網(wǎng)絡與通信技術(shù)

?網(wǎng)絡與通信技術(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)絡互連設備ATM網(wǎng)絡2精選課件本章主要知識結(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)鏈路層的根本知識噪聲白噪聲：時域內(nèi)，幅度是隨機的；在所關(guān)心的頻率范圍，幅度相對保持不變。脈沖噪聲：時域上的突發(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間干擾。Shannon定理證明當傳輸速率小于或等于信道容量時，可以找到一種編碼技術(shù)可以使錯誤任意小。冗余檢錯和糾錯的核心是冗余；過失的糾正比檢錯更難。4精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

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

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路層的根本知識常用檢錯和糾錯的術(shù)語許用碼和禁用嗎碼重碼距與最小碼距〔dmin〕檢錯和糾錯能力檢測e個隨機錯誤，那么要求碼的最小距離dmin≧e+1；糾t正個隨機錯誤，那么要求碼的最小距離dmin≧2t+1；糾正t個錯誤同時檢測e〔e≧t〕個隨機錯誤，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)鏈路層的根本知識奇偶校驗碼循環(huán)冗余校驗碼〔CRC〕模2運算碼多項式循環(huán)碼定義 一個〔n,k〕循環(huán)碼的碼長為n，有k個信息元的線性分組碼，它的特點是任一碼字C的每次循環(huán)移位，得到的是另一碼字。 c(x)乘以x就相當于左移一位。生成多項式 生成多項式g(x)是(n,k)循環(huán)碼中最低次非零碼多項式，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CRC校驗碼

8精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路層的根本知識校驗和這是TCP/IP協(xié)議常用的檢錯碼。它生成檢測錯碼的算法只用到加法，所以它的檢測錯碼稱為校驗和，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)鏈路層的根本知識例：計算8個字符〔Forouzan〕文本的校驗和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)絡層作為分組確定的傳輸路徑，把網(wǎng)絡層傳下來的數(shù)據(jù)封裝成幀，從一個結(jié)點傳到下一個節(jié)點。具有成幀、流量控制、過失控制等功能。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)標記的模式怎么辦？12精選課件流量控制和過失控制流量控制 流量控制就是一系列程序，用來限制發(fā)送方在等到確認之前發(fā)送的數(shù)據(jù)數(shù)量。過失控制 過失控制包括錯誤檢測和糾正。它使得接收方能夠提示發(fā)送方在傳輸過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的幀。 在數(shù)據(jù)鏈路層，術(shù)語過失控制通常指過失檢測和重傳的方法。首先在數(shù)據(jù)鏈路層需要對數(shù)據(jù)進行過失控制編碼。其次，需要配合相應的過失控制方式，例如當接收端收到信息后，需要進行譯碼，如果發(fā)現(xiàn)傳輸有錯誤，那么不發(fā)送肯定確認。發(fā)送方在預定的時間延遲內(nèi)沒有收到確認信息，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、流量控制和過失控制結(jié)合起來的沒有出錯的情況傳輸幀喪失傳輸幀出錯確認幀喪失在噪聲信道，存在三個理論的過失控制協(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媒體訪問控制〔MAC〕描述當多個設備共享傳輸介質(zhì)時，數(shù)據(jù)鏈路層的另一功能就是——媒體訪問控制，它的任務就是通過一個協(xié)議進行協(xié)調(diào)多個設備對共享鏈路的訪問，防止沖突。它用到的協(xié)議稱為多路訪問協(xié)議。網(wǎng)絡中常用的多路訪問協(xié)議有三類隨機訪問控制協(xié)議〔主要用于LAN〕受控訪問協(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媒體訪問控制隨機訪問控制描述隨機訪問方法是由Aloha協(xié)議開展而來的。它由一個簡單的多路訪問程序來實現(xiàn)。該方法通過外加一種程序〔對介質(zhì)進行偵聽〕進行改進，就得到了載波偵聽多路訪問〔CSMA〕協(xié)議。帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問〔CSMA/CD〕帶防止沖突的載波偵聽多路訪問〔CSMA/CA〕16精選課件3.1數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.3媒體訪問控制受控訪問協(xié)議站的收發(fā)數(shù)據(jù)要在控制站的控制下進行。主站占主動權(quán)。站的收發(fā)數(shù)據(jù)要在控制站的控制下進行，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、時隙、碼、波長或它們的組合來分配信道的多路訪問協(xié)議。主要有FDM、TDM、碼分多路訪問CDMA、波分多路訪問WDMA等。17精選課件3.2網(wǎng)絡連接設備

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

3.2.1中繼器〔Repeater〕描述中繼器是一個物理層的連接設備。其作用是放大再生一個已經(jīng)衰減但還能恢復的數(shù)字信號。它連接的是網(wǎng)段，而不是網(wǎng)絡。它沒有利用協(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)絡連接設備

3.2.2〔有源〕集線器描述集線器〔hub〕是物理層的網(wǎng)絡連接設備。用它可構(gòu)成星型局域網(wǎng)，相當于多端口的中繼器，是一個有源部件，對信號有放大和整形作用。它也沒有用到協(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)絡連接設備

3.2.2〔有源〕集線器集線器的級聯(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創(chuàng)立多級連接。它克服了10Base-T標準的100米距離限制。21精選課件3.2網(wǎng)絡連接設備

3.2.3網(wǎng)橋

描述中繼器和Hub都不是網(wǎng)絡連接設備，而網(wǎng)橋才是局域網(wǎng)的互連設備，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)橋的工作原理對到來的幀通過網(wǎng)橋表進行過濾或轉(zhuǎn)發(fā)。目的地址22精選課件3.2網(wǎng)絡連接設備

3.2.3網(wǎng)橋網(wǎng)橋表的形成原理是通過學習的方法動態(tài)生成的。分析洪泛23精選課件3.2網(wǎng)絡連接設備

3.2.4交換機

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

3.2.4交換機二層交換機的工作原理交換機根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址建立該地址同交換機端口的映射，并將其寫入MAC地址表中。交換機將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進行比較，以決定由哪個端口進行轉(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)。交換機的三個主要功能學習轉(zhuǎn)發(fā)/過濾消除回路〔消除冗余回路，利用生成樹〕25精選課件3.2網(wǎng)絡連接設備

3.2.5路由器

描述路由器是一個由3層協(xié)議組成的分組交換設備，其主要任務是為分組尋找最正確路由。根本功能每個路由器通過與其直接相連路由器交換信息，從而掌握這個網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)，建立和維護一個路由表；根據(jù)路由表把從每個輸入端口到來的分組轉(zhuǎn)發(fā)到路由上的輸出端口上。26精選課件3.2網(wǎng)絡連接設備

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

3.2.5路由器輸入/輸出端口28精選課件3.2網(wǎng)絡連接設備

3.2.5路由器第三層交換機與路由器的差異傳統(tǒng)的交換技術(shù)是在數(shù)據(jù)鏈路層進行操作的，而第三層交換技術(shù)是在網(wǎng)絡模型中的第三層實現(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)議中的信息來加強第二層交換功能的機制。三層交換技術(shù)并不是網(wǎng)絡交換機與路由器的簡單疊加，而是二者的有機結(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，就沒有必要經(jīng)過路由器轉(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，也可以存儲起來，供以后使用。之后數(shù)據(jù)包通過一條虛電路繞過路由器快速發(fā)送。29精選課件3.2網(wǎng)絡連接設備

3.2.6網(wǎng)關(guān)

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

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

3.2.7虛擬局域網(wǎng)描述虛擬局域網(wǎng)是把交換機〔一個或多個〕連接的計算機用軟件技術(shù)〔不是硬件的布線〕邏輯地〔不是物理的〕劃分為幾段。一個段就是一個虛擬局域網(wǎng)〔VLAN〕。32精選課件3.2網(wǎng)絡連接設備

3.2.7虛擬局域網(wǎng)如何實現(xiàn)？IEEE為VLAN制定了802.1Q標準。它在原來的802.3的幀〔MAC〕中增進了4字節(jié)的標識符，稱為VLAN標記，用來指明發(fā)送幀的工作站屬于哪一個VLAN。33精選課件3.2網(wǎng)絡連接設備

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工作組，既節(jié)省時間又減少開支；限制播送風暴。 網(wǎng)橋和交換機對網(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)絡上存在大量的幀。占用了大量的網(wǎng)絡帶寬，降低了網(wǎng)絡性能。VLAN只播送屬于他的域的幀。平安34精選課件3.3ATM網(wǎng)絡

3.3.1提出問題

ATM(AsynchronousTransferMode)，稱為異步傳輸模式。這個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度，稱為信元；二是信元在網(wǎng)絡中以異步的方式進行傳遞。ATM與SDH的不同ATM網(wǎng)絡是基于數(shù)據(jù)鏈路層擴展的廣域網(wǎng)，是一個異步傳輸網(wǎng)絡，是虛電路網(wǎng)絡；SDH傳輸網(wǎng)是一個同步傳輸網(wǎng)絡，在硬件上統(tǒng)一的、標準的。問題幀網(wǎng)絡混合網(wǎng)絡通信在幀不可預測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

3.3.2ATM及其特點

描述ATM是以信元為根底的一種分組交換和復用技術(shù)，它是一種為了多種業(yè)務設計的通用的面向連接的傳輸模式。ATM的特點ATM信元：采用固定長度的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：異步時分復用。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，由于采用虛電路交換，對協(xié)議作了簡化，并且盡可能地用硬件來處理協(xié)議，使得它容易做到高速交換。36精選課件3.3ATM網(wǎng)絡

3.3.3ATM網(wǎng)絡

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

3.3.3ATM網(wǎng)絡

虛連接對于ATM網(wǎng)絡，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的虛電路用兩級標識符來確定。38精選課件3.3ATM網(wǎng)絡

3.3.3ATM網(wǎng)絡

虛連接一個物理信道可以包含多個虛通道VP〔VirtualPath〕，每個VP用一個虛通道標識符VPI值表示。而每個虛通道〔VP〕有可以包含許多虛通路VC〔Virtualcircuits〕，每個VC用一個虛通路標識符VCI值來表示。用VPI/VCI一對值來指定一條虛連接〔虛電路〕。39精選課件3.3ATM網(wǎng)絡

3.3.3ATM網(wǎng)絡

虛連接通常，V