信息通信网络概论总复习

信息通信网络概论 总复习,信息科学与工程学院,教学要求,本课程是高校电子信息类专业的一门重要专业基础课。 其作用和任务是：通过本课程的学习，系统的介绍信息通信网的基本概念、体系结构及网络协议的基本工作原理，掌握局域网、广域网和互联网等通信网络的基本组网技术，了解信息通信网络安全技术。,第一章 信息通信网络介绍,通信网络基本网络结构 网络构成 拓扑结构 功能结构 通信网交换技术 电路交换和分组交换 电路、虚电路和数据报交换时延 通信网分层协议栈结构 OSI/RM参考模型 TCP/IP 协议栈结构 IEEE802局域网层次结构 通信协议、实体、服务和服务原语 面向连接服务与无连接服务(网络层和传输层),通信网的构成,通信网的组成： 用户终端设备 传输线路 交换系统 通信协议,将众多通信系统通过交换系统按照一定的拓扑结构组合在一起称为通信网。通信网提供话音、图像、数据业务。,通信网络主要拓扑结构,星型网,树型网,分布式网络,总线型网,环型网,复合型网络,通信网的交换技术,通信网发展的主要技术： 1、交换技术 2、信令技术 3、传输技术 4、业务实现方式 主要交换技术 报文交换 电路交换 分组交换： 虚电路和数据报,电路交换时延,transmission time,Virtual Circuit Establishment,虚电路时延,数据报时延,processing delay of Packet 1 at Node 2,propagation delay between Host 1 and Node 2,transmission time of Packet 1 at Host 1,OSI/RM、 IEEE局域网和TCP/IP协议栈模型,协议、实体、服务和服务原语,协议（Protocol）：通信网中通信实体为进行网络中的数据交换（通信）而建立的共同遵守的有关通信规则约定的集合。 Syntax （语法）= How to Say? Semantic（语义）=Whats the meaning? Synchronization（同步）=Do what? 实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程，每一层中的活跃元素。 对等实体：位于不同系统内同一层次的两个实体。 接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的原语操作及上层对下层的服务。 服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。 服务原语：服务用户（N+1实体）与服务提供者（N实体）之间进行交互时，所交换的必要信息，用以通知服务用户采取某种行动，或向服务用户报告其服务提供者的对等实体以 采取的行动。 Request 请求 源（N+1）实体 源（N）实体 Indication 指示 目的（N）实体 目的（N+1）实体 Response 响应 目的（N+1）实体 目的（N）实体 Confirm 证实 源（N）实体 源（N+1）实体,协议与服务,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供服务。 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。 下面的协议对上面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)。,面向连接服务与无连接服务,面向连接服务(connection-oriented) 面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。 无连接服务(connectionless) 两个实体之间的通信不需要先建立好连接。 是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为“尽最大努力交付”(best effort delivery)或“尽力而为”。,面向连接服务与无连接服务,第二章 物理层和传输技术基础,1、传输介质： 导向传输媒体:双绞线(UTP和 STP) 、同轴电缆(50和75 )、光纤 非导向传输媒体：无线电波、红外 2、 模拟和数字传输技术： 数据通信系统模型 信道基本概念:带宽，时延、信道、基带、宽带、调制 、率波特（baud rate）码元率、 比特率(bit rate) 信道最高码元传输数率奈氏(Nyquist)准则 信道极限信息传输数率香农公式,第二章 物理层和传输技术基础（续）,3、信道与编码 编码： 不归零制码（NRZ：Non-Return to Zero） 曼彻斯特码（Manchester） 差分曼彻斯特码（Differential Manchester） 逢“1”变化的NRZ码 逢“0”变化的NRZ码 4B5B 信道复用技术： 波分复用 时分复用（ TDM：Time Division Multiplexing）和统计时分复用（ STDM：Statistic Time Division Multiplexing ） 频分复用（ FDM：Frequency Division Multiplexing）和正交频分复用(OFDM) 码分复用,第三章 数据链路层,3.1数据链路层的基本概念： 链路和数据链路 基本功能：帧定界、流量控制滑动窗口 3.2 检错和纠错 处理差错的两种基本策略 使用纠错码：发送方在每个数据块中加入足够的冗余信息，使得接收方能够判断接收到的数据是否有错，并能纠正错误。 使用检错码：发送方在每个数据块中加入足够的冗余信息，使得接收方能够判断接收到的数据是否有错，但不能判断哪里有错。 海明距离，奇偶校验，CRC循环校验 3.3 停止等待协议ARQ 3.4 连续ARQ协议（窗口大小） 3.5 选择重传ARQ协议 3.6 面向比特的链路控制规程HDLC：透明传输 3.7 因特网的点对点协议PPP,第四章 局域网,局域网概述 局域网拓扑结构和传输介质 局域网随机接入技术基础 随机接入技术：ALOHA、Slotted ALOHA、CSMA、CSMA/CD、CSMA/CA 集中控制技术：Token-Passing Ring 传统以太网和扩展的局域网 以太网的工作原理：拓扑结构、传输介质和编码方式 以太网的信道利用率 以太网的 MAC 层的硬件地址 高速以太网（表示，编码或调制方式） 无线局域网：接入技术，暴露节点和隐蔽节点 IEEE802的LAN：以太网(802.3)、令牌环(802.5)、令牌总线(802.4)和无线局域网(802.11) 局域网扩展：集线器，网桥、以太网交换机,第 5 章 广域网和网络层,5.1 广域网和网络层的基本概念 广域网的构成 网络层的主要功能 数据报和虚电路服务 *5.2 广域网中的分组转发机制 结点交换机中查找转发表 在路由表中使用默认路由 路由选择算法： 基于链接状态的最短路径算法（Dijkstra算法） 距离向量算法（Bellman-Ford算法） 路由器基本结构和功能 *5.3 拥塞控制 拥塞控制的意义 拥塞控制的一般原理和方法 拥塞控制与流量控制的关系,1. Dijkstra算法,Dijkstra算法 每个结点用从源结点沿已知最佳路径到本结点的距离来标注，标注分为临时性标注和永久性标注； 初始时，所有结点都为临时性标注，标注为无穷大； 将源结点标注为0，且为永久性标注，并令其为工作结点； 检查与工作结点相邻的临时性结点，若该结点到工作结点的距离与工作结点的标注之和小于该结点的标注，则用新计算得到的和重新标注该结点； 在整个图中查找具有最小值的临时性标注结点，将其变为永久性结点，并成为下一轮检查的工作结点； 重复第四、五步，直到目的结点成为工作结点；,Dijkstras algorithm: example,Step 0 1 2 3 4 5,start N A AD ADE ADEB ADEBC ADEBCF,D(B),p(B) 2,A 2,A 2,A,D(C),p(C) 5,A 4,D 3,E 3,E,D(D),p(D) 1,A,D(E),p(E) infinity 2,D,D(F),p(F) infinity infinity 4,E 4,E 4,E,2,2,1,3,1,1,2,5,3,5,Dijkstras algorithm: graphics example,N =S,0,N =S,Dijkstras algorithm: graphics example,N =S, A,Dijkstras algorithm: graphics example,N =S, A, B,3,Dijkstras algorithm: graphics example,Note that iteration is on the next node that can be covered with the next shortest path; hence complete topology must be known by router.,N =S, A, B, D,Labels do not change as we continue to expand set N,N =S, A, B, D, C N =S, A, B, D, C, E,Stop after covering E since all nodes are covered by set N.,Dijkstras algorithm: graphics example,2. 距离向量路由算法（Distance Vector Routing）,属于动态路由算法，也称Bellman-Ford路由算法和Ford-Fulkerson算法，最初用于ARPANET，被RIP协议采用。 基本思想 每个路由器维护一张表，表中给出了到每个目的地的已知最佳距离和线路，并通过与相邻路由器交换距离信息来更新表； 以子网中其它路由器为表的索引，表项包括两部分：到达目的结点的最佳输出线路，和到达目的结点所需时间或距离； 每隔一段时间，路由器向所有邻居结点发送它到每个目的结点的距离表，同时它也接收每个邻居结点发来的距离表； 邻居结点X发来的表中，X到路由器i的距离为Xi，本路由器到X的距离为m，则路由器经过X到i的距离为Xi + m。根据不同邻居发来的信息，计算Xi + m，并取最小值，更新本路由器的路由表； 注意：本路由器中的老路由表在计算中不被使用。,Distance Vector algorithm,A,B,C,D,H,L,G,F,E,I,J,K,TO A I H K,line,JA=8 JI=10 JH=12 JK=6,Cost of,Vector received from Js neighbor,New routing table for J,New estimated delay from J,路 由 表,第 6 章 网络互连,网络互连设备 中继器（repeater） 物理层设备，在电缆段之间拷贝比特； 对弱信号进行放大或再生，以便延长传输距离。 网桥（bridge）HUB和以太网交换机 数据链路层设备，在局域网之间存储转发帧； 网桥可以改变帧格式。 多协议路由器（multiprotocol router） 网络层设备，在网络之间存储转发包； 必要时，做网络层协议转换。 传输网关（transport gateway）传输层设备，在传输层转发字节流。 应用网关（application gateway）应用层设备，在应用层实现互连；,中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。 物理层中继系统：转发器(repeater)。 数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。 网络层中继系统：路由器(router)。 网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。 网络层以上的中继系统：网关(gateway)。,网络互相连接起来要使用一些中间设备,网际协议 IP 及其配套协议,各种应用层协议,网络接口层,(TELNET, 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,网际层,IGMP,IP 地址,分类的 IP 地址：IP 地址中的网络号和主机号字段 特殊的IP地址 划分子网与子网掩码 无分类域间路由 CIDR与超网构成 IP 地址与硬件地址 路由器的结构和路由表（目的、下一跳、掩码、距离）,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 RARP (Reverse Address Resolution Protocol) 因特网控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol) 因特网组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol),第 7 章 运输层,运输层协议概述 *6.2 TCP/IP 体系中的运输层 6.2.1 运输层中的两个协议:TCP和UDP 6.2.2 端口的概念 *6.3 用户数据报协议 UDP 6.3.1 UDP 概述 6.3.2 UDP 用户数据报的首部格式 *6.4 传输控制协议 TCP *6.4.1 TCP 概述 *6.4.2 TCP 报文段的首部 *6.4.3 TCP 的数据编号与确认 *6.4.4 TCP 的流量控制与拥塞控制 *6.4.5 TCP 的重传机制 6.4.6 采用随机早期丢弃 RED 进行拥塞控制 *6.4.7 TCP 的运输连接管理:三次握手协议,TCP 与 UDP,UDP 在传送数据之前不需要先建立连接。 对方的运输层在收到 UDP 报文后，不需要给出任何确认。虽然 UDP 不提供可靠交付，但在某些情况下 UDP 是一种最有效的工作方式。 运输层的 UDP 用户数据报与网际层的IP数据报有很大区别。IP 数据报要经过互连网中许多路由器的存储转发，但 UDP 用户数据报是在运输层