1、精選優質文檔-傾情為你奉上第一章“三網”，即電信網絡、有線電視網絡和計算機網絡計算機網絡向用戶提供的最重要的功能:連通性上網用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計算機都可以彼此直接連通一樣。 共享即資源共享?？梢允切畔⒐蚕?、軟件共享，硬件共享。 因特網現，最大的國際性計算機互聯網，網絡(network)由若干結點(node)和連接這些結點的鏈路(link)組成。 互聯網是“網絡的網絡”(network of networks)。 連接在因特網上的計算機都稱為主機(host)。網絡把許多計算機連接在一起，因特網則把許多網絡連接在一起。因特網發展的三個階段：第一階段是從單個網絡 ARPANET

2、向互聯網發展的過程。 /以小寫字母 i 開始的 internet（互聯網或互連網）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網絡互連而成的網絡。 以大寫字母I開始的的 Internet（因特網）則是一個專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由眾多網絡相互連接而成的特定計算機網絡，它采用 TCP/IP 協議族作為通信的規則，且其前身是美國的 ARPANET。第二階段的特點是建成了三級結構的因特網。 三級計算機網絡，分為主干網、地區網和校園網（或企業網）。 第三階段的特點是逐漸形成了多層次 ISP 結構的因特網。出現了因特網服務提供者 ISP (Internet Service Provider)。從因特

3、網的工作方式上看，可以劃分為以下的兩大塊：(1) 邊緣部分 由所有連接在因特網上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信（傳送數據、音頻或視頻）和資源共享。(2) 核心部分 由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務的（提供連通性和交換）。處在因特網邊緣的部分就是連接在因特網上的所有的主機。這些主機又稱為端系統(end system)?！爸鳈C A 和主機 B 進行通信”，實際上是指：“運行在主機 A 上的某個程序和運行在主機 B 上的另一個程序進行通信”。即“主機 A 的某個進程和主機 B 上的另一個進程進行通信”，或簡稱為“計算機之間通信”。在網絡邊緣的端系統中

4、運行的程序之間的通信方式分為兩大類：客戶服務器方式（C/S 方式）即Client/Server方式 對等方式（P2P 方式）即 Peer-to-Peer方式 客戶(client)和服務器(server)都是指通信中所涉及的兩個應用進程。客戶服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關系?？蛻羰欠盏恼埱蠓?，服務器是服務的提供方。客戶軟件的特點：被用戶調用后運行，在打算通信時主動向遠地服務器發起通信（請求服務）。因此，客戶程序必須知道服務器程序的地址，不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統。服務器軟件的特點 ：一種專門用來提供某種服務的程序，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。系統啟動后即自動調用并

5、一直不斷地運行著，被動地等待并接受來自各地的客戶的通信請求。因此，服務器程序不需要知道客戶程序的地址，一般需要強大的硬件和高級的操作系統支持。對等連接(peer-to-peer，簡寫為 P2P)是指兩個主機在通信時并不區分哪一個是服務請求方還是服務提供方，兩個主機都運行了對等連接軟件（P2P 軟件），它們就可以進行平等的、對等連接通信。雙方都可以下載對方已經存儲在硬盤中的共享文檔。對等連接方式從本質上看仍然是使用客戶服務器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又同時是服務器。網絡中的核心部分要向網絡邊緣中的大量主機提供連通性，路由器是實現分組交換(packet switching)的關鍵構件

6、，其任務是轉發收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。路由器是實現分組交換(packet switching)的關鍵構件，其任務是轉發收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。“交換”(switching)的含義就是轉接把一條電話線轉接到另一條電話線，使它們連通起來。從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源。電路交換的特點：電路交換必定是面向連接的。而且，在通話的全部時間內，通話的兩個用戶始終占用端到端的通信資源。 電路交換的三個階段：建立連接，通信，釋放連接數據效率低：數據具有突發性，這導致通信線路的利用率很低。分組首部的重要性：首部含有地址等控制信息。分

7、組交換網中的結點交換機根據收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉發到下一個結點交換機。用這樣的存儲轉發方式，最后分組就能到達最終目的地。路由器處理分組的過程：把收到的分組先放入緩存（暫時存儲）；查找轉發表，找出到某個目的地址應從哪個端口轉發；把分組送到適當的端口轉發出去。主機是為用戶進行信息處理的，并向網絡發送分組，從網絡接收分組。路由器對分組進行存儲轉發，最后把分組交付目的主機。高效，動態分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。 靈活，以分組為傳送單位和查找路由。迅速，不必先建立連接就能向其他主機發送分組。可靠，保證可靠性的網絡協議。分布式的路由選擇協議使網絡有很好的生存性。分組交換帶來的問題：

8、分組在各結點存儲轉發時需要排隊，這就會造成一定的時延。 分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。ARPANET的成功使計算機網絡的概念發生根本變化 。早期的面向終端的計算機網絡是以單個主機為中心的星形網，各終端通過通信線路共享昂貴的中心主機的硬件和軟件資源。 分組交換網則是以網絡為中心，主機都處在網絡的外圍。用戶通過分組交換網可共享連接在網絡上的許多硬件和各種豐富的軟件資源。 不同作用范圍的網絡廣域網 WAN (Wide Area Network)，局域網 LAN (Local Area Network) ，城域網 MAN (Metropolitan Area Net

9、work)，個人區域網 PAN (Personal Area Network) 從網絡的使用者進行分類：公用網 (public network) ，專用網 (private network) 接入網 AN (Access Network)，它又稱為本地接入網或居民接入網。由 ISP 提供的接入網只是起到讓用戶能夠與因特網連接的“橋梁”作用。 計算機網絡的性能指標1. 速率比特（bit）是計算機中數據量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位。Bit 來源于 binary digit，意思是一個“二進制數字”，因此一個比特就是二進制數字中的一個 1 或 0。速率即數據率(data rate)或比特

10、率(bit rate)是計算機網絡中最重要的一個性能指標。速率的單位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等速率往往是指額定速率或標稱速率?！皫挕?bandwidth)本來是指信號具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）?，F在“帶寬”是數字信道所能傳送的“最高數據率”的同義語，單位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 吞吐量(throughput)表示在單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的數據量。吞吐量更經常地用于對現實世界中的網絡的一種測量，以便知道實際上到底有多少數據量能夠通過網絡。吞吐量受網絡的帶寬或網絡的額定速率的限制。 傳輸時延（發送時延 ）發送數據時

11、，數據塊從結點進入到傳輸媒體所需要的時間。也就是從發送數據幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發送完畢所需的時間。傳播時延，電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。 （注意區別）信號傳輸速率（即發送速率）和信號在信道上的傳播速率是不同的概念容易產生的錯誤概念對于高速網絡鏈路，我們提高的僅僅是數據的發送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。 提高鏈路帶寬減小了數據的發送時延。 鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。利用率信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數據通過）。完全空閑的信道的利用率是零。網絡利用率則是全網絡的信道利用率的加權平均值。信道利用率并非越高越好。 網

12、絡協議的組成要素：語法，數據與控制信息的結構或格式 。 語義，需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。 同步，事件實現順序的詳細說明。 主機1向主機2通過網絡發送文件，可以將要做的工作進行如下的劃分。第一類工作與傳送文件直接有關。確信對方已做好接收和存儲文件的準備。雙方協調好一致的文件格式。兩個主機將文件傳送模塊作為最高的一層 。剩下的工作由下面的模塊負責。市場化方面 OSI 失敗了：沒有商業驅動力；過分復雜，且運行效率很低；OSI 標準的制定周期太長，因而設備無法及時進入市場；層次劃分并也不太合理，有些功能在多層次中重復出現。 網絡協議(network protocol)，簡稱為

13、協議，是為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定。 分層的好處 ：各層之間是獨立的；靈活性好；結構上可分割開；易于實現和維護；能促進標準化工作。計算機網絡的體系結構(architecture)是計算機網絡的各層及其協議的集合。 TCP/IP 是四層的體系結構：應用層、運輸層、網際層和網絡接口層。但最下面的網絡接口層并沒有具體內容。因此往往采取折中的辦法，即綜合 OSI 和 TCP/IP 的優點，采用一種只有五層協議的體系結構 ，應用層(application layer) ，運輸層(transport layer) ，網絡層(network layer) ，數據鏈路層(data link

14、 layer) ，物理層(physical layer) 。主機1向主機2發送數據的實現過程：應用進程數據先傳送到應用層，加上應用層首部，成為應用層 PDU應用層 PDU 再傳送到運輸層；加上運輸層首部，成為運輸層報文 運輸層報文再傳送到網絡層；加上網絡層首部，成為 IP 數據報（或分組）；P 數據報再傳送到數據鏈路層，加上鏈路層首部和尾部，成為數據鏈路層幀；數據鏈路層幀再傳送到物理層，最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體。信號在物理媒體中傳播，物理層將比特流上交給數據鏈路層；數據鏈路層剝去幀首部和幀尾部取出數據部分，上交給網絡層；網絡層剝去首部，取出數據部分上交給運輸層；運輸層剝去首部，取出

15、數據部分上交給應用層；應用層剝去首部，取出應用程序數據上交給應用進程。主機2：我收到了 AP1 發來的應用程序數據！實體(entity) 表示任何可發送或接收信息的硬件或軟件進程。協議是控制兩個對等實體進行通信的規則的集合。在協議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務。要實現本層協議，還需要使用下層所提供的服務。 本層的服務用戶只能看見服務而無法看見下面的協議，下面的協議對上面的服務用戶是透明的。 協議是“水平的”，即協議是控制對等實體之間通信的規則。服務是“垂直的”，即服務是由下層向上層通過層間接口提供的。同一系統相鄰兩層的實體進行交互的地方，稱為服務訪問點 SAP (S

16、ervice Access Point)。DNS，全稱Domain Name System，即域名解析系統。DNS幫助用戶在互聯網上尋找路徑。在互聯網上的每一個計算機都擁有一個唯一的地址，稱作“IP地址”用戶數據報協議（User Datagram Protocol）實時傳輸協議（Real Time Protocol）簡單郵件傳輸協議（Simple Message Transfer Protocol）超文本傳輸協議（Hyper Text Transport Protocol）互聯網協議（Internet Protocol）第二章物理層的主要任務描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即： 機械特性

17、，指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性，指明在接口電纜的各條線上出現的電壓的范圍。功能特性，指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義。過程特性，指明對于不同功能的各種可能事件的出現順序。數據(data)運送消息的實體。信號(signal)數據的電氣的或電磁的表現。 “模擬的”(analogous)代表消息的參數的取值是連續的。 “數字的”(digital)代表消息的參數的取值是離散的。 碼元(code)在使用時間域（或簡稱為時域）的波形表示數字信號時，代表不同離散數值的基本波形。單向通信（單工通信）只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。雙向交替通信

18、（半雙工通信）通信的雙方都可以發送信息，但不能雙方同時發送(當然也就不能同時接收)。雙向同時通信（全雙工通信）通信的雙方可以同時發送和接收信息。 基帶信號（即基本頻帶信號）來自信源的信號。像計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的數據信號都屬于基帶信號。基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因此必須對基帶信號進行調制(modulation)。 帶通信號把基帶信號經過載波調制后，把信號的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內能夠通過信道）。 基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分

19、量或直流分量。為了解決這一問題，就必須對基帶信號進行調制(modulation)。 最基本的二元制調制方法有以下幾種：調幅(AM)：載波的振幅隨基帶數字信號而變化。 調頻(FM)：載波的頻率隨基帶數字信號而變化。調相(PM) ：載波的初始相位隨基帶數字信號而變化。 在任何信道中，碼元傳輸的速率是有上限的，否則就會出現碼間串擾的問題，使接收端對碼元的判決（即識別）成為不可能。如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的信號高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現碼間串擾。 奈氏準則：在物理層的數據通信中，有著名的奈氏準則。它在數據通信中的意義是什么？奈奎斯特(Nyquist)推導出在理想低通

20、信道下的最高碼元傳輸速率的公式，奈氏準則：理想低通信道） 最高碼元傳輸速率 = 2W Baud W是的帶寬(Hz); 1波特為每秒傳送1個碼元. 另一種表達方法是:每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2個碼元.香農(Shannon)用信息論的理論推導出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率 C = W log2(1+S/N) b/s W 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）；S 為信道內所傳信號的平均功率；N 為信道內部的高斯噪聲功率。香農公式表明 ：信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。 只要信息傳輸速率低于信道的極

21、限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實現無差錯的傳輸。 若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒有上限（當然實際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒有上限。實際信道上能夠達到的信息傳輸速率要比香農的極限傳輸速率低不少。 注意：對于頻帶寬度已確定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且碼元傳輸速率也達到了上限值，那么還有辦法提高信息的傳輸速率。這就是用編碼的方法讓每一個碼元攜帶更多比特的信息量。導向傳輸媒體：雙絞線 同軸電纜 光纜非導向傳輸媒體：短波通信主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質量較差。微波在空間主要是直線傳播。時分復用則是將時間劃分為一段段等長的時分復用幀（TD

22、M 幀）。每一個時分復用的用戶在每一個 TDM 幀中占用固定序號的時隙。每一個用戶所占用的時隙是周期性地出現（其周期就是 TDM 幀的長度）。TDM 信號也稱為等時(isochronous)信號。時分復用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。時分復用可能會造成線路資源的浪費 還有，統計時分復用 STDM(Statistic TDM)又稱異步時分復用波分復用 WDM(Wavelength Division Multiplexing)波分復用就是光的頻分復用。碼分復用 CDM(Code Division Multiplexing) 常用的名詞是碼分多址 CDMA (Code Division

23、 Multiple Access)。各用戶使用經過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。這種系統發送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發現。 每一個比特時間劃分為 m 個短的間隔，稱為碼片(chip)。碼片序列(chip sequence)：每個站被指派一個唯一的 m bit 碼片序列。如發送比特 1，則發送自己的 m bit 碼片序列。如發送比特 0，則發送該碼片序列的二進制反碼。 例如，S 站的 8 bit 碼片序列是 。發送比特 1 時，就發送序列 ，發送比特 0 時，就發送序列 。為了方便，按照管理將碼片中的0寫作-1，1寫作+1.則S 站的碼片序列：(1 1

24、 1 +1 +1 1 +1 +1) 每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。在實用的系統中是使用偽隨機碼序列。xDSL 技術就是用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造，使它能夠承載寬帶業務。雖然標準模擬電話信號的頻帶被限制在 3003400 Hz 的范圍內，但用戶線本身實際可通過的信號頻率仍然超過 1 MHz。xDSL 技術就把 04 kHz 低端頻譜留給傳統電話使用，而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網使用。DSL 就是數字用戶線(Digital Subscriber Line)的縮寫。而 DSL 的前綴 x 則表示在數字用戶線上實現的不同寬帶

25、方案。ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非對稱數字用戶線HDSL (High speed DSL)：高速數字用戶線SDSL (Single-line DSL)：1 對線的數字用戶線VDSL (Very high speed DSL)：甚高速數字用戶線DSL ：ISDN 用戶線。RADSL (Rate-Adaptive DSL)：速率自適應 DSL，是 ADSL 的一個子集，可自動調節線路速率）。 ADSL 的特點：上行和下行帶寬不對稱。上行指從用戶到 ISP，而下行指從 ISP 到用戶。ADSL 在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個 ADSL 調制

26、解調器。我國目前采用的方案是離散多音調 DMT (Discrete Multi-Tone)調制技術。這里的“多音調”就是“多載波”或“多子信道”的意思。ADSL 的數據率：由于用戶線的具體條件往往相差很大（距離、線徑、受到相鄰用戶線的干擾程度等都不同），因此 ADSL 采用自適應調制技術使用戶線能夠傳送盡可能高的數據率。當 ADSL 啟動時，用戶線兩端的 ADSL 調制解調器就測試可用的頻率、各子信道受到的干擾情況，以及在每一個頻率上測試信號的傳輸質量。ADSL 不能保證固定的數據率。對于質量很差的用戶線甚至無法開通 ADSL。通常下行數據率在 32 kb/s 到 6.4 Mb/s 之間，而上

27、行數據率在 32 kb/s 到 640 kb/s 之間。光纖同軸混合網 HFC (Hybrid Fiber Coax)CATV有線電視（Community Antenna Television）HFC 的主要特點 優點 略數據鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型：點對點信道。這種信道使用一對一的點對點通信方式。廣播信道。這種信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程比較復雜。廣播信道上連接的主機很多，因此必須使用專用的共享信道協議來協調這些主機。 鏈路(link)是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結點。一條鏈路只是一條通路的一個組成部分。數據鏈路(data link) 除了物理線

28、路外，還必須有通信協議來控制這些數據的傳輸。若把實現這些協議的硬件和軟件加到鏈路上，就構成了數據鏈路?，F在最常用的方法是使用適配器（即網卡）來實現這些協議的硬件和軟件。一般的適配器都包括了數據鏈路層和物理層這兩層的功能。早期的數據通信協議曾叫作通信規程(procedure)。因此在數據鏈路層，封裝成幀(framing)就是在一段數據的前后分別添加首部和尾部，然后就構成了一個幀。確定幀的界限。首部和尾部的一個重要作用就是進行幀定界。解決透明傳輸問題:發送端的數據鏈路層在數據中出現控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一個轉義字符“ESC”(其十六進制編碼是 1B)。字節填充(byte stuf

29、fing)或字符填充(character stuffing)接收端的數據鏈路層在將數據送往網絡層之前刪除插入的轉義字符。如果轉義字符也出現數據當中，那么應在轉義字符前面插入一個轉義字符。當接收端收到連續的兩個轉義字符時，就刪除其中前面的一個。對可能出現0變1，1變0，因此要差錯檢測。循環冗余檢驗的原理：在數據鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環冗余檢驗 CRC 的檢錯技術。在發送端，先把數據劃分為組。假定每組 k 個比特。 假設待傳送的一組數據 M = （現在 k = 6）。我們在 M 的后面再添加供差錯檢測用的 n 位冗余碼一起發送。冗余碼的計算 略應當注意：僅用循環冗余檢驗 CRC 差錯檢測技

30、術只能做到無差錯接受(accept)?！盁o差錯接受”是指：“凡是接受的幀（即不包括丟棄的幀），我們都能以非常接近于 1 的概率認為這些幀在傳輸過程中沒有產生差錯”。也就是說：“凡是接收端數據鏈路層接受的幀都沒有傳輸差錯”（有差錯的幀就丟棄而不接受）。要做到“可靠傳輸”（即發送什么就收到什么）就必須再加上確認和重傳機制。 現在全世界使用得最多的數據鏈路層協議是點對點協議 PPP (Point-to-Point Protocol)。用戶使用撥號電話線接入因特網時，一般都是使用 PPP 協議。PPP 協議應滿足的需求：簡單這是首要的要求，封裝成幀 ，透明性， 多種網絡層協議， 多種類型鏈路 ，差錯檢

31、測 ，檢測連接狀態 ，最大傳送單元 ，網絡層地址協商 ，數據壓縮協商 PPP 協議不需要的功能：糾錯 流量控制 序號 多點線路 半雙工或單工鏈路PPP 協議有三個組成部分 一個將 IP 數據報封裝到串行鏈路的方法。鏈路控制協議 LCP (Link Control Protocol)。網絡控制協議 NCP (Network Control Protocol)。 當PPP 用在同步傳輸鏈路時，協議規定采用硬件來完成比特填充（和 HDLC 的做法一樣）。 當 PPP 用在異步傳輸時，就使用一種特殊的字符填充法。具體填充法 略PPP 協議之所以不使用序號和確認機制是出于以下的考慮：在數據鏈路層出現差錯

32、的概率不大時，使用比較簡單的 PPP 協議較為合理。在因特網環境下，PPP 的信息字段放入的數據是 IP 數據報。數據鏈路層的可靠傳輸并不能夠保證網絡層的傳輸也是可靠的。幀檢驗序列 FCS 字段可保證無差錯接受。 網絡控制協議(Network Control Protocol) NCP：PPP 協議的工作狀態:當用戶撥號接入 ISP 時，路由器的調制解調器對撥號做出確認，并建立一條物理連接。PC 機向路由器發送一系列的 LCP 分組（封裝成多個 PPP 幀）。這些分組及其響應選擇一些 PPP 參數，和進行網絡層配置，NCP 給新接入的 PC機分配一個臨時的 IP 地址，使 PC 機成為因特網上

33、的一個主機。通信完畢時，NCP 釋放網絡層連接，收回原來分配出去的 IP 地址。接著，LCP 釋放數據鏈路層連接。最后釋放的是物理層的連接。LCP 局域網最主要的特點是：網絡為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數目均有限。 局域網具有如下的一些主要優點：具有廣播功能，從一個站點可很方便地訪問全網。局域網上的主機可共享連接在局域網上的各種硬件和軟件資源。 便于系統的擴展和逐漸地演變，各設備的位置可靈活調整和改變。提高了系統的可靠性、可用性和殘存性。數據鏈路層的兩個子層：為了使數據鏈路層能更好地適應多種局域網標準，802 委員會就將局域網的數據鏈路層拆成兩個子層：邏輯鏈路控制 LLC (Logica

34、l Link Control)子層媒體接入控制 MAC (Medium Access Control)子層。DIX Ethernet V2 是世界上第一個局域網產品（以太網）的規約。IEEE 的 802.3 標準。DIX Ethernet V2 標準與 IEEE 的 802.3 標準只有很小的差別，因此可以將 802.3 局域網簡稱為“以太網”。嚴格說來，“以太網”應當是指符合 DIX Ethernet V2 標準的局域網 與接入到傳輸媒體有關的內容都放在 MAC子層，而 LLC 子層則與傳輸媒體無關，不管采用何種協議的局域網對 LLC 子層來說都是透明的 LLC不再有用，不考慮網絡接口板又稱

35、為通信適配器(adapter)或網絡接口卡 NIC (Network Interface Card)，或“網卡”。 適配器的重要功能：進行串行/并行轉換。對數據進行緩存。在計算機的操作系統安裝設備驅動程序。實現以太網協議。 最初的以太網是將許多計算機都連接到一根總線上。當初認為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上沒有有源器件。 總線上的每一個工作的計算機都能檢測到 B 發送的數據信號。 由于只有計算機 D 的地址與數據幀首部寫入的地址一致，因此只有 D 才接收這個數據幀。 其他所有的計算機（A, C 和 E）都檢測到不是發送給它們的數據幀，因此就丟棄這個數據幀而不能夠收下來。具有廣播特性的總

36、線上實現了一對一的通信。為了通信的簡便以太網采取了兩種重要的措施：采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發送數據。 以太網對發送的數據幀不進行編號，也不要求對方發回確認。這樣做的理由是局域網信道的質量很好，因信道質量產生差錯的概率是很小的。 以太網提供的服務 以太網提供的服務是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。當目的站收到有差錯的數據幀時就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯的糾正由高層來決定。如果高層發現丟失了一些數據而進行重傳，但以太網并不知道這是一個重傳的幀，而是當作一個新的數據幀來發送。 “多點接入”表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上?！拜d波監聽”是指每一個站

37、在發送數據之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發送數據，如果有，則暫時不要發送數據，以免發生碰撞。 總線上并沒有什么“載波”。因此， “載波監聽”就是用電子技術檢測總線上有沒有其他計算機發送的數據信號。 “碰撞檢測”就是計算機邊發送數據邊檢測信道上的信號電壓大小。當幾個站同時在總線上發送數據時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在發送數據，表明產生了碰撞。所謂“碰撞”就是發生了沖突。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。每一個正在發送數據的站，一旦發現總線上出現了碰撞，就要立即停止發送，免得繼續浪費網絡資

38、源，然后等待一段隨機時間后再次發送。碰撞的結果是兩個幀都變得無用。重要特性：使用 CSMA/CD 協議的以太網不能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信（半雙工通信）。每個站在發送數據之后的一小段時間內，存在著遭遇碰撞的可能性。 這種發送的不確定性使整個以太網的平均通信量遠小于以太網的最高數據率。CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection爭用期：最先發送數據幀的站，在發送數據幀后至多經過時間 2t（兩倍的端到端往返時延）就可知道發送的數據幀是否遭受了碰撞。以太網的端到端往返時延 2t稱為爭用期，或碰撞窗口。經

39、過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發送不會發生碰撞。以太網 51.2微秒二進制指數類型退避算法 略以太網規定了最短有效幀長為 64 字節，凡長度小于 64 字節的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。強化碰撞當發送數據的站一旦發現發生了碰撞時：立即停止發送數據；再繼續發送若干比特的人為干擾信號(jamming signal)，以便讓所有用戶都知道現在已經發生了碰撞。 傳統以太網最初是使用粗同軸電纜，后來演進到使用比較便宜的細同軸電纜，最后發展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。這種以太網采用星形拓撲，在星形的中心則增加了一種可靠性非常高的設備，叫做集線器(hub) 不用電纜而使用無屏蔽雙絞線

40、。每個站需要用兩對雙絞線，分別用于發送和接收。集線器使用了大規模集成電路芯片，因此這樣的硬件設備的可靠性已大大提高了。 10BASE-T 的通信距離稍短，每個站到集線器的距離不超過 100 m。這種 10 Mb/s 速率的無屏蔽雙絞線星形網的出現，既降低了成本，又提高了可靠性。 10BASE-T 雙絞線以太網的出現，是局域網發展史上的一個非常重要的里程碑，它為以太網在局域網中的統治地位奠定了牢固的基礎。 集線器的一些特點：集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統仍然像一個傳統的以太網那樣運行。 使用集線器的以太網在邏輯上仍是一個總線網，各工作站使用的還是 CSMA/CD 協議，

41、并共享邏輯上的總線。 集線器很像一個多接口的轉發器，工作在物理層。 以太網的信道利用率以太網的信道被占用的情況：爭用期長度為 2滔，即端到端傳播時延的兩倍。檢測到碰撞后不發送干擾信號。幀長為 L (bit)，數據發送速率為 C (b/s)，因而幀的發送時間為 L/C = T0 (s)。 參數a 見書本對以太網參數的要求：當數據率一定時，以太網的連線的長度受到限制，否則 t 的數值會太大。以太網的幀長不能太短，否則 T0 的值會太小，使 a 值太大信道利用率的最大值 Smax 詳見書本在局域網中，硬件地址又稱為物理地址，或 MAC 地址。 802 標準所說的“地址”嚴格地講應當是每一個站的“名字

42、”或標識符。 但鑒于大家都早已習慣了將這種 48 位的“名字”稱為“地址”，所以本書也采用這種習慣用法，盡管這種說法并不太嚴格。IEEE 的注冊管理機構 RA 負責向廠家分配地址字段的前三個字節(即高位 24 位)。地址字段中的后三個字節(即低位 24 位)由廠家自行指派，稱為擴展標識符，必須保證生產出的適配器沒有重復地址。一個地址塊可以生成224個不同的地址。這種 48 位地址稱為 MAC-48，它的通用名稱是EUI-48?！癕AC地址”實際上就是適配器地址或適配器標識符EUI-48。適配器從網絡上每收到一個 MAC 幀就首先用硬件檢查 MAC 幀中的 MAC 地址.如果是發往本站的幀則收下

43、，然后再進行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理?！鞍l往本站的幀”包括以下三種幀： 單播(unicast)幀（一對一），廣播(broadcast)幀（一對全體），多播(multicast)幀（一對多）常用的以太網MAC幀格式有兩種標準 ：DIX Ethernet V2 標準，IEEE 的 802.3 標準最常用的 MAC 幀是以太網 V2 的格式。以太網的 MAC 幀格式 見書本類型字段用來標志上一層使用的是什么協議，以便把收到的 MAC 幀的數據上交給上一層的這個協議。 數據字段的正式名稱是 MAC 客戶數據字段最小長度 64 字節-18 字節的首部和尾部 = 數據字段的最小長度

44、當數據字段的長度小于 46 字節時，應在數據字段的后面加入整數字節的填充字段，以保證以太網的 MAC 幀長不小于 64 字節。為了達到比特同步，在傳輸媒體上實際傳送的要比 MAC 幀還多 8 個字節,在幀的前面插入的 8 字節中的第一個字段共 7 個字節，是前同步碼，用來迅速實現 MAC 幀的比特同步。第二個字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC 幀。無效的 MAC 幀:數據字段的長度與長度字段的值不一致；幀的長度不是整數個字節；用收到的幀檢驗序列 FCS 查出有差錯；數據字段的長度不在 46 1500 字節之間。有效的 MAC 幀長度為 64 1518 字節之間。對于檢查出的無效 MA

45、C 幀就簡單地丟棄。以太網不負責重傳丟棄的幀。 用集線器擴展局域網 :優點使原來屬于不同碰撞域的局域網上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。擴大了局域網覆蓋的地理范圍。缺點碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的數據率，那么就不能用集線器將它們互連起來。在數據鏈路層擴展局域網:在數據鏈路層擴展局域網是使用網橋。網橋工作在數據鏈路層，它根據 MAC 幀的目的地址對收到的幀進行轉發。網橋具有過濾幀的功能。當網橋收到一個幀時，并不是向所有的接口轉發此幀，而是先檢查此幀的目的 MAC 地址，然后再確定將該幀轉發到哪一個接口 網橋的好處:過濾通信量。 擴大了物理范圍。提高了可靠性。可互

46、連不同物理層、不同 MAC 子層和不同速率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太網）的局域網網橋帶來的缺點 ：存儲轉發增加了時延。 在MAC 子層并沒有流量控制功能。 具有不同 MAC 子層的網段橋接在一起時時延更大。網橋只適合于用戶數不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產生網絡擁塞。這就是所謂的廣播風暴。 網橋和集線器（或轉發器）不同：集線器在轉發幀時，不對傳輸媒體進行檢測。網橋在轉發幀之前必須執行 CSMA/CD 算法。若在發送過程中出現碰撞，就必須停止發送和進行退避。透明網橋：目前使用得最多的網橋是透明網橋(transparent br

47、idge)。 “透明”是指局域網上的站點并不知道所發送的幀將經過哪幾個網橋，因為網橋對各站來說是看不見的。 透明網橋是一種即插即用設備，其標準是 IEEE 802.1D。網橋在轉發表中登記以下三個信息：在網橋的轉發表中寫入的信息除了地址和接口外，還有幀進入該網橋的時間。這是因為以太網的拓撲可能經常會發生變化，站點也可能會更換適配器（這就改變了站點的地址）。另外，以太網上的工作站并非總是接通電源的。把每個幀到達網橋的時間登記下來，就可以在轉發表中只保留網絡拓撲的最新狀態信息。這樣就使得網橋中的轉發表能反映當前網絡的最新拓撲狀態。 網橋的自學習和轉發幀的步驟歸納：網橋收到一幀后先進行自學習。查找轉

48、發表中與收到幀的源地址有無相匹配的項目。如沒有，就在轉發表中增加一個項目（源地址、進入的接口和時間）。如有，則把原有的項目進行更新。轉發幀。查找轉發表中與收到幀的目的地址有無相匹配的項目。如沒有，則通過所有其他接口（但進入網橋的接口除外）按進行轉發。如有，則按轉發表中給出的接口進行轉發。若轉發表中給出的接口就是該幀進入網橋的接口，則應丟棄這個幀（因為這時不需要經過網橋進行轉發）。生成樹：互連在一起的網橋在進行彼此通信后，就能找出原來的網絡拓撲的一個子集。在這個子集里，整個連通的網絡中不存在回路，即在任何兩個站之間只有一條路徑。 為了避免產生轉發的幀在網絡中不斷地兜圈子。為了得出能夠反映網絡拓撲

49、發生變化時的生成樹，在生成樹上的根網橋每隔一段時間還要對生成樹的拓撲進行更新。源路由網橋：透明網橋容易安裝，但網絡資源的利用不充分。源路由(source route)網橋在發送幀時將詳細的路由信息放在幀的首部中。源站以廣播方式向欲通信的目的站發送一個發現幀，每個發現幀都記錄所經過的路由。發現幀到達目的站時就沿各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳路由。凡從該源站向該目的站發送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。多接口網橋以太網交換機1990 年問世的交換式集線器(switching hub)，可明顯地提高局域網的性能。交換式集線器常稱為以太網交換

50、機(switch)或第二層交換機（表明此交換機工作在數據鏈路層）。以太網交換機通常都有十幾個接口。因此，以太網交換機實質上就是一個多接口的網橋，可見交換機工作在數據鏈路層。以太網交換機的特點：以太網交換機的每個接口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。交換機能同時連通許多對的接口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無碰撞地傳輸數據。 以太網交換機由于使用了專用的交換結構芯片，其交換速率就較高。 獨占傳輸媒體的帶寬：對于普通 10 Mb/s 的共享式以太網，若共有 N 個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10 Mb/s)的 N 分之一。使用以太網交換機時，雖然在每

51、個接口到主機的帶寬還是 10 Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨占而不是和其他網絡用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有 N 對接口的交換機的總容量為 N´10 Mb/s。這正是交換機的最大優點。利用以太網交換機可以很方便地實現虛擬局域網 ：虛擬局域網 VLAN 是由一些局域網網段構成的與物理位置無關的邏輯組。這些網段具有某些共同的需求。每一個 VLAN 的幀都有一個明確的標識符，指明發送這個幀的工作站是屬于哪一個 VLAN。虛擬局域網其實只是局域網給用戶提供的一種服務，而并不是一種新型局域網。高速以太網：速率達到或超過 100 Mb/s 的以太網稱為高速以太網。在雙絞線上傳送 10

52、0 Mb/s 基帶信號的星型拓撲以太網，仍使用 IEEE 802.3 的CSMA/CD 協議。100BASE-T 以太網又稱為快速以太網(Fast Ethernet)。全雙工方式即通信雙方可同時進行發送和接收數據第四章誰來可靠交付？思路一：面向連接的通信方式 建立虛電路(Virtual Circuit)，以保證雙方通信所需的一切網絡資源。 如果再使用可靠傳輸的網絡協議，就可使所發送的分組無差錯按序到達終點。虛電路表示這只是一條邏輯上的連接，分組都沿著這條邏輯連接按照存儲轉發方式傳送，而并不是真正建立了一條物理連接。請注意，電路交換的電話通信是先建立了一條真正的連接。因此分組交換的虛連接和電路交

53、換的連接只是類似，但并不完全一樣。因特網采用的設計思路:網絡層向上只提供簡單靈活的、無連接的、盡最大努力交付的數據報服務。網絡在發送分組時不需要先建立連接。每一個分組（即 IP 數據報）獨立發送，與其前后的分組無關（不進行編號）。網絡層不提供服務質量的承諾。即所傳送的分組可能出錯、丟失、重復和失序（不按序到達終點），當然也不保證分組傳送的時限。盡最大努力交付的好處:由于傳輸網絡不提供端到端的可靠傳輸服務，這就使網絡中的路由器可以做得比較簡單，而且價格低廉（與電信網的交換機相比較）。如果主機（即端系統）中的進程之間的通信需要是可靠的，那么就由網絡的主機中的運輸層負責（包括差錯處理、流量控制等）。

54、采用這種設計思路的好處是：網絡的造價大大降低，運行方式靈活，能夠適應多種應用。因特網能夠發展到今日的規模，充分證明了當初采用這種設計思路的正確性。 網際協議 IP 是 TCP/IP 體系中兩個最主要的協議之一。與 IP 協議配套使用的還有四個協議：地址解析協議 ARP (Address Resolution Protocol)逆地址解析協議 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)網際控制報文協議 ICMP (Internet Control Message Protocol)網際組管理協議 IGMP(Internet Group Managemen

55、t Protocol)中間設備又稱為中間系統或中繼(relay)系統。物理層中繼系統：轉發器(repeater)。數據鏈路層中繼系統：網橋或橋接器(bridge)。網絡層中繼系統：路由器(router)。網橋和路由器的混合物：橋路器(brouter)。網絡層以上的中繼系統：網關(gateway)。當中繼系統是轉發器或網橋時，一般并不稱之為網絡互連，因為這僅僅是把一個網絡擴大了，而這仍然是一個網絡。 網關由于比較復雜，目前使用得較少。互聯網都是指用路由器進行互連的網絡。由于歷史的原因，許多有關 TCP/IP 的文獻將網絡層使用的路由器稱為網關。虛擬互連網絡的意義:所謂虛擬互連網絡也就是邏輯互連網絡，它的意思就是互連起來的各種物理網絡的異構性本來是客觀存在的，但是我們利用 IP 協議就可以使這些性能各異的網絡從用戶看起來好像是一個統一的網絡。使用 IP 協議的虛擬互連網絡可簡稱為 IP 網。使用虛擬互連網絡的好處是：當互聯網上的主機進行通信時，就好像在一個網絡上通信一樣，而看不見互連的各具體的網絡異構細節。IP 地址的一些重要特點:(1) IP 地址是一種分等級的地址結構。分兩個等級的好處是：第一，IP 地址管理機構在分配 IP 地址時只分配網絡號，而剩下的主機號則由得到該網絡號的單位自行分配。這樣就方便了 IP 地址的管理。第二，路由器僅根據目的主機所