计算机网络计网复习要点.ppt
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1、计算机通信网络 复习要点,华南理工大学本科课程,计算机网络体系结构的形成,网络存在异构性。 相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行,而这种“协调”是相当复杂的。 “分而治之”是解决复杂问题的常用手段。 “分层”可将庞大而复杂的问题,转化为若干较小的局部问题,而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。,邮政系统分层模型,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。 体系结构是抽象的,而实现则是具体的。,Hello,我不太明白计算机网络的体系结构。请问你是如何理解的呀?,
2、体系结构就是“骨”和“肉”的结合体,其中“骨”是各层,“肉”是各层协议,二者缺一不可,不可分离。,OSI 与 TCP/IP 的关系,OSI 与 TCP/IP 的各自特点,OSI比较复杂。 TCP/IP 的网络接口层并没有具体内容。 折中办法是五层协议的体系结构 。,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,五层协议体系结构各层的功能
3、,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,沙漏计时器形状的 TCP/IP协议族,HTTP,SMTP,DNS,RTP,TCP,UDP,IP,网际层,网络接口层,运输层,应用层,网络接口 1,网络接口 2,网络接口 3,Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务,IP over Everything IP 可应用到各式各样
4、的网络上,TCP/IP具有包容性、统一性、平等性和抽象性等特征。这正是它具有如此强大生命力的原因!,TCP/IP是本章最后内容。你知道TCP/IP为何能淘汰OSI而具有如此强大生命力吗?,物理层的接口特性,机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。 电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。 过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。,设计数据链路层的原因,原始物理线路上传输信号有差错。 数据链路层的主要目的是将有差错的物理线路变为逻辑上无差错的数据链路,以向网络层提供高质量服务。
5、,数据链路层的两个子层,局 域 网,网络层,物理层,站点 1,网络层,物理层,数据 链路层,站点 2,CSMA/CD 协议,B向 D 发送数据,C,D,A,E,匹配电阻(用来吸收总线上传播的信号),匹配电阻,不接受,不接受,不接受,接受,B,只有 D 接受 B 发送的数据,CSMA/CD的要点概况,先听后发 边听边发 冲突停止 延迟重发,争用期 2 的解释,1 km,A,B,t = 2,t = ,t = 0,单程端到端 传播时延为,t = ,最小有效帧长的必要性解释,t = 2,t = ,t = 0,t = ,t = 2,t = ,t = 0,t = ,能够检测冲突,不能检测冲突,PPP 帧,
6、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 息 部 分,首部,尾部,MAC 帧,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,10101010101010 10101010101010101011,前同步码,帧开始 定界符,7 字节,1 字节,插入,以太网交换机的每个接口都直接与主机相连,并且一般都工作在全双工方式。 交换机能同时连通许多对的接口,使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样,进行无碰撞地传输数据。,以太网交换机的特点,以太网交换机的内部结构,原来,交换式局域网的每个LAN网段可仅
7、有一台主机,且交换机的多个电子开关将各路通信总线隔断。,是啊,交换式局域网“里里外外”都可避免冲突,故以太网交换机可使每对相互通信的主机都独享信道。,集线器的冲突域和广播域,HUB,冲突域 广播域,HUB,HUB,HUB,网桥的冲突域和广播域,HUB,冲突域 广播域,HUB,HUB,Bridge,交换机的冲突域和广播域,HUB,冲突域 广播域,HUB,HUB,Switch,吉比特以太网,半双工方式时,采用载波延伸和短帧突发方法。 全双工方式时,不使用载波延伸和短帧突发。,载波延伸和短帧突发的比喻,“大鸡”载波延伸(至少512 B) “小鸡”短帧突发(至少64 B) 发送失败的情况,碰撞,载波延
8、伸和短帧突发的比喻,“大鸡”载波延伸(至少512 B) “小鸡”短帧突发(至少64 B) 发送成功的情况,吉比特以太网的帧,传统以太网与吉比特以太网比较,1000/100 m,A,B,设计网络层的意义,如何进行网络互连? 如何跨越不同网络? 如何进行拥塞控制?,IP 地址的编址方法,分类的IP地址。这是最基本的编址方法,在 1981 年就通过了相应的标准协议。 子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进,其标准RFC 950在 1985 年通过。 构成超网。这是比较新的无分类编址方法。1993 年提出后很快就得到推广应用。,IP 地址与硬件地址,TCP 报文,IP 数据报,MAC 帧,应用层数据
9、,首部,首部,尾部,首部,IP地址的必要性,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,IP 数据报,用统一的IP通信,就能屏蔽差异,达到一致。即使远隔千山万水,我们通信也风雨无阻了!,因特网上发送数据,要经过多少次不同类型的硬件地址转换,好艰难啊!,硬件地址的必要性,C,D,A,E,以太网MAC帧,B,发送,接收?,接收?,接收?,接收?,目的地址,源地址,类型,数 据,FCS,发送数据的时候,写上你的主机硬件地址。这样,接受者就是天下唯一的你了!,在以太网上发送数据,
10、局域网内谁都可以收到,该怎么办呢?,各片要尽可能大(各片长度MTU)。 各片大小(字节为单位)为8的整数倍。 分片发生在物理网络交界处,由路由器完成。 分片可能多次进行。,分片的注意事项,网 1,2网2,网5,网 6,网33,网4,网 7,网 8,重装是分片的逆过程,但实现方式并不相同。 重装只可能在目的主机进行。 一个分片丢失,将导致整个数据报不能重装。故分片越多,整个数据报丢失的概率越大。,重装的注意事项,网 1,2网2,网5,网 6,网3,网4,网 7,网 8,引入IP 层转发分组的实例,目的地 下一站,目的主机所在的网络,下一跳地址,20.0.0.0,30.0.0.0,10.0.0.0
11、,40.0.0.0,20.0.0.7,30.0.0.1,直接交付,接口 1,直接交付,接口 0,路由器 R2 的路由表,路由器转发IP数据报,划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。 从主机号借用若干个位作为子网号 subnet-id,而主机号 host-id 也就相应减少了若干个位。 IP地址 := , , (4-2),划分子网的基本思路,划分子网实例,145.13.3.10,145.13.3.11,145.13.3.101,145.13.7.34,145.13.7.35,145.13.7.56,145.13.21.23,145.13.21.9,145.13.2
12、1.8,子网 145.13.21.0,子网 145.13.3.0,子网 145.13.7.0,所有到达网络 145.13.0.0 的分组均到达 此路由器,网络 145.13.0.0,R1,R3,R2,无分类的两级编址的记法是: IP地址 := , (4-3) CIDR 还使用“斜线记法”(slash notation),它又称为CIDR记法,即在 IP 地址面加上一个斜线“/”,然后写上网络前缀所占的位数(这个数值对应于三级编址中子网掩码中 1 的个数)。 CIDR 把网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR 地址块”。,超网,128.14.32.0/20 表示的地址(212 个地址)
13、,10000000 00001110 00100000 00000000 10000000 00001110 00100000 00000001 10000000 00001110 00100000 00000010 10000000 00001110 00100000 00000011 10000000 00001110 00100000 00000100 10000000 00001110 00100000 00000101 10000000 00001110 00101111 11111011 10000000 00001110 00101111 11111100 10000000 00
14、001110 00101111 11111101 10000000 00001110 00101111 11111110 10000000 00001110 00101111 11111111,所有地址 的 20 位 前缀都是 一样的,CIDR 地址块划分举例,因特网,206.0.68.0/22,206.0.64.0/18,ISP,大学 X,一系,二系,三系,四系,206.0.71.128/26 206.0.71.192/26,206.0.68.0/25 206.0.68.128/25 206.0.69.0/25 206.0.69.128/25,206.0.70.0/26 206.0.70.6
15、4/26 206.0.70.128/26 206.0.70.192/26,206.0.70.0/24,206.0.71.0/25,206.0.71.0/26 206.0.71.64/26,206.0.71.128/25,206.0.68.0/23,单位 地址块 二进制表示 地址数 ISP 206.0.64.0/18 11001110.00000000.01* 16384 大学 206.0.68.0/22 11001110.00000000.010001* 1024 一系 206.0.68.0/23 11001110.00000000.0100010* 512 二系 206.0.70.0/24
16、11001110.00000000.01000110.* 256 三系 206.0.71.0/25 11001110.00000000.01000111.0* 128 四系 206.0.71.128/25 11001110.00000000.01000111.1* 128,路由协议的分类,动态路由协议,静态路由协议,默认网关,距离向量路由协议,链路状态路由协议,RIP,OSPF,路由 协议,外部网关协议,内部网关协议,RIP,OSPF,BGP,路由 协议,距离向量算法的理解,距离向量算法,距离向量算法(distance vector routing)最初用于ARPANET中的路由选择,后来用于
17、Internet。 距离向量算法中,每个结点都保存一张路由表。 路由表中的每一个表项包括两部分,即到达目的网络的下一跳地址(下一站路由器地址)和到达目的网络所需距离的度量值(metric)。,距离向量算法,链路状态算法的理解,链路状态算法,链路状态算法的每个路由结点都保存一份最新的整个网络的拓扑信息。 使用链路状态算法的路由协议有开放最短路径优先协议(Open Shortest Path First,OSPF)等。,两种路由算法的比较,RIP 协议的三个要点,仅和相邻路由器交换信息。 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息,即自己的路由表。 按固定的时间间隔交换路由信息,例如,每隔 30 秒
18、。,距离向量路由算法的不稳定性,R2,R1,正 常 情 况,1 1 ,1 2 R1,解决措施(1): 定义无穷大,把一个有限的距离值定义为无穷大,如把16定义为无穷大。 把距离定义无穷大实际上是限制了网络的规模。,解决措施(2): 水平分割(split horizons),该策略不采用洪泛法发送路由信息更新,而是每个结点只发送其路由表的一部分。 “分割”的意义是:在B发往A的路由信息中,把以下两种路由信息“分割”开来,区别对待: B的下一跳是A; B的下一跳不是A。,B,A,若B的路由表认为到达X的最佳路由经过A,则B不把该信息通知A,因为该消息就是来源于A,即A已经知晓了。 B给A发送路由信
19、息时,先删除该信息再发送。 A仍然保留A到X的距离为无穷大,以后A发给B路由表时,B也就更正了自己的路由表。 以上可知系统第一次更新就稳定了,即A和B都知道X是不可达的。,B,A,解决措施(2): 水平分割(split horizons),水平分割的缺点:距离向量协议使用计时器,若超时而没有某路由的信息,则删除该路由。 本例,B通知A的路由信息中,删除B到X的信息,则A并不能判断这是由于哪种情况: 水平分割; B最近一直没收到关于X的消息。 “毒性”表示网络出现了故障,本例表示度量16。 “逆转”表示仍然可以向“毒源”发送“有毒”信息。,B,A,解决措施(3): 毒性逆转(poison rev
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