1、*,第五章,5.11,高速铁路数据网,5.11.1,数据通信网原理,5.11.2,铁路数据通信网结构及应用,2,5.11.1,数据通信网原理,数据通信网络,网络协议,网络设备,3,5.11.1,数据通信网原理,数据通信网络,4,（一）网络的定义,网络是指由介质链路连接在一起的一系列设备（常常被称为网络节点），设备之间的链路常被称为通信信道。,（二）网络的拓扑结构,拓扑是指网络在物理上或逻辑上的布置方式。网络拓扑是所有链路和链接设备（通常称为节点）互相之间关系的几何表示。,共有五种可能的基本网络拓扑：网状、星型、树型、总线以及环型。,5.11.1,数据通信网原理,数据通信网络,5,1网状拓扑：,每一台设备都与,其他所有设备有一条专用的点到点链路。,优点：,避免了共享链路中的通信量问题；网络拓扑具有健壮性；安全性；点到点链路便于故障识别和故障隔离。,缺点：,所需要的电缆和设备输入输出端口的数量过于巨大。设备的安装和重新配置十分困难。,5.11.1,数据通信网原理,数据通信网络,6,2,星型拓扑：,每台设备只与通常,称为集线器的中心控制器有点到点的专用链路。设备并不是彼此直接链接的。,优点：
2、,经济；安装和重新配置容易；安全性；点到点链路,便于,故障识别和故障隔离。,缺点：,星型拓扑仍需要比其他网络拓扑（例如树型拓扑、环型拓扑和总线型拓扑）更多的电缆。,5.11.1,数据通信网原理,数据通信网络,7,3树型拓扑：,是星型拓扑的,一种变体。网络节点都连接到控制网络通信量的中央集线器上。绝大多数设备是首先连接到一个次级集线器上，再由次级集线器连接到中央集线器上的。,优点：,次级集线器的引入带来了两个优势：,1,）允许更多的设备连接到中央集线器上，并且增加了信号在设备间的传输距离；,2,）允许网络隔离不同计算机之间的通信或者为不同计算机设定通信的优先级。,5.11.1,数据通信网原理,数据通信网络,8,4总线拓扑：,多点配置，网络节点通过引出线和抽头连接到总线电缆上。,优点：,易安装；所用电缆少。,缺点：,难于进行故障隔离和重新配置；加入新设备困难；另外，总线的故障或断裂会终止所有的传输。,5.11.1,数据通信网原理,数据通信网络,9,5环型拓扑：,每个设备只与,两侧的两个设备之间有点到点连接。信号在环中从一个设备到另一个设备单向传输，直至到达目的地。,优点：,比较容易安装和重
3、新配置；加入或删除一个设备只需要改动两条连接；故障隔离简单。,缺点：,唯一的限制是介质和通信量的因素（环的最大长度和设备的数量）；单向传输是一个缺点。这个缺点可以通过引入双环或者一个可以对故障进行旁路的开关来解决。,5.11.1,数据通信网原理,数据通信网络,10,6混合型拓扑,通常，一个网络会把几个不同拓扑结构的子网链接在一起以形成一个更大的拓扑结构。,比如，一个公司的某个部门可能会采用总线拓扑，而另一个部门则选择了环型拓扑。这两个不同拓扑的网络可以直接连到一个中央集线器上以形成一个星型拓扑结构。,5.11.1,数据通信网原理,数据通信网络,11,（三）网络分类,网络按照,范围,划分可以分为,局域网、城域网、广域网和互联网；,按照,拓扑结构,可以划分为,总线型、环型、星型、和网状网,及其他们的,混合型,网络。,5.11.1,数据通信网原理,数据通信网络,12,1局域网：,通常是用于连接一个办公室、一幢建筑物或一所校园内的设备。一般来说，局域网的,范围,被限定在几公里之内。,局域网为个人电脑和工作站之间共享资源而设计的。被,共享的资源,可以是硬件（如打印机）、软件（如一个应用程序）或者
4、数据。,通常，一个局域网,只采用一种传输介质,。最常见的,局域网拓扑,是总线、环型和星型。,5.11.1,数据通信网原理,数据通信网络,13,2城域网：,将网络覆盖范围延伸至整,个城市。从而使得不仅局域网之,间可以共享资源，设备之间也可,以共享资源。,例如，一个铁路局可以利用城域网来把它在路局所在,地所有办公场所内的局域网连接起来。,5.11.1,数据通信网原理,数据通信网络,14,3广域网,可以跨越辽阔,的地理区域进行长距离的数据、语音、图像和视频传输。,广域网可以使用公用的、租用的或专用的通信设备（通常是组合起来使用），因此可以无距离限制地延伸。,5.11.1,数据通信网原理,数据通信网络,15,4网际互连,当连接两个或两个以上,的网络时，就形成了一个互联网。单独的网络通过网际互连设备来加入互联网。这些设备包括,路由器和网关,。,注意,互联网（internet）,这个术语和,因特网（Internet）,是不同的，第一个术语指网络之间相互连接的普遍含义，而第二个则是一个特定的全球网络的名称。,5.11.1,数据通信网原理,网络协议：网络之间沟通、交流的桥梁。,16,（一）OSI层次,
5、5.11.1,数据通信网原理,网络协议,17,OSI各层的功能,各层名称,功能,信息单元,地址类型,应用层,用户功能,程序,表示层,字符显示、压缩和安全性,字符和字,会话层,建立、和终止会话,传输层,从发送计算机进程项接收计算机进程发送消息,消息,在应用程序之间,从进程到进程,网络层,通过网络传输单个数据包,数据包,识别接收方网络和主机位置的数据包地址,数据链路层,通过一条链路路由向最终的地址发送含有数据包的帧,网卡（或网络中的,下一个节点）,物理层,通过物理介质以信号的形式传输二进制数,比特,5.11.1,数据通信网原理,网络协议,18,OSI模型的七层功能的特点,1.,对等过程：,在单台机器中，每一层调用下层的服务。比如第三层使用第二层的服务，同时也向第四层提供服务。在发送端，每一层都在从直接上层传来的报文中加上本层必须的信息并将整个包传到下层。,5.11.1,数据通信网原理,网络协议,19,OSI模型的七层功能的特点,2,.,层次组织：,ISO的七个层次可以分为三个功能组：,第一、二、和三层是网络的支持层；,第五、六、七层（会话层、表示层、应用层）是用户支持层，允许不相关的软件系
6、统间的互操作；,第四层是传输层，将以上二个功能组联系起来，并保证下层是以上层可以使用的形式传输的。,5.11.1,数据通信网原理,网络协议,20,（二）TCP/IP协议：,1TCP/IP概述,TCP/IP协议定义了数据传输如何通过因特网进行传送交换。,5.11.1,数据通信网原理,网络协议,21,（二）TCP/IP与OSI模型,5.11.1,数据通信网原理,网络协议,22,1,）,IP地址：,给每个连接在IP网络中的主机分配一个32位的地址。用二进制来表示，每个IP地址长32位。,IP地址根据网络ID的不同分为5种类型，A类地址、B类地址、C类地址、D类地址和E类地址。,2,）,MAC地址,：,物理地址、硬件地址，通俗地说也就是网卡的物理地址，由网络设备制造商生产时写在硬件上。,MAC地址的长度为48位（6个字节），通常表示为12个十六进制数，每二个十六进制数之间用冒号隔开。,5.11.1,数据通信网原理,网络协议,23,2网络层协议,TCP/IP在网络层主要包含了四种协议：ARP、RARP、ICMP和IGMP。,3传输层协议,提供应用程序之间的通信。TCP，提供端到端的数据流服务；U
7、DP，用户数据报协议，为不需要可靠传输的数据传送应用程序提供端到端的高效服务。,4应用层协议,主要包括Telnet，FTP，POP3，SNMP，DNS，HTTP。,5.11.1,数据通信网原理,网络协议,24,2网络层协议,TCP/IP在网络层主要包含了四种协议：ARP、RARP、ICMP和IGMP。,3传输层协议,提供应用程序之间的通信。TCP，提供端到端的数据流服务；UDP，用户数据报协议，为不需要可靠传输的数据传送应用程序提供端到端的高效服务。,4应用层协议,主要包括Telnet，FTP，POP3，SNMP，DNS，HTTP。,5.11.1,数据通信网原理,网络设备,25,主要有以下5种网络设备：,1.,物理层中继系统，即中继器。,2.,数据链路层，即网桥或交换机。,3.,网络层中继系统，即路由器。,4.,兼有网桥和路由器的功能的三层交换机（或路由交换机）。,5.,在网络层以上的中继系统，即网关。,5.11.2,铁路数据通信网结构及应用,铁路数据通信网,26,铁路数据通信网包括骨干网络、区域网络。,5.11.2,铁路数据通信网结构及应用,骨干网络,27,由大区节点组成，汇聚、转接来自本大区范围内区域网络的业务。,5.11.2,铁路数据通信网结构及应用,区域网络,28,由核心节点、汇聚节点和接入节点组成,5.11.2,铁路数据通信网结构及应用,高速铁路数据网承载的主要业务,29,1会议电视系统,2GPRS业务,3综合视频监控系统,旅客服务系统,办公自动化系统,动力环境监控系统,综合网管系统,
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