年计算机网络考研辅导讲座5数据链路层--下.pptx
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1、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月的考研不考这部分)月的考研不考这部分)(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
2、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
3、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
4、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 Trans
5、fer 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
6、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
7、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,
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、、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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、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12345
22、678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AB
23、M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
24、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:
25、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。
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