通信网技术基础-第3章广域数据网上课件

通信网基础第3章广域数据网络数据通信的基本概念数据链路控制与协议数据子网提供的服务路由选择拥塞控制X.25分组交换网帧中继网2023/6/62数字通信和数据通信模拟通信与数字通信模拟通信用模拟信号传递信号的方式数字通信用数字信号传递信号的方式数字通信与数据通信数字通信信源发出的是模拟信号数据通信信源发出的是数字信号2023/6/63DTE与DCEDTE(DataTerminalEquipment)是数据终端设备，是具有一定的数据处理能力和发送、接收数据能力的设备。DCE(DataCircuit-terminatingEquipment)是数据电路终接设备，它在DTE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、保持和释放数据链路的连接。2023/6/64DTE通过DCE

与通信传输线路相连DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线用户环境通信环境用户设施通信设施DTE信号线与控制线用户设施用户环境2023/6/65两个DTE通过DCE

进行通信的例子EIA-232/V.24

接口调制解调器DTE-ADTE-BDCE-ADCE-BEIA-232/V.24

接口调制解调器网络2023/6/66信道模拟信道允许通过取值连续的模拟信号。数字信道只允许通过取值离散的数字信号。有线信道以有形的线路为传输媒质的信道。无线信道以自由空间为传输媒质的信道。2023/6/67信道技术指标带宽(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，即信道能传送的信号的频率范围，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)。更常用的带宽单位是千比每秒，即kb/s（103

b/s）兆比每秒，即Mb/s（106

b/s）吉比每秒，即Gb/s（109

b/s）太比每秒，即Tb/s（1012

b/s）2023/6/68带宽带宽就像管道的宽度2023/6/69带宽带宽就像高速公路上车道的数目2023/6/610

在通信线路上传输模拟信号时，将通信线路允许通过的信号频带范围称为线路的带宽（或通频带）。

在通信线路上传输数字信号时，带宽等同于数字信道所能传输的“最大数据率”。2023/6/611模拟信道的频带宽度带宽：带宽是某个信号具有的频带宽度，可以看成是硬件所能发出的最快的连续振荡，也就是硬件改变信号的最大速率，带宽用赫兹Hz衡量。

带宽=高频-低频例:电话线设计的信号传输的频率范围是300Hz–4000Hz,则其带宽是4000Hz-300Hz=3700Hz2023/6/612数字信号随时间的变化

数字信道传输数字信号的速率称为数据率或比特率，带宽的单位是比特每秒（bps即bit/s），即通信线路每秒所传输的比特数。2023/6/613数字信号流随时间的变化在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。每秒

106

个比特时间1

01

0

111s带宽为1Mb/s时间每秒

4

106

个比特0.25s带宽为4Mb/s2023/6/614信道技术指标信道容量信道上能够传送信息的最大速率。模拟信道香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。信道的极限信息传输速率CC=Wlog2(1+S/N)b/s

W为信道的带宽（以Hz为单位）；S为信道内所传信号的平均功率；N为信道内部的高斯噪声功率。2023/6/615信道技术指标信道容量数字信道奈奎斯特准则：带宽为B的信道，所能传送的信号最高码元速率为2B波特。数据传输速率波特率每秒传送的码元数。吞吐量单位时间内信道上成功传输的信息量。信道利用率吞吐量/最大数据传输速率2023/6/616信道技术指标时延抖动时延之间的差值差错率比特差错率码元差错率分组差错率2023/6/617时延一个报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传输到另一端所需的时间称为时延。2023/6/618时延(delay或latency)发送时延（传输时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。即从数据块的第一个比特开始发送算起，到最后一个比特发完所需时间。信道带宽数据在信道上的发送速率。常称为数据在信道上的传输速率。发送时延=数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒）2023/6/619时延(delay或latency)传播时延电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。电磁波在自由空间的传播速率是光速，在光纤中的传播速率约为2.0×105km/s,如1000km长的光纤产生的传播时延约为5ms。比特从链路的起点到链路终点所需要的时间。信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。传播时延=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）2023/6/620时延(delay或latency)处理时延交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。有时可用排队时延作为处理时延。2023/6/621时延(delay或latency)数据经历的总时延就是发送时延、传播时延和处理时延之和：总时延=发送时延+传播时延+处理时延2023/6/622三种时延所产生的地方1011001…发送器队列在链路上产生传播时延结点

B结点

A在发送器产生发送时延(即传输时延)在队列中产生处理时延数据从结点A向结点B发送数据链路2023/6/623容易产生的错误概念对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。提高链路带宽减小了数据的发送时延。2023/6/624信道技术指标有一条带宽是3000HZ的信道，最大传输速率可达30kbit/s，实际使用的数据传输速率为28.8kbit/s,传输信号的波特率为2400baud，它的吞吐量为14kbit/s，所以信道利用率约等于50％，时延约为100ms，由于环境稳定，所以抖动很小，可以忽略不计。2023/6/625通信方向单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。2023/6/626串行传输与并行传输2023/6/627基带传输与频带传输基带传输直接传输未经载波调制的数字基带信号。频带传输利用给定线路中的频带进行传输。2023/6/628同步传输与异步传输＃异步传输：基于字符同步

特点：字符内部的各个比特采用固定的时间模式，每个字符独立传输，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。

起终始止位

11101010位

线路空闲

线路空闲起始位一个字符下一字符2023/6/629同步传输与异步传输同步传输：基于数据块同步以多个字符或者多个比特组合成的数据块（帧）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发送：同步符号（起始字符）＋数据块＋同步符号（结束字符）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可能问题：假同步现象—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SYN,SYN,G,H,…,B,A,SYN,D,E,SYN,SYN

传输方向2023/6/630信道复用方式频分复用所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。时分复用所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。码分复用不同的用户用不同的地址码区分。波分复用在一根光纤上同时传送多个波长的光信号。2023/6/631频分复用频率时间频率1频率2频率3频率4频率52023/6/632时分复用频率时间BCDBCDBCDBCDAAAA在

TDM

帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧…TDM帧2023/6/633时分复用频率时间CDCDCDAAAABBBBCD在

TDM

帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧…TDM帧2023/6/634时分复用频率时间BDBDBDAAAABCCCCD在

TDM

帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧…TDM帧2023/6/635时分复用频率时间BCBCBCAAAABCDDDD在TDM帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧…TDM帧2023/6/636时分复用可能会造成

线路资源的浪费ABCDaabbcdbcattttt4个时分复用帧#1④③②①acbcd时分复用#2#3#4用户2023/6/637统计时分复用

STDM用户ABCDabcdttttt3个STDM帧#1④③②①acbabbcacd#2#3统计时分复用2023/6/638

1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm波分复用WDM波分复用就是光的频分复用。82.5Gb/s1310nm20Gb/s复用器分用器EDFA120km2023/6/639码分复用CDM常用的名词是码分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片(chip)。

2023/6/640数据交换方式电路交换电路交换必定是面向连接的。电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接报文交换基本的报文交换动作是存储报文、分析报文中的收报人地址和报文转发。有多个报文送往同一地点时，要排队按顺序发送。报文传送中有检错和纠错措施。分组交换把报文分解成统一长度的分组，进行交换和传输。2023/6/641报文分组交换的原理（一）在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输2023/6/642数据数据数据报文分组交换的原理（二）每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组

1分组

2分组

3请注意：现在左边是“前面”2023/6/643分组交换的原理（三）分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数据首部分组

1数据首部分组

2数据首部分组

32023/6/644三种交换的比较P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放2023/6/645三种交换方式的比较电路交换报文交换分组交换连续数据传输报文传输分组传输实时通信非实时通信接近实时通信不存储信息存储报文以备重发分组存储到传送完毕有呼叫建立延迟

可忽略传输延迟有报文传输延迟

传输延迟较大有分组传输延迟

传输延迟较小无码速和码型转换可进行码速和码型转换可进行码速和码型转换过载时阻塞呼叫过载时增加报文延迟过载时增加分组延迟2023/6/646第3章广域数据网络数据通信的基本概念数据链路控制与协议数据子网提供的服务路由选择拥塞控制X.25分组交换网帧中继网2023/6/647数据链路控制与协议数据链路的基本功能数据链路层协议2023/6/648数据链路层的基本概念链路(link)是一条无源的点到点的物理线路段。数据链路(datalink)

除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。

2023/6/649

数据链路层的基本概念物理层:----物理链路----比特流传输----有差错的物理链路数据链路层:----数据链路----帧传输----无差错的数据链路物理链路：无源的点到点的物理线路段数据链路：物理链路＋通信协议2023/6/650数据链路层像个数字管道早期的数据通信协议曾叫作通信规程(procedure)。因此在数据链路层，规程和协议是同义语。结点结点帧帧2023/6/651数据链路层的简单模型局域网广域网主机

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2023/6/652数据链路层的简单模型局域网广域网主机

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仅从数据链路层观察帧的流动2023/6/653数据链路层要完成的功能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。2023/6/654数据链路的基本功能为网络层提供服务成帧差错控制流量控制2023/6/655为网络层提供的服务无确认的无连接服务源向目的主机发送独立的帧，目的主机不对这些帧进行确认。这种服务事先并不建立逻辑连接，事后也不释放逻辑连接。适用于实时通信。绝大多数的LAN在数据链路层上都使用无确认的无连接服务。有确认的无连接服务没有使用逻辑连接，但所发送的每一帧都需要单独确认。如果有一帧在指定的时间间隔内未到达，则重发该帧。适用于不可靠的信道。有确认的面向连接服务是数据链路层能够提供的最复杂的服务。源和目的主机在传输数据之前首先建立一个连接。该连接上发送的每一帧都被编号，数据链路层保证每一帧都会真正被接收到。2023/6/656成帧对于数据链路层，一般的做法是将位流分解成离散的帧，并计算每一帧的校验和。当一帧到达目标机器的时候，重新计算校验和。在实际应用中，通常采用比特填充的分界标志法。比特填充的分界标志法的做法是：每一帧的开始和结束都有一个特殊的位模式，即01111110作为帧的分界符。当发送方的数据链路层碰到数据中5个连续的位“1”的时候，它自动在输出位流中填充一个位“0”。2023/6/657如何实现透明传输？数据中某一段比特组合恰好出现和F字段一样的情况01001111110001010会被误认为是F字段发送端在5个连1之后填入0比特再发送出去填入0比特010011111010001010在接收端将5个连1之后的0比特删除，恢复原样在此位置删除填入的0比特010011111010001010零比特填充解决办法：零比特填充法2023/6/658零比特插入/删除工作过程：2023/6/659完全理想化的数据传输数据链路层主机

A缓存主机

B数据链路AP2AP1缓存发送方接收方帧高层帧2023/6/660差错控制确保可靠递交的常用方法是向发送方提供一些有关线路另一端状况的反馈信息。通常情况下，协议要求接收方送回一些特殊的控制帧，在这些控制帧中，对于它所接收到的帧进行肯定的或者否定的确认。引入定时器解决帧丢失后发送方无限制等待的问题。2023/6/661差错控制协议停止－等待ARQ发送站每次只发送一帧，以后就处于等待对方应答状态。适合于半双工传输。返回N连续ARQ发送站在窗口控制的允许范围内连续发出一系列帧，如果收到针对某一帧的一个NAK信号，错误帧及后续所有已发的帧均需重发。选择重发ARQ发送站仅重发出现错误的帧，而不涉及后续的其它帧。2023/6/662连续ARQ的原理原理发送端在收到确认帧前可连续发送若干个帧。发送端发送完一个帧后都要设置超时计时器，若超时仍未收到确认帧，就要重传该帧及其后续N个帧。接收端只按序接收数据帧。特点连续发送数据－>提高效率已正确接收的数据有时需重新传输－>降低效率2023/6/663连续ARQ协议的工作原理DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4DATA5重传DATA2重传DATA3ACK1ACK2ACK1确认DATA0ACK2确认DATA1DATA2出错，丢弃DATA3不按序，丢弃，重传ACK2DATA4不按序，丢弃，重传ACK2DATA5不按序，丢弃，重传ACK2ACK3ACK3确认DATA2ACK4确认DATA3ACK4重传DATA5重传DATA4超时重传时间ABtout送交主机送交主机…??ACK2ACK2ACK22023/6/664选择重发ARQ原理发送端在收到确认帧前可连续发送若干个帧。发送端发送完一个帧后都要设置超时计时器，若超时仍未收到确认帧，只需重传该帧。接收端可接收序号落在接收窗口内的任一数据帧。特点避免重发已正确接收的帧－>提高效率在接收端要设置具有相当容量的缓存空间。2023/6/665选择重发ARQ2023/6/666流量控制在数据链路层中另一个重要的设计问题是，如果发送方发送帧的速度超过了接收方能够接收这些帧的速度，则发送方该如何处理呢？常用的办法基于反馈的流控制，接收方给发送方送回信息，允许它发送更多的数据，或者至少也要告诉发送方它的情况怎么样，如滑动窗口法。2023/6/667滑动窗口协议流量控制方法停止等待：用于半双工链路滑动窗口：用于全双工链路发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口。窗口控制的主要作用是在数据链路上限制发送帧的最大数目，通过设窗口的宽度值来实现。发送窗口用来对发送端进行流量控制。2023/6/668滑动窗口协议窗口宽度W在未收到确认之前，发送端一次允许发送的最大帧数。发送序号N(S)发送第N(S)帧接收序号N(R)希望接收N(R)帧对N(R)以前帧的确认W=2n1帧的序号长nbit2023/6/66901234567012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)2023/6/670接收端设置接收窗口接收窗口宽度为接收端未发送确认前，可允许接收的最大帧数目。在接收端只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。若接收到的数据帧落在接收窗口之外，则一律将其丢弃。在连续ARQ协议中，接收窗口的大小WR=1。只有当收到的帧的序号与接收窗口一致时才能接收该帧。否则，就丢弃它。每收到一个序号正确的帧，接收窗口就向前（即向右方）滑动一个帧的位置。同时发送对该帧的确认。

2023/6/671不允许接收这些帧01234567012WR准备接收0号帧(a)不允许接收这些帧01234567012WR准备接收

1号帧已收到(b)不允许接收这些帧01234567012WR准备接收4号帧已收到(c)2023/6/672滑动窗口的重要特性只有在接收窗口向前滑动时（与此同时也发送了确认），发送窗口才有可能向前滑动。收发两端的窗口按照以上规律不断地向前滑动，因此这种协议又称为滑动窗口协议。当发送窗口和接收窗口的大小都等于1时，就是停止等待协议。

2023/6/673发送窗口的最大值当用n个比特进行编号时，若接收窗口的大小为1，则只有在发送窗口的大小WT

2n1时，连续ARQ协议才能正确运行。例如，当采用3bit编码时，发送窗口的最大值是7而不是8。2023/6/674数据链路控制与协议数据链路的基本功能数据链路层协议2023/6/675数据链路控制协议的发展1974年，IBM

公司推出了面向比特的规程SDLC(SynchronousDataLinkControl)。后来ISO

把SDLC修改后称为HDLC(High-levelDataLinkControl)，译为高级数据链路控制，作为国际标准ISO3309。CCITT则将HDLC再修改后称为链路接入规程LAP(LinkAccessProcedure)。不久，HDLC的新版本又把LAP修改为LAPB，“B”表示平衡型(Balanced)，所以LAPB叫做链路接入规程(平衡型)。2023/6/676HDLC协议中通信站的类型主站(Primarystation)控制整个数据链路的工作，主站能发出命令来确定和改变链路的状态。次站(Secondarystation)在主站的控制下工作，只能做出响应，主站与数据链路上每一次站保持一条独立的逻辑链路。复合站(CombinedStation)兼有主站和次站的功能。2023/6/677不平衡结构：由主、次站组成的链路*点－点式主站从站*多点式主站从站从站…从站*

适于把智能或半智能的终端连到计算机链路结构2023/6/678平衡结构：由两个复合站组成的链路。主站从站复合站复合站主站从站逻辑通道链路结构2023/6/679数据传送模式正常响应模式(NormalResponseMode)主站可以发起对次站的数据传送，而次站只有在主站询问时才能传送数据，它适用于不平衡链路结构。异步响应模式(AsynchronousResponseMode)同样适用于不平衡结构，次站可以主动地传送数据。主站还保留链路的初始化、差错校正和逻辑拆线功能。异步平衡模式(AsynchronousBalancedMode)这是适用于平衡结构的模式，任一复合站均可以主动传送数据。2023/6/680HDLC的帧结构标志字段F(Flag)：帧的开始和结束标志，用于帧同步控制。为6个连续1加上两边各一个0共8bit。在接收端只要找到标志字段就可确定一个帧的位置。比特888可变168信息

Info标志

F标志

F地址

A控制

C帧检验序列

FCS透明传输区间FCS检验区间2023/6/681地址字段地址字段A是8bit。不平衡结构：次站地址平衡结构：应答站地址特殊地址全1：广播方式全0：无效地址2023/6/682控制字段的结构2023/6/683信息帧、监控帧和无编号帧信息帧：C字段第1位为0，用于完成数据传送和捎带确认信息。监控帧：C字段第1，2位为“10”，用于链路的流量控制和差错控制，只有接收序号，无发送序号。无编号帧：C字段第1，2位为“11”，用于链路的管理，无发送和接收序号。2023/6/684信息帧123456780N(S)P/FN(R)比特序号N(S)：发送帧序号，3bit N(R)：期望接收帧序号，3bitW=7 P/F：查询/结束比特，在命令帧中，以P位出现，即查询位；在响应帧中，以F位出现，即结束位。NRM：P置1，对次站询问；F置1，数据传送结束。ARM和ABM：P置1，迫使对方作响应；F置1，对命令帧中P置1的应答。传送用户数据，捎带确认。2023/6/685监控帧1234567810SP/FN(R)比特序号N(R)：期望接收帧序号 P/F：探询/终止比特2023/6/686无编号帧不带序号，不会改变有序号帧的交互次序。无编号帧在HDLC中主要起控制作用，可以分为命令帧和响应帧。SABM：置异步平衡模式SNRM：置正常响应模式SARM：置异步响应模式DISC：拆链UA：无编号帧确认2023/6/687其他字段数据字段

链路所要传送的实际信息。帧检验序列FCS字段共16bit。所检验的范围是从地址字段的第一个比特起，到信息字段的最末一个比特为止。2023/6/688HDLC的运行链路建立阶段数据传送阶段链路拆除阶段2023/6/689HDLC的运行2023/6/690HDLC的运行2023/6/691HDLC在电信网中的应用LAPB平衡链路接入程序，是X.25网络数据链路层协议。LAPDD通道链路接入程序，是ISDN用户-网络接口第二层协议。LAPF帧中继数据链路层接入协议。LAPV5接入网V5接口数据链路层协议。PPP点到点协议，是为在点到点的物理网络承载IP业务而增加的数据链路层协议。LLC/MAC局域网的逻辑链路控制/媒体访问控制协议，是局域网中的数据链路层协议。2023/6/692因特网的点对点协议PPP

PPP

(Point-to-PointProtocol)协议是为在点到点的物理网络承载IP业务而增加的数据链路层协议。点到点的物理网络只提供物理层承载业务，但没有第二层协议的支持，物理链路无法传送数据。PPP协议提供了一种在点到点的链路上封装多种网络层协议的数据报的方法。2023/6/693用户拨号入网的示意图路由器调制解调器调制解调器因特网服务提供者(ISP)用户家庭拨号电话线使用TCP/IP的

PPP连接使用TCP/IP的客户进程路由选择进程至因特网…PC机2023/6/694PPP协议PPP协议有三个组成部分

一个将IP数据报封装到串行链路的方法。（简化的HDLC，帧头、帧尾、链路层校验）链路控制协议LCP(LinkControlProtocol)：数据链路的建立、配置和测试。网络控制协议NCP(NetworkControlProtocol)：建立、配置不同网络协议。2023/6/695PPP协议的帧格式标志字段

F

仍为0x7E。地址字段

A

只置为0xFF。控制字段

C

通常置为0x03。PPP是面向字节的，所有的PPP

帧的长度都是整数字节。2023/6/696PPP协议的帧格式PPP有一个2个字节的协议字段。当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息字段就是IP数据报。若为0xC021,则信息字段是PPP链路控制数据。若为0x8021，则表示这是网络控制数据。

IP数据报1211字节12不超过1500字节PPP帧先发送7EFF03FACFCSF7E协议信息部分首部尾部2023/6/697PPP协议的工作过程当用户拨号接入ISP时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。发起方发LCP帧建数据链路。数据链路建好，LCP有链路验证阶段。然后发起方用NCP帧选网络协议。通信，链路一直保持到用LCP或NCP帧关闭。通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址。接着，LCP释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。2023/6/698公用网(电话网/ISDN)网络接入服务器拨号线路拨号客户InternetIP通信开始发呼，线路连接利用LCP建立链路及确定参数利用认证协议进行用户认证利用NCP进行协商用户拨号上网过程2023/6/699第3章广域数据网络数据通信的基本概念数据链路控制与协议数据子网提供的服务路由选择拥塞控制X.25分组交换网帧中继网2023/6/6100数据子网提供的服务数据子网的概念数据报与虚电路2023/6/6101数据子网的分类数据子网根据其数据链路类型不同，可以分为广播类型的数据子网，即局域网，以及交换式数据子网，即广域网。2023/6/6102局域网由计算机网络发展而来，应用在有限地理范围之内的网络技术。它提供的是一种不可靠的数据服务，数据的传送采用无确认，无连接的方式。2023/6/6103广域网当主机间距离较远时，使用广域网进行通信。广域网由一些节点交换机以及连接这些交换机的链路组成。节点交换机执行将分组存储转发的功能，连接广域网各节点交换机的链路都是高速链路。异地局域网通过路由器与广域网相连，组成一个覆盖范围很广的互联网。2023/6/6104局域网和广域网局域网使用的协议主要在数据链路层。广域网的协议除了数据链路层以外，还要完成子网络内部的路由选择和分组转发。2023/6/6105由不同类型子网组成的互联网2023/6/6106互联网和广域网互联网的最主要特征是不同网络的

“互连”，互联网必须用路由器来连接。广域网指的是单个的网络，它使用节点交换机连接各主机而不是用路由器来连接各网络。节点交换机和路由器二者都是用来转发分组，工作原理相似，区别是节点交换机是在单个网络中转发分组，而路由器是在多个网络构成的互联网中转发分组。2023/6/6107数据子网提供的服务数据子网的概念数据报与虚电路2023/6/6108数据报与虚电路广域数据子网的最高层就是网络层，网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类，即无连接的网络服务和面向连接的网络服务。这两种服务的具体实现就是通常所说的数据报服务和虚电路服务。数据报网络随时都可接收主机发送的分组，网络为每个分组独立地选择路由，网络只是尽最大努力地将分组交付给目的主机，对源主机没有任何承诺，不保证所传送的分组不丢失，也不保证按源主机发送分组的先后顺序以及在多长时间内必须将分组交付给目的主机。虚电路数据通信过程同样需要电路建立、数据传送、电路拆除三个阶段，但和电路交换不同之处在于呼叫后在两个数据站之间建立起来的是一条虚拟电路。分组在虚电路上传输时，在每个节点上同样要经历存储转发的过程。2023/6/6109312312A124356CB分组121212123333数据报A124356CB分组虚电路数据报与虚电路2023/6/61102023/6/6111第3章广域数据网络数据通信的基本概念数据链路控制与协议数据子网提供的服务路由选择拥塞控制X.25分组交换网帧中继网2023/6/6112路由选择路由优化原则路由选择策略2023/6/6113路由选择功能路由选择是依据某种算法，选择最佳传输路由将分组送达目的地的过程。子网内部使用了数据报，节点必须针对每一个到达的数据分组重新选择路径；如子网内部使用了虚电路，则只有当一个新的虚电路被建立起来的时候，才需要确定路由路径。分组网中的路由选择是网络层协议的主要功能之一，它是由网络层的软件来完成的。路由选择算法必须要做到:正确性、简单性、健壮性、稳定性、公平性和最优性。2023/6/6114路由选择标准最小跳数路由通常路由选择是基于某些性能评估标准的。最简单的标准是选择经过网络的最小跳数路由（途经节点的数量最少）。这是一种很容易测量的标准，并且能够使网络资源的消耗最少。最小费用路由将最小跳数标准推广到一般情况即是最小费用的路由选择。在这种情况下，每条链路都具有一个相应的费用，所寻找的是任意一对相连节点之间的费用最小的路由。

2023/6/6115路由选择示例从节点1到节点6的最短路径（最少跳数）是1-3-6（费用

=

5

+

5

=

10），但是最小费用路径是1-4-5-6（费用

=

1

+

1

+

2

=

4）。2023/6/6116路由选择路由优化原则路由选择策略2023/6/6117路由选择方法固定式路由选择洪泛路由选择随机路由选择自适应路由选择独立适应型分布适应型集中适应型2023/6/6118固定式路由选择固定式路由选择为网络中的每一对源和目的节点选择一条永久的路由。这些路由是固定的，只有网络拓扑结构发生变化时，它们才有可能改变。固定式路由选择需要创建一个中心路由选择矩阵，它可能保存在网络的控制中心。该矩阵指出每一对源和目的节点的路由途中的下一个节点标识。从这张完整的矩阵中，可以产生许多路由表，并保存在各个节点中。使用固定式路由选择，数据报和虚电路在路由选择时没有区别。2023/6/6119固定路由选择2136452023/6/6120路由表的生成节点获得所在域的拓扑图。计算任意两个节点之间的最短路径。D算法：某节点到所有其它节点的最短路径。F算法：任意两个节点间的最短路径。确定所有节点的路由表。2023/6/6121一个路由表的实例1#10.0.0.0路由器A2#20.0.0.0路由器B3#30.0.0.04#40.0.0.0路由器C10.0.0.120.0.0.130.0.0.130.0.0.240.0.0.120.0.0.2路由表目的网络下一跳地址10.0.0.0直接转发20.0.0.030.0.0.040.0.0.0直接转发20.0.0.220.0.0.2路由表目的网络下一跳地址20.0.0.0直接转发30.0.0.010.0.0.040.0.0.0直接转发20.0.0.130.0.0.22023/6/6122洪泛路由选择这种技术不需要任何网络信息，一个分组由源节点发送到与其相邻的每一个节点上。在各个节点上，收到的分组再次被传输到除分组到达时所经过的链路以外的所有输出链路。2023/6/6123洪泛路由选择2023/6/6124洪泛式路由选择的属性不论发生了什么样的链路或节点的损坏，只要源站和目的站之间存在至少有一条路径，那么分组必然会到达目的。因为所有的路由都被尝试过，因此，该分组至少有一个副本使用的是最小跳数路由到达目的。所有直接或间接地与源节点相连的节点全部都被访问到。2023/6/6125随机路由选择随机路出选择具有洪泛法的简单性和稳健性，并且具有远远低于洪泛法的通信量负荷。使用随机路由选择时，为了重传收到的分组，节点只选择一条输出链路。这条输出链路是从除了分组到达所经过的那条链路之外的其他链路中随机选中的。这种技术的改良方法是为每条输出链路分配一个概率，并根据这个概率来选择链路。这个概率有可能是基于数据率的。2023/6/6126其中，Pi为选择链路i的概率，Rj为链路j的数据率，式中的总和指的是所有候选的输出链路的数据率总和。2023/6/6127自适应路由选择事实上在所有的分组交换网络中，都使用了某种形式的自适应路由选择技术，影响路由选择判决的主要条件有故障和拥塞。要使自适应路由选择成为可能，就必须在节点和节点之间交换有关网络状态的信息。与固定路由选择相比，使用自适应路由选择因判决更加复杂，而增加了网络节点的处理负担。2023/6/6128独立式自适应型根据本节点各路由的信息来控制路由选择。队列长度最短队列长度＋偏向值最小2023/6/6129分布式自适应路由节点周期性地获得相邻节点的路由信息，并据此更新自己的路由。当网络状态发生变化时，将信息通知所在区域的所有节点，节点根据新的拓扑，重新计算路由。2023/6/6130分布式自适应路由选择分布式自适应路由选择假设要选择从节点1到5的路由：和节点1相邻的节点为2，3，4D12+D25=2+3=5msD13+D35=3+1=4msD14+D45=1+1=2ms所以节点1选择的下一节点为42023/6/6131分层式选路将节点分成多个区域。路由表的表项大大减少。层数L=㏒2n,n为网络中的节点数。2023/6/6132分层式选路area1area3area2area4area5A1B1C1A2B2C2D2A3B3A4B4C4A5B5C5D5F52023/6/6133第3章广域数据网络数据通信的基本概念数据链路控制与协议数据子网提供的服务路由选择拥塞控制X.25分组交换网帧中继网2023/6/6134拥塞控制拥塞控制的意义拥塞控制的作用拥塞控制的一般方法拥塞控制与流量控制的关系2023/6/6135

拥塞控制的概念在某段时间，若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏——产生拥塞(congestion)。出现资源拥塞的条件：对资源需求的总和>可用资源若网络中有许多资源同时产生拥塞，网络的性能就要明显变坏，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。2023/6/6136死锁（deadlock）存储转发死锁直接间接报文重装死锁2023/6/6137直接存储转发死锁两个节点彼此的所有缓冲区都装满了等待输出到对方的分组，造成两节点既不能接收也不能发送分组的现象。例如,A节点的所有缓冲区装满了等待输出到B节点的分组,而B节点的所有缓冲区也全部装满了等待输出到A节点的分组;此时,A节点不能从B节点接收分组,B节点也不能从A节点接收分组,从而造成两节点间的死锁。当每个分组到达对方时，由于没有地方存放，只好被丢弃。发送分组的一方因收不到对方发来的确认信息，只能将发送过的分组依然保存在自己节点的缓存中。这两个节点就这样一直互相僵持着，谁也无法成功地发送出一个分组。

2023/6/6138间接存储转发死锁

在一组节点之间，某节点的所有缓冲区都装满了等待输出到下一节点的分组，这种情况依次传递构成循环，造成多节点间的死锁。例如，A节点企图向B节点发送分组、B节点企图向C节点发送分组、而C节点又企图向A节点发送分组,但此时每个节点都无空闲缓冲区用于接收分组,这种情形称做间接存储转发死锁。当一个节点处于死锁状态时,所有与之相连的链路将被完全拥塞。

2023/6/6139重装死锁(reassemblydeadlock)举例A4A2A1B3C1B1B2C3B4A3C2路由器P路由器Q路由器R主机H报文A、B和C经过路由器P、Q和R发往主机H。每一报文由4个分组构成。每个路由器的缓存只能容纳4个分组。路由器R已为报文A预留了4个分组的缓存。由于分组A3还未到达，所以目前还不能交付给主机H。分组A3

暂存于路由器P的缓存中，它无法转发到路由器Q，因为路由器Q的缓存已全占满了。2023/6/6140拥塞的原因网络拥塞往往是由许多因素引起的，如当某个节点缓存的容量太小时，到达该节点的分组因无存储空间暂存而不得不被丢弃。又如，处理机处理的速率太慢可能引起网络的拥塞。2023/6/6141拥塞控制拥塞控制的意义拥塞控制的作用拥塞控制的一般方法拥塞控制与流量控制的关系2023/6/6142拥塞控制的作用衡量数据网络性能的重要指标有两个，一是网络的吞吐量，另一个是分组的平均时延。图中的横坐标是网络的负载，代表单位时间内输入给网络的分组数目；纵坐标是吞吐量，代表单位时间内从网络输出的分组数目。具有理想拥塞控制的网络，在吞吐量饱和之前，网络吞吐量应等于提供的负载，故吞吐量曲线是45°的斜线。但当提供的负载超过某一限度时，由于网络资源受限，吞吐量不再增长而保持为水平线，即吞吐量达到饱和。2023/6/6143拥塞控制所起的作用提供的负载吞吐量理想的拥塞控制拥塞死锁（吞吐量=0）无拥塞控制实际的拥塞控制轻度拥塞02023/6/6144拥塞控制拥塞控制的意义拥塞控制的作用拥塞控制的一般方法拥塞控制与流量控制的关系2023/6/6145拥塞控制一般方法从原理上讲，寻找拥塞控制的方