计算机网络_教学课件_3.ppt

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1、第二章 网络接口层,第二章 网络接口层,1 物理层 2 数据链路层 3 本章作业,1 物理层,1.1 基本概念 1.2 传输媒介 1.3 数据传输 1.4 信道复用技术 1.5 物理层标准举例,1.1 基本概念,目的：将数据比特流从一台机器传输到另一台机器 功能： 将来自上层的数据转化为适合物理信道的信号 为上层屏蔽物理设备、传输媒介和通信方式等的差异 主要任务：确定与传输媒体的接口特性 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性,1.1 基本概念,目的：将数据比特流从一台机器传输到另一台机器 功能： 将来自上层的数据转化为适合物理信道的信号 为上层屏蔽物理设备、传输媒介和通信方式等的差异 主要任

2、务：确定与传输媒体的接口特性 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性,指明接口所采用的接线器的形状和尺寸、 引线数目和排列、固定和锁定装置等等。,1.1 基本概念,目的：将数据比特流从一台机器传输到另一台机器 功能： 将来自上层的数据转化为适合物理信道的信号 为上层屏蔽物理设备、传输媒介和通信方式等的差异 主要任务：确定与传输媒体的接口特性 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性,指明接口电缆的各条引线上 出现的信号电平（电压）的范围。,1.1 基本概念,目的：将数据比特流从一台机器传输到另一台机器 功能： 将来自上层的数据转化为适合物理信道的信号 为上层屏蔽物理设备、传输媒介和通信方式等的差

3、异 主要任务：确定与传输媒体的接口特性 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性,指明某条引线上出现的某一信号电平 的电压表示何种意义。,1.1 基本概念,目的：将数据比特流从一台机器传输到另一台机器 功能： 将来自上层的数据转化为适合物理信道的信号 为上层屏蔽物理设备、传输媒介和通信方式等的差异 主要任务：确定与传输媒体的接口特性 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性,指明对于不同功能的 各种可能事件的出现顺序。,1.1 基本概念,数据通信系统模型,调制解调器,PC 机,公用电话网,调制解调器,数字比特流,数字比特流,模拟信号,模拟信号,正文,正文,PC 机,1.1 基本概念,数字信号的傅里

4、叶分析 任何一个周期为T的有理周期性函数 g(t) 均可分解为若干项（可能无限多项）正弦和余弦函数之和：,其中：f=1/T是基频，an、bn称为正弦和余弦函数的n次谐波的振幅。,1.1 基本概念,数字信号的傅里叶分析 任何信号的传输都可以理解为以傅里叶级数的形式传递 如每个傅里叶级数的信号分量被等量衰减，则合成后，振幅有所衰减，基本形状不变 对任何已知的g(t)，可求得：,1.1 基本概念,数字信号的傅里叶分析 谐波数越高，传输质量越好 如传输ASCII字符b，即01100010，可求得,1.1 基本概念,数字信号的傅里叶分析,1.1 基本概念,数据传输率 带宽 带宽有时又叫吞吐量。“带宽”本

5、来的意思是指某个信号所具有的频带宽度。单位：赫兹Hz 周期性矩形脉冲的带宽 对于数字信道，“带宽”是指在信道上(或一段链路上)能够传送的数字信号的速率，即数据速率或比特率。,信道带宽,1.1 基本概念,数据传输率 比特率：数据传输速率 bps 波特率：信号变化次数（每秒采样次数） 如果信号分为两级：0，1，则波特率=比特率 如果信号分为4级：则一次信号变化（一次采样可表示2比特） 如果信号分为V级，则比特率=log2V波特率,1,0,1.1 基本概念,数据传输率 设波特率=比特率=b bps 则发送8bit需要T=8/b秒，因此基频f=1/T=b/8 HZ 设截止频率为F，则最大的谐波次数n满

6、足nf=F，即：n=F/f=8F/b,当截止频率F为3000HZ时，传输速率与谐波的关系,1.1 基本概念,数据和信号 数据涉及的是事物的表现形式 数据有模拟数据和数字数据两种形式 模拟数据是指在某个时间段产生的连续的值，例如声音和视频、温度和压力等都是时间的连续函数 数字数据是指产生的离散的值，例如文本信息和整数 信号是数据的表示形式，或称数据的电磁或电子编码，他使数据能以适当的形式在介质上传输 信号有模拟信号和数字信号两种基本形式 传输信号的信道也有模拟信道和数字信道之分,1.1 基本概念,模拟传输和数字传输 模拟传输：是指模拟数据的传输，不关心所传输信号的内容，只关心尽量减少信号的衰减和

7、噪声，长距离传输时，采用信号放大器放大被衰减的信号，但同时也放大了信号中的噪声 数字传输：是指数字数据的传输，关心信号的内容，可以数字信号传输，也可以模拟信号传输，长距离传输时，采用转发器，可消除噪声的累积 长距离传输时，通常采用的是数字传输,1.1 基本概念,奈奎斯特准则 在无噪声信道中，带宽为H Hz，信号电平为V级，则: 最高数据传输速率=2Hlog2V b/s （信号电平为V级，在二进制中，仅为0、1两级） 即：以高于每秒2H次的速度对次线路进行采样是无意义的，因为高频分量已被滤波器滤掉而无法再恢复,1.1 基本概念,香农定理 在噪声信道中，带宽为H Hz，信噪比为S/N，则: 最高数

8、据传输速率=Hlog2(1+S/N) b/s 一般用分贝（dB）表示信噪比 信噪比（dB）=10log10S/N 如：信噪比为30dB，则S/N=1000,1.1 基本概念,香农定理 在噪声信道（话音信道）中，当带宽为3500 Hz，信噪比为30dB（较为典型的电话信道），则: 最高数据传输速率=Hlog2(1+S/N) =3500log2(1+1000) 35000 b/s 最大数据传输速率为35k bps，这是在噪声信道中的传输速率极限，实际上是不可能达到的,1.1 基本概念,常用术语 数据(data)运送信息的实体 信号(signal)数据的电气的或电磁的表现 “模拟的”(analogo

9、us)连续变化的 “数字的”(digital)取值是离散数值 调制把数字信号转换为模拟信号的过程 解调把模拟信号转换为数字信号的过程 基带信号将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。 宽带信号将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号,1.1 基本概念,数据与信号的形式,1.2 传输媒介,1.2 传输媒介,双绞线（Twist Pair，TP）,螺旋绞合的双导线 每根4对、25对、1800对 典型连接距离100m(LAN) RJ45插座、插头 优缺点： 成本低 组装密度高、节省空间 安装容易(综合布线系统) 平衡传输(高速率) 抗干扰性一般 连接距离短,内导体芯

10、线 绝缘 内屏蔽 外屏蔽 外套,1.2 传输媒介,双绞线（Twist Pair，TP） 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair),1.2 传输媒介,双绞线（Twist Pair，TP） 在双绞线上安装RJ-45接头,1.2 传输媒介,双绞线（Twist Pair，TP） 双绞线的连接标准 交叉线：交换机-交换机、PC-PC、HUB-HUB(标准端口) 直连线：PC/路由器-交换机/HUB、HUB-HUB(级连端口),交叉线 EIA-568B,直连线 EIA-568A,1.2 传输媒介,同轴电缆（

11、Coaxial Cable） 计算机网络中使用基带同轴电缆 阻抗50欧，有粗同轴和细同轴两种 应用：总线局域网（以太网） 性能：10Mb/s，500米/185米,绝缘层,屏蔽层,1.2 传输媒介,光纤（Optical Fiber） 光纤通信利用光纤传递光脉冲进行通信。 优缺点： 传输带宽高：仅受光电转换器件的限制（100Gb/s） 传输损耗小，适合长距离传输 抗干扰性能极好、误码率低，保密性好 轻便 价格较高 需要光电转换 纤芯材料： 塑料 二氧化硅（高纯玻璃）,1.2 传输媒介,光纤（Optical Fiber）,1.2 传输媒介,非导向传输媒介-电磁波 无线传输所使用的频段很广。,1.2

12、传输媒介,非导向传输媒介-电磁波 无线传输所使用的频段很广。 短波通信主要是靠电离层的反射， 短波信道的通信质量较差。 微波在空间主要是直线传播。 （300M-300GHZ） 地面微波接力通信 （50km，中继站） 卫星通信： 通信距离远，通信费用与通信距离无关 传播时延大,1.2 传输媒介,常用传输媒介比较,1.3 数据传输,振幅键控（调幅）,移频键控（调频）,移相键控（调相）,非归零编码,曼彻斯特编码,差分曼彻斯特编码,数字数据在模拟信道上传输,数字数据在数字信道上传输,调制,编码,模拟数据在数字信道上传输,采样,量化,编码,调制,0,1,0,0,1,1,1,0,0,基带信号,调幅,调频,

13、调相,1.3 数据传输,调制,正交调幅QAM,正交调相QPSK (Quadrature Phase Shift Keying),1.3 数据传输,编码,0,1,0,0,1,1,1,0,0,基带信号,NRZ,曼码,差分曼码,位中上升 表示“0”,位中下降 表示“1”,位始无跳变表示“1”,位始有跳变表示“0”,1.3 数据传输,编码 非归零码特点： 难以分辨一位的结束和另一位的开始 发送方和接收方必须有时钟同步 若信号中“0”或“1”连续出现，信号直流分量将累加 容易产生传播错误 曼彻斯特码特点：（主要用于以太网） 克服了NRZ码的不足 每位中间的跳变既可作为数据，又可作为时钟，自同步 差分曼彻

14、斯特码特点：（主要用于令牌环网） 克服了NRZ码的不足 每位开始的跳变作为数据，每位中间的跳变作为时钟,1.3 数据传输,采样、量化、编码,1.3 数据传输,脉冲编码调制技术（PCM）,采样、量化、编码 话音信道允许的最高频率通常为3500Hz，采样频率8000Hz 每个采样值采用一个二进制代码来表示，二进制代码的位数表示量化的精度 对每一路话音信号通常采用8位二进制代码表示一个采样值。对话音信号进行PCM编码后所得到的数据传输速率为 8bit*8000次采样/秒=64k bps,1.3 数据传输,基带传输和宽带传输 基带传输：信号源产生的原始电信号称为基带信号，即将数字数据0、1直接用两种不

15、同的电压表示，然后送到线路上去传输。（局域网） 宽带传输：将基带信号进行调制后形成模拟信号，然后采用频分复用技术实现宽带传输 有线电视网：带宽可达750MHz 宽带系统可分为多个信道，所以模拟和数字数据可混合使用，但通常需解决数据双向传输的问题 在混合光纤电缆HFC（Hybrid Fiber Coax）中，频段54-550MHz是电视信号，550-750MHz是数字数据,1.3 数据传输,异步通信和同步通信 异步通信：发送方和接收方的采样时钟不是同一个，是以字符为单位的数据传输 每个字符都要附加1位起始位和1位停止位，以标记字符的开始和结束。此外，还要附加1位奇偶校验位 异步通信必须指定四个参

16、数：波特率、字符长度、起始位及停止位长度、奇偶校验,1.3 数据传输,异步通信和同步通信 同步通信：发送方和接收方的采样时钟是同一个 面向字符的同步通信：字符集可用ASCII或EBCDIC，数据块由字符组成，数据块前加一个或两个同步字符SYN用于数据块的同步，每个字符无需起始位和停止位 面向比特流的同步通信：每个数据块的头部和尾部用一个或多个特殊的比特序列（如01111110）来标记数据块的开始和结束，数据块作为比特流处理，而不是作为字符流,1.3 数据传输,串行通信和并行通信 串行通信：数据以位为单位以时间为序 RS232接口 并行通信：数据以字符为单位以时间为序 打印机接口,1.3 数据传

17、输,HIPPI 接口,RS-232 接口,1.4 信道复用技术,在单一物理通信线路(共用信道)上，传输若干个独立的信号。,信道1,信道n,多路 复用 器,多路分用器,信道1,信道n,一条线路 n个信道,复用信道 共用信道,1.4 信道复用技术,信道复用类型 频分复用 按频率划分不同的信道，如CATV系统 时分复用 按时间划分不同的信道，目前应用最广泛 波分复用 按波长划分不同的信道，用于光纤传输 码分复用 按地址码划分不同的信道，前景看好,1.4 信道复用技术,信道复用类型 频分复用 整个传输频带被划分为若干个频率通道，每路信号占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带以防相互干扰。,1.4

18、信道复用技术,信道复用类型 频分复用 从宏观上看频分复用,所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源,1.4 信道复用技术,信道复用类型 时分复用 把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙。在通信网络中应用极为广泛。,A2,A1,A3,原始信号,D2,D1,D3,数字化信号,复用后的数据流,时隙号,1,2,3,1,D3,D2,D1,时间片1,2,时间片2,D1,时隙,D2,复用器,t,所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度,1.4 信道复用技术,信道复用类型 波分复用 整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。,光的频分复用,1.4 信道

19、复用技术,信道复用类型 码分复用 每个用户把发送信号用接收方的地址码序列编码（任意两个地址码序列相互正交）。 不同用户发送的信号在接收端被叠加，然后接收方用同样的地址码序列解码。 由于地址码的正交性，只有与自己地址码相关的信号才能被检出，由此恢复出原始数据。,也称码分多址CDMA,1.4 信道复用技术,信道复用类型 码分复用 每个站被指派一个惟一的 m bit 码片序列。 如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。 如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。 例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。 发送比特 1 时，就发送序列 00011011， 发送比特 0

20、 时，就发送序列 11100100。 S 站对应的码片向量：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1),1.4 信道复用技术,信道复用类型 码分复用 两个不同站的码片序列S和T正交，就是向量 S 和T 的归一化内积为0： 任何一个码片向量与自己的归一化内积为1： 一个码片向量与其反码向量的归一化内积为1。,1.4 信道复用技术,信道复用类型 码分复用,传输媒介与信道 传输媒介是指传输信道的物理载体 信道则提供了传输某种信号所需的带宽，着重体现介质的逻辑特性 一根传输媒介可能同时提供多个信道 一个信道也可能由多根传输媒介级联而成,1.4 信道复用技术,1.5 物理层标准举例,EIA-RS232-

21、C 接口标准 RS-232-C是美国电子工业协会制定的物理层标准，用于计算机或终端与Modem间接口的物理层协议，它是DTE与DCE之间的接口标准。 DTE (Data Terminal Equipment)：数据终端设备。具有一定的数据处理能力和数据发送、接收能力的设备。-计算机或终端设备 DCE (Data Circuit-terminating Equipment)：数据电路端接设备。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。-调制解调器,1.5 物理层标准举例,EIA-RS232-C 接口标准 DTE通过DCE与通信传输线路相连,DTE,D

22、CE,DCE,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,公用电话网,DTE,信号线与控制线,用户设施,用户环境,1.5 物理层标准举例,EIA-RS232-C 接口标准 机械特性：25针D型插座及相关的长、宽、高 25 PIN 9 PIN DTE端为Male DCE端为Female 电气特性：逻辑0：+12 V 逻辑1：-12 V 最长传输距离15 m 最大传输速率20k b/s,1.5 物理层标准举例,EIA-RS232-C 接口标准 EIA-232/V.24 的信号定义,(1) 保护地,(2) 发送数据,(3) 接收数据,(4) 请求发送,(5) 允许发送,(6) DCE

23、 就绪,(7) 信号地,(8) 载波检测,(20) DTE 就绪,(22) 振铃指示,DTE,DCE,计算机 或 终端,调制解调器,1.5 物理层标准举例,EIA-RS232-C 接口标准 两个DTE通过DCE进行通信的例子,EIA-232/ V.24接口,EIA-232/ V.24接口,调制解调器,DTE-A,DTE-B,DCE-A,DCE-B,调制解调器,网 络,20DTE就绪,2发送数据,传送电话号码,22振铃提示,20DTE就绪,6DCE就绪,6DCE就绪,8载波检测,8载波检测,4请求发送,5允许发送,模拟信号,3-接收数据,数字信号,载波信号,载波信号,1.5 物理层标准举例,EI

24、A-RS232-C 接口标准 利用虚调制解调器与两台计算机相连（DTE直连）,2 数据链路层,2.1 基本概念 2.2 停等协议 2.3 连续ARQ协议 2.4 面向比特的链路层协议HDLC 2.5 因特网的点对点协议PPP,2.1 基本概念,数据链路层的定义： 数据链路层借助于物理层为网络层提供服务 为网络层提供一个较好的服务接口 定义一个合适的传输差错率 对传输的数据流进行管理，以免快速的发送淹没慢速的接收端 数据链路层的协议数据单元（PDU）是帧,2.1 基本概念,链路： 一条无源的点到点的物理线路，中间没有任何其他的交换结点 数据链路： 物理线路 + 规程（控制数据传输） 数据链路层的

25、作用： 通过数据链路层协议（即链路控制规程），在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输,2.1 基本概念,数据链路层的主要功能： 帧定界（帧同步） 透明传输 差错控制 流量控制,2.1 基本概念,数据链路层的主要功能： 帧定界（帧同步） ：收方能从收到的比特流中区分帧的开始和结束；,2.1 基本概念,数据链路层的主要功能： 透明传输：不管所传数据是什么样的比特组合，收方都能正确接收，并能将数据与控制信息分开； 当帧中出现一个与帧标志相同的位串01111110，则在5个1后自动插入一个0，即变成01111101，接收方将自动删除第5个1后的0 011011111111111111110010 0

26、11011111011111011111010010 011011111111111111110010,2.1 基本概念,数据链路层的主要功能： 差错控制：收到有差错的数据帧时，能检错重传或纠错； 避免帧错误的保证：帧的校验 避免帧丢失的保证：超时和重发 避免帧重复的保证：帧有序号 流量控制：发方发送数据的速率必须使收方来得及接收； 窗口协议,2.2 停等协议,数据链路协议主要考虑的问题： 避免所传送的数据可能出现差错和丢失； 使发方发送数据的速率适应收方的接收能力。,2.2 停等协议,完全理想化的数据传输 假定 1： 链路是理想的传输信道，所传送的任何数据既不会出差错也不会丢失。（无差错控制

27、） 假定 2： 不管发方以多快的速率发送数据，收方总是来得及收下，并及时上交主机。（无流量控制）,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,2.2 停等协议,最简单的流量控制协议 保留假设1；去掉假设2。考虑流量控制问题 流量控制协议：使发送端发送数据的速率适应接收端的接收能力。 发送端： 从数据链路层的发送缓存中取一个数据帧； 发送这个数据帧； 等待； 若收到由接收端的应答信息，转到。,2.2 停等协议,最简单的流量控制协议 保留假设1；去掉假设2。考虑流量控制问题 流量控制协议：使发送端发送数据的速率适应接收端的接收能力。 接收

28、端： 等待； 接收由发送端发来的数据帧； 将其存入数据链路层的接收缓存； 发送应答信息，表示数据帧已接收；转到。,2.2 停等协议,停等协议的基本思想 去掉假设1；去掉假设2。 考虑差错控制问题差错控制协议； 考虑流量控制问题流量控制协议； 初步协议： 发送端发送数据帧后，等待接收端的应答帧； 接收端收到数据帧后，通过CRC校验(一般用硬件检验)，如果无差错，回送一个确认帧ACK，否则，回送一个否认帧NAK。 发送端收到应答帧，如果是ACK，发送下一数据帧，如果是NAK，重发数据帧。,2.2 停等协议,停等协议可能的运行状态,时 间,2.2 停等协议,实用的停等协议（ARQ协议） 数据帧丢失可

29、能导致死锁： 当出现帧丢失时，发送端永远等待下去。 解决方法：发送端设立一个超时计时器，发送完一个数据帧时，就启动它；如果在规定时间tout内得不到应答帧，就判定为超时，重传数据帧。 tout也称重传时间,2.2 停等协议,实用的停等协议（ARQ协议） 确认帧丢失可能导致重复帧问题： 若确认帧丢失，按照超时重发方法，接收端将收到重复帧。 解决方法： 给每个数据帧附加不同的发送序号Ns，如果接收端收到相同序号的数据帧，则丢弃，并回送一个ACK。,2.2 停等协议,发送序号问题： 对于ARQ协议，只要保证每发送一个新的数据帧，发送序号和上次发送的不一样即可，重发的数据帧发送序号不变。因此发送序号有

30、0和1即可(只需1个bit)。,如果Ns=R，接收，否则丢弃,2.2 停等协议,检错问题： 在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验 CRC 的检错技术。 任何一个k位的帧看成为一个k-1次的多项式M(x)，如：1011001看成x6+x4+x3+x0 设一个多项式编码生成多项式G(x)，G(x)为r阶，kr 如xrM(x)/G(x)=Q(x)+R(x)，其中Q(x)为商、R(x)为余数，R(x)即为M(x)的CRC码 将CRC码接在帧后一起发送，即发送数据为xrM(x) +R(x) 因为xrM(x) -R(x)一定能被G(x)整除，即余数为0，则接收方只要计算的余数为0即为正确,2.2

31、 停等协议,检错问题： 假设待传送的数据 M = 1010001101（共k bit），即M(x)=x9+x7+x3+x2+1 ；假设G(x)=x5+x4+x2+1，G(x)的阶为5，x5M(x)= x14+x12+x8+x7+x5， x5M(x)/G(x)=Q(x)+R(x)，其中R(x)= x3+x2+x 发送数据为x5M(x) +R(x)= x14+x12+x8+x7+x5+ x3+x2+x， 即101000110101110 01110即供差错检测用的 5 bit 冗余码。,2.2 停等协议,检错问题： 在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列 FCS (Frame Check Sequ

32、ence)。 循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 FCS并不等同。 CRC 是一种常用的检错方法，而 FCS 是添加在数据后面的冗余码。 FCS 可以用 CRC 这种方法得出，但 CRC 并非用来获得 FCS 的惟一方法。,2.2 停等协议,检错问题： 只要xrM(x) +R(x)除以G(x)得出的余数 R 不为 0，就表示检测到了差错。 但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。 一旦检测出差错，就丢弃这个出现差错的帧。 只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 P，那么出现检测不到差错的概率就很小。,2.2 停等协议,tout选取问题： 若tout太大，则浪费时间； 若

33、tout太小，则导致过早重传数据，产生多余的确认帧 思考：如何解决？,2.2 停等协议,停等协议流程：,n,Y,N,丢弃,n,n,R,2.2 停等协议,停等协议的优缺点： 优点：比较简单 缺点：通信信道的利用率不高，也就是说，信道还远远没有被数据比特填满。 为了克服这一缺点，就产生了另外两种协议，即连续 ARQ 和选择重传 ARQ。接下来介绍连续ARQ协议。,2.3 连续ARQ协议,目的：提高信道利用率。 方法：发送端发送完一个数据帧后，不是停下来等待应答帧，而是连续再发送若干个数据帧。如果这时收到了接收端发来的确认帧，那么还可以接着发送数据帧。由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提高了。

34、实现要求：数据帧需附加发送序号信息。否认帧附加出错数据帧的发送序号。,2.3 连续ARQ协议,工作原理：,ACK1 确认 DATA0,ACK2 确认 DATA1,DATA2 出错，丢弃,DATA3 不按序，丢弃，重传 ACK2,DATA4 不按序，丢弃，重传 ACK2,DATA5 不按序，丢弃，重传 ACK2,ACK3 确认 DATA2,ACK4 确认 DATA3,超 时 重 传 时 间,A,B,tout,送交主机,送交主机,?,2.3 连续ARQ协议,连续ARQ协议采用了不等待确认帧返回就连续发送数据帧，但是这样做一些存在问题： 当未被确认的数据帧数目太多时；只要有一帧出错，就有很多数据帧需

35、要重传，因而增大开销。 为了对发送出去的大量未被确认的数据帧进行编号，每个数据帧的发送序号也要占用较多的比特数，因而又增大了开销。 解决办法：滑动窗口 在发送端和接收端分别设置发送窗口和接收窗口。 发送端对已发送出去但未确认的帧的数目加以限制。 接收端通过接收窗口控制帧的接收,2.3 连续ARQ协议,滑动窗口： 发送窗口（在发送端） 目的：用来对发送端进行流量控制。 发送窗口尺寸Ws：在还没有收到确认帧的情况下，发送端最多可以连续发送数据帧的个数。 发送序号： 一般采用n位bit进行编号（02n-1） 若n=3；则用3位bit进行编号（07）,2.3 连续ARQ协议,滑动窗口： 发送窗口（在发

36、送端） 发送端只能连续发送窗口内的数据帧； 若未应答帧的数目等于发送窗口尺寸时，便停止发送新的数据帧。 每收到一个确认帧后，发送窗口的前、后沿顺时针旋转一个号，并可以发送一个新的数据帧。,2.3 连续ARQ协议,滑动窗口： 接收窗口（在接收端） 目的：用来控制接收哪些数据帧，不接收哪些帧。 接收窗口Wr：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；否则丢弃。 如果Wr=1，意味着只能按顺序接收数据帧。 如果Wr较大，有可能会出现数据帧的失序。,2.3 连续ARQ协议,滑动窗口的特点： 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

37、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，就是停等协议。 当发送窗口大于1，接收窗口等于1时，就是我们刚才介绍的连续 ARQ协议。 思考：如果发送窗口和接收窗口都大于1时，优缺点？,2.3 连续ARQ协议,假设 n=3，Ws=Wr=7： n=3 即帧号为0 1 2 3 4 5 6 7 发送方连续发送了7帧，帧号为0 1 2 3 4 5 6，然后等待确认 在尚未接收到帧前，接收窗口为0 1 2 3 4 5 6。发送方发送的7帧正确地收到后，接收方发出了确认7，意即0 6帧全部收到，然后取出分组交网络层、清缓冲区并调整窗口为7 0 1

38、2 3 4 5 发送方一直在等待确认，但确认帧由于某种原因失踪了，在超时后，发送方又重发0 1 2 3 4 5 6帧，并等待确认,2.3 连续ARQ协议,假设 n=3，Ws=Wr=7： 接收方收到0 1 2 3 4 5 6帧，认为是第二批来的帧，照正常处理，发现0 1 2 3 4 5均在其接收窗口内，当然接收并存入缓冲，6丢弃，但由于应首先到达的7未到，所以只能发ack7，意即再次确认上次收到的0 6 但在发送方来看，收到了ack7后才知道，重发的0 6总算收到了，于是，调整窗口为7 0 1 2 3 4 5，从网络层取分组，并发送第二批帧 接收方在收到7 0 1 2 3 4 5后，发现0 1

39、2 3 4 5帧已在缓存中，是重复的，应丢弃，7接收。然后交网络层，清缓冲区、调整接收窗口 此时，接收方的网络层发现：数据链路层交来的第二批分组中的0 1 2 3 4 5与原来的重复,2.3 连续ARQ协议,假设 n=3，Ws=Wr=7： 失败的原因：接收窗口过大，新窗口与原窗口中的有效顺序号有重叠 通常：发送窗口+ 接收窗口= 接收窗口,2.4 面向比特的链路层协议HDLC,HDLC协议概述： 1974年，IBM 公司推出了面向比特的规程SDLC (Synchronous Data Link Control)。 后来 ISO 把 SDLC 修改后称为 HDLC (High-level Dat

40、a Link Control)，译为高级数据链路控制，作为国际标准ISO 3309。 CCITT 则将 HDLC 再修改后称为链路接入规程 LAP (Link Access Procedure)。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)。,2.4 面向比特的链路层协议HDLC,HDLC的帧结构： 标志字段 F(Flag) 为 6 个连续的1，两边各加上一个0共8bit。在接收端只要找到标志字段F就可确定一个帧的起始位置。 信息中有类似的结构，怎么办？比特填充！,2.4 面向比特的链路层协议HDLC,

41、HDLC的帧结构： 地址字段A长度为8 bit。 帧检验序列FCS字段共16 bit。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。 控制字段C共 8 bit，是最复杂的字段。HDLC 的许多重要功能都靠控制字段来实现。,2.4 面向比特的链路层协议HDLC,HDLC的帧类型： HDLC的帧有三种类型，不同的类型其控制域的定义有些不同 信息帧（I）： Information Frame 监控帧（S）：Supervisory Frame 无序号帧（U）：Unnumbered Frame,2.4 面向比特的链路层协议HDLC,HDLC的帧类型： 信息帧（I）： 用于传送有效

42、信息或数据 第2-4比特N(S)：当前发送序号。 第6-8比特N(R)：期望接收帧号，意味着 N(R)-1及以前的帧都正确接收了。 第5比特:询问/终止比特，P/F比特。主机查询哪个终端要发送数据，P置1，表示询问；终端发完最后一帧时，F置1，表示终止。,2.4 面向比特的链路层协议HDLC,HDLC的帧类型： 监控帧（S）： 用于差错控制和流量控制 监控帧有四种格式： RR-接收准备好，确认以前的帧，并准备好接收下一帧 RNR-接收未准备好，确认以前的帧，但要求停止发送 REJ-拒绝接收，确认以前的帧，要求重发以后所有的帧 SREJ-选择性拒收，确认以前的帧，仅要求重发下一帧,2.4 面向比

43、特的链路层协议HDLC,HDLC的帧类型： 无序号帧（U）： 用于链路管理。如呼叫、确认和断开连接等控制 控制字段的第1-2 比特都为1的帧为无序号帧 第3、4、6、7、8比特，用5位来表示无序号帧的类型，但32种可能的类型中有些是保留的，并且，不同的协议中，无序号类型区别很大,1,1,2.5 因特网的点对点协议PPP,PPP协议的工作原理： 目前全世界使用最多的数据链路层协议 用户使用电话线接入因特网时，一般都使用 PPP 协议。,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,路由选择 进程,至 因 特 网,PC 机,

44、2.5 因特网的点对点协议PPP,PPP协议的功能： 1992 年制订了 PPP 协议。经过 1993 年和 1994 年的修订，现在的 PPP 协议已成为因特网的正式标准RFC 1661。 处理错误监测 支持多种协议（IP、IPX、DECnet等） 连接时允许协商IP地址 允许身份认证,2.5 因特网的点对点协议PPP,PPP协议的组成： 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。 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)：用来建立、配置和测试数据链路连接 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)：用于支

45、持不同的网络层协议,2.5 因特网的点对点协议PPP,PPP协议的帧格式： PPP 的帧格式和 HDLC 的类似。 标志字段 F 仍为 0x7E（01111110）。 地址字段 A 只置为 0xFF。地址字段实际上并不起作用。 控制字段 C 通常置为 0x03。 PPP是面向字节的，PPP帧的长度都是整数字节。,2.5 因特网的点对点协议PPP,PPP协议的帧格式： PPP有一个2字节的协议字段： 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。,2.5 因特网的点对点协议PPP,PPP

46、协议的链路控制协议： PPP的LCP （Link Control Protocol）提供了建立、配置、维护和终止点对点链接的方法 LCP的过程按以下四个阶段进行： 链路的建立和配置协调 链路质量检测 网络层协议配置阶段 关闭链路 LCP帧的类型： 链路建立帧：建立和配置链路 链路终止帧：终止链路 链路维护帧：管理、维护链路,2.5 因特网的点对点协议PPP,PPP协议的工作状态： 当用户拨号接入 ISP 时，ISP端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。 PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧）。 这些分组及其响应选择一些 PPP 参数，并进行网络层配置，NCP 给新接入的 PC机分配一个临时的 IP 地址，使 PC 机成为因特网上的一个主机。 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。,2.5 因特网的点对点协议PPP,PPP协议的工作状态：,