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1、1,第一章 概述,计算机网络：利用通讯设备和线路，将地理位置不同的独立的计算机互连起来，以实现信息传递和资源共享的系统,2,一、分组交换,面向连接和无连接面向连接：必须通过“建立连接通信释放连接”的过程。复杂、可靠、要较大的实现代价无连接：简单、快速、不可靠连接确认对方存在；协商参数；分配运输实体单元(缓存、带宽、数据结构)分组交换的特点高效。逐段占用通信链路、动态分配传输带宽灵活。每一个分组独立选择路由迅速。可以采用无连接的通信方式可靠。分布式多路由的分组交换网，网络生存性很好,3,比较电路交换，分组交换，报文交换,电路交换传输突发式数据时效率很低，若要连续传输大量的数据，且其传送时间远大于
2、连接建立时间，则电路交换具有传输速率较快的特点分组交换与报文交换不需要预先分配传输带宽，传送突发数据时可以提高整个网络的信道利用率。分组交换比报文交换的时延少，但控制更复杂。,4,5,资源子网 通信子网,分组交换网以网络为中心，主机处于网络的外围。分组交换网又称为通信子网主机的集合又称为资源子网,主机,分组交换网,6,计算机网络的主要性能指标,带宽模拟信号的带宽指允许通过的频率范围数字信号的带宽指数字信道的“最高数据率”,数字信道的带宽有时又称为吞吐量发送速率、数据率、比特率 (bit/s)时延：一个报文或分组从一个网络(或一条链路)的一端传送到另一端所需的时间（各种时延的计算）发送时延：又称
3、为传输时延。指数据块从结点进入到传输媒体所需的时间发送时延=数据块长度/信道带宽传播时延：电磁波在信道中传播一段距离而花费的时间传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率处理时延：数据在交换结点为存储转发而进行处理花费的时间,7,高速链路，指的是发送速率高而不是比特在链路上的传播速率高(光纤信道的传输速率高)比特的传播时延与带宽无关，提高链路带宽只是减小了数据的发送时延往返时延(RTT)：是网络性能的一个重要指标，表示从发送方发送数据开始，到接收到来自接收方的确认(接收方收到第1个比特就开始发出确认)。RTT包括发送方的发送时延与中间结点的处理时延和发送时延运输层的往返时延RTT包括发送方的
4、发送时延与中间结点的处理时延和发送时延数据链路层的往返时延为传播时延的两倍,8,计算机网络的体系结构,网络协议(network protocol)：为进行网络通信而建立的规则、标准或约定网络协议的三要素语法 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。 同步 事件实现顺序的详细说明。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。TCP/IP并不一定单指TCP和IP两个协议，而往往是指因特网所使用的体系结构或是指整个的TCP/IP协议族。TCP/IP 常被称为事实上的( de facto ) 国际标准。,9,五层协
5、议的体系结构(总纲),应用层：规定进程之间通信的性质以满足用户需要，主要为用户提供访问网络的接口。应用层数据传送的单位(协议数据单元PDU)称为报文(message)运输层：负责进程间的通信。运输层的PDU为报文段(segment)或用户数据报(user datagram)网络层：实现分组交换网上不同主机间的通信。其PDU为IP数据报(IP datagram)数据链路层：实现网络上两个相邻结点间的通信，其PDU为帧(frame)物理层：透明的传输比特流，其PDU为bit,10,分层体系结构的好处,各层之间是独立的，便于将一个复杂的功能分解称为几个子功能来实现灵活性好。任何一层发生变化时，只要接
6、口保持不变就不会影响到其它层。结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现。易于实现和维护。能促进标准化工作。每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。,11,常见的英文缩写,PDU; TCP/IP; WAN; LAN; MAN,12,第二章 物理层,物理层的主要任务为确定与传输媒体的接口的一些特性机械特性 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。规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。,13,数据通信基础,数据：信息在计算机世界的表现信
7、号：信息在通信世界的表现调制与解调：数字数据转化为模拟信号的过程叫调制，反之叫解调。通信双方的三种交互方式：单向通信（单工通信）只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。双向交替通信（半双工通信）通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。双向同时通信（全双工通信）通信的双方可以同时发送和接收信息。,14,数据通信基础(续),码元：数字通信中的一个基本的信号单元。可能表示1bit,也可能若干个bit波特(baud)是码元传输速率的单位，1波特 为 1码元/秒香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。信道的极
8、限信息传输速率 C 可表达为（P38 信噪比） C = W log2(1+S/N) bit/s（相关计算）采用拨号上网，最大的噪声来源于模拟信号到数字信号的转换。传输基带信号的两种常见编码曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码（参看练习）,15,例题,例1 在话音信道上，设带宽为3100Hz，话音信道上的信噪比为30分贝，则信道的最大容量是多少？ 解答 30=10*log（S/N），S/N1031000 C3100*log2（1+1000）30894 b/s例2 假定信道带宽为1kHz，最大信息传输率为35kb/s,求该信道的信噪比为多少分贝。 解答 35kb/s=1kHz*log2(1+S/N) b
9、/s 即 35= log2(1+S/N) S/N = 235 - 1=? 则信噪比为10lg(235 - 1) =? dB,16,曼彻斯特编码：将一个码元分成两个相等的时间间隔，码元1是前一个时间间隔为高电平，后一个时间间隔为低电平。码元0刚好相反。差分曼彻斯特编码：码元1前半个码元的电平与上一个码元后半个码元的电平相同，码元0前半个码元的电平与上一个码元后半个码元的电平相反。,17,信道复用技术,频分复用FDM(Frequency-division multiplexing)所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。时分复用TDM(Time-division multiplexing)所有用户
10、在不同的时间占用同样的频带宽度。码分复用CDM或更常用码分多址CDMA( Code Division Multiple Access)各用户使用经过特殊挑选的不同码型，多个用户同一时间用同样的频带通信彼此不会造成干扰。,18,常用的英文缩写,FDM; TDM; CDMA,19,第三章 数据链路层,数据链路：一条物理线路以及必要的通信协议数据链路层通信协议常用适配器来实现(例如常见的网卡)一般的适配器都包括了数据链路层和物理层的内容停止等待ARQ协议：提供可靠传输服务的一个简单协议（理解）接收方发送确认帧实现对发送方的流量控制接收方校验数据,丢弃错误帧，发送否认帧，发送方重传，由此解决错误帧的问
11、题超时重传解决丢失帧的问题给发送的帧编号(只需0,1两个编号)，解决了帧重复的问题循环冗余校验CRC(参看练习、第三章课件)CRC可以检测错误，不能纠错。检测不到差错的概率很低。,20,连续ARQ协议原理（理解）,连续ARQ协议、GBN协议在发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认帧，而是可以连续再发送若干个数据帧。(可以连续发送多少个数据帧由发送窗口的大小决定)如果这时收到了接收端发来的确认帧，那么还可以接着发送数据帧。接收端只按序接收数据帧。假设在有差错的 2号帧之后接着又收到了正确的 3 个数据帧，接收端都必须将这些帧(2,3,4,5)丢弃，因为在这些帧前面有一个 2 号帧还没有收到。虽然
12、丢弃了这些不按序的无差错帧，但应重复发送已发送过的最后一个确认帧ACK2（防止确认帧丢失）。ACK2 表示确认 1 号帧 DATA1，并期望下次收到 2 号帧。依此类推。,21,连续ARQ协议原理(理解),超时重传机制。结点 A 在每发送完一个数据帧时都要设置该帧的超时计时器。如果在所设置的超时时间内收到确认帧，就立即将超时计时器清零。但若在所设置的超时时间到了而未收到确认帧，就要重传相应的数据帧，并重新设置超时计时器。GBN(第N个分组重发)。在等不到 2 号帧的确认而重传 2 号数据帧时，虽然结点 A 已经发完了 5 号帧，但仍必须向回走，将 2号帧及其以后的各帧全部进行重传。连续 ARQ
13、 又称为Go-back-N ARQ，意思是当出现差错必须重传时，要向回走 N 个帧，然后再开始重传。,22,连续ARQ协议原理(理解) 滑动窗口,发送端的发送窗口：发送窗口的大小 WT 代表在还没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧。发送窗口用来对发送端进行流量控制。接收端的接收窗口：决定可以接收那些数据帧。在只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。连续ARQ协议中，接收窗口WR = 1。停止等待ARQ协议可以看成发送窗口大小为1的连续ARQ协议的特例。只有在接收窗口向前滑动时（与此同时也发送了确认），发送窗口才有可能向前滑动。连续ARQ协议可以在连
14、续收到几个正确的数据帧才发送对最后那个数据帧的确认，这就是累积确认。或者在自己的数据帧中捎带对通信对方的确认。累积确认和捎带确认可以减少开销,23,可靠传输机制确认、校验、顺序号、超时/重传,24,选择重传ARQ协议（理解）,连续ARQ协议的扩充，接收窗口大于1。接收窗口显然不应该大于发送窗口(太大是一种浪费)。接收窗口小于等于序号范围的一半(超过这个范围会出现问题，了解),25,HDLC和PPP,HDLC：高级数据链路控制，HDLC是面向比特的，可传输任意比特流零比特填充法(参看练习)HDLC 采用零比特填充法使一帧中两个 F 字段之间不会出现 6 个连续 1。在发送端，当一串比特流数据中有
15、 5 个连续 1 时，就立即填入一个 0。在接收帧时，先找到 F 字段以确定帧的边界。接着再对比特流进行扫描。每当发现 5 个连续 1 时，就将其后的一个 0 删除，以还原成原来的比特流。PPP：点对点协议(Point-to-Point Protocol)PPP是面向字节的，PPP帧的长度是整数个字节PPP不提供序号和确认的可靠传输机制，但是PPP由差错检测功能，可以保证无差错接收。,26,零比特填充法,27,常用的英文缩写,ARQ; GBN; CRC; HDLC; PPP,28,第四章 局域网,以太网在局域网市场中占有绝对优势。严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2
16、 标准的局域网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”。802委员会将局域网的数据链路层拆成两个子层，即逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层。现在LLC作用已经不大，很多厂商生产的网卡就只有MAC协议。以太网提供的服务是不可靠的服务，数据帧没有编号，也不要求对方确认。网卡收到一个正确的帧时，通过中断将其交付给计算机的网络层，收到错误的帧时，就直接把它丢弃。,29,CSMA/CD,总线上同一时间只允许一台计算机发送信息，否则各计算机之间会互相干扰。CSMA/CD是一种协调共享总线计算机通信的一种协议。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）。 CSMA/CD通过检测信号电压的摆动值判断是否发生冲突。最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2 （两倍的端到端传播时延）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。无效的帧长度小于争用期时延带宽积，所以以太网最小有效帧长定义大于等于争用期时延带宽积,
