浅析不同网段间数据传输的过程

姜南

（中国联合网络通信有限公司四平市分公司，吉林 四平 136000）

1 数据传输类型

1.1 基带传输

数字信道直接传输数字数据的传输方式叫做基带传输。基带是指电信号的基本频带，指调制前或解调后的信号所占用的频带宽度，终端把数字数据转换为适合于传送的电信号时，这个电信号固有的频带就是基带。计算机内部或局域网中传输的信号一般都是基带信号。

1.1.1 数字数据的数字信号编码

基带传输中表示二进制数据信号的方法主要有以下3种：

(1)非归零编码(NRZ)

NRZ是用低电平表示逻辑.O，用高电平表示逻辑“1”的编码方式。

优点:编码简单。缺点:为了保持收发双方的时钟同步，需要额外传输同步时钟信号；当“0”和“I”的个数不等时.会有直流分量。

(2)曼彻斯特编码(Manchester)

每比特的中间有一次跳变，它有两个作用:一是作为位同步方式的内带时钟;二是用于表示二进制数据信号。我们可以把，0“定义为由高电平到低电平的跳变，”1定义为由低电平到高电平的跳变。

优点:一是“自带时钟信号”，不必另发同步时钟信号；二是不含直流分量。

(3)差分曼彻斯特编码(Difference Manchester)

每比特的中间有一次跳变.它只有一个作用，即作为位同步方式的内带时钟，不论由高电平到低电平的跳变，还是由低电平到高电平的跳变都与数据信号无关。10”和“I”是根据两比特之间有没有跳变来区分的。如果下一个数据是..o,.，则在两比特之间有一次电平跳变;如果下一个数据是“I”，则在两比特之间没有电平跳变。

曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码的缺点都是效率较低，由于在每个比特中间都有一次跳变，所以时钟频率是信号速率的2倍。为了达到10Mbit/s的数据传输速率，时钟频率至少为20MHz。上述编码技术在10 Mbids LAN中经常采用。近年发展起来的快速以太网使用的是不同的数字数据到数字信号的编码技术，如100 Mbids LAN采用8B/6T或4B/5B等编码技术。

1.1.2 模拟数据的数字信号编码

模拟数据的数字信号编码最典型的是脉冲编码调制PCM o PCM简称脉冲调制，这是一个模拟信号转换为二进制数码脉冲的过程，简介如下:

①采样:每隔一段时间对连续模拟信号采样，采样得到的信号就成为一组“离散”的脉冲信号序列。

②量化:这是一个分级过程，把采样得到的脉冲信号按级比较，并且“取整”。这样，脉冲序列就成为数字信号了。

③编码:采样量化后的信号幅度用一定数位的二进制数码表示。如果有N个量化级，就应该有1og2N位二进制数码。比如在语音数字化脉冲调制系统中通常采用128个量级，即用7位二进制数码表示。此过程由A/D转换器实现，在发送端经过此过程把模拟信号转换成二进制数码脉冲序列，然后发送到信道上进行传输。在接收端首先经数字l模拟(D/A)转换器译码将二进制数码转换成代表原模拟信号的幅度不等的量化脉冲，然后经过低通滤波器就可以使幅度不等的量化脉冲恢复成原来的模拟信号了。

2 在同一网段和不同网段的通信过程

2.1 在同一网段的通信过程

主机在应用层上的操作：

TCP/IP协议上tcp的端口对应的各种应用程序，如WWW对应端口80，DNS对应端口53.

客户机要访问某个应用程序就会要求打开主机的这个固定的端口。而客户机自己会打开一个大于1024的随机端口用来跟对方的主机进行通信。

查看连接状态可用命令netstat查看当前的状态这些大于1024的端口，我们称为动态窗口，可以自动或手动分配的上面的图中可以看出，一个端口可以单一的标识一个会话。

一个单一的会话，实际上就是一个主机应用层之间的逻辑的软件连接。

主机在传输层的操作：传输层是资源子网与通信子网的界面与桥梁，它完成资源子网两节点间的逻辑通信，实现通信子网中端到端的透明传输。传输层的下面3层面向数据通信，其上面3层面向信息处理，所以传输层位于高层和低层中间，起着承上启下的作用，是负责数据传输的最高层。传输层的主要功能有:提供建立、维持和拆除传输层连接;选择网络层合适的服务;提供端到端的错误恢复和流量控制;向会话层提供独立于网络的传输服务和可靠的透明数据传送。

对数据分段（Segment），添加TCP报头（包含源端口，目的端口，顺序号等）

分段的原因：

（A）：可同时多个应用程序发送数据。

（B）：数据包过大产生错误时，还需重新传送，即占带快又占时间，小数据包对数据流影响就小很多。

（C）：各种网络传输介质有其最大的传输单元限制，不允许在网络上出现巨大的数据包。

主机在网络层的操作：网络层是通信子网的最高层。网络层用于控制通信子网的操作，是通信子网与资源子网间的接口。网络层关系到通信子网的运行控制，体现了网络应用环境中资源子网访问通信子网的方式。

当传输层为数据分段添加了TCP头之后，将数据下发给网络层处理。

网络层会为传输层传来的数据包添加IP报头（包含源IP地址，目的IP地址）封装成数据包。

主机在数链路层的操作：数据链路层在数据包的前面封装上数据帧头，在数据包的后面封装上校验位，从而把数据包封装成数据帧。（添加源MAC地址和目的MAC地址）

主机对物理层的操作：将从逻辑链路层发送过来数据帧转换成能在物理线路上传输的电子信号，传递给网络上的转发设备交换机，由交换机进行处理。

交换机对数据帧的处理：交换机接收到数据流后根据发送过来的数据帧的MAC地址查找目的主机。如发现将数据发送给目的主机。转发过程不改变数据帧结构。

目的主机接收到数据帧的操作：当目的主机接收到数据帧后对比目的MAC，如是发送给自己的，则拆去数据帧头，发往网络层，网络层对比目的IP，如相同则拆包发往传输层，传输层再对比目的端口，确认相同则拆去数据段交给应用程进行数据组装。

2.2 位于不同网段上的两台主机之间的通信过程

由于主机A和主机B并不在同一个网段，主机A是不可能通过ARP解析到主机B的MAC地址的，同时，主机A也是一个没有路由能力的网络节点，所以主机A是不可能依靠自己的力量把数据发送到主机B上去的。

主机A必须依靠网络中的路由器将数据包路由到相应的目的网络。

主机A网络配置：

网关：谁为主机提供访问其他网段的可能，默认网关就填谁的IP地址。（路由器、代理服务器）

DNS：DNS提供目的地址的域名解析，如在局域网的不同网段内，可填本局域网内的DNS服务器。如果访问INTERNET外网的域名，则填写当地运营商的DNS服务器。

填写了默认网关之后，主机A通过ARP解析，就可以知道路由器A的E0接口的MAC地址。当主机要向主机B发送文件时，就可以通过路由器A将数据包发送到目的地。

结束语

计算机网络给科学家和工程师们提供一个网络环境，在此基础上可以建立一种新型的合作方式-计算机支持协同工作，它消除了地理上的距离限制。我们作为从业者要掌握计算机网络所包含的各方面知识，从而更好的工作。

[1]李伟.基于以太的IP组网技术[M].成都：西南交通大学出版社.2004.

[2]梁清华.工业控制网络技术[M].北京：对外经济贸易大学出版社.2006.