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计算机网络总复习省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第一章概述第一章概述一、一、计算机网络产生计算机网络产生产生产生原因原因:资源共享与数据交换要求。:资源共享与数据交换要求。产生产生基础基础:是计算机技术与通信技术相结合产物。:是计算机技术与通信技术相结合产物。二、二、计算机网络定义计算机网络定义 计算机网络是用通信线路将分散在不一样地点并含有独计算机网络是用通信线路将分散在不一样地点并含有独立功效多台计算机系统相互连接,按照网络协议实现远程立功效多台计算机系统相互连接,按照网络协议实现远程信息处理,并实现资源共享信息系统。信息处理,并实现资源共享信息系统。第第1页页第一章概述第一章概述三、三、计算机网络分类计算机网络分类按按距离距离分:局域
2、网(分:局域网(LAN),城域网(),城域网(MAN)和广域网)和广域网(WAN););按数据传输和系统按数据传输和系统拥有者拥有者分:分:公用公用网和网和专用专用网。网。按按交换方式交换方式分:分:分组分组交换、交换、报文报文交换和交换和电路电路交换。交换。按网络传输技术分:按网络传输技术分:点对点点对点传输方式网络、传输方式网络、广播式广播式网网络络按传输介质分类:按传输介质分类:有线有线网、网、无线无线网网四、四、计算机网络三个主要组成部分计算机网络三个主要组成部分若干个若干个主机主机一个一个通信子网通信子网一系列一系列协议协议第第2页页第一章概述第一章概述五、五、网络拓扑类型网络拓扑类
3、型 总线型、环形、星形拓扑、树型拓扑、网状(不规则)总线型、环形、星形拓扑、树型拓扑、网状(不规则)六、六、网络体系结构基本概念网络体系结构基本概念1 1、网络体系结构网络体系结构 网网络络体体系系结结构构是是计计算算机机网网络络分分层层结结构构、各各层层协协议议、功效和层间接口集合。功效和层间接口集合。2 2、分层分层优点优点以下:以下:(1 1)简单化)简单化 (2 2)灵活性)灵活性 (3 3)标准化)标准化 第第3页页3、实体、协议、接口和服务实体、协议、接口和服务实体实体(EntityEntity):是通信时能发送和接收信息任何软硬):是通信时能发送和接收信息任何软硬件设施。件设施。
4、协议协议(ProtocolProtocol):是为实现网络中数据交换建立规):是为实现网络中数据交换建立规则标准或约定。协议由语法、语义和同时规则三部分组成,则标准或约定。协议由语法、语义和同时规则三部分组成,即协议即协议三要素三要素:(1 1)语义:语义:确定协议元素类型,要求通信双方要发出确定协议元素类型,要求通信双方要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种应答。何种控制信息,完成何种动作以及做出何种应答。(2 2)语法:语法:确定协议元素格式,要求数据与控制信息确定协议元素格式,要求数据与控制信息结构和格式。结构和格式。(3 3)同时规则:同时规则:要求事件实现次序详细说明,确定通要
5、求事件实现次序详细说明,确定通信状态改变和过程,如通信双方应答关系。信状态改变和过程,如通信双方应答关系。第第4页页第一章概述第一章概述七、计算机网络体系结构:七、计算机网络体系结构:层和协议集合层和协议集合OSI/RM TCP/IP 理论参考模型理论参考模型每层作用每层作用第第5页页第二章物理层第二章物理层一、物理层一、物理层功效:功效:完成相邻节点之间透明原始比特流传输完成相邻节点之间透明原始比特流传输特征:特征:机械特征:连接器形状机械特征:连接器形状电气特征:正、负逻辑,传输介质、速率、距离等电气特征:正、负逻辑,传输介质、速率、距离等功效特征:每一根信号线功效定义功效特征:每一根信号
6、线功效定义过程特征:完成特定功效时,各信号工作过程过程特征:完成特定功效时,各信号工作过程第第6页页第二章物理层第二章物理层二二、数据通信基本概念、数据通信基本概念1、数据和信号、数据和信号信号类型:信号类型:模拟信号、数字信号模拟信号、数字信号模拟传输、数字传输模拟传输、数字传输 2、信道特征、信道特征信道带宽信道带宽(模拟、数字)(模拟、数字)基带与宽带基带与宽带传输数率传输数率(数据信号速率、码元速率)(数据信号速率、码元速率)信道极限信道极限(理想、带噪)(奈奎斯特、香农)(理想、带噪)(奈奎斯特、香农)误码率误码率信道延迟信道延迟(时延计算)(时延计算)时延带宽积时延带宽积通信线路通
7、信方式通信线路通信方式:串行方式串行方式和和并行方式并行方式数据通信方式:数据通信方式:单工通信、半双工通信、全双工通信单工通信、半双工通信、全双工通信第第7页页第二章数据通信基础第二章数据通信基础三、三、数据调制与编码数据调制与编码1 1、数字数据模拟信号编码数字数据模拟信号编码幅移键控幅移键控(ASK)(ASK)法法频移键控频移键控(FSK)(FSK)法法相移键控相移键控(PSK)(PSK)法法2 2、数字数据数字信号编码数字数据数字信号编码 曼彻斯特曼彻斯特(Manchester)(Manchester)码及差分曼彻斯特码及差分曼彻斯特(Differential Manchester)(
8、Differential Manchester)码码3 3、模拟数据数字信号编码模拟数据数字信号编码 惯用编码技术是惯用编码技术是脉冲编码调制脉冲编码调制PCMPCM(Pulse Code Modulation)(Pulse Code Modulation)技术技术 步骤:采样、量化和编码步骤:采样、量化和编码第第8页页第二章数据通信基础第二章数据通信基础四、四、传输媒体传输媒体(传输介质)(传输介质)有线介质:双绞线、同轴电缆、光纤有线介质:双绞线、同轴电缆、光纤无线介质:无线电、微波(大地微波、卫星微波)无线介质:无线电、微波(大地微波、卫星微波)、红外线(毫米波)、激光、红外线(毫米波)
9、、激光五、多路复用技术五、多路复用技术 频分复用频分复用 FDMFDM、时分复用、时分复用TDMTDM(二种)(二种)六、数据交换技术六、数据交换技术交换:交换:按照某种方式动态地分配传输线路资源、按照某种方式动态地分配传输线路资源、类型:电路交换、报文交换、分组交换类型:电路交换、报文交换、分组交换各种交换技术特点比较各种交换技术特点比较第第9页页第三章数据链路层第三章数据链路层一、数据链路层基本概念一、数据链路层基本概念链路(物理链路):链路(物理链路):一条无源点到点物理线路段,一条无源点到点物理线路段,中间没有任何其它交换结点。中间没有任何其它交换结点。数据链路(逻辑链路):数据链路(
10、逻辑链路):把实现控制数据传输规程把实现控制数据传输规程软件、硬件加到链路上,就形成了数据链路软件、硬件加到链路上,就形成了数据链路二、数据链路层主要功效二、数据链路层主要功效:(在不太可靠物理链路(在不太可靠物理链路上实现可靠数据传输)上实现可靠数据传输)链路管理链路管理:即数据链路建立、维持和释放。即数据链路建立、维持和释放。帧同时帧同时:收方应该能从收到比特流中准确地域分出一帧开始和结收方应该能从收到比特流中准确地域分出一帧开始和结束在什么地方。(数据按帧传送,可在犯错时仅重传错帧。)束在什么地方。(数据按帧传送,可在犯错时仅重传错帧。)流量控制流量控制:发发方发送数据速率必须使收方来得
11、及接收。当收方方发送数据速率必须使收方来得及接收。当收方来不及接收时,就必须及时控制发方发送数据速率。来不及接收时,就必须及时控制发方发送数据速率。第第10页页第三章数据链路层第三章数据链路层差错控制差错控制:计算机通信中,要求有极低比特差错率,一旦有计算机通信中,要求有极低比特差错率,一旦有错时,普通采取检错重发来处理,即收方能够检测出收到帧错时,普通采取检错重发来处理,即收方能够检测出收到帧中有差错(但并不知道哪几个比特错了),于是就让发主重中有差错(但并不知道哪几个比特错了),于是就让发主重复发送这一帧。常采取奇偶校验和复发送这一帧。常采取奇偶校验和CRC方法。方法。将数据和控制信息分开
12、将数据和控制信息分开:传送时数据和控制信息在同一帧中,传送时数据和控制信息在同一帧中,故一定要有对应办法使收方能将它们区分开来。故一定要有对应办法使收方能将它们区分开来。透明传输透明传输:即不论所传数据是什么样比特组合,都应该能在即不论所传数据是什么样比特组合,都应该能在链路上传送。当所传数据中比特组合刚好与一个控制信息一链路上传送。当所传数据中比特组合刚好与一个控制信息一样时,要加以控制(样时,要加以控制(字节计数法、字节计数法、使用字节(字符)填充首使用字节(字符)填充首尾定界符法尾定界符法、违法编码法、使用比特填充首尾定界符法违法编码法、使用比特填充首尾定界符法)。寻址寻址:多点连接情况
13、下,必须确保每一帧都能送到正确目标多点连接情况下,必须确保每一帧都能送到正确目标站,收方也应该知道发方是哪一个站。站,收方也应该知道发方是哪一个站。第第11页页第三章数据链路层第三章数据链路层三、数据链路层协议三、数据链路层协议停顿等候协议停顿等候协议连续连续ARQ(自动请求重发)协议(后退(自动请求重发)协议(后退N帧帧ARQ和和选择性重传选择性重传ARQ)滑动窗口协议滑动窗口协议内容:对已发送出去但未被确认数据帧数目加以内容:对已发送出去但未被确认数据帧数目加以限制。限制。发送窗口:对发送端流量进行控制,其大小发送窗口:对发送端流量进行控制,其大小WT代表在还没有收到对方确认信息情况下发送
14、端最代表在还没有收到对方确认信息情况下发送端最多能够发送多少个数据帧。停顿等候协议发送窗多能够发送多少个数据帧。停顿等候协议发送窗口大小是口大小是1,表明只要发送出去某个数据帧未得,表明只要发送出去某个数据帧未得到确认,就不能再发送下一个数据帧。到确认,就不能再发送下一个数据帧。第第12页页第三章数据链路层第三章数据链路层接收窗口用来控制能够接收哪些数据帧而不能够接收窗口用来控制能够接收哪些数据帧而不能够接收哪些帧。只有当收到数据帧发送序号落入接接收哪些帧。只有当收到数据帧发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。若收到数据帧收窗口内才允许将该数据帧收下。若收到数据帧落在接收窗口之外,则一律
15、将丢弃。落在接收窗口之外,则一律将丢弃。在后退在后退N帧帧ARQ协议中,接收窗口协议中,接收窗口WR=1。当数据帧发送序号所占比特数一定时,发送窗口当数据帧发送序号所占比特数一定时,发送窗口最大值:设用最大值:设用n比特进行编号,接收窗口大小为比特进行编号,接收窗口大小为1,则发送窗口大小为,则发送窗口大小为WT=2n-1,而不会到达,而不会到达2n。为何?为何?后退后退N帧帧ARQ发送窗口和接收窗口大小,为何?发送窗口和接收窗口大小,为何?选择性重传选择性重传ARQ发送窗口和接收窗口大小,为发送窗口和接收窗口大小,为何?何?第第13页页第三章数据链路层第三章数据链路层四、四、面向比特链路控制
16、规程面向比特链路控制规程HDLC三种站类型是三种站类型是主站主站、次站次站和和复合站复合站。两种链路结构:非平衡型和平衡型。两种链路结构:非平衡型和平衡型。三种数据传输方式:正常响应方式(三种数据传输方式:正常响应方式(NRM)、异步响应方式)、异步响应方式(ARM)和异步平衡方式()和异步平衡方式(ABM)。)。HDLC帧格式:由标志(帧格式:由标志(F)、地址()、地址(A)、控制()、控制(C)、信)、信息(息(INFO)和帧检验序列()和帧检验序列(FCS)等段组成。)等段组成。HDLC允许有允许有3种类型帧:种类型帧:信息帧(信息帧(I)、)、监控帧(监控帧(S)和)和 无无编号帧(
17、编号帧(U)。)。标志字段标志字段0比特插入法实现比特插入法实现第第14页页第三章数据链路层第三章数据链路层五、五、Internet中数据链路层协议中数据链路层协议PPP是使用串行线路通信面向字节协议。是使用串行线路通信面向字节协议。PPP包含三个主要成份,即包含三个主要成份,即HDLC封装、链路封装、链路控制协议和网络控制协议。控制协议和网络控制协议。第第15页页第四章局域网第四章局域网LAN一、概述一、概述特点:特点:为一个单位全部,范围小,数目有限为一个单位全部,范围小,数目有限优点:优点:使用方便,便于扩展,可靠性强使用方便,便于扩展,可靠性强传输媒体:传输媒体:双绞线、同轴电缆、光纤
18、双绞线、同轴电缆、光纤拓朴结构:拓朴结构:星形网、环形网、总线网、树形网星形网、环形网、总线网、树形网二、二、IEEE802参考模型参考模型LAN只是一个计算机通信网,不存在路由选择只是一个计算机通信网,不存在路由选择问题,所以问题,所以局域网能够不要网络层局域网能够不要网络层。局域网数据链路层划分为两个子层:局域网数据链路层划分为两个子层:媒体访问媒体访问控制控制MAC子层和逻辑链路控制子层和逻辑链路控制LLC子层子层第第16页页三、三、物理层主要功效物理层主要功效信号编码与译码信号编码与译码前同时位产生与去除前同时位产生与去除比特传输与接收比特传输与接收四、四、MAC层主要功效:与接入各种
19、传输媒体相关层主要功效:与接入各种传输媒体相关问题都放在该层问题都放在该层发送时:将上层交下来数据封装成帧进行发送(接收发送时:将上层交下来数据封装成帧进行发送(接收时进行相反过程,将帧拆卸);时进行相反过程,将帧拆卸);实现和维护实现和维护MAC协议;协议;比特差错检测;比特差错检测;寻址寻址第四章局域网第四章局域网LAN第第17页页第四章局域网第四章局域网LAN五、五、mac帧硬件地址和两种不一样帧格式帧硬件地址和两种不一样帧格式六、六、IEEE802系列协议系列协议8022-逻辑链路控制逻辑链路控制8023-CSMACD8024-令牌总线网令牌总线网8025-令牌环形网令牌环形网8021
20、1-无线局域网无线局域网第第18页页第四章局域网第四章局域网LAN七、七、IEEE802.3标准:载波监听多路访问标准:载波监听多路访问/冲冲突检测(突检测(CSMA/CD)是是LAN中对共享信道一个中对共享信道一个随机接入随机接入技术。技术。实现思想实现思想:若:若A要发送帧,首先监听信道是否空闲,若不要发送帧,首先监听信道是否空闲,若不空闲,则延迟一段时间再监听,若信道空闲,则抢占信道,空闲,则延迟一段时间再监听,若信道空闲,则抢占信道,发送数据,一边发送,一边接收(自己发送数据),以检发送数据,一边发送,一边接收(自己发送数据),以检验是否与其它站冲突,若冲突,则放弃此数据帧发送。验是否
21、与其它站冲突,若冲突,则放弃此数据帧发送。三种实现技术(信道不空时怎样处理)三种实现技术(信道不空时怎样处理)非坚持策略非坚持策略1坚持策略坚持策略P坚持策略坚持策略第第19页页第四章局域网第四章局域网LAN八、八、802.3LAN是一个基带总线是一个基带总线LAN粗同轴电缆:单根长粗同轴电缆:单根长=500m(10mm);细同轴电缆:单细同轴电缆:单根长根长=185m(5mm)任意两个站之间最多能够有三个同轴电缆段任意两个站之间最多能够有三个同轴电缆段对粗缆,最大距离:对粗缆,最大距离:2.5km对细缆,最大距离:对细缆,最大距离:1km一个网上最大站数为一个网上最大站数为1024,每个同轴
22、电缆段最多只能安装,每个同轴电缆段最多只能安装100个站。个站。表示方法:表示方法:10BASE5粗缆标准,粗缆标准,10表示数据传输速率表示数据传输速率为为10Mb/s,BASE表示传输是基带信号,表示传输是基带信号,5表示每一段电缆表示每一段电缆最大长度为最大长度为500米。米。第第20页页第四章局域网第四章局域网LAN普通采取电缆直接与网卡相连,网卡功效:普通采取电缆直接与网卡相连,网卡功效:数据封将与解封,发送时,把数据封将与解封,发送时,把LLCPDU加上首、尾部成为加上首、尾部成为MAC帧,接收时相反;帧,接收时相反;链路管理:主要是链路管理:主要是CSMA/CD实现实现编码与译码
23、编码与译码九、九、LAN扩展:扩展:1、网桥、网桥工作在链路层工作在链路层依据收到依据收到MAC帧目标地址进行转发帧目标地址进行转发含有含有过滤过滤帧功效帧功效优点优点过滤通信量过滤通信量扩大物理范围扩大物理范围第第21页页第四章局域网第四章局域网LAN互联不一样物理层、不一样互联不一样物理层、不一样MAC层和不一样速率局域层和不一样速率局域网网提升可靠性提升可靠性缺点:缺点:增加了时延增加了时延无流量控制无流量控制花费时间有时还会产生广播风暴花费时间有时还会产生广播风暴站表建立站表建立逆向地址学习逆向地址学习透明网桥和源站选路网桥比较透明网桥和源站选路网桥比较2、交换机、交换机特点、建立与维
24、护地址映射表、以太网交换技术特点、建立与维护地址映射表、以太网交换技术3、VLAN第第22页页第四章局域网第四章局域网LAN透明网桥透明网桥源站选路网桥源站选路网桥无连接,每一个帧独立地选无连接,每一个帧独立地选择路由择路由面向连接面向连接对主机完全透明对主机完全透明不透明,主机必须知道网桥不透明,主机必须知道网桥标识及连接在哪一个网段上标识及连接在哪一个网段上完全不需要管理完全不需要管理必须由人工进行管理(不然必须由人工进行管理(不然产生兜圈子现象产生兜圈子现象普通用不是最正确路由普通用不是最正确路由能够利用最正确路由能够利用最正确路由站表登记某个站路由信息时,站表登记某个站路由信息时,在该
25、站发送一个帧以后在该站发送一个帧以后网络规模大时,最正确路由网络规模大时,最正确路由计算量庞大,甚至无法计算计算量庞大,甚至无法计算第第23页页第五章广域网第五章广域网WAN一、广域网组成一、广域网组成由由结点交换机结点交换机以及连接这些交换机以及连接这些交换机链路链路组成组成结点之间采取结点之间采取点到点点到点接入技术接入技术广域网使用协议在广域网使用协议在网络层网络层二、二、WAN提供服务类型提供服务类型数据报服务数据报服务主机只要想发送数据就可随时发送;主机只要想发送数据就可随时发送;每个分组独立地选择路由;每个分组独立地选择路由;数据报不能确保按发送次序交付给目标站,因先发送分组不一定
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