第4章 数据通信技术.ppt

1、第四章数据通信技术,参考教材第四章,提纲,数据通信概述 数据交换技术 数据通信网 Internet 网络互连设备 计算机局域网,数据通信概述,数据通信的特点 数据通信系统构成 通信软件 常用传输代码 数据传输方式 差错控制技术,数据通信的特点,是人-机或机-机通信，计算机直接参与通信 准确性和可靠性要求高严格的差错控制技术 数据传输速率高 通信持续时间差异大,数据通信系统构成,图4-1 数据通信系统的构成,1.数据终端设备（DTE） DTE是计算机网中用于处理用户数据的设备，从简单的数据终端（甚至I/O设备）到复杂的中心计算机均称为DTE。 2.数据电路终接设备（DCE） DCE属于网络终接设

2、备，调制解调器、线路接续控制设备及与线路连接的其他数据传输设备称为DCE。,数据通信系统构成（续一）,调制解调器（Modem） DCE主要起（频带）调制解调器的作用，即把DTE送来的数字信号变换为模拟信号再送往信道，或把信道送来的模拟信号变换为数字信号再送往DTE。,数据通信系统构成（续二）,DSU与CSU 如果信道是数字信道，DCE由数据服务单元（Data Service Unit，DSU）和信道服务单元（Channel Service Unit，CSU）组成。 DCE与信道一起构成数据电路。 数据电路加上两端的传输控制器和通信控制器构成数据链路。 链路（link）是一条无源的点到点的物理线

3、路段，中间没有任何的交换节点。,数据通信系统构成（续三）,2020/8/6,9,两个 DTE 通过 DCE进行通信的例子,EIA-232/ V.24 接口,调制解调器,DTE-A,DTE-B,DCE-A,DCE-B,EIA-232/ V.24 接口,调制解调器,网 络,通信软件,为了保障系统的正常运转和服务，数据通信系统需要通过专门软件，对系统中的各种资源进行全面的管理、调度和分配，并保障系统的安全。通信软件是实现通信系统功能的必不可缺的支撑环境。 通信软件通常指以下五种类型的软件： 网络协议和协议软件 网络通信软件 网络操作系统软件 网络管理软件 网络应用软件。,通信软件的功能,安装和设置

4、对调制解调器的控制 数据控制功能 数据操作功能,常用传输代码,（1）国际电报二号码：一种五单位代码，也称博多码。由5位二进制码组成，是电报通信中广泛使用的一种代码。 （2）国际5号码：一种用7位二进制码表示一个字母、数字或符号的七单位代码。 （3）汉字信息交换用代码：,数据传输方式（一）,并行传输与串行传输 并行传输指的是数据以成组的方式在多条并行的信道上同时传输。 串行传输是数字流以串行方式在一条信道上传输。,数据传输方式（二）,异步传输 异步传输方式（群同步）也称为起止式同步方式。 以字符为传输单位，为了实现同步，在字符的开始和末尾加上两个码元，表示该字符的起始和停止，称为起始位和停止位，

5、如图4-2 所示。 特点：同步简单，缺点每个字符都要加入起止码元，使得传输效率降低，适于1200bit/s的低速数据传输。,数据传输方式（二）,同步传输 同步传输方式又称独立同步方式。 同步传输：以同步的时钟节拍来发送数据信号，因此串行数据流中，各信号码元之间的相对位置固定。（外同步和自同步法：曼彻斯特编码）在接收端必须提取时钟。,2020/8/6,16,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,AP2,AP1,缓存,发送方,接收方,帧,高层,帧,差错控制技术,在发送端被传送的信息码序列的基础上，按照一定的规则加入若干“监督码元”后进行传输; 加入的码元与原来的

6、信息码序列之间存在着某种确定的约束关系。 在接收数据时，检验信息码元与监督码元之间的既定的约束关系，如该关系遭到破坏，则在接收端可以发现传输中的错误，乃至纠正错误。,差错控制方法-检错法, 奇偶校验 在偶校验时，要在每一个字符上增加一个附加位，使该字符中“1”的总数为偶数 在奇校验时，要在每一个字符上增加一个附加位，使该字符中“1”的总数为奇数 例如： 信息字段 奇校验码 偶校验码 0110001 01100010 01100011,差错控制方法-检错法, 循环冗余校验 循环冗余校验码简称循环码或CRC（Cyclic Redundancy Check ）码，是一种高效能的检错和纠错码。 工作原

7、理： 发送端：将要发送的数据比特序列当作一个多项式f(x)的系数，发送时用双方预先约定的生成多项式G(x)去除，求得一个余数多项式，将余数多项式加到数据多项式后发送 接收端：用G(x)去除接收到的数据，进行计算，然后把计算结果和实际接收到的余数多项式数据进行比较，相同的话表示传输正确,差错控制方法-纠错法, 自动重发请求ARQ,差错控制方法-纠错法, 前向纠错FEC,差错控制方法-纠错法, 混合纠错,ARQ,ARQ,FEC编码器,FEC译码器,前向信道,反馈信道,提纲,数据通信概述 数据交换技术 数据通信网 Internet 网络互连设备 计算机局域网,2020/8/6,24,数据交换方式,电

8、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。,两大交换技术,电路交换技术：传统电话网采用的交换技术；用于实时性的语音业务,分组交换技术：计算机网络采用的交换技术；应用于数据业务,网络选择路由 建立连接 被叫振铃,摘机,放拨号音,拨号,通话：语音信号的传递,1.,2.,3.,挂机,6.,4.,Telephone network,电路交换建立连接的三个过程

9、,信息传送,连接释放,过程： 连接建立 信息传送 连接释放 特点： 实时交换 面向连接的物理通道 透明传送 无差错控制措施 过负荷时呼损率增加，但不影响已建立的呼叫,电路交换,电路交换,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,(,(,B,A,D,C,通信前，建立物理连接。 通信完成，释放连接。 面向连接(connection-oriented)：建立连接，通信，释放连接。,电路交换,电路交换的优点 媒体信息传输时延小，通信质量有保证 控制简单 电路交换的缺点 呼叫建立需要时间 每个连接带宽固定，（不能适应不同速率的业务） 不传信息时也占用资源（不适用于突发业务）

10、,电路交换不适合计算机数据的传输,电话交换的特点：在通话的全部时间内用户始终占用端到端固定传输带宽。(固定分配带宽) 计算机数据是突发式地出现在传输线路上：1%10%，大部分时间空闲，线路利用率低。 计算机和各种终端的传送速率很不一样，采用电路交换时，不同类型、规格、速率的终端之间很难互相进行通信。 电路交换不灵活：电路中任何一点出现故障需重新建连。,电路交换 的电信网,电路交换的致命缺点 电路中断后必须重新拨号建立连接,拨号 建立连接进行通信 交换机被摧毁连接中断 重新拨号建立连接,报文交换,报文结构：首部中含地址信息 存储转发(逐段行为 Hop by hop) 把收到的报文先放入缓存（暂时

11、存储）； 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发； 把报文送到适当的端口转发出去。 时延较大 时延构成：传输时延（链路）、存储时延 （结点-链路）、处理与排队时延（结点）,节点：A B C D,t,分组交换产生的背景,20世纪 60 年代美国希望研制出一种抗毁性很强的新型分布式网络，网络的主要任务是：用于不同种类的计算机之间的可靠地传送数据。 在此背景下产生了采用分组交换技术、基于存储转发（store and forward）的计算机网络。 分组交换(PS：Packet Switching) 将报文要传送的信息分为若干个分组（packet），每一个分组加入一个首部，首部中含有可供选路的

12、信息和其他控制信息。,分组交换的示意图,接收端剥去首部，重组数据，还原出原报文,11001101010 10001110101,发 送,发 送,将报文划分为分组 每个分组前加入带有控制信息的首部,每个分组在网络中独立传送,接收端,报文,网络,11001101010 10001110101,发送端,分组在节点中工作过程,分组在网络节点中存储转发,入线,出线,节点,内存,分组交换的特点,时延：传输时延，存储时延和处理与排队时延,分组交换的特点,分组交换的优点： 以分组为传送单位和查找路由。由于分组长度较短，存储转发的时延将显著下降。部分结点或链路被摧毁时，分组交换仍可保持网络畅通 分组交换的问题：

13、 分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。 分组长度的确定：兼顾时延与开销,分组交换网示意图,Host A,Host B,Host E,Host D,Host C,Node 1,Node 2,Node 3,Node 4,Node 5,Node 6,Node 7,1,2,分组交换各个分组独立寻址,1,1,1,1,2,2,2,2,1,1,1,当部分结点或链路被摧毁时 分组交换仍可保持网络畅通,2,2,2,2,Aug-20,39,电路交换VS分组交换,提纲,数据通信概述 数据交换技术 数据通信网 Internet 网络

14、互连设备 计算机局域网,数据通信网,分组交换公用数据网 数字数据网 帧中继网 计算机通信网,数据通信网,数据通信网是一个由分布在各地的数据终端设备、数据交换设备和数据传输链路所构成的网络，在通信协议的支持下实现完成数据终端之间的数据传输与数据交换。,数据通信网发展简史,数据通信最初是从电话网上发展起来的，传输输速率不高，误码率一般是104、呼叫接续时间长、接通率低 。 X.25网络 ：面向连接的网络，也是第一个公共数据网络；处理比较复杂，从而网络延迟较大，它提供的用户端口速率一般小于等于64kb/s。 帧中继网：简化了节点的处理过程，缩短了处理时间，这对有效利用高速数字传输信道十分关键，它具有

15、传送时延低，经济、可靠等特点。 数字数据网DDN（Digital Data Network） ：网络传输速率高，时延小，管理方便，并且它的应用范围从最初的单纯提供数据业务，拓宽到支持多种业务网和增值网。 ATM网络 ：可以很好的满足日益增长的各类高速、宽带、多媒体数据业务的需求。 因特网：采用IP协议作为第三层协议的网络，是目前使用最多的数据通信网 。,分组交换公用数据网（PSPDN）,分组交换公用数据网提供可靠传送数据的永久虚电路与交换虚电路基本业务，为了满足集群用户的需要，还提供虚拟专用网（VPN）业务。 我国公用分组数据网是按照ITU-T制定的X.25建议建设的。 X.25中规定了三个独

16、立的级，即物理级、链路级、分组级。这三级与OSI参考模型的一、二、三层基本上是一致的。,数字数据网（DDN）,DDN是利用数字信道来传输数据信号的数据传输网，介于永久性连接和交互式连接之间的半永久性连接方式的数字数据网 ； 数字电路传输质量高，平均时延小。 缺点是使用DDN专线上网，需要租用一条专用通信线路，租用费用太高,DDN网络组成,DDN是由数字传输电路和相应的数字交叉复用设备组成。其中，数字传输主要以光缆传输电路为主，数字交叉连接复用设备对数字电路进行半固定交叉连接和子速率的复用。,帧中继网（Frame Relay Network）,帧中继是在用户/网络接口（UNI）之间提供用户信息流

17、的双向传送，并保持顺序不变的一种数据承载业务。帧中继是综合业务数字网标准化过程中产生的一种重要技术，它是工作在OSI参考模型第二层; 帧中继网络提供的业务有两种：永久虚电路和交换虚电路。 目前已建成的帧中继网络大多只提供永久虚电路业务。,计算机通信网,基本概念 计算机网络的发展 计算机网络的分类 计算机网络的体系结构 OSI模型 TCP/IP模型数据链路层协议,计算机通信网,1 基本概念 计算机网是由多种计算机和各类终端设备通过通信线路连接起来的复合系统，由于计算机型号不同，终端类型各异，加之线路类型（固定线路或交换线路）、连接方式（点对点或多点）、同步方式（同步或异步）、通信方式（单工、半双

18、工、全双工）的不同，给通信带来极大不便。,计算机网络的发展简史,20世纪50年代初，以单个计算机为中心的远程联机系统构成，这类简单的“终端通信线路面向终端的计算机”系统，计算机网络的雏形，称为第一代计算机网络 。 从20世纪60年代中期开始，出现了若干个计算机互连系统：SNA ，DNA 。 第二代计算机网络： 20世纪 60 年代后期， ARPANET网是由美国国防部高级研究计划局ARPA ，后导致了TCP/IP问世 ； 第三代计算机网络：国际标准化组织（ISO）于1978年成立了专门机构并制定了世界范围内的网络互联标准，称为开放系统互联参考模型OSI/RM ； 第四代计算机网络 ：全世界许多

19、国家都纷纷制定和建立本国的NII，从而极大的推动了计算机网络技术的发展。使计算机网络的发展进入一个崭新的阶段 。,计算机网络的几种不同分类方法,从网络的拓扑结构进行分类：集中式网络、分散式网络、分布式网络。 从网络的作用范围进行分类：广域网WAN、局域网LAN、城域网MAN、接入网AN。 从网络的使用范围进行分类：公用网、专用网。,所谓网络体系结构是网络的层次结构和所使用的协议的集合，它是对构成计算机网络的各个组成部分及计算机网络必须实现功能的一组精确定义。 世界上第一个网络体系结构是美国IBM公司于1974年提出的，它取名为SNA ; OSI/RM（Open Systems Intercon

20、nection/Reference Model），开放式系统互联/标准模型，简称为OSI ; TCP/IP,网络体系结构,分层的优点,各层之间是独立的：降低复杂度 灵活性好：变化相互影响小 结构可分开：便于采用不同的实现技术 易于实现和维护 能促进标准化工作：每层的功能及其所提供的服务都已有精确的说明,这种分层结构的特点是： 各层相对独立，每一层完成自身定义的功能，可以单独地开发、修改本层功能，而不影响其他层。 第n层完成自身定义的功能时，只利用（n-1）层所完成的功能（而不关心这些功能是怎样完成的）。 不同系统的同层实体间使用该层协议进行通信，只有最低层才发生直接数据传送，且最低层只提供服务

21、。, 除最低层外，其他层实体间没有直接物理连接不能直接交换信息，必须利用下一层实现的协议所提供的更为基本的服务来实现本层通信。 两种不同的协议可能对应同一层，但它们之间不能协同工作，只有执行相同协议的实体才能通信。 在需要不同的通信服务时，可在一层内设置两个或更多的子层。,网络协议,一个计算机网络为了有很多互相连接的节点，这些节点之间要不断地进行数据的交换，要做到有条不紊的交换数据，每个节点就必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则就是网络协议。,协议的定义,网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。 协议三要素 语法：数据

22、与控制信息的结构或格式 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答 同步：事件实现顺序的详细说明,分层模型中的协议和服务,服 务 用 户,第 n 层,第 n + 1 层,服 务 用 户,计算机A,计算机B,OSI 参考模型产生的背景,IBM推出SNA网络体系,DEC公司提出DNA网络体系,ISO提出OSI参考模型,OSI(Open System Internetwork) 是开放的通信系统互联参考模型,成为正式国际标准（ISO 7498）,2020/8/6,60,开放系统互连参考模型OSI/RM,只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他

23、任何系统进行通信。 在市场化方面 OSI 却失败了。 OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力； OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低； OSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场； OSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。,2020/8/6,61,两种国际标准,法律上的(de jure)国际标准 OSI 并没有得到市场的认可。 而非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。 TCP/IP 常被称为事实上的(de facto) 国际标准。,OSI七层模型,OSI将网络应完成的通信任务进行分解，分为七个功能层，

24、自下而上为:物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。,2020/8/6,63,OSI参考模型的分层,物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层,资源子网,通信子网,2020/8/6,64,数据链路层,数据链路层,OSI 参考模型,应用层,表示层,会话层,传送层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,物理层,网络层,物理层,应用层,表示层,会话层,传送层,网络层,数据链路层,物理层,通信子网,主机A,主机B,报文,报文,报文,报文,分组,帧,比特流,图4-8 OSI分层协议中数据传输示意图,66,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,OSI

25、模型,公司经理,公司经理助理,公司秘书,公司送信职员,邮局排序工人,邮局装拆箱工人,邮局运送工人,类比,终端设备,网络设备,邮政系统,公司,67,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,OSI模型,公司经理,公司经理助理,公司秘书,公司送信职员,邮局排序工人,邮局装拆箱工人,邮局运送工人,类比,助理，我想和B公司的王总谈谈项目,我写好这篇邀请文找秘书寄去,我和王总的秘书联系过，有他们的地址，我把它填上，叫送信员工送邮局去,我核对过王总的城市编号写对了，这我就送邮局寄去,我把这些包裹信件归类，该寄哪里的就送哪里装车,我负责把邮件打包装车,我负责把邮件送到目的地的邮局,68,应

26、用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,OSI模型,公司经理,公司经理助理,公司秘书,公司送信职员,邮局排序工人,邮局装拆箱工人,邮局运送工人,类比,原来张总是叫我去他们公司谈谈项目,王总，张总说：”,助理，这是A城市张总的来信,秘书，邮局来邮件啦,我把这些包裹信件归类，该寄哪里的就送哪里,我负责把邮件卸货并检查有没摔坏,邮件送到啦！,2020/8/6,69,OSI 参考模型各层功能,应用层 向用户提供服务 表示层 对数据进行格式转换 会话层 为通信双方建立一个会话连接，并控制会话过程的进行。 传送层 建立主机间端到端的连接，保证端到端间数据传送的可靠性。,2020/8/6,

27、70,OSI 参考模型各层功能,网络层 根据数据传送的目的地和网络状态选路，保证数据在网络中的可靠传送。 数据链路层 利用差错控制、顺序控制和流量控制及链路层的控制和管理，保证相邻节点间的链路上数据的正确传送。 物理层 利用物理传输介质为数据链路提供物理连接，以透明地传送比特流。,各层的主要功能,物理层(physical layer)：透明地传送比特流。 物理层的设计主要涉及物理层接口的机械、电气、功能和过程特性，以及物理层接口连接的传输介质等问题 物理层由两个主要部分组成：传输媒体和连接策略。典型的传输媒体有双绞线、同轴电缆、光纤、卫星、微波塔和无线电波。,物理层接口示例,2020/8/6,

28、73,数据链路层,链路和数据链路 链路：是一条无源的点到点的物理线路 数据链路：物理线路和控制传输的协议，也称为逻辑链路 当采用复用技术时，一条链路上可以有多条数据链路 数据链路层最重要的作用就是通过数据链路层协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输,2020/8/6,74,链路与数据链路,数据链路,各层的主要功能（Cont.）,数据链路层(data link layer)：在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据。 主要功能：链路管理、帧同步、差错控制、流量控制、寻址等。,各层的主要功能（Cont.）,网络层（network layer）：负责为分组交换网上的不同主机提供通

29、信。 主要功能： 路由选择：选择合适的路由，使发送站的运输层所传下来的分组能够按照地址找到目的主机。 拥塞控制：控制进入网络的流量 因特网主要的网络层协议：网际协议IP(Internet Protocol)和许多路由选择协议。网际层或IP层。,各层的主要功能,运输层（transport layer，传输层）：负责主机中两个进程之间的通信（端到端通信）。 是第一个事实上的端到端层次。 仅存在于主机之中，结点交换机中没有。 因特网中的运输层协议：面向连接的TCP协议和提供无连接服务的UDP协议。,会话层（session layer）,会话层提供两个互相通信的应用进程之间的会话机制，即建立、组织和协

30、调双方的交互，并使会话获得同步。会话层、表示层、应用层构成开放系统的高三层，对应用进程提供分布处理、会话管理、信息表示、修复最后的差错等。 会话层担负应用进程的服务要求，弥补传输层不能完成的剩余部分工作。该层的主要功能是对会话管理、数据流同步和重新同步。,表示层（presentation layer）,表示层:是为异种主机通信提供一种公共语言，以便能进行互操作。这种类型的服务之所以需要，是因为不同的计算机系统使用的数据表示方法不同。 主要功能：数据变换、数据格式化、数据压缩及加密。,各层的主要功能,应用层（application layer）：确定进程间通信的性质以满足用户的需求。 提供应用进

31、程所需要的信息交换和远地操作。 作为互相作用的应用进程的用户代理(user agent)，来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。 应用层协议很多：HTTP协议，SMTP，FTP协议等。,各对等层之间都好像可以直接传送数据,两个对等应用层之间传送应用数据块 两个对等运输层之间传送运输层报文段 两个对等网络层之间传送 IP 分组 两个数据链路层之间传送链路层的帧 两个物理层之间传送比特流,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物 理 传 输 媒 体,计算机1,计算机2,AP2,AP1,从AP1 到 AP2 好像是直接传送数据 但实际上是如图红箭头所示的过程,TCP/IP协议模型,T

32、CP/IP协议是传输控制协议和网际协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)的简称。 它源于美国国防部高级计划研究局(ARPA)的ARPANET网，现在已成为Internet互联网的通信协议。,TCP/IP与OSI/RM的比较*,应用层,运输层,网络层,表示层,会话层,数据链路层,物理层,7 6 5 4 3 2 1,应用层,网络接口层,网际层 IP,(各种应用层协议如 TELNET, FTP, SMTP 等),运输层TCP，UDP,OSI,TCP/IP,2020/8/6,85,TCP/IP协议的体系结构,TCP/IP 协议栈定义了四个

33、层次 网络接口 定义各种介质物理连接的特性 定义在不同介质上信息帧的格式 IP（Internet protocol） 层 转发和路由功能：根据分组的目的 IP 地址，将分组从源端转发到目的地。 路由器（router）：TCP/IP 网络中专用的 IP 分组转发设备。 TCP/UDP （传输层） TCP 提供面向连接的、可靠的传输服务 UDP 提供无连接的、不可靠的传输服务 应用层 Telnet、Web、FTP、e-Mail ,2020/8/6,86,TCP/IP协议栈,TCP,UDP,SMTP,以太网,DNS,FTP,TELNET,FDDI,X.25,ATM,IP,RARP,ARP,应用层,网

34、络接口层,传输层,互连层,ICMP,SNMP,2020/8/6,87,沙漏计时器形状的TCP/IP协议族,HTTP,SMTP,DNS,RTP,TCP,UDP,IP,网际层,网络接口层,运输层,应用层,网络接口 1,网络接口 2,网络接口 3,Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务,IP over Everything IP 可应用到各式各样的网络上,网络接口层,网络接口层负责将网络层的IP数据报通过物理网络发送，或从物理网络接收数据帧，抽出IP数据报上交网际层。 低层对应OSI的物理层和数据链路层; 通信子网 点到点 ISDN,PSTN,DDN,SDH 广播

35、网 LAN 广域网 ATM，FR,X.25,网际层,网际层:使主机可以把分组发往任何网络，并使分组独立地传向目的地，这称为数据报方式的信息传送。 数据报所提供的是一种无连接的、不可靠的数据报传输服务。,2020/8/6,90,IP 协议：无连接的分组转发协议,功能:分组转发和路由 端到端的通信控制由传输层实现 可靠性在传输层（TCP/UDP）实现 通信子网（IP 及其以下各层）是不可靠的 IP 层采用无连接的、尽力而为的机制，不能保证传输的正确性：不作验证、确认，也不保证分组传输的顺序 采用端到端可靠性的优点 简化 IP 层协议的实现 实现效率高,传输层,传输层为应用程序提供端到端通信功能，对

36、应于OSI的传输层。 该层协议处理网络互联层没有处理的通信问题，保证通信连接的可靠性，能够自动适应网络的各种变化。 TCP/IP在传输层主要提供了两个协议，即传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)。,2020/8/6,92,传输层的主要功能,为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）。 对收到的报文进行差错检测。 两种不同的运输协议 面向连接的 TCP 无连接的 UDP。,应用层,TCP/IP的应用层对应OSI的高三层，为用户提供所需要的各种服务。在这个层次中有许多面向应用的著名协议。如文件传输协议FTP、远程通信协

37、议TELNET、简单邮件传送协议SMTP; 这里值得指出，TCP/IP模型中的应用层与OSI/RM中的应用层有较大的差别，它不仅包括了会话层及上面三层的所有功能，而且还包括了应用进程本身在内。,从OSI体系结构到原理体系结构,OSI 的七层网络体系结构已经过时了 TCP/IP 的四层网络体系结构已成主流 使用五层原理体系结构来阐明网络的工作原理较为合适,报文,报文,分组,帧,比特,传送单位,数据链路层协议,掌握数据链路层的基本概念 掌握停止等待协议、连续ARQ协议、选择重传ARQ协议、HDLC协议的基本思想，特别是差错控制和流量控制思想,（1）帧控制：将信息流进行分割，按照一定的格式组成帧，以

38、帧为单位发送、接收、校验和应答。 （2）差错控制：当收端能正确接收信息时，则向发端送出确认信息；当检测到接收信息有差错时，收端要求发端重发该信息；发端还要进行帧编号，以免出现信息的重收、漏收。通常采用CRC方法的居多。,数据链路层的功能,（3）流量控制：计算机网络是由具有不同速率、存储空间和处理能力的设备组成的。 （4）链路管理：协议应能控制信息流的传输方向；建立、维护、结束链路联接；显示站的工作状态。 （5）区分数据和控制信息。 （6）寻址：保证每一帧信息送达正确的目的站，且收方知道信息的发送站。,数据链路层的功能（续）,数据链路上的差错控制和流量控制,假定： 链路不是理想的传输信道，所传送

39、的任何数据可能会出错或丢失 收方不能无限速地接收数据，也没有无限缓存 问题：怎样防止发方用速率比收方能够处理的速率要快的数据淹没收方（流量控制）；差错控制（数据帧出错、丢失，应答帧丢失导致死锁）,数据帧在链路上传输的几种情况,时 间,A,B,送 主 机,ACK,送 主 机,ACK,(a) 正常情况,A,B,NAK,送 主 机,ACK,(b) 数据帧出错,A,B,送 主 机,ACK,(c) 数据帧丢失,A,B,送 主 机,ACK,不 送 主 机,ACK,(d) 应答帧丢失,重 发,重 发,重 发,丢 失 ！,丢 失 ！,解决办法： 流量控制：等待应答(确认帧ACK或否认帧NAK) 数据帧出错：差

40、错检测 应答帧或数据帧丢失：计时器，超时重发 重复帧：序号 重传时间：置为略大于“从发完数据帧到收到确认帧所需的平均时间” 序号：0 和 1=停止等待协议 差错检测：循环冗余检验(CRC),数据链路上的差错控制和流量控制,停止等待协议 停等（stop-and-wait）协议规定发送端每发送一数据帧，必须停下来，等待收到接收端的应答信息后，才能进行下一步的操作。,停止等待协议,停止等待协议,A,B,Frame 0,Frame 1,ACK,Frame 1,ACK,Time,Time-out,Frame 2,ACK,A,B,Frame 0,Frame 1,ACK,Frame 1,ACK,Time,T

41、ime-out,Frame 2,停止等待协议的优缺点,比较简单，但信道的利用率低 解决办法：连续ARQ协议和选择重传ARQ协议 ARQ：Automatic ReQuest(自动请求重传),（2） 连续ARQ协议(Go-back-N ARQ),发送方 连续发送数据 超时重发,接收方 按序接收数据 肯定应答或否定应答(应答中带上帧序号),连续ARQ协议的优缺点,连续发送数据帧提高了效率，但重传已正确传送过的数据帧降低了效率 若传输信道的传输质量很差而误码率较大时（导致更多的重传），连续ARQ协议不一定优于停止等待协议 对于传播时延很大的信道，停止等待协议很不实用，必须采用连续ARQ协议,(3)选择

42、重传ARQ协议,选择重传ARQ协议是在回退N帧的ARQ基础上的改进，当发送端收到包含出错帧序号的NAK帧时，据此序号从重发表中选出相应帧的备份，插入到发送帧队列的前面给予重发，也就是说对重发帧有个选择。 避免了对后继正确数据帧的多余重发，使得传输效率明显提高。,选择性重发ARQ,A,B,0,Time,1,2,3,4,5,6,2,ACK1,8,9,7,10,11,12,ACK2,NAK2,ACK7,ACK8,ACK9,ACK10,ACK11,ACK12,ACK2,ACK2,ACK2,HDLC（High Level Data Link Control protocol）是国际标准化组织（ISO）根

43、据IBM公司的SDLC（同步数据链路控制）协议扩充开发而成，作为国际标准ISO3309。 面向比特型控制规程目的是提供一种通信准则，以满足广泛的应用范围，包括计算机、集中器和终端之间的数据通信，以及计算机通过子网节点机间的数据通信；,HDLC, 主站: 主站（primary station）控制整个链路的工作,负责链路的初始化、链路的建立和释放，以及差错恢复等。主站发出的帧叫做命令（command）。 从站: 受控的各站叫做从站或次站（secondarystation）。从站发出的帧叫做响应（response）。 复合站: 复合站（combined station）同时具有主站与从站的功能，每

44、个复合站都可以发出命令和响应。 ,HDLC中的站点,两种配置和三种方式,两种配置：非平衡配置和平衡配置 非平衡配置：一个主站控制整个链路工作，点到点和点到多点两种 平衡配置：链路两端的两个站均为复合站（主站 + 次站） 三种数据传送方式： 非平衡配置的正常响应方式NRM： 主站发送数据，次站在收到轮询时给出响应。 非平衡配置的异步响应方式ARM：允许次站向主站发响应帧。 平衡配置的异步平衡方式ABM：每个站均可自由发送数据。,非平衡配置,点-多点式,平衡配置,2020/8/6,通信网基础,113,正常响应模式,2020/8/6,通信网基础,114,异步平衡模式,HDLC 帧结构,标志：0111

45、1110解决帧同步问题 地址：全1(广播)，全0（无效地址），第1个比特为 0 表示下一字节也是地址字段，为 1 表示最后一个地址段。 FCS：CRC-CCITT,控制字段的结构,HDLC,它和TCP/IP是不同的协议栈，是早期数据通信的协议,当时还没有7层协议的概念； HDLC包含的内容很丰富，一般的应用极少使用HDLC的全集，用的都是他的子集。,提纲,数据通信概述 数据交换技术 数据通信网 Internet 网络互连设备 计算机局域网,Internet,概述 Internet的地址和域名 网络互连协议 传输层协议 应用层协议 路由协议 Internet的应用 IPv6,因特网,Intern

46、et国际互联网与普通意义上的局域网或广域网不同，它不隶属于某一个国家或集团，有具体的网络结构； 由遍布世界的广域网、局域网，公用网、专用网，校园网、企业网，以太网、令牌网，有线网、无线网等形形色色的计算机网络通过运行TCP/lP协议栈，经网关和路由器互联所构成的全球范围的计算机互联网络。,互联网与因特网(Cont.),以小写字母i开始的internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的虚拟网络。 以大写字母I开始的的Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族，且其前身是

47、美国的ARPANET。 IP协议并非唯一的互联网互连协议，如ITU-T的X.75建议书。,Internet的地址和域名,1 MAC层的硬件地址 2 IP地址 3 子网的划分与子网掩码 4 域名,IP地址和物理地址,IP地址：是在互联层对用户终端的标识；采用全局通用的地址格式，由网络号和主机号构成；是一种层次地址，携带对象的位置信息，该地址放在IP数据报的首部。 物理地址：是在数据链路层对用户终端的标识；每种物理子网有各自的物理地址的格式，例如在局域网中的MAC地址使用48bit标识符，是计算机所插入的网卡上固化在ROM中的地址，是一种平面地址，该地址放在MAC帧的首部。 在将各种物理子网互联时

48、，通过IP地址可以实现物理地址的统一，向上层屏蔽底层的差异。,IP 地址与硬件地址,TCP 报文,IP 数据报,MAC 帧,应用层数据,首部,首部,尾部,首部,2020/8/6,125,为何要使用两种不同的地址？,IP层向下要面对各种不同的物理网络，向上要提供统一的数据传输服务，通过IP地址可以实现硬件地址的统一，向上层屏蔽底层的差异。,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层

49、上的互联网,MAC 帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,2020/8/6,127,地址解析协议 ARP,不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。 IP地址到硬件地址的转换使用ARP协议。 每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。,2020/8/6,128,逆地址解析协议 RARP,逆地址解析协议 RARP 使只知道自己硬件地址的主机能够知道其 IP 地址。 这种主机往往是无盘工作站。 因此 RARP协议目前

50、已很少使用。,IP地址及其表示方法,IP地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是惟一的32 bit的标识符（IPV4）。 IP 地址在网络层上屏蔽了异种网络之间物理地址等特性的差异，利于网间通信的实现。 IP地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配 。 我国用户可向亚太网络信息中心APNIC (Asia Pacific Network Information Center)申请IP地址（要缴费）,2020/8/6,130,IP 地址的编址方法,分类

51、的 IP 地址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就通过了相应的标准协议。 子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准RFC 950在 1985 年通过。 构成超网。这是比较新的无分类编址方法。1993 年提出后很快就得到推广应用。,2020/8/6,131,IP 地址 := , ,分类 IP 地址,每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。 两级的 IP 地址可以记为：,2020/8/6,132,net-id 24 bit,host-id 24 b

52、it,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址的分类,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,2020/8/6,133,路由器转发分组的步骤,先按所要找的 IP 地址中的网络号 net-id 把目的网络找到。 当分组到达目的网络后，再利用主机号host-id 将数据报直接交付给目的主机。 按照整数字节划分 net-id 字段和 host-id 字段，就可以使路由器在收到一个分组时能够更快地将地址中的网络号提取出来。,2

53、020/8/6,134,点分十进制记法,采用点分十进制记法 则进一步提高可读性,1,128 11 3 31,将每 8 bit 的二进制数 转换为十进制数,2020/8/6,135,每个地址类的点分十进制范围,A1.XXX.XXX.XXX 126.xxx.xxx.xxx B128.1.xxx.xxx 191.254.xxx.xxx C192.0.1.xxx 223.255.254.xxx,2020/8/6,136,常用的三种类别的 IP 地址,IP 地址的使用范围,网络 最大 第一个 最后一个 每个网络 类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 A 12

54、6 (27 2) 1 126 16,777,214 B 16,383 (214-1) 128.1 191.255 65,534 C 2,097,151 (221-1) 192.0.1 223.255.255 254,在IP地址中，有些地址并不是用来标识网络连接的，它们具有特殊的意义。,特殊的IP地址,2020/8/6,138,私有IP地址,三个网络地址范围保留为内部网络（私有网）使用，它们是： 1 0 . 0 . 0 . 0 - 1 0 . 2 5 5 . 2 5 5 . 2 5 5 1 7 2 . 1 6 . 0 . 0 - 1 7 2 . 3 1 . 2 5 5 . 2 5 5 1 9 2

55、 . 1 6 8 . 0 . 0 - 1 9 2 . 1 6 8 . 2 5 5 . 2 5 5 不能用这些地址访问Internet 。 使用这些地址范围的公司或者使用代理服务器或网络地址转译器(network address translator, NAT )作为Intranet与Internet的中介。,2020/8/6,139,IP地址的重要特点,IP 地址是一种分等级的地址结构。 实际上IP地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。 所有分配到网络号 net-id 的网络都是平等的

56、。,2020/8/6,140,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,

57、在同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址中的网络号必须是一样的。 图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id,2020/8/6,141,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。 路由器