现代通信网络第四章IP基础课件.ppt

1、现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础14.1 4.1 协议和体系结构的概念协议和体系结构的概念4.2 4.2 局域网基本知识局域网基本知识4.3 4.3 广域网广域网4.4 IP4.4 IP4.5 TCP4.5 TCP4.6 Internet4.6 Internet通信原理通信原理4.7 IPv64.7 IPv6简介简介4.8 Internet4.8 Internet服务及资源服务及资源第四章第四章 IPIP基础基础现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础24.1 4.1 网络体系结构模型网络体系结构模型 OSIOSI参考模型参考模型 TCP/IPTCP/IP协议模型协

2、议模型现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础3体系结构与模型的定义体系结构与模型的定义qArchitectureArchitecture词义部件的有序安排；结构词义部件的有序安排；结构q我们常常对现实世界自然或人工系统建立抽象的我们常常对现实世界自然或人工系统建立抽象的模型模型，通过对模型，通过对模型部件之间的连接结构和交互关部件之间的连接结构和交互关系系来描述系统的工作原理来描述系统的工作原理o 比如比如PCPC机模型：机模型：CPUCPUOSOS软件外设软件外设现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础4 OSI OSI参考模型参考模型现代通信网络现代通信网络 第第4章

3、章 IP基础基础5网络体系结构的内涵网络体系结构的内涵q网络体系结构是对层次划分、各层功能网络体系结构是对层次划分、各层功能(协议协议)定定义以及层间接口等的描述说明。义以及层间接口等的描述说明。q体系结构是抽象的、概念性的体系结构是抽象的、概念性的o 具体的网络开发具体的网络开发/实现实现时要依据体系结构来设计，相关时要依据体系结构来设计，相关的硬件和软件要符合标准。的硬件和软件要符合标准。q一个体系结构可以有多种实现一个体系结构可以有多种实现o 比如华为、中兴、比如华为、中兴、CiscoCisco的实现的实现现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础6OSI各层作用q OSI参考模

4、型采用7层协议结构（1）物理层（Physical Layer）对物理线路进行数字化，以便透明地传送比特流。“透明”的意思是指上层交给的数据流不会被过滤掉或屏蔽掉，能够原样传到对方（2）数据链路层（Data Link Layer）在相邻节点之间无差错地传送以帧为单位的数据。现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础7（3）网络层（Network Layer）在网络端端之间传送分组。（4）运输层（Transport Layer）在网络层提供的端端服务基础上，为端端用户提供可靠的通信服务。（5）会话层（Session Layer）管理和协调两台计算机之间的信息交互，提供建立和使用连接的方法。

5、一个连接就叫做一个”会话”。现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础8（6）表示层（Presentation Layer）解决用户信息的语法表示问题。（7）应用层（Application Layer）确定应用进程的性质，为应用进程提供通信接口。现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础9实体、协议、服务及服务访问点实体、协议、服务及服务访问点q 实体实体(entity)(entity)是任何可发送或接收信息的硬件或软件进程是任何可发送或接收信息的硬件或软件进程 ，对等实体对等实体q 协议：协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约为进行网络中的数据交换而建立的规则、标

6、准或约定。定。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。同步问题。q 协议三要素协议三要素o 语法：数据与控制信息的结构或格式语法：数据与控制信息的结构或格式o 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答何种应答o 同步：事件实现顺序的详细说明同步：事件实现顺序的详细说明q 协议是协议是“水平的水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规，即协议是控制对等实体之间通信的规则则现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础10实体、协议、服务及服务访问点实体、协议、服务及服

7、务访问点q服务是服务是“垂直的垂直的”，即服务是由下层向上层通，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。在协议的控制下，两个对过层间接口提供的。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等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务务 。本层的服务用户只能看见服务而看不见。本层的服务用户只能看见服务而看不见下面的协议（下面的协议对上面的服务用户是下面的协议（下面的协议对上面的服务用户是透明的透明的 ）q服务访问点（服务访问点（SAPSAP）是在同一系统中相邻两层）是在同一系统中相邻两层之间交换信息的逻辑接口。如端口（之间交换信息的逻辑接口。如端口（portport）或）或套接字

8、（套接字（socketsocket）q服务原语是同一系统中相邻两层交换信息所用服务原语是同一系统中相邻两层交换信息所用的语言。四种类型：请求、指示、响应和证实的语言。四种类型：请求、指示、响应和证实现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础11相邻两层之间的关系相邻两层之间的关系服服 务务 提提 供供 者者服服 务务 用用 户户服服 务务 用用 户户协协 议议SAPSAP提提 供供 服服 务务交换交换原语原语交换交换原语原语 服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令在令，这些命令在OSI中称为服务原

9、语中称为服务原语 服务访问点：同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方服务访问点：同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方 服务数据单元服务数据单元(SDU)：层间交换的数据：层间交换的数据 协议数据单元协议数据单元(PDU)：对等实体间交换的数据：对等实体间交换的数据现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础124.1 4.1 网络体系结构模型网络体系结构模型 OSIOSI参考模型参考模型 TCP/IPTCP/IP协议模型协议模型现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础13一、一、TCP/IPTCP/IP分层参考模型分层参考模型应用层应用层网络接口网络接口网际网际层层 IP (

10、各种应用层协议如各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP 等等)运输层运输层TCP，UDPTCP/IPTCP/IP模型模型分为分为4层，与层，与OSI模型有较模型有较大的区别大的区别现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础14二、二、TCP/IPTCP/IP与与OSI/RMOSI/RM分层参考模型的比较分层参考模型的比较应用层应用层运输层运输层网络层网络层表示层表示层会话层会话层数据链路层数据链路层物理层物理层7654321OSI应用层应用层网际网际层层 IP (各种应用层协议如各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP 等等)运输层运输层TCP，UDPTCP/IP数据链路

11、层数据链路层物理层物理层网络接口网络接口现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础15OSIOSI体系结构在市场上失败体系结构在市场上失败qOSI 的七层网络体系结构实现非常复杂，其商业产品很少qTCP/IP 的四层网络体系结构取得市场优势，成为事实上的标准qOSI/RM的失败原因：提出时间晚：OSI 协议出现时，TCP/IP 已被广泛地应用；过分理想和复杂导致效率低、实现困难；会话层和表示层几乎是空的、某些功能在各层重复出现、忽略了无连接服务、模型是由通信方面的人主持制定的。现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础16q不过不过OSI OSI 体系结构中的很多概念对理解计算

12、机体系结构中的很多概念对理解计算机网络的工作原理还是有很大帮助：网络的工作原理还是有很大帮助：o 协议、协议、o 服务、服务、o 服务访问点、服务访问点、o 服务原语服务原语现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础17三、分层的优点三、分层的优点q便于标准化、便于互通、便于扩展、便于实现o 各层之间是独立的：降低复杂度各层之间是独立的：降低复杂度o 灵活性好：变化相互影响小灵活性好：变化相互影响小o 结构可分开：便于采用不同的实现技术结构可分开：便于采用不同的实现技术o 易于实现和维护易于实现和维护o 能促进标准化工作：每层的功能及其所提供的服务能促进标准化工作：每层的功能及其所提供

13、的服务都已有精确的说明都已有精确的说明现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础18分层的缺点分层的缺点q分层的缺点：可能会降低通信效率分层的缺点：可能会降低通信效率o 处理环节多、功能重复/矛盾q改进：跨层设计o 某层的设计基于其它层设计细节、多层联合调节某些参数o 违反分层原则，实现复杂，不利于升级和维护现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础19例、无线网络中常用跨层设计 底层通知高层：信号弱了！54321数据链路层数据链路层应用层应用层运输层运输层网络网络层层物理物理层层54321数据链路层数据链路层应用层应用层运输层运输层网络网络层层物理物理层层 高层通知底层：现在

14、传输的是语音！u选用适合的无线信道编码以满足语音传输性能现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础204.1 4.1 协议和体系结构的概念协议和体系结构的概念4.2 4.2 局域网基本知识局域网基本知识4.3 4.3 广域网广域网4.4 IP4.4 IP4.5 TCP4.5 TCP4.6 Internet4.6 Internet通信原理通信原理4.7 IPv64.7 IPv6简介简介4.8 Internet4.8 Internet服务及资源服务及资源第四章第四章 IPIP基础基础现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础214.2.4.2.局域网基本知识局域网基本知识q局域网主

15、要特点及标准局域网主要特点及标准q局域网体系结构局域网体系结构q典型的典型的MACMAC协议协议o ALOHAALOHAo 以太网中使用以太网中使用IEEE802.3 CSMA/CDIEEE802.3 CSMA/CDq局域网组网局域网组网现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础22局域网，局域网，LANLANq局域网通常在一座大楼、一个校园或一个企业内，局域网通常在一座大楼、一个校园或一个企业内，其地理范围其地理范围(几公里几公里)和站点数目有限。和站点数目有限。q其主要特点：其主要特点：速率较高速率较高网络简单、易管理、便宜网络简单、易管理、便宜 便于系统的扩展和逐渐演变，各设备的

16、位置便于系统的扩展和逐渐演变，各设备的位置 可灵活调整和改变可灵活调整和改变。安全性威胁相对不严重安全性威胁相对不严重 能方便地共享设备、主机以及软件、数据。能方便地共享设备、主机以及软件、数据。现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础23局域网类型q按传输介质分按传输介质分o 有线局域网有线局域网o 无线局域网无线局域网q按拓扑结构分按拓扑结构分o 总线形局域网总线形局域网o 环形局域网环形局域网o 星形局域网星形局域网q各种局域网标准各种局域网标准现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础24IEEE 802IEEE 802委员会制定的标准（委员会制定的标准（1 1）q8

17、02.1:802.1:概述概述、体系结构和网络互连，以及网络管理、体系结构和网络互连，以及网络管理和性能管理和性能管理q802.2:802.2:逻辑链路控制逻辑链路控制。这是高层协议与任何一种局。这是高层协议与任何一种局域网域网MACMAC子层的接口子层的接口q802.3:CSMA/CD802.3:CSMA/CD。定义。定义CSMA/CDCSMA/CD总线网的总线网的MACMAC子层和物子层和物理层的规约理层的规约 （常称为（常称为以太网以太网）q 802.4:802.4:令牌总线网。令牌总线网。MACMAC子层和物理层的规约子层和物理层的规约q 802.5:802.5:令牌环形网。令牌环形网

18、。MACMAC子层和物理层的规约子层和物理层的规约q 802.6:802.6:城域网城域网MANMAN。MACMAC子层和物理层的规约子层和物理层的规约q 802.7:802.7:宽带技术宽带技术q 802.8:802.8:光纤技术光纤技术现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础25IEEE 802IEEE 802委员会制定的标准（委员会制定的标准（2 2）q802.9:802.9:综合话音数据局域网综合话音数据局域网q802.10:802.10:可互操作的局域网的安全可互操作的局域网的安全q802.11:802.11:无线局域网无线局域网q802.12:802.12:优先级高速局域

19、网优先级高速局域网(100 Mb/s)(100 Mb/s)q802.13:802.13:有线电视有线电视(Cable TV)(Cable TV)q802.15.1/2 802.15.1/2 蓝牙，蓝牙，802.15.4 802.15.4 紫蜂网紫蜂网ZigBeeZigBeeq802.16802.16：城域无线宽带系统：城域无线宽带系统,WiMax,WiMaxq802.20802.20：移动宽带无线接入，：移动宽带无线接入，MBWAMBWA现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础26IEEE802各分委员会结构关系与局域网标准图各分委员会结构关系与局域网标准图现代通信网络现代通信网络

20、第第4章章 IP基础基础27局域网的拓扑（局域网的拓扑（1 1）匹配电阻匹配电阻集线器集线器(a)星形网星形网(c)总线网总线网(b)环形网环形网干线耦合器干线耦合器q 星形网：集线器星形网：集线器(hub)+双绞线双绞线,现在非常广泛现在非常广泛q 环形网：令牌环形网环形网：令牌环形网(token ring)，或令牌环，或令牌环q 总线网：早期以太网，使用总线网：早期以太网，使用CSMA/CD现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础28局域网的拓扑（局域网的拓扑（2 2）q 树形网：树形网：层次化网络，校园网和企业网中常用层次化网络，校园网和企业网中常用q AD HOC：也称：也称

21、自组网、对等网络自组网、对等网络 一般为栅格状拓扑，一般为栅格状拓扑，无线局域网中的自组网，使用无线局域网中的自组网，使用CSMA/CA协议协议(d)树形网树形网(e)AD HOCAD HOC现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础294.2.4.2.局域网基本知识局域网基本知识q局域网主要特点及标准局域网主要特点及标准q局域网体系结构局域网体系结构q典型的典型的MACMAC协议协议o ALOHAALOHAo 以太网中使用以太网中使用IEEE802.3 CSMA/CDIEEE802.3 CSMA/CDo 局域网组网局域网组网q局域网组网局域网组网现代通信网络现代通信网络 第第4章章

22、IP基础基础30局域网体系结构局域网体系结构q IEEE 802 IEEE 802参考模型参考模型物理层数据链路层网络层运输层会话层表示层应用层物 理 层媒体接入控制 MAC逻辑链路控制 LLC服务访问点 SAPOSI 参考模型IEEE 802 参考模型IEEE 802 参考模型 的范围传 输 媒 体现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础31数据链数据链路层路层物理层物理层802.2 LLC 802.2 LLC 逻辑链路逻辑链路8 0 2.3 8 0 2.3 CSMA/CDCSMA/CD802.4802.4令牌总令牌总线线802.5 802.5 令牌环令牌环802.6 802.6

23、城域网城域网802.11 802.11 无线局无线局域网域网MACMAC子层子层LLCLLC子层子层局域网体系结构局域网体系结构 及相关及相关IEEE 802IEEE 802标准标准现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础32局域网体系结构：各层功能局域网体系结构：各层功能q 物理层功能：物理层功能：o 信号的编码与译码信号的编码与译码o 为进行同步用的前同步码（前导码）的产生与为进行同步用的前同步码（前导码）的产生与去除去除o 比特比特的传输与接收的传输与接收0101现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础33局域网体系结构：各层功能局域网体系结构：各层功能q数据链路层分

24、为两个部分：数据链路层分为两个部分：o 媒体访问控制子层（媒体访问控制子层（MACMAC）o 逻辑链路控制子层（逻辑链路控制子层（LLCLLC）现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础34局域网体系结构：各层功能局域网体系结构：各层功能MACMAC子层功能：子层功能：o 将上层交来的数据封装成帧进行发送将上层交来的数据封装成帧进行发送(接收接收时相反过程时相反过程)o 实现多个用户通过共享信道组网实现多个用户通过共享信道组网 实现和维护实现和维护MACMAC协议（比如协议（比如CSMA/CDCSMA/CD）qMACMAC子层可提供广播、组播和点对点通信子层可提供广播、组播和点对点通信

25、服务，是无连接的数据报服务。服务，是无连接的数据报服务。现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础35局域网体系结构：各层功能局域网体系结构：各层功能 LLC LLC子层功能子层功能o 建立和释放数据链路层的逻辑连接建立和释放数据链路层的逻辑连接o 给帧加上序号给帧加上序号o 差错控制，实现可靠的数据链路差错控制，实现可靠的数据链路o 提供与高层的服务接口提供与高层的服务接口LLCLLC子层提供下列四种服务：子层提供下列四种服务：LLC1 LLC1 不确认的无连接服务；不确认的无连接服务；LLC2 LLC2 面向连接服务；面向连接服务；LLC3 LLC3 带确认的无连接服务：用于令牌环

26、带确认的无连接服务：用于令牌环 LLC4 LLC4 高速传送服务：用于城域网高速传送服务：用于城域网现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础36局域网的局域网的LLCLLC子层是统一的子层是统一的q 只有只有MACMAC子层才区分是何种标准的局域网。子层才区分是何种标准的局域网。o 可通过可通过MACMAC桥接实现不同局域网间的互联桥接实现不同局域网间的互联q各局域网各局域网LLCLLC子层是相同的子层是相同的o 中继设备在转发中继设备在转发MACMAC帧时是不看、不改帧时是不看、不改LLCLLC帧内容的。帧内容的。高层高层物理层物理层LLCMAC1高层高层物理层物理层LLCMAC2

27、LLC物理层物理层MAC1物理层物理层MAC2局局 域域 网网1局局 域域 网网2现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础37传 输 媒 体物理层MACLLCSAP123进程主机 A物理层MACLLC12主机 B物理层MACLLC1主机 CSAP 地址MAC 地址zyxMAC层提供层提供“点到点点到点”链路，不可靠链路，不可靠MACMAC层实现多个用户间的组网层实现多个用户间的组网局域网可以没有交换机局域网可以没有交换机LLCLLC是端到端的服务是端到端的服务对上层应用提供服务端口（对上层应用提供服务端口（SAPSAP地址）地址）局域网没有网络层现代通信网络现代通信网络 第第4章章

28、IP基础基础38MACMAC层的硬件地址层的硬件地址q又称为物理地址或又称为物理地址或MACMAC地址地址q48bit48bit的全球地址：网卡上的地址的全球地址：网卡上的地址q局域网全球地址的法定管理机构：注册管理委局域网全球地址的法定管理机构：注册管理委员会员会RACRAC，分配前，分配前3 3个字节。个字节。o 机构惟一标识符机构惟一标识符OUIOUI或公司标识符或公司标识符 （MACMAC地址厂商地址厂商分配表分配表）q扩展标识符：后扩展标识符：后 3 3 个字节个字节q一个地址块可生成一个地址块可生成2 22424个不同地址个不同地址q广播地址广播地址现代通信网络现代通信网络 第第4

29、章章 IP基础基础394.2 4.2 局域网基本知识局域网基本知识q局域网主要特点及标准局域网主要特点及标准q局域网体系结构局域网体系结构q典型的典型的MACMAC协议协议o ALOHAALOHAo 以太网中使用以太网中使用IEEE802.3 CSMA/CDIEEE802.3 CSMA/CDq局域网组网局域网组网现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础40电缆（共享总线）电缆（共享总线）MACMAC层一般原理层一般原理多个站点通过共享信道进行互联，使用多个站点通过共享信道进行互联，使用MACMAC协议解协议解决共享信道争用，实现多个站点之间的相互通信。决共享信道争用，实现多个站点之间

30、的相互通信。多点接入技术（多点接入技术（Multiple AccessMultiple Access，MAMA）1 1、受控接入、受控接入 集中控制（轮询）集中控制（轮询）分散式控制（令牌环、令牌总线）分散式控制（令牌环、令牌总线）2 2、随机接入随机接入 ALOHAALOHA CSMA/CD CSMA/CD现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础41ALOHA与CSMAq在在ALOHAALOHA中，一个站无论什么时候有数据要发送，中，一个站无论什么时候有数据要发送，都可以随意发送，无需考虑其它用户是否也在发送。都可以随意发送，无需考虑其它用户是否也在发送。这样，它们之间就会有冲突，

31、冲突的帧被破坏。这样，它们之间就会有冲突，冲突的帧被破坏。o 如果一个帧被破坏，发送者需要等待一段随机时间再重如果一个帧被破坏，发送者需要等待一段随机时间再重发。发。纯纯ALOHAALOHA协议的信道利用率最大不超过协议的信道利用率最大不超过18.4%18.4%q如果各站都客气一点，谦让一点，根据网络情况协如果各站都客气一点，谦让一点，根据网络情况协调自己的行为，就能使信道利用率大大提高。调自己的行为，就能使信道利用率大大提高。CSMACSMA就采用了这种思想。就采用了这种思想。现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础42CSMA（载波监听多路访问）q在CSMA中，一个站点在发送之前

32、要先监听信道。如果发现信道空闲，则发送；如果发现信道上有载波，即处于忙状态，则不发送。这样这就大大减少了碰撞次数。现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础43监听策略q当一个站点发送数据前监听到信道忙时，其处理方式有两种（1）继续监听，直到信道闲；（2）随机等待一段时间再来监听q由此，便得出不同的CSMA系统，如坚持型CSMA和非坚持型CSMA。现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础44冲突检测（冲突检测（CDCD）原理）原理q虽然发送数据之前会监听信道，但仍会发生碰撞，比如，当信道由忙转为空闲时，如果有多个站同时在监听，这些站将会同时发送而产生碰撞。qCSMA存在由于多

33、个站同时发送而产生的碰撞，但各站并不知道已经发生碰撞，仍会将数据帧发送完毕。这就浪费了信道。q为此，CSMA/CD增加了边发边听的功能，一旦发生冲突，双方都能监听到，并停止发送，根据一定的后退算法延迟一个随机时间重新监听、发送。现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础45后退算法q在IEEE 802.3以太网中，采用1坚持CSMA/CD协议，后退算法为截断二进制指数算法，MAC帧的长度范围是641518字节。现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础46截断二进制指数退避算法截断二进制指数退避算法q 第一次重发，从第一次重发，从00，11中随机选择一个数中随机选择一个数r r

34、，后退，后退r r*2t2t时间时间q 第二次重发，平均后退步长加倍，即从第二次重发，平均后退步长加倍，即从00，1 1，2 2，33中随机中随机选择一个数选择一个数r r，后退，后退r r*2t2t时间时间q.q 第十次重发，从第十次重发，从00，1 1，2 2，10231023中随机选择一个数中随机选择一个数r r，后，后退退r r*2t2t时间时间q 第十一次重发，后退步长不再加倍，从第十一次重发，后退步长不再加倍，从00，1 1，2 2，10231023中中随机选择一个数随机选择一个数r rq.q 第十五次重发，从第十五次重发，从00，1 1，2 2，10231023中随机选择一个数中

35、随机选择一个数r rq 如果仍不成功，则丢弃此帧，并向上层报告。即最大发送次如果仍不成功，则丢弃此帧，并向上层报告。即最大发送次数为数为1616次。在前十次重发中，步长每次加倍，这就是所谓的次。在前十次重发中，步长每次加倍，这就是所谓的“二进制指数二进制指数”，在第十次重发后，后退步长不再加倍，这，在第十次重发后，后退步长不再加倍，这就是所谓就是所谓“截断截断”。现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础47二进制指数截断后退算法优缺点q二进制指数截断算法具有自适应性。o 第一次重发，后退步长较小，如果网络负载较轻，则再次碰撞的概率较小；如果网络负载较重，则再次碰撞的概率较大，在下一次

36、重发时会在更大步长范围内后退。o 这样，对较轻、较重的网络负载有很好的适应性。q公平性不好，时延抖动大现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础48以太网的工作原理：以太网的工作原理：CSMA/CDCSMA/CD协议协议qCSMA/CDCSMA/CD协议：协议：发前先听，边发边听，发现冲发前先听，边发边听，发现冲突，立即停止，转发强化冲突信号突，立即停止，转发强化冲突信号q在IEEE 802.3以太网中，采用1坚持CSMA/CD协议，后退算法为截断二进制指数算法，MAC帧的长度范围是641518字节。现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础49CSMA/CD工作原理发送成功发

37、送成功1站 12站 23站 N-14站 N567发送成功冲突 重发冲突 重发冲突 重发时间冲突 重发现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础50CSMA/CDCSMA/CD竞争期竞争期现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础51CSMA/CDCSMA/CD与与MACMAC帧长关系帧长关系q以太网争用期长度：以太网争用期长度：51.2 51.2 s s 。o 对于对于10Mbit/s10Mbit/s的以太网，在争用期内可发送的以太网，在争用期内可发送512bit512bit，即，即6464字节。因此，以太网在发送数字节。因此，以太网在发送数据时，如果前据时，如果前6464字节

38、没有发生冲突，那么后字节没有发生冲突，那么后续数据就不会发生冲突。续数据就不会发生冲突。qMACMAC帧的长度范围是帧的长度范围是641518641518字节，凡长度小于字节，凡长度小于6464字节的帧都是无效帧字节的帧都是无效帧52以太网 MAC 帧物理层MAC层10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入IP层目的地址 源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网的 MAC 帧格式 现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础534.2 4.2 局域网基本知识局域网基本知识q局域网主要特点

39、及标准局域网主要特点及标准q局域网体系结构局域网体系结构q典型的典型的MACMAC协议协议o ALOHAALOHAo 以太网中使用以太网中使用IEEE802.3 CSMA/CDIEEE802.3 CSMA/CDq局域网组网局域网组网现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础541 1 常用的媒体常用的媒体2 2 物理层上直接组网物理层上直接组网3 MAC3 MAC层上组网层上组网 一般网桥一般网桥 交换式网桥交换式网桥4 4 远程局域网互联远程局域网互联局域网组网局域网组网现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础55局域网使用的物理媒体局域网使用的物理媒体q 主要的物理媒体：

40、主要的物理媒体：o 双绞线：主流，常见双绞线：主流，常见10-100Mbps,10-100Mbps,乃至乃至1Gbps1Gbpso 同轴电缆同轴电缆 ：总线型以太网，现少用：总线型以太网，现少用o 光纤：光纤：10Mbps-10Gbps10Mbps-10Gbpso 无线：无线：2.4G/5G2.4G/5G频段，提供频段，提供1-54Mbps1-54Mbps现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础561 1 常用的媒体常用的媒体2 2 物理层上直接组网物理层上直接组网3 MAC3 MAC层上组网层上组网 一般网桥一般网桥 交换式网桥交换式网桥4 4 远程局域网互联远程局域网互联局域网组

41、网局域网组网现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础57物理层直接组网的物理拓扑物理层直接组网的物理拓扑集线器集线器(b)(b)星形网星形网q 星形网：集线器星形网：集线器(hub)+(hub)+双绞线双绞线,现在非现在非常广泛常广泛q 总线网：早期以太网使用总线网：早期以太网使用匹配电阻匹配电阻(a)(a)总线网总线网现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础58细同轴电缆组网细同轴电缆组网q距离一般小于距离一般小于200200米米（标准规定是（标准规定是185185米）米）电缆（共享总线）主机箱T 型接头网卡连接器插口匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）现代通信网络现代通

42、信网络 第第4章章 IP基础基础59共享式共享式集线器组网集线器组网q在星形网的中心使用一种可靠性非常高的设备，叫做集线器(hub)。o 集线器使用了大规模集成电路芯片，因此可靠性已大大提高了。o 一个站点没有接好，不会影响其他站点。o 速率10Mbps、100Mbps集线器集线器现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础60共享式集线器组网共享式集线器组网q共享式集线器共享式集线器/Hub/Hub通过一条总线把各端口通过一条总线把各端口连接起来，在同一时刻只有一个端口能发连接起来，在同一时刻只有一个端口能发送。送。o 相当于放大器（或转发器）相当于放大器（或转发器）。o 内部仍是总线

43、，使用内部仍是总线，使用802.3 CSMA/CD802.3 CSMA/CD协议。协议。集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础61集线器之间互联o 扩大了局域网覆盖的地理范围。o 逻辑上仍是一条总线，总的带宽并未提高一系二系三系集线器集线器集线器集线器主干集线器现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础62共享式集线器组网优缺点共享式集线器组网优缺点q优点：简单、便宜优点：简单、便宜为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础基础q缺点：缺点：内部仍然是共享总线，性能不高：内部仍然是共享总线，

44、性能不高：用户数少，时延大，安全性也不好用户数少，时延大，安全性也不好集线器集线器现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础631 1 常用的媒体常用的媒体2 2 物理层上直接组网物理层上直接组网3 MAC3 MAC层上组网层上组网 一般网桥一般网桥 交换式网桥交换式网桥4 4 远程局域网互联远程局域网互联局域网组网局域网组网现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础64网桥网桥q可以将两个或以上的可以将两个或以上的LANLAN互连成一个互连成一个逻辑逻辑LANLAN。LAN 2LAN 1网桥现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础65网桥对网桥对MACMAC帧进行转

45、发帧进行转发站表端口管理 软件网桥协议 实体缓存111222站地址端口网桥网段 A网段 B端口 1端口 2根据MAC帧的目的地址进行转发现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础66网桥站点表是如何建立的？网桥站点表是如何建立的？站表端口管理 软件网桥协议 实体缓存站地址端口网桥网段 A网段 B端口 1端口 2对广播帧和未知地址MAC帧向所有端口转发12QQ：目的：目的MACMAC地址地址如何获取？如何获取？现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础67网桥网桥q工作原理：工作原理：o 通过监听网络上所有的帧，网桥可以建立通过监听网络上所有的帧，网桥可以建立各网段站点地址表。各

46、网段站点地址表。o 当一个网段收到一个目的地址不是本网段当一个网段收到一个目的地址不是本网段的的MACMAC帧时，网桥向其它的网段转发；帧时，网桥向其它的网段转发；o 若该帧是发向同一网段某一站的，网桥不若该帧是发向同一网段某一站的，网桥不转发，而将其滤除转发，而将其滤除(不再是共享带宽不再是共享带宽)。o 当两个网段的当两个网段的MACMAC协议不同时，网桥还要负协议不同时，网桥还要负责责MACMAC协议的转换。协议的转换。现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础68网桥之间的组网q网桥之间可以互联 LAN 2LAN 1网桥 LAN 2LAN 1网桥 网桥现代通信网络现代通信网络

47、第第4章章 IP基础基础69网桥之间的组网远程网桥之间可以使用光纤、无线、电话线等进行互联LAN 2LAN 1网桥集线器集线器网桥现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础70网桥优缺点网桥优缺点q优点：优点：o 比较灵活，可连接异构局域网和远程局域网比较灵活，可连接异构局域网和远程局域网o 性能比共享式集线器有提高。性能比共享式集线器有提高。q缺点：缺点：o 传统网桥端口少；传统网桥端口少；o 传统网桥使用软件实现，对接收的帧要先存传统网桥使用软件实现，对接收的帧要先存储和查找站表，增加了时延；储和查找站表，增加了时延；o 不滤除广播帧，有时会产生不滤除广播帧，有时会产生广播风暴广播

48、风暴现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础711 1 常用的媒体常用的媒体2 2 物理层上直接组网物理层上直接组网3 MAC3 MAC层上组网层上组网 一般网桥一般网桥 交换式集线器交换式集线器4 4 远程局域网互联远程局域网互联局域网组网局域网组网现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础72交换式集线器交换式集线器q交换式集线器也称以太网交换式集线器也称以太网交换机交换机，使用带有交换，使用带有交换芯片的芯片的 高速背板来连接各端口。通过识别高速背板来连接各端口。通过识别MACMAC帧帧的目的地址进行转发。各端口可以同时通信。的目的地址进行转发。各端口可以同时通信。o

49、速率速率10M10M、100M100M、10/100M10/100M自适应自适应o 目前很多产品支持直连线、交叉线自适应目前很多产品支持直连线、交叉线自适应现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础73以太网交换机逻辑功能图12349级联线路内嵌站表现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础74以太网交换机：交换芯片 1234512345出 线入线AB空分交换矩阵示意图现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础75帧帧11234516帧帧2端口端口 1端口端口 4帧帧2帧帧1端口端口 1端口端口 212211122（2 2）空间接线器工作原理）空间接线器工作原理时间时间

50、 0时间时间 121现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础76交换机组网交换机组网交换机交换机交换机一系三系二系主干集线器一个更大的广播域交换机现代通信网络现代通信网络 第第4章章 IP基础基础77以太网交换机优缺点以太网交换机优缺点q优点：优点：o 端口多，转发速率快；端口多，转发速率快；o 灵活方便：灵活方便：速率速率10/100M10/100M自适应，直连线自适应，直连线/交叉线自适应交叉线自适应 支持支持VLANVLAN（虚拟局域网），可限制广播风暴，（虚拟局域网），可限制广播风暴，使广播风暴减少，增加安全性。使广播风暴减少，增加安全性。q缺点：缺点：o 不支持不同不支持不