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互联网应用技术 第二节 互联网技术 第四章 低层网络技术

互联网应用技术 第二节 互联网技术 第四章 低层网络技术. 冯健文 Fengjw@hstc.edu.cn. 内容安排. 局域网技术 广域网技术 其他网络技术： X.25 等. 局域网技术. IEEE802 标准 CSMA/CD 技术 令牌环技术 令牌总线技术. IEEE802 标准. 局域网标准结构图. CSMA/CD 技术. 传送数据前，先监听信道（载波侦听），若信道忙，则等待到信道空闲； 若发生冲突，则停止发送，进行 CSMA/CD 。 问题 1 ：听到信道忙，是否继续侦听，听到信道空闲，是否立即发送数据。. CSMA/CD 技术类型.

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互联网应用技术 第二节 互联网技术 第四章 低层网络技术

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  1. 互联网应用技术第二节 互联网技术第四章 低层网络技术 冯健文 Fengjw@hstc.edu.cn

  2. 内容安排 • 局域网技术 • 广域网技术 • 其他网络技术：X.25等

  3. 局域网技术 • IEEE802 标准 • CSMA/CD技术 • 令牌环技术 • 令牌总线技术

  4. IEEE802标准 • 局域网标准结构图

  5. CSMA/CD技术 • 传送数据前，先监听信道（载波侦听），若信道忙，则等待到信道空闲； • 若发生冲突，则停止发送，进行CSMA/CD。 • 问题1：听到信道忙，是否继续侦听，听到信道空闲，是否立即发送数据。

  6. CSMA/CD技术类型 • 1－坚持型 一直侦听信道，信道空闲，立即发送数据 • 非坚持型 信道忙，则等待随机时间，再侦听 • P－坚持型 信道空闲，则以概率p发送，以概率1－p推迟一个时槽发送，若信道忙，则等待随机时间，再侦听

  7. 以太网IEEE802.3

  8. 物理地址 • 局域网使用一种编址方案来提供直接通信，局域网上的每个站点都被分配一个唯一数值叫做硬件地址或物理地址或MAC地址 • 在局域网上传输的帧都包含发送计算机的源地址以及接收计算机的目的地址 • 共享网络使用物理地址来识别传入的帧 • 网络接口卡处理帧传输与接收的所有细节而并不占用CPU资源

  9. 物理地址的编址方式 • 物理地址的编址方式可以分为三大类： • 静态的。由厂商分配每一网络接口卡唯一的物理地址，地址永久不会改变。 • 动态的。当站点第一次启动时，它能自动给自己分配一物理地址，一台计算机每次重启动可以得到不同的地址。 • 可配置的。提供可由用户设置物理地址的机制，配置通常在硬件首次安装时完成。是静态与动态方案的折衷

  10. 以太网的物理地址 • 什么样的数值被用来作为物理地址以及地址怎样分配依赖于所使用的特定的局域网技术 • IEEE为制造以太网硬件设备的生产商分配48位的以太网物理地址

  11. 广播地址与组播地址 • 广播：发送方向所有站点传输帧的副本 • 广播地址：当帧按广播地址发送时，网络上的每台计算机都能收到它的一个副本。 • 如果帧内的目标地址时广播地址或是与计算机的物理地址匹配，那么网络接口卡接收这一帧并把副本传给操作系统 • 以太网保留全1为广播地址 • CPU处理和丢弃一个帧也需要计算资源，这样大多数情况下广播极为低效

  12. 广播地址与组播地址 • 组播：在最底层，组播的工作方式类似于广播，即所有接口都能接收到帧的一个副本；但不同的是，接口并不将组播帧直接交给CPU，而接口必须被编程能判断并接收那些符合条件的帧。 • 组播地址：如果一个应用程序希望接收组播帧，它必须将组播地址传递给接口 • 以太网保留以1开始的地址为组播地址

  13. 帧类型标识 • 帧类型标识：为了通知接收方关于帧的内容，每一帧都包含附加的信息来指明内容的类型 。 • 帧类型标识方式： • 显示帧类型：帧的头部有一个帧类型域。 • 隐式帧类型：帧的头部不包含类型域，发送方与接收方必须在帧的内容方面达成一致，或者把帧的部分数据作为类型域达成一致。

  14. 帧格式 • 每种局域网技术都定义各自的帧格式 • 一个帧包含头部和数据，头部的大小和格式是固定的，数据区的大小不定，但通常有最大最小值 • 以太网帧格式

  15. 令牌总线局域网IEEE802.4 • 在物理总线上建立一个逻辑环。物理拓扑是总线型，逻辑结构是环型。令牌传递的顺序与站的物理位置无关。 • 令牌总线使用宽带同轴电缆，速度可达到1.5或10Mbps，媒体访问控制方式为控制令牌。

  16. IEEE 802.5：令牌环 Token Ring （1）技术产生原因 • 环实际上并不是一个广播介质，而是不同的点到点链路组成的环，点到点链路有很多技术优势； • 各个站点是公平的，获得信道的时间有上限，避免冲突发生； • IBM选择Token Ring作为它的LAN技术。

  17. （2）基本思想 • 环网设计分析的一个主要问题是 1 比特的“物理长度”，数据传输速率为 R Mbps，典型信号传播速率为200米/微秒，则1 比特的“物理长度”为 200/R米； • 环接口引入了1比特的传输延迟； • Fig. 4-28 • 环接口有两种操作模式：监听模式和传输模式。

  18. （3）Token Ring/802.5的操作 1）谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“ 令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待。 2）拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头，后面加挂上自己的数据进行发送。 环本身必须有足够的时延容纳一个完整的令牌，时延由两部分组成：每站的1比特延迟和信号传播延迟。对于短环，必要时需要插入人工延迟；

  19. 3）数据帧通过任何一个站点(除源站点外)时，该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：3）数据帧通过任何一个站点(除源站点外)时，该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较： a)如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器，供高层软件处理，同时将帧送回环中； b)如果地址不符合，则直接将帧送回环中。 4）数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一周后再回到发送站时，发送站将该帧从环上移去，同时再放一个空令牌到环上，使其余的站点能获得发送帧的许可权。

  20. Token Ring/802.5的操作举例 （a） 帧循环一圈后 A将数据帧回收 并放出空令牌 T T = 0 A T = 0 A Data A有数据要发送，它抓住空令牌 T （c） T C Data T C Data T = 1 A A将令牌修改为数据帧，并加挂数据 T C Data T C Data （b）

  21. 监督位 P P P T M R R R 优先级位 令牌位 预约位 ≥ 0 1 1 1 2/6 2/6 4 1 1B （4）IEEE802.5的帧结构 1B 1B 1B 令牌帧 起始 接入控制 结束 非令牌帧（信息帧/控制帧） 源地址 起始 数据 FCS 访问控制 目的地址 帧状态 结束 帧控制  起始、结束标志  访问控制字段包括： 优先级与预约及优先级限制位。  令牌位：帧类型标识。0 - 令牌；1 - 信息/控制帧  监督位：防止无效帧在环路中无限循环。

  22. 三种局域网的比较

  23. 广域网技术 • ARPANET • NSFNET

  24. 局域网与广域网 • 局域网技术的主要限制是规模：一个局域网际不能拥有任意多的计算机，也不能让计算机连接到任意距离的站点上。 • 广域网计数用来构成能跨越任意远的距离，连接任意多台计算机的网络，并且是可扩展的。 • 广域网用包交换机来代替局域网的共享介质，保证了其可扩展性和足够的性能。

  25. 包交换 • 交换是网络实现数据传输的一种手段，包括电路交换和存储转发两种方式。 • 包交换使用存储转发方式：将抵达包交换机的包排入一个队列中，并在合适的时候继续朝目的地向前转发。 • 存储转发技术能对同时到达的短时突发包进行缓冲。

  26. 包交换 • 包交换机 用以连接其它包交换机的端口具有较高的速度，连接计算机的端口速度较低。

  27. 包交换 • 广域网（电话网）的构成：一组路由器（包交换机）相互连接构成广域网。

  28. 包转发 • 广域网中的物理地址 • 包交换机根据物理地址来进行包的转发 • 物理地址通常按层次分为两部分：一部分标示包交换机，另一部分标示该交换机上的计算机。 • 对于交换机，其保存着一张表，此表的每一项记录是交换机的某一接口和与之相联的设备的物理地址的一一对应关系。

  29. 包转发 • 包转发 • 如果包的目的地是一台直接相连的计算机，包交换机就将包直接发往该计算机；如果目的地是另一个包交换机上的计算机，则选择路径，通过下一站进行转发。

  30. 包转发 • 包转发 • 下一站转发：在包转发选择路径的过程中，包交换机通常并不保存到达所有可能目的地的完整信息，而只要包含到达目的地的下一站（next hop）信息 。

  31. 包转发 • 包转发与层次地址 • 使用第一部分地址来转发包 • 好处：下一站转发表可用索引而不需要搜索列表，提高转发效率；整个下一站转发表可用目的交换机而不是目的计算机来建立，大大缩小了表的规模。

  32. ARPANET • 主体：50个网状连接的分组交换机 PSN • 规定每一PSN至少与其他PSN有两条连接 • PSN有22个端口，用于连接网络站点 • 结构图 • 所用协议主要针对数据传输 • 地址：(PSN, N), 如（3,2） • 缺陷：单一、集中式的主干，扩展性差

  33. ARPANET PSN PSN 主机 PSN PSN

  34. NSFNET 比ARPANET的优点1： • 三个层次： 1、主干，根 2、某区域的中级或地区、访问网 3、校园网 具有良好的层次性，扩展性好。

  35. NSFNET 第一代主干 • 包括6个超级计算机中心，网状连接 • 通过一个以太网与ARPANET相连。

  36. NSFNET 第二代主干 • 节点交换机（NSS）网状连接 • NSS是一个多机系统，为超级计算机中心或中级网 • NSS包括三类机器： • 分组交换处理机PSP • 寻径及控制处理机RCP • 应用处理机AP

  37. NSFNET RCP 处理机间通信 AP PSP1 PSP2 PSPn NSS结构

  38. NSFNET 比ARPANET的优点2： • 分组交换速度快 • PSP高速且并发处理 • 采用表驱动高速寻径 • 寻径计算和NSS控制由RCP完成 • 网络监控由AP完成

  39. NSFNET 第三代主干 • 经二代重构 • 改进包括：增删线路 将线路速度提高

  40. NSFNET • 非主干网络： • 中级网：同一地理区域的大学和公司 • 访问网：各种研究实验网络 • 校园网：大学和公司独立建设

  41. 其他网络技术 • X.25：用于公用数据网（CSNET） • 两个方法与TCP/IP协调： 1、隧道技术：把TCP/IP分组作为X.25的数据来传输，对内容不关心 2、地址映射 • 拨号IP：在电话网上 • 分组无线网

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