《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》PPT電子課件教案第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

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1、第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 2.1 2.1 傳輸媒體傳輸媒體 2.1.1 2.1.1 有線傳輸媒體有線傳輸媒體 1. 1.雙絞線雙絞線 2. 2.同軸電纜同軸電纜 3. 3.光纖光纖2.1.2 2.1.2 無線傳輸媒體無線傳輸媒體 1.1.無線電短波通信無線電短波通信 2. 2.地面微波中繼地面微波中繼 3. 3.衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 4. 4.蜂窩無線通信蜂窩無線通信 2.2 2.2 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 2.2.1 2.2.1 電路交電路交換 2.2.2 2.2.2 報文交換報文交換 報文交換可以理解為存儲轉(zhuǎn)發(fā)。對于實時性要求不高的數(shù)據(jù)信息，中轉(zhuǎn)結(jié)點可以先把收到的信息存儲起來，

2、直到合適的信道空閑時再將信息轉(zhuǎn)發(fā)到下一結(jié)點，經(jīng)過多次這樣存儲轉(zhuǎn)發(fā)信息最終到達(dá)目標(biāo)結(jié)點。2.2.3 2.2.3 分組交換分組交換 分組交換在實際應(yīng)用中可以分為兩大類：數(shù)據(jù)報方式（Datagram）和虛電路（Virtual Circuit）方式。1.1. 數(shù)據(jù)報方式數(shù)據(jù)報方式 在數(shù)據(jù)報方式中，分組傳送不需要預(yù)先在源主機(jī)和目的主機(jī)之間建立“線路連接”。源主機(jī)發(fā)送的每一個分組都可以獨立地選擇傳輸路徑，每個分組可能通過不同的傳輸路徑到達(dá)目的主機(jī)。因此，每個分組必須包含目的站點的地址。 數(shù)據(jù)報方式的工作原理 2.2. 虛電路方式虛電路方式 虛電路方式試圖將數(shù)據(jù)報方式與電路交換的優(yōu)點結(jié)合起來，達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)

3、交換效果。它提供的服務(wù)是面向連接的，但在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部卻是用分組交換實現(xiàn)而不是用電路交換實現(xiàn)。在兩個端用戶相互通信前建立一條邏輯連接，即虛電路。 虛電路有兩種類型：永久虛電路型PVC（Permanent Virtual Circuit）和交換虛電路SVC（Switched Virtual Circuit）。前者一般適于需要長期頻繁交換信息的站點之間使用，后者則適于間歇性的應(yīng)用以及高度網(wǎng)狀連接的網(wǎng)絡(luò)。 2.3 2.3 模擬傳輸技術(shù)模擬傳輸技術(shù) 由于數(shù)字信號含有大量的低頻信號，甚至還含有直流分量，所以它往往不能直接通過電活線路傳輸（話音通路頻帶范圍般為3003400 Hz）。因此要利用電話線路傳輸數(shù)字信

4、號，必須采取措施把數(shù)據(jù)信號調(diào)制到電話線路的頻帶范圍內(nèi)。 2.3 2.3 模擬傳輸技術(shù)模擬傳輸技術(shù) 數(shù)字信號的調(diào)制實際上是用二進(jìn)制信號對載波波形的三個參數(shù)進(jìn)行控制，使這些參數(shù)隨二進(jìn)制信號的變化而變化，完成上述功能的設(shè)備就稱為調(diào)制解調(diào)器（Modem ）。 2.3.1 信號的調(diào)制技術(shù)信號的調(diào)制技術(shù) 調(diào)制是指將發(fā)送端數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號變換成模擬數(shù)據(jù)信號的過程。在調(diào)制過程中，首先要選取音頻范圍內(nèi)的某一角頻率w的正（余）弦信號作為載波，該正（余）弦信號可以寫為： u（t） umsin(t0) 由上述公式可以看出，可以通過改變?nèi)齻€參數(shù)（振幅um、角頻率、相位），來實現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號的編碼。 1. 幅移鍵控幅移鍵控（

5、ASK, Amplitude Shift Keying） 幅移鍵控方法是通過改變載波信號振幅來表示數(shù)字信號1、0。 2.頻移鍵控頻移鍵控（FSK, Frequency Shift Keying） 頻移鍵控方法是通過改變載波信號角頻率來表示數(shù)字信號1、0 3. 相移鍵控相移鍵控（PSK, Phase Shift Keying） 相移鍵控方法是通過改變載波信號相位值來表示數(shù)字信號1、0 上述三種調(diào)制技術(shù)也可以組合起來使用以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，如利用振幅相位混合調(diào)制的正交調(diào)制QAM（Quadrature Amplitude Modulation）方法。2.3.2 調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器(Modem) 在

6、模擬電話系統(tǒng)上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號包括兩個過程：將發(fā)送端的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號變換成模擬數(shù)據(jù)信號的過程稱為調(diào)制；在接收端將模擬數(shù)據(jù)信號還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的過程稱為解調(diào)。調(diào)制解調(diào)器即是具備上述兩個功能的設(shè)備。1. 調(diào)制解調(diào)器的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制解調(diào)器的標(biāo)準(zhǔn) Modem標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了Modem所采用的調(diào)制方式以及所支持的數(shù)據(jù)傳輸速率，大多數(shù)由國際電信聯(lián)盟（ITU）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。 ITU標(biāo)準(zhǔn) 傳輸速率 V.32 V.32bis V.34 V.42 V.90 9.6Kbit/s 14.4Kbit/s 28.8Kbit/s 33.6Kbit/s 56Kbit/s 為了提高M(jìn)odem的傳輸速度和有效數(shù)據(jù)傳輸率，目前許多Modem都采

7、用數(shù)據(jù)壓縮和差錯控制技術(shù)。通常使用的壓縮技術(shù)有兩種： CCITT規(guī)范 Microcom網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Microcom networking protocol，MNP） 常用的差錯控制標(biāo)準(zhǔn)有兩種。其中使用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)是Microcom的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。MNP14級以及MNP 10級描述差錯控制技術(shù)。 2. 調(diào)制解調(diào)器的分類調(diào)制解調(diào)器的分類 按通信設(shè)備對Modem進(jìn)行分類: 撥號Modem 專線Modem 按數(shù)據(jù)傳輸方式進(jìn)行分類: 同步Modem 異步Modem 按通信方式對Modem進(jìn)行分類: 單工 半雙工 全雙工 按傳輸速率進(jìn)行分類: 低速 中速 高速 按Modem支持的物理接口的不同分類: RS232

8、C接口 RS449接口 RS530接口 V.35接口 V.21接口 3. 調(diào)制解調(diào)器的工作模式調(diào)制解調(diào)器的工作模式 調(diào)制解調(diào)器有兩種工作模式：一是命令模式，一是數(shù)據(jù)模式。在命令模式中運行的Modem，對用戶送到Modem的任何信息都作為命令來解釋。數(shù)據(jù)模式（data mode），也稱聯(lián)機(jī)模式（online mode）。在這種模式中運行的Modem，對用戶給它的任何信息都作為數(shù)據(jù)來解釋。 2.3.3 模擬傳輸系統(tǒng)模擬傳輸系統(tǒng) 模擬傳輸是指數(shù)據(jù)在傳輸介質(zhì)中以模擬信號的方式傳輸。模擬通信系統(tǒng)中信息源輸出的是模擬信號，以電話系統(tǒng)為例:電話通信系統(tǒng)模型 1.1.模擬數(shù)據(jù)的模擬傳輸模擬數(shù)據(jù)的模擬傳輸 傳統(tǒng)

9、的電話系統(tǒng)都是分級交換，辦法是設(shè)置不同級別的交換中心。普通用戶通過廉價的雙絞線電纜連接到市電話局，長途干線最初采用頻分復(fù)用的傳輸方式，即所謂的載波電話。2.2.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸 想利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字傳輸，必須先將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，即對數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制，在經(jīng)過模擬傳輸系統(tǒng)后，再將模擬信號解調(diào)成數(shù)字信號。 2.4 2.4 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù)一般形式有： 頻分多路復(fù)用（FDM，F(xiàn)requency Division Multiplexing） 時分多路復(fù)用（TDM，Time Division Multiplexing） 波分多路復(fù)用（WDM，Wa

10、ve Division Multiplexing） 碼分多路復(fù)用（CDM, Code Division Multiplexing）。 2.4.1 2.4.1 頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用 把多個信號調(diào)制在不同的載波頻率上，從而在同一介質(zhì)上實現(xiàn)同時傳送多路信號，即將信道可用頻帶按頻率分割多路信號的方法劃分為若干互不重疊的頻段，每路信號占其中一個頻段，從而形成許多個子信道；在接收端用適當(dāng)?shù)臑V波器將多路信號分開，分別進(jìn)行解調(diào)和終端處理，這種技術(shù)稱為頻分多路復(fù)用（FDM）。 2.4.1 2.4.1 頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用 2.4.2 2.4.2 時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用 時分多路復(fù)用是將多路信號按一定的

11、時間間隔相間發(fā)送，以在一條傳輸線上實現(xiàn)“同時”傳送多路信號。TDM將信道的傳輸時間劃分為許多個時隙，而將若干個時隙組成時分復(fù)用幀，用每個時分復(fù)用幀中某一固定序號的時隙組成一個子信道，每個子信道占用的帶寬相同，每個時分復(fù)用幀所占的時間也是相同的。 2.4.2 2.4.2 時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用 1.1.同步時分復(fù)用同步時分復(fù)用 同步時分復(fù)用采用固定時間片分配方式，即將傳輸信號的時間按特定長度連續(xù)地劃分成特定時間段，再將每一時間段分成等長度的多個時隙，每個時隙以固定的方式分配給各路數(shù)字信號，各路數(shù)字信號在每一時間段都順序分配到一個時隙。2. 2. 統(tǒng)計時分復(fù)用統(tǒng)計時分復(fù)用 統(tǒng)計時分復(fù)用又稱為異步

12、時分復(fù)用或者智能時分復(fù)用（ITDM）,它能動態(tài)地按需分配時隙，避免每個時間段中出現(xiàn)空閑時隙。統(tǒng)計時分復(fù)用就是只有某一路用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才把時隙分配給它，當(dāng)用戶暫停發(fā)送時不為其分配資源時隙。 3.3.同步同步TDMTDM和和STDMSTDM的比較的比較（1） 時間片的比較 對應(yīng)于N條輸入線路，同步系統(tǒng)中幀內(nèi)至少需要有N個固定的時間片，而在統(tǒng)計（異步）系統(tǒng)中所需時間片的最大值小于N。（2） 效率的比較 同步TDM便宜且可靠，并能降低通信費用，但通信效率較低。STDM系統(tǒng)具有較高的傳輸速率，但一由于數(shù)據(jù)到達(dá)復(fù)用器的速率可能超過復(fù)用器把數(shù)據(jù)發(fā)送到鏈路的速率，因此需要一個緩沖區(qū)緩存數(shù)據(jù)；另外由于解復(fù)用

13、器無法判斷時間片和輸出線路的對應(yīng)關(guān)系，所有每個時間片必須攜帶一個地址來指明數(shù)據(jù)去向，在一定程度上影響了效率。 2.4.3 2.4.3 波分多路復(fù)用（波分多路復(fù)用（WDMWDM） 波分多路復(fù)用技術(shù)是在一定的帶寬上將輸入的光信號調(diào)制在特定的頻率上，之后通過波長復(fù)用器將調(diào)制后的信號復(fù)用在一根光纖上，復(fù)用后的信號經(jīng)傳送后到達(dá)目的地后，再經(jīng)過分離或解復(fù)用出不同的波長。波分復(fù)用是光的頻分多路復(fù)用。2.4.4 2.4.4 碼分復(fù)用碼分復(fù)用 根據(jù)碼型結(jié)構(gòu)的不同來實現(xiàn)信號分割的多路復(fù)用稱為碼分多路復(fù)用（CDM）或碼分多址（CDMACode Division Multiple Access）,與FDM和TDM完全

14、不同，它允許所有站在同一時間使用整個信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 CDMA的關(guān)鍵就是在多重線性疊加的信號中能提取所需的信號,對其他的信號當(dāng)作隨機(jī)噪聲丟棄。在CDMA中，每比特時間被分成m個碼片（chip），通常，每比特可有64個128個碼片。每個站點被指定一個惟一的m位代碼或碼片序列。當(dāng)發(fā)送比特1時，站點送出的是碼片序列，若發(fā)送比特0時，站點送出的是碼片序列的補(bǔ)碼。 為簡單說明其工作原理，現(xiàn)設(shè)每比特含8個碼片。假設(shè)某站點的碼片序列為000ll011，在信道上傳輸?shù)拇a片序列00011011表示發(fā)送了比特1，而其補(bǔ)碼11100100則表示發(fā)送了比特0，顯然，在接收端，若要從信號中提取單個站點的比特流必須事先

15、知道該站點的碼片序列。通過計算收到的碼片序列（各站發(fā)送的線性總和）和待還原站點的碼片序列的內(nèi)積就可導(dǎo)出比特流。 2.5 2.5 數(shù)字傳輸技術(shù)數(shù)字傳輸技術(shù) 2.5.1 2.5.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 1. 非歸零碼非歸零碼（NRZ） 2. 曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼（Manchester） 3. 差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼（Difference Manchester） 4. 4 4B/5BB/5B編碼編碼 2.5 2.5 數(shù)字傳輸技術(shù)數(shù)字傳輸技術(shù) 2.5 2.5 數(shù)字傳輸技術(shù)數(shù)字傳輸技術(shù) 2.5.1 2.5.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 1. 非歸零碼非歸零碼（NRZ） 2.

16、曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼（Manchester） 3. 差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼（Difference Manchester） 4. 4 4B/5BB/5B編碼編碼 2.5 2.5 數(shù)字傳輸技術(shù)數(shù)字傳輸技術(shù) 2.5.1 2.5.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 1. 非歸零碼非歸零碼（NRZ） 2. 曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼（Manchester） 3. 差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼（Difference Manchester） 4. 4 4B/5BB/5B編碼編碼 2.5.2 2.5.2 基帶數(shù)字傳輸技術(shù)基帶數(shù)字傳輸技術(shù) 所謂基帶是指電信號固有的基本頻帶，而基帶傳輸是指將數(shù)字設(shè)備

17、發(fā)出的數(shù)字信號直接傳送?；鶐鬏敯ɑ鶐M信號傳輸和基帶數(shù)字信號傳輸。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中所指的基帶傳輸是特指對基帶數(shù)字信號的傳輸。 2.5.2 2.5.2 基帶數(shù)字傳輸技術(shù)基帶數(shù)字傳輸技術(shù) 用來表示二進(jìn)制數(shù)“0”和“1”的脈沖信號稱為基帶信號?；鶐盘柺菙?shù)字信號，基帶傳輸就是在數(shù)字信道上直接傳送基帶信號基帶傳輸中要解決兩個問題；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼和收發(fā)雙方的同步。 1.1. 異步傳輸異步傳輸 是指發(fā)送端和接收端的時鐘信號是各自獨立的。在這種通信方式中，信息是以字符為單位傳送的，發(fā)送時將要傳送的字符組織成一定的格式進(jìn)行發(fā)送，通常包含：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位，因此這種通信方式又稱為起止式同

18、步方式。 2.2. 同步傳輸同步傳輸 所謂同步傳輸，是指發(fā)送端和接收端的時鐘是一致（同步）的，即接收端是靠提取所收到的數(shù)據(jù)位中的定時信息來獲得時鐘信號的，從而使接收到的每一位數(shù)據(jù)信息都和發(fā)送端準(zhǔn)確地保持同步，中間沒有時間間斷。實現(xiàn)這種同步的方法又有自同步法和外同步法兩種。 自同步法:是從數(shù)據(jù)信息波形的本身提取同步信號，例如曼徹斯特碼 和差分曼徹斯特碼的每個碼元中間均有跳變，利用這些跳 變作為同步信號。 外同步法:不是在每個字符進(jìn)行同步，而是在一組數(shù)據(jù)信息前后進(jìn)行 同步 2.2. 同步傳輸同步傳輸 自同步法:是從數(shù)據(jù)信息波形的本身提取同步信號，例如曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼的每個碼元中間均有跳變

19、，利用這些跳變作為同步信號。 外同步法:不是在每個字符進(jìn)行同步，而是在一組數(shù)據(jù)信息前后進(jìn)行同步 2.5.3 2.5.3 數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng) 1. 脈沖編碼調(diào)制（脈沖編碼調(diào)制（PCM） PCM過程主要由采樣、量化與編碼三個步驟組成: （1）采樣 采樣是把時間上連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成時間上離散的采樣信號，即用有限個采樣值代替連續(xù)變化的模擬信號。 采樣的理論依據(jù)是采樣定理，其描述為：一個頻帶限制在fHz內(nèi)的連續(xù)時變信號，如果采樣頻率不小于2fHz，對它進(jìn)行等間隔采樣，則該連續(xù)時變信號將被所得到的采樣值完全地確定。（2）量化量化是把幅度上連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成幅度上離散的量化信號。它是將采樣樣本幅度

20、按量化級取值的過程。經(jīng)量化后的采樣值為離散值，其波形為平頂脈沖。（3）編碼 編碼是用二進(jìn)制碼表示量化后采樣值的過程。量化級取得越多，量化精度就越高，需要二進(jìn)制碼的位數(shù)越多。目前，PCM用于數(shù)字化語音系統(tǒng)，將聲音分為256個量化級，每個量化級用8位二進(jìn)制碼表示，采樣速率為8000樣本/s。2. 2. 數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng) 現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)都是采用脈沖編碼調(diào)制（PCM）。PCM有兩個互不兼容的國際標(biāo)準(zhǔn)，即北美的24路PCM（簡稱為T1）和歐洲的30/32路PCM（簡稱E1）。我國采用的是歐洲的E1標(biāo)準(zhǔn)。T1的速率是1.544Mbit/s，E1的速率是2.048Mbit/s。 一個話路的模擬電

21、話信號，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，變成為每秒8000個脈沖信號，每個脈沖信號再編為8位二進(jìn)制碼元。因此一個標(biāo)準(zhǔn)話路的 PCM信號速率為64 k bits。為了有效地利用傳輸線路通常總是將多個話路的PCM信號用時分復(fù)用的方法裝成幀（時分復(fù)用幀），然后再送往線路上一幀接一幀地傳輸。 E1的時分復(fù)用幀劃分為32個時隙，每個時隙傳送8bit，因此整個32個時隙共傳送256bit。每秒傳輸8000個幀，因此PCM一次群E1的數(shù)據(jù)率就是2.048Mbit/s。北美使用的T1系統(tǒng)共有24個話路，每個話路占用8bit。另外除了24路編碼之后有1bit的幀同步碼，因此一幀共有193bit。因此T1一次群的數(shù)據(jù)率是1.544

22、Mbit/s。當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時，可以采用復(fù)用的方法: 系統(tǒng)一次群二次群三次群四次群五次群北美體制符號T1T2T3T4 話路數(shù)24966724032 速率(Mbit/s)1.5446.31244.736274.176 歐洲體制符號E1E2E3E4E5話路數(shù)3012048019207680速率(Mbit/s)2.0488.44834.368139.264565.1482.5.4 2.5.4 SONET/SDHSONET/SDH SONET和SDH都是國際認(rèn)可的數(shù)字體系復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)，其中SONET主要應(yīng)用在北美、韓國和日本，其他地區(qū)則使用SDH。SONET和SDH都由高可用性的環(huán)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成。 SO

23、NET的最低傳輸速率，稱為第一級光載體（OC-1）,是51.84Mbit/s，更高的速率可由偶數(shù)個OC-l按照一系列公認(rèn)的組合方式而得。 2.5.4 2.5.4 SONET/SDHSONET/SDH SDH的標(biāo)準(zhǔn)同SONET相類似，雖然它沒有一個相應(yīng)于SONET OCl的速率，但它卻提供了一個同樣簡單的復(fù)用模型。T載波系統(tǒng)定義了一個幀標(biāo)準(zhǔn)（T1）和一個復(fù)用體系（DS1）。SONET定義了光載體等級OC和與之相應(yīng)的電速率等級，叫同步傳輸信號（STS）。 光載體等級電載體等級帶寬對應(yīng)的SDH STMOC-1STS-151.84Mbit/s-OC-3STS-3155.52Mbit/sSTM-1OC-

24、9STS-9466.56Mbit/sSTM-3OC-12STS-12622.08Mbit/sSTM-4OC-18STS-18933.12Mbit/sSTM-6OC-24STS-241244.16Mbit/sSTM-8OC-36STS-361866.24Mbit/sSTM-12OC-48STS-482488.32Mbit/sSTM-16OC-96STS-964976.64Mbit/sSTM-32OC-192STS-1929953.28Mbit/sSTM-64OC-768STS-76839813.12Mbit/sSTM-256SONET和SDH的速率等級 當(dāng)需要傳輸更小負(fù)荷時（即帶寬比基本速率還低

25、時），基本速率可以被分成更小的信道，在SONET中稱為虛支路，在SDH中稱為虛容器，它們都可以傳輸?shù)退俾实臉I(yè)務(wù)。 SONET中的四種虛支路 虛支路類型負(fù)載類型帶寬(Mbit/s)VT1.5DS11.728VT2E12.304VT3DS1c3.456VT6DS26.912虛容器類型負(fù)載類型帶寬(Mbit/s)TU11DS11.728TU12E12.304TU2DS26.912TU3E349.152SDH中的四種虛容器 2.6 2.6 數(shù)據(jù)鏈路控制數(shù)據(jù)鏈路控制 為了進(jìn)行真正有效的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，就需要對傳輸操作進(jìn)行嚴(yán)格的控制和管理，這就是數(shù)據(jù)鏈路傳輸控制規(guī)程的任務(wù)，也就是數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的任務(wù)。數(shù)

26、據(jù)鏈路層協(xié)議是建立在物理層基礎(chǔ)上的，通過一些數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，在不太可靠的物理鏈路上實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。2.6.1 2.6.1 數(shù)據(jù)鏈路控制的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鏈路控制的基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)鏈路（Data Link）:當(dāng)需要在一條鏈路上傳輸數(shù)據(jù)時，除了必須擁有一條物理線路外，還必領(lǐng)有一些必要的控制規(guī)程來控制數(shù)據(jù)的傳輸、把實現(xiàn)這些控制規(guī)程的硬件及軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。如圖: 2.6.1 2.6.1 數(shù)據(jù)鏈路控制的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鏈路控制的基礎(chǔ) 鏈路和數(shù)據(jù)鏈路 數(shù)據(jù)鏈路層具體功能如下 : （1）幀同步（2）鏈路管理（3）差錯控制（4）流量控制（5）透明傳輸（6）區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和控制信息（7）尋址數(shù)據(jù)鏈路通信控制規(guī)程歸納起

27、來可分兩大類： 面向字符型:以字符為傳輸信息的基本單位，規(guī)定不允許用于傳輸控制的控制字符在用戶信息中出現(xiàn)以避免用戶信息與控制信息混淆；規(guī)程采用指定的編碼；允許使用同步和異步 傳輸方式；多采用半雙工通信方武，擴(kuò)充基本型中有采用 全雙工通信方式的。 典型的面向字符的鏈路控制規(guī)程為IBM公司的BSC規(guī)程（Binary Synchronous Communication）。 面向比特型:報文的數(shù)據(jù)和控制信息完全獨立，具有良好的透明性；差錯檢驗一般采用糾錯碼方式，可靠性強(qiáng)；在鏈路上可進(jìn)行信息連接和雙向發(fā)送，傳輸效率高；信息傳輸都統(tǒng)一以幀為單位，控制簡單。 最具代表性的面向比特型鏈路控制規(guī)程是HDLC（H

28、igh- level Data Link Control）協(xié)議，即高級數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程 2.6.2 ARQARQ ARQ即自動重發(fā)請求（Automatic Repeat ReQuest）,也稱反饋重發(fā)，意思是數(shù)據(jù)幀發(fā)送出錯時，接收端通過回送確認(rèn)信號自動的控制發(fā)送端的原先幀的重發(fā)，所以可以理解為自動重發(fā)請求。1.1.停止停止- -等待等待ARQARQ停止-等待ARQ是指發(fā)送端發(fā)送一個幀后，不繼續(xù)發(fā)送而是等待對該幀的確認(rèn): 在發(fā)送端，每次只能處理數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送緩沖區(qū)中的一個數(shù)據(jù)幀，將緩沖區(qū)中的該幀發(fā)送出去，同時啟動定時器，接著等待接收端回送的確認(rèn)幀。當(dāng)發(fā)送端收到ACK確認(rèn)后，認(rèn)為該幀已成功到達(dá)，再取

29、一個新的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行發(fā)送。 A B A B A B A B D A T A 0 A C K D A T A 1 A C K ? ? ? ? ? ? ? ? D A T A 0 N A K D A T A 0 A C K ? ? ? ? ? ? D A T A 0 D A T A 0 A C K ? ? ? ? ? ? t out D A T A 0 A C K D A T A 0 A C K ? ? ? ? ? t out ? ? ? (a)? (b)? (c)? (d)? 如果丟失的是確認(rèn)幀 ,超時重發(fā)將使則接收端將收到兩份以至多份同樣的數(shù)據(jù)幀。由于接收端現(xiàn)在無法識別這份數(shù)據(jù)幀是重復(fù)的，還是新

30、發(fā)送的，因而在接收端上交給網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)另一種差錯重復(fù)幀。 為了解決重復(fù)幀的間題，必須使每一個數(shù)據(jù)幀的頭部增加一個發(fā)送序號，每個不同的幀的序號應(yīng)該不同，通常每發(fā)送一個新的數(shù)據(jù)幀，就把序號加1，若接收端檢查到發(fā)送序號重復(fù)的幀，就認(rèn)為出現(xiàn)了重復(fù)幀，應(yīng)該把該幀丟棄。 2.后退后退N N幀幀ARQARQ 發(fā)送端在傳出一個數(shù)據(jù)幀后，不等待確認(rèn)信號的到來，就接著發(fā)送下一個數(shù)據(jù)幀。在經(jīng)過一個往返時間之后，相應(yīng)數(shù)據(jù)幀的確認(rèn)信號才到達(dá)發(fā)送端，這時發(fā)送端已經(jīng)發(fā)出了后繼的N-l個數(shù)據(jù)幀。當(dāng)收到ACK幀后，就繼續(xù)發(fā)送新數(shù)據(jù)幀，一旦收到NAK幀，發(fā)送端就要回退N步，重新發(fā)送那個出錯的數(shù)據(jù)幀以及后繼的Nl個已經(jīng)發(fā)

31、送過的數(shù)據(jù)幀。后退 N幀 ARQ工作原理 如果當(dāng)前發(fā)送的是數(shù)據(jù)鏈路層上的最后一個幀（無論是數(shù)據(jù)幀還是確認(rèn)幀），但不幸的是該幀出錯或丟失了，此種情況也適用于中間某一幀開始的所有后繼幀全部出錯或丟失的情況（同樣可以是數(shù)據(jù)幀或確認(rèn)幀），那么發(fā)送端會一直等待下去，而接收端對此卻不知情。 為了解決這個問題，需要采用超時機(jī)制。 3.3.選擇重傳選擇重傳ARQARQ 若某一幀出錯，后面送來的正確的幀顯然不能立即送主機(jī)，但接收方仍可收下來，放在一個緩沖區(qū)中，同時要求發(fā)送方重新傳送出錯的那一幀。一旦收到重傳的幀后，就可與原先已收到但暫存在緩沖區(qū)中的其余幀一起按正確的順序送主機(jī)。因此，避免了對后繼正確數(shù)據(jù)幀的多余

32、重發(fā)，使得傳輸效率明顯提高了。 選擇重傳ARQ工作原理 2.6.3 HDLCHDLC 1 1. 1 1. HDLCHDLC站的類型站的類型（1）主站 在物理鏈路上用于控制的站稱為主站。其主要功能是發(fā)送命令、接收響應(yīng)、負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)鏈路的全面管理，包括發(fā)起傳輸、組織數(shù)據(jù)流、執(zhí)行鏈路差錯控制和差錯恢復(fù)等職責(zé)。2.6.3 HDLCHDLC （2）從站 在物理鏈路上用于接收信息的站就是從站。其主要功能是接收主站命令、發(fā)送響應(yīng)、配合主站參與差錯恢復(fù)等鏈路控制。（3）復(fù)合站 顧名思義，同時具備主站和從站功能的站稱為復(fù)合站。2.2. HDLCHDLC的鏈路結(jié)構(gòu)和模式的鏈路結(jié)構(gòu)和模式 根據(jù)站的類型和線路連接方式的

33、不同，數(shù)據(jù)鏈路的結(jié)構(gòu)被分為不平衡型結(jié)構(gòu)和平衡型結(jié)構(gòu)兩種。 不平衡型結(jié)構(gòu)有一個主站和一個或多個從站被連在一條線路上；平衡型結(jié)構(gòu)由兩個復(fù)合站的點對點連接構(gòu)成，兩個復(fù)合站都具有數(shù)據(jù)傳送和鏈路控制能力。 2.2. HDLCHDLC的鏈路結(jié)構(gòu)和模式的鏈路結(jié)構(gòu)和模式 對于非平衡配置，可以有兩種數(shù)據(jù)傳送方式。最常用的是正常響應(yīng)方式NRM（Normal Response Mode）。另一種用得較少的是異步響應(yīng)方式（Asynchronous Response Mode），對于平衡配置則只有異步平衡方式ABM（Asynchronous Balanced Mode） 3.3.HDLCHDLC的幀結(jié)構(gòu)的幀結(jié)構(gòu)HDLC

34、的幀格式 F:8位序列（0llllll0），表示幀的開始和結(jié)束 A:在命令幀中給出執(zhí)行該命令的次站地址；在應(yīng)答幀中，該字段給出應(yīng)答的次站地址 C:用于表示所使用幀的類型以及序列號L:表示鏈路所要傳輸?shù)膶嶋H信息 FCS:可以使用16位或32位的幀校驗序列，用于差錯檢測 4.4.HDLCHDLC幀類型幀類型（1）信息幀：用干傳輸數(shù)據(jù)的幀，具有完全的控制順序；（2）監(jiān)控幀：用于實現(xiàn)監(jiān)控功能的幀。（3）無編號幀：用于提供附加的鏈路控制功能的幀。5.5.信息交換過程信息交換過程 信息交換過程的控制主要包括如下內(nèi)容。 （l）發(fā)送信息命令請求； （2）接收信息響應(yīng)； （3）發(fā)送信息準(zhǔn)備好； （4）發(fā)送信息；

35、 （5）信息發(fā)送結(jié)束； （6）信息接收完畢。2.6.4 2.6.4 PPPPPP 用戶接入因特網(wǎng)通常通過兩種方法，一種是通過電話線撥號接入，另外一種是使用專線接入。無論哪種接入方式，在線路上都需要點對點的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。在PPP協(xié)議之前廣泛應(yīng)用的因特網(wǎng)協(xié)議是面向字符協(xié)議SLIP（Serial Line Internet Protocol）,為了克服SLIP的缺點，PPP協(xié)議于1992年制訂，并在之后兩年通過修訂成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)，該協(xié)議描述見RFC1661。PPP協(xié)議由以下三個部分組成。2.6.4 2.6.4 PPPPPP （1）將數(shù)據(jù)報封裝的串行鏈路的方法。PPP既支持異步鏈路，也支持面向比特的同步鏈路。（2）鏈路控制協(xié)議LCP（Link Control Protocol）：用來建立、配置和測試數(shù)據(jù)鏈路鏈接。（3）網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP（Network Control Protocol）：支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。 所有的PPP幀是以標(biāo)準(zhǔn)HDLC標(biāo)志字節(jié)（7E）開始的，接下來是Address字段，總是設(shè)成二進(jìn)制值FF，之后緊跟著Control字段，其缺省值為03。第4個字段是Protocol字段，用以說明payload字段中是哪類分組。最后是2個字節(jié)或4個字節(jié)的校驗和字段。