数据通信网ppt课件.ppt

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1、3.1 概 述,第3章 数 据 通信网,3.1.1 数据通信的概念,依照通信协议，利用数据传输与交换技术，在两个功能单元之间完成数据信息的有效传递与交换。实际上，现代数据通信是计算机与数字通信相结合的一种新型通信方式和业务。,信息分为话音、数据和图像三大类型。,3.1.2 数据通信与计算机网络 1数据通信系统图3-1 数据通信系统的基本组成,第3章 数 据 通信网,DTE与DCE,DTE（Data Terminal Equipment，数字终端设备）：指一般的终端或是计算机。可能是大、中、小型计算机，也可能是一台只接收数据的打印机。DCE（Data Circuit-terminating Eq

2、uipment，数据电路终接设备）：通常指调制解调器，多路复用器或数字设备。DTE，DCE的区别：DCE一方提供时钟，DTE不提供时钟，但它依靠DCE提供的时钟工作。比如PC机和MODEM之间的连接。PC机就是一个DTE，MODEM是一个DCE。,数据电路与数据链路,数据电路：指的是在线路或信道上加信号变换设备之后形成的二进制比特流通路，它由传输信道及其两端的数据电路终接设备（DCE）组成。 数据链路：数据电路加上传输控制规程。数据链路的作用与数据电路的作用不同，不只在两地间实现数据信息的传输，而是按照规定的交互工作方式在两个或两个以上的DTE之间有效地交换信息。为此，通信双方必须建立一定的协

3、议，对所采用的信息格式、通信顺序、差错控制以及在信息传输与交换过程中出现的各种情况的监控与处理方式作出规定。这种协议就叫做数据链路控制规程。数据链路就是按照一定的控制规程来进行工作的数据电路。,2数据通信网（Data Communication network）图3-2 远程联机系统,第3章 数 据 通信网,数据通信网是一个由数据终端设备、数据交换设备和数据传输链路所构成的网络，在通信协议的支持下完成数据终端之间的数据传输与数据交换。,第3章 数据 通信网,第3章 数 据 通信网,图3-3 数据通信网,通信子网,基于网络的角度,基于硬件的角度,第3章 数据 通信网,数据通信由完成数据传输、处理

4、、交换功能的节点和链路两部分组成。,第3章 数据 通信网,图3-4 数据通信网的拓扑结构,基于传输技术角度,第3章 数据 通信网,分为交换网和广播网。,交换网有线路交换、存储转发、快速分组交换和ATM信元交换。,广播网有卫星网、分组无线电网、总线局域网和环状局域网。,3计算机网概念：计算机网络是利用通信线路将地理位置分散的、具有独立功能的许多计算机系统连接起来，按照某种协议进行数据通信，以实现资源共享的信息系统。功能：数据通信、资源共享、分布式处理,第3章 数 据 通信网,3.2 数 据 传 输 3.2.1 数据传输信道 （1）专用信道和公用信道 （2）模拟信道和数字信道 （3）有线信道和无线

5、信道,第3章 数据 通信网,第3章 数据 通信网,3.2.2 数据传输方式 1串行传输和并行传输 图3-10 并行传输 图3-11 串-并变换,2单工、半双工和全双工传输图3-12 数据传输方式,第3章 数据 通信网,3同步传输与异步传输 图3-13 同步传输的数据格式 图3-14 异步传输数据格式,第3章 数 据 通信网,3.2.3 数据传输技术（1）数据在传输过程中的表现形式。 （2）基带传输技术。（3）频带传输技术。（4）宽带传输技术。（5）拥塞控制技术。（6）接口技术。（7）同步技术。,第3章 数据 通信网,（8）协议。（9）差错控制与流量控制。 （10）寻址和路由选择。 （11）数据

6、恢复技术。 （12）数据格式化。 （13）编码。,第3章 数 据 通信网,第3章 数据 通信网,3.3 数 据 交 换,交换网络示意图,数据交换有两种类型：电路交换和信息交换（也称存储转发交换）。信息交换方式分为报文交换、分组交换、帧中继和ATM交换。,第3章 数据 通信网,3.3 数 据 交 换,第3章 数据通信网,CTM-Circuit Transfer ModePTM-Packet Transfer ModeATM-Asynchronous Transfer Mode,PTM,CTM,3.3.1 电路交换 1电路交换原理图3-17 电路交换,第3章 数 据 通信网,第3章 数 据 通信网

7、,2电路交换过程 1）呼叫建立阶段2）信息传送阶段3）呼叫释放阶段,3电路交换的特点（1）由网内各段电路的直接连通而提供实时数据传输；（2）用户可向通信管理部门要求建立固定连接租用线路就可消除拨号时延；（3）由用户自己执行全部数据通信功能；（4）可能发生阻塞时，将向发送端返回一忙信号；（5）传输是点对点的；（6）连接一旦建立，交换机以后的负载情况将不会影响正常的通信。,第3章 数 据 通信网,基本的报文交换动作是存储报文、分析报文中的收 报人地址和报文转发。有多个报文送往同一地点时，要排队按顺序发送。报文传送中有检错和纠错措施,第3章 数据 通信 网,3.3.2 报文交换,公用电信网的电报自动

8、交换是报文交换的典型应用，有的专用数据网也采用报文交换方式。,采用存储转发方式的分组交换与报文交换的不同在于：分组交换将用户要传送的信息分割为若干个分组（packet），每个分组中有一个分组头，含有可供选路的信息和其他控制信息。,第3章 数 据 通信网,3.3.3 分组交换,第3章 数 据 通信网,3.3.3 分组交换,报文交换的时延 分组交换的时延,3.3.3 分组交换分组交换的工作原理 图a 分组格式 图b 网内分组的传达,第3章 数 据 通信网,虚电路(VC：Virtual Circuit)方式数据报(DG：Datagram)方式,第3章 数据 通信网,分组交换的两种方式,虚电路,所谓虚

9、电路方式，就是在用户数据传送前先要通过发送呼叫请求分组建立端到端之间的虚电路；一旦虚电路建立后，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送，最后通过呼叫清除分组来拆除虚电路。 它不同于电路交换中的物理连接，而是逻辑连接。 交换虚电路(SVC：Switched Virtual Circuit) 用户通过发送呼叫请求分组来建立虚电路的方式。 永久虚电路(PVC：Permanent Virtual Circuit) 应用户预约，由网络运营者为之建立固定的虚电路，而不需在呼叫时临时建立虚电路，可直接进入数据传送阶段的方式。,第3章 数据 通信网,数据报,数据报不需要预先建立逻辑连接，而是按照每个分组头

10、中的目的地址对各个分组独立进行选路。,第3章 数据 通信网,虚电路与数据报的比较分组头,DG方式的每个分组头中要包含详细的目的地址VC方式由于预先已建立逻辑连接，分组头中只要含有对应于所建立的VC的逻辑信道标识,第3章 数据 通信网,虚电路与数据报的比较选路,VC方式预先有建立过程，一旦虚电路建立，在端到端之间所选定的路由上的各个交换节点都具有映象表，存放出入逻辑信道的对应关系，每个分组到来时只要查找映象表，而不需要进行复杂的选路。DG方式则不需要有建立过程，但对每个分组都要独立地进行选路。,第3章 数据 通信网,虚电路与数据报的比较分组顺序,VC方式中，属于同一呼叫的各个分组在同一条虚电路上

11、传送，分组会按原有顺序到达终点，不会产生失序现象。DG方式中，各个分组由于是独立选路，可以从不同的路由转送，会引起失序。,第3章 数据 通信网,虚电路与数据报的比较故障敏感性,VC方式对故障较为敏感，当传输链路或交换节点发生故障时可能引起虚电路的中断，需要重新建立。 （有些分组网具有再连接功能，出现故障时可自动建立新的虚电路，并做到不丢失用户数据）DG方式中各个分组可选择不同路由，对故障的防卫能力较强，从而可靠性较高。,第3章 数据 通信网,虚电路与数据报的比较应用,VC方式适用于较连续的数据流传送，其持续时间应显著地大于呼叫建立的时间，如文件传送、传真业务等。DG方式则适用于面向事务的询向响

12、应型数据业务。,第3章 数据 通信网,分组交换协议,分组交换基于X.25协议，该协议包含了3层，第一层物理层，第二层数据链路层，第三层分组层，对应于OSI模型的下三层。,第3章 数据 通信网,ChinaPAC(中国公用分组交换网),1993年9月建成，网络采用集中式管理，网管中心设置北京。目前覆盖到全国所有县及以上城市。应用：中国外汇交易中心计算机网络、交通银行管理信息系统、中国人民银行证券磁卡网络。,第3章 数据 通信网,国家骨干网：32个骨干节点，8个骨干汇接点。省级网本地网,ChinaPAC结构,第3章 数据 通信网,第3章 数据 通信网,CHINAPAC,银行主机,ATM1,ATM2,

13、POS1,ATMn,POS2,POSn,银行提款机与CHINAPAC的链接,第3章 数据 通信网,CHINAPAC,使用CHINAPAC实现网络互连,第3章 数据 通信网,CHINAPAC,Internet,使用CHINAPAC接入Internet,第3章 数据 通信网,3.3.4 帧中继（Frame Relay，FR）,帧交换:,是一种帧方式的承载业务，在数据链路层上以简化的方式来传送和交换数据单元,帧方式：是将用户信息流以帧为单位在网络内传送；,帧：在第2层传送的数据单元； 分组：在第3层传送的数据单元,分组交换、帧交换、帧中继协议处理的不同,第3章 数据 通信网,ChinaFRN中国公用

14、帧中继宽带业务网,第3章 数据 通信网,3.3.5 ATM交换,CTM技术特点是固定分配带宽、面向物理连接、同步时分复用，适应实时话音业务，具有较好的时间透明性；PTM技术特点是动态分配带宽、面向无连接或逻辑连接、统计时分复用，适应可靠性要求较高、有突发特性的数据通信业务，具有较好的语义透明性。 ATM交换技术是以分组传送模式为基础并融合了电路传送模式的优点发展而来的，兼具分组传送模式和电路传送模式的优点。,第3章 数据 通信网,第3章 数 据 通信网,概念：,异步传输模式，用于宽带综合业务数字网的复用、传输和交换；,3.3.5 ATM交换,第3章 数 据 通信网,特点：,固定长度的信元中继：

15、,信元：信头信息域，固定长度，53字节,采用很短的信元可以减少交换节点内部的 缓冲器容量以及排队时延和时延抖动；,有利于简化交换控制和缓冲器处理，,第3章 数 据 通信网,特点：,固定长度的信元中继：,信头简化：,面向连接：,异步时分交换:,虚连接标识、优先级、信头的差错检验,信头中的差错检验是针对信头本身的；,STD:按时间位置来区分连接；ATD:按信元的信头来区分连接,需先建立虚连接，分为VCC和VPC两个等级,一个信元占有一个位置，但不固定分配；,第3章 数 据 通信网,综述: ATM技术是以分组传送模式为基础并融合了电路传送模式高速化的优点发展而成的。 采用异步时分复用方式，实现了动态

16、分配带宽，可适应任意速率的业务； 固定长度的信元和简化的信头，使快速交换和简化协议处理成为可能，从而极大地提高了网络的传输处理能力，使实时业务应用成为可能。,第3章 数 据 通信,方 式,项 性,目 能,3.3.8 数字数据网（Digital Data Network DDN）,DDN是利用数字信道传输数据信号的数据传输网。提供永久性和半永久性连接的数字数据传输信道。CHINADDN（中国公用数字数据网）,第3章 数 据 通信,ISP、ICP,互联网应用服务产业链“设备供应商基础网络运营商内容收集者和生产者业务提供者用户” 中国三大基础运营商：中国电信、中国移动、中国联通国内知名ICP：新浪、

17、搜狐、163、21CN等等,小 结掌握数据传输相关的基本概念掌握数据交换的基本方式及原理,第3章 数据 通信网,第3章 数 据 通信网,1、在通信网中为什么要引入交换的概念？,思考题,2、目前交换技术主要有那几种，分别属于哪 种传送模式？,3、基本概念：面向连接方式、无连接方式,3.4 IP网,IP技术是一种无连接的分组交换技术，具有协议简单、开放的特性，具有成熟的标准应用接口和数量众多的应用开发人员。同时，基于IP实现网络互连的技术成熟、成本低。,3.4.1 概述3.4.2 IP网络协议3.4.3 路由器组网3.4.4 IP电话网,IP网,3.4.1 概述,IP网指的是使用IP协议的网络。

18、IP网具有以下几大特点：（1）分布式网络结构；（2）端到端原则，所有增值功能都在网络之外由终端完成；（3）IP网可以建立在任何传输通道上，可以保证异种网络的互通（即IPoverEverything）；（4）具有统一的寻址体系，网络可扩展性强。,图3.16 TCP/IP参考模型,IP网络都采用TCP/IP体系结构,3.4.1 概述,TCP/IP协议集和OSI/RM的比较,3.4.1 概述3.4.2 IP网络协议3.4.3 路由器组网3.4.4 IP电话网,IP网,3.4.2 IP网络协议,TCP/IP是一个协议族，包含了100多个协议。 TCP/IP中两个最基本最重要的协议： TCP（Trans

19、fer Control Protocol，传输控制协议） IP(Internet Protocol，互联网协议) 目前的版本IPv4,3.4.2.1 IPv4协议3.4.2.2 IPv6协议3.4.2.3 IPv4向IPv6过渡,3.4.2 IP网络协议,IP地址是Internet地址的一种表示形式；IP地址由两部分组成：网络号与主机号。网络号标识一个逻辑网络，主机号标识网络中一台主机；一台Internet主机至少有一个IP地址，而且这个IP地址是全网唯一的。,3.4.2.1 IPv4协议,1IPv4的地址IP地址长度为32位，采用x.x.x.x的格式来表示，每个x为8位。例如，202.113

20、.29.119，每个x的值为0255。这种格式的地址被称为点分十进制地址；根据不同的取值范围，IP地址可以分为五类；IP地址中的前5位用于标识IP地址的类别： A类地址的第一位为0； B类地址的前两位为10； C类地址的前三位为110； D类地址的前四位为1110； E类地址的前五位为11110。,3.4.2.1 IPv4协议,IP地址分类,A类IP地址,A类IP地址的网络号长度为7位，主机号长度为24位；A类地址是从：1.0.0.0127.255.255.255；网络号长度为7位，从理论上可以有27=128个网络；网络号为全0和全1（用十进制表示为0与127）的两个地址保留用于特殊目的，实际

21、允许有126个不同的A类网络；由于主机号长度为24位，因此每个A类网络的主机IP数理论上为224=16 777 216；主机IP为全0和全1的两个地址保留用于特殊目的，实际允许连接16 777 214个主机；A类IP地址结构适用于有大量主机的大型网络。,B类IP地址,B类IP地址的网络IP长度为14位，主机IP长度为16位；B类IP地址是从：128.0.0.0191.255.255.255；由于网络IP长度为14位，因此允许有214=16384个不同的B类网络，实际允许连接16382个网络；由于主机IP长度为16位，因此每个B类网络可以有216=65536个主机或路由器，实际一个B类IP地址允

22、许连接65534个主机或路由器；B类IP地址适用于一些国际性大公司与政府机构等中等大小的组织使用。,C类IP地址,C类IP地址的网络号长度为21位，主机号长度为8位；C类IP地址是从：192.0.0.0223.255.255.255；网络号长度为21位，因此允许有221=2097152个不同的C类网络；主机号长度为8位，每个C类网络的主机地址数最多为28=256个，实际允许连接254个主机或路由器；C类IP地址适用于一些小公司与普通的研究机构。,D类和E类IP地址,D类IP地址不标识网络; 地址范围：224.0.0.0239.255.255.255 用于其他特殊的用途，如多播地址Multica

23、sting；E类IP地址暂时保留； 地址范围：240.0.0.0255.255.255.255； 用于某些实验和将来使用。,IP地址的二进制表示,用点分十进制表示 用二进制表示129.8.16.25 10000001 00001000 00010000 0001100110. 2. 0. 52 00001010 00000010 00000000 00110100126. 0. 0. 0 01111110 00000000 00000000 00000000192.255.255.255 11000000 11111111 11111111 11111111,特殊IP地址形式,直接广播地址受限

24、广播地址网络地址“这个网络上的特定主机”地址回送地址私有地址,1.直接广播地址,A类、B类与C类IP地址中主机号全1的地址为直接广播地址，不分配给任何主机;用来将一个分组以广播方式发送给特定网络上的所有主机;只能作为分组中的目的地址;,2.受限广播地址,网络号与主机号32位全为1的地址为受限广播地址;分组将被本网的所有主机接受，路由器则阻挡该分组通过。,3.网络地址,主机号为全0的IP地址，不分配给任何主机，仅用来表示某个网络的网络地址。如:202.119.2.0,4.“这个网络上的特定主机”地址,主机或路由器向本网络上的某个特定的主机发送分组；网络号部分为全0，主机号为确定的值；这样的分组被

25、限制在本网络内部。,5.回送地址,回送地址是用于网络软件测试和本地进程间通信；TCP/IP协议规定：含网络号为127的分组不能出现在任何网络上；主机和路由器不能为该地址广播任何寻址信息。,6.私有地址,保留了三个IP地址区域作为私有地址，其地址范围如下： 10.0.0.0/8：10.0.0.010.255.255.255 172.16.0.0/12：172.16.0.0172.31.255.255 192.168.0.0/16：192.168.0.0192.168.255.255内网IP对Internet的访问必须通过代理的方式，NAT( Network Address Translation

26、)技术被广泛应用。,子网和超网的基本概念,1 为什么要研究子网和超网IP地址的有效利用率问题 路由器的工作效率问题子网（subnet） 将一个大的网络划分成几个较小的网络，而每一个网络都有其自己的子网地址；超网（supernet） 将一个组织所属的几个C类网络合并成为一个更大地址范围的逻辑网络。,子网掩码与子网地址空间的划分方法,子网与IP地址的三级层次结构,划分为3个子网的结构,三级层次的IP地址是：网络号. 子网号. 主机号；第一级网络号定义了网点的位置；第二级子网号定义了物理子网；第三级主机号定义了主机和路由器到物理网络的连接；三级层次的IP地址，一个IP分组的路由选择的过程为三步：第一

27、步转发给网点，第二步转发给物理子网，第三步转发给主机。,子网掩码的概念,子网掩码表示方法：网络号与子网号置1，主机号置0。 也可以用点分十进制表示方法，外加一个”/”来表示，并跟上网络+子网部分的位数。如255.255.252.0可写成/22。,掩码运算,二进制的IP地址与掩码按位进行“与” 运算的过程,子网掩码运算,子网地址空间的划分,划分子网就是将一个大网分成几个较小的网络；A类、B类与C类IP地址都可以划分子网；划分子网是在IP地址编址的层次结构中增加了一个中间层次，使IP地址变成了三级层次结构。例:一个大型跨国公司的管理者从网络管理中心获得 一个A类IP地址121.0.0.0； 需要划

28、分1000个子网。 分析：该公司需要有1 000个物理网络，加上主机号全 0 和全1的两种特殊地址，子网数量至少为1002； 选择子网号的位长为10，可以用来分配的子网 最多为1024，满足用户要求。,A类地址子网划分后的结构,划分子网后的地址范围,划分子网后的网点内部结构,如何根据主机的IP地址判断是否属于同一个子网,在划分子网的情况下，判断两台主机是不是在同一个子网中，看它们的网络号与子网地址是不是相同。实例：主机1的IP地址为156.26.27.71主机2的IP地址为156.26.27.110子网掩码为255.255.255.192判断它们是不是在同一个子网上。,主机1的IP地址与子网掩

29、码做与运算：主机2的IP地址与子网掩码做与运算：结论:子网号都是 0001101101，因此它们属于同一个子网。,2IP包长 IP包由首部和实际的数据部分组成。数据部分一般用来传送其它的协议，如TCP、UDP、ICMP等。数据部分最长可为65515字节。 3IP路由 一个IP包从发送方出发，到接送方收到，往往要穿过通过路由器连接的许许多多不同的网络。每个路由器都拥有如何传递IP包的路由表。路由表中记录了到不同网络的路径，在这里每个网络都被看成一个目标网络。路由表中的记录由路由协议管理，记录可以是静态的记录，也有可能是由路由协议动态的获取的 。,3.4.2.1 IPv4协议,常用的路由协议有：（

30、1）路由信息协议(RIP)（2）开放式最短路径优先协议（OSPF)（3）中介系统对中介系统协议(IS-IS)（4）边界网关协议(BGP)（5）互联网控制消息协议（ICMP）,3.4.2.1 IPv4协议,4IPv4存在问题（1）地址问题: 随着IP网络规模的不断扩大，IP地址空间就非常紧张了，因此IPv4的一个主要问题就是要尽快拓展地址空间。 （2）IPv4选路：在互联网或内联网上传输的IPv4包必须从一个网络选路到另一个网络以到达其目的地。所有选路最终依赖于某个路由器查看不同路由的列表并确定正确的路由 。路由表的长度将随着网络数量的增加而变长， 选路就非常困难。,3.4.2.1 IPv4协议

31、,（3）划分子网：当本地网络媒体在网络大小或连接的主机数量上到达极限时，就需要划分子网。划分子网的问题在于它只适用于某种特定规模的机构 。（4）网络地址翻译：网络地址翻译系统的功能在专用网络和公用网络之间的接口实现，该系统)了解专用网络上所有主机的地址，并将其翻译为可访问的公用网络地址，这样所有的内部主机就可以与外部主机通信。,3.4.2.1 IPv4协议,（5）网络管理与配置：IPv4 中地址管理和主机配置提出了至少两大问题：首先，如果配置主机很困难，将耗费钱财；其次，如果无论是否已连接，均为每个主机捆绑一个IP地址，这将浪费地址。（6）服务类型有限（7）IP选项：尽管使用IPv4选项有很多好处，但由于它们对于性能的影响已使得它们很少使用。 （8）IPv4安全性差,3.4.2.1 IPv4协议,MAC地址:网络中的每台主机都必须有一个48位(6Byte)的物理地址，它是该主机在全球范围的唯一标识符，与其物理位置无关。(比较IP地址)该物理地址称为MAC地址，通常固化在网卡上。当一台计算机插上一块网卡后，该计算机的物理地址就是该网卡的MAC地址。MAC地址的例子(以十六进制表示)： 02 60 8C 67 05 A2,小结,掌握IP协议的基本定义及表示,