《数据透明传输技术》PPT课件.ppt

数据透明传输技术 数据透明技术的基本概念 转义字符填充法 零比特填充法 采用特殊的信号与编码法 确定数据长度法 5.1 数据透明传输技术的概念 1 问题的提出 2. 所谓数据透明传输 就是用户不受协议中的任 何限制，可随机地传输任意比特编码的信息。 用户可以完全不必知道协议中所规定的结束段 的比特编码或者其他的控制字符。 5.2 转义字符填充法 数据链路控制协议 数据链路控制协议也称链路通信规程，也就是 OSI参考模型中 的数据链路层协议。路控制协议可分为异步协议和同步协议 两大类。 同步协议是以许多字符或许多比特组织成的数据块一一帧为 传输单位，在帧的起始步，使帧内维持固定的时钟。由于采 用帧为传输单位，所以同步协议能更有效地利用信道，也便 于实现差错控制、流量控制等功能。 同步协议又可分为面向字符的同步协议和面向比特的同步协 议及面向字节计数的同步协议三种类型。 1. 面向字符的数据链路控制的规程 国际标准化组织于 1971年发表了 ISO1745标准，规定了信息 处理中数据通信系统的基本型控制规程。 ISO 1745: ISO标准。 ANSIX3.28 美国国家标准。 ECMA-16: 欧洲计算机制造商协会标准。 IBM BSC:IBM公司标准 我们国家于 1982年低公布了 GB3458-82标准。 2 传输控制字符 面向字符的数据传输过程中，规定了 10个控制字符 作为传输控 制用。传输控制字符的名称及代码如下： SOH(Start of Head)： 开始，用于表示报文的标题信息或报头 的开始。比特编码： 0000001 STX(Start d Text)： 文始，标志标题信息的结束和报文文本的 开始。 0000010 ETX (End of Text)： 文终，标志报文文本的结束。 EOT(End d Transmission)： 送毕，用以表示一个或多个文本 块的结束，并拆除链路。 ETB (End of Transmission Block)：块终或组终，用以表示当 报文分成多个数据块时？一个数据块的结束。 ENQ(Enquire)： 询问，用以请求远程站给出响应，响应可能包 括站的身份或状态。 ACK (Acknowledge)： 确认，由接收方发出的作为对正确 接收到报文的响应。 NAK (Negative Acknowledge)： 否认，由接收方发出的 作为对未正确接收的报文的响应 .0010101 SYN(Synchronous)： 同步字符，在同步协议中，用以实 现节点之间的字符同步，或用于在无数据传输时保持该同 步。 0010110 DLE (Data Link Escape)： 转义，用以修改紧跟其后的 有限个字符的意义，实现透明方式的数据传输，或者当 10 个传输控制字符不够用时提供新的转义传输控制字符。 3 数据透明传输的实现 为了使计算机之间能传输任意数据代码，转义字符 DLE用来改变后续字符的意义。如数据字段中出现了 DLE、 STX、 ETX、 ETB等字段，则在发送时在这些 字符前面加上转义字符，变成了 DLEDLE、 DLESTX、 DLEETX、 DLEETB发送 。在接收端将 DLE去掉恢复 了原来数据。 以上就是代码透明型面向字符的数据规程 4 转义字符填充法在 internet中的应用 数据链路层使用最为广泛的两个协议 SLIP(Serial Line Internet Protocol)和 PPP(Point-to-Point Protocol) 在 SLIP协议中，网际层的传输单元是 IP数据报，在每一个 IP 数据报的首部和尾部各加上一个特殊的标识符 END，封装成 为 SLIP帧，再送给下面物理层发送。 END编码为 11000000， 十六进制为 C0H。若在 IP数据报中出现了 C0H编码，则将 C0H编码转义为 1101101111011100，十六进制为 DBDCH。 若在 IP数据报中出现了 11011011编码，即 DBH，则将 DBH 转义为 DBDDH,如下图 转义字符填充法 PPP帧 标志位： 01111110， 16进制表示为 7Eh 信息段中出现 7E，则转义为 7D5D 信息段中出现 7D，则转义为 信息段中出现 ASCII码控制字符的比特编码（即 小于 2Oh）则在该字符前面是国一个 7D 1974年 ,IBM公司推出了面向比特的数据链路层协议 SDLC，美国标 准改为 ADCCP， ISO改为 HDLC,作为国际标准。 HDLC的帧结构 （ 1） F：帧间隔模式：“ 01111110” 同步符号、 帧之间的填充字 符。 01111110 10101111110101010011111110101001111110 （ 2） A：地址字段：通信对方的地址 （ 3） C： 控制字段 ：用于区分帧的类型（数据帧、监控帧、无编号帧） （ 4） I：信息字段：携带高层用户数据，可以是任意的二进制位串； （ 5） FCS：校验码：对 A、 C、 I字段进行循环校验。 5.3 零比特填充法 8bit 8 8 8 16 8 标志 F 地址 A 控制 C 信息 I 帧校验序列 FCS 标志 F 校验区间 透明传输区间 起始标志 要传输的数据块 结束标志 01111110 00110110000101100110111 01111110 包括起始和终止标志的信息块称为 HDLC的“数据帧”。 “ 0”比特插入法 为了保证帧间隔符“ 01111110”的唯一性和帧内数据的透明 性，保证 A（地址字段）、 C（控制字段）、 I（信息字段）、 FCS（帧校验序列）中不出现 01111110的位模式， HDLC 采用了 0位插入法。 发送端： 发送“ 01111110”后，开始数据发送，并在数据发 送过程中，检查发送的位流， 一旦发现连续的 5个 1，则 自动在其后插 (附 )上 1个 0， 并继续传输后继的位流；数 据发送结束后，追加帧间隔符“ 01111110”。 接收端 ： 执行相反的动作： 若识别出连续 5个 1和 1个 0，则自动丢弃该 0，以恢复原来的位流；若识别出连 续的 6个 1，表示数据结束，该数据帧接收完成。 数据中某一段的比特组合 010111110011111100111111100 发送端遇到 5个 1插 0后再发送 010111110001111101001111101100 接收端将 5个 1后的 0删除，恢复原样 010111110011111100111111100 5.4 采用特殊的信号与编码法 IEEE802.3标准： CSMA/CD 不必有结束符字段，也不必有数据长度 5.4 采用特殊的信号与编码法 在计算机局域网 LAN(local area network)中，媒体接 入控制层 MAC(Media Access Control)有 3个重要的协 议 ,即 IEEE 802.3、 IEEE 802.4、 IEEE 802.5 ，它们通 过采用特殊的信号，解决了数据透明传输的问题 。 5.4.1 IEEE 802.3 CSMA/CD 802.3局域网最早源于美国施乐公司 (Xerox) 、 DEC 与 Intel等三家公司合作研究 10Mbps的 Ethernet；并于 1980年 9月第一次公布了 Ethernet的物理层、数据链 路层规范； 1981年 11月公布了 DIX Ethernet V2.0，随 后该标准成为 IEEE802.3的基础。 曼彻斯特编码编码规则 (b)： 位中间电平从高到低 跳变表示 1； 位中间电平从低到高 跳变表示 “ 0”。 差分曼彻斯特编码编码规则 (c )： 在信号位 开始时不改变 信号极性，表示逻辑 1 在信号位 开始时改变信号 极性，表示逻辑 0 局域网介质访问控制技术 共享介质局域网的工作原理 目前应用最广泛的局域网是总线型局域网，即以 太网 (Ethernet).IEEE 802.3定义它的协议标准。 它的核心技术是 随机争用介质 访问控制方法，即 带有冲突检测的载波侦听多路访问方法 (CSMA/CD,carrier sense multiple access with collision detection) CSMA/CD的工作原理： 先听后发、边听边发、冲突停止和随机延迟 （ 1）、载波监听多路访问控制方法（ CSMA ） “ 先听后说 ” ： 每个站在发送数据前，先 监听信道上有无其它站正在发送信息。如 果没有（即信道空闲），则发送数据；如 果有其它站正在发送数据（即信道忙）， 则暂不发送，退避一段时间后再发送 . 侦听忙后的处理 （二进制退避算法来决定避让的时间） 非坚持： 若总线忙，则不再侦听，隔一定时间再侦听。 若空闲，则立即发送数据。 P坚持： 若总线忙，继续侦听，一旦发现空闲，以概率 P发送数据 1坚持： 若总线忙，一直侦听，直到空闲，立即发送， 若有冲突，重新侦听 （ 2）、载波监听多路访问 /冲突检测（ CSMA/CD） CSMA/CD的工作原理： “ 先听后说，边听边说 ” 采用边 发送边监听的方式，一旦监听到 冲突，冲突双方就立即停止发送， 且强化冲突，以免浪费信道时间， 使信道很快进入空闲期。 （ 3）载波监听多路访问 /冲突检测（ CSMA/CD）的特点 所有节点都不断的对信道进行监听； 如果信道有空，则可发送数据； 如果信道中有数据正在发送，则按照 二进制 后退算法 等待一段时间后在发送； 当出现冲突时，就退出，暂时停止发送信息； 将冲突检测到信号发送给所有节点； 重发数据。 A 站 B 站 时刻 t:A站开始发送 (a) A 站 B 站 时刻 t+ -:B 站开始发送 (b) A 站 B 站 时刻 t+: 发生冲突 (c) A 站 B 站 时刻 t+2: A 检测到冲突 (d) 传播 延迟是造成冲突的原因 端到端最大传 播延迟 5.4 采用特殊的信号与编码法 IEEE802.3标准： CSMA/CD 不必有结束符字段，也不必有数据长度 5.4.2 令牌控制技术 令牌控制技术， 利用“令牌”作为控制结点访问公共 传输介质的方法 ，它用于 环形和总线形 两种拓扑结构网络， 这种访问方式在环形和总线形网中建立起来的环，是一种 逻辑环。 1、 令牌环访问控制方式 令牌环是一种适用于 环形网络 的介质访问控制方式 ， 已由 IEEE802委员会建议成为局域网控制协议标准之一 ， 即 IEEE802.5标准 。 在令牌环网中，令牌也叫通行证，它具有特殊的格式和标 记。 令牌有“忙（ Busy）”和“空闲（ Free）”两种状态 。 令牌环的操作过程 Token Ring/802.5 首先建立一个逻辑环 ，将所有站点同物理媒体相连， 然后产生一个 控制令牌 。 控制令牌 由一个站点沿着逻辑环顺序向下一个站点传 递。 (3)网络空闲时 ，只有一个令牌在环路上绕行。 其中包 含一位 “ 令牌 /数据帧”标志位，标志位为“ 0” 表示该 令牌为可用的空令牌，标志位为“ 1” 表示有站点正占用 令牌在发送数据帧。 (4)当一个站点要发送数据时， 必须等待并获得一个令牌， 将令牌的标志位置为“ 1” ，随后便可发送数据。 (5)环路 中的每个站点边转发数据，边检查数据帧中的目 的地址，若为本站点的地址，便读取其中所携带的数据。 (6)数据帧绕环一周返回时，发送站将其从环路上撤消。 (7)发送站点完成数据发送后，重新产生一个令牌传至下 一个站点，以使其它站点获得发送数据帧的许可权。 Token Ring/802.5的操作举例 A T = 0 T A T = 0 T A T = 1 T Data C T Data C T Data C T Data C Data （ a） B （ c） 帧循环一圈后 A将数据帧回收 并放出空令牌 A有数据要发 送，它抓住 空令牌 A将令牌修改 为数据帧， 并加挂数据 C C C 采用特殊的信号与编码法 IEEE802.5标准：令牌环 违例的曼彻斯特码 起始 接入控制 结束 起始 接入控制 控制帧 目的地址 源地址 数据 FCS 结束 帧状态 令牌帧 非令牌帧 帧起始标志 帧结束标志 V1 V0 0 V1 V0 0 0 0 V1 V0 1 V1 V0 1 0 0 5.4.3 IEEE802.4 令牌总线 在物理上令牌总线是一根线状或树状的拓扑结构 ， 逻 辑是环型 令牌总线访问控制方式 （ Token-Bus） 是在综合了 CSMA/CD访问控制方式和令牌环访问控制方式的优点基 础上形成的一种介质访问控制方式 。 IEEE 802.4标准 规定了令牌总线媒体访问控制方法与相应的物理规范 。 令牌总线控制方式主要用于总线型或树型网络结构中 。 该方式是在物理总线上建立一个逻辑环 。 如下图所示 ， 一个总线结构网络 ， 如果指定每一个站点在逻辑上相互 连接的前后地址 ， 就可构成一个逻辑环 。 如图中 ABDEA （ C站点没有连入令牌总线中 ） 。 总线结构中的令牌环 A 前 E 后 B C 前无 后无 E 前 D 后 A B 前 A 后 D D 前 B 后 E BUS 令牌总线帧格式 前导码 (P)，用于收发同步； 帧开始标志 (SD)，标识帧的开始 帧控制字段 (FC)，用于区分帧的类型，包括 MAC控制帧、 LLC数据帧、 站点管理数据帧等。 宿 /源地址 (DA/SA) 数据字段 (DATA)，根据帧控制字段（ FC）的取值 . 帧校验序列 (FCS)，对 SD和 ED之间的所有字段进行循环冗余校验； 帧结束标志（ ED），标识帧的结束，同时也标识了帧中 FCS的位置 . 起始和结束指明帧的开始和结束，这两个字段中包含了模拟编码， 而不是 0和 1，因此它们不会偶然出现在数据中。解决了数据透明传 输的问题。 确定长度法 总长度指首部和数据之和的长度。 版本 首部长度 服务类型 总长度 标 识 标 志 段 偏 移 寿 命 协 议 首部检验和 源 IP地址 目的 IP地址 长度可变的任选字段 填 充 数 据 源端口 目的端口 长 度 检验和 数 据 固定长度法 GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT RES CLP HEC 数据 VPI VCI VCI VCI VCI PT RES CLP HEC 数据