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集美大学计算机网络期末复习

集美大学计算机网络期末复习


1 引论
? 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

1.2 计算机网络的概念
?计算机网络的概念
? 将地理位置不同、具有独立功能的多个计算机系统 通过通信设施连接起来,以功能完善的网络软件实 现网络资源共享的系统。

1.3 计算机网络的功能
?数据通信; ?资源共享; ?提高系统的可靠性; ?促进分布式数据处理和分布式数据库的 发展。

1.5 计算机网络分类
? 按距离分类
? 局域网(Local Area Network , LAN)
? 范围:小,<20km ? 传输技术:基带,10-1000Mbps,延迟低,出错率低(10-11) ? 拓扑结构:总线,环

? 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(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

2.1.1 数据通信的一般概念
?数据Data:传递(携带)信息的实体。 ?信息Information:数据的内容或解释。 ?信号Signal:数据的电磁或电子编码。数 据的表示形式,分为模拟与数字信号。

数据通信的一般概念(续)
?通信系统模型
信道 信源 信宿

噪声

2.1.2 数据通信系统的主要构成
?数据传输系统——通信子网 ?数据处理系统——资源子网
计算机主机 通信控制机

数据通信的主要技术指标
?传输速率
? 码元速率:又称为信号速率,即每秒传送的码元数。 ? 信息速率:常称为比特率,指每秒传送的信息量。 ? 消息速率:指单位时间内所传送消息的数量。

?错误率:也称为误码率。

信息速率与码元速率的关系
? 对M进制信号,信息速率与码元速率两者 的关系是:

Rb ? RB log 2 M

2.2.2 信道的最大传输速率
?奈奎斯特公式:

C ? 2W log 2 M

信道的最大传输速率(续)
?香农公式:

C ? W log 2 (1 ? S / N )

2.2.3 通信方式
? 单工
数据单向传输。 ? 半双工

数据可以双向交替传输,但不能在同一时刻双 向传输。
? 全双工

数据可以双向同时传输。
? 需要具有两条物理上独立的传输线路; ? 或者需要具有一条物理线路上的两个信道,分别用于不同方向 的信号传输。

2.2.4 传输方式
? 基带传输:不需调制,编码后的数字脉冲信号 直接在信道上传送。
? 例如:以太网(局域网)

? 频带传输:数字信号调制成音频模拟信号后再 传送,接收方需要解调。
? 例如:通过电话网络传输数据

? 宽带传输:把信号调制成频带为几十MHZ到几 百MHZ的模拟信号后再传送,接收方需要解调。
? 例如:闭路电视的信号传输

2.2.5 同步方式
?同步:发送和接收保持一致。 ?同步的因素
? 同步脉冲频率 ? 数据从什么时候开始,什么时候结束 ? 位边界 ? 数据块边界

?数据通信中需要在三个层次上实现同步:
? 位——位同步 ? 字符——字符同步 ? 帧(Frame)——帧同步

同步方式(续)
?位同步:目的是使接收端接收的每一位 信息都与发送端保持同步,即在时间基 准上一致。有下面两种方式:
? 外同步——发送端发送数据时同时发送同步时钟信 号,接收方用同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。 ? 自同步——通过特殊编码(如曼彻斯特编码),这些 数据编码信号包含了同步信号,接收方从中提取同 步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。

?常用传输介质的比较
传输介质
双绞线 50Ω 同轴电缆 75Ω 同轴电缆 光纤 微波

传输方式
宽带 基带 基带

速率/ 工作频带
≤1Gb/s

传输距离
模拟: 10km 数字: 500m

性能
较好 较好

价格
低 较低

应用
模拟/数字 信号传输 基带数字信 号 模拟电视、 数据及音频 远距离高速 数据传输 远程通信

10Mb/s

<3km

宽带

≤450MHz

100km

较好

较低

基带 宽带

40Gb/s 4~6GHz

20km以上 几百km

很好 好

较高 中等

卫星

宽带

1~10GHz

18000km

很好



远程通信

2.4.1 数字数据的数字信号编码
?不归零码NRZ (Non_Return to Zero)
? 用两种电平表示0和1。 高表示1,低表示0。 ? 简单。 ? 存在直流分量,传输中 不能有变压器或电容。 ? 须附加时钟信号,使接 收和发送端保持同步。

数字数据的数字信号编码(续)
?曼彻斯特编码(Manchester encoding)
? 用电压的变化表示0和1。规定在每个码元的中间 发生跳变。从高到低的跳变表示0,从低到高的跳 变表示1。 ? LAN常用。

数字数据的数字信号编码(续)
?差分曼彻斯特编码(differential Manchester encoding)
? 每个码元的中间仍要发生跳变。 ? 用码元开始处有无跳变来表示0和1,有为0,无 为1。

数据编码(续)
?数字数据的调制编码(频带传输时数字信 号的编码)
? 幅移键控ASK (Amplitude Shift Keying) ? 频移键控FSK (Frequency Shift Keying) ? 相移键控PSK (Phase Shift Keying)

? 原理:用数字信号对载波的不同参量进行调制。 载波信号 S(t) = Acos(?t+?) ? S(t)的参量包括: 幅度A、频率? 、初相位?
? 调制就是要使A、? 或?随数字基带信号的变化而变化。

数据编码(续)
?模拟数据的数字信号编码
? 利用数字信号来对模拟数据进行编码的最常见例子 就是脉冲编码调制(PCM),简称脉码调制。它是 一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式, 即常用于对声音信号进行编码。脉冲编码调制是以 采样定理为基础的。 ? 采样定理:如果模拟信号的最高频率为f,若以≥2f 的采样频率对其采样,则从采样得到的离散信号序 列就能完整地恢复出原始信号。

2.4.3 模拟数据的数字信号编码
?PCM主要包括:
? 采样:把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅 度的采样信号。 ? 量化:把离散时间连续幅度的采样信号变换成离散 时间离散幅度的数字信号。 ? 编码:将量化后的信号编码形成一个二进制码组输 出。

?语音信号的数字化
? 语音带宽f<4kHz ? 采样时钟频率:8kHz(>2倍语音最大频率) ? 样本量化级数:256级(8b/每样本) ? 数据传输速率:8000次/s×8b = 64kb/s
? 每路PCM信号的速率 = 64kb/s。

采样时钟

PCM 信号

fs=8kHz
模拟 语音信号 采样电路 量化和编码 数字化 语音信号

f<4kHz

?复用的基本思想:
? 把公共信道用某种方法划分成多个子信道,每个子信道 传输一路数据。

?多路复用方法
? 频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)
? 按频率划分不同的信道,如CATV系统。

? 时分多路复用TDM (Time Division Multiplexing)
? 按时间划分不同的信道,目前应用最广泛。

? 波分多路复用WDM (Wave Division Multiplexing)
? 按波长划分不同的信道,用于光纤传输。

? 码分多路复用CDM (Code Division Multiplexing)
? 按地址码划分不同的信道,非常有发展前途。

数据交换技术
?什么是交换?
? 按某种方式动态地分配传输线路资源。
? 例如,电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用的线路进 行接续。用户挂机后则断开该线路,该线路又可分配给其他用 户。 ? 最初的交换:人工转接交换。

?为什么要采用交换技术?
? 节省线路投资,提高线路利用率。

?实现交换的方法主要有:电路交换、报文 交换和分组交换。

3.1.1 网络体系结构的定义和发展
?网络体系结构
? 计算机之间相互通信的层次,以及各层中的协议和 层次之间接口的集合。 ? 换句话说:体系结构包括三个内容:分层结构与每 层的功能、服务与层间接口、协议。
? 接口: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。 ? 服务: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。

3.1.3 通信协议
?计算机网络和分布系统中互相通信的对 等实体间交换信息时所必须遵守的规则 的集合。
? 实体:任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。 ? 对等实体:分别位于不同系统对等层中的两个实体。 ? 对等层:两个不同系统的同级层次。

通信协议的三要素
? 语义
? 对协议中各协议元素的含义的解释,例如:
? 在HDLC协议中,标志Flag(7EH)表示报文的开始和结束。 ? 在BSC(binary synchronous communication)协议中,SOH(01H)表示报文的 开始,STX(02H)表示报文正文的开始,ETX(03H)表示报文正文的结束。

? 语法
? 协议元素与数据的组合格式,即报文格式。例如:
HDLC Flag Address Ctrl SOH HEAD STX Data TEXT FCSS Flag ETX BCC

BSC

? 时序
? 通信过程中,通信双方操作的执行顺序和规则。

协议数据单元(PDU)
? 网络体系结构中,对等层之间交换的信息报文统称为协议数 据单元(Protocol Data Unit,PDU)。 ? 传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称:
? ? ? ? 传输层——段(Segment) 网络层——分组/包(Packet) 数据链路层——帧(Frame) 物理层——比特(Bit)

? PDU由协议控制信息(协议头)和数据(SDU)组成:
协议控制信息 数据(SDU)

? 协议头部中含有完成数据传输所需的控制信息:
? 地址、序号、长度、分段标志、差错控制信息……

3.2.3 OSI七层模型
?OSI参考模型的总体结构
? 物理层 ? 数据链路层 ? 网络层 ? 传输层 ? 会话层 ? 表示层 ? 应用层 Physical Data Link Network Transport Session Presentation Application

传输层与网络层的关系
? 网络层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。
? 类比
? 主机:单位的传达室 ? 进程:单位中的职工 ? 应用层报文:信件

? 网络层协议=邮局的投递服务,只负责递送到传达室。 ? 传输层协议=传达室的收发服务,负责递送到每个职工。

4 因特网的应用
?域名服务(DNS) ?远程登录(Telnet) ?电子邮件系统 ?文件传输服务(FTP) ?万维网(WWW)

应用层协议

应用层协议的特点
? 每个应用层协议都是为了解决某一类应用问题, 而问题的解决又往往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。 应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时 所遵循的协议。 ? 应用层的许多协议都是基于客户 / 服务器模式。 客户 (Client) 和服务器 (Server) 都是指通信中所涉 及的两个应用进程。客户 / 服务器模式所描述的 是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务 请求方,服务器是服务提供方。

4.1 域名服务(DNS)
?因特网编址机制:三种形式的地址管理机制。 DNS(RFC 1035) 也是TCP/IP的应用层 域名地址:www.jmu.edu.cn
UDP传输层协议,端 ? IP地址:202.117.0.20 口为53。 协议之一。它利用了 ? 层次化的地址,便于人们记忆。
? 32位逻辑编码,用来在因特网中定位主机和路由器的接口。 TCP/IP网络上的每台主机都必须有唯一的IP地址。 ? 域名地址转换到IP地址由域名服务系统(Domain Name System, DNS)实现,这个转换过程又称为域名解析(Name Resolution)。
? 48位物理编码,用来在局域网中识别主机/路由器的接口。 ? IP地址转换到MAC地址由地址解析协议(ARP)实现。

? MAC地址:12-FA-9B-23-DB-11

因特网的域名结构
? 因特网采用了层次树状结构的命名方法。 ? 任何一个连接在因特网上的主机或路由器,都 有一个惟一的层次结构的名字,即域名。 ? 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 ? 各分量分别代表不同级别的域名。

4.2 远程登录(Telnet)
?Telnet简介
? 远程登录就是一个在网络通信协议Telnet的支持下, 使自己的计算机暂时成为远程计算机终端的过程。

?Telnet的使用方法
? 用户首先在远程登录命令中给出对方计算机的域名 或IP地址,在远程呼叫成功后键入自己的用户名和 口令,有时还要回答自己所用的仿真终端类型。

Telnet使用 网络虚拟终端NVT格式
客户端 因特网 服务器端

TCP 连接 客户 服务器

使用客户端的格式

使用 NVT 格式

使用服务器端的格式

4.3 电子邮件系统
?电子邮件简介
? 电子邮件:用于非交互式传输的一种通信工具,它 在发送者和指定接收者之间传输文本、图形或者音 频报文。 ? 电子邮件系统:是一种利用电子手段进行信息的转 移、存储,实现非实时的人与人之间的通信的系统。 电子邮件是通过电子邮件系统进行传送的。

电子邮件系统
?电子邮件简介
? Internet采用SMTP(简单邮件传输协议)作为邮件 传送的标准。当两台使用SMTP的计算机通过 Internet实现了连接时,它们之间便可以透明地交换 邮件。SMTP要借助于TCP/IP协议进行信息传输处 理。为了满足用户多方面的需求,又建立了多用途 因特网邮件扩充协议MIME(Multipurpose Internet Mail Extension)。MIME的主要用途是对邮件及附 件进行编码。

电子邮件系统
?电子邮件简介
? 另一个与电子邮件有关的协议是POP3协议。POP即 Post Office Protocol(邮局协议)的缩写,而POP3协议 是该协议的第三版本,主要用于处理电子邮件客户 如何从邮件服务器中取回邮件。在因特网上,运行 POP3协议,进行存储和投递因特网电子邮件的电子 邮局被称为POP服务器。

4.4 文件传输服务(FTP)
?FTP简介
? FTP就是File Transfer Protocol(文件传输协议)的 缩写。文件传输就是利用网络将一台计算机磁盘上 的文件传输到另一台计算机的磁盘上。 ? FTP是Internet上一个很有用的工具,它是用来在远 程主机与本地主机之间或两台远程主机之间传输文 件的。 ? FTP只提供文件传输的一些基本的服务,它使用 TCP可靠的传输服务。 ? FTP的主要功能是减少或消除在不同操作系统下处 理文件的不兼容性。

FTP使用的两个TCP连接
用户界面 控制连接

控制进程
数据传输 进程 客户端 因特网

控制进程
数据传输 进程 服务器端

数据连接

两个不同的端口号
? 当客户进程向服务器进程发出建立连接请求时, 要寻找连接服务器进程的熟知端口 (21),同时还要 告诉服务器进程自己的另一个端口号码,用于建立 数据连接。 ? 接着,服务器进程用自己传输数据的熟知端口 (20) 与客户进程所提供的端口号码建立数据连接。 ? 由于FTP 使用了两个不同的端口号,所以数据连接 与控制连接不会发生混乱。

4.5 万维网(WWW)
?WWW简介
? WWW是World Wide Web的简称,常译为万维网、 环球网,WWW提供的是一种高级浏览服务。 ? 万维网不是传统意义上的物理网络,而是在超文本 的基础上形成的信息网,即信息意义的网络。 ? 万维网是分布式超媒体(hypermedia)系统,它是超文 本(hypertext)系统的扩充。

万维网(WWW)
?超文本(Hypertext)
? 超文本(Hypertext)文件是由超文本标记语言 (HTML)格式写成的,该语言是欧洲粒子物理实 验室(CERN)提出的WWW描述性语言。 ? 一个超文本由多个信息源链接成。利用一个链接可 使用户找到另一个文档。这些文档可以位于世界上 任何一个接在因特网上的超文本系统中。 ? 超文本文件中的某些字、符号或短语起着“热链 (Hotlink)”的作用,它含有指向其他Internet信息 的URL地址,在显示时其字体或颜色变化,或者标 有下横线,以区别于一般的正文。

URL的一般形式
? 由以冒号隔开的两大部分组成,并且在URL中 的字符对大写或小写没有要求。 ? URL的一般形式是: <URL的访问方式>://<主机>:<端口>/<路径> ftp —— 文件传输协议FTP http —— 超文本传输协议HTTP News —— USENET新闻

WWW的工作过程
客户
清华大学 院系设置

服务器 链接到URL的超链 www.tsinghua.edu.cn
服务器 程序

浏览器 程序

HTTP

HTTP 使用此 TCP 连接 因特网 建立 TCP 连接 ① 请求文档 ② 响应文档 HTTP 请求报文 HTTP 响应报文 释放 TCP 连接

?

?

5.1 网络互联的基本概念
?网络互联概念
? 也称网际互联,是将多个网络互相连接,以实现在 更大范围内的信息交换、资源共享和协同工作。

?网络互联的目的
? 实现更广泛的资源共享。

互联中继系统
?互联中继系统的分层结构
? 将互联划分为四个层次,即物理层、数据链路层、 网络层和高层,与之对应的分别是中继器、网桥、 路由器和网关。 ? 层次一:使用中继器在不同电缆段之间复制位信号。 ? 层次二:使用网桥在局域网之间存储、转发帧。 ? 层次三:使用路由器在不同网络间存储、转发分组。 ? 层次四:使用协议转换器提供高层接口。

互联中继系统(续)
?互联中继系统的功能
? 物理层:以比特形式传送信息分组。 ? 数据链路层:按帧接收或传送信息。 ? 网络层:主要用于广域网之间的互联上。 ? 高层协议中包括传输层、会话层、表示层和应用层 等四个层次,高层互联的核心是在高层之间进行不 同协议的转换。

因特网的体系结构
?如同OSI参考模型,TCP/IP也是一种分层 模型。它是由基于硬件层次上的四个概 念性层次构成,即
? 网络接口层:是TCP/IP协议的最底层,是负责网络 层与硬件设备的联系。 ? 网际层:解决计算机到计算机间的通信问题。 ? 传输层:解决端到端的通信。 ? 应用层:提供一组常用的应用程序给用户。

因特网的体系结构(续)
?TCP/IP协议和OSI模型

IP地址及子网
?在因特网体系结构中,每一台主机都被 分配给一个32位的地址作为主机的标识, 这个地址被称为IP地址。 ?IP地址具有唯一性,是网际层中识别主 机的逻辑地址。

IP地址

划分子网方法

IP地址和子网掩码

TCP和UDP协议
?TCP协议
? 建立在IP协议之上的面向连接的端到端的通信协议。 采取确认、超时重发、流量控制等各种保证可靠性 的技术和措施。

?UDP协议
? 建立在IP协议之上的无连接的端到端的通信协议。 不提供任何可靠性保证机制,提供的是不可靠传输 服务。

应用层

F T P

T e l n e t
23

H T T P
80

S M T P
25

D N S

T F T P
69

S N M P
port
161

21

53

传输层

TCP

UDP

TCP和UDP都用端口(port)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)。

6 局域网
?局域网
? 局域网(Local Area Network,简称LAN)是在一 个较小的范围(一个办公室、一幢楼、一家工厂 等),利用通信线路将众多工作站、外围设备、终 端及其他通信设备连接起来的一个高传输速率、低 误码率的数据通信网络。

局域网的关键技术
?局域网的关键技术
? 决定局域网特性的主要技术有以下三个:用以连接 各种设备的拓扑结构,用以传输数据的数据传输方 式,用以共享资源的介质访问控制方法。 ? 这三种技术在很大程度上决定了传输数据的类型、 网络的响应时间、吞吐量和利用率,以及网络应用 等各种网络特性。其中,最重要的是介质访问控制 方法,它对网络特性起着十分重要的影响。

局域网的关键技术(续)
?拓扑结构
? 总线型结构 ? 星形结构 ? 环形结构 ? 树形结构 ? 其他

局域网标准IEEE 802
?OSI模型1和2层与LAN的对比

IEEE802标准系列
?IEEE 802
? IEEE 802.1 IEEE 802系列标准的总体介绍, LAN的体系结构,网络互联,网络管理等。 ? IEEE 802.2 定义逻辑链路控制协议(LLC),是 数据链路层的上半部分。 ? IEEE 802.3 定义CSMA/CD逻辑总线介质访问控 制子层与物理层的规范。 ? IEEE 802.4 定义令牌总线(Token Bus)介质访 问控制子层与物理层的规范。 ? IEEE 802.5 定义令牌环(Token Ring)介质访问 控制子层与物理层的规范。

IEEE802标准系列(续)
?IEEE 802
? IEEE 802.6 定义城域网(MAN)介质访问控制 子层与物理层的规范。 ? IEEE 802.7 定义宽带技术。 ? IEEE 802.8 定义光纤技术。 ? IEEE 802.9 定义语言与数据综合局域网技术。 ? IEEE 802.10 定义局域网安全规范。 ? IEEE 802.11 定义无线局域网技术。

介质访问控制方法
?CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection),带冲突检测 的载波监听多路访问

争用时隙
?最先发送数据帧的站,在发送数据帧后至 多经过时间2?(端到端往返时延)就可知 道发送的数据帧是否遭受了冲突。 ?以太网的端到端往返时延2?称为争用时隙, 或冲突窗口,时间槽。 ?经过争用时隙这段时间还没有检测到冲突, 才能肯定这次发送不会发生冲突。

与争用时隙相关的几个网络参数
?采用CSMA/CD的局域网中,由于争用时隙的 限制,传输速率R、网络跨距L、最小帧长Fmin 三者之间必须满足一定的关系: Fmin=kLR k:系数
? 可以看出:
? 最小帧长度不变时,传输速率与网络跨距成反比; ? 传输速率固定时,网络跨距与最小帧长度成正比; ? 网络跨距固定时,传输速率与最小帧长度成正比。

? 非常重要的结论!

二进制指数类型退避算法
(truncated binary exponential type)
?发生冲突的站在停止发送数据后,要推迟 (退避)一个随机时间才能再发送数据。
? 确定基本退避时间,一般是取为争用时隙 2?。 ? 定义重传次数 k ,k ? 10,即 k = Min[重传次数, 10] ? 从整数集合[0,1,…, (2k-1)]中随机地取出一个数,记为 r。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。 ? 当重传达16次仍不能成功时即丢弃该帧,并向高层报 告。

争用时隙的长度
?10Mbps以太网取51.2?s为争用时隙的长度。 ?对于10Mbps以太网,在争用时隙内可发送 512bit,即64字节。 ?因此,以太网在发送数据时,若前64字节 没有发生冲突,则后续的数据就不会发生 冲突。

最短有效帧长
?如果发生冲突,就一定是在发送的前64字 节之内。 ?由于一检测到冲突就立即中止发送,这时 已经发送出去的数据一定小于64字节。 ?以太网规定了最短有效帧长为64字节,凡 长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常 中止的无效帧。

帧间最小间隔
?10Mbps以太网帧间最小间隔为9.6?s,相当 于96bit的发送时间。 ?一个站在检测到总线开始空闲后,还要等待 9.6?s才能再次发送数据。 ?这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收 缓存来得及清理,做好接收下一帧的准备。

? 以太网的物理层选项与标识方法
? 速率、信号方式、介质类型 10 Base 5
速率(Mb/s) 基带或宽带 Base,Broad 每段最大长度(单位:百米)或 介质类型(T,F,X)

传统以太网
? ? ? ? 10Base5 10Base2 10Base-T 10Base-F 粗同轴 细同轴 UTP MMF

快速以太网和千兆位以太网
? ? ? ? 100Base-T 100Base-F 1000Base-X 1000Base-T UTP MMF/SMF STP/MMF/SMF UTP

无效的MAC帧
?数据字段的长度与长度字段的值不一致; ?帧的长度不是整数个字节; ?用收到的帧检验序列FCS查出有差错; ?数据字段的长度不在46 ~ 1500字节之间。 ?对于检查出的无效MAC帧就简单地丢弃。 以太网不负责重传丢弃的帧。

MAC地址
? 在局域网中,硬件地址又称为物理地址,或 MAC地址。它是网络站点的全球唯一的标识符, 与其物理位置无关。
? 注意:MAC地址是在数据链路层进行处理,而不是在物理层。

? 802标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个 站的“名字”或标识符。 ? 但鉴于大家都早已习惯了将这种48bit的“名字” 称为“地址”,所以本书也采用这种习惯用法, 尽管这种说法并不太严格。

6.4 局域网扩展
? 什么情况下需要扩展?
? 网络范围扩大; ? 更多的站点加入网络; ? 多个独立的局域网进行互联。

?如何扩展?
? 主要在三个层次上:
? 物理层 ? 数据链路层 ? 网络层

快速以太网(Fast Ethernet)
?100BASE-TX
? 两对5类或超5类双绞线,高速智能集线器,交换机, RJ-45接头 ? 物理星型和树型,逻辑总线 ? CSMA/CD或全双工方式

千兆位以太网
? 允许在1Gbps下以全双工或半双工两种方 式工作。 ? 使用802.3协议规定的帧格式。 ? 在半双工方式下使用CSMA/CD协议,全 双工方式不需要使用CSMA/CD协议。 ? 与10BASE-T和100BASE-T技术向后兼容。

千兆位以太网的物理层
? 1000BASE-X基于光纤通道的物理层:
? 1000BASE-SX:SX表示短波长 ? 1000BASE-LX:LX表示长波长 ? 1000BASE-CX:CX表示铜线

? 1000BASE-T
? 使用4对5类UTP

在短 MAC 帧后面加上载波扩展
? 凡发送的 MAC 帧长不足512字节时,就用一些特殊 字符填充在帧的后面,使MAC帧的发送长度增大到 512字节,但这对有效载荷并无影响。 接收端在收到以太网的MAC帧后,要将所填充的特 殊字符删除后才向高层交付。
源地址 数据长度 数 据 FCS 载波扩展

?

前同步码 目地地址

MAC 帧的最小值 = 64 字节
加上载波扩展使 MAC 帧长度 = 争用时隙长度512 字节 在以太网上实际传输的帧长

帧突发
?

?

当很多短帧要发送时,第一个短帧要采用上面所说 的载波扩展的方法进行填充。 随后的一些短帧则可一个接一个地发送,只需留有 必要的帧间最小间隔即可。这样就形成可一串帧的 突发,直到达到1500字节或稍多一些为止。
将突发计时器设定为 1500 字节 争用时隙 512 字节
载波扩展

载波 监听 发送的 数据

帧#1

RRRRRRRRR 帧#2 RRR

帧#3 RRR 帧#4

全双工方式
? 当千兆位以太网工作在全双工方式时 (即通信双方可同时进行发送和接收数 据),不使用载波扩展和帧突发。

万兆位以太网
? 万兆位以太网与10Mbps,100Mbps和1Gbps以 太网的帧格式完全相同。 ? 万兆位以太网还保留了802.3标准规定的以太网 最小和最大帧长,便于升级。 ? 万兆位以太网不再使用铜线而只使用光纤作为 传输介质。 ? 万兆位以太网只工作在全双工方式,因此没有 争用问题,也不使用CSMA/CD协议。

无线局域网的数据链路层
?LLC子层与IEEE 802.3完全相同,所不同的仅 是MAC子层。 ?MAC子层采用CSMA/CA(载波检测多路访 问/冲突避免)协议。
? 不是在发送过程中去监听是否发生了冲突,而是发送前 设法避免冲突的发生。 ? “冲突避免”采用了三种机制来实现:预约信道、正向 确认(Acknowledgement)和RTS/CTS。

7 广域网
?广域网的概念
? 广域网是作用的地理范围从数十公里到数千公里, 可以连接若干个城市、地区甚至跨越国界、遍及全 球的一种计算机网络。

应当注意
? 即使是覆盖范围很广的互联网,也不是广域网, 因为在这种网络中,不同网络的“互连”才是其 最主要的特征。 ? 广域网是单个的网络,它使用结点交换机连接各 主机而不是用路由器连接各网络。 ? 结点交换机在单个网络中转发分组,而路由器在 多个网络构成的互联网中转发分组。 ? 连接在一个广域网(或一个局域网)上的主机在 该网内进行通信时,只需要使用其网络的物理地 址即可。

主要的广域网技术
? X.25:公共分组交换网
? 使用X.25协议进行分组交换的数据通信技术。

? Frame Relay:帧中继(FR)
? 一种高速的在链路层进行分组交换的技术。

? ISDN:综合业务数据网
? 一种可以在电话线路上同时提供音频、视频和数据服务的数字网络。

? DDN:数字数据网
? 一种利用数字信道提供半永久性连接电路的数字网络。

? xDSL:数字用户线
? 一种利用电话线路进行数字传输的高速接入技术。

? ATM:异步传输模式
? 一种基于异步时分多路复用的、采用信元交换代替分组交换的技术。

7.2 公共传输系统
?广域网是基于电信公司建立的公共传输 系统——电信网络之上的。 ?电信网络可以是模拟的,也可以是数字 的。

7.2.1 电话系统
? 电话系统是世界上分布最广的网络。 ? 主要由三个部分组成:本地环路(接入网)、干线(传输网) 和交换局。除本地环路外,基本实现了数字传输。
? 交换局:端局(CO),汇接局、长途局——提供交换连接。 ? 接入网(本地环路、用户环路)——提供用户接入。 ? 传输网(干线、中继线)——交换局间的连接线路。

ADSL(非对称数字用户线)
?宽带接入技术,我国使用最广泛。 ?两种标准:
? G.992.1(G.dmt), G.992.2(G.lite)

?上下行非对称:
? 用户→CO(上行):
? G.dmt:640kb/s, G.lite:512kb/s

? CO→用户(下行):
? G.dmt:6.144Mb/s(最高8Mb/s),G.lite:1.5Mb/s

?实际的用户端速率与线路质量、距离和电信 公司的市场策略有关。

7.3 广域网的通信服务类型
?电路交换
? 电路交换网是面向连接的网络,常用于点到点的网 络连接。

?分组交换
? 分组交换提供数据报和虚电路两种服务。大多数现 代广域网都是分组交换网。

?专用线路
? 是两点之间的一个安全永久的信道,不需要经过任 何建立或拨号进行连接,它是点到点连接的网络。

数字数据网(DDN)
?DDN的概念
? 数字数据网(Digital Data Network):是利用数字 信道传输信号的数据传输网。是利用数字通道提供 半永久性连接电路,以传输数据信号为主的数字传 输网络。 ? DDN的传输介质有光缆、数字微波、卫星信道以及 用户端可用的普通电缆和双绞线。

7.8 帧中继
?帧中继网的概念
? 帧中继是一种以快速分组交换技术为基础的,只是 简单地提供面向连接的、将数据从甲地传递到乙地 的、廉价的、中速的公共网。 ? 帧中继网使用永久虚电路(PVC)来模拟电路交换 网。

异步传输模式
?ATM 是建立在电路交换和分组交换的基 础上的一种面向连接的快速分组交换技 术。 ?ATM 采用定长分组作为传输和交换的单 位。这种定长分组叫做信元(cell)。 ?信元长度为 53 字节,其首部(可简称为 信头)为5字节。

8 常用网络设备
?网络设备的功能层次
OSI层次
传输层及以上
网络层 数据链路层

地址类型

设备

网关 应用程序进程地 址(端口) (协议转换器) 网络地址 路由器 (IP地址) (三层交换机) 物理地址 网桥、交换机 (MAC地址) (网卡) 无 中继器、集线器、 (网卡)

物理层

中继器
?局域网中继器使用规则:
? 5-4-3
? 5个网段 ? 4个中继器 ? 3个网段有主机

以网桥/交换机为核心的网络的特点
?每个网段独享带宽;
? 最佳可达到每台主机独享带宽。

?可以限制冲突,但不能限制广播;
? 有可能产生广播风暴。

?适用于小型部门级网络到大型园区网络。
? 大型网络中需解决广播问题。

VLAN划分的方法
?基于端口(静态划分)
? 根据端口号划分VLAN。

?基于MAC地址(动态划分)
? 根据用户计算机的MAC地址划分VLAN。

?基于网络地址或网络协议类型(动态划分)
? 根据用户计算机的IP地址划分VLAN。

用路由器进行网络互联:
路由器可以隔离冲突域和广播域。 路由器

广播域1

广播域2 HUB

HUB

HUB

冲突域1

冲突域2

冲突域3

9.1 概述
?网络操作系统
? 网络操作系统(NOS),是网络的心脏和灵魂,是 向网络计算机提供网络通信和网络资源共享功能的 操作系统。 ? 它是使网络上各计算机能方便而有效地共享网络资 源,为网络用户提供所需的各种服务的软件和有关 规程的集合。

9.2 常见的网络操作系统
?UNIX和Linux ?Windows NT网络操作系统 ? NetWare网络操作系统



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