计算机网络（第09讲）第3章 物理层

1、计算机网络讲义1上次课主要内容传输媒体导向传输媒体非导向传输媒体物理层功能机械特性电气特性功能特性过程特性物理层规程计算机网络讲义23.3 物理层设备物理层设备的功能是将主机与传输媒体相连，实现信号在媒体上传输，并向主机提供比特流传输服务。1、中继器2、集线器计算机网络讲义3中继器中继器是把一根线缆中的电或光信号传递给另一根线缆，不进行路由选择，也不进行分组过滤的物理层设备。1、按照OSI的术语，中继器是物理层中间系统；2、其作用是延长通信介质长度，扩大网络覆盖范围；3、可通过串联中继器扩大信号传输范围，但由于信号特性和噪声的影响，相互串联的中继器的数量有一定的限制。计算机网络讲义4集线器简介

2、通常指共享式以太网集线器（hub）1、工作在物理层，实现网络接口的机械、电气、功能和规程特性，本质上是多端口中继器；2、不解释传输的数据，对传输的数据是透明的；3、从一个端口接收信号，将其再生后中继到其他端口，可以将信号放大（识别、重新形成）后，再传出去； （1）广播方式传播信号； （2）在t0时刻，连接到集线器上的所有站点中，只有一个站点在发送数据，半双工； （3）可以理解为集线器分时为各个站点提供数据传输服务； （4）从统计学角度来看，如果集线器的带宽为F，连接N个站点，则每个站点获得的带宽为F/N；4、集线器可级联和堆叠。计算机网络讲义5集线器原理示意图计算机网络讲义6集线器之间的连接方

3、式集线器与集线器之间的连接可以采用堆叠或级联的方式 1、一个集线器提供的网络接口数量是有限的，一般情况下，网络规模要求的网络接口数量会大大超过一个集线器所提供的网络接口数量，如何解决这个问题呢？ 2、可以通过将不同集线器连接在一起，提供更多的网络接口来满足这个需求，于是，产生可集线器的连接方式问题； 3、这就是集线器的堆叠和级联 （1）堆叠和级联是两种不同的集线器连接方式； （2）利用堆叠和级联不仅可以提供更多的网络接口，而且还可以扩大网络的覆盖范围，既扩大网络的规模。 计算机网络讲义7级联级联是将集线器的网络端口直接连接起来，实现集线器的互联，从而实现扩大网络规模的目的。 1、集线器级联要遵

4、循3-4-5原则； 2、集线器的级联可以扩大网络覆盖的范围，提供更多的网络端口，但却极大的影响了网络的性能。计算机网络讲义8集线器级联的性能分析服务器工作站A工作站B工作站C10Mbit/s10/6Mbit/s10/36Mbit/s10/6Mbit/s10/36Mbit/s计算机网络讲义9堆叠堆叠是将集线器的背板连接在一起，实现集线器的互联 1.集线器的堆叠需要使用特殊的堆叠电缆进行，堆叠的数量随不同厂家的产品不同 2.集线器的堆叠可以扩大网络端口的数量，但不能扩大网络覆盖的范围集线器集线器工作站工作站计算机网络讲义10集线器堆叠的性能分析服务器工作站A工作站B10Mbit/s10/18Mbi

5、t/s10/18Mbit/s计算机网络讲义11集线器连接方式总结堆叠和级联都可扩大网络的规模。级联在扩大网络覆盖范围的同时也扩大了网络端口数量，但网络性能受到极大的影响。堆叠只能扩大网络的端口数量，但不能扩大网络覆盖的范围，网络性能受影响，但比级联要好。计算机网络讲义123.4 总结物理层功能物理层规程物理层设备第四章 数据链路层4.1 数据链路层概述4.2 帧同步4.3 差错控制4.4 可靠性传输4.5 高级控制链路协议HDLC4.6 点对点协议PPP4.7 使用广播信道的数据链路层4.8 以太网4.9 扩展以太网计算机网络讲义144.1 数据链路层概述数据链路层的目的是为了提供功能上和规程

6、上的方法，以便建立、维护和释放网络实体间的数据链路。数据链路层的设计要点向网络层提供一个定义良好的服务接口处理传输错误调节数据流，确保慢速的接收方不会被快速的发送方淹没。计算机网络讲义154.4.1 基本概念1、链路和数据链路2、数据链路层协议3、点到点和端到端4、数据链路层使用的信道类型5、网络层分组与帧之间的关系计算机网络讲义161、链路与数据链路链路(link)就是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。数据链路(data link)则是另一个概念。这是因为当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要通信协议来控制这些数据的传输。也有人采用另

7、外的术语。这就是将链路分为物理链路和逻辑链路。物理链路就是上面所说的链路，而逻辑链路就是上面的数据链路，是物理链路加上必要的通信协议。计算机网络讲义172、数据链路层协议数据链路层协议定义了一条链路的两个结点间交换的数据单元格式，以及结点发送和接收数据单元的动作。数据链路层协议应提供的最基本功能：（1）链路管理（数据链路的建立、维持和释放）（2）帧同步（定界）与透明传输（3）流量控制（4）差错控制（5）将数据和控制信息区分开（6）寻址计算机网络讲义183、点到点和端到端从源结点（source node）到目的结点（destination node）的通信称为端到端（end-to-end）通信，

8、通信路径（path）可能由多个链路组成。在相邻结点间的一条链路（link）上的通信称为点到点（point-to-point）通信。计算机网络讲义194、数据链路层使用的信道类型点对点信道：使用一对一的点对点通信方式。广播信道：使用一对多的广播通信方式。过程较复杂。必须使用专用的共享信道协议来协调。计算机网络讲义205、网络层分组与帧之间的关系IP 数据报1010 0110帧取出数据链路层网络层链路结点 A结点 B物理层数据链路层结点 A结点 B帧发送帧接收数据链路IP 数据报1010 0110帧装入计算机网络讲义21虚拟通信过程局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R

9、3电话网局域网主机 H1 向 H2 发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2仅从数据链路层观察帧的流动计算机网络讲义22实际通信过程局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3电话网局域网主机 H1 向 H2 发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2从层次上来看数据的流动计算机网络讲义234.1.2 为网络层提供的服务目标：将数据从源机器的网络层传输到目标机器的网络层。

10、计算机网络讲义241、无确认的无连接服务不建立点到点间的逻辑连接。不保证帧能够被接收方正确接收。适用于服务质量较好的信道和实时性业务。e.g. 大多数的LAN。计算机网络讲义252、有确认的无连接服务不建立点到点之间的逻辑连接。接收方对收到的每一帧进行确认，提供可靠性。适用于不可靠的信道。e.g. 无线系统。在数据链路层上提供确认只是一种优化而不是要求。计算机网络讲义263、有确认的有连接服务需要建立源机器和目标机器之间的逻辑连接。保证该连接上的每一帧都被正确接收，并且只接收一次。保证接收帧的顺序和发送帧的顺序一致。相当于为网络层提供一个可靠的位流。数据传输经历三个阶段：建立连接：初始化各种变

11、量。数据传输：多个数据帧被传输。连接释放：维护该连接的资源被释放。计算机网络讲义27数据链路层协议的位置计算机网络讲义284.2 帧同步帧是数据链路层的传送单位，按OSI的术语就是数据链路层协议数据单元DL-PDU 。如何将来自物理层的比特流组装成帧？也就是如何确定帧的边界问题，这个问题称为帧同步，也可以称为封装成帧。封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧的基本结构。另外还需要在帧的开始位置和结束位置添加帧定界符来确定帧的界限。帧定界符的重要作用就是进行帧定界。计算机网络讲义294.2.1 帧的基本结构帧结束帧首部IP 数据报帧的数据部分帧尾部 M

12、TU数据链路层的帧长开始发送帧开始计算机网络讲义304.2.2 成帧的方法字符计数法含字节填充的分界符法含位填充的分界标志法物理层编码违例法计算机网络讲义311、字符计数法在帧头中用一个域来表示整个帧的字符个数特点：不需对帧内数据进行任何处理。若计数出错，对本帧和后面的帧有影响。计算机网络讲义322、含字节填充的分界符法使用特定的字符来标示一帧的开始与结束 帧内数据是由若干个字符组成的数据块 SOH装在帧中的结构部分帧帧开始符帧结束符发送在前EOT计算机网络讲义333、含位填充的分界标志法数据帧可以包含任意长度的位（bit），每个字符也可以有任意的长度的位。每一帧开始和结束都有一个特殊的位模式

13、01111110。计算机网络讲义344、物理层编码违例法只适用于物理层编码有冗余的网络。例如：802 LAN：Manchester encoding or Differential Manchester encoding 用high-low pair/low-high pair 表示1/0。high-high/low-low不表示数据，可以用来做定界符。计算机网络讲义354.2.3 透明传输当标志字节的位模式出现在数据中时，会干扰帧的分界。FlagFlag出现了“Flag”被接收端当作无效帧而丢弃被接收端误认为是一个帧数据部分Flag完整的帧发送在前计算机网络讲义361、解决透明传输的方法字节填充法/字符填充法位填充法/比特填充法计算机网络讲义372、字节填充法发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(其十六进制编码是 1B)。字节填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转义字符。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。 计算机网络讲义38SOHSO