基础知识培训(计算机网络)

1、计算机网络介绍计算机网络介绍Hust 介绍内容介绍内容1、计算机网络的发展；2、计算机网络的分类；3、计算机网络的协议框架介绍（OSI，TCP/IP）4、数据链路层相关知识介绍；5、信道共享技术-多点访问协议；6、无线局域网；一、计算机网络的发展早期的计算机应用模式单机大、中、小型机庞大，昂贵，资源无法共享分散的计算机构成了一个个的信息“孤岛”问题：信息孤立化，无法相互交流，降低了信息的效率；计算机网络产生始于20世纪50年代，产生的原因：资源共享的需求（计算能力、外设、软件、数据）大型项目的合作（进行工程项目协作）人与人之间的信息沟通（数据通信）解决：信息共享和资源交流，提高了信息利用的效率

2、。计算机网络的三个阶段从体系结构来观察，计算机网络的发展可分为三个阶段（三代网络）：1.以主机为中心的联机终端系统“计算机终端”系统2.以通信子网为中心的主机互联分组交换网络3.体系结构标准化网络层次化结构，并对每层进行了精确定义以主机为中心的联机终端系统特征：终端(Terminal)共享主机(Host)的软硬件资源单台主机：执行计算和通信任务多台终端：执行用户交互(终端集中器/终端服务器)连接方式：本地或远程TSTTTTTTHOST通信线路通信线路T以通信子网为中心的主机互联特征多个终端主机系统互联，形成了多主机互联网络网络结构从“主机终端” 转变为“主机主机”HOSTHOSTHOSTTTT

3、TTTTTTT通信线路主机主机网络的演变演变阶段1通信任务从主机中分离，由通信控制处理机（CCP）完成CCPCCP：处理主机之间完成通信任务的专用计算机CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT通信子网的产生1两层网络概念的出现由CCP组成的传输网络通信子网通信子网，提供信息传输服务建立在通信子网基础上的主机集合资源子网资源子网，提供计算资源CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子网通信子网通信子网的产生2演变阶段2通信子网规模逐渐扩大私有社会公用公用数据通信网PSTNX.25优点降低用户系统建设成本提高通信线路利用率兼容性好公用数据公用数据通信网通信

4、网HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT结构标准化为什么需要标准化？不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享标准化的时机？先制定标准再开发，还是先开发再制定标准？各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、理论等方面的研究日趋成熟是基础网络体系结构标准化过程的演变 厂商标准：IBM-SNA，DEC-DNA等缺点：适用范围：兼容性？ 技术垄断：竞争？ 标准不统一：用户利益？国际标准:（ISO OSI/RM）Open System Interconnection/Recommended Model(开放系统互联参考模型，简称OS

5、I参考模型参考模型)OSI参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的框架：7个层次只说明了做什么（What to do），而未规定怎样做（How to do）太复杂，几乎没有与之完全符合的网络事实标准：TCP/IP(因特网的骨干协议) 从体系结构上看，它是OSI参考模型的简化（4层）计算机网络的概念计算机网络的概念计算机网络定义的主要观点：从应用的观点：以相互共享资源方式连接起来，且各自具有独立功能的计算机系统的集合。从物理的观点：在网络协议的控制下，由若干台计算机和数据传输设备组成的系统。观点3：利用各种通信手段，把地理分散的计算机互联起来，能够互相通信且共享资源的系统。归纳与综合

6、计算机网络：相互连接的自治计算机的集合计算机网络：相互连接的自治计算机的集合自治自治：能独立运行，不依赖于其他计算机“主控从属”类型的系统是计算机网络吗？“主机终端”系统（第一代网络）呢？互连互连：以任何可能的通信连接方式有线方式：铜线、光纤无线方式：红外、无线电（微波）、卫星通信网络通信网络计算机系统计算机系统计算机网络系统的组成计算机网络系统的组成硬件硬件网络节点:端节点：计算机中间节点：交换机、集中器、复用器、路由器、中继器通信链路：信息传输的通道物理：传输介质逻辑：信道软件软件通信软件（网络协议软件）网络操作系统网络管理/安全控制软件、网络应用软件二、计算机网络的分类二、计算机网络的分

7、类按地域范围分类按地域范围分类局域网局域网(Local Area Network ， LAN)范围：小，20km传输技术：基带，10Mb/s1000Mb/s，延迟低，出错率低（10-11）拓扑结构：总线，环城域网城域网(Metropolitan Area Network ， MAN)范围：中等，100km传输技术：宽带/基带拓扑结构：总线广域网广域网(Wide Area Network ， WAN)范围：大，100km传输技术：宽带，延迟大，出错率高拓扑结构：不规则，点到点计算机网络的分类计算机网络的分类2按通信传播方式分类：按通信传播方式分类：点对点传输方式的网络：由一对对机器间的多条传输链

8、路构成。信源与信宿之间的通信需经过一台和多台中间设备进行传输。（网状、环形、树形、星形）广播方式网络：一台计算机发送的信息可被网络上所有的计算机接收。总线型、无线（微波、卫星）计算机网络的分类计算机网络的分类3按通信介质：按通信介质：有线网有线网采用如同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质来传输数据的网络。 无线网无线网采用卫星、微波等无线形式来传输数据的网络。计算机网络的分类计算机网络的分类4低速网低速网网上数据传输速率在300b/s1.4Mb/s之间的系统。这种系统通常是借助调制解调器利用电话网来实现的。中速网中速网网上数据传输速率在1.5Mb/s45Mb/s之间的系统。这种系统主要是传统的数字

9、式公用数据网。高速网高速网网上数据传输速率在50Mb/s 1000Mb/s之间的系统。信息高速公路的数据传输速率会更高。 按其他方式分类。公用网（专用网），集中式（分布式）计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构1星形星形有一个中心节点，其他节点与其构成点到点连接树形树形一个根节点、多个中间分支节点和叶子节点构成星形拓扑树形拓扑总线型总线型所有节点挂接到一条总线上，广播式信道需要有介质访问控制规程以防止冲突环形环形所有节点连接成一个闭合的环，节点之间为点到点连接总线型拓扑环形拓扑计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构2全连接全连接点到点全连接，连接数随节点数的增长迅速增长（N(N1)/2），

10、使建造成本大大提高，只适用于节点数很少的广域网中不规则（网状）不规则（网状）点到点部分连接，多用于广域网，由于连接的不完全性，需要有交换节点不规则拓扑全连接拓扑与计算机网络相关的国际标准化组织与计算机网络相关的国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组织（ISO） 电气电子工程师协会（IEEE） Internet标准化组织标准化组织因特网协会（Internet Society，ISOC） 因特网体系结构研究委员会（Internet Architecture Board，IAB） 因特网工程任务部（Internet Engineering Task Force，IETF） 因特网工程

11、指导组（Internet Engineering Steering Group，IESG）因特网研究指导组（Internet Research Steering Group，IRSG） 因特网编号管理机构（Internet Assigned Number Authority，IANA） 电信标准化组织电信标准化组织国际电信联盟ITU（International Telecommunication Union） 国际电报电话咨询委员会CCITT （Consultative Committee International Telegraph and Telephone） 三、计算机网络体系结构介绍

12、三、计算机网络体系结构介绍问题：问题： 点点网网 复杂度提升复杂度提升对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组织对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组织网络的结构，以达到：网络的结构，以达到：l结构清晰l简化设计与实现l便于更新与维护l较强的独立性和适应性分层管理分层管理分层原理分层原理计算机网络中采用计算机网络中采用分层分层方法方法把复杂的问题把复杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部问题，在不划分为若干个较小的、单一的局部问题，在不同层上予以解决。同层上予以解决。网络的层次结构方法要解决的问题：网络的层次结构方法要解决的问题：n网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？网络应该具有哪些层

13、次？每一层的功能是什么？（分层与功能分层与功能）n各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口服务与接口）n通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议协议）例子：例子：空中旅行的组织空中旅行的组织机票 (购买)行李 (托运)旅客 (出发)飞机 (起飞)飞行航线机票 (投诉)行李 (认领)旅客 (到达)飞机 (着陆)飞行航线飞行航线机票 (购买)行李 (托运)旅客 (出发)飞机 (起飞)飞行航线机票 (投诉)行李 (认领)旅客 (到达)飞机 (着陆)飞行航线飞行航线层次的观点：层次的观点： 每层实现一种特定的每

14、层实现一种特定的服务服务 通过自己内部的功能通过自己内部的功能 依赖自己的下层提供的服务依赖自己的下层提供的服务从出发地到目的地的航线：导航服务柜台-to-柜台：“旅客+行李” 票务服务行李托运-to-行李认领：行李服务登机入口-to-到达出口：旅客乘务服务 跑道-to-跑道：飞机“航运”服务每个层次的功能由对应的相关服务来完成，这些服务仅完成本层的服务，但不参与其他层次的服务。飞机 (起飞)飞机 (着陆)飞行航线起飞起飞机场机场到达机场到达机场中间空中交通枢纽飞行航线飞行航线机票 (购买)机票 (投诉)行李 (托运)行李 (认领)旅客 (出发)旅客 (到达)什么是计算机网络体系结构？什么是计

15、算机网络体系结构？计算机网络中，层层、协议协议和层间接口层间接口的集合被称为计算机网络体系结构计算机网络体系结构。n换句话说：体系结构包括三个内容：换句话说：体系结构包括三个内容：分层结构与每分层结构与每层的功能、服务与层间接口、协议。层的功能、服务与层间接口、协议。最早的网络体系结构源于IBM的SNAn其他的网络体系结构还有DEC的DNA等由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构国际标准是OSI/RM实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构体系结构n事实上的（de facto）标准层次结构方法的优点层次结构方法的优点独立性强独立性强耦合程度低耦合程度低n上层只需了解下层通过层间接口提供什么服

16、务上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务黑箱黑箱。适应性强适应性强n只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。易于实现和维护易于实现和维护n把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子单元：把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子单元：w使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。w使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。重要概念重要概念实体实体：任何可以发送或接收信息的硬件：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。软件进程。协

17、议协议：通信双方在通信中必须遵守的规则。：通信双方在通信中必须遵守的规则。对等层对等层：两个不同系统的同级层次。：两个不同系统的同级层次。对等实体对等实体：分别位于不同系统对等层中的两个实体：分别位于不同系统对等层中的两个实体接口接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。的操作及下层对上层的服务。服务服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。供给其相邻上层。示意图示意图系统系统A系统系统B实体实体对等层对等层对等实体对等实体接口接口服务服务物理网络物理网络网络分

18、层体系结构网络分层体系结构P3P2P1 2 1 3 2 1物理通信线路物理通信线路 3 N+1 N N-1 N+1 N N-1Pn-1PnPn+1系统系统A系统系统Bl网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的l同一网络中，任意两个端系统必须具有相同的层次l每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务l通信只在对等层间进行（间接的、逻辑的、虚拟的），非对等层之间不能互相“通信”l实际的物理通信只在最底层完成lPn：第n层协议协议，即第n层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定对等层通信的实质对等层通信的实质1网络分层体系结构原理网络分层体系结构原理禁止禁止不同主机的对等层之间进行不同主机的对等

19、层之间进行直接直接通信通信。实际上，每一层必须依靠下层提供的服务来与另一台主机的实际上，每一层必须依靠下层提供的服务来与另一台主机的对等层通信。对等层通信。n上层上层使用使用下层提供的服务下层提供的服务Service user；n下层向上层下层向上层提供提供服务服务Service provider。w第n+1层是第n层的服务用户，第n-1层是第n层的服务提供者w第n层的服务也依赖于第n-1层以及以下各层的服务对等层通信的实质对等层通信的实质2对等层实体之间实现的是对等层实体之间实现的是虚拟的逻辑通信虚拟的逻辑通信；下层向上层提供服务；下层向上层提供服务；上层依赖上层依赖下层提供的服务来与其他主

20、机上的对等层通下层提供的服务来与其他主机上的对等层通信；信；实际通信在最底层完成实际通信在最底层完成。封装与拆封封装与拆封 3 2 1 N+1 N N-1 2 1 3 N+1 N N-1源进程传送消息到目标进程的过程：n消息送到源系统的最高层；n从最高层开始，自上而下逐层封装封装；n经物理线路传输到目标系统；n目标系统将收到的信息自下而上逐层处理并拆封拆封；n由最高层将消息提交给目标进程。目标进程源进程P3P2P1物理通信线路物理通信线路Pn-1PnPn+1消息消息消息消息逻辑通信逻辑通信体系结构各层中实现的主要功能体系结构各层中实现的主要功能差错控制n使对等层的通信更加可靠流量控制n控制发送

21、端的速率，使接收端能来得及接收分段和重装n发送端将数据块分成更小的单位，并在接收端重新组合复用和分用n多个高层的对等层通信会话复用一条低层连接建立连接和释放连接网络参考模型网络参考模型OSI/RM参考模型TCP/IP参考模型OSI/RM参考模型参考模型应用层应用层Application表示层表示层Presentation会话层会话层Session传输层传输层Transportation物理层物理层Physical数据链路层数据链路层Data Link网络层网络层Network7654321为网络应用提供服务为网络应用提供服务数据表示数据表示在用户间建立会话关系在用户间建立会话关系不同主机进程间

22、的通信不同主机进程间的通信在主机间传输分组在主机间传输分组在节点间可靠地传输帧在节点间可靠地传输帧位流的透明传输位流的透明传输物理层（物理层（Physical Layer）功能：在物理媒体功能：在物理媒体(介质介质)上上正确地正确地、透明地透明地传送比特传送比特流。流。服务：串行和并行服务：串行和并行协议协议(标准标准)：规定了物理接口的各种特性：规定了物理接口的各种特性：n机械机械：物理连接器的尺寸、形状、规格：物理连接器的尺寸、形状、规格n电气电气：信号电平，信号的脉冲宽度和频率，数据传送速率，：信号电平，信号的脉冲宽度和频率，数据传送速率，最大传输距离等最大传输距离等n功能功能：接口引（

23、线）脚的功能和作用：接口引（线）脚的功能和作用n规程规程：信号时序，应答关系，操作过程：信号时序，应答关系，操作过程例：例：RS-232、RS-449、V.24、 V.35、G.703/G.704数据链路层（数据链路层（Data Link Layer）在两个在两个相邻节点相邻节点间可靠地传输数据，使之对网络层呈间可靠地传输数据，使之对网络层呈现为一条无错的链路。现为一条无错的链路。PDU：帧（：帧（Frame）功能：功能：n建立与拆除数据链路连接建立与拆除数据链路连接n组帧组帧：帧封装，按顺序传送，处理返回的确认帧：帧封装，按顺序传送，处理返回的确认帧n物理寻址物理寻址：MAC地址地址/物理地

24、址物理地址n定界与同步定界与同步：产生：产生/识别帧边界识别帧边界n错误检测错误检测/恢复恢复：可靠的传输，：可靠的传输，CRC，ARQn流量控制流量控制：抑止发送方的传输速率，使接收方来得：抑止发送方的传输速率，使接收方来得及接收及接收网络层（网络层（Network Layer，Internet Layer）寻址并选择合适的路由，把数据报从源端传送到目的寻址并选择合适的路由，把数据报从源端传送到目的端，在需要时对上层的数据进行分段和重组。端，在需要时对上层的数据进行分段和重组。PDU：数据报（：数据报（Datagram，IP-分组分组Packet）功能：功能：n在源端与目的端之间建立、维护、

25、终止网络的连接在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接n寻址、路由选择和分组中转寻址、路由选择和分组中转n分段与组合：大数据块分段，小数据块组合分段与组合：大数据块分段，小数据块组合n流量控制和拥塞控制流量控制和拥塞控制n多路复用：为多个传输层实体提供网络连接服务多路复用：为多个传输层实体提供网络连接服务n差错检测与恢复差错检测与恢复n流量统计和记账流量统计和记账传输层（传输层（Transport Layer）对网络层的连接进行管理，在源端与目的端之间提供可靠的、透对网络层的连接进行管理，在源端与目的端之间提供可靠的、透明的数据传输，使上层服务用户不必关心通信子网的实现细节。明的数据传输，

26、使上层服务用户不必关心通信子网的实现细节。传输层的特点传输层的特点n以上各层：面向应用，本层及以下各层：面向传输；以上各层：面向应用，本层及以下各层：面向传输；n与网络层的部分服务有重叠交叉，功能取舍取决于网络层功与网络层的部分服务有重叠交叉，功能取舍取决于网络层功能的强弱；能的强弱；n只存在于端主机中；只存在于端主机中；n实现源主机到目的主机实现源主机到目的主机“端到端端到端”的连接的连接w在这一点上与网络层的区别是什么？在这一点上与网络层的区别是什么？n网络层：为网络层：为主机之间主机之间提供逻辑传输提供逻辑传输n传输层：为传输层：为应用进程之间应用进程之间提供逻辑传输提供逻辑传输传输层与

27、网络层的关系传输层与网络层的关系网络层则提供网络中主机间的“逻辑通信”；而传输层提供主机中的进程间的“逻辑通信”。二者之间的差别：微妙而又重要n类比w主机：单位的传达室w进程：单位中的职工w应用层报文：信件n网络层协议=邮局的投递服务，只负责递送到传达室n传输层协议=传达室的收发服务，负责递送到每个职工会话层（会话层（Session Layer ）在传输层服务的基础上增加控制会话(Session)的机制，建立、组织和协调应用进程之间的交互过程。 功能：功能：为用户建立、引导和释放会话连接。 服务n服务类型：双向同时(双工)、双向交替(半双工)和单向(单工) n同步 表示层（表示层（Presen

28、tation Layer ）定义用户或应用程序之间交换数据的格式，提供数据表示之间的转换服务，保证传输的信息到达目的端后意义不变。 功能：功能：对源站内部的数据结构编码，形成适合于传输的比特流(符合“传输语法”)，到了目的站再进行解码，转换成目的站用户所要求的格式(符合目的站“局部语法”)，保持传输数据的意义不变。 服务：服务：不同类型计算机中内部格式的转换、密码转换和文本压缩的转换 应用层（应用层（Application Layer）为为End-user的应用进程提供标准的网络服务和应用接的应用进程提供标准的网络服务和应用接口。口。功能：功能：n提供各种不同的应用协议以满足应用进程的需求；提

29、供各种不同的应用协议以满足应用进程的需求；n为用户进程提供应用接口；为用户进程提供应用接口；n识别并证实目的通信方的可用性；识别并证实目的通信方的可用性；n使协同工作的应用进程之间进行同步；使协同工作的应用进程之间进行同步；n为通信过程申请资源。为通信过程申请资源。应用层协议的例子：应用层协议的例子：nOSI:wVTP、MHS、FTAM、DS、nTCP/IP:wTelnet、SMTP、FTP、DNS、HTTP、TCP/IP参考模型参考模型TCP/IP不是一个单个的协议，而是由数十个具有层次不是一个单个的协议，而是由数十个具有层次结构的协议组成的一个协议集。结构的协议组成的一个协议集。nTCP和

30、和IP是该协议集中的两个最重要的核心协议。是该协议集中的两个最重要的核心协议。TCP/IP是是Internet上的标准通信协议集。上的标准通信协议集。TCP/IP标准以标准以“请求注释请求注释”（RFC）文档发布：）文档发布：nTCP RFC 768, UDP RFC793nIP RFC 791nDNS RFC 1034, 1035, FTP RFC 959, 1635TCP/IP的体系结构层次的体系结构层次Message（报文）（报文）Segment（段）（段）Packet（分组）（分组）Frame（帧）（帧）Bit（比特）（比特）TCP/IP协议栈协议栈PDU应用层应用层HTTP, FTP

31、, SMTP, DNS, Telnet, 传输层传输层TCP, UDP网际网际(网络网络)层层IP, ICMP, ARP, RARP网络接口层网络接口层(数据链路层数据链路层+物理层物理层)PPP, Ethernet, Token ring, ATM TCP/IP的应用层的应用层应用层协议为文件传输、电子邮件、远程登录、网络应用层协议为文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、管理、Web浏览等应用提供了支持。浏览等应用提供了支持。有些协议的名称与以其为基础的应用程序同名。有些协议的名称与以其为基础的应用程序同名。应用层应用层传输层传输层网络接口层网络接口层网际层网际层文件传输文件传输 FTP、

32、TFTP、NFS电子邮件电子邮件 SMTP、POP3WWW应用应用 HTTP远程登录远程登录 Telnet、rlogin网络管理网络管理 SNMP名字管理名字管理 DNS TCP/IP的传输层的传输层传输层的主要功能：传输层的主要功能：提供进程提供进程间可靠的传输服务间可靠的传输服务。传输层包括传输层包括TCP和和UDP两种传两种传输协议：输协议：nTCP是是面向连接的面向连接的传输协议。传输协议。w在数据传输之前建立连接；在数据传输之前建立连接；w把报文分解为多个段进行传输，把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段；在目的站再重新装配这些段；w必要时重新传输没有收到或错误必要时重

33、新传输没有收到或错误的段，因此它是的段，因此它是“可靠可靠”的的。nUDP是是无连接的无连接的传输协议。传输协议。w在数据传输之前不建立连接；在数据传输之前不建立连接；w对发送的段不进行校验和确认，对发送的段不进行校验和确认，因此它是因此它是“不可靠不可靠”的的；w主要用于请求主要用于请求/应答式的应用和应答式的应用和语音、视频应用。语音、视频应用。应用层应用层传输层传输层网络接口网络接口网际层网际层面向连接的面向连接的 TCP无连接的无连接的 UDP使用UDP时，可靠性问题由应用层协议解决。使用TCP时，可靠性问题在传输层已经解决。HTTPFTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP21

34、23255369161TCP UDP应用层应用层传输层传输层TCP和和UDP都用端口都用端口(port)号来识别应用层实体，以号来识别应用层实体，以便准确地把信息提交给上层对应的协议（进程）。便准确地把信息提交给上层对应的协议（进程）。port80TCP/IP的网际（网络）层的网际（网络）层主要功能是把数据报通过最佳路径送到目的端。主要功能是把数据报通过最佳路径送到目的端。n寻址（寻址（IP地址）、路由选择、封包地址）、路由选择、封包/拆包拆包网际层的核心协议网际层的核心协议IP，提供了，提供了无连接无连接的数据报传的数据报传输服务（不保证送达，不保证序，不保证无错）。输服务（不保证送达，不保

35、证序，不保证无错）。n传输前不需建立连接传输前不需建立连接n提高了传输效率提高了传输效率网际层是网络转发节点（如路由器）上的最高层。网际层是网络转发节点（如路由器）上的最高层。n网络节点设备不需要传输层和应用层网络节点设备不需要传输层和应用层网际层的其他重要协议网际层的其他重要协议nICMP（Internet Control Message Protocol）w传递控制消息传递控制消息n可达性测试可达性测试n传送路由状态信息传送路由状态信息n超时通知超时通知n不可达通知不可达通知w封装在封装在IP中进行传输中进行传输nARP（Address Resolution Protocol）w为已知的为

36、已知的IP地址确定相应的地址确定相应的MAC地址地址nRARP（Reverse Address Resolution Protocol）w为已知的为已知的MAC地址确定相应的地址确定相应的IP地址地址nIGMP（Internet Group Management Protocol）w多播组管理多播组管理TCP/IP的网络接口层的网络接口层没有定义任何实际协议，仅定义了网络接口任何已有的数据链路层协议和物理层协议都可以用来支持TCP/IP典型的例子：nEthernet、Token Ring、HDHL、X.25、ATM优点：适应性强、灵活缺点：不能利用已存在的某些有用的功能nTCP/IP总是认为其

37、下层是不可靠的（尽管可能已经足够可靠）TCP/IP与与OSI/RM的对应关系的对应关系应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层7654321OSI/RM应用层应用层传输层传输层网络接口层网络接口层网际层网际层TCP/IPPPP, HDLC, FDDI, Ethernet, 802.3, 802.5等等等等TCP/IP支持支持所有标准的物所有标准的物理层和数据链理层和数据链路层协议路层协议OSI/RM和和TCP/IP相结合的相结合的5层结构层结构原理体系结构：原理体系结构：应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层应用层、传输层、网络层、数据链

38、路层和物理层OSI与TCP/IP参考模型比较相同点相同点n以协议栈为基础n传输层之上的各层都是传输服务的用户，并且都是面向应用的用户。 不同点不同点nOSI模型在前，协议在后，使得协议相对更加容易被替换为新的协议 ；TCP/IP模型在后，协议在前，模型不适合其他协议栈。nOSI模型的网络层同时支持无连接和面向连接的通信，但是传输层上只支持面向连接的通信；TCP/IP模型的网际层上只有一种模式(即无连接通信)，但是在传输层上同时支持两种通信模式。五层参考模型OSI与与TCP/IP参考模型网络的评价参考模型网络的评价nOSI参考模型与协议缺乏市场与商业动力，结构复杂，实现周期长，运行效率低，这是它

39、没有能够达到预想的目标的重要原因。 nTCP/IP参考模型在服务、接口与协议的概念区别上不是很清楚；TCP/IP参考模型不通用；TCP/IP参考模型的网络接口层并不是常规意义上的层次概念；TCP/IP参考模型没有区分物理层和数据链路层。 五层网络参考模型五层网络参考模型高层(57)传输层(4)网络层(3)数据链路层(2)物理层(1)OSI/RM应用层传输层网际层网络接口层应用层传输层网络层数据链路层物理层TCP/IP5层体系结构四、数据链路层相关知识介绍这里单独把数据链路层作为一个单独的章节进行介绍的原因是在今后的很多工作都需要接触到链路层的内容，且本实验室在链路层的研究在国内属于前列。链路层

40、的任务链路层的任务两节点间节点间可靠的数据传输Ethernet, X.25, ATM, 链路层工作的环境1链路层工作的环境2两个 物理上连接的 设备:n主机-路由器, 路由器-路由器, 主机-主机数据单元: frame（帧）applicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicalMMMMHtHtHnHtHnHlMHtHnHlframe物理链路数据链路协议接口卡链路层的服务1成帧, 链路访问: n将分组封装入帧, 加上帧头, 帧尾n如果是共享介质，则需实现信道的访问, n物理地址 放在帧首用来确定信源、信宿 w不同于IP地址!在两台物理

41、上连接的设备之间实现可靠传递: n可靠传递是什么概念n不太用在误码率低的场合 (光纤, 某些双绞线)n无线链路: 误码率相当高链路层的服务2流量控制: n保持收发双方的同步错误检测: n信号衰减和噪声会导致出错. n接收端检测到错误时: w给发送端信号要求重发或丢弃出错帧 错误校正: n接受端检测多个位错并加以校正 而无需要求发送端重发错误检测EDC= 错误检测校正（Error Detection and Correction） 错误检测不可能达到 100% 可靠! 协议算法可能会忽略了某些错误, 但比例极小 较大的 EDC 字段可以产生较好的检错和纠错效果奇偶校验单比特校验:检测一位错误检测

42、一位错误两维单比特校验:检测和校正单比特错误检测和校正单比特错误00循环校验码把数据比特串, D, 看成二进制数据选择一个 r+1 bit 型 (generator), G 目的: 选择 r个 CRC位, R, 这样n 可为 G 整除(modulo 2) n接收端已知 G, 用G来除 . 如果余数不为0: 查出错误!n可以查出所有长度不超过r+1位的突发错误在实践中被广泛应用 (ATM, HDCL)CRC 举例如果要:D.2r XOR R = nG则等于:D.2r = nG XOR R 也就等于: 如果要让 D.2r 被 G整除, 则需要余数 RR = remainder D.2rG五、信道共

43、享-多点访问协议问题：一条共享的通信信道 两个或多个结点可同时发送信号: 相互干扰 n在某一时刻只有一个结点可以成功地发送信号 多点访问协议需要解决的问题：n分布式的算法来决定如何共享信道, i.e., 决定工作站何时可以发送n我们希望多点访问协议能够解决什么问题: w同步还是异步 w了解其他站点的信息 w健壮性 (e.g.如何对待信道错误) w性能信道分割的 MAC 协议: TDMATDMA: time division multiple access （时分多路）“依次” 访问信道每次每个站点分得固定长度的时隙 (时长 = 分组的单位传输时间)未用的时隙被闲置和浪费 例如: 6个站点的LA

44、N, 1,3,4 有分组发送, 而 2,5,6的时隙则被闲置 信道分割的 MAC 协议: FDMAFDMA: frequency division multiple access（频分复用） 信道按频谱分成若干频段每个站点分得固定的频段在频段不用时该部分信道被闲置和浪费 例如: 6各站点的 LAN, 1,3,4 发送分组, 而 2,5,6 的频段被闲置 frequency bandstime信道分割的 MAC协议 (CDMA)CDMA：Code Division Multiple Access（码分多路） 每个用户分得具有唯一性的 “code”; ie, 代码集合的分割大部分应用在无线通信的场

45、合 (cellular, satellite,etc)所有用户共享相同的频道, 但每个用户用自己的“码片”序列 (ie, code) 对数据编码编码信号 = (原始数据) X (码片序列)解码: 编码信号的内积和码片序列允许多个用户共存和发送信号,且相互的干扰极小 (假设信号码呈 “正交”状)随机访问协议当结点有数据要发送时：n使用信道全部的传输速率 R.n在诸多结点中不存在“预先”协商的机制可能发生两个以上结点同时传输 - “冲突”随机访问的 MAC协议定义了: n如何检测冲突n如何从冲突中恢复 (e.g., 通过延迟重发)随机访问 MAC协议的实例:n纯ALOHAn时隙ALOHAnCSMA

46、 and CSMA/CD纯 ALOHA无时隙 Aloha: 简单, 没有同步信号需要传输分组时:n 立即发送而不必等待时隙的开始冲突的概率增加了:n在 t0 时刻发送的分组与在 t0-1, t0+1时刻发送的分组冲突纯 Aloha的效率P(给定节点的成功率) = P(节点传输) *P(无其他节点在 p0-1,p0时刻传输）*P(无其他节点在p0-1,p0时刻传输） = p . (1-p) . (1-p) P(在N结点中任意结点的成功率) = N p . (1-p) . (1-p) 选择最近的p 当ninf=1/(2e) = 0.18协议 限制了信道吞吐量的有效利用!时隙 Aloha时间划分成等

47、长的时隙 (=分组单元传送的时长)对待新近到达的分组结点要: 在下一个时隙开始时传输 如果冲突: 以p的概率再后继的时隙重发分组，直到成功为止.(S)成功, (C)冲突, (E) 空闲的时隙时隙 Aloha 的效率Q: 时隙的利用情况如何?A: 假设有 N站点有数据发送n每个站点以p的概率在时隙中传输数据n传输成功的概率 S为:对单个结点来说: S= p (1-p)(N-1) 最佳情况: 信道的使用率为 37%!G = offered load = Np0.51.01.52.00.4Pure AlohaSlotted Aloha对N个节点中的任何一个： S = 概率 (仅有一

48、个站点传输的) = N p (1-p)(N-1) 选择最佳的 p 当 n - infty . = 1/e = .37CSMA: Carrier Sense Multiple AccessCSMA: （载波检测多路访问）发送前侦听:如果信道闲置: 发送整个分组如果信道忙, 推迟发送 n坚持性 CSMA: 当信道闲置时，以p的概率立即重试 (可能导致不稳定)n非坚持性 CSMA: 在某个随机间隔以后再试CSMA 的冲突冲突可能发生在:由于传播延迟两个节点可能听不到对方的发送冲突:整个分组的传输时间被浪费注意:这里的冲突概率是由距离和 传播延迟来决定的以太网结点间的时空图CSMA/CD (Colli

49、sion Detection，冲突检测)CSMA/CD:n在冲突发生后，短时间内可探测到n立即中断传输, 减少信道的时间浪费 n坚持性或非坚持性重传冲突检测: n在有线 LAN中简便易行: 检测信号强度, 比较收、发的信号n在无线 LAN比较困难: 传输时接收器是关闭的CSMA/CD 冲突检测令牌环协议1信道分割的 MAC 协议:n在重负荷时共享信道的效率高n在轻负荷时效率低: 延迟了信道访问, 当只有一个结点激活时，分到的带宽只有信道带宽的1/N! 随机访问 MAC 协议n在轻负荷时有效率: 单个节点可以充分利用信道的 带宽n在重负荷下: 冲突的开销令牌环协议在两个方面寻求最佳的解决方案!令

50、牌环协议2轮询（Polling）: 由主结点“邀请”从结点依次传输Request to Send, Clear to Send 报文关注:n轮询的开销 n等待时间n单点失效 (主结点)令牌传递（Token passing）:控制令牌令牌依次通过各个结点令牌报文关注:n令牌的开销 n等待时间n 单点失效(token) 六、无线局域网为什么需要无线网络?n有线网络的缺点w临时组网不方便n如运动会、军事演习w网络互联要跨越公共场合时布线很麻烦w难于解决移动站点问题n无线网络可以很好地解决以上问题n无线网络类型很多，如电信移动网络、无线局域网（WLAN）等无线网络的应用在布线不方便或者不可能的情况组建网络漫游访问不同建筑物中