2012年同等学力计算机综合计算机网络辅导

差错控制
n 信息位：要发送的数据 n 冗余位：按某种关系对信息位进行运算得到数据 n 发送过程：信息位＋冗余位 构成码字发送 n 接收过程：检查信息位和冗余位之间的关系（校验
过程），以发现传输过程中是否发生差错
停等协议的原理
Ａ发送一个数据帧后，启动
A
一个超时定时器。
发送 M1
若超时定时器ｔｏｕｔ到时仍收
网络的主要性能指标
n 吞吐量(throughput)表示在单位时间内通 过网络（或信道、接口）的数据量，常用 于对网络的一种测量，以便知道通过网络 的实际数据量。吞吐量受网络带宽的限制。
n 信道利用率指某道有百分之几的时间是被 利用的（有数据通过）。
n 网络利用率则是全网络的信道利用率的加 权平均值。
TCP/IP的体系结构— — 概述
主机A
4 应用层 3 运输层 2 网际层 1 网络
接口层
路由器
网际层 网络 接口层
主机B
应用层 运输层 网际层 网络 接口层
网络 １
网络 ２
路由器在转发分组时最高只用到网络层 而没有使用运输层和应用层 。
TCP/IP 协议簇
n 网络层
n IP
n 地址解析协议 ARP 应用层
n 实体 n 服务原语 n 客户机及服务器
实体、协议、服务— — 概述
服务用户
实体(n + 1) 协议(n+1) 实体(n + 1)
交换原语
交换原语
第 n+1 层
SAP
服务提供者 实体(n)
协议(n)
SAP 实体(n)
第n 层
实体：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程 。 服务访问点 ＳＡＰ （Ｓｅｒｖｉｃｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ）：服务同一 系统相邻两层的实体进行交互的接口
数 a， 并讨论链路最大吞吐率。
n 答：a= τ /(L/R)= 100×109 /(2×108×L×8)) =1000/(16× L)
L
a
512: 0.125
1500: 0.041
64000: 0.001
L增大，信道利用率增加。
局域网
n 高速局域网：传输速率提高了，为保持最 大信道利用率，在100Mbps局域网中，缩 短传输距离进而降低T；而在千兆局域网 中，通过填充— — 一种载波延伸方法增大 最短帧长度。
链路层— — 问答与计算题
n 考虑一条带宽为1.6Mbps的链路，RTT为45ms ，假设帧长度为1KB。若采用滑动窗口协议来保 证链路的利用率，允许发送方在收到应答之前 尽量连续发送多帧。那么至少需要多少位作为 序号？（忽略确认帧大小和接收处理开销）
解答：为有效利用链路传输带宽，应保证在RTT 时间内，使足够的数据帧在传送。一帧发送时 间为：1KB×8/1.6Mbps=5ms ，在RTT可发送 的帧数量为45/5=9帧。最大发送帧数为10 帧， 故帧编号应采用4比特。
网络体系结构— — 选择题
n 下列关于客户机/服务器的说法，错误的是 （ ）。 A.客户机在通信时，主动向服务器发起通 信请求 B.服务器必须知道客户机的地址才能通信 C.客户端系统通常使用随机的端口号 D. 客户机与服务器的通信是双向的，都可 以发送接收数据
网络体系结构— — 填空题
n 在OSI参考模型中，上层使用下层所提 供的服务必须与下层交换命令，这些命 令成为（ 服务原语 ），相邻层之间的 接口成为（ 服务访问点SAP ），对等 层之间交换的数据单位成为（ 协议数据 单元PDU ）。
链路层— — 选择题
n 关于PPP协议的说法，错误的是（ ）。 A.可以支持不同的网络协议 B.既支持异步链路，又支持同步链路 C.在建立LCP链路后，进行身份认证 D.使用帧序号来保证可靠传输
链路层— — 问答与计算题
n 试说明如何在停等协议中提供可靠传输机 制？
解答：发送一个数据帧后，设置超时定时 器，超时重传 对发送帧及确认帧编号 缓存已发送帧的副本
与各种网络接口
物理硬件
客户机和服务器
使用 TCP/IP 协议进行通信
应用层 客户
① 客户发起连接建立请求
应用层 服务器
运输层 网络层 数据链路层
② 服务器接受连接建立请求
以后就逐级使用下层 提供的服务
(使用 TCP 和 IP）
运输层 网络层 数据链路层
物理层
物理层
因特网
客户和服务器是指通信中的两个进程。 客户－服务器方式描述进程之间服务和被服务的关 系。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
n 时延：数据经历的总时延，为发送时延、 传播时延、处理时延和排队时延之和。
网络体系结构— — 选择题
n 下面对计算机网络体系结构中协议所做的 描述（ ）是错误的。 A.网络协议的三要素是语法、语义和同步 B.协议是控制两个对等层实体之间通信规 则的集合 C.在OSI参考模型中，要实现第N层的协 议，需要使用第N+1层提供的服务 D.协议规定了对等层实体之间所交换的信 息格式和含义
n 反向地址解析协议
n ICMP n IGMP
运输层
n 应用层 n DNS
网际层
n FTP
n TELNET n HTTP
网络接口层
n SMTP
n DHCP
n SNMP
n RTP、RTSP、RTCP
各种应用层协议 (TELNET, FTP, SMTP 等)
TCP, UDP ICMP IGMP
IP RARP ARP
局域网的拓扑
集线器
星形网
总线网
匹配电阻
干线耦合器
环源自文库网
树形网
网卡的作用
n 进行串行／并行转换 n 对数据进行缓存。 n 实现以太网协议
IP 地址
计算机
硬件地址
CPU 和 存储器
并行 通信
适配器 （网卡）
至局域网 串行通信
生成发送的数据 把帧发送到局域网 处理收到的数据 从局域网接收帧
局域网的CSMA/CD 协议
匹配电阻
只有 D 接受 B 发送的数据
A 不接受
B
B向 D 发送数据
C 不接受
D 接受
E 不接受
发生碰撞后的退避时间
n 发生碰撞后，推迟一个随机时间再发送。退避时 间由二进制指数退避算法决定。
n τ 为端到端传播时延，发送数据帧后最多经过２τ 后，可判决是否发生碰撞。２τ 称为争用期。
n 基本退避时间取 ２τ n 重传次数为 ｋ，每次退避后，Ｋ累加 ｋ ＝ Ｍｉｎ［ ｋ＋１， １０］ n 随机选取一个数ｒ， ｒ∈［０，１，…， （２ｋ −１）］ n 重传时延为 ｒ× ２τ n 当重传 １０ 次仍不成功，则丢弃该帧，并通知高层。
n 但是，在WLAN中，采用CSMA/CA
n 802.11标准：碰撞避免、确认，无分帧的优 先级
WLAN 802.11 - CSMA/CA
DIFS
DIFS
contention window (randomized back-off mechanism)
medium busy
direct access if medium is free ≥ DIFS
5
4
网络层首部
链路层
H4 H5
应用程 序数 据
4 链路层
3
首部
H3 H4 H5 应 用 程 序 数 据
尾部 3
2
H2 H3 H4 H5 应 用 程 序 数 据 T2
2
1
10100110100101 比 特 流 110101110101
1
体系结构的分层模型— — 概述
n 网络协议是控制两个对等层实体之间通信 规则的集合，其组成要素 n 语法：数据与控制信息的结构或格式。 n 语义：需要发出何种控制信息，完成何 种动作以及做出何种响应。 n 同步：事件实现顺序的详细说明。
数据链路层——概述
链路是一条点到点的物理线路。 链路层的主要功能： （１） 链路管理：建立链路、拆除链路 （２） 同 步 ：组帧、解帧 （３） 流量控制 （４） 差 错 控 制 （５） 区分数据信息和控制信息 （６） 透 明 传 输 （７） 寻址
数据链路层的主要技术
差错控制技术 停止等待协议 连续 ARQ 协议 选择重传 ARQ 协议 面向比特的链路层协议 HDLC 因特网的点对点协议 PPP
接口 1 接口 1
网段 A 1 2 网段 B
①②③
④⑤ ⑥
站表
网桥协议 实体 缓存
站地址 接口 ①1 ②1 ③1 ④2 ⑤2 ⑥2
接口 2
接口 2
¹
不到Ｂ的确认帧，则 Ａ重传
之前发送的数据帧。
超时重
帧的检错：使用 ＣＲＣ检错技 传 M1
术，丢弃错误的帧。 避免重复帧：数据帧带上发 送序号，每发送一个新的数
发送 M2 t
据帧，其发送序号加 １
B
丢弃有 差错 的报文
确认 M1
t
连续 ARQ 协议
连续 ARQ 协议的工作原理
A
超
时
重 传
tout
时
间
用集线器互联局域网
一个更大的碰撞域 主干集线器
碰撞域
一系
二系
三系
用网桥互联局域网
碰撞域
A
B
B1
碰撞域
B2
碰撞域
C
D
E
F
n 过滤通信量 n 扩大了物理范围。
n 可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率（ 如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网。
网桥的内部结构
网桥
接口管理 软件
网桥
≈
1
+
1 4.44a
a= τ = τ =τC T0 L/ C L
τ为传输延迟，T0=L/C为分组发送时间 减 小 a ，则提高了信道利用率
局域网
例 题 ： 使 用 CSMA/CD， 若 线 路 长100m ，信号的传
播 速 率 为 2× 108m/s，数 据 速 率 为1Gbps。 试 计 算 帧 长 为 512字 节 ，1500字 节 和64000字节时的参
若接收窗口为 1，则发送窗口 WT ≤ 2n − 1
链路层— — 选择题
n 下列不属于数据链路层的功能是（ ）。 A. 使用滑动窗口协议进行流量控制 B. 提供数据传输的透明机制 C. 为应用进程之间提供端到端的可靠通信 D. 将IP分组封装成帧
n 若数据链路层采用回退N滑动窗口协议， 发送帧的序号用7比特表示，发送窗口的 最大值为（ ）。 A.7 B.64 C.127 D.128
以太网发送数据采用 曼彻斯特(Manchester)编码
码元
1 000100111
基带数字信号 曼彻斯特编码
出现电平转换
发送的数据使用曼彻斯特编码 用于 １０ＢａｓｅＴ 便于接收节点的时钟与发送的同步
局域网
n 以太网的争用期为51.2us，最短帧长度64 字节
n 以太网的最大信道利用率，N? ∞
Smax
同等学力 计算机网络辅导
刘志敏 北京大学信息科学技术学院
ｌｉｕｚｍ＠ｐｋｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
网络体系结构— — 概述
n 计算机网络的体系结构(architecture)是计 算机网络的各层及其协议的集合。
主机 1
主机 2
AP1
应用层首部 应 用 程 序 数 据
AP2
5
运输层首部 H5 应 用 程 序 数 据
next frame
t slot time
n ＳＴＡ要发送，开始检测信道
n 若信道空闲时间超过ＩＦＳ， 则ＳＴＡ开始发送 （具体的ＩＦＳ长度由 发送帧类型来决定）
n 若信道忙，则ＳＴＡ必须等待一段ＩＦＳ空闲时间， 然后开始等待 一段随机退避时间（ 碰撞退避窗口×时隙数 ）
n 若在退避期间信道忙，则暂停退避计时器，当信道空闲时启 动定时继续计数。
B
ACK1 确认 DATA0 送交主机
ACK2 确认 DATA1 DATA2 出错，丢弃 DATA3 不按序，丢弃，重传 ACK2 DATA4 不按序，丢弃，重传 ACK2 DATA5 不按序，丢弃，重传 ACK2 ACK3 确认 DATA2 ACK4 确认 DATA3 送交主机
…
连续 ARQ 协议的工作原理
n 发送端可连续发送若干个数据帧。如果收到了接 收端的确认帧，则接着发送数据帧。
n 接收端按序接收数据帧。 n 每发送一个数据帧都设置超时计时器。 n 发送结点收到ACKn时，则取消第（n-1）数据帧
的定时器。 n 当发送结点的第n数据帧定时器超时时，自ACKn
开始重传数据帧。 n 连续 ARQ 又称为Go-back-N ARQ。 n 发送窗口的最大值：当帧序号用 n 个比特编号时，
n CSMA/CD：载波监听多点接入/碰撞检测。
n 许多计算机以多点接入方式连接在一根总线上。
n 载波监听：每一个站在发送数据之前先检测总线 上是否有其他计算机在发送，如果有，则暂时发 送，以免发生碰撞。
n 碰撞检测：边发送数据边检测信道上的信号强度 ，发生碰撞后随机退避
匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）
链路层— — 问答与计算
n 假设一个通信网络，源到目的的平均距离 为150km，信号在传输介质中的传输速度 为2×108m/s，当数据长度为1500位时， 数据传输速率为1Gbps时，问数据的传输 时延和往返传播时延分别是多少？
解答：RTT=2×（150km/2×108m/s） =1.5ms 分组的传输时延为1500b/1Gbps=1.5微秒