计算机网络低层协议.ppt

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1、第第2章章 计算机网络低层协议计算机网络低层协议 2.1 物理层物理层 2.2 数据链路层数据链路层 2.3 面向比特的链路控制规程（面向比特的链路控制规程（HDLC）2.4 网络层网络层 2.5 拥塞控制拥塞控制本章主要内容本章主要内容2.1 物物 理理 层层本节主要内容本节主要内容 2.1.1 物理层的基本概念物理层的基本概念 2.1.2 物理层下的传输媒体物理层下的传输媒体 2.1.3 物理层协议举例物理层协议举例2.1.1 物理层的基本概念物理层的基本概念物理层研究的是怎样才能在连接各种计算机的物理层研究的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据的比特流，而不是指连接传输媒体上传

2、输数据的比特流，而不是指连接计算机的具体物理设备或具体的传输媒体。计算机的具体物理设备或具体的传输媒体。物理层协议主要解决的是主机、工作站等数据物理层协议主要解决的是主机、工作站等数据终端设备与通信线路上的通信设备之间的接口终端设备与通信线路上的通信设备之间的接口问题。问题。2.1.1 物理层的基本概念物理层的基本概念物理层有物理层有4个特性：个特性：机械特性机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列方式，定义接插及锁紧方式等。数目和排列方式，定义接插及锁紧方式等。电气特性电气特性：指明在接口电缆的线路上出现的电压、电：指明在接口电缆的线路上

3、出现的电压、电流等范围。流等范围。功能特性功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压信号：指明某条线上出现的某一电平的电压信号表示何种意义，通信过程中完成何种功能。表示何种意义，通信过程中完成何种功能。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：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序，是功能事件时序的描述顺序，是功能事件时序的描述。2.1.2 物理层下的传输媒体物理层下的传输媒体1.双绞线双绞线标准568B：橙白1，橙2，绿白3，蓝4，蓝白5，绿6，棕白7，棕8；EIA/TIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序标准568A：绿白1，绿2，橙白3，蓝4，蓝白5，橙6，棕白7，棕8；

4、这二者并没有本质的区别，只是颜色上的区别，用户需要注意的只是在连接两个水晶头时必须保证：1，2线对是一个绕对；3，6线对是一个绕对；4，5线对是一个绕对；7，8线对是一个绕对（1）双绞线 两条相互绝缘的导线按一定距离绞合若干次 (UTP,STP)最常见的错误:12345678绿白绿桔白桔蓝白蓝棕白棕12345678桔白桔绿白绿蓝白蓝棕白棕12345678绿白绿蓝白蓝桔白桔棕白棕12345678桔白桔蓝白蓝绿白绿棕白棕结果：普通测线仪显示正常，但网线距离10米，网络性能急剧下降双绞线STP双绞线UTP双绞线双绞线铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层无屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线ST

5、P网线的制作准备工作：RJ45卡线钳一把水晶头双绞线制作步骤：共有四步，可以简单归纳为四个字：“剥”，“理”，“插”，“压”步骤一剥线剥线的长度为13mm15mm，不宜太长或太短 步骤三插线一定要平行插入到线顶端，以免触不到金属片步骤四压线压过的水晶头的金属脚比没压要低线缆检测l发射器和接收器两端的灯同时亮为正常发射器和接收器两端的灯同时亮为正常2.1.2 物理层下的传输媒体物理层下的传输媒体2.同轴电缆同轴电缆规规 格格类类 型型阻阻 抗抗信信 号号描描 述述RG-58/U细缆细缆50 基基带带固体固体实实芯芯铜线铜线RG-58/AU细缆细缆50 基基带带绞绞合合线线RG-59CATV75

6、频带频带用于有用于有线电视线电视网网RG-11粗粗缆缆50 基基带带一般用于网一般用于网络络主干主干RG-6290 基基带带用于用于ARCNET和和IBM3270终终端端同轴电缆10base5粗同轴电缆10base2细同轴电缆外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体同轴电缆3光缆光缆（1）物理特性）物理特性（2）传输特性）传输特性2.1.2 物理层下的传输媒体物理层下的传输媒体光线在光纤中的折射折射角入射角包层（低折射率的媒体）包层（低折射率的媒体）纤芯（高折射率的媒体）包层纤芯光纤的工作原理高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射输入脉冲输出脉冲单模光纤多模光纤与单模

7、光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤2.1.2 物理层下的传输媒体物理层下的传输媒体（3）连通性）连通性 光纤最普遍的连接方式是点光纤最普遍的连接方式是点点方式，但是在某些实点方式，但是在某些实验系统中，也可以采用多点连接方法。验系统中，也可以采用多点连接方法。（4）地理范围）地理范围 光纤信号衰减极小，它可以在光纤信号衰减极小，它可以在6km8km的距离内，在的距离内，在不使用中继器的情况下，实现高速率的数据传输。不使用中继器的情况下，实现高速率的数据传输。（5）抗干扰性）抗干扰性 光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响，能在长距离、高光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响，能在长距离、高速率的传输中保持低误码

8、率。速率的传输中保持低误码率。（6）价格）价格 目前，光纤价格高于同轴电缆与双绞线。目前，光纤价格高于同轴电缆与双绞线。光纤通信系统的基本构成光源是光波产生的根源光纤是传输光波的导体光发送机的功能是产生光束,将电信号转变成光信号,再将光信号导入光纤光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光信号,并将它转变成电信号,经解码后再作相应处理光纤光纤中心是光传播的玻璃芯芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封 套，以使光纤保持在芯内再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封 套 光芯光芯玻璃封套玻璃封套塑料外壳塑料外壳一束三根光纤的剖面图一束三根光纤的剖面图2.1.2 物理层下的传输媒体物理层下的传输媒体4红外传

9、输红外传输5微波通信微波通信6激光通信激光通信7卫星通信卫星通信无线通信无线电波：传输数据速率为2-6Mbps，适用于短距离微波：地面微波的频率为4-6GHz，卫星微波为11-14GHz红外线：一个方向16Mbps，多个方向不超过1Mbps无线传输所使用的频段很广。短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。微波在空间主要是直线传播。地面微波接力通信卫星通信返回本章2.1.3 物理层协议举例物理层协议举例1EIA RS-232C接口标准接口标准（1）机械特性）机械特性（2）电气特性）电气特性 串口的电气特性串口的电气特性：1）RS-232串口通信最远距离是50英尺=15m2）RS2

10、32可做到双向传输，全双工通讯，最高传输速率20kbps3）RS-232C上传送的数字量采用负逻辑，且与地对称逻辑1：-5-15V 逻辑0：+5+15V2.1.3 物理层协议举例物理层协议举例（3）功能特性）功能特性引脚号引脚号信号名称信号名称缩缩写写方向方向功能功能说说明明1保保护护地地线线PG机壳地机壳地2发发送数据送数据TXDDCE终终端端发发送串行数据送串行数据3接收数据接收数据RXDDTE终终端接收串行数据端接收串行数据4请请求求发发送送RTS DCEDTE请请求求DCE切切换换到到发发送状送状态态5清除清除发发送送CTSDTEDCE已已经经切切换换到到发发送状送状态态6数据数据设备

11、设备就就绪绪DSRDTEDCE已已经经准准备备好接收数据好接收数据7信号地信号地线线GND信号地信号地线线8载载波波检测检测DCDDTEDCE已已检测检测到到远远程程载载波波20数据数据终终端就端就绪绪DTRDCEDTE已准已准备备好，可以接收好，可以接收22振振铃铃指示指示RIDTEDCE通知通知DTE线线路已接通路已接通EIA-232/V.24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DTE(DataTerminalEquipment)是数据终端

12、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。DCE(DataCircuit-terminatingEquipment)是数据电路端接设备，它在DTE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、保持和释放数据链路的连接。9芯信号方向来自缩写描述1调制解调器CD载波检测2调制解调器RXD接收数据3PCTXD发送数据4PCDTR数据终端准备好5GND信号地6调制解调器DSR通讯设备准备好7PCRTS请求发送8调制解调器CTS允许发送9调制解调器RI响铃指示器两个DTE通过DCE进行通信的例子EIA-232/V.24接口调制解调器DTE-ADTE-BDCE-ADCE-BEIA-

13、232/V.24接口调制解调器网络例如，同一型号的计算机之间可采用交叉连接，如图所示。2.1.3 物理层协议举例物理层协议举例（4）规程特性）规程特性RS-232零调制解调器连接示意图零调制解调器连接示意图2.1.3 物理层协议举例物理层协议举例（4）规程特性）规程特性 DTE-A向向DTE-B发送数据的过程发送数据的过程:当当DTE-A要和要和DTE-B进行通信时，进行通信时，DTE-A将将DTR置有效，同时置有效，同时 通过通过TXD向向DCE-A发送电话号码信号。发送电话号码信号。DCE-B将将RI置为有效，通知置为有效，通知DTE-B有呼叫信号到达。有呼叫信号到达。DTE-B将将 DT

14、R置为有效，置为有效，DCE-B接着产生载波信号，并将接着产生载波信号，并将CTS置为有置为有 效，表示已准备好接收数据。效，表示已准备好接收数据。DCE-A检测到载波信号，将检测到载波信号，将DCD及及CTS置为有效，通知置为有效，通知DTE-A 通信电路已连接好。通信电路已连接好。DCE-A向向DCE-B发送载波信号，发送载波信号，DCE-B将将CTS置为有效。置为有效。DTE-A若有发送的数据，将若有发送的数据，将DSR置为有效，置为有效，DCE-A作为回应信作为回应信 号，将号，将RTS信号置为有效。信号置为有效。DTE-A通过通过TXD发送串行数据，发送串行数据，DCE-A将数据通过

15、通信线路发向将数据通过通信线路发向DCE-B。DCE-B将收到的数据通过将收到的数据通过RXD传送给传送给DTE-B。2.1.3 物理层协议举例物理层协议举例2RS-499接口标准接口标准 (1)RS-449 规定了接口的机械特性、功能特性和过程特性，采用规定了接口的机械特性、功能特性和过程特性，采用37根引脚的插头座。根引脚的插头座。(2)RS-423A 采用非平衡传输方式，即单线传送信号，公共参考电采用非平衡传输方式，即单线传送信号，公共参考电平为地。平为地。(3)RS-422A 采用平衡传输方式，即双端发送，双端接收，所有电采用平衡传输方式，即双端发送，双端接收，所有电路没有公共地，抗干

16、扰能力大大加强。路没有公共地，抗干扰能力大大加强。2.2 数据链路层数据链路层n数据链路层简介数据链路层简介n局域网介绍局域网介绍n以太网交换机工作原理以太网交换机工作原理数据链路层简介数据链路层是OSI参考模型的第二层，在物理层基础上向网络层提供服务数据链路层为物理链路上提供可靠的数据传输局域网的数据链路层协议有以太网、令牌环网等广域网数据链路层协议有PPP、HDLC、FrameRelay等数据链路层功能 帧同步功能 差错控制功能 流量控制功能 链路管理功能1物 理 层2数据链路层4传 输 层3网 络 层5会 话 层7应 用 层6表 示 层差错控制常见差错控制的方法有：检错重发（CRC）超时

17、重发（Timeout）停待协议工作原理停待协议工作原理连续连续ARQ协议工作原理协议工作原理流量控制和链路管理流量控制功能不是只有数据链路层才提供流量控制功能是控制发送方发送数据的速率链路管理是指数据链路层连接的建立、维持和释放流量控制流量控制利用窗口进行流量控制利用窗口进行流量控制 LAN数据链路层标准IEEE802制定了系列局域网标准IEEE802.3：以太网IEEE802.4：令牌总线IEEE802.5：令牌环IEEE802.11：无线局域网IEEE802标准涵盖了物理层和数据链路层WAN数据链路层标准WAN服务通常由电信运营商提供WAN数据链路层标准包括：HDLCPPPLAPBFram

18、eRelay广域网的数据传输方式n数据链路层简介数据链路层简介n局域网介绍局域网介绍n以太网交换机工作原理以太网交换机工作原理目录目录LAN数据链路层分为两个子层：LLC：LogicalLinkControlMAC：MediaAccessControlMAC与802.2标准LLCMAC数据链路层物理层LLC的位置网络层协议格式分组分组网络网络MAC 头头LLC头头分组分组MACLLC 头头分组分组MAC/物理地址厂商编号序列号24 bits24 bits00e0.fc01.2345RomRamMAC地址有48位，前3个字节用于标识不同的厂家。802.3帧PRE:先导字节,7个10101010S

19、FD:帧开始标志,10101011DA:目的MAC地址SA:源MAC地址LEN:LLC帧长度DATA:数据字段PAD:填充字段CRC:校验字段716622or34LLC帧64到1518字节字节CRCPADDATALLC 控制信息控制信息LENSADASFDPREHDLC帧格式地址标志控制信息帧校验标志面向比特透明传输零比特填充法运行于同步串行线路HDLC帧格式标志字段：标志帧的起始地址字段：用来寻址目的设备控制字段：构成各种命令以及响应信息字段：有效信息或者数据帧校验：校验帧错误标志F控制C地址A帧校验TCS标志F信息IHDLC的帧结构的帧结构HDLC的帧结构的帧结构n数据链路层简介数据链路层

20、简介n局域网介绍局域网介绍n以太网交换机工作原理以太网交换机工作原理目录目录MAC地址表交换机内部都有一张MAC地址表E0/3E0/5E0/7E0/16MAC：M1MAC：M2MAC：M3MAC：M4目的MAC地址发送端口号M1E0/3M2E0/5M3E0/7M4E0/16PC1PC2PC4PC3MAC地址学习最初交换机的MAC地址表为空MAC：M1MAC：M2MAC：M3MAC：M4目的MAC地址发送端口号E0/3E0/5E0/7E0/16PC2PC1PC3PC4MAC地址学习MAC地址表没有记录，数据帧从其它所有端口转发出去识别数据帧的源MAC地址，学习MAC地址和端口对应关系MAC：M1

21、MAC：M2MAC：M3MAC：M4目的MAC地址发送端口号E0/3E0/5E0/7E0/16M1E0/3PC2PC1PC4PC3MAC地址学习通过MAC地址表实现数据帧的单点转发MAC地址表的维护MAC：M1MAC：M2MAC：M3MAC：M4E0/3E0/5E0/7E0/16目的MAC地址发送端口号M1E0/3M2E0/5M3E0/7M4E0/16PC1PC4PC3PC2中继器中继器是一种信号放大设备n数据链路层简介数据链路层简介n局域网介绍局域网介绍n数据链路层设备数据链路层设备n以太网交换机工作原理以太网交换机工作原理2.3 网网 络络 层层本节主要内容本节主要内容 2.3.1 广域网

22、的概念广域网的概念 2.3.2 网络层提供的服务网络层提供的服务 2.3.3 路由选择机制路由选择机制 2.3.1 广域网的概念广域网的概念广域网广域网 2.3.1 广域网的概念广域网的概念OSI模型的模型的7层结构层结构 广域网2.3.2 网络层提供的服务网络层提供的服务网络层提供的服务网络层提供的服务(1)数据报分组交换分组交换网中数据传输之前无需建立连接的方式称为数据报方式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。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。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

23、交付给目的主机.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.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。(2)虚电路分组交换虚电路方式需要通过网络建立逻辑上的连接，一旦这种连接建立之后，通信双方才能进行数据传输。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。两种服务的思路来源不同虚电路服务的思路来源于传统的

24、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。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务。可靠通信由用户终端中的软件（即TCP）来保证。网络上传送的报文长度，在很多情况下都很短。用数据报既迅速又经济。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浪费网络资源了。数据报服务和虚电路服务都各有一些优缺点在使用数据报时，每个分组必须携带完整的地址信息。在使用虚电路的情况下，每个分组不需要携带完整的目的地址，而仅需要有个很简单的虚电路号码的标志。这就使分组的控制信息部分的比特数减少，因而减少了额外开销。数据报服

25、务和虚电路服务优缺点的归纳对比的方面 虚电路服务 数据报服务 思路 可靠通信应当 可靠通信应当 由网络来保证 由用户主机来保证连接的建立 必须有 不要目的站地址 仅在连接建立阶段 每个分组都有 使用，每个分组使 目的站的全地址 用短的虚电路号对比的方面 虚电路服务 数据报服务分组的转发 属于同一条虚电路 每个分组独立选择 的分组均按照同一 路由进行转发 路由进行转发当结点出 所有通过出故障的 故障结点可能丢失 故障时 结点的虚电路 分组，一些路由 均不能工作 可能会发生变化对比的方面 虚电路服务 数据报服务分组的顺序 总是按发送顺序 到达目的站时不一定 到达目的站 按发送顺序 端到端的 可以由

26、分组交换网 由用户主机负责差错处理和 负责也可以由用户 流量控制 主机负责2.3.3 路由选择机制路由选择机制广域网在给接入到网络的每一台计算机进行广域网在给接入到网络的每一台计算机进行编址时，采用层次结构的编址方案。编址时，采用层次结构的编址方案。最简单的层次编址方案就是把一个地址分成最简单的层次编址方案就是把一个地址分成前后两部分。前一部分表示分组交换机，后前后两部分。前一部分表示分组交换机，后一部分表示连接在分组交换机上的计算机。一部分表示连接在分组交换机上的计算机。2.3.3 路由选择机制路由选择机制 计算机的编址和网络层结点交换机的路由表计算机的编址和网络层结点交换机的路由表 交交换

27、换机机2中的路由表就可中的路由表就可进进一步一步简简化化目的站目的站下一站下一站1交交换换机机12本交本交换换机机3交交换换机机32,1 2,2456745674 5 6 7交换机1交换机 2交换机31,11,33,23,3每个交换机都有两组端口。一组是和本地主机相连的低速端口，另一组是和其他交换机相连的高速端口。1231231 2 32,12,245674567交换机2交换机31,13,23,3每个主机地址中后面的数字是指该交换机的低速端口主机地址3,2是指连接在交换机3的2号低速端口交换机11,3主机地址1,3是指连接在交换机1的3号低速端口12312345671232,12,245674

28、567交换机2交换机31,13,23,3这里给出结点交换机2中的转发表作为例子例如，一个欲发往主机3,2的分组到达了交换机2。交换机11,3交换机2的转发表目的站下一跳1,1交换机11,3交换机13,2交换机33,3交换机32,1直接2,2直接这时应查找交换机2的转发表，找目的站为3,2的项目。45671231231232,12,212341234交换机2交换机31,13,23,3目的站是3,2吗？交换机11,3交换机2的转发表目的站下一跳1,1交换机11,3交换机13,2交换机33,3交换机32,1直接2,2直接查找转发表中的下一个项目。否12312345671232,12,21234123

29、4交换机2交换机31,13,23,3目的站是3,2吗？交换机11,3交换机2的转发表目的站下一跳1,1交换机11,3交换机13,2交换机33,3交换机32,1直接2,2直接查找转发表中的下一个项目。否12312345671232,12,212341234交换机2交换机31,13,23,3目的站是3,2吗？交换机11,3交换机2的转发表目的站下一跳1,1交换机11,3交换机13,2交换机33,3交换机32,1直接2,2直接根据转发表指出的下一跳把分组转发到交换机3。是12312345671232,12,212341234交换机2交换机31,13,23,3交换机11,3分组转发到交换机3后就查找交换机3的转发表。从转发表（此处省略了）可知不必再转发分组了，把该分组直接交付给主机3,2即可。1231234567123