第二章 物理层和数据链路层

1、第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第1 1页页第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第2 2页页2.1 数据通信基础知识数据通信基础知识2.2 多路复用多路复用2.3 数据交换数据交换2.5 数据链路层数据链路层 本章主要讨论数据通信的基本概念、原理本章主要讨论数据通信的基本概念、原理和技术，物理层和数据链路层相关协议。和技术，物理层和数据链路层相关协议。 2.4 物理层物理层第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第3 3页页1.数据通信的定义数据通信的

2、定义 指按照一定的通信协议，将数据以某种信号的方式，指按照一定的通信协议，将数据以某种信号的方式，通过数据通信系统来完成数据信息的传输、交换、存储通过数据通信系统来完成数据信息的传输、交换、存储和处理的过程。和处理的过程。第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第4 4页页 辨析：辨析： 信息、数据、信号、数字通信与数据通信信息、数据、信号、数字通信与数据通信。信息信息:与与“不确定性不确定性”相联系，是消息的本质内容相联系，是消息的本质内容 定量描述定量描述I(x)= -lgP(x) (根据香农理论根据香农理论)数据数据:任何描述物体、概念、事实、

3、图形图像的数字、任何描述物体、概念、事实、图形图像的数字、 字母和符号。字母和符号。信号信号:数据在介质上的具体表现形式数据在介质上的具体表现形式(表现为电、磁、表现为电、磁、 光的编码光的编码)数字通信与数据通信数字通信与数据通信:概念不同，不同在哪？概念不同，不同在哪？第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第5 5页页2.数据通信的质量指标数据通信的质量指标（1）有效性：）有效性：指在给定的信道中单位时间内能传输信息指在给定的信道中单位时间内能传输信息量的多少，即用传输信息的速率来衡量。量的多少，即用传输信息的速率来衡量。 信息速率信息速率，也

4、称信息传输速率（或称比特率），用，也称信息传输速率（或称比特率），用Rb来标记，它表示单位时间内通过信道的来标记，它表示单位时间内通过信道的信息量信息量，单位，单位:比特比特/秒（秒（b/s或或bps）。）。 码元速率码元速率，也称码元传输速率（或称调制速率、波，也称码元传输速率（或称调制速率、波特率），用特率），用Rs标记，它表示单位时间内信道上实际传输标记，它表示单位时间内信道上实际传输码元个数码元个数或脉冲个数，单位或脉冲个数，单位:波特（波特（Baud）。）。 Baud T1Rs第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第6 6页页例：当波特率

5、为例：当波特率为9600时时若若M=2M=2进制，数据传输率为进制，数据传输率为9600b/s9600b/s若若M=16M=16进制，数据传输率为进制，数据传输率为38.4kb/s38.4kb/s第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第7 7页页（2）可靠性：）可靠性：指接收信息的准确程度，可用错误率（差指接收信息的准确程度，可用错误率（差错率）来度量。错率）来度量。误比特率（误信率）误比特率（误信率）: :传传输输总总比比特特数数错错误误比比特特数数bP误码元率（误符号率）误码元率（误符号率）: : 传传输输总总码码元元数数错错误误码码元元数数s

6、P 常用误比特率，通常要求小于常用误比特率，通常要求小于10-810-9；有效性与可靠性是相互矛盾又相互联系的两个方面，有效性与可靠性是相互矛盾又相互联系的两个方面， 两者可以互换。两者可以互换。若不能满足怎么办？差错控制！第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第8 8页页二、数据通信系统的模型二、数据通信系统的模型 数据通信系统是指以计算机为中心，通过通信线路数据通信系统是指以计算机为中心，通过通信线路连接分布在远程的数据终端设备而传输数据信息的通信连接分布在远程的数据终端设备而传输数据信息的通信系统。系统。 从系统结构来看，数据通信系统主要由从

7、系统结构来看，数据通信系统主要由数据终端设数据终端设备（备（DTE，Data Terminal Equipment）、数据电路端接）、数据电路端接设备（设备（DCE，Data Circuit-terminating Equipment）和和传传输信道输信道三个主要部分构成。三个主要部分构成。 DTE DTE是具有一定的数据处理能力以及发送和接收是具有一定的数据处理能力以及发送和接收数据能力的设备。数据能力的设备。 DCE DCE的作用就是在的作用就是在DTEDTE和传输线路之间提供信号变和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链换和编码的功能，并且负责建立、保持和释

8、放数据链路的连接。路的连接。第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第9 9页页 接接口口 数数据据输输入入输输出出设设备备 传传输输控控制制器器 数数据据电电路路终终接接设设备备 传传输输信信道道 数数据据电电路路终终接接设设备备 通通信信控控制制器器 中中央央处处理理机机 DTE DCE DTE 接接口口 DCE 数数据据电电路路 数数据据链链路路 数数据据站站 数数据据站站 图图1 数据通信系统模型数据通信系统模型(课本课本P32)DCE功能：进行信号变换，包括：码型变换、功能：进行信号变换，包括：码型变换、电平转换、线路特性均衡、时钟同步、控

9、制与维护等电平转换、线路特性均衡、时钟同步、控制与维护等第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第1010页页图图2 数据通信系统实例数据通信系统实例 传输传输系统系统输输入入信信息息输输入入数数据据发送发送的信号的信号接收接收的信号的信号输输出出数数据据源点源点终点终点发送器发送器接收器接收器调制解调器调制解调器PC 机机公用电话网公用电话网调制解调器调制解调器数字比特流数字比特流数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号 正文正文正文正文数据通信系统数据通信系统源系统源系统目的系统目的系统传输系统传输系统输输出出信信息息PC 机机第二章

10、第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第1111页页三、信道及技术参数三、信道及技术参数 1.信道的定义信道的定义 狭义信道、广义信道狭义信道、广义信道 广广义义信信道道（调调制制信信道道） 编编码码器器 信信源源 信信宿宿 调调制制器器 转转换换器器 转转换换器器 解解调调器器 译译码码器器 传传输输媒媒介介 狭狭义义信信道道 广广义义信信道道（编编码码信信道道） 图图3 狭义信道和广义信道狭义信道和广义信道(课本课本P33)第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第1212页页2.信道类型信道类型（1）有线

11、有线信道和信道和无线无线信道信道 （2）模拟模拟信道和信道和数字数字信道信道 （3）专用信道和公共信道）专用信道和公共信道 （4）物理信道和逻辑信道）物理信道和逻辑信道 （5）前向信道和反向信道）前向信道和反向信道 3.信道技术参数信道技术参数（1）带宽）带宽 （2）频带利用率）频带利用率 （3）信道容量信道容量 2Slog1 b/sNCB22log b/sCBM第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第1313页页四、物理层下的传输介质四、物理层下的传输介质分为：有线介质与无线介质分为：有线介质与无线介质有线介质包括：双绞线有线介质包括：双绞线(t

12、wisted pair line) 同轴电缆同轴电缆(coaxial cable) 光纤光纤(fiber)无线介质包括：微波、红外线、卫星通信无线介质包括：微波、红外线、卫星通信第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第1414页页（1）双绞线）双绞线(缠绕克服缠绕克服EMI，UTP/STP:Unshielded/Shielded) 图图5 双绞线双绞线和RJ45插头和插座(课本课本P36)指标：传输带宽250kHz左右，无中继传输距离10km。应用：常用于10BASE-T和100BASE-T等高速LAN。第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据

13、链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第1515页页铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套（2）同轴电缆）同轴电缆 分类：分类： 按特性阻抗：按特性阻抗：50与与75 按粗细：粗芯线与细芯线按粗细：粗芯线与细芯线指标：传输带宽几十指标：传输带宽几十M左右，左右， 无中继传输距离无中继传输距离110km。应用：应用：外径外径10mm标准电缆用标准电缆用10BASE5外径外径5mm细芯电缆用细芯电缆用100BASE2第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第1616页页（3）光纤光纤 单芯光缆单芯光缆多芯光缆多芯光缆玻璃玻璃封套封套塑

14、料外套塑料外套玻璃内玻璃内芯芯玻璃内芯玻璃内芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外外壳壳图图6 光纤结构光纤结构 (课本课本P37)根据光波传输模式分类：单模光纤根据光波传输模式分类：单模光纤(SMF)和多模光纤和多模光纤(MMF)主要特点：细而主要特点：细而轻轻、频带、频带宽宽、中继间隔、中继间隔长长(10100km)、抗干、抗干 扰能力扰能力强强、不能不能作为输电线路、易作为输电线路、易碎碎应用场合：高速主干网（国际海底线路）、局域网、应用场合：高速主干网（国际海底线路）、局域网、WDM等等第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第1717页页（4

15、）微波）微波地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传送塔特点：容量大，投资小。通过地面站之间中继接特点：容量大，投资小。通过地面站之间中继接力传送力传送、接力站之间距离接力站之间距离:50-100 km，多径衰落、，多径衰落、易受雨雾影响。易受雨雾影响。图图7 微波通信微波通信 第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第1818页页（5）无线电波）无线电波两者的区别：无线电波是一个广义的概念，两者的区别：无线电波是一个广义的概念，从含义上讲，无线电波是从含义上讲，无线电波是全向全向传播，而微波是传播，而微波是定向定向传播。传播。BS

16、基站覆盖的无线电区域基站覆盖的无线电区域BS基站基站 用户计算机和终端用户计算机和终端图图8 无线移动通信无线移动通信 特点：穿透力强，抗干扰和安全性差第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第1919页页（6）红外线）红外线 （7）卫星通信）卫星通信图图9 卫星通信卫星通信 (课本课本P37)卫星通信：覆盖广、容量大、质量好，延迟大，成本卫星通信：覆盖广、容量大、质量好，延迟大，成本高，易受天气影响高，易受天气影响特点特点:方向性好、不易受电磁波干扰、实现简单、穿透能力差方向性好、不易受电磁波干扰、实现简单、穿透能力差第二章第二章 物理层和数据链路

17、层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第2020页页传输介质传输介质传输方式传输方式速率速率/工作频带工作频带传输距离传输距离性能性能价格价格应用应用双绞线双绞线宽带宽带基带基带1Gb/s模拟模拟: 10km数字数字: 500m较好较好低低模拟模拟/数字数字信号传输信号传输50同轴电缆同轴电缆基带基带10Mb/s3km较好较好较低较低基带数字信基带数字信号号75同轴电缆同轴电缆宽带宽带450MHz100km较好较好较低较低模拟电视、模拟电视、数据及音频数据及音频光纤光纤基带基带40Gb/s20km以上以上很好很好较高较高远距离高速远距离高速数据传输数据传输微波微波宽带宽带4-6

18、GHz几百几百km好好中等中等远程通信远程通信卫星卫星宽带宽带1-10GHz18000km很好很好高高远程通信远程通信第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第2121页页五、数据编码方法和类型五、数据编码方法和类型数据编码方法模拟数据编码数字数据编码振幅键控ASK移频键控FSK移相键控PSK非归零码NRZ曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码编码第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第2222页页 时钟信号时钟信号双极性双极性NRZManchester差分差分Manchester图图10 基带传输码型基带传输码型

19、(课本课本P40) 其他几种码型举例第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第2323页页n基带传输与宽带传输的比较第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第2424页页七、传输方式七、传输方式1.并行传输和串行传输并行传输和串行传输(按传输数据时空顺序分按传输数据时空顺序分)应用举例第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第2525页页2.单工、半双工和全双工通信单工、半双工和全双工通信(按信息传输方向和时间关系分按信息传输方向和时间关系分) 能否举例说明！第二

20、章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第2626页页3.同步传输和同步传输和异步传输异步传输(课本课本P42)块开始标 志 数据块 块校验序列 块结束标 志 一个或多个SYN字符控制字符数据字符SYNSYN控制字符同步传输同步传输(Synchronous Transmission)，又称为字符同步字符同步 起始位 8 位数据 （1 个字符） 停止位 校验位 线路空闲或前面字符的停止位 线路空闲 传输方向 异步传输异步传输(Asynchronous Transmission)，又称为起止同步，又称为起止同步此外，还包括另一种同步方式：帧同步，在此外，还包

21、括另一种同步方式：帧同步，在HDLC、ISDN中使用。中使用。第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第2727页页八、传输形式八、传输形式1.基带传输基带传输基带基带(Base Band):由计算机或终端产生的信号的频谱从由计算机或终端产生的信号的频谱从零开始，未经调制的原始数字信号所占用的固有频带范围。零开始，未经调制的原始数字信号所占用的固有频带范围。基带传输基带传输: :在数字信道上直接传送基带信号的方法。在数字信道上直接传送基带信号的方法。2.频带传输频带传输对原始基带信号进行对原始基带信号进行调制调制后送入模拟信道传输，利用模后送入模拟信

22、道传输，利用模拟信道传输数据信号的方法。拟信道传输数据信号的方法。 基带与频带举例？第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第2828页页2.2 多路复用与差错控制多路复用与差错控制 一、多路复用原理一、多路复用原理(课本课本P44) 信号正交化处理单元 1 复 合 器 信道 )(1tf)(tfn)( 1tf)( tfn信号正交化处理单元 n 信号正交分离处理单元 1 信号正交分离处理单元 n )( tfn)(1tf在同一介质上，同时传输多个有限带宽信号的方法，在同一介质上，同时传输多个有限带宽信号的方法， 称为多路复用（称为多路复用（Multipl

23、exingMultiplexing）。）。为什么能在一个信道传输多路信号？信号分隔原理，为什么能在一个信道传输多路信号？信号分隔原理， 信号之间的信号之间的差别差别体现在：信号的频率、时间、码型不同体现在：信号的频率、时间、码型不同第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第2929页页二、频分多路复用二、频分多路复用(FDM)指按照指按照频率参量频率参量的差别来分割各路信号的。在发送端使的差别来分割各路信号的。在发送端使各复用信号的频谱互不重叠，在接收端用滤波器把各路各复用信号的频谱互不重叠，在接收端用滤波器把各路信号区分开。信号区分开。 ( (回忆

24、？应用实例？广播电视、数字数据回忆？应用实例？广播电视、数字数据) )CH2CH1CH3原带宽原带宽CH1CH2CH3移频后带宽移频后带宽MUXCH1 CH2 CH3带宽复用信号带宽复用信号f复用器复用器第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第3030页页三、时分多路复用三、时分多路复用(TDM) 按照时间参量的差别来分割各路信号。将信道工作按照时间参量的差别来分割各路信号。将信道工作时间划分为周期时间划分为周期T T，每一周期又再划分为若干时间间隔，每一周期又再划分为若干时间间隔，在一个周期内每一路信号占用一个时间间隔（通常称为在一个周期内每一路

25、信号占用一个时间间隔（通常称为时隙）。时隙）。 (应用实例？应用实例？PCM话音系统话音系统)1.时分多路复用原理时分多路复用原理A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后的数据流复用后的数据流时隙号时隙号1231D3D2D1时间片时间片12时间片时间片2D1时隙时隙D2复用器复用器t第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第3131页页图 数字电话系统采样周期T1系统图 更高速下线路多路复用的T1流第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第3232页页2.多级复用多级复用路数路数速率速率 Mb

26、ps路数路数速率速率 Mbps路数路数速率速率 Mbps路数路数速率速率 Mbps欧洲欧洲/中国中国302.0481208.44848034.3681920139.264北美北美241.544966.31267244.7364032274.176日本日本241.544966.31248032.064144097.728四次群四次群一次群一次群二次群二次群三次群三次群定义：多次复用形成更高速数据流的复用方法。定义：多次复用形成更高速数据流的复用方法。一次群：又称为基群，即一次群：又称为基群，即PCM30/32PCM30/32数字电话速率。数字电话速率。二次群：将四个基群数字信号按时分复用的方法复

27、用速率二次群：将四个基群数字信号按时分复用的方法复用速率。主流标准：欧洲主流标准：欧洲& &中国国际标准，北美中国国际标准，北美& &日本方案日本方案第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第3333页页3.统计时分复用统计时分复用(Statistic TDM) (课本课本P46)ABCD待发数据待发数据t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2时间片时间片1时间片时间片2同步同步TDM带宽浪费带宽浪费A1B1B2时间片时间片1时间片时间片2统计统计TDM可用带宽可用带宽C2第二章第二章 物理层和数据链路层物理层

28、和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第3434页页四、波分复用四、波分复用(WDM) 波分复用即为频分复用运用于光纤信道，波分复用即为频分复用运用于光纤信道，实质就是实质就是光的频分复用光的频分复用(理由？理由？)，与，与FDM的区别仅在于的区别仅在于WDM使用使用光复用器和光分用器。光复用器和光分用器。 F2F1F3光谱光谱F1F2F3共享光纤的光谱共享光纤的光谱光纤光纤2光纤光纤3光纤光纤1共享光纤共享光纤 棱柱棱柱/衍射光栅衍射光栅第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第3535页页五、码分复用五、码分复用(CDM) 码分多址码分多

29、址 CDMA(Code Division Multiple Access)。 每每1个比特时间划分为个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片个短的间隔，称为码片(chip)。 数据数据1或或0码元被划分为码元被划分为m个较短的码片个较短的码片(一般一般m=64或或m=128)。u 如发送比特如发送比特 1，则发送自己的，则发送自己的 m bit 码片序列。码片序列。u 如发送比特如发送比特 0，则发送该码片序列二进制反码。，则发送该码片序列二进制反码。 运算规则运算规则u 任一个码片向量和该码片向量自己的归一化内积都是任一个码片向量和该码片向量自己的归一化内积都是1 。u 一个码片向量和该码

30、片反码的向量的归一化内积值是一个码片向量和该码片反码的向量的归一化内积值是 1。u 两个不同码元两个不同码元(1和和0)的正交码片序列归一化内积是的正交码片序列归一化内积是 0。原理说明原理说明(课本课本P48)第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第3636页页 发送数据码元序列 t t t t t t A 站发送信号序列 SA B 站发送信号序列 SB A 站码片（8 个） B 站码片（8 个） 接收信号 SA+SB SB和 A 站码片序列 归一化内积 SA和 A 站码片序列 归一化内积 1 1 0 补充：归一化内积公式：补充：归一化内积公式：

31、miiiYXmYX11CDMA正交原理分析1(课本P48)CDMA特点：l抗干扰强l容量大l可靠性高l发送功率小应用：l移动通信l无线局域网第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第3737页页S 站的码片序列 S110ttttttm 个码片tS 站发送的信号 SxT 站发送的信号 Tx总的发送信号 Sx + Tx归一化内积 S Sx归一化内积 S Tx数据码元比特发送端接收端CDMA正交原理分析2第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第3838页页2.3 数据交换数据交换 数据交换本身不关心传输数据的内

32、容，仅执行交换数据交换本身不关心传输数据的内容，仅执行交换的动作，经历的动作，经历电路交换、报文交换和分组交换电路交换、报文交换和分组交换几个阶段。几个阶段。 一、电路交换一、电路交换(线路交换线路交换) (课本课本P49) 主机 A 主机 B 结点 1 结点 2 结点 3 比特流 电路交换示意图特点：l实时性好l设备简单l效率低l所需时间长第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第3939页页二、报文交换二、报文交换(比如：电报系统比如：电报系统)基本思想：存储基本思想：存储-转发转发(store-and-forward exchanging) 主

33、机 B 主机 E 结点 主机 A 主机 C 主机 D 主机 F 结点 结点 结点 结点 结点 结点 特点：l线路利用率高l差错检测l延迟影响第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第4040页页三、分组交换三、分组交换报文交换的一种报文交换的一种改进形式改进形式。分组交换有两种管理数据分组的方法：分组交换有两种管理数据分组的方法：数据报和虚电路数据报和虚电路。 1.数据报方式数据报方式(课本课本P52) 主机 B 主机 E 结点 主机 A 主机 C 主机 D 主机 F 结点 结点 结点 结点 结点 结点 123213213重新排序11213第二章第二

34、章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第4141页页2.虚电路方式虚电路方式 主机 B 主机 E 结点 主机 A 主机 C 主机 D 主机 F 结点 结点 结点 结点 结点 结点 2 1 3 1213顺序到达11122223333传输过程传输过程(课本课本P53)应用：X.25网，ATM网第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第4242页页信号流程信号流程第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第4343页页四、数据交换方式比较四、数据交换方式比较(课本课本P54) 建

35、立连接 数据传输 释放连接 数据 报文 分组 分组 1 2 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 A B C D A B C D A B C D A B C D （a）电路交换 （b）报文交换 （c） 数据报交换 （d） 虚电路交换 时间 小结各交换方式的区别与联系？第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第4444页页表数据报和虚电路的比较第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第4545页页2.4 物理层物理层 物理层是设备之间的物理接口，它定义了传输线的物理层是设备之间的物理

36、接口，它定义了传输线的机机械的、电气的、功能的和规程特性械的、电气的、功能的和规程特性，以便于将不同厂家生，以便于将不同厂家生产的物理设备连接成网，实现数据链路实体之间的产的物理设备连接成网，实现数据链路实体之间的比特流比特流透明传输。透明传输。 一、物理层功能及服务一、物理层功能及服务1.物理层功能物理层功能l物理连接的建立与拆除物理连接的建立与拆除l物理服务数据单元传输物理服务数据单元传输l物理层管理物理层管理 2.物理层提供的服务物理层提供的服务(课本课本P56) 第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第4646页页二、物理层接口基本特性二、

37、物理层接口基本特性 物理层接口协议是用于定义物理层接口协议是用于定义DTE与与DCE之间之间的物理的物理接口，并为物理接口规定了标准的四个特性。接口，并为物理接口规定了标准的四个特性。 1.机械特性机械特性:指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。和排列、固定和锁定装置等。 2.电气特性电气特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。（语法）3.功能特性功能特性:指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义意义。（语义）4.规程特性规程特性:指明

38、对于不同功能的各种可能事件的出现顺序指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。（同步）第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第4747页页三、一些物理层的重要标准三、一些物理层的重要标准ISO 2110：称为“数据通信-25芯DTE/DCE接口连接器和插针分配”。它与EIA（美国电子工业会）的RS-232-C基本兼容。ISO 2593：称为“数据通信-34芯DTE/DCE接口连接器和插针分配”。ISO 4092：称为“数据通信-37芯DTE/DEC接口连接器和插针分配”，与EIA的RS-449兼容。CCITT V.24：称为“数据终端设备（DTE）

39、和数据电路终接设备之间的接口电路定义表”，其功能与EIA的RS-232-C及RS-449兼容。EIA-232的的DB-25与与DB-9第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第4848页页2.5 数据链路层数据链路层 数据链路是构成数据链路是构成逻辑信道逻辑信道的一段结点的一段结点-结点间的数据通路，结点间的数据通路，是在一条数据电路基础上通过数据链路层协议建立起来的，是在一条数据电路基础上通过数据链路层协议建立起来的，具有它自己的具有它自己的数据传输格式（帧）数据传输格式（帧）和传输控制功能的结点和传输控制功能的结点-结点间的逻辑连接。结点间的逻辑

40、连接。 数据链路层将物理层提供的数据链路层将物理层提供的可能出错的物理连接可能出错的物理连接改造成改造成为为逻辑上无差错逻辑上无差错的数据链路，从而向网络层提供透明和可的数据链路，从而向网络层提供透明和可靠的数据传输服务。靠的数据传输服务。 一、数据链路层功能及服务一、数据链路层功能及服务 1.数据链路层功能数据链路层功能 数据链路层在物理层提供的服务的基础上，将网络层数据链路层在物理层提供的服务的基础上，将网络层递交来的数据在邻接的两结点之间，实现递交来的数据在邻接的两结点之间，实现透明的、高可靠透明的、高可靠的传输。的传输。第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信

41、计算机网络与通信第第4949页页2.数据链路层服务数据链路层服务 数据链路层最基本的服务是将源主机中网络层送来的数据链路层最基本的服务是将源主机中网络层送来的数据可靠地传输给目的主机的网络层。数据可靠地传输给目的主机的网络层。 (1)无确认无连接无确认无连接服务服务 适合于误码率低的局域网适合于误码率低的局域网,点到点通信、广播通信和组播点到点通信、广播通信和组播通信。通信。(2)有确认无连接有确认无连接服务服务 适用于无线通信系统之类的不可靠信道。适用于无线通信系统之类的不可靠信道。(3)有确认面向连接有确认面向连接服务服务 适用于在不可靠的链路上发送大量数据帧的情况。适用于在不可靠的链路上

42、发送大量数据帧的情况。第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第5050页页二、数据链路层流量控制协议二、数据链路层流量控制协议 如果发送方发送能力比接收方能力强时，即使传输过如果发送方发送能力比接收方能力强时，即使传输过程中毫无差错，也会发生帧丢失的现象。该层提供相邻实程中毫无差错，也会发生帧丢失的现象。该层提供相邻实体间数据转发的传输控制规程，包括体间数据转发的传输控制规程，包括基本数据传输控制规基本数据传输控制规程程和和高级数据链路控制规程高级数据链路控制规程，比如，比如HDLCHDLC。 1.停止停止-等待协议等待协议(Stop and Wa

43、it) ACK(Acknowledgement):应答确认帧应答确认帧NAK(Negative Acknowledgement) :否认应答确认帧否认应答确认帧CRC(Cyclic redundancy check ):循环冗余校验循环冗余校验第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第5151页页 A B DATA0 DATA1 ACK ACK 送主机 送主机 时间 重发 A B DATA0 DATA0 NAK ACK 送主机 出错 A B DATA0 DATA0 ACK 送主机 重发 丢失 tout A B DATA0 DATA0 ACK ACK

44、丢弃 重发 丢失 tout 送主机 （a）正常情况 （b）数据帧出错 （c）数据帧丢失 （d）确认帧丢失 重复 u数据帧传输的几种情况数据帧传输的几种情况(课本课本P62) 特点：特点：协议简单，信道利用率较协议简单，信道利用率较低低，只适合，只适合半双工半双工通信。通信。 第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第5252页页2.连续连续ARQ协议协议 基本思想：基本思想：在发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认在发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认帧，而是可以连续再发送若干个数据帧。如果收到了接收帧，而是可以连续再发送若干个数据帧。如果收到了接

45、收端发来的确认帧，那么还可以接着发送数据帧。端发来的确认帧，那么还可以接着发送数据帧。 3.选择重传选择重传ARQ协议协议 基本思想：基本思想：只重传出现差错的数据帧或计时器超时的数据只重传出现差错的数据帧或计时器超时的数据帧。帧。 上述两种控制方式传输效率高，但控制复杂、且需全双工链路上述两种控制方式传输效率高，但控制复杂、且需全双工链路第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第5353页页发送端发送端接收端接收端ACK0ACK1NAKACK2ACK3( (a a) )连续方式连续方式ACK0ACK1NAKACK2ACK6( (b b) )选择重发

46、方式选择重发方式ACK3ACK4ACK5丢弃丢弃重传重传重传重传01234523456012345234560123452678901234526789发送端发送端接收端接收端丢弃丢弃u连续工作方式连续工作方式连续方式连续方式选择重发方式选择重发方式第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第5454页页如果连续发送的帧过多，则需重传的帧也会增多，使效如果连续发送的帧过多，则需重传的帧也会增多，使效 率降低；率降低；序号用帧头中的字段表示，比特数是有限的；因此，必序号用帧头中的字段表示，比特数是有限的；因此，必 须限制连续发送的帧数；须限制连续发送的帧

47、数；此时协议的运转此时协议的运转表现为表现为“滑动窗口滑动窗口”形式形式，可认为发送端，可认为发送端和和 接收端分别设定了发送窗口和接收窗口接收端分别设定了发送窗口和接收窗口 。4.滑动窗口协议滑动窗口协议(课本课本P64) （a）初态初态（b）发发 送送0号帧号帧（c）发发 送送1号帧号帧（f）发发 送送2号帧号帧（d）接接 收收0号帧号帧（e）接接 收收 确确认认0号帧号帧（g）接接 收收1号帧号帧（h）接接 收收 确确认认1号帧号帧发送发送方方接收接收方方条件：WT=2，WR=1第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路层计算机网络与通信计算机网络与通信第第5555页页01234567012发送窗口WT不允许发送这些帧允许发送 5 个帧(a)01234567012不允许发送这些帧还允许发送 4 个帧WT已发送(b)01234567012不允许发送这些帧WT已发送(c)01234567012不允许发送这些帧还允许发送 3 个帧WT已发送 已发送并已收到确认(d)WT=5第二章第二章 物理层和数据链路层物理层和数据链路