计算机网络期末复习.ppt

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1、计 算 机 网 络 基 础,目 录,第1章 概述第2章 物理层第3章 数据链路层第4章 网络层第5章 运输层第6章 应用层第7章 网络安全,第 1 章 概述,1.1 计算机网络在信息时代中的作用1.2 因特网概述1.3 因特网的组成1.4 计算机网络在我国的发展1.5 计算机网络的类别1.6 计算机网络的性能1.7 计算机网络的体系结构,主要知识点,计算机网络定义与功能因特网的发展、组成因特网的两种工作模式和三种交换技术计算机网络在我国的发展计算机网络的分类计算机网络的性能OSI参考模型TCP/IP参考模型,计算机网络的定义 最简单的定义：计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。,计算

2、机网络的主要功能：连通性（信息交换）资源共享,因特网的核心部分,因特网的边缘部分,主机,网络,路由器,资源子网,通信子网,host,因特网的组成,三种交换的比较,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,数据传送的特点,比特流直达终点,报文,报文,报文,分组,分组,分组,存储转发,存储转发,存储转发,存储转发,1.4 计算机网络在我国的发展,(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

3、联网 CIETNET(7)中国移动互联网 CMNET(8)中国长城互联网 CGWNET（建设中）(9)中国卫星集团互联网 CSNET（建设中）,1.5 计算机网络的分类,按网络覆盖范围分按网络拓扑结构分按数据传输方式分按通信介质分按网络的使用者分,1.5.2 几种不同类别的网络,按网络覆盖范围分广域网WAN(Wide Area Network)城域网MAN(Metropolitan Area Network)局域网LAN(Local Area Network)个人区域网PAN(Personal Area Network),从拓扑结构分类,总线型星型树型环型网状型混合型,星形拓扑,树形拓扑,总线

4、型拓扑,环形拓扑,网状拓扑,按通信传播方式分,点对点传输方式的网络广播方式网络,按通信介质分,有线网络无线网络,按网络的使用者分公用网(public network)公用网又称公众网，只要符合网络拥有者要求的人就能使用这个网。专用网(private network)专用网为一个或几个部门所拥有，只为拥有者提供服务。,性能指标,误码率（bit error ratio，BER）：是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%。IEEE802.3标准规定：1000Base-T网络可接受的最高限度误码率为10-10。,1.7 计算机网络的体系结构1.7.1

5、计算机网络体系结构的形成,分层原因：“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。,分层的好处,各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。,1.7.2 协议与划分层次,网络协议(network protocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。协议三要素：语法、语义、同步,1.7.3 实体、协议、服务和服务访问点,实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提

6、供服务。要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。,实体、协议、服务,协议(n+1),SAP 服务访问点,SAP,交换原语,交换原语,实体(n+1),服务提供者,第 n 层,第 n+1 层,实体(n+1),服务用户,实体(n),实体(n),协议(n),服务,小 结,下层的协议对上层的服务用户是透明的。协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP(Service Access Point)。,1.7.4 计算机网络的体系结构,计算机网络的体系结构(architectu

7、re)是计算机网络的各层及其协议的集合。OSI参考模型：七层TCP/IP参考模型：四层,TCP/IP和OSI参考模型,位（bit）,帧（frame）,分组（packet）,报文（message）,数据（data）,物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层,相同点采用分层的协议模型；层次的功能大体相同；,两种参考模型的比较,重点,不同点服务、接口、协议概念的区分；层数；模型的通用性；通信服务类型：OSI：网络层上提供面向连接和无连接两种通信服务，而在传输层上只提供面向连接服务；TCP/IP：网络层上只提供无连接服务，而在传输层上提供面向连接和无连接两种服务。,两种参考模型的比较

8、（续）,Back,第 2 章 物理层,2.1 物理层的基本概念2.2 数据通信的基础知识2.3 物理层下面的传输媒体2.4 信道复用技术2.5 数字传输系统2.6 宽带接入技术,主要知识点,物理层的基本概念数据通信基础知识信道的极限容量：Nyquist定理、Shannon定理传输介质信道复用技术数字传输系统与脉码调制PCM宽带接入技术,2.1 物理层的基本概念,2、四个特性：机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。过程特性 指明对于不同功能的各种可能

9、事件的出现顺序。,+5+15 表示二进制0-15-5 表示二进制1,1、功能：完成相邻节点之间原始比特流的传输,2.2 数据通信的基础知识2.2.1 数据通信系统的模型,调制解调器,PC 机,公用电话网,调制解调器,数字比特流,数字比特流,模拟信号,模拟信号,输入汉字,显示汉字,PC 机,并行传输：同时传输一组比特，每个比特使用单独的一条线路。串行传输：使用一条线路，逐个地传输所有的比特。,传输方式,单向通信（单工通信）只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。双向交替通信（半双工通信）通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。双向同时通信（全双工通信）通信的双方可以

10、同时发送和接收信息。,数据通信方式,2、数据传输方式,频带传输 数字信号调制成音频模拟信号后再传送，接收方需要解调。例如：通过电话网络传输数据。基带传输 数字信号以原来的“0”、“1”形式原封不动地在信道中传输。直接传输二进制数字信号的信道，对信号要进行编码。,a.单极性不归零编码 在每一码元时间内，有电流发出表示“1”，无电流发出表示“0”，每个码元的中心是取样时间。b.双极性不归零编码 正脉冲表示“1”，负脉冲表示“0”，正负脉冲幅值相等。c.单极性归零编码“1”：发正的窄脉冲；“0”：无电流发出。d.双极性归零编码“1”：发正的窄脉冲；“0”：发负的窄脉冲。,编码的方法,a)单极性不归零

11、编码,b)双极性不归零编码,c)单极性归零编码,d)双极性归零编码,e.曼彻斯特编码 将每个码元分成两个相等的间隔；码元“1”是由高至低电平转换；码元“0”则正好相反，由低至高电平转换。f.差分曼彻斯特编码 在每一个码元的正中间有一次电平转换；表示“1”时，其前半个码元的电平与上一个码元的电平相同；表示“0”时，其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。,高低的跳变代表1，低高的跳变代表0,有跳变代表0，无跳变代表1。,高低的跳变代表0，低高的跳变代表1,Exercise,请画出信息“001101”的单极性不归零码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码波形图（假设线路的初始状态为高电平）

12、。,某8比特数据经“位填充”后在信道上用曼彻斯特编码发送，信道上的波形如下图所示，试求原8比特的数据。,11111010,位填充：发送时，在数据的连续5个1后自动增加一个0；接收时，自动去掉连续5个1后的1个0.,数据同步方式,异步传输特点：收、发双方没有统一时钟，但能同步；以字符为单位传输。实现方法：1位起始位“0”，5-8位数据，1位校验位，1-2位停止位“0”。,特点：收、发双方有严格统一的时钟；接收端时钟靠提取所收到的数据位中的定时信息来形成。实现方法：面向字符的同步方式：SYN面向位的同步方式:01111110,同步传输,最基本的调制方法,调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化

13、。幅移键控ASK（Amplitude Shift Keying）调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。频移键控FSK（Frequency Shift Keying）调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。相移键控PSK（Phase Shift Keying）,对基带数字信号的几种调制方法,0,1,0,0,1,1,1,0,0,基带信号,调幅,调频,调相,5、波特与比特率的关系,波特率信号每秒钟变化的次数用于描述载波(Carrier)信号 比特率信号每秒钟传输的二进制位数与信号的状态数有关 两者的关系,假设某个信道的最高码元传输速率为2000band，而且每一个码元携带2bit的

14、信息，则该信道的最高信息传输速率为()。A、2000band B、2000bit C、4000band/s D、4000bit/s,D,练 习,网络的传输方式按信号传送方向和时间关系，信道可分为单工、和 三种。通过改变载波信号的相位值来表示数字信号1和0的方法称为（）。A、ASKB、FSK C、PSK D、ATM,C,半双工,全双工,RS-232C的电气特性规定逻辑“1”的电平范围分别为()+5+15 表示二进制0-15-5 表示二进制1 A、+5V至+15V B、-5V至-15V C、0V至+5V D、0V至-5V,采用异步传输方式，设数据位为7位，1位校验位，1位停止位，则其通信效率为()

15、A、30%B、70%C、80%D、20%,B,B,Nyquist定理（奈奎斯特定理）用于无噪声理想低通信道Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高数据传输速率提供了依据。,2.2.3 信道的极限容量,Shannon公式：用于有噪声干扰信道,Shannon定理,例：信道带宽W=3.1kHz，S/N=2000，则 C=3100log2（1+2000）34kb/s 即该信道上的最大数据传输率不会大于34kb/s。,信噪比的单位也可用分贝(dB)表示：S/NdB=10log10 S/N 若S/NdB=30dB，则S/N=1000。,练 习,（1）话音级线路的带宽约为3.1kHz，信号由2个离散等级组

16、成，根据奈奎斯特定理计算的信道最大数据传输率为多少？（2）若信道带宽W=3.1kHz，S/N=2000，则信道最大数据传输率为多少？,6200 b/s,34kb/s,（3）If a binary signal is sent over a 3-kHz channel whose signal-to-noise ratio is 20 dB,what is the maximum achievable data rate?,6kb/s,2.3 物理层下面的传输介质,有线传输介质双绞线（Twisted Pair）同轴电缆（Coaxial Cable）光纤（Fiber Optics）无线传输介质微波

17、卫星通信,线序标准：568A 白绿、绿、白橙、兰、白兰、橙、白棕、棕568B 白橙、橙、白绿、兰、白兰、绿、白棕、棕,双绞线的连接,在通常的工程实践中，T568B使用得较多。,直连线两端都为EIA-568A或EIA-568B；PC/路由器交换机/HUB、HUB-HUB(级连端口)交叉线：一端为EIA-568A，另一端为EIA-568B；交换机交换机、PC-PC、HUB-HUB(标准端口),双绞线的连接,线序是不能随意改动的，否则导线的抗干扰能力就要下降，误码率就可能增大。,常用传输介质的比较,2.4 信道复用技术2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用,复用(multiplexing)是通

18、信技术中的基本概念。,(a)不使用复用技术,频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing),用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。,时分复用TDM(Time Division Multiplexing),将一段时间划分成许多等长的时间片，即时分复用帧（TDM 帧）。每一个用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。,2.4.2 波分复用 WDM(Wavelengt

19、h Division Multiplexing),波分复用就是光的频分复用。,2.4.3 码分复用 CDM(Code Division Multiplexing),常用的名词是码分多址 CDMA(Code Division Multiple Access)。各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。,2.5 数字传输系统1.脉码调制 PCM 体制,PCM 有两个互不兼容的国际标准：T1：北美的 24 路 PCM，1.544Mb/sE1：欧洲的 30 路 PCM，2.048Mb/s当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。

20、,2.同步光纤网 SONET 和同步数字系列 SDH,旧的数字传输系统存在着许多缺点：速率标准不统一。不是同步传输，采用准同步方式。,同步光纤网 SONET,同步光纤网 SONET(Synchronous Optical Network)的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。第 1 级同步传送信号 STS-1(Synchronous Transport Signal)的传输速率是 51.84 Mb/s。光信号则称为第 1 级光载波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。,同步数字系列 SDH,ITU-T 以美国标准 SONET 为基础，制订出国际标准同步数字系列 SDH(Sync

21、hronous Digital Hierarchy)。一般可认为 SDH 与 SONET 是同义词。SDH 的基本速率为 155.52 Mb/s，称为第 1 级同步传递模块(Synchronous Transfer Module)，即 STM-1，相当于 SONET 体系中的 OC-3 速率。,SONET 的 OC 级/STS 级与 SDH 的 STM 级的对应关系,2.6 宽带接入技术2.6.1 xDSL技术,xDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。xDSL 技术就把 04 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给上网用户使

22、用。DSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写。而 DSL 的前缀 x 则表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。,xDSL 的几种类型,ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数字用户线HDSL(High speed DSL)：高速数字用户线SDSL(Single-line DSL)：1 对线的数字用户线VDSL(Very high speed DSL)：甚高速数字用户线DSL：ISDN 用户线。RADSL(Rate-Adaptive DSL)：速率自适应 DSL，是 ADSL 的一个子集，可自动调节线路速率）

23、。,码片序列(chip sequence),每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。发送比特 1 时，就发送序列 00011011，发送比特 0 时，就发送序列 11100100。S 站的码片序列：(1 1 1+1+1 1+1+1),每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片。,CDMA 的重要特点,每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交(orthogonal)。在实用的系统中是使用伪随机码序列。,码片序列的正交

24、关系,令向量 S 表示站 S 的码片向量，令 T 表示其他任何站的码片向量。两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和T 的规格化内积(inner product)都是 0：,(2-3),码片序列的正交关系举例,令向量 S 为(1 1 1+1+1 1+1+1)，向量 T 为(1 1+1 1+1+1+1 1)。把向量 S 和 T 的各分量值代入(2-3)式就可看出这两个码片序列是正交的。,正交关系的另一个重要特性,任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1。一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 1。,CDMA 的工作原理,S 站的码片序列 S,1,1,0,t,t,t,t,t,t

25、,m 个码片,t,S 站发送的信号 Sx,T 站发送的信号 Tx,总的发送信号 Sx+Tx,规格化内积 S Sx,规格化内积 S Tx,数据码元比特,发送端,接收端,Exercise,有两个站进行码分多址CDMA通信。四个站的码片序列为：A：（-1-1-1+1+1-1+1+1）B：（-1-1+1-1+1+1+1-1）C：（-1+1-1+1+1+1-1-1）D：（-1+1-1-1-1-1+1-1）现收到这样的码片序列（-1+1-3+1-1-3+1+1），问那个站发送了数据？发送的数据是1还是0？,Answer:1 0 无 1,Back,主要知识点,数据链路层的基本问题差错检测-CRC检验点对点协

26、议PPP共享信道分配与CSMA/CD协议网络互连设备：集线器、网桥、交换机、路由器以太网的MAC层各种类型的以太网,第 3 章 数据链路层,3.1 使用点对点信道的数据链路层3.1.1 数据链路和帧,链路(link)：点到点的物理线路。数据链路(data link)：链路+通信协议。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。,3.1.2 三个基本问题,1 封装成帧2 透明传输3 差错控制,1.封装成帧,封装成帧(framing)：在一段数据的前后分别添加首部和尾

27、部，构成一个帧。首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。,帧结束,帧首部,IP 数据报,帧的数据部分,帧尾部,MTU,数据链路层的帧长,开始发送,帧开始,2.透明传输,SOH,EOT,出现了“EOT”,被接收端当作无效帧而丢弃,被接收端误认为是一个帧,数据部分,EOT,完整的帧,发送在前,解决透明传输的方法,字符计数法字符填充法位填充,字符计数法,字符填充法,字符填充：byte stuffing发送端，在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(1BH)。接收端，在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转

28、义字符。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。,SOH,SOH,EOT,SOH,ESC,ESC,EOT,ESC,SOH,ESC,ESC,ESC,SOH,原始数据,EOT,EOT,经过字节填充后发送的数据,字节填充,字节填充,字节填充,字节填充,发送在前,帧开始符,帧结束符,用字节填充法解决透明传输的问题,SOH,零比特（位）填充法,在发送端，只要发现有 5 个连续 1，则立即填入一个 0。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5 个连续1时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除。,在HDLC协议中，比特序列01111101111110101经过位插入后的序列是（）。A

29、、011111011111010101B、011111001111010101C、01111100111110101D、0111110111110101,练 习,B,3.差错检测,在传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会变成 0，而 0 也可能变成 1。为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测和差错纠正措施。常用的差错检测方法：CRC检验；常用的差错纠正方法：汉明编码,循环冗余检验的原理,循环冗余检验：Cyclic Redundancy Check,CRC。在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k 个比特。假设待传送的一组数据 M=101001（现在 k=6）。

30、我们在 M 的后面再添加供差错检测用的 n 位冗余码一起发送。,冗余码的计算,若生成多项式为n阶多项式，则其对应的（n+1）位二进制为除数P。用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算，即在 数据M 后添加 n 个 0。用(k+n)位的数除以(n+1)位的除数 P，得出商是 Q 而余数是 R，R 取 n 位。,冗余码的计算举例,现在 k=6,M=101001。设G（x）=x3+x2+1,则除数 P=1101.被除数 2nM=101001000。模 2 运算的结果是：商 Q=110101，余数 R=001。把余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发送出去。发送的数据是：2nM+R 即：

31、101001001，共(k+n)位。,110101 Q(商)P(除数)1101 101001000 2nM(被除数)1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 R(余数)，作为 FCS,循环冗余检验的原理说明,帧检验序列 FCS,在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列 FCS(Frame Check Sequence)。循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 FCS并不等同。CRC 是一种常用的检错方法，而 FCS 是添加在数据后面的冗余码。FCS 可以用 CRC 这种方法得出，但 CRC 并非用来获得 FCS 的唯一方法。

32、,接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验,(1)若得出的余数 R=0，则判定这个帧没有差错，就接受(accept)。(2)若余数 R 0，则判定这个帧有差错，就丢弃。但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。,生成多项式,CRC-4 X4+X+1CRC-8 X8+X5+X4+1CRC-12 X12+X11+X3+X+1CRC-16 X16+X15+X2+1CRC-16-CCITT X16+X12+X5+1CRC32 X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1,要发送的数据为1101011011，采用CRC的生成多项式是

33、G(x)=x4+x2+1。试求应添加在数据后面的余数。在数据传输过程中，若接收方收到发送方送来的信息为10110011011，生成多项式为G(x)=x4+x3+1，接收方收到的数据是否正确？若想发送的一段信息为10110011，则在线路上传输的码字是怎样的？,不正确,101100110100,1111,误码控制基本原理,The bits that are powers of 2(1,2,4,8,16,etc.)are check bits.The rest(3,5,6,7,9,etc.)are filled up with the m data bits.Each check bit forc

34、es the parity of some collection of bits,including itself,to be even(or odd).,Hamming code,Correct single errors!,练 习,An 8-bit byte with binary value 10101111 is to be encoded using an even-parity Hamming code.What is the binary value after encoding?,101001001111,思考题,一个8位二进制的信息10101111使用奇校验的海明编码，试问编

35、码后的二进制数据是什么？,011101011111,3.2 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。,3.3.1 特点,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 一个将 IP 数据报封装成帧。链路控制协议 LCP(Link Control Protocol)。网络控制协议 NCP(Network Contro

36、l Protocol)。,3.3 使用广播信道的数据链路层,局域网最主要的特点：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。局域网具有如下的一些主要优点：具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。提高了系统的可靠性、可用性和残存性。,3.3.1 局域网的数据链路层,数据链路层的两个子层,为了更好地适应多种局域网标准，数据链路层分成两个子层：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 L

37、LC 子层则与传输媒体无关。,局域网对 LLC 子层是透明的,局 域 网,网络层,物理层,站点 1,网络层,物理层,数据链路层,站点 2,LLC 子层看不见下面的局域网,媒体接入控制,局域网中常用的传输控制方式有：冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）、令牌环（Token Ring）、令牌总线（Token Bus）等。,8021-概述、体系结构和网络互连，以及网络管理和性能测量。8022-逻辑链路控制。这是高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口。8023-CSMACD。定义CSMACD总线网的MAC子层和物理层的规约。8024-令牌总线网。定义令牌传递总线网的MAC子层和物理层的规约。

38、8025-令牌环形网。定义令牌传递环形网的MAC子层和物理层的规约。8026-城域网MAN。定义城域网的MAC子层和物理层的规约。8027-宽带技术。8028-光纤技术。8029综合话音数据局域网。80210-可互操作的局域网的安全。80211无线局域网。80214-电缆电视(Cable-TV)。802.16-无线宽带网络.,共享信道分配方案,静态分配信道频分复用时分复用波分复用码分复用 动态分配信道随机接入，如CSMA/CD协议受控接入,CSMA/CD：Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。“多点接入”：多台主机以多点接

39、入方式连接在一根总线上。“载波监听”：每一个站在发送数据前要先检测总线上是否有其它主机在发送数据。如果有，则暂时不发送数据，以免发生碰撞。,3.3.2 CSMA/CD 协议,碰撞检测,“碰撞检测”：主机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。,检测到碰撞后,一旦发现总线上出现了碰撞，每一个正在发送数据的站，就要立即停止发送，然后等待一段随机时间后再次发送。,使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进

40、行半双工通信。每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。,争用期,最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2（两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。称2 为争用期，或碰撞窗口。经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。,二进制指数类型退避算法(truncated binary exponential type),发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。确定基本退避时间，一般是取为争用期 2。定义重传次数 k，k 10，即 k=Min重传次数,10 从整数集合0,1,(2k 1)中随机取一个数r

41、，重传时延为 r 2。当10k16时，重传时延为：1023 2。当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。,争用期的长度,以太网取 51.2 s 为争用期的长度。对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 64 字节。以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。,以太网对总线的控制方式为CSMA/CD方式：发送前监听信道：信道忙则坚持监听，直至信道空闲；一旦发现信道空闲，立即发送；发送时继续监听信道，若检测到冲突立即停止传送帧，并发送一个阻塞信号；进入指数退避（exponential backoff）阶段

42、，随机等待一段时间，重新监听信道。,CSMA/CD 小结,冲突解决,二进制指数退避算法(1)i=16 向网络层报告出错。,常用的以太网MAC帧格式有两种标准：DIX Ethernet V2 标准IEEE 的 802.3 标准最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。,以太网的两个标准,以太网 MAC 帧,物理层,MAC层,10101010101010 10101010101010101011,前同步码,帧开始定界符,7 字节,1 字节,8 字节,插入,IP层,目的地址,源地址,类型,数 据,FCS,6,6,2,4,字节,46 1500,MAC 帧,以太网的 MAC 帧格式,MAC地址,每一块

43、网络适配器（网卡）有一个地址，称为MAC地址，也称物理地址；MAC地址长6个字节，一般用由冒号分隔的6个十六进制数表示，如 8:0:2b:e4:b1:2；全局地址和局部地址局部地址：地址次高比特为1，由网管分配且只在本网内有效；全局地址：地址次高比特为0，由IEEE统一分配；目的地址的类型：单播地址：地址最高比特为0；多播地址：地址最高比特为1，其余不全为1；广播地址：48位全是1；,1.互连设备,中继器集线器网桥交换机路由器网关,网络设备的功能层次,高速以太网,100BASE-T以太网吉比特以太网10吉比特以太网,Back,主要知识点,虚电路服务和数据报服务IPv4地址、IPv4协议、IP层

44、分组转发划分子网、构造超网CIDR、IPv6ARP、RARP、ICMP、IP多播与IGMP路由选择协议：、OSPF、BGPVPN、,第 4 章 网络层,RIP,NAT,4.1 网络层提供的两种服务,无连接服务每个分组携带源地址和目的地址，被直接发送与接收。面向连接服务连接建立、数据传输和连接释放；每个分组只携带虚电路号沿着建立好的虚电路进行传输。,虚电路服务与数据报服务的对比,4.2 网际协议IP,网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一。与 IP 协议配套使用的还有四个协议：地址解析协议 ARP(Address Resolution Protocol)逆地址解析协议 RA

45、RP(Reverse Address Resolution Protocol)网际控制报文协议 ICMP(Internet Control Message Protocol)网际组管理协议 IGMP(Internet Group Management Protocol),网际层的 IP 协议及配套协议,各种应用层协议,网络接口层,(HTTP,FTP,SMTP 等),物理硬件,运输层,TCP,UDP,应用层,ICMP,IP,RARP,ARP,与各种网络接口,网络层（网际层）,IGMP,4.2.2 分类的 IP 地址1.IP 地址及其表示方法,IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分

46、配一个在全球唯一的 32 位的标识符。IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。,net-id24 位,host-id24 位,net-id16 位,net-id8 位,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 位,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1,0,1,4.2.3 IP 地址与硬件地址,网络层,LLC,MAC,物理层,数据链路层,A,Y

47、,X,B,Z,主机 B 向 A 发送ARP 响应分组,主机 A 广播发送ARP 请求分组,ARP 请求,ARP 请求,ARP 请求,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,08-00-2B-00-EE-0A,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,我是 209.0.0.6硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0A,A,Y,X,B,Z,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,逆地址解析协议 RARP,逆地址解析协议 RARP 使只知道自己硬件地

48、址的主机能够知道其 IP 地址。这种主机往往是无盘工作站。因此 RARP协议目前已很少使用。,网络正常时，运行如下命令，可以查看主机ARP缓存中的IP地址及其对应的MAC地址：c:arp（8）,(8)A s B d C all D-a,当发现主机ARP缓存中的MAC地址不正确时，可以执行如 下命令清除ARP缓存：c:arp（9）之后，重新绑定MAC地址。命令如下：c:arp-s（10）（11）,(9)A s B d C all D-a,D,B,主机正确的IP地址和MAC地址,4.2.5 IP 数据报的格式,一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所

49、有 IP 数据报必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。,固定部分,可变部分,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,区 分 服 务,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,数 据 部 分,首 部,IP 数据报,运输层,网络层,首部,TCP,UDP,ICMP,IGMP,OSPF,数 据 部 分,IP 数据报,IP地址,10.0.0.0 到 10.255.255.255172.16.0.0 到 172.31.255.25519

50、2.168.0.0 到 192.168.255.255,私有地址：,二级的 IP 地址：,A、B、C、D、E 五类,4.3 划分子网和构造超网4.3.1 划分子网,1.从两级 IP 地址到三级 IP 地址 在ARPANET的早期，IP 地址的设计确实不够合理。IP 地址空间的利用率有时很低。给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。两级的 IP 地址不够灵活。,划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。从主机号借用若干个位作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个位。IP地址:=,划分子网的基本思路,(I