期末总结与复习课件.ppt
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1、1,期末总结与复习,2,考试安排,时间:考试周(待定) 地点:待定,3,课程主要内容,第1章 计算机网络概述 第2章 物理层 第3章 数据链路层 第4章 网络层 第5章 运输层 第6章 应用层,4,每章重点内容,重点内容 习题,5,第 1 章 概述,1.1 计算机网络在信息时代中的作用 1.2 因特网概述 1.2.1 网络的网络 1.2.2 因特网发展的三个阶段 1.2.3 因特网的标准化工作 1.3 因特网的组成 1.3.1 因特网的边缘部分 1.3.2 因特网的核心部分,6,第 1 章 概述(续),1.4 计算机网络在我国的发展 1.5 计算机网络的类别 1.5.1 计算机网络的定义 1.
2、5.2 几种不同类别的网络 1.6 计算机网络的性能 1.6.1 计算机网络的性能指标 1.6.2 计算机网络的非性能特征,7,第 1 章 概述(续),1.7 计算机网络的体系结构 1.7.1 计算机网络体系结构的形成 1.7.2 协议与划分层次 1.7.3 具有五层协议的体系结构 1.7.4 实体、协议、服务和服务访问点 1.7.5 TCP/IP 的体系结构,8,计算机网络,是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备,通过通信线路连接起来,在网络操作系统,网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下,实现资源共享和信息传递的计算机系统。,9,计算机网络向用户提供的 最重要的功能,连
3、通性计算机网络使上网用户之间都可以交换信息,好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。 共享即资源共享。可以是信息共享、软件共享,也可以是硬件共享。,10,分组首部的重要性,每一个分组的首部都含有地址等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息,把分组转发到下一个结点交换机。 用这样的存储转发方式,最后分组就能到达最终目的地。,11,1.5.2 计算机网络的分类方法,从网络的作用范围进行分类 广域网 WAN (Wide Area Network) 局域网 LAN (Local Area Network) 城域网 MAN (Metropolitan Area Netw
4、ork) 个人区域网PAN(Personal Area Network),12,1.6 计算机网络的性能 1.6.1 计算机网络的性能指标,速率 带宽 吞吐量 时延 时延带宽积 往返时间RTT 利用率,13,1.7.2 协议与划分层次,计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题(同步含有时序的意思)。 网络协议(network protocol),简称为协议,是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。,14,网络协议的组成要素,语法 数据与控制信息的结构或格式 。 语义 需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应。
5、同步 事件实现顺序的详细说明。,15,计算机网络的体系结构,计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。,16,五层协议的体系结构,应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer),数据链路层,5 应用层,4 运输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,17,每层的主要功能,应用层(application layer) 直接为用户的
6、应用进程提供服务。 进程:正在运行的程序。 www协议HTTP,电子邮件协议SMTP,文件传输协议FTP等,18,每层的主要功能,运输层(transport layer) 负责两个主机中进程之间的通信。 因特网的运输层可使用两种不同的协议: 传输控制协议TCP:面向连接的,数据传输的单位是报文段,能够提供可靠的交付。 用户数据协议UDP:无连接的,数据传输的单位是用户数据报,不保证提供可靠的交付,只能提供“尽最大努力交付”,19,每层的主要功能,网络层(network layer) 负责为分组交换网上的不同主机提供通信。 网络层负责将运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组进行传送。 选择合适
7、的路由,使源主机运输层传下来的分组,能通过网络中的路由器找到目的主机。,20,每层的主要功能,数据链路层(data link layer) 将网络层交下来的IP数据报组装成帧(frame),在两个相邻结点的链路上传送以帧为单位的数据。 每一帧包括数据和必要的控制信息。,21,每层的主要功能,物理层(physical layer) 透明地传送比特流。传输数据的单位是bit。 传递信息的物理媒介,如双绞线、同轴电缆、光纤等,并不在物理层之内,而是在其下面,故可称为第0层。 透明:某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。,22,课后习题,1-01 1-08 1-14 1-17 1-21,22,2
8、4,26,27,23,第 2 章 物理层,2.1 物理层的基本概念 2.2 数据通信的基础知识 2.2.1 数据通信系统的模型 2.2.2 有关信道的几个基本概念 2.2.3 信道的极限容量 2.3 物理层下面的传输媒体 2.3.1 导向传输媒体 2.3.2 非导向传输媒体,24,第 2 章 物理层(续),2.4 信道复用技术 2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 2.4.2 波分复用 2.4.3 码分复用 2.5 数字传输系统 2.6 宽带接入技术 2.6.1 xDSL技术 2.6.2 光纤同轴混合网(HFC 网) 2.6.3 FTTx 技术,25,2.1 物理层的基本概念,物理层考
9、虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流,而不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体。 物理设备和传输媒体的种类特别多,通信方式也很多,物理层的作用正是尽可能地屏蔽掉这些差异,使物理层上面的链路层感觉不到这些差异。,26,常用术语,调制(modulation)解调(demodulation) 码元(code) 波特(baud) 信道(channel) 单向通信 双向交替通信 双向同时通信 基带信号 带通信号 码间串扰,27,限制码元在信道上的 传输速率的因素,信道能够通过的频率范围 信噪比,奈式准则(码元传输速率的上限值) 香农公式(极限信息传输速率),28,2.3 物
10、理层下面的传输媒体,传输媒体:数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路 分为两大类: 导向传输媒体:电磁波沿着固体媒体(铜线或光纤)传播 非导向传输媒体 :自由空间 无线传输,29,2.3.1 导向传输媒体,双绞线 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) 同轴电缆 光缆,30,2.4 信道复用技术,复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。,31,信道复用技术,频分复用 时分复用 统计时分复用 波分复用 码分复用CDMA,32,DSL 就是数字用户线(Digital Subs
11、criber Line)的缩写。用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造,使它能承载宽带业务。 前缀x表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line):非对称数字用户线,2.6 宽带接入技术 2.6.1 xDSL技术,33,物理层设备,中继器(Repeater) 集线器(Hub),34,课后习题,2-04 2-06 2-13 2-14 CDMA xDSL ADSL 2-15,35,第 3 章 数据链路层,3.1 使用点对点信道的数据链路层 3.1.1 数据链路和帧 3.1.2 三个基本问题 3.2 点对点协议 PPP 3
12、.2.1 PPP 协议的特点 3.2.2 PPP 协议的帧格式 3.2.3 PPP 协议的工作状态,36,第 3 章 数据链路层(续),3.3 使用广播信道的数据链路层 3.3.1 局域网的数据链路层 3.3.2 CSMA/CD 协议 3.4 使用广播信道的以太网 3.4.1 使用集线器的星形拓扑 3.4.2 以太网的信道利用率 3.4.3 以太网的 MAC 层,37,第 3 章 数据链路层(续),3.5 扩展的以太网 3.5.1 在物理层扩展以太网 3.5.2 在数据链路层扩展以太网 3.6 高速以太网 3.6.1 100BASE-T 以太网 3.6.2 吉比特以太网 3.6.3 10 吉比
13、特以太网 3.6.4 使用高速以太网进行宽带接入,38,数据链路层,数据链路层使用的信道主要有以下两种类型: 点对点信道:这种信道使用一对一的点对点通信方式。 广播信道:这种信道使用一对多的广播通信方式,因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多,因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。,39,3.1.1 数据链路和帧,链路(link)是一条点到点的物理线路段,中间没有任何其他的交换结点。 一条链路只是一条通路的一个组成部分。 数据链路(data link) 除了物理线路外,还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路。 现在最
14、常用的方法是使用适配器(即网卡)来实现这些协议的硬件和软件。,40,3.1.2 三个基本问题,(1) 封装成帧:帧定界,帧从什么地方开始,到什么地方结束。 (2) 透明传输:传送的数据的比特组合必须是不受限制的。 (3) 差错控制:接收端能检测出有差错的帧,并根据协议作出相应的处理。,41,3.2 点对点协议 PPP,3.2.1 PPP 协议的特点 3.2.2 PPP 协议的帧格式 3.2.3 PPP 协议的工作状态,42,一、PPP 协议的帧格式,IP 数据报,1,2,1,1,字节,1,2,不超过 1500 字节,PPP 帧,先发送,7E,FF,03,F,A,C,FCS,F,7E,协议,信
15、息 部 分,首部,尾部,43,二、透明传输问题,当 PPP 用在同步传输链路时,协议规定采用硬件来完成零比特填充。 当 PPP 用在异步传输时,就使用一种特殊的字符填充法。,44,3.3 使用广播信道的数据链路层,3.3.1 局域网的数据链路层 3.3.2 CSMA/CD 协议,45,3.3.1 局域网的数据链路层,局域网最主要的特点是:网络为一个单位所拥有,且地理范围和站点数目均有限。 局域网具有如下的一些主要优点: 具有广播功能,从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。 便于系统的扩展和逐渐地演变,各设备的位置可灵活调整和改变。 提高了系统的可
16、靠性、可用性和残存性。(reliability, availability, survivability ),46,局域网的拓扑结构,网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局,就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。,拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接,它的结构主要有:星型结构、环型结构、总线结构、树型结构、分布式结构、网状结构、蜂窝状结构等。,47,1. 以太网的两个标准,DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品(以太网)的规约。 1980年美国施乐公司(Xerox)联合DEC、Intel公司提出 IEEE 的 802.3 标准。1983年IE
17、EE制订 DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别,因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。 严格说来,“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网,48,CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection(载波监听多点接入/碰撞检测) “多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。,3.3.2 CSMA/CD 协议,49,载波监听,“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据,如果有,则
18、暂时不要发送数据,以免发生碰撞。 总线上并没有什么“载波”。因此, “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。,50,碰撞检测,“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。 当几个站同时在总线上发送数据时,总线上的信号电压摆动值将会增大(互相叠加)。 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时,就认为总线上至少有两个站同时在发送数据,表明产生了碰撞。 所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。,51,检测到碰撞后,在发生碰撞时,总线上传输的信号产生了严重的失真,无法从中恢复出有用的信息来。 每一个正在发送数据的站,一旦发现总
19、线上出现了碰撞,就要立即停止发送,免得继续浪费网络资源,然后等待一段随机时间后再次发送。,52,争用期(contention period),最先发送数据帧的站,在发送数据帧后至多经过时间 2 (两倍的端到端往返时延)就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。 以太网的端到端往返时延 2 称为争用期,或碰撞窗口。 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞,才能肯定这次发送不会发生碰撞。,53,3.4 使用广播信道的以太网,3.4.1 使用集线器的星形拓扑 3.4.2 以太网的信道利用率 3.4.3 以太网的 MAC 层,54,使用集线器的双绞线以太网,集线器,两对双绞线,站点,RJ-45 插头,55,集线
20、器的一些特点,集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作,因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。 使用集线器的以太网在物理上是一个星型网,但在逻辑上仍是一个总线网,各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议,并共享逻辑上的总线。(星型总线) 集线器很像一个多接口的转发器(中继器),工作在物理层。,56,3.4.3 以太网的 MAC 层 1. MAC 层的硬件地址,在局域网中,硬件地址又称为物理地址,或 MAC 地址。 802 标准为局域网规定了一种48bit的全球地址,是指网卡上固化在ROM中的地址。6个字节的地址字段可使全世界所有局域网上的站都具有不同的地址。,57,2. MAC 帧的格
21、式,常用的以太网MAC帧格式有两种标准 : DIX Ethernet V2 标准 IEEE 的 802.3 标准 最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。,58,以太网 MAC 帧,物理层,MAC层,IP层,目的地址,源地址,类型,数 据,FCS,6,6,2,4,字节,46 1500,MAC 帧,以太网V2的 MAC 帧格式,一共由5部分组成,59,3.5 扩展的局域网,3.5.1 在物理层扩展局域网 3.5.2 在数据链路层扩展局域网,注:这种扩展的局域网在网络层看来仍然是一个网络。,60,3.5.1 在物理层扩展局域网,使用中继器 使用集线器,61,优点 使原来属于不同碰撞域的局域网上
22、的计算机能够进行跨碰撞域的通信。 扩大了局域网覆盖的地理范围。 缺点 碰撞域增大了,但总的吞吐量并未提高。 如果不同的碰撞域使用不同的数据率,那么就不能用集线器将它们互连起来。,用集线器扩展局域网,62,在数据链路层扩展局域网是使用网桥。 网桥工作在数据链路层,它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。 网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时,并不是向所有的接口转发此帧,而是先检查此帧的目的 MAC 地址,然后再确定将该帧转发到哪一个接口。,3.5.2 在数据链路层扩展局域网,63,1. 网桥的内部结构,站表,接口管理 软件,网桥协议 实体,缓存,接口 1,接口 2,网段 B,网段 A
23、,1,1,1,2,2,2,站地址,接口,网桥,网桥,接口 1,接口 2,1,2,两个端口分别与两个网段相连,收到帧,放到缓存中 如果出错,则丢弃; 若目的站MAC地址属于另一网段,则查找转发表,送往对应的端口发送出去。仅在同一个网段中的帧,不会被网桥转发到另一个网段,因而不会加重整个网络的负担,H1H5:送到端口2,H1H3:同一端口,不转发,丢弃,64,过滤通信量:隔离碰撞域 扩大了物理范围 提高了可靠性:故障一般只影响个别网段 可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率(如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网)的局域网。,使用网桥带来的好处,65,网桥使各网段成为 隔离开的碰撞
24、域,B2,B1,碰撞域,碰撞域,碰撞域,A,B,C,D,E,F,66,存储转发增加了时延 在MAC 子层并没有流量控制功能:缓存溢出 具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大:需要修改帧的某些字段的内容 网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网,否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。,使用网桥带来的缺点,67,集线器在转发帧时,不对传输媒体进行检测。 网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。 若在发送过程中出现碰撞,就必须停止发送和进行退避。,网桥和集线器(或转发器)不同,网桥没有网卡,不改变它转发的帧的源地址,68,网桥的
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