计算机网络教学课件重点讲解

1、2022/8/3宁波工程学院 计算机网络1第1章 计算机网络概述4.按拓扑结构划分 网络的拓扑结构是指抛开网络中的具体设备，用点和线来抽象出网络系统的逻辑结构. 总线、星形、环形、树形、网状形总线型星型环型树型2022/8/3宁波工程学院 计算机网络2第1章 计算机网络概述8.电路交换的特点 1）电路交换必定是面向连接的 2）电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接3）计算机数据具有突发性，导致效率低2022/8/3宁波工程学院 计算机网络3第1章 计算机网络概述9.分组交换网的原理随时发送,不需要建立连接存储转发方式（中间节点）共享线路报文划分成大小相等的分组各分组具有目的地址，独立传输20

2、22/8/3宁波工程学院 计算机网络4第1章 计算机网络概述1.3 因特网1.因特网组成1）互联网：网络的网络,internet2）因特网：Internet3）因特网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。4）分三级：主干、地区、企业（校园） 5）因特网的组成：边缘和核心 2022/8/3宁波工程学院 计算机网络5第1章 计算机网络概述3.时延(delay,latence) 报文从一端传到另一端所需的时间 =发送时延+传播时延+处理时延 发送时延=数据长度/传输速率 传播时延=信道长度/信号的传播速率 处理时延=转发，排队，处理的时间习题解答补充题；有一长度

3、为100MB的文件，传输速率为10Mbps,传输距离为400000公里，信号的传播速率是200000公里/S,若处理时延为20S,试计算总的时延。解：传播时延=400000/200000=2S 发送时延=100*1000000*8/10*1000000=80S 处理时延=20S 总时延=2+80+20=102S 如果100MB=100*1024*1024*8，也对习题解答1-02：试简述分组交换的要点发送端可随时发送,不需要建立连接报文划分成大小相等的分组各分组具有目的地址，独立传输，接收端重装中间结点采用存储转发方式各分组动态共享传输线路，提高传输效率习题解答1-08：计算机网络有哪些分类？

4、各有什么特点 （只答按距离分类） 1）局域网 (LAN，Local Area Network) 工作范围：10m -1km，同一个楼房、校园 2）城域网 (MAN，Metropolitan Area Network)工作范围：1km-几十km,同一城市3)广域网 (WAN，Wide Area Network)工作范围：几十km-几千km,同一国家全球 4)接入网、互联网习题解答1-17：设传输距离1000km,传播速率2*108m/s, 试以下面两种情况计算发送时延和传播时延：（1)数据长度107bit,数据发送速率为100kb/s.（2)数据长度103bit,数据发送速率为1Gb/s.解：（

5、1）发送时延：107bit/100kb/s=100s 传播时延：106m/2*108m/s=5ms 发送时延远大于传播时延 （2）发送时延：103bit/100kb/s=1*10-3ms 传播时延：106m/2*108m/s=5ms 发送时延远小于传播时延习题解答1-19：长度100字节的应用层数据，交传输层TCP 传输需要加20字节的头部，再交给网络层IP传输，也加20字节头部，最后交给以太网的数据链路层传输时，再加18字节头尾部，计算传输效率，若应用层数据为1000字节，计算传输效率。解：数据为100字节时： 传输效率=100B/(100B+20B+20B+18B)=100/158=63.

6、29%数据为1000字节时： 传输效率1000B/(1000B+20B+20B+18B)=1000/1158=94.52%习题解答1）物理层：透明地传输比特流2）数据链路层：相邻结点之间透明地传输帧3）网络层：完成主机到主机的通信4）运输层：完成不同主机之间端到端通信5）应用层:直接为用户的应用进程服务第2章 物理层2.各种数据传输模式1)按传输方向（1)单向通信: 又称为单工通信，即只能有一个 方向的通信而没有反方向的交互。 （2)双向交替通信 又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。（3)双向同时通信 又称为全双工通信，即通信的双方可以同时

7、发送和接收信息。注意: 单向通信只需要一条信道，而双向交替通信或双向同时通信则都需要两条信道03-8月-22计算机网络 宁波工程学院12第2章 物理层2)串行和并行方式并行传输:一次同时传输N 位二进制数。串行传输:一位一位传输。3)同步方式 为串行传输方式中，发送端和接受端保持一致（1）异步传输接受端和发送端时钟独立按字符传送传输效率低03-8月-22计算机网络 宁波工程学院13第2章 物理层（2）同步传输时钟同步同步一次可传输大块数据传输效率高常用面向比特的同步传输适合于多媒体数据传输03-8月-22计算机网络 宁波工程学院14第2章 物理层3.数字信号的编码计算机输出的信号是基带信号也是

8、数字信号编码：数据的原始形式变换成适合于信道传输特性的信号形式，也称调制1）数字数据的模拟信号调制 例子：计算机通过电话线上网 3种最基本的调制方法调幅(AM)：幅移健控 调频(FM)：频移健控 调相(PM)：相移健控 03-8月-22计算机网络 宁波工程学院15第2章 物理层4.信道及最大传输速率1）实际的信道受带宽、噪音、干扰、失真，接收端的信号失真会很严重（P43：图2-4），2）奈氏准则（定律）：B=2W(最大传输速率）3）香农公式：（信道的极限信息传输速率 ） C=W*log2(1+S/N)，其中： C为传输速率，单位为b/s W为信道的带宽(以Hz为单位) S为信道内所传信号的平均

9、功率 N为信道内部的高斯噪声功率03-8月-22计算机网络 宁波工程学院16第2章 物理层4）比较奈氏准则是理想条件B是码元的波特率如果一个码元有8种状态，就是3个比特奈氏准则表明通过提高状态数可以提高速率香农公式表明实际速率受带宽和信噪比限制03-8月-22计算机网络 宁波工程学院1703 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 189）数据链路层的基本功能（问题）封装成帧透明传输差错检测第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 192.封装成帧和透明传输1）封装成帧发送端：对上层IP报文加帧头和帧尾接收端：去掉帧头和帧尾，上交网络层目的：识别帧的开始于结束控制信息：帧

10、头和帧尾含有控制信息第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 204）CRC校验（循环冗余）的原理Cyclic Redundancy Check计算整个数据二进制序列的校验和(检测码）CRC检错效率非常高CRC由硬件实现，速度很快如果不组装成帧，就无法进行差错检测第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 215）计算实例 设:准备发送：M=1001101 给定生成多项式：G=10101（n=4,双方确定） 计算：M*2n=10011010000/G=10101（模二除） 计算得余数R=0011，检错码 计算得商Q=1011111 无意义，忽略 最后发

11、送端发送：F=10011010011 接收端：计算F/G（模二除），求余数R 若R=0，则无措,接收，若R 0，有错丢弃第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 223.PPP的帧结构7个字段，头部4个，尾部2个标志0 x7E，01111110：首尾标志FA：地址字段，永远为0 xFF，实际不起作用C：控制字段，默认为0 x03，无编号帧协议：指明净荷字段的包类型，支持LCP、NCP、IP、IPX、AppleTalk.信息部分：可变，最大1500字节FCS,帧校验序列：2字节CRC 校验第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 23第3章 数据链路层

12、PPP 有一个 2 个字节的协议字段：若为0 x0021，则信息字段就是IP 数据报。若为0 xC021, 则信息字段是LCP链路控制数据。若为0 x8021，则表示这是NCP网络控制数据。 IP 数据报1211字节12不超过 1500 字节PPP 帧先发送7EFF03FACFCSF7E协议信 息 部 分首部尾部PPP的帧结构03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 241）帧的封装的实现头标志F：0 x7E，01111110，帧的开始尾标志F：0 x7E，01111110，帧的结束F：0 x7E起到帧定界符的作用连续2帧之间只需要一个F第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁

13、波工程学院 252）透明传输的实现（1）零比特填充法（适用同步比特传输）连续的5个1后加0 如：SONET/SDH链路时送端数据：01001111110011111111111101111101实发数据：010011111010011111011111011011111001收端恢复：01001111110011111111111101111101第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 26（2）字符填充法（异步传输时）将信息字段中出现的每一个0 x7E字节转变成为2字节序列(0 x7D，0 x5E)。若信息字段中出现一个0 x7D的字节，则将其转变成为2字节序列(0

14、x7D，0 x5D)。若信息字段中出现ASCII码的控制字符(即小于0 x20的字符)，则在该字符前面要加入一个0 x7D字节。3）差错检测：采用CRC校验第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 274.PPP的要点实现透明传输实现帧的封装实现差错检测简单：帧正确，接受，帧错误，丢弃无编号、无确认、不可靠，保证无差错接受两种链路：面向字节或比特流最大净荷1500字节第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 283.3 以太网1.局域网的特点一个单位所拥有地理范围、站点数目有限速率高、误码率低（现在不算特点）广播信道（另加） 第3章 数据链路层03

15、八月 2022计算机网络 宁波工程学院 292.局域网的拓扑结构（物理拓扑结构）总线形（过去用，现在很少用，讲解原理）环形（很少用） 星形(主流方式）树形（可以不算）第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 304.网络接口卡NIC的功能（网卡)数据的封装与解封和透明传输的实现；帧的校验（CRC实现） 链路管理：主要是CSMA/CD协议的实现；编码与译码：即曼彻斯特编码与译码；串行、并行数据转换和缓冲第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 31第3章 数据链路层关于局域网的要点1）PPP是点到点协议，针对广域网2）局域网针对点到多点（总线，画图）3

16、）星形等和总线有相同的特点（画图对比）4）过去存在这几种技术，所以术语很多5)有些已经淘汰了，痕迹还在6）MAC还在，LLC已经无用7）点到多点的问题比点对点复杂8）以太网就代表了局域网，只讲以太网03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 325.以太网的要点拓扑结构从总线到星形（扩展星形）两个标准：DIX Ethernet V2和 802.3采用无连接工作方式，提供不可靠服务不编号，不确认；对无效的帧，直接丢弃使用CSMA/CD时，只能进行半双工通信(双向交替通信)使用交换机，全双工(双向同时通信)第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 336.CSMA/CD1）

17、CSMA/CD：载波监听多点接入/碰撞检测2）多点接入：总线型网络3）载波监听：每一站在发送数据前要检测信道，如果有其他站正在发送，则本站暂时不发送数据，以免发生碰撞。第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 344）碰撞检测：边发送边监听信道，一旦信道发生碰撞（冲突），则立即停止发送，然后根据退避算法等待一段随机时间再次发送。5）争用期：从发送数据开始，经过特定的一段时间如果没有发生冲突，就不会发生冲突了，这段时间叫争用期第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 356）退避算法（1）设基本退避时间为t=（=51.2微妙)=争用期（2）K=重传次数

18、，k=10（3）从0,1,(2k-1)中随机取一个数设为r,重传的时延就是rt（4）当重传次数达16次时，向上层报告第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 367）CSMA/CD的特点（1）优点：简单（2）缺点： 无优先权 重负载效率低第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 374)集线器的功能（星形拓扑）星型以太网在物理上是星型网，在逻辑上是总线网，各站仍执行CSMA/CD一个集线器有许多接了接口每个端口都具有发送和接收数据的功能。集线器采用了专门的芯片数据在转发之前还要进行再生整形并重新定时便宜、可靠、易布线不进行碰撞检测第3章 数据链路层0

19、3 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 388.以太网的MAC子层1）MAC地址每个站都有唯一的硬件地址（MAC地址、物理地址）地址是每个站的标识符，固化在网卡的ROM中局域网地址标准化为6字节，48位IEEE的注册管理委员会RAC是局域网地址的管理机构，负责分配地址的前三个字节前3个字节(高24位),称为“地址块”或“厂商代码”后3个字节厂商自己定义，一般是序号第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 392）MAC地址的作用（1)硬件地址的作用在局域网中标识通信的计算机。（2)网卡收帧：若发往本站帧则收，否则就丢弃 （3）发往本站的帧包括：单播(unicast)帧

20、:帧的MAC地址与本站的地址相同广播(broadcast)帧:ff-ff-ff-ff-ff-ff多播(multicast)帧：即发送给一部分站点的帧第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 403）MAC帧格式2个标准：DIX Ethernet V2 和IEEE 的802.3 前导码和帧首定界：1010101010101011常用MAC帧格式： DIX Ethernet V2分5个字段 MAC帧的数据部分长度:最长1500,最短46MAC帧的总长度:最长1518,最短64帧间最小间隔为 9.6 s，相当于96比特第3章 数据链路层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学

21、院 41第3章 数据链路层字节6624IP 层目的地址源地址长度/类型FCS数 据802.2LLC 帧当长度/类型字段表示长度时 802.3MAC 帧这种 802.3 + 802.2 帧已经较少使用43 1497111DSAPSSAP111 控制 数 据字节DSAPSSAP控制IP 数据报LLC 子层MAC 子层03 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 42第3章 数据链路层MAC 帧物理层MAC 层10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据

22、报DIX Ethernet V203 八月 2022计算机网络 宁波工程学院 435）无效的MAC帧帧的长度与数据长度字段不一致帧的长度不是整数个字节帧校验序列FCS查出有差错 帧大于1518或小于64无效的MAC帧直接丢弃,不重传第3章 数据链路层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络444.1 网络层的概念和功能1.网络层完成的功能这里指网络互连层（IP层），互联网的核心互联网=网络，路由器，链路，协议主机到主机的通信网络层的基本功能是寻址和路径选择.需要进行拥塞控制第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络452.网络互连的主要问题完全统一网络是不可能的（需求，厂家，发展）

23、不同的寻址方式不同的最大分组长度不同的超时控制不同的网络接入机制第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络464.网络层的两种服务1）面向连接的服务需要建立连接虚电路可靠传输复杂，设备造价高第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络472）数据报服务无连接服务主机到主机不可靠传输简单灵活、设备造价低适应性强这种方式正是因特网采用的（很成功）第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络485.网络设备（中继系统）互连网络的中间设备(或中间系统)ISO的术语称之为中继(relay)系统。物理层中继系统，中继器(repeater)、转发器。数据链路层，网桥或桥接器(

24、bridge)或交换机。网络层，路由器(router)，有时也称网关 网络层以上，网关(gateway)，名称和形态各异第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络497.路由器的功能1）转发(forwarding)：根据转发表将 IP 数据报从合适的端口转发出去。2）路由选择(routing)：（寻址）按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况，动态地改变所选择的路由。3）路由表是根据路由选择算法生成的。而转发表是从路由表生成的。第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络503）IP协议的基本功能无连接：各片独立传输，路径不同尽力服务：不保证无差错、

25、不丢失、按序使用统一地址点对点开放第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络512） IP地址的作用IP地址的作用就是标识网络中的主机 每个物理网络分配一个特定的网络号net-id 同一网络的主机具有相同的网络号，有不同的主机号寻址时，先按IP地址中的网络号net-id把网络找到再按主机号host-id把主机找到。第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络52第4章 网络层net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bit0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址011host-id8 bitD 类地址1 1

26、 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 0012022/8/3宁波工程学院 计算机网络53第4章 网络层类别网络号范围网络数主机数A类1-126126（272）16777214（2242）B类128-19116384（214）65534（2162）C类192-2232097152（221）254（282）2022/8/3宁波工程学院 计算机网络544.特殊IP地址1）保留IP地址 本网络本主机：全0 本网络某主机：网络号0+主机号 本网络广播：全1 指定网络广播：网络号+全1 回送地址：127+任意第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络556.

27、IP地址的重要特点(1)IP地址是一种分等级的地址结构： net-idHost - id。从而可以减小路由表规模。(2) IP地址不能反映主机的地理位置信息。(3) IP地址标识的是网络接口，而非计算机。(4)网桥或交换机连接起来的若干个局域网仍为一个网络，具有同样的网络号net-id。(5)所有分配到网络号net-id的网络(不管是局域网还是广域网)都是平等的。第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络56第4章 网络层首部048161924版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长

28、度 可 变）比特首部长度DTRC未用优 先 级数 据 部 分固定部分可变部分2022/8/3宁波工程学院 计算机网络571）版本，4b=0100，IPV42）首部长度，4b,，4字节为单位，最小20字节，0101，最大60字节，11113）总长度，首部长度和数据长度之和，16b,最大64KB，65535B,但一般不超过1500B4）标识，16b,同一数据的不同分片有相同的标识5）片偏移，该片在原分组中的位置，8字节为单位6) 标志位,3b,配合偏移量使用7）生存期，TTL (Time To Live) ，一般为32S第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络588)协议，数据为何种

29、协议数据9)首部检验和，16b，以16b为单位反码算术求和后再求反10)源IP地址，4B11)目标IP地址，4B第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络59 一个物理网络在内部可以划分为若干个子网 划分子网后，在内部看是被划分了子网 在外部看，仍然是一个网络。3）子网划分的具体方法 从IP地址的主机号部分借用作为子网号subnet-id IP地址:网络号子网号主机号第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络604）子网掩码 子网掩码用来区分网络号部分和主机号部分 网络地址=网络号子网号 网络地址的计算：IP地址 AND 子网掩码例如： IP130.50.15.6 子网

30、掩码 255.255.252.0（22个1） 网络地址 130.50.12.0 第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络61第4章 网络层网络号 net-id主机号 host-id网络号net-idhost-id主机号subnet-id子网号子网掩码因特网部分本地部分因特网部分本地部分划分子网时的网络地址1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0net-idsubnet-idhost-id 为全 0两级 IP 地址三级 IP 地址2022/8/3宁波工程学院 计算机网络625）默认子网掩码（不划分子

31、网时）A类地址：255.0.0.0B类地址：255.255.0.0C类地址：255.255.255.0 第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络636）子网掩码的特点子网掩码是网络地址的重要组成部分子网划分应遵循的规则主机号至少剩2位，全0和全1的子网不能用第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络642）RIP要点RIP(Routing Information Protocol)最简单的内部网关协议IGP基于距离向量的分布式路由选择协议“距离”为到目的网络所经过的路由器数好路由=“距离短”第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络65一个通路最多只能包含

32、15个路由器“距离”的最大值为16时即相当于不可达RIP只适用于小型互连网。RIP协议的特点：仅和相邻路由器交换信息。Who交换的信息是自己的路由表。 What按固定的时间间隔交换路由信息。 When第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络665.RIP特点1）缺点好消息传播快，坏消息传播慢;只适合小型网络;2）优点 简单，开销小第4章 网络层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络675.1 传输层协议概述1.传输层的功能和位置传输层也称运输层传输层为应用层提供通信服务主要功能是实现无差错端到端（END TO END)通信是面向通信部分的最高层是用户功能中的最低层具有承上启下的

33、桥梁作用第5章 传输层传输层负责提供端到端的逻辑通信。2022/8/3宁波工程学院 计算机网络684.UDP的特点不需要建立连接头部只有8字节，首部开销很小支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信没有拥塞控制适合实时应用尽最大努力交付（即不保证可靠交付）面向报文第5章 传输层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络692.UDP的首部 p1948个字节，由4个字段组源端口字段：源端口号；目的端口字段：目的端口号；长度字段：UDP数据报的长度；检验和字段：校验UDP整个数据报第5章 传输层2022/8/3宁波工程学院 计算机网络70第5章 传输层伪首部源端口目的端口长 度检验和数 据首 部UDP长度源 IP 地址目的 IP 地址017IP 数据报字节44112122222字节发送在前数 据首 部UDP 用户数据报2022/8/3宁波工程学院 计算机网络715.3 可靠传输的工作原理（略）5.4 TCP协议的特点及报文格式1.TCP协议概述TCP提供面向连接的服务每条连接都是端到端，点到点的TCP提供可靠的传输服务提供全双工通信面向字节流T