计算机网络概论整套课件电子教案整本书课件全套教学教程(.ppt

,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,*,第1章 计算机网络概论,1.1 计算机网络的概念,1.2 计算机网络的发展,1.3 计算机网络的分类,1.4 计算机网络的功能与应用,1.5 数据通信技术,第2章 网络体系结构与协议,2.1 网络体系结构和网络协议,2.2 OSI参考模型,2.3 TCP/IP参考模型,2.4 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较,2.1 网络体系结构和网络协议,2.1.1网络体系结构,网络体系结构(Network Architecture)是指通信系统的整体设计，如整个网络系统的逻辑组成和功能分配，它定义和描述了一组用于计算机及其通信设施之间互联的标准和规范的集合。研究计算机网络体系结构的目的在于定义计算机网络各个组成部分的功能，以便在统一原则指导下进行计算机网络的设计、建造、使用和发展。计算机网络体系结构是一种分层结构。,分层结构具有很多好处。,(1)各层是相互独立的:某一层并不需要知道它的下层是如何实现的，只需通过接口使用下层的服务;由于每一层只实现一种相对独立的功能，可将复杂的问题分解为若干容易处理的小问题，整个问题变得容易解决。,下一页,返回,2.1 网络体系结构和网络协议,(2)更好的灵活性:当某一层发生变化时，只要层间接口关系保持不变，则在该层以上或以下的层均不受影响。,(3)结构上可分割:各层都可以采用最合适的技术来实现。,(4)易于实现和维护:每层功能相对单一，易于实现。,(5)易于标准化:因为每个实体都具有相同的层，每一层功能都比较单一，所以提供的服务也比较明确。,2.1.2网络协议,网络I办议(Protocol)是为进行网络中的数据通信而建立的规则、标准或约定。在这种规约下，不同系统之间的通信才能完成。,上一页,下一页,返回,2.1 网络体系结构和网络协议,广义上讲，人们相互之间的交流也是信息传输的过程，也必须遵循语言、书写规范等约定俗成的规则与约定。在计算机网络中，计算机之间要正确地交换数据，实现资源共享，就必须制定相应的通信陇议并共同遵守相同的陇议，才能保证正确的数据传输和信息共享。,网络协议的组成包含三个部分。,1)语义:即需要发出何种控制信息，以及完成何种动作与做出何种响应，解决做什么(what to do)的问题。,2)语法:即数据与控制信息的结构与格式，解决怎么做(how to do)的问题。,3)时序:对通信实现顺序的详细说明，解决何时做(when to do)的问题。,上一页,下一页,返回,2.1 网络体系结构和网络协议,2.1.3网络协议的分层,在计算机网络分层体系结构思想的指导下，网络协议也采用了分层结构，比如当今使用最广泛的TCP/IP陇议，就是从原理上分为4层(该内容将在后面的章节展开)。,1.网络协议采用分层结构的原因,在分层思想下，每一层都有明确的任务和相对独立的功能，不击要关心下层如何实现，只击知道它通过层间接口提供的服务即可。灵活性好，易于实现和维护，有利于标准化。,2.网络协议各层次间的关系,上一页,下一页,返回,2.1 网络体系结构和网络协议,1)下层为上层服务，而上层并不关心下层服务是如何实现的;,2)每一对相邻层之间都有一个接口，相邻层通过接口交换数据，提供服务;,3)发送方和接收方的同一层叫做对等实体;,4)对等实体是虚通信，只有传输介质是实通信;,5)从层次角度看数据的传输，发送方数据往下层传递，接受方往上层传递。,上一页,返回,2.2 OSI参考模型,2.2.1 OSI参考模型的概念,1984年，国际标准化组织(ISO)颁布了“开放系统互联参考模型”(Open System Interconnection Reference Model)，即OSI/RM，也叫ISO/OSI。,OSI参考模型只是给出了一些原则性说明，并不是一个具体的网络，它将整个网络的功能划分为七层，如,图2-2,所示。这七个层次从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。每一层执行本层所承担的具体任务，目功能相对独立，并通过接口与其相邻层连接。,下一页,返回,2.2 OSI参考模型,OSI参考模型的基本思想包括(如,图2-3,所示):,1)网络中各结点具有相同的层次;,2)不同结点的同等层具有相同的功能;,3)同一结点内相邻层之间通过接口通信;,4)每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务;,5)不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。,2.2.2 OSI参考模型的数据传输过程,两台计算机之间传输数据的时候，从用户的角度来看数据好像仅仅是水平传输的，但是从OSI参考模型的角度来看，数据在发送方和接收方计算机中，都击要经过垂直传输的过程。,上一页,下一页,返回,2.2 OSI参考模型,1)发送方的数据垂直向下传递，执行“打包”的过程，即每层都要在上一层发来的数据前加本层的报头(数据链路层还要加报尾);,2)接收方的数据垂直向上传递，执行“拆包”的过程，即每层都要去掉该层的报头(数据链路层还要去掉报尾);,3)所有层间(包括物理层)的对等通信都是虚通信，只有物理媒体中实现实通信。各层虚通信完成各层间协议数据单元(Protocol Data Unit PDU)的传输;,4)在参考模型的不同层次，数据单元的名称是有所区别的，在物理层叫做比特，在数据链路层叫做数据帧，在网络层叫做数据包，在传输层、会话层、表示层、应用层叫做报文。,上一页,下一页,返回,2.2 OSI参考模型,2.2.3 OSI参考模型各层的功能,1.物理层,物理层(Physical Layer)的主要任务是透明地传输比特流，但不关心比特流的实际意义和结构;该层还定义了传输媒体及接口的机械、电气等特性，起着数据链路层到物理传输介质之间的逻辑接口的作用，屏蔽掉了各种物理媒体(如双绞线以及光纤)的差异，使上面的数据链路层感觉不到这些差异，物理层的地位即功能如,图2-5,所示。,2.数据链路层,上一页,下一页,返回,2.2 OSI参考模型,数据链路层(Data Link Layer)的主要任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传输以帧(Frame)(一种协议数据单元，PDU)为单位的数据;该层还供了差错控制和流量控制的方法;广播式网络在数据链路层还需要控制各个结点对共享信道的访问。数据链路层的地位及功能如,图2-6,所示。,数据链路层是OSI参考模型中十分重要的一层，其功能涉及到的具体内容有以下几点。,1)成帧。数据链路层要将网络层的数据分成可以竹理和控制的数据单元，称其为帧(Frame)。每一个数据帧都包含头部控制信息和尾部控制信息。,上一页,下一页,返回,2.2 OSI参考模型,2)物理地址寻址。数据帧在不同的网络中传输时，需要标识出发送数据帧和接收数据帧的结点。如,图2-7,所示。,3)流量控制。数据链路层对发送数据帧的速率必须进行控制，如果发送的数据帧太多，就会使目的结点来不及处理而造成数据丢失。,4)差错控制。为了保证物理层传输数据的可靠性，数据链路层需要在数据帧中使用一些控制方法，检测出错或重复的数据帧，并对错误的帧进行纠错或重发。,5)接入控制。当两个或者更多的结点共享通信链路时，由数据链路层确定在某一时间内该由哪一个结点发送数据，接入控制技术也称为媒体访问控制技术。,上一页,下一页,返回,2.2 OSI参考模型,3.网络层,OSI参考模型中的下面三层是面向数据通信的，可以称之为通信子网，而网络层(Network Layer)就是通信子网的最高层，它在数据链路层提供服务的基础上向资源子网提供服务。该层的数据单元名称是数据包。路由器(Router)即工作在网络层。,网络层的功能及地位如,图2-8,所示，其中主要的功能有以下几点:,1)逻辑地址寻址。数据链路层的物理地址只是解决了在同一个网络内部的寻址问题，如果一个数据包从一个网络跨越到另外一个网络时，就需要使用网络层的逻辑地址(即IP地址，该内容将在后面介绍)。,上一页,下一页,返回,2.2 OSI参考模型,2)路由功能。数据从发送方计算机到接收方计算机之间往往有多条可用的传输路径，路由选择就是根据一定的原则和算法在传输通路中选出一条通向目的结点的最佳路径。,3)流量控制。在数据链路层中介绍过流量控制，在网络层同样也存在流量控制问题。,4)拥塞控制。在通信了网中，由于出现过量的数据包而引起网络性能下降的现象称为拥塞。网络层需要采取一定的措施防范出现拥塞的情况，以使网络能正常高效率地工作。,4.传输层,传输层(Transportation Layer)位于OSI参考模型的中间，起承上启下的作用。,上一页,下一页,返回,2.2 OSI参考模型,它的功能是从会话层接收数据，形成报文(Message)，并目在必要时把它分成若干分组，然后交给网络层进行传输。,OSI的低三层主要是面向数据通信的，因此基于低三层通信陇议构成的网络通常称为通信网络(或通信子网)，支持用户信息在同一个网络的端到端。而OSI的高三层面向用户，面向信息处理(资源资源的功能)。,5.会话层,会话层(Session Layer)允许不同机器上的用户建立会话关系，它主要针对远程访问。它主要任务包括会话管理、传输同步以及数据交换管理等。会话层一般都是面向连接的，例如，文件传输到中途时建立的连接突然断了，是从文件的开始重传还是断点续传，由会话层来完成。,上一页,下一页,返回,2.2 OSI参考模型,6.表示层,表示层(Presentation Layer)关心的是所传输的信息的语法和语义，用一种通用的抽象语法描述信息，从而实现不同系统之间的信息交换。主要包括数据格式的变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等。,7.应用层,应用层(Application Layer)是OSI参考模型中直接面向用户和应用程序的一层，为网络用户或应用程序提供各种服务，如文件传输服务、电子邮件服务、网络管理服务和远程登录服务等。,上一页,返回,2.3 TCP/IP参考模型,传输控制/网际i办议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol TCP/IP)是Internet最基本的l办议，简单地说，就是由底层的IP协议和TCP协议组成的。TCP/IP所采用的参考模型和OSI参考模型不同，只分为4个层次，从下往上分别是网络接口层、网络层、传输层和应用层。,2.3.1 TCP/IP模型各层的功能,1.网络接口层,TCP/IP模型的最低层是网络接口层，也被称为网络访问层，它包括了能使用TCP/IP与物理网络进行通信的防议，且对应着OSI的物理层和数据链路层。该层屏蔽了网络的物理结构。,下一页,返回,2.3 TCP/IP参考模型,2.网络层,网络层主要负责将源主机的数据分组(Packet)发送到目的主机。该层定义了正式的数据分组格式和陇议，即网络互联陇议(IP)以及互联网控制信息协议(ICMP)、地址解析协议(ARP)和反向地址解析协议议(RARP)。,网络层的主要功能包括:处理来自传输层的分组发送请求;处理转发接收到的数据报;进行流量控制和拥塞控制等。,3.传输层,主要功能是使发送方和接收方主机上的对等实体可以进行会话。该层定义了两个端到端的I办议，即传输控制I办议C Transmission Control Protocol，TCP)和用户数据报协议(User Datagram Protocol UDP)。,上一页,下一页,返回,2.3 TCP/IP参考模型,4.应用层,负责为用户提供一组常用的应用程序和服务，如远程登陆、文件传输、电子邮件等。,2.3.2 TCP/IP协议集,TCP/IP协议是目前广泛使用的协议，准确地说，它是一个协议集合，包含了一系列具体的协议，如,图2-10,所示。,1.网络层协议,(1)网际协议。网际I办议IP(Internet Protocol,IP)是TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的陇议。IP陇议定义了IP数据报格式，如图2-11所示。并目对数据报子址和路由、数据报分片和重组、差错控制和处理等做出了具体规定。,上一页,下一页,返回,2.3 TCP/IP参考模型,(2)互联网控制信息协议。互联网控制信息协议（Internet Control Message Protocol，ICMP)用于在IP主机和路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。常用的Ping命令就是使用ICMP协议来测试网络连通性的。,(3)网际主机组管理协议。IP协议只是负责网络中点到点的数据包传输，而点到多点的数据包传输则要依靠网际主机组管理协议（Internet Group Management Protocol，IGMP)来完成。,(4)地址解析协议。在局域网中，发送方计算机必须知道接收方计算机的物理地址。所谓“地址解析”就是在主机发送数据帧前，根据目标主机已知的IP地址找到其物理地址的过程。地址解析协议(Address Resolution Protocol ARP)就是一种完成“地址解析”任务的通信协议。,上一页,下一页,返回,2.3 TCP/IP参考模型,2.传输层协议,传输层有TCP和UDP两个协议，它们都向应用层提供数据传输服务。,(1)传输控制协议。TCP协议是传输层的一种面向连接的通信协议，它通过确认和重传技术可提供可靠的数据传送。TCP 协议的特征有以下4方面。,面向连接:即传输数据前，应用程序需要先建立一个到日标主机的连接;建立连接的过程是通过“二次握乎”来实现的。,完全可靠性:通过确认和重传技术，保证发送方的数据都能被接收方正确完整地接收。,全双工通信:可以同时双向传送数据。,上一页,下一页,返回,2.3 TCP/IP参考模型,数据流接口:建立的TCP连接类似于一个管道，只保证数据从一端流到另一端，但不关心数据内容。,(2)用户数据报协议。UDP协议是一种面向无连接的协议，因此，它不能提供可靠的数据传输，而且UDP不进行差错检验，必须由应用层的应用程序来实现可靠性机制和差错控制，以保证端到端数据传输的正确性。由于其具有速度快的优势，UDP也有较为广泛地应用，如即时通信和DNS等。,3.应用层协议,应用层的协议主要有:远程登录协议、文件传输协议、简单邮件传输协议,域名解析协议、动态主机配置协议、超文本传输协议和简单网络管理协议。,上一页,下一页,返回,2.3 TCP/IP参考模型,远程登录协议:方便用户将本地主机作为仿真终端升录到远程主机上运行应用程序，也可以用于升录开启了该服务的网络设备，如交换机等，方便远程管理。,文件传输协议:该协议是一个非常常用的协议，用于实现主机之间文件的传送，方便大面积地进行文件集中和文件分发。,简单邮件传输协议:实现主机之间电子邮件的传送。,域名解析协议:用于实现域名与IP地址之间的映射。,动态主机配置协议:实现对主机的地址分配和配置工作。,超文本传输协议:用于Internet中的客户机与www服务器之间的数据传输。,简单网络管理协议:实现网络的管理。,上一页,返回,2.4 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较,OSI参考模型和TCP/IP参考模型的层次对比如,图2-12,所示。OSI参考模型和TCP/IP参考模型除了以上的优点外，还具有各自的缺点。,2.4.1 OSI参考模型的缺点,OSI参考模型和TCP/IP参考模型的层次对比如图2-12所示。OSI参考模型概念清楚，但模型和i办议都存在缺陷，例如其会话层和表示层对于大多数应用程序都没有用，如寻址及流量控制等功能的在各层重复出现，结构和协议复杂等，所以OSI参考模型并没有形成产品。,2.4.2 TCP/IP参考模型的缺点,下一页,返回,2.4 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较,TCP/IP模型虽然在现实生活中广泛得到应用，但是没有明显区分服务、接口和协议的概念;没有明确区分物理层和数据链路层，但这两层的功能是不同的;网络接口层根本不是一个通常意义的层，只是一个接口。所以，TCP/IP也并不是十分完美的。,2.4.3一种建议的参考模型,OSI的七层协议体系结构既复杂又不实用，但其概念清楚，TCP/IP协议得到了全世界的承认，但实际上并没有一个完整的体系结构。因此在学习网络的体系结构时通常采用一种折中的办法，形成一种原理体系结构，如,图2-13,所示。,上一页,返回,图2-2 OSI参考模型的层次结构,返回,图2-3 两个通信实体之间的层次结构,返回,图2-5 OSI参考模型物理层的功能,返回,图2-6 OSI参考模型数据链路层的功能,返回,2-7 物理地址寻址,返回,图2-8 网络层的地位及功能,返回,图2-10 TCP/IP协议集,返回,图2-12 OSI参考模型和TCP/IP参考模型的对比,返回,图2-13 一种建议的参考模型,返回,返回,第3章 局域网技术,3.1 局域网概述,3.2 IEEE802 局域网标准与以太网,3.3 共享式局域网的介质访问控制方法,3.4 交换式局域网,3.1 局域网概述,局域网是根据网络覆盖范围大小区分所提出的一种网络，指的是覆盖范围较小的网络。从20 世纪70 年代末开始，微型计算机发展迅速并逐渐得到广泛地应用，这就促进了计算机局域网技术的飞速发展，并形成计算机网络中非常重要的一个领域。随着局域网体系结构和协议标准的研究、操作系统的不断发展、光纤和无线通信技术的进步，局域网技术特征和性能参数也在发生不断变化。局域网技术已经在企业、机关、学校乃至家庭中得到了广泛应用，因此十分有必要掌握局域网的相关知识。,3.1.1 局域网的主要特点,（1）局域网一般只覆盖有限的地理范围。,下一页,返回,3.1 局域网概述,（2）局域网具有较高的数据传输速率。,（3）误码率低。,（4）组建局域网成本很低，易实现。,3.1.2 局域网的拓扑结构,网络拓扑结构对整个网络的设计、功能、可靠性和成本等方面有重要影响，网络拓扑结构与传输介质及介质访问控制方法一起构成了影响局域网性能的三要素。局域网的常见拓扑结构有总线型、环形、星型和树型。,1.总线结构,网络中的结点都连接在一个公共总线（Bus）上就形成了总线型拓扑，如,图31,所示。总线型拓扑结构具有以下特点。,上一页,下一页,返回,3.1 局域网概述,（1）所有结点都通过网卡直接接在总线上，结构比较简单，添加结点到总线上或者从总线上去掉一个结点都比较方便。,（2）所有结点都通过总线发送和接收数据，总线是被所有结点共享的，所以称总线为“共享介质”。,（3）总线中采用广播方式进行数据传输。当一个结点发送数据时，不管是发给哪一个结点的，总线上的所有结点都会收到数据，只是在正常情况下，结点不会处理目标地址不是自己的数据帧，但这却给网络嗅探和监听带来了机会，影响了网络安全性。,（4）在任何时刻总线上仅仅允许一个结点有效地发送数据，如果同时有两个结点发送数据，则会产生冲突，因此，必须采用介质访问控制方法来解决总线冲突的问题。,上一页,下一页,返回,3.1 局域网概述,2.环形结构,所有结点都通过接口连接在传输介质上，并形成一个闭合的环形，就形成了环形拓扑结构，如,图3-2,所示。环形拓扑结构具有以下特点。,（1）数据在环中总是沿着一个方向进行传输。,（2）网络中所有结点都共享一条环路，因此也要解决介质访问控制的问题。,（3）添加或减少结点不很方便，扩展性差。,（4）任何一点或线段故障会殃及全网，可靠性较差。,（5）故障不易检测，维护困难。,上一页,下一页,返回,3.1 局域网概述,3.星形结构,每一个结点都通过传输介质与集线器或交换机相连就构成了星形结构，如,图3-3,所示。但要注意，集线器连接的网络只是物理上是星形结构，逻辑上仍然是总线结构，交换机连接的网络才是真正意义上的星形结构。星形结构具有以下特点。,（1）任何几点之间的通信都要经过中心结点。,（2）网络结构简单，结点的增加和减少都比较方便，易于扩展。,（3）网络性能依赖于中心结点，中心结点故障会影响全网。,（4）交换机连接的星形局域网又叫交换式局域网，能在多对结点之间建立并发的通信连接，交换机各端口之间不存在冲突问题。,上一页,下一页,返回,3.1 局域网概述,4.树形结构,树型拓扑结构又称为层次结构，为星形结构的扩展，所以也叫多层星形。如,图3-4,所示。树形拓扑结构具有以下特点。,（1）通过使用光纤和高速交换机，可以大大地扩展局域网的范围，连接较多结点。,（2）网络结构简单，增加和减少结点方便，易于增容。,（3）有一个根结点和若干分支结点，便于分级管理和控制。,（4）当某个分支中心结点出现故障时，只影响与之连接的结点；根中心结点出现故障时，与分支中心结点相连的结点之间的通信不受影响。,上一页,返回,3.2 IEEE802 局域网标准与以太网,3.2.1 IEEE802 参考模型,1980年2月美国电气和电子工程师学会（IEEE）成立了局域网标准化委员会，称为IEEE802 委员会，从事局域网标准化工作。IEEE802 委员会提出了局域网的体系结构，即著名的IEEE802 参考模型，并形成了一系列的标准，称为IEEE802标准。,IEEE802 参考模型将局域网的数据链路层划分为2 个子层：介质访问控制（Media Access Control，MAC）子层和逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）子层。MAC 子层解决多用户介质访问控制的问题；LLC 子层完成通常意义上的数据链路层的功能。,下一页,返回,3.2 IEEE802 局域网标准与以太网,IEEE802 参考模型与OSI 参考模型的关系如,图3-5,所示。,可以看出，局域网的参考模型就只相当于OSI 参考模型的最低两层。但IEEE802参考模型还包含了对传输介质和拓扑结构的说明，而这部分内容已经不在OSI 环境之内，比OSI的最低两层还要低。对于局域网来说，传输介质和拓扑结构特别重要，因此，在IEEE802 参考模型中就包括了这部分内容。,在IEEE802参考模型中，物理层涉及到通信在信道上传输的原始比特流，它的主要作用是确保在一段物理链路上二进制位信号的正确传输。物理层的主要功能包括信号的编码/解码、同步前导码的生成与去除、二进制位信号的发送与接收。,上一页,下一页,返回,3.2 IEEE802 局域网标准与以太网,介质访问控制子层是数据链路层的一个功能子层，MAC 子层构成了数据链路层的下半部，它直接与物理层相邻。MAC 子层是与传输介质有关的一个数据链路层的功能子层，它主要制定管理和分配信道的协议规范。,逻辑链路控制子层也是数据链路层的一个功能子层。它构成了数据链路层的上半部，与网络层和MAC 子层相邻。LLC 子层在MAC 子层的支持下向网络层提供服务。它可运行于所有IEEE802 局域网和城域网的协议之上。,3.2.2 IEEE802 标准,IEEE802 委员会为局域网制定了一系列标准。,上一页,下一页,返回,3.2 IEEE802 局域网标准与以太网,IEEE802.1 局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联；,IEEE502.2 逻辑链路控制LLC；,IEEE802.3 CSMA/CD 媒体访问控制标准和物理层技术规范；,IEEE802.4 令牌总线媒体访问控制标准和物理层技术规范；,IEEE802.5 令牌环网媒体访问控制方法和物理层技术规范；,IEEE802.6 城域网访问控制方法和物理层技术规范；,IEEE802.7 宽带技术；,IEEE802.8 光纤技术；,IEEE802.9 综合业务数字网（ISDN）技术；,IEEE802.10 局域网安全技术；,上一页,下一页,返回,3.2 IEEE802 局域网标准与以太网,IEEE802.11 无线局域网媒体访问控制方法和物理层技术规范；,IEEE802.12 优先级高速局域网（100VG-AnyLAN）；,IEEE802.14 电缆电视（Cable-TV）；,IEEE802.15 无线个人局域网；,IEEE802.16 无线城域网。,IEEE 标准之间的关系如,图3-6,所示。,3.2.3 以太网的概念,以太网指的是由Xerox 公司创建并由Xerox，Intel 和DEC 公司联合开发的基带局域网规范。,上一页,下一页,返回,3.2 IEEE802 局域网标准与以太网,以太网络使用CSMA/CD 媒体访问控制技术（该技术将在下一节介绍），并以10 Mb/s的速率运行在多种类型的电缆上。以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网可以采用不同的传输介质达到不同的速度，如,表3-1,所示。,上一页,返回,3.3 共享式局域网的介质访问控制方法,所谓共享式局域网就是网络中的结点全部使用公用的传输介质进行数据传输的局域网。因为是共享介质，当两个以上结点同时发送数据的时候，就会因数据信号的叠加而产生错误，这就是所谓的“冲突”或“碰撞”。显然，共享式局域网中必须要有一种方法尽可能保证传输介质上只有一个结点传输数据，而一旦发生冲突要能发现和处理，这种方法就是“介质访问控制方法”。从另外一个角度讲，介质访问控制方法用于解决在共享介质的局域网中，某一时刻哪一个结点具有介质的使用权或访问控制权的问题。,局域网中常用的介质访问控制方法有带冲突检测的载波侦听多路访问控制（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect，CSMA/CD）、令牌环、令牌总线（Token Bus）。,下一页,返回,3.3 共享式局域网的介质访问控制方法,3.3.1 带冲突检测的载波侦听多路访问控制,CSMA/CD，适用于总线型和树形拓扑结构的网络。CSMA/CD 有效地解决了介质共享、信道分配和信道冲突等问题，是目前局域网中最常采用的一种介质访问控制方法。在CSMA/CD 中，每个结点没有可预约的发送时间，即发送是随机的，网络中无集中控制结点，各结点平等争用发送时间。CSMA/CD 有两方面的含义：一是载波侦听多路访问，即CSMA；二是冲突检测，即CD。,载波侦听多路访问可以用下面的算法来描述。,上一页,下一页,返回,3.3 共享式局域网的介质访问控制方法,（1）一个结点要发送数据，先侦听总线上是否有其他结点发送的信号。,（2）如果总线空闲，则发送数据。,（3）如果总线繁忙，则再等待一定时间间隔再去侦听。,采用CSMA 算法控制信息的发送时，由于通道有传播延迟，可能出现总线有2 个以上结点侦听到总线上没有信号存在，而先后发送数据帧，会产生冲突。由于CSMA 算法没有检测冲突的功能，即使冲突已经发生，仍然要将已破坏的数据发送完毕，浪费时间，使总线的利用率降低。为解决这个问题，提出这样一种方法：即在发送数据的同时进行冲突检测，以便及时发现冲突，停止发送，这就是CSMA/CD 介质访问控制方法。,上一页,下一页,返回,3.3 共享式局域网的介质访问控制方法,CSMA/CD 整个过程可以简单地总结为“先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟后重发”。以太网就采用了CSMA/CD 的介质访问控制方法，其发送数据和接收数据的过程如,图37,和,图38,所示。,从图中可以看出，以太网中的结点不论是发送数据还是接收数据，都要不断侦听总线状态，一旦在发送或接收的过程中检测到冲突，都要重新发送或接收。,值得注意的是，由于以太网是一种广播式网络，所以结点会收到发给其他结点的数据帧，只是该结点会通过读取数据帧中所包含的目标地址进行判断数据是否是发给自己的，只有发给自己的数据帧才会进行处理，如果数据帧的目标地址和自己的MAC 地址不一致，则会抛弃收到的数据帧。,上一页,下一页,返回,3.3 共享式局域网的介质访问控制方法,3.3.2 令牌环,在令牌环网中，所有结点通过接口连接成环形拓扑结构。所有结点的数据发送都由在环中传递的“令牌”进行控制。令牌也称为权标，是一种特殊的MAC 控制帧，总是沿着环单向传递，结点必须持有令牌才能发送数据。当各结点都没有数据发送时，令牌的形式为01111111，称为空闲令牌。当一个结点要发送数据时，需要等待令牌的到来并持有它，将其形式改成01111110，令牌即成为忙令牌，同时将数据附在令牌后面构成数据帧发送到环上。,令牌环的工作过程举例如,图39,所示。,上一页,下一页,返回,3.3 共享式局域网的介质访问控制方法,光纤分布式数据接口（Fiber Distributed Data Interface，FDDI）即采用了令牌环介质访问控制方法。,3.3.3 令牌总线,总线型以太网的介质争用策略，使得它不适用于实时控制应用。令牌环中的令牌绕网一周的最大时间延迟虽然有确定值，但在轻载时性能不太好。而令牌总线介质访问控制方法就是在综合了前两种介质访问控制方法的优点基础上形成的一种介质访问控制方法。,令牌总线局域网类似于令牌环局域网，介质访问采用令牌方式，结点在发送数据之前必须先捕获到令牌，但它的拓扑结构与令牌环不同，采用总线拓扑结构，使用同轴电缆作为总线。,上一页,下一页,返回,3.3 共享式局域网的介质访问控制方法,令牌总线局域网如,图310,所示，其技术要点如下：,（1）连接在总线上的各结点按地址组成一个逻辑环。,（2）网络中有唯一令牌，并按照确定顺序在逻辑环上移动。,（3）只有持有令牌的结点才有权向总线上发送数据。,（4）不持有令牌的结点只能侦听总线或接收信息和令牌。,上一页,返回,3.4 交换式局域网,3.4.1 交换式局域网的提出,传统的局域网技术建立在“共享介质”的基础上，多个结点共享一条公共通信传输介质，通过介质访问控制方法来保证每个结点都能“平等”地使用公用总线资源。随着局域网规模的扩大，结点数量增加，冲突现象会变得非常频繁，局域网的数据吞吐量会急剧下降。,总得来说，共享式局域网存在以下主要问题：,（1）共享介质造成网络中所有结点竞争和共享带宽，随着结点增加，网络性能急剧下降；,（2）覆盖地理范围有限，不能满足现在大型局域网的需求；,（3）网络总带宽固定，冲突和碰撞造成带宽的浪费；,（4）不能支持多速率，传统局域网中的设备必须保持相同的传输速率。,下一页,返回,3.4 交换式局域网,为解决共享式网络的问题，人们提出了网络分段的方法。所谓分段就是将大型的局域网分割成很多小的以太网（网段），每个网段内部使用CSMA/CD 维持段内通信，而各个网段之间通过交换设备进行沟通。,交换式以太网的核心设备是以太网交换机。交换机的每个端口都可以为与之相连的结点提供专用的带宽，这样每个结点就可以独占通道，独享带宽。,交换式以太网具有以下一些特点：,（1）独占通道、独享带宽；,（2）多对结点可以同时进行数据通信，建立多个并发连接，如,图311,所示；,（3）可以灵活配置端口速度；,（4）便于管理。,上一页,下一页,返回,3.4 交换式局域网,3.4.2 交换机的工作原理,交换式以太网的核心设备是以太网交换机（Ethernet Switch），如,图312,所示。以太网交换机是目前局域网最常用的联网设备，工作在物理层和数据链路层，可以看做为多端口的网桥。三层交换机又叫路由交换机，即具有路由器的部分功能，可以工作在网络层。如果没有明确声明，本身所说的交换机都指的是二层交换机。交换机的主要功能特性表现在：网络分段，将冲突域限制在细分的网段之内；在各网段之间转发数据帧；为各端口提供独享带宽。,1.交换机的地址学习,上一页,下一页,返回,3.4 交换式局域网,普通的以太网交换机工作在数据链路层，而该层的数据帧都包含数据的源地址和目的地址，交换机的地址学习是通过读取帧的源地址并记录帧进入交换机的端口进行的，最终会形成一个“端口/MAC 地址映射表”，如图313 所示。通过映射表，交换机知道每个计算机所在的端口。,2.交换机的交换过程,交换机在经过地址学习之后，会记录各MAC 地址和端口的对应关系，便于以后有针对性地转发数据帧。,这里以结点E 发送数据给结点B 为例说明交换机的交换过程，如,图314,所示。,上一页,下一页,返回,3.4 交换式局域网,3.交换机的数据转发方式,（1）直接交换。交换机接收到到帧后检测目的地址，然后立即转发出去，不进行错误检测，延时短。,（2）存储转发交换。交换机要完整接收站点发送的数据，并进行错误检查，数据无误才转发出去，延时长。,（3）改进的直接交换。在收到数据的前64 字节后，只检查头部字段是否正确，正确则转发出去。,4.交换机与集线器的区别,集线器是早期常用的网络设备，后来逐渐为交换机所代替，这两种设备外形相似，但其工作原理有本质的区别，如,表32,所示。,上一页,下一页,返回,3.4 交换式局域网,3.4.3 虚拟局域网,1.虚拟局域网的概念,虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN）是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑子网。它并不是一种新的局域网，而是给用户提供的一种服务。同一个VLAN内的用户可以自由通信，就像在一个局域网中一样；不同VLAN 的用户不能直接通信广播报文被限制在特定的VLAN内部，提高了用户数据的安全性。采用VLAN的有很多的好处。,（1）方便网络管理。管理员只需要配置交换机就可以决定将一个用户划分到哪个VLAN 中。,上一页,下一页,返回,3.4 交换式局域网,（2）限制广播域，节省带宽。一个VLAN是一个广播域，广播数据不会传播到其他VLAN中，可以防止广播风暴。,（3）增强局域网的安全性。信息只会在本VLAN中传播。,（4）可以灵活构建虚拟工作组。,2.VLAN的组网方法,VLAN的组网方法包括静态VLAN和动态VLAN。,（1）静态VLAN。将以太网交换机上的一些端口划分到一个VLAN。这些端口一直保持这种配置关系直到人工改变它们。值得注意的是虚拟局域网既可以在单台交换机中实现，也可以跨越多个交换机，如,图316,所示。,上一页,下一页,返回,3.4 交换式局域网,（2）动态VLAN。所谓的动态VLAN 是指交换机上端口是动态分配的，动态分配的原则以MAC地址、逻辑地址或数据包的协议类型为基础，一个端口不会固定的划分到一个VLAN中。例如：可以将MAC地址为00-30-80-7C-F1-21，52-54-4C-19-19-3D-03和00-50-BA-27-5D-A1的计算机划分为VLAN1，则不管这些计算机连接到交换机的哪一个端口，位置怎样变化，只要MAC 地址不变，仍属于VLAN1 的成员。,上一页,返回,图31 总线型拓扑结构,返回,图32 环形拓扑结构,返回,图33 星形拓扑结构,返回,图34 树形拓扑结构,返回,图35 IEEE802参考模型与OSI参考模型的关系,返回,图36 IEEE 标准之间的关系,返回,表31 以太网的相关标准,返回,图37 以太网的数据发送过程,返回,图38 以太网的数据接收过程,返回,图39 令牌环介质访问控制方法,返回,图310 令牌总线介质访问控制方法,返回,图311 交换式以太网,返回,图312 以太网交换机,返回,图314 交换机的数据转发过程,返回,表32 交换机与集线器的区别,返回,图316 跨越多个交换机组建虚拟局域网,返回,上一页,下一页,返回,第4章 广域网接入技术,4.1 广域网技术概述,4.2 常见的广域网接入技术,4.1 广域网技术概述,20 世纪80 年代以来，广域网在规模上超越城市、省界、国界、洲界的范畴，最终形成世界范围的计算机互联网络。在技术上也有诸多突破，例如，硬件设备的快速更新，多路复用技术与交换技术的不断发展，使广域网技术日臻成熟，为广域网解决传输带宽这一“瓶颈”问题展现了美好的前景。,1.广域网的概念,广域网是将地理位置上相距较远的诸多计算机系统，通过不同的通信线路按照网络协议相连，从而实现各计算机之间相互通信的计算机系统的集合。,广域网由交换机、路由器、网关、调制解调器等多种数据交换硬件及数据连接设备组成。,下一页,返回,4.1 广域网技术概述,2.广域网的类型,广域网能够连接距离较远的结点。根据实际情况的不同，建立广域网的方法也有区别，综合使用情况，广域网可以被划分为：电