计算机网络教程.pdf

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1、第 一 讲 概 论一、计算机网络的发展史1.计算机网络的雏形1一一主机与终端机结构缺 点：由 于 主 机 既 处 理 通 信，又 处 理 数 据，所以主机负担过重2.计算机网络的雏形2一主机一前端机一终端机结构优 点：缓解了主机的压力3.计算机与计算机网络一现在的计算机网络说 明：计 算 机 之 间 的 连 线 可 以 是 直 接 的 连 线，也可以是中间的计算机网 络，还可以有中间的设备4.计 算 机 网 络 特 例 1一 计算机局域网局域网：以某种拓扑结构连接起来的局部范围内的网络。种类：总线形，星形，环形总线：星形：环形:优点：速度快，误码率低。5.计 算 机 网 络 特 例2 分布式计

2、算机网络以分布式操作系统连接起来的计算机网络，可能是个局域网，也可能是一个广域网，主要用于分布式计算。分布式计算的两种情形：把数据交给分布式计算机网络的多台计算机去处理，究竟是哪一个计算机处理的并不知道。分布式计算机系统：一台计算机使用分布式操作系统，并且有多个CPU。二、计算机网络的定义计算机网络：通过通信设备，将多个具有自治功能的计算机系统互联起来，以达到信息交换、资源共享、互操作和协同处理的系统。它是计算机技术和通信技术相结合的产物。三、计算机网络的物理组成1.通信子网。构成：通信处理设备（交换机、MODEM等）和通信线路（有线：同轴、双绞线和光纤；无线：卫星、微波和红外线）构成。作用：

3、数据的传输和交换。2.资源子网。构成：用户设备（用户主机、用户终端或集中器组成）和应用软件。作用：数据处理。*3.网络协议软件：通信双方共同遵守的约定和规范。*4.网络管理设备及网络管理软件四、计算机网络的拓扑结构1.拓扑结构：通信节点和通信线路的连接所构成的几何形式。2.两类拓扑：点对点信道：一条线路连接对节点，信息传输采用存储转发方式。常见拓扑结构：广播信道：只有一条供各个节点共享的信道。五、网络的分类1.按作用范围分：局 域 网(LAN)；城 域 网(MAN)；广 域 网(WAN)2.按信息传输交换方式分：厂电路交换：中间节点为交换机。1-存储一转发交换:报文交换；1-分组交换 数据报匚

4、 虚 电 路中间节点可能为路由器。六、计算机网络的主要性能指标1.市范：模拟信道：容许通过的信号频带范围。单位是Hz,kHz(103Hz),MHZ(106HZ)O例如：电话的标准带宽是：3.1 kHz(300Hz3.4kHz)数 字 信 道：在信道上能够传送的数字信号的速率，即数据率或比特率，也称吞吐量。单位是 b/s,kb/s(103b/s),Mb/s(106b/s),Gb/s(109b/s)这里我们主要讨论数字信道的带宽。说明两点：存储单位与通信单位的区别存储单位：lk=1024=2i ,1 M=1024k=210 X 2,0=220=1048576；1G=1O24M通信单位：lk=100

5、0=l()3,lM=1000k=103xl03=106；1G=1OOOM=1O9带宽与二进制信号脉冲的关系带宽越宽，二进制信号脉冲越窄。例 如:2b/s与 4b/s11 1n_ nn_7 5 F F2.时延A ）非队时彩jr发送时延 B传播时延-./1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1-Z-数加到B 所需时间(时延)：=排队时延+发送时延+称讨论：排队时延：与网络的通信量有关，后面的讨论忽略。发送时延：数据长度+发送速率(信道带宽)传播时延：信道长度传播速率(电磁波)例 1：数据长度为1 0 bi t,数据发送速率为1 0 0 kbi t/s,传输距离为1 0 0 0 km,信号

6、在媒体上的传播速率为2X 1 0 Z/S。求：发送时延和传播时延。发送时延=1。+(1 0 0 X 1()3)=i 0 0 s传播时延=1 0 0 0 X 1(/4-(2X 1 08)=0.0 0 5s例 2：比较电路交换和分组交换。要传送的数据共X (bi t),从源站到目的站共经过K段链路，每段链路的传播时延为D (s),数据发送速率为C (bi t/s)。设电路交换时电路的建立时间为S (s)。在分组交换时分组长度为P(bi t),且各节点的排队等待时间可忽略不计。问：在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？示例：再 目的站|对于电路交换：发 送:X/C传播：KD建立链路：S电路

7、交换时延=X/C+KD+S对于分组交换：发送：(X/P)(P/C)=X/C最后一个分组的转发时延：(K-1)(P/C)传播：KD分组交换时延=X/C+(K-1)(P/C)+KD据题意：X/C+(K-1)(P/C)+KD(K-1)(P/C)3.传播时延带宽积和往返时延传播时延带宽积：传播时延X 带宽例 如：链路的传播时延为1s,带宽为1 0 bi t/s。则传播时延带宽积为IX1 0=1 0 bi t意义：可表示用比特为单位的链路长度。往返时延：从发送数据开始，到收到来自接收端的确认为止所经历的时间。第二讲计算机网络体系结构一、几个问题1 .协议的引入引入原因：计算机的种类不同；所用的操作系统不

8、同：传输介质的不同。协议：为进行网络中的数据交换，通信双方需要共同遵守的规则、标准或约定。协议有三要素：语法：数据和控制信息的格式语义：控制信息的含义。（如：建立链路，传数据，释放链路等）同 步（或时序）：通信双方相互应答的次序。（何时接收数据）2.分层理论分层思想：解决复杂问题的难度把它分解成多个小问题的难度之和。举例：软件的模块化思想（可以画一个层次图加以说明）。分层原则：a.当需要一个不同等级的抽象表示。（如：控制节点数据传输；控制端点数据传输）b.每一层的功能应当是非常明确的。（不能模糊不清）c.层之间边界的信息流量应尽量少。（否则，接口太复杂）d.层数要适中。（如层数太少，每层协议太

9、复杂；层数太多，应用太复杂）3 .网络体系结构的定义体系结构计算机网络的各层及各层协议的集合，它是理论上的抽象，需要用硬件和软件来实现它。二、OSI/R M 与 T C P/IP 的比较1.OSI/R M （开放系统互联/参考模型）见右图，下面简单说明：应用层：与用户应用进程的接口（用户做什么）常 用 的 协 议：SM T P（简 单 邮 件 传 输），HT T P（超文本传输，F T P（文件传输）表示层：数据格式的转换会话层：会话管理（双工还是单工）数据传输同步：收发双方如何正确接收数据应用层表不层会话层运输层网络层数据链路层物理层传输层：保证端到端的正确数据传输（尽力）网络层：路径选择数

10、据链路层：保物理层：保证比路由器1证相令1 0 点间的正确数据传输（尽力）特在扁的传输介质上透明的传输2.OSI参考模型下数据传输的示意图假设数据由计算机A 传给计算机B：计算机A路由器2 计算机B计算机A计算机B应用层应用层表示层表不层会话层运输层会话居运输总网络层网络层网络层网络层数据链路层数据链路 层数据链路层数据链路层物理层物理层物理层物理层.F在 OSI参考模型下的示意 图（A-B）3.TCP/IP模 型（实际中常用）4.OSI/RM与 TCP/IP的对应关系说明：OSI应用层表 不 层“会话层 运输层网络层1大部分JTCP/IP应用层运输层IP层网络层小部分数据链路层网络应用层表示

11、层会话层运输层网络层数据链路层物理层OSI与 TCP/IP模躯的比较示意图物理层 接口层5 .T C P/IP与 OSI的比较相同点：均使用层次结构；传输层几乎相同不同点：层 次 数 不 样；每层的协议大多数不同：OSI是理想模型，T C P/IP是实际模型；OSI是标准，T C P/IP是非标准6 .计算机网络的原理体系结构讨论：应用层OSI模型层数太多（接口太多，层间功能重复）传输层T C P/IP层数太少（层内功能丰富，造成功能不网络层单一）数据链路层结合实际情况和发展方向，准备使用五层结构物理层三、关于层次结构中的几个术语1 .基本概念N层,N 子系统，N 实体N 子系统：第 N 个层

12、次所完成的所有功能。对于OSI模型有7个子系统。N 实体：一个N 子系统由一个或多个实体组成。N 实体是N 子系统内的活动元素,执行N 层的功能。它包括两个方面：类型和一组实例。类型是执行N 层功能的特定集合。实例是对N 实体类型的一次特定调用。N 服务，N 协议见下边图示：N-1 层、N 层、N+1 层间协议与服务的关系图2.N 层服务访问点N-SAP和 N 层服务原语服务模型示意图说明：N-SAP：是一个访问工具，由一组服务元素和抽象操作组成，由N+1实体或N 实体在该点调用。抽象操作：由服务原语来实现，服务原语是一种原子动作,可由服务用户发出也可由服务提供者发起，常见的有四种：请求、指示

13、、响应及确认。服务元素：有三类：确认服务、非确认服务、仅由服务提供者发起的服务。确认服务（如连接建立）非确认 服 务（广播服务）仅由服务提供者发起的服务（释放连接）指示指示 N+1层N服务提供者N层3.关于连接的术语：连接、连接端点地址、标题与标题域连接、连接端点、地址N连接：根据N+1 对等实体的要求，由N对等实体的N S A P 间建立的 种逻辑连接,每条N连接由两个连接端点及相应的连接端点标示符组成。N连接的属性：N+1层()N+1实体 N实体的名：N实体的局部标题和全局标题N+1实体局部标题：某层内的局部名。(NT)CEP全局标题：某层的域名+局部标题 N-SAP例如：应用层有一个实体

14、是ABC,则局部标题为：BCN连接全局标题为：A B C(2)N S A P 的地址：用来标识N层服务访问点的标识符。(3)N 连接端点标识符的组成：N连接端点所在的N服务访问点地址：(N-l)CEPNSAPN连接端点后缀：唯一地标识在该服务访问点的一个连接端点。如何理解N连接：当 N+1 对等实体进行通信时，要求N层的某个对等实体要建立连接，所以一定要确定是哪一个实体，即确定要建立连接的某个实体名。N层实体本身不能直接建立连接，需要通过N层某个实体的服务访问点来进行，即要确定是哪一个服务访问点，也即确定V S A P 的地址。N层某个实体的服务访问点也不能直接建立连接，需要利用其中的连接端点

15、来直接进行，即要确定利用哪一个连接端点来进行连接，也即确定连接端点标示符。4.不 同角度的数据单元在对等层实体之间交换信息的角度一N协议数据单元(N-P D U)N P D U 由两部分组成：协议控制信息(N-P C I)和用户数据(N U D)N-P C I ：N协议标识符、N P D U 的类型、地址信息等。N-U D：从 用 户(即 N+1 实体)接收到的内容。见下图所示。从相邻(即上下)两层实体交换信息是服务提供者与服务用户之间交换信息的角度一N服务数据单元(N S D U)N实体通过N-S D U 在 N S A P 向N+1 实体提供服务；或者说N+1 实体在N S A P 从N

16、S D U 索取N实体的服务。见下页图所示。从相邻(即上下)两层接口的角度一N 接口数据单元(N-IDU)N+1实体与N 实体的信息交换形成(N+l)PDU与 NSDU的变换，这是在N+1层与N 层的接口上发生的。因此需要一种接口控制信息ICI来协调这种联合操作。N+1实体与N 实体的交换信息称为N 接口数据，即 NID,相应的ICI记为NICI。NID与 NICI合称为N 接口数据单元，即 NIDU。见下页图所示。从接口角度看PDU、SDU、IDU之间的关系（N）层(N-1)层从对等层实体之间交换信息的角度：上下层PDU的关系5.面向连接服务与无连接服务从通信的角度，各层所提供的服务分为两大

17、类：面向连接服务与无连接服务。面向连接服务所谓连接就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合，它需要三个阶段，即建立连接、数据传送及连接释放。A.连接建立B.数据传送N连接（N+1）实体数据传送指 示个（N）实体_ I特 权 数 据 传 送：哪个服务用户获得权标，哪个服务用户就可以发送数据。一条N连接上只有个权标。加 速 数 据 传 送：传送比常规数据、特权数据优先级高的数据，般用于传送中断指令。C.连接释放正常释放:（N+1）实体连接释放指 示个（N）实体N连接小有 序 释 放（有 两 种 情 况）:连接释放请求连接释放指示一 连接释放响应 一 连接释放确认连接释放请求一 连接释放指示一

18、 连接释放未响应 一 连接释放未确认异 常 释 放（有 两 种 情 况）：（N）服务用户发起的释放：（N+1）向N 发异常终止请求一 （N+1）向N 发送异常终止指示（N）服务提供者发起的释放：（N）实体向其用户发送异常终止指示说 明 两 点：虚电路：一条连接建立起来以后，好象有了一个完整的通路，实际上是逐段占用。永久虚电路：只需要建立一次虚电路，以后再传送数据就不用建立连接，每次传送完数据后，也不需要释放连接。无连接服务特点：A.不需要建立连接，也即不需要预留资源，即动态分配资源。B.不需要通信的两个实体同时处于活动状态（会减轻主机负担）C.不能防止报文的丢失、重复或失序。类型：A.数据报：

19、发送完数据就算，不需要接收端作任何响应（广播、组播）B.证实交付：由发送方服务提供者向发送方用户发送一个证实。（挂号的电子邮件）C.请求回答：接收端接到数据后，向发送端发送应答报文。（机票查询、股票交易）第三讲数据通信基础理论一、数据通信基本原理1.数据通信定义与分类数据通信定义：数字计算机或其它数字终端装备之间的通信分类：A.一般通信系统模型：B.数字通信系统模型:模拟信号转化数字信号对数字信号编码（数据压缩、抗干扰）转化为数字信道传输的调制信号数字通信系统的主要参数码元传输速率：也叫波特率。数字信号由码元组成，码元携带有一定的信息量，单位时间内传输的码元的个数。单位是波特。信息传输速率：单

20、位时间内传输的信息量（比特数），单位是b/s。信道容量：信道每秒能传送的最大比特数，即信道的极限传输速率。受信道的带宽制约。关于信道容量问题，奈奎斯特与香农分别给出了两个著名的公式。（1）奈 奎 斯 特（Nyquist）公 式：条件：无热 噪 声（热噪声：信道中分子热运动给信号引起的误差）理想低通信道最高码元传输速率：2W （波特）理想低通信道最高信息传输速率：C=2W log 2L（b/s）其中：理想低通信道，信号的频率为0f,只要f信道的最高频率，信号既可通过。W：信道的带宽，单位为Hz;L：给定时刻一个信号可能取的离散值的个数或一个码元携带信息的个数。理想带通信道最高码元传输速率：W理想

21、带通信道最高信息传输速率：WlogzL(b/s)其中：理想带通信道是指信号的f lf2 之间的分量可以通过信道，低于f l 或大于 f 2 的分量不能通过该信道。W与 L 的含义与前面的相同。说明：以后如果不作特殊说明，均指理想低通信道。例如：设理想低通信道带宽为4kH z,任何时刻数字信号可取0,1,2,3 四种电平(即 L=4)。求最大码元速率和最大信息速率。最大码元速率=2W=2X4kHz=2X 4000=8000波特最大信息速率=2W log 2L=2 X 4000 X log 24=160 00 b/s=16kb/sNyquist公式为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据。香农公式非

22、理想信道实际的信道上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声。a)衰减信道的损耗引起信号强度减弱，导致信噪比S/N降低。b)延迟信号中的各种频率成分在信道上的延迟时间各不相同，在接收端会产生信号畸变。c)噪声热噪声：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声。串扰：信道间产生的不必要的耦合。例：多对双绞线脉冲噪声：非连续、随机、振幅较大。多由外部电磁干扰造成(闪电、大功率电机启动等)。噪声将破坏信号，产生误码。持续时间0.0 1 s的干扰可以破坏约560个比特(56Kbps).条件：有服从高斯分布的噪声，如热噪声，串扰、脉冲，内调制杂音(不同频率的信号共享同一介质时，信号的频率可能是某两个频率的和、差或倍数)信

23、道最高信息传输速率：C=W log 2 (1+S/N)其中：W：信道的带宽，单位为Hz。S：信道内所传信号的平均功率N：信道内的高斯噪声功率说明：S/N为信噪比，由于实际使用的信噪比数值非常大，常用10跑,。(S/N)以及分贝(d B)为单位计量。例如：信号的带宽为4000H z,信噪比30dB。求信道的最大数据传输速率。因为 10 log io(S/N)=30所以 S/N=103=1000所以信道的最大数据传输速率C=Wlog2(1+S/N)=4000X log 2(1+1000)4000X log 22w=40000b/s二、数据信息传输的基本形式1.调制的概念把由信源发出的原始电信号转换

24、成适宜于在信道上传输的电信号。调制的过程就是按照发送信号的变化规律使载波信号的幅度、频率或相位发生变化，有调幅、调相或调频，也可能是它们的某种组合。解调与调制正好相反。调幅：载波的振幅随基带数字信号的变化而变化调相：载波的相位随基带数字信号的变化而变化调频：载波的频率随基带数字信号的变化而变化例如：一个信号(码元)可以取8种振幅，每种振幅可以取两种相位。则任一时刻码元可以取16组合之一，也即一个码元可以携带4个比特。2.基带传输基本频带：由计算机或终端产生的频谱从0开始，并且未经调制的数字信号所占用的频率范围就叫基本频带，简称基带。基带传输：传送数据时，以原封不动的形式把基带信号送入线路，称为

25、基带传输。使用范围：近距离的数据传输，一般用于局域网中优点：收发两端不需要使用调制解调器3.频带传输用基带脉冲对载波波形的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化，也就是调制。经过调制的信号称为已调信号。已调信号通过线路传输到接收端，然后通过解调恢复为原始基带脉冲。使用范围：远程通信优点：克服了许多长途电话线不能直接传输基带信号的缺点能够实现多路复用的目的，提高通信线路的利用率。缺点：收发两端都需要设置调制解调器三、数据编码技术1.编码的作用及种类在数据通信中，编码的作用是用信号来表示数据信息。种类有：单极性编码、极化编码和双极性编码。2.单极性编码是指它的电压只有一极，也即二进制的两个状态

26、只有一个进行了编码，通常是1，另一个是0，由。电压或电路是空闲状态来表示。例如：数据0101001010 H-l Of 0 OH-1 Of-H-13.极化编码极化编码采用两个电压值：一个是正电压，另一个是负电压有非归零编码、归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码非归零编码用正电压表示1,负电压表示0。例如：01010010电压01 ：0：1 ：0：0归 零 编 码 0：由负电平到0；1：由正电平到0；二者均在比特中间有跳变电压0.JA L1 .0.1 .0.0.1.0.，I I I I I I I IJi Ui UUi UiI I I t I I I I曼彻斯特编码曼彻斯特编码在每个比特的中

27、间引入跳变（或跃迁），一个正电平到负电平的跳变表示I,另一个负电平到正电平的跳变表示0。如：01010010差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码在每个比特的中间引入跳变（或跃迁），开始位置有跃迁代表比特0,没有跃迁则代表比特1。如：01010010对差分曼彻斯特编码的说明：匕例是假设传数据01010010的开始时刻处于高平,如果假设开始时刻处于低电平，则图形正好相反。4.双极性矩形码用到三个电平：正电平、负电平和0。0：用电平0 表示；1:正负电平交替表示，即第一个1 用正电平表示，第二个1 用负电平表示，。举例：数据400100111 0 0 1 0 0 1 1四、多路复用技术1.常见的多路复用

28、技术及种类多路复用技术：把许多信号放在单的传输线路上用单一传输设备进行传输，提高线路的利用率。种类：常用的形式有频分多路复用（FDM）和时分多路复用（TDM）,统计时分复用（STDM）是一种改进的时分复用，波分复用（WDM）是一种光的频分复用。码分复用（CDM）广泛用在移动通信中，特别是用在无线的局域网中。2.频分复用把传输线的总频带划分成若干个子频带，-个固定终端被分配给一个固定的子频带使用。利用频率调制技术将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，实现物理线路的信号复用。多用于模拟信号传输。例如：一个标准话路的带宽是4kHz,现在物理线路的带宽为12kHz.问：在此物理线路上可传输几路

29、电话？如何分配带宽？采用什么方法？因 为 124-4=3 所以可传输3 路分配方法：14 为一路 58 为路 912为一路采用频率调制搬移技术3.时分复用将一条物理的传输线路按时间分为若干个时间片，若干个时间片构成时分复用 帧（TDM帧），每个时间片只能由复用的一个信号占用。例如：一个物理传输线路的TDM帧分为4 个时间片，现假设有四个用户在用，并且每个用户发送数据的情况如下：则发送数据的顺序如下：A：a-a a a一c dB:-b-b 一b dC:c-c a-c-D:d d ab 信道的利用率：9/164 统计时分复用（STDM）在时分复用的基础上能够动态分配时隙（时间片）。也即时隙并不固定

30、地分配给某一个用户使用。例如：一个物理传输线路的STDM帧分为2 个时间片，现假设有四个用户在用，并且每个用户发送数据的情况如下A：BCII则发送数据的顺序如下：a cb d bd ac a 信道的利用率：9/105 波分复用(W D M)主要应用光纤通信，由于频率与波长有一一对应关系，所以波分复用实质上是在光信道上采用的一种频分多路复用的变种，只不过光复用采用的技术与设备不同于电复用。同学们自己去了解。6.码分复用(C DM)也叫码分多址(C DM A),容许所有站点同时在整个频段上进行传输，不同站点的信号采用不同的编码加以区分。每一个比特时间再划分为M个短的间隔，称为码片，通常m的值为6

31、4 或 1 2 8。码分复用假设多重信号是线性叠加的原理：1：发送m比特码片；0：发送m比特的二进制反码例如，某站点的码片序列表示为：1：0 1 1 0 1 0 0 1 0：1 0 0 1 0 1 1 0为了运算的方便性，将码片中的。用7 表示，1用+1 表示。这样，此站点的码片 为(-1+1+1 -1 +1 -1 -1+1)下面的举例均假设码片序列m为 8。下面讨论C DM A 的几个性质：每一个站点分配的码片序列各不相同，且互相正交。令 S 表示站点S 码片向量，令 T 表示站点T 码片向量，则 S与 T 的内积为0。BP S T=l/m ,StTi=0。例：S (-1_1_1+1+1-1

32、+1+1),T(-1_1+1_1+1+1+1-1)可以验证 S 与 T 的内积为0 站点S的码片向量S与站点T 码片的反码向量的内积也为0。任 何 一 个 站 点 码 片 向 量 的 规 格 化 内 积 都 是 1。即2*2S ,S=l/m Zs-1/m Z 田)=1接收站点如何判断哪一个站点向自己发送了数据，还是没发送数据？发送的数据 是 1,还是0?方法：让接收站点的叠加信号码片序列与已知的某站的码片序列作内积运算，如果结果是+1，则某站发送的是数据1,如果结果是-1,则某站发送的是数据0,如果结果为0,则某站没有发送数据。举例：见书上第6 9 页 1 6 题。五、数据传输方式与控制方式1

33、.数据传输方式并行数据传输可以同时传输一组比特，每个比特使用单独一条线路（导线）缺点：造价高；长距离传输施工难（把若干根粗导线捆在一起相当困难）；长距离传输同步难（发送端的所有二进制位不可能同时到达接收端）o串行数据传输只使用一条线路，逐个地传送所有的比特。2.数据传输的控制方式单工；半双工；全双工六、检错纠错技术1.奇偶校验码分奇校验与偶校验。奇校验：在发送的数据后面增加一个二进制位，使1的个数变为奇数个。偶校验：在发送的数据后面增加一个二进制位，使1的个数变为偶数个。特点：只能检测奇数个错，但不能检测到偶数个错。举例：要发送数据1001101。采用偶校验如何构成发送数据，对方如何检测？构成

34、：100101 1 说明：驱动器：用来把较弱的电信号转换成电脉冲光源：指发光二极管（L E D）或激光发射二极管（IL D）,用来把电脉冲转换成光脉冲，并送到光纤上传输。光检测器：指光电二极管。用来检测光脉冲，并把光脉冲转换成电脉冲。放大器：用来把较弱的电脉冲转换成电信号。光线在光纤中的传播图光纤的构成：是由密度较大的纤芯和密度较小的包层构成的圆柱体。光线在光纤中的传播图：当入射角增大到一定程度时，就会发生全反射，连续的全反射就形成了光脉冲在纤芯中的传播3.光纤的种类多模光纤：光线沿着光纤以多种角度不断被包层反射而向前传播。多模指的是反射角的多样性。条件：当光纤的直径大于一个光的波长。单模光纤

35、：光线主要沿着光纤的轴心向前传播。条件：光纤的直径等于一个光的波长。多模光纤的光传输情况一条光线反射角会逐渐增大，即a K a z V a：,4.光缆多根光纤、加强芯、填充物、包带层和外护套组成。二、物理层功能1 .物理层的基本功能是 OS I的最低层，它向下直接与传输介质相连，向上服务于数据链路层，其作用是在数据链路层实体之间提供必需的物理连接，并屏蔽掉这些物理设备或传输介质的差异，为数据链路层提供原始比特流的透明传输。发现错误时，向数据链路层提交报告。具体说来，物理层协议要解决的是主机、工作站等数据终端设备（DT E）与通信线路上通信设备（DCE）之间的接口问题。2 .物理层的四个基本特性

36、将物理层的主要任务描述为确定与传输介质的接口的一些特性：机械特性：说明接口所用连接器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。电气特性：说明在接口电缆的哪条线上出现的电压电平应是什么范围。功能特性：说明某条线上出现的某一 电平的电压表示何种意义。规程特性：说明不同功能的各种可能事件的出现顺序。四、物 理 层 协 议（也叫规程）1 .物理层标准为了使不同生产厂商生产的设备能够互相连接起来，就必需统一物理层的操作，为物理层制定标准。I SO、CCI T T、I E E E、E I A 等均为物理层制定了相应的标准和建议。物理层协议的功能主要是在DT E-DCE 或DCE-DCE 之间把数据信

37、号由一方经过传输介质传到另方。数据信号可以在模拟信道上传输,也可在数字信道上传输。对于模拟信道，DCE 就是M o d e m,对于数字信道，DCE 就是数据服务单元（DSU）和信道服务单元（CSU）o （DCE:数据电路端接设备；DT E：数据终端设备）2.E I A-RS-2 3 2 c 接口标准 对 E I A-RS-2 3 2 c 接口标准的字面意义的了解E I A：电子工业协会；RS：推荐标准：2 3 2：是标准的标识号码C：RS-2 3 2 标准的一个修改版本；E I A-RS-2 3 2 c 接口标准相当于 CCI T T V.2 4 E I A-RS-2 3 2 C与物理层特性

38、的对照说明机械特性：规定使用DB-2 5 插针和插孔，插针用于DT E 方面，插孔用于DCE 方面。引脚分为上下两排:分别有1 3 根 和 1 2 根。电气特性：逻辑0：对信号地线有高于+3 V 的电压逻 辑 1：对信号地线有低于-3 V 的电压功能特性：它规定了什么电路应当连接到2 5 根引脚的哪一根以及该引脚的功能。规程特性：规定了在DT E 与 DCE 之间所发生的事件的合法序列。3.E I A RS-4 4 9 接口标准由三个标准组成 RS-4 4 9：规定了接口的机械特性、功能特性和规程特性 RS-4 2 3 A：规定在采用非平衡传输（即所有的电路共用一个公共地）时的电气特性。R S

39、-4 22A：规定在采用平衡传输（即所有的电路没有公共地）时的电气特性。第五讲数据链路层一、数据链路层的概念和功能1.与数据链路层有关的儿个概念链路：中间没有任何交换结点的一条无源的点到点的物理线路。数据链路：把实现数据传输的协议、硬件及链路称为数据链路。传输数据单位：帧（指的是D L-P D U,即数据链路层协议数据单元）2.数据链路层的功能*链 路 管 理：主要用于面向连接的服务。三个阶段：建立数据链路（交换信息，对序号初始化），维持链路（出现差错后重新初始化；重新自动建立连接），释放链路。帧 同 步：如何构造帧才能使接收方区别出一帧的开始和结束。差 错 控 制：差错检测和纠错。发送方设置

40、定时器超时或接收方利用检错码检查出错误，采用重传机制；或利用前向纠错码检查出错误时进行纠正错误。流 量 控 制：限制发送方的数据速率，使得发送方的发送速率=接收方的接收速率。将数据和控制信息区分开：要采取相应的措施使接收方能将处于同一帧中的数据和控制信息区分开。透 明 传 输：任何数据的比特组合都能在数据链路上传输，而不管数据的比特组合恰巧是控制信息都能使接收方区分开来。寻 址：在多点连接的情况下，必须保证每一帧都能送到正确的目的站，同时保证接收方知道发送方是哪个站。二、数据链路层协议的基本原理1.通用性较强的计算机网络通信协议美国国家标准协会（A N S I）：高级数据通信控制规程，即 A

41、D C C P国际标准化组织（I S O）：高级数据链路控制规程，即 H D L C国际电报电话咨询委员会（C C I T T）：X.25 建议书I B M 公司:二进制同步协议,B P B S C2.数据链路协议的种类面向字符型规程在数据链路上所传送的数据必须是由规定字符集中的字符所组成，在链路上所传送的控制信息也必须由同一个字符集中的若干制定的控制字符组成。如 I B M的 B S C。面向比特型规程报文的数据和控制信息完全独立，具有良好的透明性。差错检验一般用C R C校验，可靠性强。可进行信息连接和双向发送，传输效率高。信息都统一以帧为单位,控制简单。如：H D L C、A D C C

42、 P 是典型的面向比特型的通信控制规程。三、滑动窗口协议的基本原理1.关于滑动窗口的若干问题发送窗口物理上：是发送方的缓存，其个数由使用的协议来决定逻辑上：用来表示在还没有接收到接收方确认的情况下，发送方最多可以发送的帧数例如：帧序号由三个比特编码，发送窗口为5。见书上81页例发送序号：07（发送数据的帧循环使用的编号）发送窗口：5（发送方最大发送的帧数）012345670123456发送方:012345 6 7 0 1发送窗口一般的，停等协议发送窗口为1连续ARQ协议发送窗口为多个选择重传ARQ协议发送窗口为多个接收窗口物理上：是接收方的缓存，其个数由使用的协议来决定逻辑上：用来表示，接收方

43、最多可以接收的帧数一般的，停等协议接收窗口为1连续ARQ协议接收窗口为1选择重传协议接收窗口为多个滑动窗口的含义以连续ARQ为例，讲述滑动窗口的含义。例：帧序号由三个比特编码，发送窗口为5,接收窗口为1。发送序号：0-7 （发送数据的帧循环使用的编号）初始情况如下：接收方：E1-2 3-发送窗口与接收窗口的关系举一个例子说明一下。在连续ARQ协议中，设帧序号占用的比特数为3。A 假设发送窗口的大小为8（23）,接收窗口的大小为1。发送方已经发送完8个数据帧，并且全部到达接收端。考虑以下两种情况：l o 所有的确认帧都到达了发送端，发送端又发送8 个新的数据帧，编号为07,接收端认为是新的数据帧

44、，接收，结果是正确的。2 o 所有的确认帧全部丢失，发送端由于定时器超时，重发8 个数据帧，编号为0-7,接收端仍然认为是新的数据帧，接收，结果是错误的。Bo假设发送窗口的大小为7（2乙1）,接收窗口的大小为1。发送方已经发送完7 个数据帧，并且全部到达接收端。考虑以下两种情况：I o所有的确认帧都到达了发送端，发送端又发送7个新的数据帧，编号为7、0、1、2、3、4、5,接收端认为是新的数据帧，接收，结果是正确的。2。所有的确认帧全部丢失，发送端由于定时器超时，重发7个数据帧，编号为。6,接收端认为是旧的数据帧（因为如果不是旧的，编号应该从7开始），拒 收（为了不重复），结果是正确的。结论：

45、协议帧序号比特发送窗口接收窗口满足关系停等1111+1W2连续ARQnW t1Wt+1 W2n选择重传ARQnW tW,Wt+WW2n2.停止等待协议发方 接收方结点A-）结点B原理：发方每发送一帧，等待接收方的确认帧的到来，当确认帧到来时，发方再发送第二帧，依次类推分析：正常情况下，数据传输的过程如下：发方 接收方时间 时间帧破坏A.数据帧破坏接收方：通过校验（可能就是CRC）发现错误，向发送方发送否认帧（NAK）发送方：重 发（重发有次数限制）。B.*答帧破坏发送方：重新发送数据帧；接收方由于接到重复帧而丢弃数据帧。帧丢失A.数据帧丢失发送方：每发送一帧，即启动定时器计时，发送方定时器超时

46、而导致重发接收方：接收数据帧B.应答帧丢失发送方：结果发送方重发数据帧。每发送一帧，即启动定时器计时，由于接收方接收到数据后应答帧丢失从而导致发送方定时器超时。接收方：由于接到重复帧而丢弃数据帧，并继续发送应答帧。*讨论的一个问题：接收方如何区别数据帧是重复帧？可以通过编号来区分。编号的原则为：编号所占的位数不能太多，否则，开销大。对于停等协议：由于每发一帧就等待确认，所以只需要一个比特位就可以区分刚发的帧及下一帧。停等协议的信道利用率：计算机A|计算机B分析计算机A把数据传给计算机B 并被确认所需的总时间：发送数据时间：帧长/发送速率*传播数据时间：A到 B的距离/电磁场传播速率*接收并处理

47、数据时间：较短，可以忽略发送确认帧时间：确认帧长度/发送速率，确认帧长度短，时间可忽略传播确认帧时间：A 至 IJ B 的距离/电磁场传播速率*接收并处理确认帧时间：较短，可以忽略信道利用率=发送时间/六部分时间之和例 1：见书上92 页 6 题(L/4*1 0 0 0)/(L/4*1 0 0 0+2*2 0*1 0 3)=0.5 所以 L=1 6 0 b3.连续ARQ(自动请求重传)原理：发送方在发完一个数据帧后，不停下来等待应答帧，而是连续发送若干个数据帧。如果发送完成时收到了接收方发来的应答帧，还可以继续发送。接收方按序接收。发送窗口是k,接收窗口是1。分析：正常情况下，数据传输过程如下

48、：发方 接收方结点A“结点B说 明：确 认 帧 有 三 种 方 案A o对 每 一 个 数 据 帧 都 有一 个 确 认 帧Bo对 连 续 发 送 的 几 个 数据 帧 的 最 后 一 个 发 确 认帧，如ACK 3,表 示3及0、1、2的 数 据 帧 均 被确 认。Co捎 带 确 认。接 收 方 有数 据 向 发 送 方 发 送，捎带 确 认 帧。帧 破 坏接 收 方：被 破 坏 帧 前 面 的 帧 正 确 接 收，被 破 坏 的 帧 及 后 面 的 帧 被 丢 弃,同 时 发 送 否 认 帧。发 送 方：被 破 坏 的 帧 及 后 面 的 帧 全 部 重 传以 上 图 为 例，假 设2号

49、帧 被 破 坏.接 者 又 收 到3、4号 帧 丢 失 数 据 帧接 收 方：在 按 序 组 装 时 发 现 有 一 个 或 多 个 编 号 被 趺 过 了，对 最 早 丢 失 的 帧 返 回 一个N AK帧。发 送 方：最 早 丢 失 的 帧 及 以 后 的 帧 全 部 重 传以 上 图 为 例，假 设2号 帧 丢 失，接 著 又 收 到3、4号 帧 丢 失 应 答 帧发 送 方：发 送 方 判 断 定 时 器 超 时，将 最 后 一 次ACK帧 之 后 的 所 有 帧 重 新 发 送 一 次。(对 单 个 确 认 或 累 积 确 认 都 可 以)接 收 方：对 重 新 接 到 的 重 复

50、帧 丢 弃，同 时 发 送ACK帧以 上 图 为 例：假 设 最 后 一 次 的 确 认 是 对2号 的 确 认，但 发 送 方 已 经 发 送 了 3、4号 帧，由 于 定 时 器 超 时 重 发3、4号 帧。例2：见 书 上93页1 5题(1)(2 0 0 0/1*1 0，)/(2 0 0 0/1*1 06+0.2 5*2)=0.0 0 2/0.5 0 2-1/2 5 1(2)在 停 等 周 期 内 发 送7帧，7*(1/2 5 1)=7/2 5 1(3)在 停 等 周 期 内 发 送1 2 7帧，1 2 7*(1/2 5 1)=1 2 7/2 5 1(4)在 停 等 周 期 内 发 送