ch2 底层网络技术
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现场总线技术-CH2
中国矿业大学 http://www.cumt.edu.cn
现场总线的产生
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现场总线的产生
现场总线可采用多种途径传输数字信号，如用普通电缆、双绞线、 光导纤维、红外线，甚至电力传输线等 一般在由两根普通导线制成的双绞线上，可挂接几十台自控设备， 与传统的设备间一对一的接线方式相比，可节省大量线缆、槽架、 连接件 同时由于所有的连线都变得简单明了，系统设计、安装、维护的工 作量也随之大大减少 现场总线还支持总线供电，即两根导线在为多台自控设备传送数字 信号的同时，还可为这些设备传送工作电源 可以看到，采用现场总线具有节省硬件投资、节省安装费用、节省 维护开销的好处
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现场总线的产生
集散控制系统（Distributed Contro源自文库 System – DCS）
又称为分散控制系统，最早出现于20世纪70年代后期，在20世纪80年代 以后占据主导地位 其核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，把上位机控 制站用于集中监视管理，而把若干台下位机下放到现场实现分布式控制， 上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传递 因此，这种分布式的控制系统克服了集中控制对控制器处理能力和可靠 性要求高的缺陷 但是，它也有自身难以克服的缺点： • 首先，不同DCS制造商的控制通信网络采用各自专用的封闭形式， 不同制造商的DCS之间以及与上层Intranet、Internet信息网络之间 难以实现网络互连和信息共享 • 其次，DCS的控制站仍然是集中的，现场信号的检测、传输和控制 还是采用4-20mA的模拟信号，并没有彻底做到分散控制、集中管理 • 最后，DCS采用的是普通商业网络的通信协议和网络结构，在解决 工业控制系统的可靠性方面没有做出实质性的改进，布线复杂，费 用高 因此总体来讲，DCS是一种封闭专用的、不具有可互操作性的、不彻底 的分布式控制系统
ch2-宽带网络技术基础-2016
IP数据转发原理： 三层转发 数据报的转发 基于目的地址(网络号)的转发 最长地址匹配 逐跳转发 尽力而为 支持点到点、组播、广播
• IPv4的局限: ① 地址数量的不足； ② 复杂的报头，难以实现扩充或选择机制； ③ 对报头服务数量的限制； ④ 缺少安全与保密方法。 • 解决IP地址耗尽的问题的措施： ①采用无类别编址CIDR使IP地址的分配更加合理； ②采用网络地址转换NAT方法以节省全球IP地址； ③采用具有更大地址空间的新版本的IP协议IPv6。
我是209.0.0.5，硬件地址是00-00-C0-15-AD-18。 我想知道主机209.0.0.6的硬件地址。
ARP请求
ARP请求
ARP请求
ARP请求
209.0.0.5
209.0.0.6
X
工作站
A
工作站
Y
工作站
B
工作站
Z
工作站
00-00-C0-15-AD-18 （a）主机A发送ARP请求分组
我是209.0.0.6，硬件地址是08-00-2B-00-EE-0A
(1) 中国公用计算机互联网 CHINANET (2) 中国教育和科研计算机网 CERNET (3) 中国科学技术网 CSTNET (4) 中国联通互联网 UNINET (5) 中国网通公用互联网 CNCNET (6) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET (7) 中国移动互联网 CMNET (8) 中国长城互联网 CGWNET (9) 中国卫星集团互联网 CSNET
计算机网络-ch2-数据通信原理简介
2.2.1 数据编码 (物理层) 2.2.2 信道复用 (物理层) 2.2.3 差错控制 (数据链路层)
22
*** 数据编码
数字信号
非归零编码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码 差分非归零编码 ……
数字信道
PCM(脉冲编码调制)编码 采样量化编码
频移键控法FSK(调频) 幅移键控法ASK(调幅) 相移键控法PSK(调相)
报文 分组数据
校验
12
数据交换方式
优点 数据传输灵活，线路利用率较高
✓ 同一报文的不同分组可按不同路径传输 ✓ 中间结点可不必等待未到达的分组而继续转发
转发时延短 分组长度固定，简化了存储管理 减少了出错几率和重发数据量
缺点 每个分组增加的控制信息一定程度降低了通信效率，
增加了处理时间，分组长度的合理选择非常重要 目的站点要重组报文，增加了控制的复杂性
33
模拟信号数字传输－－采样、量化、编码
采样定理（奈奎斯特定理，1928年）
当 采 样 频 率 fs.max 大 于 信 号 中 最 高 频 率 fmax 的 2 倍 时 (fs.max>=2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始 信号中的信息。
一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍
码分多址（CDMA， Code Division Multiple Access）是码分 复用的一种技术，每一个比特时间再划分为M个短的间隔，称 为码片（chip），M的值通常为64或128。每一路信号用一个 惟一的M位码片序列。 CDMA多用在无线多路访问信道中。
22
*** 数据编码
数字信号
非归零编码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码 差分非归零编码 ……
数字信道
PCM(脉冲编码调制)编码 采样量化编码
频移键控法FSK(调频) 幅移键控法ASK(调幅) 相移键控法PSK(调相)
报文 分组数据
校验
12
数据交换方式
优点 数据传输灵活，线路利用率较高
✓ 同一报文的不同分组可按不同路径传输 ✓ 中间结点可不必等待未到达的分组而继续转发
转发时延短 分组长度固定，简化了存储管理 减少了出错几率和重发数据量
缺点 每个分组增加的控制信息一定程度降低了通信效率，
增加了处理时间，分组长度的合理选择非常重要 目的站点要重组报文，增加了控制的复杂性
33
模拟信号数字传输－－采样、量化、编码
采样定理（奈奎斯特定理，1928年）
当 采 样 频 率 fs.max 大 于 信 号 中 最 高 频 率 fmax 的 2 倍 时 (fs.max>=2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始 信号中的信息。
一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍
码分多址（CDMA， Code Division Multiple Access）是码分 复用的一种技术，每一个比特时间再划分为M个短的间隔，称 为码片（chip），M的值通常为64或128。每一路信号用一个 惟一的M位码片序列。 CDMA多用在无线多路访问信道中。
CH2计算机网络物理层总结
Pair)
同轴电缆
细缆 粗缆
光缆
各种电缆
无屏蔽双绞线 UTP
屏蔽双绞线 STP
聚氯乙烯 套层
绝缘层 铜线
聚氯乙烯 套层
屏蔽层 绝缘层
铜线
同轴电缆
绝缘保护套层 外导体屏蔽层 绝缘层
内导体
光线在光纤中的折射
包层 纤 芯
折射角 包层 （低折射率的媒体）
入射角
纤芯 （高折射率的媒体）
包层 （低折射率的媒体）
用户 Aa Bb C D
使用时分复用系统传送计算机数据时， 由于计算机数据的突发性质，用户对 分配到的子信道的利用率一般是不高的。
时分复用 at
①
b
t②
cc
t③
④ dt
ab #1
bc
ca dt
#2
#3
#4
4 个时分复用帧
统计时分复用 STDM (Statistic TDM)
用户
Aa
a
B bb
C
cc
CDMA 的工作原理
数据码元比特
1
1
m 个码片
S 站的码片序列 S 发 送 S 站发送的信号 Sx
端 T 站发送的信号 Tx
总的发送信号 Sx + Tx
接 收
规格化内积 S Sx
1
1551 nm
同轴电缆
细缆 粗缆
光缆
各种电缆
无屏蔽双绞线 UTP
屏蔽双绞线 STP
聚氯乙烯 套层
绝缘层 铜线
聚氯乙烯 套层
屏蔽层 绝缘层
铜线
同轴电缆
绝缘保护套层 外导体屏蔽层 绝缘层
内导体
光线在光纤中的折射
包层 纤 芯
折射角 包层 （低折射率的媒体）
入射角
纤芯 （高折射率的媒体）
包层 （低折射率的媒体）
用户 Aa Bb C D
使用时分复用系统传送计算机数据时， 由于计算机数据的突发性质，用户对 分配到的子信道的利用率一般是不高的。
时分复用 at
①
b
t②
cc
t③
④ dt
ab #1
bc
ca dt
#2
#3
#4
4 个时分复用帧
统计时分复用 STDM (Statistic TDM)
用户
Aa
a
B bb
C
cc
CDMA 的工作原理
数据码元比特
1
1
m 个码片
S 站的码片序列 S 发 送 S 站发送的信号 Sx
端 T 站发送的信号 Tx
总的发送信号 Sx + Tx
接 收
规格化内积 S Sx
1
1551 nm
Ch2数据通信基础知识
• 通过光纤中光的波长
– 0.85μm/1.3μm/1.55 μm (250~ 300THz)
包层 纤 芯
光反射原理
折射角 包层 （低折射率的媒体）
入射角
纤芯 （高折射率的媒体）
包层 （低折射率的媒体）
光纤及光缆构成
单模光纤和多模光纤
• 单模光纤（single-mode fiber）
– 使用激光源 – 内芯直径较小
双绞线
卫星
光纤
同轴电缆
地面微波
海事 调幅 无线电 无线电
调频 移动 无线电 无线电
电视
波段
LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF
极低频 ELF (Extremely Low Frequency) 3-30Hz 超低频 SLF (Super Low Frequency) 30-300Hz 特低频 ULF (Ultra Low Frequency) 300-3000Hz 甚低频 VLF (Very Low Frequency) 3-30KHz 低频 LF ( Low Frequency) 30-300KHz 中频 MF (Medium Frequency) 300-3MHz 高频 HF (High Frequency) 3-30MHz 甚高频 VHF (Very High Frequency) 30-300MHz 特高频 UHF (Ultra High Frequency) 300-3000MHz 超高频 SHF (Super High Frequency) 3-30GHz 极高频 EHF (Extremely High Frequency) 30-300GHz
– 0.85μm/1.3μm/1.55 μm (250~ 300THz)
包层 纤 芯
光反射原理
折射角 包层 （低折射率的媒体）
入射角
纤芯 （高折射率的媒体）
包层 （低折射率的媒体）
光纤及光缆构成
单模光纤和多模光纤
• 单模光纤（single-mode fiber）
– 使用激光源 – 内芯直径较小
双绞线
卫星
光纤
同轴电缆
地面微波
海事 调幅 无线电 无线电
调频 移动 无线电 无线电
电视
波段
LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF
极低频 ELF (Extremely Low Frequency) 3-30Hz 超低频 SLF (Super Low Frequency) 30-300Hz 特低频 ULF (Ultra Low Frequency) 300-3000Hz 甚低频 VLF (Very Low Frequency) 3-30KHz 低频 LF ( Low Frequency) 30-300KHz 中频 MF (Medium Frequency) 300-3MHz 高频 HF (High Frequency) 3-30MHz 甚高频 VHF (Very High Frequency) 30-300MHz 特高频 UHF (Ultra High Frequency) 300-3000MHz 超高频 SHF (Super High Frequency) 3-30GHz 极高频 EHF (Extremely High Frequency) 30-300GHz
ch2网络的拓扑结构及协议
2.2.1 计算机网络中通信协议的概 念
网络协议即网络中传递、管理信息的一些规 范。如同人与人之间相互交流是需要遵循一定 的规矩一样，计算机之间的相互通信需要共同 遵守一定的规则，这些规则就称为网络协议。 但是两个实体间仅发送二进制位数据就指望 对方能理解所传输的信息的内容是不可能的。 为了进行通信，实体之间一定要达成一个协议 （控制数据通信的一组规则）。一个协议定义 了通信内容是什么，通信如何进行以及何时进 行。协议的关键是语法、语义和时序。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.3 OSI模型 模型
国际标准化组织（ISO， International Standard Organization） 于1979年成立机构专门研究网络体系结 构与网络协议的国际标准化问题，经过 多年卓有成效的工作，提出了一个试图 使各种计算机在世界范围内互连成网的 标准框架，即著名的开放系统互连参考 模型（OSI/RM，Open System Interconnection/Reference Model）， 简称为OSI。
23osi国际标准化组织isointernationalstandardorganization于1979年成立机构专门研究网络体系结构与网络协议的国际标准化问题经过多年卓有成效的工作提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架即著名的开放系统互连参考模型osirmopensysteminterconnectionreferencemodel简称为osi
CH2 计算机网络体系结构2
4
需要注意：
(5) RR中总是包含期望收到的下一帧序号。 因此, 即使某帧RR丢失，只要后续帧的 RR正确收到，发送方就不必重发该帧。 因此，接收方可以不必连续发送RR，以 提高效率。 (6) 以上讲述的仅仅是连续 ARQ 协议的工 作原理。协议在具体实现时还有许多的 细节。
5
全双工的连续 ARQ 协议
可以在发送数据时将确认信息捎带过去 较长时间无数据发送时，才发送单独的 确认帧
6
连续ARQ协议的问题
发送方必须设置缓存保留已发送且未被确认的数 据帧的副本，以备重传。计算机的硬件资源是有 限的，缓存容量不能无限制增加。 当未被确认的数据帧过多时，一旦有一帧出现错 误，可能需要重传很多帧，增加了传输的开销。 为了对连续发送的大量数据帧进行编号，每帧的 发送序号也要占用较多的比特，又增加了一定的 开销。 因此在连续ARQ协议中必须对连续发送的未被确 认的帧数做一定的限制，这就是滑动窗口协议所 研究的内容。
16
协议的选择
如果链路传播延迟较小，可以采用停止 等待协议 否则，如果链路错误率较低，可以采用 连续ARQ协议 反之，则应采用选择重传ARQ协议
17
3. 高级数据链路控制(HDLC)协议
1974年，IBM 公司推出了面向比特的规 程SDLC (Synchronous Data Link Control)。 后来 ISO 把 SDLC 修改后称为 HDLC (High-level Data Link Control)，译为高 级数据链路控制，作为国际标准ISO 3309。 HDLC 得到广泛应用,是其他许多重要的 数据链路控制协议的基础.
需要注意：
(5) RR中总是包含期望收到的下一帧序号。 因此, 即使某帧RR丢失，只要后续帧的 RR正确收到，发送方就不必重发该帧。 因此，接收方可以不必连续发送RR，以 提高效率。 (6) 以上讲述的仅仅是连续 ARQ 协议的工 作原理。协议在具体实现时还有许多的 细节。
5
全双工的连续 ARQ 协议
可以在发送数据时将确认信息捎带过去 较长时间无数据发送时，才发送单独的 确认帧
6
连续ARQ协议的问题
发送方必须设置缓存保留已发送且未被确认的数 据帧的副本，以备重传。计算机的硬件资源是有 限的，缓存容量不能无限制增加。 当未被确认的数据帧过多时，一旦有一帧出现错 误，可能需要重传很多帧，增加了传输的开销。 为了对连续发送的大量数据帧进行编号，每帧的 发送序号也要占用较多的比特，又增加了一定的 开销。 因此在连续ARQ协议中必须对连续发送的未被确 认的帧数做一定的限制，这就是滑动窗口协议所 研究的内容。
16
协议的选择
如果链路传播延迟较小，可以采用停止 等待协议 否则，如果链路错误率较低，可以采用 连续ARQ协议 反之，则应采用选择重传ARQ协议
17
3. 高级数据链路控制(HDLC)协议
1974年，IBM 公司推出了面向比特的规 程SDLC (Synchronous Data Link Control)。 后来 ISO 把 SDLC 修改后称为 HDLC (High-level Data Link Control)，译为高 级数据链路控制，作为国际标准ISO 3309。 HDLC 得到广泛应用,是其他许多重要的 数据链路控制协议的基础.
计算机网络安全技术ch2
网
时间中断即为关闭。
络
➢ 异常中断：是指电压连续过载或连续低电压。
安
➢ 电压瞬变：瞬变浪涌是指电压幅值在几个正弦波范围内快速增
加或降低.。
全
➢ 冲击：冲击又称瞬变脉冲或尖峰电压，它是指在0.5μs~100μs内
技
过高或过低的电压。尖峰一般指瞬时电压超过400V，而下垂电
术
压指瞬时向下的窄脉冲。 ➢ 噪声：电磁干扰EMI（Electromagnetic Interference）是由电源
作台应有接地平板。此外，工作人员的服装和鞋最好用
低阻值的材料制作，机房内应保持一定湿度，在北方干
燥季节应适当加湿，以免因干燥而产生静电。
2.2.5 电 源
计
算 电源是计算机网络系统正常工作的重要因素。供电设备
机
容量应有一定的富裕量，所提供的功率一般应是全部设
网
备负载的125％。计算机房设备最好是采取专线供电，
计 算 机 网 络 安 全 技 术
计 算 机 网 络 安 全 技 术
计 算 机 网 络 安 全 技 术
计 算 机 网 络 安 全 技 术
计 算 机 网 络 安 全 技 术
2.2 计算机房场地环境的安全防护
2.2.1 计算机房场地的安全要求
计
算 为保证物理安全，应对计算机及其网络系统的实体访问
ch2程控数字交换技术
§2.1
程控数字交换机的组成
由硬件系统和软件系统两大部分组成。 一、硬件组成 其基本功能结构包括连接、终端接口和控制功能。
用户线
终端 接口
连接 控制 信令
终端 接口
中继线
硬件系统简单来说主要有终端电路、数字交换网 络和处理机等。 控制方式有分级功能控制和全分布控制两种方式。
§2.1 程控数字交换机的组成
N+n冗余配置
处理机 A
处理机 B
处理机 A
处理机 B
负荷分担方式
主/备用方式
§2.1 程控数字交换机的组成 一、硬件组成 3. 处理机 (2) 冗余配置 负荷分担方式的优点：①过负荷能力强，能适应 较大话务波动；②可以防止软件差错引起的系统中断； ③可联机扩容。 (3) 可靠性 可靠性是指在某一状态下，在使用所希望的时间 里满意地完成规定任务的性能。也称可用性。 可用性用A表示，不可用性用B表示。
控制方式
TS1 b TS3 a
TS3 a PCM 1 TS1 b
PCM2
1 3 31
2
1
输入控制：控制存储器按输入复用线配置时 输出控制：控制存储器按输出复用线配置时
…
CM1
…
CM2
§2.2 数字交换网络 二、由DSE构成的数字交换网络
入口级 CE (AS)
第1级
Ch2网络体系结构version1
提供多种用于应用层数据的编码和转化功能，以 确保从一个系统应用层发送的信息可以被另一系 统的应用层识别。
表示层编码和转换模式包括：公用数据表示格式、 性能转换表示格式、公用数据压缩公式和公用数 据加密模式，完成某些特定功能。
表示层关心的是所传输信息的语法和语义。
OSI参考模型各层介绍
（7）应用层(Application Layer) 最接近终端用户的层，意味着应用层与用
实体之间都需要传递一些数据，通常将传递 的数据的每一个单元叫做数据单元。 协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）
通常将不同计机算系统的对等层实体之间 （例如，系统A的第N层的某一实体与系统B 的第N层的某一实体之间）所交换的数据单元 的每一部分称为协议数据单元。
网络的体系结构
之间传输数据报，通过互连的网络来交换 网络层的协议数据单元。
网络层的主要功能包括网络寻址、路由选 择、建立和拆除网络连接、数据报的分段 和组装，有时，拥塞控制和服务质量的控 制也是网络层涉及的问题。
OSI参考模型各层介绍
（4）传输层(Transport Layer)
在网络层提供的服务基础上，实现向高层传输可 靠的透明数据传输，使高层服务用户在相互通信 时不必关心通信子网的实现细节。
OSI参考模型各层介绍
（1）物理层(Physical Layer) 物理层最接近于物理传输介质，它的职责
表示层编码和转换模式包括：公用数据表示格式、 性能转换表示格式、公用数据压缩公式和公用数 据加密模式，完成某些特定功能。
表示层关心的是所传输信息的语法和语义。
OSI参考模型各层介绍
（7）应用层(Application Layer) 最接近终端用户的层，意味着应用层与用
实体之间都需要传递一些数据，通常将传递 的数据的每一个单元叫做数据单元。 协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）
通常将不同计机算系统的对等层实体之间 （例如，系统A的第N层的某一实体与系统B 的第N层的某一实体之间）所交换的数据单元 的每一部分称为协议数据单元。
网络的体系结构
之间传输数据报，通过互连的网络来交换 网络层的协议数据单元。
网络层的主要功能包括网络寻址、路由选 择、建立和拆除网络连接、数据报的分段 和组装，有时，拥塞控制和服务质量的控 制也是网络层涉及的问题。
OSI参考模型各层介绍
（4）传输层(Transport Layer)
在网络层提供的服务基础上，实现向高层传输可 靠的透明数据传输，使高层服务用户在相互通信 时不必关心通信子网的实现细节。
OSI参考模型各层介绍
（1）物理层(Physical Layer) 物理层最接近于物理传输介质，它的职责
《计算机网络教学课件》ch2物理层
1 数字编码
将二进制数据转换为电信号的编码技术，如 非归零编码、曼彻斯特编码等。
2 调制技术
将数字信号转换为模拟信号的技术，如频移 键控、振幅调制等。
物理层的传输介质和传输方式
传输介质
• 双绞线：传输速率较低，适用于局域网。 • 同轴电缆：传输速率较高，适用于电视信号
传输。 • 光纤：传输速率极高，抗干扰性能好。
《计算机网络教学课件》 第二章 物理层
欢迎来到《计算机网络教学课件》第二章 物理层的学习！本章将深入探讨计 算机网络的底层基础 - 物理层，了解其功能、目标以及与传输介质、编码技术、 传输方式等相关的内容。
物理层概述
1 定义与作用
物理层是计算机网络的底层，负责实际传输 数据的任务。
2 通信原理
通过传输介质将二进制数据转换为电信号传 输，在接收端将电信号转换回二进制数据。
传输方式
• 点对点传输：适用于只有两个节点之间的通信。 • 广播传输：适用于多个节点之间的通信。
物理层的性能和特性
带宽
定义信道的传输速率，决定数据的传输能力。
信道利用率
计算信道实际传输的比特数与理论最大传输能 力之间的比率。
传输延迟
信号从发送端到接收端的传播时间，受到信道 长度和信号传输速率的影响。
容错能力
物理层能否自动纠正误码和检测出差错的能力。
相关主题
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6
2.2 Ethernet Technology
PHY＋MAC two layer structure Broadcast or Switch Directly addressing to destination
MAC PHY MAC PHY MAC PHY
MAC PHY
MAC PHY
Ethernet
最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度
数据字段 46 ~ 1500 字节
IP 数据报 字节 6 目的地址 6 源地址 2 类型 数 46 ~ 1500 据 4 FCS MAC 层 IP 层
14
MAC 帧
物理层
当传输媒体的误码率为 1108 时， MAC 子层可使未检测到的差错小于 11014。 FCS 字段 4 字节
28
2.4.2 拨号网
PSTN （ Modem33.6/56Kbps），拨号接入 ISDN：一个数字电话网络国际标准，是一种 典型的电路交换网络系统 xDSL链路层：SLIP、PPP
M
M IP PPP PHY PSTN IP PPP MAC PHY PHY RAS Internet
PHY
11
以太网的 MAC 帧格式
IP 数据报
字节
IP层
4
6
6
2
46 ~ 1500
MAC 帧 目的地址 源地址
插 入 8 字节 7 字节
10101010101010
类型
数
据
FCS MAC层
以太网 MAC 帧
1 字节
10101010101010101011
物理层
…
前同步码
帧开始 定界符
12
以太网的 MAC 帧格式
Service provided
LLC MAC physical
10
以太网的两个标准
DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品 （以太网）的规约。 IEEE 的 802.3是一个以太网的国际标准。 DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准 只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简 称为“以太网”。 严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网。
Unicast Broadcast Multicast
9
2.2.2 层次结构
两层结构：L1， L2 L2 分为MAC子层和LLC子层 LLC和MAC子层均可为上层提供服务
LLC： connection oriented & connectionless MAC: connectionless
IP 数据报 字节 6 目的地址 6 源地址 2 类型 数 46 ~ 1500 据 4 FCS MAC 层 IP 层
MAC 帧
物理层
15
当数据字段的长度小于 46 字节时， 应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段， 以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。
在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共 7 个字节， 是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。 第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。
21
PPP 协议的帧格式
先发送 首部 IP 数据报 尾部 协议 2
F A C 7E FF 03
字节
信
息
部
分
FCS
2
F 7E 1
1
1
1
不超过 1500 字节 PPP 帧
PPP 有一个 2 个字节的协议字段。
当协议字段为 0x0021 时，PPP 帧的信息字段就是IP 数据报。 若为 0xC021, 则信息字段是 PPP 链路控制数据。 若为 0x8021，则表示这是网络控制数据。
一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。
20
PPP 协议的帧格式
标志字段 F = 0x7E （符号“0x”表示后面的字 符是用十六进制表示。十六进制的 7E 的二进 制表示是 01111110）； 地址字段 A 只置为 0xFF。地址字段实际上并 不起作用； 控制字段 C 通常置为 0x03； PPP 是面向字节的，所有的 PPP 帧的长度都 是整数字节。
7
以太网特点
传输速率：10M、100M、1G、10Gbps 共享、交换式组网方式 尽力交付机制 传输方式：CSMA/CD，分布式传输控制 传输时延不稳定
指数退避法使时延成倍增加 流量大，时延变化加剧
8
2.2.1 以太网硬件地址
48bit 以太网地址（称为 MAC地址） 网络上每个站点的地址是唯一的 MAC地址分配与硬件接口卡相关 以太网上的各个MAC地址是互不相关的 Addressing
22
不提供使用序号和确认的可靠传输
PPP 协议之所以不使用序号和确认机制是出于 以下的考虑：
在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单 的 PPP 协议较为合理； 在因特网环境下，PPP 的信息字段放入的数据是 IP 数据报。数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层 的传输也是可靠的； 帧检验序列 FCS 字段可保证无差错接受。
Address is needed for each station
5
Addressing
各种网络都定义了自己的编址和寻址机制
物理网要用自己的地址来实现寻址和传输
物理网的地址也可称为物理地址 IP地址不是物理网的地址，不能替代物理网的 寻址 IP Addressing
IP 物理网 Physical network Addressing IP
IP
LAN
WAN
Circuit Switch
LAN
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广域网与局域网
WAN
大，几百uS～几百mS
LAN
传输时延
传输时延
小，几uS～几mS Mbps～Gbps 多点共享、交换信道 标准化协议、种类不多， 依赖性小
传输速率
传输速率
几十Kbps～几Gbps
信道
信道
点对点信道为主
通信协议
通信协议
种类繁多，且依赖于服 务提供商
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网络硬件地址
Point to Point
No address is needed for P2P Transmission Address is needed in case of relay（e.g. WAN)
Multipoint configurations
类型字段用来标志上一层使用的是什么协议， 以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。 类型字段 2 字节
IP 数据报
IP 层
4 FCS MAC 层
字节
6 目的地址
6 源地址
2 类型 数
46 ~ 1500 据
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MAC 帧
物理层
以太网 V2 的 MAC 帧格式
数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段
IP 数据报 字节 6 目的地址 插 入 8 字节 7 字节 10101010101010 1 字节 帧开始 定界符 MAC 帧 6 源地址 2 类型 数 46 ~ 1500 据 4 FCS
IP 层
MAC 层
物理层
… 10101010101010101011
前同步码
为了达到比特同步， 在传输媒体上实际传送的 要比 MAC 帧还多 8 个字节
与共享式以太网相似（帧结构、信道访问） 无连接通信方式 具有分组分段/重装功能 信道速率1M、2M、5.5M、11M、34M
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2.3 点对点协议 PPP
现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点 对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)； 用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是 使用 PPP 协议； PPP 协议由SLIP协议发展而来。
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PPP 协议的组成
1992 年制订了 PPP 协议。经过 1993 年和 1994 年的修订，现在的 PPP 协议已成为因特 网的正式标准[RFC 1661]。 PPP 协议有三个组成部分
来自百度文库
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以后一般不考虑 LLC 子层
由于 TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中 的几种局域网，因此现在 802 委员会制 定的逻辑链路控制子层 LLC（即 802.2 标准）的作用已经不大了。 很多厂商生产的适配器上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。
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底层网络
互联网：构筑在现有网络基础上（底层网络）
使用底层网络的通信服务实现的“网络” 底层网络：LAN、WAN、以及专用的“数据链路” 物理网成为互连网的“信道”，或“接口” 理解和抽象互连网的接口
IP IP Packet switch
物理网为上层提供通信支持
IP
IP
IP
IP
IP
X.25L3 X.25L2 X.25L1
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X.25的现状
X.25 是一个使用电话或者ISDN设备作为网络硬 件设备来架构广域网的ITU-T网络协议； 随着数字电话服务和差错更正功能的调制解调器 的快速发展，帧中继出现。帧中继是带有差错自 动修正功能的X.25； X.25在上世纪八、九十年代兴起，现在仍然有遍 及全球的使用，尽管使用已经在迅速下降。
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2.4 其它网络技术
X.25网 拨号网 专线网 无线网
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2.4.1 X.25 网
电信公司通过X.25提供公众分组数据网 （PDN，Public Data Network） 三层协议体系结构，面向连接通信方式 编址方式：类似电话号码14个(0-9)数字 DU长度256~2000字节 低速率：1200bps～64Kbps
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数据链路层的两个子层
为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准， 802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子 层：（教材p16.）
逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。
与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层， 而 LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种 协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的。
PHY
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RAS：Remote Access Service
2.4.3 其它广域网信道
SONET/SDH 同步光纤网络（线路交换） DDN数字数据网（交换式点对点信道） 微波信道（固定点对点信道） 卫星信道（点对点信道）
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2.4.4 无线局域网
无线局域网IEEE802.11
第二章 底层网络技术
以太网技术 PPP Protocol 其他网络技术
2.1 Introduction
Not a newly designed networks Method & protocol suite to interconnecting existing networks, enables computers in different networks to exchange information.
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用户到 ISP 的链路使用 PPP 协议
已向因特网管理机构 申请到一批 IP 地址 用 户 接入网 ISP 至因特网
PPP 协议
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PPP 协议的工作过程
当用户拨号接入 ISP 时，路由器的调制解调器对拨号做
出确认，并建立一条物理连接； PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧）； 这些分组及其响应选择一些 PPP 参数进行网络层配置， NCP 给新接入的 PC机分配一个临时的 IP 地址，使 PC 机成为因特网上的一个主机； 通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去 的 IP 地址。接着，LCP 释放数据链路层连接。最后释 放的是物理层的连接。