计算机网络总复习市公开课获奖课件

1、第一章概述一、计算机网络产生产生原因：资源共享与数据互换要求。产生基础：是计算机技术与通信技术相结合产物。二、计算机网络定义 计算机网络是用通信线路将分散在不同地点并含有独立功效多台计算机系统相互连接，按照网络协议实现远程信息处理，并实现资源共享信息系统。第1页第1页第一章概述三、计算机网络分类按距离分：局域网（LAN），城域网（MAN）和广域网（WAN）；按数据传播和系统拥有者分：公用网和专用网。按互换方式分：分组互换、报文互换和电路互换。按网络传播技术分：点对点传播方式网络、广播式网络按传播介质分类：有线网、无线网四、计算机网络三个主要构成部分若干个主机一个通信子网一系列协议第2页第2页第

2、一章概述五、网络拓扑类型 总线型、环形、星形拓扑、树型拓扑、网状（不规则）六、网络体系结构基本概念1、网络体系结构 网络体系结构是计算机网络分层结构、各层协议、功效和层间接口集合。2、分层长处下列： （1）简朴化 （2）灵活性 （3）原则化 第3页第3页3、实体、协议、接口和服务实体（Entity）：是通信时能发送和接受信息任何软硬件设施。协议（Protocol）：是为实现网络中数据互换建立规则原则或商定。协议由语法、语义和同时规则三部分构成，即协议三要素： （1）语义：拟定协议元素类型，要求通信双方要发出何种控制信息，完毕何种动作以及做出何种应答。 （2）语法：拟定协议元素格式，要求数据与控

3、制信息结构和格式。 （3）同时规则：要求事件实现顺序详细阐明，拟定通信状态改变和过程，如通信双方应答关系。第4页第4页第一章概述七、计算机网络体系结构：层和协议集合应用层传播层网络层物理层数据链路层应用层传播层网络层物理层数据链路层应用层传播层网络接口层网际层会话层表示层OSI/RM TCP/IP 理论参考模型每层作用第5页第5页第二章物理层一、物理层功效：完毕相邻节点之间透明原始比特流传播特性：机械特性：连接器形状电气特性：正、负逻辑，传播介质、速率、距离等功效特性：每一根信号线功效定义过程特性：完毕特定功效时，各信号工作过程第6页第6页第二章物理层二、数据通信基本概念1、数据和信号信号类型

4、：模拟信号、数字信号模拟传播、数字传播 2、信道特性信道带宽（模拟、数字）基带与宽带传播数率（数据信号速率、码元速率）信道极限（抱负、带噪）（奈奎斯特、香农）误码率信道延迟（时延计算）时延带宽积通信线路通信方式：串行方式和并行方式数据通信方式：单工通信、半双工通信、全双工通信第7页第7页第二章数据通信基础三、数据调制与编码1、数字数据模拟信号编码幅移键控(ASK)法频移键控(FSK)法相移键控(PSK)法2、数字数据数字信号编码 曼彻斯特(Manchester)码及差分曼彻斯特(Differential Manchester)码3、模拟数据数字信号编码 惯用编码技术是脉冲编码调制PCM(Pul

5、se Code Modulation)技术 环节：采样、量化和编码第8页第8页第二章数据通信基础四、传播媒体 （传播介质）有线介质：双绞线、同轴电缆、光纤无线介质：无线电、微波（大地微波、卫星微波）、红外线（毫米波）、激光五、多路复用技术 频分复用 FDM、时分复用TDM（二种）六、数据互换技术互换：按照某种方式动态地分派传播线路资源、类型：电路互换、报文互换、分组互换各种互换技术特点比较第9页第9页第三章数据链路层一、数据链路层基本概念链路（物理链路）：一条无源点到点物理线路段，中间没有任何其它互换结点。数据链路（逻辑链路）：把实现控制数据传播规程软件、硬件加到链路上，就形成了数据链路二、数

6、据链路层主要功效：（在不太可靠物理链路上实现可靠数据传播）链路管理：即数据链路建立、维持和释放。帧同时：收方应当能从收到比特流中准确地域分出一帧开始和结束在什么地方。（数据按帧传送，可在犯错时仅重传错帧。）流量控制：发方发送数据速率必须使收方来得及接受。当收方来不及接受时，就必须及时控制发方发送数据速率。第10页第10页第三章数据链路层差错控制：计算机通信中，要求有极低比特差错率，一旦有错时，普通采用检错重发来处理，即收方能够检测出收到帧中有差错（但并不知道哪几种比特错了），于是就让发主重复发送这一帧。常采用奇偶校验和CRC办法。将数据和控制信息分开：传送时数据和控制信息在同一帧中，故一定要有

7、相应办法使收方能将它们区别开来。透明传播 ：即无论所传数据是什么样比特组合，都应当能在链路上传送。当所传数据中比特组合刚好与一个控制信息同样时，要加以控制（字节计数法、使用字节（字符）填充首尾定界符法 、违法编码法、使用比特填充首尾定界符法 ）。寻址：多点连接情况下，必须确保每一帧都能送到正确目的站，收方也应当知道发方是哪一个站。第11页第11页第三章数据链路层三、数据链路层协议停止等待协议连续ARQ（自动请求重发）协议（后退N帧ARQ和选择性重传ARQ）滑动窗口协议内容：对已发送出去但未被确认数据帧数目加以限制。发送窗口：对发送端流量进行控制，其大小WT代表在还没有收到对方确认信息情况下发送

8、端最多能够发送多少个数据帧。停止等待协议发送窗口大小是1，表明只要发送出去某个数据帧未得到确认，就不能再发送下一个数据帧。第12页第12页第三章数据链路层接受窗口用来控制能够接受哪些数据帧而不能够接受哪些帧。只有当收到数据帧发送序号落入接受窗口内才允许将该数据帧收下。若收到数据帧落在接受窗口之外，则一律将丢弃。在后退N帧ARQ协议中，接受窗口WR=1。当数据帧发送序号所占比特数一定期，发送窗口最大值：设用n比特进行编号，接受窗口大小为1，则发送窗口大小为WT=2n-1，而不会达到2n。为何？后退N帧ARQ发送窗口和接受窗口大小，为何？选择性重传ARQ发送窗口和接受窗口大小，为何？第13页第13

9、页第三章数据链路层四、面向比特链路控制规程HDLC三种站类型是主站、次站和复合站。两种链路结构：非平衡型和平衡型。三种数据传播方式：正常响应方式（NRM）、异步响应方式（ARM）和异步平衡方式（ABM）。HDLC帧格式：由标志（F）、地址（A）、控制（C）、信息（INFO）和帧检查序列（FCS）等段构成。HDLC允许有3种类型帧： 信息帧（I）、 监控帧（S）和 无编号帧（U）。标志字段0比特插入法实现第14页第14页第三章数据链路层五、 Internet中数据链路层协议PPP是使用串行线路通信面向字节协议。PPP包括三个主要成份，即HDLC封装、链路控制协议和网络控制协议。第15页第15页第

10、四章局域网LAN一、概述特点：为一个单位所有，范围小，数目有限长处：使用以便，便于扩展，可靠性强传播媒体：双绞线、同轴电缆、光纤拓朴结构：星形网、环形网、总线网、树形网二、 IEEE802参考模型LAN只是一个计算机通信网，不存在路由选择问题，因此局域网能够不要网络层。局域网数据链路层划分为两个子层：媒体访问控制MAC子层和逻辑链路控制LLC子层第16页第16页三、物理层主要功效信号编码与译码前同时位产生与清除比特传播与接受四、MAC层主要功效：与接入各种传播媒体相关问题都放在该层发送时：将上层交下来数据封装成帧进行发送（接受时进行相反过程，将帧拆卸）；实现和维护MAC协议；比特差错检测；寻址

11、第四章局域网LAN第17页第17页第四章局域网LAN五、mac帧硬件地址和两种不同帧格式六、 IEEE802系列协议8022-逻辑链路控制8023-CSMACD8024-令牌总线网8025-令牌环形网80211-无线局域网第18页第18页第四章局域网LAN七、 IEEE802.3原则：载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）是LAN中对共享信道一个随机接入技术。实现思想：若A要发送帧，首先监听信道是否空闲，若不空闲，则延迟一段时间再监听，若信道空闲，则抢占信道，发送数据，一边发送，一边接受（自己发送数据），以检查是否与其它站冲突，若冲突，则放弃此数据帧发送。三种实现技术（信道不空时如何处理

12、）非坚持策略1坚持策略P坚持策略第19页第19页第四章局域网LAN八、 802.3LAN是一个基带总线LAN粗同轴电缆：单根长=500m(10mm)； 细同轴电缆：单根长=185m(5mm)任意两个站之间最多能够有三个同轴电缆段对粗缆，最大距离：2.5km对细缆，最大距离：1km一个网上最大站数为1024，每个同轴电缆段最多只能安装100个站。表示办法： 10BASE5粗缆原则，10表示数据传播速率为10Mb/s，BASE表示传播是基带信号，5表示每一段电缆最大长度为500米。第20页第20页第四章局域网LAN普通采用电缆直接与网卡相连，网卡功效：数据封将与解封，发送时，把LLCPDU加上首、

13、尾部成为MAC帧，接受时相反；链路管理：主要是CSMA/CD实现编码与译码九、LAN扩展：1、网桥工作在链路层依据收到MAC帧目的地址进行转发含有过滤帧功效长处过滤通信量扩大物理范围第21页第21页第四章局域网LAN互联不同物理层、不同MAC层和不同速率局域网提升可靠性缺点：增加了时延无流量控制花费时间有时还会产生广播风暴站表建立逆向地址学习透明网桥和源站选路网桥比较2、互换机特点、建立与维护地址映射表、以太网互换技术3、VLAN第22页第22页第四章局域网LAN透明网桥源站选路网桥无连接，每一个帧独立地选择路由面向连接对主机完全透明不透明，主机必须知道网桥标识及连接在哪一个网段上完全不需要管

14、理必须由人工进行管理（不然产生兜圈子现象普通用不是最佳路由能够利用最佳路由站表登记某个站路由信息时，在该站发送一个帧以后网络规模大时，最佳路由计算量庞大，甚至无法计算第23页第23页第五章广域网WAN一、广域网构成由结点互换机以及连接这些互换机链路构成结点之间采用点到点接入技术广域网使用协议在网络层二、WAN提供服务类型数据报服务主机只要想发送数据就可随时发送；每个分组独立地选择路由；数据报不能确保按发送顺序交付给目的站，因先发送分组不一定先到达目的站主机是一个不可靠服务，网络发生拥塞时，某个结点能够将一些分组丢弃虚电路服务源站申请连接，目的同意连接，建立连接。采用存贮转发技术，断续地占用一段

15、一段链路服务质量（QoS）有较好确保第24页第24页第五章广域网WAN对比方面虚电路服务数据服服务思绪可靠通信由网络来确保可靠通信由用户主机为确保连接建立必须有不要目的站地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短虚电路号每个分组都有目的站全地址路由选择在虚电路建立时进行，所有分组按同一路由每个分组独立选择路由当路由器出故障时所有通过出故障路由器虚电路均不能工作出故障路由器也许会丢失分组，一些路由也许会改变分组顺序总是按发送顺序达到目的站达到目的站时也许失序端至端差错处理和流量控制由通信子负责由用户主机负责第25页第25页第五章广域网WAN三、路由算法非自适应路径选择算法，也叫静态路由选择固定式路

16、由选择扩散式路由选择（洪泛法）随机式路由选择自适应路径选择算法，也叫动态路由选择分布式路由选择策略集中式路由选择策略独立路由选择策略四、WAN概述1、WAN和LAN区别2、WAN中层次编址方案 把一个地址分成两部分，前一部分表示分组互换机，后一部分表示连接在分组互换机上计算机第26页第26页3、转发分组办法4、默认路由5、流量控制和拥塞控制（概念）第27页第27页一、网络互连概述1、互连网中继系统转发器（中继器）：物理层，实现物理层连接，将网段上衰减信号加以放大、整形为标准信号，再转发到其它网段上去。网桥：数据链路层，在不同或相同LAN之间存放和转发帧，提供链路层上协议转换。路由器：网络层，在

17、不同网络间存放和转发分组，提供网络层上协议转换。网关：在网络层以上，是对高层协议进行协议转换网间连接器。2、网络互连类型LAN-LANLAN-WAN-LANLAN-WANWAN-WAN第六章网络互连第28页第28页3、路由器在网络互连中作用及构成二、Internet网际协议IP1、网际层几种主要协议地址解析协议ARP逆地址解析协议RARP因特网控制报文协议ICMP网际协议：IP2、IP地址IP地址结构：由网络号net-id和主机号host-id构成IP地址分类： IP地址分为5类，A类到E类，惯用A类、B类和C类。地址都由两个字段构成网络号字段net-id：A、B、C类地址网络号字段分别为1、

18、2、3字节长，其最前面有1-3位类别比特，其数值分别要求为0、10和110；主机号字段host-id：A、B、C类地址主机号字段分别为3、2、1字节长。IP地址使用范围特殊IP地址不使用特殊IP地址第29页第29页第六章网络互连3、IP协议特点和IP数据报格式特点：不可靠、无连接、点到点格式：由首部和数据两部分构成。首部前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须含有。在首部固定部分后面是一些可选字段，其长度是可变。各字段含义（标示、标志、片偏移）4、IP层处理数据报流程（路由器IP层执行数据报转发算法）5、 ARP和RARP主机名字至IP地址转换： DNSIP地址（32位）至硬件地址

19、MAC（48位）转换：ARP协议第30页第30页第六章网络互连硬件地址MAC（48位）至IP地址（32位）转换：RARP协议，惯用于无盘工作站上网三、划分子网办法：从网络主机号借用若干个比特作为子网号subnet-id划分子网后IP地址构成：网络号、子网号、主机号子网掩码：是一个用来表示子网号字段长度32位模板。由一连串“1”，和一连串“0”构成， “1” 和“0”之间界线指出子网号和主机号分界线。由IP地址和子网掩码计算网络号、子网号和主机号。例：设IP地址为，子网掩码为0XFFFFFFE0，则网络号为140.252，子网号为162，主机号为4 第31页第31页第六章网络互连3、使用子网转发

20、分组过程 路由器IP层执行数据报转发算法第32页第32页第六章网络互连四、因特网控制报文协议ICMP功效：减少分组丢失，允许主机或路由器汇报差错情况和提供相关异常情况汇报。ICMP差错报文（5种）终点不可达源站克制时间超出参数问题改变路由 ICMP问询报文（4种）回送请求和回答时间戳请求报文地址掩码请求报文。路由器问询和通告报文第33页第33页第六章网络互连五、Internet中分层次路由选择协议内部网关协议IGP）：在一个自治系统内部使用路由选择协议，与在互连网中其它自治系统选取什么路由选择协议无关，如RIP协议原理及算法RIP ，HELLO，OSPF等外部网关协议EGP：若源站和目标站处于

21、不同自治系统中，当数据报传到一个系统边界时，就需要使用一个协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中，这么协议即为外部网关协议，如BGP六、IPv6地址长度，首部长度第34页第34页第七章传播层一、概述传输层功效复用与分用两个主机进行通信实际上是两个主机中应用进程相互通信。IP地址是标志在因特网中一个主机，而不是标志主机中应用进程。对收到报文进行差错检测提供两种不同运输协议，即面向连接TCP和无连接UDP第35页第35页第七章传播层二、端口概念：即传输层服务访问点TSAP，是UDP和TCP用来同上层应用进程进行通信接口，应用层各种进程是经过对应商品与传输实体进行交互。功效：让应用层各种应用进程都

22、能将其数据经过端口向下交付给传输层，让传输层知道应该将其报文段中数据向上经过端口交付给应用层进程。因此，端口是用来标志应用层进程。端口表示：用一个16位端口号表示。但端口号只含有当地意义，它只标志本计算机中应用层中各进程。Internet中不同计算机相同端口号是没有联络。第36页第36页第七章传播层端口分类熟知端口（保留端口）：TCP/IP体系拟定并公布，所有用户进程都熟知端口。数值为0-1023。普通端口（动态分派端口）：用来随时分派给请求通信客户进程。套接字套接字格式三、用户数据报协议UDPUDP提供无连接、不可靠服务。在传送数据之前，不需要先建立连接。远地主机运送层在收到UDP数据报后，

23、不需要给出任何应答。在一些情况下，这是一个最有效工作方式。Udp格式伪首部第37页第37页第七章传播层四、传播控制协议TCP是面向连接，因而可提供可靠、按序传送数据端到端服务。TCP提供连接是双向，即全双工。TCP报文分为首部和数据两个部分，首部前20个字节是固定，后面有4N字节是依据需要而增长选项（N为整数）。因此TCP首部最小长度是20字节。首部固定部分各字段意义TCP编号： TCP将所要传送整个报文当作是一个个字节构成数据流，然后对每一个字节编一个序号。将每一次所传送报文段中第一个数据字节序号，放在TCP首部序号字段中。TCP确实认：TCP确实认是对接受到数据最高序号表示确认。但返回确实

24、认序号是已收到数据最高序号加1。也就是说，确认序号表示盼望下次收到第一个数据字节序号。TCP数据序号、确认、超时重传第38页第38页第七章传播层TCP流量控制控制方式：采用可变发送窗口方式进行流量控制。窗口大小单位：字节控制办法：发送窗口在连接建立时由双方商定。但在通信过程中，接受端可依据自己资源情况，随时动态地调整自己接受窗口（可增大或减小），然后告诉对方，使对方发送窗口和自己接受窗口一致。第39页第39页第七章传播层五、TCP传播连接管理TCP连接建立过程：三次握手协议主机A主机B积极打开被动打开SYN,SEQ=XSYN,SEQ=Y,ACK=X+1ACK=Y+1确认确认第40页第40页第七

25、章传播层为何使用三次握手，二次不够？TCP连接释放过程主机A主机BFIN,SEQ=XACK=X+1ACK=Y+1应用进程释放连接（A不再发送报文）告知主机应用进程应用进程释放连接（B不再发送报文）FIN,SEQ=y,ACK=x+1第41页第41页第八章应用层一、应用层功效要求应用进程在通信时所遵照协议。每个应用层协议都是为了处理某一类应用问题，而问题处理是经过位于不同主机中多个应用进程之间通信和协同工作来完成。二、协议工作方式基于客户服务器方式。客户和服务器都是指通信中所包括两个应用进程。客户服务器方式所描述是进程之间服务和被服务关系。其主要特性是：客户是服务请求方，服务器是服务提供方。第42

26、页第42页第八章应用层三、域名系统DNSDNS：名字到IP地址解析是由若干个域名服务器程序完毕。域名服务器程序在专设结点上运营，人们常把运营该程序机器称为域名服务器。Internet域名结构采用层次树状结构，任何一个连接在Internet上主机或路由器，都有一个唯一层次结构名字，即域名第43页第43页第八章应用层域名结构由若干个分量组成。各分量之间用点隔开：.三级域名.二级域名.顶级域名各分量代表不同级别域名。每一级域名都由英文字母和数字组成（不超出63个字符，不区分大小写），级别最低域名写在最左边，级别最高顶级域名写在最右边。完整域名不超出255个字符Internet中三大类顶级域名(TLD

27、)第44页第44页第八章应用层国家顶级域名iTLD:如.cn表示中国，.us表示美国，.uk表示英国等。现在使用国家顶级域名约有200个左右。国际顶级域名iTLD：采用.int。国际性组织可在.int下注册。通用顶级域名gTLD：最早顶级域名共6个：.com公司公司.net网络服务机构.org非赢利性组织.edu教育机构（美国专用）.gov政府部门（美国专用）.mil军事部门（美国专用）第45页第45页第八章应用层我国二级域名划分：两大类，“类别域名”和“行政区域名”。类别域名有6个：.ac科研机构.com工、商、金融等公司.edu教育机构.gov政府部门.net互联网络、拉入网络信息中心（N

28、IC）和运营中心（NOC）.org非赚钱性组织“行政区域名”34个，适合用于我国各省、自治区和直辖市。如：.bj为北京市，.sh为上海市，.hb为湖北省等。第46页第46页第八章应用层Internet名字空间结构是一个倒过来树，树根在最上面没有名字。树根下面一级结点是最高一级顶级域结点。顶级域结点下为二级域结点，最下面叶结点是单台计算机。以下图所表示：第47页第47页第八章应用层树根firmshopwebartscomintnommilnetedugovcnukcctvibmhpmotbjedugovcommailpkuscuechustfudantsinghuamailcsnet1ep顶级域

29、名二级域名三级域名四级域名第48页第48页第八章应用层三类Internet域名服务器当地域名服务器：当一个主机发出DNS查询报文时，这个查询报文就首先被送往该主机当地域名服务器。根域名服务器当一个当地域名服务器不能马上回答某个主机查询时（由于它没有保留被查询主机信息），该当地域名服务器就以DNS客户身份向某个根域名服务器查询。若根域名服务器有被查询主机信息，就发送DNS回答报文给当地域名服务器，然后当地域名服务器再回答发起查询主机。但当根域名服务器没有被查询主机信息时，它一定知道某个保留有被查询主机名字映射授权域名服务器IP地址。通常根域名服务器用来管辖顶级域，并不直接对顶级域下面所属所有域名进行转换，但它一定能找到下面所有二级域名域名服务器。第49页第49页第八章应用层授权域名服务器（authoritative name server）：每