计算机网络C.ppt

1、计算机网络,计算机网络,第一章 计算机网络基础 第二章 计算机网络体系结构 第三章 网络接口层 第四章 局域网基础 第五章 网络层 第六章 传输层 第七章 应用层 第八章 无线网络 第九章 因特网接入 第十章 计算机网络安全 第十一章 计算机网络管理 第十二章 因特网应用,第一章 计算机网络基础,本章重点： 1、什么是计算机网络 2、计算机网络的分类,第一章 计算机网络基础,1946年世界上第一台电子计算机问世。 第一阶段：面向终端的计算机通信网络 在此之后的十多年时间内，电脑数量极少。早期所谓的计算机网络的形式是将一台计算机经过通信线路与若干台终端直接连接，我们也可以把这种方式看做为最简单的

2、局域网雏形。 第二阶段：以分组交换网为中心的现代计算机网络 最早的Internet，是由美国国防部高级研究计划局（ARPA）建立的。现代计算机网络的许多概念和方法都来自ARPAnet（阿帕网），其结果导致了TCP/IP问世。 1977-1979年，ARPAnet推出了目前形式的TCP/IP体系结构和协议。1980年前后，ARPAnet上的所有计算机开始了TCP/IP协议的转换工作，并以ARPAnet为主干网建立了初期的Internet。,第一章 计算机网络基础,第三阶段：专用网络和网络互连 1983年，ARPAnet完成了向TCP/IP的转换，并在UNIX（BSD4.1）上实现了TCP/IP。

3、ARPAnet在技术上最大的贡献就是TCP/IP协议的开发和应用。 1985年，美国国家科学基金组织NSF采用TCP/IP协议将分布在美国各地的6个为科研教育服务的超级计算机中心互联，并支持地区网络，形成NSFnet。 1986年，NSFnet替代ARPAnet成为Internet的主干网。 第四阶段：Internet的迅猛发展 1988年Internet开始对外开放。 1991年6月，在连通Internet的计算机中，商业用户首次超过了学术界用户，这是Internet发展史上的一个里程碑，从此Internet成长速度一发不可收拾。,第一章 计算机网络基础,简单连接 1960s 1970s,基

4、于网络的连接 1970s 1980s,网络互联 1980s ,Low speed lines,Internet,第一章 计算机网络基础,ISP（Internet Service Provider）：因特网报务提供者 NAP（Network Access Point）:网络接入点,本地ISP,二级ISP,NAP,二级ISP,NAP,本地ISP,Government,End User,University,Enterprise,Home,第一章 计算机网络基础,处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有主机，这些主机又称为端系统（End System）。 端系统中运行的程序之间的通信方式可划分为

5、两大类：客户/服务器（Client/Server）模式和对等（P2P）方式。,Client,Server,Request,Reply ( Permit / Deny ),Client / Server,Client / Server,Client / Server,Client / Server,Network LAN / WAN,第一章 计算机网络基础,第一阶段为1987-1993年，也是研究试验阶段。在此期间中国一些科研部门和高等院校开始研究Internet技术，并开展了科研课题和科技合作工作，此阶段的网络应用仅限于小范围内的电子邮件服务。 第二阶段为1994年至1996年，同样是起步阶段

6、。1994年4月，中关村地区教育与科研示范网络工程进入Internet，从此中国被国际上正式承认为有Internet的国家。之后，Chinanet、CERnet、CSTnet、Chinagbnet等多个Internet络项目在全国范围相继启动，Internet开始进入公众生活，并在中国得到了迅速的发展。至1996年底，中国Internet用户数已达20万，利用Internet开展的业务与应用逐步增多。,第一章 计算机网络基础,第三阶段从1997年至今，是Internet在我国快速最为快速的阶段。国内Internet用户数97年以后基本保持每半年翻一番的增长速度，上网用户已超过1000万。据中国

7、Internet络信息中心（CNNIC）公布的统计报告显示，截至2003年6月30日，我国上网用户总人数为6800万人。这一数字比年初增长了890万人，与2002年同期相比则增加了2220万人。 中国目前有五家具有独立国际出入口线路的商用性Internet骨干单位，还有面向教育、科技、经贸等领域的非营利性Internet骨干单位。现在有600多家网络接入服务提供商（ISP）。,第一章 计算机网络基础,计算机网络：是一些互相连接的、自治的计算机的集合。,构成计算机网络的几个要素：,参与通讯的实体，如PC机,通讯线路,必要的约定，如协议,共享的资源,第一章 计算机网络基础,计算机网络技术发展与计算

8、机技 术和通信技术分不开。 计算机网络：利用通信线路将具 有独立功能的计算机连接起来而形成 的计算机集合，计算机间可以借助通 信线路传递信息，共享软件、硬件和 数据等资源。 计算机网络建立在通信网络的 基础之上 建立计算机网络的目的 资源共享 在线通信,Web Server,Main Frame,Super Computer,PC,Switching Network,File Server,Laptop,第一章 计算机网络基础,计算机网络提供的两个最重要功能：连接和共享。 共享打印机等各种硬件设备（由独占或通过移动方式到共享）； 共享数据资源（由将数据打印或复制到磁盘的方式转为基于网络的共享方

9、式）； 共享应用程序。,Internet,Server,Printer,Switch,Hub,Workstation,Router,第一章 计算机网络基础,计算机网络把许多计算机连接在一起，而因特网则把许多计算机网络连接在一起，被称为“网络的网络”。Internet的前身是ARPANET（阿帕网）。 1983年，TCP/IP协议成为ARPANET的标准协议，所有使用TCP/IP协议的计算机都可以相互通信。,PC,Switch,Router,LAN,Internet,WAN,Server,Satellite,Printer,Cell Phone,第一章 计算机网络基础,常见网络拓扑结构（注意物理

10、拓朴与逻辑拓朴的区别）,总线（BUS）型,星（STAR）型,树（TREE）型,网（MESH）型,环（RING）型,第一章 计算机网络基础,计算机网络的分类（按地理范围） 局域网：LAN，Local Area Network。 为一个单位所有，地理范围和站点数目有限。 能够方便的共享外部设备、主机及软件、数据，从一个站点可以访问全网； 便于系统的扩展和逐渐的演变，各设备的位置可灵活调整和改变； 提高了系统的可靠性、可用性和残存性。 特点：距离短、延迟小、数据速率高、传输可靠。,第一章 计算机网络基础,局域网是一种互联各种设备的通信网络，并在这些设备间提供信息交换的途径。 局域网同其它数据网络的主

11、要区别： 覆盖范围 通常的范围是一座/一组大楼，或者是一个园区。地理范围的不同，技术解决方案也随之不同。 所有权和控制权 通常局域网由互联设备的组织所拥有。因此，局域网是由用户投资建设并管理维护的。 速率和成本的差别 一方面，局域网内部数据的速率通常高于城域网或广域网；另一方面，局域网用户获得和使用某速率的成本远低于城域网/广域网。,第一章 计算机网络基础,广域网（WAN） wide area network 也称为远程网 覆盖的地理范围：几十公里到几千公里 通常利用公用网络（如公用数字网、公用电话网、卫星通信网等）进行组建。覆盖一个国家，地区或横跨几个州，形成国际性计算机网络。,第一章 计算

12、机网络基础,WAN定义：在大范围区域内提供数据通信服务，主要用于互连局域网。 WAN分类： 公用电话网：PSTN 综合业务数字网：ISDN 数字数据网：E1专线 公用分组交换网：X.25 帧中继：Frame Relay 异步传输模式：ATM,第一章 计算机网络基础,WAN的设计目标： 运行在广阔的地理区域； 通过低速串行链路进行访问； 网络控制服从公共服务的规则； 提供全时的或部分时间的连接； 连接物理上分离的、遥远的、甚至全球的设备。,第一章 计算机网络基础,城域网（MAN） metropolitan area network 覆盖的地理范围：几十公里之内,第一章 计算机网络基础,计算机网络

13、的分类（按交换形式） 电路交换 报文交换 分组交换,第一章 计算机网络基础,电路交换：基于电话网的电路交换 交换时首先需要建立连接，在交换期间内维护连接，最后拆除连接。在交换期间内线路专用。 优点：时延小、透明传输、安全性较高。 缺点：带宽固定，网络资源利用率低。,第一章 计算机网络基础,电路交换,第一章 计算机网络基础,分组交换：以分组为单位存储转发 优点：多路复用，网络资源利用率高，不需要管理连接 缺点：实时性差，延时高，每个分组所必须的控制信息造成开销,第一章 计算机网络基础,分组交换,Network A,Network B,Network C,Network D,User A,User

14、 B,User C,User A,User B,User C,不同用户复用同一条物理线路，每个报文（分组）有不同的源地址和目标地址。,第一章 计算机网络基础,电路交换：整个报文的比特流连续地从源点直到终点，好象在一个管道中传送。 报文交换：整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来之后查找转发表，然后转发到下一节点。 分组交换：将整个报文进行分组，将分组传送到相邻结点，存储后转发到下一节点。分组的长度往往远小于整个报文的长度。 如果要连续传送大量的数据，且传送时间远大于连接建立时间，则适合采用电路交换。 对于经常的少量数据，适合采用分组交换。,第一章 计算机网络基础,ISP,专线,分组交换,HDL

15、C、PPP、SLIP,X.25、FR、ATM,电话局,电路交换,PPP、SLIP、HDLC,第一章 计算机网络基础,常见网络设备,HUB,交换机,路由器,Modem/CSU/DSU,广域网交换机,第一章 计算机网络基础,衡量计算机网络的性能指标 1、带宽（Bandwidth），bit/s（bps） 过去，通信线路中传递的是模拟信号，表示通信线路允许通过的信号频带范围被称为线路的带宽。 当通信线路使用数字信号时，带宽表示所能传送的最高数据传输速率（bit/s，比特/秒）。 带宽也被称为吞吐量。,第一章 计算机网络基础,计算机网络的性能指标 2、延时（Delay） 发送延时 = 数据块长度 / 信

16、道带宽 传播延时 = 信道长度 / 传播速率 处理延时,发送延时,传播延时,处理延时,第一章 计算机网络基础,时延带宽积 = 传播时延 带宽 往返时延（RTT，Round-Trip Time）,带宽,物理链路,传播时延,Send 1,ACK 1,Send 2,第二章 计算机网络体系结构,本章重点： 1、什么是协议 2、OSI参考模型 3、TCP/IP模型,第二章 计算机网络体系结构,计算机网络的两个基本要求： 1、及时准确、安全而有效地将数据从网络的一端传至另一端； 2、数据经网络到达目的后，能被用户识别。 计算机网络提供的两个主要功能： 1、保证数据传输及准高效，主要针对通信子网，由低层协议

17、实现； 2、保证信息能被计算机和用户识别，主要针对资源子网，由高层协议实现。,第二章 计算机网络体系结构,计算机网络要解决的问题： 寻址 差错控制 流量控制 分段及装配 路由选择 编码转换 信息的表达 同步 数据安全,第二章 计算机网络体系结构,两台计算机之间要相互传输数据，需要以下工作。,1、发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活（Activate）；,2、要告诉网络如何识别接收数据的计算机；,3、发起通信的计算机必须知道，接收方计算机是否准备好接收数据；,4、发起通信的计算机必须知道，接收方计算机中的文件管理程序是否已做好文件接收和存储的准备工作；,5、若计算机的文件不兼容，则至少其

18、中的一台计算机应完成格式转换工作；,6、对出现的各种差错和意外事故，如数据传送错误、重复或丢失，网络中某个节点交换机出现故障等，应有可靠的措施保证对方计算机最终能够收到正确的文件。,第二章 计算机网络体系结构,为设计这样复杂的计算机网络，ARPANET提出了“分层”的方法。 分层可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，便于研究和解决。 1974年，IBM提出了SNA（System Network Architecture，系统网络体系结构）的分层模式。 之后，其他公司也各自推出了自己的体系结构。 网络体系结构出现后，使得某一公司生产的产品能够容易的进行网络互连。但由于各自网络体系结构的

19、不同，不同厂家的产品相互很难兼容。,第二章 计算机网络体系结构,层次划分的目的 将网络这个庞大的、复杂的问题划分成若干较小的、简单的问题（化繁为简，分而治之）。 层次划分的原则 层内功能内聚（功能相似或紧密相关的模块放在同一层内） 层间耦合松散（使信息在层之间交流减到最少）,第二章 计算机网络体系结构,分层的必要性和好处： 1、各层之间是独立的； 各层实现某种相对独立的功能，而不关心其他层是如何实现的。 2、灵活性好； 可以根据需要对层功能进行修改。 3、结构上可分割； 整个系统被分解成多个易于处理的部分，分而治之。 4、易于实现和维护； 各层都可以采用最合适的实现技术，某层技术的改变不影响其

20、他层。 5、能促进标准化工作。 每层的功能和服务已精确说明，易于标准化。 分层时应注意每一层的功能非常明确。层数过少，会使得每一层的协议太过复杂；层数过多，会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。,第二章 计算机网络体系结构,协议（Protocol）：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。 协议的构成要素： 语法：即数据与控制信息的结构或格式 语义：即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：即事件实现顺序的详细说明。,第二章 计算机网络体系结构,计算机网络中存在有多种协议（TCP/IP，ARP） 每一种协议都有自身的设计目标和需要解决的问题，都有自身的

21、优点和使用限制 协议之间的相互作用 有效性：为避免重复工作，每个协议应该处理没有被其他协议处理过的通信问题 高效性：协议之间可以共享数据和信息,第二章 计算机网络体系结构,计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构。 计算机网络的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。 网络体系结构的特点： 以功能作为划分层次的基础； 第n层在实现自身定义的功能时，只能使用第n-1层提供的服务； 第n层向第n+1层提供的服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能； 仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现对上层屏蔽。,文件传送模块,通信服务模块,网络接入模块,文件传

22、送模块,通信服务模块,网络接入模块,文件及文件传送命令,与通信有关的报文,通信网络,第二章 计算机网络体系结构,对于一个层次化的网络体系结构，每一层中活动的元素被称为实体（Entity）。 不同系统的同一层实体称为对等实体。对等实体必须使用同一种协议。 系统中下层实体向上层实体提供服务，将下层实体称为服务提供者，上层实体为服务用户。服务通过接口完成。 接口是上下层实体交换数据的地方，被称为服务访问点（SAP，Service Access Point）。 每个SAP都有一个唯一的标识，称为端口（Port）或者套接字（Socket）。,第二章 计算机网络体系结构,1977年，国际标准化组织（ISO

23、，International Standards Organization）提出了著名的开放系统互联基本参考模型（OSI/RM，Open Systems Interconnection Reference Model），简称为OSI。 1983年，形成了OSI的正式文件，即七层协议的体系结构。 OSI参考模型是一个描述网络层次结构的模型，用来保证各种类型网络技术的兼容性和互操作性。 OSI参考模型并非指一个现实的网络。硬件或软件厂商生产出的网络产品在样式外观上不同，但应该有相同的功能。,第二章 计算机网络体系结构,OSI参考模型定义的主要内容 信息在网络中的传输过程 各层的功能和架构 OSI参

24、考模型的基本思想： 网络中各节点具有相同的层次； 不同节点的同等层具有相同的功能； 同一节点内相邻层之间通过接口通信； 每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务； 不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。,第二章 计算机网络体系结构,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,1,2,3,4,5,6,7,底层：负责网络数据传输,高层：负责主机之间的数据传输,第二章 计算机网络体系结构,提供应用程序间通信,处理数据格式、数据加密等,建立、维护和管理会话,建立主机端到端连接,寻址和路由选择,提供介质访问、链路管理等,比特流传输,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,

25、数据链路层,物理层,1,2,3,4,5,6,7,第二章 计算机网络体系结构,每一层利用下一层提供的服务与对等层通信；每一层使用自己的协议。,Host A,Host B,APDU,PPDU,SPDU,Segment,Packet,Frame,Bit,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层,PDU：Protocol Data Unit，协议数据单元 封装：指网络节点将要传送的数据用特定的协议头打包来传送数据，有时也会在数据尾部加上信息。,第二章 计算机网络体系结构,数据封装和解封装,Data,H | Data,H |

26、H | Data,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,Data,H | Data,H | H | Data,对等层通信,010101010,010101010,第二章 计算机网络体系结构,物理层（physical layer）：利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，负责数据传输率并监控出错率，透明传送比特流。其特性包括电压、频率、数据传送速率、最大传送距离等。 物理层介质： 同轴电缆（coaxial cable）：细缆和粗缆 双绞线（twisted pair）：UTP、STP 光纤（fiber）：单模、多模

27、 无线（wireless）：红外线、蓝牙Blue Tooth、WLAN技术 物理层设备： 网络设备：中继器、集线器等 物理层接口： 10Base-T、100Base-T、100Base-TX/FX、1000Base-T、1000Base-SX/LX等 RS-232、V.24、V.35等,第二章 计算机网络体系结构,数据链路层（data link layer）：以“帧”为单位传送数据，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路，保证点到点（point-to -point） 可靠的数据传输。其关心的主要问题是：物理地址（MAC地址）、网络拓朴、数据帧的有序传送和流量控制等。 数据链路层的功能： 物理地

28、址定义 网络拓扑结构 链路参数 差错验证 物理介质访问 流控制（可选）,第二章 计算机网络体系结构,局域网数据链路层分为2个子层：LLC子层和MAC子层。,MAC地址有48bit，用16进制数表示。,00e0.fc01.2345,厂商编号,序列号,24 bits,24 bits,00e0.fc01.2345,第二章 计算机网络体系结构,IEEE802标准：定义了系列局域网标准 IEEE802.1 基本局域网问题 IEEE802.2 定义LLC子层 IEEE802.3 以太网标准 IEEE802.4 令牌总线网 IEEE802.5 令牌环网 局域网设备： 以太网交换机,第二章 计算机网络体系结构

29、,广域网数据链路层标准： HDLC PPP ISDN X.25 Frame Relay 广域网数据链路层设备： Modem、ISDN终端适配器 CSU/DSU、广域网交换机,第二章 计算机网络体系结构,网络层（network layer）：为处在不同网络系统中的两个节点设备通信提供一条逻辑通信。基本任务是：路由选择、拥塞控制和网络互联等。 网络层最主要的功能：路由选择 可路由协议（Routed Protocol）：IP、IPX 路由协议（Routing Protocol） ： RIP、OSPF、BGP等,Network B,Network A,Host A,Host B,Host C,第二章

30、计算机网络体系结构,网络的连接需要依靠路由器（Router），路由器的主要工作是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。,Packet,Packet,Network A,Network B,第二章 计算机网络体系结构,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,Router A,Router B,Router C,A,B,C,D,E,第二章 计算机网络体系结构,网络层地址由两部分地址组成：网络地址和主机地址。网络地址是全局唯一的。,IP 地址,IPX 地址,第二章 计算机网络体系结构,传输层（transport layer）：向用户提供可靠的端到端

31、（end to end）服务，透明地传输报文。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，关心的主要问题是：建立、维护和中断虚电路，传输差错校验和恢复以及信息流量控制机制等。 传输层功能： 分段上层数据； 建立端到端连接； 将数据从一端主机传送到另一端主机； 通过滑动窗口提供流量控制； 通过序列号和确认信息提供可靠性。,第二章 计算机网络体系结构,传输层协议： 主要有TCP/IP协议栈的TCP协议和UDP协议，IPX/SPX协议栈的SPX协议等。 传输层协议用端口号来标识和区分各种上层应用程序。,HTTP,FTP,Telnet,SMTP,DNS,TFTP,SNMP,TCP,UDP,IP 数 据 包,套

32、接 字,80,20/21,23,25,53,69,161,第二章 计算机网络体系结构,应用数据,WWW,FTP,传输数据包,21,1028,80,1027,Data,Data,传输层虚电路,Host,第二章 计算机网络体系结构,会话层（session layer）：建立、管理和终止应用程序进程之间的会话和数据交换。 会话层协议包括SQL、NFS、RPC等。 表示层（presentation layer）：保证一个系统的应用层发出的信息能被另一个系统的应用层读出。它包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等。 表示层协议包括ASCII、MPEG、JPEG等。 应用层（applicatio

33、n layer）：最靠近用户的一层，为用户的应用程序提供网络服务。 应用层协议包括文字处理、邮件、电子表格等。,第二章 计算机网络体系结构,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,表示层,会话层,传输层,应用层,Router A,Router B,Router C,A,B,C,D,E,第二章 计算机网络体系结构,OSI试图要求全世界的计算机网络遵循这一标准，以便于方便的进行连接和数据交换，但事实上是失败的。 OSI的专家缺乏实际经验，在完成OSI标准时没有商业驱动力； OSI的协议实现起来过于复杂，运行效率低； OSI标准

34、的制定周期过长，使得按OSI标准生产的设备无法进入市场； OSI的层次划分不尽合理，有些功能在多个层次中重复出现 现在Internet事实上所使用的标准是TCP/IP模型。,第二章 计算机网络体系结构,TCP/IP协议栈具有简单的分层设计，与OSI参考模型有清晰的对应关系。,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,应 用 层,传输层,Internet层,7,6,5,4,3,2,1,网络访问层,OSI参考模型,TCP/IP,第二章 计算机网络体系结构,HTTP、Telnet、FTP、 TFTP、Ping,TCP/UDP,ARP/RARP,IP,ICMP,Ethernet、80

35、2.3、PPP、 HDLC、FR,接口和线缆,应用层,传输层,网络层,数据链路层,提供应用程序网络接口,建立端到端连接,寻址和路由选择,物理介质访问,二进制数据流传输,物理层,第二章 计算机网络体系结构,国际标准化组织（ISO） 电子电器工程师协会（IEEE） 美国国家标准局（ANSI） 电子工业协会（EIA / TIA） 国际电信联盟（ITU） INTERNET架构委员会（IAB）,第二章 计算机网络体系结构,For security reasons, the network administrators needs to prevent pings into the corporate n

36、etworks from hosts outside the inside internetwork. Which protocol should be blocked with access control lists? A. IP B. ICMP C. TCP D. UDP,第二章 计算机网络体系结构,A receiving host computes the checksum on a frame and determines that the frame is damaged. The frame is then discarded. At which OSI layer did th

37、is happen? A. session B. transport C. network D. data link E. physical,第二章 计算机网络体系结构,在OSI七层参考模型中，可以完成加密功能的是 A、物理层 B、传输层 C、会话层 D、表示层,第二章 计算机网络体系结构,以下属于数据链路层设备的是 A、广域网交换机 B、路由器 C、中继器 D、网关,第二章 计算机网络体系结构,物理层的主要功能是 A、定义物理地址 B、建立端到端连接 C、在终端设备间传送比特流，定义了电压、接口、电缆标准和传输距离等 D、将数据从一个主机传送给另一个主机,第二章 计算机网络体系结构,数据链路

38、层添加报头到数据包中，形成（），再传递到物理层，在物理层传输比特流。 A、帧 B、信元 C、数据包 D、段,第二章 计算机网络体系结构,在OSI七层模型中，网络层的主要功能是 A、在信道上传输原始的比特流 B、确保到达对方的各段信息正确无误 C、确定数据包从源到目的如何选择路由 D、加强物理层数据传输原始比特流的功能并进行流量控制,第二章 计算机网络体系结构,当数据在网络层时，称之为 A、段 B、包 C、位 D、帧,第二章 计算机网络体系结构,数据封装的过程是 A、段包帧流数据 B、流段包帧数据 C、数据包段帧流 D、数据段包帧流,第三章 网络接口层,数据（data）是运送信息的实体，而信号（

39、signal）则是数据的电气的或电磁的表现。 数据或信号既可以是模拟的，也可以是数字的。 所谓模拟的是连续变化的，而数字的表示取值仅允许为有限的几个离散数值。 数据必须转换成为信号才能在网络媒体上传输。 有些传输媒体只适合于传送模拟信号。 因此，即使数据是数字形式的，有时候仍然需要将数字数据转换为模拟信号进行传输。,第三章 网络接口层,信号是数据在传输过程中的物理表示形式。 模拟信号和数字信号 模拟信号：随时间连续变化的物理量。 数字信号：不连续的、离散的物理量。 周期信号和非周期信号 周期信号：如果一个信号在一段可测量时间内完成一种模式，并且在随后同样长的时段内不断重复这种模式，这个信号就是

40、周期信号。 非周期信号：一个非周期信号在随时间变化的过程中，不会出现重复的模式。,第三章 网络接口层,数据传输形式 模拟信道传输模拟数据 模拟信道传输数字数据 数字信道传输数字数据 数据信道传输模拟数据,第三章 网络接口层,调制：将数字信号转换为模拟信号 解调：将模拟信号转换为数字信号,调制,解调,Modem,Modem,数字信号,模拟信号,模拟信号,数字信号,公用电话网,第三章 网络接口层,正弦波信号的表达式： y ( t ) = A sin ( 2ft + ) A：信号的振幅 f：信号的频率 ：初始相角 因此形成了三种基本调制技术：振幅调制、频率调制、相位调制。,第三章 网络接口层,数据传

41、输类型 基带传输：将数字信号0和1，用不同电压来表示，占用整个通信线路的全部带宽，全部带宽也就组成了一个信道。 宽带传输：指在同一传输介质上，将基带信号进行调制后，以分频的形式复用通信线路，利用不同的频道进行多重（并行）传输，在一条物理线缆中可以同时传送多路数字信号。 并行传输：同时可以传输一组（多个）比特，传输距离相对较短。 串行传输：同时只能传输一个比特，传输距离较长。,第三章 网络接口层,异步传输模式 以字符为单位，在每个字符的起止位置分别设置起始位和停止位，界定字符的开始和结束。 异步传输模式的实现简单，需要在每个字符的首尾加上起、止位，增加了开销，传输效率低，速率低。 同步传输模式

42、以数据块为单位，可连续发送多个字符，每个字符不需要附加位。 同步传输模式的实现复杂，附加的开销小，传输效率高，速率高。,第三章 网络接口层,信道：用来表示向某一个方向传送信息的媒体。 一条通信电路往往包括一条发送信道和一条接收信道。 信息交互的方式： 单工：只有一个方向，如电视、广播 半双工：双方都可以发送，但同时只能是一方发送，另一方接收，如对讲机 双工：双方可以同时发送和接收，如电话。,第三章 网络接口层,多路复用技术 频分多路复用：按频率区分信号，把传输介质的带宽划分为若干个窄频带，每一路信号占用一个窄频带。 时分多路复用：将传输时间划分为多个时间间隔（时间片），每个时间片传输一路信号。

43、 波分多路复用：用于光传输网络，按光的波长划分信号。 码分多路复用：使用不同的码型进行通信。,第三章 网络接口层,物理层常用物理介质 有线：同轴电缆、双绞线、光纤 无线：微波,第三章 网络接口层,双绞线,第三章 网络接口层,双绞线（Twist-Pair），是最常用的一种物理层介质。 双绞线通过互相绞合的方式来抵消一部分外界电磁波干扰。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。绞合的程度越高，抗干扰性越强。,干扰,干扰,干扰源,第三章 网络接口层,实际使用时，双绞线是由多对双绞线组成，多对双绞线之间也需要绞合，并外

44、包绝缘套管里。 常用的双绞线分为四对。 与其他传输介质相比，双绞线在传输距离，信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉，使用方便。,第三章 网络接口层,双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP，Unshielded Twisted Pair）和屏蔽双绞线（STP，Shielded Twisted Pair）。 屏蔽双绞线电缆的外层由铝或铜包裹，以减小辐射，价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。 非屏蔽双绞线电缆具有以下优点： 无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间； 重量轻，易弯曲，易安装； 将串扰减至最小或加以消除； 具有阻燃性； 具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。,

45、第三章 网络接口层,国际电气工业协会（EIA）为双绞线电缆定义了5种不同质量的型号，计算机网络综合布线使用第3、4、5类。 第3类：指目前在ANSI和EIA/TIA 568标准中指定的电缆。该电缆的传输特性最高规格为16MHz，用于语音传输及最高传输速率为16Mbps的数据传输。 第4类：该类电缆的传输特性最高规格为20MHz，用于语音传输和最高传输速率20Mbps的数据传输。 第5类：该类电缆增加了绕线密度，外套是一种高质量的绝缘材料，传输特性的最高规格为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输。,第三章 网络接口层,双绞线的制作 12345678 568A 绿绿橙

46、兰兰橙棕棕 （白） （白） （白） （白） 568B 橙橙绿兰兰绿棕棕 （白） （白） （白） （白） 发发收未定义未定义收未定义未定义,第三章 网络接口层,对于一条双绞线，在外观上需要注意的是：每隔两英尺有一段文字。以AMP公司的线缆为例，该文字为： “AMP SYSTEMS CABLE E138034 0100 24 AWG (UL) CMR/MPR OR C(UL) PCC FT4 VERIFIED ETL CAT5 O44766 FT 9907” 其中： A M P：代表公司名称。 0 1 0 0：表示1 0 0欧。 2 4：表示线芯是2 4号的（线芯有2 2、2 4、2 6三种规格）

47、。 AG：表示美国线缆规格标准。 U L：表示通过认证的标记。 F T 4：表示4对线。 C A T 5：表示5类线。 0 4 4 7 6 6：表示线缆当前处在的英尺数。 9 9 0 7：表示生产年月。,第三章 网络接口层,双绞线的选购： 1、线径 2、材质 3、绞合 4、长度 5、阻燃性,第三章 网络接口层,同轴电缆,铜芯,绝缘层,外导体屏蔽层,外保护套,T型接头,第三章 网络接口层,同轴电缆常用于设备之间的连接，或应用在总线型网络拓扑中。 同轴电缆的中心是一根或多根铜线，外包绝缘材料。在绝缘材料的外层是一层圆柱状铜导体，最外一层是绝缘层及保护层。 和双绞线相比较，同轴电缆的抗干扰能力强、屏

48、蔽性好。 根据直径的不同，可分为细缆和粗缆。 细缆的最大传输距离为185米，使用T型连接器和BND接头与网卡连接。 粗缆的最大传输距离为500米，通过转换器用AUI接头连接到PC。,终结器,终结器,使用同轴电缆构建总线型网络,第三章 网络接口层,光纤,第三章 网络接口层,光导纤维是一种传输光束的细而柔韧的媒质。光导纤维电缆由一捆纤维组成，简称为光缆。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质，有以下几个优点： 较宽的频带。 电磁绝缘性能好。光纤电缆中传输的是光束，不受外界电磁干扰影响，光本身也不向外辐射信号，因此它适用于长距离的信息传输以及要求高度安全的场合。 衰减较小，可以说在较大范围内是一个常数

49、。 中继器的间隔距离大，整个通道中继器的数目少，这样可降低成本。 根据贝尔实验室的测试，当数据速率为420Mbps，且距离为119km无中继器时，其误码率为10-8。 重量轻。 英国巴斯大学的物理学家们研究出世界上最细的用于通讯的光缆。每根光缆长为10公里，仅0.00000001毫米粗。,第三章 网络接口层,光纤的分类 单模/多模 单模光纤（SMF Single Mode Fiber）的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。光信号可以沿着光纤的轴向传播，因此损耗很小，离散也很小，传播的距离较远。单模光纤规范建议芯径为8至10m , 包括包层直径为125m。

50、 多模光纤（MMF Multi Mode Fiber）在给定的工作波长上以多个模式同时传输光。多模光纤的纤芯直径一般为50至200m，而包层直径的变化范围为125到230m，计算机网络用纤芯直径为62.5m，包层为125m，也就是通常所说的62.5m。与单模光纤相比，多模光纤的传输性能要差。,第三章 网络接口层,折射率 折射率分布类光纤可分为跳变式光纤和渐变式光纤。 跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是常数。在纤芯和保护层的交界面折射率呈阶梯型变化。 渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加而按一定规律减小，到纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。纤芯的折射率的变化是近似抛物线型。,第三章

51、 网络接口层,光纤通信系统主要优点 1) 传输频带宽、通信容量大，短距离时达几千兆的传输速率； 2) 线路损耗低、传输距离远； 3) 抗干扰能力强，应用范围广； 4) 线径细、质量小； 5) 抗化学腐蚀能力强； 6) 光纤制造资源丰富。 在网络工程中，一般使用62.5m/125m规格的多模光纤，有时也用50m/125m和100m/140m规格的多模光纤。户外布线大于2km时可选用单模光纤。,第三章 网络接口层,串口线,DTE：数据终端设备,DCE：数据电路端接设备,第三章 网络接口层,无线传输介质 微波 蓝牙 红外 ,第三章 网络接口层,为实现可靠通信，通信系统必须具有检测和纠正差错的机制。

52、为了有效地检测出差错，常用的方法是在所传输的信息中，按照一定的规则，另外加入若干位附加比特，这种技术称为冗余。 常用的冗余检验技术有：奇偶检验、方块检验和循环冗余检验。,第三章 网络接口层,奇校验：通过附加奇偶校验位，使所传输的信息中1的个数为奇数。 偶校验：通过附加奇偶校验位，使所传输的信息中1的个数为偶数。 循环冗余校验（CRC，Cyclical Redundancy Check）：将所传输的除以一个预先设定的除数，所得的余数作为冗余比特，附加在要发送的数据的末尾。这样实际传输的就能够被预先设定的除数整除。当整个数据发送到接收方后，接收方利用同一个除数去除接收到的数据。如果余数为0，则传输

53、正确，否则有误。 运算规则：加法、减法均为异或运算，加法不进位，减法不借位。 在数据的末尾加上r个0，r等于除数的位数减1； 使用二进制除法，所得的余数为循环冗余校验码（以上除法用的是模2除法，不考虑减法借位，即0-0=0、0-1=1、1-0=1、1-1=0）； 将循环冗余校验码替换数据末尾的r个0，得到整个传输的数据。,第三章 网络接口层,例如：假设待传送数据M1010001101，选择某生成多项式P=110101， 求CRC码。,第三章 网络接口层,流量控制：非受限协议、停等协议、滑动窗口。 非受限协议是最简单的流量控制协议，其基本思路是：发送方只要有信息要发送，就可以不受限制地发送，同时

54、假定接收方有足够大的缓冲区，可以暂存发送方发送的数据；或者接收方有足够的处理能力，及时向上层提交接收到的数据。 非受限协议不检测帧，不作任何限制。假设信道是无差错的，或者数据是不重要的。,第三章 网络接口层,停止等待协议：具有最简单流量控制的数据链路层协议 假定 1：链路是理想的，数据不会出差错也不会丢失。 假定 2：不管发送方以多快的速率发送数据，接收方总是来得及收下，并及时上交主机。 现在去掉上述的第二个假定，即主机 A 向主机 B传输数据的信道仍然是无差错的理想信道。然而现在不能保证接收端向主机交付数据的速率永远不低于发送端发送数据的速率。 由收方控制发方的数据流，乃是计算机网络中流量控

55、制的一个基本方法。,第三章 网络接口层,为保证可靠交付，发送方必须对所发送的帧进行编号。 如果每次只发送一帧，那么只需要一个比特进行编号：0和1。 ACKn表示已经正确收到第n号帧的前一个帧，并期待收到第n号帧。,第三章 网络接口层,在发送结点： （1）从主机取一个数据帧。 （2）将数据帧送到数据链路层的发送缓存。 （3）将发送缓存中的数据帧发送出去。 （4）等待。 （5）若收到由接收结点发送来的确认信息，则从主机取一个新的数据帧，然后转到（2）。 在接收结点： （1）等待。 （2）若收到由发送结点发过来的数据帧，则将其放入数据链路层的接收缓存。 （3）将接收缓存中的数据帧上交主机。 （4）向

56、发送结点发送确认信息，表示数据帧已经上交给主机。 （5）转到（1）,第三章 网络接口层,差错检测：CRC校验 确认：ACK 超时：Timeout 重传： 通过差错检测、确认、超时计时、重传的机制，数据链路层提供可靠传输的服务。,第三章 网络接口层,重传时间=T1+T2+T3+T4+T5，其中T1=T4 如果忽略T2和T5，并且由于确认帧非常小，忽略其发送时延T3，则重传时间=2T1。,发送时延,传播时延,处理时延,传播时延,ACK1,Data0,发送时延,处理时延,Data1,T1,T2,T3,T4,T5,第三章 网络接口层,ARQ（Automatic Repeat reQquest，自动请求

57、重传）的作用原则是对出错的数据帧自动重发，它有三种形式：停等协议ARQ、连续ARQ和选择重传ARQ。,第三章 网络接口层,（1）停等协议ARQ发方发送一个数据帧后，必须等待收方的确认帧才可以发送下一个数据帧，发送出去的帧被保留在缓冲区内，下一次准备发送1号帧； 在收方接收错误时，收方发一否认帧，要求发方重发该帧；,发送方,0,1,发送0号帧,接收方,0,发送方,0,1,NAK,接收方,0,第三章 网络接口层,为防止发送的数据丢失，发方内部设置一个定时器，当超过定时时间发方仍未收到确认帧时，发方重发该帧； 为防止确认帧丢失而造成发方重发同一数据帧，发方给每一个数据帧带上一个序列号。 如果正确接收

58、了0号帧，接收方将发送ACK1，表示希望继续接收到编号为1的帧。,发送方,0,1,ACK,接收方,0,发送方,0,1,ACK1,接收方,0,第三章 网络接口层,发送方在收到ACK1后，将原来保存在缓冲区内的0号帧删除，发送1号帧，并将1号帧保留在缓冲区内，等待接收方的确认。如果收到接收方的确认，下一次将发送新的0号帧。,发送方,1,0,接收方,1,发送1号帧,第三章 网络接口层,（2）连续ARQ连续ARQ是发送方可以连续发送若干数据帧，如果在此过程中收到接收方的确认帧，则继续发送。 发方在每发完一个数据帧后，就启动内部超时定时器，在设置的超时时间内未收到确认帧，则重发相应的数据帧。由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提高了。 在这种重发请求方案中，需要在发送方设置一个较大的缓冲存储空间（称做重发表），用以存放等待确认的帧。当发送方到对某帧的确认帧后，便可从重发表中将该信息帧删除。所以，连续ARQ的传输效率大大提高，但相应地需要更大的缓冲存储空间。,第三章 网络接口层,连续ARQ又称为Go-BACK-N ARQ，意思是