计算机网络05讲课件

1（2 2）同轴电缆）同轴电缆 物理特性物理特性：由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、：由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层（也可以是箔状）以及绝缘绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层（也可以是箔状）以及绝缘保护外层所组成。保护外层所组成。内导体内导体绝缘层绝缘层外导体屏蔽层外导体屏蔽层绝缘保护外层绝缘保护外层2同轴电缆同轴电缆传传输输特特性性：根根据据带带宽宽不不同同,可可分分为为:基基带带同同轴轴电电缆缆和和宽宽带带同同轴轴电电缆缆。基基带带(50(50欧欧姆姆)同同轴轴电电缆缆一一般般仅仅用用于于数数字字信信号号的的传传输输。宽宽带带(75(75欧欧姆姆)同同轴轴电电缆缆可可以以使使用用频频分分多多路路复复用用方方法法,将将一一条条宽宽带带同同轴轴电电缆缆的的频频带带划划分分成成多多条条通通信信信信道道,使使用用各各种种调调制制方方式式,支支持持多多路路传传输输。宽宽带带同同轴轴电电缆缆也也可可以以只只用用于于一一条条通通信信信信道道的的高高速速数数字字通通信信,此时称之为单信道宽带。此时称之为单信道宽带。连通性连通性：同轴电缆既支持点一点连接：同轴电缆既支持点一点连接,也支持多点连接。也支持多点连接。地地理理范范围围:基基带带同同轴轴电电缆缆使使用用的的最最大大距距离离限限制制在在几几公公里里范范围围内内,而宽带同轴电缆最大距离可达几十公里左右。而宽带同轴电缆最大距离可达几十公里左右。抗干扰性抗干扰性:同轴电缆的结构使得它的抗干扰能力较强。同轴电缆的结构使得它的抗干扰能力较强。价格价格:同轴电缆的造价介于双绞线与光缆之间同轴电缆的造价介于双绞线与光缆之间,使用与维护方便。使用与维护方便。3同轴电缆同轴电缆4 最常用的同轴电缆有下列几种最常用的同轴电缆有下列几种:RG-8RG-8或或RG-11 RG-11 50 50 RG-58 50 RG-58 50 RG-59 RG-59 75 75 RG-62 93 RG-62 93 计算机网络一般选用计算机网络一般选用RG-8RG-8以太网粗缆和以太网粗缆和RG-58RG-58以太以太网细缆。网细缆。RG-59 RG-59 用于电视系统。用于电视系统。RG-62 RG-62 用于用于IBM3270IBM3270网网络。络。同轴电缆同轴电缆5同轴电缆同轴电缆6同轴电缆同轴电缆7光纤系统构成：光纤系统构成：1 1）光源：光源是光波产生的光源）光源：光源是光波产生的光源2 2）光纤：光纤是传输光波的导体）光纤：光纤是传输光波的导体3 3）光发送机：负责产生光信号）光发送机：负责产生光信号4 4）光接收机：负责接收光信号）光接收机：负责接收光信号光光 缆缆8光缆的分类光缆的分类 n按敷设方式分有：架空光缆、管道光缆、铠装地埋光缆、水底光缆和海底光缆等 n按光缆结构分有：束管式光缆，层绞式光缆，紧抱式光缆，带式光缆，非金属光缆和可分支光缆等。n按用途分有：长途通讯用光缆、短途室外光缆、室内光缆和混合光缆等 9局域网中常用的光缆局域网中常用的光缆 n局域网中的光纤产品主要包括布线光缆、光纤跳线、光局域网中的光纤产品主要包括布线光缆、光纤跳线、光纤连接器、光纤配线架等。在计算机通信网络工程中，纤连接器、光纤配线架等。在计算机通信网络工程中，常用光缆的有多模光纤和单模光纤两种。常用光缆的有多模光纤和单模光纤两种。n多模光纤纤芯直径较大，其传输距离较短（一般在多模光纤纤芯直径较大，其传输距离较短（一般在2 k m2 k m之内）之内）常用的为常用的为62.5 62.5 m m 芯芯/125/125 m m 和和50 50 m m 芯芯/125 125 m m n单模光纤纤芯直径较小，传输距离长（如单模光纤纤芯直径较小，传输距离长（如3 k m3 k m甚至几十甚至几十千米）常用的为千米）常用的为8.3 8.3 m m 芯芯/125/125 m mn在使用光缆互联多个节点的应用中，在使用光缆互联多个节点的应用中，必须考虑光纤的单必须考虑光纤的单向特性，如果要进行双向通信，就要使用双根光纤向特性，如果要进行双向通信，就要使用双根光纤 102.5 光纤连接件 n一条光纤链路，除了光纤外还需要各种不同的硬件部件，其中一些用于光纤连接，另一些用于光纤的整合和支撑。n光缆敷设至配线间后连至光纤配线架（光纤终端盒），光缆与一条光纤尾纤熔接，尾纤的连接器插入光纤配线架上的光纤耦合器的一端，耦合器的另一端用光纤跳线连接，跳线的另一端通过交换机的光纤接口或光纤收发器与交换机相连，从而形成一条通信链路。111、纤配线设备 n光纤配线设备是光缆与光通信设备之间的配线连接设备，用于光纤通信系统中光缆的成端和分配，可方便地实现光纤线路的熔接、跳线、分配和调度等功能。n光纤配线架有机架式光纤配线架、挂墙式光缆终端盒和光纤配线箱等类型 121、光纤配线设备 n 光光纤纤配配线线架架13光纤连接器（Fiber Connector)n光纤连接器是光纤系统中使用最多的光纤无源器件，是用来端接光纤的，光纤连接器的首要功能是把两条光纤的芯子对齐，提供低损耗的连接。n光纤连接器按连接头结构可分为：FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等等各种型式 n按光纤端面形状分有FC、PC（包括SPC或UPC）和APC型；按光纤芯数分还有单芯、多芯（如MT-RJ）型光纤连接器之分 n常用的是ST和SC型连接器14光纤连接器（Fiber Connector)n传统主流的光纤连接器品种是FC型（螺纹连接式）、SC型（直插式）和ST型（卡扣式）3种，它们的共同特点是都有直径为2.5mm的陶瓷插针 n小型化（SFF）光纤连接器是发展方向，它压缩了整个网络中面板、墙板及配线箱所需要的空间，使其占有的空间只相当传统ST和SC连接器的一半，目前最主要SFF光纤连接器有四种类型 LC型，MU型，MT-RJ，VF45型 15光纤连接器（Fiber Connector)16光纤连接器（Fiber Connector)）17光纤跳线和尾纤 n光纤跳线是两端带有光纤连接器的光纤软线，又称为互连光缆，有单芯和双芯、多模和单模之分。光纤跳线主要用于光纤配线架到交换设备或光纤信息插座到计算机的跳接，根据需要，跳线两端的连接器可以是同类型的，也可以是不同类型的，其长度在5米以内。n光纤尾纤一端是光纤，另一端连光纤连接器，用于与综合布线的主干光缆和水平光缆相接，有单芯和双芯两种，一条光纤跳线剪断后就形成两条光纤尾纤。18光纤适配器（耦合器）n 光纤适配器（Fiber Adapter）又称光纤耦合器，是实现光纤活动连接的重要器件之一，它通过尺寸精密的开口套管在适配器内部实现了光纤连接器的精密对准连接，保证两个连接器之间有一个低的连接损耗。n局域网中常用的是两个接口的适配器，是它实质上是带有两个光纤插座的连接件，同类型或不同类型的光纤连接器插入光纤耦合器，从而形成光纤的连接 19光纤适配器（耦合器）20光纤面板 21光纤熔接 1，开缆 2，去除光纤涂覆层3，切割4，光纤熔接5，测试接头损耗（熔接机自动）6，接头保护22用自由空间作为传输介质来进行数据通信。用自由空间作为传输介质来进行数据通信。特特点点:信信号号沿沿直直线线传传播播 适适用用:架架设设或或铺铺埋埋电电缆缆或或光光缆缆较较困困难难的的地方地方,广泛应用于电话领域构成的蜂窝式无线电话网。广泛应用于电话领域构成的蜂窝式无线电话网。分分类类:红红外外通通信信、激激光光通通信信和和微微波波通通信信(微微波波通通信信又又主主要要有有两两种方式种方式:地面微波接力通信和卫星通信地面微波接力通信和卫星通信。2.3.2 2.3.2 无线传输媒体无线传输媒体23（1 1）地面微波接力通信）地面微波接力通信原理原理:长距离传输时每隔一段距离就需架中继站长距离传输时每隔一段距离就需架中继站,将前一信号放大将前一信号放大向后传。向后传。适用适用:微波接力通信可传输电话、电报、图象、数据等信息。微波接力通信可传输电话、电报、图象、数据等信息。优点优点:频带宽、通信容量大、传输质量高、可靠性较好、投资少、频带宽、通信容量大、传输质量高、可靠性较好、投资少、见效快、灵活等。见效快、灵活等。缺点缺点:相邻站间必须直视，不能有障碍物；受气候干扰较大、保相邻站间必须直视，不能有障碍物；受气候干扰较大、保密性差、中继站的使用与维护问题等。密性差、中继站的使用与维护问题等。24（2 2）卫星通信）卫星通信原理原理：用位于：用位于3600036000公里高空的人造同步卫星做中继器的一种微波接力公里高空的人造同步卫星做中继器的一种微波接力通信。通信。特点特点：通信距离远、费用与距离远近无关：通信距离远、费用与距离远近无关;具有较大的传输延迟具有较大的传输延迟,且传输且传输延迟相对确定。延迟相对确定。优点优点：频带很宽：频带很宽,通信容量大通信容量大,信号受干扰小；通信比较稳定。信号受干扰小；通信比较稳定。缺点缺点：保密性较差：保密性较差,造价较高。造价较高。适用适用：广播电视通信。：广播电视通信。25（3 3）红外线与毫米波通信）红外线与毫米波通信特点特点：具有一定的方向性。：具有一定的方向性。优点优点：价格便宜，易制造，有良好的安全性，不易被切听或截取。：价格便宜，易制造，有良好的安全性，不易被切听或截取。缺点缺点：不能穿透坚硬的物体。：不能穿透坚硬的物体。适用适用：被广泛应用于短距离通信，红外线成为室内无线局域网网的主要：被广泛应用于短距离通信，红外线成为室内无线局域网网的主要选择对象。选择对象。262.4 2.4 信道复用技术信道复用技术多路复用：在一个物理信道上传输多路信号（共享信道资源）。多路复用：在一个物理信道上传输多路信号（共享信道资源）。通通过过多多路路复复用用器器将将多多路路信信号号组组合合在在一一条条物物理理信信道道上上传传输输,到到接接收收端端再再用用多多路路分分用用器器（也也称称多多路路译译码码器器）将将各各路路信信号号分分离离并并输输出出,从而提高通信线路的利用率，降低通信成本。从而提高通信线路的利用率，降低通信成本。在计算机网络中常用的信道复用技术有：频分复用、时分复用、在计算机网络中常用的信道复用技术有：频分复用、时分复用、波分复用、码分复用等。波分复用、码分复用等。272.4.1 2.4.1 频分复用频分复用FDMFDM（Frequency Division MultiplexingFrequency Division Multiplexing）信信道道带带宽宽分分割割：在在物物理理信信道道的的可可用用带带宽宽超超过过单单个个原原始始信信号号所所需需带带宽宽情情况况下下，可可将将该该物物理理信信道道的的总总带带宽宽分分割割成成若若干干个个与与传传输输单单个个信信号号带带宽宽相相同同(或或略略宽宽)的子信道，每个子信道传输一路信号，这就是频分多路复用。的子信道，每个子信道传输一路信号，这就是频分多路复用。频频谱谱搬搬移移：多多路路原原始始信信号号在在频频分分复复用用前前，先先要要通通过过频频谱谱搬搬移移技技术术将将各各路路信信号号的的频频谱谱搬搬移移到到物物理理信信道道频频谱谱的的不不同同段段上上，使使各各信信号号的的带带宽宽不不相相互互重重叠叠，然然后后用用不不同同的的频频率率调调制制每每一一个个信信号号，每每个个信信号号需需要要一一个个以以它它的的载载波波频频率率为为中中心心的的一一定定带带宽宽的的通通道道。为为了了防防止止互互相相干干扰扰，使使用用保保护护带带来来隔隔离离每每一一个个通通道道。频频分多路复用主要应用于模拟信号分多路复用主要应用于模拟信号。28频分复用频分复用FDMFDM技术举例技术举例1 1、无线电广播、无线电视中将多个电台或电视台的多组无线电广播、无线电视中将多个电台或电视台的多组节目对应的声音、图像信号分别载在不同频率的无线电节目对应的声音、图像信号分别载在不同频率的无线电波上，同时在同一无线空间中传播，接收者根据需要接波上，同时在同一无线空间中传播，接收者根据需要接收特定的某种频率的信号收听或收看。收特定的某种频率的信号收听或收看。2、光纤同轴混合网接入光纤同轴混合网接入（HFCHybridFiberCoax）HFCHFC是由有线电视公司开发的一种基于是由有线电视公司开发的一种基于CATVCATV的混合光的混合光纤同轴电缆的宽带综合业务接入网络，可提供电视、纤同轴电缆的宽带综合业务接入网络，可提供电视、电话和数据等服务。电话和数据等服务。29n线缆调制解调器（线缆调制解调器（Cable ModemCable Modem）是为在有线电视网上实现数据通）是为在有线电视网上实现数据通信业务而设计的用户接入设备，也是用户接入信业务而设计的用户接入设备，也是用户接入HFCHFC网而使用的设备。网而使用的设备。线缆调制解调器最大的特点就是传输速率较高。其下行速率一般线缆调制解调器最大的特点就是传输速率较高。其下行速率一般在在3 310Mb/s10Mb/s之间，最高可达之间，最高可达30 Mb/s30 Mb/s，而上行速率一般为，而上行速率一般为0.20.22 2 Mb/sMb/s，最高可，最高可10Mb/s10Mb/s。302.4.2 2.4.2 时分复用时分复用TDMTDM（Time Division MultiplexingTime Division Multiplexing）时时分分多多路路复复用用是是将将传传输输信信号号的的时时间间进进行行分分割割，使使不不同同的的信信号号在在不不同同时时间间内内传传送送，即即将将整整个个传传输输时时间间分分为为许许多多时时间间间间隔隔（称称为为时时隙隙、时时间间片片等等，slottime）。每每个个时时间间片片被被一一路路信信号号占占用用。换换句句话话说说，TDM就就是是通通过过在在时时间间上上交交叉叉发发送送每每一一路路信信号号的的一一部部分分来来实实现现一一条条线线路路传传送送多多路路信信号号。线线路路上上的的每每一一时时刻刻只只有有一一路路信信号号存存在在，而而频频分分是是同同时时传传送送若若干干路路不不同同频频率率的的信信号号。因因为为数数字字信号是有限个离散值，所以适合于采用时分多路复用技术信号是有限个离散值，所以适合于采用时分多路复用技术频率时间B C DB C DB C DB C DAAAA在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧31（1）同步时分同步时分：同步时分复用采用固定时间片分配方式，同步时分复用采用固定时间片分配方式，即将传输信号的时间按特定长度连续地划分成特定时间即将传输信号的时间按特定长度连续地划分成特定时间段，再将每一时间段划分成等长度的多个时隙（时间片）段，再将每一时间段划分成等长度的多个时隙（时间片），每个叫隙以固定的方式分配给各路数字信号各路数，每个叫隙以固定的方式分配给各路数字信号各路数字信号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。字信号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。ABCDaabbcdb catttt4 个时分复用帧#1acbcd时分复用#2#3#432（2 2）异步时分：）异步时分：异步时分复用技术又被称为统计时分复用异步时分复用技术又被称为统计时分复用（statistical time division multiplexingstatistical time division multiplexing）或智能时分复用）或智能时分复用（ITDMITDM），它能动态地按需分配时隙，避免每个时间段中出现空闲），它能动态地按需分配时隙，避免每个时间段中出现空闲时隙。时隙。如线路总的传输能力为如线路总的传输能力为28.8Kbps28.8Kbps，3 3个用户公用此线路，在同步个用户公用此线路，在同步时分复用方式中，则每个用户的最高速率为时分复用方式中，则每个用户的最高速率为9600bps9600bps，而在，而在ATDMATDM方方式时，每个用户的最高速率可达式时，每个用户的最高速率可达28.8Kbps28.8Kbps。ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acbab bcacd#2#3统计时分复用33n时分复用时分复用TDMTDM举例：举例：E1E1、T1T1线路线路 E1E1、T1T1最本来的用法是在用作语音交换机的数字中继时使用，最本来的用法是在用作语音交换机的数字中继时使用，采用采用PCMPCM编码方式，编码方式，E1E1为欧洲标准，为欧洲标准，T1T1为北美标准，我国采用为北美标准，我国采用E1.E1.它它是把一条是把一条E1E1作为作为3232个个64K64K来用，但是时隙来用，但是时隙0 0和时隙和时隙1515是传输控制信令是传输控制信令用，所以一条用，所以一条E1E1可以传可以传3030路话音。路话音。电话的采样频率是电话的采样频率是电话的采样频率是电话的采样频率是8kHz8kHz8kHz8kHz；电话的采样分辨率是电话的采样分辨率是电话的采样分辨率是电话的采样分辨率是8bit/s8bit/s8bit/s8bit/s；那么一个电话用户的数据流量就是：那么一个电话用户的数据流量就是：那么一个电话用户的数据流量就是：那么一个电话用户的数据流量就是：8x8=64kbit/s8x8=64kbit/s8x8=64kbit/s8x8=64kbit/s 一个一个一个一个E1E1E1E1的帧长为的帧长为的帧长为的帧长为256256256256个个个个bit,bit,bit,bit,分为分为分为分为32323232个时隙，一个时隙为个时隙，一个时隙为个时隙，一个时隙为个时隙，一个时隙为8 8 8 8个个个个bitbitbitbit。每秒有每秒有每秒有每秒有8k8k8k8k个个个个E1E1E1E1的帧通过接口，即的帧通过接口，即的帧通过接口，即的帧通过接口，即8K*256=2048kbps8K*256=2048kbps8K*256=2048kbps8K*256=2048kbps。每个时隙在每个时隙在每个时隙在每个时隙在E1E1E1E1帧中占帧中占帧中占帧中占8bit8bit8bit8bit，8*8k=64k8*8k=64k8*8k=64k8*8k=64k，即一条，即一条，即一条，即一条E1E1E1E1中含有中含有中含有中含有32323232个个个个64K64K64K64K。34E1 E1 的时分复用帧的时分复用帧 2.048 Mb/s传输线路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1时分复用帧T CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH08 bitt时分复用帧时分复用帧T=125 ms15 个话路15 个话路35SONET/SDH SONET/SDH SONET/SDH（同步光网络（同步光网络/同步数字序列）的设计目标：同步数字序列）的设计目标：1 1、必须使不同的电信承运商可以协同工作，所以规、必须使不同的电信承运商可以协同工作，所以规定了一整套的公共的信令标准，如波长、分时、帧结定了一整套的公共的信令标准，如波长、分时、帧结构等。构等。2 2、需要使用某种办法统一美国、日本和欧洲的数字、需要使用某种办法统一美国、日本和欧洲的数字系统，他们都是基于系统，他们都是基于64Kbps64Kbps的的PCMPCM信道，但组合方式不信道，但组合方式不同，其互不兼容。同，其互不兼容。3 3、设计一种服用多个信道的方法。、设计一种服用多个信道的方法。4 4、必须支持操作、管理和维护。、必须支持操作、管理和维护。SONETSONET是一个同步的系统，所以需要一个精确的注视是一个同步的系统，所以需要一个精确的注视中进行同步，精度大约为中进行同步，精度大约为1010-9-9。362.4.3 2.4.3 波分复用波分复用WDMWDM（Wavelength Division MultiplexingWavelength Division Multiplexing）在光纤信道上使用的频分复用的一个变种。用来实现使用一根在光纤信道上使用的频分复用的一个变种。用来实现使用一根光纤同时传输多个频率很接近的光载波信号。光纤同时传输多个频率很接近的光载波信号。电子的电子的FDM不同的唯一不同的唯一的区别是：光纤系统使用的衍射光栅是完全无源的，因此极其可靠。的区别是：光纤系统使用的衍射光栅是完全无源的，因此极其可靠。目前目前已经做到一根光纤上复用已经做到一根光纤上复用8080路甚至更多路数的光载波信号。路甚至更多路数的光载波信号。372.4.4 2.4.4 码分复用码分复用CDMCDM（Code Division Code Division MultiplexingMultiplexing）这种技术更常用的名词是码分多这种技术更常用的名词是码分多址址CDMACDMA（Code Division Multiple Access Code Division Multiple Access）鸡尾酒会原理鸡尾酒会原理：在一个大房间里，许多对人正在交谈。：在一个大房间里，许多对人正在交谈。TDMTDM就是房间里有人依次讲话，一个结束后另一个再接就是房间里有人依次讲话，一个结束后另一个再接上。上。FDMFDM就是所有的人分成不同的组，每个组同时进行就是所有的人分成不同的组，每个组同时进行自己的交谈，但依旧独立。码分复用就是房间里的不同自己的交谈，但依旧独立。码分复用就是房间里的不同对的人分别用不同的语言进行交谈，讲法语的人只理会对的人分别用不同的语言进行交谈，讲法语的人只理会法语，其他的就当作噪音不加理会。法语，其他的就当作噪音不加理会。因此，因此，码分复用的码分复用的关键就是能够提取出所需的信号，同时将其他的一切当关键就是能够提取出所需的信号，同时将其他的一切当作随机噪声抛弃作随机噪声抛弃。38原理原理 在在CDMACDMA中，每一个比特时间再划分为中，每一个比特时间再划分为 m m 个短的间个短的间隔，称为码片，通常隔，称为码片，通常 m m 的取值为的取值为6464或或128128。使用。使用CDMACDMA的每一个站被指派一个的每一个站被指派一个m m bitbit码片序列码片序列，一个站如果要，一个站如果要发送比特发送比特1 1，则发送它自己的，则发送它自己的m m bitbit码片序列；如果要码片序列；如果要发送比特发送比特0 0，该发送该码片序列的二进制反码。，该发送该码片序列的二进制反码。给每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，而给每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，而且必须且必须互相正交互相正交（码片向量规格化内积为零）。（码片向量规格化内积为零）。例如，例如，S站的站的8bit码片序列是码片序列是00011011 发送比特 1 时，就发送序列 00011011，发送比特 0 时，就发送序列 11100100。39 注意：注意：只有在带宽增加到只有在带宽增加到m m倍的情况下，发送的信息量倍的情况下，发送的信息量才能从才能从b b/sb b/s增加到增加到mbmb芯片芯片/s/s。这使。这使CDMACDMA成为一种扩频成为一种扩频方式的通信（假设调制及编码技术不变）。假如方式的通信（假设调制及编码技术不变）。假如l00l00个个站点共用站点共用1MHz1MHz的带宽，在使用的带宽，在使用FDMFDM时传输速率为时传输速率为10 k/s10 k/s。以以CDMACDMA方式，每个站点使用完整的方式，每个站点使用完整的1MHz1MHz的带宽，芯片的带宽，芯片速率就为速率就为1M1M位位/s/s。假如每比特少于。假如每比特少于100100片，那么片，那么CDMACDMA中每站的有效带宽就高于中每站的有效带宽就高于FDMFDM 40举例举例1 1、码片序列的正交关系举例、码片序列的正交关系举例 令向量令向量 S S 表示站表示站 S S 的码片向量，令的码片向量，令 T T 表示其他任表示其他任何站的码片向量。何站的码片向量。两个不同站的码片序列正交，就是向量两个不同站的码片序列正交，就是向量 S S 和和T T 的规的规格化格化内积内积(inner product)(inner product)都是都是 0 0：任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是都是1 141n例：42例：（续）例：（续）43练习1、一个CDMA接收器得到下面的时间片：（-1+1-3+1-1-3+1+1），假设时间片序列有如下几个站：A:0 0 0 1 1 0 1 1 B:0 0 1 0 1 1 1 0 C:0 1 0 1 1 1 0 0 D:0 1 0 0 0 0 1 0问：那些站发送数据，发送的是什么数据？442.5.2 EIA-232-E 2.5.2 EIA-232-E 接口标准接口标准对对DTE和和DCE的接口制订的标准就是所谓的物理层协议。的接口制订的标准就是所谓的物理层协议。EIAElectronic Industries Association 美国电子工业协会。美国电子工业协会。EIA-232 的主要特性：的主要特性：机械特性：使用机械特性：使用ISO 2110关于插头座的标准，有关于插头座的标准，有25根引脚，根引脚，分分2排：排：13根和根和12根。插头在根。插头在DTE上，插座在上，插座在DCE上。上。电气特性：与电气特性：与CCITT的的V.28建议书一致。采用负逻辑，即建议书一致。采用负逻辑，即0表示表示+3V或更高的电压；或更高的电压；1表示表示-3V或更负的电压。电缆长度或更负的电压。电缆长度在在15m以内，传输速率不超过以内，传输速率不超过20kb/s，长度越短，速度越快。，长度越短，速度越快。规程特性：与规程特性：与CCITT的的V.24建议书一致。规定各事件发生建议书一致。规定各事件发生的次序。的次序。45功能特性：功能特性：与与CCITT的的V.24建议书一致，它规定了建议书一致，它规定了25根引脚的功能及电路连接。根引脚的功能及电路连接。图图2-28画出了画出了25根引脚中的根引脚中的10根的信号定义。根的信号定义。（1）保护地）保护地（2）发送数据）发送数据（3）接收数据）接收数据（4）请求发送）请求发送（5）允许发送）允许发送（6）DCE就绪就绪（7）信号地）信号地（8）载波检测）载波检测（20）DTE就绪就绪（22）振铃指示）振铃指示DTEDCE计算机计算机或或终端终端调制解调制解调器调器图图2-28 EIA-232/V.24的信号定义的信号定义464748第 3 章 数据链路层3.1使用点对点信道的数据链路层使用点对点信道的数据链路层3.1.1数据链路和帧数据链路和帧3.1.2三个基本问题三个基本问题3.2点对点协议点对点协议PPP3.2.1PPP协议的特点协议的特点3.2.2PPP协议的帧格式协议的帧格式3.2.3PPP协议的工作状态协议的工作状态49第 3 章 数据链路层（续）3.3 使用广播信道的数据链路层 3.3.1 局域网的数据链路层 3.3.2 CSMA/CD 协议3.4 使用广播信道的以太网 3.4.1 使用集线器的星形拓扑 3.4.2 以太网的信道利用率 3.4.3 以太网的 MAC 层50第 3 章 数据链路层（续）3.5 扩展的以太网3.5.1 在物理层扩展以太网3.5.2 在数据链路层扩展以太网3.6 高速以太网 3.6.1 100BASE-T 以太网 3.6.2 吉比特以太网 3.6.3 10 吉比特以太网 3.6.4 使用高速以太网进行宽带接入3.7 其他类型的高速局域网接口51数据链路层数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：n点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信方式。n广播信道。这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发 52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从层次上来看数据的流动53数据链路层的简单模型(续）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543.1 使用点对点信道的数据链路层3.1.1 数据链路和帧 n链路(link)是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。n一条链路只是一条通路的一个组成部分。n数据链路(data link)除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。n现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。n一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。55IP 数据报1010 0110帧取出数据链路层网络层链路结点 A结点 B物理层数据链路层结点 A结点 B帧(a)(b)发送帧接收链路IP 数据报1010 0110帧装入数据链路层传送的是帧56数据链路层像个数字管道 n常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。n早期的数据通信协议曾叫作通信规程(procedure)。因此在数据链路层，规程和协议是同义语。结点结点帧帧573.1.2 三个基本问题(1)封装成帧(2)透明传输(3)差错控制 58封装成帧和透明传输n封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定帧的界限。n首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。帧结束帧首部IP 数据报帧的数据部分帧尾部 MTU数据链路层的帧长开始发送帧开始59n字符计数法字符计数法60n带填充字符的首尾界符法带填充字符的首尾界符法61n带填充比特的首尾标志法带填充比特的首尾标志法 每一帧开始和结束的地方都加入一个特殊的位模每一帧开始和结束的地方都加入一个特殊的位模式：式：0111111001111110（标志字节）。当发送方的数据链路层（标志字节）。当发送方的数据链路层碰到数据中碰到数据中5 5各连续的各连续的“1 1”时，自动填充一位时，自动填充一位“0 0”62n物理层编码违例法物理层编码违例法 该成帧方法适用于那些物理介质上的编码方该成帧方法适用于那些物理介质上的编码方式中包含冗余信息的网络。例如，有些式中包含冗余信息的网络。例如，有些LANLAN用用2 2个个物理位来编码物理位来编码1 1为数据。如为数据。如“1 1”是是“高高-低低”，“0 0”是是“低低-高高”，可使用，可使用“高高-高高”或或“低低-低低”来表示帧的边界。来表示帧的边界。633.差错检测n在传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会变成 0 而 0 也可能变成 1。n在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率 BER(Bit Error Rate)。n误码率与信噪比有很大的关系。n为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。64循环冗余检验的原理 n在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验 CRC 的检错技术。n在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k 个比特。n假设待传送的一组数据 M=101001（现在 k=6）。我们在 M 的后面再添加供差错检测用的 n 位冗余码一起发送。65冗余码的计算 n用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算，这相当于在 M 后面添加 n 个 0。n得到的(k+n)位的数除以事先选定好的长度为(n+1)位的除数 P，得出商是 Q 而余数是 R，余数 R 比除数 P 少1 位，即 R 是 n 位。66冗余码的计算举例 n现在 k=6,M=101001。n设 n=3,除数 P=1101，n被除数是 2nM=101001000。n模 2 运算的结果是：商 Q=110101，余数 R=001。n把余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发送出去。发送的数据是：2nM+R 即：101001001，共(k+n)位。67110101 Q(商)P(除数)1101 101001000 2nM(被除数)1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 R(余数)，作为 FCS循环冗余检验的原理说明 6869帧检验序列 FCS n在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列 FCS(Frame Check Sequence)。n循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 FCS并不等同。nCRC 是一种常用的检错方法，而 FCS 是添加在数据后面的冗余码。nFCS 可以用 CRC 这种方法得出，但 CRC 并非用来获得 FCS 的唯一方法。70接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验 n(1)若得出的余数 R=0，则判定这个帧没有差错，就接受(accept)。n(2)若余数 R 0，则判定这个帧有差错，就丢弃。n但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。n只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 P，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。71应当注意 n仅用循环冗余检验 CRC 差错检测技术只能做到无差错接受(accept)。n“无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于 1 的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。n也就是说：“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接受）。n要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上确认和重传机制。72n在代数编码理论中，将一个码组表示为一个多项式，码在代数编码理论中，将一个码组表示为一个多项式，码组中各码元当作多项式的系数。例如组中各码元当作多项式的系数。例如 1100101 1100101 表示为表示为1 1x x6 6+1+1x x5 5+0+0 x x4 4+0+0 x x3 3+1+1x x2 2+0+0 x+1x+1，即，即 x x6 6+x+x5 5+x+x2 2+1+1。所以循环冗余校验也可表示为多项式运算形式。所以循环冗余校验也可表示为多项式运算形式。