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1、,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
2、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
3、 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
4、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
5、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、C
6、DMA】 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：8000log216=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
7、-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
8、 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,
9、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
10、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
11、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,
12、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
13、,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
14、-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
15、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
16、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
17、 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 C192.1
18、68.2.0，255.255.255.128，192.168.1.2 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、
19、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
20、、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
21、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
22、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
23、,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
24、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
25、“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
26、） 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
27、,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
28、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,