计 算 机 网 络 技 术—课程总结

1,计 算 机 网 络 技 术 考研课程总结,2,第一部分 计算机网络体系结构,内容要点计算机网络概述计算机网络体系结构与参考模型,3,计算机网络概述,计算机网络概念、组成、功能计算机网络分类计算机网络与互联网发展史计算机网络标准化工作及相关组织,4,计算机网络的概念 利用通讯设备和线路将物理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件（即网络通讯设协议、信息交换方式和网络操作系统等）来实现网络资源共享和信息传递的系统。 主要目的：实现资源的共享。,计算机网络的概念、组成和功能,5,计算机网络的组成,1） 服务器（Server）：它是网络核心设备，主要负责数据处理任务，分为：文件服务器、打印服务器和通信服务器 2）工作站（Workstation):共享软件资源的计算机，使用户交换信息的界面，它需要运行网络操作系统的客户端软件。 3）通讯设备：主要包括网卡及其中间连接设备，如调制解调器、中继器、集线器、网桥、路由器、网关等。网卡（Network Interface Card）也称网络配置器，基本功能是：并行数据和穿行符号间进行转化、数据帧的装配与拆装、网络访问控制和数据缓冲等。 4）传输介质：计算机中发送方和接收方之间的物理通道。常见有双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输介质和卫星线路。,6,计算机网络的软件 （1）网络操作系统包括:网络适配置驱动程序、子网协议和应用协议（2）网络应用服务系统 客户端：请求服务的应用系统 服务器：为其他应用提供服务的系统或系统软件 客户端和服务器共同组成客户端/服务器计算机模式,7,计算机网络功能,通信功能 资源共享 高可靠性 提供分布处理环境 集中式管理与处理 负载分担与均衡 跨越时间和空间的障碍,8,计算机网络的分类,分类：从逻辑上分可以将计算机网络分为通信子网和资源子网两部分。通信子网：主要由网络结点的通信链路组成，负责全网的信息传递。 资源子网：主要由提供资源主网的主机和请求资源的终端组成。它们都是传递信息传输的原结点或宿节点，有时也称为是端结点，负责全网的信息处理。,9,按网络的地理范围分： 广域网WAN（Wide Area Network）作用范围通常几十到几千公里，有时也称为远程网 局域网LAN（Local Area Network）速度高、距离近 城域网MAN（Metropolitan Area Network）作用范围在广域网和局域网之间，作用范围为一个城市，作用距离约为550公里按网络的不同传输介质分：有线网：采用有线传播介质来来传输数据的网络如双绞线无线网：采用无线传播介质来来传输数据的网络 如卫星,10,按网络的使用范围分： 公用网（Public Network）一般是国家的邮电或广电部门建造的网络，按规定缴纳一定费用使用，也称公众网 专用网（Private Network）某部门或行业为其特殊业务工作而建造的网络。如军队、铁路、电力等系统按通信传播方式分：广播式的网络：仅有一条通信通道，由网络上所有计算机共享，如同轴电缆连得总线网等微波和卫星传播的广播式网络点到点网络：有一对对计算机的多条通信信道连接而成。按网络的拓扑结构分：集中式网络和分散式网络分布式网络,、,11,计算机网络的发展过程,通信与计算机的结合计算机网络的产生计算机网络涉及通信与计算机两个领域，是计算机与通信相互结合的产物，一方面通信网络为计算机之间的数据传输和交换提供了必要的手段，另一方面数字计算技术的发展渗透到通信技术中，提高了通信网络的性能 第一代的计算机网络：面向终端的计算机通信网。由单台主机为核心连接成多个终端，形成一个星形网。(20世纪50年代中-70年代初) 第二代的计算机网络：分组交换网络。采用分组交换技术，以通信子网为中心，主机或终端处在网络的外围，构成用户资源网(20世纪70-90年代. 典型的代表是目前Internet网的前身ARPANET)。,12,第三代计算机网络:互联网络,包括:ISO/OSI-RM(国际标准化组织的开放式系统互连参考模型)和Internet(国际互联网或称因特网,采用TCP/IP体系结构) 第四代:下一代宽带网络,对这一研究和争论尚未结束.前几年呼声最高的是以ATM为核心的B-ISDN,但由于市场和价格的因素,IP战胜了ATM.目前IP很热,众多研究人员认为IPV6将是下一代网络. 结论:IP网络由于自身的弱点,不能很好的支持实时多媒体服务质量（QoS）(尽管大量的研究已经定义了几种QoS结构)保障.下一代宽带网络特点应该是:体系结构融合计算机网络和通信网络的特点及面向连接和无连接的特点，具有灵活性、扩展性、可靠性、主动性、支持多种业务并保证QoS,具有线速处理能力的高性能交换和路由节点，有灵活支持多种接入方式。,13,互联网的发展过程,因特网时代20世纪90年代称为因特网时代 发展概况：1969年 ARPANET问世 (美国国防部远景规划局：Defense Advanced Research Project Agency) 1984年 ARPANET分解成两个网络。一个仍成称为ARPANET，是民用科研网，另一个军用计算机网络MILNET。1986年 NSF(国家科学基金会：Nation science foundation)建立NSFNET，覆盖全美国的主要大学和研究所。后来NSTNET接管了ARPANET,并将网名改为Internet（因特网）。1987年 因特网主机超过1万台，速率56kb/s,14,发展概况：1989年 主干速率1.544Mb/s1990年 ARPANET关闭1991年 因特网扩大其使用范围，世界上许多公司纷纷接入因特网，通信量急剧膨胀，因特网主干交给私人公司经营。1992年 因特网主机数超过1百万台。1993年 主干速率超过45Mb/s。1996年 速率为155Mb/s的主干网建成。1998年 主干速率达到2.5Gb/s。1999年 主机数达到1千万台 万维网（WWW:world wide web）:由欧洲粒子物理研究室（CERN）开发。万维网的广泛使用在因特网上，大大方便了非网络专业人员对网络的使用，成为因特网指数级增长的主要驱动力,15,计算机网络标准化工作及相关组织,因特网标准化工作：因特网协会（Internet Society:ISOC）:因特网全面管理及在世界范围内促进其发展和使用。因特网体系结构研究委员会IAB(Internet architecture Board):ISOC下一级技术组织，负责管理因特网有关协议的开发。IAB下设因特网工程部IETF（Internet Engineering Task Force）和因特网研究部IRTF(Internet Research Task Force)。IETF 下设工作组：集中研究短期和中期的工程问题，主要是对协议的开发和标准化IRTF下设研究组：侧重于理论方面研究和开发一些需要长期考虑的问题,16,计算机网络体系结构与参考模型,计算机网络分层结构ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型计算机网络协议、接口、服务等概念,17,计算机网络分层结构,计算机网络的原理体系结构 层次的划分：OSI七层协议体系结构和TCP/IP体系结构的比较,18,应用层 Application,3运输层 transport,4 网络层 Network,5 会话层 session,2 数据链路层 Data Link,1 物理层 Physical,7,OSI七层协议体系结构,6 表示层 Presentation,处理网络应用 数据表示 主机间通信端到端的连接 寻址和最短路径 介质访问（接入）二进制传输,19,TCP/IP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,20,OSI 与 TCP/IP体系结构的比较,应用层,运输层,网络层,表示层,会话层,数据链路层,物理层,7 6 5 4 3 2 1,OSI 的体系结构,应用层,网络接口层,网际层 IP,(各种应用层协议如 TELNET, FTP, SMTP 等),运输层(TCP 或 UDP),TCP/IP 的体系结构,无连接分组交付服务,运输服务 (可靠或不可靠),TCP/IP 的三个服务层次,21,应用层（Application layer）原理体系结构最高层。应用层之间 通信决定了应用进程之间的通信的性质，向终端用户提供直接 服务，采用客户/服务器（ Client/Server ）体系结构。,传输层（Transport layer）负责实现主机中两个进程之间的通 信，其传输单位为报文，具有复用和分用功能，运输层运行于 通信子网之外的主机中，有TCP(连接)和UDP(无连接)两种协议,网络层（Network layer）负责为互连网上的不同主机提供通信， 其任务是路由选择，其数据的传输单位是分组或包。网络层的 主要协议是网际协议IP及多种路由选择协议,数据链路层（Data link layer）在相邻结点间的线路上无差错传 输以帧（frame）为单位的数据。通过检错重发机制将一条有可 能出错的链路变成可靠链路。广播式网络要解决共享信道问题。,物理层（Physical layer）主要任务是透明传送比特流，物理层 的传输单位是比特。其所关心的是电信号电压范围、传输距离、 接口的针数、形状、各针的用途等。,原理体系结构中各层的作用,22,网络协议,在计算机网络中要做到有条不紊交换数据，就必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题，同步含有时序的意思。这些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。网络协议由以下三个要素组成： 语法：数据与控制信息的结构或格式； 语义：需发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答（各种数据和控制信息的功能）； 同步：事件实现顺序的详细说明。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件,23,参考模型的一些基本概念,实体（Entity）：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程，在许多情况下，实体就是一个特定的软件模块。 协议（Protocol）：控制两个对等实体进行通信的规则的集合。在实体的控制下，两个对等实体间的通信使本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。协议是水平的。 服务（Service）：由下层向上层通过层间接口提供，并且能被上一层看得见的功能称为服务。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。,24,物理层,通信基础传输介质物理层设备,25,通信基础,信道、信号、码元、波特、速率等基本概念奈奎斯特定理与香农定理信源与信宿编码与调制电路交换、报文交换、分组交换数据报与虚电路,26,几个术语,数据(data)运送信息的实体。 信号(signal)数据的电气的或电磁的表现。 信源、信宿和信道：发送最初的信号的站点称做信源、最终接收信号的站点称为信宿、信号所经过的通路称作信道。 “模拟的”(analogous)连续变化的。 “数字的”(digital)取值是离散数值。 量化：对采样得到的测量值进行数字化转换的过程。一般使用A/D转换器。 编码：将取得的量化数值转换为二进制数数据的过程。 调制把数字信号转换为模拟信号的过程。 解调把模拟信号转换为数字信号的过程。,27,数据(Data)：传递信息的实体，信息(Information）则是数据的内容或解释。 信道( Channel)：向某一方向传送信息的媒体。,数据通信基本概念,28,信号(Signal)：数据的电编码或电磁编码，数据以信号的 形式传播。 模拟信号与数字信号模拟信号：连续信号，如语音信号和当前广播电视信号 数字信号：离散信号，如计算机通信的二进制代码信号基带( Baseband )信号与宽带( Broadband )信号基带信号：将数字信号直接用1或0，在线路上传输 宽带信号：将基带信号进行调制后形成频分复用模拟信号在线路上传输。各路基带信号搬移到不同频率互不干扰。如75 CATV同轴电缆可同时传递电视信号和计算机信号。,29,比特(Bit): 信息量的单位 比特率(Bit Rate)：数据传输速率 (bps) 波特(Baud): 码元传输的速率单位 波特率(Baud)：码元传输速率 数据传输速率 =码元传输速率 log2H bps，其中H是信号的电平级数,数据通信的基本概念,30,带宽(Bandwidth)：信号占据的频率范围 (Hz) 信道容量(Channel Capacity)：信道的最大数据率 误码率(Bit Error Rate)：信道传输可靠性指标 P= 传送错的位数 / 传送总位数 信息交互的方式：单工、半双工与全双工 传输方式：串行传输与并行传输同步传输与异步传输,31,奈奎斯特定律（最高码元传输速率）：低通信道：在具有理想低通矩形特性的信道的情况下的最高码元传输速率的公式： 理想低通信道的最高码元传输速率=2W Baud 其中W表示理想低通信道的带宽，单位为（Hz）即： 无噪声信道理想最大数据传输速率=2Wlog2Hbit/s 带通信道：在具有理想带通矩形特性的信道（带宽W）,奈奎斯特定律如下：理想带通信道的最高码元传输速率=W Baud信道的极限信息传输速率（香农公式）：任何带宽为W赫兹、信噪比为S/N的信道，其最大数据传输速率为： C=Wlog2(1+S/N) bit/s信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。,奈奎斯特定理和香农定理,32,电路交换、报文交换、分组交换,电路交换(传统的交换方式)基于位置（position-based）:在某一位置的比特经交换后变更到另一个位置上 形式：空分交换（端口）、时分交换（时隙）、波分交换（波长） 连接方式：面向连接 效率：在通话全部时间内用户始终占用端到端的固定传输 带宽，效率低 优缺点：适用于连续传送大量的数据（传送时间远大于呼叫建立时间）。带宽使用效率低。,33,分组交换网,分组交换网 分组交换网采用存储转发技术 将较长报文划分为更小的等长分组（Packet）或包，每个分组由包头及数据字段组成 分组交换网由若干个节点交换机（路由器，Router）以及连接这些交换机的链路组成 在传送分组的过程中，为保障数据分组传递的高可靠性，需采用网络协议 基于标记(Label-based) 连接方式：无连接,34,分组交换网的优点 高效：分组过程中动态分配带宽 节点智能：可根据情况决定路由和对数据处理 迅速：以分组为单位，网络使用高速链路 可靠：完善的通信协议，分布式多路由通信子网 分组交换网的缺点 存储转发时延：网络通信量大时，时延增加 增加的报头造成线路资源的额外开销 用户资源子网和通信子网的概念 主机和终端处于网络的外围，属用户资源子网 节点交换机和通信链路组成的分组交换网属通信子网,35,数据报与虚电路,数据通信网和国际计算机互联网(因特网)都是采用分组交换方式进行信息传送的。它们都是把要传送的报文划分成若干一定长度的数据分组,即进行分组打“包”,然后以分组为单位用存储转发的方式发送出去。 分组交换有两种不同的传送方式:一种叫“虚电路”方式,另一种叫“数据报”方式。这两种方式各有优缺点,各有各的适用场合。,36,数据报,数据报方式 数据报(datagram)是分组交换的另一种业务类型。它属于“无连接型(connectionless)”业务。用数据报方式传送数据时,是将每一个分组作为一个独立的报文进行传送。数据报方式中的每个分组是被单独处理的，每个分组称为一个数据报，每个数据报都携带地址信息。通信双方在开始通信之前,不需要先建立虚电路连接,因此被称为“无连接型”。无连接型的发信方和收信方之间不存在固定的电路连接,所以发送分组和接收分组的次序不一定相同,各个分组各走各的路。收信方接收到的分组要由接收终端来重新排序。如果分组在网内传输的过程中出现了丢失或差错,网络本身也不作处理,完全由通信双方终端的协议来解决。因此一般说来,数据报业务对沿途各节点的交换处理要求较少,所以传输的时延小,但对于终端的要求却较高。 数据报的特点是：在目的地需要重新组装报文。 优点：如有故障可绕过故障 缺点：不能保证按顺序到达，丢失不能立即知晓。,37,虚电路,虚电路是在分组交换散列网络上的两个或多个端点站点间的链路。这种分组交换的方式是利用统计复用的原理,将一条数据链路复用成多个逻辑信道。就是采用时分复用的原理和数据分组插入的技术,把一条数据链路分成多条逻辑信道。在数据通信呼叫建立时,每经过一个节点便选择一条逻辑信道,最后通过逐段选择逻辑信道,在发信用户和收信用户之间建立起一条信息传送通路。由于这种通路是由若干逻辑信道构成的,并非实体的电路,所以叫做“虚电路虚电路有永久性和交换型的虚电路两种.永久性虚电路（PVC）是一种提前定义好的，基本上不需要任何建立时间的端点站点间的连接。交换型虚电路（SVC）是端点站点之间的一种临时性连接。 虚电路技术的主要特点是：在数据传输之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。它适用于两端之间长时间的数据交换。优点：可靠、保持顺序；缺点：如有故障，则经过故障点的数据全部丢失.,38,虚电路与数据报的比较,从单独的通信网来说,采用有连接的虚电路方式,或是采用无连接的数据报方式都是可以的。但是对于网间互联或IP业务,则是采用数据报方式有利。因为数据报方式可以最大限度地节省对网络节点的处理要求,不需要采取可靠性措施或流量控制,不需要预先建立逻辑的连接路径,它在遇到网内拥塞等情况时,可以迅速改变路由,因而适用于各种不同类型的网络。在国际计算机互联网(因特网)中,用的就是数据报方式。虚电路适合于交互式通信,数据报方式更适合于单向地传送短信息。,39,传输介质,双缆线、同轴电缆、光纤、无线传输介质物理层的接口性质,40,计算机网络的传输介质,概述 传输介质是计算机网络中发送方和接收方之间的物理通路。分为有线传输介质和无线传输介质有线传输介质 双绞线同轴电缆光纤,41,双绞线(Twisted Pair),既可用于模拟传输，也可用于数据传输；带宽依赖于线的粗细和传输距离；3类线，5类线非屏蔽双绞线UTP（Unshielded Twisted Pair），屏蔽双绞线 （STP）,42,双绞线(Twisted Pair),屏蔽双绞线 (STP),用箔屏蔽以减少 干扰和串音,非屏蔽双绞（UTP） 双绞线外没有任何附加屏蔽 (3类、5类),43,双绞线的国际标准,1类线：包含2对双绞线，UTP形式，适于语音通信，最高传输率20kbps 2类线：包含4对双绞线，UTP形式，最高传输率4Mbps 3类线：包含4对双绞线，UTP形式，最高传输率10Mbps，一般用于10Mbps的以太网或4Mbps的Token Ring 4类线：包含4对双绞线，UTP形式，最高传输率16Mbps，一般用于10Mbps的以太网或16Mbps的Token Ring 5类线：包含4对双绞线，UTP形式，最高传输率100Mbps，一般用于100Mbps的以太网 6类线：包含4对双绞线， UTP形式，最高传输率200Mbps ，主要用于千兆以太网，其相关标准目前还没制定,44,同轴电缆,有两个导体组成，其外的一个是空心圆柱型导体，它围绕着内心导体，内外导体间有绝缘导体隔开频率特性比双绞线好，误码率低，能实现较高的传输速率,铜芯,绝缘层,外导体屏蔽层,保护套,45,光 纤,光纤：光导纤维简称，由石英玻璃纤维加保护层组成。分为单模光纤（光纤直径只有一个光的波长）和多模光纤（光线有入射角）,特点： 依靠光波承载信息高传送速率，通信容量大传输损耗小，适合长距离传输抗干扰性能好，保密性好轻便,46,典型的光缆,套层式光纤,玻璃封套,塑料外套,玻璃内芯,单芯光缆,多芯光缆,玻璃内芯,塑料外套,玻璃封套,外壳,47,光缆剖面结构,套层式光纤,芯,封套,48,无线电(Radio),基站,用户计算机和终端,基站覆盖的无线电区域,全方位 固定终端点（基站）和终端间 是无线链路 频率：3kHz - 300GHz,F1, F2, F3 = 使用的频率,49,1.6.2无线传输介质,概述 无线传输介质通过空间传输，无需架设或铺埋光纤或电缆。分类 无线电波和三种视线媒体：微波（卫星） 红外线 、激光、卫星,50,微 波,两个地面站之间传送 距离：50 -100 km；频率：2G -40GHz 依赖于天气和频率 应用：长距离传输话音和电视信号； 微波传送塔大厦之间LAN互连,地面站之间的直视线路,地球,51,红外通信,红外线被广泛用于短距离通信，如电视、录象机等的遥控 也可用于无线LAN 相对有方向性、便宜并且容易制造 不能穿透坚实的物体，因此不会跟其他房间发生串扰,52,激光,能直接在空中传输无须有形的光导体，并且在长距离内保持聚焦（定向）特点红外和激光对气候特别敏感，相对来说，微波对气候依赖性较低,53,卫星,卫星通信是使用地球同步卫星作为中转站来发送微波信号的特殊的一种微波通信。,地球,地面站,地面站, 应用：传输电视信号、远距离话音传输、组建专用网,54,物理层接口的特性,物理层考虑的是如何在连接计算机的传输媒体上传输数据的比特流，而不是指具体的物理设备或具体的传输媒体。物理层的作用是屏蔽掉各种传输媒体的差异，为数据链路层提供服务。物理层的主要任务是描述与传输媒体的接口特性,即：机械特性：指明接线器的形状、尺寸、引脚数及其排列顺序 电器特性：指明接口电缆的电压范围 功能特性：指明某条线上出现某一电平电压表示何种意义 规程特性：指明对于不同功能各种可能事件的出现顺序,55,物理层设备,中继器中继器（Repeater）工作于OSI的物理层，是局域网上所有节点的中心，它的作用是放大信号，补偿信号衰减，支持远距离的通信。 中继器是一个小发明，它设计的目的是给你的网络信号以推动，以使它们传输得更远。,56,集线器集线器的英文称为“Hub”。“Hub”是“中心”的意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层，即“物理层”。集线器与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用CSMA/CD（一种检测协议）访问方式。,57,数据链路层,数据链路层的功能 组帧 差错控制 流量控制和可靠传输机制 介质访问控制 局域网 广域网 数据链路层设备,58,（1）链路管理：数据链路的建立、维持和释放。,（2）帧定界（帧同步）：区分帧边界,（3）流量控制：收发速度匹配,（4）差错控制：保证数据正确,（5）区分控制信息和数据信息。,（7）寻址：确定正确目标。,数据链路层的主要功能：,（6）透明传输：可以传输任意比特组合,59,差错控制,差错控制：有效在检测出存在于数据中的差错并进行纠正的过程。,通常应付传输差错的办法如下： 1、肯定应答。接收器对收到的帧校验无误后送回肯定应答信号ACK，发送器收到肯定应答信号后可继续发 后续帧。 2、否定应答重发。接收器收到一个帧后经较验发现错误，则送回一个否定应答信号NAK。发送器必须重新发送出错帧。 3、超时重发。发送器发送一个帧时就开始计时。在一定时间间隔内没有收到关于该帧的应答信号，则认为该帧丢失并重新发送。,60,利用编码方法进行差错控制基本方法,ARQ（Automatic Repeat reQuest）， 即：自动重传请求。FEC（Forward Error Correction）前向纠错反馈检验,61,发送方发送完一个数据帧后，在确认该帧到达之前可以连续再发送若干个数据帧。发送的帧都要放入缓冲区中，以备重发。接收方只按顺序接收数据帧。不按序到达的帧就丢弃。,ARQ工作原理,62,对于发送方发送的每一帧都有一个超时计数器，每当发送了一个帧，计时器就开始计数，计数器超时就重发该帧。而重发时从出错帧开始的所有帧都要重发。所以本协议也称为返回N（Back-N)帧协议。 见P77图3-6,63,接收方连续收到多个帧以后给一个确认.2.捎带应答.,对连续ARQ协议的改进:,64,FEC工作原理,前向纠错 （ForwardErrorCorrection）是一种数据编码技术，传输中检错由接收方进行验证，在FEC方式中，接收端不但能发现差错，而且能确定二进制码元发生错误的位置，从而加以纠正。FEC方式必须使用纠错码。发现错误无须通知发送方重发。区别于ARQ方式。,65,反馈检验,接收端在接收的同时，不断把接收到的数据发回数据发送端，发送端检验收到的回馈数据，有错即重发。,66,纠错码：通过某种编码纠正传输差错。例如：海明码。,检错码：通过某种编码检查传输是否出错。例如：奇偶校验、CRC校验。,检错码和纠错码,67,流量控制与可靠传输机制,流量控制、可靠传输与滑动窗口机制单帧滑动窗口与停止-等待协议多帧滑动窗口和后退N帧协议（GNB）多帧滑动窗口与选择重传协议（SR）,68,流量控制只与某发送者和某接收者之间的点到点通信量有关。它的任务是确保一个发送者传输数据的速率不能超过接收者所能承受的速率。流量控制几乎总是涉及到接收者，接收者要向发送者送回另一端情况如何的一些直接反馈。,流量控制,69,可靠传输reliable transfer,1.传输信道不产生差错； 2.不管发送方适当降低发送数据的速度，不需要采取任何措施就能够实现可靠传输。 然而实际中的网络并不能够达到这种理想的状态，但我们可以通过使用一些可靠传输的协议去处理这些问题，比如规定如果发现发送的数据发生错误时让发送方重新发送 这样的协议有停止等待协议、连续AQR协议等,70,滑动窗口的概念：,窗 口：存放帧序号的表格。,发送窗口：允许发送帧的序号。,接收窗口：期待接收的帧序号。,滑动窗口：随着发送和接收帧窗口发 生变化。,71,发送窗口为允许最大发送的帧数； 每发送一帧，允许发送帧的数目减1；发送窗口的位置不变。 每收到一个确认，窗口向前滑动。 见P80图37,一 .发送窗口,72,等待接收的帧，认为它们在接收窗口内； 按序收到一个窗口内的帧，窗口滑动； 接收方可以使用捎带确认；可以收到多个帧发回1个确认； 对于连续ARQ协议，接收方必须按序的接收帧，因此有WR =1。,二 .接收窗口,73,三. 窗口大小的限制,WT与序号位数有关 如果序号为n位， WT可以为多大？WT + WR 2n ，n为序号的位数。而 WT 2n -1,74,通信双方的同步失调问题主要采用应答机制来解决。所谓应答机制是指发送站发送一个帧后要停下来等待接收站的应答帧，只有接收到应答帧后才发送下一个帧；接收站的接收缓冲区容量只能存放一个数据帧，在处理完一个数据帧后才发送应答帧，指示发送站发送下一个帧。基于这种应答机制的通信协议称为停止等待协议，其工作流程如图所示。,。,停止等待协议,75,停止-等待协议工作流程,76,单帧滑动窗口与停止-等待协议,在上述的停止等待协议中，增加超时重发机制就可以实现简单的差错控制功能，其工作流程如图所示。这个通信协议仍是一种单帧应答协议。,77,78,79,多帧滑动窗口和滑动窗口协议,在多帧应答的差错控制机制中，必须采用滑动窗口协议来解决通信双方的同步问题。在滑动窗口协议中，允许发送站连续发送多个数据帧后再停下来等待接收站的应答帧。 在这些帧中，可能某个中间帧出现错误，而其它的帧都是正确的。发送站可采用两种重发策略来纠正出错的帧：一种是重发从出错帧开始的所有帧，而不论后续的帧是否出错，这种重发策略称为后退n帧协议；另一种是只重发出错帧，而保留后续正确的帧，这种重发策略称为选择重发协议。,80,后退N帧协议（GNB）,在后退n帧协议中，通信双方采用下列策略实施差错控制：(1)发送站的发送窗口尺寸可以大于或等于1。发送站按照发送窗口尺寸连续发送各个编号帧，每发送一个帧，窗口上限向前滑动一格，直至最大的发送窗口尺寸，然后停下来等待接收站的应答帧。每当接收到一个应答帧，窗口下限向前滑动一格, 发送站再按发送窗口尺寸发送后续的帧。如果窗口下限指示的帧超时没有接收到应答帧，则重发窗口内自超时帧起(由窗口下限指示)的后续各个编号帧。,81,(2)接收站的接收窗口尺寸为1。接收站依次处理和校验接收到的各个数据帧。如果帧的编号与接收窗口的序号相一致，并且帧校验正确，则发送应答帧，同时接收窗口向前滑动一个窗口。如果帧的编号与接收窗口的序号相不一致，或者帧校验错误，则不发送应答帧，并且丢弃自出错帧起的后续各个编号帧。由于应答帧在传输过程中可能发生丢失，发送站超时时后会重发帧，结果产生重复帧问题。因此，接收站必须通过接收窗口来验证帧编号的一致性，以排除重复帧。,82,例如，发送站的发送窗口尺寸为7，发送站连续发送各个编号帧至最大窗口尺寸，然后停下来等待接收站的应答帧。如果窗口下限指示的第2号帧超时没有收到应答帧，则重发窗口内第2号帧及后续各个编号帧。接收站的接收窗口尺寸为1，如果发现第2号帧出错，则不发送应答帧，并且丢弃第2号帧及后续各个编号帧。很显然，后退n帧协议的信道有效利率比较低，在高差错率的情况下，信道带宽因传输大量重复的帧而被白白地浪费。,83,选择重传协议（SR）,在选择重发协议中，通信双方约定：发送站只发出错帧，而不是重发自出错帧起的后续各个编号帧。接收站只丢弃出错帧，而保留出错帧以后各个正确的帧。这相当于接收窗口尺寸大于1的情况，接收站必须提供足够的缓存空间来暂存和处理窗口内的各个帧，当窗口内所有的帧都正确无误后再提交给高层协议。 如发送站只重发超时没有收到应答帧的第2号帧，接收站只丢弃出错的第2号帧，而保留第2号以后各个正确的帧。选择重发协议的信道有效利率比较高，但需要较大的缓存空间为代价。这两种重发协议是在内存空间和带宽开销上的折衷。因此，在通信协议中，可根据需要选择其中一种重发策略来实现差错控制功能。,84,介质访问控制,信道划分介质访问控制随机访问介质访问控制轮询访问介质访问控制,85,信道划分介质访问控制,频分多路复用：是一个利用载波频率的取得、信号对载波的调制、调制信号的接收、滤波和解调等手段，实现多路复用的技术。 波分多路复用：在一条光纤信道上，按照光波的波长不同划分成若干个子信道，每个信道传输一路信号。 时分多路复用：把一个物理信道划分成若干个时间片，每一路信号使用一个时间片。各路信号轮流使用这个物理信道。,86,码分多路复用也是一种共享信道的方法,每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信,但使用的是基于码型的分割信道的方法,即每个用户分配一个地址码,各个码型互不重又叠,通信各方之间不会相互干扰,且抗干拢能力强. 码分多路复用技术主要用于无信通信系统,特别是移动通信系统.它不仅可以提高通信的话音质量和数据传输的可靠性以及减少干扰对通信的影响,而且增大了通信系统的容量.笔记本电脑或个人数字助理(Personal Data Assistant, PDA) 以及掌上电脑(Handed Personal COmputer,HPC)等移动性计算机的联网通信就是使用了这种技术。,87,随机访问介质访问控制,ALOHA协议 ALOHA协议和它的后继者CSMA/CD都是随机访问或者竞争发送协议。随机访问意味着对任何站都无法预计其发送的时刻；竞争发送是指所有发送的站自由竞争信道的使用权。 Aloha协议或称Aloha技术、Aloha网，是世界上最早的无线电计算机通信网。它是1968年美国夏威夷大学的一项研究计划。Aloha网络可以使分散在各岛的多个用户通过无线电信道来使用中心计算机，从而实现一点到多点的数据通信。 由此可见，ALOHA采用的是一种随机接入的信道访问方式,88,ALOHA协议分为纯ALOHA和时隙ALOHA两种。 ALOHA协议的思想很简单，只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送。当然，这样会产生冲突从而造成帧的破坏。但是，由于广播信道具有反馈性，因此发送方可以在发送数据的过程中进行冲突检测，将接收到的数据与缓冲区的数据进行比较，就可以知道数据帧是否遭到破坏。同样的道理，其他用户也是按照此过程工作。如果发送方知道数据帧遭到破坏（即检测到冲突），那么它可以等待一段随机长的时间后重发该帧。 时隙ALOHA协议。思想是用时钟来统一用户的数据发送。办法是将时间分为离散的时间片，用户每次必须等到下一个时间片才能开始发送数据，从而避免了用户发送数据的随意性，减少了数据产生冲突的可能性，提高了信道的利用率。,89,CSMA协议,载波监听多点接入 CSMA（Carrier Sense Multiple Access）是从 ALOHA 演变出的一种改进协议，又称为载波侦听多点访问。由于采用了附加的硬件装置，每个站都能在发送数据前监听信道上其他站是否在发送数据。如在发送，则此站就暂不发送数据，从而减少了发生冲突的可能。这样就提高了整个系统的吞吐量。 CSMA 协议是在 ALOHA 协议的基础上提出的。它与 ALOHA 的主要区别就是多了一个载波监听装置，这种装置提供的功能通常称为发送前监听。,90,CSMA/CD协议,CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect） 即载波监听多路访问/冲突检测方法 是一种争用型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议，并进行了改进，使之具有比ALOHA协议更高的介质利用率。 CSMA/CD控制规程： 控制规程的核心问题：解决在公共通道上以广播方式传送数据中可能出现的问题（主要是数据碰撞问题） 控制过程包含四个处理内容：侦听、发送、检测、冲突处理,91,CSMA/CD控制方式的优点是： 原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站处于平等地位 ，不需集中控制，不提供优先级控制。但在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降。 CSMA/CD应用在 ISO7层里的数据链路层 它的工作原理是: 发送数据前 先监听信道是否空闲 ,若空闲 则立即发送数据.在发送数据时,边发送边继续监听.若监听到冲突,则立即停止发送数据.等待一段随即时间,再重新尝试.,92,CSMA/CD的发送流程可以简单的概括为 1先听先发 2边听边发 3冲突停止 4随机延迟后重发。,93,CSMA/CA协议,CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)带有冲突避免的载波侦听多路访问， 是对CSMA/CD的进一步改进工作流程是:一个工作站希望在无线网络中传送数据，如果没有探测到网络中正在传送数据，则附加等待一段时间，再随机选择一个时间片继续探测，如果无线网路中仍旧没有活动的话，就将数据发送出去。接受端的工作站如果受到发送端送出的完整的数据则回发一个ACK数据报，如果这个ACK数据报被接收端收到，则这个数据发送过程完成，如果发送端没有收到ACK数据报，则或者发送的数据没有被完整地收到，或者ACK信号的发送失败，不管是那种现象发生，数据报都在发送端等待一段时间后被重传。 CSMA/CA通过这种方式来提供无线的共享访问，这种显式的ACK机制在处理无线问题时非常有效。,94,CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，也就是说，只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后才确认送出的数据已经正确到达目的 。 CSMA/CA通过这种方式来提供无线的共享访问，这种显式的ACK机制在处理无线问题时非常有效。,95,CSMA/CD和CSMA/CA的主要差别,CSMA/CD：即载波监听多路访问/冲突检测方法 CSMA/CA：带有冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量避免； 1.两者的传输介质不同,CSMA/CD用于总线以太,而CSMA/CA则用于无线局域网802.11b； 2.检测方式不同,CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化；而CSMA/CA采用能量检测(ED)、载波检测(CS)和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式；,96,轮询访问介质访问控制,令牌传递协议Token Passing 令牌传递： 环型拓扑网络中用来控制传输的技术。令牌是沿着环发送的专门的消息。当某站有包发送时，等待令牌到达，得到令牌后先发送包，再发送令牌。,97,局域网,局域网基本概念与体系结构以太网IEEE802.3IEEE802.11令牌环网基本原理,98,局域网基本概念,局域网（LAN）是指一组计算机及其他设备分布在一个有限的地理区域内，并且彼此间通过通信网络互相连接。通常LAN局限于一个建筑物或一个园区内。 局域网的特点： 地理范围小 属于某个单位或部门 数据传输率高 差错率较低 不用穿越公共设施 能进行广播或多播,99,局域网的体系结构,局域网的拓扑结构（见P93图41) 总线型 环型 星型 树型 混合型,100,总线型：,一条电缆（总线）连接所有的机器。,101,数据的发送：每次只有一台机器可以发送数据。数据以电信号的方式发送到网络中的所有站点，但仅有与数据中目标地址匹配的机器接收该信息。,102,信号的反射：信号在电缆的末端会反弹回来，将会阻止其他计算机发送数据。,103,为了防止信号的来回反射，在电缆的两端安装了端结头以吸收多余的信号。,104,多余信号的吸收，保证了其他机器可以正常发送数据。,105,总线是一种被动的拓扑结构，总线上的计算机仅仅是“听”网络上的数据，并不负责将数据“移交”给下一台机器，一台机器出了故障，并不影响局域网的其他部分。,106,电缆的故障将会影响信号传播的路径，信号会发生反射，所有的网络活动将会停止。故障通常是指总线断成两部分，（或者是连接处松开、接触不紧；或者其它原因）。,107,一旦电缆出了故障，网络上的计算机只能是相互孤立的。因为故障产生了未端接的头，信号的反射使得计算机之间无法正常通信。,108,星 型：,所有的机器通过电缆连接到一个中心部件（通常是集线器HUB），一台计算机发送的信号要通过该部件送往目标计算机。,109,计算机发送的信号都要经过HUB。要发送的信号首先被送往HUB，HUB负责广播该信号。,110,如果星型网络中一台计算机出了故障，该计算机无法发送和接收信息，但其他计算机不受影响。,111,如果HUB出了问题，所有的计算机将是孤立的，相互之间无法传递信号。,112,环 型：,所有的计算机连接到一个环上，没有末端。信号沿着环的方向经过每个计算机。与总线拓扑的被动方式不同，每台计算机都推动信号的传递。,113,实现时，来自每个计算机的电缆都接到HUB，计算机要发送的所有信息在送往目标计算机之前必须经过HUB。,114,图中的令牌环网，看起来类似星型，但是，环是一个逻辑环，表示信号是如何在环上流动的。信号总是沿顺时针方向从一个计算机到下一个计算机，直到到达目标计算机。,115,实现时，信号从一个计算机送往HUB，接着到下个计算机，按照顺序，信号从每个计算机发往HUB，然后按照顺时针方向到达环上的下个计算机。,116,令牌的传递：令牌沿着环在计算机之间传递，直到某个计算机有数据要发送。发送数据的计算机将发送地址和接收地址都加到数据上。,117,信号沿着环传递，到达接收数据的计算机后，数据被复制到该计算机上，继续沿着环传递，直到回到发送的计算机，产生一个新的令牌放到环上。,118,一旦某台计算机出现故障，令牌环网会检测到环上有“死”的计算机并将其“抛弃”。其他计算机可以继续正常工作。,119,现在的很多网络拓扑是总线、星型、环型的组合。如星总线拓扑，就是将许多星型网络通过总线连接在一起。,混合型：,120,在星总线拓扑中，如果某台计算机出现故障，将不会影响网络中的其他部分。其他计算机之间仍可以继续通信。,121,如果HUB出现问题，HUB上的所有计算机将无法进行通信。,122,如果出故障的HUB连接了其他HUB，那么那些HUB及其上面的计算机之间将无法通信。,123,局域网拓扑结构总结：,总线型:所有的计算机连接到一根称为总线的电缆上；一次只有一个计算机可以发送数据；信号送往整个网络，从总线的一端到另一端；总线末端都使用端结头吸收信号，防止信号的反射；总线是被动的拓扑；电缆断开会引起整个网络无法工作。,124,星型:所有的机器通过电缆连接到一个中心部件（通常是集线器hub）；一台计算机发送的信号要通过hub送往目标计算机。如果一台计算机出了故障，该计算机无法发送和接收信息，但网络中其他计算机不受影响。如果HUB出现问题，计算机仍具有孤立的计算机功能，但网络无法工作。,125,环型:所有的机器通过电缆连接到一个中心HUB；信号按照顺时针方向沿一个逻辑环移动。与被动的总线拓扑不同，每个计算机都会推动信号沿着环移动。令牌沿着环传递，直到某个机器有信息要发送；如果没有空令牌，任何机器都无法发送信息。,126,混合连接:,127,以太网(Ethernet),以太网是一种采用了带有冲突检测的载波侦听多路访问控制方法（CSMA/CD）且具有总线型拓扑结构的局域网。 其具体的工作方法为：每个要发送信息数据的节点先接收总线上的信号，如果总线上有信号，则说明有别的节点在发送数据（总线忙），要等别的节点发送完毕后，本节点才能开始发送数据；如果总线上没有信号，则要发送数据的节点先发出一串信号，在发送的同时也接收总线上的信号，如果接收的信号与发送的信号完全一致，说明没有和其它站点发生冲突，可以继续发送信号。如果接收的信号和发送信号不一致，说明总线上信号产生了“叠加”，表明此时其它节点也开始发送信号，产生了冲突。则暂时停止一段时间（这段时间是随机的），再进行下一次试探。,128,IEEE802协议标准,a.802.1标准：包含了局域网的体系结构、网络管理、性能测试、网络互连以及接口原语等。 b.802.2标准：定义了逻辑链路控制协议（LLC）协议的功能及其服务。 c.802.3标准：定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层和物理层规范，随着网络的不断发展，目前该标准不引伸出了802.3u标准，主要适用于100Base-T（快速以太网）。 d.802.4标准：定义了令牌总线（Token Bus）介质访问控制子层与物理层的规范。 e.802.5标准：定义了令牌环（Token Ring）介质访问控制子层与物理层的规范。,129,IEEE 802.11,802.11为IEEE（电机电子工程师协会，The Institute of Electrical and Electronics Engineers）于1997年公告的无线区域网路标准，适用于有线站台与无线用户或无线用户之间的沟通连结。,130,令牌环形网基本工作原理,令牌环网在拓扑结构上是环型的，在令牌传递逻辑上也是环型的，在网络正常工作时，令牌按某一方向沿着环路经过环路中的各个节点单方向传递。握有令牌的站点具有发送数据的权力，当它发送完所有数据或者持有令牌到达最大时间时，就要交就令牌。,131,广域网,广域网基本概念PPP协议HDLC协议ATM网基本原理,132,广域网的基本概念,广域网（WAN，Wide Area Network）也称远程网。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，星城国际性的远程网络。广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。类型：公用电话交换网（ P S T N）、分组交换网 （X . 2 5）、数字数据网（ D D N）、帧中继（ F R）、交换式多兆位数据服务（ S M D S）和异步传输模式（AT M）。,133,广域网的特点：,1、适应大容量与突发性通信的要求； 2、适应综合业务服务的要求； 3、开放的设备接口与规范化的协议； 4、完善的通信服务于网络管理。 通常广域网的数据传输速率比局域网低，而信号的传播延迟却比局域网要大得多。,134,PPP（Point to Point Protocol）,点对点协议（PPP）为在点对点连接上传输多协议数据包提供了一个标准方法。PPP 最初设计是为两个对等节点之间的 IP 流量传输提供一种封装协议。在 TCP-IP 协议集中它是一种用来同步调制连接的数据链路层协议（OSI 模式中的第二层），替代了原来非标准的第二层协议，即 SLIP。除了 IP 以外 PPP 还可以携带其它协议，包括 DECnet 和 Novell 的 Internet 网包交换（IPX）。,135,PPP 主要组成部分,封装：一种封装多协议数据报的方法。PPP 封装提供了不同网络层协议同时在同一链路传输的多路复用技术。PPP 封装精心设计，能保持对大多数常用硬件的兼容性。克服了SLIP不足之处的一种多用途、点到点协议，它提供的WAN数据链接封装服务类似于LAN所提供的封闭服务。所以，PPP不仅仅提供帧定界，而且提供协议标识和位级完整性检查服务。 链路控制协议：PPP 提供的 LCP 功能全面，适用于大多数环境。LCP 用于就封装格式选项自动达成一致，处理数据包大小限制，探测环路链路和其他普通的配置错误，以及终止链路。LCP 提供的其他可选功能有：认证链路中对等单元的身份，决定链路功能正常或链路失败情况。,136,PPP工作流程：,当用户拨号接入 ISP 时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。 PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧）。 这些分组及其响应选择一些 PPP 参数，和进行网络层配置，NCP 给新接入的 PC机分配一个临时的 IP 地址，使 PC 机成为因特网上的一个主机。 通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的 IP 地址。接着，LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。,137,PPP的特点及用途,主要观测值为载波相位 采用精密的卫星轨道和钟数据 采用复杂的模型 PPP用途：全球高精度测量，卫星定轨。PPP和HDLC之间最主要的区别是，PPP是面向字符的，HDLC是面向位的。,138,高级数据链路规程（HDLC）,是位于数据链路层的协议之一，其工作方式可以支持半双工、全双工传送，支持点到点、多点结构，支持交换型、非交换型信道，它的主要特点包括以下几个方面： a.透明性：为实现透明传输，HDLC定义了一个特殊标志，这个标志是一个8位的比特序列，（01111110），用它来指明帧的开始和结束。同时，为保证标志的唯一性，在数据传送时，除标志位外，采取了0比特插入法，以区别标志符，即发送端监视比特流，每当发送了连续5个1时，就插入一个附加的0，接收站同样按此方法监视接收的比特流，当发现连续5个1时而第六位为0时，即删除这位0。 b.帧格式：HDLC帧格式包括地址域、控制域、信息域和帧校验序列。 c.规程种类：HDLC支持的规程种类包括异步响应方式下的不平衡操作、正常响应方式下的不平衡操作、异步响应方式下的平衡操作。,139,HDLC协议,HDLC面向比特的同步协议：High Level Data Link Control（高级数据链路控制规程）。 特点面向比特的协议中最有代表性的是IBM的同步数据链路控制规程SDLC（Synchronous Data Link Control），国际标准化组织ISO （International Standards Organization）的高级数据链路控制规程HDLC（High Level Data Link Control），美国国家标准协会（American National Standards Institute ）的先进数据通信规程ADCCP （ Advanced Data Communications Control Procedure）。这些协议的特点是所传输的一帧数据可以是任意位，而且它是靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束，故称“面向比特“的协议。,