化网络。将用户数据加上源地址、目的地址、校验码等辅助信息,然后封装成报文。整个报文传送到相邻结点,全部存储下来后,交换机根据报文的目的地址选择合适的路径发送报文,这种方式称作存储-转发方式。

③分组交换网络

分组交换也采用报文传输,将一个长的报文划分为许多定长的报文分组,以分组作为传输的基本单位。这不仅大大简化了对计算机存储器的管理,而且也加速了信息在网络中的传播速度。由于分组交换优于电路交换和报文交换,具有许多优点,因此它已成为计算机网络的主流。【例】关于数据交换,下列叙述不正确的是(  )。

A.线路交换面向连接

B.分组交换比报文交换具有更好的网络响应速度

C.报文交换无存储转发过程

D.分组交换有存储转发过程【答案】C【解析】数据交换方式的三种主要方式包括线路交换(即电路交换)、报文交换和分组交换,面向连接的只有线路交换,报文交换和分组交换采用存储转发方式。由于分组交换的灵活性,使其具有更好的响应速度。(3)按拓扑结构划分

网络拓扑结构是指网络电缆构成的几何形状,它能从逻辑上表示网络服务器、工作站的网络配置和互相之间的连接关系。

按网络的拓扑结构,计算机网络主要可以分为星形、总线形、环形和网状形网络等。星形、总线形和环形网络多用于局域网,网状网络多用于广域网。

①星形网络

星型布局是以中央结点为中心与各结点连接而组成的,各结点与中央结点通过点对点方式连接,中央结点执行集中式通信控制策略,因此中央结点相当复杂,负担也重。

星形拓扑结构的优点:网络结构简单,便于管理、集中控制,组网容易,网络延迟时间短,误码率低;缺点:网络共享能力较差,通信线路利用率不高,中央节点负担过重,容易成为网络的瓶颈,一旦出现故障则全网瘫痪。

②总线形网络

用单根传输线把各结点连接起来。总线形网络的优点是构建简单、增减结点方便;缺点是重负载时通信效率不高、总线任一处对故障敏感。

③环形网络

环形网中各结点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环形通信线路中,环路上任何结点均可以请求发送信息。请求一旦被批准,便可以向环路发送信息。环形网中的数据可以单向传输也可以双向传输。

④网状形网络

一般情况下,每个结点至少有两条路径与其他结点相连,多用在广域网中。网状形网络可分为规则型和非规则型两种。其优点是可靠性高,缺点是控制复杂、线路成本高。

此外,网络的分类还有其它一些方法。例如,按网络的使用性质进行分类,可以划分为专用网和公用网;按网络的适用范围和环境可以分为企业网、校园网等;按传输介质分类,可分为同轴电缆网(低速)、双绞线网(低速)、光纤网(高速)、微波及卫星网(高速);按网络的带宽和传输能力进行分类,可分为系带(窄带)低速网和宽带高速网等。

3计算机网络的标准化工作及组织

计算机网络的标准化对计算机网络的发展和推广起到了极为重要的作用。

因特网的所有标准都以RFC(Request For Comments)的形式在因特网上发布。RFC要上升为因特网正式标准需经过因特网草案(Internet Draft),建议标准(Proposed Standard),草案标准(Draft Standard),因特网标准(Internet Standard)四个阶段。其中,因特网草案阶段还不是RFC文档,而建议标准阶段开始就成为RFC文档。

此外,还有三种RFC,分别是历史的、饰演的和提供信息的RFC。

各种RFC之间的关系如图1-1所示。

图1-1 各种RFC之间的关系

尽管在世界各地存在着许多标准化组织,但是大部分的数据通信和计算机网络方面的标准主要是由以下一些机构制定并发布的:国际标准化组织(ISO)、国际电信联盟电信标准化部(ITU-T)、电气电子工程师协会(IEEE)、电子工业协会(EIA)和美国国家标准化协会(ANSI)以及互联网工程任务组(IETF)。

4计算机网络的性能指标

性能指标是从不同方面度量计算机网络的性能。(1)带宽

带宽表示网络的通信线路所传送数据的能力,是单位时间内从网络的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。单位是“比特每秒”(b/s)。(2)吞吐量

吞吐量是指单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。(3)时延

时延是指数据从网络的一端传送到另一端所需要的时间,它由四个部分构成:

①发送时延

主机或路由器发送数据帧所需要的时间。

发送时延=数据帧长度(b)/信道宽度(b/s)。

②传播时延

电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。

传播时延=信道长度(m)/电磁波在信道上的传播速率(m/s)。

③处理时延

处理时延是主机或路由器在收到分组时用于处理的时间。

④排队时延

分组进入路由器后要先在输入队列中等待处理。在路由器确定了转发接口后,还要在输出队列中排队等待转发的时间。

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。(4)时延带宽积

时延带宽积是链路能容纳的比特数。

时延带宽积=传播时延×信道带宽。(5)往返时延(RTT)

往返时延是从发送方发送数据开始,到发送方收到来自接收方的确认(接收方收到数据后立即发送确认)经历的时间。(6)速率

网络中的速率是指连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率,也称为数据率或比特率,单位是b/s(比特每秒)(或bit/s)。

二、计算机网络体系结构与参考模型

1计算机网络分层结构(1)分层定义及优点

①一般把两台计算机之间数据通信这一任务划分成一些子任务,不同的子任务由不同的模块单独完成,而且这些模块之间形成单向依赖关系,即模块之间是单向的服务与被服务的关系,从而构成层次关系,这就是分层。

②层次结构的好处在于使每一层实现一种相对独立的功能。

③分层结构还有利于交流、理解和标准化。(2)分层的原则

①每层的功能应是明确的,并且相互独立的。当某一层的具体实现方法更新时,只要保持上下层解口不变,便不会对其它层产生影响。

②层间解口必须清晰,跨越解口的信息量应尽量少。

③层数应适中。若层数太少,则造成每一层的计算机网络协议太复杂;若层数太多,则体系结构过于复杂,使描述和实现每层功能变得困难。(3)网络的体系结构

依据一定的规则,将分层后的网络从低层到高层依次称为第1层、第2层……第n层。

在计算机网络的分层结构中,第n层中的活动元素通常称为n层实体。具体地,实体指任何可发送或接收信息的硬件或软件进程,通常是一个特定的软件模块。在不同机器把同一层称为对等层,同一层的实体叫做对等实体。n层实体实现的服务为n+1层所利用。

一般把计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构。

2计算机网络协议、接口、服务等概念(1)协议

协议是指计算机网络同层次中,通信双方必须遵循的控制信息交换规则的集合。协议由语法、语义和同步三部分组成。语法规定了传输数据的格式;语义规定了所要完成的功能,即需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答;同步规定了执行各种操作的条件、时序关系等,即事件实现顺序的详细说明。一个完整的协议通常应具有线路管理(建立、释放连接)、差错控制、数据转换等功能。(2)接口

同一台计算机上相邻层之间(即不同实体之间,如不同进程之间)的通信也有约定,一般称这种约定为接口(interface),也叫服务接口(service interface),即下层通过接口向上层提供服务。接口定义了上层如何调用下层提供的服务。良好的接口定义除了可以尽可能地减少层与层之间要传递的信息数量以外,还可以方便人们用某一层协议的新实现来代替原来的实现或者用新的协议来代替原来的旧协议。(3)服务

服务是指下层为紧相邻的上层提供的功能调用,也就是垂直的。对等实体在协议的控制下,使得本层能为上一层提供服务,但要实现本层协议还需要使用下一层所提供的服务。

服务和协议是截然不同的概念,它们的区别非常重要。服务是垂直的而协议是水平的,服务是指某一层向它上一层提供的一组原语(操作)。服务定义了该层打算代表用户执行哪些操作,但是它并不涉及如何实现这些操作。服务也会涉及到两层之间的接口,其中低层是服务提供者,而上层是服务的用户。

协议是一组规则,用来规定同一层上的对等实体之间所交换的消息或者分组的格式和含义。这些实体利用协议来实现它们的服务定义。它们可以自由地改变协议,但是不能改变服务,因为服务对于它们的用户是可见的。服务和协议是完全分开的。

计算机网络提供的服务大体上可以分为两大类:

①面向连接的服务

它是基于电话系统模型的。为了使用面向连接的网络服务,用户首先要建立一个连接,然后使用这个连接进行信息传递,最后释放该连接。

在有些情况下,当一个连接建立的时候,发送方、接收方和子网一起协商一组将要使用的参数,比如最大的消息长度、所需要的服务质量等。通常情况下,一方提出一个建议,然后另一方接受或拒绝该建议,甚至提出相反的建议。

②无连接的服务

它是基于邮政系统模型的。每一条报文都携带了完整的目标地址,所以,每条报文都可以被系统独立地路由。

还有一种服务是请求-应答服务。在这种服务中,发送方传输一个数据包,其中只包含一个请求;应答数据报中包含答案。

3ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型(1)OSI参考模型

国际标准化组织(ISO)提出的网络体系结构模型,称为开放系统互联参考模型(OSI/RM)通常简称为OSI参考模型。OSI有七层自下而上依次为物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层。低三层统称为通信子网,完成数据的传输功能;高三层统称为资源子网,它相当于计算机系统,完成数据的处理等功能。运输层承上启下。OSI层次结构如图1-2所示:

图1-2 OSI参考模型层次结构图

下面详述OSI参考模型各层的功能:

①物理层

物理层的任务是负责透明地传送比特流。在设计的时候必须要保证,发送方发送了“1”,接收方收到的就是“1”而不是“0”。这里设计问题主要涉及到了机械、电子和定时接口,以及位于物理层之下的物理传输介质等。

②数据链路层

数据链路层的主要任务是将网络层传下来的IP数据报组装成帧,数据链路层的功能可以概括为:成帧、差错控制、流量控制和传输管理等。数据链路层让发送方将输入的数据拆开,分装到数据帧中,然后顺序的传送这些数据帧。如果是可靠地服务,则接收方必须发送回一个确认帧确认每一帧都已经正确接收到了。

数据链路层往往需要一种流量调节机制,让发送方知道接收方当前时刻有多大的缓存空间,从而避免一个快速的发送方“淹没”一个慢速的接收方。通常情况下,这种流量调节机制和错误处理机制集成在一起。

对于广播式网络,数据链路层还专门设立了一个特殊子层(介质访问控制子层),用来控制对于共享信道的访问。

③网络层

网络层的主要功能是完成网络中不同主机之间的数据传输。网络层之间交换的数据单元一般用报文(packet)来表示。网络层的关键问题是对分组进行路由选择,并实现流量控制、拥塞控制、差错控制和网际互联等功能。

④传输层

传输层也叫运输层,传输单位是报文段(TCP)或用户数据报(UDP),传输层的任务是负责向两个主机中进程之间的通信提供服务,功能是为端到端连接提供可靠的传输服务;为端到端连接提供流量控制、差错控制、服务质量、数据传输管理等服务。

使用传输层的服务,高层用户就可以直接进行端到端的数据传输,从而忽略通信子网的存在。通过传输层的屏蔽,高层用户看不到子网的交替和变化。由于一个主机可同时运行多个进程,因此传输层具有复用和分用的功能。复用就是多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务,分用则是运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。

⑤会话层

会话层负责管理主机间的会话进程,包括建立、管理以及终止进程间的会话。会话层利用传输层提供的端到端的服务,向表示层提供它的增值服务。这种服务主要是向表示层实体或用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据,这就是会话,也称为建立同步(SYN)。

⑥表示层

在表示层下面的各层中,它们最关注的是如何传递数据位,而表示层关注的是所传递的信息的语法和语义。表示层主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。不同的计算机可能使用不同的数据表示法,为了让这些计算机能够进行通信,它们所交换的数据结构必须是一种抽象的方式来定义。同时,表示层还应该定义一种标准的编码方法,用来表示网络线路上所传递的数据。表示层管理这些抽象的数据结构,并允许定义和交换更高层的数据结构。

⑦应用层

应用层包含了各种各样的协议,这些协议往往直接针对用户的需要。一个广泛应用的协议是HTTP,它是万维网WWW的基础。还有一些其他应用协议用于文件传输(FTP)、电子邮件(SMTP)等。(2)TCP/IP模型

OSI的七层协议体系结构概念清楚、理论完整,但它既复杂又不实用。现在得到广泛应用的是TCP/IP四层模型。TCP/IP模型从低到高依次为:网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP的层次结构及各层的主要协议如图1-3所示:

图1-3 TCP/IP模型的层次结构及各层的主要协议

①网络接口层

网络接口层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。它负责监视数据在主机和网络之间的交换。事实上,TCP/IP本身并未定义该层的协议,而由参与互连的各网络使用自己的物理层和数据链路层协议,然后与TCP/IP的网络接口层进行连接。

②网际层

网际层对应于OSI参考模型的网络层,主要解决主机到主机的通信问题。在发送数据时,网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装层分组或包进行传送。该层有三个主要协议:网际协议(IP)、互联网组管理协议(IGMP)和互联网控制报文协议(ICMP)。

③传输层

传输层对应于OSI参考模型的传输层,为应用层实体提供端到端的通信功能,保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。该层定义了两个主要的协议:传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。

TCP协议提供的是一种可靠的、面向连接的数据传输服务;而UDP协议提供的则是不可靠的、无连接的数据传输服务。

④应用层

应用层对应于OSI参考模型的高层,为用户提供所需要的各种服务,例如:FTP、Telnet、DNS、SMTP等。(3)TCP/IP模型与OSI参考模型的比较

①相同点

a.两者都以协议栈的概念为基础,并且协议栈中的协议彼此相互独立。

b.两个模型中各个层的功能也大体相似。

c.在这两个模型中,传输层之上的各层也都是传输服务的用户,并且是面向应用的用户。

②不同点

a.OSI参考模型的最大贡献就是精确地定义了三个主要概念:服务、协议和接口,这与现代的面向对象程序设计思想非常吻合。而TCP/IP模型对这三个概念却没有明确区分,不符合软件工程的思想。

b.OSI参考模型在协议发明之前就已经产生了,这意味着OSI模型不会偏向于任何一组特定的协议,OSI模型更加具有通用性。而TCP/IP模型在协议出现后才出现,它只是已有协议的一个描述,并不适合任何其他的协议栈。

c.OSI模型的网络层同时支持无连接和面向连接的通信,但是运输层只支持面向连接的通信。TCP/IP模型的网际层上只有一种模式(无连接通信),但是在运输层上同时支持两种通信模式,这样可以给用户一个选择的机会。【例】在OSI参考模型中,提供流量控制功能的层是第(1)(  )层;提供建立、维护和拆除端到端的连接的层是(2)(  );为数据分组提供在网络中路由功能的是(3)(  );传输层提供(4)(  )的数据传送;为网络层实体提供数据发送和接收功能和过程的是(5)(  )。(1)

A.1、2、3

B.2、3、4

C.3、4、5

D.4、5、6(2)

A.物理层

B.数据链路层

C.会话层

D.传输层(3)

A.物理层

B.数据链路层

C.网络层

D.传输层(4)

A.主机进程之间

B.网络之间

C.数据链路之间

D.物理线路之间(5)

A.物理层

B.数据链路层

C.会话层

D.传输层【答案】(1)B,(2)D,(3)C,(4)A,(5)B【解析】在计算机网络中,流量控制指的是通过限制发送方发出的数据流量,从而使得其发送速率不超过接收方的接收速率的一种技术。流量控制功能可以存在于数据链路层及其之上的各层。目前提供流量控制功能的主要是数据链路层、网络层和传输层。不过,各层的流量控制对象不一样。各层的流量控制功能是在各层实体之间进行的。在OSI参考模型中,物理层实现了比特流在传输介质上的透明传输;数据链路层将有差错的物理线路变成无差错的数据链路,实现相邻结点之间即点到点的数据传输。网络层的主要功能是路由选择、拥塞控制和网际互连等,实现主机到主机的通信;传输层实现主机进程之间即端到端的数据传输。

1.2 典型题(含历年真题)详解

一、单项选择题

1在OSI参考模型中,直接为会话层提供服务的是(  )[2014年联考真题]

A.应用层

B.表示层

C.传输层

D.网络层【答案】C【解析】OSI参考模型中,下层直接为上层提供服务,而会话层的下层为传输层。

2在OSI参考摸型中,下列功能需由应用层的相邻层实现的是(  )。[2013年联考真题]

A.对话管理

B.数据格式转换

C.路由选择

D.可靠数据传输【答案】B【解析】应用层的相邻层即为表示层,表示层负责管理数据的压缩、加密与解密、格式装换等,因此答案选B。

3计算机网络可分为通信子网和资源子网。下列属于通信子网的是(  )。

Ⅰ.网桥

Ⅱ.交换机

Ⅲ.计算机软件

Ⅳ.路由器

A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ

B.Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

C.Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ

D.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ【答案】A【解析】资源子网主要由计算机系统、终端、联网外部设备、各种软件资源和信息资源等组成。资源子网负责全网的数据处理业务,负责向网络用户提供各种网络资源与网络服务。通信子网由通信控制处理机、通信线路和其他通信设备组成,完成网络数据传输、转发等通信处理任务。由此可知,网桥、交换机和路由器都属于通信子网,只有计算机软件属于资源子网。

5(  )是计算机网络中OSI参考模型的3个主要概念。

A.服务、接口、协议

B.结构、模型、交换

C.子网、层次、端口

D.广域网、城域网、局域网【答案】A【解析】计算机网络要做到有条不紊的交换数据,就必须遵守一些实现约定的原则,这些原则就是协议。在协议的控制下,两个对等实体之间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议,还需要使用下一层提供的服务,而提供服务就是交换信息,而要交换信息就需要通过接口去交换。所以说服务、接口、协议是OSI参考模型的3个主要概念。

6在ISO/OSI参考模型中,可同时提供无连接服务和面向连接服务的是(  )。

A.物理层

B.数据链路层

C.网络层

D.传输层【答案】C【解析】ISO/OSI参考模型在网络层支持无连接和面向连接的通信,但在传输层仅支持面向连接的通信;TCP/IP模型在网络层仅有无连接的通信,而在传输层支持无连接和面向链接的通信。

7在OSI参考模型中,(①)利用通信子网提供的服务实现两个用户进程之间端到端的通信。在这个层次模型中,如果用户A需要通过网络向用户B传送数据,则首先将数据送入应在该层给它附加控制信息后送入表示层;在表示层对数据进行必要的变换并加上头部后送入会话层:在会话层加头部后送入传输层:在传输层将数据分割成为(②)后送至网络层;在网络层将数据封装成(③)后送至数据链路层;在数据链路层将数据加上头部和尾部封装成(④)后发送到物理层;在物理层数据以(⑤)形式发送到物理线路。用户B所在的系统接收到数据后,层层剥去控制信息,最终将原数据传送给用户B。

A.网络层

B.传输层

C.会话层

D.表示层

A.数据报

B.数据流

C.报文

D.分组

A.数据流

B.报文

C.路由信息

D.分组

A.数据段

B.报文

C.数据帧

D.分组

A.数据流

B.数据帧

C.报文

D.分组【答案】B、C、D、C、A【解析】在OSI参考模型中,对等层之间传送的数据,其单位都称为协议数据单元PDU;具体的讲,在传输层叫报文段(TCP)或用户数据报(UDP),在网络层叫分组或数据报,在数据链路层叫帧,在物理层叫比特。

二、综合应用题

协议与服务有何区别?有何联系?

答:(1)区别:①协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合,协议是水平的;②服务是指下层为紧相邻的上层提供的功能调用,服务是垂直的。(2)联系:①协议的实现保证了能够向上一层提供服务;②协议对上层用户是透明的,本层的用户只能看见下层所提供的服务而无法看见下层的协议;③服务是由下层通过层间接口向上层提供。

第2章 物理层

2.1 考点归纳

【考纲指定考点】【题型及考点分析】

本章概念较多,从历年的真题来看,都以选择题形式考查,考查的重点主要有奈奎斯特定理和香农定理的应用,编码与调制技术、数据交换方式,还有电路交换、报文交换与分组交换技术等。

一、通信基础

1信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念(1)数据、信号与码元

①数据

数据是指传送信息的实体。在计算机网络中,数据通常被广义地理解为在计算机网络中存储、处理和传输的二进制数字编码。话音信息、图像信息、文字信息以及从自然界直接采集的各种自然属性信息均可转换为二进制数字编码,以便于在计算机网络中存储、处理和传输。数据分为模拟数据和数字数据两种。模拟数据是连续变化的而数字数据是离散的。

②信号

信号是数据的电压或电磁编码,是数据在传输过程中的存在形式。在数据通信系统中常常使用电磁信号、光信号、载波信号、脉冲信号、调制信号来表示各种不同的信号。

从时域的观点看,信号不是连续的就是离散的。如果信号的强度(电压或电流值)变化是平滑的,这种信号就是连续信号,也叫模拟信号。如果在一段时间内信号强度保持某个常量值,然后在下一个时间段又变化到另一个常量值,这种信号称为离散信号,也叫数字信号。数字信号可以通过调制解调器调制成模拟信号,同样的,模拟信号可以通过编码解码器编码成数字信号。

③码元

码元是信号编码单元。对于数字通信而言,一个数字脉冲就是一个码元;而对于模拟通信而言,载波的某个参数或某几个参数的变化就是一个码元。(2)信源、信宿与信道

信源、信道和信宿是数据通信的三大组成部分。

①信源

信源是信息的来源,可以是人、机器、自然界的物体等。

②信宿

信宿是信息的接收者,可以是人也可以是机器,如收音机、电视机等。

③信道

信道就是信息传递的通道,是将信号进行传输、存储和处理的媒介。信道的关键问题是它的容量大小,要求以最大的速率传送最大的信息量。

如图2-1所示为一个单向通信系统的模型。实际的通信系统大多为双向的,即往往包含一条发送信道和一条接收信道,信道可以进行双向通信。

图2-1 通信系统模型

信道可以分为两类:狭义信道和广义信道。

a.狭义信道

狭义信道按照具体媒介的不同类型可分为有线信道和无线信道。

第一,有线信道是指传输媒介为明线、对称电缆、同轴电缆、光缆及波导等一类能够看得见的媒介。有线信道是现代通信网中最常用的信道之一。

第二,凡不属于有线信道的媒质均为无线信道的媒质。无线信道的传输特性没有有线信道的传输特性稳定和可靠,但无线信道具有方便、灵活、通信者可移动等优点。

b.广义信道

广义信道也分为两种:调制信道和编码信道。

第一,调制信道是从研究调制与解调的基本问题出发而构成的,它的范围是从调制器输出端到解调器输入端,从调制和解调的角度来看,我们只关心解调器输出的信号形式和解调器输入信号与噪声的最终特性,并不关心信号的中间变化过程。因此,定义调制信道对于研究调制与解调问题是方便和恰当的。

第二,编码信道仅着眼于编码和译码问题。这是因为,从编码和译码的角度看,编码器的输出仍是某一数字序列,而译码器输入同样也是一数字序列,它们在一般情况下是相同的数字序列。因此,从编码器输出端到译码器输入端的所有转换器及传输媒质可用一个完成数字序列变换的方框加以概括,此方框称为编码信道。(3)速率与带宽

①速率

速率也叫数据率,是指数据的传输速率,表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率表示。

a.码元传输速率

码元传输速率简称传码率,又称符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目,单位是波特(Baud),记为B,码元传输速率也称为波特率。

b.信息传输速率

信息传输速率又称为信息速率、比特率等,它表示单位时间内数字通信系统传输的二进制个数(即比特数),单位是比特/秒(b/s)。

比特率并不一定等于波特率,但它们在数量上有一定的关系。若一个码元携带n bit的信息量,那么M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M*n bit/s。

②带宽

带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力,网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。

2奈奎斯特定理和香农定理(1)奈奎斯特定理

奈奎斯特(Nyquist)定理又称为奈氏准则,它指出在理想低通(没有噪声、带宽有限)的信道中,极限码元传输率为2W Baud,其中W是理想低通信道的带宽,单位为Hz。若k表示每个码元离散电平的数目,则极限数据率为:C=2Wlogk (b/s)。2

需要注意的是,奈氏准则是在理想条件下推导出的,在实际条件下,最高码元传输速率要比理想条件下得出的数值小些。奈氏准则并没有对信息传输速率(b/s)给出限制。要提高信息传输速率就必须使每一个传输的码元能够代表许多个比特的信息,需要有很好的编码技术。

根据奈奎斯特准则我们可以推断出:

①给定了信道的带宽,则该信道的极限波特率就确定了,不可能超过这个极限波特率传输码元,除非改善该信道的带宽;

②要想增加信道的比特传送率有两条途径,一方面可以增加该信道的带宽,另一方面可以选择更高的编码方式。(2)香农定理

香农定理指出,在噪声与信号独立的高斯白噪信道中,假设信号的功率为S,噪声功率为N,信道通频带宽为W(Hz),则该信道的信道容量C有:C=Wlog(1+S/N) (b/s),从公式中我们可以看出,2对于一定的信噪比和一定的传输带宽,它传输速率的上限就确定了,这个极限是不能够突破的。由香农信道容量公式可得出以下结论:

①提高信道的信噪比或增加信道的带宽都可以增加信道容量。

②当信道中噪声功率N趋于0时,信道容量C趋于无穷大,这就是说无干扰信道的信道容量可以为无穷大。

③信道容量C一定时,带宽W与信噪比S/N之间可以互换,即减小带宽,同时提高信噪比,可以维持原来信道容量。

④信噪比一定时,增加带宽W可以增大信道容量。但噪声为高斯白噪声时(实际的通信系统背景噪声大多为高斯白噪声),增加带宽同时会造成信噪比下降,因此无限增大带宽也只能对应有限信道容量。【例】假设有一个信道的带宽是3000Hz,其信噪比为20dB,那么这个信道可以获得的理论最大传输速率是(  )。

A.1Kbps

B.32Kbps

C.20Kbps

D.64Kbps【答案】C【解析】使用香农定理可以得到信道的理论速率上限C=Wlog(1+2S/N),题目中W=3000Hz,而S/N满足SNR=10log(S/N),SNR10为信噪比,题目中SNR=20dB,得S/N=100。因此C=Wlog(1+2S/N)=3000×log(1+100)≈20Kbps。2

3编码和调制

数据无论是数字的还是模拟的,为进行传输都必须转变成信号,把数据变换为模拟信号的过程称为调制,把数据变换为数字信号的过程称为编码。

信号是数据的具体表示形式,它和数据有一定的关系,但又和数据不同。数字数据可以通过数字发送器转换成数字信号传输,也可以通过调制器转换成模拟信号传输;同样,模拟数据可以通过PCM编码器转换成数字信号传输,也可以通过调制器转换成模拟信号传输。这样就形成了下列四种编码方式。(1)数字数据编码成数字信号

数字数据编码用于基带传输中,即在基本不改变数字数据信号频率的情况下,直接传输数字信号。常用的编码方法有以下几种:

①非归零码

一种二进制信息的编码,用两种不同的电压分别表示“1”和“0”,如用低电平表示0,用高电平表示1;或者相反。信息密度高,但需要外同步并有误码积累。

②曼彻斯特编码

用电压跳变的相位不同来区分1和0,即用正的电压跳变来表示0,用负的电压跳变来表示1。由于跳变发生在每一个码元的中间,接收端可以方便地利用它作为位同步时钟,因此,这种编码也称为自同步编码。但它所占的频带宽度是原始的基带宽度的两倍。

③差分曼彻斯特编码

在信号位开始时不改变信号极性,表示逻辑"1";在信号位开始时改变信号极性,表示逻辑"0"。不论码元是1或者0,在每个码元正中间的时刻,一定有一次电平转换。(2)数字数据调制为模拟信号

数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号,而在接收端将模拟信号还原为数字信号,分别对应于调制解调器的调制和解调过程。基本的调制方法有:

①幅移键控调制(ASK)

把二进制符号0和1分别用不同的幅度来表示。

②频移键控调制(FS)

即用不同的频率来表示不同的符号。如2KHz表示0,3KHz表示1。

③相移键控调制(PSK)

通过二进制符号0和1来判断信号前后相位。如1时用π相位,0时用0相位。

④高斯频移键控(GFSK)

在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度。(3)模拟数据编码为数字信号

将任何连续变化的输入如图画的线条或声音信号转化为一串分离的单元,在计算机中用0和1表示。转换需要三个步骤:抽样、量化和编码。

①抽样

抽样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号,也就是在时间上将模拟信号离散化。

②量化

量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值,把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。

③编码

编码则是按照一定的规律,把量化后的值用二进制数字表示,然后转换成数字信号流。

这样得到的数字信号可以通过电缆、微波干线、卫星通道等数字线路传输。在接收端则与上述模拟信号数字化过程相反,再经过后置滤波又恢复成原来的模拟信号。(4)模拟数据调制为模拟信号

模拟-模拟调制的目的是将模拟信号调制到高频载波信号上以便于远距离传输。模拟-模拟调制可以通过3种方法实现:调幅(Amplitude Modulation, AM)、调频(Frequency Modulation, FM)以及调相(Phase Modulation, PM)。

4电路交换、报文交换与分组交换

在多结点通信网络中,为有效利用通信设备和线路,一般希望动态地设定通信双方间的通信线路。动态地接通或断开通信线路,称为“交换”。(1)电路交换

电路交换技术是指网络为每次通信会话建立、保持和终止一条专用物理电路。

①电路交换的优点

a.传输时延小。电路交换的主要延迟是物理信号的传播时延。

b.传输信道是独占的。通话双方一旦建立连接,便可独享物理信道,不会与其他用户的通话发生冲突。

c.电路是“透明”的,可以传送各种格式的数据。

②电路交换的缺点:

a.建立连接时间长。电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说太长。

b.线路独占,使用效率低。电路交换连接建立后,物理通路被通信双方独占,即使通信线路空闲,也不能供其他用户使用,因而信道利用率低。

c.灵活性差。只要在通信双方建立的通路中任何一点出了故障,就必须重新拨号建立新的连接。(2)报文交换

报文交换是指信息以报文(逻辑上完整的信息段)为单位进行存储转发。

①报文交换的优点

a.不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路,不存在连接建立时延,用户可随时发送报文。

b.在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施,加之交换结点还具有路径选择,就可以做到某条传输路径发生故障时,重新选择另一条路径传输数据,提高了传输的可靠性。

c.在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配,甚至收发双方可以不同时处于可用状态。这样就便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通。

d.提供多目标服务,即一个报文可以同时发送到多个目的地址。

e.通信双方不是固定占有一条通信线路,而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路,因而大大提高了通信线路的利用率。

②报文交换的缺点

a.由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程,从而引起转发时延。

b.报文交换只适用于数字信号。

c.报文交换对报文的大小没有限制,这就要求网络结点需要有较大的缓存空间。(3)分组交换

信息以分组为单位进行存储转发。源结点把报文分为分组,在中间结点存储转发,目的结点把分组合成报文。分组是比报文还小的信息段,可定长,也可变长。

分组交换也是存储转发方式,具有报文交换的优点之外,与报文交换相比有以下优缺点:

①优点

a.加速了数据在网络中的传输。因为分组是逐个传输,可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行,这种流水线式的传输方式减少了报文的传输时间。

b.简化了存储管理。因为分组的长度固定,相应的缓冲区的大小也固定,在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理,相对比较容易。

c.减少了出错率和重发数据量。因为分组较短,其出错率必然减少,每次重发的数据量也就大大减少,这样不仅提高了可靠性,也减少了传输时延。

②缺点

a.尽管分组交换比报文交换的传输时延少,但仍存在存储转发时延,而且其结点交换机必须具有更强的处理能力。

b.每个分组都要加上源、目的地址和分组编号等信息,一定程度上降低了通信效率,增加了处理的时间,使控制复杂,时延增加。

c.当分组交换采用数据报服务时,可能出现失序、丢失或重复分组,分组到达目的结点时,要对分组按编号进行排序等工作,增加了麻烦。若采用虚电路服务,虽无失序问题,但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。

5数据报与虚电路

分组交换网络有两种不同的组网方式,分别是虚电路和数据报。(1)数据报

在数据报网络中,每个报文(在数据报网络中也常称为数据报)携带目的节点地址,这样,网络中的任何一台交换机接收到数据报时都能根据数据报中的目的节点地址来决定如何到达目的节点。由于每个分组选择的路径时延可能不同,它们到达目的节点的顺序也就可能不同了。(2)虚电路

虚电路方式试图将数据报方式与电路交换方式结合起来。在分组发送之前,要求在发送方和接收方建立一条逻辑上相连的虚电路,并且连接一旦建立,虚电路所对应的物理路径也就固定了。整个通信过程分为三个阶段:虚电路建立、数据传输与虚电路释放阶段。

在虚电路方式中,端系统每次建立虚电路时,选择一个没用过的虚电路号分配给该虚电路。在传送数据时,每个数据分组不仅要有分组号、检验和等控制信息,还要有它要通过的虚电路号。在虚电路网络中的每个结点上都维持一张虚电路表,它的每一项记录了一个打开的虚电路的信息,包括在接收链路和发送链路上的虚电路号、前一结点和下一结点的标识。数据的传输是双向进行的,上述信息是在虚电路的建立过程中确定的。

虚电路之所以是“虚”的,是因为这条电路不是专用的,每个结点到其他结点之间的链路可能同时有若干虚电路通过,它也可能同时与多个结点之间具有虚电路。每条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输,两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务,这些虚电路的实际路由可能相同也可能不相同。

虚电路的优点之一就是源节点在发送数据之前已经知道网络的许多信息。例如,源节点知道网络中存在一条到目的节点的路径,目的节点也愿意接收数据。另外,在建立虚电路时,可以把资源分配给虚电路。X-25网、帧中继网以及ATM网都是采用虚电路组网的,它们采用了以下两种策略:

①在建立虚电路时,要为每条虚电路分配必要的缓冲区;如果节点没有足够的缓冲空间,则建立虚电路的请求就被拒绝。

②在相邻节点之间进行流量控制,这种策略称为均衡流量控制。(3)数据报与虚电路的比较。表2-1 数据报与虚电路的比较【例】不同的数据交换方式有不同的性能。为了使数据在网络中的传输时延最小,首选的交换方式是(1)(  );为保证数据无差错地传送,不应选用的交换方式是(2)(  );分组交换对报文交换的主要改进是(3)(  ),这种改进产生的直接结果是(4)(  );在出错率很高的传输系统中,选用(5)(  )更合适。(1)

A.电路交换

B.报文交换

C.分组交换

D.信元交换(2)

A.电路交换

B.报文交换

C.分组交换

D.信元交换(3)

A.传输单位更小且有固定的最大长度

B.传输单位更大且有固定的最大长度

C.差错控制更完善

D.路由算法更简单(4)

A.降低了误码率

B.提高了数据传输速率

C.减少传输时延

D.增加传输时延(5)

A.虚电路方式

B.数据报方式

C.报文交换

D.电路交换【答案】(1)A,(2)A,(3)A,(4)C,(5)B【解析】①电路交换方式的优点是传输时延小、通信实时性强,适用于交互式会话类通信;但其缺点是对突发性通信不适应,系统效率低,不具备存储数据的能力,不能平滑网络通信量,不具备差错控制的能力,无法纠正传输过程中发生的数据差错。

②报文交换和分组交换都采用存储转发方式,传送的数据都要经过中间结点的若干次存储、转发才能到达目的地,因此传输时延较大。报文交换传送数据单元长度不固定且较长,分组交换中,将要传送的长报文分割成多个为固定有限长度的分组,因此传输时延较报文交换要小。

③分组交换在实际应用中又可分为数据报和虚电路两种方式。

数据报是面向无连接的,它提供的是一种不可靠的服务,它不保证分组不被丢失,也不保证分组的顺序不变以及在多长的时限内到达目的主机。但由于每个分组能独立的选择路由,当某个结点发生故障的时候,后续的分组就可另选路由,另外通过高层协议如TCP的差错控制和流量控制技术可以保证其传输的可靠性、有序性。

虚电路是面向连接的,它提供的是一种可靠的服务,分组交换网可以通过差错控制和流量控制保证数据的可靠性和有序性。但是由于所有分组都按同一路由进行转发,一旦虚电路中的某个结点出故障了,它就必须重新建立一条虚电路。因此,对于出错率高的传输系统,这项任务显得相当艰巨。所以,采用数据报方式更合适。

二、传输介质

传输介质通常分为有线介质(或有界介质)和无线介质(或无界介质)。有线介质将信号约束在物理导体之内,如双绞线、同轴电缆和光纤;而无线介质则不能将信号约束在某个空间范围之内。有些传输介质支持单工传输方式,而有些支持半双工或全双工传输方式。

1双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质(1)双绞线

双绞线是一种最常用的传输介质。双绞线是由两根相互绝缘的铜线组成的,从而形成一个可以传输信号的电路。把两根绝缘铜导线,按一定的密度互相绞在一起,可以减少串扰。将一对或多对双绞线安置在一个套桶中,便形成了双绞线电缆。

双绞线分为屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP)两种。如图2-2所示:

图2-2 屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线

①屏蔽双绞线(STP)的优点是抗电磁干扰效果比非屏蔽双绞线好;缺点是屏蔽双绞线比非屏蔽双绞线更难以安装,因为屏蔽层需要接地。如果安装不当,屏蔽双绞线对电磁干扰可能非常敏感,因为没有接地的屏蔽层相当于一根天线,很容易接收各种噪声信号。

②非屏蔽双绞线(UTP)具有直径小、安装容易(不需要接地)、价格便宜等优点。非屏蔽双绞线的主要缺点在于它抗电磁干扰能力比较差,而且它的最大传输距离一般比较小。

双绞线既可以传输模拟信号,又可以传输数字信号。当双绞线用于传输数字信号时,其传输速率与双绞线电缆的长度有关。(2)同轴电缆

同轴电缆中用于传输信号的铜芯和用于屏蔽的导体是共轴的,同轴之名由此而来。同轴电缆的屏蔽导体(外导体)是一个由金属丝编织而成的圆形空管,铜芯(内导体)是圆形的金属芯线,内外导体之间填充绝缘介质,而整个电缆外包有一层塑料管,起保护作用,如图2-3所示。

图2-3 同轴电缆

按特性阻抗数值的不同,通常将同轴电缆分为两类:50Ω同轴电缆和75Ω同轴电缆

①50Ω同轴电缆主要用于传送基带数字信号,又称为基带同轴电缆,它在局域网中得到广泛应用。

②75Ω同轴电缆主要用于传送宽带信号,又称为宽带同轴电缆,它主要用于有线电视系统。

由于外导体屏蔽层的作用,同轴电缆具有良好的抗干扰特性,被广泛用于传输较高速率的数据,其传输距离更远,但价格较双绞线贵。(3)光纤

光纤通信就是利用光导纤维(简称光纤)传递光脉冲来进行通信。有光脉冲表示1,无光脉冲表示0。而可见光的频率大约是810MHz,因此光纤通信系统的带宽范围极大。

光纤主要由纤芯和包层构成(见图2-4),光波通过纤芯进行传导,而光线碰到包层时候就会折射回纤芯。这个过程不断重复,光也就沿着光纤传输下去。

图2-4 光波在纤芯中的传播

实际上,只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于某一个临界角度,就可以产生全反射。因此,可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输,这种光纤称为多模光纤(见图2-5),光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽,造成失真,因此多模光纤只适合近距离传输。

图2-5 多模光纤

若光纤的直径减小到只有一个光的波长,则光纤就像一根波导那样,它可使光纤一直向前传播,而不会产生多次反射,这样的光纤就是单模光纤(见图2-6)。单模光纤的纤芯很细,其直径只要几微米,制造成本较高。同时,单模光纤的光源要使用昂贵的半导体激光器,但单模光纤的衰耗较小,适合远距离传输。

图2-6 单模光纤

光纤不仅具有通信容量非常大的优点,还具有其他一些特点:

①传输损耗小,中继距离长,对远距离传输特别经济。

②抗雷电和电磁干扰性能好。

③无串音干扰,保密性好,不容易被窃听或截取数据。

但光纤连接需要专用设备,目前设备还比较贵。(4)无线传播介质

可以在自由空间利用电磁波发送和接收信号进行通信叫做无线传播。无线传播方法有无线电波、微波和红外线等。

①无线电波

在自由空间(包括空气和真空)传播的射频频段的电磁波。无线电技术是通过无线电波传播声音或其他信号的技术。

②微波

微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波,是无线电波中一个有限频带的简称。微波通信的信号是沿直线传播的,故在地面的传播距离有限,超过一定距离后就要用中继站来接力

③红外线

红外线是太阳光谱中红光的外侧的看不见的光线。红外线传播不易被人发现和截获,保密性强、几乎不会受到电气、电雷、人为干扰,抗干扰性强。

2物理层接口的特性

物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流,而不是指具体的传输媒体。物理层的作用是要尽可能屏蔽各种物理设备的差异,使数据链路层感觉不到这种差异,只需考虑如何完成本层的协议和服务,而不必考虑网络具体地传输媒体是什么。可以讲物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性,即:(1)机械特性

主要定义物理连接的边界点,即接插装置。规定物理连接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况。常见标准接口有ISO 2110、ISO 2593、ISO 4902和ISO 4903。(2)电气特性

指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围。(3)功能特性

主要定义各条物理线路的功能。线路功能包括数据、控制、定时等。(4)规程特性

指明不同的各种可能事件的出现顺序。

三、物理层设备

1中继器

中继器(RP,Repeater)工作于OSI的物理层,是连接网络线路的一种装置,支持远距离的通信,常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。

中继器主要完成物理层的功能,负责在两个节点的物理层上按位传递信息,完成信号的复制、调整和放大功能,以此来延长网络的长度。由于存在损耗,在线路上传输的信号功率会逐渐衰减,衰减到一定程度时将造成信号失真,因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接,对衰减的信号进行放大,使数据保持与原数据相同。

采用中继器所连接的网络,属于同一个网络。中继器仅仅起了扩展距离的作用,但它不能提供隔离功能。中继器的主要优点是安装简单,使用方便,几乎不需要维护。

一般情况下,中继器两端连接的是相同的媒体,但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。从理论上讲中继器的使用是无限的,网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的,因为网络标准都对信号的延迟范围作了具体的规定,中继器只能在此规定范围内进行有效的工作,否则会引起网络故障。

2集线器

集线器,简称Hub,用它可以将多台计算机连接在一个网络中,工作在OSI模型的最低层物理层。集线器是中继器的一种,其区别在于集线器能够提供更多的端口服务,所以集线器又叫多端口中继器。集线器的主要功能是集中电缆并再生放大信号、扩大网络的规模和传输距离。每个工作站都用双绞线连接到集线器上,由集线器对工作站进行集中管理。

集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生放大,以扩大网络的传输距离,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。集线器只是一个信号放大和中转的设备,它不具备交换功能。集线器能与网络中的打印服务器、交换机、文件服务器或其他的设备连接。它是一个标准的共享设备,不具备定向传送信号的能力。

从工作方式来看,集线器是一种广播模式,所有端口都是共享一条带宽。它从某个端口接收信号,整形放大后广播到其它端口,即其他所有端口都能够收听到信息,在同一时刻,只能有两个端口传送数据,其它端口处于等待状态。集线器主要应用于星型以太网中,如果一个工作站出现问题,不会影响整个网络的正常运行。(1)集线器的作用

①在所有网段上强制冲突;

②恢复信号幅度;

③信号重计时(本身有计时电路);

④恢复信号对称性;

⑤重构同步信号(帧前64位同步信号);

⑥分段扩展(扩展少于96位信号);

⑦故障隔离。(2)集线器的缺陷

①用户带宽共享,带宽受限

集线器的每个端口并没有独立的带宽,而是所有端口共享总带宽,用户端口带宽较窄,且随着集线器所接用户的增多,用户的平均带宽不断减少,不能满足当今许多对网络带宽有严格要求的网络应用。

②广播方式,易造成网络风暴

集线器是一个共享设备,它只是一个信号放大和中转的设备,不具备自动寻址能力,即不具备交换作用,所有传到集线器的数据均被广播到与之相连的各个端口,由于无法分割冲突域,所以容易形成网络风暴,造成网络堵塞。

③非双工传输,网络通信效率低

集线器同一时刻每一个端口只能进行一个方向的数据通信,而不能像交换机那样进行双向传输,网络执行效率低,不能满足较大型网络通信需求。

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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