計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)Chapter4.ppt

1、Computer Networks,計(jì)算機(jī)與控制學(xué)院 王鑫,參考文獻(xiàn),Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks (Fourth Edition), 清華大學(xué)出版社 & Prentice Hall, 2004 James F. Kurose等著，陳鳴譯. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自頂向下方法與Internet特色（第三版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2005 謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第四版）.電子工業(yè)出版社，2003,Contents,Introduction(7),1,The Physical Layer(5),2,The Data Link Layer(6),3,The MAC Su

2、b-layer(6),4,The Network Layer(6),5,The Transport Layer(4),6,The Application Layer(4),7,Network Security(4),8,4 The MAC Sub-layer,學(xué)習(xí)目的：理解CSMA/CD協(xié)議的基本原理，學(xué)習(xí)ETHERNET的相關(guān)知識(shí)，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)知識(shí)。 學(xué)習(xí)重點(diǎn)：CSMA/CD的基本原理，局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。 學(xué)習(xí)難點(diǎn)：ETHERNET中最大跨距的計(jì)算。,Concept,Static channel allocation methods: 信道靜態(tài)分配方法，such as: FDM、TDM

3、、WDM、CDM Dynamic channel allocation methods: 信道動(dòng)態(tài)分配方法， random access channel: 隨機(jī)接入，Multiple access channel(多點(diǎn)接入)，such as : ALOHA、CSMA、CSMA/CD controlled access channel: 受控接入，such as : polling(輪詢),4.1 Carrier Sense Multiple Access Protocols (CSMA, 載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)協(xié)議),Sense first, send second (先聽(tīng)后發(fā)) 1-persist

4、ent CSMA: 1堅(jiān)持CSMA 0-persistent CSMA: 0堅(jiān)持CSMA p-persistent CSMA: p堅(jiān)持CSMA,Question：如果一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前已經(jīng)監(jiān)聽(tīng)到信道為空閑，那么信道是否一定空閑呢？,4.2 CSMA/CD (CSMA with Collision Detection),先聽(tīng)后發(fā)，邊聽(tīng)邊發(fā)，沖突停發(fā)，延遲再發(fā)。 1. Collision Detection: 比較接收到的信號(hào)的電壓大小。若接收到的信號(hào)的電壓值超過(guò)某一門限值，就可認(rèn)為是發(fā)生了沖突。 當(dāng)采用曼徹斯特編碼時(shí)，電壓的過(guò)零點(diǎn)是在每一比特的正中央。發(fā)生沖突時(shí)，過(guò)零點(diǎn)的位置將改變。根據(jù)過(guò)零點(diǎn)

5、位置的變化，也可以判斷是否發(fā)生了沖突。 在發(fā)送幀時(shí)也同時(shí)進(jìn)行接收，將收到的信號(hào)逐比特地與發(fā)送的比特相比較。若有不符合的，就說(shuō)明有沖突存在。,4.2 CSMA/CD (CSMA with Collision Detection),2. The Binary Exponential Backoff Algorithm (二進(jìn)制指數(shù)后退算法，p278) 即沖突后隨機(jī)等待延遲的確定。設(shè)基本退避時(shí)間等于兩站點(diǎn)之間的最大傳播時(shí)延的兩倍。定義k=min重傳次數(shù)，10，然后從離散的整數(shù)集合0，1，2 k-1中隨機(jī)地取出一個(gè)數(shù)，記為 r，該站點(diǎn)的等待時(shí)延就是r倍的基本退避時(shí)間。當(dāng)重傳16次仍不能成功時(shí)，則丟棄該

6、幀。,4.3 IEEE 802 and Ethernet,IEEE 802 IEEE 802.3 and Ethernet Ethernet Performance Switched Ethernet(交換式以太網(wǎng)) High-speed Ethernet,IEEE 802,LAN Reference Model,Physical layer：signal code and decode(信號(hào)的編碼和譯碼), produce and wipe off front-SYN(產(chǎn)生和去除前同步碼), send and receive bits(傳輸和接收比特) The MAC sub-layer：f

7、raming(成幀)，error control (bits)，locate address(尋址) The LLC sub-layer：Link management, provide interface, error control, numbering (編號(hào)),LAN Reference Model,LAN characteristic: (1) Transmission media: Twisted pair, Coaxial cable, Fiber optics (2) Topology structure: Star, Bus, Ring, Tree (3) MAC: 介質(zhì)訪問(wèn)

8、控制方法, CSMA/CD, Token Ring, Token Bus,LAN Reference Model,IEEE 802.3 and Ethernet,IEEE 802.3: CSMA/CD Ethernet: DIX-DEC, Intel, Xerox,IEEE 802.3 and Ethernet,Three kinds of Ethernet cabling. (a) 10Base5, (b) 10Base2, (c) 10Base-T.,IEEE 802.3 and Ethernet,1. Transceiver: 收發(fā)器 （1）Receive/send data：接收/發(fā)送

9、數(shù)據(jù) （2）Collision detection：檢測(cè)沖突 （3）Carrier sense：載波偵聽(tīng) （4）Jabber control：超長(zhǎng)控制：當(dāng)檢測(cè)到某個(gè)數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度超過(guò)上限值時(shí)，即認(rèn)為該站出了故障，接著就自動(dòng)禁止該站向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。 2. Transceiver cable: 收發(fā)器電纜，5 STP （1）Two of the pairs: data in and data out （2）Two of the pairs: control signals in and out （3）One of the pairs: power cable 3. Network Interface

10、 card：網(wǎng)卡 （1）framing: 成幀，幀的封裝和接封 （2）link management: 鏈路管理 （3）code and decode: 編碼和譯碼，Manchester Code(曼徹斯特編碼),IEEE 802.3 and Ethernet,IEEE 802.3 and Ethernet,Frame formats. (a) DIX Ethernet, (b) IEEE 802.3.,IEEE 802.3 and Ethernet,4. 802.3 MAC sub-layer （1）The minimum frame is 64 bytes, and the maximum

11、 frame is 1518 bytes. （2）The Preamble field: 10101010 1010101010101011 （3）The Invalid frame: 數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度與長(zhǎng)度字段的值不一致； 幀的長(zhǎng)度不是整數(shù)個(gè)字節(jié)； 用收到的幀檢驗(yàn)序列 FCS 查出有差錯(cuò)； 數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度不在 46 - 1500 字節(jié)之間。 有效的 MAC 幀長(zhǎng)度為 64 - 1518 字節(jié)之間。 對(duì)于檢查出的無(wú)效 MAC 幀就簡(jiǎn)單地丟棄。以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀,Ethernet Performance,以太網(wǎng)的最大作用距離（跨距）,Ethernet Performance,以太網(wǎng)的最大作用

12、距離（跨距） 假設(shè)跨距為L(zhǎng)，傳播速率為R1（注：電纜中，R1一般固定為200m/us），最小幀長(zhǎng)為F，傳輸速率為R2，物理層處理時(shí)間為tPHY，使用中繼器的數(shù)量為N，一個(gè)中繼器的延時(shí)為tr，則碰撞槽時(shí)間（slot time）為：（注：碰撞槽時(shí)間即是在幀發(fā)送過(guò)程中，發(fā)生碰撞時(shí)間的上限。即在這段時(shí)間中，可能檢測(cè)到碰撞，而過(guò)了這段時(shí)間，永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生碰撞，也不會(huì)檢測(cè)到碰撞。） slot time2L/R1+2tPHY+2Ntr slot time=F/R2 由式、可知：LR1（F/R2-2tPHY-2Ntr）/2 由上式可知：若傳輸率R2固定，則跨距L越大，最小幀長(zhǎng)度F越大。若最小幀長(zhǎng)度F不變，則傳輸

13、率R2越高，跨距L越小。,Ethernet Performance,Ethernet Performance,定義：a= / T0 ， 其中為單程傳播延遲， T0為幀的發(fā)送時(shí)間 = F/C= C/F 定義：S為信道利用率（歸一化吞吐量），即為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在T0時(shí)間內(nèi)成功發(fā)送幀的數(shù)目。 Smax = T0/( T0+)= 1/(1+4.44a) 另，根據(jù)定義可知： S= NT0 =NF/C 其中：N為工作站的數(shù)目， 為每臺(tái)計(jì)算機(jī)單位時(shí)間發(fā)出的幀數(shù)。 注意： S與G（負(fù)載）的區(qū)別。,Ethernet Performance,The Third Homework,1. P244 NO.17 2. P34

14、0 NO.21,Switched Ethernet(交換式以太網(wǎng)),full-duplex communication: 通常采用全雙工通信 switch and share: 交換和共享的區(qū)別 data link layer: 交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層 對(duì)于普通 10 Mb/s 的共享式以太網(wǎng)，若共有 N 個(gè)用戶，則每個(gè)用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10 Mb/s)的 N 分之一。 使用以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí)，雖然在每個(gè)端口到主機(jī)的帶寬還是 10 Mb/s，但由于一個(gè)用戶在通信時(shí)是獨(dú)占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對(duì)于擁有 N 對(duì)端口的交換機(jī)的總?cè)萘繛?N10 Mb/s。這正是交換機(jī)的最

15、大優(yōu)點(diǎn)。,High-speed Ethernet,Fast Ethernet Gigabit Ethernet,4.4 Wireless LANS,4.4 Wireless LANS,The MACA protocol. (a) A sending an RTS to B. (b) B responding with a CTS to A.,4.5 Virtual LAN（虛擬局域網(wǎng)）,1. Every port is assigned a VLAN.(按端口劃分VLAN) 2. Every MAC address is assigned a VLAN. (按MAC地址劃分VLAN) 3. E

16、very layer 3 protocol or IP address is assigned a VLAN. (按第3層地址或IP地址劃分VLAN),4.6 Internetworking(網(wǎng)絡(luò)互連),Including 4.7.5 and 5.5 LAN-LAN LAN-WAN WAN-WAN LAN-WAN-LAN,How networks differ？,How networks differ？,Interconnected equipment (互連設(shè)備),Repeater,Repeater: physical layer, analog device, volts. 連接網(wǎng)絡(luò)線路的

17、一種裝置，常用于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間物理信號(hào)的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作。中繼器是最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，主要完成物理層的功能，負(fù)責(zé)在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理層上按位傳遞信息，完成信號(hào)的復(fù)制、調(diào)整和放大功能，以此來(lái)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度。 Example: 5-4-3規(guī)則（適用于10M以太網(wǎng)）： A. 在一個(gè)以太網(wǎng)中，最多允許有5個(gè)網(wǎng)段； B. 在一個(gè)以太網(wǎng)中，最多允許有4個(gè)中繼器； C. 其中，最多允許有3個(gè)網(wǎng)段可以有節(jié)點(diǎn)；,Hub,Hub: physical layer. 集線器（Hub）是中繼器的一種形式，區(qū)別在于集線器能夠提供多端口服務(wù)，也稱為多口中繼器。,Bridge,Bridge: data link layer，fr

18、ame. Spanning tree bridge（生成樹網(wǎng)橋）: transparent bridge,透明網(wǎng)橋。 (1) If destination and source LANs are the same, discard the frame(丟棄幀) (2) If the destination and source LANs are different, forward the frame(轉(zhuǎn)發(fā)幀) (3) If the destination LAN is unknown, use flooding(洪泛法),Bridge,Because of, a problem can be

19、 seen in the below figure, the actual topology must be built the spanning tree. So we need the RSTP（IEEE 802.1w, Rapid Spanning Tree Protocol, 快速生成樹協(xié)議）.,Bridge,Source route bridge: 源站選路網(wǎng)橋，源站在發(fā)送幀時(shí)將詳細(xì)的路由信息放在幀的首部中。 Question: 源站怎樣才能知道應(yīng)當(dāng)選擇什么樣的路由？ Answer: 源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個(gè)發(fā)現(xiàn)幀（discovery frame）作為探測(cè)之用。,Bridg