计算机网络知识回顾课件

计算机网络知识回顾内蒙古大学计算机学院孙涛计算机网络知识回顾内蒙古大学计算机学院目录第1章计算机网络概述

第2章数据通信技术

第3章

简单的网络

第4章数据交换技术

第5章网络互连技术第6章端到端的协议第7章网络安全第8章网络应用12/24/20222CollegeofComputerScience,IMU目录第1章计算机网络概述12/19/20222Co第一章计算机网络概述1.1基本概念1.2网络体系结构与协议12/24/20223CollegeofComputerScience,IMU第一章计算机网络概述1.1基本概念12/19/2第一章计算机网络概述1.1基本概念1.1.1计算机网络的历史与发展1.1.2计算机网络的定义1.1.3计算机网络的分类1.1.4计算机网络的硬件组成1.1.5计算机网络的性能评价12/24/20224CollegeofComputerScience,IMU第一章计算机网络概述1.1基本概念12/19/21.1.2计算机网络的定义计算机网络是一个结合了计算机技术和通信技术的、由若干台具有独立自主功能的、通过各种通信手段互联的、以便进行信息交换、资源共享和协同工作的计算机组成的复合系统。12/24/20225CollegeofComputerScience,IMU1.1.2计算机网络的定义12/19/20225Coll1.1.3计算机网络的分类按网络的地理分布范围划分按网络拓扑结构划分12/24/20226CollegeofComputerScience,IMU1.1.3计算机网络的分类按网络的地理分布范围划分12/1网络的地理分布范围分类局域网(LocalAreaNetwork,LAN)广域网(WideAreaNetwork,WAN)互连网12/24/20227CollegeofComputerScience,IMU网络的地理分布范围分类局域网(LocalAreaNetw按网络拓扑结构划分总线型环型星型混合型树型（星型级联）网状（星型+环型）12/24/20228CollegeofComputerScience,IMU按网络拓扑结构划分总线型12/19/20228College总线型12/24/20229CollegeofComputerScience,IMU总线型12/19/20229CollegeofCompu环型12/24/202210CollegeofComputerScience,IMU环型12/19/202210CollegeofCompu星型12/24/202211CollegeofComputerScience,IMU星型12/19/202211CollegeofCompu1.1.4计算机网络的硬件组成网络的硬件是由计算机网络接口卡传输介质远程访问设备网络互连设备组成

12/24/202212CollegeofComputerScience,IMU1.1.4计算机网络的硬件组成网络的硬件是由12/19/2中继器(repeater)是一种信号放大器，用于延长网络电缆的长度，扩大网络的分布范围。网桥是一种网络互连设备，用于扩大网络的分布范围和分散网络的负荷，提高计算机和通信的效率。交换机是一种网络互连设备，提高网络性能。比较复杂的网络互连设备是路由器。

12/24/202213CollegeofComputerScience,IMU中继器(repeater)是一种信号放大器，用于延长网络电缆1.1.5计算机网络性能评价评价网络性能指标的标准主要有二个：带宽和延迟。带宽：在一段特定的时间内网络所能传送的比特数。延迟：一个比特从网络的一端传到另一端花费的时间。延迟=传播延迟+发送延迟+排队延迟传输量大则带宽重要；传输量小则延迟重要。

12/24/202214CollegeofComputerScience,IMU1.1.5计算机网络性能评价评价网络性能指标的标准主要有要保证网络使用效率，则考虑延迟和带宽的乘积。延迟和带宽的乘积的重要性在于：该乘积相当于第1比特到达接收者之前，发送者必须发送的比特数。如果发送者所发送的比特数比这个数小，那么就造成了带宽浪费；如果大了，就造成拥塞甚至丢包。构造高性能网络时应考虑此数。（管道满载）12/24/202215CollegeofComputerScience,IMU要保证网络使用效率，则考虑延迟和带宽的乘积。12/19/201.2网络体系结构与协议1.2.1分层的网络模型1.2.2通信协议1.2.3OSI参考模型1.2.4Internet体系结构12/24/202216CollegeofComputerScience,IMU1.2网络体系结构与协议1.2.1分层的网络模型12/A1A21A22A31A32接口接口接口接口计算机AB1B21B22B31B32接口接口接口接口计算机B实际物理通道图例：逻辑通道服务接口1.2.1分层的网络模型对等层12/24/202217CollegeofComputerScience,IMUA1A21A22A31A32接口接口接口接口计算机AB1B21.2.2通信协议协议是对等层实体间，为了支持它们之间的通信而事先规定的规则。如：A主机和B主机的网络层都使用IP协议，则可以实现IP寻址；A主机和B主机的传输层都使用TCP协议，则可以实现丢包的重传和重排序等功能。12/24/202218CollegeofComputerScience,IMU1.2.2通信协议协议是对等层实体间，为了支持它们之间12/24/202219CollegeofComputerScience,IMU12/19/202219CollegeofComputePDU的组成：协议栈：虚通信物理媒体实际通信N+1层N层N-1层N+1层N层N-1层虚通信n层协议计算机A计算机B控制部分数据部分nPDU控制nPDU数据N-1PDU控制N-1PDU数据12/24/202220CollegeofComputerScience,IMUPDU的组成：虚通信物理媒体实际通信N+1层N1.2.3OSI参考模型终端主机网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层终端主机网络中的一个或多个结点

终端主机12/24/202221CollegeofComputerScience,IMU1.2.3OSI参考模型终端主机网络层数据物理层网络层每层数据单元的名称Layer

PDUs7 - Application ------------|6 - Presentation Data 5 - Session ------------|4 - Transport Segments3 - Network Packets2 - DataLink Frames1 - Physical Bits12/24/202222CollegeofComputerScience,IMU每层数据单元的名称Layer PDUs12/1.2.4因特网体系结构ApplicationTransportNetworkAccessInternet1.2.4因特网体系结构ApplicationTransApplicationTransportNetworkAccessInternetTCP/IPOSIApplicationPresentationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalTCP/IP与OSI的比较12/24/202224CollegeofComputerScience,IMUApplicationTransportNetworkAc物理层网络接口层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层表示层应用层应用层FTPHTTPSMTPTFTPTCPUDPIPEthernetFDDIX.25ISDN协议图参考模型Port端口号IP地址Mac地址如何理解图中三个关键层中的三个量假如你要到白宫去找布什，那么先步行到学校门口，再乘出租车到机场，再乘飞机到北京，再乘飞机到华盛顿，再乘出租车到白宫，再从白宫里的所有人中找出布什。以上过程中，白宫为IP地址，布什为Port端口号，每一步目标为Mac地址。在网络传输中，Mac地址是用于每一步通信的，IP地址是用于路由的，Port端口号是用于同一地址的多个应用程序解多路复用的。12/24/202225CollegeofComputerScience,IMU物理层数据网络层网络层传输层传输层会话层表示层应用层F网络的学习：由易到难点对点nodenode多路访问……nodenodenodenode直连链路12/24/202226CollegeofComputerScience,IMU网络的学习：由易到难点对点nodenode多路访问……nodswitchhosthosthosthosthosthostswitchswitch交换网12/24/202227CollegeofComputerScience,IMUswitchhosthosthosthosthosthostRouter/SwitchRouter/SwitchRouter/Switch网络的互连12/24/202228CollegeofComputerScience,IMURouter/SwitchRouter/SwitchRout2.1传输介质2.2数字通信2.3数据编码2.4成帧2.5差错检测的基本方法2.6可靠传输第2章数据通信技术（直连网）12/24/202229CollegeofComputerScience,IMU2.1传输介质第2章数据通信技术（直连网）12/19/2介质分类：有线介质：将信号约束在一个物理导体内如双绞线、同轴电缆、光纤等无线介质：不能将信号约束在一个物理导体内如无线电、短波、微波、卫星、光波12/24/202230CollegeofComputerScience,IMU介质分类：有线介质：将信号约束在一个物理导体内12/19/22.3数据编码为了将比特从一个结点传输到另一个结点，需要把二进制数据编码为链路所能传送的信号，然后在物理链路上传播，在接收结点将信号解码成相应的二进制数据。12/24/202231CollegeofComputerScience,IMU2.3数据编码为了将比特从一个结点传输到另一个结点，需将数值1映射为高信号，数值0映射为低信号。缺点：1)连续“0”和连续“1”问题2)发送方和接收方的时钟不能精确同步比特0010111101000010NRZ(1)、不归零(Non-ReturntoZero,NRZ)编码12/24/202232CollegeofComputerScience,IMU将数值1映射为高信号，数值0映射为低信号。比特00接收方保持一个它所收到的信号平均值，即基线，然后用这个平均值区分高、低电平信号基线漂移，即太多连续的1或0使这个平均值发生改变，使得对收到的信号判定出错。时钟漂移：接收方实际上是根据信号从1到0或从0到1的电平跳变，来自己进行同步校正的，若长时间没有从1到0或从0到1的跳变，时钟就不能进行同步校正，导致时钟漂移。12/24/202233CollegeofComputerScience,IMU接收方保持一个它所收到的信号平均值，即基线，然后用这个平均值

比特0010111101000010NRZI(2)、不归零反转(Non-ReturntoZeroInverted，NRZI)编码

发送方从当前信号产生一个跳变，则编码为一个1，保持当前信号，则编码为一个0。

特点：解决了连续1的问题，但未解决连续0的问题。12/24/202234CollegeofComputerScience,IMU比特0010111曼彻斯特编码将0作为一个由低到高的跳变，1作为一个由高到低的跳变。因为0和1都导致信号的跳变，所以接收方时钟能被有效地恢复。比特0010111101000010

时钟Manchester(3)、曼彻斯特编码

（Manchesterencoding）12/24/202235CollegeofComputerScience,IMU曼彻斯特编码将0作为一个由低到高的跳变，1作为一个由高到低的2.4成帧如何确定帧的边界？12/24/202236CollegeofComputerScience,IMU2.4成帧如何确定帧的边界？12/19/202236CSYN（synchronization）(同步)字符，一帧开始发送STX（正文开始符）ETX（正文结束符）SOH（头部开始符）字段与STX字段的目的是一样的。CRC（cyclicredundancycheck，循环冗余校验）2.4.2、面向字符协议的成帧

1．字符填充方法CRCETXBodySTXHeaderSOHSYNSYN888881612/24/202237CollegeofComputerScience,IMUSYN（synchronization）(同步)字符，一帧开帧的数据部分中可能有与控制字符相同的字符，这时可以对该字符之前加上DLE作以区分。可以有：ETX-〉

DLEETXDLE-〉DLEDLE这样，正文中可以发送任何数据，即对上层数据没有任何限制。因为在这种方法中，对帧的数据部分插入了额外的字符，所以称为字符填充方法。12/24/202238CollegeofComputerScience,IMU帧的数据部分中可能有与控制字符相同的字符，这时可以对该字符之2．字节计数方法包含在一个帧中的字节数放在帧头部的一个字段中。实例：DECNET网的DDCMP协议采用这种方法。CRCBodyHeaderCountClassSYNSYN888144216图2.12DDCMP帧格式缺点：若Count出错，可能会产生累计多个错误。12/24/202239CollegeofComputerScience,IMU2．字节计数方法CRCBodyHeaderCountCla2.5差错检测的基本方法（1）二维奇偶校验（Two-dimensionalParity）（2）校验和（Checksum），如一些因特网协议（3）循环冗余校验（CyclicRedundancyCheck，CRC）。12/24/202240CollegeofComputerScience,IMU2.5差错检测的基本方法（1）二维奇偶校验（Two-di

2.6可靠传输2.6.1停止等待协议2.6.3滑动窗口协议2.6可靠传输2.6.1停止等待协议编码成帧校验等技术解决了数据传输的基本技术问题。但是，怎样保证网页信息的完整和准确？12/24/202242CollegeofComputerScience,IMU编码成帧校验等技术解决了数据传输的基本技术问题。但是，怎网络传输的本质是数据帧的发送与接收。一般而言，每一个网页都是由多个数据包组成的。R1发方向收方发送一个个的帧，发方如何知道发送的帧是否到达收方？数据帧丢失了如何处理？错序到达又如何处理？这些都属于可靠传输问题。234512/24/202243CollegeofComputerScience,IMU网络传输的本质是数据帧的发送与接收。一般而言，每一个网页都确认（简称ACK）超时（timeout）重发（retransmit）12/24/202244CollegeofComputerScience,IMU确认（简称ACK）12/19/202244Collegeo2.6.1停止等待协议停止等待(stop-and-wait)的思想：发送方传输一帧之后，在传输下一帧之前等待一个确认。如果在某段时间之后确认没有到达，则发送方超时，重发原始帧。12/24/202245CollegeofComputerScience,IMU2.6.1停止等待协议停止等待(stop-and-wait时间超时发送方接收方帧ACK（a）确认在超时前到达超时发送方接收方帧帧ACK超时(b)原始帧丢失发送方在链路上只有一个未确认的帧，这可能远远低于链路的容量12/24/202246CollegeofComputerScience,IMU时间超时发送方接收方帧ACK（a）确认在超时前到达超时发送方2.6.3滑动窗口协议发送方为每一帧赋一个序号，记作SeqNum。假设SeqNum能无限增大。

12/24/202247CollegeofComputerScience,IMU2.6.3滑动窗口协议发送方为每一帧赋一个序号，记作Seq发送方接收方正常情况下数据包的传输过程：13456122Ack7滑动窗口算法基本思路12/24/202248CollegeofComputerScience,IMU发送方接收方正常情况下数据包的传输过程：13456发送方接收方数据包丢失和错序到达的传输过程：124561Ack2332Ack滑动窗口算法对丢包和错序到达的处理12/24/202249CollegeofComputerScience,IMU发送方接收方数据包丢失和错序到达的传输过程：1245发送方接收方124561Ack2332Ack为了进行流量控制，滑动窗口算法还需引入窗口大小的限制在刚才的例子中，发完2之后，还没有等到2ack，就又将3发了出去，甚至4、5都可发出去。这样做有利于管道满载。但是，最多能发多少呢？我们有窗口的大小来控制它！12/24/202250CollegeofComputerScience,IMU发送方接收方124561Ack2332A发送方维护3个变量：（1）发送窗口大小（sendwindowsize），记作SWS，给出发送方能够发送但未确认的帧数的上界；（2）LAR表示最近收到的确认帧（lastacknowledgementreceived）的序号（3）LFS表示最近发送的帧(lastframesent)的序号，发送方还维持下式：LFS-LAR<=SWS12/24/202251CollegeofComputerScience,IMU发送方维护3个变量：12/19/202251CollegeLFS-LAR<=SWS发方的工作：当一个确认到达时，发送方向右移动LAR，允许发送方发送另一帧。同时，发送方为所发的每个帧设置一个定时器，如果定时器在ACK到达之前超时，则重发此帧。注意：发送方必须可以存储SWS个帧，因为在它们得到确认之前可能重发。<=SWSLARLFS图2.23发送方的滑动窗口

12/24/202252CollegeofComputerScience,IMULFS-LAR<=SWS<=SW设SeqNumToACK表示未被确认帧的最大序号确认方式：累积的（cumulative）确认。只对SeqNumToACK这一帧发确认，表示序号小于等于SeqNumToACK的帧都已收到。在累计ACK时，可通过对某帧的重复ACK，来提醒发方某帧未收到。如应收6,7,8帧，但收到帧7,8，帧6未到，收方可为帧5多发一个ACK来暗示帧6的丢失。

<=RWSLFRLAFNFE12/24/202253CollegeofComputerScience,IMU设SeqNumToACK表示未被确认帧的最大序号<=R接收方可以设置接收窗口RWS，窗口内的接收，窗口外的丢弃。这样可以实现流量控制。接收方可以将RWS设置为任何想要的值。（1）RWS（收方窗口大小）=1，表示接收方不存储任何错序到达的帧；（2）RWS=SWS，表示接收方能够缓存发送方传输的任何帧。（3）由于错序到达的帧不可能超过SWS个，所以设置RWS>SWS没有意义。

12/24/202254CollegeofComputerScience,IMU接收方可以设置接收窗口RWS，窗口内的接收，窗口外的丢弃。这在有限的头部字段中说明帧的序号，所以序号不可能无限增大。例：一个3比特序号意味着有8个可用序号0…7，因此序号必须可重用，需解决的问题是：要能够区别同一序号的不同次发送？2．有限序号和滑动窗口12/24/202255CollegeofComputerScience,IMU在有限的头部字段中说明帧的序号，所以序号不可能无限增大。2．假设：n为序号比特数,发方窗口大小=2n-1，一切正常时：SWS=7012345670ACKRWS=712/24/202256CollegeofComputerScience,IMU假设：n为序号比特数,发方窗口大小=2n-1，一切正常时：ACK丢失，发方超时，重发0-6帧，收方此时希望收到7，0-5帧，则会认为发方重发的帧为新帧，收下，出错。原因：接收窗口滑动之后期望的帧序号与上一轮序号重合所致SWS=7012345670ACKRWS=7x不正常时：12/24/202257CollegeofComputerScience,IMUACK丢失，发方超时，重发0-6帧，收方此时希望收到7，0-当RWS=SWS时，发送窗口的大小不能大于可用序号数的一半。12/24/202258CollegeofComputerScience,IMU当RWS=SWS时，发送窗口的大小不12/19/20第三章简单的网络

（冲突的解决：访问控制）本章介绍3个特定的网络技术：（1）载波监听多路访问（CSMA）网，如以太网（802.3）（2）令牌环（IEEE802.5标准），FDDI（3)无线网（802.11）12/24/202259CollegeofComputerScience,IMU第三章简单的网络

（冲突的解决：访问控制）本章介绍3个特802.10可操作的局域网的安全机制802.1体系结构、网络互连802．2逻辑链路控制（LLC）802.3CSMA/CDMAC物理层802.4令牌总线MAC物理层802.5令牌环网MAC物理层802.6城域网MANMAC物理层802.9语音数据综合局域网802.11无线局域网802.7宽带技术802.8光纤技术图3.3IEEE802内部结构关系局域网标准12/24/202260CollegeofComputerScience,IMU802.10802.1802．2802.3802.480以太网的介质访问控制网络传输时发生冲突，则接收到的数据产生混乱，只能在信道空闲时重发，效率大幅降低。以太网的介质访问控制（MediaAccessControl，MAC）。它通常在网络适配器上以硬件方式实现。12/24/202261CollegeofComputerScience,IMU3.3.2以太网的介质访问控制12/19/202261

发方：一旦某个站要发送一帧，它就立刻发送。然后监听一段时间。如果期间该站收到一个确认，则发送成功，否则，它将重新发送该帧，如果该站在重复发送后仍没有收到确认，它将放弃。（1）ALOHA随机访问控制方法12/24/202262CollegeofComputerScience,IMU发方：（1）ALOHA随机访问控制方法12/19/202冲突12/24/202263CollegeofComputerScience,IMU冲突12/19/202263CollegeofCompu以太网的问题：以太网上的任意一个主机传输的数据都能够到达所有其它主机。这是好的一面。不好的一面是，所有这些主机竞争访问同一条链路，称它们处在同一个冲突域（collisiondomain）中。ALOHA的信道利用率为18%。

ABCCDEF12/24/202264CollegeofComputerScience,IMU以太网的问题：ABCCDALOHA随机访问方法，有如下特点：①各站间无需任何的协调或约束。②如果网中两个以上的站同时往信道上发送数据，它们会互相干扰从而破坏数据的正确性。③随着信道负载的增加（发送信息帧的用户增加或发送信息帧的频率的增加），冲突将加剧。在重负载下，信道的吞吐量就会变得很低，甚至最后趋于O。12/24/202265CollegeofComputerScience,IMUALOHA随机访问方法，有如下特点：①各站间无需任何的协为避免一个帧快传完时被别的站的发送冲突引入-----分时（时间片）ALOHA

改进的ALOHA：分时（时间片）ALOHA

在这种模式中，网中各站只能在每个时间片开始的时候发送信息帧，其它的时间不能发送。这样减少了产生冲突的概率，提高了信道的利用率，其最大的信道利用率约为36.8％。12/24/202266CollegeofComputerScience,IMU为避免一个帧快传完时被别的站的发送冲突引入-----分时（时局域网重要性质：

帧的发送时延远大于帧在站间传播时延，当一个站发送时，其它的站立即就知道了，因此，如果能检测到，它们会等到一个站发完后再发，可减少冲突，这样只有两站几乎同时发时才冲突。------------如果在发之前检测一下信道就可以把别人在发，自己也在发所产生的冲突避免掉。12/24/202267CollegeofComputerScience,IMU局域网重要性质：12/19/202267Collegeof要发送的站首先监听信道，判断是否有其它站正在发送（载波监听），如果信道正在被使用，该站必须等待，如果信道空闲，该站可以发，站在发送后等一段时间，收到确认，则认为成功，否则，冲突重发。（2）CSMA技术（载波监听多路访问方法）12/24/202268CollegeofComputerScience,IMU要发送的站首先监听信道，判断是否有其它站正在发送（载波监听CSMA弊端：已经冲突了，但发方还是要将数据发送完毕，等到收不到确认时才知道冲突了。这造成了信道浪费。CSMA／CD在CSMA的基础上增加了冲突检测的功能，即边发边听，其原理如下：1)如果信道空闲，发送；否则，转2）2)如果信道忙，继续监听直到信道空闲，然后立即发送。3)如果在发送过程中检测到冲突，那么它发送32b干扰信号，然后停止发送。4)发完干扰信号后，随机等待一段时间，继续重传（从1)开始重复）（3）CSMA/CD（载波监听多路访问／冲突检测）12/24/202269CollegeofComputerScience,IMUCSMA弊端：已经冲突了，但发方还是要将数据发送完毕，等到收随机等待时间的计算方法之一--------指数退避法在0---2n–1之间随机选一个k，并等待k*51.2us，其中n是所经历的冲突次数。（此算法是为了避免两节点为发某一数据不停的产生冲突）适配器在尝试给定次数之后将放弃尝试，并向主机报告传输出错。12/24/202270CollegeofComputerScience,IMU随机等待时间的计算方法之一--------指数退避法12(4)

CSMA/CA（CarrySenseMultipleAccess/CollisionAvoidance,载波监听多路访问／冲突避免）这种方法不进行冲突检测，而是以其他的方法尽量减少冲突。主要思想是：信道空闲时并不立刻进行发送，而是继续等待一段时间，等待完毕后如果空闲再发送。参见无线网络。12/24/202271CollegeofComputerScience,IMU(4)CSMA/CA（CarrySenseMultip在令牌环中，“令牌”是一个特殊的比特序列，它用于管理共享环的访问。一个令牌在环上循环，每个结点收到令牌后转发它。当一个有帧要传输的结点看到令牌时，它把令牌从环上取下而将自己的数据帧插入环中。沿路的各结点简单地转发帧，目的结点存一个该帧拷贝，然后将消息转发给环的下一结点。当帧返回到发送方时，这个结点将帧取下来（而不是继续转发它），然后再插入令牌。算法是公平的3.4令牌环（802.5）12/24/202272CollegeofComputerScience,IMU在令牌环中，“令牌”是一个特殊的比特序列，它用于管理共享环的FDDI光纤网也是一种令牌环网。发送：当环进入稳定操作后准备发送数据的站必须等待令牌到来并捕获令牌，然后才能发。每次都可以发送一定数量的同步帧。如果令牌是早到的，则还可以发送一定数量的异步帧；如果令牌晚到，则不可以发送异步帧。当数据发完或时间用完后，必须重新产生一个令牌放在环上。即同步帧优先。接收：同令牌环，但采用提早释放令牌的方法，因此环上仅有一个令牌，但可能同时有多个数据帧。12/24/202273CollegeofComputerScience,IMUFDDI光纤网也是一种令牌环网。12/19/202273Co特点：并非所有的结点可达（与以太网不同）。BACD3.6无线网络（802.11）

12/24/202274CollegeofComputerScience,IMUBACD3.6无线网络（802.11）12/19/2假设A和C都想与B进行通信，都向B发送一帧。这两个帧在B互相冲突，A和C都不知道这一冲突。称A和C是关于对方的隐藏结点（hiddennode）。隐藏结点问题BACDC可以到达B、D，但不可以到达AB可以到达A、C，但不可以到达D12/24/202275CollegeofComputerScience,IMU假设A和C都想与B进行通信，都向B发送一帧。这两个帧在B暴露结点问题(exposednodeproblem)在下列情况下发生，B正向A发送数据。结点C发现这一通信，如果C只是因为听到B的传输就认为它不能向任何结点（如D结点）传输，这将是错误的。BACDB可以到达A、C，但不可以到达DC可以到达B、D，但不可以到达A12/24/202276CollegeofComputerScience,IMU暴露结点问题(exposednodeproblem)关键问题：在开始传输之前，某站真正想知道的是在接收方范围是否有其它传送活动？如果使用载波监听，CSMA只能告诉它，它自己（发方）周围是否有其他传送活动在进行。CSMA/CD由于并非所有的结点都连通而失效。如果多个发送者的目的节点均不同，并且目的节点的范围互不影响，就可以同时进行。12/24/202277CollegeofComputerScience,IMU关键问题：在开始传输之前，某站真正想知道的是在接收方范围是否(4)CSMA/CA（CarrySenseMultipleAccess/CollisionAvoidance,载波监听多路访问／冲突避免）工作原理是：先听后讲，即一个站在发送信息帧前，首先要监听信道是否空闲，只有信道空闲才可以进行传输。12/24/202278CollegeofComputerScience,IMU(4)CSMA/CA（CarrySenseMultipCSMA/CA过程：发送方给接收方发一个请求发送（RequestToSend,RTS）帧；RTS帧包括一个表明发送方希望占有介质多久的字段（即，它指定要传输的数据帧的长度）。接收方用一个清除发送（CleartoSend,CTS）帧应答；该帧向发送方回应这一长度字段。12/24/202279CollegeofComputerScience,IMUCSMA/CA过程：12/19/202279College看到RTS帧而不是CTS帧的任意结点离接收方不太近，不会干扰接收方，因此可以自由传输。看到CTS帧的任意结点知道它离接收方很近，因此在发送指定长度的帧的这段时间内不能传输。12/24/202280CollegeofComputerScience,IMU12/19/202280CollegeofCompute例如B想向C发送数据，首先，它先发一个RTS帧A、C都能听到RTS，但只要不和C返回的CTS帧干扰，A可以同时发自己的帧，因为A在B之内，C之外。D位于C之内，B之外，它听不到RTS，但听到CTS，D向其他站点关闭。BACDEF12/24/202281CollegeofComputerScience,IMU例如B想向C发送数据，首先，它先发一个RTS帧BACDEF例：分布式系统AP-1AP-2AP-3ACBDHGEF图3.21连接到一个分布式网络的访问点12/24/202282CollegeofComputerScience,IMU例：分布式系统AP-1AP-2AP-3ACBDHGEF图3.第4章数据交换技术

（局域网扩展技术）4.1数据交换技术4.2网桥和局域网交换机12/24/202283CollegeofComputerScience,IMU第4章数据交换技术

（局域网扩展技术）4.1数据交换直连的网络的局限性

简单、直连的网络有两个局限性:所连接主机数量有限连接地理范围有限解决的办法:使用交换技术,引入交换机交换技术:分组交换——数据报等等12/24/202284CollegeofComputerScience,IMU直连的网络的局限性简单、直连的网络有两个局限性:12/19交换网络图4.1交换网络S2S3S4S5S7S6S1ABCDEFGHILKJ12/24/202285CollegeofComputerScience,IMU交换网络图4.1交换网络S2S3S4S5S7S6S1ABC2分组交换分组交换网中，数据是以分组为单位处理的，每个分组不仅包含数据，而且还有一个包含控制信息的头部。这些分组将由一个网络结点传送给另一个网络结点接力式地传输。12/24/202286CollegeofComputerScience,IMU2分组交换分组交换网中，数据是以分组为单位处理的，每2.1数据报交换013201320132Switch3HostBSwitch2HostASwitch1HostCHostDHostEHostFHostGHostH目标地址端口号A3B0C3D3E2F1G0H0交换机2的转发表12/24/202287CollegeofComputerScience,IMU2.1数据报交换013201320132Switch34.2网桥和LAN交换机LAN交换机（或网桥）解决了分组转发问题,扩展了LAN的距离。12/24/202288CollegeofComputerScience,IMU4.2网桥和LAN交换机LAN交换机（或网桥）解决了分4.2.1网桥的基本原理如：A1向A3送，网桥不转发，直接丢弃。又如：A1向B3送，网桥从“端口2”转发分组。A2B2B312/24/202289CollegeofComputerScience,IMU4.2.1网桥的基本原理如：A2B2B312/19/2024.2.2学习型网桥网桥不需要转发所有收到的帧。问题：网桥如何识别出各个主机在端口的哪一边呢？答案：网桥中有一个转发表。

----如何建立正确的转发表？人工建立一转发表自动学习建立转发表学习型网桥的工作：学习源地址过滤本网段的帧转发不同网段的帧广播未知的帧12/24/202290CollegeofComputerScience,IMU4.2.2学习型网桥网桥不需要转发所有收到的帧。学习型网考虑下图中的主机X，Y，Z，W和带有初始化为空转发表的学习型网桥B1，B2，B3。1、X发送到Z。哪个网桥知道X的位置？Y的网络接口看到这个分组了吗？2、Z发送到X。哪个网桥知道Z的位置？Y的网络接口看到这个分组了吗？3、Y发送到X。哪个网桥知道Y的位置？Z的网络接口看到这个分组了吗？4、Z发送到Y。哪个网桥知道Z的位置？W的网络接口看到这个分组了吗？XB1B2B3YWZ12/24/202291CollegeofComputerScience,IMU考虑下图中的主机X，Y，Z，W和带有初始化为空转发表的学习型LANYLANXA1A2B1B2扩展LAN有环带来的问题：假设B1，B2都不知道A2的位置，此时若A1-->A2，则B1,B2收到此帧，从另一端口转发，则这个过程会在两个网桥间无限循环。假设B1,B2都知道A1,A2的信息，A1-->A2，B1,B2都收到此帧，都转发给LANY，则A2会收到2个帧B1，B2也会收到对方发来的发给A2的帧，此时B1，B2又认为A1在LANY上，于是修改转发表（学习型网桥），则下次若A2-->A1，则B1和B2都不转发。12/24/202292CollegeofComputerScience,IMULANYLANXA1A2B1B2扩展LAN有环带来的问题4.2.3生成树（SpanningTree）算法B3B2B1B6B5B7B4ACEGIDBKFHJ12/24/202293CollegeofComputerScience,IMU4.2.3生成树（SpanningTree）算法B3生成树算法：选择一个网桥作生成树的根：如选一个最小序号的桥，根网桥总在它所有端口上转发分组。确定其它所有网桥上的根端口。根端口就是当前网桥到达根网桥路径代价最小的端口。到达根网桥的最小路径代价值称为根路径代价。确定指定网桥（designatedbridge）和它们的指定端口。指的是每一个LAN中提供最小根路径代价的网桥和相应端口。12/24/202294CollegeofComputerScience,IMU生成树算法：选择一个网桥作生成树的根：如选一个最小序号的桥，B3B2B1B6B5B7B4ACEGIDBKFHJ12/24/202295CollegeofComputerScience,IMUB3B2B1B6B5B7B4ACEGIDBKFHJ12/19B3B1B6B5B7B4B2ACEGIDBKFHJ根根端口指派端口12/24/202296CollegeofComputerScience,IMUB3B1B6B5B7B4B2ACEGIDBKFHJ根12/1B3B1B6B5B7B4B2ACEGIDBKFHJ根根端口指派端口12/24/202297CollegeofComputerScience,IMUB3B1B6B5B7B4B2ACEGIDBKFHJ根12/1B3B1B6B5B7B4B2ACEGIDBKFHJ根根端口指派端口12/24/202298CollegeofComputerScience,IMUB3B1B6B5B7B4B2ACEGIDBKFHJ根12/1B3B1B6B5B7B4B2ACEGIDBKFHJ根根端口指派端口12/24/202299CollegeofComputerScience,IMUB3B1B6B5B7B4B2ACEGIDBKFHJ根12/14.2.5VLAN网桥的使用是受限制的规模不能太大(10个左右)广播容易造成广播风暴（广播在LAN较小时实用）。对LAN进行扩展的过程是线性的，没有从分层结构的角度解决。解决方法虚拟LAN（VLAN）,每个VLAN一个标识符。12/24/2022100CollegeofComputerScience,IMU4.2.5VLAN网桥的使用是受限制的12/19/2022个VLAN共享主干网。X有分组发到B2时,B2观察到它来自于VLAN100,那么B2就在分组的Ethernet头和其有效荷载之间插入一个VLAN头。VLAN头指示了分组是VLAN100的。各个网桥用正常规则带上限制来转发包,它不转发该包到非VLAN100的端口。12/24/2022101CollegeofComputerScience,IMU2个VLAN共享主干网。X有分组发到B2时,B2观察到它来第五章网络互连技术5.1IP协议5.2路由选择5.3下一代网络协议IPv612/24/2022102CollegeofComputerScience,IMU第五章网络互连技术5.1IP协议12/19/202互连设备的不同层次物理层互连设备：转发器Repeater/Hub数据链路层互连设备：桥接器Bridge/二层交换机（LANSwitch）网络层互连设备：路由器Router/三层交换机12/24/2022103CollegeofComputerScience,IMU互连设备的不同层次物理层互连设备：转发器Repeater/IP分组格式(Version)(Hlen)(TOS)(Length)标识(Ident)(Flags)偏移量(Offset)生存期(TTL)协议(Protocol)校验和(Checksum)源地址(SourceAddr)目标地址(DestinationAddr)选项(Options)(变量)填充(Pad)(可变)048161931有效载荷(Data)版本

头部长度

服务类型长度标志12/24/2022104CollegeofComputerScience,IMUIP分组格式(Version)(Hlen)(TOS)(Le分组分段与重组不同物理网络使用不同的帧格式和帧长,IP最大分组长称为MTU=64k（IP头＋IP数据包长）,远大于大多数物理网的MTU（MaximumTransferUnit）。IP把大的分组分成若干小的分段传输，分段可在任何中间路由器上进行，重组仅在目的主机上进行。IP头用三个域来描述分段与重组。12/24/2022105CollegeofComputerScience,IMU分组分段与重组不同物理网络使用不同的帧格式和帧长,IP最IP数据分组在一系列物理网上传输H1要发数据1400B到H8。IP包数据=1420(1400+20IP头)。设以太网MTU=1500B,FDDI=4500B,PPP=532B。532-20=51212/24/2022106CollegeofComputerScience,IMUIP数据分组在一系列物理网上传输H1要发数据1400B到IP分段用到的头域(a)分段前的数据包每个分组512字节，这是由设备的物理条件决定的，即MTU。Offset以8字节为单位。头部开始Ident=x0偏移量=0头部剩余部分1400字节数据头部开始Ident=x1偏移量=0头部剩余部分512字节数据头部开始Ident=x1偏移量=64头部剩余部分512字节数据(b)分段后的数据包头部开始Ident=x0偏移量=128头部剩余部分376字节数据12/24/2022107CollegeofComputerScience,IMUIP分段用到的头域(a)分段前的数据包头部开始Ident=5.1.4IP地址编址：全球唯一是地址的最基本特点，即任意两个主机的地址不能相同。以太网地址是全球唯一,但是平面结构,对路由协议(即路由查找)没有帮助。IP地址是层次结构,分成网络地址和主机地址。(共32位)32位地址常常写成4个十进制证书的形式，如：2。网络地址：指出主机连在哪个网络上。主机地址：指出在特定网络中的每个主机的地址。在IP协议中，路由器的路由表中记录的是网络地址，而不是主机地址！每一个网络在位于远端的节点看来都是一个点。在不影响功能的前提下，大大缩小了路由表的大小。12/24/2022108CollegeofComputerScience,IMU5.1.4IP地址编址：全球唯一是地址的最基本特点，即任IP地址A、B、C类为单播地址（Unicast）——常见D类为组播地址（Multicast）——视频会议等E类为保留地址以备特殊用途（Reversed）——未用A类地址B类地址C类地址D类地址E类地址0网络号主机号10网络号主机号110网络号主机号1110多目地址11110保留地址82416考虑：数量问题？A类：将近2的7次方个，每个有将近2的24次方台主机；（1600万台以上）B类：将近2的14次方个，每个有将近2的16次方台主机；（6万台以上）C类：将近2的21次方个，每个有将近2的8次方台主机。（254台）12/24/2022109CollegeofComputerScience,IMUIP地址A、B、C类为单播地址（Unicast）——常见Classes（如何知道某个地址的类别？）HowdoyouknowwhatclassanIPaddressisin?Ifthefirstoctetisbetween:0–127itisaclassAaddress.128-191itisaclassBaddress.192–223itisaclassCaddress.12/24/2022110CollegeofComputerScience,IMUClassesHowdoyouknowwhatcl广播地址广播和组播只能作为分组的目的地址，表示一组接收者。网络全1表示针对某网的广播0主机表示本网中的主机127任意值表示自回路网络全0表示网络地址12/24/2022111CollegeofComputerScience,IMU广播地址广播和组播只能作为分组的目的地址，表示一组接收者。网专用地址还有一些特定地址没有被分配，这些地址称为专用地址（privateaddress）。12/24/2022112CollegeofComputerScience,IMU专用地址还有一些特定地址没有被分配，这些地址称为专用地址（p例如想将一个B类地址划分为10个子网，其连接的主机数分别为8000，8000，4000，4000，4000，4000，4000，1000，1000，1000。如果借3比特，划分成8个子网，每个子网中可包含8192-2=8190台主机，这不能满足对子网个数的需要。如果借4比特，每个子网中可包含4096-2=4094台主机，就不能满足规模大的子网的要求。12/24/2022113CollegeofComputerScience,IMU例如想将一个B类地址划分为10个子网，其连接的主机数分别为使用变长子网掩码。在这种配置中，路由器依次使用三个不同的掩码，先按借位少的划分。即借3比特，它先使用具有19个1的掩码（11111111111111111110000000000000，），将网络划为8个子网，每个子网中可包含8190台主机。先将两个子网地址分配给主机数为8000的子网；12/24/2022114CollegeofComputerScience,IMU使用变长子网掩码。在这种配置中，路由器依次使用三个不同的掩码然后从其余的子网中选择三个子网进一步划分，对于每个子网使用20个1的子网掩码（11111111111111111111000000000000，），将每个子网划分为两个更小的子网，每个子网中可包含4094台主机，共得到6个这样的子网但只分配了5个，最后再将剩余一个子网掩码为的子网做更进一步的划分，用22个1的掩码（11111111111111111111110000000000，），将其划分为4个更小的子网，每个子网可包含1022台主机。12/24/2022115CollegeofComputerScience,IMU然后从其余的子网中选择三个子网进一步划分，对于每个子网使用212/24/2022116CollegeofComputerScience,IMU12/19/2022116CollegeofComputH1Sw1R1R2R3R4Serverofsina我们的主机教学楼交换机网络中心路由器DNS教育网主干路由器通信公司主干路由器通信公司路由器S1S21H1-MACH1-IP1R1-MACH1-MACH1-IP1R1-MACR1-MACH1-IP1R2-MACR2-MACH1-IP1R3-MACR3-MACH1-IP1R4-MACR4-MACH1-IP1S2-MAC5.1.6ARP和RARP和DHCP有了目标IP地址，只是知道给谁了，但是不能发送数据，必须知道Mac地址才可以发送数据。12/24/2022117CollegeofComputerScience,IMUH1Sw1R1R2R3R4Serverofsina我们的动态映射逻辑地址(如IP)->物理地址(如MAC)使用地址解析协议（AddressResolutionProtocol，ARP）；物理地址(如MAC)->逻辑地址(如IP)使用反向地址解析协议（ReverseAddressResolutionProtocol，RARP）；DHCP。12/24/2022118CollegeofComputerScience,IMU动态映射12/19/2022118Coll1．地址解析协议（ARP）每个主机保留一张对照表称为转换表：IP-->MAC地址每个主机都维护此表，启动时为空，以后存放最近通信的主机的IP与MAC地址的映射。12/24/2022119CollegeofComputerScience,IMU1．地址解析协议（ARP）每个主机保留一张对照表称1)源站点和目的站点属于

同一个网络或子网。源站点先在自己的ARP表中查找目的站点IP地址的对应记录，如果找到，直接发送；否则，产生一个ARP请求分组，进行广播。如果一个设备的IP地址与分组中的IP目的地址匹配，该设备就以单播方式向源站点发送它的物理地址作为响应，叫做ARP应答，同时用收到的源站点的映射信息来更新自己的ARP表。当源站点收到目的站点发来的ARP应答后，它从中获得目的站点的IP地址和物理地址，并用这个映射来更新自己的ARP表，然后发送数据。12/24/2022120CollegeofComputerScience,IMU1)源站点和目的站点属于

同一个网络或子网。源站点先在自2)源站点和目的站点属于

不同的网络或子网如果源站点设置了缺省网关（是指与源站点处于同一网段的路由器接口的IP地址），则分组在封装时，就使用缺省网关的物理地址作为帧头的目的地址。缺省网关物理地址的获得同第一种情况。12/24/2022121CollegeofComputerScience,IMU2)源站点和目的站点属于

不同的网络或子网如果源站点设当缺省网关收到了分组后，根据分组中的目的IP地址，查找路由表：如果目的站点在该路由器直连的网络上，就可在路由器的ARP表中找到目的站点的物理地址，作为帧的目的物理地址，最终完成发送；如果目的站点不在该路由器直连的网络上，就找出分组所要去的下一个路由器接口的物理地址，作为帧当前的目的地址，继续发送。12/24/2022122CollegeofComputerScience,IMU当缺省网关收到了分组后，根据分组中的目的IP地址，查找路由表5.2路由选择5.2.1路由基础知识5.2.2距离向量路由选择协议及其实例(RIP)5.2.3链路状态路由选择协议及其实例（OSPF）5.2.4外部网关协议及其实例（BGP）12/24/2022123CollegeofComputerScience,IMU5.2路由选择5.2.1路由基础知识12/19/205.2.2距离向量路由选择协议（RIP）

距离向量路由选择协议

距离向量算法的思想：开始时假设每个结点都知道到其直接连接的相邻结点的链路开销。到不相邻结点的链路的开销被指定为无穷大。1)每个结点构造一个包含到所有其它结点的“距离”（开销）的一维数组（一个向量）。2)将这个向量分发给与它直接相连的所有邻居。12/24/2022124CollegeofComputerScience,IMU5.2.2距离向量路由选择协议（RIP）

距离向量路由选31-41-41-61-21-51-11-51-51-61-目的代价下一跳11-21-31-(a)各路由器的初始路由表ABCDEF网1网2网3网4网5网631-41-12/24/2022125CollegeofComputerScience,IMU31-41-41-61-21-51-11-51-51-61-31-41-41-61-21-51-11-51-51-61-目的代价下一跳11-21-31-(a)各路由器的初始路由表ABCDEF网1网2网3网4网5网631-41-B24-13-12-1112/24/2022126CollegeofComputerScience,IMU31-41-41-61-21-51-11-51-51-61-31-41-41-61-21-51-11-51-51-61-目的代价下一跳(a)各路由器的初始路由表ABCDEF网1网2网3网4网5网6B24-13-12-1111-51-12/24/2022127CollegeofComputerScience,IMU31-41-41-61-21-51-11-51-51-61-31-41-41-61-21-51-11-51-51-61-目的代价下一跳(a)各路由器的初始路由表ABCDEF网1网2网3网4网5网6B24-13-12-1111-51-11-21-31-42B52E12/24/2022128CollegeofComputerScience,IMU31-41-41-61-21-51-11-51-51-61-31-41-41-61-21-51-11-51-51-61-目的代价下一跳(a)各路由器的初始路由表ABCDEF网1网2网3网4网5网611-21-31-42B52E12/24/2022129CollegeofComputerScience,IMU31-41-41-61-21-51-11-51-51-61-11-22A32A51-62F11-21-31-42B52E(ｂ)各路由器收到相邻路由器的路由表，进行路由表更新ABCDEF网1网2网3网4网5网612A21-32A51-62F12E22D42C51-6１-32B41-52F61-12A22A31-41-62C12/24/2022130CollegeofComputerScience,IMU11-22A32A51-62F11-21-31-42B52E11-22A32A43A51-62F11-21-31-42B52E６３B(c)各路由器最终的路由表ABCDEF网1网2网3网4网5网612A21-32A43A51-62F12E22D33C42C51-61-13B23B32B41-52F61-12A22A31-41-53C62C12/24/2022131CollegeofComputerScience,IMU11-22A32A43A51-62F11-21-31