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1、广域网中的数据交换技术综述 电路交换电路交换 存储存储-转发交换转发交换 报文交换 报文分组交换(信元交换)数据报方式数据报方式虚电路方式虚电路方式数据报交换在数据报方式中，分组传送之间不需要预先在源主机与目的主机之间建立“连接”；源主机所发送的每一个分组都独立地选择一条传输路径(每一个分组在传输过程中都必须带有目的每一个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址地址与源地址)；每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目的主机。顺序发送的分组可能乱序到达目的站，需要重新排序虚电路方式 通信前需要建立虚电路，进行通信前需要建立虚电路，进行路由选择，虚电路路由选择，虚电路建立成功后会在途经
2、的所有交换机上留下一条记录建立成功后会在途经的所有交换机上留下一条记录 本次传输的数据包沿着同一条路径发送，不需要为本次传输的数据包沿着同一条路径发送，不需要为每个输入报文进行路由选择。报文的投递可靠，并保证每个输入报文进行路由选择。报文的投递可靠，并保证包的顺序包的顺序 报文中不需要目的地址，只需要携带虚电路号报文中不需要目的地址，只需要携带虚电路号项目项目 数据报数据报 虚电路虚电路 虚虚电路建立电路建立 不需要不需要 需要需要 地址地址 每个报文都必须有完整每个报文都必须有完整的源和目的地址的源和目的地址 每个报文只需要一个虚每个报文只需要一个虚电路号电路号 状态信息状态信息 网络不存储
3、状态信息网络不存储状态信息 每条虚电路都要占用每条虚电路都要占用网络的表空间网络的表空间 路由选择路由选择 每个报文单独进行每个报文单独进行 在建立虚电路时进行路在建立虚电路时进行路由选择由选择 路由器失效的路由器失效的影响影响 除在崩溃时丢失路由器除在崩溃时丢失路由器中的报文，对其它的报中的报文，对其它的报文没有影响文没有影响 所有经过失效路由器的所有经过失效路由器的虚电路都要被中止虚电路都要被中止 虚电路和数据报方式比较虚电路和数据报方式比较 主要的广域网技术主要的广域网技术X.25：公共分组交换网：公共分组交换网使用使用X.25协议进行分组交换的数据通信技术协议进行分组交换的数据通信技术
4、Frame Relay：帧中继：帧中继一种高速的在链路层进行分组交换的技术一种高速的在链路层进行分组交换的技术ATM：异步传输模式：异步传输模式ATM技术概述技术概述基于信元基于信元Cell的交换的交换ATMATM信元是信息传送的基本载体信元是信息传送的基本载体长度为长度为5353字节，定长字节，定长5 5个字节的信头，个字节的信头，4848个字节的净荷个字节的净荷面向连接的传输面向连接的传输虚电路方式，融合了电路交换和分组交换优点虚电路方式，融合了电路交换和分组交换优点的交换方式的交换方式第第5章：介质访问控制章：介质访问控制1.局域网采用的协议标准是什么？在该标准局域网采用的协议标准是什么
5、？在该标准中将数据链路层分为哪两个层次？每个层中将数据链路层分为哪两个层次？每个层次的主要功能。次的主要功能。LLC层：保证站点之间数据传输的正确性，层：保证站点之间数据传输的正确性，MAC层：解决多个站点对共享信道访问问题层：解决多个站点对共享信道访问问题2.CSMA/CD是以太网解决介质共享问题的是以太网解决介质共享问题的核心技术核心技术,描述它的工作原理及实现技术描述它的工作原理及实现技术.带冲突检测的载波侦听多路访问协议带冲突检测的载波侦听多路访问协议CSMA/CD(CSMA With Collision Detection)1、CSMA/CD 基本思想：基本思想：n 某站点想要发送数
6、据，它必须首先某站点想要发送数据，它必须首先侦听信道侦听信道；n 如果信道空闲，立即发送数据如果信道空闲，立即发送数据,并进行并进行冲突检测冲突检测；n 如如果果信信道道忙忙，继继续续侦侦听听信信道道，直直到到信信道道变变为为空空闲闲，立立即即发发送数据送数据,并进行冲突检测；并进行冲突检测；n 如如果果站站点点在在发发送送数数据据过过程程中中检检测测到到冲冲突突，立立即即停停止止发发送送数数据，并等待一随机长的时间，重新侦听信道。据，并等待一随机长的时间，重新侦听信道。CSMA/CD技术实现技术实现1.先听后发:载波侦听技术2.边发边听:冲突检测技术3.冲突停止:发送“冲突加强”信号4.延迟
7、重发:二进制指数退避算法先听后发:载波侦听技术以太网采用以太网采用曼彻斯特编码曼彻斯特编码通过判断总线的电平是否出现跳变来判断通过判断总线的电平是否出现跳变来判断总线忙闲总线忙闲,实现载波侦听实现载波侦听边发边听:冲突检测技术1）发送站点采用）发送站点采用比较法比较法检测冲突：检测冲突：发送同时发送同时接收总线上的信号，与发送出去的数据比较是否一致接收总线上的信号，与发送出去的数据比较是否一致2）接收站点采用）接收站点采用编码违例法编码违例法检测冲突：检测冲突：检测编码是否符合曼彻斯特编码规则，不符合就认定检测编码是否符合曼彻斯特编码规则，不符合就认定为发生冲突。在检测到冲突后采用阻塞加强信号
8、也是为发生冲突。在检测到冲突后采用阻塞加强信号也是为了增加编码违例的位数，使其他站点快速检测到。为了增加编码违例的位数，使其他站点快速检测到。延迟重发:二进制指数退避算法确定基本退避时间确定基本退避时间片片B,B,取取冲突窗口冲突窗口值值定义参数定义参数k k，当重传次数不超过当重传次数不超过1010时，时，k=k=重传次数重传次数;当重传次数大于当重传次数大于10,k10,k10.10.即即k kMinMin重传次数，重传次数，1010。从离散的整数集合从离散的整数集合00，1 1，(2(2k k-1)-1)中等概率中等概率的随机取出一个数，记为的随机取出一个数，记为r r。重传所需的时延就
9、是重传所需的时延就是r r倍的基本退避时间倍的基本退避时间,即即r*Br*B当重传达当重传达1616次仍不能成功时次仍不能成功时(这表明同时打算发送这表明同时打算发送数据的站太多，以致连续发生冲突数据的站太多，以致连续发生冲突)，则丢弃该帧，则丢弃该帧，并向高层报告。并向高层报告。冲突窗口的概念冲突窗口的概念 1.为什么在发送过程中可能冲突为什么在发送过程中可能冲突?2.最长多长时间可以检测到最长多长时间可以检测到所有可能的冲突所有可能的冲突?-冲突窗口冲突窗口冲突窗口的概念冲突窗口的概念1.在一个局域网中，A、B两结点是距离最远的两点，相距D，信号传播速度V，A在发送数据后最多在W时间后可以
10、检测出所有可能的冲突：W=2D/V,W被称为冲突窗口；2.A、B两结点是距离最远的两点，A在冲突窗口内可以检测到冲突，那么其它点当然可以在冲突窗口内检测到。3.局域网中的所有结点在冲突窗口W时间内可以检测到所有可能的冲突，若在冲突窗口内没有检测到冲突,则可以确认自己竞争到了总线的使用权，不再会与其他站点发生冲突3.Ethernet地址、帧格式地址、帧格式 以太网的最小帧长度问题：要求以太网帧以太网的最小帧长度问题：要求以太网帧至少需要至少需要冲突窗口时间冲突窗口时间才能传完，保证冲突才能传完，保证冲突信号返回时，传送仍在继续信号返回时，传送仍在继续CRCPAD数据数据类类型型/长长度度源地址源
11、地址目的地址目的地址起始符起始符前前导导符符7 1 6 6 2 0-1500 0-46 4 (bytes)校验区间校验区间64-1518 字节字节 ARP协议的作用协议的作用 ARP协议的工作过程协议的工作过程4.地址解析协议地址解析协议ARP（节）（节）5.交换机交换机交换机的工作原理交换机的工作原理交换机的特点交换机的特点避免环路形成的广播风暴避免环路形成的广播风暴STP协议协议交换机的转发方式交换机的转发方式VLAN的主要作用的主要作用比较网桥与交换机的异同：比较网桥与交换机的异同：速度、端口密度速度、端口密度交换机的特点交换机的特点交换机依据帧中的地址信息进行转发，是数据链路层的网络连
12、接设备将网络分隔成多个网段，每个端口为一个独立的冲突域，减少了冲突范围，提高了网络效率交换机能够同时在多对端口间无冲突地交换数据帧交换机不限制广播帧有可能产生广播风暴，必须采用生成树算法解决其他传播时延与传输时延的区别、传播速度与传输传播时延与传输时延的区别、传播速度与传输速度的区别速度的区别冲突域与广播域的区别冲突域与广播域的区别 X BASE()Y中中X Y的含义的含义第第6章章:网络层网络层1.IP协议提供无连接、不可靠的数据传输服务。协议提供无连接、不可靠的数据传输服务。2.IP数据报格式数据报格式(下页下页)、IP数据报的分片与重组数据报的分片与重组3.IP地址地址（多做练习）（多做
13、练习）：类别判断、特殊类别判断、特殊IP地址地址(下页下页)、根据主机根据主机IP地址和子网掩码计算所在子网地址地址和子网掩码计算所在子网地址 如何根据实际需要划分子网如何根据实际需要划分子网 无类地址表示形式无类地址表示形式 地址的前地址的前x比特是比特是IP地址的网络部分地址的网络部分,这这x比比特被称为前缀，特被称为前缀，x被称为前缀长度被称为前缀长度特殊的特殊的IPIP地址地址1.127.x.x.x-”环回地址”2.所有主机标识中各位全为0的IP地址-网络地址3.所有网络标识中各位全为0的IP地址:表示该网络中特定的主机4.所有主机标识中各位全为1的IP地址(直接广播地址):表示该网络
14、内的所有主机,常用与远程广播5.255.255.255.255-“受限广播地址”指本网络(拥有相同的网络号)的所有主机.全“0”的IP地址用于动态配置IP的网络上(如DHCP协议)。当工作站启动时，未被分配到IP地址的主机在发送IP报文时用作源IP地址 4.熟悉路由表的构成，能够根据需要构造路熟悉路由表的构成，能够根据需要构造路由表由表5.路由器查找路由表的顺序路由器查找路由表的顺序特定主机路由特定主机路由 /32网络前缀路由（特定网络路由）网络前缀路由（特定网络路由）默认路由默认路由 /0ICMP报错报错6.NAT网络地址转换的功能、网络地址转换的功能、7.ICMP的主要功能及应用，理解路由
15、重定的主要功能及应用，理解路由重定向、目的不可达、源抑制向、目的不可达、源抑制、TTL超时等超时等7.路由选择算法路由选择算法理解距离矢量路由选择算法原理，无穷计算问题，代表性协议：RIP协议理解链路状态路由选择算法原理，代表性协议：OSPF协议注意比较上述两种算法的区别(如下)层次路由结构(p192)-自治系统AS 内部网关协议：RIP协议、OSPF协议 外部网关协议：BGP协议 内部网关协议与外部网关协议的作用不同RIP 协议的三个要点协议的三个要点 仅和仅和相邻路由器相邻路由器交换信息。交换信息。-向谁发送向谁发送?交交换换的的信信息息是是当当前前本本路路由由器器所所知知道道的的全全部部
16、信信息息，即自己的路由表。，即自己的路由表。-发送什么发送什么?按按固固定定的的时时间间间间隔隔交交换换路路由由信信息息，例例如如，每每隔隔 30 秒。秒。-什么时候发送?OSPF的三个要点的三个要点 向本自治系统中向本自治系统中所有路由器所有路由器发送信息，这里发送信息，这里使用的方法是洪泛法。使用的方法是洪泛法。-向谁发送向谁发送?发送的信息就是与本路由器发送的信息就是与本路由器相邻相邻的所有路由的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的器的链路状态，但这只是路由器所知道的部部分信息分信息。-发送什么发送什么?只有当链路状态只有当链路状态发生变化发生变化时，路由器才用洪时，路由器才用洪
17、泛法向所有路由器发送此信息。泛法向所有路由器发送此信息。-什么时候什么时候发送发送?第第7章章:传输层协议传输层协议1.什么是差错控制、流量控制、拥塞控制？2.TCP/IP众所周知的端口号（p222）3.UDP协议具备哪些特点?主要应用场合?（下页）4.TCP协议的服务特性、报文段格式、三次握手5.TCP的拥塞控制策略 慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复UDP是一种是一种不可靠不可靠的传输层协议的传输层协议无连接无连接;不进行差错控制不进行差错控制,不能保证数据一定能不能保证数据一定能准确地到达准确地到达不进行流量控制、拥塞控制不进行流量控制、拥塞控制UDP的优势的优势延迟时间短延迟时间短协
18、议简单协议简单,封装容易封装容易;不需要建立连接不需要建立连接;n传输速度快传输速度快不进行流量控制和拥塞控制不进行流量控制和拥塞控制,全速发送全速发送;UDP协议的应用范围协议的应用范围进程发送的报文较短，对报文的进程发送的报文较短，对报文的可靠性要求低于对实时性的要可靠性要求低于对实时性的要求，可以使用求，可以使用UDP协议协议举例举例:流式多媒体流式多媒体 网络管理网络管理SNMP 因特网电话因特网电话TCP的拥塞控制的拥塞控制问题：问题：1.发送方如何探测网络的拥塞状况？发送方如何探测网络的拥塞状况？2.发送方如何控制发送速率？发送方如何控制发送速率？3.用什么算法来进行拥塞控制？用什
19、么算法来进行拥塞控制？1.发送方如何探测网络的拥塞状况发送方如何探测网络的拥塞状况？Data0Data0ACKToutACK丢失丢失AB重传重传送送主主机机放放弃弃重传重传Data0Data0ACK丢失丢失ABTout送送主主机机 拥塞的网络会导致数据包传输延迟长或被丢弃，发拥塞的网络会导致数据包传输延迟长或被丢弃，发送方根据送方根据超时重传超时重传事件的发生，判定网络拥塞事件的发生，判定网络拥塞。2.发送方如何控制发送速率？发送方如何控制发送速率？利用拥塞窗口变量拥塞窗口变量（cwnd）控制发送速度发送方的发送窗口大小发送方的发送窗口大小=Min(cwnd,RcvWindow)RcvWind
20、ow:接收方反馈的窗口大小 3.利用什么算法来进行拥塞控制？利用什么算法来进行拥塞控制？TCP拥塞控制算法：拥塞控制算法：慢启动、拥塞避免、慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复快速重传、快速恢复TCP为每条连接维持两个变量：为每条连接维持两个变量：拥塞窗口变量拥塞窗口变量cwnd 慢启动阈值慢启动阈值ssthresh1.慢启动：慢启动：TCP刚建立连接时将拥塞窗口变量刚建立连接时将拥塞窗口变量cwnd设置为设置为1个报文大小个报文大小,然后以然后以指数指数方式放方式放大大cwnd,直到大于等于直到大于等于ssthresh(初始为最大拥初始为最大拥塞窗口一半塞窗口一半),进入进入拥塞避免拥塞避免
21、阶段阶段2.进入拥塞避免阶段后进入拥塞避免阶段后,TCP采用采用线性增加方式线性增加方式放大放大cwnd3.无论是慢启动阶段还是拥塞避免阶段无论是慢启动阶段还是拥塞避免阶段,如果发如果发生生重传定时器超时重传定时器超时的现象的现象,就必须回到就必须回到慢启动慢启动阶段阶段,cwnd设置为设置为1个报文大小个报文大小,ssthresh设置设置为上一次拥塞窗口值为上一次拥塞窗口值cwnd的一半的一半快速重传快速重传:当个别报文段丢失当个别报文段丢失,发送发送方收到方收到3个重复的个重复的ACK,进行快速重进行快速重传传快速恢复快速恢复:快速重传后快速重传后,进入拥塞避进入拥塞避免阶段进行快速恢复免
22、阶段进行快速恢复(P238)举例举例(P239)第第8章章:应用层应用层1.网络应用程序中所使用的三种主流体系结构是什么？理解其工作原理 “客户机/服务器”结构(C/S)对等网络结构(P2P,即Peer to Peer)客户机/服务器与P2P混合结构2.DNS服务的主要功能、域名系统的命名层次；常用域名的含义；域名解析的方法：迭代法、递归法3.文件传输协议FTP、简单邮件传输协议 SMTP、超文本传输协议HTTP的主要功能4.电子邮件地址的含义；常用邮件读取协议；MIME的作用；第9章 网络安全技术1.1.网络信息安全特性的理解网络信息安全特性的理解 完整性、机密性、可用性完整性、机密性、可用
23、性 -理解含义、常用的保障措施或破坏方式理解含义、常用的保障措施或破坏方式2.2.对称密钥密码系统和公开密钥密码系对称密钥密码系统和公开密钥密码系统的主要区别是什么？统的主要区别是什么？原理上的区别、性能上的区别原理上的区别、性能上的区别3.防火墙的功能；包过滤防火墙建立 包过滤规则的依据；4.数字签名技术原理；报文摘要技术原理；重点重点IP地址计算、子网划分、路由表构成与查找地址计算、子网划分、路由表构成与查找CRC校验的计算校验的计算CSMA/CD的原理及实现技术的原理及实现技术TCP的拥塞控制策略的拥塞控制策略OSI参考模型和参考模型和TCP/IP参考模型的数据流图和参考模型的数据流图和数据封装图数据封装图Ethereal实验实验路由选择协议与算法路由选择协议与算法