算机网络与通信技术总复习.ppt

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1、计算机网络与通信技术,总复习,第01章 计算机网络概论,重点内容：三种交换方式的概念和比较带宽、时延、时延带宽积和往返时延的概念网络协议的概念及其要素原理体系结构的层次划分（概念、数据传递过程）TCP/IP体系结构的基本组成,第01章 计算机网络概论,三种交换方式的概念和比较电路交换报文交换分组交换,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,第01章 计算机网络概论,主要性能指标速率带宽吞吐量时延时延带宽积往返时延利用率,第01章

2、计算机网络概论,主要性能指标速率比特率和波特率波特率：M Baud（Baud即波特，是波特率的单位，每秒中发生信号变化的次数，也可也说是码元变化的次数）如果：一个码元携带n比特的信息量，其中n=log2N，这里N指的是码元可以取多少个离散值。则比特率：n M bit/s,n=1,n=2,波特率的周期是图中一个小格时间,第01章 计算机网络概论,主要性能指标时延,总时延=发送时延+传输时延+处理时延+排队时延,时延带宽积,（传播）时延,链路,带宽,时延带宽积=传播时延 带宽,链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。,时延带宽积,第01章 计算机网络概论,主要性能指标RTT 往返时间,发送方

3、发送数据开始，到发送方接收到接收方的确认为止，总共经历的时间。包括中间结点的处理时延，排队时延以及转发数据时的时延。,第01章 计算机网络概论,网络协议的概念及其要素为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议。一个网络协议主要由以下三个要素组成：（1）语法，即数据与控制信息的结构或格式；（2）语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；（3）同步，即事件实现顺序的详细说明。,第01章 计算机网络概论,原理体系结构的层次划分（概念、数据传递过程）,OSI/RM 网络体系结构,应用层,运输层,网络层,表示层,会话层,数据链路层,物理层,7654321,七层模型,应

4、用层,运输层,网络层,表示层,会话层,数据链路层,物理层,7654321,应用层(application layer),应用层协议,表示层协议,会话层协议,运输层协议,网络层协议,链路层协议,物理层协议,主机A,主机B,第01章 计算机网络概论,TCP/IP体系结构的基本组成,网络接口层,IP,各种应用层协议HTTP,FTP,SMTP,DNS 等,TCP,网际层,运输层,UDP,应用层,TCP:传输控制协议(Transmission ControlProtocol),IP:网际协议,沙漏计时器形状的TCP/IP协议族,HTTP,SMTP,DNS,RTP,TCP,UDP,IP,网际层,网络接口层

5、,运输层,应用层,网络接口 1,网络接口 2,网络接口 3,Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务,IP over Everything IP 可应用到各式各样的网络上,第01章 计算机网络概论,TCP/IP体系结构的基本组成,五层协议的体系结构,应用层(application layer)运输层(transport layer)网络层(network layer)数据链路层(data link layer)物理层(physical layer),数据链路层,5 应用层,4 运输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,第02章 物理层,物理层的主要任务信

6、道的有关概念奈奎斯特公式和香农公式传输介质的分类和特点曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码频分复用、时分复用、统计时分复用、码分复用的概念宽带接入技术基本概念（xDSL、HFC、FFTx）,第02章 物理层,物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：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事件的出现顺序。,第02章 物理层,通信系统模型,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

7、,模拟信号,模拟信号,正文,正文,PC 机,第02章 物理层,信道的有关概念课本P40,奈奎斯特定理,在无噪声 理想低通信道中，当带宽为W Hz，信号电平为V级，则：数据传输速率（比特率）=2Wlog2V b/s（V：信号电平的级数，在二进制中，仅为0、1两级）,香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。信道的极限信息传输速率(比特率)C 可表达为 C=W log 2(1+S/N)b/s W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；S 为信道内所传信号的平均功率；N 为信道内部的高斯噪声功率。很多情况下信噪比用分贝（dB）表示信噪比（d

8、B）=10log10S/N 如：信噪比为30dB，则S/N=1000,香农定理,第02章 物理层,传输介质的分类和特点导向媒体非导向媒体,曼切斯特和差分曼切斯特编码,编码规则(M)每个码元中间都有一个电平跳变（同步时钟），分为前后两个半位，负跳变为“0”，正跳变为“1”。(DM)每位数据中间电位跳变只作发方时钟信号，数字信号取值由位开始时有无电位跳变决定。“0”，电位求反，“1”，保持电位不变。,0 0 1 1 0 1,M,DM,曼切斯特和差分曼切斯特编码,编码特点每个二进制位中间电位跳变，可作发方时钟，实现自同步可使编码信号电平直流分量为零，利于通信线路设计编码后的信号频率提高一倍，导致要求

9、通信线路带宽增加编码效率较低,第02章 物理层,多路复用技术时分复用（TDM）每个用户一个时隙频分复用（FDM）每个用户一个频段波分复用（WDM）光波的频分复用码分多址复用（CDMA）-计算题,第02章 物理层,多路复用技术码分多址复用（CDMA）,第02章 物理层及数字通信基础,宽带接入技术基本概念（xDSL、HFC、FFTx）三种方式的特点和概念了解一下,第03章 数据链路层,三个基本问题,(1)封装成帧(2)透明传输(3)差错控制,第03章 数据链路层,冗余检验方法 CRC校验-计算多项式模2除法冗余的位数发送顺序,第03章 数据链路层,PPP协议特点及数据帧格式 自己看书,第03章 数

10、据链路层,CSMA/CD协议坚持CSMA所谓坚持：一直侦听信道1：有空闲马上发送p：有空闲不一定发送非坚持CSMA所谓非坚持：不是一直在侦听信道,第03章 数据链路层,CSMA/CD协议碰撞的产生,1 km,A,B,t,t=0,单程端到端传播时延记为,第03章 数据链路层,CSMA/CD协议最短帧长发送端是边发送边检测碰撞，发送完了就不检测了。因此，要保证在最长的碰撞检测时间2 内，数据还没有发送完毕。也就是说如果发送时间小于2，则不能保证发送的数据不会由于碰撞而失效。争用期：如果在这个时间内，没有检测到碰撞，则表明信道被我占用了，争用期要大于等于2以太网取 51.2 s 为争用期的长度。对于

11、 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 64 字节。最小帧间间隔9.6us,第03章 数据链路层,CSMA/CD协议流程,第03章 数据链路层,MAC地址与MAC帧格式MAC地址第一个字节的最低位是1，表示组播地址；为0才是单播地址,00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001,最低位最先发送,最高位,最低位,最高位最后发送,低位在前,I/G 比特,第 1,字节顺序,第 2,第 3,第 4,第 5,第 6,802.3,第03章 数据链路层,MAC地址与MAC帧格式总长度：641518字节先目的地址，后源地址,M

12、AC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,第03章 数据链路层,网络扩展设备物理层：集线器数据链路层：网桥（交换机）网络层：路由器,物理层：中继器/集线器 在电缆段之间复制比特流。没有地址概念，因此从本质上不能算是网络互连。,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层 物理层,中继器集线器,电缆段2,电缆段1,物理层,数据链路层：网桥/交换机 在网段之间转发数据帧frame。根据数据帧中的信息（MAC地址）进行转发。,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,网桥交换机,数据链路层,网段1,

13、网段2,链路层,物理层,网络层：路由器 在网络之间转发报文分组。根据分组中的逻辑地址（IP地址）进行转发。,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,路由器,链路层,网络层,网络2,网络1,第03章 数据链路层,以太网信道利用率假设争用期为0的情况下的信道利用率,最大信道利用率,=,=,总线的单程传播时延和帧的发送时延之比,第03章 数据链路层,网桥的工作原理和分类主要透明网桥的原理,第04章 网络层,IP协议的组成（ARP、RARP、ICMP、IGMP）,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

14、的还有四个协议：地址解析协议 ARP(Address Resolution Protocol)逆地址解析协议 RARP(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),第04章 网络层,IP协议的组成（ARP、RARP、ICMP、IGMP）,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,

15、与各种网络接口,网络层（网际层）,IGMP,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,第04章 网络层,分类IP地址的划分方法,IP 地址的使用范围,网络 最大 第一个 最后一个 每个网络类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 A 126(27 2)1 126 16,777,214 B 16,383(214

16、 1)128.1 191.255 65,534 C 2,097,151(221 1)192.0.1 223.255.255 254,第04章 网络层,IP地址与MAC地址的区别和联系,TCP 报文,IP 数据报,MAC 帧,应用层数据,首部,首部,尾部,首部,第04章 网络层,IP地址与MAC地址的区别和联系,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,第04章 网络层,IP数据报的格式及分片方法,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，是所有 IP 数据报

17、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。,可变部分,首部,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,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,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,固定

18、部分,可变部分,区 分 服 务,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,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,固定部分,可变部分,区 分 服 务,偏移=0/8=0,偏移=0/8=0,偏移=1400/8=175,偏移=2800/8=350,1400,2800,3799,2799,1399,3799,需分片的数据报,数据报片 1,首部,数据部分共 3800 字节,首部 1,首部 2,首部 3,字节 0,数据报片 2,数据报片 3,1400,280

19、0,字节 0,【例4-1】IP 数据报分片,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,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,固定部分,可变部分,生存时间(8 位)记为 TTL(Time To Live)数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。,区 分 服 务,第04章 网络层,子网划分方法（子网掩码的应用、子网分组转发）,IP 地址的各字段和子网掩码,145.13.,3.10,两级 IP 地址,子网号为 3 的网络的网络号,三级 IP 地址,主

20、机号,子网掩码,net-id,host-id,子网的网络地址,0,net-id,subnet-id,host-id,145.13.,145.13.3,3.10,(IP 地址)AND(子网掩码)=网络地址,网络号 net-id,主机号 host-id,两级 IP 地址,网络号,三级 IP 地址,主机号,子网号,子网掩码,子网的网络地址,net-id,subnet-id,0,逐位进行 AND 运算,在划分子网的情况下路由器转发分组的算法,(1)从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D。(2)先用各网络的子网掩码和 D 逐位相“与”，看是否和 相应的网络地址匹配。若匹配，则将分组直接交付。否则就是

21、间接交付，执行(3)。(3)若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则将 分组传送给指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。(4)对路由表中的每一行的子网掩码和 D 逐位相“与”，若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送 给该行指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。(5)若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表 中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。(6)报告转发分组出错。,无分类的两级编址的记法是：IP地址:=,(4-3)CIDR 还使用“斜线记法”(slash notation)，它又称为CIDR记法，即在 IP 地址面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数（这个数

22、值对应于三级编址中子网掩码中 1 的个数）。CIDR 把网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR 地址块”。,无分类的两级编址,第04章 网络层,超网的构造方法和路由匹配方法 超网的构造，联系相关的作业和考题路由：同子网掩码的方式相同,第04章 网络层,RIP算法和OSPF算法 两个内部网关协议RIP掌握算法-UDP协议、好消息快，坏消息慢OSPF掌握原理-IP协议,RIP 距离向量算法,收到相邻路由器（其地址为 X）的一个 RIP 报文：(1)先修改此 RIP 报文中的所有项目：把“下一跳”字段中的地址都改为 X，并把所有的“距离”字段的值加 1。(2)对修改后的 RIP 报文中的每

23、一个项目，重复以下步骤：若项目中的目的网络不在路由表中，则把该项目加到路由表中。否则 若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则把收到的项目替换原路由表中的项目。否则 若收到项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新，否则，什么也不做。(3)若 3 分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则把此相邻路由器记为不可达路由器，即将距离置为16（距离为16表示不可达）。(4)返回。,P154的例子,OSPF 三个要点,向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方法是洪泛法。发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。“链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻

24、，以及该链路的“度量”(metric)。只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。,OSPF 链路状态数据库(link-state database),由于各路由器之间频繁地交换链路状态信息，因此所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库。这个数据库实际上就是全网的拓扑结构图，它在全网范围内是一致的（这称为链路状态数据库的同步）。OSPF 的链路状态数据库能较快地进行更新，使各个路由器能及时更新其路由表。OSPF 的更新过程收敛得快是其重要优点。,第04章 网络层,IP多播、VPN、NAT基本原理IP多播的概念VPN-了解原理NAT-了解原理,第05章 传输层,停止等待

25、协议和连续ARQ协议（数据帧的链路传输方式、信道利用率、滑动窗口）TCP/IP协议中的运输层构成端口的概念和使用方法使用UDP和TCP协议的应用层协议TCP的流量控制与连接管理,1.POP3 TCP 1102.IMAP TCP 1433.SMTP TCP 254.Telnet TCP 235.HTTP TCP 806.FTP 控制 TCP 21 FTP 默认数据 TCP 207.HTTPS TCP 4438.DHCP 服务器 UDP 679.DNS UDP 53,DNS TCP 5310.SNMP UDP 161,UDP 是面向报文的,IP 数据报的数据部分,IP 首部,IP 层,UDP 首部

26、,UDP 用户数据报的数据部分,运输层,应用层报文,应用层,TCP 面向流的概念,发送 TCP 报文段,发送方,接收方,把字节写入发送缓存,从接收缓存读取字节,应用进程,应用进程,18,17,16,15,14,H,加上 TCP 首部构成 TCP 报文段,TCP,TCP,字节流,字节流,H,表示 TCP 报文段的首部,x,表示序号为 x 的数据字节,TCP 连接,UDP 的首部格式,源端口,目的端口,长 度,检验和,数 据,首 部,IP 数据报,2,2,2,2,字节,发送在前,数 据,首 部,UDP 用户数据报,伪首部,源端口,目的端口,长 度,检验和,数 据,首 部,UDP长度,源 IP 地址

27、,目的 IP 地址,0,17,IP 数据报,字节,4,4,1,1,2,12,2,2,2,2,字节,发送在前,数 据,首 部,UDP 用户数据报,在计算检验和时，临时把“伪首部”和 UDP 用户数据报连接在一起。伪首部仅仅是为了计算检验和。,套接字(socket),套接字 socket=(IP地址:端口号)(5-1)每一条 TCP 连接唯一地被通信两端的两个端点（即两个套接字）所确定。即：TCP 连接:=socket1,socket2=(IP1:port1),(IP2:port2)(5-2),TCP首部,20 字节的固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项（长 度 可 变）,源 端

28、 口,序 号（seq）,紧 急 指 针,窗 口,确认号（ack）,保 留,FIN,32 位,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,TCP 数据部分,TCP 首部,TCP 报文段,IP 数据部分,IP 首部,发送在前,TCP 报文段的首部格式,不允许发送,已发送并收到确认,A 的发送窗口位置不变,允许发送但尚未发送,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,已发送但未收到确认,56,P1,P2,P3,不允许接收,已发送确

29、认并交付主机,B 的接收窗口,允许接收,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,未按序收到,可用窗口,A 发送了 11 个字节的数据,P3 P1=A 的发送窗口（又称为通知窗口）P2 P1=已发送但尚未收到确认的字节数P3 P2=允许发送但尚未发送的字节数（又称为可用窗口）,用三次握手建立 TCP 连接的各状态,CLOSED,CLOSED,A,B,客户,服务器,5.9.1 TCP 的连接建立,ACK=1,seq=u+1,ack=w 1,FIN=1,A

30、CK=1,seq=w,ack=u 1,FIN-WAIT-1,CLOSE-WAIT,FIN-WAIT-2,LAST-ACK,被动关闭,数据传送,ESTAB-LISHED,ESTAB-LISHED,A,B,客户,服务器,数据传送,CLOSED,TCP 连接释放,第06章 应用层,DNS服务电子邮件的组成构件和收发过程URL的格式静态文档、动态文档、活动文档的区别DHCP的概念,因特网的域名空间,根,因特网的域名空间,根,本地域名服务器采用迭代查询,顶级域名服务器,权限域名服务,本地域名服务器,根域名服务器,迭代查询,递归查询,需要查找 的 IP 地址,电子邮件的最主要的组成构件,发送方,邮件缓存,

31、接收端邮件服务器,用户代理,SMTP,SMTP,POP3,发送端邮件服务器,用户代理,用户邮箱,接收方,(发送邮件),（发送邮件）,(读取邮件),因特网,SMTP,POP3,发送邮件,发送邮件 SMTP,读取邮件,TCP连接,TCP连接,发送方邮件服务器,SMTP客户,POP3客户,发件人用户代理,接收方邮件服务器,SMTP服务器,POP3服务器,SMTP服务器,SMTP客户,收件人用户代理,TCP 连接,IMAP 协议（TCP:143)(Internet Message Access Protocol),IMAP 也是按客户服务器方式工作，现在较新的是版本 4，即 IMAP4。用户在自己的

32、PC 机上就可以操纵 ISP 的邮件服务器的邮箱，就像在本地操纵一样。IMAP 是一个联机协议。当用户 PC 机上的 IMAP 客户程序打开 IMAP 服务器的邮箱时，用户就可看到邮件的首部。若用户需要打开某个邮件，则该邮件才传到用户的计算机上。,URL 的一般形式,由以冒号隔开的两大部分组成，并且在 URL 中的字符对大写或小写没有要求。URL 的一般形式是：,:/:/,第07章 网络安全,数据加密模型两种密码体制基本原理数字签名、鉴别的实现方法密钥分配的基本方法两种加密方式以及防火墙的基本概念,明文 X,截获,密文 Y,一般的数据加密模型,加密密钥 K,明文 X,密文 Y,截取者,篡改,A

33、,B,E 运算加密算法,D 运算解密算法,因特网,解密密钥 K,公钥密码体制,密文Y,E 运算加密算法,D 运算解密算法,加密,解密,明文 X,明文 X,A,B,B 的私钥 SKB,密文Y,因特网,B 的公钥 PKB,密文,数字签名的实现,D运算,明文 X,明文 X,A,B,A 的私钥 SKA,因特网,签名,核实签名,E运算,密文,A 的公钥 PKA,报文摘要的实现,A,比较,签名,核实签名,报文 X,H,D 运算,D(H),A 的私钥,报文 X,D(H),B,报文摘要,报文 X,D(H),发送,E 运算,H,签名的报文摘要,H,报文摘要运算,A 的公钥,报文摘要运算,报文摘要,报文摘要,因特网,中间人攻击,A,B,中间人 C,时间,防火墙在互连网络中的位置,G,内联网,可信赖的网络,不可信赖的网络,分组过滤路由器 R,分组过滤路由器 R,应用网关,外局域网,内局域网,防火墙,因特网,防火墙的功能有两个：阻止和允许,第09章 无线网络,无线网络的分类和基本组成IEEE802.11AdhocCSMA/CA协议工作原理 基本原理要清楚，详细的不用掌握,第10章 下一代因特网,IPv6地址空间分配和表示方法主要是表示方法IPv6数据帧格式做简单了解IPv4到IPv6过渡方法需要主要掌握,