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基带同轴电缆用于直接传输数字信号，阻抗为50Ω，基带同轴电缆的最大距离限制在几公里；宽带同轴电缆既可传输数字信号也可传输模拟信号，阻抗为75Ω，宽带电缆的最大距离可以达几十公里。

图2.14 交换网络的拓扑结构

　2.3.1 电路交换的工作原理

　1.电路交换的三个过程
　　1)电路建立：在传输任何数据之前，要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。如图2.14所示,若H1站要与H3站连接，典型的做法是，H1站先向与其相连的A节点提出请求，然后A节点在通向C节点的路径中找到下一个支路。比如A节点选择经B节点的电路，在此电路上分配一个未用的通道，并告诉B它还要连接C节点；B再呼叫C，建立电路BC，最后，节点C完成到H3站的连接。这样A与C之间就有一条专用电路ABC，用于H1站与H3站之间的数据传输。
　　2)数据传输：电路ABC建立以后，数据就可以从A发送到B，再由B交换到C；C也可以经B向A发送数据。在整个数据传输过程中，所建立的电路必须始终保持连接状态。
　　3)电路拆除：数据传输结束后，由某一方（A或C）发出拆除请求，然后逐节拆除到对方节点。

　2.电路交换技术的优缺点及其特点
　　1)优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。
　　2)缺点：在某些情况下，电路空闲时的信道容易被浪费：在短时间数据传输时电路建立和拆除所用的时间得不偿失。因此，它适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。
　　3)特点：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于猝发式的通信，电路交换效率不高。

　2.3.2 报文交换的工作原理

　　问题的提出：当端点间交换的数据具有随机性和突发性时，采用电路交换方法的缺点是信道容量和有效时间的浪费。采用报文交换则不存在这种问题。

　1.报文交换原理
　　报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。
　　每个节点在收到整个报文并检查无误后，就暂存这个报文，然后利用路由信息找出下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点。因此，端与端之间无需先通过呼叫建立连接。
　　一个报文在每个节点的延迟时间，等于接收报文所需的时间加上向下一个节点转发所需的排队延迟时间之和。

　2.报文交换的特点
　　1)报文从源点传送到目的地采用"存储--转发"方式，在传送报文时，一个时刻仅占用一段通道。
　　2)在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队，故报文交换不能满足实时通信的要求。
　　
　3.报文交换的优点
　　1)电路利用率高。由于许多报文可以分时共享两个节点之间的通道，所以对于同样的通信量来说，对电路的传输能力要求较低。
　　2)在电路交换网络上，当通信量变得很大很大时，就不能接受新的呼叫。而在报文交换网络上，通信量大时仍然可以接收报文，不过传送延迟会增加。
　　3)报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。
　　4)报文交换网络可以进行速度和代码的转换。

　4.报文交换的缺点
　　1)不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过网络的延迟时间长且不定。
　　2)有时节点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文，而且发出的报文不按顺序到达目的地。

　2.3.3 分组交换的工作原理

　　分组交换是报文交换的一种改进，它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度。它适用于交互式通信，如终端与主机通信。分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种。它是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。

　1.虚电路分组交换原理与特点
　　在虚电路分组交换中，为了进行数据传输，网络的源节点和目的节点之间要先建一条逻辑通路。每个分组除了包含数据之外还包含一个虚电路标识符。在预先建好的路径上的每个节点都知道把这些分组引导到哪里去，不再需要路由选择判定。最后，由某一个站用清除请求分组来结束这次连接。它之所以是“虚”的，是因为这条电路不是专用的。
　　虚电路分组交换的主要特点是：在数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。但并不像电路交换那样有一条专用通路，分组在每个节点上仍然需要缓冲，并在线路上进行排队等待输出。

　2.数据报分组交换原理与特点
　　在数据报分组交换中，每个分组的传送是被单独处理的。每个分组称为一个数据报，每个数据报自身携带足够的地址信息。一个节点收到一个数据报后，根据数据报中的地址信息和节点所储存的路由信息，找出一个合适的出路，把数据报原样地发送到下一节点。由于各数据报所走的路径不一定相同，因此不能保证各个数据报按顺序到达目的地，有的数据报甚至会中途丢失。整个过程中，没有虚电路建立，但要为每个数据报做路由选择。

　2.3.4 各种数据交换技术的性能比较

图2.15 几种交换方法的时序图

　1.电路交换：在数据传输之前必须先设置一条完全的通路。在线路拆除(释放)之前，该通路由一对用户完全占用。电路交换效率不高，适合于较轻和间接式负载使用租用的线路进行通信。

　2.报文交换：报文从源点传送到目的地采用存储转发的方式，报文需要排队。因此报文交换不适合于交互式通信，不能满足实时通信的要求。

　3.分组交换：分组交换方式和报文交换方式类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大长度。分组交换技术是在数据网中最广泛使用的一种交换技术，适用于交换中等或大量数据的情况。
2.4 拓扑结构与传输媒体 T6H"ER$

　2.4.1 拓扑结构

　　网络拓扑是指网络形状，或者是它在物理上的连通性。网络的拓扑结构主要有：星形拓扑、总线拓扑、环形拓扑、树形拓扑、混合拓扑及网形拓扑。

图2.16 各种网络拓扑

　　拓扑结构的选择往往与传输媒体的选择及媒体访问控制方法的确定紧密相关。在选择网络拓扑结构时，应考虑的因素有下列几点：
　　1)可靠性。
　　2)费用。
　　3)灵活性。
　　4)响应时间和吞吐量。

　1.星形拓扑的特点及优缺点
　　优点：1)控制简单；2)故障诊断和隔离容易；3)方便服务；
　　缺点：1)电缆长度和安装工作量可观；2)中央节点负担较重，形成瓶颈；3)各站点的分布处理能力较低。

　2.总线拓扑的特点及优缺点
　　优点：1)总线结构所需电缆数量少；2)结构简单又是无源工作，有较高的可靠性；3)易于扩充，增减用户方便。
　　缺点：1)传输距离有限，通信范围受到限制；2)故障诊断和隔离困难；3)分布式协议不保证信息及时传送，不具实时功能。站点必须是智能的，要有媒体访问控制功能，增加站点软件和硬件的开销。

　3.环形拓扑的特点及优缺点
　　优点：1)电缆长度短；2)增减工作站时只需简单连接；3)可用光纤。
　　缺点：1)节点故障会引起全网的故障；2)故障难检测；3)媒体访问协议都用令牌传递方式，在负载很轻时，信道利用率较低。

　4.树形拓扑的定义及优缺点
　　树形拓扑：从总线拓扑演变而来，像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可带子分支。树根接收各站点发送的数据，然后再广播发送到全网。
　　优点：1)易于扩展；2)故障隔离较容易。
　　缺点：1)节点对根依赖性太大，若根发生故障，则全网不能正常工作。

　5.混合形拓扑的定义及优缺点
　　混合形拓扑：将两种单一拓扑结构混合起来，取两者的优点构成的拓扑。
　　优点：1)故障诊断和隔离方便；2)易于扩展；3)安装方便；
　　缺点：1)需用带智能的集中器；2)集中器到各站点的电缆长度会增加。

　6.网形拓扑的特点及优缺点
　　优点：1)应用广泛；2)不受瓶颈问题和失效问题的影响。
　　缺点：1)结构较复杂，网络协议也复杂，建设成本高。　　

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2.4.2 传输媒体

　　传输媒体是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路，计算机网络中采用的传输媒体分有线和无线两大类。
　　传输媒体的特性对网络数据通信的质量有很大影响，这些特征是：
　　⑴物理特性：说明传输媒体的特性。
　　⑵传输特性：包括是使用模拟信号发送还是使用数字信号发送、调制技术、传输容量及传输频率范围。
　　⑶连通性：采用点到点连接还是多点连接。
　　⑷地理范围：在不用中间设备并将失真限制在允许范围内的情况下，整个网络所允许的最大距离。
　　⑸抗干扰性：防止噪音、电磁干扰对传输数据影响的能力。
　　⑹相对价格：包括元件、安装和维护等价格。

　1.有线传输媒体　

　　1)双绞线(TP)--由螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成。双绞线一般分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。计算机网络中最常用的是第三类和第五类非屏蔽双绞线。
　　⑴物理特性：铜质线芯，传导性能良好。
　　⑵传输特性：可用于传输模拟信号和数字信号，对于模拟信号，约5--6公里需要一个放大器；对于数字信号，约2--3公里需要一个中继器。双绞线的带宽达268kHz。
　　对于模拟信号，可用频分多路复用技术把它分成24路来传输音频模拟信号，根据目前的Modem技术，若使用移相键控法PSK，每路可达9600bps以上，这样，在一条24路的双绞线上，总传输率可达230kbps。
　　对于数字信号，使用T1线路总传输率可达1.544Mbps。达到更高传输率也是可能的，但与距离有关。
　　对于局域网(10BASE-T和100BASE-T总线)，传输速率可达10Ｍbps-100Ｍbps。常用的3类双绞线和5类双绞线电缆均由4对双绞线组成，3类双绞线传输速率可达10Ｍbps，5类双绞线传输速率可达100Ｍbps。但与距离有关。
　　⑶连通性：可用于点到点连接或多点连接。
　　⑷地理范围：对于局域网，速率100Kbps,可传输1公里；速率10Mbps--100Mbps,可传输100米。
　　⑸抗干扰性：低频(10kHz以下)抗干扰性能强于同轴电缆，高频(10-100kHz)抗干扰性能弱于同轴电缆。
　　⑹相对价格：比同轴电缆和光纤便宜得多。

　　2)同轴电缆--由绕同一轴线的两个导体所组成，被广泛用于局域网中。为保持同轴电缆的正确电气特性，电缆必须接地，同时两头要有端接器来削弱信号反射作用。

图2.17 同轴电缆

　　⑴物理特性：单根同轴电缆直径约为1.02-2.54cm，可在较宽频范围工作。
　　⑵传输特性：基带同轴电缆仅用于数字传输，阻抗为50Ω，并使用曼彻斯特编码，数据传输速率最高可达10Mbps。宽带同轴电缆可用于模拟信号和数字信号传输，阻抗为75Ω，对于模拟信号，带宽可达300-450MHz。在CATV电缆上，每个电视通道分配6MHz带宽，而广播通道的带宽要窄得多，因此，在同轴电缆上使用频分多路复用技术可以支持大量的视、音频通道。基带50
　　⑶连通性：可用于点到点连接或多点连接。
　　⑷地理范围：基带同轴电缆的最大距离限制在几公里；宽带电缆的最大距离可以达几十公里。。
　　⑸抗干扰性：能力比双绞线强。
　　⑹相对价格：比同轴电缆贵，比光纤便宜。

　　3)光纤--由能传导光波的石英玻璃纤维外加保护层构成的。光纤具有宽带、数据传输率高、抗干扰能力强、传输距离远等优点。按使用的波长区的不同分为单模和多模光纤通信方式。

图2.18 光纤的电信号传送过程

　　⑴物理特性：在计算机网络中均采用两根光纤(一来一去)组成传输系统。按波长范围可分为三种：0.85um波长(0.8-0.9um)、1.3um波长(1.25-1.35um)和1.55um波长区(1.53-1.58um)。不同的波长范围光纤损耗特性也不同，其中0.85um波长区为多模光纤通信方式，1.55um波长区为单模光纤通信方式，1.3um波长区有多模和单模两种方式。
　　⑵传输特性：光纤通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号，内部的全反射可以在任何折射指数高于包层媒体折射指数的透明媒体中进行。实际上光纤作为频率范围从10¹⁴-10¹⁵Hz的波导管，这一范围覆盖了可见光谱和部分红外光谱。光纤的数据传输率可达Gbps级，传输距离达数十公里。目前，一条光纤线路上只能传输一个载波，随着技术进一步发展，会出现实用的多路复用光纤。
　　⑶连通性：采用点到点连接还是多点连接。
　　⑷地理范围：可以在6-8公里的距离内不用中继器传输，因此光纤适合于在几个建筑物之间通过点到点的链路连接局域网。
　　⑸抗干扰性：不受噪声或电磁影响，适宜在长距离内保持高数据传输率，而且能够提供良好的安全性。
　　⑹)相对价格：目前价格比同轴电缆和双绞线都贵。

　2.无线传输媒体

　　1)微波通信：载波频率为2GHZ至40GHZ。频率高，可同时传送大量信息；由于微波是沿直线传播的，故在地面的传播距离有限。
　　
　　2)卫星通信：是利用地球同步卫星作为中继来转发微波信号的一种特殊微波通信形式。卫星通信可以克服地面微波通信距离的限制，三个同步卫星可以覆盖地球上全部通信区域。
　　
　　3)红外通信和激光通信：和微波通信一样，有很强的方向性，都是沿直线传播的。但红外通信和激光通信要把传输的信号分别转换为红外光信号和激光信号后才能直接在空间沿直线传播。
　　微波、红外线和激光都需要在发送方和接收方之间有一条视线通路，故它们统称为视线媒体。

　3.传输媒体的选择
　　取决于以下诸因素；网络拓扑的结构、实际需要的通信容量、可靠性要求、能承受的价格范围。

　4.基带同轴电缆与宽带同轴电缆
　　基带同轴电缆用于直接传输数字信号，阻抗为50Ω，基带同轴电缆的最大距离限制在几公里；宽带同轴电缆既可传输数字信号也可传输模拟信号，阻抗为75Ω，宽带电缆的最大距离可以达几十公里。

第2章　计算机网络基础知识

2.5 差错控制方法 T6H"ER$

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2.5.1 差错的产生原因及其控制方法 8[bkHfI

　　差错控制在数据通信过程中能发现或纠正差错，把差错限制在尽可能小的允许范围内的技术和方法。
　　信号在物理信道中传输时，线路本身电器特性造成的随机噪声、信号幅度的衰减、频率和相位的畸变、电器信号在线路上产生反射造成的回音效应、相邻线路间的串扰以及各种外界因素（如大气中的闪电、开关的跳火、外界强电流磁场的变化、电源的波动等）都会造成信号的失真。在数据通信中，将会使接受端收到的二进制数位和发送端实际发送的二进制数位不一致，从而造成由“0”变成“1”或由“1”变成“0”的差错。

　1.热噪声和冲击噪声
　　传输中的差错都是由噪声引起的。噪声有两大类，一类是信道固有的、持续存在的随机热噪声；另一类是由外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声。
　　热噪声引起的差错称为随机差错所引起的某位码元的差错是孤立的，与前后码元没有关系。它导致的随机错通常较少。
　　冲击噪声呈突发状，由其引起的差错称为突发错。冲击噪声幅度可能相当大，无法靠提高幅度来避免冲击噪声造成的差错，它是传输中产生差错的主要原因。冲击噪声虽然持续时间较短，但在一定的数据速率条件下，仍然会影响到一串码元。

　2.差错的控制方法
　　最常用的差错控制方法是差错控制编码。数据信息位在向信道发送之前，先按照某种关系附加上一定的冗余位，构成一个码字后再发送，这个过程称为差错控制编码过程。接收端收到该码字后，检查信息位和附加的冗余位之间的关系，以检查传输过程中是否有差错发生，这个过程称为检验过程。
　　差错控制编码可分为检错码和纠错码。
　　①检错码－－能自动发现差错的编码；
　　②纠错码－－不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码。
　　差错控制方法分两类，一类是自动请求重发ARQ，另一类是前向纠错FEC。
　　在ARQ方式中，当接收端发现差错时，就设法通知发送端重发，直到收到正确的码字为止。ARQ方式只使用检错码。
　　在FEC方式中，接收端不但能发现差错，而且能确定二进制码元发生错误的位置，从而加以纠正。FEC方式必须使用纠错码。

　3.编码效率
　　衡量编码性能好坏的一个重要参数是编码效率R，它是码字中信息位所占的比例。编码效率越高，即R越大，信道中用来传送信息码元的有效利用率就越高。编码效率计算公式为：
　　　　　　　　　　　　R=k/n=k/(k+r)
　　式中　k为码字中的信息位位数
　　　　　r为编码时外加冗余位位数
　　　　　n为编码后的码字长度

　2.5.2 奇偶校验码

　　奇偶校验码是一种通过增加冗余位使得码字中“１”的个数为奇数或偶数的编码方法，它是一种检错码。

　1.垂直奇偶校验的特点及编码规则

发送顺序 8[bkHfI	↑ 8[bkHfI │ 8[bkHfI │ 8[bkHfI │ 8[bkHfI │ 8[bkHfI	I₁₁ I₁₂ ... I_1q 8[bkHfI	┐ 8[bkHfI │ 8[bkHfI │ 8[bkHfI │ 8[bkHfI ┘ 8[bkHfI	信 8[bkHfI 息 8[bkHfI 位 8[bkHfI
		I₂₁ I₂₂ ... I_2q 8[bkHfI
		...... 8[bkHfI
		I_p1 I_p2 ... I_pq 8[bkHfI
		r₁r₂ ... r_q 8[bkHfI	冗余位 8[bkHfI

　　1)编码规则：
　　偶校验：r_i=I_1i+I_2i+...+I_pi　(i=1,2,...,q)
　　奇校验：r_i=I_1i+I_2i+...+I_pi+1(i=1,2,...,q)
　　式中 p为码字的定长位数
　　　　 q为码字的个数
　　垂直奇偶校验的编码效率为R=p/(p+1)。

　　2)特点：垂直奇偶校验又称纵向奇偶校验，它能检测出每列中所有奇数个错，但检测不出偶数个的错。因而对差错的漏检率接近1/2。

位\数字 8[bkHfI		0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8[bkHfI
C₁ 8[bkHfI		0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 8[bkHfI
C₂ 8[bkHfI		0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 8[bkHfI
C₃ 8[bkHfI		0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 8[bkHfI
C₄ 8[bkHfI		0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 8[bkHfI
C₅ 8[bkHfI		1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8[bkHfI
C₆ 8[bkHfI		1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8[bkHfI
C₇ 8[bkHfI		0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8[bkHfI
偶 8[bkHfI	C₀ 8[bkHfI	0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 8[bkHfI
奇 8[bkHfI		1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 8[bkHfI

　2.水平奇偶校验的特点及编码规则
　　1)编码规则：

发送顺序 8[bkHfI 8[bkHfI 8[bkHfI	↑ 8[bkHfI │ 8[bkHfI │ 8[bkHfI │ 8[bkHfI │ 8[bkHfI 8[bkHfI 8[bkHfI	I₁₁ I₁₂ ... I_1q 8[bkHfI	r_{1 8[bkHfI}r₂ 8[bkHfI .... 8[bkHfI r_p 8[bkHfI	8[bkHfI
		I₂₁ I₂₂ ... I_2q 8[bkHfI
		...... 8[bkHfI
		I_p1 I_p2 ... I_pq 8[bkHfI
		_{└──────┘} 8[bkHfI	↑ 8[bkHfI
		信息位 8[bkHfI	冗余位 8[bkHfI

　　偶校验：r_i=I_i1+I_i2+...+I_iq　(i=1,2,...,p)
　　奇校验：r_i=I_i1+I_i2+...+I_iq+1(i=1,2,...,p)
　　式中 p为码字的定长位数
　　　　 q为码字的个数
　　水平奇偶校验的编码效率为R=q/(q+1)。

　　2)特点：水平奇偶校验又称横向奇偶校验，它不但能检测出各段同一位上的奇数个错，而且还能检测出突发长度<=p的所有突发错误。其漏检率要比垂直奇偶校验方法低，但实现水平奇偶校验时，一定要使用数据缓冲器。

位\数字 8[bkHfI	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8[bkHfI	偶校验 8[bkHfI
C₁ 8[bkHfI	0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 8[bkHfI	1 8[bkHfI
C₂ 8[bkHfI	0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 8[bkHfI	0 8[bkHfI
C₃ 8[bkHfI	0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 8[bkHfI	0 8[bkHfI
C₄ 8[bkHfI	0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 8[bkHfI	0 8[bkHfI
C₅ 8[bkHfI	1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8[bkHfI	1 8[bkHfI
C₆ 8[bkHfI	1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8[bkHfI	1 8[bkHfI
C₇ 8[bkHfI	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8[bkHfI	0 8[bkHfI

　3.水平垂直奇偶校验的特点及编码规则
　　1)编码规则：

发送顺序 8[bkHfI	↑ 8[bkHfI │ 8[bkHfI │ 8[bkHfI │ 8[bkHfI │ 8[bkHfI	I₁₁ 8[bkHfI	I₁₂ 8[bkHfI	... 8[bkHfI	I_1q 8[bkHfI	r_1,q+1 8[bkHfI
		I₂₁ 8[bkHfI	I₂₂ 8[bkHfI	... 8[bkHfI	I_2q 8[bkHfI	r_2,q+1 8[bkHfI
		...... 8[bkHfI				... 8[bkHfI
		I_p1 8[bkHfI	I_p2 8[bkHfI	... 8[bkHfI	I_pq 8[bkHfI	r_p,q+1 8[bkHfI
		r_p+1,1 8[bkHfI	r_p+1,2 8[bkHfI	... 8[bkHfI	r_p+1,q 8[bkHfI	r_p+1,q+1 8[bkHfI

　　若水平垂直都用偶校验，则　　　
　　　　　　r_i,q+1=I_i1+I_i2+...+I_iq(i=1,2,...,p)

　　　　　　r_p+1,j=I_1j+I_2j+...+I_pj(j=1,2,...,q)

　　　　　　r_p+1,q+1=r_p+1,1+r_p+1,2+...+r_{p+1,q -hZlFAZi}_-hZlFAZi=r_1,q+1+r_2,q+1+...+r_{p,q+1 -hZlFAZi}
　　水平垂直奇偶校验的编码效率为R=pq/[(p+1)(q+1)]。

　　2)特点：水平垂直奇偶校验又称纵横奇偶校验。它能检测出所有3位或3位以下的错误、奇数个错、大部分偶数个错以及突发长度<=p+1的突发错。可使误码率降至原误码率的百分之一到万分之一。还可以用来纠正部分差错。有部分偶数个错不能测出。适用于中、低速传输系统和反馈重传系统。

位\数字 -hZlFAZi	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -hZlFAZi	校验码字 -hZlFAZi
C₁ -hZlFAZi	0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 -hZlFAZi	1 -hZlFAZi
C₂ -hZlFAZi	0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 -hZlFAZi	0 -hZlFAZi
C₃ -hZlFAZi	0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 -hZlFAZi	0 -hZlFAZi
C₄ -hZlFAZi	0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 -hZlFAZi	0 -hZlFAZi
C₅ -hZlFAZi	1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -hZlFAZi	1 -hZlFAZi
C₆ -hZlFAZi	1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -hZlFAZi	1 -hZlFAZi
C₇ -hZlFAZi	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -hZlFAZi	0 -hZlFAZi
C₈ -hZlFAZi	0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 -hZlFAZi	1 -hZlFAZi

　2.5.3 循环冗余码（CRC）
　1.CRC的工作方法
　　在发送端产生一个循环冗余码，附加在信息位后面一起发送到接收端，接收端收到的信息按发送端形成循环冗余码同样的算法进行校验，若有错，需重发。
　2.循环冗余码的产生与码字正确性检验例子。
　例1.已知：信息码:110011　信息多项式:K(X)=X⁵+X⁴+X+1
　　　　　　生成码:11001 　生成多项式:G(X)=X⁴+X³+1(r=4)
　　　　求：循环冗余码和码字。
　　解：1)(X⁵+X⁴+X+1)*X⁴的积是 X⁹+X⁸+X⁵+X⁴ 对应的码是1100110000。
　　　　2)积／G(X)(按模二算法)。
　　　　由计算结果知冗余码是1001，码字就是1100111001。

　　　　　　　　　　　　　　1 0 0 0 0 1←Q(X)
　　G(x)→1 1 0 0 1 )1 1 0 0 1 1 0 0 0 0←F(X)*X^r　
　　　　　　　　　　 1 1 0 0 1　　　　　，
　　　　　　　　　　　　　　　 1 0 0 0 0
　　　　　　　　　　　　　　　 1 1 0 0 1
　　　　　　　　　　　　　　　　1 0 0 1←R(X)(冗余码)

　例2.已知：接收码字:1100111001　多项式:T(X)=X⁹+X⁸+X⁵+X⁴+X³+1
　　　　　　生成码　:　　11001 生成多项式:G(X)=X⁴+X³+1(r=4)
　　　　求：码字的正确性。若正确，则指出冗余码和信息码。
　　解：1)用字码除以生成码，余数为0，所以码字正确。

　　　　　　　　　　　　　1 0 0 0 0 1←Q(X)
　G(x)→1 1 0 0 1 )1 1 0 0 1 1 1 0 0 1←F(X)*X^r＋R(x)　
　　　　　　　　　 1 1 0 0 1　　　　　，
　　　　　　　　　　　　　　 1 1 0 0 1
　　　　　　　　　　　　　　 1 1 0 0 1
　　　　　　　　　　　　　　　　　　0←S(X)(余数)

　　　　2)因r=4，所以冗余码是：11001，信息码是:110011
　　　　

　3.循环冗余码的工作原理
　　循环冗余码CRC在发送端编码和接收端校验时，都可以利用事先约定的生成多项式G(X)来得到，K位要发送的信息位可对应于一个(k-1)次多项式K(X),r位冗余位则对应于一个(r-1)次多项式R(X)，由r位冗余位组成的n=k+r位码字则对应于一个(n-1)次多项式T(X)=Xr*K(X)+R(X)。

　4.循环冗余校验码的特点
　　1)可检测出所有奇数位错；
　　2)可检测出所有双比特的错；
　　3)可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错。

　5.4种生成码(P44)

　2.5.4 海明码

　1.海明码的概念

　　海明码是一种可以纠正一位差错的编码。它是利用在信息位为k位，增加r位冗余位，构成一个n=k+r位的码字，然后用r个监督关系式产生的r个校正因子来区分无错和在码字中的n个不同位置的一位错。它必需满足以下关系式：
　　　　　　　　　２^r>=n+1 或 2^r>=k+r+1
　　海明码的编码效率为：
　　　　　　　　　　　　R=k/(k+r)
　　式中 k为信息位位数
　　　　 r为增加冗余位位数

　2.海明码的生成与接收

　方法一：（按教科书）

　1)海明码的生成。

　例1.已知：信息码为："0010"。海明码的监督关系式为：
　　　　　　　　S₂=a₂+a₄+a₅+a₆
　　　　　　　　S₁=a₁+a₃+a₅+a_{6 -hZlFAZi}　　　　　　　　S₀=a₀+a₃+a₄+a_{6 -hZlFAZi}
　　　　求：海明码码字。

　　解：1)由监督关系式知冗余码为a₂a₁a₀。
　　　　2)冗余码与信息码合成的海明码是："0010a₂a₁a₀"。
　　　　　设S₂=S₁=S₀=0,由监督关系式得：
　　　　　　　　a₂=a₄+a₅+a₆=1
　　　　　　　　a₁=a₃+a₅+a₆=0_-hZlFAZi　　　　　　　　a₀=a₃+a₄+a₆=1_-hZlFAZi　因此，海明码码字为："0010101"
　　　　
　2)海明码的接收。

　例2.已知：海明码的监督关系式为：
　　　　　　　　S₂=a₂+a₄+a₅+a₆
　　　　　　　　S₁=a₁+a₃+a₅+a_{6 -hZlFAZi}　　　　　　　　S₀=a₀+a₃+a₄+a₆

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接收码字为："0011101"(n=7)

　　　　求：发送端的信息码。

　　解：1)由海明码的监督关系式计算得S₂S₁S₀=011。
　　　　2)由监督关系式可构造出下面错码位置关系表：

S₂S₁S₀ -hZlFAZi	000 -hZlFAZi	001 -hZlFAZi	010 -hZlFAZi	100 -hZlFAZi	011 -hZlFAZi	101 -hZlFAZi	110 -hZlFAZi	111 -hZlFAZi
错码位置 -hZlFAZi	无错 -hZlFAZi	a₀ -hZlFAZi	a₁ -hZlFAZi	a₂ -hZlFAZi	a₃ -hZlFAZi	a₄ -hZlFAZi	a₅ -hZlFAZi	a₆ -hZlFAZi

　　　　3)由S₂S₁S₀=011查表得知错码位置是a₃。
　　　　4)纠错--对码字的a₃位取反得正确码字："0 0 1 0 1 0 1"
　　　　5)把冗余码a₂a₁a₀删除得发送端的信息码："0010"

　方法二：(不用查表，方便编程)

　1)海明码的生成（顺序生成法）。

　例3.已知：信息码为：" 1 1 0 0 1 1 0 0 "　(k=8)
　　　　求：海明码码字。
　　解：1)把冗余码A、B、C、…，顺序插入信息码中，得海明码
　　　　　　码字:" A B 1 C 1 0 0 D 1 1 0 0 "
　　　　　码位:　1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
　　　　　其中A,B,C,D分别插于2^k位(k=0,1,2,3)。码位分别为1,2,4,8。
　　　　2)冗余码A,B,C,D的线性码位是：(相当于监督关系式)
　　　　　　A->1,3,5,7,9,11；
　　　　　　B->2,3,6,7,10,11；
　　　　　　C->4,5,6,7,12；(注 5=4+1；6=4+2；7=4+2+1；12=8+4)
　　　　　　D->8,9,10,11,12。
　　　　3)把线性码位的值的偶校验作为冗余码的值(设冗余码初值为0)：
　　　　　　A=∑(0,1,1,0,1,0)=1
　　　　　　B=∑(0,1,0,0,1,0)=0
　　　　　　C=∑(0,1,0,0,0)　=1
　　　　　　D=∑(0,1,1,0,0)　=0
　　　　4)海明码为:"1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0"

　2)海明码的接收。

　例4.已知：接收的码字为："1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0"(k=8)
　　　　求：发送端的信息码。
　　解：1)设错误累加器(err)初值=0
　　　　2)求出冗余码的偶校验和，并按码位累加到err中：
　　　　　　A=∑(1,0,1,0,1,0)=1　err=err+2⁰=1
　　　　　　B=∑(0,0,0,0,1,0)=1　err=err+2¹=3
　　　　　　C=∑(1,1,0,0,0)　=0　err=err+0 =3
　　　　　　D=∑(0,1,1,0,0)　=0　err=err+0 =3
　　　　　由err≠0可知接收码字有错，
　　　　3)码字的错误位置就是错误累加器(err)的值3。
　　　　4)纠错--对码字的第3位值取反得正确码字：
　　　　　　"1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0"
　　　　5)把位于2^k位的冗余码删除得信息码："1 1 0 0 1 1 0 0"

第3章　计算机网络体系结构及协议

3.1 网络体系结构及OSI基本参考模型 )!jX$bK

　3.1.1 协议及体系结构

　　通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的计算机系统，要使其能协同工作实现信息交换和资源共享，它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流，都必须遵循某种互相都能接受的规则。

　1.网络协议(Protocol)
　　为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。协议总是指某一层协议，准确地说，它是对同等实体之间的通信制定的有关通信规则约定的集合。
　　网络协议的三个要素：
　　1)语义（Semantics)。涉及用于协调与差错处理的控制信息。
　　2)语法（Syntax)。涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。
　　3)定时（Timing)。涉及速度匹配和排序等。

　2.网络的体系结构及其划分所遵循的原则
　　计算机网络系统是一个十分复杂的系统。将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后“分而治之”，这种结构化设计方法是工程设计中常见的手段。分层就是系统分解的最好方法之一。
　　在(图3.1)所示的一般分层结构中，n 层是n-1层的用户，又是n+1层的服务提供者。n+1层虽然只直接使用了n层提供的服务，实际上它通过n层还间接地使用了n-1层以及以下所有各层的服务。

图3.1 层次模型

　　层次结构的好处在于使每一层实现一种相对独立的功能。分层结构还有利于交流、理解和标准化。
　　所谓网络的体系结构(Architecture)就是计算机网络各层次及其协议的集合。层次结构一般以垂直分层模型来表示(图3.2)。

图3.2 计算机网络的层次模型

　　层次结构的要点：
　　1)除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。
　　2)对等层的虚通信必须遵循该层的协议。
　　3)n层的虚通信是通过n/n-1层间接口处n-1层提供的服务以及n-1层的通信（通常也是虚通信）来实现的。

　　层次结构划分的原则：
　　1)每层的功能应是明确的，并且是相互独立的。当某一层的具体实现方法更新时，只要保持上、下层的接口不变，便不会对邻居产生影响。
　　2)层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。
　　3)层数应适中。若层数太少，则造成每一层的协议太复杂；若层数

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太多，则体系结构过于复杂，使描述和实现各层功能变得困难。

　　网络的体系结构的特点是：
　　1)以功能作为划分层次的基础。
　　2)第n层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第n-1层提供的服务。
　　3)第n层在向第n+1层提供的服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。
　　4)仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。

　3.1.2 OSI基本参考模型

　1.开放系统互连(Open System Interconnection)基本参考模型是由国际标准化组织(ISO)制定的标准化开放式计算机网络层次结构模型，又称ISO's OSI参考模型。“开放”这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统进行互连。
　　OSI包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。OSI的体系结构定义了一个七层模型，用以进行进程间的通信，并作为一个框架来协调各层标准的制定；OSI的服务定义描述了各层所提供的服务，以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语；OSI各层的协议规范，精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息。
　　需要强调的是，OSI参考模型并非具体实现的描述，它只是一个为制定标准机而提供的概念性框架。在OSI中，只有各种协议是可以实现的，网络中的设备只有与OSI和有关协议相一致时才能互连。
　　如图形3.3所示,OSI七层模型从下到上分别为物理层(Physical Layer,PH)、数据链路层(Data Link Layer,DL)、网络层(Network Layer,N)、运输层(Transport Layer,T)、会话层(Session Layer,S)、表示层(Presentation Layer,P)和应用层(Application Layer,A)。

图3.3 ISO's OSI参考模型

　　从图中可见，整个开放系统环境由作为信源和信宿的端开放系统及若干中继开放系统通过物理媒体连接构成。这里的端开放系统和中继开放系统，都是国际标准OSI7498中使用的术语。通俗地说，它们变相当于资源子网中的主机和通信子网中的节点机(IMP)。只有在主机中才可能需要包含所有七层的功能，而在通信子网中的IMP一般只需要最低三层甚至只要最低两层的功能就可以了。

　2.层次结构模型中数据的实际传送过程如图3.4所示。图中发送进程送给接收进程和数据，实际上是经过发送方各层从上到下传递到物理媒体；通过物理媒体传输到接收方后，再经过从下到上各层的传递，最后到达接收进程。
　　在发送方从上到下逐层传递的过程中，每层都要加上适当的控制信息，即图中和H7、H6、...、H1，统称为报头。到最底层成为由“0”或“1”组成和数据比特流，然后再转换为电信号在物理媒体上传输至接收方。接收方在向上传递时过程正好相反，要逐层剥去发送方相应层加上的控制信息。
　　因接收方的某一层不会收到底下各层的控制信息，而高层的控制信息对于它来说又只是透明的数据，所以它只阅读和去除本层的控制信息，并进行相应的协议操作。发送方和接收方的对等实体看到的信息是相同的，就好像这些信息通过虚通信直接给了对方一样。

图3.4 数据的实际传递过程

　　各层功能简要介绍：
　　(1)物理层----定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性，其作用是使原始的数据比特流能在物理媒体上传输。具体涉及接插件的规格、“0”、“1”信号的电平表示、收发双方的协调等内容。
　　(2)数据链路层----比特流被组织成数据链路协议数据单元(通常称为帧)，并以其为单位进行传输，帧中包含地址、控制、数据及校验码等信息。数据链路层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路。数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控制，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。
　　(3)网络层----数据以网络协议数据单元(分组)为单位进行传输。网络层关心的是通信子网的运行控制，主要解决如何使数据分组跨越通信子网从源传送到目的地的问题，这就需要在通信子网中进行路由选择。另外，为避免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞，需要对流入的分组数量进行控制。当分组要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。
　　(4)运输层----是第一个端--端，也即主机--主机的层次。运输层提供的端到端的透明数据运输服务，使高层用户不必关心通信子网的存在，由此用统一的运输原语书写的高层软件便可运行于任何通信子网上。运输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。
　　(5)会话层----是进程--进程的层次，其主要功能是组织和同步不同的主机上各种进程间的通信(也称为对话)。会话层负责在两个会话层实体之间进行对话连接的建立和拆除。在半双工情况下，会话层提供一种数据权标来控制某一方何时有权发送数据。会话层还提供在数据流中插入同步点的机制，使得数据传输因网络故障而中断后，可以不必从头

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开始而仅重传最近一个同步点以后的数据。
　　(6)表示层----为上层用户提供共同的数据或信息的语法表示变换。为了让采用不同编码方法的计算机在通信中能相互理解数据的内容，可以采用抽象的标准方法来定义数据结构，并采用标准的编码表示形式。表示层管理这些抽象的数据结构，并将计算机内部的表示形式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的表示变换功能。
　　(7)应用层是开放系统互连环境的最高层。不同的应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。网络环境下不同主机间的文件传送访问和管理(FTAM)、传送标准电子邮件的文电处理系统(MHS)、使不同类型的终端和主机通过网络交互访问的虚拟终端(VT)协议等都属于应用层的范畴。

第3章　计算机网络体系结构及协议

3.2 物理层 )!jX$bK

　3.2.1 物理层接口与协议

　　物理层位于 OSI参与模型的最低层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体(即信道)。物理层的传输单位为比特。物理层是指在物理媒体之上为数据链路层提供一个原始比特流的物理连接。
　　物理层协议规定了与建立、维持及断开物理信道所需的机械的、电气的、功能性的和规和程性的特性。其作用是确保比特流能在物理信道上传输。

图3.5 DTE-DCE接口框图

　　ISO对OSI模型的物理层所做的定义为：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段。比特流传输可以采用异步传输，也可以采用同步传输完成。
　　另外，CCITT在X.25建议书第一级（物理级）中也做了类似的定义：利用物理的、电气的、功能的和规程的特性在DTE和DCE之间实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。这里的DTE(Date Terminal Equipment)指的是数据终端设备，是对属于用户所有的连网设备或工作站的统称，它们是通信的信源或信宿，如计算机、终端等；DCE(Date Circuit Terminating Equipment 或 Date Communications Equipment)，指的是数据电路终接设备或数据通信设备，是对为用户提供入接点的网络设备的统称，如自动呼叫应答设备、调制解调器等。
　　DTE-DCE的接口框如图3.5所示，物理层接口协议实际上是DTE和DCE或其它通信设备之间的一组约定，主要解决网络节点与物理信道如何连接的问题。物理层协议规定了标准接口的机械连接特性、电气信号特性、信号功能特性以及交换电路的规程特性，这样做的主要目的，是为了便于不同的制造厂家能够根据公认的标准各自独立地制造设备。使各个厂家的产品都能够相互兼容。

　　1.机械特性：

　　规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及排列方式、锁定装置形式等。

图3.6 常用连接机械特性

　　图形3.6列出了各类已被ISO标准化了的DCE连接器的几何尺寸及插孔芯数和排列方式。一般来说，DTE的连接器常用插针形式，其几何尺寸与DCE连接器相配合，插针芯数和排列方式与DCE连接器成镜像对称。

　　2.电气特性：

　　规定了在物理连接上导线的电气连接及有关的电咱路的特性，一般包括：接收器和发送器电路特性的说明、表示信号状态的电压/电流电平的识别、最大传输速率的说明、以及与互连电缆相关的规则等。
　　物理层的电气特性还规定了DTE-DCE接口线的信号电平、发送器的输出阻抗、接收器的输入阻抗等电器参数。

(a)非平衡发送器　接收器　　(b)非平衡发送器　差动接收器　(c)平衡发送器　差动接收器　
)!jX$bK
图3.7 电器连接方式

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DTE与DCE接口的各根导线（也称电路）的电气连接方式有非平衡方式、采用差动接收器的非平衡方式和平衡方式三种。
　　1)非平衡方式。采用分立元件技术设计的非平衡接口，每个电路使用一根导线，收发两个方向共用一根信号地线，信号速率《20kbps，传输距离《15。由于使用共用信号地线，所以会产生比较大的串扰。CCITTV.28建议采用这种电气连接方式，EIA RS-232C标准基本与之兼容。
　　2)采用差动接收器的非平衡方式。这类采用集成电路技术的非平衡接口，与前一种方式相比，发送器仍使用非平衡式，但接收器使用差动接收器。每个电路使用一根导线，但每个方向都使用独立的信号地线，使串扰信号较小。这种方式的信号速率可达300kbps，传输距离为10m（300kbps时）-1000m(<=3kbps时）。CCITT V.10/X.26建议采用这种电气连接方式，EAI RS-423标准与之兼容。
　　3)平衡方式。采用集成集成电路技术设计的平衡接口，使用平衡式发送器和差动式接收器，每个电路采用两根导线，构成各自完全独立的信号回路，使得串扰信号减至最小。这种方式的信号速率<=10Mbps，传输距离为10m（10Mbps时）-1000m(<=100kbps时）。CCITT V.11/X.27建议采用这种电气连接方式，EAI RS-423标准与之兼容。
　　图3.7给出这三种电气连接方式的结构。

　　3.功能特性：

　　规定了接口信号的来源、作用以及其它信号之间的关系。

　　4.规程特性：

　　规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤，这些控制步骤的应用使得比特流传输得以完成。　　
　　
　3.2.2 物理层协议举例

　1.EIA RS-232C接口标准

　　EIA RS-232C是由美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)在1969年颁布的一种目前使用最广泛的串行物理接口Recommended Standard)的意思是“推荐标准”，232是标识号码，而后缀“C”则表示该推荐标准已被修改过的次数。
　　RS-232标准提供了一个利用公用电话网络作为传输媒体，并通过调制解调器将远程设备连接起来的技术规定。远程电话网相连接时，通过调制解调器将数字转换成相应的模拟信号，以使其能与电话网相容；在通信线路的另一端，另一个调制解调器将模拟信号逆转换成相应的数字数据，从而实现比特流的传输。图3.8(a)给出了两台远程计算机通过电话网相连的结构图。从图中可看出，DTE实际上是数据的信源或信宿，而DCE则完成数据由信源到信宿的传输任务。RS-232C标准接口只控制DTE与DCE之间的通信，与连接在两个DCE之间的电话网没有直接的关系。

图3.8 RS-232C的远程连接和近地连接

　　RS-232C标准接口也可以如图3.8(b)所示用于直接连接两台近地设备，此时既不使用电话网也不使用调制解调器。由于这两种设备必须分别以DTE和DCE方式成对出现才符合RS-232C标准接口的要求，所以在这种情况下要借助于一种采用交叉跳接信号线方法的连接电缆，使得连接在电缆两端的DTE通过电缆看对方都好象是DCE一样，从而满足RS-232C接口需要DTE-DCE成对使用的要求。这根连接电缆也称作零调制解调器(Null Modem)。
　　RS-232C的机械特性规定使用一个25芯的标准连接器，并对该连接器的尺寸及针或孔芯的排列位置等都做了详细说明。顺便提一下，实际的用户并不一定需要用到RS-232C标准的全集，这在个人计算机(PC)高速普及的今天尤为突出，所以一些生产厂家为RS-232C标准的机械特性做了变通的简化，使用了一个9芯标准连接器将不常用的信号线舍弃。
　　RS-232C的电气特性规定逻辑“1”的电平为-15至-5伏，逻辑“0”的电平为+5至+15伏，也即RS-232C采用+15伏和-15伏的负逻辑电平，+5伏和-5伏之间为过渡区域不做定义。RS-232C接口的电气特性见图3.9，其电气表示见表3.1。
　　RS-232C电平高达+15伏和-15伏，较之0~5伏的电平来说具有更强的抗干扰能力。但是，即使用这样的电平，若两设备利用RS-232C接口

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直接相连(即不使用调制解调器)，它们的最大距离也仅约15m，而且由于电平较高、通信速率反而能受影响。RS-232C接口的通信速率《20Kbps(标准速率有150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200bps等几档)。

　　RS-232C的功能特性定义了25芯标准连接器中的20根信号线，其中2根地线、4根数据线、11根控制线、3根定时信号线、剩下的5根线做备用或末定义。表3.2给出了其中最学用的10根信号的功能特性。

表3.2　　　RS-232C功能特性 5f-eWW]!
引脚号 5f-eWW]!	信号线 5f-eWW]!	功能说明 5f-eWW]!	信号线型 5f-eWW]!	连接方向 5f-eWW]!
1 5f-eWW]! 2 5f-eWW]! 3 5f-eWW]! 4 5f-eWW]! 5 5f-eWW]! 6 5f-eWW]! 7 5f-eWW]! 8 5f-eWW]! 20 5f-eWW]! 22 5f-eWW]!	AA 5f-eWW]! BA 5f-eWW]! BB 5f-eWW]! CA 5f-eWW]! CB 5f-eWW]! BB 5f-eWW]! AB 5f-eWW]! CF 5f-eWW]! CD 5f-eWW]! CE 5f-eWW]!	保护地线(GND) 5f-eWW]! 发送数据(TD) 5f-eWW]! 接收数据(RD) 5f-eWW]! 请求发送(RTS) 5f-eWW]! 清除发送(CTS) 5f-eWW]! 数据设备就绪(DSR) 5f-eWW]! 信号地线(Sig.GND) 5f-eWW]! 载波检测(CD) 5f-eWW]! 数据终端就绪(DTR) 5f-eWW]! 振铃指示(RI) 5f-eWW]!	地线 5f-eWW]! 数据线 5f-eWW]! 数据线 5f-eWW]! 控制线 5f-eWW]! 控制线 5f-eWW]! 控制线 5f-eWW]! 地线 5f-eWW]! 控制线 5f-eWW]! 控制线 5f-eWW]! 控制线 5f-eWW]!	5f-eWW]! →DCE 5f-eWW]! →DTE 5f-eWW]! →DCE 5f-eWW]! →DTE 5f-eWW]! →DTE 5f-eWW]! 5f-eWW]! →DTE 5f-eWW]! →DCE 5f-eWW]! →DTE 5f-eWW]!

　 RS-232C的连接见图3.10。

DTE

┬ 5f-eWW]! ┘ 5f-eWW]!	5f-eWW]! AA 5f-eWW]!	┬ 5f-eWW]! └ 5f-eWW]!
────BA───→ 5f-eWW]! ←───BB──── 5f-eWW]! ────CA───→ 5f-eWW]! ←───CB──── 5f-eWW]! ←───CC──── 5f-eWW]! ────AB──── 5f-eWW]! ←───CF──── 5f-eWW]! ────CD───→ 5f-eWW]! ←───CE──── 5f-eWW]!

DCE

1
2
3
4
5
6
7
8
20
22

5f-eWW]!
图3.10 RS-232C的DTE-DCE连接

　　若两台DTE设备，如两台计算机在近距离直接连接，则可采用图3.11的方法，图中(a)为完整型连接，(b)为简单型连接。

图3.11 RS-232C的DTE-DTE连接

　　RS-232C的工作过程是在各根控制信号线有序的“ON”(逻辑“0”)和“OFF”(逻辑“1”)状态的配合下进行的。在DTE—DCE连接的情况下，只有CD(数据终端就绪)和CC(数据设备就绪)均为“ON”状态时，才具备操作的基本条件：此后，若DTE要发送数据，则须先将CA(请求发送)置为“ON”状态，等待CB(清除发送)应答信号为“ON”状态后，才能在BA(发送数据)上发送数据。

    2.EIA RS-449及RS-422与RS-423接口标准

    　由于RS-232C标准信号电平过高、采用非平衡发送和接收方式，所以存在传输速率低(≤20Kbpc)、传输距离短(《15m)、串扰信号较大等缺点。1977年底，EIA颁布了一个新标准RS-449，次年，这个接口标准的两个电气子标准：RS-423(采用差动接收器的非平衡方式)和RS-422(平衡方式)也相继问世。这些标准在保持与RS-232C兼容的前提下重新定义了信号电平，并改进了电路方式，以达到较高的传输速率和较大的传输距离。
    　RS-499对标准连接器做了详细的说明，由于信号线较多，使用了37芯和9芯连接器，37芯连接器定义了与RS-449有关的所有信号，而辅信道和信号在9芯连接器中定义。
　    RS-449标准的电器特性有两个标准，即平衡式的RS-422标准和非平衡式的RS-423标准。
    　RS-422电气标准是平衡方式标准，它的发送器、接收器分别采用平衡发送器和差动接收器，由于采用完全独立的双线平衡传输，抗串扰能力大大增强。又由于信号电平定义为±6伏(±2V为过度区域)的负逻辑，故当传输距离为10M时，速率可达10Mbps；而距离增长至1000m时，速率可达到100Kbps时，性能远远优于RS-232C标准。
　　RS-423电气标准是非平衡标准，它采用单端发送器(即非平衡发送器)和差动接收器。虽然发送器与RS-232C标准相同，但由于接收器采用差动方式，所以传输距离和速度仍比RS-232C有较大的提高。当传输距离为10M时，速度可达成100KBPS；距离增至100M时，速度仍有10KBPS。

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RS-423的信号最平定义为±6伏(其中±4伏为过渡区域)的负逻辑。
　　从旧技术标准向新技术标准的过渡，需要花费巨大的代价主经过漫长的过程。RS-423电气特性标准可以认为是从RS-232C向RS-449标准全面过渡过程中的一个台阶。

　3.100系列和200系列接口标准

　　CCITT是原国际电报电话咨询委员会的简称，现已更名为国际电信联盟电信标准化局。该组织从事有关通信标准的研究和制定，其标准一般都称做建议。
　　CCITT V.24建议中有关DTE-DCE之间的接口标准有100系列、200系列两种。100系列接口标准作为DTE与不带自动呼叫设备的DCE(如调制解调器)之间的接口。在调置自动呼叫设备的DCE(如网络控制器)中，则由200系列接口标准完成DTE与自动呼叫设备的接口。若系统采用人工呼叫，则无需设置200系列接口。
　　100系列接口标准的机械特性采用两种规定，当传输速率为200bps～9600bps时，采用25芯标准连接器；传输速率达48Kbps时，采用34芯标准连接器。200系列接口标准则采用25芯标准连接器。
　　100系列接口标准的电气特性采用V.28和V.35两种建议。当传输速率为200bps～9600bps时，采用V.28建议；当传输速率为48kbps时，100系列中除控制信号仍使用V.28建议外，数据线与定时线均采用V.35建议。200系列接口标准的电气特性则采用V.28建议。

　4.X.21和X.21bis建议

　　CCITT对DTE-DCE的接口标准有V系列和X系列两大类建议.V系列接口标准()如前述的V.24建议)一般指数据终端设备与调制解调器或网络控制器之间的接口,这类系列接口除了用于数据传输的信号线外,还定义了一系列控制线,是一种比较复杂的接口.X系列接口是较晚制定的,这类接口适用于公共数据网的宅内电路终接设备和数据终端设备之间的接口,定义的信号线很少,因此是一种比较简单的接口.
　　X.21建议是CCITT于1976年制定的一个用户计算机的DTE如何与数字化的DCE交换信号的数字接口标准.X.21建议的接口以相对来说比较简单的形式提供了点--点式的信息传输,通过它能实现完全自动的过程操作,并有助于消除传输差错.在数据传输过程中,任何比特流(包括数据与控制信号)均可通过该接口进行传输.ISO的OSI参考模型建议采用X.21作为物理层载规约的标准.
　　X.21的设计目标之一是要减少信号线的数目,其机械特性采用15芯标准连接器代替熟悉的25芯连接器,而且其中仅定义了8条接口线.
　　X.21的另外一个设计目标是允许接口在比EIA RS-232C更长的距离上进行更高速率的数据传略多于,其电气特性类似于EIA RS-422的平衡接口,支持最大的DTE-DCE电缆距离是300m。X.21可以按同步传输的半双工或全双工方式运行,传输速率最大可达10Mbps。X.21接口适用于由数字线路(而不是模拟线路)访问公共数据网(PDN)的地区.欧洲网络大多使用X.21接口.
　　若数字信道一直延伸到用户端,用户的DTE当然就可以通过X.21建议的接口进行远程通信.但目前实际连接用户端的大多数仍为模拟信道(如电话线),且大多数计算机和终端设备上也只具备RS-232C接口或以V.24为基础的设备,而不是X.21接口.为了使从老的网络技术转到新的X.21接口更容易些,CCITT提出了用于公共数据网中的与V系列调制解调器接口的X.21 bis建议.这时的“bis”是法语“替换物”的意思.
　　X.21 bis标准指定使用V.24/V.28接口,它们与EIA RS-232D非常类似.美国的大多数公共数据网应用实际上都使用EIA RS-232D(或更早的RS-232C)作为物理层接口.可以认为,X.21bis是X.21的一个暂时过渡版本，它是对X.21的补充并保持了V.24的物理接口。X.25建议允许采用X.21 bis作为其物理层的规程。
　　X.21和X.21 bis为三种类型的服务定义了物理电路，这三种电路是租用电路(专用线)服务、直接呼叫服务和设备地址呼叫服务。租用电路设计成在两个终端之间的连续连接；直接呼叫服务像“热线”电话，可使用户在任何时间直接连接指定的目标；设备地址呼叫则如“拨号”电话，每次联接需由用户呼叫指定目标。

　3.2.3 串行通信编程方法

　　利用RS-232C标准接口可实现两台PC之间的异步串行通信。下面

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只看该作者 19楼发表于: 2009-11-18

分别就PC机的DOS级和BIOS级异步串行通信编程方法做一简单介绍。

　1.DOS级的PC通信

　　PC机通常配备有两个异步通信端口，分别称作为COM1和COM2，它们都符合RS-232C标准。在DOS操作系统中，COM1、COM2被作为I/O设备进行管理，COM1、COM2便是它们的逻辑设备名。据此，DOS便可通过对COM1、COM2的操作来实现PC之间的异步串行通信。
　　DOS的MODE命令可用以设置异步串行端口的参数，DOS的COPY命令允许将异步串行端口作为一个特殊的“文件”，以对其进行数据传输。下面举一个利用DOS的MODE、COPY命令，进行双机键盘输入字符传输的例子。
　　MODE命令的格式为：
　　　　MODE 端口名：数据速率，校验方式，数据位数，停止位位数
　　其中端口名为COM1或COM2；数据速率可选150、300、600、1200、2400、4800或9600bps;校验方式为E(偶校验)、O(奇校验)或(无校验)；数据位数为7或8位；停止位位数为1或2位。通信双方设置的参数应一致，如双方都键入如下命令
　　　　MODE COM1：1200，E，7，1 <Enter>
则表示双方以COM1为异步通信端口、速率1200bps、偶校、7位数据位、1位停止位的设置参数据进行通信。
　　DOS中有一个名为CON的标准控制台设备，作为输入时CON指的就是键盘，作为输出时CON指的就是显示器。准备发送的PC机执行如下命令：
　　　　COPY CON ：COM1： <Enter>
表示将从键盘收到的信息通过COM1串行口发送出去。准备接收的PC机执行如下命令：
　　　　COPY COM1：CON： <Enter>
则表示将接收来自COM1串行口的信息，并在显示器上加以显示。
　　两台PC机分别执行完上述命令后，在发送方键盘上输入的字符便会在接收方显示器上显示出来。
　　上面介绍的是用DOS的MODE，COPY命令实现的最简单的PC通信。在MS-DOS的高版本中(例如MS-DOSV6.0)还提供了一条INTERLNK命令,实际上它是一个通信程序。使用INTERLNK命令和一根连接两台PC机串行端口的电缆，可以使一台PC机从另一台PC机的磁盘驱动器中存取数据并运行程序，无需再使用软盘去复制文件。
　　用以键入命令的PC机叫客户机(Client),与客户机相连的PC机叫服务器(Server)。客户机使用服务器的驱动器和打印机，服务器显示两台PC机的连机状态。
　　当两台PC机被INTERLNK连接以后，服务器上的驱动器便以扩展驱动器的形式映象到客户机上，若两台PC机原来均有A，B，C三个驱动器，则连接后客户机除了自身的三个驱动器外,又多了E,F,G(服务器驱动器映象)三个扩展驱动器,客户可以象使用自己的驱动器一样使用这些扩展驱动器。
　　使用INTERLNK时，每台PC机上至少要有一个空闲的串行口，还要一根3导线或7导线的零调制调解器(Null MODEM)串行电缆线，客户机上至少有16K空闲内存，服务器上至少有130K空闲内存。
　　在客户机的系统配置文件CONFIG.SYS中添加如下命令:
　　　　DEVICE=C：\DOS\INTERLNK.EXE/DRIVES:5
再重新启动客户机，便可装入INTERLNK。这里假设INTERLNK.EXE已存在于客户机C驱动器的DOS目录中,/DRIVERS:5参数用于映象5个服务器驱动器,缺省情况下为3个驱动器。
　　服务器上启动INTERLNK不需对其CONFIG.SYS作任何改动,只需在DOS命令提示符下键入INTERLNK即可。此时，屏幕底下出现一行状态信息，显示出INTERLNK的连接状态。
　　关于DOS级通信命令的详细使用方法，可参阅有关DOS手册。

　2.BIOS级的PC通信

　　PC级的基本输入输出系统(BIOS)总的中断14H提供了异步串行端口的四种通信服务功能,通过之种功能,可以访问串行通信端口,实现连机通信。INT 14H的串行端口通信功能为：
　　　　功能号功能
　　　　　00 通信端口初始化
　　　　　01 向通信端口写一个字符
　　　　　02 从通信端口读一个字符
　　　　　03 返回通信端口状态
　　INT 14H 的一般汇编语言调用顺序如下:
　　　　　MOV AH, <功能号>
　　　　　MOV DX, <端口号>
　　(在相应寄存器中装入与功能有关的参数)
　　　　　INT 14H
　　(1)初始化通讯端口
　　调用: AH = 00H
　　　　　AL = 初始化参数
　　　　　DX = 端口号(COM1为0, COM2为1)
　　返回: AH = 通信端口状态
　　　　　AL = 调制解调器状态
　　初始化参数为8为二进制数,其中各位的含义如图3.12所示。

　　图3.12(P61)

　　若置COM1为9600bps，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验，指初始化参数为11100011B，即0E3H。程序调用如下：
　　　　　MOV AH，0
　　　　　MOV AL，OE3H
　　　　　MOV DX，0
　　　　　INT 14H

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