第5章 数据透明传输技术精选文档.ppt

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1、第5章 数据透明传输技术本讲稿第一页，共三十页5.1 5.1 数据透明传输技术的概念数据透明传输技术的概念n1问题的提出问题的提出n2.所谓数据透明传输所谓数据透明传输就是用户不受协议中的任就是用户不受协议中的任何限制，可随机地传输任意比特编码的信息。何限制，可随机地传输任意比特编码的信息。n用户可以完全不必知道协议中所规定的结束段用户可以完全不必知道协议中所规定的结束段的比特编码或者其他的控制字符。的比特编码或者其他的控制字符。本讲稿第二页，共三十页5.2 转义字符填充法转义字符填充法n数据链路控制协议数据链路控制协议 n数据链路控制协议也称链路通信规程，也就是数据链路控制协议也称链路通信规

2、程，也就是OSI参考模型中的数据链路参考模型中的数据链路层协议。路控制协议可分为异步协议和同步协议两大类。层协议。路控制协议可分为异步协议和同步协议两大类。n同步协议是以许多字符或许多比特组织成的数据块一一帧为传输单位，在同步协议是以许多字符或许多比特组织成的数据块一一帧为传输单位，在帧的起始步，使帧内维持固定的时钟。由于采用帧为传输单位，所以同步帧的起始步，使帧内维持固定的时钟。由于采用帧为传输单位，所以同步协议能更有效地利用信道，也便于实现差错控制、流量控制等功能。协议能更有效地利用信道，也便于实现差错控制、流量控制等功能。同步协议又可分为面向字符的同步协议和面向比特的同步协议及面向字节同

3、步协议又可分为面向字符的同步协议和面向比特的同步协议及面向字节计数的同步协议三种类型。计数的同步协议三种类型。n1.面向字符的数据链路控制的规程面向字符的数据链路控制的规程n国际标准化组织于国际标准化组织于1971年发表了年发表了ISO1745标准，规定了信息处标准，规定了信息处理中数据通信系统的基本型控制规程。理中数据通信系统的基本型控制规程。nISO1745:ISO标准。标准。ANSIX3.28美国国家标准。美国国家标准。ECMA-16:欧洲计算机欧洲计算机制造商协会标准。制造商协会标准。IBMBSC:IBM公司标准公司标准n我们国家于我们国家于1982年低公布了年低公布了GB3458-8

4、2标准。标准。本讲稿第三页，共三十页n2 传输控制字符传输控制字符n面向字符的数据传输过程中，规定了面向字符的数据传输过程中，规定了10个控制字符个控制字符作为传输控制用。传输作为传输控制用。传输控制字符的名称及代码如下：控制字符的名称及代码如下：nSOH(Start of Head)：开始，用于表示报文的标题信息或报头的开始。比开始，用于表示报文的标题信息或报头的开始。比特编码：特编码：0000001STX(Start d Text)：文始，标志标题信息的结束和报文文本的开始。文始，标志标题信息的结束和报文文本的开始。0000010nETX(End of Text)：文终，标志报文文本的结束

5、。文终，标志报文文本的结束。EOT(End d Transmission)：送毕，用以表示一个或多个文本块的结送毕，用以表示一个或多个文本块的结束，并拆除链路。束，并拆除链路。nETB(End of Transmission Block)：块终或组终，用以表示当报文分成：块终或组终，用以表示当报文分成多个数据块时？一个数据块的结束。多个数据块时？一个数据块的结束。nENQ(Enquire)：询问，用以请求远程站给出响应，响应可能包括站的身询问，用以请求远程站给出响应，响应可能包括站的身份或状态。份或状态。本讲稿第四页，共三十页nACK(Acknowledge)：确认，由接收方发出的作为对正确接

6、收到确认，由接收方发出的作为对正确接收到报文的响应。报文的响应。nNAK(NegativeAcknowledge)：否认，由接收方发出的作为对否认，由接收方发出的作为对未正确接收的报文的响应未正确接收的报文的响应.0010101nSYN(Synchronous)：同步字符，在同步协议中，用以实现节同步字符，在同步协议中，用以实现节点之间的字符同步，或用于在无数据传输时保持该同步。点之间的字符同步，或用于在无数据传输时保持该同步。0010110nDLE(DataLinkEscape)：转义，用以修改紧跟其后的有限个转义，用以修改紧跟其后的有限个字符的意义，实现透明方式的数据传输，或者当字符的意义

7、，实现透明方式的数据传输，或者当10个传输控制字个传输控制字符不够用时提供新的转义传输控制字符。符不够用时提供新的转义传输控制字符。本讲稿第五页，共三十页n3数据透明传输的实现数据透明传输的实现n为了使计算机之间能传输任意数据代码，转义字符为了使计算机之间能传输任意数据代码，转义字符DLE用来改变后续字符的意义。如数据字段中出现了用来改变后续字符的意义。如数据字段中出现了DLE、STX、ETX、ETB等字段，则在发送时在这些字符前面等字段，则在发送时在这些字符前面加上转义字符，变成了加上转义字符，变成了DLEDLE、DLESTX、DLEETX、DLEETB发送发送。在接收端将。在接收端将DLE

8、去掉恢复了原来数据。去掉恢复了原来数据。n以上就是代码透明型面向字符的数据规程以上就是代码透明型面向字符的数据规程本讲稿第六页，共三十页n4转义字符填充法在转义字符填充法在internet中的应用中的应用n数据链路层使用最为广泛的两个协议数据链路层使用最为广泛的两个协议SLIP(SerialLineInternetProtocol)和和PPP(Point-to-PointProtocol)n在在SLIP协议中，网际层的传输单元是协议中，网际层的传输单元是IP数据报，在每一个数据报，在每一个IP数据数据报的首部和尾部各加上一个特殊的标识符报的首部和尾部各加上一个特殊的标识符END，封装成为，封装

9、成为SLIP帧，帧，再送给下面物理层发送。再送给下面物理层发送。END编码为编码为11000000，十六进制为，十六进制为C0H。若在若在IP数据报中出现了数据报中出现了C0H编码，则将编码，则将C0H编码转义为编码转义为1101101111011100，十六进制为，十六进制为DBDCH。若在。若在IP数据报中出现数据报中出现了了11011011编码，即编码，即DBH，则将，则将DBH转义为转义为DBDDH,如下图如下图本讲稿第七页，共三十页转义字符填充法转义字符填充法nPPP帧帧n标志位：标志位：01111110，16进制表示为进制表示为7Ehn信息段中出现信息段中出现7E，则转义为，则转义

10、为7D5Dn信息段中出现信息段中出现7D，则转义为，则转义为n信息段中出现信息段中出现ASCII码控制字符的比特编码（即码控制字符的比特编码（即小于小于2Oh）则在该字符前面是国一个）则在该字符前面是国一个7D本讲稿第八页，共三十页n19741974年年,IBM,IBM公司推出了面向比特的数据链路层协议公司推出了面向比特的数据链路层协议SDLCSDLC，美国标准改，美国标准改为为ADCCPADCCP，ISOISO改为改为HDLC,HDLC,作为国际标准。作为国际标准。nHDLCHDLC的帧结构的帧结构nn（1）F：帧间隔模式：帧间隔模式：“01111110”同步符号、同步符号、帧之间的填充字符

11、。帧之间的填充字符。n0111111010101111110101010011111110101001111110n（2）A：地址字段：通信对方的地址：地址字段：通信对方的地址n（3）C：控制字段控制字段：用于区分帧的类型（数据帧、监控帧、无编号帧）：用于区分帧的类型（数据帧、监控帧、无编号帧）n（4）I：信息字段：携带高层用户数据，可以是任意的二进制位串；：信息字段：携带高层用户数据，可以是任意的二进制位串；n（5）FCS：校验码：对：校验码：对A、C、I字段进行循环校验。字段进行循环校验。5.3 零比特填充法零比特填充法 8bit 8bit 8 88 88 816168 8标志标志F F地

12、址地址A A控制控制C C信息信息I I帧校验帧校验序列序列FCSFCS标志标志F F校校验验区区间间透明透明传输传输区区间间本讲稿第九页，共三十页n起始标志起始标志要传输的数据块要传输的数据块结束标志结束标志n011111100011011000010110011011101111110n包括起始和终止标志的信息块称为包括起始和终止标志的信息块称为HDLC的的“数据帧数据帧”。n“0”比特插入法比特插入法n为了保证帧间隔符为了保证帧间隔符“01111110”的唯一性和帧内数据的透明性，保的唯一性和帧内数据的透明性，保证证A（地址字段）、（地址字段）、C（控制字段）、（控制字段）、I（信息字段

13、）、（信息字段）、FCS（帧校（帧校验序列）中不出现验序列）中不出现01111110的位模式，的位模式，HDLC采用了采用了0位插入法。位插入法。n发送端：发送端：发送发送“01111110”后，开始数据发送，并在数据发送过后，开始数据发送，并在数据发送过程中，检查发送的位流，程中，检查发送的位流，一旦发现连续的一旦发现连续的5个个1，则自动在其后插，则自动在其后插(附附)上上1个个0，并继续传输后继的位流；数据发送结束后，追并继续传输后继的位流；数据发送结束后，追加帧间隔符加帧间隔符“01111110”。n接收端接收端：执行相反的动作：执行相反的动作：若识别出连续若识别出连续5个个1和和1个

14、个0，则，则自动丢弃该自动丢弃该0，以恢复原来的位流；若识别出连续的，以恢复原来的位流；若识别出连续的6个个1，表示数据结束，该数据帧接收完成。表示数据结束，该数据帧接收完成。本讲稿第十页，共三十页n数据中某一段的比特组合数据中某一段的比特组合q010111110011111100111111100n发送端遇到发送端遇到5 5个个1 1插插0 0后再发送后再发送q010111110001111101001111101100n接收端将接收端将5 5个个1 1后的后的0 0删除，恢复原样删除，恢复原样q010111110011111100111111100本讲稿第十一页，共三十页5.4 采用特殊的

15、信号与编码法采用特殊的信号与编码法n IEEE802.3标准：CSMA/CDn不必有结束符字段，也不必有数据长度 本讲稿第十二页，共三十页5.4 采用特殊的信号与编码法采用特殊的信号与编码法n在计算机局域网在计算机局域网LAN(local area network)中，媒体接入控制层中，媒体接入控制层MAC(Media Access Control)有有3个重要的协议个重要的协议,即即IEEE 802.3、IEEE 802.4、IEEE 802.5，它们通过采用特殊的信号，它们通过采用特殊的信号，解决了数据透明传输的问题解决了数据透明传输的问题。n5.4.1 IEEE 802.3 CSMA/C

16、Dn802.3局域网最早源于美国施乐公司局域网最早源于美国施乐公司(Xerox)、DEC 与与Intel等三家公司合作研究等三家公司合作研究10Mbps的的Ethernet；并于；并于1980年年9月第一次公布了月第一次公布了Ethernet的物理层、数据链路层规的物理层、数据链路层规范；范；1981年年11月公布了月公布了DIX Ethernet V2.0，随后该标准，随后该标准成为成为IEEE802.3的基础。的基础。本讲稿第十三页，共三十页n曼彻斯特编码编码规则曼彻斯特编码编码规则(b)：n位中间电平从高到低位中间电平从高到低跳变表示跳变表示1；n位中间电平从低到高位中间电平从低到高跳变

17、表示跳变表示“0”。n差分曼彻斯特编码编码规则差分曼彻斯特编码编码规则(c)：n在信号位在信号位开始时不改变开始时不改变信号极性，表示逻辑信号极性，表示逻辑1n在信号位在信号位开始时改变信号开始时改变信号极性，表示逻辑极性，表示逻辑0 本讲稿第十四页，共三十页局域网介质访问控制技术局域网介质访问控制技术共享介质局域网的工作原理共享介质局域网的工作原理n 目前应用最广泛的局域网是总线型局域网，即以太网目前应用最广泛的局域网是总线型局域网，即以太网(Ethernet).(Ethernet).IEEE 802.3IEEE 802.3定义它的协议标准。定义它的协议标准。n 它的核心技术是它的核心技术是

18、随机争用介质随机争用介质访问控制方法，即带有访问控制方法，即带有冲突检测的载波侦听多路访问方法冲突检测的载波侦听多路访问方法(CSMA/CDCSMA/CD,carrier sense,carrier sense multiple access with collision detection)multiple access with collision detection)本讲稿第十五页，共三十页CSMA/CDCSMA/CD的工作原理：的工作原理：先听后发、边听边发、冲突停止和随机延迟先听后发、边听边发、冲突停止和随机延迟（1 1）、载波监听多路访问控制方法（）、载波监听多路访问控制方法（CS

19、MA CSMA）“先听后说先听后说”：每个站在发送数据前，先监听信每个站在发送数据前，先监听信道上有无其它站正在发送信息。如果没有（即道上有无其它站正在发送信息。如果没有（即信道空闲），则发送数据；如果有其它站正在信道空闲），则发送数据；如果有其它站正在发送数据（即信道忙），则暂不发送，退避一发送数据（即信道忙），则暂不发送，退避一段时间后再发送段时间后再发送.本讲稿第十六页，共三十页侦听忙后的处理侦听忙后的处理（二进制退避算法来决定避让的时间）（二进制退避算法来决定避让的时间）n非坚持：非坚持：若总线忙，则不再侦听，隔一定时间再侦听。若空若总线忙，则不再侦听，隔一定时间再侦听。若空闲，则立即

20、发送数据。闲，则立即发送数据。n P P坚持：坚持：若总线忙，继续侦听，一旦发现空闲，以概率若总线忙，继续侦听，一旦发现空闲，以概率P P发送数发送数据据 n 1 1坚持：坚持：若总线忙，一直侦听，直到空闲，立即发送，若若总线忙，一直侦听，直到空闲，立即发送，若有冲突，重新侦听有冲突，重新侦听本讲稿第十七页，共三十页（2 2）、载波监听多路访问）、载波监听多路访问/冲突检测（冲突检测（CSMA/CDCSMA/CD）CSMA/CDCSMA/CD的工作原理：的工作原理：“先听后说，边听边说先听后说，边听边说”采用边采用边发送边监听的方式，一旦监听到发送边监听的方式，一旦监听到冲突，冲突双方就立即停

21、止发送，冲突，冲突双方就立即停止发送，且强化冲突，以免浪费信道时间，且强化冲突，以免浪费信道时间，使信道很快进入空闲期。使信道很快进入空闲期。本讲稿第十八页，共三十页（3 3）载波监听多路访问）载波监听多路访问/冲突检测（冲突检测（CSMA/CDCSMA/CD）的特点）的特点n所有节点都不断的对信道进行监听；所有节点都不断的对信道进行监听；n如果信道有空，则可发送数据；如果信道有空，则可发送数据；n如果信道中有数据正在发送，则按照如果信道中有数据正在发送，则按照二进制后二进制后退算法退算法等待一段时间后在发送；等待一段时间后在发送；n当出现冲突时，就退出，暂时停止发送信息；当出现冲突时，就退出

22、，暂时停止发送信息；n将冲突检测到信号发送给所有节点；将冲突检测到信号发送给所有节点；n重发数据。重发数据。本讲稿第十九页，共三十页A 站站B 站站时刻时刻t:t:A A站开始发送站开始发送(a)(a)A 站站B 站站时刻时刻t+t+-:B-:B站开始发送站开始发送(b)(b)A 站站B 站站时刻时刻t t+:+:发生冲突发生冲突(c)(c)A 站站B 站站时刻时刻t+2:At+2:A检测到冲突检测到冲突(d)(d)传播传播延迟是造成冲突的原因延迟是造成冲突的原因端到端最大传播延迟本讲稿第二十页，共三十页5.4 采用特殊的信号与编码法采用特殊的信号与编码法n IEEE802.3标准：CSMA/

23、CDn不必有结束符字段，也不必有数据长度 本讲稿第二十一页，共三十页5.4.2 令牌控制技术令牌控制技术令牌控制技术，令牌控制技术，利用利用“令牌令牌”作为控制结点访问公共传输介作为控制结点访问公共传输介质的方法质的方法，它用于，它用于环形和总线形环形和总线形两种拓扑结构网络，这种访两种拓扑结构网络，这种访问方式在环形和总线形网中建立起来的环，是一种逻辑环。问方式在环形和总线形网中建立起来的环，是一种逻辑环。1 1、令牌环访问控制方式令牌环访问控制方式n令令牌牌环环是是一一种种适适用用于于环环形形网网络络的的介介质质访访问问控控制制方方式式，已已由由IEEE802IEEE802委委员会建议成为

24、局域网控制协议标准之一，即员会建议成为局域网控制协议标准之一，即IEEE802.5IEEE802.5标准。标准。n在令牌环网中，令牌也叫通行证，它具有特殊的格式和标记。在令牌环网中，令牌也叫通行证，它具有特殊的格式和标记。令牌有令牌有“忙（忙（BusyBusy）”和和“空闲（空闲（FreeFree）”两种状态两种状态。本讲稿第二十二页，共三十页令牌环的操作过程令牌环的操作过程Token Ring/802.5 n首先建立一个逻辑环首先建立一个逻辑环，将所有站点同物理媒体相连，然后产，将所有站点同物理媒体相连，然后产生一个生一个控制令牌控制令牌。控制令牌控制令牌由一个站点沿着逻辑环顺序向下一个站点

25、传递。由一个站点沿着逻辑环顺序向下一个站点传递。n(3)(3)网络空闲时网络空闲时，只有一个令牌在环路上绕行。，只有一个令牌在环路上绕行。其中包含一位其中包含一位“令牌令牌/数据帧数据帧”标志位，标志位为标志位，标志位为“0”“0”表示该令牌为可用表示该令牌为可用的空令牌，标志位为的空令牌，标志位为“1”“1”表示有站点正占用令牌在发送数表示有站点正占用令牌在发送数据帧。据帧。(4)(4)当一个站点要发送数据时，当一个站点要发送数据时，必须等待并获得一个令牌，将必须等待并获得一个令牌，将令牌的标志位置为令牌的标志位置为“1”“1”，随后便可发送数据。，随后便可发送数据。(5)(5)环路环路中的

26、每个站点边转发数据，边检查数据帧中的目的地址，中的每个站点边转发数据，边检查数据帧中的目的地址，若为本站点的地址，便读取其中所携带的数据。若为本站点的地址，便读取其中所携带的数据。(6)(6)数据帧绕环一周返回时，发送站将其从环路上撤消。数据帧绕环一周返回时，发送站将其从环路上撤消。(7)(7)发送站点完成数据发送后，重新产生一个令牌传至下一发送站点完成数据发送后，重新产生一个令牌传至下一个站点，以使其它站点获得发送数据帧的许可权。个站点，以使其它站点获得发送数据帧的许可权。本讲稿第二十三页，共三十页Token Ring/802.5的操作举例的操作举例AT=0T=0TAT=0T=0TAT=1T

27、=1TDataCTDataCTDataCTDataCData（a）B（c）帧循环一圈后帧循环一圈后A A将数据帧回收将数据帧回收并放出空令牌并放出空令牌A A有数据要发送，有数据要发送，它抓住空令牌它抓住空令牌A A将令牌修改为将令牌修改为数据帧，并加数据帧，并加挂数据挂数据CCC本讲稿第二十四页，共三十页采用特殊的信号与编码法采用特殊的信号与编码法nIEEE802.5标准：令牌环标准：令牌环n违例的曼彻斯特码违例的曼彻斯特码起始起始接入控制接入控制结结束束起始起始接入控制接入控制控制控制帧帧目的地址目的地址源地址源地址数据数据FCSFCS结结束束帧帧状状态态令牌帧令牌帧非令牌帧非令牌帧帧帧起

28、始起始标标志志帧结帧结束束标标志志V1 V0 0 V1 V0 0 0 0V1 V0 1 V1 V0 1 0 0本讲稿第二十五页，共三十页 5.4.3 IEEE802.4 令牌总线令牌总线 n在在物物理理上上令令牌牌总总线线是是一一根根线线状状或或树树状状的的拓拓扑扑结结构构，逻逻辑辑是是环环型型n令令牌牌总总线线访访问问控控制制方方式式（Token-BusToken-Bus）是是在在综综合合了了CSMA/CDCSMA/CD访访问问控控制制方方式式和和令令牌牌环环访访问问控控制制方方式式的的优优点点基基础础上上形形成成的的一一种种介介质质访访问问控控制制方方式式。IEEE IEEE 802.48

29、02.4标标准准规规定定了了令令牌牌总总线线媒媒体体访访问控制方法与相应的物理规范。问控制方法与相应的物理规范。n令令牌牌总总线线控控制制方方式式主主要要用用于于总总线线型型或或树树型型网网络络结结构构中中。该该方方式式是是在在物物理理总总线线上上建建立立一一个个逻逻辑辑环环。如如下下图图所所示示，一一个个总总线线结结构构网网络络，如如果果指指定定每每一一个个站站点点在在逻逻辑辑上上相相互互连连接接的的前前后后地地址址，就就可可构构成成一一个个逻逻辑辑环环。如如图图中中ABDEAABDEA（C C站站点点没没有有连连入入令牌总线中）。令牌总线中）。本讲稿第二十六页，共三十页 总线结构中的令牌环

30、A前E后BC前无后无E前D后AB前A后DD前B后EBUS本讲稿第二十七页，共三十页n 令牌总线帧格式令牌总线帧格式n前导码前导码(P)(P)，用于收发同步；，用于收发同步；n帧开始标志帧开始标志(SD)(SD)，标识帧的开始，标识帧的开始 n帧控制字段帧控制字段(FC)(FC)，用于区分帧的类型，包括，用于区分帧的类型，包括MACMAC控制帧、控制帧、LLCLLC数据帧、站点管理数据帧、站点管理数据帧等。数据帧等。n宿宿/源地址源地址(DA/SA)(DA/SA)n数据字段数据字段(DATA)(DATA)，根据帧控制字段（，根据帧控制字段（FCFC）的取值）的取值.n帧校验序列帧校验序列(FCS

31、)(FCS)，对，对SDSD和和EDED之间的所有字段进行循环冗余校验；之间的所有字段进行循环冗余校验；n帧结束标志（帧结束标志（EDED），标识帧的结束，同时也标识了帧中），标识帧的结束，同时也标识了帧中FCSFCS的位置的位置.n起始和结束指明帧的开始和结束，这两个字段中包含了模拟编码，而不是起始和结束指明帧的开始和结束，这两个字段中包含了模拟编码，而不是0 0和和1 1，因此它们不会偶然出现在数据中。解决了数据透明传输的问题。，因此它们不会偶然出现在数据中。解决了数据透明传输的问题。本讲稿第二十八页，共三十页确定长度法确定长度法总长度指首部和数据之和的长度。总长度指首部和数据之和的长度。版本首部长度首部长度服务类型总长度总长度标 识标 志段 偏 移寿 命协 议首部检验和源IP地址目的IP地址长度可变的任选字段填 充数 据源端口目的端口长长 度度检验和数 据本讲稿第二十九页，共三十页固定长度法固定长度法GFCVPIVPIVCIVCIVCIPTRESCLPHEC数据VPIVCIVCIVCIVCIPTRESCLPHEC数据本讲稿第三十页，共三十页