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1、2020/8/4,第3章 网络接口层,1,第3章 网络接口层,3-1 数据、信号和编码 3-2 数据传输 3-3 传输介质 3-4 差错校验 3-5 流量控制 3-6 HDLC,通 信 子 网,2020/8/4,第3章 网络接口层,2,3-1 数据、信号和编码,3-1-1 数据和信号 3-1-2 数字调制技术 3-1-3 二进制数据编码技术,数据,信号,编码,编码技术,2020/8/4,第3章 网络接口层,3,3-1-1 数据和信号,数据 能被传输的、具有一定意义的实体。 模拟数据 数字数据,声音、数字、字母和符号等,2020/8/4,第3章 网络接口层,4,3-1-1 数据和信号,模拟信号

2、连续,数字信号 离散,2.信号 数据在信道中传输时的具体表现形式。 （1）模拟信号和数字信号,2020/8/4,第3章 网络接口层,5,3-1-1 数据和信号,周期信号 周期（T）：完成一个完整模式的时间。 按T重复,2.信号 （2）周期信号和非周期信号,2020/8/4,第3章 网络接口层,6,3-1-1 数据和信号,2.信号 （2）周期信号和非周期信号 非周期信号,2020/8/4,第3章 网络接口层,7,3-1-1 数据和信号,3. 信息的传输形式 （1）使用模拟信号传输模拟数据 （2）使用模拟信号传输数字数据 3-1-2 数字调制技术 （3）使用数字信号传输模拟数据 （4）使用数字信号

3、传输数字数据 3-1-3 二进制数据编码技术,电话,拨号上网,IP电话,校园网,2020/8/4,第3章 网络接口层,8,3-1-2 数字调制技术,调制（Modulation） 数字调制：用载波信号运载数字信号 载波信号： y(t)=Asin(2ft+) 其中： f =1/T 控制参数：A，f, ,设载波信号为Asin2ft 1振幅调制（Amplitude Modulation，AM） 2频率调制（Frequency Modulation，FM） 3相位调制（Phase Modulation，PM） （1）绝对相位调制 （2）相对相位调制 用前后两个信号单元相位的相对变化表示数字0和1,3-1

4、-2 数字调制技术,2020/8/4,第3章 网络接口层,（a） 振幅调制,（b） 频率调制,（c） 绝对相位调制,（d） 相对相位调制,例3.1：将数字数据01001101按上述方法进行调制 。,3-1-2 数字调制技术,设初始状态为Asin2ft,2020/8/4,第3章 网络接口层,11,例3.2：将数字数据01001101按下述规则进行调制。,绝对相位调制信号定义的规则,3-1-2 数字调制技术,4正交调幅（ Quadrature Amplitude Modulation ， QAM） 例3.3 ：正交调幅信号定义的规则,3-1-2 数字调制技术,8-QAM的信号星座,2020/8/4

5、,第3章 网络接口层,13,1单极性编码 只使用一种极性（正或负）的电压脉冲，通常被指定为二进制1，而二进制0则由零电压表示。 2极化编码 采用两种极性（正和负）的电压脉冲 非归零电平编码：电压脉冲的一种极性被设计为1，另一种极性被设计为0,3-1-3 二进制数据编码技术,例3.4：将数字数据01001101进行上述编码,（a） 单极性编码,（b） 非归零电平编码,3-1-3 二进制数据编码技术,2020/8/4,第3章 网络接口层,15,3双相位编码 使用两种极性的电压，并在每个码元信号中间设置跳变（极性反转），用作同步信息。 （1）曼彻斯特编码 每个码元中间都产生跳变，既表示比特值又表示同

6、步信息 （2）差分曼彻斯特编码 每个码元中间的跳变仅用来表示同步信息。 根据每比特信号开始位置的电平是否发生变化来区分0和1。,3-1-3 二进制数据编码技术,自同步码（Self-Synchronizing Code）,2020/8/4,第3章 网络接口层,16,3-2 数据传输,3-2-1 数据传输类型 3-2-2 数据通信的同步技术 3-2-3 数据传输方式 3-2-4 多路复用技术 3-2-5 数据交换技术,2020/8/4,第3章 网络接口层,17,3-2-1 数据传输类型,1. 基带和宽带传输 （1） 基带传输：数字信道传输数字数据 （2）宽带传输：模拟信道传输数字数据,2020/8

7、/4,第3章 网络接口层,18,3-2-1 数据传输类型,2.并行传输,串行传输,2020/8/4,第3章 网络接口层,19,1异步传输模式 以字符为单位传输，字符之间的时间间隔可以是随机的、不同步的。但在传输一个字符的时段内，收发双方仍需依据比特流保持同步。,3-2-2 数据通信的同步技术,2020/8/4,第3章 网络接口层,20,2同步传输模式 以数据块为传输单位，可连续发送多个字符，每个字符不需添加附加位，接收方接收的每一位数据都要与发送方保持同步，字符间没有停顿。 （1）自同步法：同步信息可以从数据本身获得。 （2）外同步法：在一组字符的前面附加1或2个同步字 符，表示该组字符传送的

8、开始。,3-2-2 数据通信的同步技术,曼彻斯特编码、 差分曼彻斯特编码。,2020/8/4,第3章 网络接口层,21,按照信号传输方向与时间的关系划分： 1. 单工通信 信号在信道中只能按照一个方向传送，任何时候都不能改变传送方向。二线制。 2. 半双工通信 信号可双向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传输。二线制。 3. 全双工通信 可同时进行双向信号传输。四线制 。,3-2-3 数据传输方式,2020/8/4,第3章 网络接口层,22,（a）单工通信,（b）半双工通信,（c）全双工通信,3-2-3 数据传输方式,2020/8/4,第3章 网络接口层,23,多个信号,3-2-4 多路复用

9、技术,一条通信线路,同时使用,传输,2020/8/4,第3章 网络接口层,24,1频分多路复用（FDM，Frequency Division Multiplexing） 按照频率区分信号，即把传输介质的带宽划分为若干个窄频带，每一路信号占用一个窄频带。,3-2-4 多路复用技术,警戒频带,2020/8/4,第3章 网络接口层,25,2时分多路复用（ TDM， Time Division Multiplexing） 按照时间来分割信号，即将整个传输时间划分为多个时间片，每个时间片传输一路信号。 （1）同步时分多路复用（ STDM， Synchronous TDM） 复用器在整个传输过程中，为各路

10、信号分配固定的时间片。 （2）异步时分多路复用（ ATDM ，Asynchronous TDM） 只当某一路有数据要发送时，复用器才将时间片分配给它。,3-2-4 多路复用技术,2020/8/4,26,同步时分多路复用,异步时分多路复用,3-2-4 多路复用技术,2020/8/4,第3章 网络接口层,27,3波分多路复用（WDM ，Wavelength Division Multiplexing） 按照光的波长区分信号 4码分多路复用（ CDM ，Code Division Multiplexing） 各用户使用不同的码型进行通信。,3-2-4 多路复用技术,2020/8/4,28,交换（转接

11、）：在多节点网络中，利用转接设备，在节点间建立临时连接，完成通信的一种技术。 1线路交换（Circuit Switching） 在通信期间，发送方和接收方之间一直保持一条专用的物理通路，而通路中间经过了若干节点的转接。 （1）建立线路 （2）传输数据 （3）拆除线路,3-2-5 数据交换技术,2020/8/4,第3章 网络接口层,29,存储转发原理：数据在传输过程中，要由交换节点将输入数据存入节点的缓冲区内，一旦输出线路空闲，就将数据发送出去。 2报文交换（Message Switching） 报文交换是基于存储转发原理的一种交换技术。 报文交换传输的信息单位是报文，其中包含收发站地址及控制等

12、信息。,3-2-5 数据交换技术,2020/8/4,第3章 网络接口层,30,3分组交换（Packet Switching） 分组交换是基于存储转发原理的一种技术。 分组交换信息传输单位是分组。分组格式比报文短，包括分组头部和数据两部分，头部包含收发站地址、分组编号和检验码等控制信息。,3-2-5 数据交换技术,3-2-5 数据交换技术,3.分组交换 数据交换单位：分组,数据报服务,虚电路服务,1,1,2,2,2,例：主机A向D发送一报文,2020/8/4,第3章 网络接口层,32,3分组交换 （1）数据报（Datagram）服务 每个分组被独立传输，分组可能经由不同的路径到达接收站。 属于同

13、一个报文的分组可能以乱序到达接收站，需对数据报排序重组。 （2）虚电路（Virtual Circuit）服务 传输数据之前，建立一条发送站和接收站之间的路径（虚电路），所有分组都沿着这条虚电路按顺序传送。,3-2-5 数据交换技术,2020/8/4,第3章 网络接口层,33,3-2-5 数据交换技术,3分组交换 （3） 数据报服务和虚电路服务的区别 数据报服务：无连接、分组经由不同路径乱序到达、不可靠 虚电路服务：面向连接、分组经由相同路径按序到达、可靠,2020/8/4,第3章 网络接口层,34,3-2-5 数据交换技术,3分组交换 （4）虚电路服务与线路交换的区别 线路交换：线路专用,虚电

14、路：线路共享,2020/8/4,第3章 网络接口层,35,3-3 传输介质,3-3-1 有线传输介质 3-3-2 无线传输介质,双绞线,同轴电缆,光导纤维,2020/8/4,第3章 网络接口层,36,3-3-1 有线传输介质,1双绞线 （1）结构 （2）功能 传输模拟、数字信号 （3）分类 非屏蔽双绞线（ UTP） 屏蔽双绞线（STP） （4）连接器：RJ-45连接器,2020/8/4,第3章 网络接口层,37,3-3-1 有线传输介质,1双绞线 （5）制作双绞线 直连线：异种设备连接,线序： 1 白橙 2 橙色 3 白绿 4 蓝色 5 白蓝 6 绿色 7 白棕 8 棕色,“商用建筑物电信布线

15、标准”,第3章 网络接口层,3-3-1 有线传输介质,1双绞线 （5）制作双绞线 交叉线：同种设备连接,针脚1 针脚3 针脚2 针脚6,EIA/TIA-568A,2020/8/4,39,2同轴电缆 （1）结构 （2）功能：传输模拟、数字信号 （3）分类：50 粗缆 75 细缆,3-3-1有线传输介质,2020/8/4,第3章 网络接口层,40,3-3-1有线传输介质,2同轴电缆 （4）连接器：BNC系列连接器,2020/8/4,41,3-3-1有线传输介质,3光导纤维 （1）结构 （2）原理：全反射 （3）功能：传输数字信号 （4）分类 单模 多模,2020/8/4,第3章 网络接口层,42,

16、无线电波 微波 红外线 激光 ,3-3-2无线传输介质,2020/8/4,第3章 网络接口层,43,3-4 差错校验,冗余校验技术：信息位m+冗余位n 3-4-1 奇偶校验 3-4-2 方块校验 3-4-3 循环冗余校验 3-4-4 海明码,2020/8/4,第3章 网络接口层,44,3-4-1 奇偶校验,奇校验 冗余位n =1 （信息位m+冗余位n）中1的个数为奇数。 例3.5：1011010，采用奇校验 冗余位：1 实际发送的比特串：10110101,2020/8/4,第3章 网络接口层,45,3-4-1 奇偶校验,偶校验 冗余位n =1 （信息位m+冗余位n）中1的个数为偶数 例3.6：

17、1011010，采用偶校验 冗余位：0 实际发送的比特串：10110100,2020/8/4,第3章 网络接口层,46,3-4-1 奇偶校验,奇偶校验的效率 只能检测出奇数个错误 错误检出率为50%,2020/8/4,3-4-2 方块校验,例3.7：字符“word”，应用方块校验 1110111 w 1101111 o 1110010 r 1100100 d,2020/8/4,第3章 网络接口层,48,3-4-2 方块校验,原理 扩展的奇偶校验方法以表格形式组织数据，在行和列两个方向上都采用奇校验或偶校验。 效率 设行数r，列数c 按行的顺序传输数据时，方块校验能检测出长度小于或等于r+1个错

18、误； 按列的顺序传输数据时，方块校验能检测出长度小于或等于c+1个错误。 方块校验可根据某行某列检测出的错误，定位行列交叉点的比特错误，进而纠正这个错误。,2020/8/4,第3章 网络接口层,49,3-4-3 循环冗余校验,循环冗余校验（CRC，Cyclic Redundancy Check） 数学基础：多项式除法 被除数多项式：信息多项式m(x) 除数多项式： 生成多项式g(x) CRC码： 余数 二进制序列和多项式的关系 例3.8：1011010 1x6+0 x5+1x4+1x3+0 x2+1x+0 x0 即： x6+x4+x3+x,2020/8/4,第3章 网络接口层,50,3-4-3

19、 循环冗余校验,通信协议中的CRC标准 CRC-12=x12+x11+x3+x2+1 CRC-16=x16+x15+x2+1 CRC-ITU-T=x16+x12+x5+1 CRC-32=x32+x25+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1 循环冗余校验的效率 检测出全部奇数个错误、全部的双字位错误以及全部的长度小于或等于生成多项式阶数的错误 能以很高的概率检测出长度大于生成多项式阶数的错误。,3-4-3 循环冗余校验,二进制序列除法计算规则 （1）加法、减法运算进行异或运算； （2）加法不进位； （3）减法不借位。 计算方法 （1）在数据的末尾加

20、上n个0，n等于除数的位数减1。 （2）采用二进制除法规则，计算加长的数据除以预先设定的除数，余数即为循环冗余校验码。 （3）将循环冗余校验码替换数据末尾的n个0，即得出整个传输的数据。,例3.8 求1011010的CRC编码 设除数为10011。,CRC码：1111 实际发送的比特串：10110101111,2020/8/4,第3章 网络接口层,52,3-4-4 海明码,特点 纠错码：定位错误的比特 基本思想 在数据中加入足够多的冗余位（满足下式），将这些冗余位分别放置在2的幂的位置上，每个冗余位都是一组比特的奇偶校验位。 设数据位为m, 冗余位为r ，则r的取值必须满足 ：2rm+r+1,

21、2020/8/4,第3章 网络接口层,53,3-5 流量控制,3-5-1 非受限协议 3-5-2 停-等协议 3-5-3 滑动窗口协议 3-5-4 流量控制协议的约束条件,2020/8/4,第3章 网络接口层,54,3-5-1 非受限协议,A B,Frame0,Frame1,Frame2,基本思路：发送方只要有信息要发送，就可以 不受限制地发送数据帧。,3-5-2 停等协议,A B A B A B,Frame0,Frame1,ACK,t,Frame0,Frame0,NAK,t,Frame0,Frame0,tOUT,基本思想 发送方每发送完一个数据帧，都要等待接收方确认帧到来，然后再发送下一帧；

22、接收方每接收到一个数据帧后，都要向发送方发送一个正确接收到数据帧的确认帧。 接收方发现数据帧错误，返回一个数据帧出错的信息帧。发送方重发出错的帧。 发送方在设置的时段内未收到确认（非确认）帧，重传该帧。,超时重传,检错重传,2020/8/4,第3章 网络接口层,56,3-5-3 滑动窗口协议,滑动窗口协议的规定 （1）在发送方为发送的帧设置定时器，采用超时重传机制 （2）序列号的循环使用：每个帧都包含一个序列号，范围从0到某个最大值（一般取2n-1），则序列号可以用n位（二进制）表示； （3）一个发送窗口：放置允许发送的帧；发送窗口中的序列号表示的是已经发送等待确认的帧的序列号； 一个接收窗口

23、：对应于允许接收的帧。接收窗口中的序列号是准备接收的帧的序列号，凡是到来的数据帧的序列号落在接收窗口内的都予以接收，序列号不在接收窗口内的拒绝接收； 发送与接收窗口的最大值（窗口尺寸W）可以不同。 （4）发送窗口随着发送帧的被确认，从缓冲区删除而向前滑动；接收窗口随着接收帧上交给网络层而向前滑动。,3-5-3 滑动窗口协议,2. 滑动窗口协议（W=2）,ACK,3-5-3 滑动窗口协议,3.退后n帧协议,基本思想 发送方在发送帧的过程中，如果某帧出错，发送方并不知道，仍然将发送窗口允许发送的帧发完。 接收方发现出错的帧，将出错的帧及其后续帧一起丢弃，并不对出错的帧发送确认帧。 发送方在超时后仍

24、然收不到确认帧，需要从出错的帧开始重传所有已发送但未被确认的帧。,2020/8/4,第3章 网络接口层,59,3-5-3 滑动窗口协议,4.选择重传协议,基本思想 接收方发现出错的帧后，只把该出错的帧丢弃，其后续帧保存在接收方的缓存中，并向发送方发送对出错帧的非确认帧，通知发送方。 发送方只重传该出错帧。 接收方正确接收重传的帧后，再按帧的序列号重组并向上一层提交。,2020/8/4,第3章 网络接口层,60,3-5-4 流量控制协议的约束条件,设：K为帧序列号的位数 1退后n帧协议窗口大小的约束条件 发送和接收窗口尺寸必须小于2k 2选择重传协议窗口大小的约束条件 若发送和接收窗口尺寸相同，

25、两个窗口尺寸都必须小于或等于2k-1 若发送和接收窗口尺寸不同，两个窗口尺寸之和小于或等于2k,2020/8/4,第3章 网络接口层,61,3-6 HDLC,HDLC（High-level Data Link Control） 数据链路层协议，PDU为帧； 支持半双工和全双工通信； 包含流量控制和差错控制功能； 面向位的协议。 3-6-1 HDLC中的工作站和响应模式 3-6-2 HDLC帧格式 3-6-3 HDLC实例 3-6-4 HDLC小结,2020/8/4,第3章 网络接口层,62,3-6-1 HDLC中的工作站和响应模式,HDLC中的工作站 （1）主站：发命令、管理 （2）从站：响应