1、1,第一章 概述,計算機網(wǎng)絡(luò)：利用通訊設(shè)備和線路，將地理位置不同的獨立的計算機互連起來，以實現(xiàn)信息傳遞和資源共享的系統(tǒng),2,一、分組交換,面向連接和無連接 面向連接：必須通過“建立連接通信釋放連接”的過程。復(fù)雜、可靠、要較大的實現(xiàn)代價 無連接：簡單、快速、不可靠 連接(理解) 確認對方存在；協(xié)商參數(shù)；分配運輸實體單元(緩存、帶寬、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)) 分組交換的特點 高效。逐段占用通信鏈路、動態(tài)分配傳輸帶寬 靈活。每一個分組獨立選擇路由 迅速?？梢圆捎脽o連接的通信方式 可靠。分布式多路由的分組交換網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)生存性很好,3,電路交換，分組交換，報文交換,電路交換傳輸突發(fā)式數(shù)據(jù)時效率很低，若要連續(xù)傳輸大量的數(shù)

2、據(jù)，且其傳送時間遠大于連接建立時間，則電路交換具有傳輸速率較快的特點 分組交換與報文交換不需要預(yù)先分配傳輸帶寬，傳送突發(fā)數(shù)據(jù)時可以提高整個網(wǎng)絡(luò)的信道利用率。 分組交換比報文交換的時延少，但控制更復(fù)雜。,4,5,資源子網(wǎng) 通信子網(wǎng),分組交換網(wǎng)以網(wǎng)絡(luò)為中心，主機處于網(wǎng)絡(luò)的外圍。 分組交換網(wǎng)又稱為通信子網(wǎng) 主機的集合又稱為資源子網(wǎng),6,計算機網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo),帶寬 模擬信號的帶寬指允許通過的頻率范圍 數(shù)字信號的帶寬指數(shù)字信道的“最高數(shù)據(jù)率”,數(shù)字信道的帶寬有時又稱為吞吐量 發(fā)送速率、數(shù)據(jù)率、比特率 (bit/s) 時延：一個報文或分組從一個網(wǎng)絡(luò)(或一條鏈路)的一端傳送到另一端所需的時間 發(fā)送時延：

3、又稱為傳輸時延。指數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進入到傳輸媒體所需的時間 發(fā)送時延=數(shù)據(jù)塊長度/信道帶寬 傳播時延：電磁波在信道中傳播一段距離而花費的時間 傳播時延=信道長度/電磁波在信道上的傳播速率 處理時延：數(shù)據(jù)在交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進行處理花費的時間,7,高速鏈路，指的是發(fā)送速率高而不是比特在鏈路上的傳播速率高(光纖信道的傳輸速率高) 比特的傳播時延與帶寬無關(guān)，提高鏈路帶寬只是減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時延 往返時延(RTT)：是網(wǎng)絡(luò)性能的一個重要指標(biāo)，表示從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到接收到來自接收方的確認(接收方收到第1個比特就開始發(fā)出確認)。RTT包括發(fā)送方的發(fā)送時延與中間結(jié)點的處理時延和發(fā)送時延 運輸層的往返時延

4、RTT包括發(fā)送方的發(fā)送時延與中間結(jié)點的處理時延和發(fā)送時延 數(shù)據(jù)鏈路層的往返時延為傳播時延的兩倍,8,計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network protocol)：為進行網(wǎng)絡(luò)通信而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的三要素 語法 數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式 。 語義 需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應(yīng)。 同步 事件實現(xiàn)順序的詳細說明。 計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)是計算機網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。 TCP/IP并不一定單指TCP和IP兩個協(xié)議，而往往是指因特網(wǎng)所使用的體系結(jié)構(gòu)或是指整個的TCP/IP協(xié)議族。 TCP/IP 常被稱為事實上的( de fact

5、o ) 國際標(biāo)準(zhǔn)。,9,五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)(總綱),應(yīng)用層：規(guī)定應(yīng)用進程在通信時所遵循的協(xié)議。應(yīng)用層數(shù)據(jù)傳送的單位(協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU)稱為報文(message) 運輸層：負責(zé)主機中兩個進程的通信。運輸層的PDU為報文段(segment)或用戶數(shù)據(jù)報(user datagram) 網(wǎng)絡(luò)層：實現(xiàn)分組交換網(wǎng)上不同主機間的通信。其PDU為IP數(shù)據(jù)報(IP datagram) 數(shù)據(jù)鏈路層：實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上兩個相鄰結(jié)點間的通信，其PDU為幀(frame) 物理層：透明的傳輸比特流，其PDU為bit,10,分層體系結(jié)構(gòu)的好處,各層之間是獨立的，便于將一個復(fù)雜的功能分解稱為幾個子功能來實現(xiàn) 靈活性好。任何一層發(fā)生

6、變化時，只要接口保持不變就不會影響到其它層。 結(jié)構(gòu)上可分割開。各層都可以采用最合適的技術(shù)來實現(xiàn)。 易于實現(xiàn)和維護。 能促進標(biāo)準(zhǔn)化工作。每一層的功能及其所提供的服務(wù)都已有了精確的說明。,11,常見的英文縮寫,PDU; TCP/IP; ISP; WAN; LAN; MAN; ISO; OSI; RFC,12,第二章 物理層,物理層的主要任務(wù)為確定與傳輸媒體的接口的一些特性 機械特性 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。 規(guī)程特性 指明對于不同功能的各種可能

7、事件的出現(xiàn)順序。,13,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),數(shù)據(jù)：信息在計算機世界的表現(xiàn) 信號：信息在通信世界的表現(xiàn) 調(diào)制與解調(diào)：數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬信號的過程叫調(diào)制，反之叫解調(diào)。 通信雙方的三種交互方式： 單向通信（單工通信）只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。 雙向交替通信（半雙工通信）通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時接收)。 雙向同時通信（全雙工通信）通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。,14,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)(續(xù)),碼元：數(shù)字通信中的一個基本的信號單元?？赡鼙硎?bit,也可能若干個bit 波特(baud)是碼元傳輸速率的單位，1波特 為 1碼元/秒 香農(nóng)(Shannon)用信息論

8、的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率。 信道的極限信息傳輸速率 C 可表達為 C = W log2(1+S/N) bit/s 采用撥號上網(wǎng)，最大的噪聲來源于模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。 傳輸基帶信號的兩種常見編碼(了解) 曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼,15,信道復(fù)用技術(shù),頻分復(fù)用FDM(Frequency-division multiplexing) 所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源。 時分復(fù)用TDM(Time-division multiplexing) 所有用戶在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。 碼分復(fù)用CDM或更常用碼分多址CDMA( Code

9、Division Multiple Access) 各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，多個用戶同一時間用同樣的頻帶通信彼此不會造成干擾。 CDMA原理(參看練習(xí)2-17),16,常用的英文縮寫,FDM; TDM; CDMA; ADSL; DCE; DTE,17,第三章 數(shù)據(jù)鏈路層,數(shù)據(jù)鏈路：一條物理線路以及必要的通信協(xié)議 數(shù)據(jù)鏈路層通信協(xié)議常用適配器來實現(xiàn)(例如常見的網(wǎng)卡) 一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的內(nèi)容 停止等待ARQ協(xié)議：提供可靠傳輸服務(wù)的一個簡單協(xié)議 接收方發(fā)送確認幀實現(xiàn)對發(fā)送方的流量控制 接收方校驗數(shù)據(jù),丟棄錯誤幀，發(fā)送否認幀，發(fā)送方重傳，由此解決錯誤幀的問題 超時重傳解

10、決丟失幀的問題 給發(fā)送的幀編號(只需0,1兩個編號)，解決了幀重復(fù)的問題 循環(huán)冗余校驗CRC(參看練習(xí)3-20) CRC可以檢測錯誤，不能糾錯。檢測不到差錯的概率很低。 停止等待協(xié)議定量分析(了解),18,連續(xù)ARQ協(xié)議原理,在發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀后，不是停下來等待確認幀，而是可以連續(xù)再發(fā)送若干個數(shù)據(jù)幀。(可以連續(xù)發(fā)送多少個數(shù)據(jù)幀由發(fā)送窗口的大小決定) 如果這時收到了接收端發(fā)來的確認幀，那么還可以接著發(fā)送數(shù)據(jù)幀。 接收端只按序接收數(shù)據(jù)幀。假設(shè)在有差錯的 2號幀之后接著又收到了正確的 3 個數(shù)據(jù)幀，接收端都必須將這些幀(2,3,4,5)丟棄，因為在這些幀前面有一個 2 號幀還沒有收到。雖然丟棄了這些

11、不按序的無差錯幀，但應(yīng)重復(fù)發(fā)送已發(fā)送過的最后一個確認幀ACK2（防止確認幀丟失）。 ACK2 表示確認 1 號幀 DATA1，并期望下次收到 2 號幀。依此類推。,19,連續(xù)ARQ協(xié)議原理(續(xù)),超時重傳機制。結(jié)點 A 在每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀時都要設(shè)置該幀的超時計時器。如果在所設(shè)置的超時時間內(nèi)收到確認幀，就立即將超時計時器清零。但若在所設(shè)置的超時時間到了而未收到確認幀，就要重傳相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，并重新設(shè)置超時計時器。 GBN(第N個分組重發(fā))。在等不到 2 號幀的確認而重傳 2 號數(shù)據(jù)幀時，雖然結(jié)點 A 已經(jīng)發(fā)完了 5 號幀，但仍必須向回走，將 2號幀及其以后的各幀全部進行重傳。連續(xù) ARQ 又稱為

12、Go-back-N ARQ，意思是當(dāng)出現(xiàn)差錯必須重傳時，要向回走 N 個幀，然后再開始重傳。,20,連續(xù)ARQ協(xié)議原理(續(xù)) 滑動窗口,發(fā)送端的發(fā)送窗口：發(fā)送窗口的大小 WT 代表在還沒有收到對方確認信息的情況下發(fā)送端最多可以發(fā)送多少個數(shù)據(jù)幀。 發(fā)送窗口用來對發(fā)送端進行流量控制。 接收端的接收窗口：決定可以接收那些數(shù)據(jù)幀。在只有當(dāng)收到的數(shù)據(jù)幀的發(fā)送序號落入接收窗口內(nèi)才允許將該數(shù)據(jù)幀收下。 連續(xù)ARQ協(xié)議中，接收窗口WR = 1。 停止等待ARQ協(xié)議可以看成發(fā)送窗口大小為1的連續(xù)ARQ協(xié)議的特例。 只有在接收窗口向前滑動時（與此同時也發(fā)送了確認），發(fā)送窗口才有可能向前滑動。 連續(xù)ARQ協(xié)議可以在

13、連續(xù)收到幾個正確的數(shù)據(jù)幀才發(fā)送對最后那個數(shù)據(jù)幀的確認，這就是累積確認?；蛘咴谧约旱臄?shù)據(jù)幀中捎帶對通信對方的確認。累積確認和捎帶確認可以減少開銷,21,選擇重傳ARQ協(xié)議,連續(xù)ARQ協(xié)議的擴充，接收窗口大于1。接收窗口顯然不應(yīng)該大于發(fā)送窗口(太大是一種浪費)。接收窗口小于等于序號范圍的一半(超過這個范圍會出現(xiàn)問題，了解),22,HDLC和PPP,HDLC：高級數(shù)據(jù)鏈路控制，HDLC是面向比特的，可傳輸任意比特流 零比特填充法(練習(xí)3-20) HDLC 采用零比特填充法使一幀中兩個 F 字段之間不會出現(xiàn) 6 個連續(xù) 1。 在發(fā)送端，當(dāng)一串比特流數(shù)據(jù)中有 5 個連續(xù) 1 時，就立即填入一個 0。 在

14、接收幀時，先找到 F 字段以確定幀的邊界。接著再對比特流進行掃描。每當(dāng)發(fā)現(xiàn) 5 個連續(xù) 1 時，就將其后的一個 0 刪除，以還原成原來的比特流。 PPP：點對點協(xié)議(Point-to-Point Protocol) PPP是面向字符的，只能傳輸特定字符集 PPP不提供序號和確認的可靠傳輸機制，但是PPP由差錯檢測功能，可以保證無差錯接收。,23,常用的英文縮寫,ARQ; GBN; CRC; HDLC; PPP,24,第四章 局域網(wǎng),以太網(wǎng)在局域網(wǎng)市場中占有絕對優(yōu)勢。 嚴格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合 DIX Ethernet V2 標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng) DIX Ethernet V2 標(biāo)準(zhǔn)與 IEEE

15、 的 802.3 標(biāo)準(zhǔn)只有很小的差別，因此可以將 802.3 局域網(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。 802委員會將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層，即邏輯鏈路控制LLC子層和媒體接入控制MAC子層?，F(xiàn)在LLC作用已經(jīng)不大，很多廠商生產(chǎn)的網(wǎng)卡就只有MAC協(xié)議。 以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的服務(wù)，數(shù)據(jù)幀沒有編號，也不要求對方確認。網(wǎng)卡收到一個正確的幀時，通過中斷將其交付給計算機的網(wǎng)絡(luò)層，收到錯誤的幀時，就直接把它丟棄。,25,CSMA/CD,總線上同一時間只允許一臺計算機發(fā)送信息，否則各計算機之間會互相干擾。CSMA/CD是一種協(xié)調(diào)共享總線計算機通信的一種協(xié)議。 當(dāng)幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺

16、動值將會增大（互相疊加）。 CSMA/CD通過檢測信號電壓的擺動值判斷是否發(fā)生沖突。 最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時間 2 （兩倍的端到端往返時延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。 以太網(wǎng)的端到端往返時延 2 稱為爭用期，或碰撞窗口。 經(jīng)過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。,1 km,27,指數(shù)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）一個隨機時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。 確定基本退避時間，一般是取為爭用期 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, (2k 1)中隨機地取出一個數(shù)，記為 r。重傳

17、所需的時延就是 r 倍的基本退避時間。 當(dāng)重傳達 16 次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。 參看練習(xí)4-05 指數(shù)退避算法的“捕獲效應(yīng)”，引起某些站不能公平的“捕獲”到總線,28,局域網(wǎng)中的主要設(shè)備,轉(zhuǎn)發(fā)器(中繼器)：物理層設(shè)備，消除信號的失真和衰減。 集線器(hub)：是多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器 物理上是星形網(wǎng)，邏輯上是總線網(wǎng)。 網(wǎng)卡：數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，包括了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層的功能。功能主要有三 數(shù)據(jù)的封裝與解封 鏈路管理 曼徹斯特編碼與譯碼,29,以太網(wǎng)MAC層,局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址或MAC地址?，F(xiàn)在局域網(wǎng)上使用的是六個字節(jié)的MAC地址。,30,擴展局域網(wǎng),采用集線器在物理層擴展局

18、域網(wǎng) 集線器是物理層設(shè)備，采用集線器連接的局域網(wǎng)屬于同一個碰撞域，同一時刻只能有一個站發(fā)送數(shù)據(jù)，所有的站共享帶寬。 不同以太網(wǎng)技術(shù)的局域網(wǎng)不能用集線器互連 采用網(wǎng)橋在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) 以太網(wǎng)交換機是多端口的網(wǎng)橋，是數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。以太網(wǎng)交換機的每一個端口連接的網(wǎng)段都屬于不同的碰撞域，端口之間可以無碰撞的傳輸數(shù)據(jù)，獨占帶寬。 透明網(wǎng)橋?qū)τ诟鱾€站點是不可見的。透明網(wǎng)橋采用支撐樹算法避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中一直兜圈子。,31,網(wǎng)橋應(yīng)當(dāng)按照以下算法處理收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表,(2)從端口 x 收到無差錯的幀（如有差錯即丟棄），在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找目的站 MAC 地址。 (2) 如有，則查找出到此 MAC 地址應(yīng)當(dāng)走的端口 d，然后進行(3)，否則轉(zhuǎn)到(5)。 (3) 如到這個 MAC 地址去的端口 d = x，則丟棄此幀（因為這表示不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進行轉(zhuǎn)發(fā)）。否則從端口 d 轉(zhuǎn)發(fā)此幀。 (4) 轉(zhuǎn)到(6)。 (5) 向網(wǎng)橋除 x 以外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀（這樣做可保證找到目的站）。 (6) 如源