广域网物理层与数据链路层
2017-04-22 13:03:07 0 举报AI智能生成
广域网物理层与数据链路层是计算机网络中两个重要的层次。广域网物理层主要负责将数据转换为能够在物理介质上传输的电信号，并通过物理介质进行传输。而数据链路层则主要负责在广域网中建立、维持和释放数据链路连接，以及对数据进行封装和拆封。这两个层次共同协作，使得计算机网络能够实现远程通信。
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大纲/内容
第三章：物理层
问题：广域网中计算机数据是如何传输的？
3.1、物理层与物理层协议的基本概念
3.1.1、物理层的基本服务功能
3.1.2、物理层协议的类型
3.1.3、物理层向数据链路层提供的服务
3.2、数据通信的基本概念
3.2.1、信息、数据与信号
3.2.2、数据通信方式
3.2.3、传输介质的主要类型与特性
3.2.4、数据编码分类
计算机的二进制数据
模拟信号
模拟数据编码
振幅键控ASK
移频键控ASK
移相键控ASK
数字信号
数字数据编码
外同步编码
非归零编码
内同步编码
曼切斯特编码
差分曼切斯特编码
3.3、频带传输技术
3.3.1、模拟数据编码方法
3.3.2、波特率的定义
3.4、基带传输技术
3.4.1、基带传输的定义
在数字信道上直接传送基带信号（表示计算机二进制的比特序列的数字信号）的方法
3.4.2、数字数据编码方法
非归零码
可以低电平表示“0”，高电平表示“1”
缺点：无法判断一位的开始与结束，收发双方不能保持同步（需要在发送非归零码时用另一个信道同时传送同步信号）
曼切斯特编码
规则
每比特的周期T分为前T/2和后T/2
前T/2传送该比特的反码
后T/2传送该比特的原码
自含钟编码
每个比特中间有一次电平跳变，两次电平跳变的时间间隔可以是T/2或T，利用电平跳变可以产生收发双方的同步信号
缺点：效率低
差分曼切斯特编码
每比特的中间跳变仅做同步使用
每比特的值根据其开始边界是否跳变来决定
每个比特的开始处如果发生电平跳变，则表示传输二进制“0”，不发生跳变则传输二进制“1”
3.4.3、脉冲编码调制方法
是模拟数据数字化的主要方法
PCM技术的典型应用是语音信号的数字化
工作过程：
采样
隔一定的时间间隔，将模拟信号的电平幅度取出作为测量幅度的样本
量化
将样本幅度按量化级取值的过程
经过量化后的样本幅度为离散的量级值
编码
用相应位数的二进制代码表示量化后的样本的量级
3.4.4、比特率的定义
数据传输系统的重要技术指标之一
是指主机向传输介质发送数据的速率
3.4.5、奈奎斯特准则和香农定理
奈奎斯特定理：描述了有限带宽、无噪声的理想信道的最大传输速率与信道带宽的关系
香农定理：描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系
3.5、多路复用技术
3.5.1、多路复用的基本概念
原因：
用于通信线路架设的费用高，需要充分利用通信线路的容量
网络中传输介质容量都会超过单一信道所需要的带宽
3.5.2、时分多路复用
以信道传输时间为对象
3.5.3、频分多路复用
以信道频率为对象
3.5.4、波分多路复用
光频段的频分多路复用
3.6、同步光纤网SONET与同步数字体系SDH
3.6.1、SONET与SDH的基本概念
3.6.2、基本速率标准的指定
T1载波速率：针对脉冲编码调制PCM的时分多路复用
E1载波速率：用于30路PCM数字语音信道复用
3.6.3、SDH速率体系
OC：光纤上传输的光信号速率
STS：数字电路接口的电信号传输速率
STM：电话主干线路的数字信号速率标准
3.7、接入技术
3.7.1、接入技术的分类
用户接入
家庭接入
校园接入
机关接入
企业接入
接入技术
有线接入
无线接入
3.7.2、ADSL接入技术
特点：
ADSL在电话线上同时提供电话与Internet接入服务
提供非对称带宽特性
用户端结构
本地电话局端结构
3.7.3、HFC接入技术
3.7.4、光纤接入技术
3.7.5、移动通信接入技术
小结
习题
第四章：数据链路层
问题：数据传输的正确性是如何保证的？
4.1、差错产生与差错控制方法
4.1.1、设计数据链路层的原因
设计数据链路层的主要目的是
在由差错的物理线路的基础上
采取差错检测、差错控制与流量控制等方法，
将有差错的物理线路改进成无差错的数据链路
向网络层提供高质量的数据传输服务。
从参考模型的角度来看，物理层以上的各层都有改善数据传输质量的责任，数据链路层是最重要的一层
4.1.2、差错产生的原因和差错类型
信号的传输差错
数据信号在物理线路中传输过程中一定会因为噪声、干扰等原因出现 错误
传输错误是正常且不可避免的
但是一定要控制在一个允许的范围中
差错产生的原因和差错类型
热噪声
电子热运动
引起随机差错
冲击噪声
外界电磁干扰
引起突发的差错
是差错的主因
4.1.3、误码率的定义
误码率：二进制比特在传输过程中被传错的概率P=N/n（N为被传错的比特数，n为传错的二进制比特总数）
误码率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数
4.1.4、检错码与纠错码
检错码
为每个传输单元加上一定的冗余信息，接收端可以根据这些冗余信息发现传输差错
不能确定是哪一位或那些为位出错，并且自己不能够自动纠正传输差错
实现容易、使用广泛
纠错码
为每个传输单元加上足够多的冗余信息
以便接收端能够发现
并能够自动纠正传输差错
实现困难
可以用检错码检错，再借助重传机制纠错
4.1.5、循环冗余编码工作原理
4.1.6、差错控制机制
一旦发现错误，通常采用自动重传请求方法来纠正
4.2、数据链路层的基本概念
4.2.1、物理线路与数据线路
物理线路由传输介质与通信设备构成
数据链路由实现协议的硬件、软件与物理线路构成
协议：发现和纠正物理线路传输中的差错问题
4.2.2、数据链路层的主要功能
链路管理：数据链路的建立、维护和释放
帧同步：接收端应该能够从收到的比特流中正确地判断出一帧的开始位于结束位
流量控制；防止出现链路拥塞
差错控制：发现和纠正物理线路传输差错
透明传输：帧数据字段的二进制比特序列可以是任意的组合
寻址：在多点连接的情况下，要保证每一帧都能传送到正确的接收端
4.2.3、数据链路层向网络层提供的服务
正确传输网络层的用和数据
屏蔽物理层所采用传输技术的差异
4.2.4、数据链路层协议的分类
面向字符型
面向字符型的协议利用已定义好一种标准字编码来执行通信控制功能
面向比特型
典型的面向比特型协议有HDLC与PPP协议
4.3、面向比特型数据链路层协议----HDLC协议
4.3.1、HDLC协议产生的背景
4.3.2、数据链路的配置方式和数据传送方式
4.3.3、HDLC帧结构
4.3.4、HDLC协议工作原理
4.3.5、数据链路层与物理层的关系
4.4、数据链路层滑动窗口协议与帧传输效率分析
4.4.1、数据链路层滑动窗口协议的分类
滑动窗口协议
单帧停止等待协议
多帧连续发送协议
后退协议——也称为拉回重传协议
选择重传协议
4.4.2、单帧停止等待协议
发送端每次发送一帧之后，需等待确认帧返回后在发送下一帧；如果出现错误就重传
简单，但帧传输效率低
4.4.3、多帧连续发送协议
后退N帧
选择重传
4.5、点-点协议ppp
4.5.1、ppp协议的主要特点
PPP包含两类协议
网络控制协议
链路控制协议
简单，使用广泛
广域网环境中路由器-路由器连接
家庭用户接入Internet
4.5.2、ppp协议帧结构
PPP协议帧结构
PPP帧格式与HDLC类似
地址字段取值“11111111”（0xFF）
控制字段取值"00000011"（0x03）
协议字段
0x8021:LCP数据帧，建立、配置、管理和测试数据链路连接
0x8021:NCP数据帧，建立和配置不同的网络层协议
0x8021:网络层数据（IP分组）
PPP的透明传输问题
当PPP用在同步通信（一连串比特连续传送）时，采用“0比特插入/删除”
当PPP用在异步通信（逐个字符地传送）时，就是用字符填充法，对信息字段部分字节转义
ASCII码控制字符，则在该字符前面要加入一个0x7D字节，同时改变该字节
4.5.3、ppp协议工作过程
小结
习题
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