1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 層和協(xié)議的集合 協(xié)議體系(protocol architecture) 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議:是指通信雙方(或多方)關(guān)于如何進(jìn)行通信的一種約定。 協(xié)議分層:為了降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜度,增加網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性,具有概念化、 結(jié)構(gòu)化的優(yōu)點(diǎn),有利于新業(yè)務(wù)的導(dǎo)入。 分層的原則: 將相似的功能集中在同一層內(nèi),必要時(shí)可將層的功能再分成子塊,層數(shù) 不宜過(guò)多,以避免層間接口的開銷變大。 當(dāng)功能差別較大時(shí)應(yīng)分層處理。 各層只對(duì)相鄰的上下層定義接口。 一組協(xié)議稱為協(xié)議棧接口定義了下層向上層提供哪些原語(yǔ)操作和服務(wù)服務(wù)(service) 面向連接的服務(wù) 首先要在信源與信宿之間建立連接,然后在此連接上通 信,最后

2、拆除連接。 特點(diǎn):占用一定的資源,可靠,按序傳送 非連接服務(wù) 傳送數(shù)據(jù)不需要建立連接,即有即送。 將每個(gè)數(shù)據(jù)單元打包,在包頭添加地址信息。 特點(diǎn):每個(gè)數(shù)據(jù)包獨(dú)自尋路(重復(fù)勞動(dòng)),同一數(shù)據(jù)流 的包可能經(jīng)由不同的路徑到達(dá)目的地,到達(dá)的順序也可 能顛倒。 服務(wù)原語(yǔ)(primitive) 服務(wù)原語(yǔ)分為4種類型: n 請(qǐng)求(request):一個(gè)實(shí)體請(qǐng)求做 某項(xiàng)服務(wù) n 指示(indication):一個(gè)實(shí)體被告 知做某項(xiàng)服務(wù) n 響應(yīng)(response):一個(gè)實(shí)體發(fā)出 響應(yīng) n 證實(shí)(confirm):請(qǐng)求得到響應(yīng) n 原語(yǔ)一般都攜帶參數(shù)。 n 證實(shí)型(confirmed)和非證實(shí)型 (unconfi

3、rmed)服務(wù)的區(qū)別: n 證實(shí)型服務(wù)包含所有4種服務(wù)原 語(yǔ)。 n 非證實(shí)型服務(wù)只包含請(qǐng)求和指示 2種服務(wù)原語(yǔ)。 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU 協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU OSI與TCP/IP模型的比較 相同點(diǎn):1.都是基于獨(dú)立的協(xié)議棧概念。2.兩者都有功能相似的應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層。 不同點(diǎn): 1.在OSI模型中,嚴(yán)格地定義了服務(wù)、接口、協(xié)議;在TCP/IP模型中,并沒有嚴(yán)格區(qū)分服務(wù)、接口與協(xié)議。 2.OSI模型支持非連接和面向連接的網(wǎng)絡(luò)層通信,但在傳輸層只支持面向連接的通信;TCP/IP模型只支持非連接的網(wǎng)絡(luò)層通信,但在傳輸層有支持非連接和面向連接的兩種協(xié)議可供用戶選擇。 3.TCP/IP模型中不區(qū)分、甚

4、至不提起物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。 各層主要功能 應(yīng)用層: 處理應(yīng)用進(jìn)程之間所發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)中包含的信息內(nèi)容。 表示層：在兩個(gè)應(yīng)用層之間的傳輸過(guò)程中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的表示語(yǔ)法會(huì)話層：負(fù)責(zé)建立（或清除）在兩個(gè)通信的表示層之間的通信通道，包括交互管理、同步，異常報(bào)告。傳輸層：為會(huì)話層提供與下面網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)的可靠消息傳送機(jī)制 網(wǎng)絡(luò)層：路由、轉(zhuǎn)發(fā)，擁塞控制數(shù)據(jù)鏈路層：成幀，差錯(cuò)控制、流量控制，物理尋址，媒體訪問(wèn)控制物理層：纜線，信號(hào)的編碼，網(wǎng)絡(luò)接插件的電、機(jī)械接口非連接與面向連接的服務(wù)的特點(diǎn)與區(qū)別 其一：面向連接通信分為三個(gè)階段，第一是建立連接，在此階段，發(fā)出一個(gè)建立連接的請(qǐng)求。只有在連接成功建立之后，才能開始數(shù)據(jù)傳

5、輸，這是第二階段。接著，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完畢，必須釋放連接。而無(wú)連接通信沒有這么多階段，它直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其二：面向連接的通信具有數(shù)據(jù)的保序性， 而無(wú)連接的通信不能保證接收數(shù)據(jù)的順序與發(fā)送數(shù)據(jù)的順序一致。信道的最大傳輸速率 Nyquist定理(有限帶寬的無(wú)噪聲信道) 如果一個(gè)任意的信號(hào)通過(guò)帶寬為H的低通濾波器, 那么每秒采樣2H次就能完整地重現(xiàn)通過(guò)該濾波器的信號(hào)。 最大數(shù)據(jù)傳輸率=2H log2V (b/s) Shannon定理 對(duì)任何帶寬為H Hz,信噪比為S/N的信道最大數(shù)據(jù)傳輸速率=H log2(1+S/N) (b/s) 調(diào)制解調(diào) 由于基帶(baseband)信號(hào)在長(zhǎng)距離的傳輸信道上 會(huì)受到

6、衰減、畸變及噪音等的影響,因此在發(fā)送端必 須轉(zhuǎn)換成一種適合于在信道上傳輸?shù)男诺佬盘?hào),這個(gè) 轉(zhuǎn)換過(guò)程就叫調(diào)制(modulation)。在接收端的相反 轉(zhuǎn)換過(guò)程稱為解調(diào)(demodulation)。 復(fù)用技術(shù) 復(fù)用技術(shù)是將多路信號(hào)組合在一條物理信道(主干Trunk)上進(jìn)行傳輸。 頻分復(fù)用 FDM 時(shí)分復(fù)用 TDM 波分復(fù)用 WDM SDH(Synchronous Digital Hierarchy,同步數(shù)字系列) SONET的基本幀: n 是每125 s內(nèi)傳輸810個(gè)字節(jié)(用90列 9行述),因此數(shù)據(jù) 速率= 8 bit 810 Byte 8000 Hz = 51.84 Mbps,這是 SONET

7、最基本的信道,稱作同步傳輸信號(hào)STS-1(Synchronous Transport Signal-1)。 n 多條STS-1支流的復(fù)用可構(gòu)成其它的SONET干線,如3條STS-1支 流被合成為1條3 51.84 Mbps = 155.52 Mbps的STS-3流。對(duì) 應(yīng)于STS-n的光纖線路被稱作OC-n(Optical Carrier Level)。 n SDH的基本幀: n 從OC-3 155.52 Mbps開始,稱作同步傳輸模塊 STM-1(Synchronous Transport Module-1)。 n OC-n表示由n條單獨(dú)的OC-1線路組成。 電路交換(circuit swi

8、tching) 電路交換方式在通信對(duì)端之間建立物理通路,該通路在通信期間一直維持著, 并且為該通信雙方專用,直到通信結(jié)束。 電路交換的優(yōu)點(diǎn)是傳輸可靠,迅速,不丟失而又保序。 計(jì)費(fèi)方式按預(yù)訂帶寬、距離和時(shí)間計(jì)算 存儲(chǔ)交換方式 報(bào)文交換(message switching)數(shù)據(jù)傳輸以報(bào)文的整體為單位,即端點(diǎn)系統(tǒng) 一次性發(fā)送數(shù)據(jù)塊,長(zhǎng)度不限且可變。分組交換(packet switching) 將報(bào)文劃分成若干個(gè)可以存放在內(nèi)存中的分 組來(lái)進(jìn)行傳送。 分組交換中的延時(shí)分析 傳播延時(shí)(propagation delay) 數(shù)據(jù)某比特從A節(jié)點(diǎn)到B節(jié)點(diǎn)傳播所需的時(shí)間, 取決于物理媒體(23x108m/s ),

9、AB兩 點(diǎn)間距離。 傳輸延時(shí)(transmission delay) 節(jié)點(diǎn)接受整個(gè)分組所需時(shí)間,用L比特表示分 組長(zhǎng)度,用Rb/s表示鏈路速率,則L/R為傳 輸延時(shí)。 處理延時(shí)(processing delay)檢查分組頭部,尋路,差錯(cuò)校驗(yàn)等,與CPU速度和處理算法有關(guān)。 排隊(duì)延時(shí)(queue delay) 在節(jié)點(diǎn)上等待處理所需時(shí)間,與網(wǎng)絡(luò)擁塞狀 況有關(guān) 總延時(shí)D=dprop+dtrans+dpro+dqueue 分組交換 數(shù)據(jù)報(bào)(datagram) 在數(shù)據(jù)報(bào)交換中,每個(gè)分組的傳送被單獨(dú)處理,每 個(gè)分組頭中都包含目的節(jié)點(diǎn)的地址,一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到 數(shù)據(jù)報(bào)后,根據(jù)報(bào)頭中的地址信息和節(jié)點(diǎn)所存儲(chǔ)的 路由信

10、息,找出一個(gè)合適的出口,把數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到 下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。同一報(bào)文中的數(shù)據(jù)報(bào)可以走不同的路 徑,也可以按不同的順序到達(dá)。 虛電路(virtual circuit) 在虛電路交換中,首先在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間建立 一條邏輯通路(既虛電路),然后進(jìn)行通信,最后 拆除虛電路。 電路交換與分組交換的比較 電路交換預(yù)先靜態(tài)地保留所要帶寬;而分組交換卻是根據(jù)需 要?jiǎng)討B(tài)地獲得和釋放帶寬。 在電路交換中,已分配給線路上未用的帶寬只能浪費(fèi)掉;而 分組交換中,未用的帶寬可以被別的傳輸所利用。 電路交換對(duì)數(shù)據(jù)傳輸是完全透明的,而分組交換則要利用分 組所攜帶的參數(shù)進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)。 分組交換是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的,會(huì)增加傳輸延時(shí);電路交換

11、則是連 續(xù)的通過(guò)物理線路傳輸。 分組交換中,分組到達(dá)目的地可能不按原順序;在電路交換 中,不會(huì)發(fā)生亂序現(xiàn)象。 分組交換可以按傳輸?shù)淖止?jié)或連接時(shí)間計(jì)費(fèi);電路交換按時(shí) 間、距離計(jì)費(fèi)。 數(shù)據(jù)鏈路層的功能 向網(wǎng)絡(luò)層提供良好的服務(wù)接口 將物理層的比特流編成幀差錯(cuò)檢測(cè) 為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù) 無(wú)確認(rèn)、無(wú)連接的服務(wù) 源端可以不需要建立連接就向目的端發(fā)送獨(dú)立的數(shù)據(jù)幀,而目的端也不需要對(duì)收到的幀進(jìn)行確認(rèn)。 有確認(rèn)、無(wú)連接的服務(wù)源端可以不需要建立連接就向目的端發(fā)送獨(dú)立的數(shù)據(jù)幀,但目的端需要對(duì)收到的幀進(jìn)行確認(rèn)。 面向連接的服務(wù) 源端與目的端在通信前要先建立連接,然后在此連接 上互相傳輸數(shù)據(jù)幀,每一個(gè)幀都被編號(hào),數(shù)據(jù)鏈路層

12、 保證傳送的幀被對(duì)方收到,且只收到一次,雙方通信 完畢后拆除連接。 差錯(cuò)檢測(cè)與校正 定義:一幀由m個(gè)數(shù)據(jù)位(即報(bào)文)和r個(gè)冗余位(即 校驗(yàn)位)組成,設(shè)總長(zhǎng)度為n(n=m+r),此長(zhǎng)度為n的 單元常稱為n位碼字。 定義:兩個(gè)碼字不同的位的數(shù)目稱為海明距離 例如,10001001 與它們的海明距離為3。 對(duì)于n位碼字的集合,只有2m個(gè)碼字是有效的,在任意 兩個(gè)有效碼字間找出具有最小海明距離的兩個(gè)碼字, 該海明距離便定義為全部碼字的海明距離。 差錯(cuò)檢測(cè)與校正 一種編碼的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力取決于編碼后碼 字的海明距離的大小。 為了檢測(cè)出d個(gè)比特的錯(cuò),需要使用距離為d +1的編碼。 例如:數(shù)據(jù)后加奇偶校驗(yàn)位

13、,編碼后的海明距離為2,能檢 測(cè)1比特錯(cuò)。 為了糾正d個(gè)比特的錯(cuò),必須用距離為2d+1 的編碼。 例如有4個(gè)有效碼字:它們是0000000000,0000011111, 1111100000,1111111111,海明距離為5,能糾正2比特 糾正單比特錯(cuò)的校驗(yàn)位下界 設(shè)計(jì)一種編碼,它有m個(gè)信息位和r個(gè)校驗(yàn)位, 當(dāng)r滿足什么條件時(shí),能糾正所有單比特錯(cuò)? 對(duì)2m個(gè)有效碼字的任何一個(gè)而言,有n個(gè)與該碼字 距離為1的無(wú)效碼字,所以2m個(gè)有效碼字每一個(gè)都 對(duì)應(yīng)有n+1個(gè)各不相同的位圖,n位碼字的總的位圖 是2n個(gè)。 (n+1)2m=2n,n=m+r代入 (m+r+1)2m=n+1 糾正單比特誤碼的校驗(yàn)位

14、下界 多項(xiàng)式編碼(循環(huán)冗余碼CRC) CRC編碼的一般操作:給定一個(gè)m比特的 幀或報(bào)文,發(fā)送方生成r比特的序列(也 稱為幀檢驗(yàn)序列FCS,Frame Check Series),形成(m+r)的碼字,該碼字 能被某個(gè)事先確定的數(shù)整除。接收方用 相同的數(shù)去除收到的幀,如果無(wú)余數(shù), 則認(rèn)為數(shù)據(jù)幀無(wú)差錯(cuò)。 設(shè)數(shù)據(jù)幀多項(xiàng)式表示為M(X) m位序列 ，事先約定的除數(shù)為G(X) r+1位序列 幀檢驗(yàn)序列FCS為F(X) r位序列 加了檢驗(yàn)序列的幀為T(X)=X r M(X)+F(X) m+r位序列 設(shè)X r M(X)/G(X)=P(X)+R(X)/G(X) X r M(X)-R(X)/G(X)=P(X)

15、在模2運(yùn)算中,加法與減法等同,取F(X)=R(X) 就能使T(X)被G(X)整除 滑動(dòng)窗口(Slide Windows)協(xié)議 主要的滑動(dòng)窗口協(xié)議有出錯(cuò)全部重發(fā)協(xié)議和選擇 重發(fā)協(xié)議兩種。 發(fā)送窗口就是發(fā)送端允許不等確認(rèn)而連續(xù)發(fā)送的幀的 序號(hào)表。 允許連續(xù)發(fā)送的幀的數(shù)量稱為發(fā)送窗口尺寸,表示為 W。發(fā)送端必須有W個(gè)輸出緩沖區(qū)來(lái)存放W個(gè)數(shù)據(jù)幀的 副本以備數(shù)據(jù)幀的重發(fā)。 接收窗口是接收端允許接收的幀的序號(hào)表。當(dāng)接收的幀不是接收窗口下沿幀時(shí),必須暫存在輸入緩沖區(qū), 不能交給網(wǎng)絡(luò)層。 當(dāng)接收到接收窗口下沿幀時(shí),會(huì)將其連同后面連續(xù)的若干個(gè) 檢驗(yàn)過(guò)的正確幀按順序交給網(wǎng)絡(luò)層,在發(fā)回確認(rèn)幀的同時(shí)將 接收窗口向前滑

16、動(dòng)相應(yīng)的數(shù)量。 出錯(cuò)全部重發(fā)協(xié)議(go-back-n) 出錯(cuò)全部重發(fā)協(xié)議中,發(fā)送窗口的尺寸是大于1,而接收窗口 的尺寸則等于1。 由于接收窗口的尺寸為1,接收端只能按順序地接受數(shù)據(jù)幀, 一旦某個(gè)幀出錯(cuò)或丟失,只能簡(jiǎn)單地丟棄該幀及其所有的后 續(xù)幀(因?yàn)榘l(fā)送窗口的尺寸是大于1的),不作任何確認(rèn)。發(fā) 送端超時(shí)后需重發(fā)出錯(cuò)或丟失的幀及其后續(xù)所有的幀。 發(fā)送端需要為每個(gè)待確認(rèn)的幀都各自設(shè)置一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器。發(fā)送窗口的尺寸不能超過(guò)2n-1(這里的n為序號(hào)的編碼位數(shù)), 否則會(huì)造成接收端無(wú)法分辨新、舊數(shù)據(jù)幀。 選擇重發(fā)協(xié)議(selective repeat) 選擇重發(fā)協(xié)議中,發(fā)送和接收窗口的尺寸都大于1。由于

17、接收窗口的尺寸大于1,接收端可存儲(chǔ)壞幀之后的其它數(shù) 據(jù)幀(落在接收窗口),接收端對(duì)錯(cuò)幀發(fā)否定確認(rèn)幀,因此 發(fā)送端只需重發(fā)出錯(cuò)的幀,而不需重發(fā)其后的所有后續(xù)幀。 接收端正確收到重發(fā)的幀后,可對(duì)其后連續(xù)的已接收的正確 幀作一次總體確認(rèn)(最大序號(hào)的確認(rèn)),并交送網(wǎng)絡(luò)層。大 大高了信道的利用率。 接收窗口的尺寸不能超過(guò)2n-1(即序號(hào)范圍的1/2),否則可 能造成幀的重疊。 發(fā)送窗口的尺寸一般和接收窗口的尺寸相同,發(fā)送端為每一 個(gè)輸出緩存區(qū)設(shè)置一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器,定時(shí)器一旦超時(shí),相應(yīng) 輸出緩存區(qū)中的幀就被重發(fā)。 傳統(tǒng)局域網(wǎng)特征 局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 星型(Star)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn): 集中控制，中心交換節(jié) 點(diǎn)功能

18、復(fù)雜, 但其他通信 節(jié)點(diǎn)負(fù)荷相 對(duì)較輕。 建設(shè)成本較大，可擴(kuò)展性好環(huán)型(Ring) 由一組轉(zhuǎn)發(fā)器 通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連 接成環(huán)路構(gòu)成。 有源網(wǎng)絡(luò)，分散控制，常采用令牌方 式控制媒體訪 問(wèn) Ring network，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的故 障有可能波及 全網(wǎng) 總線型(Bus) 成本低，無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，分散控制，常采用CSMA/CD 或Token方式進(jìn) 行媒體訪問(wèn)控制，廣播型網(wǎng)絡(luò) 其他多路訪問(wèn)協(xié)議 靜態(tài)分配:如傳統(tǒng)的FDM或TDM,如果有N個(gè)用戶,把 帶寬或時(shí)間分成N份,每個(gè)用戶靜態(tài)地占用一個(gè)。缺點(diǎn) 是不能有效地處理突發(fā)數(shù)據(jù),有的用戶無(wú)通信量時(shí)白白 浪費(fèi)資源。 動(dòng)態(tài)分配:異步時(shí)分多路復(fù)用。分為兩種:隨機(jī)訪問(wèn)(爭(zhēng)用,con

19、tention):只要有數(shù)據(jù),就可直接發(fā)送,發(fā)生沖 突后再采取措施解決沖突。適用于負(fù)載輕的網(wǎng)絡(luò),負(fù)載重時(shí)效率低。控制訪問(wèn):發(fā)送站點(diǎn)必須先獲得發(fā)送的權(quán)利,再發(fā)送數(shù)據(jù),不會(huì)發(fā)生沖 突。在負(fù)載重的網(wǎng)絡(luò)中可獲得很高的信道利用率。主要有輪詢(round- robin)和預(yù)約(reservation)兩種方式。 爭(zhēng)用協(xié)議一:ALOHA協(xié)議 純ALOHA協(xié)議(Pure ALOHA):每個(gè)站點(diǎn)只要有數(shù)據(jù) 就可發(fā)送;通過(guò)監(jiān)聽信道來(lái)發(fā)現(xiàn)是否發(fā)生沖突;若沖突, 則等待一段隨機(jī)時(shí)間,再重新發(fā)送。 時(shí)隙ALOHA協(xié)議(Slotted ALOHA):將信道時(shí)間分為 離散的時(shí)間片,每個(gè)時(shí)間片可以用來(lái)發(fā)送一個(gè)幀。一個(gè) 站點(diǎn)有

20、數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí),必須等到下個(gè)時(shí)間片的開始才能發(fā) 送。與純ALOHA相比信道的利用率提高一倍。 爭(zhēng)用協(xié)議二:CSMA協(xié)議 載波偵聽多路訪問(wèn)(Carrier Sense Multiple Access) 協(xié)議 常見的四種CSMA協(xié)議: 1-堅(jiān)持式CSMA(1-persistent CSMA)非堅(jiān)持式CSMA(non-persistent)p-堅(jiān)持式CSMA(p-persistent CSMA)帶有沖突檢測(cè)的CSMA(CSMA with Collision Detection) 無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless LAN)協(xié)議 隱藏站點(diǎn)問(wèn)題(hidden station problem):圖(a)中,A向B發(fā)

21、 送時(shí),由于C聽不到誤以為可發(fā)送數(shù)據(jù),造成B接收失敗。 暴露站點(diǎn)問(wèn)題(exposed station problem):圖(b)中,B向A 發(fā)送時(shí),C聽到信道忙誤認(rèn)為它不能向D發(fā)送數(shù)據(jù),實(shí)際上并不 影響A和D兩站的接收。 CSMA with Collision Avoidance協(xié)議 發(fā)送方先激發(fā)(RTS)接收方發(fā)送一個(gè)短幀 (CTS),使接收方周圍的站點(diǎn)不會(huì)在即將到 來(lái)的數(shù)據(jù)幀期間發(fā)送數(shù)據(jù)而導(dǎo)致沖突(避免沖 突)。 當(dāng)多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)向一個(gè)站點(diǎn)激發(fā)時(shí)仍會(huì)發(fā)生沖 突,在預(yù)定時(shí)間內(nèi)沒有收到CTS的發(fā)送方采用 二進(jìn)制指數(shù)退避算法,在等待一隨機(jī)時(shí)間后再 次重試。 退避時(shí)間 從發(fā)送數(shù)據(jù)幀到能檢測(cè)出是否碰撞

22、的最大所需時(shí)間2 稱為間隙時(shí)間 退避時(shí)間=r間隙時(shí)間,r是隨機(jī)整數(shù),在(0,2k-1) 區(qū)間內(nèi)均勻取值,k=Min(嘗試次數(shù),10)。 對(duì)于10BASE-5局域網(wǎng),規(guī)定網(wǎng)段的最大長(zhǎng)度500米, 允許最多4個(gè)中繼器延長(zhǎng),最長(zhǎng)2500米,間隙時(shí)間為 51.2微秒。 對(duì)10Mbps的以太網(wǎng),能檢測(cè)出碰撞的最小幀長(zhǎng)為 10Mbps*51.2微秒=512bit=64字節(jié)。 802.11支持的兩種操作模式 點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF, Point Coordination Function)由基站周期性地(每秒10100次)廣播一個(gè)信標(biāo)幀 (beacon frame),邀請(qǐng)站點(diǎn)申請(qǐng)服務(wù) 分布式協(xié)調(diào)功能(DCF,

23、Distributed Coordination Function)CSMA/CA(CSMA with Collision Avoidance) DCF是必須的,PCF是可選的 網(wǎng)橋 網(wǎng)橋是用來(lái)連接局域網(wǎng)的互連設(shè)備,工作在數(shù)據(jù)鏈路層。 轉(zhuǎn)發(fā)局域網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)幀,必要時(shí)進(jìn)行幀格式轉(zhuǎn)換 能隔離以太網(wǎng)中的碰撞域,但不能隔離廣播域 丟棄出錯(cuò)幀 交換機(jī)交換機(jī)（switch）源自于多端口網(wǎng)橋（bridge），采用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)方式在各端口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的交換交換機(jī)檢測(cè)每個(gè)到達(dá)數(shù)據(jù)的幀頭根據(jù)數(shù)據(jù)幀的目的地址查找輸出端口如果地址查找表中沒有該表項(xiàng)，交換機(jī)就向所有端口（除接收端口）轉(zhuǎn)發(fā)地址查找表是通過(guò)幀的源地址與到達(dá)

24、端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立的交換機(jī)有三種交換方式 直通方式（Cut & Through） 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式（Store & Forward）碎片隔離方式（Fragment Free） 網(wǎng)絡(luò)層基本功能網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)目標(biāo)： 服務(wù)應(yīng)與通信子網(wǎng)的技術(shù)無(wú)關(guān)對(duì)于傳輸層而言，通信子網(wǎng)的數(shù)量、類型和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是隱蔽的網(wǎng)絡(luò)地址應(yīng)該采用統(tǒng)一的編號(hào)模式虛電路與數(shù)據(jù)報(bào)特點(diǎn)、區(qū)別面向連接虛電路（virtual circuit): 首先要發(fā)出連接請(qǐng)求，與目的端建立連接 數(shù)據(jù)通信 拆除連接 非連接數(shù)據(jù)報(bào)(datagram) 每個(gè)分組頭都必須包含目的地址 每個(gè)分組在途徑節(jié)點(diǎn)上被單獨(dú)處理 同一數(shù)據(jù)流的分組可以走不同的路路由算法（DV&LS)絡(luò)層

25、的主要功能是根據(jù)分組目的地址選擇路徑，對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)，每個(gè)分組都要在途徑的節(jié)點(diǎn)上被單獨(dú)尋路；而虛電路，則在建立連接時(shí)要進(jìn)行尋路。路由算法有兩類：非自適應(yīng)和自適應(yīng)Dijkstra最短通路搜索算法最短通路算法的基本準(zhǔn)則： 在全雙工鏈路連接的網(wǎng)絡(luò)上，每條鏈路的每個(gè)方向上都有一個(gè)與之相關(guān)的權(quán)值。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間一條路由的代價(jià)是它所經(jīng)過(guò)的鏈路權(quán)值之和，所以，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的最佳路由為其所有可能路由中具有最小代價(jià)的那條路由。距離矢量（Distance Vector ）路由算法離矢量路由選擇（distance vector routing）算法是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)最常使用的動(dòng)態(tài)路由選擇算法之一。 ARPAnet；DEC

26、net、Novell的IPX以及Internet的一種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP，Interior Gateway Protocol）RIP（Route Information Protocol）都使用了距離矢量路由選擇算法；Cisco則開發(fā)了一種改進(jìn)的協(xié)議，叫作IGRP（Interior Gateway Routing Protocol）。 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都定期地將它們的路由表傳送給所有相鄰節(jié)點(diǎn)，這里的路由表所包含的內(nèi)容有： 每條路徑的目的地址矢量 本節(jié)點(diǎn)到該目的地址的代價(jià)距離 每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的相鄰節(jié)點(diǎn)的路由信息更新自己的路由表鏈路狀態(tài)（Link State ）路由算法算法： 主動(dòng)測(cè)試鄰接節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)

27、定期地將相鄰節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息傳送給所有節(jié)點(diǎn) 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有完整的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ缓笥?jì)算到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最佳路徑 該方法也叫最短路徑優(yōu)先（shortest path first)，簡(jiǎn)稱SPF算法擁塞控制漏桶令牌桶互連設(shè)備、作用網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備有 repeater or hub：在物理層透明地復(fù)制比特流，以補(bǔ)償信號(hào)的衰減 bridge or switch：在不同的LAN間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)幀，必要時(shí)要進(jìn)行鏈路層的協(xié)議轉(zhuǎn)換 router：在不同的網(wǎng)絡(luò)間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)組，必要時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議轉(zhuǎn)換 Gateway：指對(duì)高層協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換的協(xié)議轉(zhuǎn)換器Internet服務(wù)模型基于IP的盡力服務(wù)模型無(wú)連接，分組攜帶足夠的信息能使網(wǎng)絡(luò)將分

28、組傳送到目的地不保證分組可靠到達(dá)目的地，可能出現(xiàn)分組的丟失，亂序IP地址配置手動(dòng)配置撥號(hào)用戶通過(guò)PPP協(xié)議分配基于DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）的配置采用客戶/服務(wù)器模式，消息采用UDP協(xié)議封裝IP地址分配機(jī)制自動(dòng)分配：DHCP給客戶端分配一個(gè)永久的IP地址動(dòng)態(tài)分配：DHCP給客戶端分配一個(gè)一段時(shí)間內(nèi)有效的IP地址手動(dòng)分配：客戶端IP地址由網(wǎng)絡(luò)管理員分配，DHCP僅用來(lái)將分配的地址通報(bào)給客戶端IP地址配置：DHCP過(guò)程1）客戶端在廣播DHCPDISCOVER消息 源IP地址為 目的IP地址為55， 使用MAC地址來(lái)標(biāo)識(shí)客戶端2）DHCP服務(wù)器

29、回應(yīng)DHCPOFFER消息給客戶端，其中包含分配的IP地址、租用期限和其它配置參數(shù)3）客戶端選擇一個(gè)DHCP服務(wù)器并且在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上廣播DHCPREQUEST消息，告訴其它DHCP服務(wù)器它選擇哪個(gè)服務(wù)器提供的IP地址4）DHCPREQUEST選定的服務(wù)器給客戶端回應(yīng)DHCPACK，其中包含有配置參數(shù)5）客戶端接收到DHCPACK后，應(yīng)該對(duì)參數(shù)進(jìn)行最后的檢查6）客戶端可以通過(guò)向DHCP服務(wù)器發(fā)送DHCPRELEASE消息來(lái)釋放對(duì)IP地址的租用，其中包含有客戶端的MAC地址和租用IP地址IP地址和MAC地址IP地址在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)識(shí)不同的節(jié)點(diǎn)，而MAC地址在鏈路或者局域網(wǎng)內(nèi)標(biāo)識(shí)不同的節(jié)點(diǎn)IP地址包含有

30、網(wǎng)絡(luò)號(hào)（前綴），因此節(jié)點(diǎn)配置的IP地址與其所在的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)，而MAC地址與節(jié)點(diǎn)位置無(wú)關(guān)，因此一般事先固化在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中數(shù)據(jù)幀在鏈路上傳送使用MAC地址，源MAC地址為發(fā)送幀的網(wǎng)絡(luò)接口的MAC地址，而目的MAC地址為同一鏈路上接收幀的網(wǎng)絡(luò)接口的MAC地址IP分組在Internet中傳輸使用IP地址，源IP地址為發(fā)送IP分組的主機(jī)的IP地址，而目的IP地址為接收IP分組的主機(jī)的IP地址地址解析協(xié)議作用及過(guò)程網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換原理網(wǎng)絡(luò)地址和端口轉(zhuǎn)換NAPT：Network Address and Port Translation最常用的一種NAT方式使用IP地址和TCP/UDP端口號(hào)端口號(hào)標(biāo)識(shí)了同一臺(tái)主機(jī)上不

31、同的應(yīng)用，例如FTP服務(wù)器進(jìn)程一般運(yùn)行在21號(hào)端口，web服務(wù)進(jìn)程一般運(yùn)行在80號(hào)端口，TCP/UDP根據(jù)端口號(hào)將數(shù)據(jù)投遞給相應(yīng)的應(yīng)用進(jìn)程N(yùn)APT操作不僅僅要修改分組的IP頭標(biāo)，還要修改TCP/UDP頭標(biāo)中的端口號(hào)在NAT設(shè)備上，雖然內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)所有的主機(jī)共享同一個(gè)全局IP地址，但是它們所使用的端口號(hào)不同網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換局限性地址和端口轉(zhuǎn)換將帶來(lái)比較大的開銷，所以NAT不能用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)IP地址和端口號(hào)可能存在于載荷的任何位置，因此需要軟件針對(duì)具體的應(yīng)用做額外的處理例如，F(xiàn)TP在PORT命令的FTP頭標(biāo)中包含有I十進(jìn)制表示的IPv4地址，如果不處理則將導(dǎo)致連接問(wèn)題并不是說(shuō)有的數(shù)據(jù)都是使用UDP或者TC

32、P來(lái)傳輸基于ICMP消息的應(yīng)用，包括ping，traceroute等例如PPTP（Point-to-Point Tunneling Protcol）使用GRE（Generic Routing Encapsulation）封裝數(shù)據(jù)，使用GRE頭標(biāo)中Call ID域來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)數(shù)據(jù)流，因此需要NAT設(shè)備對(duì)GRE頭標(biāo)中的Call ID進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理破壞了原有的主機(jī)到主機(jī)的通信模型端到端的概念在兩個(gè)主機(jī)端點(diǎn)上運(yùn)行，而不在中間路由器運(yùn)行為什么要引入傳輸層實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂凭W(wǎng)絡(luò)層運(yùn)行在用戶終端和路由器上，而傳輸層運(yùn)行在用戶主機(jī)上用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求選擇不同的傳輸層服務(wù)屏蔽下層網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)性對(duì)上層應(yīng)用提供了

33、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的原語(yǔ)集合實(shí)現(xiàn)運(yùn)行在不同主機(jī)上的進(jìn)程之間的通信每個(gè)應(yīng)用進(jìn)程都至少與一個(gè)傳輸層地址（端口）相關(guān)聯(lián)傳輸層端口尋址Internet尋址模型應(yīng)用進(jìn)程（與端口號(hào)關(guān)聯(lián)）端口號(hào)（16bits）IP地址（32或者128bits）鏈路地址（MAC地址為48bits）端口：在主機(jī)上標(biāo)識(shí)應(yīng)用進(jìn)程，數(shù)據(jù)中的端口號(hào)由程序或者系統(tǒng)指定IP地址：標(biāo)識(shí)Internet上的某臺(tái)主機(jī)，數(shù)據(jù)中的IP地址由程序或者系統(tǒng)指定發(fā)送數(shù)據(jù)包括發(fā)送方的地址或者端口（源地址和源端口），接收方地址或者端口（目的地址和目的端口），一般來(lái)說(shuō)跨越網(wǎng)絡(luò)傳輸保持不變鏈路地址（MAC地址）：標(biāo)識(shí)共享鏈路上的某個(gè)接口設(shè)備，固化在設(shè)備中，數(shù)據(jù)中的MAC地

34、址一般由系統(tǒng)指定幀的源和目的MAC地址隨鏈路變化路由器主機(jī)主機(jī)TCP中連接建立在TCP/IP中，NSAP與IP地址對(duì)應(yīng)，TSAP對(duì)應(yīng)著端口號(hào)（port），再加上所采用的協(xié)議（TCP/UDP），即 源/目的IP地址，源/目的端口號(hào)，協(xié)議類型五元組標(biāo)識(shí)一個(gè)通信會(huì)話（流）三步握手主機(jī)1選擇一個(gè)序號(hào)x，并向主機(jī)2發(fā)送包含該序號(hào)的連接請(qǐng)求CR主機(jī)2應(yīng)答連接確認(rèn)ACK，其中包含確認(rèn)號(hào)x和序列號(hào)y主機(jī)1在其發(fā)送的第一個(gè)數(shù)據(jù)中采用序列號(hào)為x，并確認(rèn)主機(jī)2的序列號(hào)yTCP中連接釋放非對(duì)稱釋放連接的任何一方都可以斷開整個(gè)連接對(duì)稱釋放把連接看作是由兩個(gè)獨(dú)立的單向連接，并要求單獨(dú)釋放每一個(gè)單向連接TCP中的流量控制和

35、擁塞控制面向連接的傳輸服務(wù)應(yīng)該提供流量控制和擁塞控制功能，核心是滑動(dòng)窗口算法流量控制：根據(jù)接收端的緩存容量來(lái)動(dòng)態(tài)地調(diào)整發(fā)送端的窗口大小，避免一個(gè)快速的發(fā)送端淹沒一個(gè)慢速的接收端擁塞控制：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的承載容量來(lái)動(dòng)態(tài)地調(diào)整發(fā)送端的窗口大小，避免發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)超過(guò)了網(wǎng)絡(luò)容量慢啟動(dòng)算法 在連接建立初期,擁塞窗口初始化為該連接 最大數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度 發(fā)送端發(fā)送一個(gè)最大數(shù)據(jù)段,得到確認(rèn)后, 其擁塞窗口大小加倍,依次類推,直到發(fā)送 端認(rèn)為出現(xiàn)數(shù)據(jù)段丟失或已達(dá)到接收窗口大 小(兼顧擁塞和流量控制) 當(dāng)一個(gè)連接初始化時(shí),將擁塞窗口置為一個(gè)最大數(shù)據(jù) 段長(zhǎng)度,并設(shè)置慢啟動(dòng)閾值ssthresh 發(fā)送端的發(fā)送窗口不能超過(guò)擁

36、塞窗口和接收窗口中的 最小值,并假定接收端不進(jìn)行流量控制。 發(fā)送端若收到了對(duì)所有發(fā)出的數(shù)據(jù)段的確認(rèn),就在下 一次發(fā)送時(shí)將擁塞窗口加倍。可見擁塞窗口從1開始按 指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng) 擁塞窗口增長(zhǎng)到ssthresh時(shí),就每次將擁塞窗口加1, 使擁塞窗口按線性規(guī)律增長(zhǎng) 如果出現(xiàn)超時(shí),就將當(dāng)時(shí)擁塞窗口值減半,作為新的 ssthresh,同時(shí)將擁塞窗口變?yōu)? 重復(fù)上述過(guò)程 TCP中的重傳定時(shí)器閑置定時(shí)器(Quiet Timer):當(dāng)TCP連接斷開 后,為防止該連接上的數(shù)據(jù)段還在網(wǎng)絡(luò)上,并 被后續(xù)打開的相同五元組的連接接收,要設(shè)置 閑置定時(shí)器以防止剛剛斷開連接的端口號(hào)被立 即重新使用 保持存活定時(shí)器(Keep-A

37、live Timer):當(dāng)一 個(gè)連接長(zhǎng)時(shí)間閑置時(shí),保持存活定時(shí)器會(huì)超時(shí) 而使一方去檢測(cè)另一方是否仍然存在,如果它 未得到響應(yīng),便終止該連接 Timeout的設(shè)置 每個(gè)TCP連接都只維護(hù)一個(gè)Timeout/RTT變量,該 變量利用Jacobson算法來(lái)更新 n 對(duì)于第一次發(fā)送的TCP數(shù)據(jù)段,設(shè)置重傳定時(shí)器的值 為Timeout n 只有第一次發(fā)送的TCP數(shù)據(jù)段并且在Timeout之前收到對(duì) 該數(shù)據(jù)段的ACK時(shí)才能使用Jacobson算法更新TCP連接 的Timeout/RTT值 n 對(duì)于已發(fā)送過(guò)一次的TCP數(shù)據(jù)段,如果在timeout 之前仍然沒有收到對(duì)該數(shù)據(jù)段的ACK,則根據(jù)Karn 算法來(lái)設(shè)

38、置下次發(fā)送的重傳定時(shí)器的超時(shí)值 n 超時(shí)值=Timeoutretransmission_number Timeout的設(shè)置 對(duì)每條連接,TCP均保存變量RTT、偏差變量D Jacobson算法RTT:往返時(shí)間的估計(jì)值M:往返時(shí)間的測(cè)量值 , :修正因子 D:偏差變量 RTTnewRTT+(1- )M DnewD+(1- )|RTT-M| RTT RTTnewDDnew TimeoutRTT +4D 傻瓜窗口癥狀 以下情況被稱為傻瓜窗口癥狀: 當(dāng)發(fā)送端的TCP每次接收到來(lái)自應(yīng)用的一字節(jié)的數(shù)據(jù)后就發(fā)送 當(dāng)接收端的TCP緩沖區(qū)已滿,接收端會(huì)向發(fā)送端發(fā)送窗口大小為 0的數(shù)據(jù),而此時(shí)接收端的應(yīng)用進(jìn)程以交

39、互方式每次只讀取一個(gè) 字節(jié),于是接收端又發(fā)送窗口大小為一個(gè)字節(jié)的更新數(shù)據(jù)段,發(fā) 送端應(yīng)邀發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),于是窗口又滿了,循環(huán)往復(fù). 解決方法:Nagle算法:禁止發(fā)送端發(fā)送太小的數(shù)據(jù)段,而是等到有一定數(shù) 量的數(shù)據(jù)后再發(fā)送 Clark算法:禁止接收端發(fā)送1個(gè)字節(jié)大小的窗口更新信息,而是 要等到有了一定數(shù)量的可用空間后再通知對(duì)方 域名系統(tǒng) 域名是用來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī),它與主機(jī)的IP地址 相對(duì)應(yīng),一臺(tái)主機(jī)可以有多個(gè)域名 便于記憶,實(shí)現(xiàn)主機(jī)名和主機(jī)IP地址分離由字符和點(diǎn)號(hào)組成,如,成員名最長(zhǎng)不超 過(guò)63字符,全名不超過(guò)255字符 n 名字空間(name space) 所有可能的名字的集合,DNS采

40、用層次化的名字空間 采用客戶/服務(wù)器通信模式,客戶端執(zhí)行域名查詢 功能的程序或者函數(shù)調(diào)用叫做解析器(resolver) 域名查詢類型 遞歸查詢(recursive query): 被請(qǐng)求的 名字服務(wù)器如果沒有域名所對(duì)應(yīng)的記錄,它 就會(huì)向其它域名服務(wù)器查詢,并沿著查詢的 路徑逐個(gè)返回記錄 迭代查詢(iterative query): 本地名字服 務(wù)器如果沒有域名對(duì)應(yīng)的記錄,就向更高層 次的名字服務(wù)器請(qǐng)求,被請(qǐng)求的名字服務(wù)器 如果也沒有該域名對(duì)應(yīng)的記錄就會(huì)返回一個(gè) 可供查詢的名字服務(wù)器地址 統(tǒng)一資源定位符 URL URL 是對(duì)可以從Internet上得到的資源的位 置和訪問(wèn)方法的一種簡(jiǎn)潔的表示 n

41、 URL 給資源的位置提供一種抽象的識(shí)別方法, 并用這種方法給資源定位 n 只要能夠?qū)Y源定位,系統(tǒng)就可以對(duì)資源進(jìn)行各種 操作,如存取、更新、替換和查找其屬性等 n URL 相當(dāng)于一個(gè)文件名在網(wǎng)絡(luò)范圍的擴(kuò)展,因此 URL 是與Internet相連的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的任何可訪 問(wèn)對(duì)象的一個(gè)指針 :/:/ 超文本傳輸協(xié)議HTTP 傳輸層使用TCP協(xié)議 HTTP 是萬(wàn)維網(wǎng)上能夠可靠地交換文件(包括文本、 聲音、圖像等各種多媒體文件)的重要基礎(chǔ) 工作在客戶/服務(wù)器模式,指定客戶可以向服務(wù)器 發(fā)送什么樣的消息,并且得到什么樣的響應(yīng)消息 由客戶向服務(wù)器發(fā)出TCP連接請(qǐng)求,服務(wù)器缺省工作在80端 口,服務(wù)器接受連接請(qǐng)求并與客戶建立TCP連接 在客戶與服務(wù)器之間交互HTTP消息 客戶或者服務(wù)器發(fā)起關(guān)閉TCP連接 電子郵件 消息交換協(xié)議 n 發(fā)送email 簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議SMT