淺析不同網(wǎng)段間數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程

姜南

（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司四平市分公司，吉林 四平 136000）

1 數(shù)據(jù)傳輸類型

1.1 基帶傳輸

數(shù)字信道直接傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸方式叫做基帶傳輸。基帶是指電信號(hào)的基本頻帶，指調(diào)制前或解調(diào)后的信號(hào)所占用的頻帶寬度，終端把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合于傳送的電信號(hào)時(shí)，這個(gè)電信號(hào)固有的頻帶就是基帶。計(jì)算機(jī)內(nèi)部或局域網(wǎng)中傳輸?shù)男盘?hào)一般都是基帶信號(hào)。

1.1.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼

基帶傳輸中表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)的方法主要有以下3種：

(1)非歸零編碼(NRZ)

NRZ是用低電平表示邏輯.O，用高電平表示邏輯“1”的編碼方式。

優(yōu)點(diǎn):編碼簡(jiǎn)單。缺點(diǎn):為了保持收發(fā)雙方的時(shí)鐘同步，需要額外傳輸同步時(shí)鐘信號(hào)；當(dāng)“0”和“I”的個(gè)數(shù)不等時(shí).會(huì)有直流分量。

(2)曼徹斯特編碼(Manchester)

每比特的中間有一次跳變，它有兩個(gè)作用:一是作為位同步方式的內(nèi)帶時(shí)鐘;二是用于表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)。我們可以把，0“定義為由高電平到低電平的跳變，”1定義為由低電平到高電平的跳變。

優(yōu)點(diǎn):一是“自帶時(shí)鐘信號(hào)”，不必另發(fā)同步時(shí)鐘信號(hào)；二是不含直流分量。

(3)差分曼徹斯特編碼(Difference Manchester)

每比特的中間有一次跳變.它只有一個(gè)作用，即作為位同步方式的內(nèi)帶時(shí)鐘，不論由高電平到低電平的跳變，還是由低電平到高電平的跳變都與數(shù)據(jù)信號(hào)無(wú)關(guān)。10”和“I”是根據(jù)兩比特之間有沒(méi)有跳變來(lái)區(qū)分的。如果下一個(gè)數(shù)據(jù)是..o,.，則在兩比特之間有一次電平跳變;如果下一個(gè)數(shù)據(jù)是“I”，則在兩比特之間沒(méi)有電平跳變。

曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的缺點(diǎn)都是效率較低，由于在每個(gè)比特中間都有一次跳變，所以時(shí)鐘頻率是信號(hào)速率的2倍。為了達(dá)到10Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，時(shí)鐘頻率至少為20MHz。上述編碼技術(shù)在10 Mbids LAN中經(jīng)常采用。近年發(fā)展起來(lái)的快速以太網(wǎng)使用的是不同的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)到數(shù)字信號(hào)的編碼技術(shù)，如100 Mbids LAN采用8B/6T或4B/5B等編碼技術(shù)。

1.1.2 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼

模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼最典型的是脈沖編碼調(diào)制PCM o PCM簡(jiǎn)稱脈沖調(diào)制，這是一個(gè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)碼脈沖的過(guò)程，簡(jiǎn)介如下:

①采樣:每隔一段時(shí)間對(duì)連續(xù)模擬信號(hào)采樣，采樣得到的信號(hào)就成為一組“離散”的脈沖信號(hào)序列。

②量化:這是一個(gè)分級(jí)過(guò)程，把采樣得到的脈沖信號(hào)按級(jí)比較，并且“取整”。這樣，脈沖序列就成為數(shù)字信號(hào)了。

③編碼:采樣量化后的信號(hào)幅度用一定數(shù)位的二進(jìn)制數(shù)碼表示。如果有N個(gè)量化級(jí)，就應(yīng)該有1og2N位二進(jìn)制數(shù)碼。比如在語(yǔ)音數(shù)字化脈沖調(diào)制系統(tǒng)中通常采用128個(gè)量級(jí)，即用7位二進(jìn)制數(shù)碼表示。此過(guò)程由A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，在發(fā)送端經(jīng)過(guò)此過(guò)程把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)碼脈沖序列，然后發(fā)送到信道上進(jìn)行傳輸。在接收端首先經(jīng)數(shù)字l模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器譯碼將二進(jìn)制數(shù)碼轉(zhuǎn)換成代表原模擬信號(hào)的幅度不等的量化脈沖，然后經(jīng)過(guò)低通濾波器就可以使幅度不等的量化脈沖恢復(fù)成原來(lái)的模擬信號(hào)了。

2 在同一網(wǎng)段和不同網(wǎng)段的通信過(guò)程

2.1 在同一網(wǎng)段的通信過(guò)程

主機(jī)在應(yīng)用層上的操作：

TCP/IP協(xié)議上tcp的端口對(duì)應(yīng)的各種應(yīng)用程序，如WWW對(duì)應(yīng)端口80，DNS對(duì)應(yīng)端口53.

客戶機(jī)要訪問(wèn)某個(gè)應(yīng)用程序就會(huì)要求打開(kāi)主機(jī)的這個(gè)固定的端口。而客戶機(jī)自己會(huì)打開(kāi)一個(gè)大于1024的隨機(jī)端口用來(lái)跟對(duì)方的主機(jī)進(jìn)行通信。

查看連接狀態(tài)可用命令netstat查看當(dāng)前的狀態(tài)這些大于1024的端口，我們稱為動(dòng)態(tài)窗口，可以自動(dòng)或手動(dòng)分配的上面的圖中可以看出，一個(gè)端口可以單一的標(biāo)識(shí)一個(gè)會(huì)話。

一個(gè)單一的會(huì)話，實(shí)際上就是一個(gè)主機(jī)應(yīng)用層之間的邏輯的軟件連接。

主機(jī)在傳輸層的操作：傳輸層是資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)的界面與橋梁，它完成資源子網(wǎng)兩節(jié)點(diǎn)間的邏輯通信，實(shí)現(xiàn)通信子網(wǎng)中端到端的透明傳輸。傳輸層的下面3層面向數(shù)據(jù)通信，其上面3層面向信息處理，所以傳輸層位于高層和低層中間，起著承上啟下的作用，是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罡邔?。傳輸層的主要功能?提供建立、維持和拆除傳輸層連接;選擇網(wǎng)絡(luò)層合適的服務(wù);提供端到端的錯(cuò)誤恢復(fù)和流量控制;向會(huì)話層提供獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)的傳輸服務(wù)和可靠的透明數(shù)據(jù)傳送。

對(duì)數(shù)據(jù)分段（Segment），添加TCP報(bào)頭（包含源端口，目的端口，順序號(hào)等）

分段的原因：

（A）：可同時(shí)多個(gè)應(yīng)用程序發(fā)送數(shù)據(jù)。

（B）：數(shù)據(jù)包過(guò)大產(chǎn)生錯(cuò)誤時(shí)，還需重新傳送，即占帶快又占時(shí)間，小數(shù)據(jù)包對(duì)數(shù)據(jù)流影響就小很多。

（C）：各種網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)有其最大的傳輸單元限制，不允許在網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)巨大的數(shù)據(jù)包。

主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)層的操作：網(wǎng)絡(luò)層是通信子網(wǎng)的最高層。網(wǎng)絡(luò)層用于控制通信子網(wǎng)的操作，是通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)間的接口。網(wǎng)絡(luò)層關(guān)系到通信子網(wǎng)的運(yùn)行控制，體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境中資源子網(wǎng)訪問(wèn)通信子網(wǎng)的方式。

當(dāng)傳輸層為數(shù)據(jù)分段添加了TCP頭之后，將數(shù)據(jù)下發(fā)給網(wǎng)絡(luò)層處理。

網(wǎng)絡(luò)層會(huì)為傳輸層傳來(lái)的數(shù)據(jù)包添加IP報(bào)頭（包含源IP地址，目的IP地址）封裝成數(shù)據(jù)包。

主機(jī)在數(shù)鏈路層的操作：數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)包的前面封裝上數(shù)據(jù)幀頭，在數(shù)據(jù)包的后面封裝上校驗(yàn)位，從而把數(shù)據(jù)包封裝成數(shù)據(jù)幀。（添加源MAC地址和目的MAC地址）

主機(jī)對(duì)物理層的操作：將從邏輯鏈路層發(fā)送過(guò)來(lái)數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成能在物理線路上傳輸?shù)碾娮有盘?hào)，傳遞給網(wǎng)絡(luò)上的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備交換機(jī)，由交換機(jī)進(jìn)行處理。

交換機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)幀的處理：交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)流后根據(jù)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)幀的MAC地址查找目的主機(jī)。如發(fā)現(xiàn)將數(shù)據(jù)發(fā)送給目的主機(jī)。轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程不改變數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)。

目的主機(jī)接收到數(shù)據(jù)幀的操作：當(dāng)目的主機(jī)接收到數(shù)據(jù)幀后對(duì)比目的MAC，如是發(fā)送給自己的，則拆去數(shù)據(jù)幀頭，發(fā)往網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層對(duì)比目的IP，如相同則拆包發(fā)往傳輸層，傳輸層再對(duì)比目的端口，確認(rèn)相同則拆去數(shù)據(jù)段交給應(yīng)用程進(jìn)行數(shù)據(jù)組裝。

2.2 位于不同網(wǎng)段上的兩臺(tái)主機(jī)之間的通信過(guò)程

由于主機(jī)A和主機(jī)B并不在同一個(gè)網(wǎng)段，主機(jī)A是不可能通過(guò)ARP解析到主機(jī)B的MAC地址的，同時(shí)，主機(jī)A也是一個(gè)沒(méi)有路由能力的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，所以主機(jī)A是不可能依靠自己的力量把數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)B上去的。

主機(jī)A必須依靠網(wǎng)絡(luò)中的路由器將數(shù)據(jù)包路由到相應(yīng)的目的網(wǎng)絡(luò)。

主機(jī)A網(wǎng)絡(luò)配置：

網(wǎng)關(guān)：誰(shuí)為主機(jī)提供訪問(wèn)其他網(wǎng)段的可能，默認(rèn)網(wǎng)關(guān)就填誰(shuí)的IP地址。（路由器、代理服務(wù)器）

DNS：DNS提供目的地址的域名解析，如在局域網(wǎng)的不同網(wǎng)段內(nèi)，可填本局域網(wǎng)內(nèi)的DNS服務(wù)器。如果訪問(wèn)INTERNET外網(wǎng)的域名，則填寫(xiě)當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)商的DNS服務(wù)器。

填寫(xiě)了默認(rèn)網(wǎng)關(guān)之后，主機(jī)A通過(guò)ARP解析，就可以知道路由器A的E0接口的MAC地址。當(dāng)主機(jī)要向主機(jī)B發(fā)送文件時(shí)，就可以通過(guò)路由器A將數(shù)據(jù)包發(fā)送到目的地。

結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)給科學(xué)家和工程師們提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在此基礎(chǔ)上可以建立一種新型的合作方式-計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作，它消除了地理上的距離限制。我們作為從業(yè)者要掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所包含的各方面知識(shí)，從而更好的工作。

[1]李偉.基于以太的IP組網(wǎng)技術(shù)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社.2004.

[2]梁清華.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：對(duì)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)出版社.2006.