謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義

1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

5分

考試分析-形勢(shì)分析

■（重點(diǎn)）知識(shí)點(diǎn)要全面（大題、小題）

■緊扣考綱,掌握重點(diǎn)（150、135）

■體系…要有運(yùn)籌帷幄的感覺(jué)

考試分析-組成原理

-以基礎(chǔ)知識(shí)為本質(zhì)的交個(gè)計(jì)算機(jī)整體框

架令

-最簡(jiǎn)單的科目也不變應(yīng)萬(wàn)變

----行散神不貳

-目標(biāo)

■—建立體系，全面拿下

4考試分析-數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

-結(jié)構(gòu)和算法氐

■理解，溶化（重點(diǎn)明確，出題萬(wàn)變）

-只要功夫深I(lǐng)

考試分析-操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)

-把握重點(diǎn)知識(shí)

■基本概念

■大題只能是重點(diǎn)知識(shí)

L科目分析

■組成原理、網(wǎng)絡(luò)（◎框圖）

■操作系統(tǒng)（實(shí)際）

■數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

I題目分析

-顯式（知道怎么考，形式）

-不清楚（理解，深刻理解）

■網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)

網(wǎng)絡(luò)課程目標(biāo)

■知識(shí)比較零散，整體上理解

■概念需要記憶，協(xié)議要熟悉（與網(wǎng)絡(luò)的

發(fā)展有關(guān)?學(xué)習(xí)方法要適應(yīng)）

■結(jié)合實(shí)際應(yīng)用

■---qq消息

4網(wǎng)絡(luò)知識(shí)點(diǎn)梳理

?物理層

-鏈路層

-網(wǎng)絡(luò)層

-傳輸層

-應(yīng)用層

物理層（小題）

■幾種交換方式區(qū)別

■設(shè)備

■概念

3鏈路層

■編碼

-傳輸協(xié)議（x）°

■訪(fǎng)問(wèn)控制（X）

-局域和廣域網(wǎng)協(xié)議

34網(wǎng)絡(luò)層（重點(diǎn)）

■路由算法（義）

■IPv4和v6

■I現(xiàn)址（X）

-路由協(xié)邏之

■路由過(guò)程,Xx）

■其他網(wǎng)絡(luò)方式

<5傳輸層

■TCP和UDP

■TCP三大特征（X

46應(yīng)用層

■了解

■概念（比如DNS和FTP）

1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

■計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)是計(jì)算機(jī)

網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合％

-體系結(jié)構(gòu)就是這個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完

成的功能的精確定義。

■實(shí)現(xiàn)(implementation)是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的

前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問(wèn)題。

■體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實(shí)現(xiàn)則是具體的，是真

正在運(yùn)行的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。

1.1五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)

■TCP/IP是四層的體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運(yùn)

輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。

■最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒(méi)有具體內(nèi)容。

■因此往往采取折中的辦法，即綜合OSI

和TCP/IP的優(yōu)點(diǎn)，采用一種只有五層協(xié)

議的體系結(jié)構(gòu)。

五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)

5應(yīng)用層/

■應(yīng)用層(applicationlayer)

4運(yùn)輸層/

■運(yùn)輸層(transportlayer)

3網(wǎng)絡(luò)層/

■網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)

數(shù)據(jù)鏈路層/

2》數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)

1物理層

■物理層(physicallayer)

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)2

應(yīng)用進(jìn)程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層

加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層PDU5

4

3

2

11□

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)2

AP

A2k

5

運(yùn)輸層報(bào)文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層4

加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為IP數(shù)據(jù)報(bào)（或分組）3

2

1

a

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)2

AP

A2k

5

4

3

加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀2

1

a

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)2

AP2

AP1

55

44

33

2數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層2

1最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體1□

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

2電信號(hào)（或光信號(hào)）在物理媒體中傳播

從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層

）、>??>?—____

0物理傳輸媒體—?

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)2

AP2

AP1

55

44

33

22

11

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)2

//

APi

應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞?取出應(yīng)用程序數(shù)據(jù)

上交給應(yīng)用進(jìn)程

4

3

2

1

a

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)2

我收到了AP1發(fā)來(lái)的//

應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！AP

AP12

55

44

33

22

11

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

注意觀(guān)察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟?/p>

計(jì)算機(jī)1"_______計(jì)算機(jī)2

應(yīng)用層首部序數(shù)據(jù)

AP1應(yīng)0

運(yùn)輸層首部

端應(yīng)序數(shù)據(jù)5

網(wǎng)絡(luò)層首部

4程序數(shù)據(jù)4

鏈路層

首部

3程序數(shù)據(jù)尾部3

2應(yīng)用程序數(shù)據(jù)2

110100110100101比特流1101011101011□

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)2

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

-----------------------------------------------------------------------------

計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)2

APi

5

數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢?/p>

把幀的數(shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層4

%|心|也|▲應(yīng)用程序數(shù)葩"

H3H4?應(yīng)用程序數(shù)據(jù)

%H5T2

a1

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)2

z___y

AP_AP2

1z71網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后

5把分組的數(shù)據(jù)部分交給運(yùn)輸層

z

4

z

3

z

2

z

1

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)2

AP

1增

5

4應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層PDU首部后4

呈序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進(jìn)程

33

22

11□

計(jì)算機(jī)1向計(jì)算機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)2

我收到了AP1發(fā)來(lái)的//

應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！AP

AP12

55

44

33

22

11

1.2OSI與TCP/IP

體系結(jié)構(gòu)的比較

OSI的體系結(jié)構(gòu)TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)TCP/IP的三個(gè)服務(wù)層次

7應(yīng)用層/應(yīng)用層

6表示層/（各種應(yīng)用層協(xié)議如

TELNET,FTP,

5會(huì)話(huà)層/SMTP等）/

4運(yùn)輸層/運(yùn)輸層（TCP或UDP）/

3

網(wǎng)絡(luò)層/網(wǎng)際層IP/

2數(shù)據(jù)鏈路層,

網(wǎng)絡(luò)接口層

1物理層

TCP/IP四層協(xié)議

的表示方法舉例

主機(jī)Ay主機(jī)B

)應(yīng)用層

4應(yīng)用層/路由器

3運(yùn)輸層///7運(yùn)輸層

2網(wǎng)際層/網(wǎng)際層//網(wǎng)際層

網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)

1J網(wǎng)絡(luò)

接？g/［口號(hào)/,接口層

解1》《

網(wǎng)絡(luò)2,

42物理層

■不是重點(diǎn)

■網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念

■物理層設(shè)備

三種交換的比較

電路交換報(bào)文交換分組交換

連接建立

數(shù)據(jù)傳送

連接釋放

ABCDABCDABCD

兩種服務(wù)的思路來(lái)源不同

-虛電路服務(wù)的思路來(lái)源于傳統(tǒng)的電信網(wǎng)。

■電信網(wǎng)負(fù)責(zé)保證可靠通信的一切措施，因此

電信網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)復(fù)雜而昂貴。

■數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)力求使網(wǎng)絡(luò)生存性好和使對(duì)網(wǎng)

絡(luò)的控制功能分散，因而只能要求網(wǎng)絡(luò)提

供盡最大努力的服務(wù)。

■可靠通信由用戶(hù)終端中的軟件（即TCP）來(lái)

保證。

工物理層設(shè)備

"jl--------------------

■集線(xiàn)器

■中繼器

T3鏈路層

3.1循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理

■在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了

循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC的檢錯(cuò)技術(shù)。

■假設(shè)待傳送的數(shù)據(jù)M=1010001101

（共kbit）。我們?cè)诜缀竺嬖偬砑庸┎?/p>

錯(cuò)檢測(cè)用的談it冗余碼一起發(fā)送。

冗余碼的計(jì)算

■用二進(jìn)制的模2運(yùn)算進(jìn)行2〃乘服的運(yùn)算,

這相當(dāng)于在例后面添加〃個(gè)0。

■得到的(k+ri)bit的數(shù)除以事先選定好

的長(zhǎng)度為(〃+1)bit的數(shù)P,得出商是

。而余數(shù)是8余數(shù)比除數(shù)月至少要

少1個(gè)比特。

冗余碼的計(jì)算舉例

■設(shè)〃=5,P=WOIO3,模2運(yùn)算的結(jié)果

是：商Q=1101010110,

余數(shù)6=01110o

■將余數(shù)/?作為冗余碼添加在數(shù)據(jù)"的后

面發(fā)送出去，即發(fā)送的數(shù)據(jù)是

101000110101110,或2〃例+必

3.2停止等待協(xié)議的算法

■這里不使用否認(rèn)幀（實(shí)用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議大

都是這樣的），而且確認(rèn)幀帶有序號(hào)

■按照習(xí)慣的表示法，ACK/7表示“第77-1號(hào)幀

已經(jīng)收到，現(xiàn)在期望接收第〃號(hào)幀”。

-ACK1表示“0號(hào)幀已收到，現(xiàn)在期望接收的下一

幀是1號(hào)幀”；

-ACK0表示“1號(hào)幀已收到，現(xiàn)在期望接收的下一

幀是0號(hào)幀"。

在發(fā)送結(jié)點(diǎn)

(1)從主機(jī)取一個(gè)數(shù)據(jù)幀，送交發(fā)送緩存。

(2)V(S)-O。VI

(3)N(S)-V(S)。

(4)將發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去。

(5)設(shè)置超時(shí)計(jì)時(shí)器。

(6)等待。｛等待:④(7)和(8)這兩個(gè)事件中最先出現(xiàn)的一個(gè)｝

(7)收到確認(rèn)幀ACI^^

若〃=1—V(s?則：

從主機(jī)取一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀，放入發(fā)送緩存；

V(S)-[1-V(S)],轉(zhuǎn)到(3)。

否則，丟棄這個(gè)確認(rèn)幀，轉(zhuǎn)到(6)。

(8)若超時(shí)計(jì)時(shí)器時(shí)間到,則轉(zhuǎn)到(4)。

在接收結(jié)點(diǎn)

(/1)\

\2/V(R)<-0o

/\

\1/)等待。

/3\

\(/)收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀；

若N(S)=V(R),則執(zhí)行(4)；

否則丟棄此數(shù)據(jù)幀，然后轉(zhuǎn)到(6)。

將收到的數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)部分送交上層軟件

(也就是數(shù)據(jù)鏈路層模型中的主機(jī))。

(5)V(R)H1-V(R)]o

(6)LV(R)；

發(fā)送確認(rèn)幀ACK",轉(zhuǎn)到(2)。

停止等待協(xié)議的要點(diǎn)

只有收到序號(hào)正確的確認(rèn)幀ACK〃后，才更新

發(fā)送狀態(tài)變量V(S)一次，并發(fā)送新的數(shù)據(jù)幀。

接收端接收到數(shù)據(jù)幀時(shí)，就要將發(fā)送序號(hào)N(S)

與本地的接收狀態(tài)變量V(R)相比較。

■若二者相等就表明是新的數(shù)據(jù)幀，就收下，并發(fā)送

確認(rèn)。

-否則為重復(fù)幀，就必須丟棄。但這時(shí)仍須向發(fā)送端

發(fā)送確認(rèn)幀ACK。，而接收狀態(tài)變量V(R)和確認(rèn)序

號(hào)。都不變。

停止等待協(xié)議的要點(diǎn)（續(xù)）

■連續(xù)出現(xiàn)相同發(fā)送序號(hào)的數(shù)據(jù)幀，表明

發(fā)送端進(jìn)行了超時(shí)重傳。連續(xù)出現(xiàn)相同

序號(hào)的確認(rèn)幀，表明接收端收到了重復(fù)

幀。

■發(fā)送端在發(fā)送完數(shù)據(jù)幀時(shí)，必須在其發(fā)

送緩存中暫時(shí)保留這個(gè)數(shù)據(jù)幀的副本。

這樣才能在出差錯(cuò)時(shí)進(jìn)行重傳。只有確

認(rèn)對(duì)方已經(jīng)收到這個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，才可以

清除這個(gè)副本。

3.3GBN

331GBN協(xié)議的工作原理

■在發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，不是停下來(lái)等待確認(rèn)

幀，而是可以連續(xù)再發(fā)送若干個(gè)數(shù)據(jù)幀。

■如果這時(shí)收到了接收端發(fā)來(lái)的確認(rèn)幀，那么還

可以接著發(fā)送數(shù)據(jù)幀。

-由于減少了等待時(shí)間，整個(gè)通信的吞吐量就提

高了。

GBN協(xié)議的工作原理

B

DA7A01確認(rèn)DATAO

送交主機(jī)

D^I

確認(rèn)

超'CK2DATA1

時(shí)DA7A2?1DATA2出錯(cuò)，丟棄

重DATA322^DATA3不按序，丟棄，重傳ACK2

傳+

。1

DA7A4DATA4不按序，丟棄，重傳ACK2

時(shí)

間DATA5不按序，丟棄，重傳ACK2

ACK3確認(rèn)DATA2]

SfFDA7A3ACK4確認(rèn)DATA31送交主機(jī)

BS寸.8

3.4選擇重傳ARQ協(xié)議

■可加大接收窗口，先收下發(fā)送序號(hào)不連續(xù)但仍

處在接收窗口中的那些數(shù)據(jù)幀。等到所缺序號(hào)

的數(shù)據(jù)幀收到后再一并送交主機(jī)。

■選擇重傳ARQ協(xié)議可避免重復(fù)傳送那些本來(lái)

已經(jīng)正確到達(dá)接收端的數(shù)據(jù)幀。

■但我們付出的代價(jià)是在接收端要設(shè)置具有相當(dāng)

容量的緩存空間。

■對(duì)于選擇重傳ARQ協(xié)議，若用〃比特進(jìn)行編

號(hào)，則接收窗口的最大值受下式的約束

WR<2〃笈(3-18)

4介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制（重點(diǎn)）

■信道劃分

■隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)

■輪詢(xún)

3.5信道復(fù)用技術(shù)

351頻分復(fù)用、一時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用

■頻分復(fù)用：所有用戶(hù)在同樣的時(shí)間占用不同的

帶寬資源。審

■時(shí)分復(fù)用：所有用戶(hù)在不同的時(shí)間占用同樣的

頻帶寬度r宓攵

頻分復(fù)用

頻率

頻率5

頻率4

頻率3

頻率2

頻率1

7

-時(shí)間

時(shí)分復(fù)用

*

頻率

時(shí)分復(fù)用

*

頻率

時(shí)分復(fù)用

頻率

時(shí)分復(fù)用

*

頻率

時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成

線(xiàn)路資源的浪費(fèi)

3.5.2波分復(fù)用WDM

-波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。

8x2.5Gb/s

o1310nm

550nm1550nm0

551nmI1551nm彳

2

552nm1552nm2

3分

553nm1553nm3

4用

nm器1554nm4

5

555nm1555nm5

6

556nm1556nm6

7

557nm1557nm7

3.5.3碼分復(fù)用CDM

「常用的名詞是碼分多址CDMA

(CodeDivisionMultipleAccess)o

■各用戶(hù)使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，因此彼此

不會(huì)造成干擾。

■這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻

譜類(lèi)似于白噪彩^易被敵人發(fā)現(xiàn)。

■每一個(gè)比特時(shí)間劃分為“個(gè)短的間隔，稱(chēng)為碼片

(chip)o

觸碼片序歹U(chipsequence)

『每個(gè)站被指派一個(gè)惟一的6bit碼片序列。

■如發(fā)送比特1,則發(fā)送自己的mbit碼片序列。

■如發(fā)送比特0,則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。

■例如,S站的8bit碼片序列是00011011。

■發(fā)送比特1時(shí)，就發(fā)送序列00011011,

■發(fā)送比特0本就發(fā)送序列11100100。

■S站的碼片序歹U：(—1—1—1+1+1—1+1

+1)

CDMA的重要特點(diǎn)

■每個(gè)站分配的碼片序列不僅必須各不相同,

并且還必須互相正交(orthogonal)。

■在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。

￡碼片序列的正交關(guān)系

■令向量S表示站S的碼片向量，令T表示

其他任何站的碼片向量。

■兩個(gè)不同站的碼片序列定交，就是向量S和

T的規(guī)格化內(nèi)innerproduct)都是0：

m

s乙4工=。(2-4)

i=l

CDMA的工作原理

r數(shù)據(jù)碼元比特」10

-t

s站的碼片序列st

發(fā)

送s站發(fā)送的信號(hào)SxT?t

端

T站發(fā)送的信號(hào)TX上inI.t

總的發(fā)送信號(hào)Sx+Tx.上■■上■■嚴(yán)■■>t

接

收j規(guī)格化內(nèi)積s?Sx!:"j』一t

端規(guī)格化內(nèi)積S?Tx-^—t

3.6.1ALOHA

/?VI

SlottedALOHA

AssumptionsOperation

□allframessamesize□whennodeobtainsfresh

□timeisdividedintoframe,ittransmitsinnext

equalsizeslots,timetoslot

transmit1framenocollision,nodecansend

□nodesstarttotransmitnewframeinnextslot

framesonlyatifcollision,node

beginningofslotsretransmitsframeineach

□nodesaresynchronizedsubsequentslotwi+hprob,

□if2ormorenodespuntilsuccess

transmitinslot,all

nodesdetectcollision

3.6.2CSMA

CSMA(CarrierSenseMultipleAccess^

CSMA：listenbeforetransmit：

Ifchannelsensedidle：transmitentireframe

nIfchannelsensedbusy,defertransmission

□Humananalogy：don'tinterruptothers!

3.6.3載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞

檢測(cè)CSMA/CD

■CSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccess

withCollisionDetection^

■“多點(diǎn)接入”表示許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方

式連接在一根總線(xiàn)上。

-“載波監(jiān)聽(tīng)之是指每一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先

要檢測(cè)一下總線(xiàn)上是否有其他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)

據(jù)，如果有，則暫時(shí)不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生

碰撞。

■總線(xiàn)上并沒(méi)有什么“載波”。因此，“載波監(jiān)

聽(tīng)”就是用電子技術(shù)檢測(cè)總線(xiàn)上有沒(méi)有其他計(jì)

算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。

I,________碰_撞__檢_測(cè)__

■“碰撞檢測(cè)”就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)信道

上的信號(hào)電壓大小。Y衣

■當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)在總線(xiàn)班送數(shù)據(jù)時(shí)，總線(xiàn)上的

信號(hào)電壓擺動(dòng)值將會(huì)增大（互相疊加）。

■當(dāng)一個(gè)站檢測(cè)到的信號(hào)電壓擺動(dòng)值超過(guò)一定的

門(mén)限值時(shí)，就認(rèn)為總線(xiàn)上至少有兩個(gè)站同時(shí)在

發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。

■所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢

測(cè)”也稱(chēng)為“沖突檢測(cè)”。

檢測(cè)到碰撞后

■在發(fā)生碰撞時(shí)，總線(xiàn)上傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生

了嚴(yán)重的失真，無(wú)法從中恢復(fù)出有用的

信息來(lái)。

■每一個(gè)正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總

線(xiàn)上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，

免得繼續(xù)浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段

隨機(jī)時(shí)間后再次發(fā)送。

3.6.4802.11標(biāo)準(zhǔn)中的

CSMA/CA協(xié)議

■無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)卻不能簡(jiǎn)單地搬用CSMA/CD協(xié)議。

這里主要有兩個(gè)原因。

■CSMA/CD協(xié)議要求一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送本站數(shù)據(jù)

的同時(shí)還必須不間斷地檢測(cè)信道，但在無(wú)線(xiàn)局

域網(wǎng)的設(shè)備要實(shí)現(xiàn)這種功能就花費(fèi)過(guò)大。

-即使我們能現(xiàn)碰撞檢測(cè)的功能，并且當(dāng)我

們?cè)诎l(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)檢測(cè)到信道是空閑的，在接收

端仍然有可能發(fā)生碰撞。

CSMA/CA協(xié)議

■無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)不能使用CSMA/CD,

而只能使用改進(jìn)的CSMA協(xié)議。

■改進(jìn)的辦法是將CSMA增加一個(gè)碰撞

避免(CollisionAvoidance)功能。

■802.11就使用CSMA/CA協(xié)議。而在

使用CSMA/CA的同時(shí)還增加使用確認(rèn)

機(jī)制。

■下面先介紹802.11的MAC層。

CSMA/CA協(xié)議的原理

■欲發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測(cè)信道。在802.11

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了在物理層的空中接口進(jìn)行物

理層的載波監(jiān)聽(tīng)。V

-通過(guò)收到的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度是否超過(guò)一定的

門(mén)限數(shù)值就可判定是否有其他的移動(dòng)站在

信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。

■當(dāng)源站發(fā)送它的第一個(gè)MAC幀時(shí)，若檢測(cè)到信

道空閑，則在等待一段時(shí)間DIFS后就可發(fā)送。

4為什么信道空閑還要再等待

■這是考慮到可能有其他的站有高優(yōu)先級(jí)的

幀要發(fā)送。忘\>

■如有，就要讓高優(yōu)先級(jí)幀先發(fā)送。

3.6.5輪詢(xún)

“TakingTurns"MACpro十。cols

Polling:Tokenpassing：

nmasternode□controltokenpassedfrom

“invites"slavenodesonenodetonext

totransmitinturnsequentially.

□concerns：ntokenmessage

opollingoverheadnconcerns：

olatencyotokenoverhead

osinglepointofolatency

failure(master)。singlepointoffailure(token)

44網(wǎng)絡(luò)層

■路由算法

■IP地址與子網(wǎng)

■IPV6

-路由協(xié)送怒^

■路由器及轉(zhuǎn)發(fā)

4.1鏈路狀態(tài)$gtrr

裁

ALink-StateRoutingAlgorithm

Dijksira'salgorithmNotation：

□nettopology,linkcosts□C(X,y)：linkcostfromnode

knowntoallnodesxtoy;二8ifnotdirect

oaccomplishedvia"linkneighbors

statebroadcast0

□D(V)：currentvalueofcost

。allnodeshavesameinfoofpathfromsourceto

□computesleastcostpathsdest.v

fromonenode('source")to

□p(v)：predecessornode

allothernodes

alongpathfromsourcetov

。givesforwardingtable

forthatnode□N'：setofnodeswhose

leastcostpathdefinitively

aiterative：a什erk

known

iterations,knowleastcost

pathtokdest/s

職善

Dijskira'sAlgorithm

12Initialization:

3N'={u}

4forallnodesv

5ifvadjacenttou

6thenD(v)=c(u,v)

00

7elseD(v)=

8

9Loop

findwnotinN,atD(w)isaminimum

10addwtoN'

11updateD(v)桁adjacenttowandnotinN':

12D(v)=min(D(D(w)+c(w,v))

13/*newcosttoviseitheroldcosttovorknown

shortestpathcosttowpluscostfromwtov*/

untilailnodesinN'

Dijksira'salgorithm：example

StepN,D(v),p(v)D(w),p(w)D(x),p(x)D(y),p(y)D(z),p(z)

0u2,u一一豆-1,U8oo

8

1ux-一一2U4,x________—_2,x

2UXV一r2,u----------3^4,y

3UXVV*^1.__-3,y4.y

—

4uxyvw十一--------4,y

---------].---------------------

uxyvwzv

Dijksirdsalgorithm,discussion

Algorithmcomplexity：nnodes

口eachiteration：needtocheckallnodes,w,notinN

□n(n+l)/2comparisons：O(n2)

□moreefficientimplementationspossible：O(nlogn)

Oscillationspossible：

□e.g.,linkcost=amountofcarriedtraffic

...recompute...recompute...recompute

initially

routing

2.距離向量算法

收到相鄰路由器（其地址為X）的一個(gè)RIP報(bào)文:

（1）先修改此報(bào)文中的所有項(xiàng)目：將“下一跳”字段中的地址都

改為X,并將所有的“距離”字段的值加1。解釋一

⑵對(duì)修改后的報(bào)文中的每一個(gè)項(xiàng)目，重復(fù)以下步驟：

若項(xiàng)目中的目的網(wǎng)絡(luò)不在路由表中，則將該項(xiàng)目加到路由表中。

否則

若下一跳字段給出的路由器地址是同樣的，則將收到的項(xiàng)目

替換原路由表中的項(xiàng)目。

否則

若收到項(xiàng)目中的距離小于路由表中的距離，則進(jìn)行更新，

否則，什么也不做。

⑶若3分鐘還沒(méi)有收到相鄰路由器的更新路由表，則將此相鄰路

由器記為不可達(dá)的路由器，即將距離置為16（距離為16表示

不可達(dá)）。

⑷返回。

4.2.1分類(lèi)的IP地址

I1.IP地址及其表示方法

-我們把整個(gè)因特網(wǎng)看成為一個(gè)單一的、抽

象的網(wǎng)絡(luò)。IP地址就是給每個(gè)連接在因特

網(wǎng)上的主機(jī)(或路由器)分配一個(gè)在全世

界范圍是惟一的32bit的標(biāo)識(shí)符。

■IP地址現(xiàn)在由因特網(wǎng)名字與號(hào)碼指派公司

ICANN(InternetCorporationforAssigned

NamesandNumbers)進(jìn)彳亍分酉己

IP地址的編址方法

i/_分類(lèi)_的_IP地_址。這是最基本的編址方法,

在1981年就通過(guò)了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

■子網(wǎng)的劃分。這是對(duì)最基本的編址方法的

改進(jìn)，其標(biāo)準(zhǔn)［RFC950］在1985年通過(guò)。

■構(gòu)成超網(wǎng)。這是比較新的無(wú)分類(lèi)編址方法。

1993年提出后很快就得到推廣應(yīng)用。

.分類(lèi)IP地址

I-------------------------

■每一類(lèi)地址都由兩個(gè)固定長(zhǎng)度的字段組成,

其中一個(gè)字段是網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id,它標(biāo)志主

機(jī)（或路由器）所連接到的網(wǎng)絡(luò)，而另一

個(gè)字段則是主機(jī)號(hào)host-id,它標(biāo)志該主機(jī)

（或路由

■兩級(jí)的IP地址可以記為：

IP地址：:={v網(wǎng)絡(luò)號(hào),，v主機(jī)號(hào)》}

（6-1）---------------------------------

=代表“定義為”

Ip地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段

E類(lèi)地址11110;保留為今后使用

Ip地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段

E類(lèi)地址11110;保留為今后使用

Ip地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段

AI類(lèi)地址o；

net-idhost-id

8bit24bit

4.2.1地址解析協(xié)議ARP

-不管網(wǎng)絡(luò)層使用的是什么協(xié)議，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的鏈路

上傳送數(shù)據(jù)幀時(shí)，最終還是必須使用硬件地址。

■每一個(gè)主機(jī)都設(shè)有一個(gè)ARP高速緩存(ARPcache),

里面有所在的局域網(wǎng)上的各主機(jī)和路由器的IP地

址到硬件地址的映射表。

■當(dāng)主機(jī)A欲向本局域網(wǎng)上的某個(gè)主機(jī)B發(fā)送IP數(shù)

據(jù)報(bào)時(shí)，就先在其ARP高速緩存中查看有無(wú)主機(jī)

B的IP地址。如有，就可查出其對(duì)應(yīng)的硬件地址，

再將此硬件地址寫(xiě)入MAC幀，然后通過(guò)局域網(wǎng)將

該MAC幀發(fā)往此硬件地址。

主機(jī)A廣播發(fā)送

ARP請(qǐng)求分組［我是209.005,硬件地址是00-00-C0-15-AD-18

〔我：知道主機(jī)的硬件地址

______,

仁ARP請(qǐng)求ARP請(qǐng)求gARP請(qǐng)求口ARP請(qǐng)求二

00-00-C0-15-AD-18

B

00-00-C0-15-AD-1808-00-2B-00-EE-0A

應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題

■ARP是解決同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器

的IP地址和硬件地址的映射問(wèn)題。

■如果所要找的主機(jī)和源主機(jī)不在同一個(gè)局域

網(wǎng)上，那么就要通過(guò)ARP找到一個(gè)位于本局

域網(wǎng)上的某個(gè)路由器的硬件地址，然后把分

組發(fā)送給這個(gè)路由器，讓這個(gè)路由器把分組

轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。剩下的工作就由下一個(gè)

網(wǎng)絡(luò)來(lái)做。

應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題

■從IP地址到硬件地址的解析是自動(dòng)進(jìn)行的，

主機(jī)的用戶(hù)對(duì)這種地址解析過(guò)程是不知道的。

■只要主機(jī)或路由器要和本網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)已

知IP地址的主機(jī)或路由器進(jìn)行通信，ARP

協(xié)議就會(huì)自助地將該IP地址解析為鏈路層所

需要的硬件地址。

4.3.無(wú)分類(lèi)編址ClDR

I1.網(wǎng)絡(luò)前綴

劃分子網(wǎng)在一定程度上緩解了因特網(wǎng)在發(fā)展中遇

到的困難。然而在1992年因特網(wǎng)仍然面臨三個(gè)必

須盡早解決的問(wèn)題，這就感?

■B類(lèi)地址在1992年已分配了近一半，眼看就

要在1994：^^全部分配完畢！

■因特網(wǎng)主干網(wǎng)上的路由表中的項(xiàng)目數(shù)急劇增長(zhǎng)

（從幾千個(gè)增長(zhǎng)到幾萬(wàn)個(gè)）。

■整個(gè)IPv4的地址空間最終將全部耗盡。

IP編址問(wèn)題的演進(jìn)

■1987年，RFC1009就指明了在一個(gè)劃

分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中可同時(shí)使用幾個(gè)不同的子

網(wǎng)掩碼。使用變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼VLSM

(VariableLengthSubnetMask)可進(jìn)一步

提高IP地址資源的利用率。

■在VLSM的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步研究出無(wú)分

類(lèi)編址方法，它的正式名字是無(wú)分類(lèi)域間

路由選擇CIDR(0asslessInter-Domain

Routing)o

}ClDR最主要的特點(diǎn)

■ClDR消除了傳統(tǒng)的A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)地址

以及劃分子網(wǎng)的概念，因而可以更加有效地

分配IPv4的地址空間。

■CIDR使用各種長(zhǎng)度的“網(wǎng)絡(luò)前

綴”(network-prefix)來(lái)代替分類(lèi)地址中的

網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)。

■IP地址從三級(jí)編址(使用子網(wǎng)掩碼)又回

到了兩級(jí)編址。

無(wú)分類(lèi)的兩級(jí)編址

■無(wú)分類(lèi)的兩級(jí)編址的記法吃

IR地址：:={v網(wǎng)絡(luò)前綴,，v主機(jī)號(hào)》}(6-3)

■ClDR還使用“斜線(xiàn)記法”(slashnotation),它又

稱(chēng)為CIDR記法，即在IP地址后面加上一個(gè)斜線(xiàn)

”,然后寫(xiě)上網(wǎng)絡(luò)前綴所占的比特?cái)?shù)(這個(gè)數(shù)值

對(duì)應(yīng)于三級(jí)編址中子網(wǎng)掩碼中比特1的個(gè)數(shù))。

■CIDR將網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)的IP地址組成

“CIDR地址塊”。

/20表示的地址（2候個(gè)地址）

最小地址000000000001110001obooo00000000

10000000000011100010000000000001

10000000000011100010000000000010

10000000000011100010000000000011

所有地址10000000000011100010000000000100

的20bit10000000000011100010000000000101

前綴都是???

一樣的

10000000000011100011111111111011

10000000000011100011111111111100

10000000000011100011111111111101

10000000000011100011111111111110

最大地址0000000000011100011111111111111

路由聚合(routeaggregation)

■一個(gè)ClDR地址塊可以表示很多地址，這種地

址的聚合常稱(chēng)為路由聚合，'它使得路由表中的

一個(gè)項(xiàng)目可以表示很多個(gè)，、例如上千個(gè)）原來(lái)

傳統(tǒng)分類(lèi)地址的路由。

■路由聚合也稱(chēng)^^心超網(wǎng)（supernetting）。

■CIDR雖然不使用子網(wǎng)了，但仍然使用“掩碼”

這一名詞（但不叫子網(wǎng)掩碼）。

■對(duì)于/20地址塊，它的掩碼是20個(gè)連續(xù)的1O

斜線(xiàn)記法中的數(shù)字就是掩碼中1的個(gè)數(shù)。

ClDR記法的其他形式

■/10可簡(jiǎn)寫(xiě)為10/10,也就是將點(diǎn)分

十進(jìn)制中低位連續(xù)的0省略。

■/10隱含地指出IP地址的

掩碼是。此掩碼可表示為

|,1111111HIJOOOOO0000000000000000

丫YVY

25519200

掩碼中有10個(gè)連續(xù)的0

QDR地址塊劃分舉例

ISP大學(xué)

/18x

因特網(wǎng)

/23/24/2528/25

/25X/26/2628/26

28/25\

4/264/2692/26

/25J28/26

206^0.69.128/25^^三系四系

92/26二系

單位地址塊二進(jìn)制表示地址數(shù)

ISP/1811001110.00000000.01*16384

大學(xué)/2211001110.00000000.010001*1024

一系/2311001110.00000000.0100010*512

二系/2411001110.00000000.01000110.*256

三系/2511001110.00000000.01000111.0*128

四系28/2511001110.00000000.01000111.1*128

QDR地址塊劃分舉例

/25X/26/2628/26

28/25\

4/264/2692/26

/25J28/26

206^0.69.128/25^^三系四系

92/26二系

這個(gè)ISP共有64個(gè)C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)。如果不采用CIDR技

術(shù)，則在與該ISP的路由器交換路由信息的每一個(gè)路

由器的路由表中，就需要有64個(gè)項(xiàng)目。但采用地址聚

合后，只需用路由聚合后的1個(gè)項(xiàng)目206064.0/18就

能找到該ISPo

2.最長(zhǎng)前綴匹配

■使用CIDR時(shí)，路由表中的每個(gè)項(xiàng)目由“網(wǎng)絡(luò)

前綴”和“下一跳地