华中科技大学计算机网络复习课件.

计算机网络中的数据交换方式电路交换、存储转发交换(报文交换、分组交换)计算机网络协议定义、三要素、分层思路OSI/RM参考模型的层次划分及各层的功能TCP/IP参考模型的层次划分及各层的功能第一章概述网络边缘系统localISPcompanynetworkregionalISProuterworkstationservermobile网络端设备：PC、工作站、移动设备、智能电子产品等工作模式客户-服务器模式：即Client/Server方式（C/S、B/S）对等模式：即Peer-to-Peer方式（P2P）网络服务面向连接的服务面向无连接的服务网络核心系统数据“交换”定义：从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。技术分类电路交换：FDM、TDM存储转发交换：报文交换和分组交换报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文连接释放数据传送的特点比特流直达终点报文报文报文分组分组分组存储转发存储转发存储转发存储转发报文交换VS分组交换VS电路交换定义一组控制数据通信的规则。计算机网络中互相通信的对等实体间交换信息时所必须遵守的规则的集合。网络协议的基本要素语法、语义、同步网络体系结构分层思路定义n层协议服务访问点服务接口调用n+1层协议OSI/RM参考模型网络层应用层表示层会话层运输层物理层数据链路层网络层应用层表示层会话层运输层物理层数据链路层网络层物理层数据链路层网络层物理层数据链路层链路层协议网络层协议物理层协议链路层协议网络层协议物理层协议链路层协议网络层协议物理层协议会话层协议运输层协议表示层协议应用层协议物理传输介质通信子网TCP/IP参考模型应用层运输层网际层网络接口层主机A主机B路由器网络2网络1应用层运输层网际层网络接口层网际层网络接口层4321混合模型ISO/OSI概念模型好，协议实现不好；TCP/IP协议实现好，模型不好；采用混合模型ApplicationLayerTransportLayerNetworkLayerDataLinkLayerPhysicalLayer第二章物理层物理层的四个重要特性机械特性、电气特性、功能特性、规程特性奈奎斯特定律和香农公式数据通信中的若干基本概念模拟传输、数字传输、模拟信道、数字信道等信号编码、调制技术多路复用技术常用的传输介质(1)理想低通信道下的最高码元传输速率=2WBaud这里W是理想低通信道的频带宽，单位为赫(Hz)即：每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。(2)理想带通信道的最高码元传输速率=WBaud即：每赫带宽的带通信道的最高码元传输速率是每秒1个码元。奈奎斯特定律信道的极限信息传输速率C可表示为：)/1(log2NSHCH-信道频带宽，以Hz为单位S-信道内所传信号的平均功率N-信道内部的高斯噪声功率S/N-信噪比，单位：db（分贝）1010log/SN对单位db的说明：当S/N=10时，信噪比为10db当S/N=1000时，信噪比为30db香农公式编码与调制不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种情况：数据：模拟数据数字数据信号：模拟信号数字信号信道：模拟信道数字信道模拟传输和数字传输所使用的技术话音移频,调制模拟数字模拟模拟PCM编码数字数字数字编码数字模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制宽带调制技术(数字→模拟信号)010011100基带信号调幅调频调相脉冲编码调制PCMPCM编码过程举例语音信号011100011011001100PCM输出343314011100011011001100PCM信号（有量化误差）3.23.92.83.41.24.2PCM采样信号数字信号编码技术(数字→数字信号)为什么要编码数字数据为二进制数(0或1)，数字信号为高电平或低电平进行传输，所以需要将二进制数转换为高电平或低电平。常用的编码技术：不归零编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码块编码（4B/5B、8B/10B）多路复用技术定义：为了节省通信设备与费用，常常需要在一条物理通道上同时传送多路信息，这种技术称为多路复用(Multiplexing)或称为多路共传。常用的方案有：频分多路复用(FDM);时分多路复用(TDM)波分多路复用(WDM);码分多路复用（CDM）n个输出n个输入1条线路，n个通道数字载波标准T1标准线路的带宽计算：以Bell系统的T1载体为例，Bell系统将24个音频通道一起多路传输。按Nyquist定理，频带宽为4KHz的音频通道，只要每秒采样8000次(即125us采一次)就能捕捉其全部信息。每次采样经量化编码产生一个7bit的数据，24条音频通道的一次采样数据放进一个帧中，帧的长度为193bit，每条逻辑通道占8bit(7bit数据，1bit控制信号)，第193bit用于帧同步。T1载体每秒传送8000个这样的帧，故要求物理通道的信道容量大于193*8000bit/s=1.544Mbit/sE1标准线路的带宽计算：每125us为一个时间片，每时间片分为32个通道(供32个用户轮流使用)，则每通道占用125us/32=3.90625us每通道一次传送8位二进制数据，即每个二进制位占用3.90625/8=0.48828125us所以E1速率=1/0.48828125=2.048Mb/s0121631125us,32时隙,2.048Mbps帧同步信令信道30路话音数据信道+2路控制信道第三章数据链路层数据链路层的基本概念(数据链路层的基本功能，形成帧的四种方法)差错控制中的编码技术(海明纠错码，循环冗余码(CRC))停止等待协议的原理(单工，双工停等协议)连续ARQ协议滑动窗口协议及分析方法高级数据链路控制规程HDLCPPP协议•错误检测：•EDC=错误检测校正（ErrorDetectionandCorrection(冗余数据)）位•错误检测不可能达到100%可靠!•协议算法可能会忽略了某些错误,但比例极小•较大的EDC字段可以产生较好的检错和纠错效果差错控制—[加了它就可能知道？]海明纠错码海明纠错码的格式码字的编号从左到右，最左边是第一位，其中2的幂数位是检验位，其余是k个数据位(信息元)。海明纠错码格式如下：2021222324p1p2*p3***p4*******p5*---信息元P---校验位海明纠错码将编码字写成串形式的一维向量11121112122212121121(p1p2*p3***p4**...)rrrrrrKKKrKrbbbbbbbbllllMbbbb其中，l1=l2=lr=1或0(l=0为偶校验，l=1为奇校验)；bij=1或0循环冗余码(CRC)循环冗余码（CRC）基本思想收发双方约定一个生成多项式G(x)（其最高阶和最低阶系数必须为1），发送方在帧的末尾加上校验序列，使带校验序列的帧的多项式能被G(x)整除；接收方收到后，用G(x)除多项式，若有余数，则传输有错。多项式码将位串看成系数为0或1的多项式如：110001，表示成多项式x5+x4+1循环冗余码(CRC)循环冗余码（CRC）CRC的计算算法停等协议（单工、双工）Go-back-NARQ滑动窗口协议流量控制点到点数据联络层案例高级数据链路控制规程HDLC高级数据链路控制规程HDLC涉及三种类型的站：主站（PrimaryStation）主要功能是发送命令（包括数据），接收响应，负责整个链路的控制（如系统的初始、流控、差错恢复等）；从站（SecondaryStation）主要功能是接收命令，发送响应，配合主站完成链路的控制；复合站（CombinedStation）同时具有主、从站功能，既发送又接收命令和响应，并负责整个链路的控制。高级数据链路控制规程原理图命令(B)响应(B)主站A从站B非平衡配置：点---点命令(B/C/D)响应(B)响应(C)响应(D)主站A从站B从站C从站D非平衡配置：点---多点命令(B)命令(A)响应(B)响应(A)复合站A复合站B平衡配置高级数据链路控制规程帧的一般结构第四章局域网局域网的体系结构介质访问技术ALOHA、时隙ALOHA、CSMA、CSMA/CDIEEE802标准系列中的主要标准802.3标准局域网的扩展物理层、数据链路层、网络层常用设备局域网的体系结构局域网参考模型对应于OSI参考模型最低两层：物理层：透明传输位流，规定信号编码、传输媒体、拓扑结构及数据率数据链路层(802委员会将局域网的数据链路层拆成两个子层)介质访问控制子层MAC（MediumAccessControl）逻辑链路控制子层LLC（LogicalLinkControl）局域网的体系结构局域网参考模型数据链路层物理层网络层媒体访问控制MAC逻辑链路控制LLCLogicalLinkControlMediaAccessControl向上层提供连接环境对下层提供媒体访问方法局域网的体系结构MAC子层：数据链路层中与接入各种传输媒体有关的问题。还负责在物理层的基础上进行无差错的通信。更具体些讲，MAC子层的主要功能是：将上层交下来的数据封装成帧进行发送(接收时进行相反的过程，将帧拆卸)实现和维护MAC协议比特差错检测寻址网卡检查MAC地址网卡从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查MAC帧中的MAC地址.如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。“发往本站的帧”包括以下三种帧：单播(unicast)帧（一对一）广播(broadcast)帧（一对全体）多播(multicast)帧（一对多）CSMA/CD协议的提出以太网采用的协调方法是使用一种特殊的协议，即CSMA/CD(载波监听多点接入/碰撞检测)IEEE定义了采用1-坚持CSMA/CD技术的802.3局域网标准，速率从1M到10Mbps，802.3标准与以太网协议略有差别。原理站点使用CSMA协议进行数据发送；在发送期间如果检测到冲突(CD)，立即终止发送，并发出一个瞬间干扰信号，使所有的站点都知道发生了冲突；在发出干扰信号后，等待一段随机时间，再重复上述过程。CSMA/CD的要点“载波监听”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，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。以太网使用曼彻斯特编码信号。“多点接入”许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。“碰撞检测”计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小，如果检测到电压超过一定的门限值，就认为发生了碰撞。争用期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。端到端往返时延2称为争用期。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。随机访问MAC协议－CSMA/CD1kmABt碰撞t=B检测到信道空闲发送数据t=/2发生碰撞t=2A检测到发生碰撞t=B发送数据B检测到发生碰撞t=ABABABt=0A检测到信道空闲发送数据ABt=0t=B检测到发生碰撞停止发送STOPt=2A检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为截断二进制指数类型的退避算法以太网中随机等待时间采用二进制指数后退算法BEB（BinaryExponentialBackoff）：1.确定基本退避时间，一般是取争用期22.从整数集合[0,1,…,(2k1)]中随机地取出一个数，记为r。重传所需的时延就是r倍的基本退避时间。其中K=min(n,i)式中，n为冲突次数，i为退让极限（Backo