第三章底层技术

第三章底层技术——《网络协议分析》计算机与通信工程学院熊坤学习内容有线局域网无线局域网点到点广域网交换广域网连接设备连接设备转发器（或集线器）网桥（或两层交换机）路由器（或三层交换机）转发器（repeater）工作在物理层转发每一个比特，没有过滤功能网桥（bridge）工作在物理层和链路层具有过滤功能，能检查帧的目的地址，然后决定应当从哪个出端口将这个帧发送出去。不改变转发帧中的MAC地址透明网桥静态转发表动态转发表：如何生成？洪泛、记录路由器工作在物理层、数据链路层和网络层网际互联设备，可以连接多个局域网和广域网特点：每个接口都有一个物理地址和IP地址，只有分组到达时才发挥作用，转发分组时会改变分组的物理地址。有线局域网以太网令牌环令牌总线FDDIATM局域网IEEE标准802项目是用来指明局域网协议中物理层和数据链路层功能的一种途径；IEEE将数据链路层划分为两个子层：LLC(LogicalLinkControl)MAC(MediaAccessControl)以太网帧格式帧的有效载荷的最小和最大长度是多少？（64,1518）编址以太网地址：6字节，48比特，又称数据链路地址，物理地址或MAC地址，常写成16进制记法，如:4A:30:10:21:10:1A单播、多播和广播地址帧的源地址总是单播地址目的地址是什么类型？看接收者是一个、多个，还是全部？如何判断一个MAC地址的类型？查看左手第二个十六进制数是偶数，单播地址是奇数，多播地址所有数字是F，是广播地址举例指出以下地址类型4A:30:10:21:10:1A47:20:1B:2E:08:EEFF:FF:FF:FF:FF:FF在发送线路上，如何发送物理地址？从左到右，逐个字节发送，对每个字节来说，从右到左，逐位发送。以太网发展历程标准以太网10Mbps接入方法：CSMA/CD(IEEE802.3)逻辑结构是总线型，即所有站共享媒体，并且一次只能由一个站使用这个媒体。（广播方式）类比：在课堂上讲话如何避免碰撞（即同时使用媒体）？传送前先侦听，或先听后讲能否完全解决碰撞？标准以太网（续）由于传播时延的存在，仍可能存在碰撞。如何解决？帧发送出去后，继续侦听信道，以确定此次传输是否成功;如果成功，则任务结束，如果碰撞，要再次发送这个帧。最小帧长为了保持CSMA/CD正常工作，为什么要限制帧长？帧的传输时间至少是最大传播时间的两倍例：在标准以太网中，如果最大传播时间是25.6us，那么帧的最小长度是多少？CSMA/CD工作流程碰撞后发干扰信号，加强碰撞效果快速以太网设计目的：为了和其他局域网协议进行竞争802.3u，传输速率达到100Mbps星形拓扑，半双工和全双工实现新增自动协商特性：允许两个设备对操作的模式或数据率进行协商。在物理层的实现划分为二线和四线两大类。吉比特以太网标准802.3Z，数据率达到1Gbps媒体接入方式：半双工和全双工，主要按全双工实现10G以太网标准802.3ae，数据率达到10Gbps只能以全双工模式操作无线局域网IEEE802.11蓝牙IEEE802.11定义了两种服务：基本服务集和扩展服务集站的类型根据各站在无线局域网中的移动性，定义了三种类型的站：无切换BSS切换ESS切换CSMA/CA无线局域网为什么不能采用CSMA/CD?要检测碰撞需要能同时发送和接收，这需要更多的带宽和费用；隐藏站使碰撞不可检测；信号衰减可能使一端的站无法听到另一端的碰撞。帧交换时序如何避免碰撞？所有的站在检测物理媒体是否空闲之前，首先检查自己的NAV是否到期。隐藏站问题暴露站问题蓝牙（Bluetooth）一种自组织网络，由IEEE802.15标准定义定义了两种类型的网络：微微网和分散网点到点广域网56K调制解调器DSL技术电缆调制解调器T线SONETPPP56K调制解调器上传方向的最高数据率是33.6kbps下载方向数据率可达56kbpsDSL技术ADSL：下行速率高于上行速率，非对称技术，不适用于企业。上行：64kbps~1Mbps；下行:500kbps~8Mbps电缆调制解调器可解决DSL技术中数据率上限受限制的缺点传统有线电视网：单向的HFC网络：为了把有线电视网变成双向的其它点到点广域网技术T线：标准的数字电话线路T-1线：数据率是：1.544MbpsT-3线：数据率是：44.736Mbps，等效于28个T-1线SONETPPP：点到点协议网络链路有几种类型？两类“链路”：点对点链路，如：用于拨号接入的PPP在以太网交换机和主机之间的点对点链路广播

(共享线路或媒体)链路，如：传统的以太网802.11无线LAN点对点链路及其控制协议一个发送方、一个接收方、一段链路：比广播链路容易处理:无媒体访问控制不需要明确的MAC编址如：拨号链路、ISDN链路流行的点对点DLC(DataLinkControl)协议:PPP(point-to-pointprotocol)HDLC:高级数据链路控制什么是PPP?PPP(Pointtopointprotocol),数据链路层协议,用于拨号上网.1992年制订了PPP协议。经过1993年和1994年的修订，现在的PPP协议已成为因特网的正式标准[RFC1661]。PPP协议使得两个通信的对等体交换（包含网络层数据报的）PPP帧。新的应用形式：PPPoE,PPPoA用户拨号入网的示意图

路由器调制解调器调制解调器因特网服务提供者(ISP)用户家庭拨号电话线

使用TCP/IP的

PPP连接使用TCP/IP的客户进程路由选择进程至因特网…PC机用户拨号成功后,从用户主机到ISP路由器之间就建立了一条点到点的连接.PPP协议的组成

PPP协议有三个组成部分：帧格式和成帧：将IP数据报封装到串行链路的方法。链路控制协议LCP(LinkControlProtocol):用于建立、配置、测试链路。网络控制协议NCP(NetworkControlProtocol):用于建立和配置网络层协议,IPCP。验证用户身份时，有两个认证协议可供使用:PAPCHAPPPP数据帧标志:

定界符(成帧)地址:

不起作用(值唯一)控制:不起作用;以后可能设置其它控制字段值协议:

数据字段中携带的数据类型信息:

承载的高层数据校验:

用于差错检测的冗余循环校验码可变长度标志标志控制协议信息校验地址PPP帧中“协议”字段的取值及含义字节填充

“数据透明性”要求:数据字段必须允许包括标志模式<01111110>问题:

收到的<01111110>是数据还是标志？发送方:增加(“填充”)额外的<01111101>字节在每个<01111110>数据字节之前，指示这是数据而非标志接收方:在一排中出现0111110101111110:丢弃第一个字节,继续接收数据单个01111110:标志字节字节填充flagbytepatternindatatosend在传输数据中标志字节模式加上填充字节PPP通信过程通过电话网络呼叫建立物理连接建立PPP链路（用LCP）身份验证(用PAP或CHAP)配置IP层参数(用IPCP)断开PPP链路（用LCP）断开物理连接PPP链路状态转换过程

Dead：初态和终态，表明物理层尚未准备好；Establish：使用LCP建立和配置链路；Authentication：身份认证阶段；Network：使用相应的NCP配置网络层协议；Terminate：终止链路。DeadUPOPENEDSUCCESS/NONEFAILCLOSINGDOWNFAIL图PPP链路状态转换图EstablishAuthenticateNetwork

Terminate(1)LCP——链路配置报文(1)Configure-Request：发起方发送的第一个报文；

P1P2Configure-RequestLCP链路建立报文交换图Configure-NakConfigure-Ack(2)Configure-Ack：如果Confiure-Request中的每个选项都能被接收端识别，而且都被接受；

(3)Configure-Nak：如果每个选项都能识别，但是只有部分能接受；

Configure-Reject(4)Configure-Reject：如果Confiure-Request有部分选项不能被识别，或者不能被接受。功能：用于建立和配置链路。(2)LCP——链路终止报文(Terminate-Request&Terminate-Ack)Terminate-RequestTerminate-AckP1P2LCP链路终止报文交换图Terminate-RequestTerminat-Request功能：用于终止链路。PAP认证过程报文交换过程P1P2PAP认证过程报文交换图Authenticate-Request……Authenticate-Request1.Authenticate-Request

Authenticate-AckAuthenticate-Nak2.Authenticate-AckAuthenticate-Nak

AuthenticatorPeerCHAP认证过程报文交换图Challenge(包含随机数C)1.认证端发送“challenge”到对等端

ResponseA1=Hash(c,s)2.对等端根据这个“challenge”中的随机数C和共享密钥S，利用一个单向散列函数计算一个散列值并发回给认证端；FailureSuccessA2=Hash(c,s)A1=A2A1≠A23.认证端把这个数字和自己计算出来的数据进行比较，如果匹配，则确认；否则否认；

Chall