计算机网络(第三版)课件(完整版)

1、计算机网络（第3版）第1章 计算机网络基础本章导读 本章从计算机网络的产生和发展入手，依次介绍了计算机网络的定义、结构、分类和组成等基本知识，可对计算机网络有一个概括性的了解。主要内容1-1 计算机网络概述1-2 计算机网络分类1-3 计算机网络组成1-1 计算机网络概述1-1-1 计算机网络的产生和发展1. 第1阶段：面向终端的计算机通信网络1950s初 SAGE 1960s初 SABRE等具有通信功能的单机系统 具有通信功能的多机系统计算机技术+通信技术 数据处理、通信控制分离1-1-1 计算机网络的产生和发展2第2阶段：以分组交换网为中心的现代计算机网络1960s中,ARPANET两级子

2、网,分组交换1-1-1 计算机网络的产生和发展3第3阶段：专用网络和网络互联1970年代初，ALOHAnet诞生1970年代末，IP、TCP和UDP三个协议概念完成 1977年，OSI/RM提出1980年代，LAN发展1984年，Internet诞生1-1-1 计算机网络的产生和发展4第4阶段：Internet的迅猛发展1990年，无线局域网产品出现1993年，NII计划、浏览器、 C/S 、 WWW1997年，IEEE 802.11颁布 19952000年，Internet产品和服务 2001年至今，住宅宽带接入Internet、无线接入Internet、 无线局域网、P2P1-1-2 计算

3、机网络的定义1计算机网络的定义无公认定义。自主的计算机系统的互联集合。把分布在不同地点的多个计算机物理上互连，按照网络协议相互通信，以共享硬件、软件和数据资源为目标的系统。1-1-2 计算机网络的定义2资源子网和通信子网通信子网实现网络通信功能（数据的加工、变换、传输和交换等通信处理工作），即将一个主计算机的信息传送给另一个主计算机。包括通信处理机、通信设备（集中器、信号变换器等）和通信线路等设备和相关软件。资源子网实现资源共享功能（数据处理、提供网络资源和网络服务）。包括主机、终端及其外设和相关软件。1-2 计算机网络的分类计算机网络可按不同的标准分类。1-2-1 按网络的拓扑结构分类1总线

4、拓扑结构 所有设备都通过一根公共总线进行通信，信息沿总线进行广播式传送。优点：结构简单，增删节点容易。任何节点的故障都不会造成全网的瘫痪，可靠性高。缺点：任何两个节点之间传送数据都要经过总线，总线成为整个网络的瓶颈。节点数目多时，易发生信息拥塞。1-2-1 按网络的拓扑结构分类2环型拓扑结构 设备被连接成环，信息广播式传送。每台设备只能和相邻节点直接通信。与其他节点通信，信息必须依次经过二者间的每一个节点。优点： 传输路径固定，无路径选择问题，实现简单。缺点： 任何节点的故障都会导致全网瘫痪，可靠性较差。 网络的管理较复杂，投资费用较高。 需要调整时，需要将全网停下来重新配置，扩展性、灵活性差

5、，维护困难。1-2-1 按网络的拓扑结构分类3星型拓扑结构 由一个中央节点和若干从节点组成。中央节点可与从节点直接通信，从节点之间的通信必须经过中央节点的转接。优点：结构简单，建网容易，传输速率高。每节点独占一条传输线路，消除了数据传送堵塞现象。每台计算机及其接口的故障不会影响到网络，扩展性好，配置灵活，增删改一个站点容易实现，网络易管理和维护。缺点： 网络可靠性依赖于中央节点，一旦 出现故障将导致全网瘫痪。1-2-1 按网络的拓扑结构分类4网状拓扑结构每个节点与其他节点之间都有一条且多于一条的链路相连通。优点：容错能力强，如果网络中一个节点或一段链路发生故障，信息可通过其他节点和链路到达目的

6、结点，可靠性高。缺点：建网费用高，布线困难。计算机之间的距离（数量级）计算机的位置网络分类10m同一房间局域网（LAN）100m同一建筑物局域网（LAN）1km同一园区局域网（LAN）10km同一城市城域网（MAN）100km同一国家广域网（WAN）1000km同一洲广域网（WAN）10000km同一星球互联的广域网(Internet)1-2-2 按地理位置分类1-2-3 按计算机和设备在网络中的地位分类1基于服务器的网络服务器：为网络用户提供共享资源和服务功能的计算机或设备，运行服务器端软件客户机（工作站）：接受服务或访问服务器资源的计算机，运行客户端软件工作模式（1）工作站/文件服务器模式

7、（2）客户机/服务器（C/S）模式（3）浏览器/服务器（B/S）模式2对等网络所有计算机平等，独自管理自己的资源，配置相同协议1-2-4 其他分类按网络的使用范围划分：公用网、专用网按信息交换方式划分：电路交换网、 报文交换网、分组交换网 文件服务器服务器 打印服务器 应用系统服器 通信服务器 客户机网卡 双绞线通信介质 光纤 微波 调制解调器 中继器和集线器通信处理设备 网桥 交换机 路由器 网关1-3 计算机网络的组成1-3-1 计算机网络的硬件组成1-3-2 计算机网络的软件组成包括网络操作系统和网络应用服务系统等。网络应用服务系统针对不同的应用有不同的应用软件，下面只介绍网络操作系统。

8、1网络操作系统的功能及组成功能：操作系统功能、网络管理功能组成：网络适配器（网卡）驱动程序子网协议应用协议2几种常用的网络操作系统（1）Windows NT（2）Windows 2000系列（3）UNIX（4）Linux本章小结本章对计算机网络的基础知识进行了简单介绍。通过本章的学习，应该了解计算机技术和通信技术的结合产生了计算机网络，进而了解计算机网络的发展历程。理解什么是计算机网络，了解计算机网络的分类和组成等基本概念。计算机网络（第3版）第2章 计算机网络体系结构本章导读 计算机网络通信是一个非常复杂的过程，因此，采用分层的方法。 计算机网络系统是一个十分复杂的系统，要使其能协同工作实现

9、信息交换和资源共享，它们之间必须具有共同约定，这就是网络协议。 网络体系结构要解决的问题是如何构建网络的结构，以及如何根据网络结构来制定网络通信的规范和标准。 主要内容2-1 网络体系结构及协议2-2 开放系统互连参考模型2-3 TCP/IP参考模型2-1 网络体系结构及协议 2-1-1 网络通信要解决的主要问题1电话通信的过程电话通信的过程就是大家熟悉的一种网络通信过程 2计算机网络通信的主要功能传输的是数字信息，通信中用户无法直接感觉和控制数据的传输过程，要靠系统完成 通信有多种通信方式：点-点、多点、广播等。 2-1-1 网络通信要解决的主要问题3计算机网络通信中的焦点问题寻址 编码转换

10、 差错控制 信息的表达 流量控制 同步问题 分段及装配 数据安全 路由选择 2-1-2 体系结构及网络协议的概念采用分层式结构。每一层关注和解决通信中的某一方面的规则。 1为什么采用分层结构层之间是独立的 易于实现和维护 灵活性好 能促进标准化工作 结构上可分割开2分层的原则结构清晰，易于设计，层数应适中 每层的功能应是明确的，并且是相互独立的 同一节点相邻层之间通过接口通信，层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。 2-1-2 体系结构及网络协议的概念2分层的原则每一层都使用下层的服务并为上层提供服务 互相通信的网中各节点都有相同的层次，不同节点的同等层按照相同规则实现对等层之间的通信

11、3协议为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议 网络协议主要由语法、语义和同步三要素组成 2-1-2 体系结构及网络协议的概念4网络的体系结构网络的体系结构就是计算机网络各层次及其协议的集合（1）层次体系结构的要点 （2）网络的体系结构的特点 网络体系结构中层次的划分是人为的，有多种划分的方法。每一层功能也可以有多种协议实现。 2-1-3 接口和服务通过接口和服务将各个层次的协议连接为整体，完成网络通信的全部功能1接口接口就是上层实体和下层实体交换数据的地方，被称为服务访问点。服务是通过接口完成的。 2协议和服务的关系协议是“水平”的，即协议是不同系统对等层实体之间的通信规

12、则。服务则是“垂直”的，即服务是同一系统中下层实体向上层实体通过层间的接口提供的。 2-1-4 网络通信协议的制定1制定网络通信协议和标准的主要组织IEEE-电气和电子工程师协会 ISO-国际标准化组织ITU-国际电信联盟 IEC-国际电子技术委员会 EIA-电子工业协会ANSI-美国国家标准化局 2模型的发展和类型2-2 开放系统互连参考模型由ISO于1983年正式批准2-2-1 OSI/RM结构1OSI/RM七层结构从下到上依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层见图2-42层次间数据的传递见图2-5图2-4图2-52-2-2 OSI/RM各层基本功能物理层-为其

13、上一层提供物理连接，透明地传送比特流。数据链路层-数据链路上无差错地传送数据。 网络层-选择合适的路由和交换节点，实现源站点到目标站点的数据传输。传输层-在两个端系统的会话层之间，建立一条传输连接，以透明地传送报文。会话层-在两个互相通信的应用进程之间，建立、组织和协调其交互。表示层-用户信息的语法表示问题。应用层-使用户可以通过计算机访问网络资源，使用通过各种接口支持的各类服务。2-3 TCP/IP参考模型2-3-1 TCP/IP历史 2-3-2 因特网的管理机构2-3-3 TCP/IP模型采用4层的分层体系结构由下向上依次是：网络接口层、网际层、传输层和应用层 2-3-4 TCP/IP各层

14、功能网络接口层-没有定义具体的协议，可适应各种网络类型。网络层-消息寻址以及把逻辑地址和名称转换成物理地址。传输层-提供从一个应用程序到另一个应用程序的通信，常称为端对端的通信。应用层-相当于OSI参考模型的会话层、表示层和应用层3层的功能。 2-3-5 TCP/IP和OSI/RM模型的比较本章小结 本章涉及的内容是网络知识的基础和纲领。开始学习的时候把这一章作为网络知识的摘要，当学完本书后再读这一章可作为网络知识的总结。 本章首先介绍了网络通信中的一些理论问题：网络体系结构、网络协议及其分层的原则、方法，对等层逻辑连接和数据物理传递的概念等。 其次，介绍了两种主要的网络体系结构的模型，开放系

15、统互连模型OSI和TCP/IP体系结构模型。第3章 网络接口层计算机网络（第3版）本章导读TCP/IP模型的网络接口层实际上没有规定任何具体协议，各物理网络可以使用自己的物理层协议和数据链路层协议，仅仅提供一个各种网络和TCP/IP接口的要求。网络接口层所涉及到的数据通信技术是建立计算机网络的重要基础。本章将介绍数据通信技术的一些基础知识：信号及信号传输方式、数据编码技术、同步技术、多路复用技术、数据交换技术和差错检验等。并在此基础上介绍广泛应用的高级数据链路控制协议。主要内容3-1 数据、信号和编码3-2 数据传输3-3 传输介质3-4 差错校验3-5 流量控制3-6 HDLC3-1 数据、

16、信号和编码3-1-1 数据和信号1. 数据能被传输的、具有一定意义的实体。数据可分为模拟数据、数字数据3-1-1 数据和信号2. 信号 数据在信道中传输时的具体表现形式。（1）模拟信号和数字信号图3-1 模拟信号 图3-2 数字信号 3-1-1 数据和信号2. 信号（2）周期信号和非周期信号周期信号非周期信号 见图3-1和图3-2（a）模拟信号 （b）数字信号3-1-1 数据和信号3. 数据传输形式（1）模拟信道传输模拟数据（2）模拟信道传输数字数据（3）数字信道传输数字数据（4）数字信道传输模拟数据3-1-2 数字调制技术调制：选取音频范围内某一频率的正（余）弦波作为载波，来运载需传输的数字

17、数据。 载波信号： y(t)=Asin(2ft+) 其中：f=1/T 控制参数：A，f, 3-1-2 数字调制技术设载波信号为Asin2ft1振幅调制2频率调制3相位调制（1）绝对相位调制 （2）相对相位调制 用前后两个信号单元相位的相对变化表示数字0和1 s( t )=Asin2t 0当数字为1时当数字为0时s( t )=当数字为1时当数字为0时Asin21tAsin22ts( t )=当数字为1时当数字为0时Asin2t Asin(2t +)（a） 振幅调制（b） 频率调制（c） 绝对相位调制 （d） 相对相位调制3-1-2 数字调制技术例：将数字数据01001101按上述方法进行调制 3

18、-1-3 二进制数据编码技术1单极性编码只使用一种极性（正或负）的电压脉冲，通常被指定为二进制1，而二进制0则由零电压表示。2极化编码采用两种极性（正和负）的电压脉冲 非归零电平编码：电压脉冲的一种极性被设计为1，另一种极性被设计为03-1-3 二进制数据编码技术3双相位编码使用两种极性的电压，并在每个码元信号中间设置跳变（极性反转），用作同步信息。（1）曼彻斯特编码每个码元中间都产生跳变，既表示比特值又表示同步信息（2）差分曼彻斯特编码每个码元中间的跳变仅用来表示同步信息。根据每比特信号开始位置的电平是否发生变化来区分0和1。 3-1-3 二进制数据编码技术例：将数字数据01001101进行

19、上述编码 （a） 单极性编码（b） 非归零电平编码（c） 曼彻斯特编码（d） 差分曼彻斯特编码3-2 数据传输3-2-1 数据传输类型1基带传输和宽带传输根据数据在信道上的信号类型，数据传输可分为：（1）基带传输数字信道传输数字数据（2）宽带传输模拟信道传输数字数据3-2-1 数据传输类型2.并行传输和串行传输根据同时在信道上传输的数据位数，数据传输可分为 ：（a）并行传输（b）串行传输3-2-2 数据通信的同步技术同步技术保证发送方和接收方能够同时动作，实现数据的正确传输。 1异步传输模式以字符为单位传输，字符之间的时间间隔可以是随机的、不同步的。但在传输一个字符的时段内，收发双方仍需依据比

20、特流保持同步。 3-2-2 数据通信的同步技术2同步传输模式以数据块为传输单位，可以连续发送多个字符，每个字符不需添加附加位，接收方接收的每一位数据都要与发送方保持同步，字符间没有停顿。自同步法：同步信息可以从数据本身获得，例如曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。外同步法：在一组字符的前面附加1个（8位）或2个（16位）同步字符，表示该组字符传送的开始。 3-2-3 数据传输方式按照信号传输方向与时间的关系，数据传输方式可分为3种方式：1. 单工通信信号在信道中只能按照一个方向传送，任何时候都不能改变传送方向。2. 半双工通信信号可以双向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传输。采用二线制。3.

21、全双工通信可以同时进行双向信号传输。采用四线制 。 3-2-3 数据传输方式（a）单工通信（b）半双工通信（c）全双工通信3-2-4 多路复用技术在一条通信线路上，同时传输多个信号。 3-2-4 多路复用技术1频分多路复用按照频率区分信号，即把传输介质的带宽划分为若干个窄频带，每一路信号占用一个窄频带。在每个频段之间都要设置警戒频带，目的是防止各信号频带间的信号交叉干扰。 3-2-4 多路复用技术2时分多路复用按照时间来分割信号，即将整个传输时间划分为多个时间片，每个时间片传输一路信号。 （1）同步时分多路复用复用器在整个传输过程中，为各路信号分配固定的时间片。（2）异步时分多路复用只当某一路

22、有数据要发送时，才将时间片分配给它。 同步时分多路复用异步时分多路复用3-2-4 多路复用技术3波分多路复用按照光的波长区分信号4码分多路复用各个用户使用经过特殊挑选的不同的码型进行通信 3-2-5 数据交换技术交换又称转接，是在多节点网络中，利用交换机等转接设备，在节点间建立临时连接，完成通信的一种技术。 1线路交换在通信期间，发送方和接收方之间一直保持一条专用的物理通路，而通路中间经过了若干节点的转接。（1）建立线路（2）传输数据（3）拆除线路3-2-5 数据交换技术2报文交换存储转发原理：数据在传输过程中，要由交换节点将输入数据存入节点的缓冲区内，一旦输出线路空闲，就将数据发送出去。报文

23、交换是基于存储转发原理的一种交换技术。 报文交换传输的信息单位是报文，其中包含收发站地址及控制等信息。 3-2-5 数据交换技术3分组交换分组交换是基于存储转发原理的一种技术。分组交换信息传输单位是分组。分组格式比报文短，包括分组头部和数据两部分，头部包含收发站地址、分组编号和检验码等控制信息。3-2-5 数据交换技术3分组交换分组交换有两种常用的方法：数据报和虚电路（1）数据报 每个分组被独立传输，分组可能经由不同的路径到达接收站。数据报方式会导致属于同一个报文的分组以乱序到达接收站，在到达接收站之后还需对数据报进行排序重组。 3-2-5 数据交换技术3分组交换（2）虚电路传输数据之前，需要

24、建立一条发送站和接收站之间的路径（虚电路 ），所有分组都沿着这条虚电路按顺序传送。 3-3 传输介质3-3-1 有线传输介质1双绞线双绞线价格低廉，是一种广泛使用的传输介质 （1）双绞线的结构（2）双绞线的分类屏蔽双绞线STP非屏蔽双绞线UTP：常用。使用RJ-45接头连接网卡和交换机等通信设备。 非屏蔽双绞线 RJ-45接头 3-3-1 有线传输介质1双绞线（3）双绞线的线序制作双绞线 注： 1 2 3 4 5 6 7 8EIA/TIA-568A线序 白绿 绿 白橙 蓝 白蓝 橙 白棕 棕EIA/TIA-568B线序 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕RJ-45插座排线顺序 交叉线线序

25、直连线线序 3-3-1 有线传输介质2同轴电缆同轴电缆既可以传输模拟信号，又可以传输数字信号。性能优于双绞线。3-3-1 有线传输介质3光导纤维简称光纤，通过传导光脉冲通信。光线在核心部分进行多次全反射，达到传导光波的目的。 光纤是迄今传输速率最快的传输介质，主要用于铺设骨干网络。3-3-2 无线传输介质用于无线通信的介质为电磁波，根据其频谱可分为：无线电波微波红外线激光3-4 差错校验网络接口层中的数据链路层具有差错检验的功能。常用冗余技术实现。 3-4-1 奇偶校验1奇检验通过附加奇偶检验位，使得所传输的信息中1的个数（包括奇偶检验位）是奇数。 2偶检验通过附加奇偶检验位，使得所传输的信息

26、中1的个数（包括奇偶检验位）是偶数。奇偶检验可以检测出数据中奇数个错误，但不能检测出偶数个错误。3-4-2 方块检验以表格的形式组织数据，在行和列两个方向上都采用奇检验或偶检验例：发送方要发送字符“word” 。以一个字母的ASCII码为一组。按照字母顺序一列一列地排列起来，形成右表。传送时，既可以按照行的顺序，也可以按照列的顺序。 位数据偶检验1234111110211110310100401001511011611101711000偶检验000113-4-3 循环冗余检验循环冗余检验方法是一种功能很强的检错技术，得到了广泛的应用。 循环冗余检验是将所传输的数据除以一个预先设定的除数，所得的

27、余数作为冗余比特（CRC码） ，附加在要发送数据的末尾。当整个数据传送到接收方后，接收方就利用同一个除数去除接收到的数据，如果余数为0，即表明数据传输正确，否则即意味着数据传输出现了差错。3-4-3 循环冗余检验二进制序列除法规则：加法、减法运算进行异或运算，加法不进位，减法不借位。计算方法（1）在数据的末尾加上r个0，r等于除数的位数减1。（2）采用二进制除法规则，计算加长的数据除以预先设定的除数，得到的余数即为循环冗余检验码。（3）将循环冗余检验码替换数据末尾的r个0，即得出整个传输的数据 3-4-3 循环冗余检验例：求1011010的CRC编码，设除数为10011。10011 01011

28、 00000 10110 10011 01010 00000 10100 10011 01110 00000 11100 10011 1111CRC检验码：1111。实际发送的比特串：10110101111。3-4-4 海明码海明码是一种纠错码。基本思想：在数据中加入足够多的冗余位（满足2rm+r+1），将这些冗余位分别放置在2的幂的位置上，每个冗余位都是一组比特的奇偶检验位。 3-4-4 海明码例：传输数据为1011010，构成海明码（采用偶检验）（1）对于7位的数据，247+4+1，即取r=4个冗余位。海明码共11位。（2）将这4个比特，分别放置在第1，2，4，8位上，记为r1，r2，r4

29、，r8。（3）r1为位置的二进制表示的最低位是1的各位的检验，r2为位置的二进制表示的次低位是1的各位的检验，r4、r8依此类推。数据： 1 0 1 1 0 1 0 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 位置： 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1海明码： 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 d7 d6 d5 r8 d4 d3 d2 r4 d1 r2 r1接收方接收到数据后，按照同样的规则进行奇偶检验。得出新的r1，r2，r4，r8。如果传输正确，对于偶检验来说，这4个新值都应为0。假设第4位发生了错误，即接收到的数据为10101011000，接收方计算的结果是：r1=0

30、，r2=0，r4=1，r8=0，4位组合起来为0100，即表示第4位出现了错误，然后把1取反，从而纠正了该错误。3-5 流量控制流量控制属于数据链路层控制协议的问题。流量控制的关键是协调发送速度与接收速度，使得接收节点来得及接收发送节点发送的数据帧。 3-5-1 非受限协议基本思路：发送方只要有信息要发送，就可以不受限制地发送数据帧。 3-5-2 停-等协议基本思想：发送方每发送完一个数据帧，都要等待接收方的确认帧到来，然后再发送下一帧。接收方每接收到一个数据帧后，都要向发送方发送一个正确接收到数据帧的确认帧。接收方发现数据帧出现错误，返回一个数据帧出错的信息帧。发送方重发出错的帧。3-5-3

31、 滑动窗口协议1滑动窗口协议的规定（1）每一个发送的帧都包含一个序列号，范围从0到某个最大值；最大值一般取2n-1，则序列号可以用n位（二进制）表示；停-等滑动窗口协议的最大值取n=1，则序列号为0和1，其他滑动窗口协议的最大值不受限制。（2）滑动窗口协议中，有一个发送窗口，其中放置允许发送的帧；一个接收窗口，对应于允许接收的帧。发送窗口与接收窗口的最大值可以不同。发送窗口中的序列号表示的是已经发送等待确认的帧的序列号；接收窗口中的序列号是准备接收的帧的序列号，凡是到来的数据帧的序列号落在接收窗口内的都予以接收，序列号不在接收窗口内的拒绝接收。（3）发送窗口随着发送帧的被确认，从缓冲区删除而向

32、前滑动；接收窗口随着接收帧上交给网络层而向前滑动。（4）在发送方为发送的帧设置定时器，如果在规定的时间内没有收到确认帧，则认为超时。这时发送方就要重传已经超时的帧3-5-3 滑动窗口协议2一位滑动窗口协议最大滑动窗口为1 。每发送一帧必须等待确认后，才能发送下一帧 。3-5-3 滑动窗口协议3退后N帧协议思路：发送方在发送帧的过程中，如果某帧出错，发送方并不知道，仍然将发送窗口允许发送的帧发完。接收方发现出错的帧，将出错的帧及其后续帧一起丢弃，并不对出错的帧发送确认帧。发送方在超时后仍然收不到确认帧，需要从出错的帧开始重传所有已发送但未被确认的帧。3-5-3 滑动窗口协议4选择重传协议思路：接

33、收方发现有出错的帧后，只把该出错的帧丢弃，其后续帧保存在接收方的缓存中，并向发送方发送对出错帧的非确认帧（NAK），通知发送方。发送方只重传该出错帧。接收方正确接收到重传的帧后，再按帧的序列号重组并向上一层提交。3-5-4 流量控制协议的约束条件设K为帧序列号的位数（二进制）1退后N帧协议窗口大小的约束条件发送和接收窗口尺寸必须小于2k 2选择重传协议窗口大小的约束条件两个窗口尺寸相同：两个窗口的尺寸都必须小于或等于2k-1。两个窗口尺寸不同：两个窗口尺寸之和小于或等于2k。 3-6 高级数据链路协议HDLCHDLC是一个典型的数据链路层协议，在世界范围内广泛使用。 HDLC是一个面向位的协议

34、，它支持半双工和全双工通信。 3-6-1 三种类型的工作站1主站主站发送命令给其他站，并根据它们的响应管理数据流。2从站从站对主站的命令做出响应。 3组合站 组合站既扮演主站又扮演从站的角色。图3-34 3种工作站3-6-2 三种响应模式1常规响应模式主站控制通信适用于点对点连接和多点连接，见图3-34（a）和（b）。 2异步响应模式 从站更独立，它在无明确指令或允许的情况下，能传送数据或控制信息给其他站。适用于点对点连接，见图3-34（a）3异步平衡模式 每一个站都能发送数据、控制信息或命令。 适用于用连接组合站结构，见图3-34（c）3-6-3 帧格式1标志字段F用 “01111110”来

35、标记每一帧的开始和结束。避免标志比特串在其他的字段中出现， 使用“位填充” 方法。2地址字段A从站地址3信息字段I用来存放要传输的数据信息，其长度可变。4帧检验字段FCS采用CRC检验码，检测帧中的A、C和I段。 3-6-3 帧格式5控制字段C用来发送状态信息或发布命令，内容取决于帧的类型。 信息帧I监控帧S无编号帧U01011MMP/FP/FP/FN(R)N(R)N(S)S3-6-4 帧类型1信息帧用来传输信息，并且使用退后n帧协议或选择重传协议控制流量。N(S)表示本站已经发送而等待确认的帧序号 N(R)表示本站正在等待接收的下一帧序号，也可以理解为所有号数小于等于N(R)-l的帧都已经被

36、正确接收，因此N(R)可以作为接收帧的确认信号。捎带确认。 P/F位表示轮询/终结位，若帧是主站发送的则为轮询位；若帧是从站发送的则为终结位。 3-6-4 帧类型2监控帧用来指出站的状态或者用于NAK未正确接收的帧。N(R)和P/F位的作用与信息帧相同。S字段定义： （1）RR：接收就绪（S=00）表示站已就绪，能够接收信息。（2）REJ：拒绝（S=01）表示要求其他站重发以N(R)号帧开始的帧。（3）RNR：接收未就绪（S=10）表示一个站的缓冲区已满或者检测到本站的连接有错误。（4）SREJ：选择拒绝（S=11）表示要求其他的站重发帧号为N(R)的帧。3-6-4 帧类型3无编号帧 数据链路

37、控制作用 无编号帧的类型由M的两个字段（共5bit）表示。典型的无编号帧：（1）RIM：请求初始化模式，从站向主站请求发送一个SIM。（2）SIM：设置初始化模式，命令其他站设置它们的数据链路控制功能。（3）SNRM：设置为常规响应模式，用常规响应模式和标准格式进行通信。（4）SARM：设置为异步响应模式，用异步响应模式和标准格式进行通信。（5）SABM：设置为异步平衡响应模式，用异步平衡响应模式和标准格式进行通信。（6）DISC：断开连接。（7）UP：无编号轮询。（8）UA：无编号确认。 3-6-5 HDLC实例1建立连接2帧交换过程3终止连接本章小结网络接口层是TCP/IP体系结构的基础，

38、虽然没有制定统一的网络接口层协议标准，但要求能和高层协议接口。本章首先介绍了数据、信号的概念及其关系。在此基础上重点介绍信号的调制技术、编码方法。在数据传输部分介绍的同步技术、多路复用技术和数据交换技术都是数据通信中非常重要的概念。通信介质是实现网络物理连接的基础。传输介质的类型和规格有多种，适用于不同的网络连接形式和协议。差错控制是数据通信的重要目标，本章介绍了在数据链路层常用的差错控制方法：奇偶检验、CRC检验和海明码检验方法，其中重点是CRC检验方法。本章介绍了4种流量控制方法：非受限协议、停-等协议和退后n帧与选择重传两种滑动窗口协议。滑动窗口协议是流量控制的主要方法。两种滑动窗口协议

39、的控制机制有所不同。退后n帧协议要求接收站按顺序接收所有的帧，选择重传则为接收站定义一个窗口，接收站可以接收窗口中的任何帧，并将其缓存起来。同时两个滑动窗口协议对窗口的大小都有限制。HDLC是面向比特的数据链路层控制协议，适用于点对点和多点连接，可用于半双工和全双工通信，并可使用退后n帧和选择重传协议。HDLC定义了3种不同的帧类型，用于完成连接的建立和终止以及数据的交换。虽然网络接口层只是实现相邻节点之间信息的正确传送，但本章涉及的很多功能是在多个层次实现的，例如流量控制、差错控制等。计算机网络（第3版）第4章 局域网基础本章导读本章着重介绍了局域网的介质访问控制技术、局域网的体系结构与协议

40、以及目前几乎覆盖全球的以太网的相关知识，同时也介绍了虚拟局域网和高速局域网等当前新的网络技术。 主要内容4-1 局域网概述4-2 局域网连网设备4-3 共享介质局域网4-4 交换式局域网4-5 以太网4-6 虚拟局域网4-7 高速局域网4-1 局域网概述4-1-1 局域网的技术特点覆盖的地理范围有限，一般属于一个单位，便于组建、维护和发展 传输速率高、误码率低，具有较高质量的数据传输环境 决定局域网性能的主要技术为网络拓扑结构、传输介质和介质访问控制方法 网络拓扑结构主要采用总线型、环型和星型拓扑结构以及扩展的星型结构 传输介质采用双绞线、同轴电缆、光纤和无线的电磁波 分为共享介质式局域网和交

41、换式局域网两类 4-1 局域网概述4-1-2 IEEE802参考模型4-1 局域网概述4-1-3 IEEE802协议局域网协议主要是由IEEE下设的IEEE802委员会制定，并已得到ISO的采纳 4-1 局域网概述4-1-4 局域网操作系统1网络操作系统的定义具有网络功能的操作系统，用于网络通信与共享网络资源，协调网络环境中多个网络节点中的任务，并向用户提供统一的、有效的网络接口软件。2网络操作系统的主要功能网络通信、共享资源管理、网络管理、网络服务和提供网络接口。4-1 局域网概述4-1-4 局域网操作系统3 几种主要的局域网网络操作系统Windows 2000操作系统 NetWare操作系

42、统UNIX操作系统Linux操作系统 4-2 局域网连网设备4-2-1 网卡1总线接口分类ISA网卡、PCI网卡、USB网卡和PCMCIA网卡 2按照接头种类分类RJ-45接头 同轴电缆接头 AUI接头 4-2 局域网连网设备4-2-2 中继器1中继器的作用 物理层的连接，起到延长网络距离的作用,在逻辑上是同一个网络 。2. 中继器的分类电缆中继器和光缆中继器 3. 中继器的优缺点4. 使用中继器需要注意的问题：环路问题、遵守5-4-3规则。 4-2 局域网连网设备4-2-3 集线器 1. 就是用于UTP双绞线的多端口中继器。2. 集线器的分类3. 集线器的优缺点4. 使用集线器时需要注意的问

43、题级联时也必须遵循5-4-3规则 所连接的网段在物理层以上使用相同或兼容协议 应考虑网络所使用的传输介质 4-2 局域网连网设备4-2-4 网桥1网桥的基本概念工作在介质访问控制子层，具有在不同网段之间再生信号的功能，除此之外，还具有过滤和转发功能 4-2 局域网连网设备4-2-4 网桥2. 网桥的分类 从配置位置可以分为内部网桥和外部网桥从地理位置可以分为近程网桥和远程网桥从用于所互联的网络的类型可以分为透明网桥和源路由网桥 3. 网桥在实际应用中的主要作用网络分段、扩展网络的距离、实现网络之间的互联、可以进行物理层和数据链路层协议的变换，可以连接不同传输介质的网络。 4-2 局域网连网设备

44、4-2-5 交换机比网桥的数据吞吐性能更好，端口集成度更高，每端口成本更低，使用更加灵活和方便1交换机基本概念主要功能是增加传输带宽、降低网络传输的延迟、进行网络管理及选择网络传输线路等所有端口都可以建立并行、独立和专用速率的连接 能够隔离冲突域和有效的抑制广播风暴的产生。可以工作在半双工模式或全双工模式下。 4-2 局域网连网设备4-2-5 交换机2. 交换机的分类从工作方式上分为穿通交换方式、存储转发交换方式和碎片丢弃交换方式3种。3. 交换机的优缺点4-3 共享介质局域网如何分配信道的使用权是一个关键问题。大多是广播网，基本不存在路由选择问题，而需要解决当信息的使用产生竞争时信道共享的介

45、质访问控制技术的问题。 因此，不设置网络层而将数据链路层分为两个子层，逻辑链路控制子层LLC和介质访问控制子层MAC（负责与物理层相关的所有问题）介质访问控制技术是该子层的主要功能。 4-3 共享介质局域网4-3-1 争用协议共享介质局域网大多采用随机访问技术。1. ALOHA 美国夏威夷大学校园网，任何用户站有数据帧就可以发送，如果发现冲突，则冲突的站都分别重发。 2. 分槽ALOHA 将通道上的时间分割成长度与一个数据帧传输所需时间相等的时间片（分槽），各个站要发送数据帧必须在时间片的起始时间，即分槽处开始。 4-3 共享介质局域网4-3-1 争用协议3. CSMA/CD 每个站在发送数据

46、前监听，如果信道空闲则发送数据；如果信道忙就先不发送，等待一段时间后再监听-CSMA发送数据帧的站点边发送数据边监听信道，监听到发生冲突，立即停止发送- CD4-3 共享介质局域网4-3-2 令牌环介质访问控制技术多用于环型网络，属于有序的竞争协议。1. 令牌环的组成采用同轴电缆：使用T型连接器、BNC头等连接件将同轴电缆与网络接口卡相连。采用双绞线：使用令牌环集线器、RJ45等连接件与网络接口卡相连，构成物理上的环型网。 令牌环网拓扑结构图 令牌环集线器的内部结构图 4-3 共享介质局域网4-3-2 令牌环介质访问控制技术2. 令牌环介质访问控制的操作过程4-3 共享介质局域网4-3-2 令

47、牌环介质访问控制技术3. 令牌帧和数据帧的格式令牌帧格式SD-JK0JK000 ，ED-JK1JK1IE其中的3个字段规定都与数据帧相同 数据帧格式AC访问控制，FC帧控制，FS帧状态 4. 令牌环的维护可以通过监控站完成对于令牌环的维护 4-3 共享介质局域网4-3-3 令牌总线访问控制技术1. 令牌总线局域网的组成应用于总线拓扑结构网络，但访问控制采用与令牌环相似的访问控制方法。其物理结构是总线的而逻辑结构却是环型的。 4-3 共享介质局域网4-3-3 令牌总线访问控制技术2. 令牌总线局域网的帧格式开始与结束定界符和令牌环介质访问控制技术中的定义相同。不存在单独的令牌帧格式，由帧控制字段

48、说明是否包含数据，是否为令牌。 4-4 交换式局域网交换式局域网的核心设备是局域网交换机，交换式网络技术是提高网络效率、减少拥塞的有效方案之一。目前，交换式局域网主要是交换式以太网。交换式以太网具有以下优点： 保留现有以太网的基础设施，只需将共享式HUB改为交换机 ；交换式以太网使用大多数或全部的现有基础设施；可在高速与低速网络间转换，实现不同网络的协同； 可以工作在全双工模式下，实现无冲突域的通信，网络的连接速度，可达到原来的200%； 提供多个通道，比共享式集线器提供更多的带宽； 独占通道，无冲突的数据传输，网络性能不会因为通信量和用户数的增加而降低。 4-5 以太网1972年由梅特卡夫（

49、Robert Metcalfe）发明,按照IEEE802.3标准的局域网。 4-5-1 IEEE802.3帧格式1. IEEE802.3的帧格式说明：为了保证站点在一个帧没发送完之前能检测出冲突，IEEE802.3规定有效帧从目的地址开始，到校验和字段的最短长度为64字节，数据字段和填充字段字段的长度和是从461500字节；采用循环冗余校验。 4-5 以太网4-5-1 IEEE802.3帧格式2. 无效的帧IEEE802.3标准规定，凡出现下列情况之一的帧都属于无效的帧，并将其丢弃。 -帧的长度与长度字节给出的值不一致； -帧的长度小于规定的最短长度； -帧的长度不是整数字节； -接收到的帧的

50、校验和出错。4-5 以太网4-5-2 IEEE802.3物理层标准允许使用的传输介质有5类，如下表。 选项10BASE-510BASE-210BASE-T10BASE-F传输介质50同轴电缆50同轴电缆双绞线光纤段长（m）5001851001000段站点数1003033电缆直径10 mm5 mm0.40.6 mm62.5/125m拓扑结构总线总线星型星型编码技术曼彻斯特曼彻斯特曼彻斯特曼彻斯特4-5 以太网4-5-3 IEEE802三种协议的比较1. 优缺点比较 协议优点缺点IEEE802.3协议简单、站点接入和安装方便，使用广泛。低负载情况效率高，延迟小发送的时延不确定，重负载时效率低，限制

51、最小帧长，无优先级设置IEEE802.4发送时延确定，不限制最小帧长，可设置优先级，重负载时效率高，支持多个信道，可传输数据、语音和图像等多种信号协议复杂，轻负载时效率低IEEE802.5发送时延确定，可设置优先级，重负载时效率高，可使用多种传输介质协议复杂，轻负载时效率低，限制最大帧长度4-5 以太网4-5-3 IEEE802三种协议的比较2. 3种协议帧格式比较4-6 虚拟局域网4-6-1 虚拟局域网的概念1. 虚拟局域网VLAN的定义局域网中的站点不受地理位置的限制，根据需要、灵活地将站点构成不同的逻辑子网，被称为虚拟局域网。同一个VLAN的站点所发送的数据可以广播传输到该VLAN的所有

52、站点，而不同VLAN的站点的数据不能直接广播传输。可以根据功能、部门及应用等因素将网络计算机组织起来，构成一个VLAN。4-6 虚拟局域网4-6-1 虚拟局域网的概念2. 虚拟局域网的优点3. VLAN采用的以太网帧格式 增加一个4字节的VLAN标记字段 4-6 虚拟局域网4-6-2 虚拟局域网的组建建立虚拟局域网的4种方法：基于端口的、基于MAC地址的、第3层VLAN和IP多播组VLAN。1. 基于端口的VLAN通过将交换机端口设置成不同的VLAN而组建不同的虚拟局域网。2. 基于MAC地址的VLAN 通过网络终端设备的MAC地址来设置VLAN。 4-6 虚拟局域网4-6-2 虚拟局域网的组

53、建3. 第3层VLAN根据所使用的协议或网络层地址来划分VLAN。4. IP多播组VLAN 通过“代理”对一组IP节点进行管理和提供服务。 4-7 高速局域网分为两大类：高速共享介质局域网和交换局域网。高速共享介质局域网又可分为高速以太网、高速令牌环网及FDDI-II等；交换局域网可分为交换以太网和ATM局域网等。4-7-1 高速以太网速率达到或超过100Mbit/s的以太网称为高速以太网。1. 100BASE-T以太网2. 千兆位以太网3. 万兆位以太网4-7 高速局域网4-7-2 其他类型高速局域网主要有100VG-AnyLAN和光纤分布式数据接口FDDI两种。1. 100VG-AnyLA

54、N 由HP公司和IBM公司共同研制，并经IEEE802委员会规范化为IEEE802.12标准，采用需求优先级的访问控制方法 。 2. 光纤分布式数据接口是由美国国家标准协会ANSI的X3T9.5委员会制定的一种高速、容错的网络传输协议。 本章小结局域网的体系结构中，将数据链路层分为逻辑链路控制子层和介质控制访问子层。决定局域网性能的主要因素是拓扑结构、所选择的介质及介质访问控制技术。从介质访问控制技术的角度，局域网分为共享介质式局域网和交换式局域网。交换式局域网的关键设备是局域网交换机。本章首先对局域网的基本知识以及局域网连网设备作了介绍，然后按照共享介质局域网、交换式局域网、以太网、虚拟局域

55、网以及高速局域网的顺序分别介绍了该种局域网的核心问题。计算机网络第3版第5章 网络层 本章导读 网络层是TCP/IP体系结构中的第3层。其主要功能是寻址，即确定从源计算机到目标计算机的路由，并最终将源主机发送的分组传输到目标主机。网络层中如何确定最佳路径是需要解决的主要问题。本章首先介绍路由选择算法及协议，然后介绍避免与抑制拥塞的方法，最后着重介绍因特网中的网际层协议IP协议组，以及新一代IP协议IPv6。主要内容5-1 路由选择算法与路由选择协议 5-2 拥塞控制方法5-3 因特网的网络层协议5-4 新一代IPIPv65-5 网络互联设备5-1 路由选择算法与路由选择协议 路由选择算法是网络

56、层软件的一部分，用来确定数据的传输路由。路由选择算法的好坏关系到网络资源的利用率和网络性能的高低。路由选择算法通常使用路由选择表，表中的每一项是一对地址。根据路由表产生与更新的方法，路由选择算法又可以分为静态路由选择算法和动态路由选择算法两种。5-1-1 静态路由选择算法路由表一旦确定不再自动改变的路由算法。 1. 静态路由表示例目的节点下一节点费用BB2CC1DC5EB5FB75-1 路由选择算法与路由选择协议 A节点路由表5-1 路由选择算法与路由选择协议*2最短路径算法SPA采用迭代算法：建立一个节点集合，在每次的循环中逐个建立集合的元素，最后使每个节点都知道到最终节点的最短路径。包括两

57、个集合，两个函数。 步骤集合M中的节点集合N中的节点Cost函数Prior函数XBCDEFBCDEF1AB，CC21AA-2A，CB，D，E，FB21578AACCC3A，B，CD，E，FD21558AACBC4A，B，C，DE，FE21558AACBC5A，B，C，D，EFF21557AACBE5-1 路由选择算法与路由选择协议5-1-2 动态路由选择算法1. 动态路由选择算法的提出可以从时间或空间两方面根据网络的变化适时调整路由表选择最佳路径。算法有分布式路由选择策略和集中式路由选择策略。2. 分布式路由选择策略每个节点独立地决定和维护本节点的路由表。（1）距离向量算法DVA（2）链路状态

58、路径选择算法（3）层次路径选择算法3. 集中式路由选择策略5-1 路由选择算法与路由选择协议5-1-3 内部路由协议控制一个自治系统内部路由的路由协议称为内部路由协议。与此相对应，控制不同自治系统路由的路由协议称为外部路由协议。 常见的内部路由协议有路由选择信息协议RIP和开放式最短路径优先协议OSPF。5-1 路由选择算法与路由选择协议5-1-3 内部路由协议1. 路由信息协议（RIP）由加利福尼亚大学伯克利分校开发应用于学校局域网中的路由协议。 主要思想是：使用中间路由器的数目测量距离；每个路由器向与它相连的网络发送一个特殊信息包，说明它能在一个站点内到达的网络，由此其他与相应网络相连的路

59、由器就可以推断出自己可以通过两个站点到达该网络，依次类推，各个路由器建立自己的路由表；各个路由器不断接收信息、存储、再发送信息来建立、维护自己的路由表。 5-1 路由选择算法与路由选择协议5-1-3 内部路由协议2. 开放式最短路径优先协议（OSPF）目前已成为采用最多、应用最广泛的路由协议之一，是一种典型的链路状态路由协议。基本原理是基于最短路径优先算法SPF，SPF算法的基本思路是：每个路由器周期性地发送链路状态广播信息包，提供其相邻节点的信息或当其状态改变时通知其他路由器。每个路由器以自己为根计算最短路径树，通过最短路径树产生成路由表。 OSPF协议与SPF算法的不同点是只有当路由器初始

60、化或网络结构发生变化时，才向其相邻的节点发送链路状态广播信息包。 5-1 路由选择算法与路由选择协议5-1-4 外部路由协议外部路由协议是各自治系统之间的通信协议，边界网关协议BGP是一种外部协议。边界网关协议与距离向量算法相似，不同之处是BGP不是通过某些特定路径的参数确定路径，而是用域或自治系统序列来表明路径。 选择路由的主要因素是能够到达。 5-2 拥塞控制方法5-2-1 拥塞的概念1. 什么是拥塞当通信子网中存在有大量的数据包，造成网络性能下降，甚至不能工作的状况，就认为网络发生了拥塞。2. 拥塞产生的原因网络资源不能满足数据传输的需求，要解决拥塞问题，只改善网络的一部分环节并不能完全