计算机网络:复习

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计算机网络复习资料

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计算机网络:复习

  1. 1. 计算机网络:复习
  2. 2. 第 1 章第 1 节 <ul><li>介绍了网络发展的主要阶段。通过网络发展的历史,使学生了解网络体系结构标准化的必要性和发展过程,为第三章对体系结构的进一步学习做好准备。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点一: 以主机为中心的联机终端系统 </li></ul><ul><li>§         特征:终端 (Terminal) 共享主机 (Host) 的软硬件资源 </li></ul><ul><li>•  单台主机:执行计算和通信任务 </li></ul><ul><li>•     多台终端:执行用户交互 </li></ul><ul><li>•     终端集中器 / 终端服务器 ) </li></ul><ul><li>§         连接方式:本地或远程 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点二: 以通信子网为中心的主机互连 </li></ul><ul><li>§         特征 </li></ul><ul><li>•     多个终端联机系统互联,形成了多主机互联网络 </li></ul><ul><li>•     网络结构从“主机-终端” 转变为“主机-主机” </li></ul><ul><li>§         连接方式:通信子网与资源子网分离,通信子网规模逐渐扩大,成为公用数据通信网。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点三: 体系结构标准化网络 </li></ul><ul><li>§         标准化的需求 </li></ul><ul><li>•     不同网络设备之间的 兼容性 和 互操作性 是推动网络体系结构的标准化的原动力 </li></ul><ul><li>•     而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享 </li></ul><ul><li>§         网络体系结构标准化过程的演变 </li></ul>
  3. 3. <ul><li>厂商标准: IBM-SNA , DEC-DNA 等 </li></ul><ul><li>缺点:适用范围小,兼容性差 </li></ul><ul><li>国际标准( ISO OSI/RM ) </li></ul><ul><li>OSI 参考模型是一种概念上的网络模型,规定了网络体系结构的框架: 7 个层次 </li></ul><ul><li>事实上的标准: TCP/IP( 因特网的骨干协议 ) </li></ul><ul><li>从体系结构上看,它是 OSI 参考模型的简化( 4 层) </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点四: 因特网时代 </li></ul><ul><li>§         因特网的出现标志着网络时代的到来 </li></ul><ul><li>§         因特网是全球性的网络 </li></ul><ul><li>§         丰富的信息和便利的使用是其规模迅速增长的主要驱动力 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>本节总结 </li></ul><ul><li>本节简要介绍了网络的发展过程,包括 Internet 的发展简史,并简单引入了体系结构标准化的概念。 </li></ul>
  4. 4. 第 1 章第 2 节 <ul><li>介绍了计算机网络的概念及与其他计算机系统的区别。虽然从应用角度、物理角度或其他方面看,计算机网络有不同的定义,但其主要特性为互联和自治。通过与分时系统、多机系统、分布式系统的比较,可以进一步加强对网络概念的理解。 </li></ul>
  5. 5. 1 - 3 <ul><li>本节介绍了计算机网络的主要功能。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点: 网络的功能 </li></ul><ul><li>网络的功能很多,本节仅给出了几种应用较广泛的功能。 </li></ul><ul><li>§         数据通信 (Communication Medium) </li></ul><ul><li>文件传输、 IP 电话、 email 、视频会议、信息发布、交互式娱乐、音乐 </li></ul><ul><li>§         资源共享 (Resource Sharing) </li></ul><ul><li>软件、硬件、数据(数据库) </li></ul><ul><li>§         提供高可靠性服务 (High Reliability) </li></ul><ul><li>利用可替代的资源,提供连续的高可靠服务 </li></ul><ul><li>§         节省投资 (Saving Money) </li></ul><ul><li>替代昂贵的大中型机系统 </li></ul><ul><li>§         分布式处理 (Distributed Processing) </li></ul>
  6. 6. 1 - 4 <ul><li>介绍了计算机网络的软件构成和系统构成。 </li></ul><ul><li>了解网络系统的主要构成,包括通信子网和资源子网,有利于后续体系结构的学习。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点: 网络的组成 </li></ul><ul><li>1 、硬件 </li></ul><ul><li>•        网络节点 </li></ul><ul><li>端节点:计算机 </li></ul><ul><li>中间节点:交换机、集中器、复用器、路由器、中继器 </li></ul><ul><li>•        通信链路:信息传输的通道 </li></ul><ul><li>物理:传输介质 </li></ul><ul><li>逻辑:信道 </li></ul><ul><li>类比—— CATV 的电缆和频道之间的关系 </li></ul><ul><li>2 、软件 </li></ul><ul><li>•       通信软件(网络协议软件) </li></ul><ul><li>•       网络操作系统 </li></ul><ul><li>•       网络管理 / 安全控制软件、网络应用软件 </li></ul>
  7. 7. 1 - 5 ( 1 ) <ul><li>从不同角度介绍了计算机网络的分类。 </li></ul><ul><li>正确理解网络的分类,有助于从不同角度理解网络技术。尤其是按距离划分、按拓扑结构划分等,对于后续章节中局域网、网络互联等内容的学习是重要的先导知识。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点一: 按地域范围分类 </li></ul><ul><li>u       局域网 (Local Area Network , LAN) </li></ul><ul><li>l         范围:小,< 20KM </li></ul><ul><li>l         传输技术:基带, 10-1000Mbps ,延迟低,出错率低( 10-11 ) </li></ul><ul><li>l         拓扑结构:总线,环 </li></ul><ul><li>u       城域网 (Metropolitan Area Network , MAN) </li></ul><ul><li>l         范围:中等,< 100KM </li></ul><ul><li>l         传输技术:宽带 / 基带 </li></ul><ul><li>l         拓扑结构:总线 </li></ul><ul><li>u       广域网 (Wide Area Network , WAN) </li></ul><ul><li>l         范围:大,> 100KM </li></ul><ul><li>l         传输技术:宽带,延迟大,出错率高 </li></ul><ul><li>l         拓扑结构:不规则,点到点 </li></ul>
  8. 8. 1 - 5 ( 2 ) <ul><li>知识点二: 按拓扑结构分类 </li></ul><ul><li>u       星形 </li></ul><ul><li>  有一个中心节点,其它节点与其构成点到点连接 </li></ul><ul><li>u       树形 </li></ul><ul><li>  一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成 </li></ul><ul><li>u       总线 </li></ul><ul><li>l         所有节点挂接到一条总线上,广播式信道 </li></ul><ul><li>l         需要有介质访问控制规程以防止冲突 </li></ul><ul><li>u       环形 </li></ul><ul><li>所有节点连接成一个闭合的环,结点之间为点到点连接 </li></ul>
  9. 9. 1 - 6 <ul><li>出了计算机网络的几种典型应用。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点: </li></ul><ul><li>网络的应用 </li></ul><ul><li>•         企业信息化 </li></ul><ul><li>•         电子商务 </li></ul><ul><li>•         信息的发布与检索 </li></ul><ul><li>•         个人通信 </li></ul><ul><li>•         家庭娱乐 </li></ul><ul><li>网络应用已深入社会各个层面,可以启发学生列出书上以外的网络的应用。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>本节总结 </li></ul><ul><li>本节简要列出网络的几种典型应用。网络的发展是日新月异的,网络的应用也在不断扩展中。 </li></ul>
  10. 10. 作业 <ul><li>什么叫耦合度?按耦合度的不同如何区分计算机网络和其它计算机系统? </li></ul><ul><li>耦合度是处理机之间连接的紧密程度。它可用处理机之间的距离及相互连接的信号线数目来表示,下表说明了按耦合度的不同计算机网络和其它计算机系统的区别 。 </li></ul><ul><li>  </li></ul>
  11. 11. 2-1 <ul><li>介绍数据通信系统的基本概念。 </li></ul><ul><li>数据通信系统的基本构成,包传输介质、传输设备(多路复用器、交换机)等及数据处理系统。 </li></ul><ul><li>数据通信基本过程一般分为 5 个阶段,包含两项内容:数据传输和通信控制 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点一: 信息通过数据通信系统的传输过程 </li></ul><ul><li>把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地 </li></ul><ul><li>信息和数据(二进制位)不能直接在信道上传输 </li></ul><ul><li>编码:数据->适合传输的数字信号——便于同步、识别、纠错 </li></ul><ul><li>调制:数字信号->适合传输的形式——按频率、幅度、相位 </li></ul><ul><li>解调:接收波形->数字信号 </li></ul><ul><li>解码:数字信号->原始数据  </li></ul>
  12. 12. 2 - 1 <ul><li>知识点二: 数据通信系统的构成 </li></ul><ul><li>1 数据传输系统 </li></ul><ul><li>传输线路 </li></ul><ul><li>有线介质、无线介质 </li></ul><ul><li>传输设备 </li></ul><ul><li>调制解调器、中继器、多路复用器、交换机等 </li></ul><ul><li>调制解调器等网络接入设备也称为 DCE ( Data Circuit Equipment ) </li></ul><ul><li>2 数据处理系统:计算机、终端等,又分为: </li></ul><ul><li>源系统 (信源+发送器):发出数据的计算机 </li></ul><ul><li>目的系统 (信宿+接收器):接收数据的计算机 </li></ul><ul><li>计算机、终端等设备也称为 DTE ( Data Terminal Equipment ) </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点三: 数据通信基本过程 </li></ul><ul><li>过程                        与打电话比较 </li></ul><ul><li>-------------------------------------------------- </li></ul><ul><li>建立物理连接                  拨号,拨通对方 </li></ul><ul><li>建立逻辑连接                  互相确认身份 </li></ul><ul><li>数据传输                      互相通话 </li></ul><ul><li>断开逻辑连接                  互相确认要结束通话 </li></ul><ul><li>断开物理连接                  双方挂机 </li></ul>
  13. 13. 2 - 2 信道及其主要特性 <ul><li>介绍了信道的基本概念,及通信线路连接方式、数据的传输方式、同步方式等。 </li></ul><ul><li>信道分为数字信道和模拟信道,信号也分为模拟信号和数字信号。数字通信与模拟通信分别有其特点和适用场合。 </li></ul><ul><li>为了适应不同需要,通信线路有不同的连接方式;根据信号在信道上的传输方向,把数据通信方式分为单工通信、半双工通信和全双工通信。数据同步方式涉及从位到帧的不同单位的同步。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点一: 数字信道和模拟信道 </li></ul><ul><li>1 、数字信道:以数字脉冲形式(离散信号)传输数据的信道。 </li></ul><ul><li>计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输 </li></ul><ul><li>ADSL 、 ISDN 、 DDN 、 ATM 、局域网 </li></ul><ul><li>2 、模拟信道:以连续模拟信号形式传输数据的信道。 </li></ul><ul><li>CATV 、无线电广播、电话拨号线路 </li></ul>
  14. 14. 2 - 2 <ul><li>  知识点二: 通信线路连接方式 </li></ul>
  15. 15. 2 - 3 传输介质 <ul><li>介绍了几种常见的传输介质的特性及适用场合。 </li></ul><ul><li>传输介质是连接网络上各个站点的物理通道。传输介质可分为有线介质和无线介质。常用的有线介质主要有同轴电缆、双绞线、光导纤维。常用的无线传输介质有:微波、红外线和卫星。 </li></ul><ul><li>知识点: 常见传输介质的比较 </li></ul><ul><li>各种传输介质都有其适用场合,应从传输距离、速率、价格等方面进行分析对比。 </li></ul>
  16. 16. 2 - 4 数据编码 <ul><li>介绍不同信号在不同信道上传输需进行的数据编码技术。 </li></ul><ul><li>不同类型的信号在不同类型的信道上传输有 4 种情况,分别适用不同的调制、编码技术。 </li></ul><ul><li>知识点一: 模拟传输和数字传输所使用的技术总览 </li></ul>
  17. 17. 2 - 4 <ul><li>编码与调制的区别 </li></ul><ul><li>• 编码:用数字信号承载数字或模拟数据 </li></ul><ul><li>• 调制:用模拟信号承载数字或模拟数据 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点二: 数字数据调制编码 </li></ul><ul><li>目的:使数字数据能在模拟信道上传输 </li></ul><ul><li>常用的调制技术: </li></ul><ul><li>• 幅移键控 ASK ( Amplitude Shift Keying ) </li></ul><ul><li>• 频移键控 FSK ( Frequency Shift Keying ) </li></ul><ul><li>• 相移键控 PSK ( Phase Shift Keying ) </li></ul><ul><li>原理: </li></ul><ul><li>用数字信号对载波的不同参量进行调制。 </li></ul><ul><li>          载波信号 S(t) = Acos(wt+j) </li></ul><ul><li>S(t) 的参量包括: 幅度 A 、 频率 w 、 初相位 j </li></ul><ul><li>• 调制就是要使 A 、 w 或 j 随数字基带信号的变化而变化 </li></ul>
  18. 18. 2 - 4 <ul><li>知识点三: 模拟数据的数字信号编码 </li></ul><ul><li>目的:使模拟数据能在数字信道上传输 </li></ul><ul><li>模拟数据要在数字线路上传输,必须将其转换成数字信号。三个步骤: </li></ul><ul><li>采样:按一定间隔对语音信号进行采样 </li></ul><ul><li>量化:把每个样本舍入到最接近的量化级别上 </li></ul><ul><li>编码:对每个舍入后的样本进行编码 </li></ul><ul><li>编码后的信号称为 PCM 信号(脉码调制 , Pulse Coded Modulation ) </li></ul><ul><li>原理:(采样定理) </li></ul><ul><li>如果模拟信号的最高频率为 F ,若以≥ 2F 的采样频率对其采样,则从采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。 </li></ul><ul><li>要转换的模拟数据主要是电话语音信号 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>本节总结 </li></ul><ul><li>本节介绍了数字数据在数字信道上传送相关的数字信号编码、数字数据在模拟信道上传送相关的调制编码,模拟数据在数字信道上相关的脉冲编码调制技术。 </li></ul><ul><li>本节内容要从模拟、数字两种信号在模拟、数字两种信道上传输的各种不同情况,来理解相应的数据编码技术。 </li></ul>
  19. 19. 2 - 5 多路复用技术 <ul><li>介绍了当前最常见的多路复用技术。 </li></ul><ul><li>复用的基本思想是把公共共享信道用某种方法划分成多个子信道,每个子信道传输一路数据。多路复用主要有频分、时分、波分、码分多路复用。  </li></ul><ul><li>知识点一: 频分多路复用 </li></ul><ul><li>整个传输频带被划分为若干个频率通道,每路信号占用一个频率通道进行传输。频率通道之间留有防护频带以防相互干扰。 </li></ul>
  20. 20. 2 - 5 <ul><li>知识点二: 时分多路复用 </li></ul><ul><li>时间分割成小的时间片,每个时间片分为若干个时隙,每路数据占用一个时隙进行传输。在通信网络中应用极为广泛。 </li></ul>
  21. 21. 2 - 5 <ul><li>知识点三: 波分多路复用 </li></ul><ul><li>整个波长频带被划分为若干个波长范围,每路信号占用一个波长范围来进行传输。 </li></ul>
  22. 22. 2 - 5 <ul><li>知识点四: 码分多路复用 </li></ul><ul><li>每个用户把发送信号用接收方的地址码序列编码(任意两个地址码序列相互正交)。不同用户发送的信号在接收端被叠加,然后接收者用同样的地址码序列解码。由于地址码的正交性,只有与自己地址码相关的信号才能被检出,由此恢复出原始数据。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>本节总结 </li></ul><ul><li>本节介绍了频分、时分、波分、码分多路复用技术的一般原理和应用。 </li></ul><ul><li>对各种多路复用技术的理解,重在分析、比较各种复用技术划分每路信息的方法、适用的传输介质、信号类型,并可结合通信中的具体应用。 </li></ul>
  23. 23. 2 - 6 数据交换技术 <ul><li>介绍最常见的交换技术。 </li></ul><ul><li>交换是按某种方式动态地分配传输线路资源,交换可节省线路投资,提高线路利用率。实现交换的方法主要有:电路交换、报文交换和分组交换 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点一: 电路交换 </li></ul><ul><li>在通信双方之间建立一条临时专用线路的过程。可以是真正的物理线路,也可以是一个复用信道。 </li></ul><ul><li>特点:数据传输前需要建立一条端到端的通路。——称为“面向连接的”(典型例子:电话) </li></ul><ul><li>过程:建立连接->通信->释放连接 </li></ul><ul><li>优缺点: </li></ul><ul><li>l         建立连接的时间长; </li></ul><ul><li>l         一旦建立连接就独占线路,线路利用率低; </li></ul><ul><li>l         无纠错机制; </li></ul><ul><li>l         建立连接后,传输延迟小。 </li></ul><ul><li>适用:不适用于计算机通信,因为计算机数据具有突发性的特点,真正传输数据的时间不到 10% 。 </li></ul>
  24. 24. 2 - 6 <ul><li>知识点二: 报文交换 </li></ul><ul><li>以报文为单位进行“存储 - 转发”交换的技术。在交换过程中,交换设备将接收到的报文先存储,待信道空闲时再转发出去,一级一级中转,直到目的地。这种数据传输技术称为存储 - 转发。 </li></ul><ul><li>特点:传输之前不需要建立端到端的连接,仅在相邻结点传输报文时建立结点间的连接。——称为“无连接的”(典型例子:电报)。整个报文( Message )作为一个整体一起发送。 </li></ul><ul><li>优缺点: </li></ul><ul><li>l         没有建立和拆除连接所需的等待时间; </li></ul><ul><li>l         线路利用率高; </li></ul><ul><li>l         传输可靠性较高; </li></ul><ul><li>l         报文大小不一,造成存储管理复杂; </li></ul><ul><li>l         大报文造成存储转发的延时过长,且对存储容量要求较高;         出错后整个报文全部重发。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点三: 分组交换(包交换) </li></ul><ul><li>将报文分割成若干个大小相等的分组( Packet )进行存储转发。 </li></ul><ul><li>特点:数据传输前不需要建立一条端到端的通路——也是“无连接的”。有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择功能。 </li></ul><ul><li>优缺点: </li></ul><ul><li>l         对转发结点的存储要求较低,可以用内存来缓冲分组——速度快; </li></ul><ul><li>l         转发延时小——适用于交互式通信; </li></ul><ul><li>l         某个分组出错可以仅重发出错的分组——效率高; </li></ul><ul><li>l         各分组可通过不同路径传输,容错性好。 </li></ul><ul><li>l         需要分割报文和重组报文,增加了端站点的负担。 </li></ul><ul><li>分组交换有两种交换方式:数据报方式和虚电路方式 </li></ul><ul><li>本节重在理解分组交换的工作原理,并比较它与电路交换相比的优缺点及适用场合。现代网络通信中采用的快速分组交换技术是在分组交换的基础上发展而来的。 </li></ul>
  25. 25. 2 - 7 差错控制 <ul><li>介绍了差错控制的一般原理和方法。 </li></ul><ul><li>由于不存在理想的信道,传输总会出现差错,差错控制就是在通信过程中,发现、检测差错并进行纠正。 </li></ul><ul><li>差错控制的基本方法是接收方进行差错检测,并向发送方应答,告知是否正确接收并进行相应处理。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点一: 差错控制方法:自动请求重传 Automatic Repeat Request ( ARQ ) </li></ul><ul><li>l     停等 ARQ </li></ul><ul><li>每发送一帧就需要一个应答帧 </li></ul><ul><li>只重传刚才出错的帧 </li></ul><ul><li>l    Go-back-N ARQ </li></ul><ul><li>每发送 N 帧需要一个应答帧 </li></ul><ul><li>需重传前面( N-i+1 )帧( 0≤i≤N ) </li></ul><ul><li>l     选择重传 ARQ </li></ul><ul><li>每发送 N 帧需要一个应答帧 </li></ul><ul><li>只重传出错的帧 </li></ul><ul><li>  </li></ul>
  26. 26. 2 - 7 <ul><li>知识点二: 检错码主要有两种编码方法: </li></ul><ul><li>奇偶校验( Parity Checking ) </li></ul><ul><li>可以在两个级别上实现: </li></ul><ul><li>l     在原始数据字节的最高位(或最低位)增加一个奇偶校验位,使结果中 1 的个数为奇数(奇校验)或偶数(偶校验)。若接收方收到的字节奇偶校验结果不正确,就可以知道传输中发生了错误。 </li></ul><ul><li>l    在通信过程中实现:在发送时增加奇偶校验位。 </li></ul><ul><li>只能用于面向字符的通信协议中。 </li></ul><ul><li>只能检测出奇数个位错,偶数个位错则不能检出。 </li></ul><ul><li>循环冗余校验( CRC, Cyclic Redundancy Check ) </li></ul><ul><li>差错检测原理: </li></ul><ul><li>收发双方约定一个 生成多项式 G(x) ,发送方根据发送的数据和 G(x) 计算出 CRC 校验和并把它加在数据的末尾。接收方则用 G(x) 去除接收到的数据,若有余数,则传输有错。 CRC 校验的关键是如何计算校验和。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>本节总结 </li></ul><ul><li>本节介绍了差错控制的一般原理及常见差错控制编码。 </li></ul><ul><li>差错控制主要有检错和纠错两个部分,分别适用不同的技术。 </li></ul><ul><li>差错控制编码是差错控制中的重要技术。 </li></ul>
  27. 27. 2 章 常见问题 <ul><li>1 何为基带 , 何为宽带? </li></ul><ul><li>基带传输指以数字方式直接进行传输,宽带传输指利用模拟信号经过调幅或调相、调频等 方法同时传输多路数据信号。 基带信号和宽带信号似乎没有这种提法。 </li></ul><ul><li>2 什么叫频带 ? </li></ul><ul><li>频带的单位是赫兹( Hz )。 通俗的说,对信道而言,频带就是允许传送的信号的最高频率与允许传送的信号的最低频率之间的频率范围 ( 当然要考虑衰减必须在一定范围内 ) 。若两者差别很大,可以认为频带就等于允许传送的信号的最高频率。 对信号而言,频带就是信号包含的最高频率与最低频率之间的频率范围 ( 当然频率分量必须大于一定的值 ) 。若两者差别很大,可以粗略地认为频带就等于信号的最高频率。 </li></ul>
  28. 28. 2 章 问题 <ul><li>3 利用 hub 和网桥组建的一个局域网,(没有连到 internet )是不是可以不要 ip 地址? 那么这样可以吗:利用 hub 把我们寝室的四台机子连起来是不是可以只用一个 ip ,然后就可以共享网络?(这次要连 internet )? </li></ul><ul><li>局域网有许多网络协议可以使用,如 NETBEUI 和 IPX/SPX, 这些网络不使用 IP 地址。 如果宿舍里的多台微机上网,目前大部分采用“代理服务器(如 winroute,Winproxy )”方式上网,这种方法的主要特点是做代理服务器的微机需要配两块网卡( NIC ) , 一块联接因特网(外网),一块联接内网。 </li></ul><ul><li>4 网速主要是由什么来决定 ? 有时候去外边的网吧上网。觉得速度很不一样,很多网吧都说是 DDN ,但是有的很快有的很慢,是因为接入方式不一样呢,还是和带宽关系大呢。。希望老师能大概解释一下。谢谢? </li></ul><ul><li>DDN 的速率也各不相同,可以从几 Kbps 到几 Mbps 。另外,与以下几个因素也有关: 1. 网络流量,要是大家都在下载,肯定很慢 2. 用户数量 3. 路由器性能 </li></ul>
  29. 29. 2 章 作业 <ul><li>1 什么叫码元速率?什么叫信息速率?两者有何关系? </li></ul><ul><li>码元速率( RB ):又称为信号速率,它指每秒传送的码元数,单位为“波特”( Baud ),也称波特率。 </li></ul><ul><li>信息速率( Rb ):指每秒传送的信息量。单位为“ bit/s” 。 </li></ul><ul><li>对 M 进制信号,信息速率和码元速率两者的关系是:          Rh=RBlog2M </li></ul><ul><li>2  在带宽为 10MHz 的信道上,如果使用 4 个电平的数字信号,每秒钟能发送多少比特? </li></ul><ul><li>10×log24 = 20M ( bps ) </li></ul><ul><li>3   一个数字信号通过信噪比为 20db 的 3kHz 信道传送,其数据速率不会超过多少? </li></ul><ul><li>根据香农定理:最大数据传输率 = 3×log2 (1 + 20) ≈4.39 (K bps) </li></ul><ul><li>4 说明在计算机网络中是否有真正的电路交换存在?为什么 ? </li></ul><ul><li>不存在。在计算机网络中主要使用存储转发方式进行数据传输。 </li></ul>
  30. 30. 3-1 体系结构 <ul><li>介绍了网络体系结构的定义和发展,说明了网络互联中面临的复杂的软、硬件环境。 </li></ul><ul><li>分层结构将网络互联的庞大而复杂的问题,划分为若干个较小而容易解决的问题,具有很多优点。 </li></ul><ul><li>在网络系统中,为了保证数据通信双方能正确而自动地进行通信,需要针对通信过程的各种问题,制定一整套交互双方必须遵守的规则,这就是网络系统的通信协议。它包括语法、语义和规则(时序)。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点一: 网络互联中面临的复杂现状 </li></ul><ul><li>     多种通信媒介——有线、无线…… </li></ul><ul><li>     不同种类的设备——通用、专用…… </li></ul><ul><li>    不同的操作系统—— Unix 、 Windows …… </li></ul><ul><li>     不同的应用环境——固定、移动…… </li></ul><ul><li>     不同种类业务——分时、交互、实时…… </li></ul><ul><li>     宝贵的投资和积累——有形、无形…… </li></ul><ul><li>     用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏 </li></ul><ul><li>它们互相交织,形成了非常复杂的系统应用环境。 </li></ul>
  31. 31. 3 - 1 <ul><li>知识点二: 分层结构方法的优点 </li></ul><ul><li>ü       把网络操作分成复杂性较低的单元,结构清晰,易于实现和维护 </li></ul><ul><li>ü       定义并提供了具有兼容性的标准接口 </li></ul><ul><li>ü       使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块 </li></ul><ul><li>ü       独立性强——上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务—黑箱方法 </li></ul><ul><li>ü       适应性强——只要服务和接口不变,层内实现方法可任意改变 </li></ul><ul><li>ü       一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络,因此每个区域的网络可单独升级或改造 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点三: 通信协议的定义和要素 </li></ul><ul><li>q      通信协议 </li></ul><ul><li>Ø       为进行网络中的数据(信息)交换而建立的规则、标准或约定称为协议 </li></ul><ul><li>Ø       计算机网络中实体之间有关通信规则的集合 </li></ul><ul><li>q      通信协议的三个要素: </li></ul><ul><li>Ø       语法、语义、规则(时序) </li></ul>
  32. 32. 3 - 2 OSI - RM <ul><li>首先引入了开放系统的概念,说明开放系统就是遵守互连标准协议的实系统。并介绍了 ISO/OSI 分层思想的基本思路。然后列出了 OSI 划分层次的原则。 </li></ul><ul><li>OSI 参考模型包括七个层次,物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层及应用层。但实际上,除了实际物理链路上的通信外,不同系统之间任意对等层上发生的通信都是虚拟通信。 </li></ul><ul><li>为描述层次结构中的协议和接口,引入了实体、服务、原语等很多概念。 </li></ul><ul><li>知识点一: 七层模型 </li></ul>
  33. 33. 3 - 2
  34. 34. 3 - 2
  35. 35. 3 - 3 OSI 各层 <ul><li>知识点一: 物理层 </li></ul><ul><li>任务:在物理媒体 ( 介质 ) 上正确地、透明地传送比特流。 </li></ul><ul><li>协议 ( 标准 ) :规定了物理接口的各种特性: </li></ul><ul><li>ü       机械:物理连接器的尺寸、形状、规格 </li></ul><ul><li>ü       电气:信号电平,信号的脉冲宽度和频率,数据传送速率,最大传输距离等 </li></ul><ul><li>ü       功能:接口引(线)脚的功能和作用 </li></ul><ul><li>ü       规程:信号时序,应答关系,操作过程 </li></ul><ul><li>功能:建立和拆除物理连接、位流传输、管理 </li></ul><ul><li>例: RS-232 、 RS-449 、 V.24 、 V.35 、 G.703/G.704   </li></ul><ul><li>知识点二: 数据链路层 </li></ul><ul><li>任务:在两个 相邻节点 间可靠地传输数据,使之对网络层呈现为一条无错的链路。 </li></ul><ul><li>协议:两类 </li></ul><ul><li>ü      面向字符的:数据以字符为单位传输,用控制字符控制通信 </li></ul><ul><li>IBM 的 BSC 规程 </li></ul><ul><li>ü      面向比特的:数据以位为单位传输,用帧中的控制字段控制通信 </li></ul><ul><li>ISO 的 HDLC 规程 </li></ul><ul><li>功能与服务: </li></ul><ul><li>ü       建立与拆除数据链路连接 </li></ul><ul><li>ü       组帧:帧封装,按顺序传送,处理返回的确认帧; </li></ul><ul><li>ü       定界与同步:产生 / 识别帧边界; </li></ul><ul><li>ü       差错检测 / 恢复:可靠的传输, CRC , ARQ ; </li></ul><ul><li>ü       流量控制:抑止发送方的传输速率,使接收方来得及接收。 </li></ul>
  36. 36. <ul><li>知识点五: 应用层 </li></ul><ul><li>任务:为用户的应用进程提供网络通信服务。 </li></ul><ul><li>功能: </li></ul><ul><li>ü    提供各种不同的应用协议以满足应用进程的需求; </li></ul><ul><li>ü    识别并证实目的通信方的可用性; </li></ul><ul><li>ü    使协同工作的应用进程之间进行同步; </li></ul><ul><li>ü    为通信过程申请资源。 </li></ul><ul><li>应用层协议的例子: </li></ul><ul><li>VTP 、 MHS 、 FTAM 、 DS 、… </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>本节总结 </li></ul><ul><li>本节依次讲述 OSI 参考模型中物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层的任务、协议和主要功能。 </li></ul><ul><li>物理层和数据链路层 (Data Link) 在物理线路上的两个相邻结点间提供可靠的数据传输,使相邻结点间的链路对网络层呈现为一条无错的链路。 </li></ul><ul><li>网络层 (Network) 的主要任务是路由选择,使主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传送到目标主机。它负责由一个站点到另一个站点的路径选择。 </li></ul><ul><li>传输层 (Transport) 以上服务于开放实体中的进程(而不只是结点),为不同系统内的会话实体(进程)建立端 - 端的连接,执行端 - 端的差错、顺序和流量控制。 </li></ul><ul><li>应用层 (Application) 是用户访问网络的接口,为用户提供各种网络服务。 </li></ul>
  37. 37. 3 - 3 <ul><li>知识点三: 网络层 </li></ul><ul><li>任务:选择合适的路由,把分组从源端传送到目的端。 </li></ul><ul><li>功能与服务: </li></ul><ul><li>ü       在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接 </li></ul><ul><li>ü       路由选择和分组中转 </li></ul><ul><li>ü       流量控制和拥塞控制 </li></ul><ul><li>ü       多路复用:为多个传输层实体提供网络连接服务 </li></ul><ul><li>ü       分段与组合:大数据块分段,小数据块组合 </li></ul><ul><li>ü       差错检测与恢复 </li></ul><ul><li>ü       流量统计和记账 </li></ul><ul><li>路由选择: </li></ul><ul><li>ü       如何在多条通信路径中找一条最佳路径? </li></ul><ul><li>依据:速度 , 距离 ( 步跳数 ), 价格 , 拥塞程度 </li></ul><ul><li>ü       路由器——路由表建立与维护 </li></ul><ul><li>n    静态:人工设置,只适用于小型网络 </li></ul><ul><li>n     动态:运行过程中根据网络情况自动地动态维护 </li></ul><ul><li>ü       路由算法——建立与维护路由表的方法 </li></ul><ul><li>n    距离向量算法: RIP 、 CGP 等 </li></ul><ul><li>n     链路状态算法: OSPF 等  </li></ul><ul><li>知识点四: 传输层 </li></ul><ul><li>任务:在源端与目的端之间提供可靠的透明数据传输,使上层服务用户不必关系通信子网的实现细节。 </li></ul><ul><li>传输层的特点: </li></ul><ul><li>ü     以上各层:面向应用,本层及以下各层:面向传输; </li></ul><ul><li>ü     与网络层的部分服务有重叠交叉,功能取舍取决于网络层功能的强弱; </li></ul><ul><li>ü     只存在于端主机中; </li></ul><ul><li>ü     实现源主机到目的主机“端到端”的连接; </li></ul><ul><li>功能: </li></ul><ul><li>ü    地址映射:源端进程地址映射到网络地址,或反之; </li></ul><ul><li>ü    多路复用与分割:多个传输连接共用一条网络连接; </li></ul><ul><li>一条传输连接使用多个网络连接; </li></ul><ul><li>ü    进行数据分段并在目的端重新组装; </li></ul><ul><li>ü    传输连接的建立与释放; </li></ul><ul><li>ü    传输差错校验与恢复; </li></ul><ul><li>ü    流量控制,防止数据传输过载。 </li></ul>
  38. 38. 3 - 4 tcp/ip <ul><li>介绍了 TCP/IP 协议的发展过程和应用现状、标准发布方式(请求注释 RFC 文档)及其与 OSI/RM 的对应关系。 </li></ul><ul><li>然后依次介绍了物理和数据链路层、网络层、传输层和应用层的主要功能及主要协议。 </li></ul><ul><li>知识点一: TCP/IP 的层次体系结构 </li></ul>
  39. 39. 3-4 <ul><li>知识点二:物理和数据链路层 </li></ul><ul><li>没有定义任何实际协议,仅定义了网络接口 </li></ul><ul><li>任何已有的数据链路层协议和物理层协议都可以用来支持 TCP/IP </li></ul><ul><li>典型的例子: </li></ul><ul><li>Ethernet 、 Token Ring 、 HDHL 、 X.25 、 ATM </li></ul><ul><li>优点:适应性强、灵活 </li></ul><ul><li>缺点:不能利用已存在的某些有用的功能 </li></ul><ul><li>TCP/IP 总是认为其下层是不可靠的(尽管可能已经足够可靠) </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点三: 网络层 </li></ul><ul><li>主要功能是把数据报通过最佳路径送到目的端。 </li></ul><ul><li>寻址( IP 地址)、路由选择、封包 / 拆包 </li></ul><ul><li>网际层的核心协议—— IP ,提供了 无连接 的数据报传输服务(不保证送达,不保序,不保证无错)。 </li></ul><ul><li>传输前不需建立连接 </li></ul><ul><li>提高了传输效率 </li></ul><ul><li>网际层是网络转发节点(如路由器)上的最高层。 </li></ul><ul><li>网络节点设备不需要传输层和应用层 </li></ul><ul><li>网际层的其它重要协议: </li></ul><ul><li>ICMP ( Internet Control Message Protocol ) </li></ul><ul><li>传递控制消息,封装在 IP 中进行传输 </li></ul><ul><li>ARP ( Address Resolution Protocol ) </li></ul><ul><li>为已知的 IP 地址确定相应的 MAC 地址 </li></ul><ul><li>RARP ( Reverse Address Resolution Protocol ) </li></ul><ul><li>为已知的 MAC 地址确定相应的 IP 地址 </li></ul><ul><li>IGMP ( Internet Group Management Protocol ) </li></ul><ul><li>多播组管理 </li></ul>
  40. 40. 3 - 4 <ul><li>知识点四: 传输层 </li></ul><ul><li>提供进程间可靠的传输服务。 </li></ul><ul><li>传输层包括 TCP 和 UDP 两种传输协议: </li></ul><ul><li>ü         TCP 是面向连接的传输协议。 </li></ul><ul><li>在数据传输之前建立连接; </li></ul><ul><li>把报文分解为多个段进行传输,在目的站再重新装配这些段; </li></ul><ul><li>必要时重新传输没有收到或错误的段,因此它是“可靠”的。 </li></ul><ul><li>ü         UDP 是无连接的传输协议。 </li></ul><ul><li>在数据传输之前不建立连接; </li></ul><ul><li>对发送的段不进行校验和确认,因此它是“不可靠”的; </li></ul><ul><li>主要用于请求 / 应答式的应用和语音、视频应用。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>知识点五: 应用层 </li></ul><ul><li>应用层协议为文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、 Web 浏览等应用提供了支持。 </li></ul>
  41. 41. 3 - 4
  42. 42. 3 章作业 <ul><li>1 说明在实际网络中数据是如何进行封装传输的。 </li></ul>
  43. 43. 3 作业 <ul><li>2 TCP/IP 参考模型在运输层同时设计了 TCP 和 UDP 两个协议,说明两个协议的特点和适用场合。 </li></ul><ul><li>传输控制协议 TCP 是一个可靠的、面向连接的传输层协议,它将源主机的数据以字节流形式无差错地传送到目的主机。发送方的 TCP 将用户交来的字节流划分成独立的报文并交给网络层进行发送,而接收方的 TCP 将接收的报文重新装配交给接收用户。 TCP 还要进行流量控制,以防止接收方由于来不及处理发送方发来的数据而造成缓冲区溢出。 </li></ul><ul><li>用户数据报协议 UDP 是一个不可靠的、无连接的运输层协议。 UDP 协议将可靠性问题交给应用程序解决。 UDP 协议主要面向请求 / 应答式的交易型应用,一次交易往往只有一来一回两次报文交换,假如为此而建立连接和撤销连接,开销是相当大的。这种情况下使用 UDP 就非常有效。另外, UDP 协议也应用于那些对可靠性要求不高,但要求网络的延迟较小的场合,如话音和视频数据的传送。 </li></ul>
  44. 44. 第 4 章 1 局域网概述 <ul><li>域网( LAN )是一种地理范围和站点数量都有限的计算机网络。 </li></ul><ul><li>局域网的关键技术有三个:拓扑结构、数据传输形式和介质访问控制方法。 </li></ul><ul><li>局域网的体系结构只涉及 OSI/RM 的最低两层:物理层和数据链路层。其中物理层具有不同的介质选项,数据链路层分为两个子层: LLC 子层和 MAC 子层。 </li></ul><ul><li>局域网的标准是 IEEE802 标准,这是一个标准系列,包括 IEEE802.1 到 IEEE802.14 等许多子标准,它们分别定义了局域网的不同技术或不同部分。 </li></ul>
  45. 45. 4 - 1 <ul><li>知识点 1 </li></ul><ul><li>局域网的特点 1 .较小的地域范围,一般在 100m ~ 25km 范围内。 2 .传输速率高,误码率低。传输速率一般为 10Mb/s ~ 10Gb/s ,误码率一般在 10-8 ~ 10-11 之间。 3 .通常为一个单位所建,并自行管理和使用。 4 .可使用的传输介质较多,有同轴电缆、双绞线、光纤、无线介质等。 5 .较简单的网络拓扑结构。 6 .有限的站点数量。 </li></ul><ul><li>知识点 2 </li></ul><ul><li>局域网的关键技术决定局域网特征的主要技术有三个:连接各种设备的拓扑结构、数据传输形式和介质访问控制方法。 </li></ul><ul><li>这三种技术在很大程度上决定了局域网的类型、特征、性能以及适用场合等。局域网的拓扑结构包括:星形、环形和总线形。其中以星形和总线形比较常见。星形常见于采用集线器或交换机为核心的局域网,总线形常见于以同轴电缆为介质的局域网。局域网的传输形式有两种:基带传输与宽带传输。局域网中主要的传输形式为基带传输。其原因主要是局域网的范围较小,速率较高,而宽带传输常用于远距离、低速度的广域网连接。局域网采用的介质访问控制方法有 CSMA/CD 、 CSMA/CA 和 Token Passing 等。现在常见的以太网就采用了 CSMA/CD 介质访问控制方法,而无线局域网采用的是 CSMA/CA 介质访问控制方法, Token Passing 则用于令牌环网和 FDDI 网中。   </li></ul>
  46. 46. 4 - 1 <ul><li>知识点 3 : 局域网的标准和体系结构 </li></ul><ul><li>局域网的标准化工作做的较好,国际上开展局域计算机网络标准化研究和制定标准的主要机构是美国电气与电子工程师协会 IEEE 802 委员会。其制订的局域网标准是 IEEE 802 标准系列。 </li></ul><ul><li>IEEE 802 标准完全遵循了 ISO/OSI 参考模型的原则。它主要描述了网络体系结构中最低两层——物理层和数据链路层的功能以及与网络层的接口服务。也就是说,局域网的体系结构只包括了物理层和数据链路层,如下图所示。 </li></ul>
  47. 47. 4 - 1
  48. 48. 4 - 1 <ul><li>上图中,与物理层对应的各部件主要完成信号转换与编码、设备连接、介质连接、时序控制等通常物理层的功能。数据链路层负责把不可靠的传输信道转换成可靠的传输信道。与广域网的点对点连接有着本质的不同,局域网具有多个设备共享介质的特性,所以局域网的数据链路层必须具有介质访问控制功能。根据拓扑结构和传输介质的不同,相应的介质访问控制方法也有多种,为了使数据帧的传送独立于所采用的物理介质和介质访问控制方法, IEEE802 标准把数据链路层划分为逻辑链路控制( LLC )和介质访问控制( MAC )两个功能子层, LLC 子层与介质无关, MAC 子层则依赖于物理介质和介质访问控制方法。这样的划分使得 IEEE802 标准具有可扩充性,从而使 LAN 体系结构能适应新的物理介质和介质访问控制方法。 </li></ul><ul><li>IEEE 802 标准未对网络层及以上层次进行定义,这意味着,高层协议可以是任意一种合适的协议栈,在实际中常见的是 TCP/IP 协议栈。 </li></ul><ul><li>IEEE 802 标准是一个标准系列,其中包括 802 、 802.1 ~ 802.14 等十几个子标准。大多数子标准是用于定义与不同介质对应的物理层和介质访问控制方法的。各主要子标准之间的关系见下图。 </li></ul>
  49. 49. 4 - 1
  50. 50. 4 - 2 介质访问方法 <ul><li>在广播型信道中,信道(或介质、媒体)是各站点的共享资源,所有站点都可以访问这个共享资源。但为了防止多个站点同时访问造成的冲突或信道被某一站点长期占用,必须有一种所有站点都要遵守的规则(即介质访问控制方法),以便使它们安全、公平地使用信道。 </li></ul><ul><li>介质访问控制方法用于解决网络中的多个站点如何共享通信介质的问题。局域网中常用的是 CSMA/CD 和 Token Passing 两种类型的介质访问控制方法。 </li></ul><ul><li>CSMA/CD 用于(逻辑)总线型网络中, Token Passing 用于令牌环和 FDDI 网络中。另外还有一种称为 CSMA/CA 的介质访问控制方法,主要用于无线局域网中,在本章 4.6 节中将进行介绍。 </li></ul>
  51. 51. 4 - 2 <ul><li>知识点 1 :介质访问控制方法 </li></ul><ul><li>局域网是一种介质共享型网络,为了保证各站点对介质的安全、公平地访问,必须制定一种介质访问的控制方法。从历史上看,局域网最早出现时多采用总线拓扑结构,与之相对应的介质访问控制方法是 CSMA/CD 。虽然现代局域网多采用星型结构,但从逻辑上看,只要仍然采用共享介质的多路访问策略,它们还是属于总线型网络。 </li></ul><ul><li>总线型网络将所有的设备都直接连接到同一条物理信道上,任意两台设备要进行通信都要通过该信道进行,因此称信道是以多路访问方式进行操作的。站点以帧的形式发送数据,帧的头部含有接收站和源站的地址,帧在共享信道上进行广播,所有连接在同一物理信道上的站点都能检测到该帧。当目的站点检测到帧的目的地址与本站的地址相同时,就接受该帧,否则将不理睬该帧。用这种操作方法,在信道上可能有两个或更多的设备在同一时刻都发送帧,信号在信道上重叠而出现差错,这种现象称为冲突。 </li></ul><ul><li>为了避免冲突的产生,总线型局域网最常用的介质访问控制方法是带冲突检测的载波侦听多路访问协议(或方法),英文缩写为 CSMA/CD 。这种协议属于随机访问型,或者称为争用型协议,它采用了分布式控制策略,即介质访问控制是由各站点共同实施的。 </li></ul><ul><li>在环形网络中,如令牌环和 FDDI 网络,采用的介质访问控制方法是 Token Passing (令牌传递)。这种方法的思想类似于击鼓传花的游戏规则,谁拿到了一个称为令牌的帧,谁就可以发送数据。 </li></ul>
  52. 52. 4 - 2 <ul><li>知识点 2 : CSMA/CD </li></ul><ul><li>基本思想是“先听后说,边听边听”。 </li></ul><ul><li>先听后说——源站点在发送帧之前,首先监听信道是否忙(有信号)。如果监听到信道上有信号(说明有其它站点正在发送数据),则推迟发送,直到信道空闲再进行发送。 </li></ul><ul><li>边听边听——因为有可能两个站点发现信道空闲而同时发送数据,所以在发送时仍需监听信道。如果检测到冲突信号,就立即停止发送。为了确保其他站点都知道发生了冲突,接下来要发送一串阻塞信号( jam )。发生冲突的站点都等待一个随机时间,称为退避(时间长短由截断二进制指数退避算法确定),然后再准备重新发送受到冲突影响的帧。 </li></ul><ul><li>这种具有冲突检测的 CSMA 对发生冲突的传输能迅速发现立即停止,因此能明显减少冲突次数和冲突时间。 </li></ul><ul><li>由于在发送时仍需监听,所以发送的帧的长度不能太短,否则在检测到冲突之前传输已经完成,将无法发现冲突。在实际的以太网中,帧长不能小于 64 字节。另外,为了能检测到冲突,电缆长度也有所限制,原因之一与上述相同,原因之二是防止信号的衰减使冲突无法检测到。 </li></ul><ul><li>发现冲突后的退避时间由截断二进制指数( truncated binary exponential )退避算法确定: </li></ul><ul><li>( 1 )令基本退避时间 T=2a (即时间槽长度)。 </li></ul><ul><li>( 2 )定义参数 k = Min (重传次数, 10 )。 </li></ul><ul><li>( 3 )从离散的整数集合 [0 , 1 ,…,( 2k-1 ) ] 中随机地取出一个数,记为 r 。则重传前需要延迟的时间就是 r 倍的基本退避时间,即 rT 。 </li></ul><ul><li>( 4 )当重传达 16 次仍不能成功时,则丢弃该帧,并向上层软件报告。 </li></ul><ul><li>可以看出,退避时间是时间槽长度的整数倍,而倍数是一个与重传次数有关的随机数。 </li></ul>
  53. 53. 4 - 2 知识点 3 token passing <ul><li>这种方法是使一个称为令牌的帧在网络中不断循环传递,要发送数据的站点必须首先拿到这个令牌才能发送数据。其具体操作过程如下: </li></ul><ul><li>1 )当环上的站点空闲时,它就处于中继模式,将收到的数据原封不动地转发到下一站点。这样,令牌将沿着网环连续不断地循环传递,直到被需要发送数据的站点所捕获。 </li></ul><ul><li>2 )需要发送数据的站点必须等待,直至检测到经过该站的令牌为止。这时该站将令牌中的“令牌位” 设置为 1 ,使其变成数据帧的帧首序列,然后在帧首定序列后插入要发送的数据和其他必须的字段并发送到环上。 </li></ul><ul><li>3 )此时,因为环上不再有令牌,因此其他想发送的站必须等待。 </li></ul><ul><li>4 )挂载了数据的帧沿着网环循环传递,每个站点都读取该数据帧中的目的地址,如果帧的目的地址和本站的地址相符合,就将数据帧写入它的接收缓冲器中,以便送给上层软件进行相应的处理;如地址不符合,就将数据帧直接转发到下一站点,而不对它进行任何处理。注意,如果地址符合,接收站除接收该帧外,也要把该帧重新转发到环上,而不是从环上删除。 </li></ul><ul><li>5 )这样,数据帧会经过环上的每个站点,循环一圈后再返回发送站点,发送站点将其从环上移去,然后发出一个新令牌。 </li></ul><ul><li>6 )发送站点将回收到的数据与原先发出的数据进行比较,了解数据传输过程中是否出现了错误。如果出现了错误,就把错误提交给上层软件处理。 </li></ul><ul><li>以上过程将在具备相同发送机会的每个站点上重复进行。 </li></ul>
  54. 54. 4 - 2 知识点 4 <ul><li>CSMA/CD 与 Token Passing 的优缺点比较: </li></ul><ul><li>1 ) CDMA/CD 结构简单、控制简单、轻负载时延迟小。 </li></ul><ul><li>随着负载的增加,冲突概率会急剧增加,性能会明显下降。 </li></ul><ul><li>有最短帧长的限制,因此需对短帧进行填充,浪费了信道容量。 </li></ul><ul><li>2 ) Token Passing </li></ul><ul><li>无冲突现象,重载时性能优良,等待时间可以预期。 </li></ul><ul><li>各站点访问网络的机会均等。 </li></ul><ul><li>结构和控制复杂。 </li></ul><ul><li>负载轻时网络效率不高。 </li></ul>
  55. 55. 4 - 2 知识点 5 :令牌环的管理 <ul><li>每个令牌环网都有一个活动监控站,它负责保障网络的正常运行。活动监控站不是专门的站点,环中的任何一个站点都可以通过“监控站争用”过程担任这个角色。活动监控站发生故障时,其他站点会再次通过竞争选出新的活动监控站。 </li></ul><ul><li>活动监控站的任务是: </li></ul><ul><li>1 )令牌的维护,如处理令牌丢失、令牌死循环等。 </li></ul><ul><li>2 )提供等待时间缓冲,以防止环太小以至于无法容纳一个令牌。 </li></ul><ul><li>3 )提供主控时钟信号,保证整个环上的接收 / 发送时钟信号同步。 </li></ul><ul><li>4 )监视网环的轮询,保证网环上监控站的“存在”。 </li></ul>
  56. 56. 4 - 3 传统以太网 1 概述 <ul><li>传统以太网是指那些运行在 10Mb/s 速率、使用同轴电缆或双绞线的以太网。以太网的思想最初源自于美国夏威夷大学的 ALOHA 无线网络,它使用了 CSMA/CD 介质访问控制方法。后来经过 Xerox 公司以及 Digital 和 Intel 公司的共同开发,制订了传输速率为 10Mb/s 的以太网标准,称为 DIX 标准。 IEEE 为以太网制订的标准称为 IEEE802.3 标准。这两个标准差别很小,对一般用户来说可以不予考虑。随着技术的不断进步,以太网的标准还在不断修补和完善中。现在常用来进行参照的标准大多采用 IEEE802.3 标准。 </li></ul><ul><li>由于以太网具有极强的灵活性和适应性,受到了众多网络厂商的大力支持,其技术也在不断进步,网络速度已从最初的 10Mb/s 发展到现在的 10Gb/s 。 </li></ul><ul><li>为了适应多种传输介质,以太网定义了很多可选的物理层标准选项。为了标识各种不同的物理层, IEEE 802.3 委员会专门规定了引用特定的以太网物理层标准时的简写名称,例如 10BaseT 是指传输速率为 10Mb/s 、采用基带传输、传输介质为双绞线的以太网。 </li></ul><ul><li>封装了数据的包在以太网中称为帧。以太网的帧格式很简单,包括帧头、数据和校验字段。 帧头中最重要的字段是目的地址和源地址。这两种地址统称为 MAC 地址或设备硬件地址。 MAC 地址由 IEEE 和生产厂商共同决定,在全世界是惟一的。 </li></ul><ul><li>不同介质类型的以太网的实现规范各不相同,因此它们的物理特性也各不相同,具体表现在介质类型、网络跨距和物理拓扑结构三个方面。 </li></ul>
  57. 57. 4 - 3 知识点 1 以太网的标准 <ul><li>以太网以 802.3 标准为基础,采用(逻辑)总线拓扑,使用同轴电缆或双绞线进行基带传输的 CDMA/CD 介质访问控制方法。 </li></ul><ul><li>以太网有两个类似的标准: Xerox 、 Intel 和 Digital 三家公司联合开发的 DIX 以太网标准, IEEE802 工作组开发的 IEEE802.3 以太网标准。它们的主要区别是帧格式定义有些细微的差别。 </li></ul><ul><li>随着技术的进步,以太网的标准也在不断地进行修订和补充。下表给出了以太网标准的发展情况。 </li></ul>
  58. 58. 4 - 3 知识点 2 :以太网的物理层 <ul><li>IEEE 802.3 中定义了很多可选的物理层标准,通常用以下方式来标识这些标准。 </li></ul><ul><li>< 数据速率 >< 信号方式 >< 最大段长度 / 介质类型 > </li></ul><ul><li>例如: </li></ul><ul><li>10Base5            10Mb/s ,基带传输,每段 500 米(粗缆以太网) </li></ul><ul><li>10Base2            10Mb/s ,基带传输,每段 200 米(细缆以太网) </li></ul><ul><li>10BaseT            10Mb/s ,基带传输,双绞线介质 </li></ul><ul><li>10BaseF            10Mb/s ,基带传输,光纤介质 </li></ul><ul><li>100BaseT          100Mb/s ,基带传输,双绞线介质 </li></ul><ul><li>1000BaseT        1000Mb/s ,基带传输,双绞线介质 </li></ul><ul><li>1000BaseSX     1000Mb/s ,基带传输,短距离多模光纤 </li></ul><ul><li>前面 4 种是传统以太网的物理层标准,它们的特性如下表所示。 </li></ul>
  59. 59. 4 - 3 : 2
  60. 60. 4 - 3 :知识点 3 :以太网的 5-4-3 规则 <ul><li>为了保证以太网的正常运行,设计、构造以太网时应遵循 5-4-3 规则。 </li></ul><ul><li>对同轴电缆以太网来说, 5-4-3 规则是指:网络中最多允许 5 个电缆段(对粗同轴电缆,每段最长为 500 米;对细同轴电缆,每段最长为 185 米),最多允许使用 4 个中继器,只有 3 个网段可以连接工作站(另外 2 段只用来扩展距离)。 </li></ul><ul><li>对双绞线以太网来说, 5-4-3 规则是指:网络中任意两个站点之间最多允许 5 个介质段。 </li></ul><ul><li>粗同轴电缆的拓扑规则如下图所示。 </li></ul>
  61. 61. 4 - 3 : 3 ( 2 )
  62. 62. 4 - 3 : 4 MAC 帧格式 <ul><li>IEEE802.3 </li></ul>
  63. 63. 4-3:5 MAC 地址 <ul><li>MAC 地址又称为网络设备物理地址,是识别网络硬件设备的标识符。 MAC 地址的长度通常为 6 个字节( 48bit )。 MAC 地址在世界范围内是惟一的,这由地址管理机构和厂商共同来保证。 MAC 地址的前 3 个字节由 MAC 地址管理机构统一发放给各生产厂商,后 3 个字节则由生产厂商自行编排,但要保证不重复。 </li></ul><ul><li>MAC 地址通常固化在硬件设备中,如网络接口卡。 </li></ul><ul><li>每台连入局域网的设备都有一个或多个网络接口,相应地也就具有一个或多个 MAC 地址。 </li></ul><ul><li>MAC 地址有三种类型:单播地址、多播地址和广播地址,分别标识了目的站点是一个、一组还是全部站点。很明显,只有目的地址才有这种区别。 </li></ul>
  64. 64. 4 - 3 : 6 :四种传统以太网 <ul><li>传统以太网有四种:粗缆以太网、细缆以太网、双绞线以太网和光纤以太网。粗缆以太网标识为 10Base5 ,细缆以太网标识为 10Base2 ,双绞线以太网标识为 10BaseT ,光纤以太网标识为 10BaseF 。 </li></ul><ul><li>传统以太网的特性见知识点 2 的内容,拓扑规则见知识点 3 的内容。 </li></ul><ul><li>它们的优缺点如下: </li></ul><ul><li>粗缆以太网:抗干扰能力比较强,牢固,可以在室外使用;价格昂贵,不大灵活,安装不方便。 </li></ul><ul><li>细缆以太网:简单,价格较低,便于安装;连接不牢靠,而且故障位置不好查找。单点故障会使整个网络瘫痪。 </li></ul><ul><li>双绞线以太网:轻巧,便于安装。容错能力好。单点故障不会影响全网。很容易定位故障点,便于维护。 </li></ul><ul><li>光纤以太网:主要用于设备之间的远距离连接。具有抗干扰能力极强,衰减小,传输距离远等优点,但价格较高。 </li></ul>
  65. 65. 4 - 4 :局域网扩展 <ul><li>对局域网进行扩展有两个主要原因:一是有更多的计算机需要接入网络,但网络已不能容纳;二是远程计算机需要接入网络。注意,网络分割和网络互连也采用与网络扩展相同的技术,所以实现其中一种功能的同时也隐含着实现了其它两种功能,这与你站在什么角度来看待问题有关。 </li></ul><ul><li>局域网的扩展可以在四个层次上实现:物理层、数据链路层、网络层和更高层。 </li></ul><ul><li>知识点 1 :在物理层上扩展 </li></ul><ul><li>在物理层上进行扩展是指网络扩展只涉及物理层设备和物理层操作。 </li></ul><ul><li>所使用的设备包括中继器和集线器。优缺点是: </li></ul><ul><li>非常简单,基本上可以做到即插即用; </li></ul><ul><li>冲突变得更加严重,响应速度变慢,每个站点的平均带宽减小; </li></ul><ul><li>错误也会扩展到更大范围; </li></ul><ul><li>不能互连不同类型(例如速度不同或介质访问控制方法不同)的局域网; </li></ul><ul><li>扩展范围有限,无法实现远距离的互连。 </li></ul>
  66. 66. 4 - 4 <ul><li>知识点 2 :在数据链路层上进行扩展 </li></ul><ul><li>指网络扩展只涉及数据链路层和物理层。所使用的设备包括网桥和网络交换机。优缺点是: </li></ul><ul><li>非常简单; </li></ul><ul><li>很容易解决冲突问题,不会减小每个站点的平均带宽; </li></ul><ul><li>  错误不会扩散; </li></ul><ul><li>可以连接不同类型的局域网; </li></ul><ul><li>可以实现远程连接; </li></ul><ul><li>转发速度相对较慢(网桥),但可以提高网络总体带宽。 </li></ul><ul><li>知识点 3 :在网络层上进行扩展 </li></ul><ul><li>是指网络扩展涉及网络层、数据链路层和物理层。 </li></ul><ul><li>所使用的设备包括路由器和第三层交换机。 </li></ul><ul><li>优缺点是: </li></ul><ul><li>便于管理、提高网络安全性; </li></ul><ul><li>不仅能减少了冲突,而且可以限制广播消息的泛滥; </li></ul><ul><li>可以实现远程局域网的互连; </li></ul><ul><li>可以很容易实现不同类型的局域网的互连; </li></ul><ul><li>速度较慢、成本较高,需要有经验的网管人员进行日常维护。 </li></ul>
  67. 67. 4 - 5 :高速局域网技术 <ul><li>高速局域网是指网络速度等于或大于 100Mb/s 的局域网。历史上曾经流行过的和现在正在流行的高速局域网包括: FDDI 、 100VG-AnyLAN 、快速以太网、千兆位以太网和万兆位以太网。由于种种原因, FDDI 和 100VG-AnyLAN 已逐渐被淘汰,现在常见的高速局域网大多数是快速以太网和千兆位以太网,而万兆位以太网由于刚推出不久,成本和应用需求的问题尚未完全解决,要大面积推广还需时间的考验。 </li></ul><ul><li>向高速局域网迁移是技术发展和网络上新的应用对网络带宽更大需求的必然,然而在迁移过程中最大的困扰是如何保护用户已有的投资。另外,兼容性和成本也扮演着极为重要的角色。高速局域网的发展历程如下所示。 </li></ul><ul><li>在这个发展历程中,以太网由于其成熟的技术、优秀的兼容性和低廉的成本成为最大的赢家。 </li></ul><ul><li>在传统以太网向高速以太网发展的过程中,需要解决许多技术问题,其中最重要的是跨距缩小和网络效率降低两个问题。 </li></ul>
  68. 68. 4 - 5 <ul><li>知识点 1 :高速局域网类型 </li></ul><ul><li>FDDI :速率为 100Mb/s 的光纤主干网,其标准为 IEEE 802.8 。 </li></ul><ul><li>快速以太网:速率为 100Mb/s ,介质为双绞线或光纤,其标准为 IEEE 802.3u 、 802.3x 和 802.3y 。 </li></ul><ul><li>千兆位以太网:速率为 1Gb/s ,介质为双绞线或光纤,其标准为 IEEE 802.3z 和 802.3ab 。 </li></ul><ul><li>万兆位以太网:速率为 10Gb/s ,介质为光纤,其标准为 IEEE 802.3ae 。 </li></ul><ul><li>知识点 2 :快速以太网 </li></ul><ul><li>快速以太网简称为 FE ,速度为 100Mb/s ,标准为 IEEE802.3u 。它有几种类型: </li></ul><ul><li>100BaseTX :使用 2 对 5 类 UTP 电缆,星形网络拓扑; </li></ul><ul><li>100BaseFX :使用 1 对光纤,星形网络拓扑; </li></ul><ul><li>100BaseT4 :使用 4 对 3 类 UTP 电缆,星形网络拓扑; </li></ul><ul><li>100BaseT2 :使用 2 对 3 类 UTP 电缆,星形网络拓扑。 </li></ul><ul><li>其中 100BaseTX 和 100BaseFX 最为常见。 </li></ul>
  69. 69. 4 - 5 : 2 ( 2 ) <ul><li>1 ) 100BaseTX </li></ul><ul><li>与 10BaseT 相比, 100BaseTX 除了速率是原来的 10 倍外,其它特点非常类似: </li></ul><ul><li>相同的拓扑:都采用集线器作为中央连接设备; </li></ul><ul><li>相同的连接距离:计算机到集线器的距离都是 100 米; </li></ul><ul><li>相同的连接器:都使用 RJ-45 连接组件; </li></ul><ul><li>相同的帧格式,半双工时也采用 CSMA/CD 介质访问控制方法。 </li></ul><ul><li>不同之处如下: </li></ul><ul><li>采用 5 类双绞线,而不是 3 类; </li></ul><ul><li>半双工方式下,网络跨距最大为 205 米(包括两个 100 米站点连接和一个 5 米中继器连接); </li></ul><ul><li>支持全双工方式; </li></ul><ul><li>提供 10/100Mb/s 双速自适应功能。 </li></ul><ul><li>2 ) 100BaseFX </li></ul><ul><li>100BaseFX 使用多模光纤介质。不使用中继器时,最大跨距为 412 米。如果使用 I 级中继器,最大跨距为 260 米;如果使用 II 级中继器,最大跨距为 320 米,使用 2 个 II 级中继器,最大跨距为 228 米。 </li></ul><ul><li>100BaseFX 支持全双工操作,这时网络跨距增加到 2km 。 </li></ul><ul><li>100BaseFX 主要用于集线器(交换机)间链路,以扩展网络范围。 </li></ul>
  70. 70. 4 - 5 : 2 ( 3 ) <ul><li>3 )快速以太网中的自动协商机制 </li></ul><ul><li>为了与现有的 10BASE-T 设备兼容,简化从 10BASE-T 迁移到 100BASE-T 的操作,快速以太网提供了自动协商机制,使得一条链路上的两个设备能够互相识别出对方所具有的能力,并各自按共同拥有的最佳工作模式进行初始化配置。 </li></ul><ul><li>自动协商的优点是,它使得网络管理员只需要进行最少的配置操作,就能够将网络逐步升级为快速以太网。 </li></ul><ul><li>4 )快速以太网的应用 </li></ul><ul><li>快速以太网通常用于网络主干连接或高速桌面系统的连接。例如,用于连接对网络带宽有严格要求的服务器系统或是高性能的图形工作站系统。随着成本的下降,现在很多局域网也已采用快速以太网作为桌面系统的连接。 </li></ul>
  71. 72. 4 - 5 : 3 千兆以太网 <ul><li>千兆位以太网简称为 GE ,速度为 1000Mb/s ,标准为 802.3z 和 802.3ab 。 </li></ul><ul><li>千兆位以太网具有以下特性: </li></ul><ul><li>允许以 1000Mb/s 的速度进行半双工或全双工操作; </li></ul><ul><li>使用 802.3 以太网帧格式; </li></ul><ul><li>在半双工方式下继续沿用 CSMA/CD 协议; </li></ul><ul><li>继承 10BaseT 和 100BaseT 的成熟技术,提供向后兼容性; </li></ul><ul><li>提供最长 550 米的多模光纤连接,最长 5000 米的单模光纤连接,最长 25 米的铜缆连接以及最长 100 米的 5 类 UTP 电缆连接; </li></ul><ul><li>必须实现的自动协商功能。 </li></ul><ul><li>千兆位以太网是继以太网从 10Mb/s 升级为 100Mb/s 后又一次速度飞跃,它的主要改进如下: </li></ul><ul><li>1 )把 MII 的 4 位收发数据通路扩展为 GMII (千兆位介质无关接口)的 8 位宽度。 </li></ul><ul><li>2 )采用了 8B/10B 的线路编码,以适应 1Gb/s 的数据传输速率。 </li></ul><ul><li>3 )取消了快速以太网中的两级中继器规范,只能使用单中继器。 </li></ul><ul><li>4 )修改了自动协商的信号模式,使其能够工作于光纤和铜缆介质之上。 </li></ul><ul><li>5 )修改了 CSMA/CD 的参数,时间槽长度从 512 位增加到 4096 位,帧间间隔 IFS 缩小为 9.6ns 。并使用了载波扩展和帧突发技术。 </li></ul><ul><li>6 )优先使用光纤介质,仅在近距离上使用铜介质。 </li></ul>
  72. 73. 4 - 5 : 3 ( 2 ) <ul><li>千兆位以太网在半双工方式工作时仍使用 CSMA/CD 介质访问控制方法,并且仍规定最小帧长度为 64 字节,这样,在 1Gb/s 速率下网络跨距将缩小为 20 米。为解决此问题,千兆位以太网将时间槽长度扩展为 512 字节,并规定帧长小于 512 字节时应在帧发送完后紧接着再发送一个特殊的“载波扩展”符号序列,使整个发送长度扩展到 512 字节。注意,“载波扩展”是在物理层实现的,因此扩展的内容不是帧的组成部分,这也是为什么这种技术被称为“载波扩展”而不是“帧扩展”的原因。由此我们也可以知道,“载波扩展”对数据链路层及以上各层是透明的。在全双工方式下,千兆以太网不采用 CSMA/CD 协议,因此不需要进行载波扩展。 </li></ul><ul><li>很明显,使用载波扩展技术后,网络中短帧的传输效率将大大降低。千兆位以太网采用了“帧突发”技术来予以解决。即发送站点可以连续发送多个短帧,而不是每次只发一个帧。可以计算出,采用“帧突发”后,最坏情况下的网络传输效率可以从 12 %提高到 72 %。“帧突发”也只适用于半双工方式。 </li></ul><ul><li>千兆以太网有两个独立的标准: IEEE 802.3z 和 IEEE 802.3ab 。 </li></ul><ul><li>IEEE 802.3z 标准( 1000BASE-X )定义了三种物理层选项: </li></ul><ul><li>1000BASE-SX :使用短波激光的多模光纤; </li></ul><ul><li>1000BASE-LX :使用长波激光的单模或多模光纤; </li></ul><ul><li>1000BASE-CX :使用短距离铜缆( 25 米)。 </li></ul><ul><li>IEEE 802.3ab 标准的物理层称为 1000BASE-T ,它使用 4 对 5 类双绞线,最大电缆段长度为 100 米,网络采用星形拓扑。用户可以很容易从 100BASE-T 升级到 1000BASE-T 。 1000BASE-T 只支持全双工操作方式。 </li></ul><ul><li>千兆位以太网的应用领域包括: </li></ul><ul><li>作为局域网的主干连接,如交换机到交换机或交换机到路由器的链路; </li></ul><ul><li>具有高带宽需求的服务器或某些高性能工作站与主干之间的连接; </li></ul><ul><li>园区网之间的主干连接,例如两个校区之间的高速链路; </li></ul><ul><li>建筑物之间和建筑物内部的主干网。 </li></ul>
  73. 74. 4 - 5 :知识点 4 :万兆位以太网 <ul><li>万兆位以太网的运行速度为 10Gb/s ,标准为 IEEE 802.3ae 。 </li></ul><ul><li>与千兆位以太网类似,在开发万兆位以太网时也有网络跨距缩小的问题,而且更加严重。考虑到网络效率和网络吞吐率,采用载波扩展与帧突发技术对万兆以太网的性能提高效果并不明显。故此,万兆位以太网只工作在全双工方式。 </li></ul><ul><li>万兆位以太网的主要特点: </li></ul><ul><li>传输速率为 10Gb/s ; </li></ul><ul><li>保留了传统以太网的帧格式、最大帧长度和最小帧长度; </li></ul><ul><li>  只能工作在全双工方式,不再使用 CSMA/CD 协议; </li></ul><ul><li>只使用光纤(多模或单模)作为传输介质; </li></ul><ul><li>支持两种类型的物理层: 10Gb/s 局域网物理层和 10Gb/s 广域网物理层。 </li></ul><ul><li>万兆位以太网的应用领域主要是作为大型网络的主干网连接,目前尚不支持与端用户的直接连接。 </li></ul>
  74. 75. 4 - 6 :无线局域网 WLAN <ul><li>无线局域网 WLAN 是一种新兴技术,它正在受到越来越多的关注。其原因主要是这种技术使便携式设备更加灵活,使用户摆脱了电缆的约束,实现了人们所期望的网络无处不在的美好愿望。 </li></ul><ul><li>WLAN 的主要标准是 IEEE 802.11 ,正式名称是“无线局域网的介质访问和物理层规范”。从其名称可知, 802.11 标准定义了 WLAN 的数据链路层和物理层。 </li></ul><ul><li>802.11 WLAN 的基本构件是 BSS 。 BSS 是一个服务区域,这个区域中的无线站点能够互相进行通信。一个 WLAN 可以包括一个或多个 BSS ,各 BSS 即可以相隔很远,也可以重叠在一起。 </li></ul><ul><li>BSS 中有两种类型的设备:无线站点和无线接入点 AP 。无线站点就是配置有无线网卡的计算机,无线接入点提供了无线站点到无线站点、无线站点到局域网的连接,作用类似于以太网中的集线器或无线电话系统中的基站。 </li></ul><ul><li>802.11 WLAN 定义了两种拓扑结构:有基础设施拓扑和无基础设施拓扑。无基础设施的 WLAN 又称为临时结构网络,它没有规划,连接都是临时的、随意的。有基础设施的 WLAN 至少包含一个无线访问点 AP ,该 AP 既可以是独立的,也可以与有线局域网连接,使移动站点通过 AP 访问有线局域网。有线局域网中还可以安装多个 AP 来提供漫游功能。 </li></ul><ul><li>802.11 标准定义了三种物理层介质:跳频扩展频谱 FHSS 、直接序列扩展频谱 DSSS 和红外线。其中最常用的是 DSSS ,它被用于 802.11b 标准的 WLAN 中。到目前为止, WLAN 的速率为 1Mb/s 、 2Mb/s 、 5.5Mb/s 、 11Mb/s 和 54Mb/s ,不同的标准所定义的最大速率不完全相同,但它们都可以根据信号的强弱和干扰的大小在若干种速率下工作。 </li></ul><ul><li>WLAN 的 LLC 子层与 IEEE 802.3 完全相同,所不同的仅是 MAC 子层。 IEEE 802.11 的 MAC 层采用了 CSMA/CA 和可选的 RTS/CTS 协议进行无线介质的共享访问。 </li></ul><ul><li>CSMA/CA 协议中的“冲突避免”部分采用了三种机制来实现:预约信道、正向确认( ACK )和 RTS/CTS 机制。 RTS/CTS 机制还可以解决“隐蔽站”问题。 </li></ul><ul><li>WLAN 的错误处理使用自动重复请求( ARQ )。如果发送站没有收到目的站的确认( ACK ),它就重发该数据帧。 </li></ul><ul><li>WLAN 的安全性由具有 40 位或 104 位密钥的 WEP 提供。 </li></ul>
  75. 76. 4 - 6 <ul><li>知识点 1 :无线局域网的应用领域: </li></ul><ul><li>布线不方便或者不可能的情况组建网络。 </li></ul><ul><li>为移动式设备提供漫游访问。这些移动设备包括便携式计算机和专门的手持设备。 </li></ul><ul><li>需要临时组建网络的场合。 </li></ul><ul><li>知识点 2 :无线局域网标准 </li></ul><ul><li>WLAN 的标准为 IEEE 802.11 以及补充标准 802.11a 、 802.11b 和 802.11g 。这些标准定义了 WLAN 的物理层和 MAC 子层的技术规范。 802.11 标准定义了三种物理层介质:跳频扩展频谱 F HSS 、直接序列扩展频谱 DSSS 和红外线。 802.11 和它的三个补充标准所定义的速率分别为: </li></ul><ul><li>802.11 : 1Mb/s 和 2Mb/s 。 </li></ul><ul><li>802.11a : 5Mb/s 、 11Mb/s 和 54Mb/s 。 </li></ul><ul><li>802.11b : 1Mb/s 、 2Mb/s 、 5.5Mb/s 和 11Mb/s 。 </li></ul><ul><li>802.11g : 1Mb/s 、 2Mb/s 、 5.5Mb/s 、 11Mb/s 和 54Mb/s 。 </li></ul><ul><li>在这四种类型的 WLAN 中,目前以 802.11b 和 802.11g 应用最为广泛。 </li></ul>
  76. 77. 4 - 6 :知识点 3 <ul><li>无线局域网的物理层 </li></ul><ul><li>( 1 ) WLAN 的拓扑结构 </li></ul><ul><li>802.11 WLAN 的拓扑结构有两种类型:基础设施拓扑和无基础设施拓扑。 </li></ul><ul><li>WLAN 的的基本构件称为基本服务集( BSS )。 BSS 是一个服务区域,这个区域中的无线站点能够互相进行通信。换句话说, BSS 是一组无线站点的集合,其中各无线站点的信号能构互相覆盖。一个无线局域网可以包括多个 BSS ,各 BSS 可以相距很远,也可以重叠在一起。 </li></ul><ul><li>WLAN 中的设备分为两类:无线站点和无线接入点 AP 。每个无线站点都具有内置或外置的无线网卡。 AP 是无线局域网中的“无线基站”,它可以实现无线站点之间的数据通信,也可以实现无线站点与有线局域网之间的数据通信。 </li></ul><ul><li>无基础设施的 WLAN 又称为临时结构网络,因为在这种拓扑的 WLAN 中,无线站点之间的连接都是无规划的、临时的、随意的。无基础设施的 WLAN 通常由两个或多个能够通信的无线站点组成,这些站点之间进行的是对等通信。 </li></ul><ul><li>有基础设施的 WLAN 至少包含一个 AP 。无线站点通过 AP 相互进行通信。如果 AP 连接到了有线局域网,则无线站点也能通过 AP 访问有线局域网。特别地,当有线局域网中安装了多个 AP ,从而构成多个邻接的 BSS (这称为扩展服务集 ESS ),无线站点就可以从一个 BSS 移动到另一个 BSS ,进行漫游访问。 </li></ul><ul><li>( 2 ) WLAN 的介质 </li></ul><ul><li>802.11 标准定义了三种物理层介质:跳频扩展频谱 FHSS 、直接序列扩展频谱 DSSS 和红外线。 </li></ul><ul><li>FHSS 通信的原理是,发送方使用快速随机跳动的载波频率来传送信号,接收方则按同样的频率跳动规则接收信号。 802.11 规定可在 79 个频率之间随机跳动。 </li></ul><ul><li>DSSS 通信的原理是,发送端把数字信号的 1 和 0 用一个具有更高比特率的伪随机位流进行调制,接收端用相同的伪随机位流进行解调即可恢复出原始信号。 </li></ul><ul><li>DSSS 比 FSSS 支持更高的数据速率, 802.11b 即采用了 DSSS 。 </li></ul><ul><li>红外线属于直线传播,传输距离比较近,仅限于房间内使用。红外线可以支持 1~2Mb/s 速率。 </li></ul><ul><li>  </li></ul>
  77. 78.     第四章 / 第 六节 <ul><li>知识点四:无线局域网的数据链路层 </li></ul><ul><li>IEEE 802.11 的 MAC 层采用 CSMA/CA 介质访问方法和 RTS/CTS 协议进行无线介质的共享访问。 </li></ul><ul><li>CSMA/CA 的关键在于冲突避免, CSMA/CA 不是在发送过程中去监听是否发生了冲突,而是事先就要设法避免冲突的发生。 </li></ul><ul><li>CSMA/CA 的原理是,要发送数据的站点监听无线信道是否空闲。如果空闲,则站点等待 DIFS 秒( DIFS 是分布式协调帧间间隔,它是预先定义的强制延时时间),此后若信道仍然空闲,它就可以开始发送数据。如果信道上有信号传播,它就推迟自己的传输而继续监听直到信道空闲。任何站点当检测到信道由忙变闲时,都要退避延迟,然后再与其他站点一起竞争信道的访问权。因为每个要求发送的站点所计算的退避时间各不相同,于是具有最短延迟时间的站点在信道空闲后将首先发送。 </li></ul><ul><li>CSMA/CA 协议中的“冲突避免”采用了三种机制来实现:预约信道、正向确认 ACK 和 RTS/CTS 。 </li></ul><ul><li>预约信道是指发送站点利用帧中的“传输持续时间”字段向所有其他站点通告本站点占用信道的时间,以防止其它站点在此期间内发送数据。 </li></ul><ul><li>正向确认是指目的站点正确收到数据帧后,就向源站点发送一个 ACK 帧作为接收成功的肯定回答,否则将不采取任何动作。源站点发完一个帧后若没有收到 ACK 帧,就需要重新发送该帧。 </li></ul><ul><li>RTS/CTS 为可选的功能,它主要用来解决无线网络中特有的隐蔽站问题(隐蔽站问题也是造成冲突的原因之一)。实际上,它也是利用 RTS/CTS 帧中的“传输持续时间”字段来解决隐蔽站问题的。 </li></ul><ul><li>802.11 标准中定义的无线网络安全性可以由具有 40 位或 104 位密钥的 WEP 来实现,它为 WLAN 提供了与有线网络相同级别的安全保护。 </li></ul><ul><li>  </li></ul>
  78. 79. 4 :作业 <ul><li>7 .   在 10Mb/s 以太网中,某一工作站在发送时由于冲突前两次都发送失败,那么它最多等待多长时间就可以开始下一次重传过程? </li></ul><ul><li>答:根据截断二进制指数退避算法,在第 2 次重传时, k = 2 , r = 0 , 1 , 2 , 3 。因此重传推迟的时间是在 0 , T , 2T 和 3T 这四个数之间随机地选取一个。由此可知,它最多等待 3T 时间就可以开始下一次重传过程。因为在 10Mb/s 以太网中, T=51.2μs ,所以 3T=51.2μs×3=153.6μs ,即最多等待 153.6μs 。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>8 .   如果 10BASE2 以太网中有一台工作站的网卡出现故障,它始终不停地发送帧。试分析一下,这个网络会出现什么现象?若这时从网络中任何其他一台正常的工作站上发送数据,会成功吗?将会发生什么事情 ? </li></ul><ul><li>答:根据 CSMA/CD 的工作原理可知这个网络将不能工作。因为出现故障的网卡不停地发送帧,其它站点将检测到介质始终处于忙状态,于是不会发送任何数据,也就无法通信。 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>9 .   在 IEEE802.3 以太网中,小于 64 字节的帧被称为 _________ 帧。 </li></ul><ul><li>答:小于 64 字节的帧被称为碎片帧。这主要是冲突造成的不完全帧。 </li></ul>
  79. 80. 4 作业 <ul><li>12 .   考虑一个使用 CSMA/CD 介质访问控制技术的 100Mb/s 局域网,若该网络跨距为 1km ,则理论上其最小帧长度至少应为多少? </li></ul><ul><li>答:假定电磁波在铜介质中的传播速率约为 0.7c ,则:电磁波在网络中的一个来回的距离为 2×103m ,共需 2×103/0.7c= 9.5238μs ;当网络传输速率为 100Mb/s 时, 9.5238μs 可传输的位数为 9.5238μs×100Mb/s≈952 位。即理论上的最小帧长度为 952 位。 </li></ul><ul><li>  14 .   一个令牌环网的介质长度为 1km ,传输速率为 16Mb/s ,网中共有 20 台工作站。若要求每个工作站在发送数据前的等待时间不能超过 10ms ,问此令牌环网能否满足要求? </li></ul><ul><li>答:该令牌环上可容纳的比特位数 Br =传播时延( 5μs/km ) × 介质长度 × 数据速率+∑中继器延迟= 5μs/km×1km×16Mb/s + 20 = 100 位= 12.5 字节。 </li></ul><ul><li>在最坏情况下, 20 台工作站在某一时刻都要发送数据,且数据帧长度都是令牌环的最大帧长度 4521 字节(此值远大于该令牌环上可容纳的比特位数 100 位,所以按最大帧长度计算总延迟)。 </li></ul><ul><li>每帧( 4521 字节)的发送时间为 2.2605ms ,如果采用早期令牌释放技术,第 5 个站的发送等待时间就已超过 10ms ,所以此令牌环网不能满足要求。 </li></ul><ul><li>需要注意的是,这只是理论计算结果,在大多数情况下,网络负载率与上述的最坏情况并不相符。例如,当每个帧的长度不超过 100 字节时,该令牌环网是可以满足要求的。 </li></ul>
  80. 81. <ul><li>18 .   某以太网交换机除具有 24 个 10Mb/s 端口外,还拥有 2 个 100Mb/s 快速以太网端口。请问,为什么该交换机要配置快速以太网端口?该端口的用途是什么?请用该交换机构造一个星形交换式局域网,需要连接的设备有: 20 台工作站, 1 台服务器。另外,这个局域网需要通过 100Mb/s 的以太网链路与校园网连接。请画出网络拓扑图。 </li></ul><ul><li>答:该交换机的 2 个快速以太网端口用于:主干连接以及服务器、工作站等需要高传输带宽的场合。以该交换机为核心的局域网拓扑图如下: </li></ul><ul><li>    </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>  </li></ul>
  81. 82. 4 作业 <ul><li>19 .   一个 10BASE-T 的部门局域网需要进行升级,有哪些可选择的方案?试分析其各自的优缺点。 </li></ul><ul><li>答:方案 1 :升级为 100BASE-T 快速局域网,网卡、集线器、双绞线都需要兼容 100BASE-T 标准,可能都需要进行更换,升级成本较高。 </li></ul><ul><li>方案 2 :升级为 10BASE-T 交换式以太网,需要将集线器更换为网络交换机,但网卡和双绞线都不需要更新,简单易行。 </li></ul><ul><li>方案 3 :升级为 100BASE-T 交换式以太网,网卡、集线器、双绞线都需要兼容 100BASE-T 标准,可能都需要进行更换,升级成本较高,但网络性能可以得到明显的提升。 </li></ul><ul><li>  </li></ul>
  82. 83. 4 问题 <ul><li>问题 4 局域网的 rate 是怎么计算的 ? 1. 它所说的 10M 是整个冲突范围内所有主机的 速率之和,还是每一个主机的速率? 2.10M 是不是只是局域网范围内主机通讯的速率?如果局域 网接入 INTERNET ,那么它和 INTERNET 的速率怎么计算? 3. 比如,一个 hub 组成的 10baset 网络,连接有 5 个主机, 10baset 的 rate 是 10M ,可是由于共享介质,每一个主机只是分得了 2M 的带宽。我的意思是,平时说这个网络是 10 M 还是 2M ?我们宿舍所说的 10M ,是从宿舍接口算的,还是从每层楼的 hub 那里算的? </li></ul><ul><li>【 10BASE-T 的概念 :10Mb/s 的速率是指某个冲突范围或“碰撞域”中任意一台微机 ( 或网络交换设 备 ) 发送数据的速率,在该碰撞域中,只能有一台微机(或网络交换设备)在某个时刻发送数 据,其他微机或网络交换设备通过 NIC 可以“听到”,有数据也只能等网络“安静”后再发。 10Mb/s 的速率也是 LAN 里的微机与 router 的通信速率,至于 router 的外接链路,可能是 100M/s,2.048M/s 或 ..., 但这个和 LAN 内部的通信没有关系,反正 router 也是个 computer, 有得 是 RAM,Cache 。而微机的 NIC 则是以 10Mb/s 的速率与其对话。 </li></ul><ul><li>实际上,如果你说的 5 台主机同时在网上下载大文件,因为共享介质的冲突问题,实际每台机 器“分得”的带宽要小于 2Mb/s, 这个问题,在计教中心的 301 机房中会显示的非常明显。所以, 这种带宽是不能用除法来算的。有关带宽效率的说明参见 404 页。】 </li></ul>
  83. 84. 4 问题( tbc ) <ul><li>什么是冲突(碰撞)域和广播域? </li></ul><ul><li>【 一些局域网技术(如以太网和令牌环网)提供让任一个站点可发送一信息包给局域网中的所有其它站点的能力,这也就是所谓广播。几乎所有局域网的网络协议都是用广播来实现操作和管理的机制的。例如,使客户机能定位服务器,允许散播有关可利用的网络资源的信息等等。   一般而言,越多的站点连接到同一个局域网上,产生的广播通信量就越大。对于通过网桥或交换机连接多个局域网段而形成的大型局域网而言,这种情况仍成立。 交换网络可以通过降低网络碰撞域的大小,实现提升共享介质网络性能的目的。此外,通过逻辑网络对用户进行分组可以把功能或应用相近的设备或用户组合在一起,限制广播流量,提升网络性能。另外,交换网络降低了路由器的工作符合,缩短了网络时延。 单纯的使用交换网络虽然在速度上有一定的优势,但是网络非常不稳定。因此,人们在交换网络中引入了 VLAN 技术,通过虚拟局域网有效的划分不同的广播域,同是又避免了使用路由器所带来的时延问题。除此之外,交换机相对于路由器而言,价格更加便宜,可以有效的降低整个网络的建设成本。 VLAN 技术可以在任何网络物理拓扑结构的基础之上,将不同区域的设备连接在一起,建立一个虚拟的独立广播域,而且对网络的扩展和升级具有良好的支持功能。 VLAN 技术可以在共享介质网络环境的基础之上,提供附加的安全保障。网络管理人员可以通过创建虚拟局域网把需要访问关键信息的用户与普通用户区别开来组成独立的虚拟网,使重要数据免受外界侵害。】 </li></ul><ul><li>对等网中的密码是咋回事 ? 今天我作对等网的试验,当安装好软件以后最备登陆时,电脑提示输入密码,可是我当时没有设置密码,记得当时安装时电脑也没有提示,请问这如何解决?? </li></ul><ul><li>【 请注意对等网中共享的资源是可以设置密码的(当然也可以不设置),如果你在系统登录时使用了密码,则该密码可能会使用在网上上资源的访问上(一般微软的 win 95/98 和 NT 的网络登录界面,在域和工作组方面,具有通用性),但你在微软的 win 95/98 的登录下,可以不设密码,但只有登录后,才能访问由 NetBEUI 支持的对等网资源。这样,在访问设有访问密码的共享资源时,系统会自动提示口令的输入和验证。】 </li></ul>
  84. 85. 4 问题 <ul><li>如何让一个局域网同时上网 ? 现在我们想组建一个局域网,局域网已经通了,都能够看到对方。现在我们有一个 IP 号,我们想让所有的机子都能够通过这个 IP 上网,请问我们应该如何设置呢?我们的硬件是 15 台机子,用一台机子作服务器,操作系统是 WINDOWS2000/SERVER 版,它装有两个网卡, 15 台机子通过 HUB 连接,其他机子都有一块网卡。对于作为服务器的电脑我们应如何设置?其他的应如何设置? </li></ul><ul><li>【 我在两台计算机建立的对等网上完成了“在对等网上共享一个 Modem 登录因特网”的实验。在听您这门课之前,这样的实验我连想都没想过。实验的完成使我很高兴,在此向您表示感谢! 整个实验基本上是按照您在资料“对等网、 PWS 、 ASP” 中介绍的方法去做的。所不同的是:在这两台计算机中,作为代理服务器的计算机通过电话线与西安 169 连接,并且申请的 IP 地址是动态的。下面将代理服务器中 IP 地址的设置情况向您反馈一下: 当在这台计算机上安装了 TCP/IP 协议后,“网络”窗口中增加了 2 项:“ TCP/IP—> 拨号网络适配器”和“ TCP/IP—>< 网卡名 >” 。它们的“ TCP/IP 属性”以及“拨号连接”(假设拨号连接的名称为“古城热线”)的“ TCP/IP 设置”如下: (一)“ TCP/IP—> 拨号网络适配器”的属性: IP 地址:由于拨号网络适配器是与 Internet 相连接的,所以应选择“自动获取 IP 地址; DNS 配置:选取“启用 DNS” ,并输入主机名和域。在“ DNS 服务器搜索顺序” 中添加由 ISP 提供的“ 202.100.4.15” 。 其它项目取默认值。 (二)“ TCP/IP—>< 网卡名 >” 的属性: IP 地址:选择“指定 IP 地址”,并输入 IP 地址为“ 192.168.0.1” 子网掩码为“ 255.255.255.0” DNS 配置:与“ TCP/IP—> 拨号网络适配器”的属性设置相同,即:选取“启用 DNS” ,并输入主机名和域。在“ DNS 服务器搜索顺序”中添加由 ISP 提供的“ 202.100.4.15” 。 其它项目取默认值。 (三)“古城热线”的属性: 打开“古城热线”窗口,单击“服务器类型”标签,再单击该标签中的“ TCP/IP 设置”按钮,打开“ TCP/IP 设置”对话窗口,进行如下设置: 在第一个区域里选择“已分配 IP 地址的服务器” 在第二个区域里选择“指定名称服务器的地址”,并输入由 ISP 提供的地址“ 202.100.4.15” 。】 </li></ul>
  85. 86. 4 问题 <ul><li>广播信道冲突的问题 假设有两个节点同时开始在一个速率为 R 的广播信道上传送长度为 L 的分组。将两个节 点之间的传播延迟表示为 Tprop 。如果 Tprop< L/R 的话,会产生冲突吗?为什么? </li></ul><ul><li>【 既然两个站点是同时发送,那么在广播信道上当然会发送冲突;虽然两个站点的的传播延迟为 Tprop ,且 Tprop 〈 L/R ,但这只能说明这两个站点在发送相应的分组时。彼此都不能有效的监测到冲突。由于题中并没有给出两个站点发出分组的接收站点的情况。那么,我们的假设是大部分站点的分布可能在 Tprop 所能波及的范围之外,换言之,冲突几乎是肯定的。】 </li></ul><ul><li>问题 利用 hub 和网桥组建的一个局域网,(没有连到 internet )是不是可以不要 ip 地址? 那么这样可以吗:利用 hub 把我们寝室的四台机子连起来是不是可以只用一个 ip ,然后就可以共享网络?(这次要连 internet )? </li></ul><ul><li>【局域网有许多网络协议可以使用,如 NETBEUI 和 IPX/SPX, 这些网络不使用 IP 地址。 如果宿舍里的多台微机上网,目前大部分采用“代理服务器(如 winroute,Winproxy )”方式上网,这种方法的主要特点是做代理服务器的微机需要配两块网卡( NIC ) , 一块联接因特网 (外网),一块联接内网。】 </li></ul>

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