计算机网络教案word版

计算机网络教案word版 吉林工商学院教案 2010 ——2011 学年 第 一学期 第 1 周至第 15 周 总学时60 课程名称 计算机网络 课程性质 必修、专业 理论:46 学时 任课教师 桑磊、高玉喜 职称 讲师 实验:14 学时 授课专业班级 应用08304、08305、软件09307 《计算机网络基出版社及 人民邮电出版社教材名称 主编 杜煜 础》 出版时间 2010年2月 使学生掌握计算机网络的原理，理解计算机网络的一系列 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 和协 议，了解计算机网络的新技术，为进一步学习局域网技术、网络编程等课 程及将来计算机网络的实际应用打下坚实的基础。通过本课程的学习，使教学目的和 学生掌握计算机网络的基本概念、了解数据通信的基本原理。掌握计算机要求 网络 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，并以OSI体系结构为主线，全面理解广域网、局域网和互联网 的分层协议。要求学生对计算机网络的设计与集成、网络的软硬件、 局 域网的布线系统、网络互连，Internet网络的应用及网络安全等方面的 内容有较深的认识与理解。 教学重点 计算机网络概论、数据通信、OSI参考层、局域网技术、网络互联技术等 和难点 教学方法和手段 多媒体教学、实验室教学 谢希仁.《计算机网络》.电子工业出版社,2002年 主要参考资料 张鹤峰.《计算机网络技术(第2版)》.大连理工大学出版社，2006.12 第 章教学进程 意见: 意见: 意见: 系部检查 签字: 签字: 签字: 年 月 日 年 月 日 年 月 日 学院部门检查 年 月 日 吉林工商学院2010-2011学年 上学期教学进度表 任课教师:高玉喜 所属系部、教研室:计算机网络 课程名称:计算机网络 授课总学时数:60 理论学时数: 46 实验学时数:14 授课班级: 应用08304.08305 参考 授课 堂 讲 授 课堂作业、课堂讨周 课外作业、答疑、课 书籍 (课程章节、题目，教学内容论(写明题目)、 时 辅导等 次 数 提要) 实验、测验等 第一章:计算机网络概论 查询资料分析对思考:给出计算计算机4 第 1.1计算机网络的形成发展 计算机网络的认机网络的几个不网络基 1.2计算机网络定义与功能 识并熟悉网络的同方面的概念并础(第三1 周 1.3 计算机网络组成 基本架构 阐述 版) 1.4计算机网络的分类 第一章:计算机网络概论 根据所学设计出作业一:各种编计算机4 第 1.5计算机网络拓扑结构 符合本单位特色码方式的比较及网络基 1.6计算机网络的拓扑结构 的计算机网络拓绘画。 础(第三2 周 扑结构并图示说版) 明 第二章:数据通信的基础知识 完成实验一:使用思考:差错控制计算机4 2.1 基本概念 串行接口直连两技术的计算。比网络基第 2.2 数据的传输 台计算机 较各种交换技术础(第三3 的不同。 版) 周 第二章:数据通信的基础知识 讨论1:存储转发课后习题 计算机4 第 2.3 数据传输的同步方式 交换方式和线路网络基 2.4 数据的编码和调制技术 交换方式的区别 础(第三4 周 2.5 数据交换技术 讨论2:各种传输版) 介质的区别 第二章:数据通信的基础知识 什么是曼切斯特作业二:手动绘计算机4 第 2.6 信道复用技术 编码和差分曼切制符合本单位特网络基 2.7 传输介质的类型与特点 斯特编码,其特色的校园网络拓础(第三5 周 2.8 通信接口及设备 点如何, 扑结构图 版) 2.9 差错控制技术 第三章:计算机网络体系结构 实验二:使用超级课后习题 计算机4 3.1 网络体系结构及协议的概终端进行串行通网络基第念 信 础(第三63.2 开放系统互连参考模型 版) 周 3.3 TCP/IP的体系结构 3.4 TCP/IP和OSI模型比较 2 第四章:计算机局域网络 水晶头的制作 思考:水平布线计算机4 第4.1 局域网概述 系统包含哪些国网络基74.2 局域网的主要技术 际标准, 础(第三周 4.3 传统以太网 版) 第四章:计算机局域网络 实验三、实验四、熟悉:WIN2000 计算机4 第4.4 高速局域网 实验五: SERVER的基网络基 4.5 交换式以太网 小型对等局域网本操作 础(第三8 周 4.6 虚拟局域网 测试 版) 4.7 无线局域网 第五章:结构化布线系统 实验六:划分子网熟悉:路由器的计算机4 5.1 结构化布线系统概述 并测试子网间的发展历程 网络基 第 5.2 结构化布线系统的组成 连通性 础(第 5.3 典型的水平布线系统 三版) 9 周 5.4 结构化布线系统注意的事 项 第六章:网络操作系统与网络结认识并操作网络课后习题 计算机4 构 设备 网络基第 6.1 网络操作系统及其特点 交换机，网关等 础(第 6.2 网络系统的结构及相关概三版) 10 周 念 6.3网络服务器种类及服务器技 术 第七章 网络的计算模式 实验七:路由器与作业三:网络操计算机4 第 7.1 网络计算模式的发展 静态路由配置 作系统网络基11 7.2 客户机/服务器模式 WIN2000/NT的础(第周 7.3 浏览器/服务器模式 基本特点 三版) 第八章:网络的互连 熟悉常用的网络课后习题 计算机4 第 8.1 互联网络的基本概念 互联设备及其应网络基12 8.2 网络互连设备 用方法 础(第周 三版) 第八章:磁盘管理和组策略 完成P127 第十作业四:常用网计算机4 第8.3 其他网络技术 三题 络互联设备的分网络基13类及其功能 础(第周 三版) 第九章:Internet应用与实验十一:电子邮思考:WWW、计算机4 第件的 申请 关于撤销行政处分的申请关于工程延期监理费的申请报告关于减免管理费的申请关于减租申请书的范文关于解除警告处分的申请 和使用 电子邮件、网络基Intranet 9.1 Internet概述 实验十二:文件传TELNET工作础(第14 周 9.2 域名系统 输服务的使用 原理 三版) 9.3主机配置协议 第九章:Internet应用与实验十三:使用远课后习题 计算机4 第程登录浏览其他网络基Intranet 159.4 简单网络管理协议 TELNET网站 础(第周 9.5 WWW服务 三版) 3 9.6-8 电子邮件等服务 第十章:计算机网络安全 实例解释什么是如何防范你的网计算机4 第 10.1 计算机网络安全概述 络 网络基URL 10.2 计算机网络的安全要求 础(第16 周 10.3 访问控制与设备安全 三版) 10.4 防火墙技术 第 总复习 总复习 答疑 4 17 周 注:1、教学进度表应依据课程教学大纲、教学任务安排和学生的需求与实际接受能力，统筹编写。 2、教师为不同专业或年级讲授同一门课程，若教学内容、周学时、教学进程相同，在 注明全部专业、年级后可填写一份教学进度表。 3、教学进度表编写完成后要经过教研室主任审核签字。 4、外聘教师承担课程的教学进度表，其编写和质量检查工作由所聘系部相应的教研室负责。 5、教学进度表应严格按照教务处拟定的标准格式填写，用A4纸打印。 6、教学进度表一式三份，一份用于教师课程教学、一份交教师所在系、一份由教学秘 书在开学第一周交教务处存档。 教研室主任签字: 年 月 日 4 课程名称:计算机网络 学时: 第 次课 上课日期: 第一章 计算机网路概论 1、教学目的: 通过理论学习，使学生对计算机网络的基本概念有深入的了解和掌握。并对该门课程产生学习的兴趣和爱好。对网络的基本组成、定义、分类及体系结构有所了解，对网络未来发展的方向有个新的认识。 2、教学要求: 了解:计算机网络的形成与发展过程 理解:计算机网络的发展趋势与下一代网络的基本概念 掌握:计算机网络的定义与分类方法 计算机网络的组成与基本概念 计算机网络的体系结构与参考模型的基本概念 重点:计算机网络与TCP/IP的参考模型 难点: 计算机网络与TCP/IP的参考模型 3、教学重点和难点: 重点:计算机网络与TCP/IP的参考模型 难点: 计算机网络与TCP/IP的参考模型 4、教学内容: 第一节 计算机网络的发展、定义与组成 我们已经进入了21世纪。21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。 知识经济中的两个重要特点就是信息化和全球化。 这里所说的网络是指电信网络(主要的业务是电话，但也有其他业务，如传真、数据等)、有线电视网络(即单向电视节目的传送网络，但现已开始逐渐向双向传输网络改造)和计算机网络。这三种网络通常简称为“三网”。 进入20世纪90年代以来，以因特网(Internet)为代表的计算机网络的发展速度十分迅猛，已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络，并已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。 一、计算机网络的发展过程 1、开始于20世纪50年代，数据通信技术与计算机通信网络的研究，为计算机网络的诞生形成了技术准备，并奠定了理论基础(以单个计算机为中心的联机系统---面向终端的计算机网络)。 2、20世纪60年代美国的ARPANET与分组交换技术的研究。(以通信子网为中心的计算机网络)。 3、20世纪70年代，网络体系结构和网络协议的研究对网络体系结构的形成产生 5 了重要的作用(遵循网络体系结构标准而建立的网络)。 4、20世纪90年代。INTERNET产生(信息高速公路)。 二、计算机网络的定义 • 在计算机网络发展过程的不同阶段中，人们对计算机网络提出了不同的定义。不 同的定义反映着当时网络技术发展的水平，及人们对网络的认识程度。 • 三种定义:广义的观点 资源共享的观点 用户透明性的观点 传统定义:利用通信线路和设备，将分布在地理位置上不同的功能独立的计算机按一定形式组织起来，以完善的网络软件实现网络中资源共享和信息传递的自治系统。 三、计算机网络的功能 1、数据通信 2、资源共享 3、分布式处理 第二节 网络协议与体系结构 一、协议及体系结构的概念 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议。一个网络协议主要由以下三个要素组成: (1)语法，即数据与控制信息的结构或格式; (2)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; (3)同步，即事件实现顺序的详细说明。 两个计算机可将文件传送模块作为最高的一层。 二、网络体系结构及其划分好处 分层可以带来如下好处: (1)各层之间是独立的。 (2)灵活性好。 (3)结构上可分割开。 (4)易于实现和维护。 (5)能促进标准化工作。 6 • 一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集; • 对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次结构模型; • 计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的; • 网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构(Network Architecture)。 三、OSI参考模型 • 国际标准化组织ISO发布的最著名的ISO标准是ISO/IEC 7498，通常又称为X.200 建议; • 体系结构标准定义了网络互连的七层框架，即ISO 开放系统互连参考模型; • 在这一框架下，进一步详细规定了每一层的功能，以在实现开放系统环境中的互 连性(interconnection)、互操作性(interoperation)与应用的可移植性 (portability); (一).在OSI标准中，采用的是三级抽象: • 体系结构(Architecture) • 服务定义(Service Definition) • 协议规格说明(Protocol Specification) • OSI参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包括的 可能的服务; • 它是作为一个框架来协调和组织各层协议的制定，也是对网络内部结构最精炼地 概括与描述; (二). ISO将整个通信功能划分为七个层次，划分层次的原则是: 1.网中各结点都有相同的层次; 2.不同结点的同等层具有相同的功能; 3.同一结点内相邻层之间通过接口通信; 4.每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服 务; 5.不同结点的同等层按照协议来实现对等层之间的通信; HOSTHOST 应 用 层应 用 层 表 示 层表 示 层 会 话 层会 话 层 网 络 层网 络 层传 输 层传 输 层 数据链路层数据链路层网 络 层网 络 层 物 理 层物 理 层 数据链路层数据链路层 CCPCCP物 理 层物 理 层 7 传输介质传输介质传输介质 (三).OSI各层的主要功能是: 1.物理层(Physical layer) 物理层处于OSI参考模型的最低层。 物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明地传送比特流; 2.数据链路层(Data link layer) 在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，采用差错控制、流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路; 3.网络层(Network layer) 网络层主要任务是通过路选算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。网络层要实现路由选择、拥塞控制与网络互连等功能; 4.传输层(Transport layer) 传输层的主要任务是向用户提供可靠的端到端(End-to-End)服务，透明地传送报文。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因而是计算机通信体系结构中最关键的一层; 5.会话层(Session layer) 会话层的主要任务是组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换; 6.表示层(Presentation layer) 表示层主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。它包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能; 7.应用层(Application layer) 应用层是OSI参考模型中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要; 四、TCP/IP参考模型 (一)、TCP协议、IP协议都不是OSI标准，但它们是目前最流行的商业化的协议，并被公认为当前的工业标准或“事实上的标准”。 • TCP/IP参考模型最早是由kahn在1974年定义的; • 1985年Leiner等人进一步对它开展了研究; • 1988年Clark在参考模型出现之后对其设计思想进行了讨论; (二)、 TCP/IP协议特点: 1.开放的协议标准，可以免费使用，并且独立 于特定的计算机硬件与操作系统; 2.独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、 广域网，更适用于互连网中; 3.统一的网络地址分配 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，使得整个TCP/IP 设备在网中都具有唯一的地址; 4.标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用 户服务; 8 (三)、TCP/IP参考模型可以分为四个层次: • 应用层(Application layer)---- OSI应用层 • 传输层(Transport layer) ---- OSI传输层 • 互连层(Internet layer) ----OSI网络层 • 主机—网络层(Host-to-Network layer)---- OSI数据链路层及物理层 在TCP/IP参考模型中，对OSI表示层、会话层没有对应的协议。 OSI参考模型TCP/IP参考模型 应 用 层应 用 层 表 示 层 会 话 层 传 输 层传 输 层 网 络 层互 联 层 数据链路层主机-- 网络层物 理 层 • TCP/IP参考模型的互连层相当于OSI参考模型网络层的无连接网络服务; • TCP/IP参考模型的传输层定义了以下两种协议: 1.传输控制协议TCP (Transport Control Protocol), 是一种可靠的面向连接的协议; 2.用户数据报协议UDP (User Datagram Protocol), 是一种不可靠的无连接协议; (四)、TCP/IP参考模型中应用层协议 1.网络终端协议TELNET ---- 远程登录功能; 2.文件传输协议FTP ---- 交互式文件传输功能; 3.电子邮件协议SMTP ---- 电子邮件服务功能; 4.域名服务DNS ---- 网络设备名字到IP地址映射; 5.路由信息协议RIP ---- 网络设备之间交换路由信息; 6.网络文件系统NFS ---- 网络中不同主机间的文件共享; 7.HTTP协议 ---- WWW服务; (五)、OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较 • OSI参考模型与TCP/IP 参考模型的共同之处是:它们都采用了层次结构的概念， 9 在传输层中二者定义了相似的功能。但是，二者在层次划分与使用的协议上，有 很大区别; • 无论是OSI参考模型与协议，还是TCP/IP 参考模型与协议都不是完美的，对二 者的评论与批评都很多。在80年代几乎所有专家都认为OSI参考模型与协议将 风靡世界，但事实却与人们预想的相反; 五(一种建议的参考模型 Andrew S.Tanenbaum建议的5层的参考模型: • 5层的参考模型; • 它与OSI参考模型相比少了表示层与会话层; • 用数据链路层与物理层取代了主机与网络层; • 建议的参考模型的结构 应 用 层 传 输 层 网 络 层 数据链路层 物 理 层 第三节 计算机网络分类 一、从网络的交换方式划分: * 电路交换; * 报文交换; * 分组交换; * 混合交换交换; 二、从网络的作用范围划分 *广域网WAN (Wide Area Network) *局域网LAN (Local Area Network) *城域网MAN (Metropolitan Area Network) 三、从网络的拓扑结构划分 * 星型 * 环型 * 树型 * 网状型 * 总线型 四、从网络的层次结构划分 10 * 主干层网络 * 分布层网络 * 接入层网络 第四节 计算机网络发展及其关键技术 一、数字语音多媒体“三网合一” 1.电信业务网 2.计算机网络 3.广播电视网 二、无线网络 1.无线个域网 2.无线局域网 3.无线城域网 4.无线广域网 三、下一代网络及其关键技术 第五节 网络标准化组织 一、美国国家标准协会(ANSI) 二、电子工业协会(EIA) 三、电气与电子工程师协会(IEEE) 四、国际标准化组织(ISO) 五、国际电信联盟(ITU) 六、Internet管理与标准化组织 11 课程名称:计算机网络 学时: 第 次课 上课日期: 第二章 数据通信与物理层 1、教学目的: 通过对计算机网络相关的数据通信理论知识的学习，使学生理解信号、带宽、传输速率等概念。并同时掌握物理层相关技术。 1).了解计算机通信中信息、数据与信号的基本概念，以及数据通信系统的基本结构; 2).掌握串行与并行通信，单工、半双工与全双工通信，模拟通信、数字通信的特点; 3).掌握双绞线、同轴电缆、光缆、无线通信信道、卫星通信的特点; 4).掌握模拟数据编码方法与数字数据编码的基本原理 与主要特点; 5).了解基带传输的定义与主要特点，掌握数据传输速率的定义; 6).了解频带传输的定义，掌握调制解调器的基本工作原 理; 7).了解多路复用技术的分类，掌握FDM、WDM、TDM的基本工作原理; 8).掌握异步传输与同步传输方式的主要特点; 9).了解广域网中数据交换方式的类型，掌握分组交换方法的基本工作原理; 10).了解数据通信中差错产生的原因与差错类型，掌握误码率的定义与循环冗余编码CRC的基本工作原理; 2、教学要求: 了解:数据通信的基本概念和数据通信基本模型，以及信号的付立叶分析方法 数据编码和数据的传输方式 物理层标准EIA-232-E; 理解:物理层的基本概念和各类传输媒体的特点; 掌握:数据传输率和信道容量等数据通信技术指标的含义和计算方法。 3、教学重点和难点: 重点:数据编码和数据的传输方式 难点:数据编码和数据的传输方式 4、教学内容(按章、节): 第一节 据通信理论基础 一、数据通信的基本概念 1. 信息、数据和信号 • 通信的目的是交换信息(Information); • 信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像; • 计算机产生的信息一般是字母、数字、符号、图形或图像的组合; • 为了传送这些信息，首先要将每一个字母、数字、符号或图形、图像用二进制代 码表示; • 数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号或图形、图像的二进 制代码0、1比特序列的过程; • ASCII编码的优点是:简单，实现容易，编码效率高; 12 • ASCII编码在使用中需要解决的问题: * 第8位(校验位)的确定 ; 一般是根据异步传输或同步传输方式而定; * 数据传输的透明性问题 ; 透明性是指在ASCII编码中被确定为特殊控制字符的编码在传输内容中将不能随便使用; 信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式 • 电话线上传送的按照声音的强弱幅度连续变化的电信号称为模拟信号(analog signal);模拟信号的信号电平是连续变化的; 模拟信号 V(t) 0t • 计算机所产生的电信号是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信 号，这种电信号称为数字信号(dligital signal); 数字信号V(t) 0t 数据(data)是运送信息的实体，而信号(signal)则是数据的电气的或电磁的表现。无论数据或信号，都可以是模拟的或数字的。所谓“模拟的”就是连续变化的，而“数字的”就表示取值是离散的。因此，数字数据(digital data)就是用不连续形式表示的数据。 2.有关信道的几个基本概念 从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三种基本方式。 (1)单向通信:又称为单工通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。 (2)双向交替通信:又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一 13 段时间后再反过来。 (3)双向同时通信:又称为全双工通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息。 有时也常用“单工”这个名词表示“双向交替通信”。 信道可以分成传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道两大类。但应注意，数字信号在经过数模变换后就可以在模拟信道上传送，模拟信号在经过模数变换后也可在数字信道上传送。 信道上传送的信号还有基带(baseband)信号和宽带(broadband)信号之分。 3.信道的极限信息传输速率C可表达为 C = W log2(1+S/N) bit/s 其中:W为信道的带宽(以Hz为单位); S为信道内所传信号的平均功率; N为信道内部的高斯噪声功率。 二、信号的傅立叶分析 三、数据通信中的主要技术指标 1.数据传输速率:数字信道的传输能力常常用数据传输速率来表示，数据传输速率是每秒传输的二进制信息的位数，单位为比特/秒，记作 bit/s.另一个衡量传输能力的指标是码元传输率，也做波特率，指每秒传输的码元的数量，单位为Baud。 S=BlogN(bit/s) 2 S为数据传输率;B为码元传输率;N为一个码元所取的离散值个数。 2.信道容量:表示一个信道的最大数据传输速率，它表示信道传输数据的能力的极限，因此也可以看做信道的传输性能。----类似于带宽 奈奎斯特定理: C=2Hlog2N(bit/s) C为信道最大数据传输速率;H为信道的带宽，单位赫兹;N为一个码元所取的离散值个数。 3.误码率:是二进制数据位传输时出错的概率，它是衡量数据通信系统在正常工作情况 -6下的传输可靠性的指标。在计算机网络中，一般要求误码率低于10 Pe=Ne/N 四、数据编码技术 1.数字数据的数字信号编码 (1)不归零码(NRZ) (2)归零码 (3)自同步码 2.数字数据的模拟信号编码 (1)调幅(AM) (2)调频(FM) (3)调相(PM) 3.模拟数据的数字信号编码 14 (1)抽样 (2)量化 (3)编码 五、数据传输方式 1.并行传输与串行传输 2.同步通信与异步通信 3.基带传输、频带传输和宽带传输 4.多路复用技术 (1)频分多路复用 (2)时分多路复用 (3)波分多路复用 (4)码分多址--CDMA 第二节 物理层的基本概念 用于物理层的协议也常称为物理层规程(procedure)。 可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即: (1)机械特性。 (2)电气特性。 (3)功能特性。 (4)规程特性。 在物理连接上的传输方式一般都是串行传输，即一个比特一个比特地按照时间顺序 传输。但是，有时也可以采用多个比特的并行传输方式。 第三节 物理层标准实例—EIA-232-E接口标准 第四节 物理层下面的传输媒体 1. 同轴电缆 粗缆和细缆 2. 双绞线 屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线 3. 光缆 单模和多模 15 课程名称:计算机网络 学时: 第 次课 上课日期: 第三章 数据链路层 1、教学目的: 通过教学，使学生了解数据链路层的含义和意义，加深对计算机网络体系结构的了解和认识，对OSI/RM参考模型有更深一步的认识，从基本原理上掌握数据是如何从信源发送到信宿的，以及差错控制、流量控制、如何寻址等重要理念。 2、教学要求: 了解:数据链路层的基本功能 、PPPoE协议的作用与原理 理解:停止等待协议、连续ARQ协议等流程控制方法 掌握:PPP协议的工作原理和工作过程 3、教学重点和难点: 重点:停止等待协议、连续ARQ协议 难点: 停止等待协议、连续ARQ协议 4、教学内容: 第一节 数据链路层的基本概念及功能 为什么需要设计数据链路层? 物理层: ---- 物理链路 ---- 比特流传输 ---- 有差错的物理链路 数据链路层: ---- 数据链路 ---- 帧 传 输 ---- 无差错的数据链路 ---- 数据链路层数据服务单元 ---- 帧 电话交换网 ModemModem ComputerComputer 物理线路 数据链路 • 物理链路 ---- 物理链路的建立、维护与拆除比特流传输 ,比特同步,差错控制 • 数据链路 ---- 数据链路的建立、维护与拆除帧包装,帧传输,帧同步,帧的差错 控制 • 数据链路层的功能 ---- 由帧来实现; • 数据链路层 ---- 学习帧结构的设计、帧的使用及链路层协议的实现过程对了解 网络中协议的设计思想与方法非常有用; 16 IBM BSC 面向字符型 ISO BM类型 点—点线路 ANSI:ADLC IBM SNA:SDLC面向比特型 数据链路层协议CCITT:LAPBISO:HDLC LLC802.2X.25 子层 广播线路802.3 MAC802.4 802.5 • 什么是面向字符型协议? ---- 以字符为控制传输信息的基本单元; ASIIC码: 格式字符:SOH (start of heading) STX (start of text) ETB (end of transmission block) ETX (end of text) 控制字符:ACK (acknoledge) NAK (negative acknoledge) ENQ (enquire) EOT (end of transmission) SYN (synchrous) 放送ENQ DLE (data link escape) N ENQ?发送ENQ NY 接收ACK发送ACK ACK? Y 发送数据接收数据,EOT 接收应答YEOT?结束 NAKACKNACK/NAKYN BCC正确? 重发 N发送ACK发送NAK 结束? Y 准备数据发送EOT 17 结束 讨论: • 数据链路工作的三个阶段:数据链路的建立;数据传输;数据链路的拆除; • 传输控制字符的作用是什么, • 为什么要对传送的数据打包, • 数据链路如何在有差错的物理链路无差错的传输数据, • 通信协议对于网络来说是必须的，但协议的复杂性必然会降低线路的通信效率。 如何评价面向字符型数据链路层协议的性能, 典型数据链路层协议分析----面向比特型 • 面向字符型数据链路层协议的缺点: 报文格式不一样; 传输透明性不好; 等待发送方式，传输效率低; • 面向比特型协议设计目标: 以比特作为传输控制信息的基本单元; 数据帧与控制 帧格式相同; 传输透明性好; 连续发送，传输效率高; 8bit8n8N168 ACIICRCFF • F (flaq) :固定格式---- 01111110 ---- 带来的问题是什么, ---- 传输数 据的透明性问题，0bit插入与删除方法; 作用 ---- 帧同步; • A (address) :表示谁的地址,---- 因帧类型与应用而异; • C (control) :表示帧的类型、帧的编号、命令与控制信息; • I (information) :网络层数据，编码可以是任意的，长度可变， max < 256B; • CRC(checksum) :校验A,C,I字段的数据;G(X)= X16+X12+X5+1 ( CRC-16 ) 一、数据链路层的基本概念 链路(link)就是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。 数据链路(data link)则是另一个概念。这是因为当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要通信协议来控制这些数据的传输(这将在后面讨论)。 也有人采用另外的术语。这就是将链路分为物理链路和逻辑链路。物理链路就是上面所说的链路，而逻辑链路就是上面的数据链路，是物理链路加上必要的通信协议。 二、数据链路层的主要功能归纳如下: 18 (1)链路管理 数据链路的建立、维持和释放就叫做链路管理。 (2)帧同步 (3)流量控制(flow control) (4)差错控制 (5)将数据和控制信息区分开 (6)透明传输 (7)寻址 第二节 简单流量控制的数据链路层协议 一、流量控制 二、停止等待协议 停止等待(stop-and-wait)协议是最简单但也是最基本的数据链路层协议。 1.不需要数据链路层协议的数据传输 2. 具有最简单流量控制的数据链路层协议。 由接收方控制发送方的数据流，乃是计算机网络中流量控制的一个基本方法。 假定:链路是理想的传输信道，即所传送的任何数据既不会出差错也不会丢失。 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过来的信息(此信息的格式与内容可由双方事先商定好)，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)向发送结点发一信息，表示数据帧已经上交给主机; (5)转到(1)。 3. 实用的停止等待协议 传输数据的信道不能保证使所传的数据不产生差错，并且还需要对数据的发送端进行流量控制。 图4-3(a)画的是数据在传输过程中不出差错的情况。 当发现差错时，结点B就向主机A发送一个否认帧NAK，以表示主机A应当重传出现差错的那个数据帧。图4-3(b)画出了主机A重传数据帧。 有时链路上的干扰很严重，或由于其他一些原因，结点B收不到结点A发来的数据帧。这种情况称为帧丢失，如图4-3(c)所示。于是就出现了死锁现象。 要解决死锁问题，可在结点A发送完一个数据帧时，就启动一个超时计时器(timeout timer)。若到了超时计时器所设置的重传时间tout而仍收不到结点B的任何确认帧，则 19 结点A就重传前面所发送的这一数据帧，如图4-3(c)和图4-3(d)所示。一般可将重传时 间选为略大于“从发完数据帧到收到确认帧所需的平均时间”。 4. 循环冗余检验 5. 停止等待协议的算法 在发送结点: (1)从主机取一个数据帧。 (2)V(S)?0。 {发送状态变量初始化} (3)N(S)?V(S); {将发送状态变量的数值写入发送序号} 将数据帧送交发送缓存。 (4)将发送缓存中的数据帧发送出去。 20 (5)设置超时计时器。 {选择适当的超时重传时间tout } (6)等待。 {等待以下3个事件中最先出现的一个} (7)若收到确认帧ACK，则: 从主机取一个新的数据帧; V(S)?[1 , V(S)]; {更新发送状态变量，变为下一个序号} 转到(3)。 (8)若收到否认帧NAK，则转到(4)。 {重传数据帧} (9)若超时计时器时间到，则转到(4)。 {重传数据帧} 在接收结点: (1)V(R)?0。 {接收状态变量初始化，其数值等于欲接收的数据帧的发送序号} (2)等待。 (3)当收到一个数据帧，就检查有无产生传输差错(如用CRC)。 若检查结果正确无误，则执行后续算法; 否则转到(8)。 (4)若N(S) = V(R)，则执行后续算法; {收到发送序号正确的数据帧} 否则丢弃此数据帧，然后转到(7)。 (5)将收到的数据帧中的数据部分送交主机。 (6)V(R)?[1 , V(R)]。 {更新接收状态变量，准备接收下一个数据帧} (7)发送确认帧 ACK，并转到(2)。 (8)发送否认帧 NAK，并转到(2)。 状态变量的概念很重要，一定要弄清以下几点: (1)每发送一个数据帧，都必须将发送状态变量V(S)的值(即0或1)写到数据帧的发送序号N(S)上。但只有收到一个确认帧ACK后，才更新发送状态变量V(S)一次(将1变成0或0变成1)并发送新的数据帧。 (2)在接收端，每接收到一个数据帧，就要将发送方在数据帧上设置的发送序号N(S)与本地的接收状态变量V(R) 相比较。若二者相等就表明是新的数据帧，否则为重复帧。 (3)在接收端，若收到一个重复帧，则丢弃它(即不做任何处理)，且接收状态变量不变，但此时仍须向发送端发送一个确认帧ACK。 由于发送端对出错的数据帧进行重传是自动进行的，所以这种差错控制体制常简称为ARQ (Automatic Repeat reQuest)，直译是自动重传请求，但意思是自动请求重传。 第三节 连续ARQ协议 一、连续ARQ协议工作过程及工作原理 先用图4-6所示的简单例子来讨论连续ARQ协议的工作原理。它的要点就是在发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认帧，而是可以连续再发送若干个数据帧。如果这 21 时收到了接收端发来的确认帧，那么还可以接着发送数据帧。由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提高了。 要注意两点: (1)接收端只按序接收数据帧。 (2)结点A在每发送完每一个数据帧时都要设置超时计时器。 二、滑动窗口 发送窗口用来对发送端进行流量控制，而发送窗口的大小WT就代表在还没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧。 发送窗口的规则归纳如下: (1)发送窗口内的帧是允许发送的帧，而不考虑有没有收到确认。发送窗口右侧所有的帧都是不允许发送的帧。图4-7(a)说明了这一情况。 (2)每发送完一个帧，允许发送的帧数就减1。但发送窗口的位置不变。图4-7(b)说明已经发送了0号帧，因此允许发送的帧数就少了一个，即只有4个。 (3)如果所允许发送的5个帧都发送完了，但还没有收到任何确认，那么就不能再发送任何帧了。图4-7(c)表示这种情况。这时，发送端就进入等待状态。 (4)每收到对一个帧的确认，发送窗口就向前(即向右方)滑动一个帧的位置。图4-7(d)表示发送端已经收到了0, 1和2号帧共3个帧的确认，因此发送窗口可以向前滑动3个帧的位置。于是，发送端现在又可以继续发送3个帧(即5 ~ 7号帧)。 22 在接收端只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。接收窗口的规则很简单，归纳如下: (1)只有当收到的帧的序号与接收窗口一致时才能接收该帧。否则，就丢弃它。 (2)每收到一个序号正确的帧，接收窗口就向前(即向右方)滑动一个帧的位置。同时向发送端发送对该帧的确认。 图4-8(a)表明一开始接收窗口处于0号帧处，接收端准备接收0号帧。一旦收到0号帧，接收窗口即向前滑动一个帧的位置(图4-8(b))，准备接收1号帧，同时向发送端发送对0号帧的确认信息。当陆续收到1号至3号帧后，接收窗口的位置应如图4-8(c)所示。 第四节 Internet中数据链路层控制协议 一、PPP协议 1992年制定了PPP协议。PPP协议有如下三个组成部分: (1)一个将IP数据报封装到串行链路的方法。PPP既支持异步链路(无奇偶检验的8比特数据)，也支持面向比特的同步链路。IP数据报在PPP帧中就是其信息部分。这个信息部分的长度受最大接收单元MRU (Maximum Receive Unit)的限制。MRU的默认值是1500字节。 (2)一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP (Link Control Protocol)。通信的双方可协商一些选项。在[RFC 1661]中定义了11种类型的LCP分组。 (3)一套网络控制协议NCP (Network Control Protocol)?，其中的每一个协议支持不同的网络层协议，如IP、OSI的网络层、DECnet以及AppleTalk等。 PPP的帧格式和HDLC的相似，如图4-13所示。PPP不是面向比特而是面向字节的，因而所有的PPP帧的长度都是整数个字节。 23 当PPP用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充(和HDLC的做法一样)。但当PPP用在异步传输时，它就使用一种特殊的字符填充法。PPP不提供可靠传输的服务。 PPP协议之所以不使用序号和确认机制是出于以下的几点考虑: (1)若使用可靠的数据链路层协议(如HDLC)，开销就要增大。 (2)在因特网环境下，PPP的信息字段放入的数据是IP数据报。数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的。 (3)PPP协议在帧格式中有帧检验序列FCS字段。 二、PPPoE协议 1.PPPOE协议简介 通过把最经济的局域网技术---以太网和点对点协议的可扩展性及管理控制功能结合在一起，网络服务提供商和电信运营商便可利用可靠和熟悉的技术来加速部署高速互联网业务。 2.PPPOE协议优点 , 安装与操作方式类似于以往的拨号网络模式，方便用户使用。 , 用户端的DSL调制解调器无须任何配置。 , 允许多个用户共享一个高速数据接入链路。 , 适应小型企业和远程办公的要求。 , 终端用户可同时接入多个ISP，这种动态服务选择的功能可以使ISP容易创建 和提供新的业务。 , 兼容现有所有的XDSL MODEM 和DSL AM。 , 可与ISP现有接入结构相融合。 3.PPPOE的通信流程 (1)发现阶段 (2)PPP会话阶段 24 课程名称:计算机网络 学时: 第 次课 上课日期: 第四章 局域网技术 1、教学目的: 通过理论学习，使学生对计算机网络的局域网的特点有深入的了解和掌握。并对该门课程产生学习的兴趣和爱好。对局域网的特点、分类、拓扑结构及体系结构有所了解，对局域网未来发展的方向有个新的认识。 2、教学要求: 了解:局域网的特点、分类、拓扑结构及几种较典型的局域网操作系统 理解:局域网体系结构 掌握:局域网中Ethernet的组网技术 重点:局域网的体系结构和介质访问控制方式 难点: 局域网的体系结构和介质访问控制方式 3、教学重点和难点: 重点:局域网的体系结构和介质访问控制方式 难点: 局域网的体系结构和介质访问控制方式 4、教学内容: 第六节 局域网概述 一、局域网的特点 1、地理范围小; 2、传输速率高; 3、误码率低; 4、一般只包含OSI参考模型的最低两层。 5、协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。 二、局域网的拓扑结构 按拓扑结构分，局域网可分成总线型、树型、环型和星型。按使用介质分，可分为有线网和无线网两类。 有线网中包括双绞线、同轴电缆和光纤网，而无线网指用红外、微波作为传输介质的局域网。在有线局域网中，又可分成基带网和宽带网，基带网一般采用同轴电缆(50Ω)或双绞线作为传输介质。 • 总线网:采用分布式媒体访问控制方法。 • 环形网:采用分布式媒体访问控制方法。 • 星形网:采用集中式媒体访问控制方法。 三、局域网的媒体访问控制方法 1、具有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)。 载波侦听多路访问(CSMA，Carrier Sense Multiple Access)是一种适合于总线结构 25 的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法，其控制手段称之为“载波侦听”。 CSMA/CD又被称之为“先听后讲，边听边讲”，其具体工作过程概括如下: (1)先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。 (2)如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。 (3)发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线上发出一串阻塞信号(连续几个字节全1)，通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。 (4)已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。 CSMA/CD发送过程可描述如图所示。 站点要求发送 有载波,Y N 延时处理发送一帧信息 YN 有冲突,发出阻塞信号冲突 >16, YN 放弃发送 另作处理 一次发送结束 图4.3 CSMA/CD发送过程流程图CSMA按其算法的不同存在以下三种方式: (1)非-坚持CSMA (2)P-坚持CSMA (3)1-坚持CSMA 2、控制令牌。 (1)令牌环访问控制方式 令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式，已由IEEE802委员会建议成为局域网控制协议标准之一，即IEEE802.5标准。 在令牌环网中，令牌也叫通行证，它具有特殊的格式和标记。令牌有“忙(Busy)”和“空闲(Free)”两种状态。 具有广播特性的令牌环访问控制方式，还能使多个站点接收同一个信息帧，同时具有对发送站点自动应答的功能。其访问控制过程如图所示。 26 BBB Free FreeToken站点Token CACACA Busy Token DDD (a)(b)(c)(2)令牌总线访问控制方式令牌总线访问控制方式(Token-Bus)是在综合了CSMA/CD访问控制方式和令牌环访问控制方式的优点基础上形成的一种介质访问控制方式。令牌总线控制方式主要用于总线型或树型网络结构中。该方式是在物理总线上建立一个逻辑环。如图4-4所示，一个总线结构网络，如果指定每一个站点在逻辑上相互连接的前后地址，就可构成一个逻辑环。如图中A?B?D?E?A(C站点没有连入令牌总线中)。 前,E前,无前,D ACE后,B后,无后,A BUS 前,A前,BBD后,D后,E 3、时槽环。 它只适用于环形网的媒体控制访问。 第七节 局域网的参考模型与协议标准 一、局域网的参考模型 结合局域网自身特点，参考OSI/RM，IEEE802提出了局域网体系结构的参考模型(LAN/RM)，它与OSI/RM的对应关系如图所示。 27 LAN/RM中物理层和数据链路层的功能如下: (1)物理层 (2)数据链路层 ?介质访问控制层MAC ?逻辑链路控制层LLC 二、IEEE的802标准 IEEE802为局域网LAN内的数字设备提供了一套连接的标准，后来又扩大到城域网MAN。这些标准分别是: , IEEE802.1A IEEE802.7 , IEEE802.1B IEEE802.8 , IEEE802.2 IEEE802.9 , IEEE802.3 IEEE802.10 , IEEE802.4 IEEE802.11 , IEEE802.5 IEEE802.12 , IEEE802.6 第八节 以太网技术 一、以太网概述 以太网(Ethernet)是由美国Xerox公司和Stanford大学联合开发并于1975年提出的，目的是为了把办公室工作站与昂贵的计算机资源连接起来，以便能从工作站上分享计算机资源和其他硬件设备。 1983年IEEE802委员会公布的802.3局域网络协议(CSMA/CD)，基本上和Ethernet技术 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 一致，于是，Ethernet技术规范成为世界上第一个局域网的工业标准。 Ethernet的主要技术规范: 拓扑结构:总线型。 介质访问控制方式:CSMA/CD。 传输速率:10Mbps。 传输介质:同轴电缆(50Ω)或双绞线。 最大工作站数:1024个。 最大传输距离:2.5km(采用中继器)。 报文长度:64~1518 Byte 二、以太网的工作原理 *MAC地址 *以太网的帧结构 *以太网的媒体访问控制 三、传统以太网的连接方式 (1)细缆以太网(10BASE-2) 10BASE-2以太网采用0.2英寸50Ω的同轴电缆作为传输介质，传输速率为 28 10Mbps。10BASE-2使用网卡自带的内部收发器(MAU)和BNC接口，采用T形接头就可将两端的工作站通过细缆连接起来，组网开销低，连接方便。 (2)双绞线以太网(10BASE-T) 10BASE-T以太网是使用非屏蔽双绞线电缆来连接的传输速率为10mbps的以太网。 第九节 以太网交换技术 一、传统以太网的局限性 二、以太网交换机和交换式以太网 1、交换机的过滤与转发 2、交换机的自学习 3、交换式以太网技术的优点 三、虚拟局域网 1、基于端口划分的VLAN 2、基于MAC地址划分的VLAN 3、基于网络层划分的VLAN 第十节 局域网扩展 一、在物理层扩展局域网 1、集线器的使用 2、使用集线器建立10Base-T网络 二、在数据链路层扩展局域网 1、网桥的基本原理 2、两种常用的网桥 第十一节 快速以太网 快速以太网是在传统以太网基础上发展的，因此它不仅保持相同的以太帧格式，而且还保留了用于以太网的CSMA/CD介质访问控制方式。由于快速以太网的速率比普通以太网提高了10倍，所以快速以太网中的桥接器、路由器和交换机都与普通以太网不同，它们具有更快的速度和更小的延时，100BASE-T与10BASE-T的比较见表4-1。 29 第十二节 1Gbit/s高速以太网技术 一、千兆以太网的物理层协议 二、千兆以太网的MAC子层 三、千兆以太网的特点 1、 简易性 2、 扩展性 3、 可靠性 4、 经济性 5、 可管理维护性 6、 广泛应用性 第十三节 无线局域网技术 一、无线局域网概述 无线局域网利用电磁波在空气中发送和接收数据，而无需线缆介质。无线局域网的数据传输速率现在已经能够达到11Mbit/s，传输距离可远至20km以上。它是对有线联网方式的一种补充和扩展，使网上的计算机具有可移动性，能快速方便地解决使用有线方式不易实现的网络联通问题。与有线网络相比，无线局域网具有以下优点: 安装便捷。一般在网络建设中，施工周期最长、对周边环境影响最大的，就是网络布线施工工程。在施工过程中，往往要破墙掘地、穿线架管。而无线局域网最大的优势就是免去或减少了网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点AP设备，就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。 ——使用灵活。在有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。而一旦无线局域网建成后，在无线网的信号覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络。 ——经济节约。由于有线网络缺少灵活性，要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要，这就往往导致预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出了设计规划，又要花费较多费用进行网络改造，而无线局域网可以避免或减少以上情况的发生。 ——易于扩展。无线局域网有多种配置方式，能够根据需要灵活选择。这样，无线局域网就能胜任从只有几个用户的小型局域网到有上千用户的大型网络，并且能够提供像“漫游”等有线网络无法提供的特性。由于无线局域网具有多方面的优点，所以发展十分迅速。在最近几年里，无线局域网已经在医院、商店、工厂和学校等不适合网络布线的场合得到了广泛应用。 二、IEEE 802.11 1、IEEE 802.11的物理层 2、介质访问控制(MAC)子层 三、其它无线局域网技术 1、HomeRF 是由HomeRF工作组开发的，适合家庭区域范围内，在PC和用户电子设备之间实现无线数字通信的开放性工业标准。 2、红外线数据标准 是一种利用红外线进行点对点通信的技术 3、蓝牙技术 是一种支持设备短距离通信(一般是10m之内)的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz 频带，带宽为1Mb/s 30 课程名称:计算机网络 学时: 第 次课 上课日期: 第五章 广域网与网络互联技术 1、教学目的: 通过对计算机广域网理论知识的学习，使学生理解广域网的基本概念和体系模型。并同时掌握广域网的工作机制。 2、教学要求: 了解:广域网的基本概念和体系模型 理解:广域网的数据交换原理 掌握:掌握广域网的工作机制 3、教学重点和难点: 重点:广域网链路、广域网路由选择机制 难点:广域网链路、广域网路由选择机制 4、教学内容: 第一节 广域网和广域网技术 一、广域网的基本概念 简称WAN，是一种跨越大的地域的网络，通常包含一个国家或洲。广域网包含运行用户程序的机器和子网两部分。运行用户程序的计算机通常称为主机(host)，在有的文献中称为端点系统(end system)。主机通过通讯子网(communication subnet)进行连结. 子网的主要功能是把消息从一台主机传送到另一台主机上，通过将通讯部分(子网)和应用部分(主机)分开，使得网络的设计得到简化。 子网通常由传输线和交换单元组成。传输线也称线路、信道和干线，在机器之间传送数据。交换单元是一种特殊的计算机，用于连结两条或更多的传输线。交换单元通常称为分组交换节点、中介系统)、数据开关交换、路由器等。以后我们称之为路由器。 31 广域网中，网络包含大量的电缆和电话线，每一条都连结一对路由器。如果两路由器之间没有连线而又想进行通讯，则必须通过中间路由器。当通过中间路由器把分组将从一个路由器发送到另一个路由器时，中间路由器就会将分组接收并保存起来。当需要输出的线路空闲时，该分组就会转发出去。使用这种原理的子网被称作点到点、存储-转发或分组交换子网 1、广域网的特点 • 主要提供面向通信的服务，支持用户使用计算机进行远距离的信息交换; • 覆盖范围广; • 广域网是跨地区的数据通信网络; • 主要应用与,,，参考模型的物理层、数据链路层和网络层; • 信号的传播延迟比局域网要大得多; • 广域网内节点之间通常采用点到点的方式进行通信; • 主要用于实现局域网的远程互联、远距离计算机之间的数据通信和更大范围的资 源共享: • 比局域网具有更加复杂的路由策略。 2.广域网的组成 广域网由节点交换机(也叫交换机、分组交换节点、数据交换设备)以及连接这些交换机的链路组成那个。 二、广域网技术 ,、广域网提供的服务 数据报服务的特点: * 主机可以随时发送数据; * 每个分组根据其中表示的地址独立地选择路由; * 数据包不保证按发送顺序到达目的站; * 当网络发生拥塞时，网络重的某个节点可以将一些分组丢弃; * 端到端的流量和差错控制由主机负责; * 适用于批量短报文传送、电子邮件及多播等应用环境; * 源主机和目的主机通信之前，源主机要先请求一个虚呼叫; * 发送的所有分组都必须经这条虚电路传送，数据传送结束后，还要释放虚电路; * 虚电路服务能够保证分组按顺序交付，不丢失、不重复; * 能够提供可靠、有质量保证的服务，适用于文件传送的应用场合; * 端到端的流量和差错控制由通信子网负责。 ,、典型的广域网 * X.25分组交换网:一般来说要完成三个基本的过程: (1)分段和重装的过程。 (2)选择传输路径的过程。 (3)各网络节点的交换过程。 * 帧中继 FR 32 * 异步传输模式ATM * SDH SDH与PDH技术相比，具有一下明显的优点: (1)统一的接口标准。 (2)网络管理能力大大加强 (3)提出了自愈网的新概念 (4)采用字节复用技术 第二节 广域网路由问题 一、路由的基本概念 1.与路由相关的基本概念 * 跳数(hop count)，指一个分组从源节点到达目的节点所经过的路由器的个数。 * 带宽(bandwidth),指链路的传输速率。 * 延时(delay)，指一个分组从源节点到达目的几点所花费的时间。 * 负载(load)，指通过路由器或线路的单位时间通信量。 * 可靠性(reliability):指传输过程中的误码率。 * 开销(overhead):一般是指传输过程中的耗费，通常与所使用的链路带宽有关。 2. 最小费用路由的含义 3. 分布式路由 4. 包的生存期 二、分层编址与路由表 三、广域网的路由选择算法 1、通常有两类路由选择策略: * 静态路由选择(Static routing)。节点交换机启动时设置路由，以后不再改变，是一种非适应路由选择策略。 * 动态路由选择(Dynamic routing)。节点交换机启动是自动建立初始路由当网络状态发生变化时随时更新，是一种自适应路由选择策略。 2、一个理想的路由算法应具有一下特点: * 算法必须是正确和完整的，能够给出到达所有目的站的路由，并且所给出的路由应是正确的。 * 算法在计算上应该简单，路由选择的计算不应是哟个网络通信量增加太多的额外开销。 * 算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，即要有适应性。 * 算法应具有稳定性。 * 算法应是最佳的。最佳是指以最低的费用来实现路由算法。 3、下面根据算法的适应行探讨非适应路由选择算法和自适应路由选择算法 (1)非适应路由选择算法 * 静态路由算法 * 分散通信量算法 33 * 洪泛法 * 随机走动法 (2)自适应路由选择算法 * 分布式路由选择 * 链路状态路由算法 第三节 IP协议 一、 IP地址 1、IP地址的概念和分类 概念:我们知道因特网是全世界范围内的计算机联为一体而构成的通信网络的总称。联在某个网络上的两台计算机之间在相互通信时，在它们所传送的数据包里都会含有某些附加信息，这些附加信息就是发送数据的计算机的地址和接受数据的计算机的地址。象这样，人们为了通信的方便给每一台计算机都事先分配一个类似我们日常生活中的电话号码一样的标识地址，该标识地址就是我们今天所要介绍的IP地址。根据TCP/IP协议规定，IP地址是由32位二进制数组成，而且在INTERNET范围内是唯一的。例如，某台联在因特网上的计算机的IP地址为: 11010010 01001001 10001100 00000010 很明显，这些数字对于人来说不太好记忆。人们为了方便记忆，就将组成计算机的IP地址的32位二进制分成四段，每段8位，中间用小数点隔开，然后将每八位二进制转换成十进制数，这样上述计算机的IP地址就变成了:210.73.140.2。 分类方式:由于网络中包含的计算机有可能不一样多，有的网络可能含有较多的计算机，也有的网络包含较少的计算机，于是人们按照网络规模的大小，把32位地址信息设成三种定位的划分方式，这三种划分方法分别对应于A类、B类、C类IP地址。 1(A类IP地址 一个A类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，A类IP地址就由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”。A类IP地址中网络的标识长度为7位，主机标识的长度为24位，A类网络地址数量较少，可以用于主机数达1600多万台的大型网络。 2(B类IP地址 一个B类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前两段号码为网络号码，B类IP地址就由2字节的网络地址和2字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”。B类IP地址中网络的标识长度为14位，主机标识的长度为16位，B类网络地址适用于中等规模规模的网络，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。 3(C类IP地址 一个C类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，C类IP地址就由3字节的网络地址和1字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。C类IP地址中网络的标识长度为21位，主机标识的长度为8位，C类网络地址数量较多，适用于小 34 规模的局域网络，每个网络最多只能包含254台计算机。 除了上面三种类型的IP地址外，还有几种特殊类型的IP地址，TCP/IP协议规定，凡IP地址中的第一个字节以“11110”开始的地址都叫多点广播地址。因此，任何第一个字节大于223小于240的IP地址是多点广播地址;IP地址中的每一个字节都为0的地址(“0.0.0.0”)对应于当前主机;IP地址中的每一个字节都为1的IP地址(“255(255(255(255”)是当前子网的广播地址;IP地址中凡是以“11110”的地址都留着将来作为特殊用途使用;IP地址中不能以十进制“127”作为开头，127(1(1(1用于回路测试，同时网络ID的第一个6位组也不能全置为“0”，全“0”表示本地网络。 2、 子网的划分 二、无类型域间路由协议CIDR 1、 CIDR 2、无类地址 3、超网化 4、CIDR的工作方式 三、，,地址与硬件地址 IP地址只是主机在网络层中的地址，它是不能直接用来进行通信的。要将网络层重传送的数据报交给目的主机，需要交给链路层封装成 MAC帧后才能发送到网络上。而MAC帧使用的是主机的硬件地址，因此必须在主机的IP地址和硬件地址之间进行转换。 四、，,分组 互联网协议(IP)的目的是提供必要的功能，使一个个IP分组从源发主机通过网络互联系统传递到目的地主机。IP分组也称IP数据报，它是以无连接方式通过网络传输的。无连接的意思就是指在数据传输之前源节点与目标节点并不建立连接。 五、 ，,分组的转发 根据IP地址的分类和子网划分，可以判断不同网络设备所处的位置。处于同一个子网中的两台主机相互通信时，可以直接使用ARP协议获得对方的硬件地址，然后姜IP分组封装在数据链路帧中进行发送，这种方式称为直接交付。但是，对于不在同一子网重的两台主机来说，它们之间的通信就必须通过路由进行转发，称为间接交付。这是因为，两个不同的子网之间是通过路由器进行互联的，由于路由器不对ARP请求进行转发，所以主机就无法通过ARP协议获得其他子网内主机的硬件地址。因此，它只有先获得所在子网路由器的硬件地址，然后将IP分组交给路由器进行转发。路由器是连接不同子网的网络层设备，它可以根据IP分组中的目的IP地址来判断应该将分组转发到哪个网络上。 第四节 ，,路由选择协议 一、路由选择策略和路由选择协议 ,、静态路由选择策略 (,)泛射路由选择法 (,)固定路由选择法 ,、动态路由选择策略 (,)距离向量路由算法。 35 (,)链路状态路由算法 二、 路由信息协议RIP 1、工作原理 2、RIP协议报文格式 三、 开放最短路径优先协议OSPF 1、OSPF协议的基本特点 2、OSPF分组 3、OSPF的工作过程 四、边界网关协议BGP 第五节 互联网控制报文协议ICMP 1、 ICMP报文格式 2、 测试可达性和状态 3、目的不可达报告 4、源抑制 5、路由控制和重定向报文 6、检测循环和超时报告 7、参数错误报告 8、时戳同步和传输时间估计 9、获得网络地址 10、获得子网掩码 第六节 拥塞控制 一、 拥塞控制的意义 二、拥塞控制和流量控制的区别 三、拥塞控制的原理 四、虚电路的拥塞控制 五、抑制分组 六、载荷脱落 第七节 服务质量 一、漏桶算法 二、令牌桶算法 第八节 IPv6协议 一、IPv4协议历史的回顾与不足 IPV4通过提供具有下面主要特征的服务来实现其功能: (1)统一寻址 (2)尽力服务(best-effort) 不足之处: (1)地址资源即将枯竭 (2)路由选择效率不高 36 (3)缺乏提供QoS的保障 (4)缺少对于移动特性的支持 (5)在安全性方面的不足 二、IPv6协议 1、 IPv6产生的背景和经过 IPv6是"Internet Protocol Version 6"的缩写，也被称作下一代互联网协议，它是由IETF设计的用来替代现行的IPv4协议的一种新的IP协议。今天的互联网大多数应用的是IPv4协议，IPv4协议已经使用了20多年，在这20多年的应用中，IPv4获得了巨大的成功，同时随着应用范围的扩大，它也面临着越来越不容忽视的危机，例如地址匮乏等等。IPv6是为了解决IPv4所存在的一些问题和不足而提出的，同时它还在许多方面提出了改进，例如路由方面、自动配置方面。经过一个较长的IPv4和IPv6共存的时期，IPv6最终会完全取代IPv4在互连网上占据统治地位。对比IPv4，IPv6有如下的特点，这些特点也可以称作是IPv6的优点:简化的报头和灵活的扩展 ;层次化的地址结构 ;即插即用的连网方式 ;网络层的认证与加密 ;服务质量的满足 ;对移动通讯更好的支持。 2、 IPv6基本报头格式 IPv4和IPv6报头格式主要区别如下:IPv6报头采用基本报头+扩展报头链组成的形式，这种设计可以更方便地增添选项以达到改善网络性能、增强安全性或添加新功能的目的。 3、 IPV6的地址类型 三种类型:单播、泛播和组播。 4、 IPv6的路由和寻址 IPV,的路由和寻址同IPV4相比并没有太大变化。适用于IPV4的几种基本的路由协议在经过改动后均可适用于IPV6。 5、 ICMPv6 三、IPv6协议新特性 1、邻居发现与利用邻居发现实现自动配置 2、IPv6重的安全性分析 3、IPv6服务质量功能 37 课程名称:计算机网络 学时: 第 次课 上课日期: 第六章 传输层协议 1、教学目的: 通过对第六章的学习，使学生了解并掌握传输层的基本原理和功能，TCP和UDP的数据传输方式，以及TCP的流量控制和拥塞控制原理。 2、教学要求: 了解: 传输层向服务层提供的服务，以及事先应用服务的传输层协议的基本内容 理解: 传输层协议基本概念和算法 掌握:传输层控制的基本原理和功能 TCP和UDP的数据传输方式 TCP中的流量控制和拥塞控制原理 3、教学重点和难点: 重点: TCP中的流量控制和拥塞控制原理 难点: TCP中的流量控制和拥塞控制原理 4、教学内容: 第一节 传输层控制的基本原理 a) 传输层的功能 传输层是OSI中最重要, 最关键的一层,是唯一负责总体的数据传输和数据控制的一层.传输层提供端到端的交换数据的机制.传输层对会话层等高三层提供可靠的传输服务,对网络层提供可靠的目的地站点信息. 传输层的主要功能: (,)为端到端连接提供可靠的传输服务. (,)为端到端连接提供流量控制,差错控制,服务质量(Quality of Service,QoS) 等管理服务. 二、 传输服务原语 传输服务类似于网络服务，二者之间存在一些区别: (,) 网络服务倾向于将世纪网络提供的服务模型化。 (,) 网络曾服务和传输层服务的服务对象是不同的。 通过以下的一个简单传输服务的,种原语说明和了解传输服务的过程: (,) LISTN (,) CONNECT (,) SEND (,) RECEIVE (,) DISCONNECT 第二节 服务质量QOS(Quality of Senice) 38 QoS的英文全称为"Quality of Service"，中文名为"服务质量"。QoS是网络的一种安全机制, 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。当网络过载或拥塞时，QoS 能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。 通过以下参数对其进行描述: (1)连接建立延迟 (2)连接建立失败的概率 (3)吞吐率 (4)传输延迟 (5)残余误码率 (6)安全保护 (7)优先级 (8)恢复功能 第三节 传输层的端口 TCP 和UDP都具有端口号，用于表示数据交换的参与者。在接收端，IP协议标识段先于端口号进行检查，而且TCP和UDP队端口号的使用相互独立。同一端口号可以有两种不同的用途。如果一个使用它为TCP服务，则另一个还可以将它用在UDP上。 常用TCP/UDP端口 21与20端是FTP常用端口 23端口是Telnet服务的端口 25端口是SMTP服务端口 80端口是WWW(万维网)常用端口 110端口是POP3服务的端口 第四节 用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol) UDP 也提供复用和分解的功能。它接收多个应用程序送来的数据报，把它们送给 IP 层区传输，同时它接受 IP 层送来的 UDP 数据报，把它们送给对应的应用程序。 从概念上讲，所有的 UDP 软件与应用程序之间的复用和分解都要通过端口机制来实现。实际上每个应用程序在发送数据报之前必须与操作系统进行协商以获得协议端口和相应的端口号。凡是利用指定的端口发送数据报的应用程序都把端口号放入 UDP 报文中的源端口字段中。 第五节 传输控制层协议TCP 一、传输控制层协议 TCP:传输控制协议(TCP:Transmission Control Protocol)传输控制协议是一个 TCP/IP 组中能够实现可靠数据传送的传输层协议，并通过顺序响应能实现对应用程序的的虚拟连接服务，在必要的时候进行包转发。与 IP 协议相结合，TCP 代表了网络协议的核心。 二、寻址 三、TCP传输连接的建立与释放 39 TCP 是一个面向连接的协议，无论哪一方向另一方发送数据之前，都必须先在双方之间建立一条连接。本节将详细讨论一个TCP 连接是如何建立的以及通信结束后是如何终止的。 1、 传输的连接建立 TCP使用三次握手 ( three-way handshake ) 协议来建立连接，下图描述了三次握手的报文序列。这三次握手为: 请求端(通常称为客户)发送一个 SYN 报文段( SYN 为 1 )指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始顺序号( ISN )。 服务器发回包含服务器的初始顺序号的 SYN 报文段( SYN 为 1 )作为应答。同时，将确认号设置为客户的 ISN 加 1 以对客户的 SYN 报文段进行确认( ACK 也为 1 )。 客户必须将确认号设置为服务器的 ISN 加 1 以对服务器的 SYN 报文段 进行确认( ACK 为 1 )，该报文通知目的主机双方已完成连接建立。 发送第一个 SYN 的一端将执行主动打开( active open )，接收这个 SYN 并发回下一个 SYN 的另一端执行被动打开( passive open )。另外， TCP 的握手协议被精心设计为可以处理同时打开( simultaneous open )，对于同时打开它仅建立一条连接而不是两条连接。因此，连接可以由任一方或双方发起，一旦连接建立，数据就可以双向对等地流动，而没有所谓的主从关系。 三次握手协议是连接两端正确同步的充要条件。因为 TCP 建立在不可靠的分组传输服务之上，报文可能丢失、延迟、重复和乱序，因此协议必须使用超时和重传机制。如果重传的连接请求和原先的连接请求在连接正在建立时到达，或者当一个连接已经建立、使用和结束之后，某个延迟的连接请求才到达，就会出现问题。采用三次握手协议(加上这样的规则:在连接建立之后 TCP 就不再理睬又一次的连接请求)就可以解决这些问题。 三次握手协议可以完成两个重要功能:它确保连接双方做好传输准备，并使双方统一了初始顺序号。初始顺序号是在握手期间传输顺序号并获得确认:当一端为建立连接而发送它的 SYN 时，它为连接选择一个初始顺序号;每个报文段都包括了顺序号字段和确 40 认号字段，这使得两台机器仅仅使用三个握手报文就能协商好各自的数据流的顺序号。一般来说， ISN 随时间而变化，因此每个连接都将具有不同的 ISN 。 ,、释放传输连接 TCP 连接建立起来后，就可以在两个方向传送数据流。当 TCP 的应用进程再没有数据需要发送时，就发关闭命令。 TCP 通过发送控制位 FIN=1 的数据片来关闭本方数据流，但还可以继续接收数据，直到对方关闭那个方向的数据流，连接就关闭。 TCP 协议使用修改的三次握手协议来关闭连接， 如图所示，即终止一个连接要经过 4 次握手。这是因为 TCP 的半关闭( half-close )造成的。由于一个 TCP 连接是全双工(即数据在两个方向上能同时传递)，因此每个方向必须单独地进行关闭。关闭的原则就是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个 FIN 来终止这个方向连接。当一端收到一个 FIN ，它必须通知应用层另一端已经终止了那个方向的数据传送。发送 FIN 通常是应用层进行关闭的结果。 从一方的 TCP 来说，连接的关闭有三种情况: • 本方启动关闭 收到本方应用进程的关闭命令后， TCP 在发送完尚未处理的报文段后，发 FIN , 1 的报文段给对方，且 TCP 不再受理本方应用进程的数据发送。在 FIN 以前发送的数据字节，包括 FIN ，都需要对方确认，否则要重传。注意 FIN 也占一个顺序号。一旦收到对方对 FIN 的确认以及对方的 FIN 报文段，本方 TCP 就对该 FIN 进行确认，在等待一段时间，然后关闭连接。等待是为了防止本方的确认报文丢失，避免对方的重传报文干扰新的连接。 • 对方启动关闭 当 TCP 收到对方发来的 FIN 报文时，发 ACK 确认此 FIN 报文，并通知应用进程连接正在关闭。应用进程将以关闭命令响 应。 TCP 在发送完尚未处理的报文段后，发一 41 个 FIN 报文给对方 TCP ，然后等待对方对 FIN 的确认，收到确认后关闭连接。若对方的确认未及时到达，在等待一段时间后也关闭连接。 • 双方同时启动关闭 连接双方的应用进程同时发关闭命令，则双方 TCP 在发送完尚未处理的报文段后，发送 FIN 报文。各方 TCP 在 FIN 前所发报文都得到确认后，发 ACK 确认它收到的 FIN 。各方在收到对方对 FIN 的确认后，同样等待一段时间再关闭连接。这称之为同时关闭( simultaneous close )。 第六节 TCP流量与拥塞及其管理 一、 TCP的流量控制 在数据传输中，为防止网络的拥塞，必须对数据传输过程中的数据进行控制，传输层的流量控制在某些方面与数据链路层的流量控制有些相似。对传输层而言，如果网络服务是不可靠的，那么发送方就必须像在数据链路层一样缓存所有发送的TPDU，以备重发。但是如果网络服务是比较可靠的，特别是党发送方知道接受方总有缓存空间时，那么可以不保存所发送的TPDU的备份。即使接受方能缓存数据，但由于TPDU长度的变化，缓冲区大校仍然是个问题。要解决这个问题，一般可以采用三种方法: (,)采用固定的缓存区; (,)使用可变化的缓存区; (,)为每个连接准备一个很大的循环缓冲区。 二、 多路复用 数据通信系统或计算机网络系统中,传输媒体的带宽或容量往往超过传输单一信号的需求,为了有效地利用通信线路,希望一个信道同时传输多路信号,这就是所谓的多路复用技术(MultiplexiI1g)。采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输,在远距离传输时可大大节省电缆的安装和维护费用。频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用IBM (Time Di-vision MultiplexiIIg)是两种最常用的多路复用技术。 三、 崩溃恢复 四、 拥塞控制 1、拥塞现象 拥塞现象是指到达通信子网中某一部分的分组数量过多,使得该部分网络来不及处理,以致引起这部分乃至整个网络性能下降的现象,严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿,即出现死锁现象。这种现象跟公路网中经常所见的交通拥挤一样,当节假日公路网中车辆大量增加时,各种走向的车流相互干扰,使每辆车到达目的地的时间都相对增加(即延迟增加),甚至有时在某段公路上车辆因堵塞而无法开动(即发生局部死锁)。网络的吞吐量与通信子网负荷(即通信子网中正在传输的分组数)有着密切的关系。当通信子网负荷比较小时,网络的吞吐量(分组数/秒)随网络负荷(每个节点中分组的平均数)的增加而线性增加。当网络负荷增加到某一值后,若网络吞吐量反而下降,则表征网络中出现了拥塞现象。在一个出现拥塞现象的网络中,到达某个节点的分组将会遇到无缓冲区可用的情况,从而使这些分组不得不由前一节点重传,或者需要由源节点或源端系统重传。当拥 42 塞比较严重时,通信子网中相当多的传输能力和节点缓冲器都用于这种无谓的重传,从而使通信子网的有效吞吐量下降。由此引起恶性循环,使通信子网的局部甚至全部处于死锁状态,最终导致网络有效吞吐量接近为零。 2、拥塞发生的原因 (,)多条流入线路有分组到达，并需要统一输出线路，此时，如果路由器没有足够的内存来存放所有这些分组，那么有的分组就会丢失。 (,)路由器的慢速处理器难以完成必要的处理工作，那么即使有多余的线路容量，分组也需要进入队列之中。 3、拥塞控制的通用原则 根据控制论，拥塞控制方法分为两类 (1)、开环控制 通过好的设计来解决问题，避免拥塞发生; 拥塞控制时，不考虑网络当前状态; (2)、闭环控制 基于反馈机制; 4、拥塞的预防策略 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。 5、TCP拥塞解决方法 其拥塞控制算法需要三个参数:接收方窗口、拥塞窗口和临界值。 43