計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1-4章知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、第 1 章 概述1.2 因特網(wǎng)概述1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)(network)由若干結(jié)點(diǎn)(node)和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路(link)組成。 互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(network of networks)。 連接在因特網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)都稱為主機(jī)(host)。 網(wǎng)絡(luò)把許多計(jì)算機(jī)連接在一起。因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起。1.2.2 因特網(wǎng)發(fā)展的三個(gè)階段n 第一階段是從單個(gè)網(wǎng)絡(luò) ARPANET 向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程。（1983年）以小寫字母 i 開始的 internet（互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng)）是一個(gè)通用名詞，它泛指由多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連而成的網(wǎng)絡(luò)。 以大寫字母I開始的的 Internet（因特網(wǎng)）則是一個(gè)專用名詞

2、，它指當(dāng)前全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它采用 TCP/IP 協(xié)議族作為通信的規(guī)則，且其前身是美國(guó)的 ARPANET。n 第二階段的特點(diǎn)是建成了三級(jí)結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。 n 三級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)）。 n 第三階段的特點(diǎn)是逐漸形成了多層次 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。n 出現(xiàn)了因特網(wǎng)服務(wù)提供者 ISP (Internet Service Provider)。 制訂因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過以下的四個(gè)階段n 因特網(wǎng)草案(Internet Draft) 在這個(gè)階段還不是 RFC 文檔。n 建議標(biāo)準(zhǔn)(Proposed Standard) 從這個(gè)階段開始就成

3、為 RFC 文檔。n 草案標(biāo)準(zhǔn)(Draft Standard)n 因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(Internet Standard)1.3 因特網(wǎng)的組成從因特網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為以下的兩大塊：(1) 邊緣部分 由所有連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)組成。這部分是用戶直接使用的，用來進(jìn)行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。(2) 核心部分 由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的（提供連通性和交換）。1.3.1 因特網(wǎng)的邊緣部分n 處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)上的所有的主機(jī)。這些主機(jī)又稱為端系統(tǒng)(end system)?！爸鳈C(jī) A 和主機(jī) B 進(jìn)行通信”，實(shí)際上是指：“運(yùn)行在主機(jī)

4、 A 上的某個(gè)程序和運(yùn)行在主機(jī) B 上的另一個(gè)程序進(jìn)行通信”。即“主機(jī) A 的某個(gè)進(jìn)程和主機(jī) B 上的另一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行通信”?；蚝?jiǎn)稱為“計(jì)算機(jī)之間通信”在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運(yùn)行的程序之間的通信方式通常可劃分為兩大類：n 客戶-服務(wù)器方式（C/S 方式）即Client/Server方式 n 對(duì)等方式（P2P 方式）即 Peer-to-Peer方式1.客戶服務(wù)器方式n 客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程。n 客戶-服務(wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系。n 客戶是服務(wù)的請(qǐng)求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方?？蛻糗浖奶攸c(diǎn)：被用戶調(diào)用后運(yùn)行，在打算通信時(shí)主動(dòng)向

5、遠(yuǎn)地服務(wù)器發(fā)起通信（請(qǐng)求服務(wù)）。因此，客戶程序必須知道服務(wù)器程序的地址。服務(wù)器軟件的特點(diǎn)：一種專門用來提供某種服務(wù)的程序，可同時(shí)處理多個(gè)遠(yuǎn)地或本地客戶的請(qǐng)求。系統(tǒng)啟動(dòng)后即自動(dòng)調(diào)用并一直不斷地運(yùn)行著，被動(dòng)地等待并接受來自各地的客戶的通信請(qǐng)求。因此，服務(wù)器程序不需要知道客戶程序的地址。2. 對(duì)等連接方式對(duì)等連接(peer-to-peer，簡(jiǎn)寫為 P2P)是指兩個(gè)主機(jī)在通信時(shí)并不區(qū)分哪一個(gè)是服務(wù)請(qǐng)求方還是服務(wù)提供方。只要兩個(gè)主機(jī)都運(yùn)行了對(duì)等連接軟件（P2P 軟件），它們就可以進(jìn)行平等的、對(duì)等連接通信。雙方都可以下載對(duì)方已經(jīng)存儲(chǔ)在硬盤中的共享文檔。對(duì)等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務(wù)器方式，只是對(duì)

6、等連接中的每一個(gè)主機(jī)既是客戶又同時(shí)是服務(wù)器。1.3.2 因特網(wǎng)的核心部分網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機(jī)提供連通性，使邊緣部分中的任何一個(gè)主機(jī)都能夠向其他主機(jī)通信（即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù)）。在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換(packet switching)的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。分組交換的主要特點(diǎn): 在發(fā)送端，先把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成較短的、固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段。每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。依次把各分組發(fā)送到接收端。接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文。最后，在接

7、收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報(bào)文。分組交換的優(yōu)點(diǎn): 高效 靈活 迅速 可靠問題：分組在各結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要排隊(duì)，這就會(huì)造成一定的時(shí)延。 分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。 1.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能1.6.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1.速率即數(shù)據(jù)率(data rate)或比特率(bit rate)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。速率的單位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等2.“帶寬”(bandwidth)本來是指信號(hào)具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）?，F(xiàn)在“帶寬”是數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義語(yǔ)，單位是“比特每.秒”，或

8、 b/s (bit/s)。在時(shí)間軸上信號(hào)的寬度隨帶寬的增大而變窄。3吞吐量(throughput)表示在單位時(shí)間內(nèi)通過某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。4.發(fā)送時(shí)延 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)幀從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時(shí)間。也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個(gè)比特算起，到該幀的最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需的時(shí)間。傳播時(shí)延 電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費(fèi)的時(shí)間。 處理時(shí)延 交換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費(fèi)的時(shí)間。 排隊(duì)時(shí)延 結(jié)點(diǎn)緩存隊(duì)列中分組排隊(duì)所經(jīng)歷的時(shí)延。排隊(duì)時(shí)延的長(zhǎng)短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量?？倳r(shí)延 = 發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延+處理時(shí)延+處理時(shí)延PS：對(duì)于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路，我們提高的僅僅是數(shù)據(jù)

9、的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。 提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)延。 5.鏈路的時(shí)延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長(zhǎng)度。7.信道利用率指出某信道有百分之幾的時(shí)間是被利用的（有數(shù)據(jù)通過）。完全空閑的信道的利用率是零。網(wǎng)絡(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。1.6.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的非性能特征費(fèi)用 質(zhì)量 標(biāo)準(zhǔn)化 可靠性 可擴(kuò)展性和可升級(jí)性 易于管理和維護(hù) 1.7 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1.7.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成相互通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的。 “分層”可將龐大而復(fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處

10、理。法律上的(de jure)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) OSI 并沒有得到市場(chǎng)的認(rèn)可。是非國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用。TCP/IP 常被稱為事實(shí)上的(de facto) 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。1.7.2 協(xié)議與劃分層次計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則。 這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問題（同步含有時(shí)序的意思）。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network protocol)，簡(jiǎn)稱為協(xié)議，是為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成要素：語(yǔ)法、語(yǔ)義、同步分層的好處：各層之間是獨(dú)立的。靈活性好。結(jié)構(gòu)上可分割開。易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(arc

11、hitecture)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。 體系結(jié)構(gòu)就是這個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。實(shí)現(xiàn)(implementation)是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。1.7.3 具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層(application layer) 運(yùn)輸層(transport layer) 網(wǎng)絡(luò)層(network layer) 數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer) 物理層(physical layer) 1.7.4 實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點(diǎn)實(shí)體(entity) 表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程。 協(xié)議是控制兩個(gè)對(duì)等實(shí)體進(jìn)行通信的規(guī)

12、則的集合。 在協(xié)議的控制下，兩個(gè)對(duì)等實(shí)體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)。要實(shí)現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務(wù)。 本層的服務(wù)用戶只能看見服務(wù)而無法看見下面的協(xié)議。下面的協(xié)議對(duì)上面的服務(wù)用戶是透明的。 協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對(duì)等實(shí)體之間通信的規(guī)則。服務(wù)是“垂直的”，即服務(wù)是由下層向上層通過層間接口提供的。同一系統(tǒng)相鄰兩層的實(shí)體進(jìn)行交互的地方，稱為服務(wù)訪問點(diǎn) SAP (Service Access Point)。 1.7.5 TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)最高只用到網(wǎng)絡(luò)層而沒有使用運(yùn)輸層和應(yīng)用層。第 2 章 物理層2.1 物理層的基本概念物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸

13、媒體的接口的一些特性，即： 機(jī)械特性 指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性 指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。功能特性 指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。過程特性 指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。2.2 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí) 2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型2.2.2 有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念單向通信（單工通信）只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互。雙向交替通信（半雙工通信）通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時(shí)接收)。雙向同時(shí)通信（全雙工通信）通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息?；鶐盘?hào)（即基本頻帶信號(hào)）

14、來自信源的信號(hào)?；鶐盘?hào)往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因此必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modulation)。 帶通信號(hào)把基帶信號(hào)經(jīng)過載波調(diào)制后，把信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）。 2.2.3 信道的極限容量碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信?hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。 2.2.4 信道的極限信息傳輸速率（1）信道能夠通過的頻率范圍 奈氏準(zhǔn)則 在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜?，否則就會(huì)出現(xiàn)碼間串?dāng)_的問題，如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的信號(hào)高頻分量越多，那么就可以用

15、更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串?dāng)_（2）信噪比 香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯(cuò)的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率 C 可表達(dá)為 C = W log2(1+S/N) b/s W 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）；S 為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率；N 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。 信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。2.3 物理層下面的傳輸媒體 2.3.1 導(dǎo)引型傳輸媒體2.3.2 非導(dǎo)引型傳輸媒體無線傳輸所使用的頻段很廣。短波通信主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質(zhì)量較差。微波在空間主要是直線傳播：地面微波接

16、力通信，衛(wèi)星通信 2.4 信道復(fù)用技術(shù) 2.4.1 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源時(shí)分復(fù)用則是將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的時(shí)分復(fù)用幀（TDM 幀）。每一個(gè)時(shí)分復(fù)用的用戶在每一個(gè) TDM 幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙。每一個(gè)用戶所占用的時(shí)隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是 TDM 幀的長(zhǎng)度）。TDM 信號(hào)也稱為等時(shí)(isochronous)信號(hào)。時(shí)分復(fù)用的所有用戶是在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶寬度。2.4.2 波分復(fù)用波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。2.4.3 碼分復(fù)用這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。 每一個(gè)比特時(shí)間劃分為 m

17、個(gè)短的間隔，稱為碼片(chip)。每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的 m bit 碼片序列。如發(fā)送比特 1，則發(fā)送自己的 m bit 碼片序列。如發(fā)送比特 0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。 例如，S 站的 8 bit 碼片序列是 00011011。發(fā)送比特 1 時(shí)，就發(fā)送序列 00011011，發(fā)送比特 0 時(shí)，就發(fā)送序列 11100100。S 站的碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1) 每個(gè)站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。 兩個(gè)不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規(guī)格化內(nèi)積(inner product

18、)都是 0： 任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1 。一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是 1。2.6 寬帶接入技術(shù)2.6.1 ADSL技術(shù)ADSL 技術(shù)就是用數(shù)字技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的模擬電話用戶線進(jìn)行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù)。ADSL 技術(shù)就把 04 kHz 低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用，而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)使用。DSL 就是數(shù)字用戶線(Digital Subscriber Line)的縮寫。ADSL 的極限傳輸距離與數(shù)據(jù)率以及用戶線的線徑都有很大的關(guān)系（用戶線越細(xì)，信號(hào)傳輸時(shí)的衰減就越大），而所能得到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率與實(shí)際的用戶線上的信噪比密切相關(guān)。特點(diǎn)

19、：上行和下行帶寬做成不對(duì)稱的。上行指從用戶到 ISP，而下行指從 ISP 到用戶。ADSL 在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個(gè) ADSL 調(diào)制解調(diào)器。我國(guó)目前采用的方案是離散多音調(diào) DMT (Discrete Multi-Tone)調(diào)制技術(shù)。這里的“多音調(diào)”就是“多載波”或“多子信道”的意思。相當(dāng)于在一對(duì)用戶線上使用許多小的調(diào)制解調(diào)器并行地傳送數(shù)據(jù)。第二代：通過提高調(diào)制效率得到了更高的數(shù)據(jù)率。采用了無縫速率自適應(yīng)技術(shù) SRA (Seamless Rate Adaptation)，可在運(yùn)營(yíng)中不中斷通信和不產(chǎn)生誤碼的情況下，自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)率。改善了線路質(zhì)量評(píng)測(cè)和故障定位功能，這對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)

20、水平具有非常重要的意義。2.6.2 光纖同軸混合網(wǎng)（HFC 網(wǎng)）HFC 網(wǎng)是在目前覆蓋面很廣的有線電視網(wǎng) CATV 的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種居民寬帶接入網(wǎng)。特點(diǎn)：（1）HFC網(wǎng)的主干線路采用光纖。HFC 網(wǎng)將原 CATV 網(wǎng)中的同軸電纜主干部分改換為光纖，并使用模擬光纖技術(shù)。在模擬光纖中采用光的振幅調(diào)制 AM，這比使用數(shù)字光纖更為經(jīng)濟(jì)。模擬光纖從頭端連接到光纖結(jié)點(diǎn)(fiber node)，即光分配結(jié)點(diǎn) ODN (Optical Distribution Node)。在光纖結(jié)點(diǎn)光信號(hào)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在光纖結(jié)點(diǎn)以下就是同軸電纜。 (2) HFC 網(wǎng)采用結(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu) (3) HFC 網(wǎng)具有比 CATV 網(wǎng)

21、更寬的頻譜，且具有雙向傳輸功能 (4) 每個(gè)家庭要安裝一個(gè)用戶接口盒2.6.3 FTTx 技術(shù)FTTx（光纖到）也是一種實(shí)現(xiàn)寬帶居民接入網(wǎng)的方案。這里字母 x 可代表不同意思。例如：光纖到戶 FTTH (Fiber To The Home) 光纖到大樓 FTTB 光纖到路邊 FTTC 第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道。這種信道使用一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。 廣播信道。這種信道使用一對(duì)多的廣播通信方式。3.1 使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路和幀鏈路(link)是一條無源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。 數(shù)據(jù)鏈路(data l

22、ink) 除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路?，F(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（即網(wǎng)卡）來實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀3.1.2 三個(gè)基本問題(1) 封裝成幀：在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，然后就構(gòu)成了一個(gè)幀。確定幀的界限。首部和尾部的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行幀定界。 (2) 透明傳輸 (3) 差錯(cuò)控制。在傳輸過程中可能會(huì)產(chǎn)生比特差錯(cuò)：1 可能會(huì)變成 0 而 0 也可能變成 1。在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率稱為誤碼率 BER (B

23、it Error Rate)。誤碼率與信噪比有很大的關(guān)系。在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 的檢錯(cuò)技術(shù)。在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組 k 個(gè)比特。 假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù) M = 101001（現(xiàn)在 k = 6）。我們?cè)?M 的后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的 n 位冗余碼一起發(fā)送。 冗余碼的計(jì)算：用二進(jìn)制的模 2 運(yùn)算進(jìn)行 2n 乘 M 的運(yùn)算，這相當(dāng)于在 M 后面添加 n 個(gè) 0。得到的 (k + n) 位的數(shù)除以事先選定好的長(zhǎng)度為 (n + 1) 位的除數(shù) P，得出商是 Q 而余數(shù)是 R，余數(shù) R 比除數(shù) P 少1 位，即 R 是 n 位?，F(xiàn)在 k = 6, M =

24、101001。設(shè) n = 3, 除數(shù) P = 1101，被除數(shù)是 2nM = 101001000。 模 2 運(yùn)算的結(jié)果是：商 Q = 110101，余數(shù) R = 001。把余數(shù) R 作為冗余碼添加在數(shù)據(jù) M 的后面發(fā)送出去。發(fā)送的數(shù)據(jù)是：2nM + R 即：101001001，共 (k + n) 位。在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗(yàn)序列 FCS。接收端對(duì)收到的每一幀進(jìn)行 CRC 檢驗(yàn)。(1) 若得出的余數(shù) R = 0，則判定這個(gè)幀沒有差錯(cuò)，就接受(accept)。(2) 若余數(shù) R 0，則判定這個(gè)幀有差錯(cuò)，就丟棄。3.2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 PPP用戶到 ISP 的鏈路使用 PPP 協(xié)議。PPP要求

25、：簡(jiǎn)單這是首要的要求。封裝成幀 。透明性 。多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 。多種類型鏈路 。差錯(cuò)檢測(cè) 。檢測(cè)連接狀態(tài) 。最大傳送單元 。網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商 。數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商。不需要的功能：糾錯(cuò) 。流量控制 。序號(hào) 。多點(diǎn)線路 。半雙工或單工鏈路PPP 協(xié)議有三個(gè)組成部分：一個(gè)將 IP 數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法。鏈路控制協(xié)議 LCP (Link Control Protocol)。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議 NCP (Network Control Protocol)。PPP 協(xié)議采用零比特填充方法來實(shí)現(xiàn)透明傳輸。在發(fā)送端，只要發(fā)現(xiàn)有 5 個(gè)連續(xù) 1，則立即填入一個(gè) 0。接收端對(duì)幀中的比特流進(jìn)行掃描。每當(dāng)發(fā)現(xiàn) 5 個(gè)連續(xù)1時(shí)，

26、就把這 5 個(gè)連續(xù) 1 后的一個(gè) 0 刪除3.3 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有，且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限。 局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點(diǎn)：具有廣播功能，從一個(gè)站點(diǎn)可很方便地訪問全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機(jī)可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。 便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變。提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性?？梢詫?802.3 局域網(wǎng)簡(jiǎn)稱為“以太網(wǎng)”。嚴(yán)格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合 DIX Ethernet V2 標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng) 。802 委員會(huì)就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個(gè)子層：邏輯鏈路控制 LLC (Logical Link

27、Control)子層。媒體接入控制 MAC (Medium Access Control)子層。適配器的重要功能：進(jìn)行串行/并行轉(zhuǎn)換。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。為了通信的簡(jiǎn)便以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施： （1）采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。 以太網(wǎng)對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號(hào)，也不要求對(duì)方發(fā)回確認(rèn)。這樣做的理由是局域網(wǎng)信道的質(zhì)量很好，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯(cuò)的概率是很小的。以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。當(dāng)目的站收到有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀時(shí)就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯(cuò)的糾正由高層來決定。如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些

28、數(shù)據(jù)而進(jìn)行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個(gè)重傳的幀，而是當(dāng)作一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。(2)以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用曼徹斯特(Manchester)編碼3.3.2 CSMA/CD 協(xié)議 載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè) “多點(diǎn)接入”表示許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上。 “載波監(jiān)聽”是指每一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測(cè)一下總線上是否有其他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時(shí)不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。 “碰撞檢測(cè)”就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)信道上的信號(hào)電壓大小。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線上的信號(hào)電壓擺動(dòng)值將會(huì)增大（互相疊加）。當(dāng)一個(gè)站檢測(cè)到的信號(hào)電壓擺動(dòng)值超過一定的門限值時(shí)，就認(rèn)為總線上至少有

29、兩個(gè)站同時(shí)在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測(cè)”也稱為“沖突檢測(cè)”。 每一個(gè)正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段隨機(jī)時(shí)間后再次發(fā)送。重要特性：使用 CSMA/CD 協(xié)議的以太網(wǎng)不能進(jìn)行全雙工通信而只能進(jìn)行雙向交替通信（半雙工通信）。每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時(shí)間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。 這種發(fā)送的不確定性使整個(gè)以太網(wǎng)的平均通信量遠(yuǎn)小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。爭(zhēng)用期：最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時(shí)間 2t （兩倍的端到端往返時(shí)延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。以太網(wǎng)的端到端往返時(shí)延

30、 2t 稱為爭(zhēng)用期，或碰撞窗口。經(jīng)過爭(zhēng)用期這段時(shí)間還沒有檢測(cè)到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會(huì)發(fā)生碰撞。 以太網(wǎng)使用二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法來確定碰撞重傳的時(shí)機(jī)。發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個(gè)隨機(jī)時(shí)間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)?；就吮軙r(shí)間取為爭(zhēng)用期 2t。從整數(shù)集合0,1, (2k -1)中隨機(jī)地取出一個(gè)數(shù)，記為 r。重傳所需的時(shí)延就是 r 倍的基本退避時(shí)間。參數(shù) k 按下面的公式計(jì)算： k = Min重傳次數(shù), 10當(dāng) k 10 時(shí)，參數(shù) k 等于重傳次數(shù)。當(dāng)重傳達(dá) 16 次仍不能成功時(shí)即丟棄該幀，并向高層報(bào)告以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，若前 64 字節(jié)（爭(zhēng)用期）沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會(huì)發(fā)生

31、沖突。如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前 64 字節(jié)之內(nèi)。 以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長(zhǎng)為 64 字節(jié)，凡長(zhǎng)度小于 64 字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。 3.4 使用廣播信道的以太網(wǎng)3.4.1 使用集線器的星形拓?fù)涫褂眉€器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個(gè)總線網(wǎng)，各工作站使用的還是 CSMA/CD 協(xié)議，并共享邏輯上的總線。 集線器很像一個(gè)多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。3.4.2 以太網(wǎng)的信道利用率要提高以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減小 t 與 T0 之比。在以太網(wǎng)中定義了參數(shù) a，它是以太網(wǎng)單程端到端時(shí)延 t 與幀的發(fā)送時(shí)間 T0 之比： a0 表示一發(fā)生碰撞就立即可以檢測(cè)出來，并立即停止發(fā)送，因

32、而信道利用率很高。 a 越大，表明爭(zhēng)用期所占的比例增大，每發(fā)生一次碰撞就浪費(fèi)許多信道資源，使得信道利用率明顯降低。發(fā)送一幀占用線路的時(shí)間是 T0 + t，而幀本身的發(fā)送時(shí)間是 T0。于是我們可計(jì)算出理想情況下的極限信道利用率 Smax為： 3.4.3 以太網(wǎng)的 MAC 層在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或 MAC 地址。IEEE 的注冊(cè)管理機(jī)構(gòu) RA 負(fù)責(zé)向廠家分配地址字段的前三個(gè)字節(jié)(即高位 24 位)。地址字段中的后三個(gè)字節(jié)(即低位 24 位)由廠家自行指派，稱為擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符，必須保證生產(chǎn)出的適配器沒有重復(fù)地址。一個(gè)地址塊可以生成224個(gè)不同的地址。這種 48 位地址稱為 MAC-48，

33、它的通用名稱是EUI-48?！癕AC地址”實(shí)際上就是適配器地址或適配器標(biāo)識(shí)符EUI-48。適配器從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個(gè) MAC 幀就首先用硬件檢查 MAC 幀中的 MAC 地址.如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理?！鞍l(fā)往本站的幀”包括以下三種幀： 單播(unicast)幀（一對(duì)一）廣播(broadcast)幀（一對(duì)全體）多播(multicast)幀（一對(duì)多）最常用的 MAC 幀是以太網(wǎng) V2 的格式。類型字段用來標(biāo)志上一層使用的是什么協(xié)議，以便把收到的 MAC 幀的數(shù)據(jù)上交給上一層的這個(gè)協(xié)議。 最小長(zhǎng)度 64 字節(jié) - 18 字節(jié)的首部和尾部 =

34、數(shù)據(jù)字段的最小長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)字段 46 1500 字節(jié)當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度小于 46 字節(jié)時(shí)，應(yīng)在數(shù)據(jù)字段的后面加入整數(shù)字節(jié)的填充字段，以保證以太網(wǎng)的 MAC 幀長(zhǎng)不小于 64 字節(jié)。 在幀的前面插入的 8 字節(jié)中的第一個(gè)字段共 7 個(gè)字節(jié)，是前同步碼，用來迅速實(shí)現(xiàn) MAC 幀的比特同步。第二個(gè)字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC 幀無效的 MAC 幀：數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度與長(zhǎng)度字段的值不一致；幀的長(zhǎng)度不是整數(shù)個(gè)字節(jié)；用收到的幀檢驗(yàn)序列 FCS 查出有差錯(cuò)；數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度不在 46 1500 字節(jié)之間。有效的 MAC 幀長(zhǎng)度為 64 1518 字節(jié)之間。對(duì)于檢查出的無效 MAC 幀就簡(jiǎn)單地丟棄。以太

35、網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀。 幀間最小間隔為 9.6 ms，相當(dāng)于 96 bit 的發(fā)送時(shí)間。一個(gè)站在檢測(cè)到總線開始空閑后，還要等待 9.6 ms 才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。3.5 擴(kuò)展的以太網(wǎng) 3.5.1 在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng) 集線器3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù) MAC 幀的目的地址對(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)幀時(shí)，并不是向所有的接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的 MAC 地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個(gè)接口 好處：過濾通信量。 擴(kuò)大了物理范圍。提高了可靠性?？苫ミB不同物理層、不同 MAC 子層和不同速率（如1

36、0 Mb/s 和 100 Mb/s 以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)網(wǎng)橋和集線器（或轉(zhuǎn)發(fā)器）不同：集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，不對(duì)傳輸媒體進(jìn)行檢測(cè)。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行 CSMA/CD 算法。若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送和進(jìn)行退避。 目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparent bridge)。 “透明”是指局域網(wǎng)上的站點(diǎn)并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個(gè)網(wǎng)橋，因?yàn)榫W(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f是看不見的。 透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備，其標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.1D。 在網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)表中寫入的信息除了地址和接口外，還有幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的時(shí)間。（1）網(wǎng)橋收到一幀后先進(jìn)行自學(xué)習(xí)。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的源地址有無相匹配的項(xiàng)目

37、。如沒有，就在轉(zhuǎn)發(fā)表中增加一個(gè)項(xiàng)目（源地址、進(jìn)入的接口和時(shí)間）。如有，則把原有的項(xiàng)目進(jìn)行更新。（2）轉(zhuǎn)發(fā)幀。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的目的地址有無相匹配的項(xiàng)目。如沒有，則通過所有其他接口（但進(jìn)入網(wǎng)橋的接口除外）按進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如有，則按轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。若轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口就是該幀進(jìn)入網(wǎng)橋的接口，則應(yīng)丟棄這個(gè)幀（因?yàn)檫@時(shí)不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)）。透明網(wǎng)橋使用了生成樹算法：互連在一起的網(wǎng)橋在進(jìn)行彼此通信后，就能找出原來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊粋€(gè)子集。在這個(gè)子集里，整個(gè)連通的網(wǎng)絡(luò)中不存在回路，即在任何兩個(gè)站之間只有一條路徑。這是為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子。 源路由(source route)

38、網(wǎng)橋在發(fā)送幀時(shí)將詳細(xì)的路由信息放在幀的首部中。源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個(gè)發(fā)現(xiàn)幀，每個(gè)發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。多接口網(wǎng)橋以太網(wǎng)交換機(jī)。工作在全雙工方式。交換機(jī)能同時(shí)連通許多對(duì)的接口，使每一對(duì)相互通信的主機(jī)都能像獨(dú)占通信媒體那樣，進(jìn)行無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。對(duì)于普通 10 Mb/s 的共享式以太網(wǎng)，若共有 N 個(gè)用戶，則每個(gè)用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10 Mb/s)的 N 分之一。使用以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí)，雖然在每個(gè)接口到主機(jī)的帶寬還是 10 Mb/s，但由于一個(gè)用戶在通信時(shí)是獨(dú)占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對(duì)于擁有 N 對(duì)接口的交換機(jī)的總?cè)萘繛?N10 Mb/s。這正是交換

39、機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)。 虛擬局域網(wǎng) VLAN 是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)的邏輯組。這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。每一個(gè) VLAN 的幀都有一個(gè)明確的標(biāo)識(shí)符，指明發(fā)送這個(gè)幀的工作站是屬于哪一個(gè) VLAN。虛擬局域網(wǎng)其實(shí)只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)。 虛擬局域網(wǎng)協(xié)議允許在以太網(wǎng)的幀格式中插入一個(gè) 4 字節(jié)的標(biāo)識(shí)符，稱為 VLAN 標(biāo)記(tag)，用來指明發(fā)送該幀的工作站屬于哪一個(gè)虛擬局域網(wǎng)。 第 4 章 網(wǎng)絡(luò)層重要內(nèi)容：(1) 虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的概念 (2) IP 地址與物理地址的關(guān)系 (3) 傳統(tǒng)的分類的 IP 地址（包括子網(wǎng)掩碼）和無分類域間路由選擇 CIDR (4)

40、路由選擇協(xié)議的工作原理4.1 網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù)在計(jì)算機(jī)通信中，可靠交付應(yīng)當(dāng)由誰來負(fù)責(zé)？是網(wǎng)絡(luò)還是端系統(tǒng)？電信網(wǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)讓網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)可靠交付。面向連接的通信方式 建立虛電路(Virtual Circuit)，以保證雙方通信所需的一切網(wǎng)絡(luò)資源。 如果再使用可靠傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，就可使所發(fā)送的分組無差錯(cuò)按序到達(dá)終點(diǎn)。因特網(wǎng)采用的設(shè)計(jì)思路：網(wǎng)絡(luò)層向上只提供簡(jiǎn)單靈活的、無連接的、盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送分組時(shí)不需要先建立連接。每一個(gè)分組（即 IP 數(shù)據(jù)報(bào)）獨(dú)立發(fā)送，與其前后的分組無關(guān)（不進(jìn)行編號(hào)）。網(wǎng)絡(luò)層不提供服務(wù)質(zhì)量的承諾。即所傳送的分組可能出錯(cuò)、丟失、重復(fù)和失序（不按序到達(dá)終點(diǎn)），當(dāng)

41、然也不保證分組傳送的時(shí)限。如果主機(jī)（即端系統(tǒng)）中的進(jìn)程之間的通信需要是可靠的，那么就由網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)中的運(yùn)輸層負(fù)責(zé)（包括差錯(cuò)處理、流量控制等）。采用這種設(shè)計(jì)思路的好處是：網(wǎng)絡(luò)的造價(jià)大大降低，運(yùn)行方式靈活，能夠適應(yīng)多種應(yīng)用。4.2 網(wǎng)際協(xié)議 IP網(wǎng)際協(xié)議 IP 是 TCP/IP 體系中兩個(gè)最主要的協(xié)議之一。與 IP 協(xié)議配套使用的還有三個(gè)協(xié)議：地址解析協(xié)議 ARP(Address Resolution Protocol)網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議 ICMP(Internet Control Message Protocol)網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP(Internet Group Management Prot

42、ocol)4.2.1 虛擬互連網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)互相連接起來要使用一些中間設(shè)備。物理層中繼系統(tǒng)：轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)。數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)：網(wǎng)橋或橋接器(bridge)。網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)：路由器(router)。網(wǎng)橋和路由器的混合物：橋路器(brouter)。網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)：網(wǎng)關(guān)(gateway)。 所謂虛擬互連網(wǎng)絡(luò)也就是邏輯互連網(wǎng)絡(luò)，它的意思就是互連起來的各種物理網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性本來是客觀存在的，但是我們利用 IP 協(xié)議就可以使這些性能各異的網(wǎng)絡(luò)從用戶看起來好像是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。使用 IP 協(xié)議的虛擬互連網(wǎng)絡(luò)可簡(jiǎn)稱為 IP 網(wǎng)。使用虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的好處是：當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，就好像在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)

43、上通信一樣，而看不見互連的各具體的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)細(xì)節(jié)。 4.2.2 分類的 IP 地址IP 地址就是給每個(gè)連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)（或路由器）分配一個(gè)在全世界范圍是唯一的 32 位的標(biāo)識(shí)符。IP地址編址三階段：分類的 IP 地址。子網(wǎng)的劃分。構(gòu)成超網(wǎng)。每一類地址都由兩個(gè)固定長(zhǎng)度的字段組成，其中一個(gè)字段是網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id，它標(biāo)志主機(jī)（或路由器）所連接到的網(wǎng)絡(luò)，而另一個(gè)字段則是主機(jī)號(hào) host-id，它標(biāo)志該主機(jī)（或路由器）。兩級(jí)的 IP 地址可以記為：IP 地址 := , 點(diǎn)分十進(jìn)制記法：每隔 8 位插入一個(gè)空格能夠提高可讀性，將每 8 位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)IP地址特點(diǎn)：(1) IP 地址是一種

44、分等級(jí)的地址結(jié)構(gòu)。分兩個(gè)等級(jí)的好處是：第一，IP 地址管理機(jī)構(gòu)在分配 IP 地址時(shí)只分配網(wǎng)絡(luò)號(hào)，而剩下的主機(jī)號(hào)則由得到該網(wǎng)絡(luò)號(hào)的單位自行分配。這樣就方便了 IP 地址的管理。第二，路由器僅根據(jù)目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)號(hào)來轉(zhuǎn)發(fā)分組（而不考慮目的主機(jī)號(hào)），這樣就可以使路由表中的項(xiàng)目數(shù)大幅度減少，從而減小了路由表所占的存儲(chǔ)空間。 (2) 實(shí)際上 IP 地址是標(biāo)志一個(gè)主機(jī)（或路由器）和一條鏈路的接口。 當(dāng)一個(gè)主機(jī)同時(shí)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，該主機(jī)就必須同時(shí)具有兩個(gè)相應(yīng)的 IP 地址，其網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id 必須是不同的。這種主機(jī)稱為多歸屬主機(jī)(multihomed host)。由于一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)連接到兩個(gè)

45、網(wǎng)絡(luò)（這樣它才能將 IP 數(shù)據(jù)報(bào)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)），因此一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)有兩個(gè)不同的 IP 地址。 (3) 用轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋連接起來的若干個(gè)局域網(wǎng)仍為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因此這些局域網(wǎng)都具有同樣的網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id。(4) 所有分配到網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id 的網(wǎng)絡(luò)，范圍很小的局域網(wǎng)，還是可能覆蓋很大地理范圍的廣域網(wǎng)，都是平等的。在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須是一樣的。圖中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)就是 IP 地址中的 net-id路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的 IP 地址。路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的 IP 地址。 4.2.3 IP 地址與硬件地址在 IP 層抽象的互聯(lián)網(wǎng)上只

46、能看到 IP 數(shù)據(jù)報(bào)。兩個(gè)路由器的 IP 地址并不出現(xiàn)在 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部中 。路由器只根據(jù)目的站的 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)進(jìn)行路由選擇 在具體的物理網(wǎng)絡(luò)的鏈路層只能看見 MAC 幀而看不見 IP 數(shù)據(jù)報(bào) 4.2.4 地址解析協(xié)議 ARP不管網(wǎng)絡(luò)層使用的是什么協(xié)議，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的鏈路上傳送數(shù)據(jù)幀時(shí)，最終還是必須使用硬件地址。 每一個(gè)主機(jī)都設(shè)有一個(gè) ARP 高速緩存(ARP cache)，里面有所在的局域網(wǎng)上的各主機(jī)和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。當(dāng)主機(jī) A 欲向本局域網(wǎng)上的某個(gè)主機(jī) B 發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，就先在其 ARP 高速緩存中查看有無主機(jī) B 的 IP 地址。如有，就可查出其對(duì)

47、應(yīng)的硬件地址，再將此硬件地址寫入 MAC 幀，然后通過局域網(wǎng)將該 MAC 幀發(fā)往此硬件地址。 使用 ARP 的四種典型情況發(fā)送方是主機(jī)，要把IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到本網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)主機(jī)。這時(shí)用 ARP 找到目的主機(jī)的硬件地址。 發(fā)送方是主機(jī)，要把 IP 數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)主機(jī)。這時(shí)用 ARP 找到本網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)路由器的硬件地址。剩下的工作由這個(gè)路由器來完成。 發(fā)送方是路由器，要把 IP 數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)到本網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)主機(jī)。這時(shí)用 ARP 找到目的主機(jī)的硬件地址。 發(fā)送方是路由器，要把 IP 數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)主機(jī)。這時(shí)用 ARP 找到本網(wǎng)絡(luò)上另一個(gè)路由器的硬件地址。剩下的工作由這個(gè)

48、路由器來完成。 4.2.5 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的格式版本占 4 位，指 IP 協(xié)議的版本目前的 IP 協(xié)議版本號(hào)為 4 (即 IPv4) 首部長(zhǎng)度占 4 位，可表示的最大數(shù)值是 15 個(gè)單位(一個(gè)單位為 4 字節(jié))因此 IP 的首部長(zhǎng)度的最大值是 60 字節(jié)。 總長(zhǎng)度占 16 位，指首部和數(shù)據(jù)之和的長(zhǎng)度，單位為字節(jié)，因此數(shù)據(jù)報(bào)的最大長(zhǎng)度為 65535 字節(jié)?？傞L(zhǎng)度必須不超過最大傳送單元 MTU。 標(biāo)識(shí)(identification) 占 16 位，它是一個(gè)計(jì)數(shù)器，用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)報(bào)的標(biāo)識(shí)。 標(biāo)志(flag) 占 3 位，目前只有前兩位有意義。標(biāo)志字段的最低位是 MF (More Fragment)。MF

49、 = 1 表示后面“還有分片”。MF = 0 表示最后一個(gè)分片。標(biāo)志字段中間的一位是 DF (Dont Fragment) 。只有當(dāng) DF = 0 時(shí)才允許分片。 片偏移(13 位)指出：較長(zhǎng)的分組在分片后某片在原分組中的相對(duì)位置。片偏移以 8 個(gè)字節(jié)為偏移單位。生存時(shí)間(8 位)記為 TTL (Time To Live)數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)中可通過的路由器數(shù)的最大值。 協(xié)議(8 位)字段指出此數(shù)據(jù)報(bào)攜帶的數(shù)據(jù)使用何種協(xié)議以便目的主機(jī)的 IP 層將數(shù)據(jù)部分上交給哪個(gè)處理過程 首部檢驗(yàn)和(16 位)字段只檢驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)的首部不檢驗(yàn)數(shù)據(jù)部分。這里不采用 CRC 檢驗(yàn)碼而采用簡(jiǎn)單的計(jì)算方法。 源地址和目的地址都

50、各占 4 字節(jié)可變部分：最后用全0的填充字段補(bǔ)齊成為4字節(jié)的整數(shù)倍。4.2.6 IP 層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程按主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)地址來制作路由表，那么每一個(gè)路由器中的路由表就只包含 4 個(gè)項(xiàng)目。在路由表中，對(duì)每一條路由，最主要的是（目的網(wǎng)絡(luò)地址，下一跳地址） 根據(jù)目的網(wǎng)絡(luò)地址就能確定下一跳路由器，這樣做的結(jié)果是：IP 數(shù)據(jù)報(bào)最終一定可以找到目的主機(jī)所在目的網(wǎng)絡(luò)上的路由器（可能要通過多次的間接交付）。只有到達(dá)最后一個(gè)路由器時(shí)，才試圖向目的主機(jī)進(jìn)行直接交付。 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部中沒有地方可以用來指明“下一跳路由器的 IP 地址”。當(dāng)路由器收到待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào)，不是將下一跳路由器的 IP 地址填入 IP 數(shù)據(jù)報(bào)

51、，而是送交下層的網(wǎng)絡(luò)接口軟件。網(wǎng)絡(luò)接口軟件使用 ARP 負(fù)責(zé)將下一跳路由器的 IP 地址轉(zhuǎn)換成硬件地址，并將此硬件地址放在鏈路層的 MAC 幀的首部，然后根據(jù)這個(gè)硬件地址找到下一跳路由器。 4.3 劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)劃分子網(wǎng)：在 IP 地址中又增加了一個(gè)“子網(wǎng)號(hào)字段”，使兩級(jí)的 IP 地址變成為三級(jí)的 IP 地址。 劃分子網(wǎng)純屬一個(gè)單位內(nèi)部的事情。單位對(duì)外仍然表現(xiàn)為沒有劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。從主機(jī)號(hào)借用若干個(gè)位作為子網(wǎng)號(hào) subnet-id，而主機(jī)號(hào) host-id 也就相應(yīng)減少了若干個(gè)位。IP地址 := , , 凡是從其他網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給本單位某個(gè)主機(jī)的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)，仍然是根據(jù) IP 數(shù)據(jù)報(bào)的目的網(wǎng)絡(luò)

52、號(hào) net-id，先找到連接在本單位網(wǎng)絡(luò)上的路由器。然后此路由器在收到 IP 數(shù)據(jù)報(bào)后，再按目的網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id 和子網(wǎng)號(hào) subnet-id 找到目的子網(wǎng)。最后就將 IP 數(shù)據(jù)報(bào)直接交付目的主機(jī)。 子網(wǎng)掩碼：從一個(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部并無法判斷源主機(jī)或目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)是否進(jìn)行了子網(wǎng)劃分。使用子網(wǎng)掩碼(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子網(wǎng)部分。 (IP 地址) AND (子網(wǎng)掩碼) =網(wǎng)絡(luò)地址 路由器在和相鄰路由器交換路由信息時(shí)，必須把自己所在網(wǎng)絡(luò)（或子網(wǎng)）的子網(wǎng)掩碼告訴相鄰路由器。 路由器的路由表中的每一個(gè)項(xiàng)目，除了要給出目的網(wǎng)絡(luò)地址外，還必須同時(shí)給出該網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼

53、。4.3.3 無分類編址 CIDR無分類域間路由選擇（構(gòu)造超網(wǎng)）CIDR使用各種長(zhǎng)度的“網(wǎng)絡(luò)前綴”(network-prefix)來代替分類地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)。 IP 地址從三級(jí)編址（使用子網(wǎng)掩碼）又回到了兩級(jí)編址。 無分類的兩級(jí)編址的記法是： IP地址 := , CIDR 還使用“斜線記法”(slash notation)，它又稱為CIDR記法，即在 IP 地址后面加上一個(gè)斜線“/”，然后寫上網(wǎng)絡(luò)前綴所占的位數(shù)（這個(gè)數(shù)值對(duì)應(yīng)于三級(jí)編址中子網(wǎng)掩碼中 1 的個(gè)數(shù)）。 CIDR 把網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)的 IP 地址組成“CIDR 地址塊”。 128.14.32.0/20 表示的地址塊共有 21

54、2 個(gè)地址（因?yàn)樾本€后面的 20 是網(wǎng)絡(luò)前綴的位數(shù)，所以這個(gè)地址的主機(jī)號(hào)是 12 位）。這個(gè)地址塊的起始地址是 128.14.32.0。 128.14.32.0/20 地址塊的最小地址：128.14.32.0 128.14.32.0/20 地址塊的最大地址：128.14.47.255 全 0 和全 1 的主機(jī)號(hào)地址一般不使用。一個(gè) CIDR 地址塊可以表示很多地址，這種地址的聚合常稱為路由聚合，它使得路由表中的一個(gè)項(xiàng)目可以表示很多個(gè)（例如上千個(gè)）原來傳統(tǒng)分類地址的路由。路由聚合也稱為構(gòu)成超網(wǎng)(supernetting)。 CIDR 雖然不使用子網(wǎng)了，但仍然使用“掩碼”這一名詞（但不叫子網(wǎng)掩碼）。對(duì)于 /20 地址塊，它的掩碼是 20 個(gè)連續(xù)的 1。 斜線記法中的數(shù)字就是掩碼中1的個(gè)數(shù)。使用 CIDR 時(shí)，路由表中的每個(gè)項(xiàng)目由“網(wǎng)絡(luò)前綴”和“下一跳地址”組成。在查找路由表時(shí)可能會(huì)得到不止一個(gè)匹配結(jié)果。 應(yīng)當(dāng)