計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)項(xiàng)目化教程（第2版）課件 單元4 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

單元4數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程Computernetworktechnology單元4數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)-內(nèi)容列表《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程4.1數(shù)據(jù)鏈路層功能4.2MAC編址與數(shù)據(jù)幀封裝4.3高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議4.4點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層功能《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程Computernetworktechnology數(shù)據(jù)鏈路層《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型中的第二層，介于物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間。作用數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)建立和管理節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)鏈路，提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層接收來自物理層的比特流，將其組裝成幀并傳遞給網(wǎng)絡(luò)層；同時(shí)，它也接收來自網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包，將其拆分成幀并傳遞給物理層進(jìn)行傳輸。定義數(shù)據(jù)鏈路層功能《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程幀同步數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)幀同步，確保接收方能夠正確地識(shí)別每一個(gè)數(shù)據(jù)幀的起始和結(jié)束。流量控制數(shù)據(jù)鏈路層通過流量控制機(jī)制，防止發(fā)送方過快地發(fā)送數(shù)據(jù)而導(dǎo)致接收方無法及時(shí)處理，從而避免數(shù)據(jù)丟失或損壞。差錯(cuò)控制數(shù)據(jù)鏈路層通過采用各種差錯(cuò)控制技術(shù)（如CRC校驗(yàn)等），確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性。訪問控制在多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享同一物理信道的情況下，數(shù)據(jù)鏈路層通過訪問控制機(jī)制（如CSMA/CD等）協(xié)調(diào)各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，避免發(fā)生沖突和碰撞。幀同步《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程幀同步是指接收方應(yīng)當(dāng)能從接收到的二進(jìn)制比特流中區(qū)分出幀的起始和終止，以確保數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。在幀頭部使用一個(gè)計(jì)數(shù)字段來標(biāo)明幀內(nèi)字符數(shù)，以此確定幀的界限。字符計(jì)數(shù)法字節(jié)填充法使用一些特定的字符來定界一幀的開始和結(jié)束，轉(zhuǎn)義字符用于填充可能出現(xiàn)的特殊字符，以避免與幀定界符混淆。比如，采用特定模式01111110，則如果信息為中的任何連續(xù)出現(xiàn)6個(gè)“1”，發(fā)送方自動(dòng)在其后插入一個(gè)“0”，而接收方則做該過程的逆操作，即每接收到連續(xù)6個(gè)“1”，則自動(dòng)刪除其跟在后面的“0”，以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。0102字段01111110字段A字段B字段???數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)序列01111110幀起始幀結(jié)束差錯(cuò)控制原因《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程差錯(cuò)分類根據(jù)差錯(cuò)的性質(zhì)和產(chǎn)生原因，可以將其分為隨機(jī)差錯(cuò)和突發(fā)差錯(cuò)兩類。隨機(jī)差錯(cuò)是隨機(jī)獨(dú)立地發(fā)生的，而突發(fā)差錯(cuò)則是連續(xù)多個(gè)比特位發(fā)生錯(cuò)誤。傳輸過程中的噪聲干擾由于信道中存在各種噪聲，如熱噪聲、交叉干擾等，這些噪聲可能導(dǎo)致傳輸?shù)臄?shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤。信號(hào)衰減與失真隨著傳輸距離的增加，信號(hào)可能會(huì)逐漸衰減并產(chǎn)生失真，從而導(dǎo)致接收端無法正確識(shí)別數(shù)據(jù)。設(shè)備故障或缺陷網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和傳輸介質(zhì)可能存在故障或缺陷，如接口松動(dòng)、線路老化等，這些問題也可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。差錯(cuò)控制方法《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ）01當(dāng)接收端檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)向發(fā)送端發(fā)送一個(gè)重傳請(qǐng)求，要求發(fā)送端重新發(fā)送出錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀。這種方法適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合。前向糾錯(cuò)（FEC）02在發(fā)送端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，添加冗余信息，以便接收端能夠利用這些冗余信息來糾正錯(cuò)誤。這種方法適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合，但會(huì)增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_銷?；旌霞m錯(cuò)（HEC）03結(jié)合了ARQ和FEC的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)錯(cuò)誤在可糾正范圍內(nèi)時(shí)，使用FEC進(jìn)行糾正；當(dāng)錯(cuò)誤無法糾正時(shí)，則使用ARQ進(jìn)行重傳。這種方法能夠在保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性的同時(shí)，降低重傳的開銷。流量控制方法《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程010203流量控制原理為了防止發(fā)送端向接收端發(fā)送過多的數(shù)據(jù)而導(dǎo)致接收端緩沖區(qū)溢出或處理不過來，需要對(duì)發(fā)送端的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行控制。流量控制是一種通信控制機(jī)制，用于防止較快的發(fā)送者向較慢的接收者發(fā)送過多的數(shù)據(jù)，以使接收者來得及處理。停止等待協(xié)議這是最簡(jiǎn)單的流量控制協(xié)議。發(fā)送方發(fā)送一幀數(shù)據(jù)后，必須等待接收方的應(yīng)答信號(hào)后才能發(fā)送下一幀。如果接收方?jīng)]有收到數(shù)據(jù)或發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，則會(huì)發(fā)送一個(gè)否定應(yīng)答信號(hào)（NAK），要求發(fā)送方重發(fā)數(shù)據(jù)。滑動(dòng)窗口協(xié)議在這種協(xié)議中，發(fā)送方和接收方都維護(hù)一個(gè)窗口，窗口內(nèi)的幀可以連續(xù)發(fā)送和接收。接收方確認(rèn)接收到的幀后，窗口會(huì)向前滑動(dòng)，從而允許發(fā)送方發(fā)送更多的幀。這種協(xié)議可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，但?shí)現(xiàn)起來比停止等待協(xié)議復(fù)雜。介質(zhì)訪問控制方法《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程碼分多路復(fù)用（CDM）每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用不同的編碼方式進(jìn)行通信，通過編碼區(qū)分不同節(jié)點(diǎn)的信號(hào)。頻分多路復(fù)用（FDM）將信道帶寬劃分為多個(gè)互不重疊的頻段，每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)固定頻段進(jìn)行通信。時(shí)分多路復(fù)用（TDM）將時(shí)間劃分為等長(zhǎng)的幀，每幀再分為若干時(shí)隙，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)或多個(gè)固定時(shí)隙進(jìn)行通信。隨機(jī)訪問介質(zhì)訪問控制節(jié)點(diǎn)在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)隨機(jī)占用信道，如ALOHA協(xié)議、CSMA協(xié)議等。這種方法可能導(dǎo)致沖突和不確定性，但實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。輪詢?cè)L問介質(zhì)訪問控制主節(jié)點(diǎn)依次詢問每個(gè)從節(jié)點(diǎn)是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，從節(jié)點(diǎn)在獲得詢問后才能發(fā)送數(shù)據(jù)。這種方法避免了沖突，但主節(jié)點(diǎn)故障可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。令牌傳遞介質(zhì)訪問控制節(jié)點(diǎn)之間傳遞一個(gè)令牌，只有獲得令牌的節(jié)點(diǎn)才能發(fā)送數(shù)據(jù)。這種方法避免了沖突，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有平等的機(jī)會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)，但需要維護(hù)令牌傳遞的順序和正確性。1.靜態(tài)劃分介質(zhì)訪問控制2.動(dòng)態(tài)劃分介質(zhì)訪問控制MAC編址與數(shù)據(jù)幀封裝《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程ComputernetworktechnologyMAC地址《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程MAC地址（MediaAccessControlAddress）也稱為物理地址或硬件地址，是用于在網(wǎng)絡(luò)中唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的地址。MAC地址通常由6個(gè)字節(jié)（48位）的二進(jìn)制數(shù)字組成，可以表示為12個(gè)16進(jìn)制數(shù)，形式為：XX:XX:XX:XX:XX:XX前三個(gè)字節(jié)（24位）稱為組織唯一標(biāo)識(shí)符（OUI），由IEEE分配給各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商，用于標(biāo)識(shí)廠商身份。后三個(gè)字節(jié)（24位）由廠商自行分配，用于標(biāo)識(shí)具體的網(wǎng)絡(luò)接口或設(shè)備。001A3FF14CC600-1A-3F-F1-4C-C6MAC地址《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程MAC地址的作用是在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，包括源MAC地址和目標(biāo)MAC地址，確保數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在通信時(shí)會(huì)通過ARP協(xié)議等機(jī)制獲取目標(biāo)設(shè)備的MAC地址，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。通過命令（命令行）：ipconfig/all查看本地網(wǎng)卡具體詳細(xì)信息。通過圖形界面：控制面板/網(wǎng)絡(luò)和internet查看網(wǎng)絡(luò)連接詳細(xì)信息。數(shù)據(jù)幀封裝《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程數(shù)據(jù)幀封裝是將上層數(shù)據(jù)按照特定格式進(jìn)行組裝，添加必要的控制信息，形成適合在物理層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元。封裝的目的包括：確保數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性、提供傳輸過程中的流量控制、實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議之間的數(shù)據(jù)交換等。幀開始標(biāo)志地址類型控制數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)幀結(jié)束標(biāo)志幀頭數(shù)據(jù)包幀尾幀頭：包含控制信息（如地址信息），位于數(shù)據(jù)幀的開頭位置。數(shù)據(jù)：包含第三層報(bào)頭、傳輸層報(bào)頭、應(yīng)用層數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)信息。幀尾：包含添加到幀結(jié)尾的控制信息，用于檢查錯(cuò)誤。數(shù)據(jù)幀封裝高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程Computernetworktechnology高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程HDLC（High-LevelDataLinkControl）是一種面向比特的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。HDLC采用零比特填充法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸。它具有幀同步、差錯(cuò)控制、流量控制等功能，適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和多點(diǎn)鏈路。HDLC支持多種類型的幀，包括信息幀、監(jiān)控幀和無編號(hào)幀等，以滿足不同的數(shù)據(jù)傳輸需求。高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程

與PPP協(xié)議相比，HDLC協(xié)議更加靈活，支持多種類型的幀和多種鏈路配置方式，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度也相對(duì)較高。與FrameRelay協(xié)議相比，HDLC協(xié)議具有更強(qiáng)的差錯(cuò)控制和流量控制能力，適用于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性要求較高的場(chǎng)景。與其他數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議相比，HDLC協(xié)議具有廣泛的應(yīng)用范圍和良好的互操作性，是一種成熟、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。HDLC幀結(jié)構(gòu)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程信息幀（I幀）、監(jiān)控幀（S幀）和無編號(hào)幀（U幀）三種。HDLC幀類型標(biāo)志字段、地址字段、控制字段、信息字段和幀校驗(yàn)序列字段。組成要素標(biāo)志F地址A控制C信息I幀校驗(yàn)序列FCS標(biāo)志F標(biāo)志字段（F）。標(biāo)志字段為01111110的比特模式，用以標(biāo)志幀的起始和前一幀的結(jié)束。信息幀（I）監(jiān)控幀（S）無編號(hào)幀（U）第1位是“0”為I幀第1、2位是“10”為S幀第1、2位是“11”為U幀地址字段（A）。地址字段表示鏈路上站的地址?？刂谱侄危–）?？刂谱侄斡脕肀硎編愋?、幀編號(hào)以及命令、響應(yīng)等。信息字段（I）。信息字段內(nèi)包含了用戶的數(shù)據(jù)信息和來自上層的各種控制信息，其長(zhǎng)度未作嚴(yán)格限制，目前用的比較多的是1000-2000bit。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程Computernetworktechnology點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（Point-to-Point

Protocol，簡(jiǎn)稱PPP）是一種在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路上封裝多協(xié)議數(shù)據(jù)包的鏈路層協(xié)議。定義功能特點(diǎn)PPP協(xié)議提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的方法，將各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議封裝在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接中進(jìn)行傳輸。PPP協(xié)議具有可靠性高、支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。030201點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議特點(diǎn)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信中，數(shù)據(jù)直接在兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳輸，無需經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)。直接通信由于數(shù)據(jù)直接在通信雙方之間傳輸，因此點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信具有較高的傳輸效率。高效性點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行定制和優(yōu)化，更加靈活。靈活性點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議比較《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程PPP協(xié)議SLIP協(xié)議L2TP協(xié)議PPTP協(xié)議PPP協(xié)議是一種廣泛應(yīng)用的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。SLIP協(xié)議是一種簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議，適用于低速串行通信，但功能相對(duì)較弱。L2TP協(xié)議是一種基于PPP協(xié)議的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)隧道協(xié)議，支持多協(xié)議封裝和傳輸，適用于遠(yuǎn)程接入和VPN等場(chǎng)景。PPTP協(xié)議是一種較早的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)隧道協(xié)議，雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但安全性較低，逐漸被更安全的協(xié)議所替代。PPP幀結(jié)構(gòu)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程PPP幀格式是以HDLC幀格式為基礎(chǔ)，做了很少的改動(dòng)。PPP幀結(jié)構(gòu)標(biāo)志地址控制協(xié)議數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)序列標(biāo)志：表示幀開始或結(jié)束位置的一個(gè)字節(jié)。標(biāo)志字段包括二進(jìn)制序列0111