通信网络基础3.ppt

第三部分 网络控制理论 Electric InformationCollege HunanUniversity 第7章通信网络的传输系统 7 1数据通信网络连接 数据通信的传输系统点到点数据链路 专用线路 点到多点数据链路数据通信网络都使用点到点通信不现实设备相距太远大批设备需要的连接线难以估量 全连通结构中N个节点需要N N 1 2条线路 采用通信网络是实用的解决方案 7 2网络连接的术语 节点 node 网络中通信线路连接的计算机和交换机线路 line 节点间通信的物理连接链路 link 建立在相邻节点物理连接上的逻辑信道电路 circuit 源站点与目的站点之间建立的传输通路交换 switching 交换节点建立 保持和改变数据传输通路的过程路由选择 routing 交换技术中选择传输路径的功能端节点 位于网络边缘连接源或目的站点的交换设备路由节点 网络中间的交换设备传输中继 传输网接入线 接入网 通信网相关术语图示 电路 端局 链路 链路 链路 链路 链路 链路 传输中继 传输中继 接入中继 接入线 链路 端局 中心局 网络 发送端 接收端 发送端与接收端 发送端是信息产生与发送的设备 包括通信模型中的整个信源以及发送器的部分变换功能 常用的信源有电话 数据终端 主计算机系统和视频摄像机 接收端指用来接受信息的目的地设备 包括通信模型中的整个信宿以及接收器的部分逆变换功能 常用的信宿有电话 数据终端 主计算机系统和视频显示器 除无线广播和电视等单向传输外 发送和接收通常是双向的 7 2网络连接的术语 7 3电路 电路是通过已有媒介建立的发送端与接收端之间 或者网络中任两点或多点之间的端到端的信息传输通路 电路一般指一条物理线路上的一个逻辑连接 电路这一术语在不同的特定场合 可以与通路 链路 线路和信道等术语互换使用 接入电路是从用户到电信公司网络的电路 传输电路用于网络中或网络之间的长途传输 单工电路单向传输双工电路双向传输 双向不能同时传输 半双工双向可以同时传输 全双工二线电路通过相同物理线路双向传输四线电路通过独立的物理线路双向传输 7 3电路 交换电路在电路交换网络中灵活地通过一台或多台中间交换设备临时建立的电路连接虚电路在分组交换网络中由软件路由表定义的端到端的数据分组传输通路 它是逻辑上而非物理上的电路永久虚电路 PVC 长期定义在路由表中的逻辑电路交换虚电路 SVC 在要求通信时据网络状况选择最佳路径而临时建立在路由表中的逻辑电路 7 4链路 链路是通过已有的媒介建立的直接相连的两点间的点到点信息传输通路 是端到端电路的组成部分 一条电路既可能包含着多段链路 也可能只包含单段链路 如计算机与打印机之间的电路就只含有一段链路 上图中数据终端到主计算机之间的这条电路就包含着多条链路 链路这一术语有时也可和线路或电路互换使用 如计算机与打印机之间的点到点连接就可互换这些术语 7 5线路 线路是通过已有媒介建立的网络中任意两点或多点间的物理连接 包括传输媒介及通信装置与接口 这种物理连接可以是端到端或点到点的连接 接入线连接用户设备到网络的这段线路中继线是指能提供汇接和多路复接能力 实现多个用户共享的一段线路接入中继终端到交换点的中继线传输中继交换点到交换点之间的中继线中继线是有方向的 可以是单向出中继 单向入中继或双向中继 7 5信道 在正式标准术语中 信道是指发送器与接收器之间的单向连接 即单向电路或信息传输通路 在一般用法中 信道是在物理电路上用于支持单一会话的逻辑连接 可以用某种方式构成物理电路 以支持一个或多个逻辑对话 7 6交换 交换设备建立 保持和改变物理电路上的逻辑连接 用户小交换机 PBX 和中心交换机 CO或COE 提供电路交换功能 电路交换按要求在可用状态下建立电路之间或链路之间的连接 电路交换虽然研制的初衷是支持语音通信的 但它可以支持数据等任何形式信息的传输 分组交换 帧交换和信元交换在较先进的网络中发展起来 主要支持数据和图像传输 端局交换机位于网络边缘 用户通过接入链路接入到端局交换机中心交换机也称汇接交换机 是一种高容量的交换机 位于网络中心 用于互联端局交换机 7 7线路配置 指两个或以上的通信设备连接到链路的方式 链路是数据从一个设备传输到另一设备的物理路径1 点到点连接两个设备之间的专用链路 整个信道容量都用于两个设备之间的传输 如计算机互连 微波 卫星 红外遥控器等2 多点连接两个以上的设备共享一条链路的线路配置方法 信道容量通过时分或空分共享 7 7线路配置 链路 点到点连接 链路 多点连接 7 8拓扑结构 网络链路物理或逻辑的安排方式共有五种可能的基本网络拓扑 网状 星形 树形 总线型 环形 7 8拓扑结构 网状拓扑 网状拓扑每一设备都与其他设备有一条专用链路组成 n个设备共有n n 1 2根连线 7 8拓扑结构 网状拓扑 优点使用专用链路使得设备之间的数据负载由专门链路承担 避免了共享链路间的交通量问题网络拓扑具有健壮性 当一条链路不可用时 并不会使整个网络瘫痪具有私有性和安全性 物理边界防止预期接收者外的其他用户获取信息故障检测和故障隔离十分容易缺点 所需电缆及设备输入输出口数量巨大 引起的问题有安装和重新配置十分困难安装空间可能不够 因为大捆电缆 硬件开销 接头与电缆 很高 拓扑结构 星形拓扑 星形拓扑 集线器 星形拓扑结构 拓扑结构 星形拓扑 每个设备只与称为集线器的中心控制器有点到点的专用链路 星形拓扑不允许设备之间直接通信 控制器如交换机 通信过程为 源设备将数据发到控制器 再由控制器将数据转发目的设备 优点 与网状拓扑比较 经济 连线与输入 输出口均为一个 安装与重新配置容易具有健壮性 拓扑结构 树形拓扑 星形拓扑的变体 如图所示 设备可先接到次级集线器 再由次级集线器连到中央集线器 中央集线器 有源 内含重发器 在发送接收的比特之前对其进行再生的硬件 信号重发器增强了信号的传输能力并延长了信号的发送者与接收者之间的有效传输距离 次级集线器 可以是有源或无源优缺点 与星形拓扑类似 拓扑结构 树形拓扑 集线器 集线器 集线器 集线器 拓扑结构 总线形拓扑 由一条长电缆组成的主干和连接在上面的网络设备组成 为多点连接模式优点易安装性使用电缆少缺点故障隔离和重新配置困难总线上的故障或断裂会终止所有传输 拓扑结构 总线形拓扑 电缆头 电缆头 抽头 抽头 总线式拓扑 拓扑结构 环形拓扑 每个设备只与两侧的两个设备有专用的点对点连接 信号在环中从一个设备到另一个设备单向传输 直到到达目的环为止 每个设备均有一个重发器 当设备接收到一个要传送到另一个设备的信号时 重发器时此比特再生并将其发送出去 优点比较容易安装和重新配置 电缆用量少 故障易隔离缺点环中的一个故障就能使网络瘫痪解决办法引入双环或对故障环进行傍路 用开关 拓扑结构 环形拓扑 环形拓扑 拓扑结构 混合型拓扑 将几个采用不同拓扑结构的子网在一个更大的拓扑中结合在一起 集线器 环形拓扑 集线器 7 9数据通信网络 网络是工作在一起用于支持信息传输的各台设备单元构成的集合 广义地讲 网络包括从发送器到接收器之间的所有设备所有链路和所有相关的交换机以及其它中间设备广域网常被描述成云状这起源于20世纪70年代推广数据通信网的活动意指网络内部结构和特性像云一样千变万化 其中的工作情况像云一样模模糊糊难以看见云表达了一种网络的透明性概念 数据简单地从网络一端进去 又从网络的另一端出来 7 9数据通信网络 构成数据通信网的基本要素数据终端设备 DTE DataTerminalEquipment 数据通信设备 DCE DataCommunicationEquipment 交换设备传输链路数据通信网是这样一种系统 在一定范围内以数据通信设备与交换设备为点 以传输链路为线 点线按一定顺序相连 将地理分散的数据终端设备连接起来 可以完成用户间多对多的数据通信 计算机通信网以独立自治的计算机为数据终端设备的数据通信网络计算机通信网是目前数据通信最主要的表现形式由两级子网构成 以计算机通信网为通信子网 以网络连接的计算机提供的硬软件资源为资源子网以数据通信为手段 以资源共享为目的数据交换 资源共享 分布处理 信息服务是计算机网络主要功能网络操作系统是计算机网络有别于计算机通信网的主要标志多媒体网络多媒体计算机网络数据通信网 电话网 有线电视网的融合 7 9数据通信网络 简化的网络模型 交换式网络 广播式网络 7 10数据通信网的类型 根据所采用的传输技术的不同 数据通信网可分为交换式网络电路交换存储 转发 报文交换 分组交换 帧中继信元中继广播式网络有线信道 总线型 环型 无线信道 微波 卫星 7 10数据通信网的类型 根据网络规模及所覆盖地域范围大小 计算机网络可分为局域网PAN PersonalAreaNetwork 个人区域网 LAN LocalAreaNetwork 局域网 SAN StorageAreaNetwork 存储区域网 CAN CampusAreaNetwork 园区网 校园网 城域网MAN MetropolitanAreaNetwork广域网WAN WideAreaNetwork 广域网 GAN GlobalAreaNetwork 全球区域网 7 10 1局域网 LAN 覆盖的地理范围较小楼宇或小的园区局域网及其连接的设备通常属于同一组织数据速率很高常选用广播式网络目前引入了某些交换系统和ATM LocalAreanetwork BackboneNetwork CampusAreaNetwork MetropolitanAreaNetwork 7 10 2城域网 MAN 7 10 3广域网 WAN 覆盖的地理范围很大跨越公共信道部分依赖共享的载波电路可以选用的交换技术CircuitswitchingPacketswitchingFramerelayAsynchronousTransferMode ATM WideAreaNetwork Internet Router Gateway 7 11协议与体系结构 通信实体能够发送与接收信息的任何事物 如应用程序 浏览器 电子邮件软件 一个系统可包含一个或多个实体的物理对象协议控制数据通信的一组规则 定义了通信内容是什么 通信如何进行以及何时进行 关键要素是语法 语义和时序语法 数据的结构和格式 数据表示的顺序 如比特定义 帧格式等语义 指比特流的每一部分的含义 如一个特定的比特流该如何理解时序 包括两个方面的特性 数据何时发送以及以多快的速率发送 7 11协议与体系结构 七层结构物理层 Physical 数据链路层 DataLink 网络层 Network 传输层 Transport 会话层 Session 表示层 Presentation 应用层 Application LOW HIGH 7 11协议与体系结构 对等过程每一层直接调用下层提供的服务通信由一系列规则和约定控制 称协议物理层 通信直接发生 更高层次中 必须由上层传到下层 再传到接收方 再从下层传到上层 中继节点 中继节点 7 11网络体系结构 对等过程 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 对等协议第7层 对等协议第6层 对等协议第5层 对等协议第4层 3 3 3 2 2 2 1 1 1 7 6接口 6 5接口 6 5接口 7 6接口 2 1接口 3 2接口 4 3接口 5 4接口 4 3接口 3 2接口 2 1接口 5 4接口 物理通信 7 11网络体系结构 对等过程 层间接口发送端信息由高层向低层传递 接收端信息由低层向高层传递 通过相邻两层间接口实现 每层接口定义了该层向上层提供的信息和服务 层次组织第一 二 三层为网络支持层 处理一个设备到另一个设备数据传输的物理方面问题 如电特性 物理连接 物理寻址 传输时序及可靠性 第五 六 七层为用户支持层 允许不相关软件系统间的相互操作第四层 即传输层 将这两个功能组连接起来 并保证下层传输来的数据以上层能识别的形式传送级上一层使用 7 11网络体系结构 对等过程 OSI高层通常通过软件实现 而低层通常是硬件和软件的复合体 物理层通常由硬件组成OSI层次的整体结构中 整个过程从第七层开始 然后一层一层向下移动 在每一层报文头信息被加到数据中 在第二层 同时还加上尾部信息 当格式化的数据单元经过物理层时 它被转换为电磁信号并在物理链路上传输到这目的地 信号进入第一层并被转换成数字信号形式 然后 数据单元反向穿过OSI各层 当每一块数据到达下一个更高层时 发送端所对应的层次加的报文头和尾部就被提取 并执行该层相应动作 在数据达到第七层时 消息又回到应用层的格式并可以为接收者应用 7thDATA 6thDATA 5thDATA 4thDATA 3thDATA 2ndDATA 7thDATA 6thDATA 5thDATA 4thDATA 3rdDATA 2ndDATA 6Layerhead 5Layerhead 4Layerhead 3Lhead 2Lhead 2LTail Binarycode Binarycode Transmit Receive 使用OSI模型的传输过程 7Layer 7 12各层功能 物理层 传输比特流定义了基本连接的机械和电气特性 包括将两个节点连接在网络上的电缆 连接口及信号选项等应考虑的问题线路配置 设备如何连接 线路共享还是专用 线路可用否 数据通信模式 传输流向是单向 双向 拓扑结构 网络设备安置 数据传输模式信号 在信息传输中何种信号是有用的编码 数据如何通过信号表示接口 相邻设备之间如何共享数据 共享数据的最有效方法是什么 媒介 数据传输的物理环境 7 12各层功能 数据链路层 功能 将数据单元 比特组 无差错地从一个站点送达下一个相邻站点 负责流控和错误检测具体责任点到点传递寻址 最近节点收下一个节点的物理地址访问控制 决定链路控制权设备流控 为防止接收方过载 约束一次可发送的数据量错误处理 通常通过重发机制来实现错误恢复同步数据帧头部含有特殊的比特位提示接收方有数据帧到达 7 12各层功能 数据链路层 10 28 52 65 87 87 10 目的地址 源地址 尾部 7 12各层功能 网络层 负责数据包经过多条链路 由信息源到信息宿 端到端 的传递过程 保证每个数据包能够成功和有效率地从出发点到达目的地网络层提供两种服务 交换与路由 具体任务 源到宿的传递通过多条网络连接将一个数据包从他的起点尽力传输到目的点逻辑寻址在包的头部加入源和宿的地址信息路由决定数据包在多条路径中该选择哪一条地址转换将逻辑地址翻译成对应的物理地址复用使用同一条物理线路同时传输多个设备间的数据 7 12各层功能 传输层 负责整个消息从信源到信宿 端到端 的传递过程 保证整个消息无差错 按顺序到达目的 并在信源到信宿的层次上进行差错控制和流量控制 指从计算机一个特定的程序传递到另一个特定的程序具体任务包括端到端消息传递在传输终点监管一个消息中所有数据包的传输和到达服务点寻址在一台运行多道程序的计算机上 保证消息被传递到正确的程序拆分与组装将信息分为可传输的片段 并给片段编号 传输层可在接收端重新组装 编号也可用电识别和替换传输中丢失或出错的包连接控制决定是否通过一等单独路径传送所有的数据包 7 12各层功能 会话层 是网络对话控制器 建立 维护和同步通信设备之间的交互操作 保证每次会话都正常关闭而不会突然断开 使用户被挂在一旁具体任务是 会话管理通过引入检查点将一次会话分为多个子会话过程 并将长的消息分解为短一些便于传输的 被称为对话单元的数据块同步以何种顺序将对话单之传到传输层 以及在传输过程中哪一点需接收端确认对话控制决定哪一方在何时发送的机制优雅关闭保证在会话结束前 数据交换己经正确完成 7 12各层功能 表示层 作用 保证通信设备之间的互操作性功能 使两台内部数据表示结构不同的计算机 如编码相异 能实现通信具体任务 翻译即格式转换加密为安全性对数据进行加密解密压缩通过数据压缩解压缩技术使传输更有效安全性验证口令和登录码 7 12各层功能 应用层 作用 使用户可以访问网络功能 为用户提供接口 为诸如电子邮件 远程文件访问和传输 共享数据库管理及其他分布信息服务提供支持具体服务 网络虚拟终端物理终端的软件版本 一个虚拟终端允许登录到一台远程主机上文件访问 传输和管理允许远程计算机上的个用户访问另一台主机上的文件 邮件服务提供电子邮件存储转发的基础目录服务提供分布式数据库资源以及对不同对象服务的全局信息访问 各层功能总结 Application Presentation Session Transport Network DataLink Physical 允许访问网络资源 翻译 加密和压缩数据 建立 管理以及终止会话 提供端到端的可靠消息传递和错误恢复 负责数据包从源到宿的传递和网际互连 数据帧的构成及点到点的传递 通过媒介传输比特 确定机械及电气特性 第8章物理层控制规程 并行传输 字符编码的各个比特同时传输特点 一个比特时间内可传输一个字符 传输速度快 每个比特传输要求一个单独的信道支持 通信成本高 远距离传输时 可靠性较低 串行传输 将组成字符的各个比特串行地发往线路特点 传输速度低 一次一个比特 通信成本较低 只需一个信道 8 1传输方式 8 1传输方式 有三种模式 单工 半双工 全双工定义依据 两个相互连接的设备之间信号流动方向单工模式通信是单向进行半双工模式每个站点都能发送和接收 但不能同时进行 当一个设备状送时 另一个设备接收 反之亦然全双工模式两个站都可以进行数据发送与接收要求 链路具有两条物理上独立的传输路径 或者同时传输两个方向的信号将带宽一分为二 8 1传输方式 数据流向 第1次数据流向 第2次数据流向 数据流向 单工模式 半双工模式 全双工模式 同步技术概念目的是使接收端与发送端在时间基准上一致 包括开始时间 位边界 重复频率等 保证接收方在时间上与发送方取得同步 以便能够正确地识别和接收发送方发来的数据 有以下几种种同步方法 位同步 字符同步 帧同步及网同步 8 2同步技术 同步传输 以多个字符或者多个比特组合成的数据块为单位进行传输 利用独特的同步模式来限定数据块 达到同步接收的目的 发送 同步符号 数据块 同步符号接收 遇到同步符号 开始接收数据 直到结束符号为止 同步符号 标识数据块的开始和结束可能问题 假同步 数据块中含有与同步符号相同的内容解决方法 增加匹配同步符号的难度SYN SYN G H B A SYN D E SYN SYN传输方向 8 2同步技术 异步传输特点 每次传输一个字符 8bit 都加上起始位和终止位 字符内部的各个比特采用固定的时间模式 每个字符独立传输 字符之间间隔任意 用独特的起始位和终止位来限定每个字符 传输效率较低 8 2同步技术 8 2同步技术 1 位同步 目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步 有下面两种方式 外同步 发送端发送数据时同时发送同步时钟信号 接收方用同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率 自同步 通过特殊编码 如曼彻斯特编码 这些数据编码信号包含了同步信号 接收方从中提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率 8 2同步技术 2 字符同步 以字符为边界实现字符的同步接收 也称为起止式或异步制 每个字符的传输需要 1个起始位 5 8个数据位 1 1 5 2个停止位 字符同步的性能评估 频率的漂移不会积累 每个字符开始时都会重新同步 每两个字符之间的间隔时间不固定 增加了辅助位 所以效率低 例如 采用1个起始位 8个数据位 2个停止位时 其效率为8 11 72 8 2同步技术 3 帧同步 识别一个帧的起始和结束 帧 Frame 数据链路中的传输单位 包含数据和控制信息的数据块 面向字符的 以同步字符 SYN 16H 来标识一个帧的开始 适用于数据为字符类型的帧 面向比特的 以特殊位序列 7EH 即01111110 来标识一个帧的开始 适用于任意数据类型的帧 8 2同步技术 3 网同步 8 3传输信道 传输信道就是连接两地用户之间的传输线路 通常传输线路分为专用线路与交换线路 专用线路用于用户之间的永久性连接 可以是点对点连接 也可以是多点连接 交换线路是通过网络交换来连接的 它不是永久性连接 8 3 1信道复用技术 是指多个信道通过一条数据链路传输典型构造 复用器 解复用器 通道 通路 一条通路三个通道 Path Channel 8 3 2复用类型 复用类型 频分复用 FDM 时分复用 TDM 每个发送设备产生的信号被复用到不用的载波频率 调制后的信号再组成一个可以通过链路传输的复合信号 在链路带宽大于所有要传输信号带宽之和时使用 将物理信道按时间分成时间片 轮流分配给多个信源来使用 传输媒体的数据速率大于发送和接收设备所需的数据速率时可采用时分复用分同步时分复用和异步时分复用 8 3 2复用类型 频分复用 FDM 复用 Transmit 调制 调制 调制 f1 f2 f3 f1 f3 f2 复用器 Transmit 8 3 2复用类型 频分复用 FDM FDM解复用 滤波器 滤波器 滤波器 解调 解调 解调 f1 f2 f3 FDM解复用 8 3 2复用类型 时分复用 TDM 同步时分复用 输入线路5 每帧时间片5 帧1 帧N 帧2 复用器 8 3 2复用类型 时分复用 TDM 帧 时间片组成帧 一帧由一个时间片的完整循环组成 包括分配给每个设备的一个或多个时间片以及帧定位比特 交织 同步时分复用可以比作快速旋转开关 开关以固定速率和固定顺序在设备间轮转 这个过程称交织 交织可以以比特 字节或任何其他数据单元进行帧定位比特 每位开始所加的一个或多个同步比特在TDM中 从N个设备来的信号互相交织 形成一帧数据 以比特 字节或其他数据单元交织 每帧报文头要加上一个比特用于同步每帧至少含有每个设备的一个专用时间片 SLOT 每个设备向帧内发送数据的顺序是固定的 如果某个设备无数据要发送 对应时间片为空 8 3 2复用类型 时分复用 TDM 异步时分复用异步TMD中 帧内时间片的顺序依赖于那些设备有数据待发送异步TMD中 每个时间片中都加入地址信息寻址需要增加额外的开销变长时间片可以通过改变时间片长度来容纳不同数据速率的流量 8 3 2复用类型 反复用 将来自高速线路的数据流分割到多条低速率链路上 1 2 3 n 2 3 n 1 n 3 2 1 复用器 解复用 反复用 解反复用 复用 反复用 传输媒体 导向媒体 非导向媒体 8 4传输媒体 8 4 1导向媒体 双绞线电缆 两类 非屏蔽和屏蔽非屏蔽双绞线 UTP 电缆最常用的传输媒体 由两条包着绝缘材料的导体构成EIA定义了按质量划分的等级标准 共5类 1是最低挡 5类最高通过RJ45连接器 俗称水晶头 连接屏蔽双绞线 STP 电缆比UTP多一个屏蔽层 8 4 1导向媒体 双绞线电缆 8 4 1导向媒体 同轴电缆 标准 同轴电缆连接器 卡销式网络连接器 BNC 和T形连接器 在细缆以太网中使用 8 4 1导向媒体 光纤 光纤的优点噪声抑制更小的信号衰减传输距离比其他有向媒体远得多 信号可不经再生传输几英里更高的带宽可支持极高的带宽 在光缆上传输的数据速率和波特率并不受媒体本身限制 而是受现有的信号产生和接收技术的限制光纤的缺点费用光缆 激光光源是很昂贵的安装 维护专业性 精密性脆弱性光纤比导线更易断裂 不适用于移动性较高的环境 8 4 2非导向媒体 不使用物理导体传输电磁波 而是将信号从空气广播出去 从而任何一个具有接收设备的人都能接收它 主要技术 微波 红外线 激光 8 4 2非导向媒体 无线电波段分配及传播模式 无向媒体 无线电波的传播 第9章链路层控制规程 链路控制功能包括 线路规程 流量控制 错误控制 决定现在该谁发送 可以发送多少数据 如何纠错 9 1链路控制的基本概念 9 2线路规程 询问 应答模式 ENQ ACK 在传输中不会存在错误的接收方的系统中使用 点到点方式 询问 应答 传输结束 数据 应答 A站点 B站点 询问 应答 ENQ ACK 线路规程 9 2线路规程 轮询 选择模式多点线路规程主设备控制线路 从设备遵从其指令通过地址识别设备主设备有数据发送时采用选择模式主设备请求从设备进行传输时用轮询方式终止信息交互的方法有两种从设备送完数据帧后 发一个传输结束帧 EOT 主设备发时间到信息 选择帧 应答帧 数据 应答帧 主设备 从设备A D C B 多点选择 轮询 否定应答 数据 轮询 主设备 从设备A C B 轮询 否定应答帧 应答帧 多点轮询 9 3流量控制 为一组过程 用来限制在等待应答前流过链路的数据量停等协议发送一帧后就等待一个应答帧 只有收到应答帧后才发下一帧 发完时 发送方发一个结束帧 EOT 停等协议优点 简单 缺点 效率低 数据帧 应答帧 数据帧 应答帧 数据帧 应答帧 传输结束帧 发送方 接收方 时间 时间 停等协议 9 3流量控制 滑动窗协议一次可发送多个帧帧以模n方式标号 0 1 n 1 发送窗口与接收窗口大小必须小于n 1 接收方收到帧后 发一个应答帧 应答帧中包含期望接收的下一帧标号 9 3流量控制 发送窗口开始时窗口有n 1帧 数据发送 窗口从左面收缩 当应答来到 窗口向右方扩张 1 2 3 4 6 5 7 0 1 0 2 5 3 4 发送一帧 向左移一帧 接收到应答帧 边界右移 等于最后一次编号与本次编号差 模n 若无应答帧 窗口最后变为0 此时发送方停止发送 9 3流量控制 接收窗口接收到数据帧时 窗口从左面收缩 发送应答帧时 窗口向右扩展 1 2 3 4 6 5 7 0 1 0 2 5 3 4 接收到一帧 边框右移一帧 发送一个ACK 右移 距离为最后一次ACK编号与本次编号的差 模n 协议是指实现某个任务而制订的一套规则或规定 在数据通信中 协议是用来实现OSI模型中一组规范或规则 数据链路协议是实现数据链路层的一组规范 数据链路协议分两类 异步协议 同步协议 9 4链路控制协议 9 5异步协议 异步协议主要用于调制解调器中 它引入了起始位和停止位以及字符之间的可变长度的空隙 异步协议包括 XMODEM ZMODEM Kermit YMODEM BLAST 9 5异步协议 XMODEM协议 实现计算机之间的电话线通信的一种文件传输协议 是一个半双工的停等ARQ协议 帧格式及各域如下 SOH CRC 报文头 数据 128bytes XMODEM协议帧格式 9 5异步协议 XMODEM协议 XMODEM协议中 每个字符都包括起始位和停止位 字符被空隙所分隔 报文头有两个字节 序号和它的反码 传输协议通过接收方向发送方发送一个否定应答帧 NAK 开始传输 后面操作按停等协议 取消传输发取消帧 CAN 9 5异步协议 YMODEM协议 类似于XMODEM协议 主要不同点为 数据单元长度为1024字节取消传输要发送两个取消帧 CAN 错误校验采用ITU T的CRC 16标准可以同时传输多个文件 9 5异步协议 ZMODEM协议将XMODEM和YMODEM性能结合在一起的新协议阻塞异步传输 BLAST 协议采用滑动窗口流量控制的全双工协议 允许进行数据和二进制文件传输 Kermit协议文件传输协议 协议操作方面与XMODEM协议类似 区别是允许将控制字符当作文本传输 9 6同步协议 同步协议 面向字符的协议 面向比特的协议 帧或包被看作一系列字符 帧或包被看作一系列比特 9 7面向字符的协议 IBM公司的二进制同步传输协议 BSC 二进制同步通信协议规范了采用停等ARQ的半双工传输 不支持全双工传输和滑动窗协议 包括 控制字符 ASCII码 9 7面向字符的协议 BSC协议帧 包括数据帧和控制帧数据帧 同步字符 同步字符 数据 数据 文本开始符 数据 文本结束符 块校验计数域 简单BSC数据帧 9 7面向字符的协议 BSC报文头数据帧 报文头数据帧SOH 报文头开始符 之后和STX 文本开始符 之前的部分 称报文头 其作用是包含接收和发送设备地址 ARQ协议识别帧所必须的帧序号等 同步字符 同步字符 SOH 文本结束符 报文头 STX 数据 块校验计数域 报文头数据帧 9 7面向字符的协议 多块帧 多块帧帧长度增加 文本块出错的概率增加 帧中比特数越多 传输中发生错误的概率越大 并且出现多个互相抵消的错误而使错误检测变得困难的可能性越大 解决办法是分块传送 一个多块帧如图所示 SYN SOH IBT 报文头 STX DATA BCC EOT STX DATA BCC SYN 块 块 多块帧 9 7面向字符的协议 多帧传输 多帧传输目的是解决长文本传输问题 发送方以多个帧传递一个消息 SYN SOH IBT 报文头 STX DATA BCC SYN IBT STX DATA BCC SYN SYN 对1帧的应答 SYN SOH IBT 报文头 STX DATA BCC SYN IBT STX DATA BCC SYN SYN 对0帧的应答 SYN SOH IBT 报文头 STX DATA BCC SYN EOT STX DATA BCC SYN SYN 对1帧的应答 除最后一帧外都是块传输结束符 最后一帧为文本结束符 多帧传输 9 7面向字符的协议 控制帧 控制帧一个设备用来向另一个设备发送命令或索取信息的消息 控制帧为三种目的服务 建立连接 维护流量与错误控制 终止连接 BSC协议控制帧的基本格式 SYN SYN BCC 其他控制字符 SYN SYN ENQ SYN SYN ENQ PoolingAddress SYN SYN ENQ SelectingAddress SYN SYN ACK0 SYN SYN NAK SYN SYN EOT 查询点对点连接请求 轮询主设备轮询从设备 选择主设备选择从设备 选择或查询的肯定应答 准备好接收 选择或查询的否定应答 未准备好接收 对轮询的否定响应 未准备好发送 连接建立 SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN 对奇数帧的肯定应答 接收了1帧 对偶数帧的肯定应答 对偶数帧的否定应答 等待并应答 对前一帧的应答及不能继续接收 反向中断 请求中断发送 暂时延迟 暂时延迟 但不撤除连接 流量及错误控制 ACK0 ACK1 WACK RVI TTD NAK0 SYN SYN EOT 传输结束 站结束发送数据 连接终止 9 8面向比特的协议 面向比特的协议主要有 同步数据链路控制协议 SDLC IBM提出高级数据链路控制协议 HDLC ISO提出链路访问协议 LAPs 包括LAPB协议 LAPD协议 LAPM协议 LAPX协议等 ITU T基于HDLC协议开发出来的协议局域网访问控制协议 所有面向比特的协议都与HDLC协议有关 HDLC协议支持点到点和多点配置下的半双工和全双工模式 9 8面向比特的协议 HDLC协议 高级数据链路控制 HDLC 协议站点类型 HDLC协议站点 主站点 从站点 复合站点 发送命令 作出响应 既发送命令也进行响应 9 8面向比特的协议 HDLC协议 配置指链路上硬件设备的关系 设备可以按主从方式或对等方式组织 配置方式 非平衡式 对称式 平衡式 也称主从配置 是一个设备为主设备 另外的设备为从设备 链路上每个物理站点都有两个逻辑站点 一个是主站点 一个是从站点 点到点的拓扑中两个站点都是复合型的 站点之间由一条链路连接 链路可由任一方控制 响应 响应 命令 命令 命令 响应 响应 命令 响应 命令 响应 主站点 主站点 从站点 从站点 对称式 非平衡式 平衡式 复合站点 复合站点 9 8面向比特的协议 HDLC协议 通信方式 通信方式 NRM 正常应答方式 ARM 异步应答方式 ABM 异步平衡方式 标准的主从关系 从设备必须在传输前获得许可 获准后 从设备一次可具有一帧或多帧的传输响应 只要信道空闲 从设备可以在没有得到许可的情况下发起一次传输 所有站点都是平等的 只用于点到点连接的复合站点 NRM ARM和ABM方式与站点类型关系 9 8面向比特的协议 HDLC协议 帧格式 HDLC三种类型的帧 信息帧 I 帧 监管帧 S 帧 无序号帧 U 帧 用来传输用户数据以及与用户数据有关的控制信息 用来传输控制信息 主要是数据链路层流量和错误控制信息 管理链路本身所需的信息 标志 地址 控制 标志 FCS 信息 标志 地址 控制 标志 FCS 信息 标志 地址 控制 标志 FCS 从上层来的用户数据 管理网络所需的信息 可以有也可以无 信息帧 I 帧 监管帧 S 帧 无序号帧 HDLC帧类型 9 8面向比特的协议 HDLC帧 标志域01111110的八比特序列 是表明帧的开始和结束并且为接收方当作同步模式服务 解决数据透明性的方法是 在数据中每连续五个1后附加一个额外的0 接收方在数据段中连续五个1后的0删除 此方法称比特填充 9 8面向比特的协议 HDLC帧 地址域包含帧的来源或终点的从站地址 或是以从站方式运行的复合站点 地址是可变长的 如果地址只有一个字节 最后一个比特总是1 若是多字节 除最后一个字节以1结尾外 其它地址字节结尾均为0 9 8面向比特的协议 HDLC帧 控制域帧中一个字节或两个字节的分段 用来进行流量管理 0 P F 1 0 P F 1 1 P F N S N R N R N R Code Code 信息帧 监管帧 无序号帧 HDLC协议控制域 P F1有效 主站发送到从站点时 意味着查询 从站发送到主站时 意味着结束 9 8面向比特的协议 HDLC帧 信息域在I帧中包含了用户数据 在S帧中不存在 在U帧中包含网络管理信息 在双向通信中 I帧里可同时包含流量 错误以及其他方面的信息 此种结合方式也称捎带确认 帧校验序列HDLC的错误检测域 CRC 16或CRC 32校验码 9 8面向比特的协议 HDLC帧 关于帧的其他内容S帧 1 0 P F N R Code 监管帧 接收就绪 ReceiveReady 编码 00 四种方式使用意义 接收未就绪 RNR 编码 10 使用意义 拒绝 REJ 在回退ARQ错误纠正系统中当接收方没有要发送的数据来捎带响应消息时 返回一个否定应答帧 N R 域含有损坏帧的序号 选择拒绝 SREJ 选择距绝ARQ系统的否定应答帧 接收方向发送方指明具体帧已损坏 需重发 9 8面向比特的协议 HDLC帧 U帧 U帧互连的设备之间交换管理信息 标志 地址 控制 标志 FCS 管理信息 1 1 P F HDLC中的U帧控制域 U帧的控制命令和响应 U帧的控制命令和响应意义 方式设置告诉接收站点采用何种方式的传输 无序号交互用来在设备之间发送或请求特殊的数据链路信息 面向比特的协议 HDLC应用实例 标志 FCS 0 P 1 接收就绪 标志 A 监管帧 标志 A 标志 FCS 标志 FCS 1 F 1 标志 A 信息帧 数据 0 标志 A 2 P 1 接收就绪 标志 监管帧 FCS 主机 站点 B A C 查询 数据 应答 采用HDLC协议进行查询的实例 EX 1查询 响应 信息帧 数据 0 0 F 0 数据 标志 FCS 0 P 1 接收未就绪 标志 B 监管帧 标志 B 0 F 1 接收就绪 标志 监管帧 FCS 标志 FCS 0 P 1 标志 B 信息帧 数据 0 标志 B 1 F 1 接收就绪 标志 监管帧 FCS 主机 站点 B A C 选择 就绪 数据 应答 采用HDLC协议进行选择的实例 EX 2选择 响应 标志 FCS 标志 B 无序号帧 数据 100 P 1 11 标志 FCS 标志 A 无序号帧 数据 00 F 1 110 标志 FCS 标志 B 信息帧 数据 0 0 标志 FCS 标志 B 信息帧 数据 0 1 数据 设置异步平衡方式 数据 数据 站点A 站点B ToNextPage 采用HDLC协议进行对等通信实例 标志 FCS 标志 A 无序号帧 数据 1 2 标志 FCS 标志 B 监管帧 数据 3 数据 应答 标志 FCS 标志 A 无序号帧 数据 0 2 数据 标志 FCS 标志 A 无序号帧 数据 2 2 数据 接收就绪 采用HDLC协议进行对等通信实例 7 8面向比特的协议 链路访问过程 链路访问过程 平衡式链路访问规程 LAPS D信道链路访问规程 LAPD 调制解调器链路访问规程 LAPM 一个站点连接到网络上使用的HDLC的简单子集 它只提供在DTE设备和DCE设备间通信所需要的基本控制功能 该协议不包括查询与选择特性 在ISDN的B信道中使用 ISDN上采用的另一个HDLC简单子集 它是用于带外信令的 采用异步平衡方式 ABM 调制解调器使用的HDLC简单子集 它是为异步 同步对话 错误检测以及重传设计的 第10章网络层控制规程 10 1电路交换在两个设备之间创建一条物理连接电路交换是有n输入m输出的设备可以在一条输入与一条输为之间的建一个临时连接 1 2 m 1 n 2 1 2 n 电路交换 折叠交换机 空分交换机进线与出线构成一个矩阵 通过交叉点的通断进行交换 故也称纵横开关交换机 多个交换机可进行级联扩展 级联时 应考虑阻塞问题 多用于模拟交换 控制站控制是否接合 L1 L2 L3 L4 R1 R2 R4 R3 空分交换机 时分交换 通过时分复用 TDM 技术及时间槽交换 TSI 设备实现 TSI TDM TDM A B C D A B C D W X Y Z C D A B DCBA BADC 时分交换TDM和TSI A YB ZC WD X 顺序控制 选择控制 双口RAM 时间槽交换 控制单元 DCBA BADC 时槽交换是通过顺序输入 控制输出 或是控制输入 顺序输出实现 时分与空分交换机的结合利用时分和空分交换机的优点 相互结合 可构成在物理上和时间上都优化的交换机 常用的结构模式为时分 空分 时分交换 10 2分组交换 1 分组交换电路交换一般用于较平稳的信息传输 如话音信号 在数据通信中 通信倾向于突发性 故电路交换存在缺点 电路大部分时间是空闲的 线路能力被浪费 电路交换双方使用相同的数据速率 存在浪费 不灵活 对所有通信都视为同一的 无优先级 解决方法 采用分组交换 10 2分组交换 数据报方法 数据报方法在分组交换的数据报方法中 每个分组都独立于其他分组单独处理 每个分组到达目的地的路径可以不同 顺序也可以改变 故接收到分组后需重新排序 重新排序等处理是传输层的任务 数据报方法 10 2分组交换 虚电路方法 虚电路方法在分组交换的虚电路方法中 属同一次通信的所有分组之间的关系被保存下来 发送者和接收者的路径 在会话开始时候就选定 当数据传输时 所有属于这次传输的分组一个接一个沿着这条路径传送 虚电路以两种形式实现 交换虚电路SVC SwitchVirtualCircuit 和永久虚电路PVC PermanentVirtualCircuit 10 2分组交换 虚电路方法 SVC 交换虚电路 虚电路在需要时创立 仅在此次通信的交换过程中存在分组含三个基本步骤 连接建立数据传输连接释放 1 连接建立 2 数据传输 3 连接释放 SVC 交换虚电路 10 2分组交换 虚电路方法 PVC 永久虚电路 类似于租用线路 专门供给特定的用户 没有其他人可以使用他 虚电路总是建立好的 两个PVC用户总是获得相同的路径 通信网络的控制主要由网络层完成 网络层的概念 WAN2 WAN4 WAN3 WAN1 10 3通信网络的控制 5 1网络层所涉及的有关问题 网络层主要任务 通过路由选择算法 为分组通过通信子网选择最适当的路径 网络层使用数据链路层的服务 实现路由选择 拥塞控制与网络互联等基本功能 向传输层的端一端传输连接提供服务 路由选择的一般原理 理想的路由算法 算法必须是正确的和完整的 算法在计算上应简单 算法应能适应通信量和网络拓扑的变化 算法应具有稳定性 算法应是公平的 算法应是最佳的 5 2路由选择机制 10 3 1路由选择 2 路由算法的分类非自适应路由选择策略自适应路由选择策略 1 非自适应路由选择 固定路由算法 分散通信量法 洪泛法 随机走动法 自适应路由选择 分布式路由选择策略 集中式路由选择策略 混合式路由选择策略 5 2路由选择机制 1 网络拥塞的产生及其影响当通过网络传输的数据包接近或超过网络的处理能力时 拥塞就可能会发生 通常当数据包在网络中经历的时间比预期时延长时 我们就认为网络发生了拥塞 网络