计算机网络与TCPIP协议基础.

R= 链路带宽 (bps)
L= 分组长度 (比特) 发送比特进入链路的时 间= L/R
A B
传输 传播
节点处理 排队
节点时延
dnodal dproc dqueue dtrans dprop
dproc = 处理时延
• 通常几个微秒或更少
dqueue = 排队时延
• 取决于拥塞
dtrans = 传输时延
会话层
数据流层的作用
应用层
表示层
会话层
例子
• 可靠或不可靠的数据传输 • 数据重传前的错误纠正 提供路由器用来决定路径的逻辑寻址 • 将比特组合成字节进而组合成帧 • 用MAC地址访问介质 • 错误发现但不能纠正 • 设备间接收或发送比特流 • 说明电压、线速和线缆等
传输层
TCP UDP SPX IP IPX 802.3 / 802.2 HDLC EIA/TIA-232 V.35
CSMA/CD CSMA/CD
Switch
CSMA/CD CSMA/CD
HighSpeed Backplane
CSMA/CD CSMA/CD
CSMA/CD CSMA/CD
Input Buf fers
Output Buf fers
网络层功能
网络层
IP, IPX
数据链路层
• 定义与指定协议相关联 的源和目标逻辑地址 • 定义通过网络的路径 • 多链路连接
路由表
目标网络 端口 距离
1 2 4
E0 S0 S0
0 0 1
1 2 4
S0 S0 E0
1 0 0
• 逻辑地址提供分层结构的网络 • 需要的配置 • 利用配置信息来识别到达目标网络的路径
网络层功能(续)
1.1 1.0 4.0 4.1
1.2
1.3 E0
2.1 S0
2.2 S0
4.3 E0
4.2
路由表
接收方
同步请求 回应同步请求, 同步请求
回应同步请求
连接建立
数据传输 (传输数据段)
网络设备的域
集线器 桥 交换机 路由器
冲突域 1 广播域 1 4 1 4 1 4 4
广域网
为用户提供远距离数据通信业务的网络
通常使用电信部门的传输设备
广域网的连接类型
住宅接入：点对点接入
经调制解调器拨号
住宅接入: 电缆调制解调器
电缆网络体系结构：概述
电缆头端 电缆分布网络(简化的) 家庭
电缆网络体系结构：概述
服务器
电缆头端 电缆分布网络(简化的) 家庭
电缆网络体系结构：概述
FDM:
V I D E O 1 V I D E O 2 V I D E O 3 V I D E O 4 V I D E O 5 V I D E O 6 D A T A 7 D A T A 8 C O N T R O L 9
10101100 00010000 01111010 11001100
255 255 0 0
11111111 11111111
网络部分
00000000 00000000
主机部分
网络层功能(续)
1.1 1.0 4.0 4.1
1.2
1.3 E0
2.1 S0
2.2 S0
4.3 E0
4.2
路由表
目标网络 端口 距离
目标 SAP
源 SAP
AA
AA
Ctrl OUI 类型 ID 03
数据
OR
1 1
802.2 (SAP)
1 or 2 可变长
目标 SAP
源 SAP
Ctrl
数据
前导符
目标地址
源地址
长度
数据
FCS
MAC子层 - 802.3
交换机和桥运行在链路层
数据链路层
1
2
3
4
或
1
2
• 每段有自己的冲突域
• 所有的段都在同一广播域
交换机
交换
缓冲区
• 每段有自己的冲突域 • 广播信息向所有段转发
交换式以太网的冲突检测
Ethernet Hubs vs. Ethernet Switches
An Ethernet switch is a packet switch for Ethernet frames
– Buffering of frames prevents collisions. – Each port is isolated and builds its own collision domain
• 提供WAN连接
路由器提供远程访问服务
调制解调器 或 ISDN适配卡 家庭办公用户
移动用户
分部
公司总部
因特网
传输层功能
• 区分不同的上层应用 • 建立应用间的端到端连接 • 定义流量控制
传输层 TCP UDP SPX
网络层
• 为数据传输提供可靠或不可 靠的连接服务
IP
IPX
可靠的传输层功能
发送方
• 最高达56Kbps直接接入到路由器 (经常较少) • 不能同时上网和打电话：不能“ 总是在线”
ADSL: 不对称数字用户线
• 最高达1 Mbps 上行 (今天典型地< 256 kbps)
• 最高达8 Mbps下行 (今天典型地< 1 Mbps) • FDM: 50 kHz - 1 MHz 用于下行
数据链路层
物理层
0101110101001000010
物理层功能
定义
• 介质类型
物理层 802.3
• 连接器类型
• 信号类型
以太网介质比较
10BaseT
双工型介质接口 连接器 (MIC) ST
区分不同的连接类型
ISO 8877 (RJ-45) 连接器和插孔比电话连接 器RJ-11和插孔略大 AUI 连接器是DB15
OSI 模式概述
应用层 应用层 (高 ) 表示层 会话层
传输层
网络层 数据链路层
数据流层
物理层
应用层作用
例子
应用层 用户接口
Telnet HTTP
表示层
• 数据表示 • 加密等特殊处理过程 保证不同应用间的数据区 分
ASCII EBCDIC JPEG Operating System/ Application Access Scheduling
光纤连接器接口
物理层: Ethernet/802.3
10Base2—细缆以太网 10Base5—粗缆以太网
主机 集线器
10BaseT—双绞线
多个主机
集线器运行在物理层
物理层
A
B
C
D
• 所有设备在同一冲突域 • 所有设备在同一广播域
• 所有设备共享相同的带宽
集线器：同一个冲突域
• 接入设备越多冲突机率越大
# 字节 8 前导符 6 目标地址 6 源地址 2 长度 可变长 数据 4 FCS
0000.0C
IEEE 分配
xx.xxxx
厂商自己分配
Ethernet II 在这 里用 “Type”指 明上层协议，所 以不用 802.2.
MAC 地址
数据链路层功能(续)
802.2 (SNAP)
1 1 1 or 2 3 2 可变长
网络层
数据链路层
物理层
封装数据
应用层 表示层 上层数据 会话层
PDU
段
TCP 头
上层数据
传输层
IP 头
数据
网络层
包
LLC 头
数据
FCS
数据链路层
帧
MAC 头
数据
FCS
物理层
0101110101001000010
比特
解封装数据
应用层
表示层 会话层 上层数据
传输层
上层数据
网络层
TCP+上层数据 IP + TCP +上层数据 LLC 头 + IP + TCP + 上层数据
4 kHz - 50 kHz 用于下行
0 kHz - 4 kHz用于普通电话
ADSL典型配置
ADSL的部署
住宅接入: 电缆调制解调器
HFC: 混合光纤同轴
• 不对称:最高达30Mbps下行, 2 Mbps上行电缆和光 缆的网络将家庭连接到ISP路由器
• 家庭共享到路由器的接入部署: 可利用电缆电视公司
分部
层2
服务器集群 ISDN 家庭办公
层1 典型网络
远程
层次化的网络结构定义
核心层
分布层
访问层
访问层特性
访问层
端接设备到网络的接入点
分布层特性
• 访问层的汇接点 • 路由数据 • 分割广播域/多点传送域 • 介质转换 分布层
• 安全性
• 远程访问的接入点
核心层特性
核心层
• 高速传送数据 • 对数据不作任何处理
• 用CSMA/CD技术
CSMA/CD
数据链路层功能
定义
数据链路层
• 源和目标的物理地址
802.2
• 与帧关联的高层协议 (Service Access Point)
• 网络拓扑
物理层
• 帧顺序
• 数据流控制 • 有向或无向连接
802.3
EIA/TIA-232 v.35
数据链路层功能(续)
MAC子层- 802.3
分组时延的4种来源
1. 节点处理:
• 检查比特差错
• 决定输出链路
2. 排队
• 等待输出链路传输的时 间
• 取决于路由器拥塞的等 级
A
B
传输 传播
节点处理 排队
在分组交换网中的时延
3. 传输时延: 4. 传播时延: d = 物理链路的长度 s = 在媒体中传播的速度 (~2x108 m/sec) 传播时延 = d/s 注意: s 和R 是极为不 同的量！
An Ethernet Hub does not perform buffering:
– Collisions occur if two frames arrive at the same time.
Hub
CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD
• = L/R, 对低速链路很大
dprop = 传播时延
• 几微秒到几百毫秒
排队时延 (再次讨论)
平均排队时延
R= 链路带宽 (bps)
L= 分组长度 (比特) a= 平均分组到达速率 流量强度 = La/R La/R ~ 0: 平均排队时延小
La/R -> 1: 时延变大
La/R > 1: 更多“工作”到达，超出了服务 能力，平均时延无穷大！
“实际的”因特网时延和路由
“实际的”因特网时延和丢包是怎样的呢？ Traceroute程序: 为路由器提供从源到目的地，朝着目 的地沿着端到端因特网路径的时延测量。对所有i:
• 发送3个分组，该分组在朝着目的地的路径上到达路由器 i
• 路由器i 将向发送方返回分组 • 发送方度量传输和响应间的时间间隔。
802.2
物理层
802.3
EIA/TIA-232 v.35
网络层功能(续)
网络层端接设备的数据包
IP 头 源地址 目标地址 数据
• 逻辑地址
172.15.1.1
网络号 主机号
网络层功能(续)
地址 掩码
172.16.122.204 255.255.0.0
172 16 122 204
二进制 地址 二进制 掩码
ISDN 交换类型
• 很多服务提供商使用多种不同的交换类型
• 中国：basic-net3
• 不同的国家和地区有不同的应用
丢包和时延是怎样出现的？
分组在路由器缓存中排队
分组到达链路的速率超过输出链路能力 分组排队，等待交换
将被传输的分组 (时延)
A
B
分组排队 (时延) 空闲(可用)缓存：如果无空闲缓存则到达的分组丢失(丢包)
目标网络 端口 距离
路由表
目标网络 端口 距离
1 2 4
E0 S0 S0
0 0 1
1 2 4
S0 S0 E0
1 0 0
• 逻辑地址提供分层结构的网络 • 需要的配置 • 利用配置信息来识别到达目标网络的路径
路由器：运行在网络层
• 广播信息控制 • 多点发送信息控制 • 路径优化 • 流量管制 • 逻辑寻址
3 探测分组
3 探测分组
3 探测分组
“实际的”因特网时延和路由
traceroute: to www.eurecom.fr
Three delay measements from to
1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms 2 (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms 3 (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms 4 (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms 7 (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms trans-oceanic 8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms link 9 (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms 11 (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms 15 (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * * means no reponse (probe lost, router not replying) 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms
计算机网络与TCPIP协议基础
© 1999, Cisco Systems, Inc.
2-1
本章目录
网络体系结构 局域网技术
广域网技术
网络性能评价
TCP/IP互联网络
连接典型网络
图例
快速以太网/ 以太网 ISDN 专线 核心 服务器
core_sw_a
ISDN 云
专线/ 帧中继
定义网络组件
信道
电缆头端 电缆分布网络(简化的) 家庭
ISDN概述
• 语音, 数据, 视频，和特定的服务
ISDN 连接类型
BRI 和 PRI 的呼叫处理
ISDN BRI 功能组和参考点