计算机网络PPT课件_上海交通大学_Chap4
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计算机网络ppt课件
1各计算机是独
立自主的，其运 行不依赖于其他 计算机 2计算机之间的连 接是物理实现的 3用来实现网络通 信、资源管理和 网络服务的专门 软件 4计算机之间能够 利用各种通信手 段进行相互通信， 并共享软件、硬 件和数据等资源
2.计算机网络的功能
• 计算机网络的基本功能 – 数据通信 – 共享资源 – 数据信息的集中和综合处理 – 均衡负载、相互协作 – 运行分布式
–资源子网
通信子网
H
资源子网
H
转发 结点
主机
H
终端
H
主机
三、计算机网络的拓扑结构
计算机网络拓扑结构是指计算机 网络节点和通讯链路所组成的几何形 状，也即网络节点之间的连接方式。
1. 星型拓扑结构
由中央结点和通过点到点链路接到中央结点的 各站点组成，如图所示。
优点: 1）简单，易管理和维护； 2）易实现结构化布线；
IEEE802.3 IEEE802.4 IEEE802.5
中低速网络
IEEE802.12 100BASE-X
高速网络
城域网(MAN,Metropolitan Area Network)
介于局域网和广域网之间的一种高速网络
支持多媒体 可与本地有线电视网络相关 可有一条或两条电缆 不包含交换元素 覆盖距离可达数百公里
2.按网络规模分
处理器距离 处理器位于同一
10m 100m 1km 10km 100km 1000km 10000km
房间 建筑物 园区 城市 国家 洲 星球
局域网 城域网 广域网
局域网(LAN,Local Area Network)
一般指处于几公里内校园或一幢建筑物内的专用网络。
覆盖距离一般为10km左右 传输速率高，已达10Gbps 误码率低总线型、环型 组建方便、使用灵活、易于管理
计算机网络课件ppt
01 03
虚拟专用网络技术概述
虚拟专用网络技术是一种可以在 公共网络上建立加密通道的技术 ，通过这种技术可以保证数据传 输的安全性和可靠性。
02
虚拟专用网络协议
虚拟专用网络协议包括PPTP、 L2TP、IPSec等，其中PPTP和 L2TP协议比较常见。
04 广域网技术
数字数据网技术
01
数字数据网（DDN）是一种基于数字传输技术的数据通信网络，提 供可靠、高效的数据传输服务。
05 网络互联技术
路由器技术
路由器概述
路由器是网络互联的关键设备，用于连 接不同网络，实现数据包的转发和路径
选择。
路由协议
常见的路由协议包括RIP、OSPF、 BGP等，用于在路由器之间传递路由
信息。
路由表
路由器通过路由表来决定数据包的转 发路径，路由表根据路由协议动态生 成。
路由优化
为了提高网络性能，需要对路由进行 优化，包括路由聚合、路由过滤和策 略路由等。
无线局域网拓扑结构
无线局域网的拓扑结构与以太网类似，包括星型、总线型和环型等。
无线局域网设备
无线局域网设备包括无线网卡、无线路由器、无线接入点等。
虚拟专用网络技术
虚拟专用网络设备
虚拟专用网络设备包括路由器、 防火墙、VPN网关等。
04
虚拟专用网络的应用场景
虚拟专用网络可以应用于远程办 公、在线会议、数据传输等场景 ，保证数据传输的安全性和可靠 性。
。
帧中继技术通过简化数据链路 层协议，提高了数据传输的效 率，适用于对数据传输实时性
要求较高的应用场景。
帧中继技术可提供动态带宽分 配和流量控制功能，可根据用 户需求灵活调整带宽和数据传 输速率。
计算机网络技术全套ppt课件
传输层协议
主要包括TCP和UDP两种 协议，分别提供面向连接 和无连接的数据传输服务 。
传输层端口
用于标识不同的应用程序 进程，实现多路复用和分 用功能。
TCP协议详解
TCP协议的特点
面向连接、可靠传输、基于字节流、支持全 双工通信等。
TCP的数据传输
采用滑动窗口机制进行流量控制和拥塞控制 ，确保数据的可靠传输。
计算机网络的功能与应用
功能
计算机网络具有数据通信、资源共享、分布式处理、负载均衡等功能，可以大 大提高计算机的效率和便利性。
应用
计算机网络已经渗透到社会的各个领域，如电子商务、在线教育、远程医疗、 智能制造等，为人们的生活和工作带来了极大的便利。
02
网络体系结构
OSI参考模型
物理层
负责传输比特流，提供为建立、 维护和拆除物理链路所需要的机 械的、电气的、功能的和规程的
NAT（Network Address Translation，网络地址转换） 技术是一种解决IPv4地址短缺 问题的技术，通过将私有IP地 址转换为公网IP地址，实现内 网主机访问外网资源。
06
传输层技术
传输层的基本概念
传输层的作用
为运行在不同主机上的应 用程序提供逻辑通信功能 ，实现端到端的数据传输 服务。
03
物理层技术
物理层的基本概念
01
02
03
物理层的定义
物理层是计算机网络体系 结构中的最底层，负责传 输比特流。
物理层的功能
提供物理连接、传输比特 流、提供数据链路层的数 据传输服务。
物理层的协议
EIA/TIA-232、EIA/TIA499、V.35、RJ-45等。
数据通信基础知识
第二章计算机网络ppt课件
23
1 计算机网络的分类
24
1 计算机网络的分类
在图1-1中，虚线框外的部分称为资源子网。资源子网中包括 拥有资源的用户主机和请求资源的用户终端，它们都是端节点。 虚线框内的部分叫作通信子网，其任务是在端节点之间传送由信 息组成的报文，主要由转发节点和通信链路组成。
25
1 计算机网络的分类
在图1-1中，按照ARPA网络的术语 把转发节点统称为接口信 息处理机（Interface Message Processor, IMP）0 IMP是一种专 用于通 信的计算机，有些IMP之间直接相连，有些IMP之间必须 经过其他IMP才能相连。当IMP收到一个报文后要根据报文的目 标地址决定把该报文提交给与它相连的主机还是转发到下一个 IMP,这种通信方式叫作存储-转发通信。在广域网中的通信一般都 采用这种方式。
22
1 计算机网络的分类
计算机网络的组成元素可以分为两大类，即网络节点和通信 链路。网络节点又分为端节点和转发节点。端节点指信源和信宿 节点，例如用户主机和用户终端；转发节点指网络通信过程 中控 制和转发信息的节点，例如交换机、集线器、接口信息处理机等 。通信链路是指传输信息的信道，可以是电话线、同轴电缆、无 线电线路、卫星线路、微波中继线路和光纤缆线等。网络节点通 过通信链路连接成的计算机网络如图1-1所示。
规则结构：总线型 规则结构：总线型、
、星型 和环型 星型和 环型
分布式数据处理办 LAN互联，综合声音
公自动化
、视频 和数据业务
不规则的网状结构 远程数据传输
1 计算机网络的分类
按照使用方式可以把计算机网络分为校园网(Campus Network)和企业网(Enterprise Network),前者用于学校内部的教 学科研信息的交换和共享，后者用于企业管理和办公自动化。 — 个校园网或企业网可以由内联网(Intranet)和外联网(Extranet)组 成。内联网是采用Internet 技术(TCP/IP协议和B/S结构)建立的校 园网或企业网，用防火墙限制与外部的信息交换，以确保内部的 信息安全。外联网是校园网或企业网的一部分，通过Internet±的 安全通道与内部网进行通信。
1 计算机网络的分类
24
1 计算机网络的分类
在图1-1中，虚线框外的部分称为资源子网。资源子网中包括 拥有资源的用户主机和请求资源的用户终端，它们都是端节点。 虚线框内的部分叫作通信子网，其任务是在端节点之间传送由信 息组成的报文，主要由转发节点和通信链路组成。
25
1 计算机网络的分类
在图1-1中，按照ARPA网络的术语 把转发节点统称为接口信 息处理机（Interface Message Processor, IMP）0 IMP是一种专 用于通 信的计算机，有些IMP之间直接相连，有些IMP之间必须 经过其他IMP才能相连。当IMP收到一个报文后要根据报文的目 标地址决定把该报文提交给与它相连的主机还是转发到下一个 IMP,这种通信方式叫作存储-转发通信。在广域网中的通信一般都 采用这种方式。
22
1 计算机网络的分类
计算机网络的组成元素可以分为两大类，即网络节点和通信 链路。网络节点又分为端节点和转发节点。端节点指信源和信宿 节点，例如用户主机和用户终端；转发节点指网络通信过程 中控 制和转发信息的节点，例如交换机、集线器、接口信息处理机等 。通信链路是指传输信息的信道，可以是电话线、同轴电缆、无 线电线路、卫星线路、微波中继线路和光纤缆线等。网络节点通 过通信链路连接成的计算机网络如图1-1所示。
规则结构：总线型 规则结构：总线型、
、星型 和环型 星型和 环型
分布式数据处理办 LAN互联，综合声音
公自动化
、视频 和数据业务
不规则的网状结构 远程数据传输
1 计算机网络的分类
按照使用方式可以把计算机网络分为校园网(Campus Network)和企业网(Enterprise Network),前者用于学校内部的教 学科研信息的交换和共享，后者用于企业管理和办公自动化。 — 个校园网或企业网可以由内联网(Intranet)和外联网(Extranet)组 成。内联网是采用Internet 技术(TCP/IP协议和B/S结构)建立的校 园网或企业网，用防火墙限制与外部的信息交换，以确保内部的 信息安全。外联网是校园网或企业网的一部分，通过Internet±的 安全通道与内部网进行通信。
《计算机网络课件》PPT
OSI七层模型
物理层
详细介绍计算机网络中的物理层，并讲解它 的作用和特点。
网络层
详细介绍网络层的功能和作用，深入讲解IP 协议和子网划分的相关知识。
数据链路层
介绍数据链路层的概念和作用，阐述局域网 中的数据链路控制协议。
传输层
介绍传输层的特点和作用，解析TCP、UDP 协议的工作原理和应用。
TCP/IP协议及其实现
ARP协议与ARP缓存
ARP协议
详细介绍ARP协议的概念 和作用，深入讲解地址解 析协议的实现和应用。
ARP缓存
讲解ARP缓存的特点和作 用，介绍ARP欺骗攻击和 防范措施。
NDP协议
介绍IPv6中的NDP协议， 讲解邻居发现和地址解析 的相关知识。
NAT技术与端口映射
NAT技术
介绍NAT技术的作用和特点，讲解如何进行动 态地址转换和端口转换。
讲解路由发生错误的场景和 原因，并解决常见的路由问 题。
ICMP协议与Ping工具
1
Ping工具
2
讲解Ping工具的使用，讲解Ping命令
的工作原理和参数选项。
3
ICMP协议
详细介绍ICMP协议的特点和作用， 讲解常用的ICMP消息类型。
Traceroute工具
介绍Traceroute工具的原理和使用， 深入剖析路由器跟踪技术。
DHCP协议与DHCP服务器
1 DHCP协议
介绍DHCP协议的特点和作 用，讲解如何自动获取IP地 址和参数。
2 DHCP服务器
详细介绍DHCP服务器的配 置和管理，深入解析DHCP 协议的实现和应用。
3 IP分配策略
讲解IP地址分配策略和改进方案，介绍如何保证网络资源的可用性。
计算机网络技术基础ppt课件标准版(2024)
会重传数据。
20
数据链路层设备
网卡（Network Interface Card，NIC）：网卡是计算 机与局域网相互连接的接口 ，它负责将计算机内部的数 字信号转换为适合在信道上 传输的信号。
中继器（Repeater）：中继 器是一种简单的网络设备， 用于扩展局域网的覆盖范围 。它接收来自一个端口的信 号，放大后从另一个端口发 送出去。
2024/1/25
传输层设备的功能
实现数据的传输、路由选择、流量控制等功能，确保数据的可靠 传输。
常见的传输层设备
路由器、交换机、网关等。
传输层设备的性能指标
吞吐量、延迟时间、丢包率等。
32
07
应用层技术
2024/1/25
33
应用层的基本概念
2024/1/25
应用层的功能
提供应用程序间的通信服务，包括协议、接口和数据的传输等。
防火墙
防火墙是网络安全的重要 设备之一，可以过滤和检 查进出网络的数据包，防 止非法访问和攻击。
27
06
传输层技术
2024/1/25
28
传输层的基本概念
传输层的功能
提供端到端的数据传输服务，确保数据的可靠传 输和流量控制。
传输层的协议
主要包括TCP和UDP两种协议，分别提供面向连 接和无连接的服务。
运输层
运输层的任务就是负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传 输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。
2024/1/25
03
网络层
网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，
网络。
11
五层协议体系结构
数据链路层
两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，这就需要使用专门的链路层的协议。在两个相邻节 点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的 IP 数据报组装成帧，在两个相邻节点间的链路上传送帧。
20
数据链路层设备
网卡（Network Interface Card，NIC）：网卡是计算 机与局域网相互连接的接口 ，它负责将计算机内部的数 字信号转换为适合在信道上 传输的信号。
中继器（Repeater）：中继 器是一种简单的网络设备， 用于扩展局域网的覆盖范围 。它接收来自一个端口的信 号，放大后从另一个端口发 送出去。
2024/1/25
传输层设备的功能
实现数据的传输、路由选择、流量控制等功能，确保数据的可靠 传输。
常见的传输层设备
路由器、交换机、网关等。
传输层设备的性能指标
吞吐量、延迟时间、丢包率等。
32
07
应用层技术
2024/1/25
33
应用层的基本概念
2024/1/25
应用层的功能
提供应用程序间的通信服务，包括协议、接口和数据的传输等。
防火墙
防火墙是网络安全的重要 设备之一，可以过滤和检 查进出网络的数据包，防 止非法访问和攻击。
27
06
传输层技术
2024/1/25
28
传输层的基本概念
传输层的功能
提供端到端的数据传输服务，确保数据的可靠传 输和流量控制。
传输层的协议
主要包括TCP和UDP两种协议，分别提供面向连 接和无连接的服务。
运输层
运输层的任务就是负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传 输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。
2024/1/25
03
网络层
网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，
网络。
11
五层协议体系结构
数据链路层
两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，这就需要使用专门的链路层的协议。在两个相邻节 点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的 IP 数据报组装成帧，在两个相邻节点间的链路上传送帧。
计算机网络知识课件PPT
进行的传输称为宽带传输。宽带传 输可以在传输介质上使用频分多路复用技术。宽带传输信道 容量大，传输距离远，基带传输速率快，距离近；计算机局 域网中采用的数据传输系统有基带传输和宽带传输两种方式， 它们的主要区别在于传输速率不同。
20、数据交换的方式： 线路交换、报文交换、分组交换 A、电路交换：在两个通信站点之间建立一条物理的固定传输 通路，直到通信完毕后再拆除。通信的三个阶段：建立连接-通信--释放连接。它的特点有效率高、实时性好、线路利用率 低。
B、报文交换：以报文为单位发送信息，报文就是计算机一次 性要发送的数据块，其长度不限且可变。报文包括三部分内 容：报头、报文正文和报尾。报头由源地址、目的地址及控 制信息组成，报尾一般是校验信息。特点是线路利用率高， 但出错后需重发，现已不使用。
C、分组交换也称为包交换，进行分组交换的通信网络称为分 组交换网。具有速度快，转发延时小——适用于交互式通信， 效率高，分组可通过数据报方式或虚电路方式交，有强大的纠 错机制、流量控制和路由选择功能，广域网大都采用分组交换 方式。
D、同步传输是以同定的时钟节拍来发送数据信号的，优点是 不需要对每一个字符单独加起、止码元，因此传输效率较高。 缺点是实现技术较复杂。通常用于速率为2400bit/s及其以上的 数据传输。
异步传输与同步传输的比较 1、异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向比特的传 输。 2、异步传输的单位是字符而同步传输的单位是帧。 3、异步传输通过字符起止的开始和停止码抓住再同步的机会， 而同步传输则是以数据中抽取同步信息。 4、异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时 钟线路协调时序。 5、异步传输相对于同步传输效率较低。
E、信道带宽：传送信号的最高频率与最低频率之差。带宽越
20、数据交换的方式： 线路交换、报文交换、分组交换 A、电路交换：在两个通信站点之间建立一条物理的固定传输 通路，直到通信完毕后再拆除。通信的三个阶段：建立连接-通信--释放连接。它的特点有效率高、实时性好、线路利用率 低。
B、报文交换：以报文为单位发送信息，报文就是计算机一次 性要发送的数据块，其长度不限且可变。报文包括三部分内 容：报头、报文正文和报尾。报头由源地址、目的地址及控 制信息组成，报尾一般是校验信息。特点是线路利用率高， 但出错后需重发，现已不使用。
C、分组交换也称为包交换，进行分组交换的通信网络称为分 组交换网。具有速度快，转发延时小——适用于交互式通信， 效率高，分组可通过数据报方式或虚电路方式交，有强大的纠 错机制、流量控制和路由选择功能，广域网大都采用分组交换 方式。
D、同步传输是以同定的时钟节拍来发送数据信号的，优点是 不需要对每一个字符单独加起、止码元，因此传输效率较高。 缺点是实现技术较复杂。通常用于速率为2400bit/s及其以上的 数据传输。
异步传输与同步传输的比较 1、异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向比特的传 输。 2、异步传输的单位是字符而同步传输的单位是帧。 3、异步传输通过字符起止的开始和停止码抓住再同步的机会， 而同步传输则是以数据中抽取同步信息。 4、异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时 钟线路协调时序。 5、异步传输相对于同步传输效率较低。
E、信道带宽：传送信号的最高频率与最低频率之差。带宽越
计算机网络PPT课件_上海交通大学_Chap4
❖ 时间连续（Continuous Time） 帧的发送可在任意时刻
❖ 时间分时隙（Slotted Time） 时间被分为时隙，帧只能在时隙的开始处发 送，一个时隙中可发送0、1或多帧，在一个 时隙的开始处，如果只有一个站点发送则成 功，如有多个站点发送则将发生冲突
第4章 MAC层 16 / 185
t0
t0+t
t0+2t
冲突危险区
t0+3t
时间
Tnbm P253 Fig. 4-2 阴影帧的冲突危险区
第4章 MAC层 21 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 08.03.2021
纯ALOHA的原理（续）
❖ 任何一个站都可以在帧生成后立即 发送（可能冲突） ，并通过信号的 反馈，检测信道，以确定发送是否 成功，如发送失败，则经随机延时 后再发送
第4章 MAC层 22 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 08.03.2021
纯ALOHA信道的效率
帧时(Frame Time)：发送一个标准长度 的帧所需的时间
设：无限多个用户产生新帧的概率服从泊松分布 平均每个帧时产生S个新帧
则：当S > 1时，将每个帧都冲突 所以，吞吐率应为 0 < S < 1 除新帧外，凡冲突的帧也要重发
❖ 频分多路复用FDM （Frequency Division Multiplexing）
❖ 时分多路复用TDM （Time Division Multiplexing）
❖ 静态分配的问题
➢ 延迟时间长 ➢ 信道利用率低
第4章 MAC层 3 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu
计算机网络课件 翁惠玉 上海交通大学(“计算机网络”相关文档)共4张
❖ 计算机网络与因特网
Douglas E. Comer 徐良贤等译 机械工业出版社
❖ 计算机网络习题与解忻
鲁士文编 清华大学出版社
高计WW计J高计高鲁数鲁WCAWWCWT数计 计KDC高计计W高TWTDDWJWaaeeenuooooooiiiiiiiiii传算算传算传士据士据算算传算算传mmnnnllllllllllrdmmumuulllllllllloeeeiiiiiiiiiirgggaaaaaaaaaaee善 机 机 善 机 善 文 与 文 与 机机 善 机 机 善seeeennnlllmmmmmmmmmmssaaaewrrrbbb等网网等网等编计编计网 网等网网等sssFF徐徐徐aaaSSSSSSSSSSS..高uuuEEE编络络编络编算算络 络编络络编tttttttttt良良良.mmmaaaaaaaaaa清清...等llllllllll机机llllllllll贤贤贤–––––––iiiiiiiiii熊熊熊华华高高高高高nnnnnnnnnn教通通自自自自 自自自gggggggggg等等等桂桂桂等等等等等大大育ssssssssss信信顶顶顶顶 顶顶顶译译译喜喜喜王 王王王王王王王王王教教教教教学学出（（向向向向 向向向等等等海 海海海海海海海海海育育育育育出出版机机机第第下下下下 下下下译译译等 等等等等等等等等等出出出出出版 版社械 械 械六六方方方方 方方方译 译译译译译译译译译版版版版版社社工工工版版清清清法法法法 法法法社社社社社业业业））华华华电 电电电电电电电电电与与与与 与与与出出出大大大子 子子子子子子子子子IIIIIIInnnnnnn版版版ttttttt学学学工 工工工工工工工工工eeeeeeerrrrrrr社社社出出出业 业业业业业业业业业nnnnnnneeeeeee版版版出 出出出出出出出出出ttttttt特特特特 特特特社社社版 版版版版版版版版版色色色色 色色色社 社社社社社社社社社
Douglas E. Comer 徐良贤等译 机械工业出版社
❖ 计算机网络习题与解忻
鲁士文编 清华大学出版社
高计WW计J高计高鲁数鲁WCAWWCWT数计 计KDC高计计W高TWTDDWJWaaeeenuooooooiiiiiiiiii传算算传算传士据士据算算传算算传mmnnnllllllllllrdmmumuulllllllllloeeeiiiiiiiiiirgggaaaaaaaaaaee善 机 机 善 机 善 文 与 文 与 机机 善 机 机 善seeeennnlllmmmmmmmmmmssaaaewrrrbbb等网网等网等编计编计网 网等网网等sssFF徐徐徐aaaSSSSSSSSSSS..高uuuEEE编络络编络编算算络 络编络络编tttttttttt良良良.mmmaaaaaaaaaa清清...等llllllllll机机llllllllll贤贤贤–––––––iiiiiiiiii熊熊熊华华高高高高高nnnnnnnnnn教通通自自自自 自自自gggggggggg等等等桂桂桂等等等等等大大育ssssssssss信信顶顶顶顶 顶顶顶译译译喜喜喜王 王王王王王王王王王教教教教教学学出（（向向向向 向向向等等等海 海海海海海海海海海育育育育育出出版机机机第第下下下下 下下下译译译等 等等等等等等等等等出出出出出版 版社械 械 械六六方方方方 方方方译 译译译译译译译译译版版版版版社社工工工版版清清清法法法法 法法法社社社社社业业业））华华华电 电电电电电电电电电与与与与 与与与出出出大大大子 子子子子子子子子子IIIIIIInnnnnnn版版版ttttttt学学学工 工工工工工工工工工eeeeeeerrrrrrr社社社出出出业 业业业业业业业业业nnnnnnneeeeeee版版版出 出出出出出出出出出ttttttt特特特特 特特特社社社版 版版版版版版版版版色色色色 色色色社 社社社社社社社社社
计算机网络chap.ppt
(Quadrature Amplitude Modulation)
举例
(r, ) r
可供选择的相位有 12 种， 而对于每一种相位有 1 或 2 种振幅可供选择。
由于4 bit 编码共有16 种不同的 组合，因此这 16 个点中的每个 点可对应于一种 4 bit 的编码。
若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行 解调时要正确识别每一种状态就越困难。
通常所说的100兆的以太网其信息传输速率就 是100M/s，这里包括传输的净荷以及为控制 传输所附加的信息。
码元传输速率
码元：一个离散信号（电压）状态或信号事件 码元传输速率B（信号速率、调制速率）
定义：每秒传输的码元数 单位：波特（Baud)
信道的最高码元传输速率
任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时 会产生各种失真以及带来多种干扰。
若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则 M Baud 的码元传输速率所对应的信息传输 速率为 M n b/s。
码元 VS 比特
码元传输速率B（信号速率、调制速率）
定义：每秒传输的码元数 单位：波特（Baud)
信息传输速率S（数据传输速率）
定义：每秒传输的比特数 单位：比特/秒（bps、b/s、bit/s）
扰问题，使接收方无法识别。 信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频
分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元 而不出现码间串扰。 实际的信道所能传输的最高码元速率，要明显 地低于奈氏准则给出的上限数值。
要注意
信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输 速率“波特”在数量上却有一定的关系。
若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则“比 特/秒”和“波特”在数值上相等。
举例
(r, ) r
可供选择的相位有 12 种， 而对于每一种相位有 1 或 2 种振幅可供选择。
由于4 bit 编码共有16 种不同的 组合，因此这 16 个点中的每个 点可对应于一种 4 bit 的编码。
若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行 解调时要正确识别每一种状态就越困难。
通常所说的100兆的以太网其信息传输速率就 是100M/s，这里包括传输的净荷以及为控制 传输所附加的信息。
码元传输速率
码元：一个离散信号（电压）状态或信号事件 码元传输速率B（信号速率、调制速率）
定义：每秒传输的码元数 单位：波特（Baud)
信道的最高码元传输速率
任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时 会产生各种失真以及带来多种干扰。
若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则 M Baud 的码元传输速率所对应的信息传输 速率为 M n b/s。
码元 VS 比特
码元传输速率B（信号速率、调制速率）
定义：每秒传输的码元数 单位：波特（Baud)
信息传输速率S（数据传输速率）
定义：每秒传输的比特数 单位：比特/秒（bps、b/s、bit/s）
扰问题，使接收方无法识别。 信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频
分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元 而不出现码间串扰。 实际的信道所能传输的最高码元速率，要明显 地低于奈氏准则给出的上限数值。
要注意
信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输 速率“波特”在数量上却有一定的关系。
若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则“比 特/秒”和“波特”在数值上相等。
计算机网络概述课件(共15张PPT)《计算机网络技术基础》(上海交通大学出版社)同步教学
1.6 计算机网络的定义与功能
2 资源共享
所谓资源共享就是共享网络上的硬件资源、软件资源和信息资源。
1）硬件资源
许多计算机硬件设备是十分昂贵的，如可以进行复杂运算的巨型计算机、海量存储器、 高速激光打印机、大型绘图仪和一些特殊的外设等。共享硬件资源可以让连接在网络上的 用户都可以使用网络中包括这些昂贵设备在内的各种不同类型的硬件设备。
计算机网络技术基础
第一章
计算机网络 概述
章节导读
目前，计算机网络已成为全球信息产 业的基石，它在信息的采集、存储、处理、 传输和分发中扮演了极其重要的角色。计算 机网络突破了单台计算机系统应用的局限， 使多台计算机交换信息、资源共享和协同工 作成为可能。计算机网络的广泛使用，改变 了传统意义上的时间和空间的概念，对社会 的各个领域，包括对人们的生活方式产生了 革命性的影响，促进了社会信息化的发展进 程。
4 均衡负荷与分布式处理
当网络中某台计算机负荷过重时，通过网络和一些应用程序的管理，可以将任务传送 给网络中其他计算机进行处理，以均衡工作负荷，减少网络延迟，充分发挥计算机网络中 各计算机的作用，提高整个网络的工作效率。这种处理方式称为分布式处理，既方便处理 大型任务，减轻计算机负荷，又提高了系统的可用性。
本章主要讲解计算机网络的基础知识， 包括计算机网络的产生与发展、定义、功能、 组成、分类、应用以及常见拓扑结构，还涉 及了计算机网络发展的新技术。
学
了解计算机网络的发展历史。
习
掌握计算机网络的定义和功能。
目
熟悉计算机网络的分类。 了解计算机网络发展的新技术。
掌握计算机网络的组成与拓扑结构。
标
1.6 计算机网络的定义与功能
1）局域网
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时间连续（Continuous Time）
时间分时隙（Slotted Time）
侦听假设
载波侦听（Carrier Sense）
非载波侦听（no Carrier Sense）
第4章 MAC层 11 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
第4章 MAC层 21 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
纯ALOHA的原理（续）
任何一个站都可以在帧生成后立即
发送（可能冲突） ，并通过信号的
反馈，检测信道，以确定发送是否
成功，如发送失败，则经随机延时
后再发送
第4章 MAC层 22 / 185
第4章 MAC层 23 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
纯ALOHA信道的效率（续）
设：帧发送的平均值为G帧/帧时， G中包括每个帧
时内产生的新帧S和由于冲突而需重发的帧
当轻负载(S << 1 0)时，几乎无冲突，则G S
当重负载(S 1)时，冲突频繁，则G > S
非载波侦听（no Carrier Sense） 所有的站在使用信道前，都不检测当前信 道是否正被使用，只是盲目发送
在局域网中，常采用载波侦听
第4章 MAC层 18 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
第4章
介质访问子层
信道分配问题
多路访问协议CSMA
侦听假设
载波侦听（Carrier Sense）
非载波侦听（no Carrier Sense）
第4章 MAC层 13 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
冲Байду номын сангаас假设
如两帧同时发送，则发生冲突 所有的站点都能检测到冲突 冲突的帧必须重发，除了冲突引起的差 错外，没有其它差错
时间假设
时间连续（Continuous Time）
帧的发送可在任意时刻
时间分时隙（Slotted Time）
时间被分为时隙，帧只能在时隙的开始处发 送，一个时隙中可发送0、1或多帧，在一个 时隙的开始处，如果只有一个站点发送则成 功，如有多个站点发送则将发生冲突
第4章 MAC层 16 / 185
由于每个站点都必须通过竞争才能取得发送权，所
以冲突是不可避免的，但在某些共享信道中采用特 殊的机制来消除冲突（令牌网）
第4章 MAC层 14 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
信道的动态分配
有关动态分配的五个假设：
站模型（Station Model） 单信道假设（Single Channel Assumption） 冲突假设（Collision Assumption） 时间假设：
时间连续（Continuous Time）
时间分时隙（Slotted Time）
侦听假设
载波侦听（Carrier Sense）
非载波侦听（no Carrier Sense）
第4章 MAC层 15 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
侦听假设：
载波侦听（Carrier Sense）
非载波侦听（no Carrier Sense）
第4章 MAC层 9 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
站模型
由N个独立的站（计算机、电话、个人通信 设备）组成 每个站都可产生待发送的帧 在时间t内，生成一帧的概率为t，其中 是常量（新帧到达速率） 一旦生成一帧，就等待发送，直到成功发送
各站都是相互独立地、都以固定速率产生数据帧，某站 一旦产生新帧，即被阻塞，亦即不会再有新的帧产生， 每个站只有一个用户
第4章 MAC层 10 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
信道的动态分配
有关动态分配的五个假设：
站模型（Station Model） 单信道假设（Single Channel Assumption） 冲突假设（Collision Assumption） 时间假设：
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
第4章
介质访问子层
信道分配问题
多路访问协议CSMA
以太网 数据链路层交换
无线局域网
第4章 MAC层 1 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
信道分配问题
信道的静态分配 信道的动态分配
2G = 1 G = 0.5时，S有最大值 S = 1/(2e) S 0.184
在纯ALOHA中，其吞吐率最大为0.184
第4章 MAC层 26 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
多路访问协议
纯ALOHA 分隙ALOHA
载波侦听多路访问协议
以太网 数据链路层交换
无线局域网
第4章 MAC层 19 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
多路访问协议CSMA
纯ALOHA 分隙ALOHA
载波侦听多路访问协议
第4章 MAC层 20 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
即：
，P0 = e-2G
由于S = GP0 所以S = Ge-2G
第4章 MAC层 25 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
纯ALOHA的吞吐率（续）
对于：S = Ge-2G 得：S’ = e-2G + Ge-2G(-2) 并令其为0
e-2G - 2Ge-2G = 0
信道的动态分配
有关动态分配的五个假设：
站模型（Station Model） 单信道假设（Single Channel Assumption） 冲突假设（Collision Assumption） 时间假设：
时间连续（Continuous Time）
时间分时隙（Slotted Time）
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
信道的动态分配
有关动态分配的五个假设：
站模型（Station Model） 单信道假设（Single Channel Assumption） 冲突假设（Collision Assumption） 时间假设：
时间连续（Continuous Time）
第4章 MAC层 2 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
信道的静态分配
频分多路复用FDM （Frequency Division Multiplexing） 时分多路复用TDM
（Time Division Multiplexing）
静态分配的问题
网络节点
队列
排队模型
报文到达速率（帧/s）
信道输出速率µC（帧/s）
第4章 MAC层 4 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
生灭过程
一个稳定的生灭过程
0 1 2 n
……
µC
①
µC
µC
p0=µCp1
µC
解得： pi=p0 i 其中： =/(µC) 则：p0=1-
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纯ALOHA信道的效率
帧时(Frame Time)：发送一个标准长度 的帧所需的时间
设：无限多个用户产生新帧的概率服从泊松分布 平均每个帧时产生S个新帧 则：当S > 1时，将每个帧都冲突 所以，吞吐率应为 0 < S < 1 除新帧外，凡冲突的帧也要重发
t0
t0+t
t0+2t
t0+3t
时间
冲突危险区
第4章 MAC层 24 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
纯ALOHA的吞吐率
设：在任一帧时内生成k帧（包括新旧帧） 的概率服从泊松分布，为： 则：生成0帧的概率为P0 = e-G 两个帧时内产生的平均帧数为2G
第4章 MAC层 27 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
分隙ALOHA的原理
在一个时隙内只产生一个新 帧，新帧不允许立即发送，
将在下一个时隙的开始处
t0+t 时发送，不会发生冲突
t0
t0+Δt
t0+t t0+2t
时间
在一个时隙内产生一个以上 新帧，下一个时隙的开始处 t0+t 时，一个以上的帧同时 发送，将发生冲突，即冲突 危险区为t
时间分时隙（Slotted Time）
侦听假设
载波侦听（Carrier Sense）
非载波侦听（no Carrier Sense）
第4章 MAC层 11 / 185
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第4章 MAC层 21 / 185
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纯ALOHA的原理（续）
任何一个站都可以在帧生成后立即
发送（可能冲突） ，并通过信号的
反馈，检测信道，以确定发送是否
成功，如发送失败，则经随机延时
后再发送
第4章 MAC层 22 / 185
第4章 MAC层 23 / 185
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纯ALOHA信道的效率（续）
设：帧发送的平均值为G帧/帧时， G中包括每个帧
时内产生的新帧S和由于冲突而需重发的帧
当轻负载(S << 1 0)时，几乎无冲突，则G S
当重负载(S 1)时，冲突频繁，则G > S
非载波侦听（no Carrier Sense） 所有的站在使用信道前，都不检测当前信 道是否正被使用，只是盲目发送
在局域网中，常采用载波侦听
第4章 MAC层 18 / 185
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第4章
介质访问子层
信道分配问题
多路访问协议CSMA
侦听假设
载波侦听（Carrier Sense）
非载波侦听（no Carrier Sense）
第4章 MAC层 13 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
冲Байду номын сангаас假设
如两帧同时发送，则发生冲突 所有的站点都能检测到冲突 冲突的帧必须重发，除了冲突引起的差 错外，没有其它差错
时间假设
时间连续（Continuous Time）
帧的发送可在任意时刻
时间分时隙（Slotted Time）
时间被分为时隙，帧只能在时隙的开始处发 送，一个时隙中可发送0、1或多帧，在一个 时隙的开始处，如果只有一个站点发送则成 功，如有多个站点发送则将发生冲突
第4章 MAC层 16 / 185
由于每个站点都必须通过竞争才能取得发送权，所
以冲突是不可避免的，但在某些共享信道中采用特 殊的机制来消除冲突（令牌网）
第4章 MAC层 14 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
信道的动态分配
有关动态分配的五个假设：
站模型（Station Model） 单信道假设（Single Channel Assumption） 冲突假设（Collision Assumption） 时间假设：
时间连续（Continuous Time）
时间分时隙（Slotted Time）
侦听假设
载波侦听（Carrier Sense）
非载波侦听（no Carrier Sense）
第4章 MAC层 15 / 185
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侦听假设：
载波侦听（Carrier Sense）
非载波侦听（no Carrier Sense）
第4章 MAC层 9 / 185
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站模型
由N个独立的站（计算机、电话、个人通信 设备）组成 每个站都可产生待发送的帧 在时间t内，生成一帧的概率为t，其中 是常量（新帧到达速率） 一旦生成一帧，就等待发送，直到成功发送
各站都是相互独立地、都以固定速率产生数据帧，某站 一旦产生新帧，即被阻塞，亦即不会再有新的帧产生， 每个站只有一个用户
第4章 MAC层 10 / 185
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信道的动态分配
有关动态分配的五个假设：
站模型（Station Model） 单信道假设（Single Channel Assumption） 冲突假设（Collision Assumption） 时间假设：
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第4章
介质访问子层
信道分配问题
多路访问协议CSMA
以太网 数据链路层交换
无线局域网
第4章 MAC层 1 / 185
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信道分配问题
信道的静态分配 信道的动态分配
2G = 1 G = 0.5时，S有最大值 S = 1/(2e) S 0.184
在纯ALOHA中，其吞吐率最大为0.184
第4章 MAC层 26 / 185
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多路访问协议
纯ALOHA 分隙ALOHA
载波侦听多路访问协议
以太网 数据链路层交换
无线局域网
第4章 MAC层 19 / 185
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多路访问协议CSMA
纯ALOHA 分隙ALOHA
载波侦听多路访问协议
第4章 MAC层 20 / 185
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即：
，P0 = e-2G
由于S = GP0 所以S = Ge-2G
第4章 MAC层 25 / 185
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纯ALOHA的吞吐率（续）
对于：S = Ge-2G 得：S’ = e-2G + Ge-2G(-2) 并令其为0
e-2G - 2Ge-2G = 0
信道的动态分配
有关动态分配的五个假设：
站模型（Station Model） 单信道假设（Single Channel Assumption） 冲突假设（Collision Assumption） 时间假设：
时间连续（Continuous Time）
时间分时隙（Slotted Time）
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
信道的动态分配
有关动态分配的五个假设：
站模型（Station Model） 单信道假设（Single Channel Assumption） 冲突假设（Collision Assumption） 时间假设：
时间连续（Continuous Time）
第4章 MAC层 2 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
信道的静态分配
频分多路复用FDM （Frequency Division Multiplexing） 时分多路复用TDM
（Time Division Multiplexing）
静态分配的问题
网络节点
队列
排队模型
报文到达速率（帧/s）
信道输出速率µC（帧/s）
第4章 MAC层 4 / 185
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生灭过程
一个稳定的生灭过程
0 1 2 n
……
µC
①
µC
µC
p0=µCp1
µC
解得： pi=p0 i 其中： =/(µC) 则：p0=1-
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纯ALOHA信道的效率
帧时(Frame Time)：发送一个标准长度 的帧所需的时间
设：无限多个用户产生新帧的概率服从泊松分布 平均每个帧时产生S个新帧 则：当S > 1时，将每个帧都冲突 所以，吞吐率应为 0 < S < 1 除新帧外，凡冲突的帧也要重发
t0
t0+t
t0+2t
t0+3t
时间
冲突危险区
第4章 MAC层 24 / 185
《Computer Networks v4》 cs.sjtu 2013-8-8
纯ALOHA的吞吐率
设：在任一帧时内生成k帧（包括新旧帧） 的概率服从泊松分布，为： 则：生成0帧的概率为P0 = e-G 两个帧时内产生的平均帧数为2G
第4章 MAC层 27 / 185
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分隙ALOHA的原理
在一个时隙内只产生一个新 帧，新帧不允许立即发送，
将在下一个时隙的开始处
t0+t 时发送，不会发生冲突
t0
t0+Δt
t0+t t0+2t
时间
在一个时隙内产生一个以上 新帧，下一个时隙的开始处 t0+t 时，一个以上的帧同时 发送，将发生冲突，即冲突 危险区为t