考研計算機網(wǎng)絡講義

考研計算機網(wǎng)絡第60頁共61頁考查目標掌握計算機網(wǎng)絡的基本概念、基本原理和基本方法；掌握計算機網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)和典型網(wǎng)絡協(xié)議，了解典型網(wǎng)絡設備的組成和特點，理解典型網(wǎng)絡設備的工作原理；能夠運用計算機網(wǎng)絡的基本概念、基本原理和基本方法進行網(wǎng)絡系統(tǒng)的分析、設計和應用。Roadmap第1部分：

計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)內(nèi)容提要計算機網(wǎng)絡概述計算機網(wǎng)絡的概念、組成與功能計算機網(wǎng)絡的分類計算機網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史計算機網(wǎng)絡的標準化工作及相關(guān)組織計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)與參考模型計算機網(wǎng)絡分層結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)路協(xié)議、接口、服務等概念I(lǐng)SO/OSI參考模型和TCP/IP模型1.1計算機網(wǎng)絡的基本概念計算機網(wǎng)絡的定義計算機網(wǎng)絡的概念與主從式計算機系統(tǒng)的區(qū)別與分布式計算機系統(tǒng)的區(qū)別1.1.1計算機網(wǎng)絡的定義定義：由自主計算機互聯(lián)起來的集合體。解釋點：自主計算機互聯(lián)集合體自主（autonomous)計算機由硬件和軟件兩部分組成，完整地實現(xiàn)計算機的各種功能?；ヂ?lián)（Interconnected）計算機之間實現(xiàn)相互通信集合體（Collection）所有使用通信線路及互聯(lián)設備連接起來的自主計算機的集合。1.1.2與主從式計算機系統(tǒng)的區(qū)別計算機網(wǎng)絡每臺計算機具有獨立的操作系統(tǒng)，不從屬于某臺主機。主從式計算機系統(tǒng)許多終端（或前端處理機）與一臺主機相連，由主機控制從屬機。1.1.3與分布式計算機系統(tǒng)的區(qū)別分布式計算機系統(tǒng)中“存在著一個能為用戶自動管理資源的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，由它調(diào)用完成用戶任務所需要的資源，而整個網(wǎng)絡像一個大的計算機系統(tǒng)一樣對用戶是透明的?！庇嬎銠C網(wǎng)絡為分布式系統(tǒng)的研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)，而分布式系統(tǒng)是計算機網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展的高級階段。分布式計算機系統(tǒng)1.1.4計算機網(wǎng)絡的組成硬件計算機（主機）：個人計算機、大型計算機、客戶機（client）或工作站（workstation)、服務器（server），稱為端系統(tǒng)；通信設備（中間系統(tǒng)）：交換機和路由器等，為主機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。接口設備：網(wǎng)卡，modem等，是網(wǎng)絡和計算機的接口傳輸介質(zhì)：雙絞線、同軸電纜、光纖、無線電和衛(wèi)星鏈路等；軟件通信協(xié)議：即傳輸規(guī)則，如TCP/IP等；應用軟件：如www,EMAIL,FTP等。1.1.5計算機網(wǎng)絡的功能共享資源訪問萬維網(wǎng)訪問、遠程登陸服務、網(wǎng)絡文件訪問遠程用戶通信電子郵件、IP電話、網(wǎng)絡會議等網(wǎng)上事務處理電子商務、電子政務、電子金融、遠程教育、遠程醫(yī)療等1.2計算機網(wǎng)絡的分類1.2計算機網(wǎng)絡的分類幾種不同的分類方法從網(wǎng)絡的作用范圍：局域網(wǎng)，廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)從網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)：總線網(wǎng)，環(huán)形網(wǎng)，星型網(wǎng)，樹形網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)和混合網(wǎng)從網(wǎng)絡使用的通信協(xié)議：TCP/IP，ATM,X.25,FDDI從網(wǎng)絡的交換功能：電路交換網(wǎng)，分組交換網(wǎng)，幀中繼網(wǎng)、信元交換（ATM）網(wǎng)從網(wǎng)絡的傳輸媒體：雙絞線網(wǎng)，光纖網(wǎng)，衛(wèi)星網(wǎng)和無線網(wǎng)從網(wǎng)絡的服務對象：企業(yè)網(wǎng)，校園網(wǎng)、園區(qū)網(wǎng)，政府網(wǎng)從網(wǎng)絡的使用者：專用網(wǎng)和公共網(wǎng)從網(wǎng)絡的應用性質(zhì)：遠程教育網(wǎng)、證券網(wǎng)、稅務網(wǎng)分類方法中的重要因素傳輸技術(shù)距離尺度主要的傳輸技術(shù)廣播式連接點到點連接傳輸技術(shù)——廣播式傳輸技術(shù)——廣播式通信過程只有一個通信信道，網(wǎng)絡上所有的機器都共享該信道。在機器之間傳遞的是分組（packet），任何一個機器發(fā)送消息，都會被其他所有的機器接收到。在分組中有一個地址域，指明了該分組的目標接收者。一臺機器收到分組后，它檢查地址域。如果該分組正是發(fā)送給它的，則接受這個分組，否則就忽略該分組。通信種類廣播（Boradcasting)多播（Multicasting）傳輸技術(shù)——點到點式（Point-to-point)通信過程整個網(wǎng)絡由許多連接構(gòu)成，每一個對應一對機器。在這種網(wǎng)絡中，為了將分組從源端傳送到目的地，該分組可能首先要經(jīng)過一臺或者多臺中間機器。點到點的通信廣播式VS點對點越是越小的、地理位置局部化的網(wǎng)絡越是傾向于使用廣播式傳輸方式；大的網(wǎng)絡通常使用點到點傳輸模式。距離尺度1.2.1局域網(wǎng)局域網(wǎng)的特點覆蓋有限的地理范圍，它適用于公司、機關(guān)、校園、工廠等有限范圍內(nèi)的計算機、終端與各類信息處理設備連網(wǎng)的需求；提供高數(shù)據(jù)傳輸速率（10Mbps～10Gbps）、低誤碼率的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境；一般屬于一個單位所有，易于建立、維護與擴展；從介質(zhì)訪問控制方法的角度，局域網(wǎng)可分為共享介質(zhì)式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)兩類。1.2.2城域網(wǎng)

城域網(wǎng)覆蓋了一個城市。最著名的城域網(wǎng)的例子是有線電視網(wǎng)。城域網(wǎng)的特點城域網(wǎng)是介于廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的一種高速網(wǎng)絡；IEEE制定了MAN標準－IEEE802.6，即分布式隊列雙總線（DBDQ）。迅速發(fā)展的以太網(wǎng)技術(shù)從LAN擴展到了MAN領(lǐng)域，千兆位、萬兆位以太網(wǎng)是MAN可以使用的技術(shù)。WAN中使用的同步光纖網(wǎng)/同步數(shù)字分級結(jié)構(gòu)SONET/SDH、波分多路復用WDM和異步傳輸模式ATM技術(shù)以及FDDI都應用于MAN中。1.2.3廣域網(wǎng)

廣域網(wǎng)的組成：主機通信子網(wǎng)（交換節(jié)點和傳輸線路）廣域網(wǎng)的技術(shù)特點廣域網(wǎng)也稱為遠程網(wǎng)；覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里；覆蓋一個國家、地區(qū)，或橫跨幾個洲，形成國際性的遠程網(wǎng)絡；通信子網(wǎng)主要使用分組交換技術(shù)；它將分布在不同地區(qū)的計算機系統(tǒng)互連起來，達到資源共享的目的。1.3計算機網(wǎng)絡的發(fā)展歷史是20世紀60年代美蘇冷戰(zhàn)時期的產(chǎn)物。60年代初，美國國防部領(lǐng)導的遠景研究規(guī)劃局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一種生存性(survivability)很強的網(wǎng)絡。傳統(tǒng)的電路交換(circuitswitching)的電信網(wǎng)有一個缺點：正在通信的電路中只要有一個交換機或一條鏈路被炸毀，整個通信電路就會中斷。如要改用其他迂回電路，必須重新?lián)芴柦⑦B接。這將要延誤一些時間。新型網(wǎng)絡的基本特點網(wǎng)絡用于計算機之間的數(shù)據(jù)傳送，而不是為了打電話。網(wǎng)絡能夠連接不同類型的計算機，不局限于單一類型的計算機。所有的網(wǎng)絡結(jié)點都同等重要，因而大大提高網(wǎng)絡的生存性。計算機在進行通信時，必須有冗余的路由。網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)應當盡可能地簡單，同時還能夠非?？煽康貍魉蛿?shù)據(jù)。ARPANET的成功使

計算機網(wǎng)絡的概念發(fā)生根本變化早期的面向終端的計算機網(wǎng)絡是以單個主機為中心的星形網(wǎng)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(wǎng)則是以網(wǎng)絡為中心，主機都處在網(wǎng)絡的外圍。用戶通過分組交換網(wǎng)可共享連接在網(wǎng)絡上的許多硬件和各種豐富的軟件資源。從主機為中心到以網(wǎng)絡為中心因特網(wǎng)時代因特網(wǎng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)大體上經(jīng)歷了三個階段的演進。但這三個階段在時間劃分上并非截然分開而是有部分重疊的，這是因為網(wǎng)絡的演進是逐漸的而不是突然的。因特網(wǎng)發(fā)展的第一階段第一個分組交換網(wǎng)ARPANET最初只是一個單個的分組交換網(wǎng)。ARPA研究多種網(wǎng)絡互連的技術(shù)。1983年TCP/IP協(xié)議成為標準協(xié)議。同年，ARPANET分解成兩個網(wǎng)絡：ARPANET——進行實驗研究用的科研網(wǎng)MILNET——軍用計算機網(wǎng)絡1983~1984年，形成了因特網(wǎng)Internet。1990年ARPANET正式宣布關(guān)閉。因特網(wǎng)發(fā)展的第二階段1986年，NSF建立了國家科學基金網(wǎng)。NSFNET。它是一個三級計算機網(wǎng)絡：主干網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)校園網(wǎng)1991年，美國政府決定將因特網(wǎng)的主干網(wǎng)轉(zhuǎn)交給私人公司來經(jīng)營，并開始對接入因特網(wǎng)的單位收費。1993年因特網(wǎng)主干網(wǎng)的速率提高到45Mb/s（T3速率）。三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)各網(wǎng)絡之間需要使用路由器來連接。有時在結(jié)構(gòu)圖中可不畫出路由器。三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)主機到主機的通信可能要經(jīng)過多種網(wǎng)絡。因特網(wǎng)發(fā)展的第三階段從1993年開始，由美國政府資助的NSFNET逐漸被若干個商用的ISP網(wǎng)絡所代替。1994年開始創(chuàng)建了4個網(wǎng)絡接入點NAP(NetworkAccessPoint)，分別由4個電信公司經(jīng)營。NAP就是用來交換因特網(wǎng)上流量的結(jié)點。在NAP中安裝有性能很好的交換設施。到本世紀初，美國的NAP的數(shù)量已達到十幾個。從1994年到現(xiàn)在，因特網(wǎng)逐漸演變成多級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡。多級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)主機到主機的通信可能經(jīng)過多種ISP。internet與Internetinternet是普通名詞泛指一般的互連網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)）Internet是專有名詞世界范圍的互連網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)），推薦譯名“因特網(wǎng)”使用TCP/IP協(xié)議族前身是美國的阿帕網(wǎng)ARPANET1.4因特網(wǎng)的標準化工作制訂因特網(wǎng)的正式標準要經(jīng)過以下的四個階段因特網(wǎng)草案(InternetDraft)——在這個階段還不是RFC文檔。建議標準(ProposedStandard)——從這個階段開始就成為RFC文檔。草案標準(DraftStandard)因特網(wǎng)標準(InternetStandard)各種RFC之間的關(guān)系1.5網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)多個物理網(wǎng)絡為什么可以互連成為一個協(xié)調(diào)得很好的系統(tǒng)？互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議怎樣在這種環(huán)境中發(fā)揮作用？應用程序怎樣使用最終得到的系統(tǒng)？學習要求：掌握：網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的層次化研究方法；掌握：協(xié)議、層次、接口與網(wǎng)絡服務概念；理解：目前網(wǎng)絡互連的最佳思想和方法；理解：網(wǎng)絡通信的實際過程。1.5.1一個分層通信例子層（layer）使用了信息隱蔽、抽象數(shù)據(jù)類型以及面向?qū)ο蟮脑O計方法；目的是向上層提供服務，上層可以使用其提供的服務，但對于其內(nèi)部的狀態(tài)和算法不可見。服務（Service)下層（n-1層）向上層（n層）提供的功能，方向是垂直的。協(xié)議（protocol）對等層關(guān)于如何進行通信的一種規(guī)則約定，是對該層功能如何實現(xiàn)的一種定義。接口（interface）存在于每一對相鄰層之間的臨界處，下層通過接口向上層提供服務。1.5.2設計局域網(wǎng)（LAN）的網(wǎng)絡層次結(jié)構(gòu)已知條件：現(xiàn)有若干臺自主計算機（其上運行了想進行網(wǎng)絡通信的應用程序）提供了共享型的傳輸介質(zhì)，可采取廣播式的傳輸方式。要求：不能更改計算機中固有的硬件設計可以增加新的硬件及其驅(qū)動程序、對應插槽求解：設計廣播式的局域網(wǎng)網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)通信兩個應用層進行通信計算機之間能正確通信嗎？設計一個數(shù)據(jù)鏈路層通信問題圓滿解決了嗎？再設計一個傳輸層增加一個硬件——網(wǎng)卡每臺計算機都有一個識別自己的特定方法。從來不會有兩個相同的物理地址。這個物理地址存儲在網(wǎng)絡接口卡或者NIC卡中，被稱為介質(zhì)存取控制地址或者MAC地址。出廠前，硬件制造商為每個NIC卡指定了一個物理地址。這一地址被編程寫入NIC卡上的一個芯片中。網(wǎng)卡實現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的功能。回過頭來再看看…聯(lián)網(wǎng)能夠使用相同硬件的方法嗎？聯(lián)網(wǎng)能夠使用統(tǒng)一的高級軟件方法嗎？分層技術(shù)的妙處？在局域網(wǎng)中，實際的通信過程是怎樣的？設計廣域網(wǎng)（WAN）的網(wǎng)絡層次結(jié)構(gòu)已知條件：現(xiàn)已存在了多種類型的局域網(wǎng)絡；要求：不能更改現(xiàn)有局域網(wǎng)的設計；可以增加新的硬件或設備求解：設計廣域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)局域網(wǎng)之間的互通。分層的好處各層之間是獨立的。靈活性好。結(jié)構(gòu)上可分割開。易于實現(xiàn)和維護。能促進標準化工作。五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)應用層(applicationlayer)傳輸層(transportlayer)網(wǎng)絡層(networklayer)數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer)應用層(applicationlayer)概念總結(jié)：實體、協(xié)議、服務

和服務訪問點實體(entity)表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程。協(xié)議是控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則的集合。在協(xié)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(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務。實體、協(xié)議、服務

和服務訪問點（續(xù)）本層的服務用戶只能看見服務而無法看見下面的協(xié)議。下面的協(xié)議對上面的服務用戶是透明的。協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對等實體之間通信的規(guī)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(tǒng)相鄰兩層的實體進行交互的地方，稱為服務訪問點SAP(ServiceAccessPoint)。實體、協(xié)議、服務

和服務訪問點（續(xù)）1.5.3服務的類型面向連接服務(connection-oriented)面向連接服務具有連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放這三個階段。（電話網(wǎng)絡服務模型）無連接服務(connectionless)兩個實體之間的通信不需要先建立好連接。每個報文都攜帶了完整的目標地址，因此可以被系統(tǒng)獨立地路由。（郵政網(wǎng)絡服務模型）1.6參考模型OSIVSTCP/IPOSI

（OpenSystemsInterconnection）OSI參考模型各層的功能物理層的主要功能：利用傳輸介質(zhì)為通信的網(wǎng)絡結(jié)點之間建立、管理和釋放物理連接；實現(xiàn)比特流的透明傳輸，為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸服務；物理層的數(shù)據(jù)傳輸單元是比特。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能：在物理層提供的服務基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)鏈路層在通信的實體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接；傳輸以“幀”為單位的數(shù)據(jù)包；采用差錯控制與流量控制方法，使有差錯的物理線路變成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。網(wǎng)絡層的主要功能：通過路由選擇算法為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當?shù)穆窂?；為?shù)據(jù)在結(jié)點之間傳輸創(chuàng)建邏輯鏈路；實現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)絡互連等功能。傳輸層的主要功能：可提供可靠端到端（end-to-end）服務；處理數(shù)據(jù)包錯誤、數(shù)據(jù)包次序，以及其他一些關(guān)鍵傳輸問題；傳輸層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細節(jié)，是計算機通信體系結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的一層。會話層的主要功能：負責維護兩個結(jié)點之間的傳輸鏈接，以便確保點-點傳輸不中斷；管理數(shù)據(jù)交換。表示層的主要功能：用于處理在兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式；數(shù)據(jù)格式變換；數(shù)據(jù)加密與解密；數(shù)據(jù)壓縮與恢復。應用層的主要功能:為應用程序提供了網(wǎng)絡服務;應用層需要識別并保證通信對方的可用性，使得協(xié)同工作的應用程序之間的同步;建立傳輸錯誤糾正與保證數(shù)據(jù)完整性的控制機制。TCP/IP主機至網(wǎng)絡層（網(wǎng)絡接口）TCP/IP參考模型的最低層，負責通過網(wǎng)絡發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)報;允許主機連入網(wǎng)絡時使用多種現(xiàn)成的與流行的協(xié)議，例如局域網(wǎng)的Ethernet、令牌網(wǎng)、分組交換網(wǎng)的X.25、幀中繼、ATM協(xié)議等;當一種物理網(wǎng)被用作傳送IP數(shù)據(jù)包的通道時，就可以認為是這一層的內(nèi)容;充分體現(xiàn)出TCP/IP協(xié)議的兼容性與適應性，它也為TCP/IP的成功奠定了基礎(chǔ)。互連網(wǎng)層（網(wǎng)絡層）相當OSI參考模型網(wǎng)絡層無連接網(wǎng)絡服務；處理互連的路由選擇、流控與擁塞問題；IP協(xié)議是一種無連接的、提供“盡力而為”服務的網(wǎng)絡層協(xié)議。傳輸層主要功能是在互連網(wǎng)中源主機與目的主機的對等實體間建立用于會話的端-端連接；傳輸控制協(xié)議TCP是一種可靠的面向連接協(xié)議；用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP是一種不可靠的無連接協(xié)議。應用層網(wǎng)絡終端協(xié)議Telnet文件傳輸協(xié)議FTP簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP域名系統(tǒng)DNS簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議SNMP超文本傳輸協(xié)議HTTPTCP/IP協(xié)議棧OSI與TCP/IP

體系結(jié)構(gòu)的比較計算機網(wǎng)絡

第2部分物理層內(nèi)容提要2.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 2.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型和相關(guān)術(shù)語 2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標 2.1.3數(shù)據(jù)的傳輸方式 2.1.4調(diào)制解調(diào)技術(shù) 2.1.5編碼解碼技術(shù)2.2交換的概念2.3傳輸介質(zhì)2.4物理層設備2.4.1中繼器 2.4.2集線器本部分要解決的本質(zhì)問題：計算機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在什么樣的介質(zhì)上（機械），以什么方式（電氣），如何有序的（時序）傳輸?shù)搅硪慌_計算機上。2.1數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識

2.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型基本術(shù)語數(shù)據(jù)(data)——信息的實體。模擬數(shù)據(jù)：連續(xù)變化，如語音，溫度等；數(shù)字數(shù)據(jù)：離散變化，如文字，整數(shù)等。信號(signal)——數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。“模擬的”(analogous)——連續(xù)變化的?！皵?shù)字的”(digital)——取值是離散數(shù)值。基本術(shù)語信息數(shù)據(jù)的內(nèi)容/內(nèi)涵。信源——產(chǎn)生和發(fā)生信息的設備（計算機）。信宿——接收和處理信息的設備（計算機）。信道——用來表示向某一個方向傳送信息的媒體。因此一條通信電路往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。數(shù)字信道——采用數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)的信道。模擬信道——采用模擬信號傳輸數(shù)據(jù)的信道。模擬的和數(shù)字的數(shù)據(jù)、信號基帶(baseband)信號和

寬帶(broadband)信號基帶信號就是將數(shù)字信號1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。寬帶信號則是將基帶信號進行調(diào)制后形成的頻分復用模擬信號。這樣由于每一路基帶信號的頻譜被搬移到不同的頻段，因此合在一起后不會相互干擾，從而可以在一條電纜中同時傳送許多路的數(shù)字信號，提高利用率。2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標在信道上傳輸數(shù)據(jù)時有什么樣的限制？數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標時延和時延帶寬積信息傳輸速率和碼元傳輸速率1.時延（delay)指一個數(shù)據(jù)塊（幀、分組、報文段）從鏈路或網(wǎng)絡的一端傳送到另一端所需要的時間.發(fā)送時間=數(shù)據(jù)塊長度/信息傳輸速率傳播時延＝信道長度/電磁波在信道上的傳播速率轉(zhuǎn)發(fā)時延：中間結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)引起的時延?？倳r延＝發(fā)送時間＋傳播時延＋轉(zhuǎn)發(fā)時延。時延帶寬積時延帶寬積＝傳播時延×帶寬（比特/秒）例如：某一鏈路的傳播時延＝500us；帶寬＝100M/s,時延帶寬積＝50000比特表明發(fā)送的第一個比特到達終點時，發(fā)送端已經(jīng)發(fā)出了50000個比特，充滿整個鏈路。對于一條正在傳送數(shù)據(jù)的鏈路，只有在代表鏈路的管道都充滿比特時，鏈路才得到充分的利用。RTT（往返時延）RTT：從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到來自接收端的確認（接收端收到數(shù)據(jù)后立即發(fā)送確認），總共經(jīng)歷的時延。2.“壓迫”信號的三座大山信號傳輸期望的理想信號：時延：transmissiondelay衰減:attenuation噪聲:noise傅立葉分析任何正常的周期為T的函數(shù)g(t),都可以由（無限個）正弦和余弦函數(shù)合成。f=1/T為基頻（基波）an為正弦函數(shù)n次諧波的振幅；bn為余弦函數(shù)n次諧波的振幅。例子：（1）帶寬（bandwidth）的概念數(shù)字信號的傳輸可以看成是無限個傅立葉分量構(gòu)造成的信號在信道中傳輸。傳輸?shù)馁|(zhì)量主要受衰減、失真等因素影響。但實際上，所有的傳輸設施對于不同的傅立葉分量的影響并不相同，因此會導致信號變形。在傳輸過程中，振幅不會明顯減弱的這一段頻率范圍稱為帶寬。（2）信息傳輸速率在計算機網(wǎng)絡中，每秒傳輸?shù)木幋a前數(shù)字數(shù)據(jù)的二進制比特數(shù)，單位為比特/秒，即b/s，又稱為比特率。通常所說的100兆的以太網(wǎng)其信息傳輸速率就是100M/s，這里包括傳輸?shù)膬艉梢约盀榭刂苽鬏斔郊拥男畔ⅰ＃?）碼元傳輸速率碼元：一個離散信號（電壓）狀態(tài)或信號事件碼元傳輸速率B（信號速率、調(diào)制速率）定義：每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)單位：波特（Baud)3.信道的最高碼元傳輸速率任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。碼元傳輸?shù)乃俾试礁撸蛐盘杺鬏數(shù)木嚯x越遠，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴重。數(shù)字信號通過實際的信道失真不嚴重失真嚴重奈氏(Nyquist)準則Baud是波特，是碼元傳輸速率的單位，1波特為每秒傳送1個碼元。要強調(diào)以下兩點實際的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率，要明顯地低于奈氏準則給出上限數(shù)值。波特(Baud)和比特(bit)是兩個不同的概念。波特是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝唬棵雮鞫嗌賯€碼元）。碼元傳輸速率也稱為調(diào)制速率、波形速率或符號速率。比特是信息量的單位。要注意信息的傳輸速率“比特/秒”與碼元的傳輸速率“波特”在數(shù)量上卻有一定的關(guān)系。若1個碼元只攜帶1bit的信息量，則“比特/秒”和“波特”在數(shù)值上相等。若1個碼元攜帶nbit的信息量，則MBaud的碼元傳輸速率所對應的信息傳輸速率為Mnb/s。碼元VS比特碼元傳輸速率B（信號速率、調(diào)制速率）定義：每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)單位：波特（Baud)信息傳輸速率S（數(shù)據(jù)傳輸速率）定義：每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)單位：比特/秒（bps、b/s、bit/s）兩者的關(guān)系：S＝B×log2V(bps)V：一個碼元所取得有效離散值個數(shù)4.信道的極限信息傳輸速率香農(nóng)(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可表達為C=Hlog2(1+S/N)b/sH為信道的帶寬（以Hz為單位）；S為信道內(nèi)所傳信號的平均功率；N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。香農(nóng)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限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實現(xiàn)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(nóng)的極限傳輸速率低不少。奈氏準則和香農(nóng)公式

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的作用范圍2.1.3數(shù)據(jù)的傳輸方式單工、全雙工和半雙工傳輸串行和并行通信單工、全雙工和半雙工單工傳輸：在一個單一不變的方向上進行信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，只有一個方向不變的單向信道連接了兩個設備。半雙工傳輸：通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當然也就不能同時接收)。全雙工傳輸（全雙工通信）——通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。兩設備之間存在兩條不同方向的信息傳輸通道，可以同時在兩個方向上傳輸數(shù)據(jù)。串行通信和并行通信2.1.4調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究數(shù)字數(shù)據(jù)在模擬信道中傳輸?shù)姆椒ǎ赫{(diào)制：數(shù)字數(shù)據(jù)模擬化的方法；解調(diào)：將已調(diào)制的信號還原為原來的數(shù)字數(shù)據(jù)。調(diào)制解調(diào)器的作用調(diào)制解調(diào)器(modem)包括：調(diào)制器(MOdulator)：把要發(fā)送的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為頻率范圍在300~3400Hz之間的模擬信號，以便在電話用戶線上傳送。解調(diào)器(DEModulator)：把電話用戶線上傳送來的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。調(diào)制解調(diào)器的作用（續(xù)）調(diào)制器的主要作用就是個波形變換器，它把基帶數(shù)字信號的波形變換成適合于模擬信道傳輸?shù)牟ㄐ谓庹{(diào)器的作用就是個波形識別器，它將經(jīng)過調(diào)制器變換過的模擬信號恢復成原來的數(shù)字信號。幾種最基本的調(diào)制方法最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。調(diào)相(PM)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。對基帶數(shù)字信號的幾種調(diào)制方法調(diào)制解調(diào)器的速率目前調(diào)制解調(diào)器的信息傳輸速率已很接近于香農(nóng)的信道容量極限了。要提高信息傳輸速率，只能設法提高信噪比。在電話的用戶線上，最大的噪聲來自模擬到數(shù)字的模數(shù)轉(zhuǎn)換所帶來的量化噪聲。2.1.5編碼解碼技術(shù)計算機網(wǎng)絡中使用最普遍的還是基帶傳輸方式?；鶐鬏敱仨殞?shù)字數(shù)據(jù)進行線路編碼再進行傳輸，到了接收端再解碼，還原原有的數(shù)據(jù)2.2交換的概念報文交換、電路交換和分組交換電報網(wǎng)和報文交換電報網(wǎng)的定義：文本信息＋二進制編碼＋數(shù)字傳輸＋報文交換；報文交換的關(guān)鍵技術(shù)：編址路由存儲轉(zhuǎn)發(fā)電話網(wǎng)和電路交換兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。更多的電話機互相連通5部電話機兩兩相連，需10對電線。N部電話機兩兩相連，需N(N–1)/2對電線。當電話機的數(shù)量很大時，這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機數(shù)的平方成正比。使用交換機當電話機的數(shù)量增多時，就要使用交換機來完成全網(wǎng)的交換任務?！敖粨Q”的含義在這里，“交換”(switching)的含義是：轉(zhuǎn)接——把一條電話線轉(zhuǎn)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(tài)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。電路交換的三個階段：建立連接通信釋放連接電路交換傳送計算機數(shù)據(jù)效率低計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。這導致通信線路的利用率很低。分組從A傳送到B的過程主機和結(jié)點交換機的作用不同主機是為用戶進行信息處理的，并向網(wǎng)絡發(fā)送分組，從網(wǎng)絡接收分組。結(jié)點交換機對分組進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最后把分組交付給目的主機。分組交換的優(yōu)點高效動態(tài)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(fā)送分組；充分使用鏈路的帶寬?？煽客晟频木W(wǎng)絡協(xié)議；自適應的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡有很好的生存性。分組交換帶來的問題分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)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。分組交換與電路交換的比較是否建立呼叫連接是否有專門的物理路徑每個分組是否沿著相同的路徑是否有序到達冗余性預留帶寬能力擁塞的時間點是否有帶寬浪費存儲轉(zhuǎn)發(fā)透明性收費方法三種交換的比較分組交換網(wǎng)絡：數(shù)據(jù)報與虛電路數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡:分組中的目的地址決定下一跳在會話中路由可以變化類比:駕車，詢問方向虛電路網(wǎng)絡:每個分組攜帶標簽(虛電路ID)，標簽決定下一跳固定的路徑在呼叫建立時決定，在呼叫期間保持不變路由器保持每呼叫狀態(tài)2.3傳輸介質(zhì)有導向的傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)物理層下面的傳輸媒體2.3.1導向傳輸媒體雙絞線屏蔽雙絞線STP(ShieldedTwistedPair)無屏蔽雙絞線UTP(UnshieldedTwistedPair)同軸電纜50同軸電纜75同軸電纜光纖各種電纜主要特點：結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝，普通UTP較便宜。有一定的傳輸速率。信號隨距離衰減較大，傳輸距離受限。有輻射，容易被竊聽。主要應用場合：室內(nèi)網(wǎng)絡終端或工作站的連接。實現(xiàn)星型或總線型的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。同軸電纜主要特點：頻帶較寬，傳輸率較高。損耗較低，傳輸距離較遠。輻射低，保密性好，抗干擾能力強。寬帶電纜可實現(xiàn)多路復用傳輸。主要應用場合：計算機聯(lián)網(wǎng)時，室內(nèi)用細纜，室外用粗纜。應用于多路復用傳輸和各種拓撲結(jié)構(gòu)。光纖光線在光纖中的折射光纖的工作原理多模光纖與單模光纖光纖網(wǎng)絡2.3.2無線傳輸介質(zhì)無線傳輸所使用的頻段很廣。短波通信主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質(zhì)量較差。微波在空間主要是直線傳播。地面微波接力通信衛(wèi)星通信2.4物理層設備中繼器集線器中繼器中繼器：又叫重發(fā)器，是實現(xiàn)相同類型和結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)互連的設備，是一種信號再生設備。作用：當信號通過傳輸介質(zhì)傳輸時，會產(chǎn)生衰減和失真，當達到一定距離時，信號就會丟失，中繼器的作用就是從一段電纜上接收信號，將該信號放大后向另一段電纜繼續(xù)發(fā)送。集線器集線器：集線器（HUB）是一個中心控制點，將需要連網(wǎng)的計算機都通過網(wǎng)卡、傳輸介質(zhì)與HUB相連，則可以把這些計算機互連在一起。作用：將局域網(wǎng)內(nèi)的多臺計算機互連起來。計算機網(wǎng)絡第3部分數(shù)據(jù)鏈路層DataLinkLayer內(nèi)容提要3.1數(shù)據(jù)鏈路層的基本功能3.2差錯檢測和糾正3.3可靠傳輸機制 3.3.1完全理想化的單工傳輸 3.3.2停-等協(xié)議 3.3.3實用的停-等協(xié)議 內(nèi)容提要 3.3.4滑動窗口協(xié)議 3.3.5后退N幀滑動窗口協(xié)議 3.3.6選擇重傳滑動窗口協(xié)議3.4介質(zhì)訪問控制3.4.1信道分配問題 3.4.2多路隨機訪問協(xié)議 3.4.3輪流協(xié)議內(nèi)容提要3.5局域網(wǎng)3.5.1局域網(wǎng)的基本概念與體系結(jié)構(gòu) 3.5.2以太網(wǎng) 3.5.3無線局域網(wǎng) 3.5.4令牌環(huán)網(wǎng)內(nèi)容提要3.6廣域網(wǎng)3.6.1廣域網(wǎng)的基本概念 3.6.2點對點協(xié)議PPP 3.6.3HDLC協(xié)議 3.6.4ATM網(wǎng)絡基本原理3.7數(shù)據(jù)鏈路層設備3.1數(shù)據(jù)鏈路層的基本功能鏈路(link)：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(jié)點。數(shù)據(jù)鏈路(datalink)：協(xié)議＋鏈路?；靖拍罱Y(jié)點（node）：網(wǎng)絡中的主機（host）和路由器（router）稱為結(jié)點端到端（endtoend）：從源結(jié)點（sourcenode）到目的結(jié)點（destinationnode）的通信稱為端到端通信，通信路徑（path）可能由多個鏈路組成。點到點（pointtopoint）：在相鄰結(jié)點間的一條鏈路上的通信稱為點到點通信。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能（1）向網(wǎng)絡層提供服務接口（2）幀定界/組幀/幀同步（3）差錯控制（4）流量控制（5）向幀中插入地址或協(xié)議控制信息3.1.1為網(wǎng)絡層提供的服務無確認的無連接的服務適用于誤碼率很低的通信信道，或?qū)崟r通信；有確認的無連接的服務適用于誤碼率很高的通信信道，如無線通信；有確認的面向連接的服務適用于通信要求較高（可靠性、實時性）的情況。3.1.2組幀組幀：將原始的比特流分解到若干離散的“段”中。常常在兩個對等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出一個數(shù)字管道，而在這條數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是幀。組幀的方法字符計數(shù)法帶字符填充的首尾字符定界法帶位填充的首尾標記定界法物理層編碼違例法組幀的方法（1）字符計數(shù)法在幀頭中用一個域來表示整個幀的字符個數(shù)缺點：若計數(shù)出錯，對本幀和后面的幀有影響組幀的方法（2）帶字符填充的首尾字符定界法組幀的方法（3）帶位填充的首尾標記定界法幀的起始和結(jié)束都用一個特殊的位串“01111110”，稱為標記(flag)“0”比特插入刪除技術(shù)組幀的方法（4）物理層編碼違例法只適用于物理層編碼有冗余的網(wǎng)絡802LAN：曼徹斯特編碼或差分曼徹斯特編碼用high-lowpair/low-highpair表示1/0，high-high/low-low不表示數(shù)據(jù)，可以用來做定界符。3.2差錯檢測和糾正差錯控制的基本方式反饋糾錯在接收端能發(fā)現(xiàn)差錯，但不能確定錯碼的位置，通過反饋信息請求發(fā)送端重發(fā)，直到接收端肯定確認為止。適用于雙工通信和非實時通信系統(tǒng)。前向糾錯在接收端不僅能發(fā)現(xiàn)錯碼，而且還能確定錯碼的位置，并糾正錯誤。適用于單工通信和實時通信系統(tǒng)?；旌霞m錯少量差錯在接收端自動糾正，若超出自行糾正能力時，通過反饋信息請求發(fā)送端重發(fā)。計算糾錯碼的冗余位數(shù)要求：m個信息位，r個校驗位，糾正單比特錯；（m+r=n）對2m個有效信息中任何一個，有n個與其距離為1的無效碼字，因此有：(n+1)2m2n利用n=m+r，得到(m+r+1)2r。給定m，利用該式可以得出校正單比特誤碼的校驗位數(shù)目的下界如何糾正突發(fā)性錯誤3.3可靠傳輸機制如何設計數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議？3.3.1完全理想化的單工傳輸完全理想化的數(shù)據(jù)傳輸

所基于的兩個假定3.3.2停-等協(xié)議現(xiàn)在去掉上述的第二個假定。但是，仍然保留第一個假定：主機A向主機B傳輸數(shù)據(jù)的信道仍然是無差錯的理想信道。然而現(xiàn)在不能保證接收端向主機交付數(shù)據(jù)的速率永遠不低于發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。簡單的停等協(xié)議

(ASimplexStop-and-WaitProtocol)增加約束條件：接收方不能無休止接收。解決辦法：接收方每收到一個幀后，給發(fā)送方回送一個響應。兩種情況的對比（傳輸均無差錯）具有最簡單流量控制的

數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議算法幀的編號問題任何一個編號系統(tǒng)的序號所占用的比特數(shù)一定是有限的。因此，經(jīng)過一段時間后，發(fā)送序號就會重復。序號占用的比特數(shù)越少，數(shù)據(jù)傳輸?shù)念~外開銷就越小。實用的停-等協(xié)議停止等待協(xié)議的算法(2)這里不使用否認幀（實用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議大都是這樣的），而且確認幀帶有序號n。停止等待協(xié)議ARQ的優(yōu)缺點優(yōu)點：比較簡單。缺點：通信信道的利用率不高，也就是說，信道還遠遠沒有被數(shù)據(jù)比特填滿。為了克服這一缺點，就產(chǎn)生了另外兩種協(xié)議，即連續(xù)ARQ(GOBACKN)和選擇重傳ARQ。3.3.4 滑動窗口協(xié)議單工——>全雙工設備改造成全雙工工作模式；線路合并，兩條線路－>一條線路；數(shù)據(jù)幀和應答幀在一個信道上傳輸；捎帶/載答（piggybacking）：暫時延遲待發(fā)確認，以便附加在下一個待發(fā)數(shù)據(jù)幀的技術(shù)。優(yōu)點：充分利用信道帶寬，減少幀的數(shù)目意味著減少“幀到達”中斷；缺點：帶來的問題：復雜。 一比特滑動窗口協(xié)議協(xié)議特點可進行數(shù)據(jù)雙向傳輸，信息幀中可含有確認信息（piggybacking技術(shù)）；信息幀中包括兩個序號域：發(fā)送序號和接收序號（已經(jīng)正確收到的幀的序號）工作過程協(xié)議：問題仍舊相同能保證無差錯傳輸，但是基于停等方式；若雙方同時開始發(fā)送，則會有一半重復幀；效率低，傳輸時間長?；瑒哟翱诘母拍畎l(fā)送端和接收端分別設定發(fā)送窗口和接收窗口。發(fā)送窗口用來對發(fā)送端進行流量控制。發(fā)送窗口的大小WS代表在還沒有收到對方確認信息的情況下發(fā)送端最多可以發(fā)送多少個數(shù)據(jù)幀。接收端設置接收窗口在接收端只有當收到的數(shù)據(jù)幀的發(fā)送序號落入接收窗口內(nèi)才允許將該數(shù)據(jù)幀收下。若接收到的數(shù)據(jù)幀落在接收窗口之外，則一律將其丟棄。在連續(xù)ARQ協(xié)議中，接收窗口的大小WR=1。只有當收到的幀的序號與接收窗口一致時才能接收該幀。否則，就丟棄它。每收到一個序號正確的幀，接收窗口就向前（即向右方）滑動一個幀的位置。同時發(fā)送對該幀的確認。滑動窗口的重要特性只有在接收窗口向前滑動時（與此同時也發(fā)送了確認），發(fā)送窗口才有可能向前滑動。收發(fā)兩端的窗口按照以上規(guī)律不斷地向前滑動，因此這種協(xié)議又稱為滑動窗口協(xié)議。當發(fā)送窗口和接收窗口的大小都等于1時，就是雙工的停止等待協(xié)議。3.3.5后退N幀協(xié)議（GoBackN）為提高傳輸效率而設計，例如：衛(wèi)星信道傳輸速率50kbps，往返傳輸延遲500ms，若傳1000bit的幀。使用停等協(xié)議，則傳輸一個幀所需時間為：發(fā)送時間+信息信道延遲+確認信道延遲（確認幀很短，忽略發(fā)送時間）=1000bit/50kbps+250ms+250ms=520ms信道利用率=20/5204%后退N幀協(xié)議（GBN）一般情況，信道帶寬b比特/秒，幀長度L比特，往返傳輸延遲R秒，則信道利用率為(L/b)/(L/b+R)=L/(L+Rb)結(jié)論傳輸延遲大，信道帶寬高，幀短時，信道利用率低。解決辦法連續(xù)發(fā)送多幀后再等待確認，稱為流水線技術(shù)（pipelining）。帶來的問題信道誤碼率高時，對損壞幀和非損壞幀的重傳非常多GBN協(xié)議實現(xiàn)分析事件驅(qū)動Network_layer_ready（內(nèi)部事件）發(fā)送幀（幀序號，確認序號，數(shù)據(jù)）Frame_arrival（外部事件）檢查幀序號，落在接收窗口內(nèi)則接收，否則丟棄；檢查確認序號，落在發(fā)送窗口內(nèi)則移動發(fā)送窗口，否則不做處理。Cksum_err（外部事件）丟棄timeout（內(nèi)部事件）退后n幀重傳計時器處理啟動，發(fā)送幀時啟動停止，收到正確確認時停止超時則產(chǎn)生timeout事件3.3.6選擇重傳協(xié)議(SelectiveRepeat)選擇重傳的最大窗口Ws+Wr<=2nWs>=WrWs,Wr<=2n-1 發(fā)送窗口Ws與接收窗口Wr的關(guān)系IfWs＞1,Wr=1,then滑動窗口協(xié)議=GBNIfWs＞1,Wr＞1,then滑動窗口協(xié)議=SRIfWs=1, then滑動窗口協(xié)議=停-等式可靠傳輸小結(jié)通過確認和重傳機制傳輸層協(xié)議，如TCP，也提供可靠傳輸服務鏈路層的可靠傳輸服務通常用于高誤碼率的連路上，如無線鏈路。3.4介質(zhì)訪問控制多路訪問通信模型介質(zhì)訪問控制回顧對等協(xié)議（ARQ協(xié)議）作用：傳輸用戶信息塊重心：是傳輸過程中幀的丟失、延時和重新排序。參與者：僅是兩個對等進程的交換。介質(zhì)訪問控制協(xié)議（MAC協(xié)議）作用：傳輸用戶信息塊重心：傳輸過程中來自其他用戶的干擾參與者：需要同一個廣播式網(wǎng)絡中所有MAC協(xié)議實體的協(xié)調(diào)動作。3.4.1信道分配問題靜態(tài)劃分信道頻分復用時分復用波分復用碼分復用動態(tài)媒體接入控制（多點接入）隨機接入受控接入，如多點線路探詢(polling)，或輪詢。 頻分復用波分復用WDM波分復用就是光的頻分復用。碼分復用(CDMA)用于幾種無線廣播信道中(蜂窩,衛(wèi)星等)標準獨特的”編碼“分配給每個用戶;即編碼集合分割所有用戶共享相同頻率，但每個用戶具有自己的”碼片速率“序列(即編碼)以對數(shù)據(jù)編碼編碼信號=(原始數(shù)據(jù))X(碼片速率序列)解碼:編碼的信號和碼片速率序列的內(nèi)積允許多個用戶”共存“并以最小的干擾同時傳輸(如果編碼是“正交的”)CDMA編碼/解碼CDMA:兩個發(fā)送方的干擾動態(tài)分配信道的方法3.4.2多路隨機訪問協(xié)議1.ALOHA純ALOHA一個幀成功發(fā)送的條件純ALOHA的效率分析純ALOHA的效率分析時隙ALOHA時隙ALOHA的效率分析2.載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議電磁波在總線上的

有限傳播速率的影響當某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，也可能總線并非真正是空閑的。A向B發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時間后才能傳送到B。B若在A發(fā)送的信息到達B之前發(fā)送自己的幀(因為這時B的載波監(jiān)聽檢測不到A所發(fā)送的信息)，則必然要在某個時間和A發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是兩個幀都變得無用。重要特性使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)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(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。這種發(fā)送的不確定性使整個以太網(wǎng)的平均通信量遠小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。爭用期最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時間2（端到端往返時延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。以太網(wǎng)的端到端往返時延2稱為爭用期，或碰撞窗口。經(jīng)過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。3.4.3“輪流”協(xié)議信道劃分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個活躍節(jié)點時，甚至僅有分配了1/N帶寬!隨機訪問MAC協(xié)議低負載時有效：單個節(jié)點能夠全面利用信道高負載：碰撞開銷“輪流”協(xié)議兼有這方面的優(yōu)點!“輪流”MAC協(xié)議輪詢:主節(jié)點“邀請”從節(jié)點依次傳輸關(guān)注問題:輪詢開銷時延單點故障(主節(jié)點)3.5局域網(wǎng)LAN典型拓撲結(jié)構(gòu)IEEE802參考模型（一）IEEE802參考模型（二）802參考模型定義了NIC通過物理介質(zhì)訪問和傳輸數(shù)據(jù)的方式，其中包括連接、維護和斷開網(wǎng)絡設備等。802參考模型只相當于網(wǎng)絡的最低兩層。IEEE802標準文本公布后，ISO已將其作為局域網(wǎng)的國際標準。IEEE802標準仍在不斷發(fā)展和完善之中，其中有些標準還可能會有變化。IEEE802標準的主要內(nèi)容（一）802.1A：概述、體系結(jié)構(gòu)802.1B：尋址、網(wǎng)絡互連以及網(wǎng)絡管理和性能測量802.2：邏輯鏈路控制802.3：CSMA/CD總線網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)約802.4：令牌總線網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)約802.5：令牌環(huán)網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)約802.6：城域網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)約802.7：寬帶技術(shù)802.8：光纖技術(shù)802.9：綜合話音數(shù)據(jù)局域網(wǎng)IEEE802標準的主要內(nèi)容（二）802.10：局域網(wǎng)的安全性802.11：無線局域網(wǎng)標準802.12：高速局域網(wǎng) (100Mb/s的100BaseVG-AnyLAN)802.13：未使用802.14：有線電視（Cable-TV）CableModem標準802.15：無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN (wirelesspersonalareanetwork)802.16：寬帶無線標準802.1-802.6之間的關(guān)系3.5.2 以太網(wǎng)傳統(tǒng)以太網(wǎng)的連接方法以太網(wǎng)MAC子層協(xié)議二元指數(shù)類型退避算法以太網(wǎng)的性能經(jīng)典的拓撲結(jié)構(gòu)總線型星型環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)：總線型拓撲結(jié)構(gòu)：星型拓撲結(jié)構(gòu)：環(huán)形以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)以太網(wǎng)的連接方法傳統(tǒng)以太網(wǎng)可使用的傳輸媒體有四種：銅纜（粗纜或細纜）銅線（雙絞線）光纜這樣，以太網(wǎng)就有四種不同的物理層。以太網(wǎng)MAC層協(xié)議802系列標準兩個標準DIXDIXEthernetV2是世界上第一個局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。IEEE802IEEE的802.3標準。關(guān)系DIXEthernetV2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(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。嚴格說來，“以太網(wǎng)”應當是指符合DIXEthernetV2標準的局域網(wǎng)IEEE802.3參考模型為何分成兩個子層IEEE的802系列局域網(wǎng)標準IEEE802委員會為局域網(wǎng)制定了一系列標準，它們統(tǒng)稱為IEEE802標準；IEEE802標準之間的關(guān)系以太網(wǎng)的MAC子層協(xié)議

MAC層的硬件地址在局域網(wǎng)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”或標識符。但鑒于大家都早已習慣了將這種48bit的“名字”稱為“地址”，所以也采用這種習慣用法，盡管這種說法并不太嚴格。網(wǎng)卡上的硬件地址網(wǎng)卡檢查MAC地址網(wǎng)卡從網(wǎng)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(fā)往本站的幀則收下，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(fā)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）兩種不同的MAC幀格式常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標準：DIXEthernetV2標準IEEE的802.3標準最常用的MAC幀是以太網(wǎng)V2的格式。以太網(wǎng)V2的MAC幀格式以太網(wǎng)有最小幀長度的限制CSMA/CD最短有效幀長如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內(nèi)。由于一檢測到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于64字節(jié)。以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長為64字節(jié)，凡長度小于64字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。強化碰撞當發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時，除了立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)外，還要再繼續(xù)發(fā)送48比特的人為干擾信號(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。人為干擾信號無效的MAC幀數(shù)據(jù)字段的長度與長度字段的值不一致；幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)；用收到的幀檢驗序列FCS查出有差錯；數(shù)據(jù)字段的長度不在46~1500字節(jié)之間。有效的MAC幀長度為64~1518字節(jié)之間。對于檢查出的無效MAC幀就簡單地丟棄。以太網(wǎng)不負責重傳丟棄的幀。幀間最小間隔幀間最小間隔為9.6s，相當于96bit的發(fā)送時間。一個站在檢測到總線開始空閑后，還要等待9.6s才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣做是為了使剛剛收到數(shù)據(jù)幀的站的接收緩存來得及清理，做好接收下一幀的準備。二進制指數(shù)類型退避算法(truncatedbinaryexponentialtype)發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時間，一般是取為爭用期2。定義參數(shù)k，k10，即k=Min[重傳次數(shù),10]從整數(shù)集合[0,1,…,(2k1)]中隨機地取出一個數(shù)，記為r。重傳所需的時延就是r倍的基本退避時間。當重傳達16次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。3.5.3無線局域網(wǎng)部分無線鏈路標準的特性無線網(wǎng)絡的要素無線鏈路的特征不同于有線鏈路….衰減的信號強度：當無線電信號傳播通過物質(zhì)時，信號削弱(路徑損失)來自其他源的干擾:標準的無線網(wǎng)絡頻率(如2.4GHz)由其他設備共享(如電話);設備(發(fā)動機)干擾多徑傳播:無線電信號反射離開物體，以稍微不同的時間到達目的地….使得通信跨越(甚至點對點)無線鏈路非?！袄щy”無線網(wǎng)絡的特性多個無線發(fā)送方和接收方產(chǎn)生另外的問題(不同于多路訪問):IEEE802.11802.11b2.4-5GHz無執(zhí)照無線電頻譜高達11Mbps廣泛設置，使用基站802.11a5-6GHz范圍高達54Mbps802.11g2.4-5GHz范圍高達54Mbps對多路訪問都使用CSMA/CA都具有基站和自組織版本802.11LAN體系結(jié)構(gòu)802.11:信道,關(guān)聯(lián)802.11b:2.4GHz-2.485GHz頻譜劃分為11個不同的頻率的信道AP管理為AP選擇頻率可能干擾：信道能夠與臨近AP選擇相同的信道!主機:必須與AP關(guān)聯(lián)掃描信道，監(jiān)聽包括該AP的SSID和MAC地址的信標幀選擇AP去關(guān)聯(lián)可能執(zhí)行鑒別通常運行DHCP以得到在AP子網(wǎng)中的IP地址IEEE802.11:多路訪問避免碰撞:2+節(jié)點同時傳輸802.11:CSMA–在傳輸前感知不與其他節(jié)點正在進行的碰撞802.11:無碰撞檢測!當傳輸時由于接收的信號變?nèi)?衰退)，難以接收(感知碰撞)在任何場合不能感知所有碰撞：隱終端，衰退目標:避免碰撞:CSMA/C(ollision)A(voidance)IEEE802.11MAC協(xié)議:CSMA/CA802.11發(fā)送方1如果感知信道空閑則在DIFS后，傳輸整個幀(無碰撞檢測)2如果感知信道忙，則啟動隨機回退時間定時器倒計時直到信道空閑當定時器超時傳輸如果無ACK,增加隨機回退間隔跳轉(zhuǎn)2802.11接收方-如果幀接收OK,在SIFS后返回ACK(由于隱終端問題，需要ACK)避免碰撞(續(xù))思想:允許發(fā)送方“預約”信道，而不是數(shù)據(jù)幀的隨機訪問：避免長數(shù)據(jù)幀的碰撞發(fā)送方首先使用CSMA向AP傳輸小請求發(fā)送(RTS)分組(控制幀)RTS仍可能與其他碰撞(但它們較短)AP為響應RTS廣播允許發(fā)送CTS(控制幀)RTS為所有站點聽到發(fā)送方傳輸數(shù)據(jù)幀其他站點推遲傳輸碰撞避免:RTS-CTS交換802.11幀:編址H1停留在相同的IP子網(wǎng)中:IP地址能夠維持相同交換機:哪個AP與H1關(guān)聯(lián)?自學習:交換機將看到來自H1的幀并“記住”哪個交換機端口能被用于到達H13.5.4令牌環(huán)網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)的組成干線耦合器（TrunkCoupleUnit）3.6廣域網(wǎng)3.6.1廣域網(wǎng)的基本概念廣域網(wǎng)也稱為遠程網(wǎng)；覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里；覆蓋一個國家、地區(qū)，或橫跨幾個洲，形成國際性的遠程網(wǎng)絡；通信子網(wǎng)主要使用分組交換技術(shù)；它將分布在不同地區(qū)的計算機系統(tǒng)互連起來，達到資源共享的目的。3.6.2點對點協(xié)議PPP現(xiàn)在全世界使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點對點協(xié)議PPP(Point-to-PointProtocol)。用戶使用撥號電話線接入因特網(wǎng)時，一般都是使用PPP協(xié)議。用戶撥號入網(wǎng)的示意圖PPP協(xié)議1992年制訂了PPP協(xié)議。經(jīng)過1993年和1994年的修訂，現(xiàn)在的PPP協(xié)議已成為因特網(wǎng)的正式標準[RFC1661]。PPP協(xié)議有三個組成部分一個將IP數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法。鏈路控制協(xié)議LCP(LinkControlProtocol)。網(wǎng)絡控制協(xié)議NCP(NetworkControlProtocol)。PPP協(xié)議的幀格式PPP的幀格式和HDLC的相似。標志字段F為0x7E（符號“0x”表示后面的字符是用十六進制表示。十六進制的7E的二進制表示是01111110）。地址字段A只置為0xFF。地址字段實際上并不起作用?？刂谱侄蜟通常置為0x03。PPP是面向字節(jié)的，所有的PPP幀的長度都是整數(shù)字節(jié)。PPP協(xié)議的幀格式PPP有一個2個字節(jié)的協(xié)議字段。當協(xié)議字段為0x0021時，PPP幀的信息字段就是IP數(shù)據(jù)報。若為0xC021,則信息字段是PPP鏈路控制數(shù)據(jù)。若為0x8021，則表示這是網(wǎng)絡控制數(shù)據(jù)。透明傳輸問題當PPP用在同步傳輸鏈路時，協(xié)議規(guī)定采用硬件來完成比特填充。當PPP用在異步傳輸時，就使用一種特殊的字符填充法。字符填充法將信息字段中出現(xiàn)的每一個0x7E字節(jié)轉(zhuǎn)變成為2字節(jié)序列(0x7D,0x5E)。若信息字段中出現(xiàn)一個0x7D的字節(jié),則將其轉(zhuǎn)變成為2字節(jié)序列(0x7D,0x5D)。若信息字段中出現(xiàn)ASCII碼的控制字符（即數(shù)值小于0x20的字符），則在該字符前面要加入一個0x7D字節(jié)，同時將該字符的編碼加以改變。不提供使用序號和確認

的可靠傳輸PPP協(xié)議之所以不使用序號和確認機制是出于以下的考慮：在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯的概率不大時，使用比較簡單的PPP協(xié)議較為合理。在因特網(wǎng)環(huán)境下，PPP的信息字段放入的數(shù)據(jù)是IP數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)鏈路層的可靠傳輸并不能夠保證網(wǎng)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。PPP協(xié)議的工作狀態(tài)當用戶撥號接入ISP時，路由器的調(diào)制解調(diào)器對撥號做出確認，并建立一條物理連接。PC機向路由器發(fā)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(shù)，和進行網(wǎng)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(wǎng)上的一個主機。通信完畢時，NCP釋放網(wǎng)絡層連接，收回原來分配出去的IP地址。接著，LCP釋放數(shù)據(jù)鏈路層連接。最后釋放的是物理層的連接。PPP協(xié)議的狀態(tài)圖3.6.3HDLC協(xié)議1974年，IBM公司推出了面向比特的規(guī)程SDLC(SynchronousDataLinkControl)。后來ISO把SDLC修改后稱為HDLC(High-levelDataLinkControl)，譯為高級數(shù)據(jù)鏈路控制，作為國際標準ISO3309。CCITT則將HDLC再修改后稱為鏈路接入規(guī)程LAP(LinkAccessProcedure)。不久，HDLC的新版本又把LAP修改為LAPB，“B”表示平衡型(Balanced)，所以LAPB叫做鏈路接入規(guī)程(平衡型)。3.6.4ATM網(wǎng)絡基本原理1990’s/00高速的標準(155Mbpsto622Mbps及更高)寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)目標：綜合的、承載話音、視頻和數(shù)據(jù)的端到端傳輸滿足話音、視頻的定時/QoS要求(對比因特網(wǎng)盡力而為模型)“下一代”電話：扎根在電話界的技術(shù)使用虛電路分組交換機(固定長度分組，稱為“信元”)ATM體系結(jié)構(gòu)適配層:僅在ATM網(wǎng)絡的邊緣數(shù)據(jù)分段/重裝大致類比于因特網(wǎng)運輸層ATM層:“網(wǎng)絡層”信元交換機,選路物理層ATM:網(wǎng)絡或鏈路層?印象:端到端傳輸:“ATM從桌面到桌面”ATM是一種網(wǎng)絡技術(shù)事實:用于連接IP主干路由器“在ATM上傳IP”ATM作為交換的鏈路層,連接IP路由器ATM適配層(AAL)ATM適配層(AAL):“適配”較高層(IP或純粹的ATM應用程序)到下面的ATM層AAL僅存在端系統(tǒng)中，不在交換機中AAL層段(首部/尾部字段,數(shù)據(jù))根據(jù)多個ATM單元分段類比:在多個IP分組中的TCP段ATM適配層(AAL)(續(xù))AAL層的不同版本，取決于ATM服務類型:AAL1:對CBR(恒定比特率)服務,如電路仿真AAL2:對VBR(可變比特率)服務,如MPEG視頻AAL5:對數(shù)據(jù)(如IP數(shù)據(jù)報)ATM層服務:跨越ATM網(wǎng)絡傳輸信元類似于IP網(wǎng)絡層與IP網(wǎng)絡層非常不同的服務ATM層:虛電路VC傳送:信元由從源到目的地VC承載在數(shù)據(jù)能夠流動之前，建立呼叫，然后拆鏈每個分組攜帶VC標識符(不是目的地在源到目的地路徑上的每臺交換機為每條經(jīng)過的連接維持“狀態(tài)”鏈路、交換機資源(帶寬、緩存)可能被分配給VC:得到電路類似的性能永久VC(PVCs)長期連接通常：IP路由器之間的“永久”路由交換VC(SVC)在每呼叫基礎(chǔ)上動態(tài)地建立ATM物理層物理媒體相關(guān)(PMD)子層SONET/SDH:傳輸幀結(jié)構(gòu)(像一個攜帶比特的容器);比特同步；帶寬劃分(TDM);幾種速率:OC3=155.52Mbps;OC12=622.08Mbps;OC48=2.45Gbps,OC192=9.6GbpsTI/T3:傳輸幀結(jié)構(gòu)(舊的電話層次結(jié)構(gòu)):1.5Mbps/45Mbps無結(jié)構(gòu)的:正如信元(忙/閑)3.7數(shù)據(jù)鏈路層設備網(wǎng)橋交換機在數(shù)據(jù)鏈路層上實現(xiàn)典型情況1：大型組織中的多個局域網(wǎng)最初由不同的部門建立，以滿足各自特殊的需求，最終要求互連。各部門的局域網(wǎng)使用不同的網(wǎng)絡層協(xié)議并配套他們需要的應用程序；局域網(wǎng)可能位于不同的建筑物內(nèi)；局域網(wǎng)的類型可能不同。典型情況2：在一個大型的局域網(wǎng)中，存在下列情況：單個邏輯上的LAN碰撞域太大，需要分割切離；單個LAN的可靠性太差；單個LAN的安全性需要提升。用網(wǎng)橋（bridge）擴展局域網(wǎng)網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層。網(wǎng)橋根據(jù)MAC幀的目的地址對收到的幀進行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當網(wǎng)橋收到一個幀時，并不是向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個端口互連概況應用層：“轉(zhuǎn)換”網(wǎng)關(guān)傳輸層：“轉(zhuǎn)換”網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡層：“路由”路由器數(shù)據(jù)鏈路層：“隔離”網(wǎng)橋和交換機物理層：“互通”集線器和中繼器不同局域網(wǎng)之間的互連每一種LAN使用了不同的幀格式每一種LAN可能使用了不同的速率不同的LAN有不同的最大幀長度限制不同的LAN使用不同安全級別的方案不同的LAN使用的服務質(zhì)量特性不同。網(wǎng)橋的處理本地的網(wǎng)絡互連目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparentbridge)?！巴该鳌笔侵妇钟蚓W(wǎng)上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，因為網(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f是看不見的。透明網(wǎng)橋是一種即插即用設備，其標準是IEEE802.1D。透明網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)愛學習的網(wǎng)橋逆向?qū)W習＋擴散算法開始過濾了！逆向?qū)W習算法(1)從端口x收到無差錯的幀（如有差錯即丟棄），在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找目的站MAC地址。(2)如有，則查找出到此MAC地址應當走的端口d，然后進行(3)，否則轉(zhuǎn)到(5)。(3)如到這個MAC地址去的端口d=x，則丟棄此幀（因為這表示不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進行轉(zhuǎn)發(fā)）。否則從端口d轉(zhuǎn)發(fā)此幀。(4)轉(zhuǎn)到(6)。(5)向網(wǎng)橋除x以外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀（這樣做可保證找到目的站）。(6)如源站不在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則將源站MAC地址加入到轉(zhuǎn)發(fā)表，登記該幀進入網(wǎng)橋的端口號，設置計時器。然后轉(zhuǎn)到(8)。如源站在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則執(zhí)行(7)。(7)更新計時器。(8)等待新的數(shù)據(jù)幀。轉(zhuǎn)到(1)。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中

登記以下三個信息站地址：登記收到的幀的源MAC地址。端口：登記收到的幀進入該網(wǎng)橋的端口號。時間：登記收到的幀進入該網(wǎng)橋的時間。生成樹網(wǎng)橋為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡中不斷地兜圈子，透明網(wǎng)橋使用了生成樹算法。生成樹算法方法：讓網(wǎng)橋之間互相通信，用一棵連接每個LAN的生成樹（SpanningTree)覆蓋實際的拓撲結(jié)構(gòu)。生成樹保留原圖的所有頂點，卻丟棄一些邊。構(gòu)造生成樹：每個網(wǎng)橋廣播自己的ID號，ID號最小的橋稱為生成樹的根。每個網(wǎng)橋計算自己到根的最短路徑，構(gòu)造出生成樹，使得每個LAN和橋到根的路徑最短；當某個LAN或網(wǎng)橋發(fā)生故障時，要重新計算生成樹；生成樹構(gòu)造完后，算法繼續(xù)執(zhí)行以便自動發(fā)現(xiàn)拓撲結(jié)構(gòu)變化，更新生成樹。構(gòu)造生成樹源選徑網(wǎng)橋特點:由源站負責路由選擇，路由信息放在發(fā)送的幀的首部(即把要經(jīng)過的路徑放在幀中，幀按該路徑傳送).選路方法:源站向目的站發(fā)送探測幀,該幀在LAN中沿所有可能路徑傳送,每個探測幀都記錄下它所經(jīng)過的路由,這些探測幀在到達目的站后，再沿各自的路由返回源站，由源站選擇其中的最佳路由,作為發(fā)送幀中的路由信息。優(yōu)點:網(wǎng)橋功能可以很簡單，可以用最佳路由傳送.缺點:源站計算路由費時,主機負擔重.網(wǎng)橋和交換機1990年問世的交換式集線器(switchinghub)，可明顯地提高局域網(wǎng)的性能。交換式集線器常稱為以太網(wǎng)交換機(switch)或第二層交換機（表明此交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層）。以太網(wǎng)交換機通常都有十幾個端口。因此，以太網(wǎng)交換機實質(zhì)上就是一個多端口的網(wǎng)橋，可見交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層。交換機和網(wǎng)橋無法克服的問題：廣播風暴瓶頸問題以太網(wǎng)交換機的特點以太網(wǎng)交換機的每個端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端口，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(shù)據(jù)。以太網(wǎng)交換機由于使用了專用的交換結(jié)構(gòu)芯片，結(jié)合直通交換方式（cutthrough）使其交換速率很高。交換機的工作原理學習源地址丟棄本網(wǎng)端幀轉(zhuǎn)發(fā)異網(wǎng)端幀廣播未知幀獨占傳輸媒體的帶寬對于普通10Mb/s的共享式以太網(wǎng)，若共有N個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10Mb/s)的N分之一。使用以太網(wǎng)交換機時，雖然在每個端口到主機的帶寬還是10Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨占而不是和其他網(wǎng)絡用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有N對端口的交換機的總?cè)萘繛镹10Mb/s。這正是交換機的最大優(yōu)點。用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng)第4部分網(wǎng)絡層4.1網(wǎng)絡層的功能4.2路由算法4.3IPv4IPv4分組IPv4地址與NAT子網(wǎng)絡劃分與子網(wǎng)掩碼、CIDRARP、DHCP、ICMP協(xié)議4.4IPv64.5路由協(xié)議層次路由與自治系統(tǒng)域內(nèi)路由與域間路由RIP路由協(xié)議OSPF路由協(xié)議BGP路由協(xié)議4.6IP組播4.7移動IP4.8網(wǎng)絡層設備網(wǎng)絡層：異構(gòu)網(wǎng)絡互連從發(fā)送主機到接收主機傳輸段在發(fā)送側(cè)將段封裝進數(shù)據(jù)報在接收側(cè)，向運輸層交付段網(wǎng)絡層協(xié)議在每臺主機、路由器中當IP數(shù)據(jù)報通過路由器時，路由器檢查所有數(shù)據(jù)報首部字段關(guān)鍵的網(wǎng)絡層功能轉(zhuǎn)發(fā):將分組從路由器的輸入移動到適當?shù)穆酚善鬏敵雎酚?決定分組從源到目的地所采用的路由路由算法網(wǎng)絡擁塞：網(wǎng)絡性能曲線擁塞（Congestion）擁塞網(wǎng)絡資源上有太多的分組時，將會導致網(wǎng)絡性能下降。對資源需求的總和>可用資源資源：鏈路容量、交換節(jié)點中的緩存和處理機速度等。擁塞產(chǎn)生的原因低帶寬線路多個輸入對應一個輸出節(jié)點緩沖容量太小結(jié)點處理機速度不高擁塞的策略：

決不只針對某個因素改善擁塞?。。∪艚Y(jié)點緩存容量太小，到達結(jié)點的分組無空間暫存；若增大結(jié)點緩存容量，而鏈路容量和處理機速度未提高，分組排隊會很長，導致時延增大，可能因超時發(fā)送端進行重發(fā)，發(fā)出更多的分組，擁塞更加惡化；提高結(jié)點處理機速度，增大鏈路容量，故然可以改善這段的擁塞，但可能只是將瓶頸轉(zhuǎn)移到其他地方。因此，針對某個因素的解決方案，只能對提高網(wǎng)絡性能起到一定的好處，甚至僅僅是轉(zhuǎn)移了影響性能的瓶頸。擁塞控制與流量控制的差別擁塞控制（congestioncontrol）需要確保通信子網(wǎng)能夠承載用戶提交的通信量，是一個全局性過程，涉及主機、路由器等很多因素；流量控制（flowcontrol)與點到點的通信量有關(guān)，主要解決快速發(fā)送方與慢速接收方的問題，是局部過程，一般都是基于反饋進行控制的。擁塞和流量控制的區(qū)別擁塞控制所起的作用第4部分網(wǎng)絡層4.1網(wǎng)絡層的功能4.2路由算法4.3IPv4IPv4分組IPv4地址與NAT子網(wǎng)絡劃分與子網(wǎng)掩碼、CIDRARP、DHCP、ICMP協(xié)議4.4IPv64.5路由協(xié)議層次路由與自治系統(tǒng)域內(nèi)路由與域間路由RIP路由協(xié)議OSPF路由協(xié)議BGP路由協(xié)議4.6IP組播4.7移動IP4.8網(wǎng)絡層設備路由算法理想的路由算法路由算法的分類路由路由算法的圖論抽象:圖中的節(jié)點是路由器圖中的邊是物理鏈路鏈路代價:時延，費用或擁塞等級距離向量算法Bellman-Ford方程(動態(tài)規(guī)劃)定義dx(y):=從x到y(tǒng)最低費用路徑的費用則dx(y)=min{c(x,v)+dv(y)}其中min對x的所有鄰居Bellman-Ford例子距離向量算法基本思想:每個節(jié)點周期性的發(fā)送它自己的距離向量以估計到其鄰居當節(jié)點x接收到來自鄰居的新DV估計，它使用B-F方程更新其自己的DV:距離向量算法迭代、異步:每次本地迭代由下列引起:本地鏈路費用改變DV從鄰居更新報文分布式:每個節(jié)點僅當其DV改變時通知鄰居如果必要，鄰居則通知它們的鄰居距離矢量:鏈路費用變化鏈路狀態(tài)路由算法Dijkstra算法所有節(jié)點知道網(wǎng)絡拓撲、鏈路費用經(jīng)“鏈路狀態(tài)廣播”完成所有節(jié)點具有相同信息從一個節(jié)點(源)到所有其他節(jié)點計算最低費用路徑給出對這些節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)表迭代:k次迭代后，得知到k個目的地的最低費用路徑概念:c(x,y):從節(jié)點x到y(tǒng)的鏈路費用;=∞如果不是直接鄰居D(v):從源到目的地v路徑費用的當前值p(v):從源到v沿路徑的前任節(jié)點N‘:已知在最小費用路徑中的節(jié)點集合Dijsktra算法Dijkstra算法:例子Dijkstra算法,討論算法復雜性:n個節(jié)點每次迭代:需要檢查所有節(jié)點w,不在N中n(n+1)/2對比:O(n2)更有效的實現(xiàn)是可能的:O(nlogn)可能振蕩:如鏈路費用=承載流量的量LS和DV算法的比較報文復雜性LS:對n個節(jié)點，E條鏈路,發(fā)送O(nE)報文DV:僅在鄰居之間交換收斂時間變化收斂速度LS:O(n2)算法要求O(nE)報文可能具有振蕩DV:收斂時間變化可能有選路環(huán)路計數(shù)到無窮問題健壯性:如果路由器異常，將發(fā)生什么現(xiàn)象?LS:節(jié)點可能通告不正確的鏈路費用每個節(jié)點僅計算它自己的表DV:DV節(jié)點通告不正確的路徑費用每個節(jié)點表能由其他人使用差錯通過網(wǎng)絡傳播第4部分網(wǎng)絡層4.1網(wǎng)絡層的功能4.2路由算法4.3IPv4IPv4分組IPv4地址與NAT子網(wǎng)絡劃分與子網(wǎng)掩碼、CIDRARP、DHCP、ICMP協(xié)議4.4IPv64.5路由協(xié)議層次路由與自治系統(tǒng)域內(nèi)路由與域間路由RIP路由協(xié)議OSPF路由協(xié)議BGP路由協(xié)議4.6IP組播4.7移動IP4.8網(wǎng)絡層設備IPv4分組的格式一個IP數(shù)據(jù)分組由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。首部的前一部分是固定長度，共20字節(jié)，是所有IP數(shù)據(jù)報必須具有的。在首部的固定部分的后面是一些可選字段，其長度是可變的。IP分片和重新組裝網(wǎng)絡鏈路有MTU(最大傳輸長度)–最大可能的鏈路級幀不同的鏈路類型，不同的在網(wǎng)絡中，大IP數(shù)據(jù)報被分割(“分段”)一個數(shù)據(jù)報變?yōu)閹讉€數(shù)據(jù)報“重新裝配”僅在最后目的地IP首部比特用于標識、排序相關(guān)段IP分片和重新組裝IP數(shù)據(jù)報首部的可變部分IP首部的可變部分就是一個選項字段，用來支持排錯、測量以及安全等措施，內(nèi)容很豐富。選項字段的長度可變，從1個字節(jié)到40個字節(jié)不等，取決于所選擇的項目。增加首部的可變部分是為了增加IP數(shù)據(jù)報的功能，但這同時也使得IP數(shù)據(jù)報的首部長度成為可變的。這就增加了每一個路由器處理數(shù)據(jù)報的開銷。實際上這些選項很少被使用。IPv4地址在網(wǎng)絡中有幾種尋址方法？在網(wǎng)絡中，存在兩種尋址方法?，F(xiàn)在已經(jīng)了解了其中一種尋址方法的定義，那就是MAC地址