計算機網絡提綱第一部分概述1緒論數據通信組成：五個組成部分 數據表示： 數據流：單工、半雙工、全雙工網絡 分布式處理 網絡準則：性能、可靠性、安全性 物理結構：物理拓撲結構：網狀、星型、總線、環狀、混合型 網絡模型：OSI、TCP/IP協議族網絡分類：局域網LAN、廣域網WAN、城域網WAN網絡互聯：因特網因特網 歷史簡介 因特網現狀：ISP因特網服務提 供商，不同層次協議和標準 協議：語法、語義、時序 標準標準化組織 標準創建委員會、管理機構、論壇、因特網標準2網絡模型任務分層 高層和底層之分OSI模型物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層OSI模型各層的功能 物理層：節點之間位流的傳遞（接口、介質的物理特性；位的表示即編碼；數據速率；位同步；線路配置；物理拓撲結構；傳輸方式） 數據鏈路層：節點之間幀的傳遞（成幀；物理尋址；流量控制；差錯控制；訪問控制） 網絡層：將分組從源地址傳遞到目的地址（邏輯尋址；路由選擇） 傳輸層： 進程到進程的傳遞（服務點尋址即端口地址；分段和組裝；連接控制；流量控制；差錯控制） 會話層： 對話的控制和同步 表示層： 翻譯、加密和壓縮數據 應用層： 負責向用戶提供服務TCP/IP協議族 網絡層：IP/ARP/RARP/ICMP/IGMP 傳輸層：UDP/TCP/SCTP 應用層覆蓋OSI中的會話層、表示層和應用層，三合一，定義許多標準協議尋址 物理地址 邏輯地址 端口地址（進程） 專用地址第二部分物理層和介質3數據和信號模擬與數字 模擬與數字信號對比周期模擬信號 振幅、頻率（周期）、相位、波長、時域和頻域、復合信號、帶寬（只說明范圍，不說明連續與否）模擬信號傅里葉分析>>帶寬有窮周期模擬信號>>離散有窮非周期模擬>>連續有窮數字信號數字信號是一種復合模擬信號 傅里葉分析>>帶寬無窮大 周期數字信號>>離散無窮頻譜非周期數字信號>>連續無窮頻譜比特率（每秒位）位長數字信號的傳輸 基帶傳輸 什么是低通通道？ 帶寬寬的低通通道 有限帶寬的低通通道 大致近似 更好近似 寬帶傳輸（調制） 什么是帶通通道？傳輸減損 衰減（分貝dB）、失真、噪聲（信噪比SNR）數據速率限制 無噪聲通道：奈奎kui斯特速率 噪聲通道：香農容量定理 使用兩種限制條件性能 帶寬 以赫茲衡量的帶寬 以每秒比特數衡量的帶寬（后方編碼方案中，講到用信號速率即波特率來衡量，為什么？） 兩者關系：成正比、模擬、數字吞吐量延遲：傳播、傳輸、排隊、處理帶寬與延遲的乘積抖動4數字傳輸數字到數字轉換 線路編碼數字數據>>數字信號 信號元素與數據元素 信號速率（波特率）和數據速率 （比特率） 基線偏移：直流成分 自同步：跳變內置差錯檢測抗噪聲和抗干擾能力復雜性線路編碼方案 單極編碼方案 NRZ 極性編碼方案 NRZ：NRZ-L/NRZ-I RZ 雙相編碼：曼徹斯特和差分曼徹斯特 雙極性（三電平） AMI/偽三元編碼 多電平（mBnL） L=2>>B;L=3>>T;L=4>>Q 2B1Q 8B6T 4D-PAM5 多跳變 MLT-3塊編碼 增加冗余m變成n（m<n） mB/nB有斜線區分“多電平” 4B/5B 8B/10B擾動 B8ZS：8個連續的0替換電平組合000VB0VB HDB3:4個連續的0替換成000V或B00V模擬到數字的轉換 脈沖碼調制（PCM） 采樣（奈奎斯特速率）、量化、編碼 Delta調制（DM）傳輸模式 并行、串行（異步、同步）5模擬傳輸數字到模擬轉換 一些問題 數據元素和信號元素、比特率和波特率、帶寬、載波信號 幅移鍵控ASK:BASK 頻移鍵控FSK:BFSK/MFSK 相移鍵控PSK:BPSK(2)/QPSK(4) 正交調幅QAM：星座圖 ASK+PSK模擬信號調制（模擬到模擬） 調幅AM AM帶寬=2B AM無線電的標準帶寬分配 調頻FM FM帶寬=2(1+belta)B FM無線電的標準帶寬分配調相PM PM帶寬=2(1+belta)B6帶寬利用復用提高信號傳輸的效率 頻分復用FDM 波分復用WDM 同步時分復用synchronousTDM 時隙、幀 交替 空時隙 數據速率管理 多級復用（倍數關系） 多時隙分配（倍數關系） 脈沖填充 幀同步：幀指示位 數字信號服務：數字層次結構、DS-1234 T線路、E線路 統計時分復用statisticalTDM 尋址、時隙大小、帶寬擴頻提高信號傳輸的保密性和抗干擾性 跳頻擴頻（FHSS） 偽隨機噪聲 帶寬共享直接序列擴頻（DSSS）7傳輸介質有向介質 雙絞線 非屏蔽（UTP）、屏蔽（STP）、分類（常見五類線）、連接器（RJ-45水晶頭）、性能（帶寬比同軸電纜低，但衰減慢于） 同軸電纜 同軸電纜標準：RG 同軸電纜連接器：BNC 性能 光纜 傳播模式 多模：階躍折射率、漸進折射率 單模 光纜組成、連接器無線通道地表、天空、視線傳播 無線電波：地表、天空 微波：視線、單向天線、拋物線碟形天線、喇叭天線 紅外波：視線8交換電路交換網 物理層 連接、可靠的（連接>>一傳到底>>拆除） 效率最低、延遲最小 傳統電話網的物理層分組交換網 數據報網 獨立處理每個分組 “分組”被稱為數據報網絡層 無連接、不可靠的（多路徑自由跑） 效率最高、延遲最長 用于因特網的網絡層 虛電路網 數據鏈路層 連接、可靠的（連接>>規定路徑卻逐個傳遞>>拆除） 效率、延遲居中用于廣域網的數據鏈路層交換機結構 電路交換機 空分交換機 縱橫制、多級交換機 時分交換機 時隙互換 兩者結合分組交換機 輸入端口、輸出端口、路由處理器（路由表查詢）、交換結構（縱橫、Banyan、Batcher-banyan）9使用電話網和有線電視網進行數據傳輸電話網絡 主要組成 LATA本地接入和傳送區域 信令數據傳輸網絡與信令網絡分離，帶寬分離 7號信令系統（SS7） 物理層：MTP1 數據鏈路層：MTP2 網絡層：MTP3 傳輸層：SCCP 高層：TUP、TCAP、ISUP 電話網絡提供的服務 模擬業務 模擬交換業務、租用 數字業務電話調制解調器 調制解調器標準數字用戶線路（DSL）技術>>本地回路上支持數字通信，一組技術包括ADSL/VDSL/HDSL/SDSL ADSL：非對稱數字用戶線路 ADSLLite HDSL：高速數字用戶線路 SDSL：對稱數字用戶線路 768kbps VDSL：甚高速數字用戶線路有線電視網 傳統有線網絡 光纖同軸電纜混合（HFC）網絡有線電視網用作數據傳輸 帶寬共享CM與CMTS數據傳輸方案：DOCSIS第三部分數據鏈路層10檢錯與糾錯引言 差錯的類型 單個位差錯、突發性差錯 冗余 檢錯和糾錯前向糾錯和重傳編碼模運算塊編碼>>碼字、數據字 差錯檢測糾錯漢明距離最小漢明距離 三個參數、檢錯的最小距離、糾錯的最小距離線性塊編碼 線性塊編碼的最小距離 一些線性塊編碼 簡單奇偶校驗碼 兩維奇偶校驗 漢明編碼 性能循環編碼 循環冗余校驗 CRC、編碼器、譯碼器、除數（1011） 硬件實現多項式循環編碼分析循環編碼的優點校驗和 概念 反碼 因特網中的校驗和 性能11數據鏈路控制成幀 固定長度成幀 可變長度成幀 面向字符協議 ESC換義字符 面向位協議流量控制和差錯控制 流量控制：緩沖區 差錯控制：ARQ自動重復請求協議 確認幀>>ACK 否定確認幀>>NAK 數據雙相流動：捎帶無噪聲通道 最簡單的協議 >>WaitForEvent(); GetData(); MakeFrame(); SendFrame(); 停止等待協議 增加ACK確認 用canSend=true/false調節有噪聲通道 停止等待自動重復請求 序列號：0、1 確認號：期待接受的下一幀 增加定時器 StartTimer() 效率 流水線操作（此為非） 回退N幀自動重發請求 序列號：模2^m 滑動窗口 發送滑動窗口 接收滑動窗口 定時器 確認 重發幀 發送窗口大小<2^m maxsize=2^m-1 接收窗口大小=1 停止等待ARQ是一種窗口大小為1的特殊的回退N幀ARQ協議選擇性重復ARQ 發送窗口大小 maxsize=2^(m-1) 接收窗口大小=發送捎帶技術高級數據鏈路控制>>HDLC，面向位的點到點和多點鏈路進行通信的協議，實現前方的ARQ機制 配置和傳輸方式 正常響應方式 異步平衡方式 幀 信息幀 管理幀 無編號幀 控制字段點到點協議>>點到點最通用的還是PPP協議面向字節 成幀 傳輸階段 多路復用 鏈路控制協議LCP 鑒別協議AP 口令鑒別協議PAP 查詢握手鑒別協議CHAP 網絡控制協議NCP互聯網絡協議控制協議IPCP其他協議來自網絡層數據 多鏈路PPP12多路訪問隨機訪問 純ALOHA 二進制指數回退? 脆弱時間時隙ALOHA 吞吐量 載波偵聽多路訪問CSMA 脆弱時間 持續方法 1-持續方法 非持續 p-持續帶沖突檢測的偵聽多路訪問CSMA/CD 幀的最小長度 能量級別 吞吐量 有線網絡>>檢測帶沖突避免的偵聽多路訪問CSMA/CA 幀間間隔（IFS） 競爭窗口 確認 無線網絡>>能量級別弱>>檢測不到>>避免 CSMA/CA和無線網路受控訪問 預約 輪詢 主站、從站 選擇、輪詢 令牌傳遞 訪問通道的權限>>令牌 邏輯環通道化>>對比“帶寬復用”FDM/TDM/WDM物理層 頻分多路訪問（FDMA） 時分多路訪問（TDMA） 碼分多路復用（CDMA） 正交函數集13有線局域網：以太網IEEE標準 邏輯鏈路控制層LLC 10檢錯與糾錯 >>11邏輯鏈路控制 介質訪問控制層MAC 12多路訪問 （定義了訪問方法） 物理層標準以太網802.3 MAC子層 訪問方法：1-持續CSMA/CD 成幀、幀的格式（前導符） 物理層 編碼和解碼 介質標準的變化 橋接以太網 提高帶寬、分隔沖突域 交換式以太網 全雙工以太網快速以太網802.3u MAC子層半雙工使用CSMA/CD 全雙工也保留（實際不用，便于兼容） 增加“自動協商” 物理層千兆以太網802.3z MAC子層 半雙工使用CSMA/CD 全雙工不使用10千兆以太網802.3ae MAC子層 只有全雙工>>介質、電線數量、最大長度、線路編碼、塊編碼14無線局域網IEEE802.11無線局域網 體系結構 基本服務集BBS 不帶AP的BBS >>特別網絡 帶AP的BBS >>基礎設備網絡 拓展服務集ESS 兩個或多個帶AP的BBS相連 通過分布式系統 站點類型 不遷移 BBS遷移、ESS遷移 MAC層 分布式協調功能DCF 訪問方式：CDMA/CA CDMA/CA>>處理流程圖 幀交換時隙 分布式幀間時隙DIFS 短幀間時隙SIFS 網絡分配矢量 握手時的沖突 點協調功能PCF 集中式、無競爭的輪詢 優先級PCF>DCF 分段、幀格式 尋址機制 四種情況 隱藏/暴露站點問題 物理層 802.11、802.11a、802.11b、802.11g藍牙 體系結構 微微網絡 7從1主1休眠 散射網絡 藍牙設備 藍牙層 無線電層 頻帶、FHSS、調制GFSK 基帶層 時分雙工TDMA 單一從設備通信 物理鏈路 SCO鏈路（同步面向連接鏈路） ACL鏈路（異步無連接鏈路） 幀格式邏輯鏈路控制和自適應協議L2CAP 多路復用 分段和重組QoS服務質量組管理15連接局域網、主干網和虛擬局域網連接設備>>五類連接設備與OSI層次的關系網關>路由或三層架換機>網橋或兩層交換機>中繼器或集線器>無源集線器 無源集線器（物理層以下） 中繼器（只物理層）再生器，不是放大器，逐位地以原始信號強度生成一個拷貝 有源集線器（只物理層） 網橋（物理、數據鏈路） 過濾！ 透明網橋轉發、學習、循環問題 生成樹 源路由網橋 用網橋連接不同的局域網 兩層交換機（物理、數據鏈路） 路由器（前三） 三層交換機（前三） 網關（因特網模型的全五）主干網 總線型主干網 星型主干網 連接遠程LAN虛擬局域網軟件劃分的邏輯LAN，非物理的網段16無線WAN：移動電話和衛星網絡移動電話>>信元cell、基站BS、移動交換中心MSC 頻率復用原理（蜂巢模型） 傳輸 接收：硬軟切換、尋呼 漫游 第一代 AMPS 第二代 D-AMPS(IS-136) GSM IS-95 第三代衛星網絡 軌道、覆蓋區域 人造衛星（GEO/LEO/MEO） 衛星通信頻段 GEO MEO：GPS(24顆) LEO：銥星系統、全球星系統 Teledesic第一個寬帶LEO17廣域網SONET/SDH>>SONET（同步光纖網路）由ANSI定義>>SDH（同步數字體系）由ITU-T定義>>基于光纖傳輸定義的標準體系結構 信號 SONET>>同步傳輸信號STS SDH>>同步傳輸模塊STM SONET設備 STS多路復用器/分離器 再生器 分插復用器 終端 連接 段、線路、路徑SONET層 路徑層、線路層、段層、光子層SONET幀>>二維矩陣 幀、字節和位傳輸 STS-1幀格式 開銷總結 封裝STS多路復用 字節交替 重組信號 分插復用器SONET網絡 線狀：點到點、多點 APS自動保護交換 環狀：UPSR、BLSR 網狀虛擬支路VT18虛電路網絡：幀中繼和ATM幀中繼>>虛電路廣域網，突發性數據結構 虛電路 VCI虛通道標識符 VPI虛路徑標識符 幀中繼中的VCI>>數據鏈路連接標識符DLCI 永久虛電路PVC 交換虛電路SVC 交換機 幀中繼層 物理層、數據鏈路層 擴展地址 FRAD VOFR LMI 擁塞控制和服務質量ATM>>異步傳輸模式，信元中繼協議 設計目標 問題 幀網絡 混合網絡通信 信元網絡 異步TDM 結構虛連接、標識符、信元、連接建立與釋放 交換 ATM層 物理層：SONER或其他 ATM層 AAL：1、2、3/4、5 擁塞控制和服務質量ATM局域網 ATM局域網體系結構 純ATM體系結構 繼承ATM局域網 混合結構 局域網仿真（LANE） 客戶/服務器模型 具有客戶/服務器的混合體系結構第四部分網絡層19邏輯尋址IPv4地址 地址空間2^32、4字節=32位 標記法 二進制標記、點分十進制 分類尋址 classA:0(128) classB:10(64) classC:110(32) classD:1110(16) classE”1111(16) 地址類與地址塊 網絡號與主機號 掩碼 子網化、超網化 地址耗盡 無類尋址 地址塊、限制條件 掩碼 網絡地址 層次結構 二級層次結構：沒有子網 網絡號+主機號 前綴后綴 三級層級結構：子網化 多級層級結構 地址分配 網絡地址轉換（NAT） >>“小馬甲”您好吖 地址轉換 轉換表 使用一個IP地址 運用IP地址池 同時運用IP地址和端口號 NAT和ISPIPv6地址 結構 16字節=128位 十六進制冒號>>簡略表示 地址空間2^128單播、多播、廣播、任播地址、保留、未指明、本地地址20IP協議網際互聯 網絡層需求 分段、重組 作為數據報網絡的因特網 網絡層>>數據報分組交換 作為無連接網絡的因特網 面向連接的服務例如幀中繼、ATM的虛電路分組交換 無連接的服務 目的>>異構網絡IPv4>>不可靠、無連接、數據報協議——盡力傳輸 數據報 頭部20~60字節 數據報格式 分段 最大傳輸單元（MTU） 與分段相關的字段“分段偏移”是指除去頭部的數據部分的偏移量 頭部的復制和改變 校驗和 選項IPv6 優點 分組格式 擴展頭部 分段全部由源端完成IPv4到IPv6的過渡 雙協議棧、隧道技術、頭部轉換21地址映射、差錯報告和多播地址映射>>靜態/動態映射ARP>>邏輯地址物理地址 高速緩存器 分組格式（查詢、響應分組）封裝操作 四種不同的情況 代理ARPRARP、BOOTP、DHCP>>物理地址邏輯地址 RARP反向地址解析協議 BOOTP引導程序協議 DHCP動態配置協議ICMP>>因特網控制報文協議報文類型 差錯報告、查詢報文報文格式差錯報告目的端不可達、源端抑制、時間超時、參數問題、重定向查詢回送請求和回答（ping）、時間戳請求和回答、地址掩碼請求和回答、路由器詢問和通告調試工具Ping、TracerouteIGMP>>因特網組管理協議 組管理 IGMP報文報文格式 操作 封裝 Netstat應用程序ICMPv6 和ICMPv4對比 取消源端抑制，增加分組太大22傳遞、轉發和路由選擇傳遞 直接/間接傳遞轉發 轉發技術 轉發過程 地址聚合 最長掩碼匹配路由器的連接方式不影響地址聚合的思想 分層路由選擇 地址路由選擇 路由表 靜態、動態、格式單播路由選擇協議 優化原則 域內部和域間路由選擇 域內自治、域間統一 域內：RIP、OSPF 域間：BGP路由選擇信息協議RIP>>距離向量協議，度數衡量表 距離向量 距離最小 兩節點不穩定解決：定義無窮大16、分割范圍與毒性逆轉 三節點穩定不保障 RIP 16定義為無窮大開放最短路徑有限OSPF>>鏈路狀態協議邊際網關協議BCP>>路徑向量協議，節點可達性表多播路由選擇協議 單播、多播與廣播 單播 多播 廣播 多播與多個單播 用單播仿真多播 應用分布式數據庫、信息發布、新聞傳播、電話會議、遠程學習 多播路由選擇 優化路由選擇：最短路徑樹 基于源樹、組共享樹 多播路由選擇協議 基于源樹MOSPFDVMRPPIM-DM 組共享樹 CBT基于核的樹協議 PIM-SM第五部分傳