计算机网络总复习.ppt

1、第一章概述,一、计算机网络的产生 产生的原因：资源共享与数据交换的要求。 产生的基础：是计算机技术与通信技术相结合的产物。 二、计算机网络的定义 计算机网络是用通信线路将分散在不同地点并具有独 立功能的多台计算机系统互相连接，按照网络协议实现远程 信息处理，并实现资源共享的信息系统。,第一章概述,三、计算机网络的分类 按距离分：局域网（LAN），城域网（MAN）和广域网（WAN）； 按数据传输和系统的拥有者分：公用网和专用网。 按交换方式分：分组交换、报文交换和电路交换。 按网络的传输技术分：点对点传输方式的网络、广播式网 络 按传输介质分类：有线网、无线网 四、计算机网络三个主要的组成部分

2、若干个主机 一个通信子网 一系列协议,第一章概述,五、网络拓扑的类型 总线型、环形、星形拓扑、树型拓扑、网状（不规则） 六、网络体系结构的基本概念 1、网络体系结构 网络体系结构是计算机网络的分层结构、各层协议、功能和层间接口的集合。 2、分层的优点如下： （1）简单化 （2）灵活性 （3）标准化,3、实体、协议、接口和服务 实体（Entity）：是通信时能发送和接收信息的任何软硬 件设施。 协议（Protocol）：是为实现网络中的数据交换建立的规 则标准或约定。协议由语法、语义和同步规则三部分组成， 即协议的三要素： （1）语义：确定协议元素的类型，规定通信双方要发出 何种控制信息，完成何

3、种动作以及做出何种应答。 （2）语法：确定协议元素的格式，规定数据与控制信息 的结构和格式。 （3）同步规则：规定事件实现顺序的详细说明，确定通 信状态的变化和过程，如通信双方的应答关系。,第一章概述,七、计算机网络的体系结构：层和协议的集合,应用层,传输层,网络层,物理层,数据链路层,应用层,传输层,网络层,物理层,数据链路层,应用层,传输层,网络接口层,网际层,会话层,表示层,OSI/RM TCP/IP 理论参考模型 每层的作用,第二章物理层,一、物理层 功能：完成相邻节点之间透明的原始比特流的传输 特性： 机械特性：连接器形状 电气特性：正、负逻辑，传输介质、速率、距离等 功能特性：每一

4、根信号线的功能定义 过程特性：完成特定功能时，各信号的工作过程,第二章物理层,二、数据通信基本概念 1、数据和信号 信号的类型：模拟信号、数字信号 模拟传输、数字传输 2、信道特性 信道带宽（模拟、数字） 基带与宽带 传输数率（数据信号速率、码元速率） 信道极限（理想的、带噪的）（奈奎斯特、香农） 误码率 信道延迟（时延的计算） 时延带宽积 通信线路的通信方式：串行方式和并行方式 数据通信方式：单工通信、半双工通信、全双工通信,第二章数据通信基础,三、数据的调制与编码 1、数字数据的模拟信号编码 幅移键控(ASK)法 频移键控(FSK)法 相移键控(PSK)法 2、数字数据的数字信号编码 曼彻

5、斯特(Manchester)码及差分曼彻斯特 (Differential Manchester)码 3、模拟数据的数字信号编码 常用的编码技术是脉冲编码调制PCM(Pulse Code Modulation) 技术 步骤：采样、量化和编码,第二章数据通信基础,四、传输媒体 （传输介质） 有线介质：双绞线、同轴电缆、光纤 无线介质：无线电、微波（大地微波、卫星微波）、红外线（毫米波）、激光 五、多路复用技术 频分复用 FDM、时分复用TDM（二种） 六、数据交换技术 交换：按照某种方式动态地分配传输线路的资源、 类型：电路交换、报文交换、分组交换 各种交换技术特点的比较,第三章数据链路层,一、数

6、据链路层的基本概念 链路（物理链路）：一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其它的交换结点。 数据链路（逻辑链路）：把实现控制数据传输规程的软件、硬件加到链路上，就形成了数据链路 二、数据链路层的主要功能：（在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输） 链路管理：即数据链路的建立、维持和释放。 帧同步：收方应当能从收到的比特流中准确地区分出一帧的开始和结束在什么地方。（数据按帧传送，可在出错时仅重传错帧。） 流量控制：发方发送数据的速率必须使收方来得及接收。当收方来不及接收时，就必须及时控制发方发送数据的速率。,第三章数据链路层,差错控制：计算机通信中，要求有极低的比特差错率，一旦有错时，一

7、般采用检错重发来解决，即收方可以检测出收到的帧中有差错（但并不知道哪几个比特错了），于是就让发主重复发送这一帧。常采用奇偶校验和CRC方法。 将数据和控制信息分开：传送时数据和控制信息在同一帧中，故一定要有相应的措施使收方能将它们区分开来。 透明传输 ：即不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能在链路上传送。当所传数据中比特组合刚好与一个控制信息一样时，要加以控制（字节计数法、使用字节（字符）填充的首尾定界符法 、违法编码法、使用比特填充的首尾定界符法 ）。 寻址：多点连接的情况下，必须保证每一帧都能送到正确的目的站，收方也应当知道发方是哪一个站。,第三章数据链路层,三、数据链路层协议 停止等

8、待协议 连续ARQ（自动请求重发）协议（后退N帧ARQ和选择性重传ARQ） 滑动窗口协议 内容：对已发送出去但未被确认的数据帧的数目加以限制。 发送窗口：对发送端的流量进行控制，其大小WT代表在还没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧。停止等待协议的发送窗口大小是1，表明只要发送出去的某个数据帧未得到确认，就不能再发送下一个数据帧。,第三章数据链路层,接收窗口用来控制可以接收哪些数据帧而不可以接收哪些帧。只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。若收到的数据帧落在接收窗口之外，则一律将丢弃。 在后退N帧ARQ协议中，接收窗口WR=1。 当数据帧的发送序

9、号所占比特数一定时，发送窗口的最大值：设用n比特进行编号，接收窗口大小为1，则发送窗口大小为WT=2n-1，而不会达到2n。为什么？ 后退N帧ARQ的发送窗口和接收窗口的大小，为什么？ 选择性重传ARQ的发送窗口和接收窗口的大小，为什么？,第三章数据链路层,四、面向比特的链路控制规程HDLC 三种站类型是主站、次站和复合站。 两种链路结构：非平衡型和平衡型。 三种数据传输方式：正常响应方式（NRM）、异步响应方式（ARM）和异步平衡方式（ABM）。 HDLC的帧格式：由标志（F）、地址（A）、控制（C）、信息（INFO）和帧检验序列（FCS）等段构成的。 HDLC允许有3种类型的帧： 信息帧（

10、I）、 监控帧（S）和 无编号帧（U）。 标志字段的0比特插入法的实现,第三章数据链路层,五、 Internet中的数据链路层协议PPP 是使用串行线路通信的面向字节的协议。 PPP包含三个主要成分，即HDLC封装、链路控制协议和网络控制协议。,第四章局域网LAN,一、概述 特点：为一个单位所有，范围小，数目有限 优点：使用方便，便于扩展，可靠性强 传输媒体：双绞线、同轴电缆、光纤 拓朴结构：星形网、环形网、总线网、树形网 二、 IEEE802参考模型 LAN只是一个计算机通信网，不存在路由选择问题，因此局域网可以不要网络层。 局域网的数据链路层划分为两个子层：媒体访问控制MAC子层和逻辑链路

11、控制LLC子层,三、物理层的主要功能 信号的编码与译码 前同步位的产生与去除 比特的传输与接收 四、MAC层的主要功能：与接入各种传输媒体有关的问题都放在该层 发送时：将上层交下来的数据封装成帧进行发送（接收时进行相反的过程，将帧拆卸）； 实现和维护MAC协议； 比特差错检测； 寻址,第四章局域网LAN,第四章局域网LAN,五、mac帧的硬件地址和两种不同的帧格式 六、 IEEE802系列协议 8022-逻辑链路控制 8023-CSMACD 8024-令牌总线网 8025-令牌环形网 80211-无线局域网,第四章局域网LAN,七、 IEEE802.3标准：载波监听多路访问/冲突检测（CSMA

12、/CD） 是LAN中对共享信道的一种随机接入技术。 实现思想：若A要发送帧，首先监听信道是否空闲，若不空闲，则延迟一段时间再监听，若信道空闲，则抢占信道，发送数据，一边发送，一边接收（自己发送的数据），以检查是否与其它站冲突，若冲突，则放弃此数据帧的发送。 三种实现技术（信道不空时如何处理） 非坚持策略 1坚持策略 P坚持策略,第四章局域网LAN,八、 802.3LAN 是一种基带总线LAN 粗同轴电缆：单根长=500m(10mm)； 细同轴电缆：单根长=185m(5mm) 任意两个站之间最多可以有三个同轴电缆段 对粗缆，最大距离：2.5km对细缆，最大距离：1km 一个网上最大站数为1024

13、，每个同轴电缆段最多只能安装100个站。 表示方法： 10BASE5粗缆标准，10表示数据传输速率为10Mb/s，BASE表示传输的是基带信号，5表示每一段电缆的最大长度为500米。,第四章局域网LAN,一般采用电缆直接与网卡相连，网卡的功能： 数据的封将与解封，发送时，把LLCPDU加上首、尾部成为MAC帧，接收时相反； 链路管理：主要是CSMA/CD的实现 编码与译码 九、LAN的扩展： 1、网桥 工作在链路层 根据收到MAC帧的目的地址进行转发 具有过滤帧功能 优点 过滤通信量 扩大物理范围,第四章局域网LAN,互联不同物理层、不同MAC层和不同速率的局域网 提高可靠性 缺点： 增加了时

14、延 无流量控制 耗费时间有时还会产生广播风暴 站表的建立 逆向地址学习 透明网桥和源站选路网桥的比较 2、交换机 特点、建立与维护地址映射表、以太网交换技术 3、VLAN,第四章局域网LAN,第五章广域网WAN,一、广域网的构成 由结点交换机以及连接这些交换机的链路组成 结点之间采用点到点的接入技术 广域网使用的协议在网络层 二、WAN提供的服务类型 数据报服务 主机只要想发送数据就可随时发送； 每个分组独立地选择路由； 数据报不能保证按发送顺序交付给目的站，因先发送的分组不一定先到达目的站主机 是一种不可靠的服务，网络发生拥塞时，某个结点可以将一些分组丢弃 虚电路服务 源站申请连接，目的同意

15、连接，建立连接。 采用存贮转发技术，断续地占用一段一段的链路 服务质量（QoS）有较好的保证,第五章广域网WAN,第五章广域网WAN,三、路由算法 非自适应路径选择算法，也叫静态路由选择 固定式路由选择 扩散式路由选择（洪泛法） 随机式路由选择 自适应路径选择算法，也叫动态路由选择 分布式路由选择策略 集中式路由选择策略 独立路由选择策略 四、WAN概述 1、WAN和LAN区别 2、WAN中层次编址方案 把一个地址分成两部分，前一部分表示分组交换机，后一部分表示连接在分 组交换机上的计算机,3、转发分组的方法 4、默认路由 5、流量控制和拥塞控制（概念）,一、网络互连概述 1、互连网的中继系统

16、 转发器（中继器）：物理层，实现物理层的连接，将网段上衰减的信号加以放大、整形为标准信号，再转发到其它网段上去。 网桥：数据链路层，在不同或相同的LAN之间存储和转发帧，提供链路层上的协议转换。 路由器：网络层，在不同的网络间存储和转发分组，提供网络层上的协议转换。 网关：在网络层以上，是对高层协议进行协议转换的网间连接器。 2、网络互连的类型 LAN-LAN LAN-WAN-LAN LAN-WAN WAN-WAN,第六章网络互连,3、路由器在网络互连中的作用及组成 二、Internet的网际协议IP 1、网际层的几个重要协议 地址解析协议ARP 逆地址解析协议RARP 因特网控制报文协议IC

17、MP 网际协议：IP 2、IP地址 IP地址的结构：由网络号net-id和主机号host-id组成 IP地址的分类： IP地址分为5类，A类到E类，常用的A类、B类和C类。地址都由两个字段组成 网络号字段net-id：A、B、C类地址的网络号字段分别为1、2、3字节长，其最前面有1-3位的类别比特，其数值分别规定为0、10和110； 主机号字段host-id：A、B、C类地址的主机号字段分别为3、2、1字节长。 IP地址的使用范围 特殊的IP地址 不使用的特殊的IP地址,第六章网络互连,3、IP协议特点和IP数据报的格式 特点：不可靠、无连接、点到点 格式：由首部和数据两部分组成。首部的前一部

18、分是 固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的。在 首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变 的。 各字段含义（标示、标志、片偏移） 4、IP层处理数据报的流程（路由器的IP层执行的数据 报转发算法） 5、 ARP和RARP 主机名字至IP地址的转换： DNS IP地址（32位）至硬件地址MAC（48位）的转换：ARP协议,第六章网络互连,硬件地址MAC（48位）至IP地址（32位）的转换：RARP协议，常用于无盘工作站上网 三、划分子网 方法：从网络的主机号借用若干个比特作为子网号subnet-id 划分子网后IP地址的构成：网络号、子网号、主机号 子网掩码：是一个用来表示子

19、网号字段长度的32位的模板。由一连串的“1”，和一连串的“0”组成， “1” 和“0”之间的界线指出子网号和主机号的分界线。 由IP地址和子网掩码计算网络号、子网号和主机号。例：设IP地址为8，子网掩码为0XFFFFFFE0，则网络号为140.252，子网号为162，主机号为4,第六章网络互连,3、使用子网转发分组的过程 路由器的IP层执行的数据报转发算法,第六章网络互连,四、因特网控制报文协议ICMP 功能：减少分组的丢失，允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。 ICMP差错报文（5种） 终点不可达 源站抑制 时间超过 参数问题 改变路由 ICMP询问

20、报文（4种） 回送请求和回答 时间戳请求报文 地址掩码请求报文。 路由器询问和通告报文,第六章网络互连,五、Internet中分层次的路由选择协议 内部网关协议IGP）：在一个自治系统内部使用的路由选择协议，与在互连网中其它自治系统选用什么路由选择协议无关，如RIP协议的原理及算法 RIP ，HELLO，OSPF等 外部网关协议EGP：若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中，这样的协议即为外部网关协议，如BGP 六、IPv6 地址的长度，首部的长度,第七章传输层,一、概述 传输层的功能 复用与分用 两个主机进行通

21、信实际上是两个主机中的应用进程互相通信。 IP地址是标志在因特网中的一个主机，而不是标志主机中的应用进程。 对收到的报文进行差错检测 提供两种不同的运输协议，即面向连接的TCP和无连接的UDP,第七章传输层,二、端口 概念：即传输层服务访问点TSAP，是UDP和TCP用来同上层的应用进程进行通信的接口，应用层的各种进程是通过相应的商品与传输实体进行交互的。 功能：让应用层的各种应用进程都能将其数据通过端口向下交付给传输层，让传输层知道应当将其报文段中的数据向上通过端口交付给应用层的进程。因此，端口是用来标志应用层的进程的。 端口的表示：用一个16位的端口号表示。但端口号只具有本地意义，它只标志

22、本计算机中应用层中的各进程。Internet中不同计算机的相同端口号是没有联系的。,第七章传输层,端口的分类 熟知端口（保留端口）：TCP/IP体系确定并公布，所有用户进程都熟知 的端口。数值为0-1023。 一般端口（动态分配端口）：用来随时分配给请求通信的客户进程。 套接字 套接字的格式 三、用户数据报协议UDP UDP提供无连接、不可靠的服务。在传送数据之前，不需要先建立连接。远地主机的运输层在收到UDP数据报后，不需要给出任何应答。在某些情况下，这是一种最有效的工作方式。 Udp的格式 伪首部,第七章传输层,四、传输控制协议TCP 是面向连接的，因而可提供可靠的、按序传送数据的端到端服

23、务。TCP提供的连接是双向的，即全双工的。 TCP报文 分为首部和数据两个部分，首部的前20个字节是固定的，后面有4N字节是根据需要而增加的选项（N为整数）。因此TCP首部的最小长度是20字节。 首部固定部分各字段意义 TCP的编号： TCP将所要传送的整个报文看成是一个个字节组成的数据流，然后对每一个字节编一个序号。将每一次所传送的报文段中的第一个数据字节的序号，放在TCP首部的序号字段中。 TCP的确认：TCP的确认是对接收到的数据的最高序号表示确认。但返回的确认序号是已收到的数据的最高序号加1。也就是说，确认序号表示期望下次收到的第一个数据字节的序号。 TCP的数据序号、确认、超时重传,

24、第七章传输层,TCP的流量控制 控制方式：采用可变发送窗口的方式进行流量控制。 窗口大小的单位：字节 控制方法：发送窗口在连接建立时由双方商定。但在通信的过程中，接收端可根据自己的资源情况，随时动态地调整自己的接收窗口（可增大或减小），然后告诉对方，使对方的发送窗口和自己的接收窗口一致。,第七章传输层,五、TCP的传输连接管理 TCP连接的建立过程：三次握手协议,主机A,主机B,主动打开被动打开,SYN,SEQ=X,SYN,SEQ=Y,ACK=X+1,ACK=Y+1,确认,确认,第七章传输层,为什么使用三次握手，二次不够？ TCP的连接释放过程,主机A,主机B,FIN,SEQ=X,ACK=X+

25、1,ACK=Y+1,应用进程释放连接（A不再发送报文）,通知主机应用进程,应用进程释放连接（B不再发送报文）,FIN,SEQ=y,ACK=x+1,第八章应用层,一、应用层功能 规定应用进程在通信时所遵循的协议。每个应用层协议都是为了解决某一类应用问题，而问题的解决是通过位于不同主机中的多个应用进程之间的通信和协同工作来完成的。 二、协议工作方式 基于客户服务器方式。客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。其主要特征是：客户是服务请求方，服务器是服务提供方。,第八章应用层,三、域名系统DNS DNS：名字到IP地址的解析是由若干个域名服务

26、器程序完成的。域名服务器程序在专设的结点上运行，人们常把运行该程序的机器称为域名服务器。 Internet的域名结构 采用层次树状结构，任何一个连接在Internet上的主机或路由器，都有一个唯一的层次结构的名字，即域名,第八章应用层,域名的结构由若干个分量组成。各分量之间用点隔开： .三级域名.二级域名.顶级域名 各分量代表不同级别的域名。每一级的域名都由英文字母和数字组成（不超过63个字符，不区分大小写），级别最低的域名写在最左边，级别最高的顶级域名写在最右边。 完整的域名不超过255个字符 Internet中的三大类顶级域名(TLD),第八章应用层,国家顶级域名iTLD:如.cn表示中国

27、，.us表示美国，.uk表示英国等。现在使用的国家顶级域名约有200个左右。 国际顶级域名iTLD：采用.int。国际性组织可在.int下注册。 通用顶级域名gTLD：最早的顶级域名共6个： .com公司企业 .net网络服务机构 .org非赢利性组织 .edu教育机构（美国专用） .gov政府部门（美国专用） .mil军事部门（美国专用）,第八章应用层,我国的二级域名划分：两大类，“类别域名”和“行政区域名”。 类别域名有6个： .ac科研机构 .com工、商、金融等企业 .edu教育机构 .gov政府部门 .net互联网络、拉入网络的信息中心（NIC）和运行中心（NOC） .org非盈利性

28、组织 “行政区域名”34个，适用于我国各省、自治区和直辖市。如：.bj为北京市，.sh为上海市，.hb为湖北省等。,第八章应用层,Internet名字空间的结构 是一个倒过来的树，树根在最上面没有名字。树根下面一级的结点是最高一级的顶级域结点。顶级域结点下为二级域结点，最下面的叶结点是单台计算机。如下图所示：,第八章应用层,树根,firm,shop,web,arts,com,int,nom,mil,net,edu,gov,cn,uk,cctv,ibm,hp,mot,bj,edu,gov,com,mail,pku,scuec,hust,fudan,tsinghua,mail,csnet1,ep,

29、顶级域名,二级域名,三级域名,四级域名,第八章应用层,三类Internet域名服务器 本地域名服务器：当一个主机发出DNS查询报文时，这个查询报文就首先被送往该主机的本地域名服务器。 根域名服务器当一个本地域名服务器不能立即回答某个主机的查询时（因为它没有保存被查询主机的信息），该本地域名服务器就以DNS客户的身份向某个根域名服务器查询。若根域名服务器有被查询主机的信息，就发送DNS回答报文给本地域名服务器，然后本地域名服务器再回答发起查询的主机。但当根域名服务器没有被查询主机的的信息时，它一定知道某个保存有被查询主机名字映射的授权域名服务器的IP地址。通常根域名服务器用来管辖顶级域，并不直接对顶级域下面所属的所有的域名进行转换，但它一定能找到下面的所有二级域名的域名服务器。,第八章应用层,授权域名服务器（authoritative name server）：每一个主机都必须在授权域名服