第三章底层技术

1、第三章第三章 底层技术底层技术网络协议分析网络协议分析熊坤熊坤 学习内容学习内容l有线局域网有线局域网l无线局域网无线局域网l点到点广域网点到点广域网l交换广域网交换广域网l连接设备连接设备连接设备连接设备l转发器（或集线器）转发器（或集线器）l网桥（或两层交换机）网桥（或两层交换机）l路由器（或三层交换机）路由器（或三层交换机）转发器（转发器（repeater）l工作在物理层工作在物理层l转发每一个比特，没有过滤功能转发每一个比特，没有过滤功能网桥网桥（bridge）l工作在物理层和链路层工作在物理层和链路层l具有过滤功能，能检查帧的目的地址，然后决定应当从哪具有过滤功能，能检查帧的目的地址

2、，然后决定应当从哪个出端口将这个帧发送出去。个出端口将这个帧发送出去。l不改变转发帧中的不改变转发帧中的MAC地址地址透明网桥透明网桥l静态转发表静态转发表l动态转发表：如何生成？动态转发表：如何生成？l洪泛、记录洪泛、记录路由器路由器l工作在物理层、数据链路层和网络层工作在物理层、数据链路层和网络层l网际互联设备，可以连接多个局域网和广域网网际互联设备，可以连接多个局域网和广域网l特点：特点：l每个接口都有一个物理地址和每个接口都有一个物理地址和IP地址，地址，l只有分组到达时才发挥作用，只有分组到达时才发挥作用，l转发分组时会改变分组的物理地址。转发分组时会改变分组的物理地址。有线局域网有

3、线局域网l以太网以太网l令牌环令牌环l令牌总线令牌总线lFDDIlATM局域网局域网IEEE标准标准l802项目是用来指明局域网协议中物理层和数据链路层功能项目是用来指明局域网协议中物理层和数据链路层功能的一种途径；的一种途径；lIEEE将数据链路层划分为两个子层：将数据链路层划分为两个子层：lLLC (Logical Link Control)lMAC (Media Access Control)以太网帧格式以太网帧格式帧的有效载荷的最小帧的有效载荷的最小和最大长度是多少？和最大长度是多少？（64,1518）编址编址l以太网地址：以太网地址：6字节，字节，48比特，又称比特，又称数据链路地址

4、数据链路地址，物理物理地址或地址或MAC地址地址，常写成，常写成16进制记法，如进制记法，如: 4A:30:10:21:10:1A单播、多播和广播地址单播、多播和广播地址l帧的源地址总是单播地址帧的源地址总是单播地址l目的地址是什么类型？目的地址是什么类型？ 看接收者是一个、多个，还是全部？看接收者是一个、多个，还是全部？l如何判断一个如何判断一个MAC地址的类型？地址的类型？ 查看左手第二个十六进制数查看左手第二个十六进制数l是偶数，单播地址是偶数，单播地址l是奇数，多播地址是奇数，多播地址l所有数字是所有数字是F，是广播地址，是广播地址举例举例l指出以下地址类型指出以下地址类型l4A:30

5、:10:21:10:1Al47:20:1B:2E:08:EElFF:FF:FF:FF:FF:FFl在发送线路上，如何发送物理地址？在发送线路上，如何发送物理地址？l从左到右，逐个字节发送，对每个字节来说，从右到左，从左到右，逐个字节发送，对每个字节来说，从右到左，逐位发送。逐位发送。以太网发展历程以太网发展历程标准以太网标准以太网l10Mbpsl接入方法：接入方法：CSMA/CD(IEEE802.3)l逻辑结构是总线型，即所有站逻辑结构是总线型，即所有站共共享媒体享媒体，并且一次只能由一个站，并且一次只能由一个站使用这个媒体。（广播方式）使用这个媒体。（广播方式） 类比：在课堂上讲话类比：在课

6、堂上讲话l如何避免碰撞（即同时使用媒如何避免碰撞（即同时使用媒体）？体）？l传送前先侦听，或先听后讲传送前先侦听，或先听后讲l能否完全解决碰撞？能否完全解决碰撞？标准以太网（续）标准以太网（续）l由于传播时延的存在，仍可能存在碰撞。由于传播时延的存在，仍可能存在碰撞。l如何解决？如何解决？l帧发送出去后，继续侦听信道，以确定此次传输是否成功帧发送出去后，继续侦听信道，以确定此次传输是否成功;l如果成功，则任务结束，如果碰撞，要再次发送这个帧。如果成功，则任务结束，如果碰撞，要再次发送这个帧。最小帧长最小帧长l为了保持为了保持CSMA/CD正常工作，为什么要限制帧长？正常工作，为什么要限制帧长？

7、l帧的传输时间至少是最大传播时间的两倍帧的传输时间至少是最大传播时间的两倍l例：在标准以太网中，如果最大传播时间是例：在标准以太网中，如果最大传播时间是25.6us，那么，那么帧的最小长度是多少？帧的最小长度是多少？CSMA/CD工作流程工作流程l碰撞后发干扰信号，加强碰撞效果碰撞后发干扰信号，加强碰撞效果快速以太网快速以太网l设计目的：为了和其他局域网协议进行竞争设计目的：为了和其他局域网协议进行竞争l802.3u，传输速率达到，传输速率达到100Mbpsl星形拓扑，半双工和全双工实现星形拓扑，半双工和全双工实现l新增新增自动协商自动协商特性：允许两个设备对操作的模式或数据率特性：允许两个设

8、备对操作的模式或数据率进行协商。进行协商。l在物理层的实现划分为二线和四线两大类。在物理层的实现划分为二线和四线两大类。吉比特以太网吉比特以太网l标准标准802.3Z，数据率达到，数据率达到1Gbpsl媒体接入方式：半双工和全双工，主要按全双工实现媒体接入方式：半双工和全双工，主要按全双工实现10G以太网以太网l标准标准802.3ae，数据率达到，数据率达到10Gbpsl只能以全双工模式操作只能以全双工模式操作无线局域网无线局域网lIEEE802.11l蓝牙蓝牙IEEE802.11l定义了两种服务：基本服务集和扩展服务集定义了两种服务：基本服务集和扩展服务集站的类型站的类型l根据各站在无线局域

9、网中的移动性，定义了三种类型的站：根据各站在无线局域网中的移动性，定义了三种类型的站：l无切换无切换lBSS切换切换lESS切换切换CSMA/CAl无线局域网为什么不能无线局域网为什么不能采用采用CSMA/CD?l要检测碰撞需要能同要检测碰撞需要能同时发送和接收，这需时发送和接收，这需要更多的带宽和费用；要更多的带宽和费用；l隐藏站使碰撞不可检隐藏站使碰撞不可检测；测；l信号衰减可能使一端信号衰减可能使一端的站无法听到另一端的站无法听到另一端的碰撞。的碰撞。帧交换时序帧交换时序l如何避免碰撞？如何避免碰撞？l所有的站在检测物理媒体是否空闲之前，首先检查自己的所有的站在检测物理媒体是否空闲之前，

10、首先检查自己的NAV是否到期。是否到期。隐藏站问题隐藏站问题暴露站问题暴露站问题蓝牙（蓝牙（Bluetooth）l一种自组织网络，由一种自组织网络，由IEEE802.15标准定义标准定义l定义了两种类型的网络：微微网和分散网定义了两种类型的网络：微微网和分散网点到点广域网点到点广域网l56K调制解调器调制解调器lDSL技术技术l电缆调制解调器电缆调制解调器lT线线lSONETlPPP56K调制解调器调制解调器l上传方向的最高数据率是上传方向的最高数据率是33.6kbpsl下载方向数据率可达下载方向数据率可达56kbpsDSL技术技术lADSL：l下行速率高于上行速率，非对称技术，不适用于企业。

11、下行速率高于上行速率，非对称技术，不适用于企业。l上行：上行：64kbps1Mbps；下行；下行:500kbps8Mbps电缆调制解调器电缆调制解调器l可解决可解决DSL技术中数据率上限受限制的缺点技术中数据率上限受限制的缺点l传统有线电视网：单向的传统有线电视网：单向的lHFC网络：为了把有线电视网变成双向的网络：为了把有线电视网变成双向的其它点到点广域网技术其它点到点广域网技术lT线：标准的数字电话线路线：标准的数字电话线路lT-1线：数据率是：线：数据率是：1.544MbpslT-3线：数据率是：线：数据率是：44.736Mbps，等效于，等效于28个个T-1线线lSONETlPPP：点

12、到点协议：点到点协议网络链路有几种类型？网络链路有几种类型？两类两类 “链路链路”：l点对点链路点对点链路，如：，如：l用于拨号接入的用于拨号接入的PPPl在以太网交换机和主机之间的点对点链路在以太网交换机和主机之间的点对点链路l广播广播 (共享线路或媒体共享线路或媒体)链路链路，如：，如：l传统的以太网传统的以太网l802.11无线无线LAN点对点链路及其控制协议点对点链路及其控制协议l一个发送方、一个接收方、一段链路：比广播链路容易处理一个发送方、一个接收方、一段链路：比广播链路容易处理:l无媒体访问控制无媒体访问控制l不需要明确的不需要明确的MAC编址编址l如：拨号链路、如：拨号链路、I

13、SDN链路链路l流行的点对点流行的点对点DLC ( Data Link Control )协议协议:lPPP ( point-to-point protocol)lHDLC: 高级数据链路控制高级数据链路控制什么是什么是 PPP?lPPP(Point to point protocol),数据链路层协议数据链路层协议,用于拨号上网用于拨号上网.l1992 年制订了年制订了 PPP 协议。经过协议。经过 1993 年和年和 1994 年的修订，现在年的修订，现在的的 PPP 协议已成为因特网的正式标准协议已成为因特网的正式标准RFC 1661。 lPPP协议使得两个通信的对等体交换（包含网络层数

14、据报的）协议使得两个通信的对等体交换（包含网络层数据报的）PPP帧。帧。l新的应用形式：新的应用形式：PPPoE, PPPoA用户拨号入网的示意图用户拨号入网的示意图 路由器路由器调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器因特网服务提供者因特网服务提供者(ISP)用户家庭用户家庭拨号电话线拨号电话线 使用使用 TCP/IP 的的 PPP 连接连接使用使用 TCP/IP 的的 客户进程客户进程路由选择路由选择 进程进程至至因因特特网网PC 机机用户拨号成功后用户拨号成功后, 从用户主机到从用户主机到ISP路由器之间就建立了路由器之间就建立了一条一条点到点的连接点到点的连接.PPP协议的组成协议的组

15、成 lPPP协议有三个组成部分：协议有三个组成部分： l帧格式和成帧：将帧格式和成帧：将 IP 数据报封装到串行链路的方法。数据报封装到串行链路的方法。l链路控制协议链路控制协议 LCP (Link Control Protocol):用于建立、配用于建立、配置、测试链路。置、测试链路。l网络控制协议网络控制协议 NCP (Network Control Protocol):用于建立用于建立和配置网络层协议和配置网络层协议, IPCP。l验证用户身份时，有两个认证协议可供使用验证用户身份时，有两个认证协议可供使用:lPAPlCHAP PPP数据帧数据帧l标志标志: 定界符定界符(成帧成帧)l地

16、址地址: 不起作用不起作用 (值唯一值唯一)l控制控制: 不起作用不起作用 ; 以后可能设置其它控制字段值以后可能设置其它控制字段值l协议协议: 数据字段中携带的数据类型数据字段中携带的数据类型l信息信息: 承载的高层数据承载的高层数据l校验校验: 用于差错检测的冗余循环校验码用于差错检测的冗余循环校验码可变可变长度长度标志标志标志标志控制控制协议协议信息信息校验校验地址地址PPP帧中帧中“协议协议”字段的取值及含义字段的取值及含义字节填充字节填充l “数据透明性数据透明性”要求要求: 数据字段必须允许包括标志模式数据字段必须允许包括标志模式l问题问题: 收到的收到的是数据还是标志？是数据还是

17、标志？l发送方发送方: 增加增加(“填充填充”)额外的额外的 字节在每个字节在每个 数据数据字节之前，指示这是数据而非标志字节之前，指示这是数据而非标志l接收方接收方: l在一排中出现在一排中出现01111101 01111110: 丢弃第一个字节丢弃第一个字节, 继续接收数据继续接收数据l单个单个01111110: 标志字节标志字节字节填充字节填充flag bytepatternin datato send在传输数据中标志字在传输数据中标志字节模式加上填充字节节模式加上填充字节PPPPPP通信过程通信过程l通过电话网络呼叫通过电话网络呼叫l建立物理连接建立物理连接l建立建立PPP链路（用链路

18、（用LCP）l身份验证身份验证(用用PAP或或CHAP)l配置配置IP层参数层参数(用用IPCP)l断开断开PPP链路（用链路（用LCP）l断开物理连接断开物理连接 PPP链路状态转换过程链路状态转换过程 Dead：初态和终态，表明物理层尚未准备好；：初态和终态，表明物理层尚未准备好；Establish：使用：使用LCP建立和配置链路；建立和配置链路；Authentication：身份认证阶段；：身份认证阶段；Network：使用相应的：使用相应的NCP配置网络层协议；配置网络层协议；Terminate：终止链路。：终止链路。 DeadUPOPENEDSUCCESS/NONEFAILCLOSI

19、NGDOWNFAIL图图 PPP链路状态转换图链路状态转换图EstablishAuthenticateNetwork Terminate(1) LCP链路配置报文链路配置报文(1) Configure-Request： 发起方发送的第一个报文；发起方发送的第一个报文； P1P2Configure-RequestLCP链路建立报文交换图链路建立报文交换图Configure-NakConfigure-Ack(2) Configure-Ack： 如果如果Confiure-Request中的每中的每个选项都能被接收端识别，而个选项都能被接收端识别，而且都被接受；且都被接受； (3) Configure

20、-Nak： 如果每个选项都能识别，但是如果每个选项都能识别，但是只有部分能接受；只有部分能接受； Configure-Reject(4) Configure-Reject： 如果如果Confiure-Request有部分选项不能被识别，或者不能被接受。有部分选项不能被识别，或者不能被接受。功能：用于建立和配置链路。功能：用于建立和配置链路。(2) LCP链路终止报文链路终止报文( Terminate-Request & Terminate-Ack )Terminate-RequestTerminate-AckP1P2LCP链路终止报文交换图链路终止报文交换图Terminate-RequestTerminat -Request功能：用于终止链路。功能：用于终止链路。PAP认证过程报文交换过程认证过程报文交换过程P1P2PAP认证过程报文交换图认证过程报文交换图Authenticate -RequestAuthenticate -Request1. Authenticate-Request Authenticate-AckAuthenticate -Nak 2. Authenticate-Ack Authen