通信网络基础3

1、第三部分：网络控制理论第三部分：网络控制理论 Electric & Information College,Hunan University第第 7 章章 通信网络的传输系统通信网络的传输系统7.1 7.1 数据通信网络连接数据通信网络连接数据通信的传输系统点到点数据链路（专用线路）点到多点数据链路数据通信网络都使用点到点通信不现实设备相距太远大批设备需要的连接线难以估量 (全连通结构中N个节点需要N(N-1)/2条线路)采用通信网络是实用的解决方案7.2 7.2 网络连接的术语网络连接的术语节点（node）：网络中通信线路连接的计算机和交换机线路（line）：节点间通信的物理连接链路

2、（link）：建立在相邻节点物理连接上的逻辑信道电路（circuit）：源站点与目的站点之间建立的传输通路交换（switching）：交换节点建立、保持和改变数据传输通路的过程路由选择（routing）：交换技术中选择传输路径的功能端节点：位于网络边缘连接源或目的站点的交换设备路由节点：网络中间的交换设备传输中继/传输网接入线/接入网通信网相关术语图示通信网相关术语图示电路电路端局端局链路链路链路链路链路链路链路链路链路链路链路链路传输中继传输中继传输中继传输中继接入中继接入中继接入线接入线链路链路端局端局中心局中心局网络网络发送端发送端接收端接收端发送端与接收端发送端与接收端发送端发送端 是

3、信息产生与发送的设备，包括通信模型中的整个信源以及发送器的部分变换功能。常用的信源有电话、数据终端、主计算机系统和视频摄像机。 接收端接收端 指用来接受信息的目的地设备，包括通信模型中的整个信宿以及接收器的部分逆变换功能。常用的信宿有电话、数据终端、主计算机系统和视频显示器。除无线广播和电视等单向传输外，发送和接收通常是双向的。7.2 7.2 网络连接的术语网络连接的术语7.3 7.3 电路电路电路是通过已有媒介建立的发送端与接收端之间、或者网络中任两点或多点之间的端到端端到端的信息传输通路。电路一般指一条物理线路上的一个逻辑连接。电路这一术语在不同的特定场合，可以与通路通路、链路链路、线路线

4、路和信道信道等术语互换使用。接入电路 是从用户到电信公司网络的电路。传输电路 用于网络中或网络之间的长途传输。单工电路 单向传输双工电路 双向传输。双向不能同时传输半双工 双向可以同时传输全双工二线电路 通过相同物理线路双向传输四线电路 通过独立的物理线路双向传输7.3 7.3 电路电路交换电路 在电路交换电路交换网络中灵活地通过一台或多台中间交换设备临时建立的电路连接虚电路 在分组交换分组交换网络中由软件路由表定义的端到端的数据分组传输通路，它是逻辑上而非物理上的电路永久虚电路（PVC）长期定义在路由表中的逻辑电路交换虚电路（SVC）在要求通信时据网络状况选择最佳路径而临时建立在路由表中的逻

5、辑电路7.4 7.4 链路链路链路是通过已有的媒介建立的直接相连的两点间的点到点点到点信息传输通路，是端到端电路的组成部分。一条电路既可能包含着多段链路，也可能只包含单段链路。如计算机与打印机之间的电路就只含有一段链路，上图中数据终端到主计算机之间的这条电路就包含着多条链路。链路这一术语有时也可和线路或电路互换使用，如计算机与打印机之间的点到点连接就可互换这些术语。7.5 7.5 线路线路线路是通过已有媒介建立的网络中任意两点或多点间的物理连接，包括传输媒介及通信装置与接口。这种物理连接可以是端到端或点到点的连接。接入线 连接用户设备到网络的这段线路中继线 是指能提供汇接和多路复接能力、实现多

6、个用户共享的一段线路接入中继 终端到交换点的中继线传输中继 交换点到交换点之间的中继线中继线是有方向的，可以是单向出中继、单向入中继或双向中继。7.5 7.5 信道信道 在正式标准术语中，信道是指发送器与接收器之间的单向连接，即单向电路或信息传输通路。 在一般用法中，信道是在物理电路上用于支持单一会话的逻辑连接。可以用某种方式构成物理电路，以支持一个或多个逻辑对话。7.6 7.6 交换交换交换设备建立、保持和改变物理电路上的逻辑连接。用户小交换机用户小交换机（PBX）和中心交换机中心交换机（CO或COE）提供电路交换功能，电路交换按要求在可用状态下建立电路之间或链路之间的连接。电路交换虽然研制

7、的初衷是支持语音通信的，但它可以支持数据等任何形式信息的传输。分组交换、帧交换和信元交换在较先进的网络中发展起来，主要支持数据和图像传输。端局交换机位于网络边缘，用户通过接入链路接入到端局交换机中心交换机也称汇接交换机汇接交换机，是一种高容量的交换机，位于网络中心，用于互联端局交换机。7.7 线路配置线路配置 指两个或以上的通信设备连接到链路的方式。链路是数据从一个设备传输到另一设备的物理路径 1. 点到点连接 两个设备之间的专用链路，整个信道容量都用于两个设备之间的传输。如计算机互连、微波、卫星、红外遥控器等 2. 多点连接 两个以上的设备共享一条链路的线路配置方法。信道容量通过时分或空分共

8、享 7.7 线路配置线路配置.链路 点到点连接点到点连接链路多点连接 7.8 拓扑结构拓扑结构v网络链路物理或逻辑的安排方式 v共有五种可能的基本网络拓扑：网状、星形、树形、总线型、环形 7.8 拓扑结构拓扑结构-网状拓扑网状拓扑 网状拓扑 每一设备都与其他设备有一条专用链路组成。n个设备共有n(n-1)/2根连线 7.8 拓扑结构拓扑结构-网状拓扑网状拓扑优点 使用专用链路使得设备之间的数据负载由专门链路承担，避免了共享链路间的交通量问题 网络拓扑具有健壮性。当一条链路不可用时，并不会使整个网络瘫痪 具有私有性和安全性。物理边界防止预期接收者外的其他用户获取信息故障检测和故障隔离十分容易 缺

9、点：所需电缆及设备输入输出口数量巨大。引起的问题有 安装和重新配置十分困难 安装空间可能不够（因为大捆电缆） 硬件开销（接头与电缆）很高 拓扑结构-星形拓扑 星形拓扑 集线器集线器 星形拓扑结构 拓扑结构-星形拓扑 每个设备只与称为集线器的中心控制器有点到点的专用链路。星形拓扑不允许设备之间直接通信。控制器如交换机。通信过程为：源设备将数据发到控制器，再由控制器将数据转发目的设备。v优点（与网状拓扑比较） 经济(连线与输入/输出口均为一个) 安装与重新配置容易 具有健壮性 拓扑结构-树形拓扑 星形拓扑的变体，如图所示。设备可先接到次级集线器，再由次级集线器连到中央集线器。 中央集线器：有源，内

10、含重发器（在发送接收的比特之前对其进行再生的硬件）。信号重发器增强了信号的传输能力并延长了信号的发送者与接收者之间的有效传输距离。 次级集线器：可以是有源或无源 优缺点：与星形拓扑类似 拓扑结构-树形拓扑.集线器 集线器 集线器 集线器 拓扑结构-总线形拓扑 由一条长电缆组成的主干和连接在上面的网络设备组成。为多点连接模式 v优点 易安装性 使用电缆少 v缺点 故障隔离和重新配置困难 a)总线上的故障或断裂会终止所有传输 拓扑结构-总线形拓扑.电缆头 电缆头 抽头 抽头 总线式拓扑总线式拓扑 拓扑结构-环形拓扑 每个设备只与两侧的两个设备有专用的点对点连接。信号在环中从一个设备到另一个设备单向

11、传输，直到到达目的环为止。每个设备均有一个重发器，当设备接收到一个要传送到另一个设备的信号时，重发器时此比特再生并将其发送出去。v 优点 比较容易安装和重新配置，电缆用量少，故障易隔离 v 缺点 环中的一个故障就能使网络瘫痪 v 解决办法 引入双环或对故障环进行傍路（用开关） 拓扑结构-环形拓扑.环形拓扑 拓扑结构-混合型拓扑 将几个采用不同拓扑结构的子网在一个更大的拓扑中结合在一起.集线器 环形拓扑 集线器7.9 7.9 数据通信网络数据通信网络网络是工作在一起用于支持信息传输的各台设备单元构成的集合。广义地讲，网络包括从发送器到接收器之间的所有设备所有链路和所有相关的交换机以及其它中间设备

12、广域网常被描述成云状这起源于20世纪70年代推广数据通信网的活动意指网络内部结构和特性像云一样千变万化，其中的工作情况像云一样模模糊糊难以看见云表达了一种网络的透明性概念:数据简单地从网络一端进去，又从网络的另一端出来。7.9 7.9 数据通信网络数据通信网络构成数据通信网的基本要素数据终端设备（DTE-Data Terminal Equipment）数据通信设备（DCE-Data Communication Equipment）交换设备传输链路数据通信网是这样一种系统：在一定范围内以数据通信设备与交换设备为点，以传输链路为线，在一定范围内以数据通信设备与交换设备为点，以传输链路为线，点线按一

13、定顺序相连，将地理分散的数据终端设备连接起来，可点线按一定顺序相连，将地理分散的数据终端设备连接起来，可以完成用户间多对多的数据通信。以完成用户间多对多的数据通信。计算机通信网 以独立自治的计算机为数据终端设备的数据通信网络 计算机通信网是目前数据通信最主要的表现形式 由两级子网构成： 以计算机通信网为通信子网； 以网络连接的计算机提供的硬软件资源为资源子网 以数据通信为手段，以资源共享为目的 数据交换、资源共享、分布处理、信息服务是计算机网络主要功能 网络操作系统是计算机网络有别于计算机通信网的主要标志多媒体网络 多媒体计算机网络 数据通信网、电话网、有线电视网的融合7.9 7.9 数据通信

14、网络数据通信网络简化的网络模型简化的网络模型交换式网络广播式网络routerworkstationservermobile7.10 7.10 数据通信网的类型数据通信网的类型根据所采用的传输技术的不同，数据通信网可分为交换式网络交换式网络 电路交换 存储-转发（报文交换、分组交换） 帧中继 信元中继广播式网络广播式网络 有线信道（总线型、环型） 无线信道（微波、卫星）7.10 7.10 数据通信网的类型数据通信网的类型根据网络规模及所覆盖地域范围大小，计算机网络可分为局域网 PAN - Personal Area Network PAN - Personal Area Network (个人区

15、域网) LAN - Local Area Network LAN - Local Area Network (局域网） SAN - Storage Area Network SAN - Storage Area Network (存储区域网) CAN - Campus Area Network CAN - Campus Area Network (园区网、校园网）城域网 MAN - Metropolitan Area NetworkMAN - Metropolitan Area Network广域网 WAN - Wide Area Network WAN - Wide Area Network

16、 (广域网) GAN - Global Area NetworkGAN - Global Area Network (全球区域网)7.10.1 局域网局域网（LAN） 覆盖的地理范围较小楼宇或小的园区 局域网及其连接的设备通常属于同一组织 数据速率很高 常选用广播式网络 目前引入了某些交换系统和ATMLocal Area networkCampus Area NetworkMetropolitan Area Network7.10.2 城域网（城域网（MAN）7.10.3 7.10.3 广域网（广域网（WANWAN）覆盖的地理范围很大跨越公共信道部分依赖共享的载波电路可以选用的交换技术Circ

17、uit switchingPacket switchingFrame relayAsynchronous Transfer Mode (ATM)InternetRouter/Gateway7.11 协议与体系结构协议与体系结构通信实体 能够发送与接收信息的任何事物，如应用程序、浏览器、电子邮件软件。一个系统可包含一个或多个实体的物理对象协议 控制数据通信的一组规则。定义了通信内容是什么，通信如何进行以及何时进行。关键要素是语法、语义和时序 语法：数据的结构和格式、数据表示的顺序。如比特定义、帧格式等 语义：指比特流的每一部分的含义。如一个特定的比特流该如何理解 a)时序：包括两个方面的特性：数

18、据何时发送以及以多快的速率发送 7.11 协议与体系结构七层结构 物理层(Physical) 数据链路层(Data Link) 网络层(Network) 传输层(Transport) 会话层(Session) 表示层(Presentation) 应用层(Application) LOWHIGH7.11 协议与体系结构 对等过程对等过程 每一层直接调用下层提供的服务每一层直接调用下层提供的服务 通信由一系列规则和约定控制，称协议通信由一系列规则和约定控制，称协议 物理层，通信直接发生。更高层次中，必须由上层传物理层，通信直接发生。更高层次中，必须由上层传到下层，再传到接收方，再从下层传到上层到下

19、层，再传到接收方，再从下层传到上层 中继节点 中继节点 7.11 网络体系结构-对等过程. 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 对等协议第7层 对等协议第6层 对等协议第5层对等协议第4层3332221117-6接口 6-5接口 6-5接口 7-6接口 2-1接口 3-2接口 4-3接口 5-4接口 4-3接口 3-2接口 2-1接口 5-4接口 物理通信 7.11 网络体系结构-对等过程层间接口 发送端信息由高层向低层传递，接收端信息由低层向高层传递，通过相邻两层间接口实现。每层接口定义了该层向上层提供的信息

20、和服务。层次组织 第一、二、三层为网络支持层；处理一个设备到另一个设备数据传输的物理方面问题（如电特性、物理连接、物理寻址、传输时序及可靠性）第五、六、七层为用户支持层；允许不相关软件系统间的相互操作 第四层，即传输层，将这两个功能组连接起来，并保证下层传输来的数据以上层能识别的形式传送级上一层使用 7.11 网络体系结构-对等过程v OSI高层通常通过软件实现，而低层通常是硬件和软件的复合体，物理层通常由硬件组成 v OSI层次的整体结构中，整个过程从第七层开始，然后一层一层向下移动，在每一层报文头信息被加到数据中，在第二层，同时还加上尾部信息，当格式化的数据单元经过物理层时，它被转换为电磁

21、信号并在物理链路上传输 v 到这目的地，信号进入第一层并被转换成数字信号形式。然后，数据单元反向穿过OSI各层，当每一块数据到达下一个更高层时，发送端所对应的层次加的报文头和尾部就被提取，并执行该层相应动作。在数据达到第七层时，消息又回到应用层的格式并可以为接收者应用 7th DATA6th DATA5th DATA4th DATA3th DATA2nd DATA7th DATA6th DATA5th DATA4th DATA3rd DATA2nd DATA6 Layer head5 Layer head4 Layer head3L head2L head2L TailBinary codeB

22、inary codeTransmitReceive使用OSI模型的传输过程 7 Layer7.12 各层功能-物理层 传输比特流 定义了基本连接的机械和电气特性，包括将两个节点连接在网络上的电缆、连接口及信号选项等 应考虑的问题 线路配置：设备如何连接？线路共享还是专用？线路可用否？ 数据通信模式：传输流向是单向、双向？ 拓扑结构：网络设备安置，数据传输模式 信号：在信息传输中何种信号是有用的 编码：数据如何通过信号表示 接口：相邻设备之间如何共享数据，共享数据的最有效方法是什么？媒介：数据传输的物理环境 7.12 各层功能-数据链路层 功能：将数据单元（比特组）无差错地从一个站点送达下一个相

23、邻站点；负责流控和错误检测 具体责任点到点传递 寻址：最近节点收下一个节点的物理地址 访问控制： 决定链路控制权设备 流控 ： 为防止接收方过载，约束一次可发送的数据量 错误处理： 通常通过重发机制来实现错误恢复 同步 数据帧头部含有特殊的比特位提示接收方有数据帧到达 7.12 各层功能-数据链路层.10285265878710目的地址 源地址 尾部 7.12 各层功能-网络层 负责数据包经过多条链路、由信息源到信息宿（端到端）的传递过程。保证每个数据包能够成功和有效率地从出发点到达目的地 网络层提供两种服务：交换与路由。 具体任务： 源到宿的传递 通过多条网络连接将一个数据包从他的起点尽力传

24、输到目的点 逻辑寻址 在包的头部加入源和宿的地址信息 路由 决定数据包在多条路径中该选择哪一条 地址转换 将逻辑地址翻译成对应的物理地址 复用 使用同一条物理线路同时传输多个设备间的数据 7.12 各层功能-传输层 负责整个消息从信源到信宿(端到端)的传递过程。保证整个消息无差错、按顺序到达目的，并在信源到信宿的层次上进行差错控制和流量控制。指从计算机一个特定的程序传递到另一个特定的程序 具体任务包括端到端消息传递 在传输终点监管一个消息中所有数据包的传输和到达 服务点寻址 在一台运行多道程序的计算机上，保证消息被传递到正确的程序 拆分与组装 将信息分为可传输的片段，并给片段编号。传输层可在接

25、收端重新组装，编号也可用电识别和替换传输中丢失或出错的包 连接控制 决定是否通过一等单独路径传送所有的数据包 7.12 各层功能-会话层 是网络对话控制器，建立、维护和同步通信设备之间的交互操作，保证每次会话都正常关闭而不会突然断开，使用户被挂在一旁 具体任务是： 会话管理 通过引入检查点将一次会话分为多个子会话过程，并将长的消息分解为短一些便于传输的，被称为对话单元的数据块同步 以何种顺序将对话单之传到传输层，以及在传输过程中哪一点需接收端确认 对话控制 决定哪一方在何时发送的机制 优雅关闭 保证在会话结束前，数据交换己经正确完成 7.12 各层功能-表示层 作用：保证通信设备之间的互操作性

26、 功能：使两台内部数据表示结构不同的计算机（如编码相异）能实现通信 具体任务： 翻译 即格式转换 加密 为安全性对数据进行加密解密 压缩 通过数据压缩解压缩技术使传输更有效安全性 验证口令和登录码 7.12 各层功能-应用层 作用：使用户可以访问网络 功能：为用户提供接口，为诸如电子邮件、远程文件访问和传输、共享数据库管理及其他分布信息服务提供支持 具体服务： 网络虚拟终端 物理终端的软件版本。一个虚拟终端允许登录到一台远程主机上 文件访问、传输和管理 允许远程计算机上的个用户访问另一台主机上的文件； 邮件服务 提供电子邮件存储转发的基础 目录服务 提供分布式数据库资源以及对不同对象服务的全局

27、信息访问 各层功能各层功能总结总结 ApplicationPresentation Session Transport Network Data Link Physical允许访问网络资源 翻译、加密和压缩数据 建立、管理以及终止会话 提供端到端的可靠消息传递和错误恢复 负责数据包从源到宿的传递和网际互连 数据帧的构成及点到点的传递 通过媒介传输比特，确定机械及电气特性 第第 8 章章 物理层控制规程物理层控制规程 并行传输并行传输: :字符编码的各个比特同时传输字符编码的各个比特同时传输 特点：特点： 一个比特时间内可传输一个字符，一个比特时间内可传输一个字符， 传输速度快，传输速度快，每个

28、比特传输要求一个单独的信道支持，通信成本高，每个比特传输要求一个单独的信道支持，通信成本高，远距离传输时，可靠性较低。远距离传输时，可靠性较低。0100信道信道0100串行传输串行传输 ：将组成字符的各个比特串行地发往线路将组成字符的各个比特串行地发往线路特点：传输速度低，一次一个比特；通信成本较低，只特点：传输速度低，一次一个比特；通信成本较低，只需一个信道需一个信道 8.1 8.1 传输方式传输方式信道信道010001008.1 传输方式有三种模式：单工、半双工、全双工定义依据：两个相互连接的设备之间信号流动方向 单工模式 通信是单向进行 半双工模式 每个站点都能发送和接收，但不能同时进行

29、。当一个设备状送时，另一个设备接收，反之亦然 全双工模式 两个站都可以进行数据发送与接收 要求：链路具有两条物理上独立的传输路径，或者同时传输两个方向的信号将带宽一分为二 8.1 传输方式.数据流向 第1次数据流向 第2次数据流向 数据流向 单工模式 半双工模式 全双工模式 L 同步技术概念同步技术概念 目的是使接收端与发送端在时间基准上一致目的是使接收端与发送端在时间基准上一致 ( (包括开始时间、位边界、重复频率等包括开始时间、位边界、重复频率等) )。保证接。保证接收方在时间上与发送方取得同步，以便能够正确收方在时间上与发送方取得同步，以便能够正确地识别和接收发送方发来的数据。地识别和接

30、收发送方发来的数据。 有以下几种种同步方法有以下几种种同步方法:位同步、字符同步、位同步、字符同步、帧同步及网同步。帧同步及网同步。 8.2 8.2 同步技术同步技术同步传输同步传输： 以多个字符或者多个比特组合成的数据块为单位进行传输，以多个字符或者多个比特组合成的数据块为单位进行传输，利用独特的同步模式来限定数据块，达到同步接收的目的。利用独特的同步模式来限定数据块，达到同步接收的目的。 发送：同步符号数据块同步符号发送：同步符号数据块同步符号 接收：遇到同步符号，开始接收数据，直到结束符号为止。接收：遇到同步符号，开始接收数据，直到结束符号为止。 同步符号：标识数据块的开始和结束同步符号

31、：标识数据块的开始和结束 可能问题：假同步可能问题：假同步数据块中含有与同步符号相同的内容数据块中含有与同步符号相同的内容 解决方法：增加匹配同步符号的难度解决方法：增加匹配同步符号的难度 SYN,SYNSYN,SYN,G,H, ,B,A,G,H, ,B,A,SYNSYN,D,E,D,E,SYN,SYN SYN,SYN 传输方向传输方向 8.2 8.2 同步技术同步技术异步传输异步传输 特点：特点：每次传输一个字符（每次传输一个字符（8bit8bit）都加上起始位和终止位。）都加上起始位和终止位。字符内部的各个比特采用固定的时间模式，每个字符独立字符内部的各个比特采用固定的时间模式，每个字符独

32、立传输，传输， 字符之间间隔任意，用独特的起始位和终止位来字符之间间隔任意，用独特的起始位和终止位来限定每个字符。传输效率较低限定每个字符。传输效率较低。 起起 终终 始始 止止 位位 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 位位 线路空闲线路空闲 线路空闲线路空闲起起始始位位一个字符一个字符下一字符下一字符 8.2 8.2 同步技术同步技术 8.2 8.2 同步技术同步技术 1.位同步位同步： 目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步，有下面两种方式步，有下面两种方式: :外同步外同步发送端发送数据时同时发送同步时

33、钟信发送端发送数据时同时发送同步时钟信号，接收方用同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。号，接收方用同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。自同步自同步通过特殊编码通过特殊编码( (如曼彻斯特编码如曼彻斯特编码) )，这些，这些数据编码信号包含了同步信号，接收方从中提取同步数据编码信号包含了同步信号，接收方从中提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。信号来锁定自己的时钟脉冲频率。 8.2 8.2 同步技术同步技术 2.字符同步字符同步： 以字符为边界实现字符的同步接收，也称为起止式或以字符为边界实现字符的同步接收，也称为起止式或异步制。每个字符的传输需要异步制。每个字符的传输需要:1:1个起始位、个起始位

34、、5 58 8个数个数据位、据位、1 1，1.51.5，2 2个停止位。个停止位。字符同步的性能评估字符同步的性能评估: :频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新同频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新同步。步。每两个字符之间的间隔时间不固定。每两个字符之间的间隔时间不固定。增加了辅助位，所以效率低。例如，采用增加了辅助位，所以效率低。例如，采用1 1个起始个起始位、位、 8 8个数据位、个数据位、 2 2个停止位时，其效率为个停止位时，其效率为8/1172%8/1172%。 8.2 8.2 同步技术同步技术 3.帧同步帧同步：识别一个帧的起始和结束。识别一个帧的起始和结束。帧帧(Fr

35、ame)(Frame)数据链路中的传输单位数据链路中的传输单位包含数据和包含数据和控制信息的数据块。控制信息的数据块。面向字符的面向字符的以同步字符以同步字符(SYN(SYN，16H)16H)来标识一个来标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧。帧的开始，适用于数据为字符类型的帧。面向比特的面向比特的以特殊位序列以特殊位序列(7EH(7EH，即，即01111110)01111110)来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧。来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧。 8.2 8.2 同步技术同步技术 3.网同步网同步：8.3 传输信道 传输信道就是连接两地用户之间的传输线路。通常传输线路

36、分为专用线路与交换线路。 专用线路用于用户之间的永久性连接，可以是点对点连接，也可以是多点连接。 交换线路是通过网络交换来连接的，它不是永久性连接。8.3.1 信道复用技术 是指多个信道通过一条数据链路传输 典型构造 复用器 解复用器 通道 通路 一条通路三个通道 PathChannel8.3.2 复用类型 复用类型 频分复用(FDM) 时分复用(TDM) 每个发送设备产生的信号被复用到不用的载波频率。调制后的信号再组成一个可以通过链路传输的复合信号。在链路带宽大于所有要传输信号带宽之和时使用 将物理信道按时间分成时间片，轮流分配给多个信源来使用。传输媒体的数据速率大于发送和接收设备所需的数据

37、速率时可采用时分复用分同步时分复用和异步时分复用8.3.2 复用类型-频分复用(FDM) 复用 (Transmit) 调制 调制 调制 f1f2f3f1f3f2复用器 Transmit8.3.2 复用类型-频分复用(FDM)FDM解复用 滤波器 滤波器 滤波器 解调 解调 解调 f1f2f3 FDM解复用 8.3.2 复用类型-时分复用 (TDM)同步时分复用 输入线路5，每帧时间片5 帧1 帧N 帧2复用器 8.3.2 复用类型-时分复用 (TDM)v 帧： 时间片组成帧。一帧由一个时间片的完整循环组成，包括分配给每个设备的一个或多个时间片以及帧定位比特。 v 交织： 同步时分复用可以比作快

38、速旋转开关，开关以固定速率和固定顺序在设备间轮转，这个过程称交织。交织可以以比特、字节或任何其他数据单元进行 v 帧定位比特： 每位开始所加的一个或多个同步比特 v 在TDM中，从N个设备来的信号互相交织，形成一帧数据（以比特、字节或其他数据单元交织）v 每帧报文头要加上一个比特用于同步 v 每帧至少含有每个设备的一个专用时间片（SLOT），每个设备向帧内发送数据的顺序是固定的。如果某个设备无数据要发送，对应时间片为空 8.3.2 复用类型-时分复用 (TDM)异步时分复用v 异步TMD中，帧内时间片的顺序依赖于那些设备有数据待发送 v 异步TMD中，每个时间片中都加入地址信息 v 寻址需要增

39、加额外的开销 v 变长时间片 可以通过改变时间片长度来容纳不同数据速率的流量8.3.2 复用类型-反复用 将来自高速线路的数据流分割到多条低速率链路上。 123n23n1n321复用器 解复用 反复用 解反复用 复用 反复用 传输媒体导向媒体 非导向媒体 8.4 传输媒体8.4.1 导向媒体-双绞线电缆 两类：非屏蔽和屏蔽非屏蔽双绞线（UTP）电缆 最常用的传输媒体；由两条包着绝缘材料的导体构成 EIA定义了按质量划分的等级标准，共5类。1是最低挡，5类最高 通过RJ45连接器（俗称水晶头）连接屏蔽双绞线（STP）电缆 比UTP多一个屏蔽层 8.4.1 导向媒体-双绞线电缆等级标准 适用 第1

40、类 电话系统中通信用，只适用传输话音与低速数据 第2类 用于传输话音和最大速率为4Mbps的数据 第3类 每英尺至少交叉三次，适用于最大速率10MbpS的数据传输；大多数电话系统标准（USA） 第4类 16Mbps。基本不用 第5类 最大传输速率达100Mbps 8.4.1 导向媒体-同轴电缆 标准 标准 应用场合 波阻抗 传输模式 RG-8 粗缆以太网 50欧姆 基带RG-9 粗缆以太网 50欧姆 基带RG-11 粗缆以太网 50欧姆 基带RG-58 细缆以太网 50欧姆 基带RG-75 电视 75欧姆 宽带(模拟) 同轴电缆连接器 卡销式网络连接器（BNC）和T形连接器（在细缆以太网中使用

41、） 8.4.1 导向媒体-光纤 光纤的优点 噪声抑制 更小的信号衰减 传输距离比其他有向媒体远得多，信号可不经再生传输几英里 更高的带宽 可支持极高的带宽。在光缆上传输的数据速率和波特率并不受媒体本身限制，而是受现有的信号产生和接收技术的限制光纤的缺点 费用 光缆、激光光源是很昂贵的 安装/维护 专业性，精密性脆弱性 光纤比导线更易断裂，不适用于移动性较高的环境8.4.2 非导向媒体 不使用物理导体传输电磁波，而是将信号从空气广播出去，从而任何一个具有接收设备的人都能接收它主要技术 微波 红外线 激光 8.4.2 非导向媒体-无线电波段分配及传播模式 .符号 频段名 频率起点 传播方式 VLF

42、 甚低频 3kHz 球面传播 LF 低频 30kHz 球面传播 MF 中频 300kHz 对流层传播 HF 高频 3MHz 电离层传播 VHF甚高频 30MHz 空间及视线传播 UHF 超高频 300MHz 空间及视线传播 SHF 特高频 3GHz 空间传播 EHF 极高频 30GHz 空间传播 无向媒体-无线电波的传播 .传播方式 解释 球面传播 无线电波的传播通过大气的最低层进行，紧靠地表面。传播距离取决于信号能量。球面传播也可以在水中发生 对流层传播 信号可以以直线方式从一根天线发送到另一根天线；也可以以一定角度向对流层的较高层次广播，然后反射回地面 电离层传播 无线电波发射到电离层并由

43、该层反射回地面。可以以较低的能量传播更远的距离 视线传播 甚高频信号直接从一根天线直线直线传输到另一根天线。天线为有向天线 空间传播 采用卫星中继进行传播。地面发射，卫星接收转发给地面上期望的接收者接收 第第 9 章章 链路层控制规程链路层控制规程 链路控制功能包括 线路规程 流量控制 错误控制 决定现在该谁发送 可以发送多少数据 如何纠错 9.1 链路控制的基本概念 9.2 线路规程 询问/应答模式(ENQ/ACK) 在传输中不会存在错误的接收方的系统中使用(点到点方式)询问 应答 传输结束 数据 应答A站点 B站点 询问/应答(ENQ/ACK)线路规程 9.2 线路规程轮询/选择模式 v多

44、点线路规程 v主设备控制线路，从设备遵从其指令 v通过地址识别设备 v主设备有数据发送时采用选择模式 v主设备请求从设备进行传输时用轮询方式 v终止信息交互的方法有两种 从设备送完数据帧后，发一个传输结束帧（EOT）主设备发时间到信息选择帧 应答帧 数据 应答帧 主设备 从设备A DCB多点选择 轮询 否定应答 数据 轮询 主设备 从设备A CB轮询 否定应答帧 应答帧 多点轮询 9.3 流量控制为一组过程，用来限制在等待应答前流过链路的数据量 停等协议 发送一帧后就等待一个应答帧，只有收到应答帧后才发下一帧。发完时，发送方发一个结束帧(EOT) 停等协议 优点：简单； 缺点：效率低数据帧 应

45、答帧数据帧 应答帧数据帧 应答帧传输结束帧 发送方 接收方 时间 时间 停等协议 9.3 流量控制滑动窗协议 一次可发送多个帧 帧以模n方式标号：0、1、n-1。 发送窗口与接收窗口大小必须小于n-1。 接收方收到帧后，发一个应答帧，应答帧中包含期望接收的下一帧标号。 9.3 流量控制v发送窗口 开始时窗口有n-1帧，数据发送，窗口从左面收缩，当应答来到，窗口向右方扩张 12346570102534发送一帧，向左移一帧 接收到应答帧，边界右移，等于最后一次编号与本次编号差（模n） 若无应答帧，窗口最后变为0，此时发送方停止发送 9.3 流量控制v接收窗口 接收到数据帧时，窗口从左面收缩，发送应

46、答帧时，窗口向右扩展 12346570102534接收到一帧，边框右移一帧 发送一个ACK，右移，距离为最后一次ACK编号与本次编号的差（模n） 协议是指实现某个任务而制订的一套规则或规定。在数据通信中，协议是用来实现OSI模型中一组规范或规则。数据链路协议是实现数据链路层的一组规范。数据链路协议分两类 异步协议 同步协议 9.4 链路控制协议9.5 异步协议 异步协议主要用于调制解调器中，它引入了起始位和停止位以及字符之间的可变长度的空隙。 异步协议包括 XMODEM ZMODEM Kermit YMODEM BLAST 9.5 异步协议 -XMODEM协议 实现计算机之间的电话线通信的一种

47、文件传输协议。是一个半双工的停等ARQ协议。帧格式及各域如下。 SOHCRC.报文头 数据：128bytes XMODEM协议帧格式 9.5 异步协议 -XMODEM协议.域 说明 第一个域报文头开始字符 第二个域 两字节报文头。头的第一字节为序号域，是帧的编号。第二个字节是用于校验序号域的合法性 第三个域 固定128字节长度的数据 第四个域 循环冗余校验 XMODEM协议中，每个字符都包括起始位和停止位。字符被空隙所分隔。报文头有两个字节：序号和它的反码。 传输协议传输协议 通过接收方向发送方发送一个否定应答帧(NAK)开始传输。后面操作按停等协议。取消传输发取消帧(CAN)。 9.5 异步

48、协议 -YMODEM协议 类似于XMODEM协议，主要不同点为： 数据单元长度为1024字节 取消传输要发送两个取消帧(CAN) 错误校验采用ITU-T的CRC16标准 1)可以同时传输多个文件9.5 异步协议ZMODEM协议 将XMODEM和YMODEM性能结合在一起的新协议 阻塞异步传输(BLAST)协议 采用滑动窗口流量控制的全双工协议。允许进行数据和二进制文件传输。 Kermit协议 文件传输协议，协议操作方面与XMODEM协议类似。 区别是允许将控制字符当作文本传输。 9.6 同步协议.同步协议 面向字符的协议 面向比特的协议 -帧或包被看作一系列字符 -帧或包被看作一系列比特 9.

49、7 面向字符的协议 IBM公司的二进制同步传输协议(BSC) 二进制同步通信协议 规范了采用停等ARQ的半双工传输。不支持全双工传输和滑动窗协议 包括 控制字符 ASCII码 9.7 面向字符的协议- BSC协议帧 包括数据帧和控制帧 v数据帧 同步字符 同步字符 数据 数据 文本开始符 数据 文本结束符 块校验计数域 简单BSC数据帧 9.7 面向字符的协议- BSC报文头数据帧v报文头数据帧 SOH(报文头开始符)之后和STX(文本开始符)之前的部分，称报文头。其作用是包含接收和发送设备地址，ARQ协议识别帧所必须的帧序号等。同步字符 同步字符 SOH文本结束符报文头 STX.数据.块校验

50、计数域报文头数据帧 9.7 面向字符的协议-多块帧 v多块帧 帧长度增加，文本块出错的概率增加。帧中比特数越多，传输中发生错误的概率越大，并且出现多个互相抵消的错误而使错误检测变得困难的可能性越大。解决办法是分块传送，一个多块帧如图所示 SYNSOHIBT报文头 STX.DATA.BCCEOTSTX.DATA.BCCSYN块 块 SYN 同步字符 SOH 报文头开始符 STX 文本开始符 IBT 中间文本块符 EOT 文本结束符 BCC 块校验计数域 多块帧9.7 面向字符的协议-多帧传输 v多帧传输 目的是解决长文本传输问题。 发送方以多个帧传递一个消息。SYNSOHIBT报文头 STXDA

51、TABCCSYNIBTSTXDATABCCSYNSYN对 1 帧的应答 SYNSOHIBT报文头 STXDATABCCSYNIBTSTXDATABCCSYNSYN对 0 帧的应答 SYNSOHIBT报文头 STXDATABCCSYNEOTSTXDATABCCSYNSYN对 1 帧的应答 除最后一帧外都是块传输结束符 最后一帧为文本结束符 多帧传输 9.7 面向字符的协议-控制帧 控制帧 一个设备用来向另一个设备发送命令或索取信息的消息控制帧为三种目的服务 建立连接 维护流量与错误控制 终止连接 BSC协议控制帧的基本格式 SYNSYNBCC其他控制字符 SYNSYNENQSYNSYNENQPo

52、oling AddressSYNSYNENQSelecting AddressSYNSYNACK0SYNSYNNAKSYNSYNEOT查询 点对点连接请求 轮询 主设备轮询从设备 选择 主设备选择从设备 选择或查询的肯定应答(准备好接收) 选择或查询的否定应答 (未准备好接收) 对轮询的否定响应 (未准备好发送) 连接建立 SYNSYNSYNSYNSYNSYNSYNSYNSYNSYNSYNSYN对奇数帧的肯定应答(接收了1帧) 对偶数帧的肯定应答 对偶数帧的否定应答 等待并应答(对前一帧的应答及不能继续接收) 反向中断：请求中断发送 暂时延迟：暂时延迟，但不撤除连接 流量及错误控制 ACK0A

53、CK1WACKRVITTDNAK0SYNSYNEOT传输结束 站结束发送数据 连接终止 9.8 面向比特的协议 面向比特的协议主要有： 同步数据链路控制协议(SDLC) IBM提出 高级数据链路控制协议(HDLC) ISO提出 链路访问协议(LAPs) 包括LAPB协议，LAPD协议，LAPM协议，LAPX协议等。ITU-T基于HDLC协议开发出来的协议局域网访问控制协议 所有面向比特的协议都与HDLC协议有关。HDLC协议支持点到点和多点配置下的半双工和全双工模式。 9.8 面向比特的协议- HDLC协议高级数据链路控制(HDLC)协议v 站点类型 HDLC协议站点 主站点 从站点 复合站点

54、 -发送命令 -作出响应 -既发送命令也进行响应 9.8 面向比特的协议- HDLC协议v配置 指链路上硬件设备的关系。设备可以按主从方式或对等方式组织。 配置方式 非平衡式 对称式 平衡式 (也称主从配置)是一个设备为主设备，另外的设备为从设备 链路上每个物理站点都有两个逻辑站点，一个是主站点，一个是从站点 点到点的拓扑中两个站点都是复合型的，站点之间由一条链路连接，链路可由任一方控制 响应 响应 命令 命令 命令响应 响应 命令/响应命令/响应主站点 主站点 从站点 从站点 对称式 非平衡式平衡式复合站点 复合站点 9.8 面向比特的协议- HDLC协议v通信方式 通信方式NRM 正常应答

55、方式 ARM 异步应答方式 ABM 异步平衡方式 -标准的主从关系。从设备必须在传输前获得许可。获准后，从设备一次可具有一帧或多帧的传输响应。 -只要信道空闲，从设备可以在没有得到许可的情况下发起一次传输。 -所有站点都是平等的，只用于点到点连接的复合站点。 NRM、ARM和ABM方式与站点类型关系 正常应答方式 异步应答方式 异步平衡方式 站点类型 主、从站点 主、从站点 复合站点 发起者 主站点 两者之一 任何一个 9.8 面向比特的协议- HDLC协议帧格式 HDLC三种类型的帧 信息帧(I-帧) 监管帧(S-帧) 无序号帧(U-帧) -用来传输用户数据以及与用户数据有关的控制信息 -用

56、来传输控制信息，主要是数据链路层流量和错误控制信息 管理链路本身所需的信息 标志地址 控制 标志 FCS 信息 标志地址 控制 标志 FCS 信息 标志地址 控制 标志 FCS 从上层来的用户数据 管理网络所需的信息，可以有也可以无 信息帧 (I-帧) 监管帧(S-帧) 无序号帧 HDLC帧类型 9.8 面向比特的协议- HDLC帧v 标志域 01111110的八比特序列，是表明帧的开始和结束并且为接收方当作同步模式服务。 解决数据透明性的方法是：在数据中每连续五个1后附加一个额外的0，接收方在数据段中连续五个1后的0删除。此方法称比特填充。9.8 面向比特的协议- HDLC帧v地址域 包含帧

57、的来源或终点的从站地址(或是以从站方式运行的复合站点)。地址是可变长的。 如果地址只有一个字节，最后一个比特总是1。若是多字节，除最后一个字节以1结尾外，其它地址字节结尾均为0。 9.8 面向比特的协议- HDLC帧v控制域 帧中一个字节或两个字节的分段，用来进行流量管理。 0 P/F 1 0 P/F1 1 P/FN(S)N(R)N(R)N(R)CodeCode 信息帧监管帧无序号帧P/F 查询/结束位N(S) 发送帧的序号N(R) 期待的下一帧序号Code 监管或无序号帧的编号HDLC协议控制域 P/F 1有效,主站发送到从站点时，意味着查询。从站发送到主站时，意味着结束 9.8 面向比特的

58、协议- HDLC帧v信息域 在I帧中包含了用户数据，在S帧中不存在，在U帧中包含网络管理信息。 在双向通信中，I帧里可同时包含流量、错误以及其他方面的信息，此种结合方式也称捎带确认。 v 帧校验序列 HDLC的错误检测域。CRC-16或CRC-32校验码9.8 面向比特的协议- HDLC帧关于帧的其他内容 vS帧 1 0 P/FN(R)Code监管帧编码(Code) 命令 00RR 01REJ 10RNR 11SERJ 方式 意义 应答(ACK) 接收站点在自身没有数据要发送时(没有可以捎带应答的I-帧)用来对一个接收的I帧返回一个应答 查询 当主站点发送，并且P/F置位时，RR帧询问从站点是

59、否有数据发送 对查询的否定应答 由从站点发送，并且P/F位置位时，RR帧通知主站点无数据发送 对选择的肯定应答 当从站点已经准备好从主站点接收数据时，返回一个P/F=1的RR帧 接收就绪(Receive Ready) (编码=00)四种方式使用意义 方式意义应答(ACK) 接收方向发送方返回RNR帧，表示直到该帧中N(R)域中序号为止，但不包括该序号的各帧应答，且要求发送方直到接收到RR帧为止，不再发送数据 选择 当主站点想要向某个从站点传输数据时，它通过发送一个P/F=1的RNR帧通知从站点 对选择的否定响应 当从设备不能接收数据时，它返回一个P/F=1的RNR帧 接收未就绪(RNR) (编

60、码=10)使用意义 拒绝(REJ) 在回退ARQ错误纠正系统中当接收方没有要发送的数据来捎带响应消息时，返回一个否定应答帧。N(R)域含有损坏帧的序号 选择拒绝(SREJ) 选择距绝ARQ系统的否定应答帧。接收方向发送方指明具体帧已损坏，需重发 9.8 面向比特的协议- HDLC帧(U帧 )U帧 互连的设备之间交换管理信息标志 地址 控制 标志 FCS 管理信息 11P/FHDLC中的U帧控制域 编码 命令 响应 00 001 SNRM 11 011 SNRME 11 000 SARM DM 11 010 SARME 11 100 SABM 11 110 SABME 00 000 UI UI 编码 命