计算机网络.ppt

,计算机网络（第 6 版） 电子工业出版社 2012 年,考试时间：12.28 14:3016:30 2016秋季,1,计算机网络主要内容,第一章 概述 第二章 物理层 第三章 数据链路层 第四章 网络层 第五章 运输层 第六章 应用层 第七章 网络安全 第八章 因特网上的音频/视频服务 第九章 无线网络 第十章 下一代因特网,2,第一章,计算机网络的基本认识 因特网发展的三个阶段、互联网标准 组成：边缘、核心（通信子网、资源子网） 边缘工作方式：（C/S，P2P） 核心工作方式：（电路、报文、分组） 计算机网络分类（范围、使用者） 计算机网络的性能指标（7：传播时延、发送时延=传输时延，注意单位：M、B、m、b，s，ms，us，km） 体系结构： ISO（7）、TCP/IP(4)、五层 实体、服务、协议 TCP、IP,3,基本认识,计算机网络向用户提供的最重要的功能 连通性计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。 共享即资源共享。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。 网络和因特网 网络把计算机连接在一起。 因特网则把网络连接在一起。,4,三种交换的比较（采用x机制、优缺点）,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,数据传送 的特点,比特流直达终点,报文,报文,报文,分组,分组,分组,存储 转发,存储 转发,存储 转发,存储 转发,5,6,时间,链路建立：s,发送时延：x/b,传播时延：kd,发送时延和传播时延,计算机网络的性能,速率：主机发送速率 带宽：信道带宽 吞吐量：单位时间通过某节点数据量 时延：发送（传输）、传播、排队、处理 时延带宽积： 往返时间：RTT 利用率：,7,注意单位：M、B、b，s，ms，us，km,网络协议的组成要素,语法 数据与控制信息的结构或格式 。 语义 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（时序） 事件实现顺序的详细说明。,8,制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段,RFC： Request For Comment 因特网草案(Internet Draft) 在这个阶段还不是 RFC 文档。 建议标准(Proposed Standard) 从这个阶段开始就成为 RFC 文档。 草案标准(Draft Standard) 因特网标准(Internet Standard),9,计算机网络体系结构,10,实体、协议、服务,实体：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议：是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 服务：在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。,11,第 2 章 物理层,12,1. 物理层：考虑怎样才能在连接计算机的各种传输媒体上传输数据比特流【调制、编码（数字脉冲）】 2.信道最大码元传输了速率（奈氏准则1）：对于一个带宽为W赫兹的理想低通信道，其最大码元（信号）速率为： D = 2W Baud 3.增加信道的信息比特传送率有两条途径，一方面可以增加该信道的带宽，另一方面可以选择更高的编码方式。让每个码元携带更多的比特： 比特率=码元速率×每码元携带比特数 （L表示一个码元对应的数据信号电平的数量，或振幅相位乘积数量） 比特率=码元速率×log2L,第 2 章 物理层,13,4.香农公式：信道的极限信息传输速率 C 可表达为 C = W log2(1+S/N) b/s 5.信道复用【FDM、TDM、STDM、WDM、CDMA】 6.物理传输媒体及调制编码技术在现网中应用【模型】 接入：ADSL【FDM+QAM】、HFC【FDM】、FTTx【广播+TDM】 数字传输：SDH【TDM】,练习,假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为8000 码元/秒。如果采用振幅调制，把码元的振幅划分为16个不同等级来传送，那么可以获得多高的数据率？,14,答：根据公式 比特率=码元速率×log2L 又由题意可知：L=16，码元速率=8000码元/秒 则有：8000×log216=32000(b/s)。 所以，可以获得32000比特/秒的数据率。,练习,15,16共有四个站进行码分多址CDMA通信。四个站的码片序列为： A：(-1-1-1+1+1-1+1+1)：B：(-1-1+1-1+1+1+1-1)； C：(-1+1-1+1+1+1-1-1)；D：(-1+1-1-1-1-1+1-1)。 现收到这样的码片序列：(-1+1-3+1-1-3+1+1)。 问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的1还是0？,第 3 章 数据链路层,16,以太网的扩展性,17,为什么？,（1）为什么检测到空闲了，还会冲突？ （2）为什么检测到碰撞后，等待一个随机时间？ （3）为什么一定是在2时间内可以进检测到？ （4）争用期定多长？和传播时延有关 （ 5）为什么要规定最短有效帧长？,18,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,19,网桥的自学习和转发帧,自学习：网桥收到一帧后先进行自学习。查找转发表中与收到帧的源地址有无相匹配的项目。如没有，就在转发表中增加一个项目（源地址、进入的接口和时间）。如有，则把原有的项目进行更新。 转发帧：查找转发表中与收到帧的目的MAC地址有无相匹配的项目。 1.如没有，则通过所有其他接口（但进入网桥的接口除外）进行转发【洪泛：Flooding】。 2.如有，则按转发表中给出的接口进行转发。 3.若转发表中给出的接口就是该帧进入网桥的接口，则应丢弃这个帧（因为这时不需要经过网桥进行转发）。,20,地址 接口,转发表的建立过程举例,网桥 1,A,B,C,D,E,F,1,2,1,2,地址 接口,网桥 2,21,练习,22,32图3-24表示有五个站分别连接在三个局域网上，并且用网桥B1和B2连接起来。每一个网桥都有两个接口（1和2）。在一开始，两个网桥中的转发表都是空的，之后有以下各站向其他的站发送了数据帧：A发送给E，C发送给B，D发送给C，B发送给A。试把有关数据填写在表3-1中。,图3-24,解答,23,对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网，若共有 N 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 Mb/s)的 N 分之一。 使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机的带宽还是 10 Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有 N 对接口的交换机的总容量为 N10 Mb/s。这正是交换机的最大优点。,以太网交换机独占传输媒体的带宽,24,用不同设备构建的网络,25,1. 在一LAN中，彼此需要争用信道，那么就是一个碰撞（冲突）域 2. 广播域: 在一LAN里面，可以接收到同一个广播的所以设备都在同一个广播域 3.Vlan ID 12bit： 最大vlan个数 = 212-2 = 4094 （ 0,4095 保留）,第四章 网络层,26,路由选择协议(RIP、OSPF),27,net-id 24 位,host-id 24 位,net-id 16 位,net-id 8 位,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 位,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1,0,1,28,2. 常用的三种类别的 IP 地址,IP 地址的使用范围,网络 最大 第一个 最后一个 每个网络 类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 A 126 (27 2) 1 126 16,777,214 B 16,383(214 1) 128.1 191.255 65,534 C 2,097,151 (221 1) 192.0.1 223.255.255 254,29,10.0.0.0 到 10.255.255.255 172.16.0.0 到 172.31.255.255 192.168.0.0 到 192.168.255.255,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,从虚拟的 IP 层上看 IP 数据报的流动,30,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,在链路上看 MAC 帧的流动,31,A,Y,X,B,Z,主机 B 向 A 发送 ARP 响应分组,主机 A 广播发送 ARP 请求分组,ARP 请求,ARP 请求,ARP 请求,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,08-00-2B-00-EE-0A,我是 209.0.0.5，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18 我想知道主机 209.0.0.6 的硬件地址,我是 209.0.0.6 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0A,A,Y,X,B,Z,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,32,固 定 部 分,可变 部分,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,区 分 服 务,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,数 据 部 分,首 部,IP 数据报,33,IP 数据报的格式,IP包分片计算,34,偏移 = 0/8 = 0,偏移 = 0/8 = 0,偏移 = 1400/8 = 175,偏移 = 2800/8 = 350,1400,2800,3799,2799,1399,3799,需分片的 数据报,数据报片 1,首部,数据部分共 3800 字节,首部 1,首部 2,首部 3,字节 0,数据报片 2,数据报片 3,1400,2800,字节 0,【例4-1】 IP 数据报分片（提取数据部分）,35,首部20+数据1400,36,练习-网络规划,37,一个自治系统有5个局域网，其连接图如图4-13所示。LAN2至LAN5上的主机数分别为：91，150，3和15。该自治系统分配到的IP地址块为30.138.118/23。试给出每一个局域网的地址块(包括前缀)。,解答,30.138.118/23 29-2 = 512-2 = 510 【30.138.】.118 = 0111 011x xxxx xxxx 从大到小进行划分(后面分的不能被前面包含) LAN3 150, 28: 0111 0110 xxxx xxxx/24 LAN2 91, 27: 0111 0111 0xxx xxxx/25 LAN5 15,25: 0111 0111 100x xxxx/27 LAN4 3, 23: 0111 0111 1010 0xxx/29 Lan1,23: 0111 0111 1010 1xxx/29,38,将结果转成 点分十进制/前缀： LAN1： 30.138.118.0/24,练习,39,5某网络拓扑如图4-15所示，路由器R1只有到达子网192.168.1.0/24的路由。为使R1可以将IP分组正确地路由到图中所有子网，则在R1中需要增加的一条路由（目地网络，子网掩码，下一跳）是（ ）。,图4-15 某网络拓扑 A192.168.2.0，255.255.255.128，192.168.1.1 B192.168.2.0，255.255.255.0， 192.168.1.1 C192.168.2.0，255.255.255.128，192.168.1.2 D192.168.2.0，255.255.255.0， 192.168.1.2,ICMP差错报告报文,40,RIP练习,41,42假定网络中的路由器A的路由表有如下的项目(格式同上题)： N1 4 B N2 2 C N3 1 F N4 5 G 现在A收到从C发来的路由信息(格式同上题)： N1 2 N2 1 N3 3 N4 7 试求出路由器A吏新后的路由表(详细说明每一个步骡)。,OSPF练习,42,3设某网络在某一时刻的结构如下图所示，试用L-S路由算法为节点C计算到各节点的路由表（包括目的地、下一站、最小代价）。,组播、VPN、NAT,组播编址和寻址 组播IP到mac的映射：01005e+0+IP后23位 IGMP：路由器和主机间，维护组成员关系 组播路由协议：计算组播路由 私有地址编址和寻址 10.0.0.0 到 10.255.255.255 172.16.0.0 到 172.31.255.255 192.168.0.0 到 192.168.255.255 私-私： VPN 私-公： NAT,43,44,运输层 UDP:无连接不可靠UDP用户数据报 TCP: 有连接可靠TCP服务 基于端口复用分用、套接字、TCP连接（4元组）、五元组 运输层如何实现可靠传输（可靠传输的原理） 可靠传输：不重多、不丢少、不错、不乱序（按序） 滑动窗口（发送窗口、接收窗口）、确认、重传 ARQ自动重传请求【 Automatic Repeat reQuest 】 停止等待（发送一分组停止，等待确认发送下一分组，超时重传） Go-Back-N （连续发送多个分组，对未确认的超时后全部重传） 选择性重传（ 可接收多个分组，通知重传某出错的分组） TCP连接流量控制：收端控制发端速率（点到点通信量控制技术） 网络拥塞控制（网络全局通信量控制）：慢开始拥塞避免、快重传快恢复【cwnd、ssthresh、AIMD】 TCP连接：三次握手、四次握手【SYN ACK seq ack变化，SYN、FIN占序号】 TCP定时器：重传时间（Karn算法计算RTO）、坚持定时器（0窗口死锁）、2MSL定时器（本连接所有报文消失）、keepalive定时器（对方是否有异常）,第五章 运输层,套接字 (socket),套接字 socket = (IP地址: 端口号) (5-1) 每一条 TCP 连接： 唯一地被通信两端的两个端点（即两个套接字）所确定。即： TCP 连接 := socket1, socket2 = (IP1: port1), (IP2: port2) (5-2) UDP 连接 := socket1, socket2 = (IP1: port1), (IP2: port2) (5-3),45,可靠传输的工作原理,运输层为上层应用进程提供2种服务：UDP/TCP 可靠传输 不重多、不丢少、不错、不乱（按序） 技术手段 确认 自动重传（非接收方通知方要求） 滑动窗口（提高效率） ARQ自动重传请求 停止等待（发送一分组停止，等待确认发送下一分组，超时重传） Go-Back-N （连续发送多个分组，对未确认的全部重传） 选择性重传（ 可接收多个分组，通知重传某出错的分组）,TCP定时器,47,每个tcp连接4个定时器 1.重传定时器（重传） 2.持续定时器（打破0窗口死锁） 3.保活keepalive 4.2MSL定时器,seq = 1, DATA,seq = 201, DATA,seq = 401, DATA,seq = 301, DATA,seq = 101, DATA,seq = 201, DATA,seq = 501, DATA,ACK = 1, ack = 201, rwnd = 300,ACK = 1, ack = 601, rwnd = 0,ACK = 1, ack = 501, rwnd = 100,A,B,允许 A 发送序号 201 至 500 共 300 字节,A 发送了序号 101 至 200，还能发送 200 字节,A 发送了序号 301 至 400，还能再发送 100 字节新数据,A 发送了序号 1 至 100，还能发送 300 字节,A 发送了序号 401 至 500，不能再发送新数据了,A 超时重传旧的数据，但不能发送新的数据,允许 A 发送序号 501 至 600 共 100 字节,A 发送了序号 501 至 600，不能再发送了,不允许 A 再发送（到序号 600 为止的数据都收到了）,丢失！,流量控制举例,A 向 B 发送数据。在连接建立时， B 告诉 A：“我的接收窗口 rwnd = 400（字节）”。,48,24,拥塞避免：慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复,2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22,0,0,4,8,12,16,20,传输轮次,拥塞窗口 cwnd,收到 3 个重复的确认 执行快重传算法,慢开始,“乘法减小”,拥塞避免 “加法增大”,TCP Reno 版本,ssthresh 的初始值,拥塞避免 “加法增大”,新的 ssthresh 值,慢开始,快恢复,49,用三次握手建立 TCP 连接的各状态,CLOSED,CLOSED,A,B,客户,服务器,5.9.1 TCP 的连接建立,50,练习,51,2主机甲向主机乙发送一个（SYN=1，SEQ=11220）的TCP段，期望与主机乙建立TCP连接，若主机乙接受该连接请求，则主机乙向主机甲发送的正确的TCP段可能是（ ）。2011统考 A（SYN=0，ACK=0，SEQ=11221，ACK=11221） B（SYN=1，ACK=1，SEQ=11220，ACK=11220） C（SYN=1，ACK=1，SEQ=11221，ACK=11221） D（SYN=0，ACK=0，SEQ=11220，ACK=11220）,ACK = 1, seq = u + 1, ack = w 1,FIN = 1, ACK = 1, seq = w, ack= u 1,FIN- WAIT-1,CLOSE- WAIT,FIN- WAIT-2,LAST- ACK,被动关闭,数据传送,ESTAB- LISHED,ESTAB- LISHED,A,B,客户,服务器,数据传送,CLOSED,5.9.2 TCP 的连接释放,TCP 连接必须经过时间 2MSL 后才真正释放掉。,52,第六章 应用层,53,DNS： UDP 53、域名解析、递归和迭代解析过程、根、顶、权限、本地服务器 文件传输 FTP：TCP 21/20 (控制连接、数据连接) TFTP： UDP 69 Telnet： tcp 23 WWW HTML：静态、动态、活动 HTTP：TCP 80，持续连接（流水线/非流水线）、状态码（404/503） 电子邮件：UA/SMTP（tcp 25）/POP3（tcp 110）/IMAP（tcp 143）/MIME DHCP: UDP 67/68, IP,掩码,路由、本地dns SNMP: SNMP（客户端）、Agent（服务器 UDP 161）、SMI、MIB 、Get、Set 套接字接口：socket、bind、listen、accept、connect、send、recv、closed 安全协议：HTTPS、SSL、TLS、IPSec,54,编址：IPv6地址采用128比特 记法：IPv6地址采用冒号16进制（零压缩:一连串的0用两个冒号：，只允许出现1次,前导0可去） 过渡方式：双栈、隧道和转换,0000:0000:0000:AF36:7328:0000:87AA:0398,答：零压缩，即一连串的零可以用一对冒号所取代，一个地址只能使用一次零压缩。此外，可将每个分组前导零位去除做简化表示，但每个分组必须至少保留一位数字。 :AF36:7328:0:87AA:398,第十章 下一代互联网,