计算机网络范例教案课件

,#,单击此处编辑母版标题样式,会计学,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,会计学,1,计算机网络范例,2,计算机网络讲义,2,上次课主要内容,可靠性传输原理,连续,ARQ,协议,滑动窗口协议,选择重传,ARQ,协议,点到点信道的数据链路层,点对点信道的通信步骤,点对点通信协议,HDLC,PPP,第1页/共32页,3,4.6,使用广播信道的数据链路层,广播信道（共享信道）可以进行一对多的通信。,广播信道除考虑数据链路层的基本问题外还需要考虑的一个重要问题就是如何使众多的用户能够合理而方便地共享通信媒体资源。,共享通信媒体资源的技术,1,、静态划分信道（信道复用）,2,、动态划分信道（多点接入）,（,1,）随机接入,（,2,）受控接入,局域网采用的就是广播信道。,第2页/共32页,4.7,局域网,局域网概述,传统的以太网,以太网的,MAC,层,扩展的局域网,虚拟局域网,高速以太网,其他种类的高速局域网,无线局域网,第3页/共32页,5,局域网概述,计算机网络首先从广域网发展起来，为解决传输速率问题，牺牲了传输距离，于是产生了计算机局域网。,局域网是,专有,网络，是在有限的地理范围内以较高的速率、较低的误码率进行数据传输的计算机网络。,1,、有限范围：几十米到几十公里；,2,、较高的速率：几兆到万兆比特,/,秒；,3,、较低的误码率：小于,10,-8,。,局域网与其他类型网络区别在于：,1,、传输范围；,2,、传输技术；,3,、拓扑结构。,局域网主要实现信息传输和资源共享的功能。,第4页/共32页,6,1,、局域网的优点,局域网的优点,1,、能方便地共享昂贵的外部设备、主机、软件以及数据。,（,1,）代理服务器、访问服务器等；,（,2,）数据库服务器、代理服务器以及各种服务器软件；,（,3,）数据库系统。,2,、便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。,（,1,）有限的地理范围；,（,2,）私有性；,（,3,）统一的标准；,3,、提高了系统的可靠性和可用性。,（,1,）设备冗余；,（,2,）建立分布式系统的基础。,第5页/共32页,7,2,、局域网采用的拓扑结构,什么是拓扑结构？,1,、网络的拓扑结构是指网络中节点之间物理的或逻辑的连接方式。,（,1,）两个节点之间的连接线构成了点对点的物理连接，多个节点也可直接连接在一起，共享一个物理连接，物理连接的集合构成了网络的物理拓扑。,（,2,）逻辑连接是指两个节点间直接交换数据信息的连接，又称为链路，网络逻辑连接的集合构成了逻辑拓扑。,2,、在计算机网络技术中，网络拓扑结构用几何的方法描述连接集合和相互连接的节点之间的关系。,3,、计算机网络通常采用网状、星型、树型、总线型和环行。,局域网采用的拓扑结构有星型拓扑、环行拓扑、总线拓扑和树型拓扑。,第6页/共32页,8,3,、局域网采用的拓扑结构比较,星型：每个节点采用专线与中心控制点连接。,1,、结构较复杂、不经济；,2,、易安装、易扩充、易维护；,3,、具有一定的健壮性；,4,、存在单点失败。,环型,1,、结构复杂、不经济；,2,、网络传输速率稳定。,总线,1,、结构简单、经济；,2,、不易扩充、维护。,树型（常用）,1,、结构复杂、不经济；,2,、易安装、易扩充、易维护；,3,、较星型可以连接更多的工作站。,第7页/共32页,9,4,、典型的树型拓扑结构的网络拓扑图,在计算机网络设计和维护时，必须使用反映网络部署结构的网络拓扑图。,典型的树型拓扑结构的网络拓扑图,第8页/共32页,10,5,、局域网使用的传输媒体,局域网使用的传输媒体,1,、同轴电缆：,50,和,75,；,2,、双绞线：,5,类、超,5,类和,6,类；,3,、光纤：多模、单模；,4,、电磁波：不同频段。,第9页/共32页,11,6,、局域网的媒体共享技术,计算机局域网用户（站点）较多，各用户随机使用信道且产生突发性数据流量，因此，静态划分信道技术不适用计算机局域网。,目前计算机局域网主要采用的是动态划分信道的随机接入技术，也有部分采用是动态划分信道的受控接入技术。,第10页/共32页,12,7,、局域网的技术标准,局域网的技术标准,1,、以太网技术标准；,2,、,IEEE802.3,局域网标准；,3,、,IEEE802.4,令牌总线标准；,4,、,IEEE802.5,令牌环标准；,5,、,IEEE802.11,无线局域网标准。,第11页/共32页,13,8,、主流局域网技术,目前，以太网是主流技术。,早期以太网的两个标准,1,、,1980,年,9,月,DEC,、,Intel,和施乐公司的,DIX Ethernet V2,；,2,、,IEEE 802.3,。,目前，存在众多的以太网技术标准。,事实上，常将以太网技术标准和,IEEE802.3,标准等同考虑。,第12页/共32页,14,传统的以太网,传统以太网是指传输速率为,10Mbit/s,的共享式以太网。,1,、所谓共享是指网络有一个广播域（逻辑分段），一个碰撞域（物理分段或网段）且广播域与碰撞域完全重合。,2,、广播域与碰撞域,（,1,）广播域对于广播帧是封闭的；,（,2,）对于非广播帧可能产生碰撞的范围可以理解为碰撞域。,广播帧,广播帧,广播帧,广播帧,广播帧,广播帧,广播帧,11,12,13,21,22,23,31,32,广播域,碰撞域,2,碰撞域,1,碰撞域,3,广播域,第13页/共32页,15,1,、传统以太网的特点,以太网采用无连接的工作方式。,1,、不要求接收方确认；,2,、尽最大努力发送数据；,3,、差错由上层解决。,传统以太网采用动态随机接入媒体共享技术。,以太网采用曼彻斯特编码的信号。,传统以太网需要解决“冲突”问题。,第14页/共32页,16,2,、传统以太网采用的协议,传统以太网采用,CSMA/CD,协议解决碰撞问题。,CSMA/CD,协议,1,、,Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection,载波监听多路访问,/,冲突检测；,2,、,CSMA/CD,协议的种类,（,1,）,1-,坚持,CSMA/CD,；,（,2,）非坚持的,CSMA/CD,；,（,3,）,p,坚持,CSMA/CD,。,第15页/共32页,17,3,、传统以太网发生碰撞可能性的讨论,发生碰撞可能性的讨论,A,B,L,长度为,L,，电磁波传输的速度为,C,，则信号从,A,到,B,的时间,T=L/C,A,B,A,在时刻,t,0,监听到链路空闲，发送数据，在,t,1,T,时刻，,B,监听到链路空闲，发送数据，于是碰撞出现了,D,A,t,0,t,1,D,B,A,B,X,t,0,t,1,t,2,第16页/共32页,1 km,A,B,t,碰撞,t,=2,A,检测到发生碰撞,t,=,B,发送数据,B,检测到发生碰撞,t,=,t,=0,单程端到端,传播时延记为,第17页/共32页,1 km,A,B,t,碰撞,t,=,B,检测到,信道空闲,发送数据,t,=,/2,发生碰撞,t,=2,A,检测到发生碰撞,t,=,B,发送数据,B,检测到发生碰撞,t,=,A,B,A,B,A,B,t,=0,A,检测到,信道空闲,发送数据,A,B,t,=0,t,=,B,检测到发生碰撞,停止发送,STOP,t,=2,A,检测到,发生碰撞,STOP,A,B,单程端到端,传播时延记为,第18页/共32页,20,4,、传统以太网发生碰撞的结论,结论,1,、发生碰撞的两个数据帧都不可用；,2,、任何一个站在最多两倍的端到端的传播时延后就可以确定是否发生了碰撞；,3,、在使用,CSMA/CD,协议时，一个站不可能同时进行发送和接收；,4,、每个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着发生碰撞的可能性；,5,、如果发生了碰撞，发送数据的站必须推迟一段时间后重新发送。,第19页/共32页,21,5,、传统以太网的争用期,争用期,1,、任何一个站在发送数据帧后最多,2,倍的端到端延时就可确定是否发生了碰撞，将此时间称为,碰撞窗口,，又称,争用期,；,2,、发生碰撞后，产生碰撞的各站都,随机等待一段时间,后再启动发送程序；,3,、随机等待的一段时间如何确定呢？,第20页/共32页,22,6,、传统以太网的,随机等待时间确定,发生碰撞后，采用截断二进制指数类型的退避算法确定等待时间，算法内容如下：,1,、将争用期作为基本退避时间,t,；,2,、,k=min,重传次数，,10,；,3,、从,0,，,1,，,，,(2,k,-1),中随机取出一个数,n,，重传的等待时间,T=t X n,；,4,、当重传次数达到,16,次时，丢掉该帧,向上层报告。,以太网采用,51.2us,作为争用期，对于,10Mbit/s,的以太网在争用期内可以发送,512bit,的数据，既,64,字节。,1,、对于以太网，如果前,64,字节没有发生碰撞，则不会发生碰撞；,2,、以太网数据帧最小的长度为,64,字节。,第21页/共32页,23,7,、传统以太网碰撞后的处理,在检测到碰装后，产生碰撞的站，可加入人为干扰信号，强化碰撞。,1,、将碰撞放大，使碰撞信号能被更多的站点检测到；,2,、避免更多的碰撞产生。,第22页/共32页,数据帧,干扰信号,T,J,人为干扰信号,A,B,T,B,t,B,发送数据,A,检测,到冲突,开始冲突,信,道,占,用,时,间,A,发送数据,B,也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出,A,发送干扰信号的情况。,第23页/共32页,25,8,、传统以太网的网络接口,以太网采用网卡将主机接入网络。,网卡的作用,1,、网卡又称网络适配器，将主机接入网络；,2,、网卡工作在数据链路层和物理层；,3,、网卡实现串,/,并输入的转换；,4,、网卡的主要参数：网卡的总线类型、网卡的网络接口、网卡的传输速率、网卡的传输方式和网卡的高速缓存。,第24页/共32页,26,9,、传统以太网的连接方式,可使用的介质：粗缆、细缆、铜线和光缆。,目前,10BASE5,和,10BASE2,已经不再使用。普遍使用的是,10BASE-T,和,10BASE-F,。,1,、,10BASE-T,采用基带传输技术，传输速率为,10Mbit/s,，采用双绞线作为网络介质；,2,、在采用,10BASE-T,标准的网络中，采用星型或树型拓扑结构；,3,、在星型或树型拓扑结构中，采用集线器作为中心控制器；,4,、集线器利用双绞线将各站点分别与集线器连接起来。,第25页/共32页,27,10,、传统以太网的连接示例,10BASE-T,集线器有多个,RJ45,网络接口，用来连接工作站。,RJ45,网络接口,网卡,RJ45,接头（水晶头）,双绞线,第26页/共32页,28,11,、传统以太网的信道利用率,以太网信道共享采用随机接入控制方式。,1,、站点竞争信道；,2,、,CSMA/CD,协议解决竞争；,3,、信道的利用率不稳定。,为讨论以太网信道利用率，做如下假设：,1,、总线上有,N,个站，每个站发送数据帧的概率为,P,；,2,、争用期,t,为,2,倍的端到端传播延迟；,3,、每个站发送的数据帧长为,L,（,bit,），发送速率为,C,（,bit/s,），帧的发送时间为,T,0,=L/C,。,第27页/共32页,29,工作站成功发送一个数据帧的平均时间构成,一个工作站成功发送一个数据帧的平均时间为,：,t,争用期,t,争用期,发送成功,t/2,时间,占用期,争用期的平均个数,T,0,一个工作站成功发送一个数据帧的平均时间,1,、,t,为争用期，是端到端传输时间的,2,倍；,2,、,T,0,为发送时间，是平均帧长除以网络接口的发送速度。,第28页/共32页,30,争用期平均个数,争用期的平均个数,1,、每个站发送数据帧的概率为,p,，则不发送数据帧的概率为,1-p,；,2,、某个站成功发送的概率为,p(1-p),N-1,，失败的概率为,1-p(1-p),N-1,，所有站成功发送的概率为：