計算機網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)

本文檔相關(guān)內(nèi)容參見視頻7-9計算機網(wǎng)絡(luò)課程

重難點內(nèi)容分析解放軍理工大學陳鳴mingchennj@163.com2013.3.30

南京

一、講解“多路訪問技術(shù)”二、講解“鏈路層交換機原理”四、討論“網(wǎng)絡(luò)課的實驗設(shè)置”

五、討論“交換機與路由器的異同”內(nèi)容提要

三、講解“IP編址”講解要點當多個結(jié)點頻繁訪問信道協(xié)同結(jié)點無碰撞，統(tǒng)一控制效率高當大量結(jié)點偶爾訪問信道結(jié)點隨機占資源，簡單算法解碰撞用探究方法：發(fā)現(xiàn)問題，解決問題問題：信道只有一個，訪問結(jié)點多個，如何設(shè)計共享算法？多路訪問(multipleaccess)鏈路和協(xié)議多路訪問概念：多個發(fā)送/接收結(jié)點同時使用廣播信道，如何協(xié)調(diào)它們共享一個信道局域網(wǎng)環(huán)境，密集端系統(tǒng)通常使用多路訪問方式5應(yīng)用場景：信道資源緊缺，大量端系統(tǒng)或者頻繁訪問網(wǎng)絡(luò)，或者以較小概率訪問網(wǎng)絡(luò)多路訪問協(xié)議：要求共享單一廣播信道兩個或更多結(jié)點并行傳輸相互干擾碰撞：結(jié)點同時接收到兩個或更多信號多路訪問協(xié)議決定結(jié)點怎樣共享信道的分布式算法，如決定何時結(jié)點能夠傳輸？出現(xiàn)碰撞時如何分解？共享信道的通信必須使用信道本身!不能用帶外信道來協(xié)調(diào)6理想的多路訪問協(xié)議速率Rbps的廣播信道1.當只有一個結(jié)點時，能夠以速率R發(fā)送2.當有M個結(jié)點時，每個能以平均速率R/M發(fā)送3.分布式:無特殊結(jié)點來協(xié)調(diào)傳輸無同步時鐘、時隙4.簡單7…碰撞后如何分解？方法與碰撞概率多大有關(guān)。R

bps12M多路訪問MAC協(xié)議:分類有三種類型:信道劃分將信道劃分為較小的“段”(時隙，頻率，編碼)為每個結(jié)點分配一部分專用輪流結(jié)點輪流，信息較多的輪流發(fā)送的時間較長隨機訪問不劃分信道，允許碰撞設(shè)法從“碰撞”恢復8問題：協(xié)議應(yīng)用場景不同，設(shè)計協(xié)議的方法是否有所不同？多路訪問協(xié)議分類信道劃分MAC協(xié)議:TDMATDMA:時分多路訪問

“循環(huán)”訪問信道每個站點在每個循環(huán)中獲得固定長度時隙(長度=分組傳輸時間)不使用的時隙則空閑例子：6個站點的LAN,時隙1、3、4有分組,時隙2、5、6空閑(浪費)10信道劃分MAC協(xié)議:FDMAFDMA:頻分多路訪問

信道頻譜劃分為頻帶每個站點分配固定的頻帶頻帶中未使用的傳輸時間空閑例子：6個站點的LAN,頻帶1、3、4有分組,頻帶2、5、6空閑(浪費)11FDM和TDM特點消除了碰撞且公平結(jié)點在每個幀時間內(nèi)得到了專用的傳輸速率R/Nbps若系統(tǒng)僅有少數(shù)幾個有大量分組要發(fā)送的結(jié)點分配的頻率或時隙被浪費適合場合所有結(jié)點都持續(xù)有大量數(shù)據(jù)發(fā)送CDMA是另一種信道劃分協(xié)議見2.3.2節(jié)12多路訪問協(xié)議分類兩種輪流MAC協(xié)議輪詢(有中心):

主結(jié)點“邀請”從結(jié)點依次傳輸關(guān)注問題:輪詢開銷時延單點故障(主結(jié)點)令牌傳遞(無中心):控制令牌從一個結(jié)點順序地傳遞到下一個令牌報文關(guān)注問題:令牌開銷時延單點故障(令牌消失)適用于希望共享信道但卻無法預(yù)測訪問結(jié)點的數(shù)量的場景14多路訪問協(xié)議分類隨機訪問協(xié)議大量結(jié)點以小概率發(fā)送分組以信道全部速率R傳輸結(jié)點間無優(yōu)先權(quán)協(xié)調(diào)兩個或更多傳輸結(jié)點發(fā)送?“碰撞”(小概率)隨機訪問MAC協(xié)議定義了:如何檢測碰撞如何從碰撞中恢復(例如，經(jīng)延遲后重新傳輸)隨機訪問MAC協(xié)議的實例:ALOHA時隙ALOHACSMA,CSMA/CD,CSMA/CA16ALOHA

一種用于解決在分組無線通信系統(tǒng)中分配廣播信道的分布式方法假定所有幀有相同長度結(jié)點隨時傳輸幀結(jié)點是異步的如果2+結(jié)點同時傳輸，所有結(jié)點檢測碰撞操作當結(jié)點獲得新幀，將隨時傳輸無碰撞，結(jié)點能夠繼續(xù)發(fā)送新幀如果碰撞，結(jié)點能夠檢測到17純ALOHA非時隙ALOHA:無同步要求結(jié)點i的幀成功傳輸?shù)臈l件在t0發(fā)送與在[t0-1,t0+1]發(fā)送的其他幀無碰撞其他結(jié)點不傳輸?shù)母怕屎筒婚_始傳輸新幀概率均為給定結(jié)點i成功傳輸一幀的概率N個活躍結(jié)點時，ALOHA的效率是取極限，得協(xié)議最大效率為

1/(2e)=0.18518時隙ALOHA優(yōu)點效率較高缺點有碰撞/空閑時隙，浪費時隙時鐘同步困難19時隙ALOHA效率假定N個有許多幀要發(fā)送結(jié)點，每個時隙以概率p發(fā)送結(jié)點1在一個時隙中成功發(fā)送的概率=p(1-p)N-1任何結(jié)點成功發(fā)送的概率=Np(1-p)N-1對N結(jié)點為使效率最大化，求p*,使得Np(1-p)N-1最大化對許多結(jié)點，當N趨近無窮大，取Np(1-p)N-1極限,得到1/e=0.37效率：當有許多結(jié)點，且每個都有許多幀要發(fā)送時，成功時隙與總時隙的長期比值最多:

信道用于有用傳輸?shù)臅r間是37%！20ALOHA載荷與吞吐量關(guān)系21效率載荷CSMA(載波偵聽多路訪問)ALOHA用于無線，CSMA用于有線CSMA:

發(fā)前先聽如果偵聽到信道忙,推遲傳輸如果偵聽到信道空閑:傳輸整個幀邊發(fā)邊聽發(fā)送時偵聽到信道忙,立即停止；轉(zhuǎn)發(fā)強化沖突信號人類類比:不要打斷他人說話；難免兩人同時講話22問題：CSMA能否用于無線環(huán)境？CSMA協(xié)議效率是否更高？為什么？CSMA碰撞發(fā)前先聽，仍可出現(xiàn)碰撞:傳播時延意味著兩個結(jié)點也許不能聽到其他結(jié)點傳輸碰撞:整個分組傳輸時間被浪費注意:距離與傳播時延在決定碰撞概率中的作用問題：所有結(jié)點都進行載波偵聽，為什么還會發(fā)生幀碰撞呢？23CSMA/CD(碰撞檢測)CSMA/CD:

載波偵聽在短時間內(nèi)檢測到碰撞碰撞的傳輸盡快結(jié)束，以減少信道浪費碰撞檢測:

在有線的LAN中容易:測量信號強度，比較傳輸?shù)暮徒邮盏男盘栐跓o線LAN中困難：碰撞可能聽不到人類類比:禮貌的交談?wù)邌栴}：能否進一步提高CSMA效率？24CSMA/CD碰撞檢測25信道傳播時延τ起關(guān)鍵作用：

,a越小，網(wǎng)絡(luò)性能越好多路訪問協(xié)議比較信道劃分MAC協(xié)議在高負載時高效、公平地共享信道低負載時低效：信道訪問中延時，當1個活躍結(jié)點時，甚至僅有分配了1/N帶寬!隨機訪問MAC協(xié)議低負載是有效：單個結(jié)點能夠全面利用信道高負載：碰撞開銷大輪流協(xié)議兼有兩方面的優(yōu)點!26多路訪問協(xié)議小結(jié)問題：對共享媒體你需要做些什么?信道劃分,通過時間、頻率或編碼時分,頻分輪流從中心站點輪詢，令牌傳遞隨機劃分(動態(tài)的),ALOHA,S-ALOHA,CSMA,CSMA/CD載波偵聽:在某些技術(shù)(有線)中容易，在另一些(無線)中困難CSMA/CD用在以太網(wǎng)中CSMA/CA用在802.11中27

一、講解“多路訪問技術(shù)”

二、講解“鏈路層交換機原理”四、討論“網(wǎng)絡(luò)課的實驗設(shè)置”

五、討論“交換機與路由器的異同”內(nèi)容提要

三、講解“IP編址”易錯的概念交換機是否使用了CSMA/CD協(xié)議？為何稱為以太網(wǎng)交換機？經(jīng)過交換機通信是否是可靠的？沒有，因為交換機每個端口只連接一臺主機。它使用了以太網(wǎng)幀格式。不可靠，它沒有端到端可靠傳輸機制。當幾臺主機同時向一個端口大量發(fā)送分組時，一旦該端口緩存滿時就會丟包。交換機鏈路層設(shè)備：比集線器智能化存儲并轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)幀當幀在網(wǎng)段上轉(zhuǎn)發(fā)時，檢查幀首部并基于MAC目的地址，選擇性地向一個或多個出鏈路轉(zhuǎn)發(fā)幀當幀在網(wǎng)段上轉(zhuǎn)發(fā)時，使用CSMA/CD訪問網(wǎng)段透明性主機不知道交換機的存在即插即用,自學習交換機不必配置30交換機:并行傳輸擴大容量端系統(tǒng)與交換機直接連接交換機緩存分組（？）入鏈路上使用以太協(xié)議：全雙工，無碰撞每條鏈路是一個碰撞域交換:

A到A’和B到B’能夠同時無碰撞地進行而集線器無法辦到!AA’BB’CC’具有6個接口的交換機(1,2,3,4,5,6)12345631交換機表查表：交換機具有一個交換機表，每表項:(MAC地址,接口,時戳)AA’BB’CC’123456具有6個接口的交換機(1,2,3,4,5,6)32問題:

交換機如何知道經(jīng)接口4可達A’,經(jīng)接口5可達B’?交換機:自學習當收到幀時，交換機“學習”到發(fā)送方位置：入鏈路在交換機表中記錄下發(fā)送方/位置對AA’BB’CC’123456AA’Source:ADest:A’MAC地址

接口

TTL交換機表(初始為空)A16033問題:

這些表項是如何創(chuàng)建的，誰維護交換機表?交換機：幀過濾/轉(zhuǎn)發(fā)算法當交換機收到幀:1.記錄與發(fā)送主機關(guān)聯(lián)的鏈路2.使用MAC目的地址索引交換機表3.

if找到目的地項

then{

if目的地位于幀到達的段

then

丟棄幀

else在指示的接口轉(zhuǎn)發(fā)該幀

}

else

洪泛向所有接口(除了該幀到達的)轉(zhuǎn)發(fā)該幀34提供不可靠、無連接服務(wù)無連接:

在交換機入口和出口之間沒有握手不可靠:

交換機出口不向入口發(fā)送應(yīng)答或否定應(yīng)答經(jīng)交換機，丟包應(yīng)比共享以太網(wǎng)情況好當端口緩存滿時，傳送的幀可能有丟包如果高層使用TCP，將可能彌補35

一、講解“多路訪問技術(shù)”二、講解“鏈路層交換機原理”四、討論“網(wǎng)絡(luò)課的實驗設(shè)置”

五、討論“交換機與路由器的異同”內(nèi)容提要

三、講解“IP編址”易錯的概念I(lǐng)P編址(IPaddressing)的概念？目前采用何種IP編址方法？CIRD的主要用途是什么？設(shè)計特定的IP地址結(jié)構(gòu)以支持高效完成分組轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)無類別域間選路CIRD提高路由器轉(zhuǎn)發(fā)速度IP編址:點分十進制記法10000000000010110000001100011111機器中存放的IP地址是32bit二進制代碼10000000000010110000001100011111每隔8bit插入一個空格以提高可讀性采用點分十進制記法則進一步提高可讀性1128

11331將每8bit的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)IP地址長32bit長，共能容納232(約40億)個IP地址3839IP編址:接口IP地址:對主機、路由器接口的32-bit標識符接口:在主機/路由器和物理鏈路之間的連接路由器通常具有多個接口主機可能具有多個接口IP編址與每個接口相聯(lián)系7=11011111000000010000000100000001223111分類編址早期定義的編址方案記為IP地址::={<網(wǎng)絡(luò)號>,<主機號>}40地址類別網(wǎng)絡(luò)號主機號各類地址邊界固定子網(wǎng)編址子網(wǎng)掩碼(subnetmask)增加第三個層次，即子網(wǎng)號IP地址結(jié)構(gòu)定義為：41IP地址::={<網(wǎng)絡(luò)號>,<子網(wǎng)號>,<主機號>}例：/27，即子網(wǎng)掩碼共有27個連續(xù)的1什么是子網(wǎng)?IP地址子網(wǎng)相同部分的設(shè)備接口能夠物理上互相到達而沒有中間路由器無類別域間路由選擇(CIDR)把一塊相鄰接的IP地址壓縮成一個表項，其結(jié)構(gòu)為：IP地址::={<網(wǎng)絡(luò)地址>/<前綴>}以a.b.c.d開始且前綴為x的所有IP地址均從對應(yīng)的接口轉(zhuǎn)發(fā)連續(xù)IP地址，路由器轉(zhuǎn)發(fā)表上僅對應(yīng)為一個表項CIDR技術(shù)對于解決因特網(wǎng)路由器轉(zhuǎn)發(fā)表空間急劇膨脹的問題至關(guān)重要421100100000010111

0001000000000000子網(wǎng)部分主機部分/23層次編址和路由聚合43目的地址范圍鏈路接口/210/241/212其他3前綴匹配鏈路接口11001000

00010011

00010011001000

00010011

00011000 111001000

00010011

000112其他3最長前綴匹配規(guī)則：70前24bit與表中的第二項匹配，而該地址的前21bit與表中的第三項匹配：應(yīng)選擇與表中的第二項相匹配

一、講解“多路訪問技術(shù)”二、講解“鏈路層交換機原理”

四、討論“網(wǎng)絡(luò)課的實驗設(shè)置”

五、討論“交換機與路由器的異同”內(nèi)容提要

三、講解“IP編址”討論題：網(wǎng)絡(luò)課的實驗設(shè)置網(wǎng)絡(luò)課是否應(yīng)當設(shè)置實驗？你校開設(shè)了嗎？網(wǎng)絡(luò)實驗的目的是什么？當然……原理驗證理解復雜的計算機網(wǎng)絡(luò)工作原理技能訓練提高計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和維護的技能研究創(chuàng)新用于發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)新知識、驗證協(xié)議或某種猜想等實驗設(shè)置舉例第1章實驗1使用