《nuaa计算机网络》PPT课件.ppt

1 TCP/IP协议模型和 OSI协议模型的对比 2 1.TCP/IP是OSI协议的实体化。目前 没有网络能够完成OSI协议，所有网 络都是按照TCP/IP协议建立的。 2.OSI是先有模型；TCP/IP则是先有 协议，后有模型。 3.OSI适用于各种协议栈，是一种标 准的模型；TCP/IP只适用于TCP/IP 网络。 4.他们的层数不同。其实，这两者都 是帮助我们理解网络的工具，一个实 用一个理想化，不存在优缺点的问题 。 3 对OSI参考模型的评价 造成OSI协议不能流行的原因之一是模型与协议自身的缺 陷; OSI参考模型的会话层在大多数应用中很少用到，表示层 几乎是空的。在数据链路层与网络层有很多的子层插入 OSI参考模型与TCP/IP 参考模型的共同之处是：它们都 采用了层次结构的概念，在传输层中二者定义了相似的功 能。但是，二者在层次划分与使用的协议上，有很大区别 ; 无论是OSI参考模型与协议，还是TCP/IP 参考模型与协 议都不是完美的，对二者的评论与批评都很多。在80年 代几乎所有专家都认为OSI参考模型与协议将风靡世界， 但事实却与人们预想的相反; ，每个子层都有不同的功能; OSI 参考模型对“服务”与“协议”的定义结合起来，使得参 考模型变得格外复杂，将它实现起来是困难的; 4 网络为什么要分层 1 网络体系结构发展的背景网络的状况 -多种通信媒介有线、无线. -不同种类的设备通用、专用. -不同的操作系统Unix、Windows . -不同的应用环境固定、移动. -不同种类业务分时、交互、实时. -宝贵的投资和积累有形、无形. -用户业务的延续性不允许出现大的跌宕起伏 它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。 网 络 的 异 构 性 问 题 网 络 的 复 杂 性 5 网络为什么要分层 2 问题：如何将这些用不同媒介连接起来的不 同设备和网络系统，在不同的应用环境下实 现互操作性？ 网络体系结构就是使这些用不同媒介连接起 来的不同设备和网络系统在不同的应用环境 下实现互操作性，并满足各种业务的需求的 一种粘合剂，它营造了一种“生存空间” 任何厂商的任何产品、以及任何技术只要遵 守这个空间的行为规则，就能够在其中生存 并发展。 6 网络为什么要分层 3 网络体系结构解决异质性问题采用 的是分层方法。 把复杂的网络互联问题划分为 若干个较小的、单一的问题，在不 同层上予以解决。 就像编程时把问题分解为很多小的 模块来解决一样。 7 网络为什么要分层 4 层次结构方法要解决的问题 -1.网络应该具有哪些层次？每一层的功能 是什么？（分层与功能） -2.各层之间的关系是怎样的？它们如何进 行交互？（服务与接口） -3.通信双方的数据传输要遵循哪些规则？ （协议） 层次结构方法包括三个内容：分层及每层功能，服 务与层间接口，协议。 8 网络为什么要分层 5 层次结构方法的优点 -把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清 晰，易于实现和维护 -定义并提供了具有兼容性的标准接口 -使设计人员能专心设计和开发所关心的功能 模块 -独立性强上层只需了解下层通过层间接 口提供什么服务黑箱方法 -适应性强只要服务和接口不变，层内实 现方法可任意改变 -一个区域网络的变化不会影响另外一个区域 的网络，因此每个区域的网络可单独升级或改 造 9 多层通信的实质 通信虚电路：通信是在同层之间进行，第 N层只能与对方的第N层通信 通信实电路：每一层将数据和控制信息传 送给下一层，直至最底层，通过物理介质 进行实际的传输。 多层通信的实质： -对等层实体之间虚拟通信 -下层向上层提供服务 -上层使用下层提供的服务 -实际通信在最底层完成 10 四个特性 1 机械特性 -规定了DTE和DCE之间的连接方式，说明 接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目 和排列等 电气特性 -规定了DTE和DCE之间接口电路上信号发 生器与接收器之间的电气特性 -CCITT V.10/X.26, V.11/X.27, V.28 功能特性 -DTE和DCE之间包括数据传送、控制、定 时和接地等几类引线的功能。 规程特性 -规定了DTE和DCE之间接口电路所使用的 规程，即信号时序的应答关系和操作过程 的规则。 11 2.7 物理层标准举例 2.7.1 EIA-232-E 接口标准 DTE (Data Terminal Equipment) 是数据 终端设备，是具有一定的数据处理能力和 发送、接收数据能力的设备。 DCE (Data Circuit-terminating Equipment)是数 据电路端接设备，它在 DTE 和传输线路之间提 供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持 和释放数据链路的连接。 12 DTE 通过 DCE 与通信传输线路相连 DTE DCEDCE 串行比特传输 信号线与控制线用户环境 通信环境 用户设施 通信设施 DTE 信号线与控制线 用户设施 用户环境 13 3.2数据通信技术 ( 13 ) 3.2.3 多路复用技术 由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号所需的 能力，为了提高线路利用率，经常让多个信号同时共用一条 物理线路。 常用的有三种方法： 时分复用 TDM（Time Division Multiplexing） 主要用于数字数据传输 T1载波，分成 24 个信道,E1=32信道 Fig. 2-26 频分复用 FDM（Frequency Division Multiplexing） Fig. 2-24 波分复用 WDM（Wavelength Division Multiplexing） Fig. 2-25 14 频分复用 频率 时间 频率 1 频率 2 频率 3 频率 4 频率 5 所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。 15 时分复用 频率 时间 B C DB C DB C DB C DAAAA 在 TDM 帧中的位置不变 TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧 TDM 帧 所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。 16 时分复用可能会造成 线路资源的浪费 A B C D a ab b c d b ca t t t t t 4 个时分复用帧 #1 a c b cd 时分复用 #2#3#4 用户 17 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 7 0 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 2.5.2 波分复用 WDM 波分复用就是光的频分复用。 8 2.5 Gb/s 1310 nm 20 Gb/s 复 用 器 分 用 器 EDFA 120 km 18 2.5.3 码分复用 CDM 常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。 各用户使用经过特殊挑选的不同码 型，因此彼此不会造成干扰。 这种系统发送的信号有很强的抗干 扰能力，其频谱类似于白噪声，不 易被敌人发现。 每一个比特时间划分为 m 个短的间 隔，称为码片(chip)。 19 最短有效帧长 如果发生冲突，就一定是在发送的前 64 字 节之内。 由于一检测到冲突就立即中止发送，这时 已经发送出去的数据一定小于 64 字节。 以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡 长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常 中止的无效帧。 20 高速以太网 100BASE-T 以太网 速率达到或超过 100 Mb/s 的以太网 称为高速以太网。 在双绞线上传送 100 Mb/s 基带信号 的星型拓扑以太网，仍使用 IEEE 802.3 的CSMA/CD 协议。100BASE- T 以太网又称为快速以太网(Fast Ethernet)。 21 100BASE-T 以太网的特点 可在全双工方式下工作而无冲突发生 。因此，不使用 CSMA/CD 协议。 MAC 帧格式仍然是 802.3 标准规定 的。 保持最短帧长不变，但将一个网段的 最大电缆长度减小到 100 m。 帧间时间间隔从原来的 9.6 s 改为现 在的 0.96 s。 22 三种不同的物理层标准 100BASE-TX -使用 2 对 UTP 5 类线或屏蔽双绞线 STP。 100BASE-FX -使用 2 对光纤。 100BASE-T4 -使用 4 对 UTP 3 类线或 5 类线。 23 吉比特以太网 允许在 1 Gb/s 下全双工和半 双工两种方式工作。 使用 802.3 协议规定的帧格式 。 在半双工方式下使用 CSMA/CD 协议（全双工方式 不需要使用 CSMA/CD 协议） 。 与 10BASE-T 和 100BASE-T 技术向后兼容。 24 吉比特以太网的物理层 1000BASE-X 基于光纤通 道的物理层： 1000BASE-SX SX表示短 波长 1000BASE-LX LX表示长 波长 1000BASE-CX CX表示铜 线 1000BASE-T 使用 4对 5 类线 UTP 25 吉比特以太网的配置举例 1 Gb/s 链路 吉比特 交换 集线器 百兆比特或吉比特集线器 100 Mb/s 链路 中央服务器 26 10 吉比特以太网 10 吉比特以太网与 10 Mb/s，100 Mb/s 和 1 Gb/s 以太网的帧格式完 全相同。 10 吉比特以太网还保留了 802.3 标 准规定的以太网最小和最大帧长， 便于升级。 10 吉比特以太网不再使用铜线而只 使用光纤作为传输媒体。 10 吉比特以太网只工作在全双工方 式，因此没有争用问题，也不使用 CSMA/CD 协议。 27 吉比特以太网的物理层 局域网物理层 LAN PHY。局域网 物理层的数据率是 10.000 Gb/s。 可选的广域网物理层 WAN PHY。 广域网物理层具有另一种数据率， 这是为了和所谓的“Gb/s”的 SONET/SDH（即OC-192/STM-64 ）相连接。 为了使 10 吉比特以太网的帧能 够插入到 OC-192/STM-64 帧的 有效载荷中，就要使用可选的广 域网物理层，其数据率为 9.95328 Gb/s。 28 端到端的以太网传输 10 吉比特以太网的出现，以太网的 工作范围已经从局域网（校园网、 企业网）扩大到城域网和广域网， 从而实现了端到端的以太网传输。 这种工作方式的好处是： -成熟的技术 -互操作性很好 -在广域网中使用以太网时价格便 宜。 -统一的帧格式简化了操作和管理 29 以太网从 10 Mb/s 到 10 Gb/s 的演进 以太网从 10 Mb/s 到 10 Gb/s 的演进证明了以太网是： 可扩展的（从 10 Mb/s 到 10 Gb/s）。 灵活的（多种传输媒体、全/半 双工、共享/交换）。 易于安装。 稳健性好。 30 其他种类的高速局域网 100VG-AnyLAN 局域网 -使用集线器的 100 Mb/s 高速局域网 光纤分布式数据接口 FDDI (Fiber Distributed Data Interface) -使用光纤作为传输媒体的令牌环形网 高性能并行接口 HIPPI (HIgh-Performance Parallel Interface) -主要用于超级计算机与一些外围设备（如海 量存储器、图形工作站等）的高速接口 光纤通道(Fibre Channel) 31 连续ARQ协议 工作原理：发送方发完一帧后，不必停下来等 待对方的应答，可以连续再发送若干帧；如果 在发送过程中收到接收方的肯定应答，可以继 续发送；若收到对其中某一帧的否认帧，则从 该帧开始的后续帧全部重发 流量控制方法：连续发送 差错控制：同停等协议 优点：连续发送提高了信道利用率 32 连续ARQ协议 接收端只按序接收数据帧，即数据链路层除了 下次该交给网络层的下一帧外，拒绝接收其他 任何帧。 缺点：回走重传（Go-back-N）, 导致某些已 正确接收的帧的重传，因此降低了发送效率， 又称为退后N帧ARQ协议 误码率较低时，连续ARQ优于停等协议，反之 不一定如果错误率高，会浪费大量带宽 说明：连续ARQ协议还规定接收端不一定每收 到一个正确的数据帧就必须发回一个确认帧， 而是可以在连续收到好几个正确的数据帧后， 才对最后一个数据帧发确认信息，从而表明该 数据帧和这以前所有的帧均已正确收到了 33 发送方 0 1 2 3 4 5 2 3 4 5 6 ACK0 ACK1 NAK2 ACK2 ACK3 ACK4 送主机送主机送主机送主机丢弃丢弃 时间 Tout 重传 TiTiTi 接收方 连续ARQ协议工作原理( 数据帧出错) 应答帧本身也进行编号，以说明是对哪一帧进行确认或否认 34 发送方 ACK0 ACK1 ACK2 ACK3 ACK4 送主机送主机送主机送主机 丢弃丢弃 时间 Tout 重传 TiTiTi 接收方 0 1 2 3 4 5 2 3 4 5 6 连续ARQ协议工作原理(数 据帧丢失) 35 网桥技术（1） 定义：网桥（bridge）是工作在数据链路层的一种网络互 连设备，它在互连的LAN之间实现帧的存储和转发。 为什么使用桥？ 学校和企业的各个部门分别拥有自己独立管理的LAN， 为了进行交互，需要使用桥来实现互连； 一个企业分布在相隔很远的不同建筑物内，在每个建 筑物内组建单独的LAN，并使用桥将这些LAN连接起来 ，是比较经济的方案； Caption: A bridge connecting LAN segments in two buildings. An optical fiber is used to connect the bridge to a remote LAN segment. Ps:将一个负载很重 的大LAN分隔成使用 网桥互连的几个LAN 以减轻负担； 36 -LAN上的两台机器其距离超过2500米 ，必须使用网桥将这个 LAN 分隔以保 证网络的正常工作； -网桥可以互连不同类型的LAN； -网桥可以隔离负载，防止出故障的站点 损害全网； -网桥可以有助于安全保密。 6.5网桥技术（3） 网桥的工作原理 连接k个不同LAN 的网桥具有k个 MAC子层和k个物 理层。 37 网桥技术（7） 透明网桥/生成树网桥 工作原理： -网桥工作在混杂（promiscuous）方式，接收 所有的帧； -网桥接收到一帧后，通过查询地址/端口对应 表来确定是丢弃还是转发； -网桥刚启动时，地址/端口对应表为空，采用 洪泛（flooding）方法转发帧； -在转发过程中采用逆向学习（backward learning）算法收集MAC地址。网桥通过分析 帧的源MAC地址得到MAC地址与端口的对应关 系，并写入地址/端口对应表； -网桥软件对地址/端口对应表进行不断的更新 ，并定时检查，删除在一段时间内没有更新的 地址/端口项； 38 网桥技术（8） -帧的路由过程 目的LAN与源LAN相同，则丢弃帧； 目的LAN与源LAN不同，则转发帧； 目的LAN未知，则洪泛帧，并逆向学习。 多个网桥（并行网桥）可能产生回路 -Fig. 4-39 解决多个网桥产生回路的问题 -思想 让网桥之间互相通信，用一棵连接每个 LAN的生成树（Spanning Tree）覆盖实 际的拓扑结构。 Fig. 4-40 39 网桥技术（9） -构造生成树 每个桥广播自己的桥编号，号最小的桥称 为生成树的根； 每个网桥计算自己到根的最短路径，构造 出生成树，使得每个LAN和桥到根的路径 最短； 当某个LAN或网桥发生故障时，要重新计 算生成树； 生成树构造完后，算法继续执行以便自动 发现拓扑结构变化，更新生成树。 40 网桥技术（10） 源路由网桥 CSMA/CD和Token Bus选择了透明网桥，Token Ring选择了源路由网桥 源路由网桥的原理 -帧的发送者知道目的主机是否在自己的LAN内； -如果不在，在发出的帧头内构造一个准确的路由序列，包含要经过的 网桥、LAN的编号。并将发出的帧的源地址的最高位置1； 例：图中A到D的路由为：（L1，B1，L2，B2，L3） - 每个LAN有一个12位的编号，每个网桥有一个4位的编号； -网桥只接收源地址的最高位为1的帧，判定是转发还是丢弃； 41 网桥技术（11） -源路由的产生：每个站点通过广播“发现帧”（ discovery frame）来获得到各个站点的最佳路 由。 若目的地址未知，源站发送“发现帧”，每 个网桥收到后广播，目的站收到后发应答 帧，该帧经过网桥时被加上网桥的标识， 源站收到后就知道了到目的站的最佳路由 。 优点 -对带宽进行最优的使用。 缺点 -网桥的插入对于网络是不透明的，需要人工干 预。站点要知道网络的拓扑结构。 42 IP地址结构 IP地址结构: Two-Part Addresses -网络号 (net id)前缀 -主机号 (host id)后缀 IP地址长度=32bit 网络号长度 整个互连网能包括多少个网络? 主机号长度 每个网络中能包括多少台主机？ 在前例中，网络号长度为24位(193.160.1)，所以本地主机号为 8位，则允许网络中可以有28台主机 IP地址根据其结构的不同可以分为5类，类别决定了前缀和后 缀之间的界限 43 IP地址分类类 0 网络地址(7位)主机地址(24位)A类地址 18162432 10网络地址(14位)主机地址(16位)B类地址 110网络地址(21位)主机地址(8位)C类地址 1110组播地址(28位)D类地址 11110保留用于实验和将来使用E类地址 主机地址范围 1.0.0.0到 127.255.255.255 128.0.0.0到 191.255.255.255 192.0.0.0到 223.255.255.255 224.0.0.0到 239.255.255.255 240.0.0.0到 247.255.255.255 44 不同类型的IP地址 A类地址 -首位为0。全世界只有127个A类网络，每 个A类网络最多可以拥有224个IP地址，适 用于大型网络。 B类地址 -前二位为10，具有B类地址特征的网络总 数为214，每个网络中的IP地址可达到216 。第一个8位组的取值范围为128191。适 用于中等规模的网络。 C类地址 -前三位为110，具有C类地址特征的网络 总数为221。每个网络中可拥有256个IP地 址。C类地址适用于主机量较少的网络中 。 45 不同类型的IP地址 D类地址 -最高四位等于1110， 标识组播通信地址，后28位用于 区分不同的组播组。 E类地址 -最高五位等于 11110 ，此类地址作为未来地址而被保 留。 目前，具体的网络只能分配到A类、B类、C类地址中的一种 。从第一个8位组得取值可以区分出IP地址的类型： -A类地址：1127 -B类地址：128191 -C类地址：192223 -D类地址：224239 -E类地址：240247 46 特殊用途的IP地址 32位全零标识本机。 网络标识位全部为零，标识本网络中的主机，这样可以使计 算机在不知道网络地址而引用自己的网络。 32位全壹的地址(255. 255. 255. 255)作为在未知本网情况下 用于内部网络广播地址。通常是一个局域网。 47 特殊用途的IP地址 网络地址：主机标识位全部为零的地址从不分配给 单个主机，而是作为该网络本身的标识。例如：主 机 212. 111. 44. 136所在网络的网络地址为 212. 111. 44. 0。 广播地址：主机标识位全部为壹的地址从不分配给 单个主机，而是作为该网络的广播地址。例如：主 机 212. 111. 44. 136所在网络的广播地址为 212. 111. 44. 255。 回送地址：A类地址127是一个保留地址，用于网 络软件测试及本地进程间通信。目的地址为回送地 址的分组不被发送出去，而是立即被返回。含网络 号为127的分组不能出现在任何网络上，任何网络 结点不能为该地址广播任何路由信息。 48 AddressClassNetworkHost 10.2.1.1 128.63.2.100 201.222.5.64 192.6.141.2 130.113.64.16 256.241.201.10 A10.0.0.00.2.1.1 B128.63.0.00.0.2.100 C201.222.5.00.0.0.64 C192.6.141.00.0.0.2 B130.113.0.00.0.64.16 Nonexistent AddressClassNetworkHost 10.2.1.1 128.63.2.100 201.222.5.64 192.6.141.2 130.113.64.16 256.241.201.10 A10.0.0.00.2.1.1 B128.63.0.00.0.2.100 C201.222.5.00.0.0.64 C192.6.141.00.0.0.2 B130.113.0.00.0.64.16 Nonexistent 答案 : IP 地 址 分 类类 49 IP地址的特性 提供全网络统一、有效的地址模式 -屏蔽不同物理网络的地址差异 -为IP层的“尽力传递”提供基础 地址结构对应的网络层次结构 ROOT 网络1：10.0.0.0网络2：11.0.0.0网络n：126.0.0.0 子网2-1：11.1.0.0 子网2-1-1：11.1.1.0子网2-1-k：11.1.255.0 主机1：11.1.1.1主机k：11.1.1.240 子网2-m：11.255.0.0 50 子网 子网(Subnet)：为了便于管理和使用，将 网络进一步划分成独立的组成部分，每个 部分称为这个网络(或者更高一级子网)的子 网。 划分子网的好处有： -提高系统的可靠性，可以防止整个网络 通信的瘫痪。 -改进系统性能，克服简单局域网的技术 条件限制。 -通过设置不同访问权限，增强系统的安 全保障。 -便于系统的运行维护，有利于故障的诊 断和隔离。 51 Network 172.16.0.0 172.16.0.0 地址中没有进进行子网分割 52 Network 172.16.0.0 地址中含子网信息 172.16.1.0172.16.2.0 172.16.3.0 172.16.4.0 53 子网地址 原有地址结构是二维的，（网络地址，主机地址 ），增加地址空间的维数，提高地址分配中的灵 活性和可用性 -三维结构：网络地址 子网地址 主机地址 向主机地址段借位，组成子网地址，以形成三维 地址结构 .17.1172.16 网络地址主机地址 子网地址主机地址 54 Subnet(子 网 )地 址 172.16.3.150 172.16.3.5 172.16 2 1 Network 172.16.3.100 IP: 172.16.3.100 172.16.2.1 172.16.2.2 172.16.2.160 E0E1 NetworkInterface 172.16.0.0 172.16.0.0 E0 E1 Routing Table NetworkInterface 172.16.2.0 172.16.3.0 E0 E1 Routing Table IP: 172.16.2.1 2 Host . Subnet 55 Subnet Mask (子网掩码 ) 子网掩码的作用：因为子网地址位数 不是固定的，所以告知设备地址的哪 一部分是包含子网的网络地址段，地 址哪一部分是主机地址段 子网掩码使用与IP编址相同格式：子 网掩码网络地址部分和子网地址部分 全为1，它的主机部分全为0 56 1721600 IP 地 址 NetworkHost 25525500 缺省子网掩 码 NetworkHost 2552552550 8-bit 子 网 掩 码 Use host bits, starting at the high order bit position NetworkSubnetHost Subnet Mask (子网掩码 ) 57 十 进 制 与 位 的 等 值 10000000=128 11000000=192 11100000=224 11110000=240 11111000=248 11111100=252 11111110=254 11111111=255 128 6432168421 58 NetworkHost 172.16.2.160 255.255.0.0 1721600 10101100 11111111 10101100 00010000 11111111 00010000 00000000 00000000 10100000 00000000 00000000 00000010 子网掩码 ：缺省为无子网 包含子网地址的网络号包含子网地址的网络号= IP= IP地址地址 掩码掩码 59 NetworkHost 172.16.2.160 255.255.255255.0 1721620 Subnet 1111111111111111 00000000 11111111 网 络 号 码 扩 展 8位 (bits) 10101100 10101100 00010000 00010000 00000010 10100000 00000000 00000010 子网掩码 ：有子网 60 Subnet Mask (子网掩码 ) 一个主机地址为一个主机地址为202.120.3.99202.120.3.99，子网地址，子网地址= 011= 011的子网掩码的子网掩码 是是 ： 61 掩码使用举例 网络A是一个C类网络202.112.58.0, 子网掩码是 255.255.255.224 。 设定 -主机A的IP地址为 202.112.58.65 -主机B的IP地址202.112.58.35 -主机C的IP地址202.112.58.66 Router-2 网络B： 166.111.0.0 B AC Router-1 子网1： 202.112.58.32 子网2： 202.112.58.64 子网3： 202.112.58.96 网络A：202.112.58.0 62 掩码使用举例 当主机A向主机C发送消息的时候，路由器1将目 的地址202.112.58.66 “与” 255.255.255.224，后 得到子网网络地址为202.112.58.64，得知是同一 个网络中主机的通信，不用转发。 当主机A向主机B发送消息的时候，路由器1将目 的地址202.112.58.35 “与” 255.255.255.224，后 得到子网网络地址为202.112.58.32，得知是不同 子网间主机的通信，将这个信息转发到子网1。 当主机A向主机166.111.5.58发送消息的时候，路 由器1将目的地址166.111.5.58 “与” 255.255.255.224，后得到网络地址为 166.111.5.32，得知是与本网络以外的主机的通 信，将这个信息转发到网络166.111.0.0。 63 练 习 : 广 播 地 址 地 址 类 子 网 广 播 201.222.10.60255.255.255.248 子 网 掩 码 15.16.193.6255.255.248.0 128.16.32.13255.255.255.252 153.50.6.27255.255.255.128 C201.222.10.56201.222.10.63 A15.16.192.015.16.199.255 B128.16.32.12128.16.32.15 B153.50.6.0153.50.6.127 64 思考题 某单位有一某单位有一C C类地址类地址202.112.58.0202.112.58.0，该单位有财务，该单位有财务 部门部门, ,人事部门人事部门, ,技术部门技术部门, ,销售部门，每个部门的机销售部门，每个部门的机 器数为器数为2020个左右，问如何确定子网掩码？个左右，问如何确定子网掩码？ 最多能最多能 有几个子网，各个子网的网络地址是？每个子网的有几个子网，各个子网的网络地址是？每个子网的 主机数为多少？主机数为多少？每个子网的广播地址是多少每个子网的广播地址是多少? ?IPIP地址地址 202.112. 58. 66 202.112. 58. 66 属于哪个子网？属于哪个子网？ ( (请请5 5分钟内完成分钟内完成) ) 65 2. 慢开始和拥塞避免 发送端的主机在确定发送报文段的速率时 ，既要根据接收端的接收能力，又要从全 局考虑不要使网络发生拥塞。 因此，每一个 TCP 连接需要有以下两个状 态变量： -接收端窗口 rwnd (receiver window) 又 称为通知窗口(advertised window)。 -拥塞窗口 cwnd (congestion window)。 66 慢开始和拥塞避免算法的实现举例 当 TCP 连接进行初始化时，将拥塞窗口置为 1。图中 的窗口单位不使用字节而使用报文段。 慢开始门限的初始值设置为 16 个报文段， 即 ssthresh = 16。 2468101214161820220 0 4 8 12 16 20 24 传输次数 拥塞窗口 cwnd 进入拥塞避免 发生超时 指数规律增长 线性规律增长 ssthresh = 16 慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免 更新后的 ssthresh = 12 进入拥塞避免 67 慢开始和拥塞避免算法的实现举例 发送端的发送窗口不能超过拥塞窗口 cwnd 和接收端 窗口 rwnd 中的最小值。我们假定接收端窗口足够大， 因此现在发送窗口的数值等于拥塞窗口的数值。 2468101214161820220 0 4 8 12 16 20 24 传输次数 拥塞窗口 cwnd 进入拥塞避免 发生超时 指数规律增长 线性规律增长 ssthresh = 16 慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免 更新后的 ssthresh = 12 进入拥塞避免 68 慢开始和拥塞避免算法的实现举例 在执行慢开始算法时，拥塞窗口 cwnd 的初始值为 1， 发送第一个报文段 M0。 2468101214161820220 0 4 8 12 16 20 24 传输次数 拥塞窗口 cwnd 进入拥塞避免 发生超时 指数规律增长 线性规律增长 ssthresh = 16 慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免 更新后的 ssthresh = 12 进入拥塞避免 69 慢开始和拥塞避免算法的实现举例 2468101214161820220 0 4 8 12 16 20 24 传输次数 拥塞窗口 cwnd 进入拥塞避免 发生超时 指数规律增长 线性规律增长 ssthresh = 16 慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免 更新后的 ssthresh = 12 进入拥塞避免 发送端收到 ACK1 （确认 M0，期望收到 M1）后，将 cwnd 从 1 增大到 2，于是发送端可以接着发送 M1 和 M2 两个报文段。 70 慢开始和拥塞避免算法的实现举例 接收端发回 ACK2 和 ACK3。发送端每收到一个对新报 文段的确认 ACK，就把发送端的拥塞窗口加 1。现在 发送端的 cwnd 从 2 增大到 4，并可发送 M4 M6共 4 个报文段。 2468101214161820220 0 4 8 12 16 20 24 传输次数 拥塞窗口 cwnd 进入拥塞避免 发生超时 指数规律增长 线性规律增长 ssthresh = 16 慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免 更新后的 ssthresh = 12 进入拥塞避免 71 慢开始和拥塞避免算法的实现举例 发送端每收到一个对新报文段的确认 ACK，就把发送 端的拥塞窗口加 1，因此拥塞窗口 cwnd 随着传输次数 按指数规律增长。 2468101214161820220 0 4 8 12 16 20 24 传输次数 拥塞窗口 cwnd 进入拥塞避免 发生超时 指数规律增长 线性规律增长 ssthresh = 16 慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免 更新后的 ssthresh = 12 进入拥塞避免 72 慢开始和拥塞避免算法的实现举例 当拥塞窗口 cwnd 增长到慢开始门限值 ssthresh 时（ 即当 cwnd = 16 时），就改为执行拥塞避免算法，拥 塞窗口按线性规律增长。 2468101214161820220 0 4 8 12 16 20 24 传输次数 拥塞窗口 cwnd 进入拥塞避免 发生超时 指数规律增长 ssthresh = 16 慢开始慢开始 线性规律增长 拥塞避免拥塞避免 更新后的 ssthresh = 12 进入拥塞避免 73 慢开始和拥塞避免算法的实现举例 假定拥塞窗口的数值增长到 24 时，网络出现超时（表 明网络拥塞了）。 2468101214161820220 0 4 8 12 16 20 24 传输次数 拥塞窗口 cwnd 进入拥塞避免 发生超时 指数规律增长 线性规律增长 ssthresh = 16 慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免 更新后的 ssthresh = 12 进入拥塞避免 74 慢开始和拥塞避免算法的实现举例 更新后的 ssthresh 值变为 12（即发送窗口数值 24 的 一半），拥塞窗口再重新设置为 1，并执行慢开始算 法。 2468101214161820220 0 4 8 12 16 20 24 传输次数 拥塞窗口 cwnd 进入拥塞避免 发生超时 指数规律增长 线性规律增长 ssthresh = 16 慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免 更新后的 ssthresh = 12 进入拥塞避免 75 慢开始和拥塞避免算法的实现举例 当 cwnd = 12 时改为执行拥塞避免算法，拥塞窗口 按按线性规律增长，每经过一个往返时延就增加一 个 MSS 的大小。 2468101214161820220 0 4 8 12 16 20 24 传输次数 拥塞窗口 cwnd 进入拥塞避免 发生超时 指数规律增长 线性规律增长 ssthresh = 16 慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免 更新后的 ssthresh = 12 进入拥塞避免 76 乘法减小 加法增大 “乘法减小“是指不论在慢开始阶段还是拥塞避免阶段，只 要出现一次超时（即出现一次网络拥塞），就把慢开始 门限值 ssthresh 设置为当前的拥塞窗口值乘以 0.5。 当网络频繁出现拥塞时，ssthresh 值就下降得很快，以 大大减少注入到网络中的分组数。 “加法增大”是指执行拥塞避免算法后，当收到对所有报文 段的确认就将拥塞窗口 cwnd增加一个 MSS 大小，使拥 塞窗口缓慢增大，以防止网络过早出现拥塞。 77 必须强调指出 “拥塞避免”并非指完全能够避免了拥塞。利用 以上的措施要完全避免网络拥塞还是不可能的 。 “拥塞避免”是说在拥塞避免阶段把拥塞窗口控 制为按线性规律增长，使网络比较不容易出现 拥塞。 78 IP数据报格式 IP数据报由报头和正文部分构成，正文部分就是 来自传输层的数据。 IP报头包括20个字节的固定部分和变长(最长40字 节)的可选部分。 79 IP数据报报头格式说明 版本（VERS) 4 bits 目前使用最广的版本是IPv4 ；最新的是IPv6。 属网络层的范畴 头部长(IHL) 4 bits ： -4bit长；指出以32bit长度为单元的报头长度； -IP数据报中除IP选项与填充域外，其它域为定 长； -不含IP选项与填充域的普通IP数据报报头长为 “5”； -含IP选项与填充域的IP数据报报头长应为32bit 的整数倍，否则用填充位（padding)添0凑齐； 服务类型（Service Type) 8 bits -规定对本数据报 的处理方式； 80 IP数据报报头格式说明 服务类型子域结构： 优先权 D T R C 未用 03457 Delay Throughput Reliability 6 Cost 优先权（优先权（PrecendencePrecendence) )：指示数据报的重要程度；指示数据报的重要程度； 取值：取值： 0 - 7 0 - 7 ； 0- 0- 一般优先权，一般优先权， 7-7-网络控制权；网络控制权； 优先权由用户指定，大多数软件不采用；优先权由用户指定，大多数软件不采用； 如果设计的网络软件能处理优先权，可以根据数据报的重要性确定优先权，如果设计的网络软件能处理优先权，可以根据数据报的重要性确定优先权， 并设计拥塞控制算法；并设计拥塞控制算法； 81 IP数据报报头格式说明 D、T、R、C：表示本报文所希望的传输 类型； D - 低延时； T - 高吞吐量； R - 高可靠性； C 低费用；（置1） -用户请求，网络寻址时参考； -目前，几乎所有路由器都忽略服务类型域。 82 IP数据报格式说明 总长度（ Total length，包括报头）： 总长度域为16bits； IP数据报的长度，以字节为单位，最大为216-1， 即65535字节 ； 标识字段（Identification）16 bits ：唯一地标识主机发送的每一份 数据报。通常每发送一份报文它的值就会加1 。 标志域（Flags）3 bits ： -Bit 0：reserved, must be zero -Bit 1：(DF) 0 = May Fragment, 1 = Dont Fragment. DF位置1，表示不允许路由器对该数据报分段，因为目的 主机不能重组分段。这意味着该数据报可能需要绕过最优 路径上的小分组网络，而选择次优路由。所有机器都能够 接收小于等于576字节的分组/分段。 -Bit 2：(MF) 0 = Last Fragment, 1 = More Fragments. 除最后一个段外的所有段都要置MF位。 83 IP数据报格式说明 段偏移量域（Fragment offset）3 bits ： -此域的基本单位是8 bytes。 -除最后段外的其他段的取值应是8字节的倍数。 84 局域网技术（7） 载波监听多路访问协议CSMA（Carrier Sense Multiple Access Protocols） 载波监听（Carrier Sense） -站点在为发送帧而访问传输信道之前，首先监听信道有无载波 ，若有载波，说明已有用户在使用信道，则不发送帧以避免冲突 。 多路访问（Multiple Access） -多个用户共用一条线路 1-坚持型CSMA（1-persistent CSMA） -原理 若站点有数据发送，先监听信道； 若站点发现信道空闲，则发送； 若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后完成发送 ； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。 85 局域网技术（8） -优点：减少了信道空闲时间； -缺点：增加了发生冲突的概率； -广播延迟对协议性能的影响：广播延迟越大，发生冲突的可 能性越大，协议性能越差； 非坚持型CSMA（nonpersistent CSMA） -原理 若站点有数据发送，先监听信道； 若站点发现信道空闲，则发送； 若信道忙，等待一随机时间，然后重新开始发送过程； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程 。 -优点：减少了冲突的概率； -缺点：增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大； -信道效率比 1-坚持CSMA高，传输延迟比 1-坚持CSMA大。 86 载波监听多点接入/碰撞检测 CSMA/CD CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。 “多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一 根总线上。 “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下 总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂 时不要发送数据，以免发生碰撞。 总线上并没有什么“载波”。因此， “载波监听”就是用电 子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号 。 87 碰撞检测 “碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道 上的信号电压大小。 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的 信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的 门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在 发送数据，表明产生了碰撞。 所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也 称为“冲突检测”。 88 检测到碰撞后 在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的 失真，无法从中恢复出有用的信息来。 每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现 了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络 资源，然后等待一段随机时间后再次发送。 重要特性 使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通 信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着 遭遇碰撞的可能性。 这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量 远小于以太网的最高数据率。 89 重要特性 使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通 信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着 遭遇碰撞的可能性。 这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量 远小于以太网的最高数据率。 90 A 的作用范围 无线局域网的特殊问题 C 的作用范围 ABCD 当 A 和 C 检测不到无线信号时，都以为 B 是空闲的， 因而都向 B 发送数据，结果发生碰撞。 这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题 叫做隐蔽站问题(hidden station problem) 91 B 的作用范围 无线局域网的特殊问题 C 的作用范围 ADCB ？ B 向 A 发送数据，而 C 又想和 D 通信。 C 检测到媒体上有信号，于是就不敢向 D 发送数据。