列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)復(fù)習(xí)資料

1、列車網(wǎng)絡(luò)控制1.1.1 什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 荷蘭阿姆斯特丹Vrije大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授、皇家藝術(shù)與科學(xué)院院士Andrew S. Tanenbaum：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是自治的計(jì)算機(jī)互連起來(lái)的集合(An Interconnected Collection of Autonomous Computers)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有硬件和軟件兩局部組成：(1) 硬件(Hardware)計(jì)算機(jī)，即所謂的主機(jī)(Host)或端系統(tǒng)(End Systems, ES)。通信設(shè)備，即中間系統(tǒng)(Intermediate Systems, IS)。接口設(shè)備。傳輸媒體或稱傳輸介質(zhì)(Medium)。計(jì)算機(jī) 通信設(shè)備，即中間系統(tǒng)(Inter

2、mediate Systems, IS) ：交換機(jī)、集中器、復(fù)用器、路由器、中繼器 接口設(shè)備 傳輸媒體或稱傳輸介質(zhì)(Medium)：信息傳輸?shù)耐ǖ?，邏輯：信道，類比CATV的電纜和頻道之間的關(guān)系2軟件 通信軟件網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)管理/平安控制軟件、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供各種各樣的應(yīng)用效勞：(1) 共享資源訪問(wèn)(2) 遠(yuǎn)程用戶通信(3) 網(wǎng)上事務(wù)處理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類局域網(wǎng)LAN 一般地理范圍在10km以內(nèi)。主要特點(diǎn)：1、數(shù)據(jù)傳輸速率高，一般為10100Mbit/s。2、數(shù)據(jù)傳輸可靠，誤碼率低，通常為10-1210-7。3、大多數(shù)LAN采用總線(Bus)、環(huán)形(Ring)及星形(S

3、tar)拓?fù)?，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。4、一般為播送網(wǎng)絡(luò)(Broadcast Network)。5、通常是由單一組織所擁有和使用。LAN有以太網(wǎng)(Ethernet)、令牌環(huán)網(wǎng)(Token Ring Network)、令牌總線 網(wǎng)(Token Bus Network)和無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless LAN, WLAN)等。廣域網(wǎng)(WAN)WAN網(wǎng)型拓?fù)?、交換式網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)覆蓋地域可達(dá)100km以上。WAN一般由主機(jī)和通信子網(wǎng)組成。WAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般比LAN復(fù)雜，多為網(wǎng)形(Mesh)、樹(shù)形(Tree)或它們的混合。WAN大多是交換式網(wǎng)絡(luò)(Switched Network)。WAN常常采用信道復(fù)用技術(shù)。典型

4、的WAN有ARPANET和分組交換網(wǎng),幀中繼(Frame Relay, FR)，異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode, ATM)。城域網(wǎng)(MAN)一般在10100km的區(qū)域。分布式隊(duì)列雙總(Distributed Queue Dual Bus, DQDB)。LAN和WAN都廣泛應(yīng)用到MAN領(lǐng)域中：千兆和萬(wàn)兆以太 網(wǎng)，ATM，同步數(shù)字系列/同步光纖網(wǎng)SDH/SONET，波分多路復(fù)用WDM技術(shù)。彈性分組環(huán)(Resilient Packet Ring, RPR)。按地域范圍分類局域網(wǎng)(Local Area Network ， LAN)范圍：小，20km傳輸技術(shù)：基帶，1

5、0Mb/s1000Mb/s，延遲低，出錯(cuò)率低10-11拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線，環(huán)城域網(wǎng)(Metropolitan Area Network ， MAN)范圍：中等，100km 傳輸技術(shù)：寬帶/基帶 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線廣域網(wǎng)(Wide Area Network ， WAN)范圍：大，100km 傳輸技術(shù)：寬帶，延遲大，出錯(cuò)率高 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：不規(guī)那么，點(diǎn)到點(diǎn)按通信介質(zhì)有線網(wǎng) 采用如同軸電纜、雙絞線、光纖等物理介質(zhì)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。 無(wú)線網(wǎng) 采用衛(wèi)星、微波等無(wú)線形式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。 按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類星形：有一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)與其構(gòu)成點(diǎn)到點(diǎn)連接樹(shù)形：一個(gè)根節(jié)點(diǎn)、多個(gè)中間分支節(jié)點(diǎn)和葉子節(jié)點(diǎn)構(gòu)成 星 樹(shù)總線型：所有

6、節(jié)點(diǎn)掛接到一條總線上，播送式信道；需要有介質(zhì)訪問(wèn)控制規(guī)程以防止沖突環(huán)形：所有節(jié)點(diǎn)連接成一個(gè)閉合的環(huán)，節(jié)點(diǎn)之間為點(diǎn)到點(diǎn)連接全連接：點(diǎn)到點(diǎn)全連接，連接數(shù)隨節(jié)點(diǎn)數(shù)的增長(zhǎng)迅速增長(zhǎng)N(N1)/2，使建造本錢(qián)大大提高，只適用于節(jié)點(diǎn)數(shù)很少的廣域網(wǎng)中 不規(guī)那么網(wǎng)狀：點(diǎn)到點(diǎn)局部連接，多用于廣域網(wǎng)，由于連接的不完全性，需要有交換節(jié)點(diǎn) 環(huán)全總按通信傳播方式分類點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式的網(wǎng)絡(luò)：由一對(duì)對(duì)機(jī)器間的多條傳輸鏈路構(gòu)成。信源與信宿之間的通信需經(jīng)過(guò)一臺(tái)和多臺(tái)中間設(shè)備進(jìn)行傳輸。網(wǎng)狀、環(huán)形、樹(shù)形、星形播送方式網(wǎng)絡(luò)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送的信息可被網(wǎng)絡(luò)上所有的計(jì)算機(jī)接收?？偩€型、無(wú)線微波、衛(wèi)星局域網(wǎng)絡(luò)通常使用播送方式，廣域網(wǎng)絡(luò)通常使用點(diǎn)

7、對(duì)點(diǎn)方式(也有例外)。按通信速率分類：低速網(wǎng) 網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳輸速率在300b/s之間的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常是借助調(diào)制解調(diào)器利用 網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。中速網(wǎng) 45Mb/s之間的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要是傳統(tǒng)的數(shù)字式公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。高速網(wǎng) 網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳輸速率在50Mb/s 1000Mb/s之間的系統(tǒng)。信息高速公路的數(shù)據(jù)傳輸速率會(huì)更高。按使用用戶分類公用網(wǎng) 公用網(wǎng)又稱公眾網(wǎng)。對(duì)所有的人來(lái)說(shuō)，只要符合網(wǎng)絡(luò)擁有者的要求就能使用這個(gè)網(wǎng)，也就是說(shuō)它是為全社會(huì)所有的人提供效勞的網(wǎng)絡(luò)。專用網(wǎng) 專用網(wǎng)為一個(gè)或幾個(gè)部門(mén)所擁有，它只為擁有者提供效勞，這種網(wǎng)絡(luò)不向擁有者以外的人提供效勞。 按使用用戶分類：集中式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：這種網(wǎng)絡(luò)的處理控制功能

8、都高度集中在一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)上，所有的信息流都必須經(jīng)過(guò)這些節(jié)點(diǎn)之一。分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：在這種網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的任一節(jié)點(diǎn)都至少和另外兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相連接，信息從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)另一節(jié)點(diǎn)時(shí)，可能有多條路徑。按網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分類：部門(mén)網(wǎng)絡(luò)Departmental Network部門(mén)網(wǎng)絡(luò)是局限于一個(gè)部門(mén)的LAN，該網(wǎng)絡(luò)通常由幾十個(gè)工作站、假設(shè)干個(gè)效勞器，以及可共享的打印機(jī)等設(shè)備所組成。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)Enterprise-Wide Network這是在一個(gè)企業(yè)中配置的、能覆蓋整個(gè)企業(yè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。校園網(wǎng)絡(luò)Campus Network指在學(xué)校中配置的、覆蓋整個(gè)學(xué)校的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。1.1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類互聯(lián)網(wǎng)和Interne

9、t假設(shè)干個(gè)網(wǎng)絡(luò)由稱為路由器(Router)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接在一起便成了互聯(lián)網(wǎng)，是網(wǎng)絡(luò)的集合，是網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)。Internet是使用TCP/IP協(xié)議族的、覆蓋全球范圍的、開(kāi)放的互聯(lián)網(wǎng)。TCP/IP技術(shù)的核心是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)(Internetworking)，其關(guān)鍵的思想是在底層網(wǎng)絡(luò)與高層應(yīng)用程序和用戶之間參加中間層次，屏蔽底層細(xì)節(jié)，向用戶提供通用一致的網(wǎng)絡(luò)效勞。Internet拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是松散分層的，不受某個(gè)權(quán)威部門(mén)的控制，在商業(yè)利益驅(qū)動(dòng)下擴(kuò)展演進(jìn)。Internet 各個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò)干線由不同級(jí)別的Internet效勞提供商(Internet Service Provider, ISP)來(lái)建立經(jīng)營(yíng)并向社

10、會(huì)提供網(wǎng)絡(luò)效勞。n 1.2.1 早期的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)20世紀(jì)50年代中期美國(guó)地面防空系統(tǒng)(SAGE)。美國(guó)航空公司的飛機(jī)票預(yù)訂系統(tǒng)(SABER)。以單臺(tái)計(jì)算機(jī)為中心的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。從體系結(jié)構(gòu)來(lái)觀察，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)展可分為三個(gè)階段三代網(wǎng)絡(luò)：1. 以主機(jī)為中心的聯(lián)機(jī)終端系統(tǒng)“計(jì)算機(jī)終端系統(tǒng)特征：終端(Terminal)共享主機(jī)(Host)的軟硬件資源 單臺(tái)主機(jī)：執(zhí)行計(jì)算和通信任務(wù)多臺(tái)終端：執(zhí)行用戶交互 (終端集中器/終端效勞器) 主要缺點(diǎn)：主機(jī)負(fù)荷重?cái)?shù)據(jù)處理 通信 ；集中控制方式，可靠性低改良：終端集中器(近/遠(yuǎn)距)前端處理機(jī)Front-End Processor, FEP，將通信任務(wù)從主機(jī)中別離出來(lái)

11、2. 以通信子網(wǎng)為中心的主機(jī)互聯(lián)分組交換網(wǎng)絡(luò)特征：多個(gè)終端主機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)，形成了多主機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從“主機(jī)終端 轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鳈C(jī)主機(jī)ARPANET，IMP(Interface Message Processor)接口報(bào)文處理機(jī)。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)(Store And Forward)。分組交換或包交換，分組交換網(wǎng)。通信子網(wǎng)(Communication Subnet) 資源子網(wǎng)(Re-source Subnet) 公共數(shù)據(jù)網(wǎng)(Public Data Network-, PDN)。3. 體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò) 層次化結(jié)構(gòu)，并對(duì)每層進(jìn)行了精確定義1.2.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)及各層協(xié)議的

12、集合統(tǒng)稱計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(Architecture)。只有具有同樣體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)才能無(wú)縫地互連。開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型(Open System Interconnection /Reference Model, OSI/RM)，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)，事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。主機(jī)主機(jī)網(wǎng)絡(luò)的演變演變階段1通信任務(wù)從主機(jī)中別離，由通信控制處理機(jī)CCP完成。CCP：處理主機(jī)之間完成通信任務(wù)的專用計(jì)算機(jī)兩層網(wǎng)絡(luò)概念的出現(xiàn)由CCP組成的傳輸網(wǎng)絡(luò)通信子網(wǎng)，提供信息傳輸效勞。建立在通信子網(wǎng)根底上的主機(jī)集合資源子網(wǎng)，提供計(jì)算資源演變階段2通信子網(wǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大 私有社會(huì)公用公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng) PSTN公共交換 網(wǎng)絡(luò) X

13、.25 第一個(gè)面向連接的網(wǎng)絡(luò) 優(yōu)點(diǎn)：降低用戶系統(tǒng)建設(shè)本錢(qián)；提高通信線路利用率；兼容性好1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化工作*為什么需要標(biāo)準(zhǔn)化？不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的兼容性和互操作性是推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的原動(dòng)力，而兼容性和互操作性的最終目的仍是資源共享。*標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)機(jī)？先制定標(biāo)準(zhǔn)再開(kāi)發(fā)，還是先開(kāi)發(fā)再制定標(biāo)準(zhǔn)？各廠商、研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、方法、理論等方面的研究日趨成熟是根底網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程的演變廠商標(biāo)準(zhǔn)：IBM-SNA，DEC-DNA等缺點(diǎn)：適用范圍：兼容性？技術(shù)壟斷：競(jìng)爭(zhēng)？標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一：用戶利益？國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO OSI/RM1977Open System Interconnection/R

14、ecommended Model(開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，簡(jiǎn)稱OSI參考模型)OSI參考模型是一種概念上的網(wǎng)絡(luò)模型，規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的框架：7個(gè)層次只說(shuō)明了做什么What to do，而未規(guī)定怎樣做How to do太復(fù)雜，幾乎沒(méi)有與之完全符合的網(wǎng)絡(luò)。事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)：TCP/IP(因特網(wǎng)的骨干協(xié)議)從體系結(jié)構(gòu)上看，它是OSI參考模型的簡(jiǎn)化4層n 1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)化組織國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域相關(guān)組織國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Standards Organization, ISO)。電氣電子工程師協(xié)會(huì)(Institute of Electrical and Electronics Engi

15、neers, IEEE)。因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)因特網(wǎng)協(xié)會(huì)(Internet Society, ISOC)。因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)委員會(huì)(Internet Architecture Board, IAB)。因特網(wǎng)工程部(Internet Engineering Task Force, IETF)。因特網(wǎng)研究部(Internet Research Task Force, IRTF)。因特網(wǎng)編號(hào)管理局(Internet Assigned Numbers Authority, IANA)，Internet名字和號(hào)碼分配公司(ICANN)。 RFC 編輯部(RFC Editor)，RFC (Request For

16、Comments, 請(qǐng)求評(píng)注)文檔。電信界標(biāo)準(zhǔn)化組織國(guó)際電信聯(lián)盟(International Telecommunication Union, ITU)。下屬的電信標(biāo)準(zhǔn)化部門(mén)ITU-T，前身為國(guó)際電報(bào) 咨詢委員會(huì)(CCITT)，其標(biāo)準(zhǔn)稱為“建議，政府可以按自己的意愿決定是否采用。 第2章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)描述了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總體架構(gòu)，是網(wǎng)絡(luò)功能的結(jié)構(gòu)性的劃分。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)及各層協(xié)議的集合統(tǒng)稱計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(Architecture)。具有同樣體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)才能無(wú)縫地互連。世界上第一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu): IBM公司于1974年提出系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(SN

17、A)。開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型(OSI/RM)分為七層。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)為四個(gè)層次。五層體系結(jié)構(gòu)。分層的方法有以下好處：簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。具有層間無(wú)關(guān)性，系統(tǒng)易于更新。OSI的一些根本概念實(shí)體和對(duì)等實(shí)體 協(xié)議和協(xié)議數(shù)據(jù)單元協(xié)議(Protocol)是某一個(gè)層次中指導(dǎo)實(shí)體之間通信的規(guī)那么。包含三個(gè)方面的要素：語(yǔ)法、語(yǔ)義、同步協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Protocol Data Unit, PDU)由兩局部組成：本層的協(xié)議控制信息和用戶數(shù)據(jù)。N層實(shí)體在N層協(xié)議的控制下可以向N+1層實(shí)體提供效勞(Service)實(shí)現(xiàn)N+1層所需要的某種功能效勞有如下兩種形式：面向連接的效勞(Connection-Orien

18、ted Service)無(wú)連接的效勞(Connectionless Service)效勞訪問(wèn)點(diǎn)(Service Access Point, SAP)是上下層實(shí)體之間信息交換的接口。效勞原語(yǔ)(Service Primitive)描述提供的效勞，定義效勞標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定通過(guò)SAP所必需傳遞的信息。2.3 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)Internet使用TCP/IP體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)接口層嚴(yán)格說(shuō)并不是一個(gè)獨(dú)立的層次，沒(méi)有定義什么具體的協(xié)議。網(wǎng)際層、傳輸層和應(yīng)用層是TCP/IP的主要內(nèi)容。高層57應(yīng)用層application layerTELNET FTP SMTP HTTP DNS TFTP NFS SNMP傳輸層4

19、傳輸層 (transport layer)TCP UDP網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)際層internet layerIGMP ICMP IP ARP RARP低層12網(wǎng)絡(luò)接層(network interface layer)可使用各種網(wǎng)絡(luò)五層體系結(jié)構(gòu)Andrew S. Tanenbaum 建議了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的五層體系結(jié)構(gòu)。根據(jù)Internet的實(shí)際情況，以TCP/IP體系結(jié)構(gòu)為根底，綜合了TCP/IP和OSI兩種體系結(jié)構(gòu)。自下而上分別為: 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層高層57 應(yīng)用層application layer 應(yīng)用層 傳輸層4 傳輸層transport layer 傳輸層 網(wǎng)絡(luò)層3 網(wǎng)絡(luò)層ne

20、twork layer 網(wǎng)際層 數(shù)據(jù)鏈路2 數(shù)據(jù)鏈路層data link layer 網(wǎng)絡(luò)接口層 物理層1 物理層physical layer 五個(gè)層次的功能簡(jiǎn)述如下：物理層：為數(shù)據(jù)鏈路層提供透明的比特流(Bit Stream)傳輸效勞，向下與物理媒體相連，規(guī)定連接物理媒體的網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)。物理層涉及網(wǎng)絡(luò)接口機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)鏈路層：負(fù)責(zé)在單個(gè)鏈路上的節(jié)點(diǎn)間傳送稱為幀(Frame)的PDU，在不太可靠的物理鏈路上可以實(shí)現(xiàn)可靠的傳輸。對(duì)于播送鏈路進(jìn)行鏈路的訪問(wèn)控制。為了實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃裕梢蕴峁┝髁靠刂坪瓦^(guò)失控制。提供傳輸透明性。網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)間的通信，在分組交換網(wǎng)絡(luò)上傳

21、送稱為分組或包(Packet)的PDU，從源結(jié)點(diǎn)通過(guò)中間轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)逐跳地(Hop by Hop)將分組傳送到目的結(jié)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，路由優(yōu)化。傳輸層：負(fù)責(zé)應(yīng)用進(jìn)程間的通信，為兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程之間提供端到端(End to End)的數(shù)據(jù)傳輸效勞。為應(yīng)用進(jìn)程提供一條端到端的邏輯信道, 在源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)的兩個(gè)傳輸層實(shí)體之間，不涉及線路中間的路由器等中間系統(tǒng)。通信連接，流量控制、擁塞控制和過(guò)失控制。應(yīng)用層：對(duì)應(yīng)OSI的高三層，對(duì)應(yīng)TCP/IP的應(yīng)用層，提供面向用戶的網(wǎng)絡(luò)效勞。第2講 數(shù)據(jù)通信的根底知識(shí)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng) 源點(diǎn)：源點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生通信網(wǎng)絡(luò)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。發(fā)送器：通常源點(diǎn)生成的數(shù)據(jù)要通過(guò)發(fā)送器編碼后才

22、能夠在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。目的系統(tǒng) 接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。終點(diǎn)：終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送來(lái)的信息。傳輸系統(tǒng) 可以是簡(jiǎn)單的物理通信線路，也可以是連接源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)通信的根本過(guò)程5個(gè)階段 包含兩項(xiàng)內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制數(shù)據(jù)與信號(hào)信息Information 數(shù)據(jù)Data 信號(hào)Signal 模擬信號(hào)：時(shí)間上連續(xù)，包含無(wú)窮多個(gè)信號(hào)值數(shù)字信號(hào)：時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號(hào)值。最常見(jiàn)的是二值信號(hào)周期信號(hào)信號(hào)：由不斷重復(fù)的固定模式組成如正弦波非周期信號(hào)：信號(hào)沒(méi)有固定的模式和波形循環(huán)如語(yǔ)音的音波信號(hào)。信息編碼：將信息用二進(jìn)制數(shù)表示

23、的方法 數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法信息通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號(hào)形式通過(guò)信道傳送到目的地.信息和數(shù)據(jù)二進(jìn)制位不能直接在信道上傳輸.編碼：數(shù)據(jù)適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)便于同步、識(shí)別、糾錯(cuò)調(diào)制：數(shù)字信號(hào)適合傳輸?shù)男问桨搭l率、幅度、相位解調(diào)：接收波形數(shù)字信號(hào)解碼：數(shù)字信號(hào)原始數(shù)據(jù)不同類型的信號(hào)在不同類型的信道上傳輸有4種情況：編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼：用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制：用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)2.2.2 信道信道Channel：傳送信息的線路或通路 數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式離散信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)的信道;計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸ADSL、ISD

24、N、DDN、ATM、局域網(wǎng)模擬信道：以連續(xù)模擬信號(hào)形式傳輸數(shù)據(jù)的信道 CATV、無(wú)線電播送、 撥號(hào)線路數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信: 在數(shù)字信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸模擬通信: 在模擬信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸數(shù)字通信的特點(diǎn)1、抗噪聲干擾能力強(qiáng)2、可以控制過(guò)失，提高了傳輸質(zhì)量3、便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處4、易于加密、保密性強(qiáng) 5、可以傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活 6、占用信道頻帶較寬。2.2.3 通信方式單工 ：數(shù)據(jù)單向傳輸 半雙工 ：數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時(shí)刻雙向傳輸全雙工 ：數(shù)據(jù)可以雙向同時(shí)傳輸2.2.4 傳輸方式基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號(hào)直接在信道上

25、傳送。例如：以太網(wǎng)局域網(wǎng)頻帶傳輸：數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。寬帶傳輸： 通過(guò)借助頻帶傳輸,把信號(hào)調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾百M(fèi)HZ的模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。 數(shù)據(jù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼：使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼：使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸模擬信號(hào)的數(shù)字編碼：使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸2.4.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼不歸零碼Non-Return to Zero， NRZ 歸零碼，單極性碼，雙極性碼二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來(lái)表示；常用5V表示1，5V表示0；缺點(diǎn)：存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容；不具備自同步機(jī)制，傳輸時(shí)必

26、須使用外同步。 曼徹斯特編碼Manchester Coding用電壓的變化表示0和1。規(guī)定在每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變 。高低的跳變代表0，低高的跳變代表1。每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來(lái)作為同步信號(hào)。這種編碼也稱為自同步碼Self-Synchronizing Code。缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的2倍2.4.2 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制三種常用的調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控ASK Amplitude Shift Keying頻移鍵控FSK Frequency Shift Keying相移鍵控PSK Phase Shift Keying原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。載

27、波信號(hào) S(t) = Acos(wt+j) S(t)的參量包括： 幅度A、頻率w 、初相位j 調(diào)制就是要使A、w 或j隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化2.4.3 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼采樣定理：如果模擬信號(hào)的最高頻率為F，假設(shè)以2F的采樣頻率對(duì)其采樣，那么從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是 語(yǔ)音信號(hào)，模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。PCM編碼：采樣：按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣 量化：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼 編碼后的信號(hào)稱為PCM信號(hào) Pulse Coded Modulation，脈碼調(diào)制。2.5

28、多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用：多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道為何要復(fù)用？提高線路利用率 適用場(chǎng)合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個(gè)信源的平均傳輸需求時(shí)類比：公共運(yùn)輸系統(tǒng)鐵路、海運(yùn)、航空復(fù)用的根本思想：把公共共享信道用某種方法劃分成多個(gè)子信道，每個(gè)子信道傳輸一路數(shù)據(jù)。復(fù)用方法頻分復(fù)用FDM Frequency Division Multiplexing按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)時(shí)分復(fù)用TDM Time Division Multiplexing 按時(shí)間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛波分復(fù)用WDM Wave Division Multiplexing 按波長(zhǎng)劃分不同的信道，用于光纖傳輸碼分復(fù)用CDM Cod

29、e Division Multiplexing 按地址碼劃分不同的信道，非常有開(kāi)展前途頻分復(fù)用FDM原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為假設(shè)干個(gè)頻率通道，每路信號(hào)占用一個(gè)頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。時(shí)分復(fù)用TDM原理：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分為假設(shè)干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。 由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個(gè)時(shí)間片的固定時(shí)隙，所以這種時(shí)分復(fù)用也稱為同步時(shí)分復(fù)用。一個(gè)時(shí)間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀。波分復(fù)用光的頻分復(fù)用原理：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為假設(shè)干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來(lái)進(jìn)行傳輸。碼分復(fù)用CDM原理：每個(gè)用戶把發(fā)送信號(hào)用接

30、收方的地址碼序列進(jìn)行編碼任意兩個(gè)地址碼序列相互正交。不同用戶發(fā)送的信號(hào)在接收端被迭加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼相關(guān)的信號(hào)才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。地址碼序列必須兩兩相互正交2.6 數(shù)據(jù)交換技術(shù)什么是交換？按某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路資源。最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換 為什么要采用交換技術(shù)？節(jié)省線路投資，提高線路利用率。實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報(bào)文交換和分組交換。電路交換在通信雙方之間建立一條臨時(shí)專用線路的過(guò)程?？梢允钦嬲奈锢砭€路，也可以是一個(gè)復(fù)用信道。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。稱為“面向連接的典型例子： 過(guò)程：建立連接通

31、信釋放連接優(yōu)缺點(diǎn)：1、建立連接的時(shí)間長(zhǎng)；2、一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；3、無(wú)糾錯(cuò)機(jī)制；4、建立連接后，傳輸延遲小。5、不適用于計(jì)算機(jī)通信：因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間不到10%。報(bào)文交換以報(bào)文為單位進(jìn)行“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)交換的技術(shù)。在交換過(guò)程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)下來(lái)，待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級(jí)一級(jí)中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)。傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸報(bào)文時(shí)建立節(jié)點(diǎn)間的連接。稱為“無(wú)連接的典型例子：電報(bào)整個(gè)報(bào)文Message作為一個(gè)整體一起發(fā)送。優(yōu)缺點(diǎn)：1、沒(méi)有建立和撤除連接所需的等待時(shí)間；2、線路利用率高；3

32、、傳輸可靠性較高；4、報(bào)文大小不一，造成存儲(chǔ)管理復(fù)雜；5、大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，且對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高；6、出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)。數(shù)據(jù)報(bào)方式Datagram各分組獨(dú)立地確定路由傳輸路徑。不能保證分組按序到達(dá)，所以目的站點(diǎn)需要按分組編號(hào)重新排序和組裝虛電路方式Virtual Circuit什么是過(guò)失控制？在通信過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)、檢測(cè)過(guò)失并進(jìn)行糾正為何要進(jìn)行過(guò)失控制1、不存在理想的信道傳輸總會(huì)出錯(cuò)2、與語(yǔ)音、圖像傳輸不同，計(jì)算機(jī)通信要求極低的過(guò)失率。產(chǎn)生過(guò)失的原因：1、信號(hào)衰減和熱噪聲；2、信道的電氣特性引起信號(hào)幅度、頻率、相位的畸變；3、信號(hào)反射，串?dāng)_；4、沖擊噪聲，閃電、大功率電動(dòng)機(jī)的啟停

33、等。過(guò)失控制的根本方法：接收方進(jìn)行過(guò)失檢測(cè)，并向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收。錯(cuò)碼與檢錯(cuò)碼實(shí)際采用的過(guò)失控制技術(shù)(滑動(dòng)窗口協(xié)議)自動(dòng)請(qǐng)求重傳 Automatic Repeat Request, ARQ 停等 ARQ 1、每發(fā)送一幀就需要一個(gè)應(yīng)答幀2、只重傳剛剛出錯(cuò)的幀3、幀編號(hào)只需0和1即可Go-back-N ARQ 1、每發(fā)送N幀需要一個(gè)應(yīng)答幀2、需重傳前面N-i+1幀0iN3、幀編號(hào)從0到N-1選擇重傳 ARQ 1、每發(fā)送N幀需要一個(gè)應(yīng)答幀2、只重傳出錯(cuò)的幀奇偶校驗(yàn)Parity Checking過(guò)失檢測(cè)原理：收發(fā)雙方約定一個(gè)生成多項(xiàng)式G(x)，發(fā)送方根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)和G(x)計(jì)算出CRC校驗(yàn)

34、和并把它加在數(shù)據(jù)的末尾。校驗(yàn)和是16位或32位的二進(jìn)制位串。 CRC校驗(yàn)的關(guān)鍵是如何計(jì)算校驗(yàn)和。 相除的模2運(yùn)算，加法不進(jìn)位，減法不借位。時(shí)延時(shí)延：一個(gè)數(shù)據(jù)塊幀、分組、報(bào)文段等從鏈路或網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時(shí)間?？倳r(shí)延發(fā)送時(shí)延 + 傳播時(shí)延 + 轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延 發(fā)送時(shí)間數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度/信息傳輸速率傳播時(shí)延信道長(zhǎng)度/電磁波在信道上的傳播速率帶寬Band Width，BW：信道傳輸能力的度量。在傳統(tǒng)的通信工程中：BW fmax fmin 單位：赫茲Hz時(shí)延帶寬乘積：某一信道所能容納的比特?cái)?shù)。時(shí)延帶寬乘積=帶寬×傳播時(shí)延誤碼率與誤比特率誤碼率：Pc是指?jìng)鬏數(shù)拇a元被傳錯(cuò)的概率 Pc 傳錯(cuò)的碼元

35、數(shù) 傳輸?shù)拇a元總數(shù) 誤比特率：Pb是指?jìng)鬏數(shù)谋忍乇粋麇e(cuò)的概率Pb 傳錯(cuò)的比特?cái)?shù) 傳輸?shù)谋忍乜倲?shù)信息傳輸速率與碼元傳輸速率信息傳輸速率比特bit：即一個(gè)二進(jìn)制位。比特率為每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)即數(shù)據(jù)傳送速率。單位為“bit/s。 信息傳輸速率：是指每秒傳輸?shù)木幋a前的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的二進(jìn)制比特?cái)?shù) 碼元傳輸速率 碼元Code Cell：時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元。碼元傳輸速率：是指每秒傳輸?shù)拇a元數(shù) .單位為“波特Baud，也稱波特率。吞吐量：?jiǎn)挝粫r(shí)間發(fā)送的比特?cái)?shù)、字節(jié)數(shù)或幀數(shù) 比特率 = 波特率 X 單個(gè)調(diào)制狀態(tài)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位數(shù)信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率Nyquist公式：用于無(wú)噪聲理想低通信道C = 2W log2

36、 M C 數(shù)據(jù)傳輸率，單位b/s W 帶寬，單位Hz M 信號(hào)編碼級(jí)數(shù)Shannon公式：用于有噪聲干擾信道C = W log2 1+S/N C傳輸率，單位b/s W 帶寬，單位Hz S/N信噪比第3講 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)開(kāi)展歷程對(duì)于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用什么方法能合理地組織網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，以到達(dá)：1、結(jié)構(gòu)清晰2、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3、便于更新與維護(hù)4、較強(qiáng)的獨(dú)立性和適應(yīng)性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，層、協(xié)議和層間接口的集合被稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)：體系結(jié)構(gòu)包括三個(gè)內(nèi)容：分層結(jié)構(gòu)與每層的功能、效勞與層間接口、協(xié)議。 最早的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)源于IBM的SNA 。其他的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)還有DEC的DNA等。由國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組

37、織ISO制定的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是OSI/RM 。實(shí)際中應(yīng)用最廣泛的是TCP/IP體系結(jié)構(gòu) 層次結(jié)構(gòu)方法的優(yōu)點(diǎn)獨(dú)立性強(qiáng)耦合程度低上層只需了解下層通過(guò)層間接口提供什么效勞黑箱方法。適應(yīng)性強(qiáng)只要效勞和接口不變，每層的實(shí)現(xiàn)方法可任意改變。易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)把復(fù)雜的系統(tǒng)分解成假設(shè)干個(gè)涉及范圍小、功能簡(jiǎn)單的子單元：1使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰，實(shí)現(xiàn)、調(diào)試和維護(hù)變得簡(jiǎn)單和容易。2使設(shè)計(jì)人員能專心設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)所關(guān)心的功能模塊。3. 根本概念實(shí)體：任何可以發(fā)送或接收信息的硬件/軟件進(jìn)程。協(xié)議：通信雙方在通信中必須遵守的規(guī)那么。 對(duì)等層：兩個(gè)不同系統(tǒng)的同級(jí)層次。對(duì)等實(shí)體：分別位于不同系統(tǒng)對(duì)等層中的兩個(gè)實(shí)體接口：相鄰兩層之間交

38、互的界面，定義相鄰兩層之間的操作及下層對(duì)上層的效勞。效勞：某一層及其以下各層的一種能力，通過(guò)接口提供應(yīng)其相鄰上層。對(duì)等層通信的實(shí)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)原理禁止不同主機(jī)的對(duì)等層之間進(jìn)行直接通信對(duì)等層通信的實(shí)質(zhì)：1對(duì)等層實(shí)體之間實(shí)現(xiàn)的是虛擬的邏輯通信；2下層向上層提供效勞；3上層依賴下層提供的效勞來(lái)與其他主機(jī)上的對(duì)等層通信；4 實(shí)際通信在最底層完成。 體系結(jié)構(gòu)各層中實(shí)現(xiàn)的主要功能過(guò)失控制使對(duì)等層的通信更加可靠 流量控制控制發(fā)送端的速率，使接收端能來(lái)得及接收分段和重裝發(fā)送端將數(shù)據(jù)塊分成更小的單位，并在接收端重新組合復(fù)用和分用多個(gè)高層的對(duì)等層通信會(huì)話復(fù)用一條低層連接 建立連接和釋放連接通信協(xié)議人際交流的協(xié)

39、議:人類之間 通信協(xié)議:計(jì)算機(jī)之間；網(wǎng)絡(luò)中所有的通信活動(dòng)都是由協(xié)議所控制 協(xié)議：定義網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文的格式、順序以及當(dāng)傳送和接收消息時(shí)應(yīng)采取的行動(dòng)。語(yǔ)義、語(yǔ)法和時(shí)序通信協(xié)議三要素：語(yǔ)義、語(yǔ)法、時(shí)序協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，對(duì)等層之間交換的信息報(bào)文統(tǒng)稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元Protocol Data Unit，PDU。傳輸層及以下各層的PDU另外還有各自特定的名稱：傳輸層段Segment 網(wǎng)絡(luò)層分組/包Packet數(shù)據(jù)鏈路層幀F(xiàn)rame物理層比特BitPDU由協(xié)議控制信息協(xié)議頭和數(shù)據(jù)SDU組成:3.2 七層網(wǎng)絡(luò)參考模型物理層Physical LayerOSI模型的最底層，描述物理設(shè)備之間

40、的接口。效勞：串行和并行主要的功能：1實(shí)現(xiàn)實(shí)體之間按位的傳輸，并保證傳輸?shù)恼_性。2監(jiān)督電磁型號(hào)的轉(zhuǎn)換與傳輸過(guò)程。3完成對(duì)數(shù)據(jù)傳輸物理信道的建立，保持和撤除DTE (Data Terminal Equipment)是指具有一定的數(shù)據(jù)處理能力以及收發(fā)能力的數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)備、終端設(shè)備或計(jì)算機(jī)等終端裝置。 DCE(Data Communication Equipment) 是指自動(dòng)呼叫應(yīng)答設(shè)備、交換機(jī)以及其他一些中間裝置的集合,其作用就是在DTE和傳輸線路之間提供信號(hào)變換和編碼的功能，并且負(fù)責(zé)建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路連接。 數(shù)據(jù)鏈路層Data Link Layer數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型中的第二

41、層，介乎于物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間數(shù)據(jù)鏈路層是對(duì)物理層傳輸原始比特流的功能的加強(qiáng)，將物理層提供的可能出錯(cuò)的物理連接改造成為邏輯上無(wú)過(guò)失的數(shù)據(jù)鏈路，使之對(duì)網(wǎng)絡(luò)層表現(xiàn)為一無(wú)過(guò)失的線路。數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議：面向字符的：1、數(shù)據(jù)以字符為單位傳輸，用控制字符控制通信 2、IBM的BSC規(guī)程面向比特的：1、數(shù)據(jù)以位為單位傳輸，用幀中的控制字段控制通信 2、ISO的HDLC規(guī)程共享信道問(wèn)題(LAN or Wireless)：如何控制對(duì)共享信道的訪問(wèn)？1、將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為邏輯鏈路控制(Logical Link Control, LLC)和介質(zhì)訪問(wèn)控制(Media Access Control, MAC)兩個(gè)子層，由

42、MAC子層解決共享介質(zhì)訪問(wèn)控制問(wèn)題。LAN使用的兩種主要介質(zhì)訪問(wèn)控制方法：1、CSMA/CDCarry Sense Multiple Access With Collision Detect2、TOKEN PASSINGHDLC(高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制) HDLC的特性：透明傳輸 、可靠性高、傳輸效率高 、靈活性高 HDLC是面向比特協(xié)議 2、采用比特填充技術(shù) 3、根據(jù)特定用途選擇一個(gè)子集 站的類型：主站：負(fù)責(zé)控制整個(gè)鏈路的操作。從站：從主站的控制下進(jìn)行操作。組合站：組合了主站和從站兩種特性鏈路結(jié)構(gòu) 非平衡型：由一個(gè)主站和假設(shè)干個(gè)從站組成。 平衡型：由兩個(gè)組合站組成。HDLC根本內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)層主要的功能

43、：路由選擇及其算法，如何在多條通信路徑中找一條最正確路徑？依據(jù)：速度、 距離(步跳數(shù))、 價(jià)格、 擁塞程度路由器路由表建立與維護(hù)靜態(tài)：人工設(shè)置，只適用于小型網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)：運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況自動(dòng)地動(dòng)態(tài)維護(hù)路由算法建立與維護(hù)路由表的方法距離向量算法：RIP、CGP等鏈路狀態(tài)算法：OSPF等 第4講 局域網(wǎng)4.1 局域網(wǎng)LAN概述1. LAN的特點(diǎn):覆蓋范圍小;房間、建筑物、園區(qū)范圍;距離25km;高傳輸速率10Mb/s1000Mb/s 私有性：自建、自管、自用2. LAN的技術(shù)特征 ：介質(zhì)：UTP、Fiber、COAX；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)邏輯、物理；總線型、星形、環(huán)形、樹(shù)形 介質(zhì)訪問(wèn)方法 CSMA/CD、T

44、oken-passing 信號(hào)傳輸形式 ：基帶、寬帶局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802ISO8802其體系結(jié)構(gòu)只包含了兩個(gè)層次：數(shù)據(jù)鏈路層、物理層數(shù)據(jù)鏈路層又分為邏輯鏈路控制和介質(zhì)訪問(wèn)控制兩個(gè)子層局域網(wǎng)的物理層 功能：1、位流的傳輸；2、同步前序的產(chǎn)生與識(shí)別；3、信號(hào)編碼和譯碼。IEEE802定義了多種物理層，以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)和不同的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層 按功能劃分為兩個(gè)子層：LLC和MAC功能分解的目的：1、將功能中與硬件相關(guān)的局部和與硬件無(wú)關(guān)的局部分開(kāi)，以適應(yīng)不同的傳輸介質(zhì)。2、解決共享信道(如總線)的介質(zhì)訪問(wèn)控制問(wèn)題，使幀的傳輸獨(dú)立于傳輸介質(zhì)和介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。 LLC：

45、與介質(zhì)、拓?fù)錈o(wú)關(guān)； MAC：與介質(zhì)、拓?fù)湎嚓P(guān)。n 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層的特點(diǎn)：1、局域網(wǎng)鏈路支持多路訪問(wèn)，支持成組地址和播送；2、支持介質(zhì)訪問(wèn)控制功能；3、提供某些控制的功能，如多路復(fù)用、流量控制、過(guò)失控制 n MAC子層功能：實(shí)現(xiàn)、維護(hù)MAC協(xié)議，過(guò)失檢測(cè)，尋址。LLC子層功能：向高層提供統(tǒng)一的鏈路訪問(wèn)形式，組幀/拆幀、建立/釋放邏輯連接，過(guò)失控制，幀序號(hào)處理，提供某些網(wǎng)絡(luò)層功能。局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層和高層IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有定義網(wǎng)絡(luò)層和更高層：沒(méi)有路由選擇功能：局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比擬簡(jiǎn)單，一般不需中間轉(zhuǎn)接流量控制、尋址、排序、過(guò)失控制等功能由數(shù)據(jù)鏈路層完成網(wǎng)絡(luò)層和更高層通常由協(xié)議軟件如TCP/IP

46、協(xié)議、IPX/SPX協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。局域網(wǎng)中的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法:1、載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)CSMA/CD2、令牌傳遞Token Passing采用受控訪問(wèn)技術(shù)的分散控制型介質(zhì)訪問(wèn)控制方法根本的CSMA 訪問(wèn)算法 堅(jiān)持退避算法：一. 非堅(jiān)持CSMA 二. 1-堅(jiān)持CSMA 三. P-堅(jiān)持CSMA堅(jiān)持退避算法一. 非堅(jiān)持CSMA 優(yōu)點(diǎn)： 利用隨機(jī)時(shí)間等待來(lái)降低發(fā)生沖突的概率。缺點(diǎn)：可能介質(zhì)利用率較低。二. 1-堅(jiān)持CSMA 優(yōu)點(diǎn)： 提高了非堅(jiān)持算法的利用率。缺點(diǎn)：如果多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)檢查到介質(zhì)空閑，那么沖突不可防止。三. P-堅(jiān)持CSMA 優(yōu)點(diǎn)： 減低了1-堅(jiān)持中發(fā)生沖突的概率，又局部的

47、解決了非堅(jiān)持算法中的利用率問(wèn)題。難點(diǎn)：取一個(gè)適宜的P。CSMA/CD帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn) 用于以太網(wǎng) 工作原理：1、發(fā)送前先監(jiān)聽(tīng)信道是否空閑，假設(shè)空閑那么立即發(fā)送；2、如果信道忙，那么繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)，一旦空閑就立即發(fā)送；3、在發(fā)送過(guò)程中，仍需繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)。假設(shè)監(jiān)聽(tīng)到?jīng)_突，那么立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，然后發(fā)送沖突強(qiáng)化信號(hào)Jam；4、發(fā)送Jam信號(hào)的目的是使所有的站點(diǎn)都能檢測(cè)到?jīng)_突5、等待一段隨機(jī)時(shí)間稱為退避以后，再重新嘗試。歸結(jié)為四句話：發(fā)前先聽(tīng)，空閑即發(fā)送，邊發(fā)邊聽(tīng)，沖突時(shí)退避。CSMA/CD協(xié)議的時(shí)間槽時(shí)間槽能夠檢測(cè)到?jīng)_突的時(shí)間區(qū)間也稱為爭(zhēng)用時(shí)隙或碰撞窗口時(shí)間槽的意義：一個(gè)站點(diǎn)開(kāi)始發(fā)送后，假設(shè)在時(shí)間

48、槽內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到?jīng)_突，那么本次發(fā)送不會(huì)再發(fā)生沖突以太網(wǎng)中，常用的時(shí)間槽傳輸速率為10Mb/s時(shí)，一個(gè)時(shí)間槽內(nèi)可發(fā)送512 bit，即64字節(jié)所以也稱一個(gè)時(shí)間槽長(zhǎng)度為64字節(jié) 。由此可知：1. 沖突只可能在一幀的前64字節(jié)內(nèi)發(fā)生；2. 幀長(zhǎng)度小于64字節(jié)時(shí)，將無(wú)法檢測(cè)出沖突；所以，以太網(wǎng)規(guī)定的最小幀長(zhǎng)度為64字節(jié)3. 長(zhǎng)度小于64字節(jié)的幀碎片幀都是無(wú)效幀。1000M最小幀長(zhǎng)度512字節(jié)、100M最小幀長(zhǎng)度64字節(jié)與時(shí)間槽相關(guān)的幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)參數(shù) 采用CSMA/CD的局域網(wǎng)中，由于時(shí)間槽的限制，傳輸速率R、網(wǎng)絡(luò)跨距S、最小幀長(zhǎng)Fmin三者之間必須滿足一定的關(guān)系： FminkSR k:系數(shù) 退避時(shí)間確實(shí)定退

49、避算法CSMA/CD采用了截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)退避算法算法如下：1. 令根本退避時(shí)間T=2a即時(shí)間槽長(zhǎng)度；2. k=min重傳次數(shù)，10；3. r=在 0, 1, , (2k-1) 中隨機(jī)取一個(gè)數(shù)；4. 退避時(shí)間=rT。最大重傳次數(shù)限定為16，假設(shè)發(fā)送16次仍不成功，那么發(fā)送失敗。CSMA/CD的優(yōu)缺點(diǎn)：1、控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；2、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載輕40以內(nèi)時(shí)，有較好的性能/3、延遲較小4、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載重時(shí)，性能急劇下降，5、沖突數(shù)量增加6、各工作站需要頻繁執(zhí)行重發(fā)操作7、大量的重發(fā)操作反過(guò)來(lái)又使沖突率進(jìn)一步增加8、網(wǎng)絡(luò)延遲增大，延遲時(shí)間不可預(yù)計(jì)非確定性延遲/9、網(wǎng)絡(luò)跨距S不能太大令牌傳遞Token Passi

50、ng主要用于令牌環(huán)網(wǎng) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點(diǎn)到點(diǎn)鏈路連接，構(gòu)成閉合環(huán)MAC地址又稱為物理地址，它是網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的全球唯一的標(biāo)識(shí)符，與其物理位置無(wú)關(guān)。網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口都有一個(gè)MAC地址。一個(gè)站點(diǎn)允許有多個(gè)MAC地址，個(gè)數(shù)取決于該站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)接口的個(gè)數(shù)。網(wǎng)絡(luò)接口的MAC地址可以認(rèn)為就是宿主設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址。以太網(wǎng)的物理層選項(xiàng)與標(biāo)識(shí)方法 ：速率、信號(hào)方式、介質(zhì)類型MAC地址的長(zhǎng)度為6個(gè)字節(jié)，共48位；MAC地址的三種類型：?jiǎn)尾サ刂罚篒/G0多播地址：I/G1播送地址：全1地址，F(xiàn)F-FF-FF-FF-FF-FF操作1、任何站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)都要遵循CSMA/CD協(xié)議；2、每個(gè)站點(diǎn)都可以接收到所有來(lái)自其他站點(diǎn)的數(shù)據(jù)播

51、送信道；3、只有地址與幀的目的地址相同的站點(diǎn)才接收數(shù)據(jù)；4、目的站點(diǎn)將復(fù)制該幀，其他站點(diǎn)那么忽略該幀。MAC地址又稱為物理地址，它是網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的全球唯一的標(biāo)識(shí)符，與其物理位置無(wú)關(guān)。注意：MAC地址是在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行處理，而不是在物理層網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口都有一個(gè)MAC地址。MAC地址大多固化在網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的硬件中一個(gè)站點(diǎn)允許有多個(gè)MAC地址，個(gè)數(shù)取決于該站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)接口的個(gè)數(shù)。例如：安裝有多塊網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)；有多個(gè)以太網(wǎng)接口的路由器。網(wǎng)絡(luò)接口的MAC地址可以認(rèn)為就是宿主設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址。4.4 局域網(wǎng)擴(kuò)展什么情況下需要擴(kuò)展？1、網(wǎng)絡(luò)范圍擴(kuò)大2、更多的站點(diǎn)參加網(wǎng)絡(luò)3、多個(gè)獨(dú)立的局域網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)如何擴(kuò)展？主要

52、在三個(gè)層次上、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層在物理層上進(jìn)行局域網(wǎng)擴(kuò)展 設(shè)備：總線網(wǎng)：中繼器 星形/環(huán)形網(wǎng)：集線器特點(diǎn)：一個(gè)網(wǎng)段上的信號(hào)不加選擇地被復(fù)制到另一個(gè)網(wǎng)段；擴(kuò)展后的網(wǎng)絡(luò)仍是一個(gè)沖突域。優(yōu)缺點(diǎn)：簡(jiǎn)單、本錢(qián)低；網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不能太大；只能互聯(lián)相同類型的網(wǎng)絡(luò) 在數(shù)據(jù)鏈路層上進(jìn)行局域網(wǎng)擴(kuò)展 設(shè)備：網(wǎng)橋、交換機(jī)特點(diǎn)：一個(gè)網(wǎng)段上的幀有條件地被轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)段；擴(kuò)展后的網(wǎng)絡(luò)被網(wǎng)橋/交換機(jī)隔離成多個(gè)沖突域；擴(kuò)展后的網(wǎng)絡(luò)仍是一個(gè)播送域。優(yōu)缺點(diǎn)：沖突被限制在小范圍內(nèi)，甚至可被消除；地域范圍不再受時(shí)間槽的限制；遠(yuǎn)程網(wǎng)橋可將局域網(wǎng)的范圍擴(kuò)展到幾十公里以上轉(zhuǎn)發(fā)速度有所降低；在網(wǎng)絡(luò)層上進(jìn)行局域網(wǎng)擴(kuò)展 設(shè)備：路由器特點(diǎn)：一個(gè)

53、網(wǎng)絡(luò)上的分組有條件地被轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)；擴(kuò)展后的網(wǎng)絡(luò)被路由器分隔成多個(gè)子網(wǎng)。優(yōu)缺點(diǎn)：地域范圍可以任意擴(kuò)展；能根據(jù)最正確路由轉(zhuǎn)發(fā)分組；可以互聯(lián)不同類型的網(wǎng)絡(luò)；轉(zhuǎn)發(fā)速度低，本錢(qián)較高，維護(hù)復(fù)雜。 快速以太網(wǎng)Fast Ethernet，F(xiàn)E 傳輸速率為100Mb/s的以太網(wǎng)，比傳統(tǒng)以太網(wǎng)快10倍，提供了10/100Mb/s自適應(yīng)功能；傳輸介質(zhì)只支持雙絞線和光纖；快速以太網(wǎng)的應(yīng)用：主干連接；需要高帶寬的效勞器和高性能工作站；網(wǎng)絡(luò)效勞器、圖形工作站、工程工作站、網(wǎng)管工作站；向桌面系統(tǒng)普及 廣域網(wǎng) 廣域網(wǎng)的根本概念 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的動(dòng)力：更大范圍的資源共享 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：HOST-LAN、LANLAN/WAN網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

54、層次從網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次觀點(diǎn)來(lái)考察，廣域網(wǎng)可在四個(gè)層次上觀察：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、網(wǎng)絡(luò)層以上。廣域網(wǎng)的歸納 ：物理層：使用中繼器或集線器在不同的電纜段之間復(fù)制位信號(hào)，無(wú)尋址功能；數(shù)據(jù)鏈路層：使用網(wǎng)橋或交換機(jī)在局域網(wǎng)之間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，用MAC地址尋址；網(wǎng)絡(luò)層：使用路由器在不同的網(wǎng)絡(luò)之間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)分組，用IP地址尋址；傳輸層及應(yīng)用層：使用網(wǎng)關(guān)提供更高層次的互連，用端口號(hào)或其他特定標(biāo)識(shí)尋址。網(wǎng)際協(xié)議IPInternet ProtocolIP是因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層中最重要的協(xié)議。1、提供數(shù)據(jù)報(bào)Datagram的投遞效勞主機(jī)到主機(jī)。2、在不同的數(shù)據(jù)鏈路層上進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作IP的數(shù)據(jù)報(bào)投遞效勞是非連接的，不可靠的a、 非連接:數(shù)據(jù)報(bào)之間沒(méi)有相互的依賴關(guān)系；不能保證報(bào)文的有序投遞。b、 不可靠：數(shù)據(jù)報(bào)的投遞沒(méi)有任何品質(zhì)保證QoS，數(shù)據(jù)報(bào)可能被正確投遞，可能被丟棄。IP地址 IP地址包括2個(gè)局部: 1、網(wǎng)絡(luò)地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)2、主機(jī)地址主機(jī)號(hào) 劃分子網(wǎng)為什么要?jiǎng)澐肿泳W(wǎng)？1、IP分類不合理， 2、每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都指定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址將使路由表太大3、兩級(jí)IP地址不夠靈活劃分子網(wǎng)Subnetti