網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)

?網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)?第3章數(shù)據(jù)鏈路層1精選課件第3章數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備ATM網(wǎng)絡(luò)2精選課件本章主要知識(shí)結(jié)構(gòu)圖3精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路層的根本知識(shí)噪聲白噪聲：時(shí)域內(nèi)，幅度是隨機(jī)的；在所關(guān)心的頻率范圍，幅度相對(duì)保持不變。脈沖噪聲：時(shí)域上的突發(fā)性噪聲；頻域內(nèi)它幾乎就是頻帶的寬度。串音噪聲：由于很多電線互相平行而引起的符號(hào)間干擾。Shannon定理證明當(dāng)傳輸速率小于或等于信道容量時(shí)，可以找到一種編碼技術(shù)可以使錯(cuò)誤任意小。冗余檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的核心是冗余；過(guò)失的糾正比檢錯(cuò)更難。4精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路層的根本知識(shí)過(guò)失控制過(guò)失控制通常指過(guò)失檢測(cè)和重傳的方法。過(guò)失控制方式檢錯(cuò)重發(fā)方式〔AutomaticRepeatRequest，ARQ〕前向糾錯(cuò)方式〔ForwardErrorCorrection，F(xiàn)EC〕混合糾錯(cuò)方式〔HybridErrorCorrection，HEC〕糾錯(cuò)碼的分類線性碼和非線性碼分組碼和卷積碼檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼分組碼的表示〔n，k〕5精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路層的根本知識(shí)常用檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的術(shù)語(yǔ)許用碼和禁用嗎碼重碼距與最小碼距〔dmin〕檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力檢測(cè)e個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤，那么要求碼的最小距離dmin≧e+1；糾t正個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤，那么要求碼的最小距離dmin≧2t+1；糾正t個(gè)錯(cuò)誤同時(shí)檢測(cè)e〔e≧t〕個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤，那么要求碼的最小距離dmin≧t+e+1。分析最小碼距為5的分組碼的抗干擾能力。6精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路層的根本知識(shí)奇偶校驗(yàn)碼循環(huán)冗余校驗(yàn)碼〔CRC〕模2運(yùn)算碼多項(xiàng)式循環(huán)碼定義 一個(gè)〔n,k〕循環(huán)碼的碼長(zhǎng)為n，有k個(gè)信息元的線性分組碼，它的特點(diǎn)是任一碼字C的每次循環(huán)移位，得到的是另一碼字。 c(x)乘以x就相當(dāng)于左移一位。生成多項(xiàng)式 生成多項(xiàng)式g(x)是(n,k)循環(huán)碼中最低次非零碼多項(xiàng)式，其次數(shù)為〔n-k〕。7精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路層的根本知識(shí)CRC校驗(yàn)碼

8精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路層的根本知識(shí)校驗(yàn)和這是TCP/IP協(xié)議常用的檢錯(cuò)碼。它生成檢測(cè)錯(cuò)碼的算法只用到加法，所以它的檢測(cè)錯(cuò)碼稱為校驗(yàn)和，其他根本與CRC方法相同。9精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路層的根本知識(shí)例：計(jì)算8個(gè)字符〔Forouzan〕文本的校驗(yàn)和10精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.2數(shù)據(jù)鏈路控制根本功能：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層作為分組確定的傳輸路徑，把網(wǎng)絡(luò)層傳下來(lái)的數(shù)據(jù)封裝成幀，從一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。具有成幀、流量控制、過(guò)失控制等功能。常用的成幀協(xié)議面向字符協(xié)議的成幀面向比特協(xié)議的成幀面向字符協(xié)議的成幀11精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.2數(shù)據(jù)鏈路控制面向比特協(xié)議的成幀幀的數(shù)據(jù)段是一個(gè)位的序列。數(shù)據(jù)可以是文本、圖片、音頻和視頻等。常用的面向比的特協(xié)議，如高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路層控制〔HDLC〕協(xié)議如果在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)標(biāo)記的模式怎么辦？12精選課件流量控制和過(guò)失控制流量控制 流量控制就是一系列程序，用來(lái)限制發(fā)送方在等到確認(rèn)之前發(fā)送的數(shù)據(jù)數(shù)量。過(guò)失控制 過(guò)失控制包括錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正。它使得接收方能夠提示發(fā)送方在傳輸過(guò)程中有幀的喪失或破壞，并協(xié)調(diào)發(fā)送方重新傳輸這些出錯(cuò)的幀。 在數(shù)據(jù)鏈路層，術(shù)語(yǔ)過(guò)失控制通常指過(guò)失檢測(cè)和重傳的方法。首先在數(shù)據(jù)鏈路層需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)失控制編碼。其次，需要配合相應(yīng)的過(guò)失控制方式，例如當(dāng)接收端收到信息后，需要進(jìn)行譯碼，如果發(fā)現(xiàn)傳輸有錯(cuò)誤，那么不發(fā)送肯定確認(rèn)。發(fā)送方在預(yù)定的時(shí)間延遲內(nèi)沒(méi)有收到確認(rèn)信息，那么重發(fā)。3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.2數(shù)據(jù)鏈路控制13精選課件數(shù)據(jù)鏈路層是如何將幀、流量控制和過(guò)失控制結(jié)合起來(lái)的沒(méi)有出錯(cuò)的情況傳輸幀喪失傳輸幀出錯(cuò)確認(rèn)幀喪失在噪聲信道，存在三個(gè)理論的過(guò)失控制協(xié)議停止等待ARQ協(xié)議回退N幀ARQ協(xié)議選擇重傳ARQ協(xié)議3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.2數(shù)據(jù)鏈路控制14精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.3媒體訪問(wèn)控制〔MAC〕描述當(dāng)多個(gè)設(shè)備共享傳輸介質(zhì)時(shí)，數(shù)據(jù)鏈路層的另一功能就是——媒體訪問(wèn)控制，它的任務(wù)就是通過(guò)一個(gè)協(xié)議進(jìn)行協(xié)調(diào)多個(gè)設(shè)備對(duì)共享鏈路的訪問(wèn)，防止沖突。它用到的協(xié)議稱為多路訪問(wèn)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)中常用的多路訪問(wèn)協(xié)議有三類隨機(jī)訪問(wèn)控制協(xié)議〔主要用于LAN〕受控訪問(wèn)協(xié)議 信道靜態(tài)分配協(xié)議〔主要用于WAN〕

15精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.3媒體訪問(wèn)控制隨機(jī)訪問(wèn)控制描述隨機(jī)訪問(wèn)方法是由Aloha協(xié)議開(kāi)展而來(lái)的。它由一個(gè)簡(jiǎn)單的多路訪問(wèn)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法通過(guò)外加一種程序〔對(duì)介質(zhì)進(jìn)行偵聽(tīng)〕進(jìn)行改進(jìn)，就得到了載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)〔CSMA〕協(xié)議。帶沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)〔CSMA/CD〕帶防止沖突的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)〔CSMA/CA〕16精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.3媒體訪問(wèn)控制受控訪問(wèn)協(xié)議站的收發(fā)數(shù)據(jù)要在控制站的控制下進(jìn)行。主站占主動(dòng)權(quán)。站的收發(fā)數(shù)據(jù)要在控制站的控制下進(jìn)行，通常采用的方法有：查詢和令牌傳遞。信道靜態(tài)分配協(xié)議事先按照頻率、時(shí)隙、碼、波長(zhǎng)或它們的組合來(lái)分配信道的多路訪問(wèn)協(xié)議。主要有FDM、TDM、碼分多路訪問(wèn)CDMA、波分多路訪問(wèn)WDMA等。17精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

描述無(wú)論是LAN還是WAN，幾乎很少是孤立的網(wǎng)絡(luò)，它們往往相互連接起來(lái)，并接入Internet，以便在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源共享。網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備及其在Internet模型中的協(xié)議層次，如以下圖。無(wú)源集線器18精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.1中繼器〔Repeater〕描述中繼器是一個(gè)物理層的連接設(shè)備。其作用是放大再生一個(gè)已經(jīng)衰減但還能恢復(fù)的數(shù)字信號(hào)。它連接的是網(wǎng)段，而不是網(wǎng)絡(luò)。它沒(méi)有利用協(xié)議數(shù)據(jù)單元〔PDU〕內(nèi)部的任何信息。19精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.2〔有源〕集線器描述集線器〔hub〕是物理層的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。用它可構(gòu)成星型局域網(wǎng)，相當(dāng)于多端口的中繼器，是一個(gè)有源部件，對(duì)信號(hào)有放大和整形作用。它也沒(méi)有用到協(xié)議數(shù)據(jù)單元〔PDU〕內(nèi)部的任何信息，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如以下圖所示。20精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.2〔有源〕集線器集線器的級(jí)聯(lián)集線器在原理上與總線以太網(wǎng)是一樣的。集線器可以像以下圖那樣用來(lái)創(chuàng)立多級(jí)連接。它克服了10Base-T標(biāo)準(zhǔn)的100米距離限制。21精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.3網(wǎng)橋

描述中繼器和Hub都不是網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，而網(wǎng)橋才是局域網(wǎng)的互連設(shè)備，它可以連接相同類型的LAN，也可以連接不同類型的LAN。它工作在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，它用到的協(xié)議數(shù)據(jù)單元〔PDU〕是數(shù)據(jù)鏈路層的幀。網(wǎng)橋的工作原理對(duì)到來(lái)的幀通過(guò)網(wǎng)橋表進(jìn)行過(guò)濾或轉(zhuǎn)發(fā)。目的地址22精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.3網(wǎng)橋網(wǎng)橋表的形成原理是通過(guò)學(xué)習(xí)的方法動(dòng)態(tài)生成的。分析洪泛23精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.4交換機(jī)

描述工作在鏈路層的交換機(jī)和網(wǎng)橋的實(shí)質(zhì)是一回事。在說(shuō)交換機(jī)時(shí)，必須指明是工作在哪個(gè)協(xié)議層上。把只工作在物理層和鏈路層的交換機(jī)稱為第二層交換機(jī)。把工作在網(wǎng)絡(luò)層的交換機(jī)稱為第三層交換機(jī)。第三層交換機(jī)根本上與路由器的功能是一樣的，但是有區(qū)別的。交換機(jī)的組成交換機(jī)的內(nèi)部是由緩沖區(qū)、交換網(wǎng)絡(luò)、交換表和交換機(jī)軟件組成的。緩沖區(qū)是用來(lái)緩存從端口輸入的幀以便交換機(jī)處理；交換表由兩局部組成：目的地址〔MAC〕和輸出端口號(hào)，作用是把幀的目的地址映射到輸出端口上；軟件局部用來(lái)建立和不斷刷新交換表，控制交換機(jī)的工作。24精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.4交換機(jī)二層交換機(jī)的工作原理交換機(jī)根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址建立該地址同交換機(jī)端口的映射，并將其寫(xiě)入MAC地址表中。交換機(jī)將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進(jìn)行比較，以決定由哪個(gè)端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中，那么向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)。播送幀和組播幀向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)。交換機(jī)的三個(gè)主要功能學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)發(fā)/過(guò)濾消除回路〔消除冗余回路，利用生成樹(shù)〕25精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.5路由器

描述路由器是一個(gè)由3層協(xié)議組成的分組交換設(shè)備，其主要任務(wù)是為分組尋找最正確路由。根本功能每個(gè)路由器通過(guò)與其直接相連路由器交換信息，從而掌握這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立和維護(hù)一個(gè)路由表；根據(jù)路由表把從每個(gè)輸入端口到來(lái)的分組轉(zhuǎn)發(fā)到路由上的輸出端口上。26精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.5路由器路由器的組成路由表的生成和維護(hù)分組轉(zhuǎn)發(fā)輸入/輸出端口27精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.5路由器輸入/輸出端口28精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.5路由器第三層交換機(jī)與路由器的差異傳統(tǒng)的交換技術(shù)是在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行操作的，而第三層交換技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)。第三層交換技術(shù)就是：第二層交換技術(shù)+第三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，這是一種利用第三層協(xié)議中的信息來(lái)加強(qiáng)第二層交換功能的機(jī)制。三層交換技術(shù)并不是網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與路由器的簡(jiǎn)單疊加，而是二者的有機(jī)結(jié)合。第三層交換技術(shù)也稱為“IP交換技術(shù)〞或“高速路由技術(shù)〞。第三層交換的特點(diǎn)只要在源地址和目的地址之間有一條更為直接的第二層通路，就沒(méi)有必要經(jīng)過(guò)路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；第三層交換使用第三層路由協(xié)議確定傳送路徑，此路徑可以只用一次，也可以存儲(chǔ)起來(lái)，供以后使用。之后數(shù)據(jù)包通過(guò)一條虛電路繞過(guò)路由器快速發(fā)送。29精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.6網(wǎng)關(guān)

描述網(wǎng)關(guān)是一個(gè)工作在因特網(wǎng)的全部5層或OSI的7層的計(jì)算機(jī)。它可以作為使用兩種不同模型的互聯(lián)網(wǎng)的連接設(shè)備。30精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.7虛擬局域網(wǎng)〔VLAN〕問(wèn)題的引出如右圖每個(gè)組的成員不斷變化，經(jīng)常相互調(diào)整，對(duì)于硬件布線的網(wǎng)絡(luò)，它不適于局域網(wǎng)的隨時(shí)重新組合。因此，提出了虛擬局域網(wǎng)技術(shù)。31精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.7虛擬局域網(wǎng)描述虛擬局域網(wǎng)是把交換機(jī)〔一個(gè)或多個(gè)〕連接的計(jì)算機(jī)用軟件技術(shù)〔不是硬件的布線〕邏輯地〔不是物理的〕劃分為幾段。一個(gè)段就是一個(gè)虛擬局域網(wǎng)〔VLAN〕。32精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.7虛擬局域網(wǎng)如何實(shí)現(xiàn)？IEEE為VLAN制定了802.1Q標(biāo)準(zhǔn)。它在原來(lái)的802.3的幀〔MAC〕中增進(jìn)了4字節(jié)的標(biāo)識(shí)符，稱為VLAN標(biāo)記，用來(lái)指明發(fā)送幀的工作站屬于哪一個(gè)VLAN。33精選課件3.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

3.2.7虛擬局域網(wǎng)使用VLAN的好處VLAN可以方便地重組一個(gè)工作組，既節(jié)省時(shí)間又減少開(kāi)支；限制播送風(fēng)暴。 網(wǎng)橋和交換機(jī)對(duì)網(wǎng)上的播送幀是全部轉(zhuǎn)發(fā)的，經(jīng)屢次轉(zhuǎn)發(fā)，使得網(wǎng)絡(luò)上存在大量的幀。占用了大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，降低了網(wǎng)絡(luò)性能。VLAN只播送屬于他的域的幀。平安34精選課件3.3ATM網(wǎng)絡(luò)

3.3.1提出問(wèn)題

ATM(AsynchronousTransferMode)，稱為異步傳輸模式。這個(gè)定義包含兩方面含義：一是被傳送的信息統(tǒng)一分成很小的固定長(zhǎng)度，稱為信元；二是信元在網(wǎng)絡(luò)中以異步的方式進(jìn)行傳遞。ATM與SDH的不同ATM網(wǎng)絡(luò)是基于數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展的廣域網(wǎng)，是一個(gè)異步傳輸網(wǎng)絡(luò)，是虛電路網(wǎng)絡(luò)；SDH傳輸網(wǎng)是一個(gè)同步傳輸網(wǎng)絡(luò)，在硬件上統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的。問(wèn)題幀網(wǎng)絡(luò)混合網(wǎng)絡(luò)通信在幀不可預(yù)測(cè)且變化很大的情況下，如何提高穩(wěn)定速率的傳輸？35精選課件3.3ATM網(wǎng)絡(luò)

3.3.2ATM及其特點(diǎn)

描述ATM是以信元為根底的一種分組交換和復(fù)用技術(shù)，它是一種為了多種業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的通用的面向連接的傳輸模式。ATM的特點(diǎn)ATM信元：采用固定長(zhǎng)度的53字節(jié)的分組。特別適合快速分組交換采用異步的方式傳輸：異步時(shí)分復(fù)用。好處？利用光纖作為傳輸媒體ATM具有電路交換和分組交換的雙重特性。ATM采用虛電路交換，是面向連接的，它具有電路交換的特性。同時(shí)，由于采用虛電路交換，對(duì)協(xié)議作了簡(jiǎn)化，并且盡可能地用硬件來(lái)處理協(xié)議，使得它容易做到高速交換。36精選課件3.3ATM網(wǎng)絡(luò)

3.3.3ATM網(wǎng)絡(luò)

描述ATM是信元交換網(wǎng)；ATM網(wǎng)絡(luò)屬于虛電路網(wǎng)絡(luò)。UNI和NNI37精選課件3.3ATM網(wǎng)絡(luò)

3.3.3ATM網(wǎng)絡(luò)

虛連接對(duì)于ATM網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)據(jù)傳輸之前必須建立連接，數(shù)據(jù)傳輸完成后必須釋放連接。數(shù)據(jù)傳輸是在兩端點(diǎn)之間建立的虛電路上傳輸?shù)?。ATM的虛電路分為：永久虛電路〔PVC〕和交換虛電路〔SVC〕ATM的虛電路用兩級(jí)標(biāo)識(shí)符來(lái)確定。38精選課件3.3ATM網(wǎng)絡(luò)

3.3.3ATM網(wǎng)絡(luò)

虛連接一個(gè)物理信道可以包含多個(gè)虛通道VP〔VirtualPath〕，每個(gè)VP用一個(gè)虛通道標(biāo)識(shí)符VPI值表示。而每個(gè)虛通道〔VP〕有可以包含許多虛通路VC〔Virtualcircuits〕，每個(gè)VC用一個(gè)虛通路標(biāo)識(shí)符VCI值來(lái)表示。用VPI/VCI一對(duì)值來(lái)指定一條虛連接〔虛電路〕。39精選課件3.3ATM網(wǎng)絡(luò)

3.3.3ATM網(wǎng)絡(luò)

虛連接通常，V