计算机网络ppt

1、，4数字信号的周期、频率和相位 位间隔和比特率位间隔：发送1比特信号所需要的时间或数字信号的周期比特率：每秒的位间隔数或每秒比特数1 0 1 1 0 0 0 1位间隔1秒=8bit 位间隔，比特率=8bps时间幅度5用模拟信号传输数字数据1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 数字数据数字数据比特率 = 8 bps频率 = 4 Hz模拟信号1 1秒秒 在最坏情况下，数据由交替的0和1组成，这时需要最大的带宽6比特率与带宽之例 每幅图由25个象素构成，并设象素是黑白交替每个象素用1比特发送，若每秒10幅图. 解：则要发送250bit/s 的相应带宽=250/2=125Hz

2、 电视每屏由525行700列=367500象素，30屏/s 解： 30屏367500象素/屏=11,025,000象素 所需相应带宽=11025000/2=5,512,500Hz6MHz 商用电视TV是每个信道Channel为6MHz7比特率与波德率比特率Bit Rate：bps = bit/s 每秒内传输的比特数。波德率Baud Rate:Buad 每秒内为表示某些比特而需要的信号单元数（或码元数）当仅当一个信号单元表示一比特时，比特率才等于波德率。Bit Rate = log2(Bit Units)Baud Rate8HDLC帧格式 头尾标志是01111110 零比特插入技术，5个连续1插

3、0 发送时插入 01111111=011111011 接收时删除 011111011 = 01111111816 16 8BeginningsequenceEndingsequenceHeader BodyCRC8 16 16 88 16 16 8HDLC帧格式 PDH解决的问题 实现了光传输 实现接口标准 PDH存在的瓶颈 未实现全球统一 时分机制复杂 维护管理能力差9光传输发展史OTN/ASON10 直通转发（cut-through）：交换机检测到目标地址后即转发帧优点转发延迟小；缺点错误率高 存贮转发(store and forword)完整地收到帧并检查无错后才转发优点错误率低；缺点转

4、发延迟大 广播域与冲突域同时共享同一广播帧的计算机子网同时共享同一传播媒体的计算机子网Hub冲突域广播域冲突域广播域广播域：路由器或三层交换机的三层接口处于独立的广播域中，终端主机发出的广播帧终止在这些三层接口上交换以太网每个端口处于独立冲突域Switch冲突域冲突域 1冲突域冲突域 2不同冲突域，不同冲突域，但同一个广播域（同但同一个广播域（同VLAN ）111.3.6 Multicasting-组播IP组播的基本定义： 在LAN/WAN上能使IP数据报从一个源同时到多个目的传输过程 接收组成员参加组播会议，应用只需发送一份拷贝到需要接收的组 组播技术让包只寻址到组，而不是单个接收者 开放组

5、播的结点要运行一套能接收组播报文的TCP/IP协议 由IETF推荐的1112RFC定义的对IP的扩展u 相关缩略语 BSR:Boot Strap Router,自举路由器 IGMP:Internet Group Management Protocol,互联网组管协议 MBGP:Multi-protocol Border Gateway Protocol, 多协议边界网关协议 MSDP:Multicast Source Discovery Protocol,组播源发现协议 PIM-SM:Protocol Independent Multicast-Sparse mode,协议独立组播稀疏模式 P

6、IM-DM:Protocol Independent Multicast-Dense mode,协议独立组播密集模式 RP:Rendezvous Point,汇集点 RPT: Rendezvous Point Tree , PIM-SM协议共享树 SPT: Shortest Path Tree , 最短路径树 DR：Designated Router，指定路由器（运行IGMP协议）12组播的发展支持组播的主要高层应用协议:支持可靠数据传输 RTP:Real Time Transport Protocol RTCP:Real Time Control Protocol RTP:Real Time

7、 Streaming Protocol RSVP:Resource Reservation Protocol RMP: Reliable Multicast Protocol RMF: Reliable Multicast Framework Protocol RAMP: Reliable Adaptive Multicast Framework Protocol Reliable Multicast Transport Protocol Lucent 在其e-cast 用RMTP处理文件传输2.1 拥塞控制相关基础2.1.1 拥塞控制的基本原理 问题：因资源竞争的用户集合1. 怎样有效和公平

8、地分配有限资源;2. 怎样共享资源：包括链路带宽、路由器、交换机中的缓冲区（包在此排队等待传输）和处理机时间等 拥塞（congestion）l 当过多的包在网络缓冲区中竞争某个相同链路时，队列会溢出丢包，当这种丢包成为普通事件时，则称网络发生拥塞l 对聚合带宽的需求超过了链路的可用容量mjjnii11能可用资源被请求资源 拥塞产生的原因（需求大于供给，无准入控制） 宏观原因：网络资源分布不均匀，流量分布不均匀， 微观原因：报文聚合到达率大于路由器输出链路的带宽u拥塞的后果：网络性能下降 多个包丢失，链路利用率低下 全网同步振荡，吞吐量下降 高排队延迟，拥塞崩溃 解决办法 告诉几个主机停止发送，

9、从而改变所有主机的情况 针对某个因素的解决方案，只能对提高网络性能起到一点点好处，甚至可能仅仅是转移了影响性能的瓶颈； 需要全面考虑各个因素。 拥塞控制 描述网络节点为防止或响应超载情况所做的努力 控制的首要任务就是消除拥塞或预防它在第一个地方发生拥控与流控的区别 路由器中拥塞控制的必要性 不遵守TCP拥塞控制机制的应用进一步加剧因特网范围内拥塞崩溃的可能性 TCP拥塞控制还存在着自相似、效率、公平性等方面的问题 拥控： 问题：某些点上存在资源瓶颈 防止发送者把太多的数据发送到网路中，适应瓶颈链路和路由器有限buffer，保护网络 流控： 问题：接收方可能存在缓存不足、进程等待 防止发送方的发

10、送速度比接收方的接收速度快，适应收发双方的buffercpu能力，保护端点。 拥塞控制与流量控制的区别l拥塞控制（congestion control）与全网有关，涉及多个端到端、主机、路由器等很多网络元素；目的是确保通信子网能够承载用户提交的通信量，是一个全局问题，l流量控制（flow control）只与一对端到端的通信量有关，只涉及快速发送方与慢速接收方的问题，是局部问题，一般都是基于反馈进行控制的l要防止这两者的混淆，但它们有些机制是相同的 衡量网络是否拥塞的参数缓冲区缺乏造成的丢包率；平均队列长度；超时重传包数目；平均包延迟；包延迟变化（Jitter）。 反馈方法向负载发生源发送一个

11、告警包；包结构中保留一个位或域用来表示发生拥塞，一旦发生拥塞，路由器将所有的输出包置位，向邻居告警；主机或路由器主动地、周期性地发送探报（probe），查询是否发生拥塞。2.2.4 加权公平排队WFQ 加权公平队列（Weighted Fair Queueing） 给排队流加权，权逻辑上说明R服务每个队列时每次发送多少比特，它直接控制每个流将得到多少链路带宽 简单FQ给每个队列权重是1，即每轮每个队列逻辑上仅1比特被传输-1/n WFQ:可让3个队列分别权重2:1:3则导致带宽分别是2/6:1/6:3/6 WFQ中的流在使用中可能是“流量类型”，由TOS或DiffSer.来定义加权公平排队加权公

12、平排队第i个类的权 =获得部分服务=获得到吞吐量=iw jiww jiwwR2.2.5 流量整形（Traffic Shaping） 开环控制 基本思想造成拥塞的主要原因是网络流量通常是突发性的强迫包以一种可预测的速率发送；在ATM网中广泛使用。 网络流监管的三准则平均速率:100bps比6000bps的源约束要严格多,希望限制某个流的长期平均速率峰值速率:网络可允许平均速率6000bps,希望限制其峰值速率15000bps突发长度:希望限制极短时间间隔内所能发送到网络的最大包数 漏桶算法（The Leaky Bucket Algorithm） 将用户发出的不平滑的数据包流转变成网络中平滑的数据

13、包流； 可用于固定包长的协议，如ATM；也可用于可变包长的协议，如IP，使用字节计数； 无论负载突发性如何，漏桶算法强迫输出按平均速率进行，不灵活,溢出时要丢包。2.2.6 令牌桶算法（The Token Bucket Algorithm） 基本思想 漏桶算法不够灵活，因此加入令牌机制； 基本思想：漏桶存放令牌，每T秒产生一个令牌，令牌累积到超过漏桶上界时就不再增加。包传输之前必须获得一个令牌，传输之后删除该令牌； 漏桶算法与令牌桶算法的区别 流量整形策略不同：漏桶算法不允许空闲主机积累发送权，以便以后发送大的突发数据；令牌桶算法允许，最大为桶的大小。 漏桶中存放的是数据包，桶满了丢弃数据包；

14、令牌桶中存放的是令牌，桶满了丢弃令牌，不丢弃数据包。令牌漏桶整形算法令牌漏桶整形算法在时间间隔在时间间隔t t内内, ,网络中的最大包数网络中的最大包数=rt+b=rt+b故令牌长生率故令牌长生率r r成为包进入网络的平均速率成为包进入网络的平均速率用用2 2个串连漏桶可能整形网络峰值速率个串连漏桶可能整形网络峰值速率问题分析与解答问题：某台计算机有一输出文件F Bits，该计算机的输出链路速率是X bps，但受到其接入网关的令牌桶交通管制；令牌桶始终保持Y bps 的填充速率；令牌桶大小是P Bits。假设发送开始时令牌桶已经充满，试求？a)计算机以完全速率发送的持续时间t之表达式？b)若X

15、Y，FP，求文件全部输出完毕所需要的时间T是多少c)若X =6Mbps、Y=1Mbps、F=10.6MBits 、P=8MBits求t= ?、T=？解答a)t时间内计算机输出数据 = 网关输入数据， tX=tY +P ，t=P/(X-Y)b)T = t+(F-Xt)/Yc)t=8MBits/(6Mbps-1Mbps)=1.6s; T=1.6s+(10.6MBits-1.6s*6Mbps)/1Mbps=2.6sFPYX采用采用WFQWFQ的的n n路复用的漏桶流控路复用的漏桶流控可在可在DiffservDiffserv中使用中使用R1ni源端口源端口Source Port（16 bit）宿端口宿

16、端口Destination Port（16 bit）序列号序列号Sequence Number（32 bit） 确认号确认号Acknowledgment Number（32 bit）数据偏移数据偏移（DataOffset（4bit）保留（为保留（为）Reserved（6 bit）URGACKPSHRSTSYNFINAdvertised Window（16 bit）校验和校验和Checksum（16 bit） 紧急指针紧急指针Urgent Pointer（16 bit）可选项可选项Option（32 bit）数据数据Data（32 bit）Application processWritebyte

17、sTCPSend bufferSegmentSegmentSegmentTransmit segmentsApplication processReadbytesTCPReceive bufferTCP序号回绕时长4字节=32比特回绕时段长=23223/100106/s=317s6mPacket 1Packet 2Packet 3Packet 4Packet 5Packet 6ACK 1ACK 2ACK 2ACK 2ACK 6ACK 2SenderReceiver1th重发未收到包2的ACK3th重发未收到包2的ACK2th重发未收到包2的ACK重发Packet 3收到所有6个包60201.0

18、2.03.04.05.02.07.0KBTime (seconds)7030405010DSESS1BSS2AP3Service set identify (SSID1)BSS1AP2Service set identify (SSID1)BSS3STA1STA2STA3AP1Service set identify (SSID2)Portal to wire信道ID美国和加拿大欧洲中国和日本124122412241222417241724173242224222422424272427242752432243224326243724372437724422442244282447244724

19、479245224522452102457245724571124622462246212X-不可用的信道2467246713X-不可用的信道2472247214X-不可用的信道X-不可用的信道2484Chord ID space01234567N0N1N3key1key2key2key6key6key1i id+2i succ0 2 11 3 12 5 1 Succ. Table0123456701234567i id+2i succ0 2 21 3 12 5 1 Succ. Tablei id+2i succ0 3 11 4 12 6 1 Succ. Table01234567i id+2

20、i succ0 2 21 3 62 5 6 Succ. Tablei id+2i succ0 3 61 4 62 6 6 Succ. Tablei id+2i succ0 1 11 2 22 4 6 Succ. Tablei id+2i succ0 7 01 0 02 2 2 Succ. Table01234567i id+2i succ0 2 21 3 62 5 6 Succ. Tablei id+2i succ0 3 61 4 62 6 6 Succ. Tablei id+2i succ0 1 11 2 22 4 6 Succ. Table7key 1key i id+2i succ0 7

21、 01 0 02 2 2 Succ. Table01234567i id+2i succ0 2 21 3 62 5 6 Succ. Tablei id+2i succ0 3 61 4 62 6 6 Succ. Tablei id+2i succ0 1 11 2 22 4 6 Succ. Table7key 1key i id+2i succ0 7 01 0 02 2 2 Succ. Table查询(7)？CFS ClientCFS ServerCFS ServerCFS的系统结构2021-12-24532021-12-24542021/12/24552021/12/2456拥塞时可能阻塞？共享

22、同一信道, 不拥塞时它很平滑！2021-12-2457 email WWW phone.SMTP HTTP RTP.TCP UDPIP ethernet PPPCSMA async sonet. copper fiber radio. email WWW phone.SMTP HTTP RTP.TCP UDPIP ethernet PPPCSMA async sonet. copper fiber radio.2021/12/2458TelecomProvidersLANsWireless LANsFibersEthernetADSLInternetWDMCampusLANsRemote Ca

23、mpusHOMEPPPISDNUTPHUB/Switch2021-12-24592021-12-24602021-12-24612021-12-24622021-12-24632021-12-24642021-12-24652021-12-24662021-12-24672021-12-24682021-12-24692021-12-24702021-12-2471通信分发命名端点内容安全过程安全 内容安全华中科技大学计算机基础教研室华中科技大学计算机基础教研室7272 RSA是目前最著名的公钥密码系统，是由三位学者Rivest，Shamir和Adlemen于1978年提出。 其安全性是建立在

24、因式分解的困难性上。 已知n，求p和q使得n=pq是NP完全问题。华中科技大学计算机基础教研室华中科技大学计算机基础教研室7373RSA算法概要：1. Bob选择保密的素数p和q，并计算n=pq；2. Bob通过gcd(e,(p-1)(q-1)=1来选择e；3. Bob通过de1(mod(p-1)(q-1)来计算d；4. Bob将n和e设为公开的，p、q、d设为秘密的；5. Alice将m加密为c me(mod n)，并将c发送给Bob；6. Bob通过计算m cd(mod n)解密。华中科技大学计算机基础教研室华中科技大学计算机基础教研室7474RSA: 例11. 选择两个素数: p=17

25、& q=112. 计算 n = pq =1711=1873. 计算 (n)=(p1)(q-1) =1610=1604. 选择 e : gcd(e,160)=1; 其中e=7华中科技大学计算机基础教研室华中科技大学计算机基础教研室7575RSA: 例15. 计算d: de=1 mod 160 且d 160 ，则 d=23 （因为237=161= 1160+1）6. 公布公钥KU=7,1877. 保存私钥KR=23,17,11华中科技大学计算机基础教研室华中科技大学计算机基础教研室7676如果待加密的消息 M = 88 (注意： 88187)加密：C = 887 mod 187 = 11

26、解密:M = 1123 mod 187 = 88 Queue lengthInstantaneousAverageT imeMaxThresholdMinThresholdAvgLenP(drop)1.0MaxPMinThreshMaxThreshAvgLen最大最大/小之间时小之间时p缓慢增长缓慢增长最大时最大时p突增到突增到1ABCABCAs 信号强度空间Cs 信号强度8310203040QAM256 (8 Mbps)QAM16 (4 Mbps)BPSK (1 Mbps)SNR(dB)BER10-110-210-310-510-610-710-486III) 流控制传输协议: RFC 29

27、60,Oct.2000y SCTP：Stream Control Transmission Protocol 最初设计用于在IP上传输电话信令SS7（可靠/边界），把SS7信令网络的一些可靠特性引入IP，以后扩大了一些其它应用 信令类需求 Multi-homing，Multi-streaming Message boundaries (with reliability*) Improved SYN-flood protection Tunable parameters (Timeout, Retrans, etc.) A range of reliability and order (full

28、 to partial to none)along with congestion controluUDP/TCP很难满足 UDP不可靠、无连接、无顺序、有边界；信令需要面向连接/可靠性！ TCP有可靠、有连接、有顺序、无边界；信令需要边界性/部分有序！87两大类组播路由协议u密集模式密集模式组播路由协议组播路由协议 特点：特点：F假设组播组成员假设组播组成员密集分布密集分布于网络上的许多子网，并于网络上的许多子网，并至少包含一个组成员至少包含一个组成员F都需要大量的带宽都需要大量的带宽 典型典型路由协议路由协议FDVMRPFMOSPFFPIM-DM 基本方法：基本方法：F依靠依靠洪泛技术传播洪泛技术传播信息到信息到所有组播路由器所有组播路由器u稀疏模式稀疏模式组播路由协议组播路由协议 特点：特点：F假设组播组成员假设组播组成员稀疏分布稀疏分布于网于网络上，并至少包含一个组成员络上，并至少包含一个组成员F不需要大量的带宽不需要大量的带宽，组成员可，组成员可能由能由ISDN连通连通 典型路由协议典型路由协议FCBT:Core-Based TreeFPIM-SMF基本方法：基本方法：F不用洪泛方式不用洪泛方式，因组成员稀疏，因组成员稀疏分布，否则会浪费带宽并引发分布，否则会浪费带宽并引发严重性能下降严重性能下降88先进的组播技术R