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第四讲 数据链路层(下)第五讲：数据链路层(下)2011年考研大纲考查范围:数据链路层（下半部分）：（2012年年1月的考研不考月的考研不考这部分）部分）(七七)广域网广域网（这部分内容教材没有，但考研大纲有，要详细讲）（这部分内容教材没有，但考研大纲有，要详细讲）1.1.广域网的基本概念广域网的基本概念 广域网与局域网比较的主要不同之处：广域网与局域网比较的主要不同之处：覆盖的地理范围不同覆盖的地理范围不同 核心技术与标准不同核心技术与标准不同 组建与管理方式不同组建与管理方式不同 Internet是将多个广域网、城域网、局域网互连构成的网际网。是将多个广域网、城域网、局域网互连构成的网际网。广域网是广域网是Internet的核心部分，其任务是通过长距离传输主机的核心部分，其任务是通过长距离传输主机所发送的数据。连接广域网各结点交换机的链路都是高速链路，所发送的数据。连接广域网各结点交换机的链路都是高速链路，其距离可以是几千公里的光缆线路，也可以是几万公里的点对点其距离可以是几千公里的光缆线路，也可以是几万公里的点对点卫星链路，还有无线分组交换网，通信容量必须足够大。卫星链路，还有无线分组交换网，通信容量必须足够大。知识点归纳知识点归纳广域网和局域网都是广域网和局域网都是InternetInternet的重要组成构件。相距较远的的重要组成构件。相距较远的局域网通过路由器与广域网相连组成了一个覆盖范围很广的局域网通过路由器与广域网相连组成了一个覆盖范围很广的互联网。互联网。知识点归纳互联网，一般不称它为广域网。因为在互联网中，不同互联网，一般不称它为广域网。因为在互联网中，不同网络的网络的“互连互连”才是其最主要的特征。互联网必须使用才是其最主要的特征。互联网必须使用路由器来连接。路由器来连接。广域网是单个的网络，它使用结点交换机连接各主机而广域网是单个的网络，它使用结点交换机连接各主机而不是用路由器连接各网络。不是用路由器连接各网络。结点交换机在单个网络中转发分组，而路由器在多个网结点交换机在单个网络中转发分组，而路由器在多个网络构成的互联网中转发分组。络构成的互联网中转发分组。从互联网的角度来看，广域网和局域网都是平等的。从互联网的角度来看，广域网和局域网都是平等的。广域网和局域网有一个共同点：连接在一个广域网或一广域网和局域网有一个共同点：连接在一个广域网或一个局域网上的主机在该网内进行通信时，只需要使用其个局域网上的主机在该网内进行通信时，只需要使用其网络内的物理地址即可。网络内的物理地址即可。知识点归纳公共电话交换网公共电话交换网(PSTN)综合业务数字网综合业务数字网(ISDN)数字数据网数字数据网(DDN)X.25分组交换网分组交换网帧中继帧中继(Frame Relay,FR)网网异步传输模式异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM)网网GE与与10GE的光的光Ethernet技术技术波分复用波分复用(WDM)技术技术 q 用于构成广域网的主要网络类型与技术用于构成广域网的主要网络类型与技术 由于广域网的造价较高，一般都是由国家或较大的电信公司由于广域网的造价较高，一般都是由国家或较大的电信公司出资建造出资建造。知识点归纳 广域网是一种公共数据网络广域网是一种公共数据网络 Public Data Network，PDN 电信运营商，国家电信运营商，国家 广域网技术研究的重点是宽带核心交换技术广域网技术研究的重点是宽带核心交换技术 广域网核心技术广域网核心技术-电信运营商负责的通信子网中使用的电信运营商负责的通信子网中使用的技技 术，涉及：光纤传输、无线传输、卫星传输。术，涉及：光纤传输、无线传输、卫星传输。将核心交换技术与接入技术分开，由城域网承担用户接入将核心交换技术与接入技术分开，由城域网承担用户接入 的任务，而广域网技术主要研究的任务，而广域网技术主要研究远距离、宽带、高服远距离、宽带、高服 务质量的核心交换技术务质量的核心交换技术。知识点归纳 广域网组成与结构广域网组成与结构 资源子网资源子网 通信子网通信子网 广域网结构与广域网结构与OSI参考模型参考模型 OSI参考模型中的通信子网结构就是典型的广域网参考模型中的通信子网结构就是典型的广域网结构。结构。知识点归纳知识点归纳广域网与分组交换技术：广域网与分组交换技术：分组交换技术分组交换技术 在广域网中传输分组的方法有两类在广域网中传输分组的方法有两类 线路交换线路交换 线路建立、数据传输、线路释放线路建立、数据传输、线路释放 分组存储转发交换分组存储转发交换 数据报方式数据报方式(Datagram,DG)虚电路方式虚电路方式(Virtual Circuit,VC)永久虚电路永久虚电路(Permanent,PVC)交换虚电路交换虚电路(Switched VC,SVC)知识点归纳虚电路服务分为三个阶段：虚电路服务分为三个阶段：虚电路的建立、数据传输、虚电路的释放。虚电路的建立、数据传输、虚电路的释放。在虚电路建立后，网络向用户提供的服务就好像在两个主在虚电路建立后，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。传送到目的站主机。到达目的站的分组顺序就与发送时的顺序一致，因此网络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。有较好的保证。注意：由于采用存储转发技术，虚电路和电路交换的连接注意：由于采用存储转发技术，虚电路和电路交换的连接不同。电路交换真正占有一条通道，而虚电路则是断续地不同。电路交换真正占有一条通道，而虚电路则是断续地占有一段又一段的链路。占有一段又一段的链路。虚电路服务示意图 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网分组交换网H H1 1 要和要和 H H5 5 通信通信 主机主机 H1 1 先向主机先向主机 H5 5 发出一个特定格式的控制信息分组，要求进行通信，同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。若时寻找一条合适路由。若 H5 5 同意通信就发回响应，然后双方就建立了虚电路。同意通信就发回响应，然后双方就建立了虚电路。虚电路虚电路H H1 1 向向 H H5 5 发送的发送的所有分组都沿此所有分组都沿此虚电路传送。虚电路传送。H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网分组交换网同理，主机同理，主机 H2 2 和主机和主机 H6 6 通信之前，也要建立虚电路。通信之前，也要建立虚电路。虚电路服务示意图 虚电路转发表 虚电路转发表在建立虚电路（虚呼叫）时确定。分组在传送虚电路转发表在建立虚电路（虚呼叫）时确定。分组在传送时只需携带虚电路号，虚电路号只具有本地意义，根据虚电路建时只需携带虚电路号，虚电路号只具有本地意义，根据虚电路建立顺序由各主机、各结点自主排序，入出口号不一定相同。立顺序由各主机、各结点自主排序，入出口号不一定相同。AEDCBH2H3H1H4H5结点结点A的虚电路转发表的虚电路转发表 入口入口出口出口H1H1H1012B012BB入虚电路号入虚电路号出虚电路号出虚电路号虚电路转发表建立过程示例一AEDCBH2H3H1H4H5依次建立依次建立5条条VC：VC1：A-B-EVC2：A-B-DVC3：B-D-EVC4：C-E-DVC5：A-B-C-D 入口入口出口出口H1H1H1125012B012BB 入口入口出口出口AAH2 3010E001DD 入口入口出口出口BBE010H4001EH4 入口入口出口出口H3B4000E002D 入口入口出口出口BDC000H5010D A B C D EA2C 0H5CH41.A 请求与 B 建立虚电路虚电路转发表建立过程示例二虚电路转发表建立过程示例二2.B 响应 A 的虚电路建立请求虚电路转发表建立过程示例二3.A 和 B 使用虚电路进行数据传输知识点归纳比较两种服务的思路来源比较两种服务的思路来源：数据报服务力求使网络生存性好和使对网络的控制数据报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努力的服功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。务。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）来保来保证。证。虚电路服务的思路来源于传统的电信网。虚电路服务的思路来源于传统的电信网。电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电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。信网的结点交换机复杂而昂贵。数据报服务和虚电路服务的比较对比的方面对比的方面虚电路服务虚电路服务数据报服务数据报服务思路思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由网络来保证 可靠通信应当由用户主机来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立连接的建立必须有必须有不要不要目的站地址目的站地址仅在连接建立阶段使用，每个仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号分组使用短的虚电路号每个分组都有目的站的全地址每个分组都有目的站的全地址分组的转发分组的转发属于同一条虚电路的分组均按属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发照同一路由进行转发每个分组独立选择路由每个分组独立选择路由进行转发进行转发结点出故障时结点出故障时所有通过出故障结点的虚电路所有通过出故障结点的虚电路均不能工作均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，一出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能发生变化些路由可能发生变化分组的顺序分组的顺序总是按发送顺序到达目的站总是按发送顺序到达目的站到达目的站不一定按发送顺序到达目的站不一定按发送顺序差错控制和差错控制和流量控制流量控制可由分组交换网负责，也可由可由分组交换网负责，也可由用户机负责用户机负责用用户机负责用用户机负责拥塞控制拥塞控制易于实现易于实现很难实现很难实现主要的几种广域网与提供的速率主要的几种广域网与提供的速率 55/155/622Mbps ATM*45Mbps SMDS 64k-2Mbps 帧中继帧中继*9.6k-2Mbps DDN*144kbps(BRI)，2Mbps(PRI)ISDN*64kbps及以下及以下 X.25*56Kbps ARPANET常见速率广域网类型HDLC：ISO 提出的高级数据链路控制规程提出的高级数据链路控制规程 High-level Data Link ControlHDLC的主要概念：的主要概念：主站主站(Primary Station)Primary Station)：负责链路控制，包括对次站的控制、恢复链路差错，它发出的帧为命令帧。次站次站(Secondary Station)Secondary Station)：受主站控制的站，它完成主站所命令的工作，返回响应帧。复合站复合站(Combined Station)Combined Station)：既有主站功能，又有次站功能。可发出命令帧和响应帧。（2）链路结构 非平衡式结构非平衡式结构(Unbalanced)Unbalanced)：由一个主站和一个或多个次站组成，点对点或多点通信。平衡式结构平衡式结构(Balanced)Balanced)：由二个复合站组成。知识点归纳HDLC的链路结构 HDLC数据操作方式：数据操作方式：正常响应方式正常响应方式(NRM-Normal Response Mode)-Normal Response Mode)用于非平衡式链路结构用于非平衡式链路结构(点点-点、点点、点-多点多点)传输过程由主站启动，并向次站发命令，主站轮询、选择次站，传输过程由主站启动，并向次站发命令，主站轮询、选择次站，主站并负责链路管理及对超时重发和各类恢复操作的主站并负责链路管理及对超时重发和各类恢复操作的控制控制。异步平衡方式异步平衡方式(ABM-Asychronous Balanced Mode)-Asychronous Balanced Mode)用于平衡式链路结构用于平衡式链路结构(全双工点全双工点-点点)，每个站都是复合站。，每个站都是复合站。每一个复合站都可以发出命令帧和响应帧，对另一站传输数据。每一个复合站都可以发出命令帧和响应帧，对另一站传输数据。异步响应方式异步响应方式(ARM-Asychronous Response Mode)-Asychronous Response Mode)用于非平衡式链路结构用于非平衡式链路结构次站无主站允许，即可主动向主站发送数据。次站无主站允许，即可主动向主站发送数据。主站仍负责初始化、错误恢复等，起控制作用。主站仍负责初始化、错误恢复等，起控制作用。此方式一般使用较少此方式一般使用较少知识点归纳（1）标志字段标志字段8比特序列比特序列 01111110 标志帧的开始和结束，即用于帧标志帧的开始和结束，即用于帧的同步的同步“0”比特插入法，保持标志字段的唯一性，以实现比特插入法，保持标志字段的唯一性，以实现数据的透明传输。数据的透明传输。在在发发送送端端发发送送数数据据时时，每每5个个连连续续“1”后后面面自自动动插入一个插入一个“0”。在在接接收收端端，检检测测到到连连续续5个个“1”后后，自自动动删删除除后后面的一个面的一个“0”，恢复成原来的数据。，恢复成原来的数据。HDLC 帧结构 HDLC 帧格式帧格式（2 2）地址字段：地址字段：一般为一般为8个比特，可扩展。个比特，可扩展。全全“1”为广播地址，全为广播地址，全“0”为测试用。为测试用。扩充地址时，前面的扩充地址时，前面的8 8位组首位为位组首位为0 0，只有最后一个，只有最后一个首位为首位为“1 1”，表示地址结束。，表示地址结束。（3 3）控制字段：）控制字段：用于构成各种命令和响应，以便对链路监视和控制用于构成各种命令和响应，以便对链路监视和控制（4 4）信息字段：）信息字段：可以是任意长度的二进制比特串，一般为可以是任意长度的二进制比特串，一般为0 020002000比比特长特长。（5 5）帧校验序列字段：）帧校验序列字段：FCS 用于差错控制，采用用于差错控制，采用CRC码，多项式为码，多项式为X16+X12+X5+1。校验范围为两个标志字段之间。校验范围为两个标志字段之间。HDLC 帧结构信息帧信息帧 I-Frame：用于传送数据用于传送数据监控帧监控帧 S-Frame：用于差错控制和流量控制用于差错控制和流量控制无编号帧无编号帧 U-Frame：主要用于提供链路的建立、主要用于提供链路的建立、拆除及其它多种控制功能拆除及其它多种控制功能 帧类型控制字段控制字段比特12345678信息帧 0N(S)P/FN(R)监控帧 10S1S2P/FN(R)无编号帧 11M1M2P/FM3M4M5HDLC 帧的类型 三种类型的幀格式全视图三种类型的幀格式、提供的命令与响应三种类型的幀格式、提供的命令与响应(1)信息帧结构视图帧类型控制字段控制字段比特12345678信息帧 0N(S)P/FN(R)采用滑窗协议，采用滑窗协议，N(S）表示发送的帧序列号，表示发送的帧序列号，N（R）表示捎带的确认信息表示捎带的确认信息(期待接收的下一个幀期待接收的下一个幀)，N具有具有3位，即幀序号位，即幀序号07。扩展方式下有。扩展方式下有7位位。q P/F为探询为探询/终止位。终止位。NRM下下，主主站站轮轮询询次次站站有有无无数数据据要要发发送送，置置P=“1”。若若次次站站有有数数据据发发送送，则则在在前前面面各各帧帧中中置置F=“0”，最最后后一一数数据据帧帧中中置置F=“1”；若若无无数数据据发发送送，则则在在响响应应帧中置帧中置F=“1”。ARM和和ABM中，任何一站在发送的中，任何一站在发送的S帧和帧和I帧中置帧中置P=“1”，表示表示询问询问对方状态，对方在收到该帧后应对方状态，对方在收到该帧后应回答本站的状态，并置回答本站的状态，并置F=“1”。信 息 帧(2)监控帧视图帧类型控制字段控制字段比特12345678监控帧 10S1S2P/FN(R)监控帧监控帧：根据根据3,4位的取值有四种类型。位的取值有四种类型。S1,S2帧名帧名 功能功能 00RR(Receive Ready)准备好接收准备好接收N(R)帧帧,即即确认确认N(R)以前各帧。以前各帧。用于无捎带应答的场合用于无捎带应答的场合01REJ(Reject)否否认认N(R)起起的的各各帧帧，要要求求对对方方从从N(R)开开始始全部重发，全部重发，同时表明确认同时表明确认N(R)以前各帧以前各帧 10RNR(Receive Not Ready)确认确认N(R)以前各帧以前各帧,但还未准备好接收下但还未准备好接收下一幀一幀N(R)，要求对方要求对方暂停暂停发送。发送。11SREJ(Selective Reject)只否认只否认N(R)一帧一帧(要求对方选择重发要求对方选择重发)同时表明同时表明确认确认N(R)以前各帧以前各帧监 控 帧(3)无编号帧视图帧帧类型类型控制字段控制字段比特比特12345678无编号帧无编号帧 11M1M2P/FM3M4M5无编号帧：无编号帧：不包含不包含N(S)和和N(R)，即无编号。即无编号。用于提供链路的建立、拆除及其他多种控制功能。用于提供链路的建立、拆除及其他多种控制功能。它的类型由它的类型由M1M5来编码，总共来编码，总共可有可有32种种命令或响应。命令或响应。DISC（DISConnect）：）：终止逻辑链接，结束以前操作模式终止逻辑链接，结束以前操作模式.置模式命令：置模式命令：SNRM、SABM、SNRME、SABME等等。后带。后带E的为的为置扩展模式，扩展模式下帧序号由置扩展模式，扩展模式下帧序号由3 3位变成位变成7 7位。位。FRMR（FRaMe Reject）：）：帧发生语义格式错误。帧发生语义格式错误。UA（Unnumbered Acknowledgement）：）：无编号命令的应答。无编号命令的应答。DM（Disconnect Mode）：）：响应幀，表明本方已与链路断开。响应幀，表明本方已与链路断开。UI（Unnumbered Information）：）：无编号信息幀，为送给对方链无编号信息幀，为送给对方链路层实体的信息。路层实体的信息。其它命令与响应，用于测试、链路初始化、参数协商等。其它命令与响应，用于测试、链路初始化、参数协商等。无 编 号 帧HDLC的扩展模式的扩展模式LAPB(Link Access Procedure Balanced)：平衡型链路访问规程，它是平衡型链路访问规程，它是HDLC的一个的一个子集，用于子集，用于X.25中。中。操作过程可分为建立链路、数据传输和断开链路三操作过程可分为建立链路、数据传输和断开链路三个阶段。个阶段。通过任意一方发送通过任意一方发送SABM命令，另一方返回命令，另一方返回UA响应响应来建立双向链路。来建立双向链路。在启动建立链路之前，为确保在启动建立链路之前，为确保DCE和和DTE处于相同处于相同的阶段，的阶段，DCE常可主动发一个常可主动发一个DM响应幀，要求响应幀，要求DTE启动链路的建立过程。启动链路的建立过程。HDLC 的链路访问规程 HDLC 帧应用举例(无错时)HDLC 帧应用举例(有错时)DTE与与DCE在数据链路层上的通信过程在数据链路层上的通信过程优点：适用于点适用于点-点或点对多点通信。点或点对多点通信。可用于半双工或全双工通信。可用于半双工或全双工通信。采用同步方式和采用同步方式和滑窗协议滑窗协议传输，传输效率高。传输，传输效率高。主站可同时与多个从站建立链路，传输效率高。主站可同时与多个从站建立链路，传输效率高。幀都有幀校验序列，且按顺序编号，可靠性较高。幀都有幀校验序列，且按顺序编号，可靠性较高。采用比特填充法实现数据透明传输。采用比特填充法实现数据透明传输。可传输任意长度的二进制比特串。可传输任意长度的二进制比特串。采用统一的帧格式来传输数据、命令和响应，非采用统一的帧格式来传输数据、命令和响应，非常利于程序的实现。常利于程序的实现。因此因此HDLC和相类似的协议获得了广泛的应用。和相类似的协议获得了广泛的应用。使用 HDLC 的优点因特网的点对点协议因特网的点对点协议 PPP 现在全世界使用得最多的数据链路层协议是现在全世界使用得最多的数据链路层协议是 点对点协议点对点协议 PPP(Point-to-Point Protocol)用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都 是使用是使用 PPP 协议；协议；两个路由器间的点到点链路上也可以使用两个路由器间的点到点链路上也可以使用PPP协议。协议。用户拨号入网的示意图用户拨号入网的示意图 路由器路由器调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器因特网服务提供者因特网服务提供者(ISP)用户家庭用户家庭拨号电话线拨号电话线 使用使用 TCP/IP 的的 PPP 连接连接使用使用 TCP/IP 的的 客户进程客户进程路由选择 进程至至因因特特网网PC 机机PPP 协议协议 1992 1992 年制订了年制订了 PPP PPP 协议。经过协议。经过 1993 1993 年和年和 1994 1994 年的修订，现在的年的修订，现在的 PPP PPP 协议已成为协议已成为因特网的正式标准因特网的正式标准 RFC 1661 RFC 1661 PPP PPP协议有三个组成部分协议有三个组成部分 一个将一个将 IP IP 数据报封装到串行链路的方法数据报封装到串行链路的方法链路控制协议链路控制协议 LCP(Link Control Protocol)LCP(Link Control Protocol)网络控制协议网络控制协议 NCP(Network Control NCP(Network Control Protocol)Protocol)PPP 协议的帧格式协议的帧格式 PPP 的帧格式和的帧格式和 HDLC 的相似的相似 标志字段标志字段 F 仍为仍为 0 x7E（十六进制的十六进制的 7E 的二的二 进制表示是进制表示是 01111110）地址字段地址字段 A 只置为只置为 0 xFF。地址字段实际上并地址字段实际上并 不起作用不起作用 控制字段控制字段 C 通常置为通常置为 0 x03 PPP 是面向字节的，所有的是面向字节的，所有的 PPP 帧的长度都帧的长度都 是整数字节是整数字节PPP 协议的帧格式协议的帧格式 PPP 有一个 2 个字节的协议字段。当协议字段为 0 x0021 时，PPP 帧的信息字段就是IP 数据报数据报。若为 0 xC021,则信息字段是 PPP 链路控制数据链路控制数据。若为 0 x8021，则表示这是网络控制数据网络控制数据。IP IP 数据报数据报1211字节字节12不超过不超过 1500 1500 字节字节PPP PPP 帧帧先发送先发送7E FF03FACFCSF7E协议协议信信 息息 部部 分分首部首部尾部尾部PPP 透明传输问题透明传输问题 当当 PPP 用在用在同步传输链路同步传输链路时，协议规定采用时，协议规定采用 硬件来完成硬件来完成0比特填充比特填充（和（和 HDLC 的做法一的做法一 样）；样）；当当 PPP 用在用在异步传输异步传输时，就使用一种特殊的时，就使用一种特殊的 字符填充法。字符填充法。PPP 字符填充法字符填充法 将信息字段中将信息字段中出现出现的每一个的每一个 0 x7E 字节字节转变成转变成 为为 2 字节序列字节序列(0 x7D,0 x5E)若信息字段中若信息字段中出现出现一个一个 0 x7D 的字节的字节,则将其则将其 变成为变成为 2 字节序列字节序列(0 x7D,0 x5D)若信息字段中若信息字段中出现出现 ASCII 码的控制字符码的控制字符（即（即 数值小于数值小于 0 x20 的字符），则在该字符前面要的字符），则在该字符前面要 加入一个加入一个 0 x7D 字节，同时将该字符的编码加字节，同时将该字符的编码加 以改变以改变 共同规律：前加共同规律：前加0 x7D，后将出现的这些字节，后将出现的这些字节b5反相反相 不提供使用序号和确认的可靠传输不提供使用序号和确认的可靠传输 PPP 协议之所以协议之所以不使用序号不使用序号和和不使用确认不使用确认机制机制是出于以下的考虑：是出于以下的考虑：在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单的较简单的 PPP 协议较为合理协议较为合理在因特网环境下，在因特网环境下，PPP 的信息字段放入的数的信息字段放入的数据是据是 IP 数据报。数据链路层的可靠传输并不数据报。数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的能够保证网络层的传输也是可靠的帧检验序列帧检验序列 FCS 字段可保证无差错接受字段可保证无差错接受PPP 协议的工作状态协议的工作状态 当用户拨号接入当用户拨号接入 ISP 时，路由器的调制解调器对拨号时，路由器的调制解调器对拨号 做出确认，并做出确认，并建立一条物理连接建立一条物理连接。PC 机向路由器发送一系列的机向路由器发送一系列的 LCP 分组分组（封装成多个（封装成多个 PPP 帧帧),这些分组及其响应选择一些这些分组及其响应选择一些 PPP 链路参数链路参数。接着进行网络层配置，交互的接着进行网络层配置，交互的NCP分组分组 给新接入的给新接入的 PC机分配一个临时的机分配一个临时的 IP 地址，地址，PC 机成为因特网上的一个机成为因特网上的一个主机。主机。通信通信完毕时，完毕时，NCP 释放网络层连接释放网络层连接，收回原来分配出，收回原来分配出去的去的 IP 地址。接着，地址。接着，LCP 释放数据链路层连接释放数据链路层连接。最后。最后 释放物理层连接释放物理层连接。PPP 协议的状态图协议的状态图 建立建立失败失败失败NCP 配置配置鉴别成功鉴别成功通信通信结束结束载波载波停止停止检测到检测到 载波载波双方协商双方协商一些选项一些选项鉴别鉴别网络网络打开打开终止终止静止静止LCP配置配置宽带综合业务数字网宽带综合业务数字网 B-ISDN与与ATM*综合业务数字网综合业务数字网ISDN的基本概念的基本概念 与单一业务的电信网不同，与单一业务的电信网不同，ISDN可以同时提供多种业务，用户线路可供可以同时提供多种业务，用户线路可供多种业务共用，在线路上可以同时传输电话、电报、数据等多种信息。多种业务共用，在线路上可以同时传输电话、电报、数据等多种信息。ISDN用户可以以不同业务类型同时与多个用户通信。用户可以以不同业务类型同时与多个用户通信。ISDN完全采用数字完全采用数字 信道，因而能获得较高的通信质量与可靠性。信道，因而能获得较高的通信质量与可靠性。N-ISDN向向B-ISDN的发展的发展 N-ISDN:(1)以以PSTN为基础，为基础，(2)采用同步时分多路复用技术，采用同步时分多路复用技术，(3)各个通各个通路路 及其速率是预定的；及其速率是预定的；B-ISDN:(1)以光纤作为干线和传输介质，以光纤作为干线和传输介质，(2)采用异步传输模式采用异步传输模式ATM技术，技术，(3)使用通路的概念但其速率不是固定的。使用通路的概念但其速率不是固定的。设计设计B-ISDN的目标是将语音、数据、静态与动态图像的传输，以及的目标是将语音、数据、静态与动态图像的传输，以及N-ISDN的所有服务综合于一个通信网中，覆盖从低传输速率到高传输速率的的所有服务综合于一个通信网中，覆盖从低传输速率到高传输速率的各种非实时、实时与突发性的传输要求。各种非实时、实时与突发性的传输要求。（以下，（以下，加加*号内容在号内容在2012.1考研的大纲中已不再列入，可不复习考研的大纲中已不再列入，可不复习）ATM网网*ATM的基本概念的基本概念:SONET/SDH:同步光纤网、同步数字体系，全网使用统一的时同步光纤网、同步数字体系，全网使用统一的时钟，在链路上传输严格同步，钟，在链路上传输严格同步，SONET/SDH的同步指的是物理层的的同步指的是物理层的时钟同步。时钟同步。ATM:一种面向连接的分组交换技术，传输的是固定长度一种面向连接的分组交换技术，传输的是固定长度53字字节的信元节的信元(是数据链路层的是数据链路层的PDU)，被插入到被插入到SONET/SDH的帧中进的帧中进行传输。采用统计时分复用方法，每一个用户发送的信元插到行传输。采用统计时分复用方法，每一个用户发送的信元插到SONET/SDH帧中的位置并不固定，取决于链路的忙闲程度、取决帧中的位置并不固定，取决于链路的忙闲程度、取决于当时于当时SDH帧中哪些地方有空位置。帧中哪些地方有空位置。相对于相对于“同步时分复用同步时分复用”，ATM的数据传输是的数据传输是“异步异步”的。的。目前，目前，ATM主要用于广域网的核心交换网。主要用于广域网的核心交换网。（ATM的的内容在教材中没有，下面详细讲）内容在教材中没有，下面详细讲）ATM 异步传输模式异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode）：）：基于信元交换技术的数据传输模式。基于信元交换技术的数据传输模式。它采用它采用异步时分复用异步时分复用技术技术：SDH传送的同步比特流被划分为一个个固定时间长度的传送的同步比特流被划分为一个个固定时间长度的 STM 帧，当用户的帧，当用户的ATM信元需要传送时信元需要传送时，就可插入到，就可插入到SDH的的一个一个STM帧中。只要帧中。只要SDH的帧有空位置就将这些信元插入进的帧有空位置就将这些信元插入进来来 ATM名词中的名词中的“异步异步”即是指将即是指将ATM信元信元“异步插入异步插入”到同步的到同步的SDH比特流中比特流中。ATM综合吸收了分组交换高效率和电路交换高速度的优综合吸收了分组交换高效率和电路交换高速度的优点，针对分组交换速率比较点，针对分组交换速率比较低的缺陷，利用电路交换几乎与协低的缺陷，利用电路交换几乎与协议处理无关的特点，通过议处理无关的特点，通过高性能的硬件设备来提高处理速度，高性能的硬件设备来提高处理速度，实现高速化传输。实现高速化传输。ATM 的概念的概念*ATM的主要技术特点的主要技术特点*面向连接，采用固定长度数据传输单元面向连接，采用固定长度数据传输单元-53字节的信元字节的信元(cell)各类信息各类信息(数字、语音、图像、视频数字、语音、图像、视频)均可以信元为单位进行传送，因此均可以信元为单位进行传送，因此ATM能够支持多媒体通信能够支持多媒体通信 ATM以统计时分多路复用方式来动态分配带宽，网络传输时延小，能够适以统计时分多路复用方式来动态分配带宽，网络传输时延小，能够适应实时通信的要求应实时通信的要求 ATM无链路的纠错与流量控制，协议简单，数据交换效率高无链路的纠错与流量控制，协议简单，数据交换效率高 ATM采用两级虚电路机制，增加了虚电路分配的灵活性采用两级虚电路机制，增加了虚电路分配的灵活性 ATM的数据传输率为的数据传输率为155Mbps2.4Gbps 从本质上看，从本质上看，ATM是一种高速分组交换技术。是一种高速分组交换技术。ATM规范制定：规范制定：ITU-T，ATM Forum 各种网络各种网络(X.25,FR,IP网络等网络等)都可以通过互联设备与都可以通过互联设备与ATM网络连接，网络连接，用户也可以通过用户也可以通过T1,E1,T3或或OC-3等线路接入等线路接入ATM网络。网络。ATM 的网络元素的网络元素*ATM 端点端点(endpoint):通过点到点链路与通过点到点链路与ATM 交换机相连交换机相连ATM 交交换换机机:一一种种快快速速分分组组交交换换机机，其其交交换换容容量量高高达达数数百百Gb/s一个一个一个一个ATM ATM 网络包含：端点和交换机网络包含：端点和交换机网络包含：端点和交换机网络包含：端点和交换机ATM网络由网络由ATM交换机与交换机与ATM端点组成端点组成*ATM 的网络元素的网络元素*UNI用户网络接口用户网络接口UNI（User-Network Interface）ATM端点与所连接的端点与所连接的ATM交换机之间的接口交换机之间的接口NNI网络结点接口网络结点接口NNI（Network-Node Interface）ATM网网络络中中两两个个ATM交交换换机机之之间间，或或在在两两个个ATM网络之间的接口。网络之间的接口。ATM 交交换换机机的的主主要要构构件件是是:交换结构(switching fabric)、若干个高速输入端口和输出端口、必要的缓存。当输入端A、C有信元进入时，它们将通过交换结构并并行行地地转转发发到输出端口E、H。交换机在在一一个个时时钟钟周周期期内内就会将到达输入端口的信元经过交换结构送往相应的输出端口，因此在交换机中进行的交换非常快速交换非常快速。ATM 交换机交换机a ab bc cd de ef fg gh h交换结构交换结构输入信元输入信元输出信元输出信元ATM 交换机交换机*ATM 信元信元*ATM 采用定长分组作为传输和交换的单位。这种定长分组叫做采用定长分组作为传输和交换的单位。这种定长分组叫做信元信元(cell)。当用当用户的户的 ATM 信元需要传送时，就可信元需要传送时，就可“异步异步”插入到插入到 SDH 的一个帧中。的一个帧中。每个每个 ATM 信元信元 53 个字节。可传输话音、数据、图像和个字节。可传输话音、数据、图像和视频业务。ATM 传输可可以提供以提供 155Mbps 到到 2.4Gbps 之之间的高速数据的高速数据传输通道。通道。ATM采采用用异异步步时时分分复复用用方方式式工工作作，来来自自不不同同信信息息源源的的信信元元汇汇集集到到一一起起，在在一一个个缓缓冲冲器器内内排排队队，队队列列中中的的信信元元逐逐个个输输出出到到传传输输线线路路，在在传传输输线线路路上上形形成成首首尾尾相相接接的的信信元元流流。信信元元的的首首部部标标有有VPI/VCI字字段段，说说明明该该信信元元使使用用的的虚虚电电路路号号，网网络络根根据据信信元元头头中中的的虚虚电路号来转发信元。电路号来转发信元。ATM 异步异步(统计统计)时分复用时分复用异步时分复用异步时分复用(统计时分复用统计时分复用)*信息源信息源随机随机地产生信息，因此信元到达队列也是地产生信息，因此信元到达队列也是随机随机的。的。高速的业务信元来得十分频繁、集中，低速的业务信元来得很高速的业务信元来得十分频繁、集中，低速的业务信元来得很稀疏稀疏。这些信元都这些信元都按先来后到在队列中排队按先来后到在队列中排队，然后按输出次序，然后按输出次序复用到传输线上复用到传输线上。具有同样虚电路标识号的信元在传输线上并不像具有同样虚电路标识号的信元在传输线上并不像T1、E1同同步时分多路复用那样对应某个固定的时间间隙，也不是按周期步时分多路复用那样对应某个固定的时间间隙，也不是按周期出现的，也即信息和它在帧中时隙位置之间没有关系，信息只出现的，也即信息和它在帧中时隙位置之间没有关系，信息只是按信元头中的虚电路标识号是按信元头中的虚电路标识号VPI/VCI来区分的。这种复用方来区分的。这种复用方式称为式称为异步时分复用异步时分复用，又称又称统计时分复用统计时分复用。而在同步时分复用而在同步时分复用方式方式(如如PCM复用方式复用方式)中，信息以它在一幀中的时间位置中，信息以它在一幀中的时间位置(时时隙隙)来区分，一个时隙对应着一条信道，不需要另外的信息头来来区分，一个时隙对应着一条信道，不需要另外的信息头来标识信息的身份。标识信息的身份。异步时分复用异步时分复用(统计时分复用统计时分复用)*异异步步时时分分复复用用方方式式使使ATM具具有有很很大大的的灵灵活活性性，任任何何业业务务都都可可按按实实际际需需要要来来占占用用资资源源。对对于于特特定定的的业业务务，传传送送速速率率可可随随信信息息到到达达的的速速率率而而变变化化，因因此此网网络络资资源源得得到到了了最最大大限限度度的的利利用用。ATM网网络络可可以以适适用用于于任任何何业业务务，不不论论其其特特性性如如何何(速速率率高高低低、突突发发性性大大小小、质质量量和和实实时时性性要要求求等等)，真真正正做做到到了了完完全全的的业业务务综综合。合。若若某某个个时时刻刻队队列列中中没没有有等等待待发发送送的的信信元元，此此时时线线路路上上就就插插入入空空信信元元(信信元元头头中中含含有有标标志志)；反反之之，若若某某个个时时刻刻队队列列已已经经充充满满缓缓冲冲区区，传传输输线线路路上上找找不不到到可可以以传传送送信信元元的的机机会会(信信元元流流都都已已排排满满)，此此时时为为了了尽尽量量减减少少对对业业务务质质量量的的影影响响，将将优优先先级级别别低低的的信信元元先先丢丢弃弃。缓缓冲冲区区的的容容量量必必须须根根据据信信息息流流量量来来计计算算，以以使使信信元丢弃率在元丢弃率在1010-9-9以下。以下。ATM 交换结点的工作交换结点的工作*为为了了提提高高处处理理速速度度和和降降低低延延迟迟，ATM以以面面向向连连接接的的方方式式工工作作。网网络络的的处处理理工工作作十十分分简简单单：通通信信开开始始时时建建立立虚虚电电路路，以以后后用用户户将将虚虚电电路路标标识识号号VPI/VCI写写入入信信元元头头(即即地地址址信信息息)，网网络络中中的的ATM交换机根据虚电路标识号将信元逐站转发，送往目的地。交换机根据虚电路标识号将信元逐站转发，送往目的地。ATM网网络络中中的的交交换换结结点点提提供供信信元元的的交交换换。结结点点完完成成的的只只是是虚虚电电路路的的交交换换，因因为为同同一一虚虚电电路路上上的的所所有有信信元元都都选选择择同同样样的的路路由由，经经过过同同样样的的通通路路到到达达目目的的地地。在在接接收收端端，这这些些信信元元到到达达的的次次序序总是和发送次序相同。总是和发送次序相同。ATM交换结点的工作比交换结点的工作比X.25分组交换网中的结点要简单得分组交换网中的结点要简单得多。多。ATM结点只做信元头的结点只做信元头的CRC检验，对于数据字段的传输差检验，对于数据字段的传输差错根本不过问。错根本不过问。ATM结点不做差错控制结点不做差错控制(信元头中没有信元的编信元头中没有信元的编号号)，也不参与流量控制，这些工作都留给端结点去做。，也不参与流量控制，这些工作都留给端结点去做。ATM交交换结点的主要工作就是读信元头，根据信元头中虚电路号快速换结点的主要工作就是读信元头，根据信元头中虚电路号快速将信元转发，这件工作在很大程度上依靠硬件完成，所以将信元转发，这件工作在很大程度上依靠硬件完成，所以ATM交换的速度非常快，可以和光纤的传输速度相匹配。交换的速度非常快，可以和光纤的传输速度相匹配。ATM 的协议参考模型的协议参考模型*用户、控制、管理三个平面意味着，在用户、控制、管理三个平面意味着，在ATM网络中传输的信元种类有：网络中传输的信元种类有：用户数据类信元、信令用户数据类信元、信令(控制控制)类信元、管理类信元类信元、管理类信元ATM协议的平面和层次协议的平面和层次*三个平面：三个平面：用户平面：用户平面：用于用户信息传输以及相关控制功能，如 流量控制、差错控制等。控制平面：控制平面：用于呼叫控制和连接控制，连接释放等。管理平面：管理平面：包括平面管理和层管理。层管理执行与各层实体中的资源和参数有关的管理功能。层管理执行与各层实体中的资源和参数有关的管理功能。平平面面管管理理执执行行与与系系统统整整体体有有关关的的管管理理功功能能，协协调调各各平平面面之之间间的关系。平面管理不分层次。的关系。平面管理不分层次。三个层次：三个层次：物理层(ATM-PHY层)、ATM层、ATM适配层(AAL层)ATM 的协议参考模型共有三层，大体上与 OSI 的最低两层相当（但无法严格对应）。ATM 层一：层一：物理层物理层(ATM-PHY)*物理层物理层PHY分为两个子层：分为两个子层：PMD(Physical Medium Dependent)子层子层 负责正确传输和接收比特流。负责正确传输和接收比特流。完成只和媒体相关的功能，如线路编码和解码、比特完成只和媒体相关的功能，如线路编码和解码、比特定时以及光电转换等。定时以及光电转换等。传输媒体有光纤、传输媒体有光纤、UTP/STP等等 TC(Transmission Convergence)子层子层 实现信元流和比特流的转换，包括速率适配实现信元流和比特流的转换，包括速率适配(空闲信空闲信元的插入元的插入)、信元定界与同步、传输帧产生与恢复等、信元定界与同步、传输帧产生与恢复等.典型的典型的 TC 层，层，发送时就是用信元流转换成比特流发送时就是用信元流转换成比特流装入装入SONET/SDH帧，接收时从帧，接收时从SONET/SDH帧中的比帧中的比特流转换成信元流，标记出每个信元的开始和结束特流转换成信元流，标记出每个信元的开始和结束.ATM 信元流装入一个 STM-1 帧的例子*9 行行270 字节字节261 字节字节9 行行 9 字节字节的开销和指针的开销和指针5 字节首部字节首部53 字节53 字节53 字节53 字节53 字节53 字节53 字节有效载荷区域有效载荷区域放入放入 ATM 信元信元ATM 层二层二：ATM 层层*ATM 层主要完成交换和复用，它的功能是：层主要完成交换和复用，它的功能是：信元的复用与解复用信元的复用与解复用信元的信元的 VPI/VCI 转换转换 (将将进进入入信信元元首首部部中中的的VPI/VCI转转换换成成新新的数值的数值)信元首部的产生与提取信元首部的产生与提取流量控制流量控制VPI 与 VCI*虚通道虚通道VP和虚通路和虚通路VC每个每个ATM 虚连接虚连接 用信元首部中的两级标识号用信元首部中的两级标识号 VPI/VCI 来标来标识，该标识识，该标识用于在选定虚通道用于在选定虚通道VP中选定一个特定虚通路中选定一个特定虚通路VC.q 虚通路标识符虚通路标识符VCI(Virtual Channel Identifier)一个虚通路一个虚通路VC是两个端点之间的一个运送是两个端点之间的一个运送 ATM 信元的通信通路。信元的通信通路。q 虚通道标识符虚通道标识符 VPI(Virtual Path Identifier)一个虚通道一个虚通道VP包含有许多相同端点的包含有许多相同端点的VC，这些这些VC使用同一个使用同一个VPIVPI 与 VCI*VPI/VCI 的值是在各段链路上分别分配的，所以只有局部的意义。的值是在各段链路上分别分配的，所以只有局部的意义。ATM交换机根据信元首部中的交换机根据信元首部中的VPI/VCI值进行路由选择，信元首部值进行路由选择，信元首部中的中的VPI/VCI值值 在经过在经过ATM交换机时，其交换机时，其 VPI/VCI值值 会改变。会改变。ATM 层三层三：ATM 适配层适配层(AAL)*AAL(ATM Adaptation Layer)作用：将各种类型的应用适配成 ATM 网络能传输的信息格式，为上面高层各种特定的业务提供服务。ATM 的砂漏模型的砂漏模型 不同信号源发出的信号通过不同信号源发出的信号通过AAL层都变成固定长度的数据层都变成固定长度的数据块块(48(48字节长字节长)，然后再交给，然后再交给ATM层，加上层，加上 5 5字节的首部后变字节的首部后变成成5353字节的信元。字节的信元。话音信号话音信号A/DA/DAAL AAL 层层ATM ATM 层层48 48 字节数据块字节数据块数字化的采样信号数字化的采样信号53 53 字节信元字节信元数据信号数据信号长度可变的突发数据分组长度可变的突发数据分组AAL AAL 层层48 48 字节数据块字节数据块ATM ATM 层层53 53 字节信元字节信元视频信号视频信号A/DA/D图像帧图像帧 压缩的编码信号压缩的编码信号AAL AAL 层层48 48 字节数据块字节数据块ATM ATM 层层53 53 字节信元字节信元AAL 的作用的作用*ATM 信元的封装信元的封装*AAL 层将层将 48 48 字节长的数据块交给字节长的数据块交给 ATM 层，加上层，加上 5 5 字节的首部后变成字节的首部后变成 53 53 字节的信元字节的信元AAL 层的两个层的两个子层子层*AAL层分为两个子层：层分为两个子层：会聚子层会聚子层 CS(Convergence Sublayer)对不同的应用提供不同的服务。每一个对不同的应用提供不同的服务。每一个 AAL 用户根据不用户根据不同的应用需求通过相应的服务访问点同的应用需求通过相应的服务访问点 SAP（即应用程序的地即应用程序的地址）接入到址）接入到 AAL 层；层；在在 CS 子层形成的协议数据单元叫做子层形成的协议数据单元叫做 CS-PDU。分段与重装子层分段与重装子层 SAR(Segmentation And Reassembly)发发送送处处理理时时，将将上上层层数数据据(CS-PDU)分分段段成成 48 字字节节数数据据，交给下层交给下层 ATM 层作为信元的净负荷；层作为信元的净负荷；接接收收处处理理时时，将将从从下下层层ATM层层得得来来的的各各信信元元的的48字字节节数数据重组装交给上层据重组装交给上层 CS 子层。子层。在在SAR子层形成的子层形成的48字节的协议数据单元叫做字节的协议数据单元叫做 SAR-PDU ATM 层和层和 AAL 层层*在 ATM 交换机中只有物理层和 ATM 层。AAL 层只能驻留在 ATM 端点之中。ATM 端点AAL层IP 层物理层ATM层AAL层IP 层物理层ATM层ATM 网络ATM 网络交换机交换机ATM 层物理层物理层物理层ATM 层物理层ATM 端点ATM、OSI 层次的对应关系层次的对应关系*孤立地观察孤立地观察ATM网络时，网络时，ATM网络像一个广域网，因为网络像一个广域网，因为它可以覆盖很大的地理范围，有自己网络的硬件地址和进它可以覆盖很大的地理范围，有自己网络的硬件地址和进行信元转发的结点交换机，并且向上提供虚电路服务，好行信元转发的结点交换机，并且向上提供虚电路服务，好像是处在网络层；像是处在网络层；不过从不过从IP层来看，将层来看，将IP层中的层中的IP分组交给下面的分组交给下面的ATM网网络传送，整个的络传送，整个的ATM网络又相当于两个网络又相当于两个IP结点之间的一条结点之间的一条数据链路。从这个角度看，整个数据链路。从这个角度看，整个ATM网络又好像是处在数网络又好像是处在数据链路层。据链路层。因此，因此，ATM体系结构中的层次和体系结构中的层次和OSI的层次很难有严格的的层次很难有严格的对应关系。对应关系。ATM网络可以做为数据链路层或网络层接入现网络可以做为数据链路层或网络层接入现有计算机网，它们的处理方式因接入点的不同而不同。有计算机网，它们的处理方式因接入点的不同而不同。ATM 信元格式信元格式*ATM 信元格式信元格式*通用流量控制通用流量控制GFC(Generic Flow Control),4位位只只用用于于 UNI 接接口口,如如用用共共享享介介质质接接入入时时，用用其其进进行行接接入入流流量量控控制制,类类似似局局域域网网MAC功功能能。ATM网网一一般般采采用用点点到到点点接接入入，此此时时不不需需要要这这一一控控制制功能功能，通常置为通常置为00000000。虚通道标识符虚通道标识符VPI/虚通路标识符虚通路标识符VCI，8/16位位(UNI),12/16位位(NNI)载荷类型载荷类型PT(Payload Type)，3位位用用于于指指示示信信元元中中的的载载荷荷（即即数数据据字字段段中中的的数数据据）类类型型：区区分分该该信信元元
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