基础知识培训(计算机网络)

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机网络介绍,Hust sw,1017152829,介绍内容,1,、,计算机网络的发展；,2,、,计算机网络的分类；,3,、,计算机网络的协议框架介绍（,OSI,，,TCP/IP,）,4,、,数据链路层相关知识介绍；,5,、,信道共享技术,-,多点访问协议；,6,、,无线局域网；,一、计算机网络的发展,早期的计算机应用模式,单机,大、中、小型机,庞大，昂贵，资源无法共享,分散的计算机构成了一个个的信息“孤岛”,问题：信息孤立化，无法相互交流，降低了信息的效率；,计算机网络产生始于,20,世纪,50,年代，产生的原因：,资源共享的需求（计算能力、外设、软件、数据）,大型项目的合作（进行工程项目协作）,人与人之间的信息沟通（数据通信）,解决：信息共享和资源交流，提高了信息利用的效率。,计算机网络的三个阶段,从体系结构来观察，计算机网络的发展可分为三个阶段（三代网络）：,1.,以主机为中心的联机终端系统,“计算机终端”系统,2.,以通信子网为中心的主机互联,分组交换网络,3.,体系结构标准化网络,层次化结构，并对每层进行了精确定义,以主机为中心的联机终端系统,特征：终端,(Terminal),共享主机,(Host),的软硬件资源,单台主机：执行计算和通信任务,多台终端：执行用户交互,(,终端集中器,/,终端服务器,),连接方式：本地或远程,TS,T,T,T,T,T,T,HOST,通信线路,T,以通信子网为中心的主机互联,特征,多个终端主机系统互联，形成了多主机互联网络,网络结构从,“,主机终端,”,转变为,“,主机主机,”,HOST,HOST,HOST,T,T,T,T,T,T,T,T,T,T,通信线路,主机主机网络的演变,演变阶段,1,通信任务从主机中分离,，由通信控制处理机（,CCP,）完成,CCP,：处理主机之间完成通信任务的专用计算机,CCP,CCP,HOST,HOST,T,T,T,T,T,T,CCP,HOST,T,T,通信子网的产生,1,两层网络概念的出现,由,CCP,组成的传输网络,通信子网,，提供信息传输服务,建立在通信子网基础上的主机集合,资源子网,，,提供计算资源,CCP,CCP,HOST,HOST,T,T,T,T,T,T,CCP,HOST,T,T,T,通信子网,通信子网的产生,2,演变阶段,2,通信子网规模逐渐扩大,私有社会公用,公用数据通信网,PSTN,X.25,优点,降低用户系统建设成本,提高通信线路利用率,兼容性好,公用数据,通信网,HOST,HOST,T,T,T,T,T,T,HOST,T,T,T,T,结构标准化,为什么需要标准化？,不同网络设备之间的,兼容性,和,互操作性,是推动网络体系结构的标准化的原动力,而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享,标准化的时机？,先制定标准再开发，还是先开发再制定标准？,各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、理论等方面的研究日趋成熟是基础,网络体系结构标准化过程的演变,厂商标准：,IBM-SNA,，,DEC-DNA,等,缺点：适用范围：兼容性？,技术垄断：竞争？,标准不统一：用户利益？,国际标准,:,（,ISO OSI/RM,）,O,pen,S,ystem,I,nterconnection/,R,ecommended,M,odel(,开放系统互联参考模型，简称,OSI,参考模型,),OSI,参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的框架：,7,个层次,只说明了做什么（,What to do,），而未规定怎样做（,How to do,）,太复杂，几乎没有与之完全符合的网络,事实标准：,TCP/IP(,因特网的骨干协议,),从体系结构上看，它是,OSI,参考模型的简化（,4,层）,计算机网络的概念,计算机网络定义的主要观点：,从应用的观点：,以相互共享资源方式连接起来，且各自具有独立功能的计算机系统的集合,。,从物理的观点：,在网络协议的控制下，由若干台计算机和数据传输设备组成的系统,。,观点,3,：,利用各种通信手段，把地理分散的计算机互联起来，能够互相通信且共享资源的系统,。,归纳与综合,计算机网络：相互连接的自治计算机的集合,自治,：能独立运行，不依赖于其他计算机,“,主控从属,”,类型的系统是计算机网络吗？,“,主机终端,”,系统（第一代网络）呢？,互连,：以任何可能的通信连接方式,有线方式：铜线、光纤,无线方式：红外、无线电（微波）、卫星,通信网络,计算机,系统,计算机,系统,计算机网络系统的组成,硬件,网络节点,:,端节点：计算机,中间节点：交换机、集中器、复用器、路由器、中继器,通信链路：信息传输的通道,物理：传输介质,逻辑：信道,软件,通信软件（网络协议软件）,网络操作系统,网络管理,/,安全控制软件、网络应用软件,二、计算机网络的分类,按地域范围分类,局域网,(Local Area Network,，,LAN),范围：小，,20km,传输技术：基带，,10Mb/s1000Mb/s,，延迟低，出错率低（,10,-11,）,拓扑结构：总线，环,城域网,(Metropolitan Area Network,，,MAN),范围：中等，,100km,传输技术：宽带,/,基带,拓扑结构：总线,广域网,(Wide Area Network,，,WAN),范围：大，,100km,传输技术：宽带，延迟大，出错率高,拓扑结构：不规则，点到点,计算机网络的分类,2,按通信传播方式分类：,点对点传输方式的网络：由一对对机器间的多条传输链路构成。,信源与信宿之间的通信需经过一台和多台中间设备进行传输。（网状、环形、树形、星形）,广播方式网络：一台计算机发送的信息可被网络上所有的计算机接收。,总线型、无线（微波、卫星）,计算机网络的分类,3,按通信介质：,有线网,采用如同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质来传输数据的网络。,无线网,采用卫星、微波等无线形式来传输数据的网络。,计算机网络的分类,4,低速网,网上数据传输速率在,300b/s,1.4Mb/s,之间的系统。这种系统通常是借助调制解调器利用电话网来实现的。,中速网,网上数据传输速率在,1.5Mb/s,45Mb/s,之间的系统。这种系统主要是传统的数字式公用数据网。,高速网,网上数据传输速率在,50Mb/s,1000Mb/s,之间的系统。信息高速公路的数据传输速率会更高。,按其他方式分类。公用网（专用网），集中式（分布式）,计算机网络的拓扑结构,1,星形,有一个中心节点，其他节点与其构成点到点连接,树形,一个根节点、多个中间分支节点和叶子节点构成,星形拓扑,树形拓扑,总线型,所有节点挂接到一条总线上，广播式信道,需要有介质访问控制规程以防止冲突,环形,所有节点连接成一个闭合的环，节点之间为点到点连接,总线型拓扑,环形拓扑,计算机网络的拓扑结构,2,全连接,点到点全连接，连接数随节点数的增长迅速增长（,N,(,N,1)/2,），使建造成本大大提高，只适用于节点数很少的广域网中,不规则（网状）,点到点部分连接，多用于广域网，由于连接的不完全性，需要有交换节点,不规则拓扑,全连接拓扑,与计算机网络相关的国际标准化组织,国际标准化组织,国际标准化组织（,ISO,）,电气电子工程师协会（,IEEE,）,Internet,标准化组织,因特网协会（,Internet Society,，,ISOC,）,因特网体系结构研究委员会（,Internet Architecture Board,，,IAB,）,因特网工程任务部（,Internet Engineering Task Force,，,IETF,） 因特网工程指导组（,Internet Engineering Steering Group,，,IESG,）,因特网研究指导组（,Internet Research Steering Group,，,IRSG,） 因特网编号管理机构（,Internet Assigned Number Authority,，,IANA,）,电信标准化组织,国际电信联盟,ITU,（,International Telecommunication Union,） 国际电报电话咨询委员会,CCITT,（,Consultative Committee International Telegraph and Telephone,）,三、计算机网络体系结构介绍,问题：,点,网 复杂度提升,对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组织网络的结构，以达到：,结构清晰,简化设计与实现,便于更新与维护,较强的独立性和适应性,分层管理,分层原理,计算机网络中采用,分层,方法,把复杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部问题，在不同层上予以解决。,网络的层次结构方法要解决的问题：,网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（,分层与功能,）,各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（,服务与接口,）,通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（,协议,）,例子：,空中旅行的组织,机票,(,购买,),行李,(,托运,),旅客,(,出发,),飞机,(,起飞,),飞行航线,机票,(,投诉,),行李,(,认领,),旅客,(,到达,),飞机,(,着陆,),飞行航线,飞行航线,机票,(,购买,),行李,(,托运,),旅客,(,出发,),飞机,(,起飞,),飞行航线,机票,(,投诉,),行李,(,认领,),旅客,(,到达,),飞机,(,着陆,),飞行航线,飞行航线,层次的观点：,每层实现一种特定的,服务,通过自己内部的功能,依赖自己的下层提供的服务,从出发地到目的地的航线：,导航服务,柜台,-to-,柜台：“旅客,+,行李”,票务服务,行李托运,-to-,行李认领：,行李服务,登机入口,-to-,到达出口：旅客,乘务服务,跑道,-to-,跑道：飞机,“航运”服务,每个层次的功能由对应的相关服务来完成，这些服务仅完成本层的服务，但不参与其他层次的服务。,飞机,(,起飞,),飞机,(,着陆,),飞行航线,起飞,机场,到达机场,中间空中交通枢纽,飞行航线,飞行航线,机票,(,购买,),机票,(,投诉,),行李,(,托运,),行李,(,认领,),旅客,(,出发,),旅客,(,到达,),什么是计算机网络体系结构？,计算机网络中，,层,、,协议,和,层间接口,的集合被称为,计算机网络体系结构,。,换句话说：体系结构包括三个内容：,分层结构与每层的功能、服务与层间接口、协议。,最早的网络体系结构源于,IBM,的,SNA,其他的网络体系结构还有,DEC,的,DNA,等,由国际化标准组织,ISO,制定的网络体系结构国际标准是,OSI/RM,实际中应用最广泛的是,TCP/IP,体系结构,事实上的（,de facto,）标准,层次结构方法的优点,独立性强,耦合程度低,上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务,黑箱,。,适应性强,只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。,易于实现和维护,把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子单元：,使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。,使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。,重要概念,实体,：任何可以发送或接收信息的硬件,/,软件进程。,协议,：通信双方在通信中必须遵守的规则。,对等层,：两个不同系统的同级层次。,对等实体,：分别位于不同系统对等层中的两个实体,接口,：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。,服务,：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。,示意图,系统,A,系统,B,实体,对等层,对等实体,接口,服务,物理网络,网络分层体系结构,P,3,P,2,P,1,2,1,3,2,1,物理通信线路,3,N,+1,N,N,-1,N,+1,N,N,-1,P,n,-1,P,n,P,n,+1,系统,A,系统,B,网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的,同一网络中，任意两个端系统必须具有相同的层次,每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务,通信只在对等层间进行（间接的、逻辑的、虚拟的），非对等层之间不能互相“通信”,实际的物理通信只在最底层完成,P,n,：第,n,层,协议,，即第,n,层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定,对等层通信的实质,1,网络分层体系结构原理,禁止,不同主机的对等层之间进行,直接通信,。,实际上，每一层必须依靠下层提供的服务来与另一台主机的对等层通信。,上层,使用,下层提供的服务,Service user,；,下层向上层,提供,服务,Service provider,。,第,n,+1,层是第,n,层的服务用户，第,n,-1,层是第,n,层的服务提供者,第,n,层的服务也依赖于第,n,-1,层以及以下各层的服务,对等层通信的实质,2,对等层实体之间实现的是,虚拟的逻辑通信,；,下层向上层提供服务；,上层依赖,下层提供的服务来与其他主机上的对等层通信；,实际通信在最底层完成,。,封装与拆封,3,2,1,N,+1,N,N,-1,2,1,3,N,+1,N,N,-1,源进程传送消息到目标进程的过程：,消息送到源系统的最高层；,从最高层开始，自上而下逐层,封装,；,经物理线路传输到目标系统；,目标系统将收到的信息自下而上逐层处理并,拆封,；,由最高层将消息提交给目标进程。,目标进程,源进程,P,3,P,2,P,1,物理通信线路,P,n,-1,P,n,P,n,+1,消息,消息,逻辑通信,体系结构各层中实现的主要功能,差错控制,使对等层的通信更加可靠,流量控制,控制发送端的速率，使接收端能来得及接收,分段和重装,发送端将数据块分成更小的单位，并在接收端重新组合,复用和分用,多个高层的对等层通信会话复用一条低层连接,建立连接和释放连接,网络参考模型,OSI/RM,参考模型,TCP/IP,参考模型,OSI/RM,参考模型,应用层,Application,表示层,Presentation,会话层,Session,传输层,Transportation,物理层,Physical,数据链路层,Data Link,网络层,Network,7,6,5,4,3,2,1,为网络应用提供服务,数据表示,在用户间建立会话关系,不同主机进程间的通信,在主机间传输分组,在节点间可靠地传输帧,位流的透明传输,物理层（,Physical Layer,）,功能：在物理媒体,(,介质,),上,正确地,、,透明地,传送比特流。,服务：串行和并行,协议,(,标准,),：规定了物理接口的各种特性：,机械,：物理连接器的尺寸、形状、规格,电气,：信号电平，信号的脉冲宽度和频率，数据传送速率，最大传输距离等,功能,：接口引（线）脚的功能和作用,规程,：信号时序，应答关系，操作过程,例：,RS-232,、,RS-449,、,V.24,、,V.35,、,G.703/G.704,数据链路层（,Data Link Layer,）,在两个,相邻节点,间可靠地传输数据，使之对网络层呈现为一条无错的链路。,PDU,：帧（,Frame,）,功能：,建立与拆除数据链路连接,组帧,：帧封装，按顺序传送，处理返回的确认帧,物理寻址,：,MAC,地址,/,物理地址,定界与同步,：产生,/,识别帧边界,错误检测,/,恢复,：可靠的传输，,CRC,，,ARQ,流量控制,：抑止发送方的传输速率，使接收方来得及接收,网络层（,Network Layer,，,Internet Layer,）,寻址并选择合适的路由，把数据报从源端传送到目的端，在需要时对上层的数据进行分段和重组。,PDU,：数据报（,Datagram,，,IP-,分组,Packet,）,功能：,在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接,寻址、路由选择和分组中转,分段与组合：大数据块分段，小数据块组合,流量控制和拥塞控制,多路复用：为多个传输层实体提供网络连接服务,差错检测与恢复,流量统计和记账,传输层（,Transport Layer,）,对网络层的连接进行管理，在源端与目的端之间提供可靠的、透明的数据传输，使上层服务用户不必关心通信子网的实现细节。,传输层的特点,以上各层：面向应用，本层及以下各层：面向传输；,与网络层的部分服务有重叠交叉，功能取舍取决于网络层功能的强弱；,只存在于端主机中；,实现源主机到目的主机,“,端到端,”,的连接,在这一点上与网络层的区别是什么？,网络层：为,主机之间,提供逻辑传输,传输层：为,应用进程之间,提供逻辑传输,传输层与网络层的关系,网络层则提供网络中主机间的“逻辑通信” ；而传输层提供主机中的进程间的“逻辑通信” 。,二者之间的差别：微妙而又重要,类比,主机：单位的传达室,进程：单位中的职工,应用层报文：信件,网络层协议,=,邮局的投递服务，只负责递送到传达室,传输层协议,=,传达室的收发服务，负责递送到每个职工,会话层（,Session Layer,）,在传输层服务的基础上增加控制会话,(Session),的机制，建立、组织和协调应用进程之间的交互过程。,功能：,为用户建立、引导和释放会话连接。,服务,服务类型：双向同时,(,双工,),、双向交替,(,半双工,),和单向,(,单工,),同步,表示层（,Presentation Layer,）,定义用户或应用程序之间,交换数据的格式,，提供数据表示之间的转换服务，保证传输的信息到达目的端后意义不变。,功能：,对源站内部的数据结构编码，形成适合于传输的比特流,(,符合,“,传输语法,”,),，到了目的站再进行解码，转换成目的站用户所要求的格式,(,符合目的站,“,局部语法,”,),，保持传输数据的意义不变。,服务：,不同类型计算机中内部格式的转换、密码转换和文本压缩的转换,应用层（,Application Layer,）,为,End-user,的应用进程提供标准的网络服务和应用接口。,功能：,提供各种不同的应用协议以满足应用进程的需求；,为用户进程提供应用接口；,识别并证实目的通信方的可用性；,使协同工作的应用进程之间进行同步；,为通信过程申请资源。,应用层协议的例子：,OSI:,VTP,、,MHS,、,FTAM,、,DS,、,TCP/IP:,Telnet,、,SMTP,、,FTP,、,DNS,、,HTTP,、,TCP/IP,参考模型,TCP/IP,不是一个单个的协议，而是由数十个具有层次结构的协议组成的一个协议集。,TCP,和,IP,是该协议集中的两个最重要的核心协议。,TCP/IP,是,Internet,上的标准通信协议集。,TCP/IP,标准以,“,请求注释,”,（,RFC,）文档发布：,TCP,RFC 768, UDP,RFC793,IP,RFC 791,DNS,RFC 1034, 1035, FTP,RFC 959, 1635,TCP/IP,的体系结构层次,Message,（报文）,Segment,（段）,Packet,（分组）,Frame,（帧）,Bit,（比特）,TCP/IP,协议栈,PDU,应用层,HTTP, FTP, SMTP, DNS, Telnet, ,传输层,TCP, UDP,网际,(,网络,),层,IP, ICMP, ARP, RARP,网络接口层,(,数据链路层,+,物理层,),PPP, Ethernet, Token ring, ATM,TCP/IP,的应用层,应用层协议为文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、,Web,浏览等应用提供了支持。,有些协议的名称与以其为基础的应用程序同名。,应用层,传输层,网络接口层,网际层,文件传输,FTP,、,TFTP,、,NFS,电子邮件,SMTP,、,POP3,WWW,应用,HTTP,远程登录,Telnet,、,rlogin,网络管理,SNMP,名字管理,DNS,TCP/IP,的传输层,传输层的主要功能：,提供进程间可靠的传输服务,。,传输层包括,TCP,和,UDP,两种传输协议：,TCP,是,面向连接的,传输协议。,在数据传输之前建立连接；,把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段；,必要时重新传输没有收到或错误的段，因此它是,“,可靠,”,的,。,UDP,是,无连接的,传输协议。,在数据传输之前不建立连接；,对发送的段不进行校验和确认，因此它是,“,不可靠,”,的,；,主要用于请求,/,应答式的应用和语音、视频应用。,应用层,传输层,网络接口,网际层,面向连接的,TCP,无连接的,UDP,使用,UDP,时，可靠性问题由应用层协议解决。,使用,TCP,时，可靠性问题在传输层已经解决。,H,T,T,P,F,T,P,S,M,T,P,T,F,T,P,D,N,S,T,e,l,n,e,t,S,N,M,P,21,23,25,53,69,161,TCP UDP,应用层,传输层,TCP,和,UDP,都用端口,(port),号来识别应用层实体，以便准确地把信息提交给上层对应的协议（进程）。,port,80,TCP/IP,的网际（网络）层,主要功能是把数据报通过最佳路径送到目的端。,寻址（,IP,地址）、路由选择、封包,/,拆包,网际层的核心协议,IP,，提供了,无连接,的数据报传输服务（不保证送达，不保证序，不保证无错）。,传输前不需建立连接,提高了传输效率,网际层是网络转发节点（如路由器）上的最高层。,网络节点设备不需要传输层和应用层,网际层的其他重要协议,ICMP,（,Internet Control Message Protocol,）,传递控制消息,可达性测试,传送路由状态信息,超时通知,不可达通知,封装在,IP,中进行传输,ARP,（,Address Resolution Protocol,）,为已知的,IP,地址确定相应的,MAC,地址,RARP,（,Reverse Address Resolution Protocol,）,为已知的,MAC,地址确定相应的,IP,地址,IGMP,（,Internet Group Management Protocol,）,多播组管理,TCP/IP,的网络接口层,没有定义任何实际协议，仅定义了网络接口,任何已有的数据链路层协议和物理层协议都可以用来支持,TCP/IP,典型的例子：,Ethernet,、,Token Ring,、,HDHL,、,X.25,、,ATM,优点：适应性强、灵活,缺点：不能利用已存在的某些有用的功能,TCP/IP,总是认为其下层是不可靠的（尽管可能已经足够可靠）,TCP/IP,与,OSI/RM,的对应关系,应用层,表示层,会话层,传输层,物理层,数据链路层,网络层,7,6,5,4,3,2,1,OSI/RM,应用层,传输层,网络接口层,网际层,TCP/IP,PPP, HDLC, FDDI, Ethernet, 802.3, 802.5,等等,TCP/IP,支持,所有标准的物理层和数据链路层协议,OSI/RM,和,TCP/IP,相结合的,5,层结构,原理体系结构：,应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层,OSI,与,TCP/IP,参考模型比较,相同点,以协议栈为基础,传输层之上的各层都是传输服务的用户，并且都是面向应用的用户。,不同点,OSI,模型在前，协议在后，使得协议相对更加容易被替换为新的协议 ；,TCP/IP,模型在后，协议在前，模型不适合其他协议栈。,OSI,模型的网络层同时支持无连接和面向连接的通信，但是传输层上只支持面向连接的通信；,TCP/IP,模型的网际层上只有一种模式,(,即无连接通信,),，但是在传输层上同时支持两种通信模式。,五层参考模型,OSI,与,TCP/IP,参考模型网络的评价,OSI,参考模型与协议缺乏市场与商业动力，结构复杂，实现周期长，运行效率低，这是它没有能够达到预想的目标的重要原因。,TCP/IP,参考模型在服务、接口与协议的概念区别上不是很清楚；,TCP/IP,参考模型不通用；,TCP/IP,参考模型的网络接口层并不是常规意义上的层次概念；,TCP/IP,参考模型没有区分物理层和数据链路层。,五层网络参考模型,四、数据链路层相关知识介绍,这里单独把数据链路层作为一个单独的章节进行介绍的原因是在今后的很多工作都需要接触到链路层的内容，且本实验室在链路层的研究在国内属于前列。,链路层的任务,两,节点间,可靠的数据传输,Ethernet, X.25, ATM, ,链路层工作的环境,1,链路层工作的环境,2,两个,物理上连接的,设备,:,主机,-,路由器,路由器,-,路由器,主机,-,主机,数据单元,:,frame,（帧）,application,transport,network,link,physical,network,link,physical,M,M,M,M,H,t,H,t,H,n,H,t,H,n,H,l,M,H,t,H,n,H,l,frame,物理链路,数据链路协议,接口卡,链路层的服务,1,成帧,链路访问,:,将分组封装入帧,加上帧头,帧尾,如果是共享介质，则需实现信道的访问,物理地址,放在帧首用来确定信源、信宿,不同于,IP,地址,!,在两台物理上连接的设备之间实现可靠传递,:,可靠传递是什么概念,不太用在误码率低的场合,(,光纤,某些双绞线,),无线链路,:,误码率相当高,链路层的服务,2,流量控制,:,保持收发双方的同步,错误检测,:,信号衰减和噪声会导致出错,.,接收端检测到错误时,:,给发送端信号要求重发或丢弃出错帧,错误校正,:,接受端检测多个位错,并加以校正,而无需要求发送端重发,错误检测,EDC=,错误检测校正（,Error Detection and Correction,）,错误检测不可能达到,100%,可靠,!,协议算法可能会忽略了某些错误,但比例极小,较大的,EDC,字段可以产生较好的检错和纠错效果,奇偶校验,单比特校验,:,检测一位错误,两维单比特校验,:,检测和校正单比特错误,0,0,循环校验码,把数据比特串,D,看成二进制数据,选择一个,r+1 bit,型,(generator),G,目的,:,选择,r,个,CRC,位,R,这样,可为,G,整除,(modulo 2),接收端已知,G,用,G,来除,.,如果余数不为,0:,查出错误,!,可以查出所有长度不超过,r+1,位的突发错误,在实践中被广泛应用,(ATM, HDCL),CRC,举例,如果要,:,D,.,2r XOR R = nG,则等于,:,D,.,2r = nG XOR R,也就等于,:,如果要让,D,.,2r,被,G,整除,则需要余数,R,R,= remainder ,D,.,2r,G,五、信道共享,-,多点访问协议,问题：,一条共享的通信信道,两个或多个结点可同时发送信号,:,相互干扰,在某一时刻只有一个结点可以成功地发送信号,多点访问协议需要解决的问题：,分布式的算法来决定如何共享信道, i.e.,决定工作站何时可以发送,我们希望多点访问协议能够解决什么问题,:,同步还是异步,了解其他站点的信息,健壮性,(e.g.,如何对待信道错误,),性能,信道分割的,MAC,协议,: TDMA,TDMA: time division multiple access,（时分多路）,“,依次,”,访问信道,每次每个站点分得固定长度的时隙,(,时长,=,分组的单位传输时间,),未用的时隙被闲置和浪费,例如,: 6,个站点的,LAN, 1,3,4,有分组发送,而,2,5,6,的时隙则被闲置,信道分割的,MAC,协议,: FDMA,FDMA: frequency division multiple access,（频分复用）,信道按频谱分成若干频段,每个站点分得固定的频段,在频段不用时该部分信道被闲置和浪费,例如,: 6,各站点的,LAN, 1,3,4,发送分组,而,2,5,6,的频段被闲置,frequency bands,time,信道分割的,MAC,协议,(CDMA),CDMA,：,Code Division Multiple Access,（码分多路）,每个用户分得具有唯一性的,“,code,”,; ie,代码集合的分割,大部分应用在无线通信的场合,(cellular, satellite,etc),所有用户共享相同的频道,但每个用户用自己的,“,码片,”,序列,(ie, code),对数据编码,编码信号,= (,原始数据,) X (,码片序列,),解码,:,编码信号的内积和码片序列,允许多个用户共存和发送信号,且相互的干扰极小,(,假设信号码呈,“,正交,”,状,),随机访问协议,当结点有数据要发送时：,使用信道全部的传输速率,R.,在诸多结点中不存在,“,预先,”,协商的机制,可能发生两个以上结点同时传输,-,“,冲突,”,随机访问的,MAC,协议,定义了,:,如何检测冲突,如何从冲突中恢复,(e.g.,通过延迟重发,),随机访问,MAC,协议的实例,:,纯,ALOHA,时隙,ALOHA,CSMA and CSMA/CD,纯,ALOHA,无时隙,Aloha:,简单,没有同步信号,需要传输分组时,:,立即发送而不必等待时隙的开始,冲突的概率增加了,:,在,t,0,时刻发送的分组与在,t,0,-1, t,0,+1,时刻发送的分组冲突,纯,Aloha,的效率,P(,给定节点的成功率,) = P(,节点传输,),*,P(,无其他节点在,p,0,-1,p,0,时刻传输）*,P(,无其他节点在,p,0,-1,p,0,时刻传输）,= p,.,(1-p),.,(1-p),P(,在,N,结点中任意结点的成功率,) = N p,.,(1-p),.,(1-p),选择最近的,p,当,n,inf,=1/(2e) = 0.18,协议,限制了信道吞吐量的有效利用,!,时隙,Aloha,时间划分成等长的时隙,(=,分组单元传送的时长,),对待新近到达的分组结点要,:,在下一个时隙开始时传输,如果冲突,:,以,p,的概率再后继的时隙重发分组，直到成功为止,.,(S),成功, (C),冲突, (E),空闲的时隙,时隙,Aloha,的效率,Q:,时隙的利用情况如何,?,A:,假设有,N,站点有数据发送,每个站点以,p,的概率在时隙中传输数据,传输成功的概率,S,为,:,对单个结点来说,:,S=,p (1-p),(N-1),最佳情况,:,信道的使用率为,37%,!,G = offered load = Np,0.5,1.0,1.5,2.0,0.1,0.2,0.3,0.4,Pure Aloha,Slotted Aloha,对,N,个节点中的任何一个：,S =,概率,(,仅有一个站点传输的,),= N p (1-p),(N-1),选择最佳的,p,当,n - infty .,= 1/e = .37,CSMA: Carrier Sense Multiple Access,CSMA,:,（载波检测多路访问）发送前侦听,:,如果信道闲置,:,发送整个分组,如果信道忙,推迟发送,坚持性,CSMA:,当信道闲置时，以,p,的概率立即重试,(,可能导致不稳定,),非坚持性,CSMA:,在某个随机间隔以后再试,CSMA,的冲突,冲突可能发生在,:,由于传播延迟两个节点可能听不到对方的发送,冲突,:,整个分组的传输时间被浪费,注意,:,这里的冲突概率是由距离和 传播延迟来决定的,以太网结点间的时空图,CSMA/CD (Collision Detection,，冲突检测,),CSMA/CD:,在冲突发生后，短时间内可,探测到,立即中断传输,减少信道的时间浪费,坚持性或非坚持性重传,冲突检测,:,在有线,LAN,中简便易行,:,检测信号强度,比较收、发的信号,在无线,LAN,比较困难,:,传输时接收器是关闭的,CSMA/CD,冲突检测,令牌环协议,1,信道分割的,MAC,协议,:,在重负荷时共享信道的效率高,在轻负荷时效率低,:,延迟了信道访问,当只有一个结点激活时，分到的带宽只有信道带宽的,1/N!,随机访问,MAC,协议,在轻负荷时有效率,:,单个节点可以充分利用信道的 带宽,在重负荷下,:,冲突的开销,令牌环协议,在两个方面寻求最佳的解决方案,!,令牌环协议,2,轮询（,Polling,）,:,由主结点,“,邀请,”,从结点依次传输,Request to Send, Clear to Send,报文,关注,:,轮询的开销,等待时间,单点失效,(,主结点,),令牌传递（,Token passing,）,:,控制,令牌,依次通过各个结点,令牌报文,关注,:,令牌的开销,等待时间,单点失效,(token),六、无线局域网,为什么需要无线网络,?,有线网络的缺点,临时组网不方便,如运动会、军事演习,网络互联要跨越公共场合时布线很麻烦,难于解决移动站点问题,无线网络可以很好地解决以上问题,无线网络类型很多，如电信移动网络、无线局域网（,WLAN,）等,无线网络的应用,在布线不方便或者不可能的情况组建网络,漫游访问,不同建筑物中的局域网之间的无线互联,电视机、机顶盒、笔记本电脑,/,台式电脑和大容量存储设备之间的数据,/,视频流传输,家庭网络,无线局域网标准,WLAN,，采用无线传输技术的局域网,IEEE802.11,标准，,1997,年发布,工作频带,2.4GHz,，最大传输速率,2Mb/s,1999,年,9,月，,802.11a,和,802.11b,802.11a,：工作频带,5.8GHz,，最大传输速率,54Mb/s,802.11b,：工作频带,2.4GHz,，最大传输速率,11Mb/s,2003,年,6,月，,802.11g,工作频带,2.4GHz,，最大传输速率,54Mb/s,2007,年,3,月，,802.11n,（草案,2.0,版本）,工作频带,2.4GHz/5GHz,，最大传输速率约为,300Mb/s,无线局域网的物理层,拓扑结构,有基础结构的拓扑,依赖于一个服务访问点（,AP,）或一个有线网络,适合于免布线的办公室环境和家庭无线网络,无基础结构的拓扑,又称为临时结构网络（,Ad Hoc Network,）,不依赖于服务访问点或有线网络，由无线站点通过相互关联临时组成一个网络,适合于需要临时搭建网络的场合,WLAN,中的,AP,与,BSS,AP,（无线接入点，,Access Point,）,是,WLAN,中的,“,无线基站,”,，类似有线网络中的,HUB,AP,的功能：,站点之间的信息转发,WLAN,与有线局域网之间的,“,桥接器,”,BSS,（基本服务集，,Basic Service Set,）,是一个地理区域，类似于移动电话系统中的蜂窝结构。,每一个,BSS,都有唯一的,BSSID,（也称为,SSID,），只有设置了正确的,BSSID,，站点才能访问,BSS,。,WLAN,的拓扑结构,Ad hoc,网络,BSS,以,AP,为核心的基础结构网络,通过,AP,与有线网络连接的基础结构网络,WLAN,的物理介质,1,跳频扩展频谱（,FHSS,）,FHSS,将工作频带分成,83,个,1MHz,带宽的信道。,FHSS,使用其中的,79,个信道，数据载波频率可在这,79,个频率之间随机跳动。,WLAN,的物理介质,2,直接序列扩展频谱（,DSSS,）,使用一个具有更高比特率的片码（,chipping code,）对发送的数字信号（,1,和,0,）进行调制。,802.11,标准中，片码为,11,位。,DSSS,将,2.4GHz,的工作频带划分成,14,个,22MHz,的频道（频道之间有重叠）。数据可从任何一个频道进行传送（无需跳频）。,红外线,波长,850,到,950nm,，传输范围较小，仅限于室内,无线局域网的数据链路层,LLC,子层与,IEEE 802.3,完全相同，所不同的仅是,MAC,子层,MAC,子层采用,CSMA/CA,（载波检测多路访问,/,冲突避免）协议,不是在发送过程中去监听是否发生了冲突，而是发送前设法避免冲突的发生,“,冲突避免,”,采用了三种机制来实现：预约信道、正向确认（,Acknowledgement,）和,RTS/CTS,冲突避免的措施,预约信道,发送站点向所有其他无线站点通告本站点将要占用信道多长时间，以便让其它站在这段时间内不要发送数据，起到了避免冲突的效果。,正向确认,接收站点正确收到数据帧时，就向发送站点发送一个,ACK,帧作为接收成功的肯定回答，否则将不采取任何动作。发送站点根据是否收到,ACK,帧决定重发与否。,用于冲突的恢复。,RTS/CTS,(Request To Send/Clear To Send),通过,RTS/CTS,帧预约信道，以避免隐蔽站冲突问题。,例如：有,A,、,B,、,C,三个站点，,B,在,A,和,C,之间。,A,和,C,都能与,B,通信，但,A,和,C,却因为相距较远而彼此无法了解对方的存在，若它们都向,B,发送数据就会发生冲突。,不同标准的,WLAN,比较,802.11a,802.11b,802.11g,802.11n,最大传输速率,54Mb/s,11Mb/s,54Mb/s,600Mb/s,兼容性,与,b,不兼容,-,与,b,兼容,与,b/g,兼容,安全性,好,较好,好,好,穿越障碍能力,一般,强,强,很强,抗干扰能力,强,较强,较强,很强,传输距离（室外）,300m,300m,300m,500m,价格,高,低,低,高,支持业务,数据,/,语音,/,图像,同左,同左,同左，视频,结束！,