计算机网络（第11讲）

1、软件学院软件学院1计算机网络计算机网络（第十一讲）主讲：李 勇二零一四年十月软件学院2计算机网络讲义2上次课主要内容o 可靠性传输原理n连续ARQ协议n滑动窗口协议n选择重传ARQ协议o 点到点信道的数据链路层n点对点信道的通信步骤n点对点通信协议oHDLCoPPP软件学院34.6 使用广播信道的数据链路层o广播信道（共享信道）可以进行一对多的通信。广播信道（共享信道）可以进行一对多的通信。o广播信道除考虑数据链路层的基本问题外还需要考虑的一个重广播信道除考虑数据链路层的基本问题外还需要考虑的一个重要问题就是如何使众多的用户能够合理而方便地共享通信媒体要问题就是如何使众多的用户能够合理而方便地

2、共享通信媒体资源。资源。o共享通信媒体资源的技术共享通信媒体资源的技术1、静态划分信道（信道复用）、静态划分信道（信道复用）2、动态划分信道（多点接入）、动态划分信道（多点接入）（1）随机接入）随机接入（2）受控接入）受控接入o局域网采用的就是广播信道。局域网采用的就是广播信道。软件学院软件学院4.7 局域网局域网o4.7.1 局域网概述局域网概述o4.7.2 传统的以太网传统的以太网o4.7.3 以太网的以太网的MAC层层o4.7.4 扩展的局域网扩展的局域网o4.7.5 虚拟局域网虚拟局域网o4.7.6 高速以太网高速以太网o4.7.7 其他种类的高速局域网其他种类的高速局域网o4.7.8

3、 无线局域网无线局域网软件学院54.7.1 局域网概述o计算机网络首先从广域网发展起来，为解决传输速率问题，牺牲了传输距离，于计算机网络首先从广域网发展起来，为解决传输速率问题，牺牲了传输距离，于是产生了计算机局域网。是产生了计算机局域网。o局域网是局域网是专有专有网络，是在有限的地理范围内以较高的速率、较低的误码率进行数网络，是在有限的地理范围内以较高的速率、较低的误码率进行数据传输的计算机网络。据传输的计算机网络。 1、有限范围：几十米到几十公里；、有限范围：几十米到几十公里； 2、较高的速率：几兆到万兆比特、较高的速率：几兆到万兆比特/秒；秒； 3、较低的误码率：小于、较低的误码率：小于

4、10-8。o局域网与其他类型网络区别在于：局域网与其他类型网络区别在于： 1、传输范围；、传输范围； 2、传输技术；、传输技术； 3、拓扑结构。、拓扑结构。o局域网主要实现信息传输和资源共享的功能。局域网主要实现信息传输和资源共享的功能。软件学院61、局域网的优点o局域网的优点局域网的优点 1、能方便地共享昂贵的外部设备、主机、软件以及数据。、能方便地共享昂贵的外部设备、主机、软件以及数据。 （1）代理服务器、访问服务器等；）代理服务器、访问服务器等； （2）数据库服务器、代理服务器以及各种服务器软件；）数据库服务器、代理服务器以及各种服务器软件； （3）数据库系统。）数据库系统。 2、便于系

5、统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。、便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。 （1）有限的地理范围；）有限的地理范围； （2）私有性；）私有性； （3）统一的标准；）统一的标准； 3、提高了系统的可靠性和可用性。、提高了系统的可靠性和可用性。 （1）设备冗余；）设备冗余； （2）建立分布式系统的基础。）建立分布式系统的基础。软件学院72、局域网采用的拓扑结构o什么是拓扑结构？什么是拓扑结构？ 1、网络的拓扑结构是指网络中节点之间物理的或逻辑的连接方式。、网络的拓扑结构是指网络中节点之间物理的或逻辑的连接方式。 （1）两个节点之间的连接线构成了点对点的物理连接

6、，多个节点也可直接连接在）两个节点之间的连接线构成了点对点的物理连接，多个节点也可直接连接在一起，共享一个物理连接，物理连接的集合构成了网络的物理拓扑。一起，共享一个物理连接，物理连接的集合构成了网络的物理拓扑。 （2）逻辑连接是指两个节点间直接交换数据信息的连接，又称为链路，网络逻辑）逻辑连接是指两个节点间直接交换数据信息的连接，又称为链路，网络逻辑连接的集合构成了逻辑拓扑。连接的集合构成了逻辑拓扑。 2、在计算机网络技术中，网络拓扑结构用几何的方法描述连接集合和相互连接的、在计算机网络技术中，网络拓扑结构用几何的方法描述连接集合和相互连接的节点之间的关系。节点之间的关系。 3、计算机网络通

7、常采用网状、星型、树型、总线型和环行。、计算机网络通常采用网状、星型、树型、总线型和环行。o局域网采用的拓扑结构有星型拓扑、环行拓扑、总线拓扑和树型拓扑。局域网采用的拓扑结构有星型拓扑、环行拓扑、总线拓扑和树型拓扑。软件学院83、局域网采用的拓扑结构比较o星型星型 ：每个节点采用专线与中心控制点连接。：每个节点采用专线与中心控制点连接。 1、结构较复杂、不经济；、结构较复杂、不经济； 2、易安装、易扩充、易维护；、易安装、易扩充、易维护； 3、具有一定的健壮性；、具有一定的健壮性； 4、存在单点失败。、存在单点失败。o环型环型 1、结构复杂、不经济；、结构复杂、不经济； 2、网络传输速率稳定。

8、、网络传输速率稳定。o总线总线 1、结构简单、经济；、结构简单、经济； 2、不易扩充、维护。、不易扩充、维护。o树型（常用）树型（常用） 1、结构复杂、不经济；、结构复杂、不经济； 2、易安装、易扩充、易维护；、易安装、易扩充、易维护； 3、较星型可以连接更多的工作站。、较星型可以连接更多的工作站。软件学院94、典型的树型拓扑结构的网络拓扑图o 在计算机网络设计和维护时，必须使用反映在计算机网络设计和维护时，必须使用反映网络部署结构的网络拓扑图。网络部署结构的网络拓扑图。典型的树型拓扑结构的网络拓扑图典型的树型拓扑结构的网络拓扑图软件学院105、局域网使用的传输媒体o 局域网使用的传输媒体局域

9、网使用的传输媒体 1、同轴电缆：、同轴电缆：50和和75； 2、双绞线：、双绞线：5类、超类、超5类和类和6类；类； 3、光纤：多模、单模；、光纤：多模、单模； 4、电磁波：不同频段。、电磁波：不同频段。软件学院116、局域网的媒体共享技术o 计算机局域网用户（站点）较多，各用户计算机局域网用户（站点）较多，各用户随机使用信道且产生突发性数据流量，因随机使用信道且产生突发性数据流量，因此，静态划分信道技术不适用计算机局域此，静态划分信道技术不适用计算机局域网。网。o 目前计算机局域网主要采用的是动态划分信目前计算机局域网主要采用的是动态划分信道的随机接入技术，也有部分采用是动态划道的随机接入技

10、术，也有部分采用是动态划分信道的受控接入技术。分信道的受控接入技术。软件学院127、局域网的技术标准o 局域网的技术标准局域网的技术标准 1、以太网技术标准；、以太网技术标准； 2、IEEE802.3 局域网标准；局域网标准； 3、IEEE802.4 令牌总线标准；令牌总线标准； 4、IEEE802.5 令牌环标准；令牌环标准； 5、IEEE802.11 无线局域网标准。无线局域网标准。软件学院138、主流局域网技术o 目前，以太网是主流技术。目前，以太网是主流技术。o 早期以太网的两个标准早期以太网的两个标准 1、1980年年9月月DEC、Intel和施乐公司的和施乐公司的DIX Ether

11、net V2； 2、IEEE 802.3。o 目前，存在众多的以太网技术标准。目前，存在众多的以太网技术标准。o 事实上，常将以太网技术标准和事实上，常将以太网技术标准和IEEE802.3标准标准等同考虑。等同考虑。软件学院144.7.2 传统的以太网o传统以太网是指传输速率为传统以太网是指传输速率为10Mbit/s的共享式以太网。的共享式以太网。 1、所谓共享是指网络有一个广播域（逻辑分段），一个碰撞域、所谓共享是指网络有一个广播域（逻辑分段），一个碰撞域（物理分段或网段）且广播域与碰撞域完全重合。（物理分段或网段）且广播域与碰撞域完全重合。 2、广播域与碰撞域、广播域与碰撞域 （1）广播域

12、对于广播帧是封闭的；）广播域对于广播帧是封闭的； （2）对于非广播帧可能产生碰撞的范围可以理解为碰撞域。）对于非广播帧可能产生碰撞的范围可以理解为碰撞域。广播帧广播帧广播帧广播帧广播帧广播帧广播帧广播帧广播帧广播帧广播帧广播帧广播帧广播帧1112132122233132广播域广播域碰撞域碰撞域2碰撞域碰撞域1碰撞域碰撞域3广播域广播域软件学院151、传统以太网的特点o 以太网采用无连接的工作方式。以太网采用无连接的工作方式。 1、不要求接收方确认；、不要求接收方确认； 2、尽最大努力发送数据；、尽最大努力发送数据； 3、差错由上层解决。、差错由上层解决。o 传统以太网采用动态随机接入媒体共享技

13、术。传统以太网采用动态随机接入媒体共享技术。o 以太网采用曼彻斯特编码的信号。以太网采用曼彻斯特编码的信号。o 传统以太网需要解决传统以太网需要解决“冲突冲突”问题。问题。软件学院162、传统以太网采用的协议o 传统以太网采用传统以太网采用CSMA/CD协议解决碰撞问题。协议解决碰撞问题。o CSMA/CD协议协议 1、Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection载波监听多路访问载波监听多路访问/冲突检冲突检测；测； 2、CSMA/CD协议的种类协议的种类 （1）1-坚持坚持CSMA/CD； （2）非坚持的）非坚持的CSMA/CD

14、； （3）p坚持坚持CSMA/CD。软件学院173、传统以太网发生碰撞可能性的讨论o发生碰撞可能性的讨论发生碰撞可能性的讨论 ABL长度为L，电磁波传输的速度为C，则信号从A到B的时间T=L/CABA在时刻t0监听到链路空闲，发送数据，在t1T时刻，B监听到链路空闲，发送数据，于是碰撞出现了DAt0t1DBABXt0t1t21 kmABt碰撞t = 2 A 检测到发生碰撞 t = B 发送数据B 检测到发生碰撞 t = t = 0单程端到端传播时延记为 1 kmABt碰撞t = B 检测到信道空闲发送数据t = / 2发生碰撞t = 2 A 检测到发生碰撞 t = B 发送数据B 检测到发生碰

15、撞 t = ABABAB t = 0 A 检测到信道空闲发送数据ABt = 0t = B 检测到发生碰撞停止发送STOPt = 2 A 检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为 软件学院204、传统以太网发生碰撞的结论o结论结论 1、发生碰撞的两个数据帧都不可用；、发生碰撞的两个数据帧都不可用； 2、任何一个站在最多两倍的端到端的传播时延后就可以确定是否、任何一个站在最多两倍的端到端的传播时延后就可以确定是否发生了碰撞；发生了碰撞； 3、在使用、在使用CSMA/CD协议时，一个站不可能同时进行发送和接协议时，一个站不可能同时进行发送和接收；收； 4、每个站在自己发送数据之后的一小段时间

16、内，存在着发生碰撞、每个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着发生碰撞的可能性；的可能性； 5、如果发生了碰撞，发送数据的站必须推迟一段时间后重新发送、如果发生了碰撞，发送数据的站必须推迟一段时间后重新发送。软件学院215、传统以太网的争用期o 争用期争用期 1、任何一个站在发送数据帧后最多、任何一个站在发送数据帧后最多2倍的倍的端到端延时就可确定是否发生了碰撞，将此端到端延时就可确定是否发生了碰撞，将此时间称为时间称为碰撞窗口碰撞窗口，又称，又称争用期争用期； 2、发生碰撞后，产生碰撞的各站都、发生碰撞后，产生碰撞的各站都随机等随机等待一段时间待一段时间后再启动发送程序；后再启动发送程序

17、； 3、随机等待的一段时间如何确定呢？、随机等待的一段时间如何确定呢？软件学院226、传统以太网的随机等待时间确定o发生碰撞后，采用截断二进制指数类型的退避算法确定等待时发生碰撞后，采用截断二进制指数类型的退避算法确定等待时间，算法内容如下：间，算法内容如下： 1、将争用期作为基本退避时间、将争用期作为基本退避时间t； 2、k=min重传次数，重传次数，10； 3、从、从0，1，(2k-1)中随机取出一个数中随机取出一个数n，重传的等，重传的等待时间待时间T=t X n； 4、当重传次数达到、当重传次数达到16次时，丢掉该帧次时，丢掉该帧,向上层报告。向上层报告。o以太网采用以太网采用51.2

18、us作为争用期，对于作为争用期，对于10Mbit/s的以太网在的以太网在争用期内可以发送争用期内可以发送512bit的数据，既的数据，既64字节。字节。 1、对于以太网，如果前、对于以太网，如果前64字节没有发生碰撞，则不会发生碰字节没有发生碰撞，则不会发生碰撞；撞； 2、以太网数据帧最小的长度为、以太网数据帧最小的长度为64字节。字节。软件学院237、传统以太网碰撞后的处理o 在检测到碰装后，产生碰撞的站，可加入人在检测到碰装后，产生碰撞的站，可加入人为干扰信号，强化碰撞。为干扰信号，强化碰撞。 1、将碰撞放大，使碰撞信号能被更多的站、将碰撞放大，使碰撞信号能被更多的站点检测到；点检测到；

19、2、避免更多的碰撞产生。、避免更多的碰撞产生。数据帧干扰信号 TJ人为干扰信号 ABTBt B 发送数据A 检测到冲突开始冲突信道占用时间A 发送数据B 也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出 A 发送干扰信号的情况。软件学院258、传统以太网的网络接口o 以太网采用网卡将主机接入网络。以太网采用网卡将主机接入网络。o 网卡的作用网卡的作用 1、网卡又称网络适配器，将主机接入网络；、网卡又称网络适配器，将主机接入网络； 2、网卡工作在数据链路层和物理层；、网卡工作在数据链路层和物理层； 3、网卡实现串、网卡实现串/并输入的转换；并输入的转换； 4、

20、网卡的主要参数：网卡的总线类型、网卡的网络接、网卡的主要参数：网卡的总线类型、网卡的网络接口、网卡的传输速率、网卡的传输方式和网卡的高速缓口、网卡的传输速率、网卡的传输方式和网卡的高速缓存。存。软件学院269、传统以太网的连接方式o可使用的介质：粗缆、细缆、铜线和光缆。可使用的介质：粗缆、细缆、铜线和光缆。o目前目前10BASE5和和10BASE2已经不再使用。普遍使用的是已经不再使用。普遍使用的是10BASE-T和和10BASE-F。 1、10BASE-T采用基带传输技术，传输速率为采用基带传输技术，传输速率为10Mbit/s，采，采用双绞线作为网络介质；用双绞线作为网络介质； 2、在采用、

21、在采用10BASE-T标准的网络中，采用星型或树型拓扑结构标准的网络中，采用星型或树型拓扑结构； 3、在星型或树型拓扑结构中，采用集线器作为中心控制器；、在星型或树型拓扑结构中，采用集线器作为中心控制器； 4、集线器利用双绞线将各站点分别与集线器连接起来。、集线器利用双绞线将各站点分别与集线器连接起来。软件学院2710、传统以太网的连接示例o10BASE-T集线器有多个集线器有多个RJ45网络接口，用来连接工作站。网络接口，用来连接工作站。RJ45网络接口网络接口网卡网卡RJ45接头（水晶头）接头（水晶头）双绞线双绞线软件学院2811、传统以太网的信道利用率o以太网信道共享采用随机接入控制方式

22、。以太网信道共享采用随机接入控制方式。 1、站点竞争信道；、站点竞争信道； 2、CSMA/CD协议解决竞争；协议解决竞争； 3、信道的利用率不稳定。、信道的利用率不稳定。o为讨论以太网信道利用率，做如下假设：为讨论以太网信道利用率，做如下假设： 1、总线上有、总线上有N个站，每个站发送数据帧的概率为个站，每个站发送数据帧的概率为P； 2、争用期、争用期t为为2倍的端到端传播延迟；倍的端到端传播延迟； 3、每个站发送的数据帧长为、每个站发送的数据帧长为L（bit），发送速率为），发送速率为C（bit/s），帧的发送时间为，帧的发送时间为T0=L/C。软件学院29工作站成功发送一个数据帧的平均时间

23、构成工作站成功发送一个数据帧的平均时间构成o 一个工作站成功发送一个数据帧的平均时间为一个工作站成功发送一个数据帧的平均时间为：t争用期争用期t争用期争用期发送成功发送成功t/2时间时间占用期占用期争用期的平均个数争用期的平均个数T0一个工作站成功发送一个数据帧的平均时间一个工作站成功发送一个数据帧的平均时间 1、t为争用期，是端到端传输时间的为争用期，是端到端传输时间的2倍；倍； 2、T0为发送时间，是平均帧长除以网络接口的发送为发送时间，是平均帧长除以网络接口的发送速度。速度。软件学院30争用期平均个数争用期平均个数o争用期的平均个数争用期的平均个数 1、每个站发送数据帧的概率为、每个站发送数据帧的概率为p，则不发送数据帧的概率为，则不发送数据帧的概率为1-p； 2、某个站成功发送的概率为、某个站成功发送的概率为p(1-p)N-1 ，失败的概率为，失败的概率为1- p(1-p)N-1 ，所有站成功发送的概率为：所有站成功发送的概率为： A=P所有站成功发送所有站成功发送=Np(1-p)N-1 3、所有站等待的概率为、所有站等待的概率为1-A； 4、所有站平均等待时间以争用期计数，个数