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1、通信概论数据通信运输j4.1 4.1 基本概念基本概念4.2 4.2 差错控制原理差错控制原理4.3 4.3 数据交换方式数据交换方式4.4 4.4 数据通信协议数据通信协议4.5 4.5 数据保密数据保密通信概论数据通信运输j4.1 .1 4.1 .1 数据通信的定义及特点数据通信的定义及特点4.1.2 4.1.2 计算机网络的分类计算机网络的分类4.1.3 4.1.3 数据通信系统的模型数据通信系统的模型 4.1.4 4.1.4 数据通信系统的组成数据通信系统的组成通信概论数据通信运输j4.1基本概念基本概念4.1.1数据通信的定义及特点数据通信的定义及特点定义：定义：v计算机与计算机或其
2、他数据终端之间的存储、处理计算机与计算机或其他数据终端之间的存储、处理与传输。与传输。(依照通信协议依照通信协议)特点：特点：v通信协议、标准多通信协议、标准多v可靠性要求高可靠性要求高v接续、响应时间要求快接续、响应时间要求快v具有灵活的接口能力具有灵活的接口能力通信概论数据通信运输jv 按照网络覆盖的范围分类按照网络覆盖的范围分类局域网（局域网（LAN）范围：几十米到几公里范围：几十米到几公里特点：传输速度高、组网灵活、成本低，单位内部应用特点：传输速度高、组网灵活、成本低，单位内部应用城域网（城域网（MAN）范围：几公里到几十公里范围：几公里到几十公里特点：特点：传输速度较高，城市内部应
3、用传输速度较高，城市内部应用广域网（广域网（WAN）范围：几十公里到几百公里范围：几十公里到几百公里特点：传输速度较慢，覆盖一个国家特点：传输速度较慢，覆盖一个国家internet范围：上千公里范围：上千公里特点：全世界各种网络互连得到的网间网，如特点：全世界各种网络互连得到的网间网，如Internet，洲际之间应用洲际之间应用大传输速度小小覆盖范围大4.1.2计算机网络的分类计算机网络的分类通信概论数据通信运输j广域网、城域网、接入网以及局域网的关系广域网、城域网、接入网以及局域网的关系城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网广域网局域网局域网校园网企业网4.1.2计算机网络的分类计
4、算机网络的分类通信概论数据通信运输jv按照网络拓扑结构分类 （1 1）星型）星型 优点：可靠性高，易管理，易扩展，传输效率高。优点：可靠性高，易管理，易扩展，传输效率高。 缺点：线路利用率低，中心节点应有很高的可靠性。缺点：线路利用率低，中心节点应有很高的可靠性。 典型应用：以太网交换机、集线器（典型应用：以太网交换机、集线器（HUBHUB）、）、ATMATM交交换机等。换机等。星型拓扑结构星型拓扑结构星型拓扑结构的应用星型拓扑结构的应用4.1.2计算机网络的分类计算机网络的分类通信概论数据通信运输j（2 2）总线型）总线型 优点：费用低，易扩展，线路利用率高。优点：费用低，易扩展，线路利用率
5、高。 缺点：管理维护困难，可靠性较低，传输效率低。缺点：管理维护困难，可靠性较低，传输效率低。 典型应用：典型应用：10BASE210BASE2（细缆）、（细缆）、10BASE510BASE5（粗缆）等。（粗缆）等。总线型拓扑结构总线型拓扑结构的应用4.1.2计算机网络的分类计算机网络的分类通信概论数据通信运输j（3 3）环型）环型 优点：令牌控制，实时性好，传输控制简单。优点：令牌控制，实时性好，传输控制简单。 缺点：安装管理维护困难，可靠性较低。缺点：安装管理维护困难，可靠性较低。 典型应用：典型应用：IBMIBM令牌环网、令牌环网、FDDIFDDI网。网。环型拓扑结构环型拓扑结构的应用4
6、.1.2计算机网络的分类计算机网络的分类通信概论数据通信运输j（4 4）树型）树型 优点：易扩展和进行故障隔离，网络层次性清晰。优点：易扩展和进行故障隔离，网络层次性清晰。 缺点：节点可靠性要求高，资源共享能力差。缺点：节点可靠性要求高，资源共享能力差。 典型应用：以太网交换机、集线器间的级联。典型应用：以太网交换机、集线器间的级联。树型拓扑结构树型拓扑结构的应用4.1.2计算机网络的分类计算机网络的分类通信概论数据通信运输j（5 5） 网状网状 优点：可靠性高，易扩充，组网方式灵活。优点：可靠性高，易扩充，组网方式灵活。 缺点：费用高，结构复杂，管理维护困难。缺点：费用高，结构复杂，管理维护
7、困难。 典型应用：一般用于广域网组网，如典型应用：一般用于广域网组网，如CHINANETCHINANET等。等。网状拓扑结构网状拓扑结构的应用4.1.2计算机网络的分类计算机网络的分类通信概论数据通信运输jv按照网络传输技术分类按照网络传输技术分类 （1）广播型网络：如传统以太网）广播型网络：如传统以太网同一时刻只允许一台主机发送数据包，而网络上的任何同一时刻只允许一台主机发送数据包，而网络上的任何主机发送的数据包主机发送的数据包(Packet)均可被网络上所有其他的主机均可被网络上所有其他的主机接收到。接收到。 4.1.2计算机网络的分类计算机网络的分类通信概论数据通信运输jv按照网络传输技
8、术分类按照网络传输技术分类（2）点对点交换网络：如分组交换网等广域网）点对点交换网络：如分组交换网等广域网同时允许多台主机发送数据包同时允许多台主机发送数据包,每个从信息源发出的数据包每个从信息源发出的数据包一般要经过一个或多个中间结点才能最终到达接收站一般要经过一个或多个中间结点才能最终到达接收站点；点；由于各个数据包从源站点到目的站点可能存在多种长度不同由于各个数据包从源站点到目的站点可能存在多种长度不同的传输路径。显然的传输路径。显然,既要确定各数据包传输的先后顺序，又要选既要确定各数据包传输的先后顺序，又要选择最佳路径。择最佳路径。4.1.2计算机网络的分类计算机网络的分类通信概论数据
9、通信运输j4.1.3数据通信系统的模型数据通信系统的模型传输系统输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据DTEDTEDCEDCE调制解调器PC 机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号 正文正文数据通信系统源系统目的系统传输系统输出信息PC 机数据电路数据链路通信概论数据通信运输jDTE(DataTerminalEquipment)：是数据终端：是数据终端设备，是具有一定的数据处理能力和发送、接收数据设备，是具有一定的数据处理能力和发送、接收数据能力的设备。能力的设备。DCE(DataCircuit-terminatingEquipment)：是数据电路端接设备，它在是数
10、据电路端接设备，它在DTE和传输线路之间提和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。放数据链路的连接。4.1.3数据通信系统的模型数据通信系统的模型通信概论数据通信运输jDTE 通过 DCE 与通信传输线路相连 DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线用户环境通信环境用户设施通信设施DTE信号线与控制线用户设施用户环境4.1.3数据通信系统的模型数据通信系统的模型通信概论数据通信运输j4.1.4数据通信系统的组成数据通信系统的组成通信概论数据通信运输j4.24.2差错控制技术差错控制技术产生差错的原因：产生
11、差错的原因：产生差错的原因：产生差错的原因：1）信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位）信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变；的畸变；2）信号反射；）信号反射；3）串扰；）串扰；4）闪电、大功率电机的启停等。）闪电、大功率电机的启停等。线路传输差错是不可避免的，但要尽量减小其线路传输差错是不可避免的，但要尽量减小其影响。影响。通信概论数据通信运输j差错出现的特点：随机，连续突发（差错出现的特点：随机，连续突发（差错出现的特点：随机，连续突发（差错出现的特点：随机，连续突发（burstburst）v随随机机错错误误。由由随随机机噪噪声声引引起起的的码码元元错错误误，其其特特点点是是码码元
12、元中中任任意意一一位位或或几几位位发发生生从从0变变1或或从从1变变0的的错错误误是是相相互独立的。互独立的。v突突发发错错误误。由由突突发发噪噪声声引引起起的的码码元元错错误误，（闪闪电电、电电器器开开关关的的瞬瞬态态、磁磁带带缺缺陷陷等等）。特特点点是是各各错错误误码码元元之之间间存存在在相相关关性性，因因此此是是成成片片出出现现，突突发发错错误误是是一一个个错错误误序序列列，该该序序列列的的首首部部和和尾尾部部码码元元都都是是错错的的，中中间间的的码元有错的也有对的，但错的码元相对较多。码元有错的也有对的，但错的码元相对较多。4.24.2差错控制技术差错控制技术通信概论数据通信运输j处理
13、差错的两种基本策略：处理差错的两种基本策略：处理差错的两种基本策略：处理差错的两种基本策略：v使用纠错码：使用纠错码：发送方在每个数据块中加入足够的冗发送方在每个数据块中加入足够的冗余信息，使得接收方能够判断接收到的数据是否有余信息，使得接收方能够判断接收到的数据是否有错，并能纠正错误。错，并能纠正错误。v使用检错码：使用检错码：发送方在每个数据块中加入足够的冗发送方在每个数据块中加入足够的冗余信息，使得接收方能够判断接收到的数据是否有余信息，使得接收方能够判断接收到的数据是否有错，但不能判断哪里有错。错，但不能判断哪里有错。4.24.2差错控制技术差错控制技术通信概论数据通信运输j4.2 .
14、1 4.2 .1 差错控制的基本方式差错控制的基本方式4.2.2 4.2.2 检错纠错的基本原理检错纠错的基本原理4.2.3 4.2.3 几种常用的检纠错码几种常用的检纠错码通信概论数据通信运输j4.2.1差错控制的基本方式差错控制的基本方式检错反馈重发检错反馈重发检错反馈重发检错反馈重发:ARQ:ARQ前向纠错：前向纠错：前向纠错：前向纠错：FECFEC混合纠错：混合纠错：混合纠错：混合纠错：HFCHFC通信概论数据通信运输j检错反馈重发检错反馈重发检错反馈重发检错反馈重发(ARQ:AutomaticRepeatRequest)(ARQ:AutomaticRepeatRequest)l停等停
15、等ARQ发送方每发完一帧必须等接收方确认后才能发下一帧。发送方每发完一帧必须等接收方确认后才能发下一帧。lGo-back-NARQ发送方可连续发送多帧。若前面某帧出错，从该帧以后发送方可连续发送多帧。若前面某帧出错，从该帧以后的各帧都需重发。的各帧都需重发。l选择重传选择重传ARQ发送方可连续发送多帧。若前面某帧出错，只需重发该发送方可连续发送多帧。若前面某帧出错，只需重发该出错的帧。发送方需要缓存前面所有未被确认的帧。出错的帧。发送方需要缓存前面所有未被确认的帧。4.2.1差错控制的基本方式差错控制的基本方式通信概论数据通信运输j检错反馈重发检错反馈重发检错反馈重发检错反馈重发:ARQ:AR
16、Q通信概论数据通信运输j0100111101111000010001014.2.2检错纠错的基本原理检错纠错的基本原理通信概论数据通信运输j假假设设要要发发送送一一组组具具有有四四个个状状态态的的数数据据信信息息（比比如如，一一个个电电压压信信号号的的四四个个值值，1V、2V、3V、4V）。用用2位位二进制码就可进行编码。二进制码就可进行编码。收信端收到收信端收到00就认为是就认为是1V，收到，收到10就是就是3V。实实际际通通信信中中由由于于干干扰扰（噪噪声声）的的影影响响，会会发发生生错错误误从从而出现误码（比如码组而出现误码（比如码组00变成变成10、01或或11）。）。任任何何一一组组
17、码码不不管管是是一一位位还还是是两两位位发发生生错错误误，都都会会使使该该码组变成码组变成另外一组信息码另外一组信息码，从而引起信息传输错误。，从而引起信息传输错误。这种编码形式不具备检错和纠错的能力这种编码形式不具备检错和纠错的能力4.2.2检错纠错的基本原理检错纠错的基本原理通信概论数据通信运输j问问问问题题题题: :2位位二二进进制制码码的的全全部部组组合合都都是是信信息息码码组组或或称称许许用用码组，任何一位（或两位）发生错误都会引起歧义。码组，任何一位（或两位）发生错误都会引起歧义。解解解解决决决决方方方方法法法法：在在每每组组码码后后面面再再加加1位位码码元元，使使2位位码码组组变
18、变成成3位位码码组组。这这样样，在在3位位码码组组的的8种种组组合合中中只只有有4组组是是许用码组许用码组，而其余而其余4种被称为种被称为禁用码组禁用码组.在许用码组在许用码组000、011、101、110中，右边加上的中，右边加上的1位位码元就是码元就是监督码元监督码元，它的加入原则是使码组中它的加入原则是使码组中1的个数为的个数为偶数偶数，这样监督码元就和前面这样监督码元就和前面2位信息码元发生了关系，位信息码元发生了关系，这种编码方式称为这种编码方式称为偶校验偶校验（EvenParity）。）。增加增加增加增加1 1位监督码元，可以检出位监督码元，可以检出位监督码元，可以检出位监督码元，
19、可以检出1 1位或位或位或位或3 3位错误但无法纠正错误。位错误但无法纠正错误。位错误但无法纠正错误。位错误但无法纠正错误。4.2.2检错纠错的基本原理检错纠错的基本原理通信概论数据通信运输j能能否否通通过过增增加加监监督督码码元元的的位位数数来来增增加加检检错错位位数数或或实实现现纠纠错功能呢？再加错功能呢？再加1位监督码元变成位监督码元变成4位编码位编码误误码码0001的的可可能能原原码码有有0000、0011、0101、1001，其其中中0011、0101和和1001都都是是禁禁用用码码组组，所所以以原原码码只只能能是是0000，可可见见对对0001可可可可以以以以纠纠纠纠错错错错。但但
20、对对于于误误码码1000则则可可能能原原码码有有1100、0000、1010、1001，其中三种是可用码，因此，其中三种是可用码，因此无法纠错无法纠错无法纠错无法纠错。检错与纠错能力到底与什么有关呢？检错与纠错能力到底与什么有关呢？4.2.2检错纠错的基本原理检错纠错的基本原理通信概论数据通信运输j码字（码字（码字（码字（codewordcodeword）：）：）：）：一个帧包括一个帧包括k个数据位，个数据位，r个校验位，个校验位，n=k+r，则此，则此n比特单元称为比特单元称为n位码字。位码字。海明距离（海明距离（海明距离（海明距离（HammingdistanceHammingdistanc
21、e）：）：）：）：两个码字之间不同的两个码字之间不同的比特位数目。比特位数目。v例：0000000000 与0000011111的海明距离为5v如果两个码字的海明距离为d，则需要d个单比特错就可以把一个码字转换成另一个码字；码码码码元元元元重重重重量量量量（简简简简称称称称码码码码重重重重）：为为一一个个码码组组中中非非零零码码元元的的个个数数。它反映一个码组中它反映一个码组中“0”和和“1”的的“比重比重”。v比如，码组100110的码重为3，0110的码重是2。4.2.2检错纠错的基本原理检错纠错的基本原理通信概论数据通信运输j最小码距：最小码距：最小码距：最小码距：一个码组中两两码字中的
22、最小海明距离。一个码组中两两码字中的最小海明距离。在一个码组内要想检出在一个码组内要想检出e位误码，要求最小码距为位误码，要求最小码距为d dminmin e e+1+1在一个码组内要想纠正在一个码组内要想纠正t位误码，要求最小码距为位误码，要求最小码距为d dminmin22t t+1+1在在一一个个码码组组内内要要想想纠纠正正t位位误误码码，同同时时检检测测出出e位位误误码（码（et）,要求最小码距为要求最小码距为d dminmin t t+ +e e+1+14.2.2检错纠错的基本原理检错纠错的基本原理通信概论数据通信运输j差错编码的分类差错编码的分类差错编码的分类差错编码的分类 差错控
23、制编码 非线性码 卷积码 线性码 分组码 非循环码 纠突发 错误码 循环码 纠随机 错误码 纠随机突 发错误码 纠同步 错误码4.2.2检错纠错的基本原理检错纠错的基本原理通信概论数据通信运输j1 1、奇偶校验（、奇偶校验（、奇偶校验（、奇偶校验（ParityCheckingParityCheckingParityCheckingParityChecking）属于检错码，属于检错码，属于检错码，属于检错码，在原始数据字节的最高位增加一个附在原始数据字节的最高位增加一个附加比特位，使结果中加比特位，使结果中1的个数为奇数的个数为奇数(奇校验奇校验)或偶数或偶数(偶校偶校验验)。增加的位称为奇偶校
24、验位。增加的位称为奇偶校验位。例：原始数据例：原始数据例：原始数据例：原始数据=1100010=1100010=1100010=1100010，采用偶校验。，采用偶校验。，采用偶校验。，采用偶校验。则增加校验位后的数据为则增加校验位后的数据为则增加校验位后的数据为则增加校验位后的数据为1 1 1 1若接收方收到的字节奇偶结果不正确，就可以知道传输中若接收方收到的字节奇偶结果不正确，就可以知道传输中发生了错误。发生了错误。奇偶校验只能检测出奇数个比特位错，对偶数个比特位错奇偶校验只能检测出奇数个比特位错，对偶数个比特位错奇偶校验只能检测出奇数个比特位错，对偶数个比特位错奇偶校验只能检测出奇数个比
25、特位错，对偶数个比特位错则无能为力。则无能为力。则无能为力。则无能为力。4.2.3几种常用的检纠错码几种常用的检纠错码通信概论数据通信运输j2222恒比码恒比码恒比码恒比码 属属属属于于于于检检检检错错错错码码码码，恒恒比比码码的的编编码码原原则则是是从从确确定定码码长长的的码码组组中中挑挑选选那那些些“1”和和“0”个个数数的的比比值值一一样样的的码码组作为许用码组。组作为许用码组。这种码通过计算接收码组中这种码通过计算接收码组中“1”的数目是否正确，的数目是否正确，就可检测出有无错误。就可检测出有无错误。4.2.3几种常用的检纠错码几种常用的检纠错码通信概论数据通信运输j 邮电部门在国内通
26、信中采用的五单位数字保护电码，是邮电部门在国内通信中采用的五单位数字保护电码，是一种五中取三的恒比码。每个码组的长度为一种五中取三的恒比码。每个码组的长度为5，每个许用码，每个许用码组中组中“1”和和“0”个数的比值恒为个数的比值恒为3/2。许用码组的个数就。许用码组的个数就是是5中取中取3的组合数，即的组合数，即5!/(3!2!)=10，正好表示，正好表示10个阿拉伯个阿拉伯数字。数字。恒比码举例：恒比码举例：4.2.3几种常用的检纠错码几种常用的检纠错码通信概论数据通信运输j4.3.1 4.3.1 电路交换电路交换4.3.2 4.3.2 报文交换报文交换4.3.3 4.3.3 分组交换分组
27、交换4.3.4 4.3.4 快速分组交换技术快速分组交换技术4.3数据交换方式数据交换方式通信概论数据通信运输j4.3数据交换方式数据交换方式 电路交换电路交换 报文交换报文交换 数据报数据报 交换方式交换方式 分组交换分组交换 信息交换信息交换 虚电路虚电路 帧中继帧中继 快速分组交换快速分组交换 信元中继信元中继 1、电路交换、电路交换(CircuitSwitching)2、报文交换、报文交换(MessageSwitching)3、分组交换、分组交换(PacketSwitching)4、快速交换、快速交换(FastSwitching)通信概论数据通信运输j电路交换的特点电路交换的特点电路交
28、换必定是面向连接的。电路交换必定是面向连接的。电路交换的三个阶段：电路交换的三个阶段：v建立连接建立连接v通信通信v释放连接释放连接4.3.1电路交换电路交换通信概论数据通信运输j电路交换举例电路交换举例A和和B通话经过四个交换机通话经过四个交换机通话在通话在A到到B的连接上进行的连接上进行(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA4.3.1电路交换电路交换通信概论数据通信运输j电路交换举例电路交换举例C和和D通话只经过一个本地交换机通话只经过一个本地交换机通话在通话在C到到D的连接上进行的连接上进行(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA4.3.1电路交换电
29、路交换通信概论数据通信运输j电路交换的特点：电路交换的特点：建立连接的时间长；建立连接的时间长；一旦建立连接就一旦建立连接就独占线路独占线路，线路利用率低；，线路利用率低；线路传输可靠性高，无需纠错机制；线路传输可靠性高，无需纠错机制；建立连接后，传输延迟小。建立连接后，传输延迟小。4.3.1电路交换电路交换计算机数据具有突发性。计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。这导致通信线路的利用率很低。电路交换传送计算机数据效率低：电路交换传送计算机数据效率低：通信概论数据通信运输j4.3.2报文交换报文交换基本原理：基本原理：基本原理：基本原理：存储存储-转发转发。（没有固定的电路连接）
30、。（没有固定的电路连接）交换机收到报文时，先存储报文，待寻找到空闲路由后，交换机收到报文时，先存储报文，待寻找到空闲路由后，转交到下一交换结点，下一交换结点存储报文，寻找到空闲转交到下一交换结点，下一交换结点存储报文，寻找到空闲路由再转交直至目的地。路由再转交直至目的地。整个报文作为一个整体一起发送。整个报文作为一个整体一起发送。报文：报头（收、发端地址等）、正文、报尾。报文：报头（收、发端地址等）、正文、报尾。主叫用户报文交换机被叫用户报文交换机数据+收地址应答数据+报头数据+报头应答应答报文存储等待时间t通信概论数据通信运输j报文交换的优点报文交换的优点报文交换的优点报文交换的优点：v没有
31、没有电路接续电路接续，不独占信道不独占信道。-通信线路的利用率高。通信线路的利用率高。v可实现不同类型终端之间的交换；可实现不同类型终端之间的交换；v实现以报文为单位的多路复用，提高线路的利用率；实现以报文为单位的多路复用，提高线路的利用率；报文交换的缺点报文交换的缺点报文交换的缺点报文交换的缺点：v大报文大报文时延时延大，不适应实时通信；大，不适应实时通信；v要求交换机要求交换机存储容量存储容量大；报文大小不一，造成缓冲区管理大；报文大小不一，造成缓冲区管理复杂复杂v出错后整个报文出错后整个报文全部重发全部重发。4.3.2报文交换报文交换通信概论数据通信运输j将报文划分为若干个大小相等的将报
32、文划分为若干个大小相等的分组分组分组分组(Packet)(Packet)进行进行存储转发。存储转发。优点优点优点优点：1 1）存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组）存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组速度快速度快；2 2）转发延时小）转发延时小适用于交互式通信适用于交互式通信；3 3）某个分组出错仅重发该分组）某个分组出错仅重发该分组效率高效率高；4 4）各分组可通过不同路径传输，各分组可通过不同路径传输，可靠性高可靠性高。特点特点特点特点：1 1）数据传输前不需要建立一条端到端的通路。）数据传输前不需要建立一条端到端的通路。2 2）有强大的）有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能纠错机制、
33、流量控制和路由选择功能。4.3.3分组交换分组交换通信概论数据通信运输j报文分组交换的原理分组交换的原理在克服报文交换的缺陷上发展。在克服报文交换的缺陷上发展。在发送端，先把较长的报文在发送端，先把较长的报文划分成较短的、划分成较短的、固定长度的数据段固定长度的数据段。1111010假定这个报文较长不便于传输4.3.3分组交换分组交换通信概论数据通信运输j数 据数 据数 据报文分组交换的原理分组交换的原理每一个数据段前面添加上每一个数据段前面添加上首部首部构成分组。构成分组。首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”4.3.3分组交换分组交换通信概论数据通信运输j分组交换的
34、原理分组交换的原理分组交换网以分组交换网以“分组分组”作为数据传输单元。作为数据传输单元。依次依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。边）。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 34.3.3分组交换分组交换通信概论数据通信运输j分组交换的原理分组交换的原理接收端收到分组后剥去首部还原成报文。接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据4.3.3分组交换分组交换通信概论数据通信运输j数 据数 据数 据分组交换的原理分组交换的原理最后，在接收端把收到的数据最后，在接收端把收到的数据恢复成
35、为原恢复成为原来的报文来的报文。这里我们假定分组在传输过程中没有出现这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。差错，在转发时也没有被丢弃。报文11110104.3.3分组交换分组交换通信概论数据通信运输j分组交换网的示意图分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机4.3.3分组交换分组交换通信概论数据通信运输j注意分组的注意分组的存储转发存储转发过程过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组结点交换机主机在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转
36、发的端口在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H54.3.3分组交换分组交换通信概论数据通信运输j注意结点交换机有多个端口注意结点交换机有多个端口ABCDEH1H5H2H4H3H6高速链路 结点交换机123412341 2 3 41 2 3 41 2 3 44.3.3分组交换分组交换通信概论数据通信运输j数据报和虚电路数据报和虚电路分组交换所提供的服务可以有两大类：分组交换所提供的服务可以有两大类：无连接无连接的网络服务（数据报服务）的网络服务（数据报服务）面向连接面向连接的网络服务（虚电路服务）。的网络服务（虚电路服务）
37、。4.3.3分组交换分组交换通信概论数据通信运输j4.3.3分组交换分组交换提供数据报服务的特点提供数据报服务的特点H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组路径可能变化网络随时接受主机发送的分组（即数据报）网络为每个分组独立地选择路由。 通信概论数据通信运输j4.3.3分组交换分组交换提供数据报服务的特点提供数据报服务的特点H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网网络尽最大努力地将分组交付给目的主机，但网络对源主机没有任何承诺。通信概论数据通信运输j4.3.3分组交换分组交换提供数据报服务的特点提供数据报服务的特点H1H5H2H4H3AC
38、DBH6E分组交换网网络不保证所传送的分组不丢失也不保证按源主机发送分组的先后顺序以及在时限内必须将分组交付给目的主机 通信概论数据通信运输j4.3.3分组交换分组交换提供数据报服务的特点提供数据报服务的特点H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网当网络发生拥塞时网络中的结点可根据情况将一些分组丢弃 通信概论数据通信运输j4.3.3分组交换分组交换提供数据报服务的特点提供数据报服务的特点H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网数据报提供的服务是不可靠的，它不能保证服务质量。实际上“尽最大努力交付”的服务就是没有质量保证的服务。 通信概论数据通信运输j4.3.3分组交换分组交换提供虚电路
39、服务的特点提供虚电路服务的特点H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网H1 要和 H5 通信主机 H1 先向主机 H5 发出一个特定格式的控制信息分组，要求进行通信，同时寻找一条合适路由。若主机 H5 同意通信就发回响应，然后双方就建立了虚电路。 虚电路H1 向 H5 发送的所有分组都沿此虚电路传送。通信概论数据通信运输j4.3.3分组交换分组交换提供虚电路服务的特点提供虚电路服务的特点H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网同理，主机 H2 和主机 H6 通信之前，也要建立虚电路。 通信概论数据通信运输j4.3.3分组交换分组交换提供虚电路服务的特点提供虚电路服务的特点H1H5H2H
40、4H3ACDBH6E分组交换网在虚电路建立后，网络向用户提供的服务就好像在两个主机之间建立了一对穿过网络的数字管道。所有发送的分组都按顺序进入管道，然后按照先进先出的原则沿着此管道传送到目的站主机。 通信概论数据通信运输j4.3.3分组交换分组交换提供虚电路服务的特点提供虚电路服务的特点H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网到达目的站的分组顺序就与发送时的顺序一致，因此网络提供虚电路服务对通信的服务质量 QoS (Quality of Service)有较好的保证。 通信概论数据通信运输j分组交换的优点分组交换的优点高效高效动态分配传输带宽，对通信链路是动态分配传输带宽，对通信链路是逐段
41、占用。逐段占用。灵活灵活以分组为传送单位和查找路由。以分组为传送单位和查找路由。迅速迅速不必先建立连接就能向其他主机发不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。送分组；充分使用链路的带宽。可靠可靠完善的网络协议；自适应的路由选完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。择协议使网络有很好的生存性。4.3.3分组交换分组交换通信概论数据通信运输j虚电路虚电路服务的思路来源于传统的电信网。服务的思路来源于传统的电信网。v电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。的结点交换机复杂而昂贵。数据报数据报服
42、务力求使网络生存性好和使对网络的服务力求使网络生存性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。努力的服务。v可靠通信由用户终端中的软件（即可靠通信由用户终端中的软件（即TCP）来保证。）来保证。虚电路和数据报两种服务的思路来源不同虚电路和数据报两种服务的思路来源不同分组交换所提供的两种服务分组交换所提供的两种服务分组交换所提供的两种服务分组交换所提供的两种服务通信概论数据通信运输j数据报服务与虚电路服务之争数据报服务与虚电路服务之争让网络只提供数据报服务就可大大让网络只提供数据报服务就可大大简化网络层简化网络层的结构。的结构。技术
43、的进步使得网络出错的概率已越来越小，技术的进步使得网络出错的概率已越来越小，因而让主机负责因而让主机负责端到端的可靠性端到端的可靠性不但不会给主不但不会给主机增加更多的负担，反而能够使更多的应用在机增加更多的负担，反而能够使更多的应用在这种简单的网络上运行。这种简单的网络上运行。若用虚电路，为了传送一个分组而建立虚电路若用虚电路，为了传送一个分组而建立虚电路和释放虚电路就显得太和释放虚电路就显得太浪费网络资源浪费网络资源了。了。因特网发展到今天的规模，充分说明了在网络因特网发展到今天的规模，充分说明了在网络层提供层提供数据报数据报服务是非常成功的。服务是非常成功的。通信概论数据通信运输j三种交
44、换方式的事件顺序三种交换方式的事件顺序呼叫请求呼叫应答数数据据A AB BC CD D分组分组1 1分组分组2 2分组分组3 3报文报文A AB BC CD DA AB BC CD D电路交换电路交换报文交换报文交换分组交换分组交换ADCBE寻路延迟排队延迟通信概论数据通信运输j4.4.1 4.4.1 物理层协议物理层协议4.4.2 4.4.2 数据链路层协议数据链路层协议4.4.3 4.4.3 因特网的网际协议因特网的网际协议 IP IP4.4数据通信协议数据通信协议通信概论数据通信运输j物理层的主要任务物理层的主要任务:确定与传输媒体的接口的一些特性确定与传输媒体的接口的一些特性v机械特性
45、机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。固定和锁定装置等等。v电气特性电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。v功能特性功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。v规程特性规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。物理层功能：物理层功能： 定义了为激活、保持和关闭物理连接所应提供的关于机定义了为激活、保持和关闭物理连接所应提供的关于机械的、电气的
46、、功能的和规程的特性及手段，通过合理的中械的、电气的、功能的和规程的特性及手段，通过合理的中间系统为数据链路层的实体之间进行传输提供保证。间系统为数据链路层的实体之间进行传输提供保证。 4.4.1物理层协议物理层协议通信概论数据通信运输jEIA-232/V.24的信号定义的信号定义(1) 保护地(2) 发送数据(3) 接收数据(4) 请求发送(5) 允许发送(6) DCE 就绪(7) 信号地(8) 载波检测(20) DTE 就绪(22) 振铃指示DTEDCE计算机或终端调制解调器EIA-232/ V.24 接口调制解调器DTE-ADTE-BDCE-ADCE-BEIA-232/ V.24 接口调
47、制解调器网 络4.4.1物理层协议物理层协议通信概论数据通信运输j链路和数据路和数据链路是等同的概念么？路是等同的概念么？“链链路路路路”是是指指一一条条无无源源的的点点到到点点物物理理线线路路段段，中中间间不不存存在交换节点在交换节点；“数据数据数据数据链链路路路路”则是指除了具备一条物理线路外，还必须则是指除了具备一条物理线路外，还必须有一些必要的规程来控制这些数据的传输。数据链路有一些必要的规程来控制这些数据的传输。数据链路就是把实现这些规程的硬件和软件加到链路上之后的就是把实现这些规程的硬件和软件加到链路上之后的总和。总和。 4.4.2数据链路层协议数据链路层协议通信概论数据通信运输j
48、数据链路层功能：数据链路层功能：数据链路层功能：数据链路层功能： 数据链路层的功能是保证在不太可靠的物理链路上实数据链路层的功能是保证在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。现可靠的数据传输。数据链路层功能实现：数据链路层功能实现：数据链路层功能实现：数据链路层功能实现： （1 1）链路管理）链路管理 解决链路建立、拆除和数传维持，控解决链路建立、拆除和数传维持，控制数据传输方向制数据传输方向 （2 2）信息传输）信息传输 正确收发和识别信息帧正确收发和识别信息帧 （3 3）流量与差错控制）流量与差错控制 纠措检错机制纠措检错机制 （4 4）异常情况处理）异常情况处理 协议要解决的问题：协议
49、要解决的问题：协议要解决的问题：协议要解决的问题： 数据编码格式、传输控制字符、报文格式、呼叫应数据编码格式、传输控制字符、报文格式、呼叫应答方式、差错控制、通信方式、同步方式、信息传输速答方式、差错控制、通信方式、同步方式、信息传输速率等。率等。4.4.2数据链路层协议数据链路层协议通信概论数据通信运输j局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3电话网局域网主机 H1 向 H2 发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2从层次上来看数据的流动数据链路层的简单模型数据链
50、路层的简单模型4.4.2数据链路层协议数据链路层协议通信概论数据通信运输j数据链路层的简单模型数据链路层的简单模型局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3电话网局域网主机 H1 向 H2 发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2仅从数据链路层观察帧的流动4.4.2数据链路层协议数据链路层协议通信概论数据通信运输j停止等待协议停止等待协议数据链路层主机 A缓存主机 B数据链路AP2AP1缓存发送方接收方帧高层帧完全理想化的数据传输所基于的两个假定 假定假定1：信道理想
51、：信道理想：信道理想：信道理想：所传送的任何数据既不会出差所传送的任何数据既不会出差错也不会丢失。错也不会丢失。假定假定2：接收端的速率足够快：接收端的速率足够快：接收端的速率足够快：接收端的速率足够快：不管发方以多快不管发方以多快的速率发送数据，收方总是来得及收下，并及时上交的速率发送数据，收方总是来得及收下，并及时上交主机。主机。4.4.2数据链路层协议数据链路层协议1、 完全理想化的数据传输通信概论数据通信运输j2、具有最简单流量控制的数据链路层协议、具有最简单流量控制的数据链路层协议如果主机如果主机A向主机向主机B传输数据的信道仍然是无差错的传输数据的信道仍然是无差错的理想信道。但不能
52、保证接收端向主机交付数据的速率理想信道。但不能保证接收端向主机交付数据的速率永远不低于发送端发送数据的速率。永远不低于发送端发送数据的速率。由收方控制发方的数据流由收方控制发方的数据流计算机网络中流量控制计算机网络中流量控制的一个基本方法。的一个基本方法。4.4.2数据链路层协议数据链路层协议停止等待协议停止等待协议通信概论数据通信运输j具有最简单流量控制的数据链路层协议算法具有最简单流量控制的数据链路层协议算法在发送结点：在发送结点：在发送结点：在发送结点：(1)从主机取一个数据帧送到数据链路层的发送缓存。从主机取一个数据帧送到数据链路层的发送缓存。(2)将发送缓存中的数据帧发送出去。将发送
53、缓存中的数据帧发送出去。(3)等待。等待。(4)若收到由接收结点发过来的信息若收到由接收结点发过来的信息(此信息的格式与内容可由双此信息的格式与内容可由双方事先商定好方事先商定好)，则从主机取一个新的数据帧，然后转到，则从主机取一个新的数据帧，然后转到(1)。在接收结点：在接收结点：在接收结点：在接收结点：(1)等待。等待。(2)若收到由发送结点发过来的数据帧，则将其放入数据链路层的若收到由发送结点发过来的数据帧，则将其放入数据链路层的接收缓存。接收缓存。(3)将接收缓存中的数据帧上交主机。将接收缓存中的数据帧上交主机。(4)向发送结点发一信息，表示数据帧已经上交给主机。向发送结点发一信息，表
54、示数据帧已经上交给主机。(5)转到转到(1)。4.4.2数据链路层协议数据链路层协议通信概论数据通信运输j两种情况的对比（传输均无差错）两种情况的对比（传输均无差错）ABDATADATADATADATA送主机 B送主机 B送主机 B送主机 BABDATA送主机 BDATA送主机 B时间不需要流量控制需要流量控制4.4.2数据链路层协议数据链路层协议通信概论数据通信运输j3、实用的停止等待协议实用的停止等待协议时间ABDATA0送主机ACKDATA1送主机ACK(a) 正常情况ABDATA0DATA0送主机ACK(c) 数据帧丢失重传tout丢失 ！ABDATA0送主机ACKDATA0丢弃ACK
55、(d) 确认帧丢失重传tout丢失 ！ABDATA0NAKDATA0送主机ACK(b) 数据帧出错重传出错出现差错的四种情况4.4.2数据链路层协议数据链路层协议通信概论数据通信运输j超时计时器的作用超时计时器的作用结点结点A发送完一个数据帧时，就启动一个发送完一个数据帧时，就启动一个超时计时器超时计时器。v计时器又称为计时器又称为定时器定时器。若到了超时计时器所设置的重传时间若到了超时计时器所设置的重传时间tout而仍收不到结点而仍收不到结点B的任的任何确认帧，则结点何确认帧，则结点A就重传前面所发送的这一数据帧。就重传前面所发送的这一数据帧。一般可将重传时间选为略大于一般可将重传时间选为略
56、大于“从发完数据帧到收到确认帧所需从发完数据帧到收到确认帧所需的平均时间的平均时间”。每一个数据帧带上不同的发送序号。每发送一个新的数据帧就把它每一个数据帧带上不同的发送序号。每发送一个新的数据帧就把它的发送序号加的发送序号加1。若结点若结点B收到发送序号相同的数据帧，就表明出现了重复帧。这收到发送序号相同的数据帧，就表明出现了重复帧。这时应丢弃重复帧，因为已经收到过同样的数据帧并且也交给了主机时应丢弃重复帧，因为已经收到过同样的数据帧并且也交给了主机B。但此时结点但此时结点B还必须向还必须向A发送确认帧发送确认帧ACK，因为，因为B已经知道已经知道A还没有收到上一次发过去的确认帧还没有收到上
57、一次发过去的确认帧ACK。解决重复帧的问题解决重复帧的问题4.4.2数据链路层协议数据链路层协议通信概论数据通信运输j帧的编号问题帧的编号问题任何一个编号系统的序号所占用的比特数一定是有限的。因此，任何一个编号系统的序号所占用的比特数一定是有限的。因此，经过一段时间后，发送序号就会重复。经过一段时间后，发送序号就会重复。序号占用的比特数越少，数据传输的额外开销就越小。序号占用的比特数越少，数据传输的额外开销就越小。对于停止等待协议，由于每发送一个数据帧就停止等待，因此用对于停止等待协议，由于每发送一个数据帧就停止等待，因此用一个比特来编号就够了。一个比特来编号就够了。v一个比特可表示一个比特可
58、表示 0 和和 1 两种不同的序号。两种不同的序号。帧的发送序号帧的发送序号数据帧中的发送序号数据帧中的发送序号N(S)以以0和和1交替的方式出现在数据帧中。交替的方式出现在数据帧中。每发一个新的数据帧，发送序号就和上次发送的不一样。用这样的每发一个新的数据帧，发送序号就和上次发送的不一样。用这样的方法就可以使收方能够区分开新的数据帧和重传的数据帧了。方法就可以使收方能够区分开新的数据帧和重传的数据帧了。4.4.2数据链路层协议数据链路层协议通信概论数据通信运输j帧检验序列帧检验序列FCS在数据后面添加上的冗余码称为在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列帧检验序列FCS。循环冗余检验循环冗余检
59、验CRC和帧检验序列和帧检验序列FCS并不等同。并不等同。vCRC 是一种常用的是一种常用的检错方法检错方法，而，而 FCS 是添加在数据后面的是添加在数据后面的冗余码冗余码。vFCS 可以用可以用 CRC 这种方法得出，但这种方法得出，但 CRC 并非用来获得并非用来获得 FCS 的惟一方法。的惟一方法。只要得出的余数只要得出的余数R 不为不为0，就表示检测到了，就表示检测到了差错差错。但但这这种种检检测测方方法法并并不不能能确确定定究究竟竟是是哪哪一一个个或或哪哪几几个个比比特出现了差错。特出现了差错。一旦检测出差错，就一旦检测出差错，就丢弃丢弃这个出现差错的帧。这个出现差错的帧。只只要要
60、经经过过严严格格的的挑挑选选，并并使使用用位位数数足足够够多多的的除除数数G，那那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。么出现检测不到的差错的概率就很小很小。4.4.2数据链路层协议数据链路层协议通信概论数据通信运输j停止等待协议停止等待协议ARQ的优缺点的优缺点优点：比较简单优点：比较简单。缺点：通信信道的利用率不高，也就是说，信道还远缺点：通信信道的利用率不高，也就是说，信道还远远没有被数据比特填满。远没有被数据比特填满。为了克服这一缺点，就产生了另外两种协议，即连续为了克服这一缺点，就产生了另外两种协议，即连续ARQ和选择重传和选择重传ARQ。4.4.2数据链路层协议数据链路层协议通信概
61、论数据通信运输j3、连续、连续ARQ协议协议连续连续ARQ协议的工作原理协议的工作原理在发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认帧，而在发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认帧，而是可以连续再发送若干个数据帧。是可以连续再发送若干个数据帧。如果这时收到了接收端发来的确认帧，那么还可以接如果这时收到了接收端发来的确认帧，那么还可以接着发送数据帧。着发送数据帧。由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提高了。由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提高了。4.4.2数据链路层协议数据链路层协议通信概论数据通信运输j连续连续ARQ协议的工作原理协议的工作原理DATA0DATA1DATA2DATA3DATA
62、4DATA5重传 DATA2重传 DATA3ACK1ACK2ACK1 确认 DATA0ACK2 确认 DATA1DATA2 出错，丢弃DATA3 不按序，丢弃，重传 ACK2DATA4 不按序，丢弃，重传 ACK2DATA5 不按序，丢弃，重传 ACK2ACK3ACK3 确认 DATA2ACK4 确认 DATA3ACK4重传 DATA5重传 DATA4超时重传时间ABtout送交主机送交主机?ACK2ACK2ACK24.4.2数据链路层协议数据链路层协议通信概论数据通信运输j(1)接收端接收端只按序接收只按序接收数据帧。虽然在有差错的数据帧。虽然在有差错的2号帧之后接着又收到号帧之后接着又收到
63、了正确的了正确的3个数据帧，但接收端都必须将这些帧丢弃，因为在这些个数据帧，但接收端都必须将这些帧丢弃，因为在这些帧前面有一个帧前面有一个2号帧还没有收到。虽然丢弃了这些不按序的无差错号帧还没有收到。虽然丢弃了这些不按序的无差错帧，但应重复发送已发送过的最后一个确认帧。帧，但应重复发送已发送过的最后一个确认帧。(2)ACK1表示确认表示确认0号帧号帧DATA0，并期望下次收到，并期望下次收到1号帧；号帧；ACK2表表示确认示确认1号帧号帧DATA1，并期望下次收到，并期望下次收到2号帧。依此类推。号帧。依此类推。(3)结点结点A在每发送完一个数据帧时都要设置该帧的在每发送完一个数据帧时都要设置
64、该帧的超时计时器超时计时器。如果在所设置的超时时间内收到确认帧，就立即将超时计时器清如果在所设置的超时时间内收到确认帧，就立即将超时计时器清零。但若在所设置的超时时间到了而未收到确认帧，就要重传相零。但若在所设置的超时时间到了而未收到确认帧，就要重传相应的数据帧（仍需重新设置超时计时器）。应的数据帧（仍需重新设置超时计时器）。在等不到在等不到2号帧的确认而重传号帧的确认而重传2号数据帧时，虽然结点号数据帧时，虽然结点A已已经发完了经发完了5号帧，但仍必须向回走，将号帧，但仍必须向回走，将2号帧及其以后的各帧全号帧及其以后的各帧全部进行重传。连续部进行重传。连续ARQ又称为又称为Go-back-NARQ，意思是当出现，意思是当出现差错必须重传时，要向回走差错必须重传时，要向回走N个帧，然后再开始重传。个帧，然后再开始重传。4.4.2数据链路层协议数据链路层协议通信概论数据通信运输jIP地址与硬件地址地址与硬件地址TCP 报文IP 数据报MAC 帧应用层数据首部首部尾部首部链路层及以下使用硬件地址硬件地址网络层及以上 使用 IP 地址IP 地址4.4.3因特网的网际协议因特网的网际协议IP通信概论数据通信运输j
