网络与通信技术

?网络与通信技术?第3章数据链路层1精选课件第3章数据链路层数据链路层网络互连设备ATM网络2精选课件本章主要知识结构图3精选课件3.1数据链路层

3.1.1数据链路层的根本知识噪声白噪声：时域内，幅度是随机的；在所关心的频率范围，幅度相对保持不变。脉冲噪声：时域上的突发性噪声；频域内它几乎就是频带的宽度。串音噪声：由于很多电线互相平行而引起的符号间干扰。Shannon定理证明当传输速率小于或等于信道容量时，可以找到一种编码技术可以使错误任意小。冗余检错和纠错的核心是冗余；过失的纠正比检错更难。4精选课件3.1数据链路层

3.1.1数据链路层的根本知识过失控制过失控制通常指过失检测和重传的方法。过失控制方式检错重发方式〔AutomaticRepeatRequest，ARQ〕前向纠错方式〔ForwardErrorCorrection，FEC〕混合纠错方式〔HybridErrorCorrection，HEC〕纠错码的分类线性码和非线性码分组码和卷积码检错码和纠错码分组码的表示〔n，k〕5精选课件3.1数据链路层

3.1.1数据链路层的根本知识常用检错和纠错的术语许用码和禁用吗码重码距与最小码距〔dmin〕检错和纠错能力检测e个随机错误，那么要求码的最小距离dmin≧e+1；纠t正个随机错误，那么要求码的最小距离dmin≧2t+1；纠正t个错误同时检测e〔e≧t〕个随机错误，那么要求码的最小距离dmin≧t+e+1。分析最小码距为5的分组码的抗干扰能力。6精选课件3.1数据链路层

3.1.1数据链路层的根本知识奇偶校验码循环冗余校验码〔CRC〕模2运算码多项式循环码定义 一个〔n,k〕循环码的码长为n，有k个信息元的线性分组码，它的特点是任一码字C的每次循环移位，得到的是另一码字。 c(x)乘以x就相当于左移一位。生成多项式 生成多项式g(x)是(n,k)循环码中最低次非零码多项式，其次数为〔n-k〕。7精选课件3.1数据链路层

3.1.1数据链路层的根本知识CRC校验码

8精选课件3.1数据链路层

3.1.1数据链路层的根本知识校验和这是TCP/IP协议常用的检错码。它生成检测错码的算法只用到加法，所以它的检测错码称为校验和，其他根本与CRC方法相同。9精选课件3.1数据链路层

3.1.1数据链路层的根本知识例：计算8个字符〔Forouzan〕文本的校验和10精选课件3.1数据链路层

3.1.2数据链路控制根本功能：根据网络层作为分组确定的传输路径，把网络层传下来的数据封装成帧，从一个结点传到下一个节点。具有成帧、流量控制、过失控制等功能。常用的成帧协议面向字符协议的成帧面向比特协议的成帧面向字符协议的成帧11精选课件3.1数据链路层

3.1.2数据链路控制面向比特协议的成帧帧的数据段是一个位的序列。数据可以是文本、图片、音频和视频等。常用的面向比的特协议，如高级数据链路层控制〔HDLC〕协议如果在数据中出现标记的模式怎么办？12精选课件流量控制和过失控制流量控制 流量控制就是一系列程序，用来限制发送方在等到确认之前发送的数据数量。过失控制 过失控制包括错误检测和纠正。它使得接收方能够提示发送方在传输过程中有帧的丧失或破坏，并协调发送方重新传输这些出错的帧。 在数据链路层，术语过失控制通常指过失检测和重传的方法。首先在数据链路层需要对数据进行过失控制编码。其次，需要配合相应的过失控制方式，例如当接收端收到信息后，需要进行译码，如果发现传输有错误，那么不发送肯定确认。发送方在预定的时间延迟内没有收到确认信息，那么重发。3.1数据链路层

3.1.2数据链路控制13精选课件数据链路层是如何将帧、流量控制和过失控制结合起来的没有出错的情况传输帧丧失传输帧出错确认帧丧失在噪声信道，存在三个理论的过失控制协议停止等待ARQ协议回退N帧ARQ协议选择重传ARQ协议3.1数据链路层

3.1.2数据链路控制14精选课件3.1数据链路层

3.1.3媒体访问控制〔MAC〕描述当多个设备共享传输介质时，数据链路层的另一功能就是——媒体访问控制，它的任务就是通过一个协议进行协调多个设备对共享链路的访问，防止冲突。它用到的协议称为多路访问协议。网络中常用的多路访问协议有三类随机访问控制协议〔主要用于LAN〕受控访问协议 信道静态分配协议〔主要用于WAN〕

15精选课件3.1数据链路层

3.1.3媒体访问控制随机访问控制描述随机访问方法是由Aloha协议开展而来的。它由一个简单的多路访问程序来实现。该方法通过外加一种程序〔对介质进行侦听〕进行改进，就得到了载波侦听多路访问〔CSMA〕协议。带冲突检测的载波侦听多路访问〔CSMA/CD〕带防止冲突的载波侦听多路访问〔CSMA/CA〕16精选课件3.1数据链路层

3.1.3媒体访问控制受控访问协议站的收发数据要在控制站的控制下进行。主站占主动权。站的收发数据要在控制站的控制下进行，通常采用的方法有：查询和令牌传递。信道静态分配协议事先按照频率、时隙、码、波长或它们的组合来分配信道的多路访问协议。主要有FDM、TDM、码分多路访问CDMA、波分多路访问WDMA等。17精选课件3.2网络连接设备

描述无论是LAN还是WAN，几乎很少是孤立的网络，它们往往相互连接起来，并接入Internet，以便在更大范围内实现资源共享。网络互连设备及其在Internet模型中的协议层次，如以下图。无源集线器18精选课件3.2网络连接设备

3.2.1中继器〔Repeater〕描述中继器是一个物理层的连接设备。其作用是放大再生一个已经衰减但还能恢复的数字信号。它连接的是网段，而不是网络。它没有利用协议数据单元〔PDU〕内部的任何信息。19精选课件3.2网络连接设备

3.2.2〔有源〕集线器描述集线器〔hub〕是物理层的网络连接设备。用它可构成星型局域网，相当于多端口的中继器，是一个有源部件，对信号有放大和整形作用。它也没有用到协议数据单元〔PDU〕内部的任何信息，其内部结构如以下图所示。20精选课件3.2网络连接设备

3.2.2〔有源〕集线器集线器的级联集线器在原理上与总线以太网是一样的。集线器可以像以下图那样用来创立多级连接。它克服了10Base-T标准的100米距离限制。21精选课件3.2网络连接设备

3.2.3网桥

描述中继器和Hub都不是网络连接设备，而网桥才是局域网的互连设备，它可以连接相同类型的LAN，也可以连接不同类型的LAN。它工作在物理层和数据链路层，它用到的协议数据单元〔PDU〕是数据链路层的帧。网桥的工作原理对到来的帧通过网桥表进行过滤或转发。目的地址22精选课件3.2网络连接设备

3.2.3网桥网桥表的形成原理是通过学习的方法动态生成的。分析洪泛23精选课件3.2网络连接设备

3.2.4交换机

描述工作在链路层的交换机和网桥的实质是一回事。在说交换机时，必须指明是工作在哪个协议层上。把只工作在物理层和链路层的交换机称为第二层交换机。把工作在网络层的交换机称为第三层交换机。第三层交换机根本上与路由器的功能是一样的，但是有区别的。交换机的组成交换机的内部是由缓冲区、交换网络、交换表和交换机软件组成的。缓冲区是用来缓存从端口输入的帧以便交换机处理；交换表由两局部组成：目的地址〔MAC〕和输出端口号，作用是把帧的目的地址映射到输出端口上；软件局部用来建立和不断刷新交换表，控制交换机的工作。24精选课件3.2网络连接设备

3.2.4交换机二层交换机的工作原理交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，那么向所有端口转发。播送帧和组播帧向所有的端口转发。交换机的三个主要功能学习转发/过滤消除回路〔消除冗余回路，利用生成树〕25精选课件3.2网络连接设备

3.2.5路由器

描述路由器是一个由3层协议组成的分组交换设备，其主要任务是为分组寻找最正确路由。根本功能每个路由器通过与其直接相连路由器交换信息，从而掌握这个网络的拓扑结构，建立和维护一个路由表；根据路由表把从每个输入端口到来的分组转发到路由上的输出端口上。26精选课件3.2网络连接设备

3.2.5路由器路由器的组成路由表的生成和维护分组转发输入/输出端口27精选课件3.2网络连接设备

3.2.5路由器输入/输出端口28精选课件3.2网络连接设备

3.2.5路由器第三层交换机与路由器的差异传统的交换技术是在数据链路层进行操作的，而第三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。第三层交换技术就是：第二层交换技术+第三层转发技术，这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。三层交换技术并不是网络交换机与路由器的简单叠加，而是二者的有机结合。第三层交换技术也称为“IP交换技术〞或“高速路由技术〞。第三层交换的特点只要在源地址和目的地址之间有一条更为直接的第二层通路，就没有必要经过路由器转发数据包；第三层交换使用第三层路由协议确定传送路径，此路径可以只用一次，也可以存储起来，供以后使用。之后数据包通过一条虚电路绕过路由器快速发送。29精选课件3.2网络连接设备

3.2.6网关

描述网关是一个工作在因特网的全部5层或OSI的7层的计算机。它可以作为使用两种不同模型的互联网的连接设备。30精选课件3.2网络连接设备

3.2.7虚拟局域网〔VLAN〕问题的引出如右图每个组的成员不断变化，经常相互调整，对于硬件布线的网络，它不适于局域网的随时重新组合。因此，提出了虚拟局域网技术。31精选课件3.2网络连接设备

3.2.7虚拟局域网描述虚拟局域网是把交换机〔一个或多个〕连接的计算机用软件技术〔不是硬件的布线〕逻辑地〔不是物理的〕划分为几段。一个段就是一个虚拟局域网〔VLAN〕。32精选课件3.2网络连接设备

3.2.7虚拟局域网如何实现？IEEE为VLAN制定了802.1Q标准。它在原来的802.3的帧〔MAC〕中增进了4字节的标识符，称为VLAN标记，用来指明发送帧的工作站属于哪一个VLAN。33精选课件3.2网络连接设备

3.2.7虚拟局域网使用VLAN的好处VLAN可以方便地重组一个工作组，既节省时间又减少开支；限制播送风暴。 网桥和交换机对网上的播送帧是全部转发的，经屡次转发，使得网络上存在大量的帧。占用了大量的网络带宽，降低了网络性能。VLAN只播送属于他的域的帧。平安34精选课件3.3ATM网络

3.3.1提出问题

ATM(AsynchronousTransferMode)，称为异步传输模式。这个定义包含两方面含义：一是被传送的信息统一分成很小的固定长度，称为信元；二是信元在网络中以异步的方式进行传递。ATM与SDH的不同ATM网络是基于数据链路层扩展的广域网，是一个异步传输网络，是虚电路网络；SDH传输网是一个同步传输网络，在硬件上统一的、标准的。问题帧网络混合网络通信在帧不可预测且变化很大的情况下，如何提高稳定速率的传输？35精选课件3.3ATM网络

3.3.2ATM及其特点

描述ATM是以信元为根底的一种分组交换和复用技术，它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。ATM的特点ATM信元：采用固定长度的53字节的分组。特别适合快速分组交换采用异步的方式传输：异步时分复用。好处？利用光纤作为传输媒体ATM具有电路交换和分组交换的双重特性。ATM采用虚电路交换，是面向连接的，它具有电路交换的特性。同时，由于采用虚电路交换，对协议作了简化，并且尽可能地用硬件来处理协议，使得它容易做到高速交换。36精选课件3.3ATM网络

3.3.3ATM网络

描述ATM是信元交换网；ATM网络属于虚电路网络。UNI和NNI37精选课件3.3ATM网络

3.3.3ATM网络

虚连接对于ATM网络，在数据传输之前必须建立连接，数据传输完成后必须释放连接。数据传输是在两端点之间建立的虚电路上传输的。ATM的虚电路分为：永久虚电路〔PVC〕和交换虚电路〔SVC〕ATM的虚电路用两级标识符来确定。38精选课件3.3ATM网络

3.3.3ATM网络

虚连接一个物理信道可以包含多个虚通道VP〔VirtualPath〕，每个VP用一个虚通道标识符VPI值表示。而每个虚通道〔VP〕有可以包含许多虚通路VC〔Virtualcircuits〕，每个VC用一个虚通路标识符VCI值来表示。用VPI/VCI一对值来指定一条虚连接〔虚电路〕。39精选课件3.3ATM网络

3.3.3ATM网络

虚连接通常，V