計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)期末總復(fù)習(xí).ppt

題型及分值分布,一、選擇題（20分，單選多選都有，但多選不會(huì)超過(guò)3個(gè)） 二、填空題（10分） 三、名詞解釋（15分） 四、判斷改錯(cuò)題（16分） 五、簡(jiǎn)答（15分） 六、讀圖題（12分） 七、計(jì)算題（12分）,1.1 引 言,對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供的是一種透明的傳輸機(jī)構(gòu)，用戶在訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)共享資源時(shí)，可不必考慮這些資源所在的物理位置。為此，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常是以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的形式來(lái)提供網(wǎng)絡(luò)功能和透明性訪問(wèn)的。,電子郵件服務(wù)。它為用戶提供電子郵件(E-mail)的轉(zhuǎn)發(fā)和投遞功能。電子郵件是一種無(wú)紙化的電子信件，具有傳遞快捷、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，已成為一種現(xiàn)代化的個(gè)人通信手段。 發(fā)送電子郵件使用的協(xié)議SMTP。,信息發(fā)布服務(wù)。它為用戶提供公眾信息的發(fā)布和檢索功能。例如，時(shí)事新聞、天氣預(yù)報(bào)、股票行情、企業(yè)產(chǎn)品宣傳以及導(dǎo)游、導(dǎo)購(gòu)等公眾信息的發(fā)布與遠(yuǎn)程檢索。 Web服務(wù)使用的協(xié)議是HTTP，Web頁(yè)面使用的語(yǔ)言HTML。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按各個(gè)節(jié)點(diǎn)分布的地理范圍分類，可分成局域網(wǎng)(Local Area Network，LAN)和廣域網(wǎng)(Wide Area Network，WAN)，兩者的主要差別在于通信距離和傳輸速率。,1雙絞線 雙絞線(Twisted Pair Line)是一種最常用的傳輸介質(zhì)，由呈螺線排列的兩根絕緣導(dǎo)線組成，兩根導(dǎo)線相互扭絞在一起，可使線對(duì)之間的電磁干擾減至最小。一根雙絞線電纜由多個(gè)絞在一起的線對(duì)(如8條線組成4個(gè)線對(duì))組成。,雙絞線比較適合于短距離的信號(hào)傳輸，既可用于傳輸模擬信號(hào)，也可用于傳輸數(shù)字信號(hào)，信號(hào)傳輸速率取決于雙絞線的芯線材料、傳輸距離、驅(qū)動(dòng)器與接收器能力等諸多因素。通過(guò)適當(dāng)?shù)钠帘魏团でL(zhǎng)度處理后，可提高雙絞線的抗干擾性能，傳輸信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于扭曲長(zhǎng)度時(shí)，其抗干擾性最好。,雙絞線有多種類型，不同類型的雙絞線所提供的帶寬各不相同。在局域網(wǎng)中所使用的雙絞線有無(wú)屏蔽雙絞線(Unshielded Twisted Pair，UTP)和屏蔽雙絞線(Shielded Twisted Pair，STP)兩類。,各種電纜,銅線,銅線,聚氯乙烯 套層,聚氯乙烯 套層,屏蔽層,絕緣層,絕緣層,外導(dǎo)體屏蔽層,絕緣層,絕緣保護(hù)套層,內(nèi)導(dǎo)體,無(wú)屏蔽雙絞線 UTP,屏蔽雙絞線 STP,同軸電纜,2同軸電纜 同軸電纜(Coaxial Cable)是局域網(wǎng)中應(yīng)用較為廣泛的一種傳輸介質(zhì)。它由內(nèi)、外兩個(gè)導(dǎo)體組成，內(nèi)導(dǎo)體是單股或多股線，呈圓柱形的外導(dǎo)體通常由編織線組成并圍裹著內(nèi)導(dǎo)體，內(nèi)、外導(dǎo)體之間使用等間距的固體絕緣材料來(lái)分隔，外導(dǎo)體用塑料外罩保護(hù)起來(lái)。,3光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維(Fiber)是一種傳送光信號(hào)的介質(zhì)，它的內(nèi)層是具有較高光波折射率的光導(dǎo)玻璃纖維，外層包裹著一層折射率較低的材料，利用光波的全反射原理來(lái)傳送編碼后的光信號(hào)。根據(jù)光波的傳輸模式，光纖主要分為兩種：多模光纖和單模光纖。,多模光纖與單模光纖,多模光纖,光纖是一種不易受電磁干擾和噪聲影響的傳輸介質(zhì)，具有傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好等特點(diǎn)，特別適合用來(lái)構(gòu)造高速遠(yuǎn)程網(wǎng)或廣域網(wǎng)。 由于光纖的銜接、分岔比較困難，因此一般只適用于點(diǎn)到點(diǎn)或環(huán)形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 拓 撲 結(jié) 構(gòu),網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間互連的幾何構(gòu)形，即指各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間互相連接的方式。常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星形、環(huán)形、總線形等三種。任何一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都規(guī)定了它們各自的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)之間的相互連接，可以將不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)組合起來(lái)，組成一個(gè)集多種結(jié)構(gòu)為一體的互連網(wǎng)絡(luò)。,圖1.1 常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) (a) 星形結(jié)構(gòu)；(b) 環(huán)形結(jié)構(gòu)；(c) 總線形結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼 常用的數(shù)字信號(hào)編碼有不歸零(Non Return to Zero，NRZ)碼、差分不歸零(Differential Non Return to Zero，DNRZ)碼、曼徹斯特(Manchester)碼及差分曼徹斯特(Differential Manchester)碼等。,3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼 在數(shù)字化的電話交換和傳輸系統(tǒng)中，需要將模擬的話音數(shù)據(jù)編碼成數(shù)字信號(hào)后再進(jìn)行傳輸。這里常用的編碼技術(shù)是脈沖編碼調(diào)制(Pulse Code Modulation，PCM)技術(shù)。PCM是以采樣定理為基礎(chǔ)的。,圖1.4 PCM原理框圖,多路復(fù)用技術(shù) 1FDM FDM的基本前提是：傳輸介質(zhì)的可用帶寬要大于多路給定信號(hào)所需帶寬的總和。如果將這幾路信號(hào)中的每路信號(hào)以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，則這些信號(hào)就可同時(shí)在單一介質(zhì)上傳輸。為了保證各路信號(hào)帶寬不相互重疊，各路載波頻率之間應(yīng)當(dāng)留有一定的保護(hù)間隔。,圖1.5 多路復(fù)用 (a) FDM；(b) TDM,圖1.5 多路復(fù)用 (a) FDM；(b) TDM,TDM又分為同步TDM和異步TDM。在同步TDM中，每個(gè)時(shí)間片是預(yù)先分配好的，并且是固定不變的，如果某個(gè)時(shí)間片所對(duì)應(yīng)的輸入端無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，則該時(shí)間片便空閑不用，又因?yàn)閭鬏斀橘|(zhì)的傳輸帶寬不能低于各個(gè)輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率之和，所以必然造成信道容量的浪費(fèi)。圖1.5(b)所示的TDM是一種同步TDM。,1.4.4 通信操作模式 根據(jù)傳輸方向與時(shí)間特性，數(shù)據(jù)通信可以分為三種通信操作模式：?jiǎn)喂?Simplex)、半雙工(Half-duplex)和全雙工(Full-duplex)。,圖1.6 通信操作模式 (a) 單工操作模式；(b) 半雙工操作模式；(c) 全雙工操作模式,面向位流的同步傳輸 在面向位流的同步傳輸中，每個(gè)數(shù)據(jù)塊的頭部和尾部用一個(gè)特殊的比特序列(如 01111110)來(lái)標(biāo)記數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束。數(shù)據(jù)塊將作為位流來(lái)處理，而不是作為字符流來(lái)處理。為了避免在數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)標(biāo)記塊開(kāi)始和結(jié)束的特殊位模式，通常采用位插入的方法，即發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)流時(shí)，每當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)的五個(gè)1后便插入一個(gè)0。接收端在接收數(shù)據(jù)流時(shí)，如果檢測(cè)到連續(xù)五個(gè)1的序列，就要檢查其后的一位數(shù)據(jù)，若該位是0，則刪除它；若該位為1，則表示數(shù)據(jù)塊的結(jié)束，轉(zhuǎn)入結(jié)束處理。典型的面向位流的同步通信規(guī)程是高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)規(guī)程和同步數(shù)據(jù)鏈路控制(SDLC)規(guī)程。,糾正錯(cuò)誤的方法有兩種：一種是反饋重發(fā)糾錯(cuò)法，即接收端將傳輸是否正確的信息作為應(yīng)答反饋給發(fā)送端，對(duì)于傳輸有誤的數(shù)據(jù)，發(fā)送端要重新傳送，直至傳送正確為止，這樣就糾正了錯(cuò)誤；另一種是前向糾錯(cuò)(FEC)法，即接收端發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，不是通過(guò)發(fā)送端的重傳來(lái)糾正，而是由接收端通過(guò)糾錯(cuò)碼和適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行糾正。由于這種糾錯(cuò)方法比較復(fù)雜，所需的冗余碼元較多，實(shí)現(xiàn)比較困難，故很少使用。目前，絕大多數(shù)的通信系統(tǒng)都采用反饋重發(fā)糾錯(cuò)法來(lái)糾正差錯(cuò)。,1.5 數(shù)據(jù)交換技術(shù),在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，主要使用三種數(shù)據(jù)交換技術(shù)：電路交換、報(bào)文交換和分組交換(虛電路交換和數(shù)據(jù)報(bào)交換)。,圖1.8 數(shù)據(jù)交換方式 (a) 電路交換；(b) 報(bào)文交換；(c) 虛電路交換；(d) 數(shù)據(jù)報(bào)交換,圖1.8 數(shù)據(jù)交換方式 (a) 電路交換；(b) 報(bào)文交換；(c) 虛電路交換；(d) 數(shù)據(jù)報(bào)交換,1.5.1 電路交換 1) 電路建立階段 2) 數(shù)據(jù)傳輸階段 3) 電路拆除階段,1.5.2 報(bào)文交換 報(bào)文交換(Message Switching)是一種完全不同于電路交換的通信方法。在網(wǎng)絡(luò)中，報(bào)文從一個(gè)節(jié)點(diǎn)被傳送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，必須接收整個(gè)報(bào)文并暫時(shí)存儲(chǔ)，然后根據(jù)目的端地址選擇適當(dāng)?shù)穆酚稍侔l(fā)送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這種方式也稱為存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)(Store and Forward)報(bào)文方式。,1.5.3 分組交換 數(shù)據(jù)報(bào)(Datagram)交換與報(bào)文交換相類似，在數(shù)據(jù)傳輸前不需要預(yù)先建立連接，當(dāng)發(fā)送端有一個(gè)較長(zhǎng)的報(bào)文要發(fā)送時(shí)，首先將報(bào)文分解成若干個(gè)較小的數(shù)據(jù)單元，每個(gè)數(shù)據(jù)單元都要附加一個(gè)分組頭并封裝成分組(或稱數(shù)據(jù)報(bào))，然后將各個(gè)分組發(fā)送出去。每個(gè)分組都被獨(dú)立地傳輸，中間節(jié)點(diǎn)可能為每個(gè)分組選擇不同的路由，這些分組到達(dá)目的端的順序可能與發(fā)送的順序不同，因此目的端必須重新排序分組，將其組裝成一個(gè)完整的原始報(bào)文。,1.5.4 數(shù)據(jù)交換技術(shù)小結(jié) (1) 電路交換。在數(shù)據(jù)傳送開(kāi)始前必須建立一條端到端的物理連接，這種物理連接需要獨(dú)占電路資源，在釋放連接前只能由兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)所使用。因此，電路利用率低，通信費(fèi)用高。 (2) 報(bào)文交換。數(shù)據(jù)傳輸采用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)方式，不需要建立連接，在傳送報(bào)文時(shí)，可以共享線路資源。中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文中的目的端地址選擇適當(dāng)路由來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。在轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文過(guò)程中，產(chǎn)生較大的網(wǎng)絡(luò)延遲，引起網(wǎng)絡(luò)性能的下降。因此， 報(bào)文交換不能滿足實(shí)時(shí)通信和交互式通信的要求。,(3) 分組交換。報(bào)文被分成若干分組進(jìn)行傳輸，并規(guī)定了最大分組長(zhǎng)度。在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，中間節(jié)點(diǎn)必須為每個(gè)分組選擇路由，目的端需要重新組裝報(bào)文；在虛電路方式中，中間節(jié)點(diǎn)只在建立虛電路時(shí)選擇一次路由，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)將沿著該路由轉(zhuǎn)發(fā)各個(gè)分組，而無(wú)需再為每個(gè)分組選擇路由。分組交換技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中的交換技術(shù)。,1.6 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)化,一般說(shuō)來(lái)，實(shí)體是指能發(fā)送和接收信息的任何實(shí)體；而系統(tǒng)是物理上明顯的物體，它包含一個(gè)或多個(gè)實(shí)體。兩個(gè)實(shí)體要想實(shí)現(xiàn)通信，則必須使用相同的語(yǔ)言以及遵從雙方都能接受的規(guī)則，以解決彼此之間交流什么、怎樣交流以及何時(shí)交流等問(wèn)題。,這些在兩個(gè)實(shí)體間控制數(shù)據(jù)交換的規(guī)則的集合稱為協(xié)議(Protocol)。協(xié)議的關(guān)鍵成分有： (1) 語(yǔ)法：包括數(shù)據(jù)格式、編碼和信號(hào)電平等。 (2) 語(yǔ)義：包括用于協(xié)調(diào)同步和差錯(cuò)處理的控制信息。 (3) 定時(shí)：包括速度匹配和排序等。,1.6.1 ISO/OSI參考模型 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Standard Organization，ISO)在1977年提出了開(kāi)放系統(tǒng)互連(Open System Interconnection，OSI)參考模型，它是一個(gè)異構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連標(biāo)準(zhǔn)的框架結(jié)構(gòu)。OSI為面向分布式應(yīng)用的“開(kāi)放”系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。所謂“開(kāi)放”，是指任何兩個(gè)系統(tǒng)只要遵守參考模型和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)就都能實(shí)現(xiàn)互連。OSI參考模型采用了層次化結(jié)構(gòu)，共分成七層，參見(jiàn)圖1.9。,圖1.9 ISO/OSI參考模型,圖1.10 IEEE LAN協(xié)議層次以及與ISO/OSI參考模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系,1.6.4 TCP/IP協(xié)議 最有名的高層協(xié)議是TCP/IP協(xié)議，它定義了網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層、傳送層和應(yīng)用層等四個(gè)層次，參見(jiàn)圖1.12。其中，網(wǎng)絡(luò)接口層與ISO/OSI參考模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層相對(duì)應(yīng)，但它只是定義了TCP/IP與各種物理網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)絡(luò)接口，沒(méi)有規(guī)定新的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議；網(wǎng)際層相當(dāng)于ISO/OSI參考模型的網(wǎng)絡(luò)層；傳送層與ISO/OSI參考模型的傳輸層相對(duì)應(yīng)；應(yīng)用層則包含了ISO/OSI參考模型的會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層的功能。需要說(shuō)明的是，TCP/IP協(xié)議目前還只是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，尚未成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。類似的高層協(xié)議還有SPX/IPX協(xié)議等。,圖1.12 TCP/IP協(xié)議集以及與OSI參考模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系,2.2 物 理 層,2.2.1 物理層接口標(biāo)準(zhǔn) 1機(jī)械特性 2電氣特性 3. 功能特性 4. 規(guī)程特性,2.3 數(shù) 據(jù) 鏈 路 層,2.3.1 HDLC規(guī)程 1基本概念 HDLC作為數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，應(yīng)能滿足多種數(shù)據(jù)鏈路的要求，即： (1) 點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)鏈路； (2) 半雙工和全雙工操作； (3) 主次站結(jié)構(gòu)和對(duì)等站結(jié)構(gòu)間的相互作用； (4) 長(zhǎng)距離和短距離鏈路。,1) 站類型 HDLC將站點(diǎn)分為三種類型：主站、次站和復(fù)合站。 (1) 主站。主站在通信過(guò)程中負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)鏈路實(shí)行全面的管理，包括發(fā)起傳輸、組織數(shù)據(jù)流、執(zhí)行鏈路級(jí)差錯(cuò)控制與恢復(fù)等。 (2) 次站。次站則受控于主站，它只能按照主站的命令執(zhí)行相應(yīng)的操作。 (3) 復(fù)合站。復(fù)合站是指具有主站和次站雙重功能的站，兩個(gè)復(fù)合站之間可以完全對(duì)等地進(jìn)行通信。換句話說(shuō)，復(fù)合站具有平衡的鏈路控制能力。,2) 數(shù)據(jù)鏈路結(jié)構(gòu) 所謂數(shù)據(jù)鏈路是指從發(fā)送端經(jīng)過(guò)通信線路到接收端之間物理上的傳送路徑和邏輯上的傳輸信道的總稱。兩個(gè)端點(diǎn)設(shè)備之間可以有一條或多條數(shù)據(jù)鏈路。 HDLC定義了兩種數(shù)據(jù)鏈路結(jié)構(gòu)：不平衡式鏈路結(jié)構(gòu)和平衡式鏈路結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖2.5。,圖2.5 數(shù)據(jù)鏈路結(jié)構(gòu) (a) 不平衡式鏈路結(jié)構(gòu)；(b) 平衡式鏈路結(jié)構(gòu),2HDLC幀的結(jié)構(gòu) 在HDLC中，不論傳送數(shù)據(jù)還是傳送控制或狀態(tài)信息，都是以幀(Frame)為基本單位的。HDLC幀的基本格式如圖2.6所示。,圖2.6 HDLC幀的基本格式,2.3.2 流量控制算法 1停止等待協(xié)議 通信雙方的同步失調(diào)問(wèn)題主要采用應(yīng)答機(jī)制來(lái)解決。所謂應(yīng)答機(jī)制，是指發(fā)送站發(fā)送一個(gè)幀后要停下來(lái)等待接收站的應(yīng)答幀，只有接收到應(yīng)答幀后才發(fā)送下一個(gè)幀；接收站的接收緩沖區(qū)容量只能存放一個(gè)數(shù)據(jù)幀，在處理完一個(gè)數(shù)據(jù)幀后才發(fā)送應(yīng)答幀，指示發(fā)送站發(fā)送下一個(gè)幀。基于這種應(yīng)答機(jī)制的通信協(xié)議稱為停止等待協(xié)議。,2滑動(dòng)窗口協(xié)議 停止等待協(xié)議中一幀一應(yīng)答的同步方法的通信效率過(guò)低，不能充分利用介質(zhì)帶寬。為了提高介質(zhì)利用率，可以采用多幀一應(yīng)答的同步方法，即接收站的接收緩沖區(qū)容量可以存放n個(gè)幀，發(fā)送站可連續(xù)發(fā)送n個(gè)幀后再停下來(lái)等待接收站的應(yīng)答幀，當(dāng)接收到應(yīng)答幀后再發(fā)送下n個(gè)幀；接收站在處理完接收緩沖區(qū)中的n個(gè)數(shù)據(jù)幀后發(fā)送應(yīng)答幀，指示發(fā)送站發(fā)送下n個(gè)幀?；谶@種多幀應(yīng)答機(jī)制的通信協(xié)議稱為滑動(dòng)窗口協(xié)議。,2.3.3 差錯(cuò)控制算法 1差錯(cuò)檢測(cè) 2差錯(cuò)糾正,2.4.2 路由選擇算法 1靜態(tài)路由選擇算法 2動(dòng)態(tài)路由選擇算法 1) 距離矢量路由選擇算法 著名的路由信息協(xié)議(Routing Information Protocol，RIP)也是基于該算法開(kāi)發(fā)的。 2) 鏈路狀態(tài)路由選擇算法 著名的開(kāi)放最短路徑優(yōu)先(Open Shortest Path First，OSPF)協(xié)議采用的就是LSR算法，而OSPF協(xié)議廣泛應(yīng)用于Internet中。,2) Internet路由協(xié)議 (1) 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。Internet最初的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議采用的是基于距離矢量路由選擇算法的RIP協(xié)議，由于隨著AS的增大，RIP協(xié)議存在著路由計(jì)算收斂很慢等缺陷，因此后來(lái)被鏈路狀態(tài)路由選擇算法所取代。Internet工程任務(wù)組(IETF)以鏈路狀態(tài)路由選擇算法為基礎(chǔ)制定了OSPF (Open Shortest Path First)協(xié)議，并作為一種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在，很多的路由器都支持OSPF協(xié)議。,(2) 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(EGP)用于AS之間的路由選擇。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議與內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議的側(cè)重點(diǎn)是不同的：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議側(cè)重的是如何高效地選擇路由來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)分組；外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議側(cè)重的是路由策略問(wèn)題。所謂路由策略，是指從政治、安全和經(jīng)濟(jì)等方面因素來(lái)考慮來(lái)決策路由的選擇。例如，敏感的數(shù)據(jù)不經(jīng)過(guò)某些AS傳送；如果沒(méi)有可選的路由，則只能經(jīng)過(guò)某個(gè)指定的AS傳送，這些都可視為路由策略。,2.4.3 擁塞控制算法,1面向虛電路的擁塞控制算法 在虛電路交換中，首先由發(fā)送者通過(guò)中間的路由器節(jié)點(diǎn)與接收者建立一條虛連接。在建立連接時(shí)，在發(fā)送者的建立連接請(qǐng)求分組中包含了用于說(shuō)明傳輸模式的流說(shuō)明信息，如最大分組長(zhǎng)度、最大傳輸速率以及其他流量說(shuō)明信息。該分組經(jīng)過(guò)各個(gè)路由器時(shí)，路由器要記錄流說(shuō)明信息。接收者則要根據(jù)流說(shuō)明信息來(lái)確定它所能夠接受的流量傳輸模式，然后通過(guò)應(yīng)答分組傳送給發(fā)送者，應(yīng)答分組經(jīng)過(guò)各個(gè)路由器時(shí)，對(duì)路由器所記錄的發(fā)送者流說(shuō)明信息進(jìn)行確認(rèn)。這樣，在建立連接的同時(shí)，發(fā)送者、路由器和接收者可以協(xié)商該連接的流量傳輸模式，并最終達(dá)成一致。,1) 漏桶算法 漏桶算法是將交通整形操作形象地比喻成一個(gè)底部帶有一個(gè)小孔的水桶，不管流入桶中的水速多大，從底部小孔流出的水速是恒定的。如果桶中無(wú)水，則速率為0；如果桶中水滿，則流入桶中的水將從桶邊溢出，而流失掉。漏桶算法在路由器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)一個(gè)有限長(zhǎng)度隊(duì)列，路由器將以恒定速率從隊(duì)列中取出分組發(fā)送出去，而進(jìn)入路由器的分組被排到隊(duì)列的尾部，一旦隊(duì)列飽和，新來(lái)的分組將被丟棄。這種算法實(shí)際上是一種具有恒定服務(wù)時(shí)間的單服務(wù)器排隊(duì)系統(tǒng)。 主機(jī)系統(tǒng)也可采用該算法來(lái)整形分組的發(fā)送，即將上層應(yīng)用進(jìn)程中不均勻的數(shù)據(jù)流整形成均勻的分組流向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，從而平滑了突發(fā)的數(shù)據(jù)流，大大減少了發(fā)生擁塞的機(jī)會(huì)。,2) 令牌桶算法 令牌桶算法與恒定輸出速率的漏桶算法有所不同，它允許一定量的突發(fā)數(shù)據(jù)流。該算法以恒定速率產(chǎn)生一個(gè)個(gè)令牌并放入桶中，每發(fā)送一個(gè)分組都要獲得和消耗一個(gè)令牌，如果令牌消耗完，則新來(lái)的分組就要等待生成新令牌或被丟棄。由于突發(fā)性的輸入流往往導(dǎo)致?lián)砣陌l(fā)生，因此獲得令牌的分組將被快速地輸出，使突發(fā)性的輸入流得到迅速疏導(dǎo)。 在令牌桶算法中，使用一個(gè)令牌計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)數(shù)令牌數(shù)量。令牌計(jì)數(shù)器每隔時(shí)間t加1，表示新增加一個(gè)令牌；每發(fā)送一個(gè)分組，令牌計(jì)數(shù)器減1，表示已消耗一個(gè)令牌。當(dāng)計(jì)數(shù)器減至0時(shí)，表示令牌已消耗完，不能再發(fā)送分組了。,2面向數(shù)據(jù)報(bào)的擁塞控制算法 數(shù)據(jù)報(bào)是一種無(wú)連接傳輸方式。路由器一旦檢測(cè)到系統(tǒng)可用資源(如線路利用率或隊(duì)列長(zhǎng)度)超過(guò)臨界值，就會(huì)向源端主機(jī)發(fā)送一個(gè)抑制分組，警告網(wǎng)絡(luò)可能發(fā)生擁塞。源端主機(jī)定期地偵聽(tīng)抑制分組，如果在偵聽(tīng)期內(nèi)收到抑制分組，則會(huì)逐步減少發(fā)送給特定目的主機(jī)的數(shù)據(jù)量。當(dāng)減至在偵聽(tīng)期內(nèi)不再收到抑制分組后，可以再逐漸增加通信量。主機(jī)可以通過(guò)調(diào)整其發(fā)送操作的相關(guān)參數(shù)來(lái)減少通信量，如改變發(fā)送窗口尺寸或漏桶輸出速率等。路由器通常采用加權(quán)公平隊(duì)列算法來(lái)處理分組排隊(duì)，檢測(cè)是否超過(guò)臨界值，以及何時(shí)發(fā)送抑制分組。,2.5 傳 輸 層,2.5.1 數(shù)據(jù)傳輸服務(wù) 傳輸層提供的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)可以是面向連接的或無(wú)連接的，其中，應(yīng)用較廣泛的是面向連接的傳輸層協(xié)議，如TCP協(xié)議和UDP協(xié)議等。,2.5.2 建立連接 從表面上看，傳輸層協(xié)議建立連接過(guò)程與數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議相類似，一個(gè)傳輸層實(shí)體發(fā)出連接請(qǐng)求(Connect Request，CR)分組，然后等待對(duì)方的接受連接(Connect Accepted，CA)應(yīng)答分組。如果接收到CA分組，則表明這個(gè)連接已建立起來(lái)，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。 由于CR分組要通過(guò)通信子網(wǎng)進(jìn)行傳輸，因此，如果通信子網(wǎng)比較擁擠，則CR分組會(huì)產(chǎn)生很大的延遲。若發(fā)送者超時(shí)，則會(huì)重發(fā)CR分組，其結(jié)果是造成在通信子網(wǎng)中存在著延遲的重復(fù)CR分組。這種被延遲的重復(fù)CR分組對(duì)數(shù)據(jù)交換的安全性是十分有害的。,所謂三次握手法，是指在建立連接時(shí)，發(fā)送方發(fā)送CR分組請(qǐng)求建立一個(gè)連接，接收方收到CR分組后發(fā)送一個(gè)應(yīng)答分組，在應(yīng)答分組中包含了建立一個(gè)反向連接的請(qǐng)求，發(fā)送方收到應(yīng)答分組后對(duì)反向連接請(qǐng)求進(jìn)行應(yīng)答。這樣，一個(gè)連接才能建立起來(lái)，并且雙方可以使用不同的起始序號(hào)。采用三次握手法建立連接的過(guò)程如圖2.17所示。,圖2.17 采用三次握手法建立連接的過(guò)程 (a) 正常情況；(b) 出現(xiàn)延遲的重復(fù)CR分組情況,2.5.3 釋放連接 釋放連接有兩種方式：非對(duì)稱性釋放和對(duì)稱性釋放。非對(duì)稱性釋放是指通信雙方任意一方釋放連接，該連接便宣告終止，如在電話交換系統(tǒng)中，任意一方掛機(jī)便終止了連接。如果一個(gè)雙向連接是由兩個(gè)獨(dú)立的單向連接組合而成的，則通信雙方必須分別釋放單向連接，這個(gè)連接才能完全終止，這就是對(duì)稱性釋放。由于傳輸層協(xié)議所建立的連接是兩個(gè)獨(dú)立的單向連接，因此必須采用對(duì)稱性釋放方式來(lái)終止連接。 對(duì)稱性釋放連接方式實(shí)際上是采用三次握手法來(lái)釋放連接的，它與三次握手法建立連接的過(guò)程相類似，參見(jiàn)圖2.18。,圖2.18 采用三次握手法釋放連接的過(guò)程 (a) 正常情況；(b) 出現(xiàn)丟失應(yīng)答分組情況,每一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都可能對(duì)應(yīng)一種應(yīng)用層協(xié)議。例如，在Internet中，除了上面提到的WWW系統(tǒng)外，還有電子郵件(E-mail)、遠(yuǎn)程登錄(Telnet)、文件傳輸(FTP)、以及域名系統(tǒng)(DNS)等，都需要通過(guò)相應(yīng)的應(yīng)用層協(xié)議來(lái)支持通信。此外用于網(wǎng)絡(luò)管理的網(wǎng)管協(xié)議(如SNMP) 等。當(dāng)然并不是所有的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要開(kāi)發(fā)應(yīng)用層協(xié)議，一些小型的、私用的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可以直接使用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程接口API (Application Programming Interface)來(lái)開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信程序。,3.7 網(wǎng) 絡(luò) 互 連,2無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)互連模式 無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)互連模式對(duì)應(yīng)于分組交換網(wǎng)的數(shù)據(jù)報(bào)方式。在這種互連模式中，每個(gè)數(shù)據(jù)分組將通過(guò)一系列的路由器從源端系統(tǒng)被傳送到目的端系統(tǒng)，并且路由器對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)分組單獨(dú)地選擇路由。因此，不同的數(shù)據(jù)分組可能經(jīng)歷不同的傳輸路徑。 在這種互連模式中，互連子網(wǎng)中的各個(gè)端系統(tǒng)與路由器都必須使用相同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，即IP協(xié)議，以提供統(tǒng)一的、無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)，并且支持端到端的數(shù)據(jù)報(bào)傳送。由于IP協(xié)議對(duì)子網(wǎng)要求不高，因此被廣泛應(yīng)用于目前的網(wǎng)絡(luò)互連系統(tǒng)中，TCP/IP協(xié)議體系就是最典型的例子?；贗P協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)互連模型參見(jiàn)圖3.19。,圖3.19 基于IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)互連模型,4.9 局 域 網(wǎng) 互 連,4.9.1 中繼器 中繼器是在物理層上實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)網(wǎng)段互連的，用于延長(zhǎng)局域網(wǎng)網(wǎng)段的長(zhǎng)度。由于中繼器只在兩個(gè)局域網(wǎng)網(wǎng)段間實(shí)現(xiàn)電氣信號(hào)的恢復(fù)與整形，因此它僅用于連接同類型的局域網(wǎng)網(wǎng)段。它的優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)便，價(jià)格便宜，但每個(gè)局域網(wǎng)中接入的中繼器的數(shù)量將受延時(shí)和衰耗的影響，因而必須加以限制。,4.9.2 網(wǎng)橋 1幀格式轉(zhuǎn)換 在不同局域網(wǎng)之間進(jìn)行互連時(shí)，由于各種局域網(wǎng)的MAC子層執(zhí)行不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此它們之間存在著以下差異。 (1) 幀格式不同。從前面所介紹的各種局域網(wǎng)中可以看出，不同的局域網(wǎng)有不同的幀格式。當(dāng)網(wǎng)橋互連兩個(gè)不同的局域網(wǎng)時(shí)，必須對(duì)幀進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，將輸入的幀格式轉(zhuǎn)換成另一種幀格式輸出。,(2) 幀的最大長(zhǎng)度不同。不同的局域網(wǎng)有不同的幀最大長(zhǎng)度限制，如Ethernet的最大幀長(zhǎng)為1518字節(jié)，Token Ring的最大幀長(zhǎng)為5000字節(jié)等。在網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)，網(wǎng)橋必須能夠協(xié)調(diào)不同局域網(wǎng)的最大幀長(zhǎng)。 (3) 數(shù)據(jù)傳輸速率不同。不同的局域網(wǎng)的傳輸速率不同，如Ethernet有10 Mb/s和100 Mb/s，Token Ring是16 Mb/s等。這就需要網(wǎng)橋有足夠的緩沖空間，以便進(jìn)行速率匹配，避免擁擠現(xiàn)象。,圖4.31 基于網(wǎng)橋的網(wǎng)絡(luò)互連模型,2路由選擇 網(wǎng)橋必須具有路由選擇功能，當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，通過(guò)路由選擇功能選擇相應(yīng)的路徑，將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，直至到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)路由選擇方法的不同，網(wǎng)橋可分為透明橋和源路由選擇橋。,圖4.2 IEEE 802 LAN實(shí)現(xiàn)模型,圖4.3 LLC層之間通信的幀格式,2. LLC服務(wù) 在LLC協(xié)議中定義了兩種服務(wù)方式： (1) 不確認(rèn)無(wú)連接服務(wù)。它是在無(wú)連接的數(shù)據(jù)鏈路上提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的，因此不保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。數(shù)據(jù)傳輸模式可以是單播(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))方式、組播(點(diǎn)對(duì)多點(diǎn))方式和廣播(點(diǎn)對(duì)全體)方式。這是一種數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。 (2) 面向連接服務(wù)。它是在面向連接的數(shù)據(jù)鏈路上提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的，因此它必須提供建立、使用、終止以及復(fù)位數(shù)據(jù)鏈路層連接所需的操作手段，并且還要提供數(shù)據(jù)鏈路層的定序、流控和錯(cuò)誤恢復(fù)等功能。這是一種虛電路服務(wù)。,4.3 以 太 網(wǎng),4.3.1 介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議 IEEE 802.3的MAC層主要定義了CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議，以及數(shù)據(jù)幀的封裝與發(fā)送、數(shù)據(jù)幀接收與解封等功能。 CSMA/CD是一種爭(zhēng)用型介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議。,圖4.4 CSMA/CD的幀格式,2CSMA/CD的幀發(fā)送過(guò)程,圖4.5 CSMA/CD的幀發(fā)送工作流程,圖4.6 CSMA/CD的幀接收流程,物理層表示各部分的含義,4.7 無(wú) 線 局 域 網(wǎng),介質(zhì)訪問(wèn)控制方法 802.11 MAC層所采用的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法是載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突避免(CSMA/CA)，它和802.3的CSMA/CD方法相類似，也要求任何節(jié)點(diǎn)在訪問(wèn)鏈路之前都必須采用載波檢測(cè)多路訪問(wèn)(CSMA)方法進(jìn)行載波檢測(cè)，只有鏈路空閑才允許訪問(wèn)，以實(shí)現(xiàn)多用戶共享介質(zhì)。然而，它們?cè)跊_突處理方法上有所不同，CSMA/CD采用的是沖突檢測(cè)的方法來(lái)處理沖突問(wèn)題。這是因?yàn)樵谟芯€網(wǎng)絡(luò)所規(guī)定的最大傳輸距離內(nèi)，信號(hào)是均勻衰減的，利用信號(hào)傳輸特性能夠容易地實(shí)現(xiàn)一邊發(fā)送信號(hào)一邊進(jìn)行沖突檢測(cè)(CD)。,CSMA/CA的工作過(guò)程如下： (1) 任何節(jié)點(diǎn)在訪問(wèn)鏈路之前都必須都進(jìn)行載波檢測(cè)，只有鏈路空閑才允許訪問(wèn)?？臻e狀態(tài)表明當(dāng)前信道上無(wú)任何節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，允許發(fā)送節(jié)點(diǎn)占用信道發(fā)送數(shù)據(jù)。 (2) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)首先發(fā)送RTS控制幀，它包含有前導(dǎo)碼、源地址、目的地址以及超時(shí)值等信息，其中前導(dǎo)碼是一個(gè)特殊的位序列，訪問(wèn)點(diǎn)可以通過(guò)前導(dǎo)碼來(lái)鎖定同步。 (3) 接收節(jié)點(diǎn)收到RTS控制幀后，回送CTS控制幀進(jìn)行響應(yīng)。,(4) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到CTS控制幀后，首先啟動(dòng)一個(gè)時(shí)間片，然后開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)幀。當(dāng)數(shù)據(jù)幀發(fā)送完成后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)必須等待接收節(jié)點(diǎn)回送ACK控制幀進(jìn)行確認(rèn)。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到ACK控制幀，發(fā)送節(jié)點(diǎn)必須重發(fā)該數(shù)據(jù)幀，直到接收到ACK控制幀或重發(fā)次數(shù)超限為止