TCPIP_Lecture3_底层技术.ppt

1、2020/7/22,第三讲：底层技术,1,TCP/IP协议,第三讲 底层技术,2020/7/22,第三讲：底层技术,2,本讲内容,传输介质（自学） 局域网（LAN） 交换（Switching） 广域网（WAN） 网络设备,2020/7/22,第三讲：底层技术,3,Internet模型,2020/7/22,第三讲：底层技术,4,3.1 传输介质(自学),有线介质导线（导向介质） 双绞线 Twisted-pair cable、同轴电缆 Coaxial cable 金属铜导线、电流 光纤 Fiber-optic cable 玻璃或塑料线缆，光 无线介质电磁波（非导向介质）,2020/7/22,第三讲

2、：底层技术,5,双绞线,2020/7/22,第三讲：底层技术,6,以箔屏蔽以减少 干扰和串音,3类、5类 双绞线外没有任何附加屏蔽,屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞线 (UTP),2020/7/22,第三讲：底层技术,7,同轴电缆,基带 一条电缆只用于一个信道，50，用于数字传输 宽带 一条电缆同时传输不同频率的几路模拟信号，75 ，用于模拟传输，300450MHz，100km，需要放大器,2020/7/22,第三讲：底层技术,8,光纤,依靠光波承载信息 高传送速率，通信容量大（带宽50Tbps ） 传输损耗小，适合长距离传输 抗干扰性能好，保密性好 轻便,2020/7/22,第三讲：底层技

3、术,9,光缆,单芯光缆,多芯光缆,光纤的剖面结构,2020/7/22,第三讲：底层技术,10,几种传输介质的比较,影响传输介质选择的因素： 拓扑结构 容量：介质提供的传输速率应能够满足要求 可靠性(差错率)：在可能的情况下，尽量选择可靠性高的介质 应用环境：包括传输距离、环境恶劣程度、信号强度等等 非屏蔽双绞线 基带同轴电缆 光纤 分类 3类 5类 粗缆 细缆 单模 多模 传输速率 3类UTP最大16Mbps 因种类、距离不同， 几千Mbps 5类UTP最大155Mbps 变化较大(但总要 高于UTP) 地理范围 100米左右 细缆小于800米 几公里到几十公里 粗缆小于2500米 差错率一般

4、(10-510-6)中等(10-710-9) 最低(10-10) 成本 低 中 较高,2020/7/22,第三讲：底层技术,11,3.2 局域网（LAN）,LAN的特点,覆盖范围小 房间、建筑物、园区范围 距离25km 高传输速率 10Mbps1000Mbps 低误码率 10-8 10-10 采用总线、星形、环形拓扑 双绞线、同轴电缆、光纤 为一个单位所拥有，自行建设，不对外提供服务,Switch,Server,station,stations,stations,2020/7/22,第三讲：底层技术,12,局域网的关键技术,拓扑结构（逻辑、物理） 总线型、星型、环型、树型 介质访问方法 按协议

5、实现信道共享 CSMA/CD和Token-passing 信号传输形式 基带、宽带,2020/7/22,第三讲：底层技术,13,IEEE802标准的主要成员,802.2 - 逻辑链路控制LLC 802.3 - CSMA/CD（以太网） 802.4 - Token Bus （令牌总线） 802.5 - Token Ring（令牌环） 802.6 - 分布队列双总线DQDB - MAN标准 802.8 FDDI（光纤分布数据接口） 802.11 无线LAN,2020/7/22,第三讲：底层技术,14,以太网,传统以太网 (10Mb/s) 快速以太网 (100Mb/s) 千兆以太网 (1000Mb/

6、s,10Gb/s),NIC,HUB,段最大长度 100m(5类UTP),2020/7/22,第三讲：底层技术,15,以太网的层次,2020/7/22,第三讲：底层技术,16,以太网示意图,2020/7/22,第三讲：底层技术,17,以太网的介质访问控制方法,载波侦听多路访问CSMA Carrier Sense Multiple Access CSMA工作原理 发送前监听。每个站点在发送数据之前要监听信道上是否 有数据在传送。若有，则此站不能发送，需等待一段时间后重试。 载波监听策略： 非坚持CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一个随机时间后再次监听。 坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继

7、续监听，直到信道空闲。 1-坚持CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据 p-坚持CSMA：听到信道空闲时，以概率p发送数据CSMA技术不能解决发送中出现的冲突现象。,2020/7/22,第三讲：底层技术,18,CSMA/CD,带冲突检测的载波监听多点访问CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect 工作原理 发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听。若监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。 CSMA/CD可归结为四句话： 发前先侦听，空闲即发送， 边发边检测，冲突

8、时退避。,2020/7/22,第三讲：底层技术,19,CSMA/CD的流程图,准备发送站,准备发送站,1、监听信道,4、传输数据并监听信道,2 、信道空闲,3、信道忙,检测到冲突,无冲突,传输完成,5、发送JAM信号,按退避算法 等待,2020/7/22,第三讲：底层技术,20,以太网帧结构,Preamble：前缀，用来建立位同步 101010 SFD：帧起始定位符,(10101011) DA: 目的地址 SA：源地址 长度：后面数据字段的长度 Data: 上层协议封装的数据 CRC：差错检错,2020/7/22,第三讲：底层技术,21,千兆以太网(Gigabit Ethernet)（自学）,

9、千兆以太网(GE-Gigabit Ethernet)是提供1000Mbps数据传输速率的以太网。 GE是对10Mbps和100Mbps IEEE802.3以太网非常成功的扩展，它和传统以太网使用相同的IEEE802.3 CSMA/CD协议、相同的帧格式和相同的帧大小（64字节-1518字节）。 千兆以太网与现有以太网完全兼容，仅仅是速度快，它的传输速率达到1Gbps。千兆以太网支持全双工操作，最高速率可以达到2Gbps。,2020/7/22,第三讲：底层技术,22,千兆以太网的特点（自学）,传输速率高，是当前传输速率最高的一种局域网技术 网络带宽高，能提供1Gbps的独享带宽 仍是以太网,但是

10、速度快 仍采用CSMA/CD介质访问控制方法,仅在载波时间和槽时间等方面有改进 与以太网完全兼容,现有网络应用均能在千兆以太网上运行 依靠RSVP、IEEE802.1P、IEEE802.1Q技术标准，提供VLAN服务，提供质量保证( QOS-Qulity Of Service)，支持多媒体信息的传输 有很好的网络扩充能力，易升级，易扩展 对于传输数据（DATA）业务信息有极佳的性能 目前，由于产品和价格问题，千兆以太网主要应用于主干网，是主干网的主流技术,2020/7/22,第三讲：底层技术,23,千兆以太网的标准（1）（自学）,IEEE802.3z（ 1998年6月完成） 802.3z千兆以

11、太网标准定义了三种介质系统，其中两种是光纤介质标准 另一种是铜线介质标准。1000Base-X是所有基于8B/10B编码方案的 千兆以太网1000Base-SX、1000Base-LX和1000Base-CX的总称。 1000Base-SX 1000Base-SX是短波长激光（SWL）多模光纤介质系统标准，它使用770860nm波长的多模光纤介质，最大的链路距离为300米。1000Base-SX使用SC标准光纤连接器。 1000Base-LX 1000Base-LX是长波长激光(LWL)光纤介质系统标准，它使用1270 1355nm波长的单模或多模光纤介质。在使用62.5m /125m多模光纤

12、时，最大的链路距离是550米。当使用10m/125m单模光纤时，最大的链路距离可达5千米。1000Base-LX与1000Base-SX相同，也使用SC标准光纤连接器。 1000Base-CX 1000Base-CX是短距离铜线千兆以太网标准，它的最大链路距离仅有25米。1000Base-CX使用9针的D微型连接器或8针带屏蔽光纤信道2型（HSSC）连接器。,2020/7/22,第三讲：底层技术,24,千兆以太网的标准（2） （自学）,1997年3月IEEE802.3成立了一个新的工作组IEEE802.3ab， 新的组被授权开发长铜线千兆以太网标准，即1000Base-T物理层标准。 1999

13、年6月IEEE802.3 委员会正式公布了第二个铜线标准IEEE802.3ab。 1000Base-T标准在使用4对5类无屏蔽双绞线（UTP）时，能在100米的距离的信道上支持1Gbps传输速率，网络直径可达200米。这个标准将使千兆以太网应用于桌面系统成为现实。,2020/7/22,第三讲：底层技术,25,令牌环网,2020/7/22,第三讲：底层技术,26,令牌环网帧结构（自学）,SD：帧起始定位符。 定界，同步 AC：接入控制 。优先级/令牌位/预约 FC: 帧控制 DA：目的地址 SA：源地址 Data: 上层协议封装的数据 CRC：差错检错 ED：帧结束定位符 FS：帧状态,2020

14、/7/22,第三讲：底层技术,27,令牌环网接入,2020/7/22,第三讲：底层技术,28,无线局域网,基本服务集BSS,2020/7/22,第三讲：底层技术,29,无线局域网,扩展服务集,2020/7/22,第三讲：底层技术,30,隐藏终端问题,A正在向B传送数据，C也要向B传送数据,隐藏终端：由于距离太远而导致一个站点没法检测到媒体竞争对手的存在。,没有载波 可以传输,2020/7/22,第三讲：底层技术,31,暴露终端问题,B正在向A传送数据，C也要向D传送数据,暴露终端：由于侦听到其它站点的发送而误以为区域忙导致不能发送。,载波的存在 可以传输,2020/7/22,第三讲：底层技术,

15、32,CSMA/CA,带冲突避免的载波监听多点访问CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidence,2020/7/22,第三讲：底层技术,33,3.3 交换,在多结点通信网络中，为有效利用通信设备和线路，一般希望动态地设定通信双方间的线路。动态地接通或断开通信线路，称为“交换” 交换方式分类： 电路交换 报文交换 分组交换 混合交换,存储转发方式,2020/7/22,第三讲：底层技术,34,电路交换（circuit switching）,原理 直接利用可切换的物理通信线路，连接通信双方。 三个阶段 建立电路 传输数据 拆除电路

16、特点 在发送数据前，必须建立起点到点的物理通路； 建立物理通路时间较长，数据传送延迟较短。 例 Telephone networks ISDN (Integrated Services Digital Networks),2020/7/22,第三讲：底层技术,35,电路交换示意图,2020/7/22,第三讲：底层技术,36,电路交换分类,交换机的交换结构（switch fabric） crossbar 交换 空分交换 时分交换,2020/7/22,第三讲：底层技术,37,crossbar 交换,2020/7/22,第三讲：底层技术,38,空分交换,2020/7/22,第三讲：底层技术,39,时

17、分交换,2020/7/22,第三讲：底层技术,40,报文交换（message switching）,原理 信息以报文（逻辑上完整的信息段）为单位进行存储转发。 特点 线路利用率高； 要求中间结点（网络通信设备）缓冲大； 延迟时间长。,2020/7/22,第三讲：底层技术,41,分组交换（packet switching）,原理 信息以分组为单位进行存储转发。源节点把报文分为分组，在中间结点存储转发，目的结点把分组合成报文。 分组：比报文还小的信息段，可定长，也可变长。 特点 每个分组头包括目的地址，独立进行路由选择 网络结点设备中不预先分配资源 线路利用率高； 结点存储器利用率高； 易于重传，

18、可靠性高； 易于开始新的传输，让紧急信息优先通过； 额外信息增加。,2020/7/22,第三讲：底层技术,42,报文交换和分组交换示意图,输入,输出,交换机,Memory,2020/7/22,第三讲：底层技术,43,分组交换分类,分组交换分为 数据报（datagram） 每个分组均带有全称网络地址（源、目的），可走不同的路径。 例: IP networks 虚电路（virtual circuit） 电路交换和分组交换的结合 数据以分组形式进行传输 所有从一个信息源出来的分组通过一个预先建立的路径（虚电路）进行传输 保证分组交付的顺序,2020/7/22,第三讲：底层技术,44,数据报和虚电路,

19、数据报（Datagram） 虚电路（Virtual Circuit）,2020/7/22,第三讲：底层技术,45,电路交换与分组交换的比较,2020/7/22,第三讲：底层技术,46,网络交换小结,Communication Network,SwitchedCommunication Network,BroadcastCommunication Network,Circuit-SwitchedCommunication Network,Packet-SwitchedCommunication Network,Datagram Network,Virtual Circuit Network,20

20、20/7/22,第三讲：底层技术,47,3.4 广域网（WAN）,Wide Area Network 在一个很大的地理范围内提供数据、话音和视频信息的长距离传输 网络类型 点到点式（提供接入和物理层服务） 交换式,2020/7/22,第三讲：底层技术,48,点对点广域网（1）,调制解调器（Modem） 数字用户线（xDSL） IDSL (ISDN DSL) ADSL (非对称数字用户线) RADSL(速率自适应非对称数字用户线) HDSL(高位率数字用户线) SDSL (对称数字用户线) VDSL (甚高速数字用户线) 电缆调制解调器（Cable Modem） T线 （1.544 Mb/s /

21、44.736 Mb/s M，1KM） 同步光纤网SONET(51 Mb/s1000Mb/s ),2020/7/22,第三讲：底层技术,49,点对点广域网（2）,2020/7/22,第三讲：底层技术,50,点对点广域网（3）,用户端,网络端,2020/7/22,第三讲：底层技术,51,xDSL 的比较,2020/7/22,第三讲：底层技术,52,交换的广域网（自学）,三种常用的交换的广域网 X.25 帧中继 ATM,2020/7/22,第三讲：底层技术,53,帧中继（自学）,2020/7/22,第三讲：底层技术,54,异步传输方式（ATM）（自学）,原理：,信元格式：,2020/7/22,第三讲

22、：底层技术,55,ATM网络结构（自学）,2020/7/22,第三讲：底层技术,56,ATM虚通路(VP)和虚电路(VC)（自学）,2020/7/22,第三讲：底层技术,57,LAN 和 WAN 的比较,LAN 使用自己的通信设施 WAN 利用公用的、租用的或专用的通信设施,内容 LAN WAN 范围 较小范围计算机通信 远程网或公用通信网 网络覆盖的范围 20公里以内 几公里几万公里，可跨国界、洲界 数据传输速率 1Mbps-16Mbps-1Gbps 9.6Kbps2Mbps155Mbps 传输介质 传输介质：同轴电缆， 有线或无线传输介质和公用数据网： 双绞线，光纤 PSTN、DDN、ISDN、光纤、卫星、微波 信息误码率 低 高 拓朴结构 简单 复杂 总线、星型、环形、网状 网状 用户安全性 各单位专用 无政府状态,2020/7/22,第三讲：底层技术,58,3.5 网络连接设备,连接设备,联网设备,网际互连设备,转发器/集线器 Repeater/Hub,网桥 Bridges,路由器/交换机 Router/ Switch,网关 Gateway,2020/7/22,第三讲：底层技术,59,转发器,2020/7/22,第三讲：底层技术,60,集线器,2020/7