第三章底層技術(shù)

第三章底層技術(shù)——《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析》計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院熊坤學(xué)習(xí)內(nèi)容有線局域網(wǎng)無(wú)線局域網(wǎng)點(diǎn)到點(diǎn)廣域網(wǎng)交換廣域網(wǎng)連接設(shè)備連接設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)器（或集線器）網(wǎng)橋（或兩層交換機(jī)）路由器（或三層交換機(jī)）轉(zhuǎn)發(fā)器（repeater）工作在物理層轉(zhuǎn)發(fā)每一個(gè)比特，沒(méi)有過(guò)濾功能網(wǎng)橋（bridge）工作在物理層和鏈路層具有過(guò)濾功能，能檢查幀的目的地址，然后決定應(yīng)當(dāng)從哪個(gè)出端口將這個(gè)幀發(fā)送出去。不改變轉(zhuǎn)發(fā)幀中的MAC地址透明網(wǎng)橋靜態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)表動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)表：如何生成？洪泛、記錄路由器工作在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)際互聯(lián)設(shè)備，可以連接多個(gè)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)特點(diǎn)：每個(gè)接口都有一個(gè)物理地址和IP地址，只有分組到達(dá)時(shí)才發(fā)揮作用，轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)會(huì)改變分組的物理地址。有線局域網(wǎng)以太網(wǎng)令牌環(huán)令牌總線FDDIATM局域網(wǎng)IEEE標(biāo)準(zhǔn)802項(xiàng)目是用來(lái)指明局域網(wǎng)協(xié)議中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能的一種途徑；IEEE將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個(gè)子層：LLC(LogicalLinkControl)MAC(MediaAccessControl)以太網(wǎng)幀格式幀的有效載荷的最小和最大長(zhǎng)度是多少？（64,1518）編址以太網(wǎng)地址：6字節(jié)，48比特，又稱數(shù)據(jù)鏈路地址，物理地址或MAC地址，常寫(xiě)成16進(jìn)制記法，如:4A:30:10:21:10:1A單播、多播和廣播地址幀的源地址總是單播地址目的地址是什么類型？看接收者是一個(gè)、多個(gè)，還是全部？如何判斷一個(gè)MAC地址的類型？查看左手第二個(gè)十六進(jìn)制數(shù)是偶數(shù)，單播地址是奇數(shù)，多播地址所有數(shù)字是F，是廣播地址舉例指出以下地址類型4A:30:10:21:10:1A47:20:1B:2E:08:EEFF:FF:FF:FF:FF:FF在發(fā)送線路上，如何發(fā)送物理地址？從左到右，逐個(gè)字節(jié)發(fā)送，對(duì)每個(gè)字節(jié)來(lái)說(shuō)，從右到左，逐位發(fā)送。以太網(wǎng)發(fā)展歷程標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)10Mbps接入方法：CSMA/CD(IEEE802.3)邏輯結(jié)構(gòu)是總線型，即所有站共享媒體，并且一次只能由一個(gè)站使用這個(gè)媒體。（廣播方式）類比：在課堂上講話如何避免碰撞（即同時(shí)使用媒體）？傳送前先偵聽(tīng)，或先聽(tīng)后講能否完全解決碰撞？標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（續(xù)）由于傳播時(shí)延的存在，仍可能存在碰撞。如何解決？幀發(fā)送出去后，繼續(xù)偵聽(tīng)信道，以確定此次傳輸是否成功;如果成功，則任務(wù)結(jié)束，如果碰撞，要再次發(fā)送這個(gè)幀。最小幀長(zhǎng)為了保持CSMA/CD正常工作，為什么要限制幀長(zhǎng)？幀的傳輸時(shí)間至少是最大傳播時(shí)間的兩倍例：在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)中，如果最大傳播時(shí)間是25.6us，那么幀的最小長(zhǎng)度是多少？CSMA/CD工作流程碰撞后發(fā)干擾信號(hào)，加強(qiáng)碰撞效果快速以太網(wǎng)設(shè)計(jì)目的：為了和其他局域網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)802.3u，傳輸速率達(dá)到100Mbps星形拓?fù)?，半雙工和全雙工實(shí)現(xiàn)新增自動(dòng)協(xié)商特性：允許兩個(gè)設(shè)備對(duì)操作的模式或數(shù)據(jù)率進(jìn)行協(xié)商。在物理層的實(shí)現(xiàn)劃分為二線和四線兩大類。吉比特以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.3Z，數(shù)據(jù)率達(dá)到1Gbps媒體接入方式：半雙工和全雙工，主要按全雙工實(shí)現(xiàn)10G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.3ae，數(shù)據(jù)率達(dá)到10Gbps只能以全雙工模式操作無(wú)線局域網(wǎng)IEEE802.11藍(lán)牙IEEE802.11定義了兩種服務(wù)：基本服務(wù)集和擴(kuò)展服務(wù)集站的類型根據(jù)各站在無(wú)線局域網(wǎng)中的移動(dòng)性，定義了三種類型的站：無(wú)切換BSS切換ESS切換CSMA/CA無(wú)線局域網(wǎng)為什么不能采用CSMA/CD?要檢測(cè)碰撞需要能同時(shí)發(fā)送和接收，這需要更多的帶寬和費(fèi)用；隱藏站使碰撞不可檢測(cè)；信號(hào)衰減可能使一端的站無(wú)法聽(tīng)到另一端的碰撞。幀交換時(shí)序如何避免碰撞？所有的站在檢測(cè)物理媒體是否空閑之前，首先檢查自己的NAV是否到期。隱藏站問(wèn)題暴露站問(wèn)題藍(lán)牙（Bluetooth）一種自組織網(wǎng)絡(luò)，由IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)定義定義了兩種類型的網(wǎng)絡(luò)：微微網(wǎng)和分散網(wǎng)點(diǎn)到點(diǎn)廣域網(wǎng)56K調(diào)制解調(diào)器DSL技術(shù)電纜調(diào)制解調(diào)器T線SONETPPP56K調(diào)制解調(diào)器上傳方向的最高數(shù)據(jù)率是33.6kbps下載方向數(shù)據(jù)率可達(dá)56kbpsDSL技術(shù)ADSL：下行速率高于上行速率，非對(duì)稱技術(shù)，不適用于企業(yè)。上行：64kbps~1Mbps；下行:500kbps~8Mbps電纜調(diào)制解調(diào)器可解決DSL技術(shù)中數(shù)據(jù)率上限受限制的缺點(diǎn)傳統(tǒng)有線電視網(wǎng)：?jiǎn)蜗虻腍FC網(wǎng)絡(luò)：為了把有線電視網(wǎng)變成雙向的其它點(diǎn)到點(diǎn)廣域網(wǎng)技術(shù)T線：標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電話線路T-1線：數(shù)據(jù)率是：1.544MbpsT-3線：數(shù)據(jù)率是：44.736Mbps，等效于28個(gè)T-1線SONETPPP：點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)鏈路有幾種類型？?jī)深悺版溌贰保狐c(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，如：用于撥號(hào)接入的PPP在以太網(wǎng)交換機(jī)和主機(jī)之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路廣播

(共享線路或媒體)鏈路，如：傳統(tǒng)的以太網(wǎng)802.11無(wú)線LAN點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路及其控制協(xié)議一個(gè)發(fā)送方、一個(gè)接收方、一段鏈路：比廣播鏈路容易處理:無(wú)媒體訪問(wèn)控制不需要明確的MAC編址如：撥號(hào)鏈路、ISDN鏈路流行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)DLC(DataLinkControl)協(xié)議:PPP(point-to-pointprotocol)HDLC:高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制什么是PPP?PPP(Pointtopointprotocol),數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,用于撥號(hào)上網(wǎng).1992年制訂了PPP協(xié)議。經(jīng)過(guò)1993年和1994年的修訂，現(xiàn)在的PPP協(xié)議已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)[RFC1661]。PPP協(xié)議使得兩個(gè)通信的對(duì)等體交換（包含網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)的）PPP幀。新的應(yīng)用形式：PPPoE,PPPoA用戶撥號(hào)入網(wǎng)的示意圖

路由器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器因特網(wǎng)服務(wù)提供者(ISP)用戶家庭撥號(hào)電話線

使用TCP/IP的

PPP連接使用TCP/IP的客戶進(jìn)程路由選擇進(jìn)程至因特網(wǎng)…PC機(jī)用戶撥號(hào)成功后,從用戶主機(jī)到ISP路由器之間就建立了一條點(diǎn)到點(diǎn)的連接.PPP協(xié)議的組成

PPP協(xié)議有三個(gè)組成部分：幀格式和成幀：將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法。鏈路控制協(xié)議LCP(LinkControlProtocol):用于建立、配置、測(cè)試鏈路。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP(NetworkControlProtocol):用于建立和配置網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議,IPCP。驗(yàn)證用戶身份時(shí)，有兩個(gè)認(rèn)證協(xié)議可供使用:PAPCHAPPPP數(shù)據(jù)幀標(biāo)志:

定界符(成幀)地址:

不起作用(值唯一)控制:不起作用;以后可能設(shè)置其它控制字段值協(xié)議:

數(shù)據(jù)字段中攜帶的數(shù)據(jù)類型信息:

承載的高層數(shù)據(jù)校驗(yàn):

用于差錯(cuò)檢測(cè)的冗余循環(huán)校驗(yàn)碼可變長(zhǎng)度標(biāo)志標(biāo)志控制協(xié)議信息校驗(yàn)地址PPP幀中“協(xié)議”字段的取值及含義字節(jié)填充

“數(shù)據(jù)透明性”要求:數(shù)據(jù)字段必須允許包括標(biāo)志模式<01111110>問(wèn)題:

收到的<01111110>是數(shù)據(jù)還是標(biāo)志？發(fā)送方:增加(“填充”)額外的<01111101>字節(jié)在每個(gè)<01111110>數(shù)據(jù)字節(jié)之前，指示這是數(shù)據(jù)而非標(biāo)志接收方:在一排中出現(xiàn)0111110101111110:丟棄第一個(gè)字節(jié),繼續(xù)接收數(shù)據(jù)單個(gè)01111110:標(biāo)志字節(jié)字節(jié)填充flagbytepatternindatatosend在傳輸數(shù)據(jù)中標(biāo)志字節(jié)模式加上填充字節(jié)PPP通信過(guò)程通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)呼叫建立物理連接建立PPP鏈路（用LCP）身份驗(yàn)證(用PAP或CHAP)配置IP層參數(shù)(用IPCP)斷開(kāi)PPP鏈路（用LCP）斷開(kāi)物理連接PPP鏈路狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程

Dead：初態(tài)和終態(tài)，表明物理層尚未準(zhǔn)備好；Establish：使用LCP建立和配置鏈路；Authentication：身份認(rèn)證階段；Network：使用相應(yīng)的NCP配置網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議；Terminate：終止鏈路。DeadUPOPENEDSUCCESS/NONEFAILCLOSINGDOWNFAIL圖PPP鏈路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖EstablishAuthenticateNetwork

Terminate(1)LCP——鏈路配置報(bào)文(1)Configure-Request：發(fā)起方發(fā)送的第一個(gè)報(bào)文；

P1P2Configure-RequestLCP鏈路建立報(bào)文交換圖Configure-NakConfigure-Ack(2)Configure-Ack：如果Confiure-Request中的每個(gè)選項(xiàng)都能被接收端識(shí)別，而且都被接受；

(3)Configure-Nak：如果每個(gè)選項(xiàng)都能識(shí)別，但是只有部分能接受；

Configure-Reject(4)Configure-Reject：如果Confiure-Request有部分選項(xiàng)不能被識(shí)別，或者不能被接受。功能：用于建立和配置鏈路。(2)LCP——鏈路終止報(bào)文(Terminate-Request&Terminate-Ack)Terminate-RequestTerminate-AckP1P2LCP鏈路終止報(bào)文交換圖Terminate-RequestTerminat-Request功能：用于終止鏈路。PAP認(rèn)證過(guò)程報(bào)文交換過(guò)程P1P2PAP認(rèn)證過(guò)程報(bào)文交換圖Authenticate-Request……Authenticate-Request1.Authenticate-Request

Authenticate-AckAuthenticate-Nak2.Authenticate-AckAuthenticate-Nak

AuthenticatorPeerCHAP認(rèn)證過(guò)程報(bào)文交換圖Challenge(包含隨機(jī)數(shù)C)1.認(rèn)證端發(fā)送“challenge”到對(duì)等端

ResponseA1=Hash(c,s)2.對(duì)等端根據(jù)這個(gè)“challenge”中的隨機(jī)數(shù)C和共享密鑰S，利用一個(gè)單向散列函數(shù)計(jì)算一個(gè)散列值并發(fā)回給認(rèn)證端；FailureSuccessA2=Hash(c,s)A1=A2A1≠A23.認(rèn)證端把這個(gè)數(shù)字和自己計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果匹配，則確認(rèn)；否則否認(rèn)；

Chall