1、湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第 5 版）,課程總結(jié),湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,(1)掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、基本原理和基本方法。 (2)掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和典型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，了解典型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的組成和特點(diǎn)，理解典型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作原理。 (3)能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、基本原理和基本方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用。,基本要求,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,主要內(nèi)容,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 傳輸層 應(yīng)用層 網(wǎng)絡(luò)安全,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念、組成與功能 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

2、 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與參考模型 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、接口、服務(wù)等概念 ISO/OSI參考模型和TCP/IP模型,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,物理層（1）,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 信道、信號(hào)、帶寬、碼元、波特率、速率等基本概念 奈奎斯特定理與香農(nóng)定理 編碼與調(diào)制 交換技術(shù) 數(shù)據(jù)報(bào)與虛電路 傳輸介質(zhì) 雙絞線、同軸電纜、光纖與無(wú)線傳輸介質(zhì) 物理層接口的特性,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,物理層（2）,信道復(fù)用技術(shù) 頻分多路復(fù)用、時(shí)分多路復(fù)用、波分多路復(fù)用、碼分多路復(fù)用的概念和基本原理,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)鏈路層（1）,組幀 差錯(cuò)控制 流量控制

3、與可靠傳輸機(jī)制 流量控制、可靠傳輸與滑輪窗口機(jī)制 單幀滑動(dòng)窗口與停止-等待協(xié)議 多幀滑動(dòng)窗口與后退N幀協(xié)議(GBN) 多幀滑動(dòng)窗口與選擇重傳協(xié)議(SR),湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)鏈路層（2）,介質(zhì)訪問(wèn)控制 ALOHA協(xié)議;CSMA協(xié)議;CSMA/CD;CSMA/CA協(xié)議 輪詢介質(zhì)訪問(wèn)訪問(wèn)控制：令牌傳遞協(xié)議 局域網(wǎng) 局域網(wǎng)的基本概念與體系結(jié)構(gòu) 以太網(wǎng)與IEEE 802.3 IEEE 802.11 令牌環(huán)網(wǎng)的基本原理,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)鏈路層（3）,廣域網(wǎng) 廣域網(wǎng)的基本概念 PPP協(xié)議 HDLC協(xié)議 數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備 網(wǎng)橋 局域網(wǎng)交換機(jī)及其工作原理,湖南科技大學(xué)

4、 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,網(wǎng)絡(luò)層（1）,網(wǎng)絡(luò)層的功能 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 路由與轉(zhuǎn)發(fā) 路由算法 靜態(tài)路由與動(dòng)態(tài)路由 距離-向量路由算法 鏈路狀態(tài)路由算法 層次路由,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,網(wǎng)絡(luò)層（2）,IPv4 IPv4地址 子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼、CIDR ARP協(xié)議、DHCP協(xié)議與ICMP協(xié)議 VPN與NAT IPv6 IPv6地址 IPv6的主要特點(diǎn),湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,網(wǎng)絡(luò)層（3）,Internet路由協(xié)議 自治系統(tǒng) 域內(nèi)路由與域間路由 RIP路由協(xié)議 OSPF路由協(xié)議 BGP路由協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備 路由器的組成和功能 路由表與路由轉(zhuǎn)發(fā),湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院

5、,傳輸層,傳輸層提供的服務(wù) 傳輸層的功能 傳輸層尋址與端口 無(wú)連接服務(wù)與面向連接服務(wù) UDP協(xié)議 TCP協(xié)議 TCP連接管理 TCP可靠傳輸 TCP流量控制與擁塞控制,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,應(yīng)用層（1）,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模型 客戶/服務(wù)器模型 P2P模型 DNS系統(tǒng) 層次域名空間 域名服務(wù)器 域名解析過(guò)程,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,應(yīng)用層（2）,FTP FTP協(xié)議的工作原理 控制連接與數(shù)據(jù)連接 電子郵件 電子郵件系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 電子郵件格式與MIME SMTP協(xié)議與POP3協(xié)議,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,應(yīng)用層（3）,WWW WWW的概念與組成結(jié)構(gòu) HTTP協(xié)議,湖南

6、科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,網(wǎng)絡(luò)安全（1）,網(wǎng)絡(luò)安全概述 面臨的威脅 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全的內(nèi)容 兩類密碼體制 對(duì)稱密鑰密碼體制 公鑰密碼體制 數(shù)字簽名 鑒別,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,網(wǎng)絡(luò)安全（2）,密鑰分配 對(duì)稱密鑰分配 公鑰分配 鏈路加密與端到端加密 鏈路加密 端到端加密 防火墻,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述概念、組成與功能,1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念、組成與功能 計(jì)算機(jī)概念：一些相互連接的、以共享資源為目的的、自治的計(jì)算機(jī)的集合TANE96。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成 ：計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、傳輸介質(zhì)（有線和無(wú)線）以及相應(yīng)的軟件（協(xié)議）四部分。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能：連通性

7、和資源共享（軟件資源和硬件資源）。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述分類,2、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 （1）不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò) 廣域網(wǎng) WAN 城域網(wǎng) MAN 局域網(wǎng) LAN 個(gè)人區(qū)域網(wǎng) PAN （2）不同使用者的網(wǎng)絡(luò)： 公用網(wǎng) 專用網(wǎng),湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述性能,3、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的的性能指標(biāo) 速率 帶寬 吞吐量 時(shí)延 總時(shí)延=發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延+處理時(shí)延+排隊(duì)時(shí)延 時(shí)延帶寬積 往返時(shí)間RTT 利用率,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與參考模型,1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu) “分層”可將龐大而復(fù)雜的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問(wèn)題，而這些較小

8、的局部問(wèn)題就比較易于研究和處理。 分層的好處：各層之間是獨(dú)立的；靈活性好；結(jié)構(gòu)上可分割開；易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)；能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。 層數(shù)多少要適當(dāng)：若層數(shù)太少，就會(huì)使每一層的協(xié)議太復(fù)雜；層數(shù)太多又會(huì)在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時(shí)遇到較多的困難。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與參考模型,2、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、接口、服務(wù)等概念 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network protocol)，簡(jiǎn)稱為協(xié)議：為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。協(xié)議包括語(yǔ)法、語(yǔ)義和同步3個(gè)要素。 接口：同一傳輸實(shí)體的相鄰層間通過(guò)接口進(jìn)行信息傳遞。 實(shí)體：任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程。 在協(xié)議的控

9、制下，兩個(gè)對(duì)等實(shí)體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與參考模型,本層的服務(wù)用戶只能看見服務(wù)而無(wú)法看見下面的協(xié)議。 下面的協(xié)議對(duì)上面的服務(wù)用戶是透明的。 協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對(duì)等實(shí)體之間通信的規(guī)則。 服務(wù)是“垂直的”，即服務(wù)是由下層向上層通過(guò)層間接口提供的。 同一系統(tǒng)相鄰兩層的實(shí)體進(jìn)行交互的地方，稱為服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn) SAP (Service Access Point)。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與參考模型,3、ISO/OSI參考模型和TCP/IP模型 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)是

10、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。 ISO/OSI參考模型和TCP/IP模型。 掌握各層的基本功能。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與參考模型,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),1、術(shù)語(yǔ) 信道：信號(hào)的傳輸媒質(zhì)，可分為有線信道和無(wú)線信道兩類 。 信號(hào)：數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。 碼元：在使用時(shí)間域（或簡(jiǎn)稱為時(shí)域）的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散數(shù)值的基本波形。 波特率：信號(hào)每秒鐘變化的次數(shù)。 比特率：信號(hào)每秒鐘傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),帶寬：包括信道的帶寬和信號(hào)的帶寬

11、。我們把信號(hào)在經(jīng)過(guò)信道時(shí)其中某個(gè)頻率分量的振幅衰減到原來(lái)的0.707(即信號(hào)的能量衰減到原來(lái)的一半)時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱為信道的截止頻率fc(cut-off frequency)，即信道的帶寬；信號(hào)頻譜圖所覆蓋的頻率范圍稱為信號(hào)的絕對(duì)帶寬，我們將信號(hào)大部分能量集中的那段頻帶稱為信號(hào)的有效帶寬，簡(jiǎn)稱為帶寬(Bandwidth)。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),基帶信號(hào)（即基本頻帶信號(hào)）：來(lái)自信源的信號(hào)。像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號(hào)都屬于基帶信號(hào)。 基帶信號(hào)往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因此必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行

12、調(diào)制(modulation)。 帶通信號(hào)：把基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后，把信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過(guò)信道）。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),2、奈奎斯特定理與香農(nóng)定理 Nyquist證明 對(duì)于一個(gè)帶寬為H的連續(xù)信號(hào)，如果要對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化，采樣速率為2H。 Nyquist推導(dǎo)出帶寬為H的理想(無(wú)噪聲)信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率為： Rmax=2H*log2V (bps) 其中V為采樣值的量化等級(jí)。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),2、奈奎斯特定理與香農(nóng)定理 香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白

13、噪聲干擾的信道的極限、無(wú)差錯(cuò)的信息傳輸速率。 信道的極限信息傳輸速率 C 可表達(dá)為 C = W log2(1+S/N) b/s W 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）； S 為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率； N 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),2、奈奎斯特定理與香農(nóng)定理 信噪比S/N 其中信號(hào)功率與噪聲功率的比值稱為信噪比(Signal-to-Noise Ratio)；我們一般使用10log10S/N分貝(dB)來(lái)表示信噪比。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),3、編碼與調(diào)制 編碼 不歸零制編碼NRZ（Non-Return to Zero

14、）：將數(shù)值1映射為高信號(hào)，數(shù)值0映射為低信號(hào)。 NRZ的問(wèn)題：幾個(gè)連續(xù)的1表示在一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)在鏈路上保持為高信號(hào)，類似地，幾個(gè)連續(xù)的0表示信號(hào)在一段時(shí)間內(nèi)保持低信號(hào)。一長(zhǎng)串的0和1引出兩個(gè)基本問(wèn)題：一是導(dǎo)致基線漂流（baseline wander）的狀態(tài)；二是時(shí)鐘恢復(fù)問(wèn)題（clock recovery）（時(shí)鐘漂移）。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),NRZI（Non-Return to Zero Inverted）：不歸零反轉(zhuǎn)，發(fā)送方以當(dāng)前信號(hào)的一個(gè)跳變編碼一個(gè)1，以保持當(dāng)前信號(hào)編碼一個(gè)0。顯然解決了連續(xù)1的問(wèn)題，但未能解決連續(xù)0的問(wèn)題。 曼徹斯特編碼（Manchester

15、 encoding）：每一位的周期分成兩個(gè)相等的間隔。二進(jìn)制“1”位在發(fā)送時(shí)，在第一個(gè)間隔中為高電壓，在第二個(gè)間隔中為低電壓；二進(jìn)制“0”正好相反。優(yōu)點(diǎn)在于收發(fā)雙方很容易同步，缺點(diǎn)在于所要求的帶寬是直接二進(jìn)制編碼的兩倍。是一種自同步編碼。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),差分曼徹斯特編碼（differential Manchester encoding）：是曼徹斯特編碼的一個(gè)變種。如果在間隔的起始處沒(méi)有相變，則表示位“1”，相反則表示“0”。也是一種自同步編碼。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),4B/5B編碼：4B/5B編碼可能的4比特?cái)?shù)據(jù)符號(hào)（24=16種

16、）相應(yīng)的5比特代碼有32個(gè)（25），但我們使用其中16個(gè)（有7個(gè)因違反規(guī)則而無(wú)效，其余8個(gè)作為它用，如11111可用于表示線路空閑等）。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),調(diào)制 最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種： 調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。 調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。 調(diào)相(PM)：載波初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)變化。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),調(diào)制 正交振幅調(diào)制 QAM,r,(r, ),可供選擇的相位有 12 種，而對(duì)于每一種相位有 1 或2 種振幅可供選擇。,由于4

17、 bit 編碼共有16 種不同的 組合，因此這 16 個(gè)點(diǎn)中的每個(gè) 點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于一種 4 bit 的編碼。,若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)要正確識(shí)別每一種狀態(tài)就越困難。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),4、交換技術(shù) 電路交換 原理：在采用電路交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)中，傳輸雙方在傳輸之前通過(guò)呼叫建立一條物理線路，該線路的帶寬是固定的，而且該物理線路一直保持到雙方通話結(jié)束才釋放。 特點(diǎn)：電路交換技術(shù)有兩大優(yōu)點(diǎn)，第一是傳輸延遲小，第二是一旦線路建立，便不會(huì)發(fā)生沖突；電路交換的缺點(diǎn)首先是建立物理線路所需的時(shí)間比較長(zhǎng)，其次是在電路交換系統(tǒng)中，物理線路的帶寬是預(yù)先分配好的。,

18、湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),報(bào)文交換 原理：報(bào)文交換不事先建立物理電路，當(dāng)發(fā)送方有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，它把要發(fā)送的數(shù)據(jù)當(dāng)作一個(gè)整體交給中間交換設(shè)備，中間交換設(shè)備先將報(bào)文存儲(chǔ)起來(lái)，然后選擇一條合適的空閑輸出線將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)交換設(shè)備，如此循環(huán)往復(fù)直至將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的結(jié)點(diǎn)。 特點(diǎn)：不限制報(bào)文大小，要求各個(gè)中間結(jié)點(diǎn)必須使用磁盤等外設(shè)來(lái)緩存較大的數(shù)據(jù)塊；報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占用線路，導(dǎo)致報(bào)文在中間結(jié)點(diǎn)的延遲非常大，這使得報(bào)文交換技術(shù)不適合交互式通信。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),分組交換 原理：是報(bào)文交換技術(shù)的改進(jìn)；在分組交換網(wǎng)中，將用戶的數(shù)據(jù)劃分成一個(gè)個(gè)分組(

19、packet)，而且分組的大小有嚴(yán)格的上限，這樣使得分組可以被緩存在交換設(shè)備的內(nèi)存而不是磁盤中。 特點(diǎn)：吞吐率較高，非常適合于交互式通信。 實(shí)現(xiàn)方式： 數(shù)據(jù)報(bào)(Datagram) 每個(gè)Packet單獨(dú)尋址 虛電路(Virtual Circuit) 在傳輸雙方先建立一條虛電路，所有Packet沿著同一條虛電路到達(dá)目的地：X.25實(shí)例,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),4、數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,傳輸介質(zhì),雙絞線：屏蔽雙絞線 STP (Shielded Twisted Pair)；無(wú)屏蔽雙絞線 UTP (

20、Unshielded Twisted Pair) 。 同軸電纜： 50 同軸電纜；75 同軸電纜。 光纖：依靠光波承載信息；高傳送速率，通信容量大；傳輸損耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸；抗干擾性能好，保密性好；輕便。 無(wú)線傳輸介質(zhì)：無(wú)線電波、微波、紅外線和毫米波、衛(wèi)星通信等。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,傳輸介質(zhì)物理層接口的特性,物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即： 機(jī)械特性：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。 電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。 功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。 過(guò)程特性：指明對(duì)于

21、不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,信道復(fù)用技術(shù),頻分多路復(fù)用FDM：所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源（請(qǐng)注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。 時(shí)分多路復(fù)用TDM ：將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的時(shí)分復(fù)用幀（TDM 幀）。每一個(gè)時(shí)分復(fù)用的用戶在每一個(gè) TDM 幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙。 波分多路復(fù)用WDM：光的頻分多路復(fù)用。 碼分多路復(fù)用：常用的名詞是碼分多址 CDMA。各用戶使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,信道復(fù)用技術(shù),湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,信道復(fù)用技術(shù),湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,C

22、DMA 的工作原理,S 站的碼片序列 S,1,1,0,t,t,t,t,t,t,m 個(gè)碼片,t,S 站發(fā)送的信號(hào) Sx,T 站發(fā)送的信號(hào) Tx,總的發(fā)送信號(hào) Sx + Tx,規(guī)格化內(nèi)積 S Sx,規(guī)格化內(nèi)積 S Tx,數(shù)據(jù)碼元比特,發(fā) 送 端,接 收 端,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,組幀,組幀(framing)就是在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，然后就構(gòu)成了一個(gè)幀，確定幀的界限。 封裝成幀的一些技術(shù) 字符計(jì)數(shù)法：幀頭中使用一個(gè)字符來(lái)表示幀內(nèi)的字符數(shù)。 帶填充字節(jié)的首尾界符法：以特定的字符序列為控制字段。 帶填充位的首尾標(biāo)志法 ：采用統(tǒng)一的幀格式，以特定的位序列進(jìn)行幀同步和定界。 物理

23、層編碼違例法：IEEE802協(xié)議。適于在物理媒體的編碼,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,組幀-字符計(jì)數(shù)法（幀的大小分別為5、5、8、8）,(a) Without errors. (b) With one error.,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,組幀-帶填充字節(jié)的首尾界符法,(a) A frame delimited by flag bytes. (b) Four examples of byte sequences before and after stuffing.,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,組幀-帶填充位的首尾標(biāo)志法,(a) The original data. (

24、b) The data as they appear on the line. (c) The data as they are stored in receivers memory after destuffing.,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,差錯(cuò)控制,1、檢測(cè)差錯(cuò)的技術(shù) 二維奇偶校驗(yàn)（two-dimensional parity） 校驗(yàn)和（checksums） 循環(huán)冗余校驗(yàn)（Cyclic Redundancy Check,CRC）（一項(xiàng)最常用的技術(shù)） 2、任何差錯(cuò)檢測(cè)方案的基本思想都是在幀中加入冗余信息來(lái)確定是否存在差錯(cuò)。極端情況下，可傳輸數(shù)據(jù)的兩個(gè)副本，但不可取，原因有二：其一

25、是存在100%冗余，其二是許多差錯(cuò)檢測(cè)不到。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,差錯(cuò)控制-循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理,在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 的檢錯(cuò)技術(shù)。 在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組 k 個(gè)比特。 假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù) M = 101001（現(xiàn)在 k = 6）。我們?cè)?M 的后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的 n 位冗余碼一起發(fā)送。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,差錯(cuò)控制-冗余碼的計(jì)算,用二進(jìn)制的模 2 運(yùn)算進(jìn)行 2n 乘 M 的運(yùn)算，這相當(dāng)于在 M 后面添加 n 個(gè) 0。 得到的 (k + n) 位的數(shù)除以事先選定好的長(zhǎng)度為 (n + 1) 位的除數(shù) P，得出

26、商是 Q 而余數(shù)是 R，余數(shù) R 比除數(shù) P 少1 位，即 R 是 n 位。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,流量控制與可靠傳輸,1、流量控制、可靠傳輸與滑動(dòng)窗口機(jī)制 目的：確保接收方不被發(fā)送方淹沒(méi)。 常用方法： 基于反饋的流控制：接收方給發(fā)送方送回信息，允許它發(fā)送更多的數(shù)據(jù)，或者至少告訴發(fā)送方它有情況如何。 基于速率的流控制：使用該方法的協(xié)議有一種內(nèi)置機(jī)制，它限制了發(fā)送方傳輸數(shù)據(jù)的速率，不需要利用接收方的反饋信息。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,流量控制與可靠傳輸,2、單幀滑動(dòng)窗口與停止-等待協(xié)議,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,流量控制與可靠傳輸,3、多幀滑動(dòng)窗口與后退N幀協(xié)

27、議（GBN）,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(a) 發(fā)送方維持發(fā)送窗口（發(fā)送窗口是 5）,發(fā)送窗口,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,流量控制與可靠傳輸,如果發(fā)送方發(fā)送了前5個(gè)分組，而中間的第 3個(gè)分組丟失了。這時(shí)接收方只能對(duì)前兩個(gè)分組發(fā)出確認(rèn)。發(fā)送方無(wú)法知道后面三個(gè)分組的下落，而只好把后面的三個(gè)分組都再重傳一次。 這就叫做Go-back-N回退N），表示需要再退回來(lái)重傳已發(fā)送過(guò)的N分組。 可見當(dāng)通信線路質(zhì)量不好時(shí)，連續(xù)ARQ協(xié)議會(huì)帶來(lái)負(fù)面的影響。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,流量控制與可靠傳輸,4、多幀滑動(dòng)窗口與選擇重傳協(xié)議（SR）,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)

28、與工程學(xué)院,介質(zhì)訪問(wèn)控制ALOHA協(xié)議,ALOHA協(xié)議分為 純ALOHA 分槽ALOHA 基本思想 適用于任何無(wú)協(xié)調(diào)關(guān)系的多用戶競(jìng)爭(zhēng)單信道使用權(quán)的系統(tǒng) 不進(jìn)行載波偵聽,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,介質(zhì)訪問(wèn)控制ALOHA協(xié)議,純ALOHA Norman Abramson 無(wú)需全局時(shí)間同步 信道的最大利用率：18%（1/2e） 分槽ALOHA Roberts（ 1972年） 需要全局時(shí)間同步 信道的最大利用率：36%（1/e）,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,介質(zhì)訪問(wèn)控制CSMA協(xié)議,1-堅(jiān)持CSMA操作算法 (1)若信道閑,則立即發(fā)送(即發(fā)送概率P=1)； (2)若信道忙,則持續(xù)監(jiān)聽

29、信道,直到信道由忙變閑則轉(zhuǎn)(1)。 非堅(jiān)持CSMA操作算法 (1)若信道閑，則立即發(fā)送； (2)若信道忙，則后退一隨機(jī)時(shí)間再監(jiān)聽信道，并轉(zhuǎn)(1)。 P-堅(jiān)持CSMA操作算法 (1)若信道閑，則以概率P發(fā)送，以概率1-P后退一固定時(shí)間。經(jīng)過(guò)此階段時(shí)間延遲后，若信道仍然閑，則仍可以概率P發(fā)送或以概率-1-P后退。此過(guò)程可重復(fù)直至發(fā)送成功或發(fā)生沖突。若發(fā)生沖突，則后退一隨機(jī)時(shí)間再重復(fù)上述操作。 (2)若發(fā)送節(jié)點(diǎn)一開始就監(jiān)聽到信道忙，則持續(xù)監(jiān)聽，直到信道由忙變閑則轉(zhuǎn)(1)。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,介質(zhì)訪問(wèn)控制CSMA協(xié)議,三種CSMA比較 1-堅(jiān)持CSMA借助持續(xù)監(jiān)聽，可使一個(gè)待發(fā)節(jié)點(diǎn)在

30、另一個(gè)發(fā)送之后立即進(jìn)行發(fā)送，以試圖盡量減少信道空閑時(shí)間。若待發(fā)節(jié)點(diǎn)不只一個(gè)，則將會(huì)產(chǎn)生沖突。非堅(jiān)持CSMA的主要特點(diǎn)是當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽到信道忙時(shí)，不是繼續(xù)監(jiān)聽信道，而是等待一隨機(jī)時(shí)間再監(jiān)聽，以試圖盡量避免沖突。但當(dāng)兩個(gè)希望發(fā)信的節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽到信道忙時(shí)，很可能后退不同的時(shí)間，這種時(shí)間延遲很可能要浪費(fèi)一些信道空閑時(shí)間。P-堅(jiān)持CSMA則是一種折衷的方法，它試圖將沖突和空閑時(shí)間都減到最少。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,介質(zhì)訪問(wèn)控制CSMA/CD協(xié)議,CSMA/CD工作原理 CSMA/CD可概括為：先聽后說(shuō)/邊說(shuō)邊聽。具體過(guò)程如下： 任何站點(diǎn)不發(fā)送就靜止，需要發(fā)送就偵聽； 偵聽到鏈路忙，則繼續(xù)偵聽，

31、直到鏈路空閑就等待一個(gè)時(shí)隙開始發(fā)送； 邊發(fā)送邊偵聽，若沒(méi)檢測(cè)到?jīng)_突就繼續(xù)發(fā)送，發(fā)送完畢則靜止； 若檢測(cè)到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送，并發(fā)出4B6B的擁塞信號(hào)加強(qiáng)沖突，通知各站點(diǎn)沖突發(fā)生； 發(fā)送擁塞信號(hào)后，等待一段隨機(jī)時(shí)間，再重新競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送； 若發(fā)現(xiàn)超過(guò)16次沖突，證明鏈路層出現(xiàn)故障，放棄競(jìng)爭(zhēng)重發(fā)，報(bào)告高層處理。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,介質(zhì)訪問(wèn)控制CSMA/CD協(xié)議,二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法 發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個(gè)隨機(jī)時(shí)間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。 確定基本退避時(shí)間，一般是取為爭(zhēng)用期2。 定義重傳次數(shù) k ，k 10，即 k = Min重傳次數(shù), 10 從整數(shù)集合0,1, (

32、2k 1)中隨機(jī)地取出一個(gè)數(shù)，記為r。重傳所需的時(shí)延就是 r 倍的基本退避時(shí)間。 當(dāng)重傳達(dá)16次仍不能成功時(shí)即丟棄該幀，并向高層報(bào)告。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,介質(zhì)訪問(wèn)控制CSMA/CD協(xié)議,爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度 以太網(wǎng)取 51.2 s 為爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度。 對(duì)于 10 Mb/s 以太網(wǎng)，在爭(zhēng)用期內(nèi)可發(fā)送512 bit，即 64 字節(jié)。 以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，若前 64 字節(jié)沒(méi)有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會(huì)發(fā)生沖突。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,介質(zhì)訪問(wèn)控制CSMA/CD協(xié)議,最短有效幀長(zhǎng) 如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前 64 字節(jié)之內(nèi)。 由于一檢測(cè)到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時(shí)已經(jīng)發(fā)送出

33、去的數(shù)據(jù)一定小于 64 字節(jié)。 以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長(zhǎng)為 64 字節(jié)，凡長(zhǎng)度小于 64 字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無(wú)效幀。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,介質(zhì)訪問(wèn)控制CSMA/CA協(xié)議,CSMA/CA協(xié)議的原理 欲發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測(cè)信道。在802.11標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了在物理層的空中接口進(jìn)行物理層的載波監(jiān)聽。 通過(guò)收到的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度是否超過(guò)一定的門限數(shù)值就可判定是否有其他的移動(dòng)站在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。 當(dāng)源站發(fā)送它的第一個(gè)MAC幀時(shí)，若檢測(cè)到信道空閑，則在等待一段時(shí)間DIFS后就可發(fā)送。 源站發(fā)送了自己的數(shù)據(jù)幀。 目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過(guò)時(shí)間間隔 SIFS后，向源站發(fā)送確認(rèn)幀ACK。

34、若源站在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到確認(rèn)幀ACK（由重傳計(jì)時(shí)器控制這段時(shí)間），就必須重傳此幀，直到收到確認(rèn)為止，或者經(jīng)過(guò)若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,介質(zhì)訪問(wèn)控制CSMA/CA協(xié)議,二進(jìn)制指數(shù)退避算法 第 i 次退避就在 22 + i 個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)地選擇一個(gè)，即： 第 i 次退避是在時(shí)隙 0, 1, , 22 + i 1 中隨機(jī)地選擇一個(gè)。 第1次退避是在8個(gè)時(shí)隙（而不是2個(gè)）中隨機(jī)選擇一個(gè)。 第2次退避是在16個(gè)時(shí)隙（而不是4個(gè)）中隨機(jī)選擇一個(gè)。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,介質(zhì)訪問(wèn)控制CSMA/CA協(xié)議,退避計(jì)時(shí)器 站點(diǎn)每經(jīng)歷一個(gè)時(shí)隙的時(shí)間就檢測(cè)一次信道。

35、這可能發(fā)生兩種情況。 若檢測(cè)到信道空閑，退避計(jì)時(shí)器就繼續(xù)倒計(jì)時(shí)。 若檢測(cè)到信道忙，就凍結(jié)退避計(jì)時(shí)器的剩余時(shí)間，重新等待信道變?yōu)榭臻e并再經(jīng)過(guò)時(shí)間DIFS后，從剩余時(shí)間開始繼續(xù)倒計(jì)時(shí)。如果退避計(jì)時(shí)器的時(shí)間減小到零時(shí)，就開始發(fā)送整個(gè)數(shù)據(jù)幀。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,介質(zhì)訪問(wèn)控制CSMA/CA協(xié)議,退避算法的使用情況 僅在下面的情況下才不使用退避算法：檢測(cè)到信道是空閑的，并且這個(gè)數(shù)據(jù)幀是要發(fā)送的第一個(gè)數(shù)據(jù)幀。 除此以外的所有情況，都必須使用退避算法。即： 在發(fā)送第一個(gè)幀前檢測(cè)到信道忙。 在每一次的重傳后。 在每一次的成功發(fā)送后。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,介質(zhì)訪問(wèn)控制令牌環(huán),令牌

36、環(huán)的工作原理 在沒(méi)有站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，令牌在環(huán)上不停地旋轉(zhuǎn)； 如果某站點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù) 等待令牌的到來(lái)； 抓住令牌并破壞掉； 站點(diǎn)往環(huán)中發(fā)送數(shù)據(jù)； 發(fā)送的數(shù)據(jù)沿環(huán)旋轉(zhuǎn)一周后，由發(fā)送站點(diǎn)負(fù)責(zé)將其移走； 重新產(chǎn)生令牌，并插入環(huán)中。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,局域網(wǎng)基本概念與體系結(jié)構(gòu),湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,局域網(wǎng)以太網(wǎng)與IEEE802.3,以太網(wǎng)發(fā)展歷史 University of Hawaii 的ALOHA 網(wǎng)絡(luò) Xerox 的 2.94M 以太網(wǎng)（1973） Xerox, DEC and Intel 的 10M 以太網(wǎng)（DIX 標(biāo)準(zhǔn)）（1980 Ver1；1982 Ver2 ）

37、 IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn) （1985） IEEE 802.3u Fast Ethernet 標(biāo)準(zhǔn)（1995） IEEE 802.3z Gigabit Ethernet 標(biāo)準(zhǔn)（1998） IEEE 802.3ab Gigabit Ethernet 標(biāo)準(zhǔn)（1999） 10Gbps Ethernet標(biāo)準(zhǔn),湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,局域網(wǎng)以太網(wǎng)與IEEE802.3,802.3的幀格式,802.3：CSMA/CD,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,局域網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)與IEEE802.5,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,廣域網(wǎng)基本概念,廣域網(wǎng)（WAN，Wide Area Network）也

38、稱遠(yuǎn)程網(wǎng)。通?？缃雍艽蟮奈锢矸秶?，所覆蓋的范圍從幾十公里到幾千公里，它能連接多個(gè)城市或國(guó)家，或橫跨幾個(gè)洲并能提供遠(yuǎn)距離通信，星城國(guó)際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)的通信子網(wǎng)主要使用分組交換技術(shù)。廣域網(wǎng)的通信子網(wǎng)可以利用公用分組交換網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)和無(wú)線分組交換網(wǎng)，它將分布在不同地區(qū)的局域網(wǎng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來(lái)，達(dá)到資源共享的目的。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,廣域網(wǎng)PPP協(xié)議,PPP的構(gòu)成 PPP包括三個(gè)主要部分： 在串行鏈路上封裝數(shù)據(jù)報(bào)的方法。PPP采用HDLC協(xié)議作為在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路上封裝數(shù)據(jù)報(bào)的基本方法。 可擴(kuò)展的鏈路控制協(xié)議(LCP)。用來(lái)建立、配置和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路。 網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議簇(NCP：N

39、etwork Control Protocol)。PPP允許同時(shí)采用多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，每個(gè)不同的協(xié)議使用一個(gè)相應(yīng)的NCP配置。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,廣域網(wǎng)PPP協(xié)議,PPP的基本原理 為了建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路上的通信連接，發(fā)送端PPP首先發(fā)送LCP幀以配置和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路，在LCP建立好數(shù)據(jù)鏈路并協(xié)調(diào)好所選設(shè)備之后，發(fā)送端PPP發(fā)送NCP幀，以選擇和配置一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。當(dāng)所選的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議配置好后，便可將各網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的數(shù)據(jù)包發(fā)送到數(shù)據(jù)鏈路上。配置好后的鏈路一直保持通信狀態(tài)，直到LCP幀或NCP 幀明確提示關(guān)閉鏈路，或者發(fā)生其他的外部事件(如用戶干預(yù)等)。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工

40、程學(xué)院,廣域網(wǎng)PPP協(xié)議,PPP 有一個(gè) 2 個(gè)字節(jié)的協(xié)議字段。 當(dāng)協(xié)議字段為 0 x0021 時(shí)，PPP 幀的信息字段就是IP 數(shù)據(jù)報(bào)。 若為 0 xC021, 則信息字段是 PPP 鏈路控制數(shù)據(jù)。 若為 0 x8021，則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。,IP 數(shù)據(jù)報(bào),1,2,1,1,字節(jié),1,2,不超過(guò) 1500 字節(jié),PPP 幀,先發(fā)送,7E,FF,03,F,A,C,FCS,F,7E,協(xié)議,信 息 部 分,首部,尾部,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,廣域網(wǎng)HDLC協(xié)議,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備網(wǎng)橋,在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。 網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù) M

41、AC 幀的目的地址對(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。 網(wǎng)橋具有過(guò)濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)幀時(shí)，并不是向所有的接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的 MAC 地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個(gè)接口,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備網(wǎng)橋,網(wǎng)橋的功能 網(wǎng)橋工作于數(shù)據(jù)鏈路層，完成數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)，所以它應(yīng)包以下主要功能：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、流控、差錯(cuò)處理、尋址、介質(zhì)訪問(wèn)、幀過(guò)濾等。 網(wǎng)橋只理解數(shù)據(jù)鏈路層的幀頭，上層協(xié)議對(duì)網(wǎng)橋是透明的，所以它可實(shí)現(xiàn)上層不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的轉(zhuǎn)發(fā)。 網(wǎng)橋根據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層幀頭工作，所以很容易加入一些智能處理。如過(guò)濾掉（不轉(zhuǎn)發(fā)）特定節(jié)點(diǎn)的幀；根據(jù)幀頭中包含的高層參考（如Ethernet頭中的ty

42、pe），選擇過(guò)濾特定的上層報(bào)文等。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備網(wǎng)橋,幀過(guò)濾 目的地址過(guò)濾：當(dāng)網(wǎng)橋接收到一個(gè)幀后，先確定其源地址和目的地址，若源地址和目的地址處于同一LAN，則丟棄，否則將其轉(zhuǎn)發(fā)。 * 源地址過(guò)濾：網(wǎng)橋可拒絕某特定地址發(fā)出的幀。 * 協(xié)議過(guò)濾：網(wǎng)橋通過(guò)幀中的協(xié)議信息來(lái)決定是轉(zhuǎn)發(fā)還是濾掉該幀，主要用于流控和安全控制。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備網(wǎng)橋,網(wǎng)橋的構(gòu)成 網(wǎng)橋可由軟件和硬件構(gòu)成。軟件主要實(shí)現(xiàn)必要的協(xié)議轉(zhuǎn)換、尋址、端口管理等功能；硬件主要有緩沖區(qū)、控制部件、端口、地址映象表等等。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備

43、網(wǎng)橋,透明網(wǎng)橋 工作原理 橋接收一幀后的處理過(guò)程如下所示： (1)如果源站點(diǎn)與目的站點(diǎn)所在的LAN相同，則扔掉此幀; (2)如果源站點(diǎn)和目的站點(diǎn)所在的LAN不同，則轉(zhuǎn)發(fā)此幀; (3)如果不知道目的站點(diǎn)所在的LAN，則進(jìn)行擴(kuò)散。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備網(wǎng)橋,透明網(wǎng)橋 逆向?qū)W習(xí)算法 主要完成地址映象表的填表寫。當(dāng)橋剛接入時(shí)，其地址映象表是空的，此時(shí)，網(wǎng)橋采用擴(kuò)散技術(shù)將接收到的幀轉(zhuǎn)發(fā)到橋的所有端口上(接收 幀的端口除外)。透明網(wǎng)橋通過(guò)查看轉(zhuǎn)發(fā)幀的源地址就可知道通過(guò)哪個(gè)LAN可以訪問(wèn)某個(gè)站點(diǎn)。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備網(wǎng)橋,透明網(wǎng)橋 生成樹 生成樹

44、用來(lái)解決廣播風(fēng)暴。由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或離散數(shù)學(xué)中的結(jié)論知：樹不會(huì)構(gòu)成回路。 生成樹建立過(guò)程：每隔幾秒鐘，網(wǎng)橋廣播其標(biāo)識(shí)號(hào)（網(wǎng)橋生產(chǎn)廠家設(shè)定的惟一序號(hào)）及其所知的其他所有在網(wǎng)上的網(wǎng)橋。生成樹算法選擇一個(gè)網(wǎng)橋作為生成樹的根（如序號(hào)最小者），然后每個(gè)網(wǎng)橋都計(jì)算從根到各個(gè)網(wǎng)橋和LAN之間的最短路徑，從而生成樹。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備網(wǎng)橋,源路由網(wǎng)橋 透明網(wǎng)橋容易安裝，但網(wǎng)絡(luò)資源的利用不充分。 源路由(source route)網(wǎng)橋在發(fā)送幀時(shí)將詳細(xì)的路由信息放在幀的首部中。 源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個(gè)發(fā)現(xiàn)幀，每個(gè)發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過(guò)的路由。 發(fā)現(xiàn)幀到達(dá)目的站時(shí)就沿各自的路

45、由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個(gè)最佳路由。凡從該源站向該目的站發(fā)送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備局域網(wǎng)交換機(jī),實(shí)質(zhì)：具有流量控制的多端口網(wǎng)橋。 交換機(jī)的結(jié)構(gòu)組成原理,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備局域網(wǎng)交換機(jī),交換機(jī)的工作方式 目前交換機(jī)通常采用三種交換方式，即直通式交換、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式和碎片隔離方式。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,網(wǎng)絡(luò)層的功能,1、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 所謂虛擬互連網(wǎng)絡(luò)也就是邏輯互連網(wǎng)絡(luò)，它的意思就是互連起來(lái)的各種物理網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性本來(lái)是客觀存在的，但是我們利用

46、IP 協(xié)議就可以使這些性能各異的網(wǎng)絡(luò)從用戶看起來(lái)好像是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。 使用 IP 協(xié)議的虛擬互連網(wǎng)絡(luò)可簡(jiǎn)稱為 IP 網(wǎng)。 使用虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的好處是：當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，就好像在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上通信一樣，而看不見互連的各具體的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)細(xì)節(jié)。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,網(wǎng)絡(luò)層的功能,2、路由與轉(zhuǎn)發(fā),湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,路由算法,理想的路由算法： 算法必須是正確的和完整的。 算法在計(jì)算上應(yīng)簡(jiǎn)單。 算法應(yīng)能適應(yīng)通信量和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?，這就是說(shuō)，要有自適應(yīng)性。 算法應(yīng)具有穩(wěn)定性。 算法應(yīng)是公平的。 算法應(yīng)是最佳的。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,路由算法,1、路由算法

47、的自適應(yīng)性 靜態(tài)路由選擇策略即非自適應(yīng)路由選擇，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單和開銷較小，但不能及時(shí)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化。 動(dòng)態(tài)路由選擇策略即自適應(yīng)路由選擇，其特點(diǎn)是能較好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜，開銷也比較大。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,路由算法,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,路由算法,2、距離矢量路由算法 在距離矢量路由選擇算法中，每個(gè)路由器都維持有一張子網(wǎng)中每一個(gè)經(jīng)其它路由器為索引的路由選擇表(向量表)，表中每一個(gè)項(xiàng)目都對(duì)應(yīng)于子網(wǎng)中每個(gè)路由器。此表項(xiàng)包括兩個(gè)部分，即希望使用的到目的地的輸出線路和估計(jì)到達(dá)目的地所需時(shí)間或距離。所用度量標(biāo)準(zhǔn)可為站點(diǎn)，估計(jì)的時(shí)間延遲(ms)，該路由

48、排隊(duì)的分組估計(jì)總數(shù)或類似的值。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,路由算法,無(wú)窮計(jì)算問(wèn)題 距離矢量路由選擇理論上能有效地工作，但實(shí)際運(yùn)用中卻有很大的缺陷。雖然它能得出正確的結(jié)論，但有可能太慢。特別是，它對(duì)好消息的反應(yīng)迅速，但對(duì)壞消息卻反應(yīng)遲鈍。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,路由算法,無(wú)窮計(jì)算問(wèn)題的解決辦法 無(wú)窮計(jì)算問(wèn)題的解決辦法常用的有3種，即： 水平分割法 保持法 毒性逆轉(zhuǎn)法。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,路由算法,3、鏈路狀態(tài)路由算法 鏈路狀態(tài)路由選擇算法的思想可分為五個(gè)部分加以描述。每個(gè)路由器必須： 1）發(fā)現(xiàn)它的鄰居節(jié)點(diǎn)，并知道其網(wǎng)絡(luò)地址。 2） 測(cè)量到各鄰居節(jié)點(diǎn)的延遲

49、或網(wǎng)絡(luò)開銷。 3）構(gòu)造一個(gè)分組以告之它剛知道的信息。 4） 將這個(gè)分組發(fā)給所有其它路由器。 5）計(jì)算到每個(gè)其它路由器的最短路徑。 實(shí)際上，完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和所有的延遲都已被測(cè)量并發(fā)布到各個(gè)路由器中，隨后，各個(gè)路由器都可以用Dijkstra算法來(lái)找出最短路徑。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,路由算法,4、層次路由 采用層次路由選擇時(shí)，將路由器劃分為區(qū)域，每個(gè)路由器知道在自己的區(qū)域內(nèi)怎樣選擇路由，將分組送到目的端的全部細(xì)節(jié)，但其并不知道其它區(qū)域的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)不同的網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)，很自然地將每個(gè)網(wǎng)絡(luò)看作是獨(dú)立的區(qū)域，以便讓一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的路由器免于必須知道其它路由器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 對(duì)于巨型網(wǎng)絡(luò)，分兩層是不

50、夠的，有必要將區(qū)域分組，形成簇(cluster)，簇又分成區(qū)(zone)，區(qū)又分成組(group)，可以繼續(xù)下去，直到集體性名詞用完為止。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,IPv4,1、IPv4地址 每一類地址都由兩個(gè)固定長(zhǎng)度的字段組成，其中一個(gè)字段是網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id，它標(biāo)識(shí)主機(jī)（或路由器）所連接到的網(wǎng)絡(luò)，而另一個(gè)字段則是主機(jī)號(hào) host-id，它標(biāo)識(shí)該主機(jī)（或路由器）。 兩級(jí)的 IP 地址可以記為： IP 地址 := , ,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,IPv4,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,IPv4,Special IP addresses.,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與

51、工程學(xué)院,IPv4,2、子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼、CIDR 劃分子網(wǎng)純屬一個(gè)單位內(nèi)部的事情。單位對(duì)外仍然表現(xiàn)為沒(méi)有劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。 從主機(jī)號(hào)借用若干個(gè)位作為子網(wǎng)號(hào) subnet-id，而主機(jī)號(hào) host-id 也就相應(yīng)減少了若干個(gè)位。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,IPv4,2、子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼、CIDR 從一個(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部并無(wú)法判斷源主機(jī)或目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)是否進(jìn)行了子網(wǎng)劃分。 使用子網(wǎng)掩碼(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子網(wǎng)部分。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,IPv4,2、子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼、CIDR 將接口的IP地址和該接口中的地址掩碼相與，就得到該

52、接口所在網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)地址； 將接口的IP地址和該接口中的地址掩碼的反碼相與，就得到該接口所在網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)地址；,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,IPv4,2、子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼、CIDR CIDR 消除了傳統(tǒng)的 A 類、B 類和 C 類地址以及劃分子網(wǎng)的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空間。 CIDR使用各種長(zhǎng)度的“網(wǎng)絡(luò)前綴”(network-prefix)來(lái)代替分類地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)。 IP 地址從三級(jí)編址（使用子網(wǎng)掩碼）又回到了兩級(jí)編址。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,IPv4,2、子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼、CIDR 使用 CIDR 時(shí)，路由表中的每個(gè)項(xiàng)目由“網(wǎng)絡(luò)前綴”和

53、“下一跳地址”組成。在查找路由表時(shí)可能會(huì)得到不止一個(gè)匹配結(jié)果。 應(yīng)當(dāng)從匹配結(jié)果中選擇具有最長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)前綴的路由：最長(zhǎng)前綴匹配(longest-prefix matching)。 網(wǎng)絡(luò)前綴越長(zhǎng)，其地址塊就越小，因而路由就越具體(more specific) 。 最長(zhǎng)前綴匹配又稱為最長(zhǎng)匹配或最佳匹配。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,IPv4,3、ARP協(xié)議、DHCP協(xié)議、ICMP協(xié)議 ARP協(xié)議：,IP 地址,物理地址,ARP,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,IPv4,3、ARP協(xié)議、DHCP協(xié)議、ICMP協(xié)議 DHCP協(xié)議：DHCP 提供了即插即用連網(wǎng)(plug-and-play netw

54、orking)的機(jī)制。這種機(jī)制允許一臺(tái)計(jì)算機(jī)加入新的網(wǎng)絡(luò)和獲取IP地址而不用手工參與。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,DHCP 協(xié)議的工作過(guò)程,客戶,DHCPDISCOVER,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPOFFER,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPREQUEST,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPREQUEST,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPNACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHC

55、PRELEASE,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,服務(wù)器,67,UDP,被動(dòng)打開,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,DHCP 協(xié)議的工作過(guò)程,客戶,DHCPDISCOVER,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPOFFER,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPREQUEST,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPREQUEST,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPNACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCP

56、RELEASE,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,服務(wù)器,67,UDP,被動(dòng)打開,：DHCP 客戶從 UDP 端口 68 發(fā)送 DHCP 發(fā)現(xiàn)報(bào)文。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,DHCP 協(xié)議的工作過(guò)程,客戶,DHCPDISCOVER,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPOFFER,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPREQUEST,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPREQUEST,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPNACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,

57、DHCPACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPRELEASE,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,服務(wù)器,67,UDP,被動(dòng)打開,：凡收到 DHCP 發(fā)現(xiàn)報(bào)文的 DHCP 服務(wù)器 都發(fā)出 DHCP 提供報(bào)文，因此 DHCP 客戶 可能收到多個(gè) DHCP 提供報(bào)文。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,DHCP 協(xié)議的工作過(guò)程,客戶,DHCPDISCOVER,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPOFFER,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPREQUEST,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP

58、,客戶,DHCPREQUEST,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPNACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPRELEASE,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,服務(wù)器,67,UDP,被動(dòng)打開,：DHCP 客戶從幾個(gè) DHCP 服務(wù)器中選擇 其中的一個(gè)，并向所選擇的 DHCP 服務(wù) 器發(fā)送 DHCP 請(qǐng)求報(bào)文。,湖南科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,DHCP 協(xié)議的工作過(guò)程,客戶,DHCPDISCOVER,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPOFFER,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPREQUEST,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPREQUEST,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPNACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPACK,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,客戶,DHCPRELEASE,服務(wù)器,67,68,UDP,UDP,服務(wù)器,67,UDP,被動(dòng)打開,：被選擇的 DHCP 服務(wù)器發(fā)送確認(rèn)報(bào)文 DHCPACK，進(jìn)入已綁定