作者：夏素霞（主编）
出版社：高等教育出版分社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
计算机网络技术与应用(中国通信学会普通高等教育“十二五”规划教材立项项目)试读：
前言
计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物。随着计算机网络技术的不断发展，计算机网络技术已广泛应用于办公自动化、企事业管理、生产过程控制、金融管理、医疗卫生等社会各个领域。计算机网络正在改变人们的工作和生活方式，并逐渐成为现代社会不可或缺的重要基础设施。
为了满足社会对计算机网络技术人才的需求，适应信息产业化的发展，计算机网络的相应课程在许多高校被设为计算机科学与技术、计算机应用等专业的专业课程，以及电子信息类相关专业的专业基础课程。本书主要介绍计算机网络原理和应用的相关知识。主要内容包括计算机网络基础知识、通信基础、网络体系结构和参考模型、无线网络技术、网络协议、路由与交换设备的应用、局域网、网络互连技术与设备、广域网的基础、接入网的基本概念、网络操作系统的配置与管理等。在每一章节中，根据理论知识，设计实践内容，力求合理地将理论和实践进行有机结合，帮助学生顺利地掌握计算机网络原理与应用技能。
本书力求以实际应用环境设计教学案例，以行业流行的应用设备作为实践教学的操作设备，提供完全真实的企业组网环境，对实际的网络实践案例进行技术分析和设计实验项目，有利于学生举一反三，开展自我学习，以便更快地掌握计算机网络的基本知识和应用技能。在撰写过程中，力求教材的内容坚持基本理论适度，反映基本理论和原理的综合应用，强调实践和应用环节。如在本书的第8章中，结合前面章节的知识，通过设置实验，让读者充分理解基于端口的VLAN的设置，802.1Q协议在实际拓扑环境中的应用，NAT、ACL等技术的配置方法等。
本书可以作为计算机科学与技术专业，特别是以培养高级应用型人才为目标的计算机应用、计算机网络、计算机信息管理专业的本科教材，同时也可以作为普通高等院校电子信息类相关专业，如信息工程专业、信息管理专业等的计算机网络相关课程的教材，还可以作为普通高等院校计算机网络技术的公选课程的教材。
为了便于读者举一反三地进行创造性的学习，加深读者对教学内容的理解，巩固学习的内容，提高实际操作的能力，本书在每一章的最后编写了习题和相关的实验项目，便于通过实验进一步理解所学内容。
全书由夏素霞负责统稿和审校，并编写了第3章和第6章。袁宗福编写了第4章、第8章及第5章的5.8节，杨松波编写了第1章、第2章和第5章中除5.8节以外的内容，李芳编写了第7章和第9章。感谢北京邮电大学世纪学院的陈志成教授为本书提出的宝贵意见。
由于编者知识水平有限，书中疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正。
联系邮箱：xiasuxia@ccbupt.cn。编者2010年8月
第1章 计算机网络基础
主要内容：本章主要介绍计算机网络的基本概念及功能、计算机网络的分类、计算机网络的组成及拓扑结构。
重点与难点：计算机网络的分类、计算机网络的组成、计算机网络的拓扑结构。
1.1 计算机网络概述
自20世纪60年代计算机网络问世以来，它已经深入到人们工作、学习和生活的方方面面。相信绝大多数人在学习这门课程以前都有过上网的经历。在家中，可以通过“猫”、ADSL调制解调器以电话线方式或通过网卡以 LAN 方式连接到因特网中，享受因特网所提供的各种服务，如 WWW 浏览、FTP 文件下载或上传、BBS 公告板、网上聊天、发送或接收电子邮件、网络游戏等，这些服务不仅拓展了我们获取信息以及与他人交流的渠道，也丰富了我们的生活、工作、学习和娱乐方式。事实上，不仅在家中，在学校、单位、企业或公司，甚至在一些公共场所也都可以实现对因特网的访问。我们不仅可以在因特网上获得多种网络服务，在其他的许多地方也都可以感受到各种网络应用的存在，如超市、银行、医院、企业和政府部门等。总之，网络与网络应用无处不在，网络已经成为社会生活中一个不可缺少的部分。那么到底什么是计算机网络呢？网络通信以及网络上的应用是如何实现的呢？这些就是这门课程中所要关注和研究的问题。本章先来学习有关计算机网络的一些基本概念。
在给出计算机网络的定义之前，我们先来回顾一下大家非常熟悉的所谓“网络”的概念。“网络”通常是指为了达到某种目标而以某种方式联系或组合在一起的对象或物体的集合。例如日常生活中四通八达的交通系统、供水或供电系统、邮政系统等都是某种形式的网络。
什么是计算机网络？这个问题多年来一直没有一个严格的定义，且随着计算机技术和通信技术的发展而具有不同的内涵。目前一些比较权威的看法认为：所谓计算机网络就是通过线路互连起来的、自治的计算机集合，确切地讲，就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。“地理位置不同”是指计算机网络中的计算机通常都处于不同的地理位置。例如，通过因特网访问网络服务时，被访问的主机在地理上往往是不可见的，不仅如此，这个主机还可能与我们位于不同的城市、省份乃至不同的国家。事实上，在绝大部分情况下，我们不知道也不需要知道它所处的确切位置。地理位置分布性所形成的空间障碍，是以组建计算机网络的方式来实现资源共享的原始驱动因素。
网络资源共享是指通过连在网络上的工作站（个人计算机）使用户（通常根据需要被授予适当的使用权）可以使用网络系统中的硬件和软件。
计算机网络是一个计算机的群体，是由多台计算机组成的，它们之间是互连的，即它们之间能彼此交换信息。计算机网络的基本思想是：通过网络环境实现计算机相互之间的通信和系统资源共享（包括硬件资源、软件资源和数据信息资源）。
所谓自治是指每台计算机的工作是独立的，任何一台计算机都不能干预其他计算机的工作（例如，启动、关闭或控制其运行等），任何两台计算机之间没有主从关系。
在计算机网络中，能够提供信息和服务能力的计算机是网络的资源，而索取信息和请求服务的计算机则是网络的用户。由于网络资源与网络用户之间的连接方式、服务类型及连接范围的不同，从而形成了不同的网络结构及网络系统。
随着计算机通信网络的广泛应用和网络技术的发展，计算机用户对网络提出了更高的要求，既希望共享网内的计算机系统资源，又希望调用网内的几个计算机系统共同完成某项任务，这就要求用户对计算机网络的资源像使用自己的主机系统资源一样方便。为了实现这个目的，除了要有可靠、有效的计算机和通信系统外，还要制定一套全网一致遵守的通信规则及用来控制、协调资源共享的网络操作系统。
计算机网络的功能主要表现在硬件资源共享、软件资源共享和用户间信息交换3个方面：（1）硬件资源共享。可以在全网范围内提供对处理资源、存储资源、输入输出资源等昂贵设备的共享，使用户节省投资，也便于集中管理和均衡分担负荷。（2）软件资源共享。允许互联网上的用户远程访问各类大型数据库，可以使用网络文件传送服务、远地进程管理服务和远程文件访问服务，从而避免软件研发上的重复劳动以及数据资源的重复存储，也便于集中管理。（3）用户间信息交换。计算机网络为分布在各地的用户提供了强有力的通信手段。用户可以通过计算机网络发送电子邮件、发布新闻消息和进行电子商务活动。
1.2 计算机网络的分类
当我们研究一些较为复杂的对象或问题时，常常会采用分门别类的方法来突出被研究对象或问题的某些特性，并且当关注的焦点不同时，我们会采用不同的分类标准。例如对学生进行分类时，可以根据不同的需要分别按性别、年龄或者成绩、班级等不同方法进行分类。同样，计算机网络的分类也存在多种不同的标准或方法。计算机网络可以从地域范围、拓扑结构、信息传输交换方式或协议、网络组建属性或用途等不同角度加以分类。
1.2.1 按地域范围分类
按地域范围可以把各种网络类型划分为局域网、城域网、广域网和互联网4种。
1.局域网
常见的LAN就是指局域网（Local Area Network，LAN），这是最常见、应用最广的一种网络。现在局域网随着计算机网络技术的发展和提高得到了充分的应用和普及，几乎每个单位都有自己的局域网，有的家庭甚至都有自己的小型局域网。所谓局域网，就是在局部地域范围内的网络，它所覆盖的地域范围较小。局域网在计算机数量的配置上没有太多的限制，少的可以只有两台，多的可达几百台。一般在企业局域网中，工作站的数量在几十台到两百台之间。网络所涉及的地理范围一般是几米至 10km 以内。局域网一般位于一个建筑物或一个单位内，不存在寻径问题，不包括网络层的应用。
这种网络的特点是连接范围窄，用户数少，配置容易，连接速率高。目前局域网最快的速率要算现今的10 Gbit/s以太网。IEEE的802标准委员会定义了多种主要的LAN网，包括以太网（Ethernet）、令牌环网（Token Ring）、光纤分布式接口网络（FDDI）、异步传输模式网（ATM）以及最新的无线局域网（WLAN），这些将在后面的章节中详细介绍。
2.城域网
城域网（Metropolitan Area Network，MAN）一般是指在一个城市，但不在同一地理范围内的计算机互连。这种网络的连接距离为10～100km，它采用的是IEEE 802.6标准。MAN与LAN相比扩展的距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上可以说是LAN网络的延伸。在一个大型城市或都市地区，一个MAN网络通常连接着多个LAN网，如连接政府机构的LAN、医院的LAN、电信的LAN、企业的LAN等。由于光纤连接的引入，使MAN中高速的LAN互连成为可能。
城域网多采用ATM技术构建骨干网。ATM是一个用于数据、语音、视频以及多媒体应用程序的高速网络传输方法。ATM包括一个接口和一个协议，该协议能够在一个常规的传输信道上，在比特率不变及变化的通信量之间进行切换。ATM 还包括硬件、软件以及与 ATM协议标准一致的介质。ATM提供一个可伸缩的主干基础设施，以便能够适应不同规模、速率以及寻址技术的网络。ATM的最大缺点就是成本太高，一般在政府城域网中应用，如邮政、银行、医院等。
3.广域网
广域网（Wide Area Network，WAN）也称为远程网，所覆盖的范围比城域网（MAN）更广，一般是在不同城市之间的LAN或者MAN网络互连，地理范围可从几百公里到几千公里。因为距离较远，信息衰减比较严重，所以这种网络一般要租用专线，通过IMP（接口信息处理）协议和线路连接起来，构成网状结构，解决寻径问题。这种网络因为所连接的用户多，总出口带宽有限，所以用户的终端连接速率一般较低，通常为9.6 kbit/s～45 Mbit/s，如原邮电部的CHINANET、CHINAPAC和CHINADDN网。
4.互联网
互联网因其英文单词“Internet”的谐音，又称为“因特网”。在互联网应用如此普及的今天，互联网已成为我们每天都要使用的一种网络。无论从地理范围，还是从网络规模来讲，它都是最大的一种网络，也就是常说的“Web”、“WWW”和“万维网”等。从地理范围来说，它是全球计算机的互连，这种网络最大的特点就是不定性，整个网络中的计算机每时每刻随着人们网络的接入在不断地变化。当接入互联网的时候，用户的计算机可以算是互联网的一部分，但一旦用户断开互联网的连接时，用户的计算机就不属于互联网了。互联网的优点是信息量大，传播范围广。无论身处何地，只要接入互联网就可以对任何联网用户发送信函和广告。因为互联网的复杂性，所以这种网络实现的技术也是非常复杂的，这些可以通过后面将要介绍的几种互联网接入设备详细地了解。
1.2.2 按拓扑结构分类
所谓拓扑（Topology）结构是指网络单元的地理位置和互连的逻辑布局，具体地讲就是网络上各节点的连接方式和形式。也就是说，网络拓扑结构代表网络的物理布局或逻辑布局，特别是计算机分布的位置以及电缆如何通过它们。设计一个网络的时候，应根据自己的实际情况选择正确的拓扑结构，每种拓扑结构都有它的优点和缺点。
目前比较流行的3种拓扑结构是总线型、星型和环型，在此基础上还可以连成树型、星环型和星线型。树型、星环型和星线型是3种基本拓扑结构的复合连接。
选择网络拓扑结构主要应考虑不同的拓扑结构对网络吞吐量、网络响应时间、网络可靠性、网络接口的复杂性和网络接口的软件开销等因素的影响，此外，还应考虑电缆的安装费和复杂程度、网络的可扩充性、隔离错误的能力以及是否易于重构等。
1.2.3 按交换技术分类
按交换技术可将网络分为线路交换网络、报文交换网络、分组交换网络等。（1）线路交换网络：在源节点和目的节点之间建立一条专用的通路用于数据传送，包括建立连接、传输数据、断开连接3个阶段。最典型的线路交换网络就是电话网络。该类网络的优点是数据直接传送，延迟小。缺点是线路利用率低，不能充分利用线路容量，不便于进行差错控制。（2）报文交换网络：将用户数据加上源地址、目的地址、长度、校验码等辅助信息并封装成报文，发送给下个节点。下个节点收到后先暂存报文，待输出线路空闲时再转发给下个节点，重复这一过程直到到达目的节点。每个报文可单独选择到达目的节点的路径。这类网络也称为存储—转发网络。其优点如下：
①可以充分利用线路容量（可以利用多路复用技术，以及空闲时间）；
②可以实现不同链路之间不同数据率的转换；
③可以实现一对多、多对一的访问，这是Internet的基础；
④可以实现差错控制；
⑤可以实现格式转换。
缺点如下：
①增加资源开销，例如辅助信息导致时间和存储资源开销；
②增加缓冲延迟；
③多个报文的顺序可能发生错误，需要额外的顺序控制机制；
④缓冲区难于管理，因为报文的大小不确定，接收方在接收到报文之前不能预知报文的大小。（3）分组交换网络：也称包交换网络，其原理是将数据分成较短的固定长度的数据块，在每个数据块中加上目的地址、源地址等辅助信息组成分组（包），按存储转发方式传输。除具有报文交换网络的优点外，还具有以下自身的优点：
①缓冲区易于管理；
②包的平均延迟更小，网络中占用的平均缓冲区更少；
③更易标准化；
④更适合应用。现在的主流网络基本上都可以看成是分组交换网络。
1.2.4 其他分类方式
1.按采用的协议分类
每层使用的协议都不同，因此按协议分类时应指明协议的区分方式。比如按网络层的关键协议来分类，可以分为IP网、IPX网等，无线网络可以分为Wi-Fi网络、蓝牙网络等。
2.按使用的传输介质分类
按传输介质可以分为有线网络和无线网络两大类。有线网络又可以分为双绞线网络、同轴电缆网络、光纤网络、光纤同轴混合网络等。无线网络又可分为无线电、微波、红外等类型。
3.按用户与网络的关联程度分类
按用户与网络的关联程度可以将计算机网络分为骨干网、接入网和驻地网。
1.3 计算机网络的组成
一个计算机网络必须具备以下3个基本要素。
①至少有两个具有独立操作系统的计算机，且它们之间有相互共享某种资源的需求；
②两个独立的计算机之间必须用某种通信手段将它们连接；
③网络中各个独立的计算机之间要能相互通信，必须制定相互可确认的规范标准或协议。
以上3个要素是组成一个网络的必要条件，缺一不可。
计算机网络是由各种连接起来的网络单元（Network Element）组成的。一个大型的计算机网络是一个复杂的系统。它是一个集计算机硬件设备、通信设施、软件系统以及数据处理能力为一体的，能够实现资源共享的现代化综合服务系统。计算机网络系统的组成可分为3部分：硬件系统、软件系统及网络信息系统。
1.硬件系统
硬件系统是计算机网络的基础，它由计算机、通信设备、连接设备及辅助设备组成。硬件系统中设备的组成形成了计算机网络的类型。下面介绍几种常用的硬件设备：（1）服务器（Server）。在计算机网络中，最核心的组成部分是计算机。在网络中，计算机按其作用分为服务器和客户机两大类。
服务器是计算机网络中向其他计算机或网络设备提供某种服务的计算机，通常按提供的服务被冠以不同的名称，如数据库服务器、邮件服务器等。常用的服务器有数据库服务器、邮件服务器、打印服务器、信息浏览服务器、文件下载服务器等。
用作服务器的计算机从其硬件本身来讲，除了处理能力较强之外并无本质区别，它只是安装了相应的服务软件才具备了向其他计算机提供相应服务的功能，因此有时一台计算机可同时装有多种服务软件而具有多种服务功能。如网络中的某台计算机同时装有数据库管理系统及邮件管理系统软件，则这台计算机在网络中既是数据库服务器，也是邮件服务器。（2）客户机（Client）。客户机是与服务器相对的一个概念。在计算机网络中享受其他计算机提供的某种服务的计算机就称为客户机。
由于服务器与客户机处理数据的要求不同，因此档次一般也不同。由于服务器一般情况下要向多个客户机提供服务，要求有较强的数据处理能力，因此一般用较高档次的计算机，并由此出现了称为专用服务器的计算机，这种计算机一般比较耐用，内存和主板采用特殊的技术，有较强的校验功能，可防止意外死机。为了防止偶然停电等问题，一般配备不间断电源系统（UPS）提供后备保护。
服务器与客户机的另一个重要区别在于服务器和客户机上安装的系统软件不同。在服务器上安装的操作系统一般能够管理和控制网络上的其他计算机，如 Windows Server 2003、Unix、VMS等。在客户机上一般安装Windows XP、Linux等操作系统。当然，客户机上的操作系统必须被服务器上的操作系统所认可，才能实现相互的服务提供与服务享受。
在一些计算机网络中，计算机之间互为客户机与服务器，即它们互相提供类似的服务和享受这些服务，这种计算机网络称为对等网络。一般情况下，对等网络中的计算机都装有相同（或相似）的操作系统，如Windows XP等。（3）网络连接设备。在计算机网络中，除了计算机外还有大量的用于计算机之间、网络与网络之间的连接设备，这些设备称为网络连接设备。这些设备一般包括网络适配器、网络传输介质、中继器、网桥、路由器、交换机。
其中网络适配器（一般指网卡）在计算机网络中负责计算机间的数据接收和发送。网络传输介质一般分为3种，即同轴电缆、双绞线和光纤，这些内容将在第2章中作详细介绍，这里不再赘述。
① 中继器（Repeater）。在计算机网络中，信号在传输介质中传递时，传输介质的阻抗会使信号越来越弱，导致信号衰减失真，当网线的长度超过一定限度后，若想再继续传递下去，必须将信号整理放大，恢复成原来的强度和形状。中继器的主要功能就是对收到的信号重新整理，使其恢复原来的波形和强度，然后继续传递下去，以实现更远距离的信号传输。
中继器是最简单的网络连接设备，它用于连接同一个网络的两个或多个网段。如用同轴电缆建立的总线型网络每段长度最大为185m，最多可有5段，则增加中继器后，总线型网络的地理范围可扩展到185×5=925m，如图1.1所示。图1.1 用中继器连接的网络
在前面的叙述中，提到了“网段”的概念。在用网络连接设备将多个网络连接起来的互联网中，可分成若干个网段（Segment）或者子网（Subnet）。网段和子网都是通过互连设备隔开的一部分。网段可以不具备独立网络的特性，但子网必须能够成为一个独立的网络。一个基本的局域网可以只有一个网段，也可由多个网段构成。网段如果具有独立网络的功能，就可称为子网。图1.1 所示的网络中，经过中继器延展，中继器两端的网络部分是网段，但不是子网。
用于构建星型网络的集线器（Hub）也是中继器的一种，因为集线器可级联起来用于扩展星型网络。
② 网桥（Bridge）。网桥是用于连接两个相似网络的设备，并可对网络的数据流进行简单管理，它不但能扩展网络的距离和范围，而且可使网络具有一定的可靠性和安全性。
如果希望信号在计算机网络中传输时，某些信号只在网络的某个区域内传输，传输到不必要的区域一方面会增加干扰，影响整体效率，另一方面对数据的安全性也不易保证。为了合理限制网络信号的传送，可使用网桥适当地分割网络。其原理是，当数据送达到网桥后，网桥会判断信号该不该传到另一端，假如不需要就把它拦截下来，以减少网络的负载，只有当数据需要穿过它送到另一端的计算机时，网桥才会让其通过。例如在图1.2所示的网络中，当计算机A要传数据给计算机B时，网桥发现A、B计算机在同一网络中，信号没有必要传到网络2中，因此网桥会阻止信号传送到网络2中。若计算机A要传送数据给计算机C，网桥则让信号通过。图1.2 用网桥连接的网络
通过以上介绍，可以看出网桥具有简单的过滤功能，为了利用好网桥的这种特性，必须设计好网桥的位置。
③ 路由器（Router）。路由器是用于连接不同类型网络的网络连接设备（见图1.3），它可为不同网络之间的用户提供最佳的通信路径，因此路由器有时也称为“路径选择器”。图1.3 用路由器连接两个不同类型的网络
网桥具有的功能，路由器都有。在计算机网络中，路由器有自己的网络地址，而网桥没有。路由器实际上是一台具有特殊用途的计算机。
在大型的网络中，为了管理网络，一般利用路由器将大型网络划分成多个子网。全球最大的互联网Internet由各种各样的网络组成，路由器是一个非常重要的组成部分。
在计算机网络中，路由器通过查找它保存的路由表确定数据从当前位置到目的地的正确路径。如果网络中的路径发生故障，路由器可选择另一路径，以保证数据的正常传输。
④交换机（Switch）。和集线器类似，交换机也是一种多端口的网络连接设备，其外观和接口与集线器一样，但交换机却更智能。交换机的这种智能体现在它会记忆哪些地址接在哪个端口上，并决定将数据送往何处，而不会送到其他不相关的端口，因此这些未受影响的端口可以同时向其他端口传送数据。交换机采用上述技术突破了集线器同时只能有一对端口工作的限制，可缓解局域网中网络流量的瓶颈问题。
在实际应用中常用的方式是将网络划分成多个小的共享式网络，主要连接部分用交换机实现独享带宽，为每一节点提供尽可能大的带宽（见图1.4）。图1.4 用交换机连接共享带宽的网络
除了上述介绍的网络连接设备外，还有其他一些常用的网络连接设备（如调制解调器），上述网络设备将在第6章的“网络互连设备”中详细介绍。
2.软件系统
计算机网络中的软件按其功能可以划分为数据通信软件、网络操作系统和网络应用软件。（1）数据通信软件。数据通信软件是指按着网络协议的要求，完成通信功能的软件。（2）网络操作系统。网络操作系统是指能够控制和管理网络资源的软件。网络操作系统的功能作用在两个级别上：在服务器机器上，为在服务器上的任务提供资源管理；在每个工作站机器上，向用户和应用软件提供一个网络环境的“窗口”。这样，向网络操作系统的用户和管理人员提供一个整体的系统控制能力。网络服务器操作系统要完成目录管理、文件管理、安全性、网络打印、存储管理、通信管理等主要服务。工作站的操作系统软件主要完成工作站任务的识别和与网络的连接，即首先判断应用程序提出的服务请求是使用本地资源还是使用网络资源。若使用网络资源则需完成与网络的连接。常用的网络操作系统有Netware系统、Windows NT系统、Unix 系统和Linux系统等。（3）网络应用软件。网络应用软件是指网络能够为用户提供各种服务的软件，如浏览查询软件、传输软件、远程登录软件、电子邮件等。
3.网络信息系统
网络信息系统是指以计算机网络为基础开发的信息系统，如各类网站、基于网络环境的管理信息系统等。
1.4 网络拓扑结构
对于LAN（局域网）用户来讲，网络拓扑结构并不十分重要，因为目前大多数的LAN 操作系统都支持多种 LAN 拓扑结构。例如 Windows 2000 操作系统，不管在总线型还是在环型网络中提供给用户的界面都一样，用户根本不用关心网络物理部件。但对于网络支持部门来讲，选择网络拓扑结构却是一项重要的工作，因为不同拓扑结构的LAN，其所采用的信号技术、信道接入协议及所能达到的网络性能都有很大的不同。
1.总线型拓扑结构
总线拓扑（Bus Topology）通常用于规模较小、简单或临时性的网络。（1）总线网络的工作原理。
在一个典型的总线网络里，通常只有一根或几根电缆，没有安装动态电子设备对信号进行放大，或将信号从一台计算机转发至另一台。也就是说，总线拓扑是一种无源拓扑。
总线型网络中所有的用户节点（计算机、终端、工作站、外围设备或电话机等）都挂接在一条广播式的公共传输总线上，它没有对网络进行集中控制的装置，如图1.5所示。图1.5 总线型拓扑结构
计算机沿电缆向上或向下发出报文信息以后，网络里的所有计算机都能接收这个信息，但其中只有一台计算机能真正接收信息。通常目标地址已编码在报文信息内，只有与目标地址相符的计算机才能接收信息，其他的计算机尽管收到，但只做简单忽略处理。
在一个特定的时刻，只能有一台计算机发出报文，所以当连接到总线网络里的计算机数目较多时，便会显著地影响网络速度。计算机发出信息之前，必须等待总线进入空闲状态。在星型和环型网络里，同样也存在这个问题。
在总线型网络中，有一个很重要的问题是信号终止。由于总线拓扑是一种无源拓扑，从起源计算机发出的电子信号会在电缆长度范围内自由传递。如果不提供终止手段，信号传输到电缆末端的时候，会马上反射回来，再向另一端传输。针对信号这样在电缆段里来回反射，这种情况称为“振铃”。为了阻止信号“振铃”的发生，必须在封闭的线缆两端分别安装一个叫终结器的终止端子，这个端子能够吸收电子信号，防止信号的反射，避免可能对网络通信带来的干扰。在总线型网络里，必须采取这样的信号终止措施。在图1.5 所示的网络中，总线的两端为终止端子。（2）总线拓扑的优点如下：
① 可以构建简单的小型网络，易于使用和掌握。
② 通信费用少。因为在覆盖范围和工作站数目相同的情况下，总线拓扑所需的线缆数量较少，比其他的配线方式便宜得多。
③ 总线网络的扩展非常方便。通过一个 BNC 同轴连接器，可将两根电缆连接成一根更长的电缆，利用这种方式，可将更多的计算机接入网络。也可用一个转发器（中继器）扩展总线网络，转发器能放大信号，允许信号在很长的距离内传输。
④ 总线的无源操作和系统的分布控制保证了网络的高度可靠性。由于公共总线仅用于收发信号的无源操作，本身具有高度的可靠性，同时分布控制方式可以保证当某一个工作站发生故障或者脱离网络的时候，不会影响其他工作站之间的通信。
⑤ 采用了广播式通信方式，没有转接站点，具有传输时延短的特性，实时性好。
⑥ 有利于组建高速的、宽带工作的综合业务局域网。（3）总线拓扑的缺点如下：
① 过重的网络负载可能会减小网络的传输速度。由于每台计算机都可以在任何时间段传输数据，而它们之间又不能互相通知来预定传输时间，因此，如果网络内连接的计算机数目较多，便会消耗大量的带宽（即传输信息的能力）。进行通信的时候，有可能某台计算机会中断其他计算机的通信。在过重的负荷下，报文时延特性和吞吐特性都会急剧恶化。
② 每个BNC同轴连接器都会衰减电子信号，如果连接数过多，会妨碍信号正常传输到目的地。
③ 总线网络一旦出现故障，例如匹配器损坏、线缆断裂等故障便很难维修，从而导致整个网络的活动停止。
④ 网络覆盖范围受到限制。采用基带传输，竞争型协议的总线网络，一般限制在 2 km以下的电缆长度所能及的范围。
2.星型拓扑结构
在星型拓扑（Star Topology）网络里，所有的线缆都从计算机连到一个中心位置，在这个位置上，用一个称为Hub（集线器）的设备将所有的线缆连接起来，如图1.6所示。图1.6 星型拓扑结构
星型拓扑用于集中式网络，在这种网络里可从一个中心位置直接访问末端计算机，如果希望以后便于对网络进行扩展或需要获得星型拓扑提供的更强的可靠性，便可以考虑构建这种类型的网络。（1）星型网络的工作原理。
在星型网络里，每台计算机都需要和一个中央集线器（Hub）相连，这个集线器能将所有计算机的报文转发给其他所有的计算机或者只发给目标计算机。
集线器可以分为有源 Hub和无源 Hub。有源 Hub 能重新生成电子信号，然后把它发给与自己相连的计算机，这种类型的Hub 也叫“多端口转发器”。有源 Hub 需要电源才能够运行。对于无源 Hub 来讲，它只是一个连接点，不能放大或重新生成信号。无源 Hub 不需要电源。现在市场上见到的基本上都是有源 Hub。
在同一个星型网络里，混合的Hub可适用于不同类型的电缆。
为了扩展星型网络的规模，可以在适当的地方再设置一个Hub，让更多的计算机或者Hub与这块Hub连接起来，这样便形成了一种混合星型网络，如图1.7所示。（2）星型网络的优点如下：
① 便于在星型网络里修改和添加新计算机，同时不会对网络的剩余部分带来任何干扰。只需简单地从计算机向中心位置拉一条新线，然后把它插入 Hub 即可。如果超出了中心 Hub的容量，可以用具有更多端口的Hub 来替换，以便连接更多的计算机。图1.7 混合星型网络
② 星型网络的中心很容易诊断网络故障。利用智能 Hub可以实现网络的集中监视与管理。
③ 如果单台计算机出现故障，整个星型网络不会受到影响。Hub可以监测到网络故障，并隔离有问题的计算机和电缆，网络的剩余部分可以照常运行。
④ 只要Hub能使用多种类型的电缆，那么在同一个网络里可以使用多种电缆类型。
⑤ 由于星型LAN的结构与传统的本地电话网类似，因此只要有电话交换机的单位，就可以利用现有的专用自动交换机系统的线路组成 LAN，如果交换机本身具有综合交换功能，则可以很容易地组建一个具有综合业务能力的LAN。
⑥ 集中控制有利于将各个工作站送来的数据进行汇总，然后与其他的网络互连，连接方便，结构简单。
⑦ 中心交换采用线路交换并具有透明性，这样任意一对工作站之间的报文传输没有转接延时，各通信对之间可以采用不同的通信协议和接口标准，有利于异种机联网，同时，网络的延时时间是确定的。（3）星型网络的缺点如下：
① 如果中央集线器出现故障，整个网络会瘫痪。
② 许多星型网络要求在中心点使用一个设备，以便传播或转换网络通信。
③ 架设星型网络的电缆费用相比之下高很多。
④ 各节点之间的通信量不能过大，否则很容易产生信息阻塞现象。
⑤ 由于线路交换方式存在接续占线的问题，这种星型网络不利于接入共享资源设备。
3.环型拓扑结构
在环型拓扑（Ring Topology）里，每台计算机都连到下一台计算机，而最后一台计算机则连至第一台计算机。环型拓扑结构如图1.8所示。
典型情况下，环型拓扑的应用场合包括高性能网络（如 FDDI 光纤网），这种网络要求预约带宽，以便提供对同步性要求很高的信息，比如影像和声音等。图1.8 环型拓扑结构（1）环型网络的工作原理。
在一个环型网络里，每台计算机都和其他的计算机首尾相连，而且每台计算机都会重新传输从上一台计算机收到的信息。信息在环中朝固定的方向流动，由于每台计算机都能重新传输自己收到的信息，所以环型网络是一种有源的网络，不会出现总线网络结构中的信号减弱和丢失问题。在这种网络里不需要采取终止措施，因为环是没有终点的。（2）环型网络的优点如下：
① 由于网络的操作是分布式和非竞争的，对于资源的分配比较公平，不管工作站处于环路的什么位置，每台计算机都有相同的访问权限，所以没有一台计算机可以垄断网络。
② 网络的性能比较稳定，能承受较重的负担。也就是说，由于公平地共享网络资源，所以随着用户数量的逐渐增加，网络性能的下降是匀速进行的。尽管速度很慢，但还是可以保证网络的正常运行，而不是一旦超出网络容量，马上中断服务。
③ 网络的接入控制和接口部件比较简单。（3）环型网络的缺点如下：
① 环上的任一台计算机出现故障，会影响到整个网络。
② 很难对一个环型网络进行故障诊断。
③ 网络的扩充不方便，添加或删除联网的计算机都会干扰整个网络的正常运行，它的扩充没有总线型网络容易。
④ 为保证环内信号的单向传输，每个节点的环接器必须是有源部件，而有源部件存在供电问题，可靠性不如无源部件。
⑤ 环内需要设置对信道资源进行管理的控制装置。
在实际架设的网络里，经常能够遇到总线型、星型、环型拓扑混合使用的情况，下面来简单介绍一下。
4.星型总线拓扑结构
星型总线拓扑是将总线和星型拓扑联合起来使用，也就是说，用总线电缆作干线，将几个星型 Hub连接起来。其拓扑结构如图1.9所示。图1.9 星型总线拓扑结构
如果一台计算机出现故障，Hub 能检测到这个故障，并将有问题的计算机隔离开。如果Hub出现故障，则与之相连的计算机便无法通信，总线网络会断为两段，相互之间也不能通信。
5.星环型拓扑结构
星环型网络中，网络的电缆布局与星型网络相似，但是中央的Hub 采取了环型的方式，外层Hub可以连到内部的Hub，从而有效地扩展了内部环的循环范围。其拓扑结构如图1.10所示。
由于多种因素，环型 LAN的实际规模局限于环接器的数目，同时，环型结构也受益于连接环接器的物理线路与实际路由选择无关。为了克服环型网络的这些问题，并允许构成大型的LAN，便出现了星环结构。
6.物理网状拓扑结构
物理网状拓扑的显著特点是设备之间的冗余链路。在一个真正的网状拓扑环境中，每个网络设备之间都有一条链路。可以设想一下，如果设备的数量较多，对整个网络的管理是难以维持的。因此，大多数的网状拓扑网络都不是真正的网状网。相反，它们是一些混合型的网状网，其中某些地方包含了一些冗余链路，但并非全部。其拓扑结构如图1.11所示。图1.10 星环型拓扑结构图1.11 网状拓扑结构
本章小结
本章主要介绍了与计算机网络相关的基础知识。首先介绍了计算机网络的概念与功能；接着介绍计算机网络可以从地域范围、拓扑结构、信息传输交换方式或协议、网络组建属性或用途等不同角度加以分类，重点讲解了地域范围和拓扑结构的分类；然后介绍了计算机网络的组成，包括硬件系统、软件系统及网络信息；最后重点讲解网络拓扑结构的几种类型。通过本章的学习可以使读者清楚地掌握网络构架的基础知识，为后面进一步的学习打下一个较好的基础。
习题
1.请以一个你所熟悉的因特网应用为例，说明对计算机网络的定义和功能的理解。
2.简述计算机网络的分类。
3.请分别举出一个局域网、城域网和广域网的例子，并说明它们的区别。
4.常用的计算机网络的拓扑结构有哪几种？各自有何特点？
5.网络互连设备有哪几种类型？相应的都用到哪些互连设备？
第2章 数据通信基础
主要内容：本章主要介绍数据通信的基础知识，包括数据通信的基本概念；信息通信过程中采用的编码技术；通信方式及传输媒体；通信过程中的多路复用技术，如频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用；数据交换技术，如分组交换；差错控制技术以及通信网的组成。
重点与难点：编码技术、通信方式及传输媒体、多路复用技术、差错控制。
2.1 数据通信的基本概念
1.通信的定义
人类在长期的社会活动中需要不断地交往和传递信息，这种传递信息的过程就称为通信。在古代，通信的方式非常简单，人与人之间的交往主要是靠手势动作和表情来实现的。随着科技的日益发展，通信这一概念无论从手段、方法、内容，还是从技术上来说，都发生很大变化，已经形成了一门独立的学科。特别是在社会已步入信息时代的今天，通信技术与电子技术、计算机技术、自动控制技术和人工智能等高新技术紧密结合，广泛地应用于社会各个方面，已成为人们生活中不可缺少的组成部分，并且在国民经济中扮演着越来越重要的角色。
2.通信系统的模型
随着科学技术的不断发展，人们传递信息的手段也在不断进步。从本质上说，无论是电话、电报、图像、计算机还是短波与移动通信等，都可以抽象地概括为图2.1 所示的一般通信系统模型。下面对通信系统模型中的各个组成部分及其功能进行简单介绍。图2.1 一般通信系统模型
需要指出的是，图2.1 所示的通信系统是一个一对一的单向通信系统，实际的通信系统往往是双向的；另外，当有多个信源对多个信宿进行通信时，为了有效地利用线路，通常要在信道中加入交换设备，这也就构成了通信网络。此外，还应指出的是，图2.1 所示的模型是适用于各类通信系统的一个抽象模型，它概括地反映各种通信系统的共性，根据研究对象与研究问题的不同，还会有不同形式的具体通信系统的模型，这些将在后续的相关章节中进行介绍。
3.信息、数据和信号
信息是指有用的知识或消息，计算机网络通信的目的就是为了交换信息。而数据则是信息的表达方式，它可以是数字、文字、声音、图形和图像等多种不同形式。例如要向朋友传递“某一天是你的生日”的信息时，总是要以某种方式表达出来，如直接用话语告诉他，或用书面文字告诉他，也可以用图片示意他。在计算机系统中，以二进制代码表示数据的不同形式。当这些二进制代码表示的数据要通过物理介质和器件进行传输时，还需要将其转换成物理信号，信号（Signal）是数据在传输过程中的电磁波表示形式。
4.模拟信号与数字信号
作为数据的电磁波表达形式，信号一般以时间为自变量，以表示数据的某个参量如振幅、频率或相位为因变量，并且按其因变量对时间的取值是否连续可分为模拟信号和数字信号。模拟信号是指信号的因变量随时间连续变化的信号，如图2.2（a）所示。电视图像信号、语音信号、温度压力传感器的输出信号以及许多遥感遥测信号都是模拟信号。数字信号是指信号的因变量不随时间连续变化的信号，通常表现为离散的脉冲形式，可表示为X(nT)，如图2.2（b）所示。显然，在数字信号中，因变量的取值状态是有限的。计算机数据、数字电话和数字电视等都可看成是数字信号。图2.2 模拟信号和数字信号
虽然模拟信号与数字信号有着明显的差别，但二者之间并不存在不可逾越的鸿沟，在一定条件下它们是可以相互转化的。模拟信号可以通过采样、编码等步骤转换成数字信号，而数字信号也可以通过解码、平滑等步骤转变为模拟信号。
5.数据通信
发送方将要发送的数据转换成信号，通过物理信道传送到数据接收方的过程就称为数据通信。由于信号可以是离散变化的数字信号，也可以是连续变化的模拟信号，所以与之相对应，数据通信可分为模拟数据通信和数字数据通信。所谓模拟数据通信是指在模拟信道上以模拟信号形式来传输数据；而数字数据通信则是指利用数字信道以数字信号方式来传递数据。
6.信源、信宿和信道
在数据通信中，通常将数据的发送方称为信源，而将数据的接收方称为信宿。信源和信宿一般是计算机或其他的一些数据终端设备。
为了在信源和信宿之间实现有效的数据传输，必须在信源和信宿之间建立一条传送信号的物理通道，这条通道被称为物理信道，简称信道。信道建立在传输介质之上，包括传输介质和附属的通信设备。通常，同一传输介质上可提供多条信道，一条信道允许一路信号通过。按传输介质的类型来划分，信道可分为有线信道和无线信道；按信道中所传输的信号类型来划分，信道可分为模拟信道和数字信道。
7.信道带宽与数据传输速率
信道带宽是指信道的频率宽度，即信道所能传输信号的频率范围。数据传输速率是指单位时间内信道上所能传输的数据量，通常以每秒比特（bit per second，简写为bit/s）作为数据传输速率的基本单位。由于信道带宽越大，则数据传输速率越高，所以常常将这两个概念等同起来。在本书中就不再对两者加以区分。
数据传输速率有两种度量单位：波特率和比特率。（1）波特率
波特率又称为波形速率或码元速率，是指数据通信系统中线路上每秒传送的波形个数。其单位是“波特”（baud）。
设一个波形的持续周期为T，则波特率B可以由下式给出。B=1/T（baud）（2）比特率
比特率又称为信息速率，简称数据率，是指发送端和接收端之间在单位时间内传输数据的平均比特数，其单位是每秒位（bit/s），或每秒千位（kbit/s）。数据传输速率反映了终端设备之间的信息处理能力，它是一段时间的平均值。它的计算与数据传输过程中的同步方式、差错编码及控制方式、多冗余字符的填充、通信控制规程等多种因素有关，通常用它来描述数据通信系统的性能。
比特率与波形速率和一个波形所携带的信息量有关，因此比特率S可以按下式计算。S=Blogn2
式中，n指一个波形代表的有效状态数，是2的整数倍。比如，二进制的一个波形可以表示“0”、“1”两种状态，故n=2。因此，logn表示一个波形能表示的二进制位数。2
当 n=2 时，S=B，即在二元制调制方式中，信号传输速率和调制速率相等。但在多元调制中，S和B不同，比如八进制中n=8，如果B=1200baud，则信号传输速率S=1200×log8=3600bit/s，请注意这一2区别。
2.2 信息编码技术
在发送端，要解决如何将二进制数据序列通过某种编码（Encoding）方式转化为可直接传送的基带信号；而在接收端，则要解决如何将收到的基带信号通过解码（Decoding）恢复成与发送端相同的二进制数据序列。下面着重介绍几种常见的数字数据编码方法。
1.不归零编码
不归零编码（Non-Return Zero，NRZ）分别采用两种高低不同的电平来表示两个二进制“0”和“1”。例如，用高电平表示“1”，低电平表示“0”，如图2.3（a）所示。NRZ 编码虽然简单，但其抗干扰能力较差。另外，由于接收方不能正确判断位的开始与结束，从而收发双方不能保持同步，需要采取另外的措施来保证发送时钟与接收时钟的同步，例如需要用另一个信道同时传送同步时钟信号。图2.3 不归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码的比较
2.曼彻斯特编码
曼彻斯特（Manchester）编码将每比特信号周期T分为前T/2和后T/2，用前T/2传送该比特的反（原）码，用后T/2传送该比特的原（反）码。所以在这种编码方式中，每一位电信号的中点（即T/2处）都存在一个电平跳变，如图2.3（b）所示。由于任何两次电平跳变的时间间隔是 T/2 或 T，所以提取电平跳变信号就可作为收发双方的同步信号，而不需要另外的同步信号，故曼彻斯特编码又称为“自含时钟编码”。另外，曼彻斯特编码采用跳变方式表达数据较NRZ 中以简单的幅度变化来表示数据具有更强的抗干扰能力。
3.差分曼彻斯特编码
差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的一种改进。它保留了Manchester编码作为“自含时钟编码”的优点，仍将每比特中间的跳变作为同步之用，但是每比特的取值则根据其开始处是否出现电平的跳变来决定。通常规定有跳变者代表二进制“0”，无跳变者代表二进制“1”，如图2.3（c）所示。之所以采用位边界的跳变方式来决定二进制的取值是因为跳变更易于检测。
2.3 通信方式及传输媒体
2.3.1 通信方式
信道是指某一方向传送信息的媒体。通信根据传输方式可分为单工、半双工、全双工。（1）单向通信（单工通信）：只能有一个方向的通信，而没有反方向的交互。（2）双向交替通信（半双工通信）：通信的双方都可以发送信息，但双方不能同时发送（当然也就不能同时接收）。（3）双向同时通信（全双工通信）：通信的双方可以同时发送和接收信息。
1.单工
在单工方式中，通信是单向进行的，就像是单行道。一条链路上的两个站点中只有一个可以进行传输，另一个只能接收，如图2.4所示。图2.4 单工方式
键盘和传统的监视器都是单工设备的例子。键盘只能接收输入，监视器只能接收输出信号。
2.半双工
在半双工方式下，每个站点都可以发送和接收，但是不能同时发送和接收。当其中一个设备发送时，另一个只能接收，反之亦然，如图2.5所示。
半双工方式像只有一个车道的双向交通。当车辆朝某个方向行驶时，向另一方向行驶的其他车辆必须等待。在半双工方式中，无论哪一方开始传输，都使用信道的整个带宽。对讲机和民用无线电就是半双工系统。
3.全双工
在全双工方式（也叫双工方式）中，两个站点可以同时进行发送和接收，如图2.6所示。图2.5 半双工方式图2.6 双工方式
全双工方式像同时允许两个方向的车辆通行的双车道公路交通。在全双工方式下，两个方向的信号共享链路带宽。这种共享可以以两种方式进行，要么链路具有两条物理上独立的传输路径，一条发送一条接收，或者同时传输的两个方向的信号将信道的带宽一分为二。
2.3.2 网络传输介质
网络传输介质是网络中发送方与接收方之间的物理通路，它对网络数据通信的质量有很大的影响。常用的网络传输介质有4种：同轴电缆、双绞线、光纤（光导纤维）、无线传输介质。
1.同轴电缆
同轴电缆因两股电缆同轴而得名，它是一种功能强、用处大的传输介质。同轴电缆由内部导体环绕绝缘层以及绝缘层外的金属屏蔽网和最外层的护套组成。这种结构的金属屏蔽网可防止中心导体向外辐射电磁场，也可防止外界电磁场干扰中心导体的信号。它屏蔽干扰能力强，分段距离大。图2.7所示为同轴电缆的结构。同轴10Base-5/2电缆可以具有10Mbit/s的传输速率。10Base-5的最大分段长度约为500m/段，10Base-2大约是180m/段。图2.7 同轴电缆
在LAN技术中，常用的同轴电缆有以下几种：（1）RG-8和RG-11，通常用来实现粗缆Ethernet。（2）RG-58，通常用来实现细缆Ethernet。（3）RG-59，通常用来实现电视传输，其阻抗为75Ω，也可用于宽带数据网络。（4）RG-62，ARCnet用来连接IBM 3270终端的93Ω的同轴电缆。
2.双绞线
双绞线是目前应用最普遍的传输媒介。它是必须掌握的组网传输媒介，这是因为常见的网络多半是由双绞线构成的。双绞线是由两条导线按一定扭距绞合在一起的，类似于电话线的传输媒体，每根线加绝缘层并用不同颜色的色标来标记。成对线的扭绞旨在使电磁辐射和外部电磁干扰减到最小。整个电缆外部通常包裹一层PVC外套，可以使电缆不被触碰损坏并且保持其环境不受外界干扰，如图2.8所示。图2.8 双绞线
双绞线通常用于传输 10～100Mbit/s的数据，不过传输速率会因传输差错而降低，比如数据丢失、数据重复、电磁干扰（EMI）等。双绞线按其电气特性进行分级或分类。
双绞线通常有两大类，分别是非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）和屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP），现在应用比较普遍的是非屏蔽双绞线。根据 EIA/TIA（电气工业协会/电信工业协会）设计的规格，双绞线有五大类，但是 EIA/TIA 在定义双绞线电缆的电线类标准时，仅针对非屏蔽双绞线（UTP）。
第一类双绞线通常在 LAN 技术中不使用，主要用于模拟话音传输。
第二类双绞线可用于综合业务数据网（数据），以及数字话音IBM 3270等，其数据传输速率最高为4Mbit/s，在基于令牌传输协议的网络上比较常用。以上两类双绞线在LAN技术中很少使用。
第三类双绞线又称为音频电缆，是一种24AWG的4对非屏蔽双绞线，符合EIA/TIA568标准中确定的100Ω水平布线电缆的要求，可用来进行10Mbit/s和IEEE 802.3 10Base-T的语音和数据传输，最大速度可达 l0Mbit/s。
第四类双绞线在性能上比第三类有一定改进，适用于包括16Mbit/s令牌环局域网在内的数据传输要求，其传输特性满足 EIA/TIA Technical Services Bulletin 定义的第四类电缆的规范，也满足NEMA和UL Twisted-pair Qualification Program 定义的规范。这类双绞线可以是UTP，也可以是STP。
第五类双绞线是24AWG的4对电缆，比100Ω低损耗电缆具有更好的传输特性，并适用于16Mbit/s以上的速率，最高可达100Mbit/s。
150Ω的STP是另外一种高性能屏蔽式22AWG或24AWG的电缆，它支持的数据传输速率可达100Mbit/s或更高，并支持600MHz 频带上的全息图像。
目前市场上还有一种超五类双绞线，它的性能比五类双绞线有很大的提高。超五类线缆用于宽带、高速网络的前端，其内部有4对相互绝缘的导线，4对导线外是PVC护套。
五类或超五类双绞线是目前市场上最流行的以太网电缆。
注：16AWG、18AWG、24AWG、26AWG等是表示电缆直径的方法，其中AWG（American Wire Gauge）是美制电线标准的简称。
3.光纤
光纤不仅在目前被大量使用，而且在今后相当长的时期内都将被继续使用，主要原因是这种传输介质具有很大的带宽。光纤与电导体构成的传输介质最根本的差别是，它传输的信息是光束，而非电信号，因此，光纤传输的信号不受电磁波的干扰。
光纤由单根玻璃光纤、紧靠纤心的包层以及塑料保护涂层组成，如图2.9 所示。要使用光纤传输信号，光纤两端必须配有光发射机和接收机，光发射机执行从光信号到电信号的转换。实现电光转换的通常是发光二极管（LED）或注入式激光二极管（ILD）；实现光电转换的是光电二极管或光电三极管。图2.9 单芯光纤
根据光在光纤中的传播方式，光纤可分为两种类型：多模光纤和单模光纤。多模光纤又根据其包层的折射率分为突变型折射率光纤和渐变型折射率光纤。以突变型折射率光纤作为传输媒介时，发光管以小于临界角发射的所有光都在光缆包层界面进行反射，并通过多次内部反射沿纤心传播。这种类型的光纤适用于适度比特率的场合。
多模渐变型折射率光纤通过使用具有可变折射率的纤心材料来减小散射，折射率随离开纤心的距离增加，使光沿纤心的传播路径像一个正弦波。
将光纤心直径减小到一种波长（3～10μm），可进一步改进光纤的性能，在这种情况下，所有发射的光都沿直线传播，这种光纤称为单模光纤。这种单模光纤通常使用ILD作为发光元件，可操作的速率为数百兆比特每秒。
从上述3种光纤接收的信号看，单模光纤接收的信号与输入的信号最接近，多模渐变型次之，多模突变型接收的信号散射最严重，因而它所获得的速率最低。
4.无线传输介质
空气也能够作为网络数据传输的介质，就像大家都知道的，广播电台和电视台都通过空气以模拟信号的形式传输信息，当然空气也能传输数字信号，通过空气传输信号的网络就是无线网络。无线局域网通常使用红外线或者射频（PF）信号传输信息，便携式计算机上使用的红外线装置就是这样的设备。另外，微波和卫星连接也可以无线传输数据，但是这两种方式主要应用于广域网通信或者远距离的局域网通信。
红外传输网络使用红外线通过空气传输数据，这种网络可以使用两种类型的红外传输方式：直接或者间接。
直接红外传输要求发射方和接收方彼此处于视线内，不能在没有
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