第4、5章介质访问与局域网.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,网络技术,邯郸职业技术学院 陈文兰,第四章介质访问控制与局域网,介质访问控制技术与局域网,局域网体系结构,IEEE802,参考模型,IEEE802,参考模型包括了,OSI/RM,最低两层（物理层和链路层）的功能，也包括网间互连的高层功能和管理功能。,OSI/RM,的数据链路层功能，在局域网参考模型中被分成媒体访问控制,MAC,（,Medium Access Control,）,和逻辑链路控制,LLC,（,Logical Link Control,）,两个子层。,MAC,子层的主要功能：,具体管理通信实体访问信道而建立数据链路的控制过程,包括帧的封装和拆封、物理介质传输差错的检测、寻址、实现介质访问控制协议等。,LLC,子层的主要功能,:,提供一个或多个服务访问点,以复用的形式建立多点,多点之间的数据通信链路,包括连接管理,(,建立和释放连接,),、差错控制、按序传输及流量控制等。,数据结构的变化,IEEE802,协议,此,标准将数据链路层分为逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层,802.1,概述体系结构，网络互连，网络管理和性能测试,802.2 LLC,功能,802.3 CSMA/CD MAC,子层和物理层规范,802.4,令牌总线网,MAC,子层和物理层规范,802.5,令牌环网,MAC,子层和物理层规范,802.6,城域网,802.7,宽带技术,802.8,光纤技术,802.9,综合话音数据局域网,802.10,可互操作的局域网安全,802.3,局域网的,MAC,子层,MAC,子层功能,说明,MAC,功能：,一、,数据的封装与解封,包括组帧、寻址和错误检测；,二、,介质访问管理,包括介质分配和冲突解决。,（1,）前导码：用于收发双方的时钟同步。,（,2,）帧起始定界符：表示帧的开始。,（,3,）目标地址和源地址。,（,4,）数据域长度：用于指明数据域的字节数。,（,5,）数据域：用于携带,LLC PDU（,协议数据单元）。,（,6,）填充域：必要时用于填充帧，使帧长达到最短有效长度。,（,7,）校验字段：,4,个字节，使用,32,位的,CRC,校验。,前导 帧起始边界,DA,填充,CRC,LLC DATA,SA,长度,MAC,帧结构,CSMA/CD,介质访问控制协议,1.,载波侦听多路访问协议,CSMA,又称为,“,先听后说,”,，是减少冲突的主要技术。,具体方法,网中各站在发送信息帧之前，先监听信道，看信道是忙或闲，如信道闲（即没有别的站往信道上发送信息帧）就发送信息帧；否则，就推迟自己的发送行动。推迟的时间，选择一种退避算法决定。根据,退避算法,，载波侦听多路访问可以分为三种类型：,非坚持型,CSMA,1-,坚持型,CSMA,P,坚持型,CSMA。,2.,载波侦听多路访问,/,冲突检测协议,CSMA/CD,CSMA/CD,的规则如下：,（,1,）若信道空闲，则发送信息帧，否则转第（,2,）步；,（,2,）若信道忙，一直监听直到信道空闲，然后立即传输；,（,3,）若在传输过程中监听到冲突，则发出一个短小的人为干扰信号，让所有的站点都知识发生了冲突并停止传输；,（,4,）发完人为干扰信号后等待一个随机时间，再次尝试传输（从第（,1,）步开始重复）。,IEEE802.5,令牌环工作原理,IEEE802.5,令牌环,MAC,子层协议,IEEE802.5MAC,帧格式,访问控制字段格式如下：,P,P,P,T,M,R,R,R,（2,）数据帧格式,SD、AC,和,ED,字段同令牌帧,FC：,帧控制格式：,F,F,R,R,C,C,C,C,DA：,目的地址,SA：,源地址,FCS：,帧校验序列。,FS：,帧状态。,A,C,A,C,令牌环的媒体访问控制功能（,1,）帧发送（,2,）令牌发送（,3,）帧接收（,4,）优先权操作,IEEE802.4,令牌总线网的工作原理,：,（,1,）网络在启动后，只有获得令牌的站才能向网上发送数据。,（,2,）令牌在逻辑环上是根据地址传递的。,（,3,）逻辑环上任何一个站保持令牌的时间是一定的。,（,4,）逻辑环在稳定状态下的操作由数据传送和令牌传递两个阶段交替进行。,（,5,）令牌总线型网络具有优先级控制。,（,6,）在非稳定状态下，逻辑环上所有使用令牌的站有逻辑环的维护功能。,（,7,）总线上的站可以加入逻辑环，也可以不加入逻辑环。,以太网连接,在与粗缆连接时,要外接收发器,MAU,对以太网来说常用的粗缆型号为,RG-8(500),。,在与细缆连接时,使用,BNC,连接器,对以太网来说常用的细缆型号为,RG-58(500),图：细缆的连接方法,在与双绞线连接时,使用,RJ-45,连接器通过双绞线与集线器,HUB,相连。,图：,RJ-45,连接器连接序号,双绞线连线标准：在,EIA,TIA,布线标准中规定了双绞线的两种线序,568A,与,568B,为了保证最佳的兼容性，普遍采用,EIA,TIA 568B,标准来制作网线,但双绞线的线序与,RJ-45,水晶头的引脚序号要对应。,图：,RJ-45,的线序关系,a）,直通线,b）,交叉线,网卡与光纤的连接,10M,以太网（,IEEE802.3,）,参数 接口类型,10Base-5,10Base-2,10Base-F,10Base-F,最大网段长度,500m,185m,2000m,100m,拓扑结构,总线型,总线型,星型,星型,介质,50,粗缆,50,细缆,多模光缆,100,UTP,连接器,NIC-DB-15,RG-58,ST,SC,RG-45,介质挂接方法,MAU,栓接,外接在,NIC,上,外接或在,NIC,外接或在,NIC,站/,网段,100,30,2(2,光中继器,),2(,NIC,和中继器,站点最小间距,2.5m,0.5m,最多网段数,5,5,5,5,表：几种,10,Mbps,以太网标准比较,以太网组网示例,网络互连设备,网卡,网卡,10/100,Mbps,自适应网卡,网卡,千兆网卡,中继器,中继器（,RP repeater,）,是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。,中继器对在线路上衰减的信号具有放大再生的功能,终端设备间允许的传输通路最多由,5,个中继网段、,4,个中继器组成,集线器,8,口集线器,集线器,10/100,自适应集线器,集线器,集线器组成的网络,-,共享式以太网,以太网覆盖的地理范围受网段最大距离的限制。,所有结点共享同一传输介质,不能支持多种速率,共享型以太网受到,CSMA/CD,的制约，它是一个碰撞系统，即处于同一网段的所有站点地位相同，谁先发出数据包，谁就站有了该网段。,共享型以太网的主要缺点,带宽是固定,每个站点的平均分配系统的带宽,不同群组的数据流会广播到系统的每一个站点,网络的覆盖范围也受到,CSMA/CD,的制约,交换机,交换机,交换型以太网不受,CSMA/CD,的制约，系统带宽与交换器的端口有关。,交换型以太网具有以下特点,每个端口可以连接一个站点，也可连接一个网段，均占,10Mbps,或,100Mbps,的带宽。,系统最大带宽为端口带宽的,n,倍（,n,为端口数）。,交换器连接多个网段时，各网段的运行是独立的，数据流不会在其他端口广播，提高了数据安全性。,交换机,虚拟局域网,VLAN,的概念,虚拟局域网指的是在一个平面物理网络上，根据用途、工作组、应用等逻辑划分的局域网络，与用户的物理位置没有关系。一个逻辑网络称为一个,VLAN,，,一个,VLAN,是一个广播域。,VLAN,不仅可以按端口划分，也可以按,MAC,地址划分、按,IP,地址划分、按协议划分等。,（,1,）按,MAC,地址划分,VLAN,的划分基于设备的,MAC,地址，按需要将某些设备的,MAC,地址划分在同一个,VLAN,中，交换机跟踪属于自己,VLAN,的,MAC,地址。,（,2,）按,IP,地址划分,每个,VLAN,都和一段独立的,IP,网段相对应，将,IP,网段的广播域和,VLAN,一对一地结合起来。用户可以在该,IP,网段内移动工作站而不会改变,VLAN,所属关系，便于网络管理。,（,3,）按数据包网络协议划分,VLAN,按网络层协议来划分，将某种协议的应用划分为一个,VLAN,，,这种划分会使一个广播域跨越多个,VLAN,交换机。,VLAN,是建立在物理网络基础上的,种逻辑子网，建立,VLAN,的必要技术条件如下：,（,1,）硬件条件：构建虚拟局域网的站点必须连接到具有,VLAN,功能的局域网交换机的端口上。,（,2,）软件条件：交换机还应当具有相应管理软件的支持。,高速以太网,快速以太网技术,快速以太网技术,100Base-T,是由,10Base-T,标准以太网发展而来的。,其协议标准为,1995,年颁布的,IEEE 802.3u,，,可支持,100 Mbps,的数据传输速率，并且与,10Base-T,一样可支持共享式与交换式两种使用环境，在交换式以太网环境中可以实现全双工通信。,IEEE 802.3u,在,MAC,子层仍采用,CSMA/CD,作为介质访问控制协议，并保留了,IEEE 802.3,的帧格式。,快速以太网采用,4B/5B,编码。,1,快速以太网的体系结构,LLC 802.2,100 Base,T,CSMACD,MII,100,Base-,Tx,100 Base-T4,100,Base-,Fx,2对5类UTP或1类STP,4对3、4、5类UTP,2,芯光纤,传输介质,物理层,数据链路层,图5.15 100,Base-T,协议结构,高速以太网,2,100Base-T,物理层,100Base-T,定义了,3,种不同的物理层协议。下表给出了这,3,种物理层标准的对比。,表,100,Base-T,的三种不同的物理层协议,物理层协议,线缆类型,线缆对数,最大分段长度,编码方式,优点,100Base-T4,3/4/5,类,UTP,4,对,100m,8B/6T,3,类,UTP,100Base-TX,5,类,UTP/RJ-45,接头,1,类,STP/DB-9,接头,2,对,100m,4B/5B,全双工,100Base-FX,62.5,m,单模,/,125,m,多模光纤，,ST,或,SC,光纤连接器,2,对,2000m,4B/5B,全双工长距离,（,1,）,100Base-TX,100Base-TX,介质规范基于,ANSI TP-PMD,物理介质标准。,100Base-TX,介质接口在两对双绞线电缆上运行，其中一对用于发送数据，另一对用于接收数据，由于,ANSI TP-PMD,规范既包括屏蔽双绞线电缆，也包括非屏蔽双绞线电缆，所以,100Base-TX,介质接口支持两对,5,类以上非屏蔽双绞线电缆和两对,1,类屏蔽双绞线电缆。,100Base-TX,链路与介质相关的接口有两种：对非屏蔽双绞线电缆，,MDI,连接器必须是兼容,5,类及,5,类以上的,8,脚,RJ-45,连接器；对屏蔽双绞线电缆，,MDI,连接器必须是,IBM,的,STP,连接器，使用屏蔽,DB-9,型连接器。,100Base-T,交叉布线：当两个结点连到一起单机应用时，必须提供一条外部交叉电缆，将电缆一端,8,脚,RJ-45,连接器上的发送管脚连到电缆另一端,8,脚,RJ-45,连接器上的接收管脚。在多个结点连到一个集线器或交换机端口的实现中，交叉布线是在集线器或交换机端口内部完成的，这使得直联电缆能用于各个结点和集线器或交换机端口之间。,100Base-TX,电缆配置：,100Base-TX,规范允许两个,DTE,或,DTE,与交换端口之间的链路之间的链段最大长度为,100 m,。,（,2,）,100Base-FX,光缆是,100Base-FX,指定支持的一种介质，而且容易安装、重量轻、体积小、灵活性好、不受,EMI,干扰。,100Base-FX,标准指定了两条多状态光纤，一条用于发送数据，一条用于接收数据。当工作站的,NIC,以全双工模式运行时能超过,2 km,。,光缆可分为两类：多模和单模。,多模光缆：这种光缆为,62.5/125,m,，,采用基于,LED,的收发器将波长为,820 nm,的光信号发送到光纤上。当连在两个设置为全双工模式的交换机端口之间时，支持的最大距离为,2 km,。,单模光缆：这种光缆为,9/125,m,，,采用基于激光的收发器将波长为,1300 nm,的光信号发送到光纤上。单模光缆率损耗小，较之多模光缆能使光信号传输到更远的距离。,（,3,）,100Base-T4,100Base-T4,链路与介质相关的接口是基于,3,、,4,、,5,类非屏蔽双绞线。,100Base-T4,标准使用,4,对线。用于,100Base-T,的,RJ-45,连接器也可用于,100Base-T4,。,4,对中的,3,对用于一起发送数据，同时第,4,对用于冲突检测。每对线都是极化的，每对中的一条线传输正（,）信号而另一条线传输负（,）信号。,千兆位以太网技术,1996,年,3,月,IEEE 802,委员会成立了,IEEE 802.3z,工作组，专门负责千兆位以太网及其标准，并于,1998,年,6,月正式公布关于千兆位以太网的标准。,千兆位以太网标准是对以太网技术的再次扩展，其数据传输率为,1000 Mbps,即,1Gbps,，,因此也称吉比特以太网。千兆位以太网基本保留了原有以太网的帧结构，所以向下和以太网与快速以太网完全兼容，从而原有的,10 Mbps,以太网或快速以太网可以方便地升级到千兆位以太网。千兆位以太网标准实际上包括支持光纤传输的,IEEE 802.3z,和支持铜缆传输的,IEEE 802.3ab,两大部分。图给出了千兆位以太网的协议结构。,LLC 802.2,802.3,全双工,/,流量控制协议,CSMA/CD,半双工方式,GMII,1000Base-cx,1000 Base-LX,1000 Base-SX,150,STP,超5,类或,6类,UTP,多模光纤,传输介质,物理层,数据链路层,标准的千兆位以太网协议体系,IEEE802.3ab,IEEE802.3Z,1000Base-T,多模光纤,单模光纤,LLC,子层,MAC,子层,千兆位以太网的物理层包括,1000Base,SX,、,1000Base-LX,、,1000 Base-CX,和,1000 Base-T 4,个协议标准。,1,1000 Base-SX,标准,1000 Base-SX,采用芯径为,62.5,m,和,50,m,的多模光纤，工作波长为,850 nm,，,传输距离为,260 m,和,525 m,。,数据编码方法为,8B/10B,，,适用于作为大楼网络系统的主干通路。,2,1000 Base-LX,标准,（,1,）多模光纤,1000 Base-LX,可采用芯径为,50,m,和,62.5,m,的多模光纤，工作波长为,850 nm,，,传输距离为,550 m,，,数据编码方法为,8B/10B,，,适用于作为大楼网络系统的主干通路。,高速以太网,（,2,）单模光纤,1000 Base-LX,可采用芯径为,9,m,的单模光纤，工作波长为,1300 nm,或,1550 nm,，,数据编码方法采用,8B/10B,，,适用于校园或城域主干网。,3,1000 Base-CX,标准,1000 Base-CX,标准采用,150,平衡屏蔽双绞线（,STP,），,传输距离为,25 m,，,传输速率为,1.25,Gbps,，,数据编码方法采用,8B/10B,，,适用于集群网络设备的互连，例如机房内连接网络服务器。,4,1000 Base-T,标准,1000 Base-T,采用,4,对,5,类,UTP,双绞线，传输距离为,100 m,，,传输速率为,1,Gbps,，,主要用于结构化布线中同一层建筑的通信，从而可以利用以太网或快速以太网已铺设的,UTP,电缆，也可被用做大楼内的网络主干。,在千兆位以太网的,MAC,子层，除了支持以往的,CSMA/CD,协议外，还引入了全双工流量控制协议。其中，,CSMA/CD,协议用于共享信道的争用问题；全双工流量控制协议适用于交换机到交换机或交换机到站点之间的点,-,点连接，两点间可以同时进行发送与接收,目前，千兆位以太网主要被用于园区或大楼网络的主干中，但也有的被用于有非常高带宽要求的高性能桌面环境中。下图给出了一个将千兆位以太网用于网络主干，将快速以太网或,10 Mbps,以太网用于桌面环境的网络示意图。该网络采用了典型的层次化网络设计方法。,100M,100M,100M,1000M,千兆位以太网的应用举例,面向用户连接或访问网络的层称为接入层（,Access Layer）,网络主干层称为核心层（,Core Layer）,将连接接入部分和核心部分的层称为分布层或汇聚层,其他种类的高速局域网,100VG-AnyLAN,局域网,标准为,IEEE 802.12,的,100VG-AnyLAN,也是一种使用集线器的,100 bps,高速局域网，它常简写为,100VG,。,VG,代表,Voice Grade,（,语音级，这种局域网可使用,3,类线），而,Any,则表示能使用多种传输介质，并可支持,IEEE 802.3,和,IEEE 802.5,的数据帧。,100VG,是一种无碰撞局域网，能更好地支持多媒体传输；在网络上可获得高达,95,的吞吐量；在介质访问控制子层（,MAC,）,运行需要优先级（,Demand Priority,）,协议；各工作站有数据要发送时，要向集线器发出请求，每个请求都标有优先级别。,光纤分布式数据接口（,FDDI,）,FDDI,是,Fiber Distributed Data Interface,的缩写，意思是光纤分布数据接口，是计算机网络技术发展到高速通信阶段出现的第一个高速网络技术。,FDDI,的,IEEE,协议标准为,IEEE 802.7,。,FDDI,以光纤为传输介质，传输速率可达,100 Mbps,，,采用单环和双环两种拓扑结构。,每一个,FDDI,环可以连接,500,台工作站，工作站间的距离可达,2 km,，,从而,FDDI,的单环网络范围可达,100 km,，,若以双环结构来看则可达,200 km,。,FDDI,有完整的国际标准，有众多厂商的支持。,FDDI,的应用环境,FDDI,主要用于以下,4,种应用环境：,用于计算机机房中大型计算机和高速外设之间的连接，以及对可靠性、传输速度与系统容错要求较高的环境。,用于连接大量的小型机、工作站、个人计算机与各种外设。,校园网的主干网，用于连接分布在校园各个建筑物中的小型机、服务器、工作站和个人计算机以及多个局域网。,光纤分布式数据接口（,FDDI,）,光纤分布式数据接口（,FDDI,）,多,用于,校园的主干网，用于连接地理位置相距几千米的多个校园网、企业网，成为一个区域性的互连多个校园网和企业网的主干网。,FDDI,主要作为主干网使用，曾经是最成熟的主干网技术，但随着高速以太网的出现和发展，,FDDI,已经退出了局域网的历史舞台。,第5,章 网络层,5.1,网络层所涉及的有关问题,广域网的概念,WAN 2,WAN 4,WAN 3,WAN 1,网络层提供的服务,无连接的网络服务,数据报服务；,面向连接的网络服务,虚电路服务,。,数据报服务（,Datagram,）,：,主机只要想发送数据就随时可发送，每个分组独立地选择路由。,虚电路服务（,Virtual circuit,）：,通信前主机要先建立一条虚电路，之后数据沿固定路由传送，通信后拆除虚电路。,5.1,网络的有关问题,5.1,网络层所涉及的有关问题,（,a）,数据报服务（,b）,虚电路服务,5.2,路由选择机制,节点交换机中的路由表,交换机,3,交换机,1,交换机,2,交换机,2,路由表,2,1,2,2,1,1,1,3,3,1,3,3,目的站,1,1,交换机,1,1,3,交换机,1,3,1,交换机,3,3,3,交换机,3,2,1,本交换机,2,2,本交换机,下一站,1,3,2,计算机的编址和网络层节点交换机的路由表,目的站,下一站,1,交换机,1,3,交换机,3,2,本交换机,路由表的简化,5.2,路由选择机制,路由选择的一般原理,理想的路由算法,：,算法必须是正确的和完整的。,算法在计算上应简单。,算法应能适应通信量和网络拓扑的变化。,算法应具有稳定性。,算法应是公平的。,算法应是最佳的。,5.2,路由选择机制,2.,路由算法的分类,非自适应路由选择策略,自适应路由选择策略,（,1,）非自适应路由选择：,固定路由算法,、,分散通信量法,、,洪泛法,、,随机走动法,（）自适应路由选择：,分布式路由选择策略,、,集中式路由选择策略,、,混合式路由选择策略,5.2,路由选择机制,路由选择的一般原理,固定路由算法：,Dikstra,算法,-,最短距离,(,最小代价,),算法：,初始化处理，定义数组,N,，,它只包含源节点,S,，,N,S,，,并定义距离,D(V)=L(S,V),，,V,为非源节点中的一个，该距离为节点,V,到源节点,S,的链路长度。于是有,D(V)=L(S,，,V),；,若,V,与,S,直接相邻,D(V)=,；,若,V,与,S,不直接相邻,不断求得,N,以外的各节点,F,，,使距离,D(F),最小，并,将节点,F,加入原来的数组,，对,N,以外的各节点，按式：,D(V)=min D(V),D(F)+L(F,，,V),更新距离,D(V),。,这一过程,重复至所有节点均包含在数组,N,内为止,。,5.2,路由选择机制,非自适应路由选择,固定路由算法：,Dijkstra,算法,-,最短距离,(,最小代价,),算法：,5.2,路由选择机制,非自适应路由选择,N=A,N=A,B,N=A,B,E,N=A,B,E,G,N=A,B,E,G,F,N=A,B,E,G,F,H,洪泛法：,这种方法是当某个节点收到一个不是发给它的分组时，就向所有与此节点相连的链路转发出去。,随机走动法：,这种方法又称为随机徘徊，其特点是当分组到达某个节点时就随机地选择一条链路作为转发的路由。,5.2,路由选择机制,非自适应路由选择,距离向量算法：,5.2,路由选择机制,自适应路由选择,距离向量路由选择,(,Distance Vector Routing),协议中，所有的,IMP,都定期地将它们的整个路由选择表传送给所有与之直接邻接的,IMP。,这种路由选择表包含：,l,每条路径的目的地,(,另一,IMP),l,路径的代价,(,也称距离,),距离向量算法：,5.2,路由选择机制,自适应路由选择,0,24,20,21,12,36,31,28,25,18,19,36,40,27,8,24,14,7,30,22,23,20,19,40,18,31,6,31,17,20,0,19,21,0,14,22,9,11,7,10,24,22,22,0,29,33,9,9,A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,TO A I H K,延迟 延迟 延迟 延迟,是,8,是,10 是12 是6,从,J,的四个邻居收到的向量,8,A,20,A,28,I,20,H,17,I,30,I,18,H,12,H,10,I,0,-,6,K,15,K,新估计的从,J,的延时,线路,J,的新路由表,路由器,J,从其邻居收到距离向量表后计算自己的向量表,链路状态,(,Link State),算法：,5.2,路由选择机制,自适应路由选择,在一个链路状态路由选择协议中，一个,IMP,检查所有直接链路的状态，并将所得的状态信息发送给网上所有其他的,IMP。,而不是仅仅送给那些直接相连的节点。以这种方式，每个,IMP,从网上所有其他的,IMP,接收包含直接链路状态的路由选择信息。,每当链路状态报文到达时，路由节点,(,IMP),便使用这些状态信息去更新自己的网络拓扑和状态“视野图”，把各个链路标为“,Up”,或“,Down”。,一旦链路状态发生了变化，,IMP,对更新了的网络图利用,Dijkstra,最短通路搜索算法更新计算路由。,链路状态,(,Link State),算法,：,5.2,路由选择机制,自适应路由选择,链路状态路由选择协议的操作过程：,l,发现它的邻居节点，并知道其网络地址。,l,测量到各邻居节点的延迟或代价,l,组装一个分组，以通告它刚获悉的信息。,l,把这个分组发送给所有其他路由器。,l,计算到其他每个路由器的最短路径。,5.2,路由选择机制,自适应路由选择,集中式路由选择策略,集中式路由选择策略的核心是网控中心,NCC,。,NCC,负责全网状态信息的收集、路由计算以及路由选择的实现。,集中式路由选择策略也有多种，这取决于储存在,NCC,中的网络信息的类型、路由的计算方法以及路由选择实现的技术。,5.2,路由选择机制,自适应路由选择,混合式路由选择策略,为了克服集中式路由选择的缺点，可以同时综合使用几种路由选择策略。,5.3.1,拥塞控制的概念,当（一部分）通信子网中有太多的分组时，其性能降低。这种情况叫做拥塞。,造成拥塞有若干因素。如果突然之间，分组流同时从,3,个或,4,个输入线到达，并且要求输出到同一线路，就将建立起队列。如果没有足够的空间来保存这些分组，有些分组就会丢失。处理器速度慢也能导致拥塞。,拥塞会导致恶性循环。如果路由器没有空余缓冲区，它必须丢掉新到来的分组。拥塞控制和流量控制既有联系又有差异,5.3,拥塞控制,5.3.2,拥塞控制的基本原理,所有解决方案被分为两类,:,一类是开环，一类是闭环。,开环控制工具的功能包括决定何时接受新的通信，何时丢弃分组，以及丢弃哪些分组，还包括在网络的不同点作计划表。所有这些的共同之处在于，它们在做出决定时并不考虑当前网络的状况。,与之相比较，闭环的解决方案是建立在反馈环路的概念之上的。当用于拥塞控制时，这种方法有,3,个部分：,监视系统，检测何时何地发生了拥塞。,将此信息传送到可能采取行动的地方。,调整系统操作以更正问题。,5.3,拥塞控制,5.3.3,拥塞预防策略,层,次,策,略,传输层,重发策略,乱序缓存策略,确认策略,流量控制策略,超时终止,网络层,子网内的虚电路与数据报,分组排队和服务策略,分组丢弃策略,路由选择算法,分组生命期管理,数据链路层,重发策略,乱序缓存策略,确认策略,流量控制策略,因特网的网络协议（,IP,协议）,TCP/IP,体系结构与协议栈之间的关系：,IP,地址与,ARP,IP,地址及其表示方法,点分十进制记法：,130,.9.44.192,。,IP,地址的结构分为两部分：,网络号：,net-id,主机号：,host-id,IP,地址的类别：,常用的有,A、B、C,三类地址。,IP,地址的结构与分类：,0 net-id host-id,比特,0 8 16 24 32,A,类,10 net id host id,110 net id host-id,B,类,C,类,地址类别,最大网络数,第一个可用的网络号,最后一个可用的网络号,每个网络中的最大主机数,A,126,1,126,16 777 214,B,16382,128.1,191.254,65 534,C,2097150,192.0.1,233.255.254,254,IP,地址的分类,及特征,IP,地址的转换：,标志主机地址的是机器的物理地址，称为,MAC,地址。,MAC,地址,是集成在网卡上的，所以又叫做,硬件地址,。,MAC,地址是一个,6,字节（,48,bit,）,二进制数，采用,16,进制表示法,例如：,09,E0 AC 00 9B 0D,。,从,IP,地址到物理地址的转换是由地址解析协议,ARP,来完成。,主机,A,的,ARP,工作过程,如下：,（设：寻找主机,B,的物理地址）,（,1,）,ARP,进程在本局域网上广播发送一个,ARP,请求分组，上面有主机,B,的,IP,地址；,（,2,）在本局域网上的所有主机上运行的,ARP,进程都收到此,ARP,请求分组；,（,3,）主机,B,在,ARP,请求分组中见到自己的,IP,地址，就向主机,A,发送一个,ARP,响应分组，写入自已的物理地址；,（,4,）主机,A,收到主机,B,的,ARP,响应分组后，就在其,ARP,高速缓存中写入主机,B,的,IP,地址到物理地址的映射。,IP,地址的分配与管理,：,NIC,管理,IP,地址中的,net-id,字段，而,host-id,部分则由获得了地址的机构来管理,IP,地址在本网内的分配示意,IP,地址的分配与管理,：,网络互连时,IP,地址分配示意,子网划分,为了使,IP,地址的使用更加灵活，在,IP,地址中又增加了一个,“,子网号字段,”,，为获得地址的单位进行二次分配提供了方便,子网掩码（,Subnet Mask,）,10,net-id,host-id,B,类地址,11111111,11111111,00000000,00000000,标准子网掩码,10,net-id,subnet-id,host-id,划分了子网的,B,类地址,11111111,11111111,11111100,00000000,该子网掩码从,host-id,中划出高六位作为子网地址,子网划分,网络号 子网号 主机号,10001000 00001010000001 0000000001,子网,1,中的第,1,台主机地址,11111111,11111111,111111 0000000000,子网掩码,211.81.120.1-211.81.120.254,11010011 01010001 01111000 00000001,11010011 01010001 01111000 11111110,11111111,11111111,11111111,11100000,例1,：,?,211.81.120.80 211.81.120.2,11111111,11111111,11111111,11100000,11010011 01010001 01111000 01000000,11010011 01010001 01111000 00000000,例2,：,3,IP,数据报,数据报首部,数据报的数据区,数据报的一般格式,：,IP,数据报首部定义：,版本,首部,长度,服务类型,总长度,标 识,标志,片偏移,寿命,协议,首部检验和,源端,IP,地址,目的端,IP,地址,长度可变的任选字段,填充,数 据,0 4 8 16 31,IP,数据报主要字段的意义,：,1,版本,数据报的前,4,比特字段包含了生成该数据报的,IP,协议的版本信息。,2,首部长度,该字段也是,4,比特，给出以,32,比特字长为单位的首部长度,IP,数据报主要字段的意义,：,3,服务类型,服务类型字段占,8,比特，它规定了本数据报的处理方式，并被分成如图所示的,5,个子字段：,优先级,D,T,R,C,未用,0 1 2 3 4 5 6 7,3,个比特的优先级子字段指明本数据报的优先级，允许发送方表示本数据报的重要程度。优先级的值从,0,（普通优先级）到,7,（网络控制）,比特,D、T、R、C,表示本数据报所希望的传输类型。这些比特的值为,1,时，,D,代表低时延（,Delay），T,代表要求高吞吐量（,Throughput），R,要求高可靠性（,Reliability），C,表示要求选择费用更 的路由（,Cost）,IP,数据报主要字段的意义,：,4,总长度,该字段给出了以字节为单位的,IP,数据报长度，包括首部和数据中的字节数,5,标识、标志及片偏移,数据报首部中的标识（,Identification,）、,标志（,Flags,）、,片偏移（,Fragment offset,）,三个字段用作控制分片和重组。标识字段含有一个惟一标识该数据报的整数。其主要目的是为了让目的主机知道每个到达的数据报片属于哪个数据报。目的主机通过数据报片的标识字段及源站点地址来识别数据报。发出,IP,数据报的计算机必须为每个数据报生成一个惟一的值，作为标识字段值。如果该数据报在传输过程中被分片，则每一片数据报的标识字段是相同的。,IP,数据报主要字段的意义,：,5,标识、标志及片偏移,分片的片偏移字段指明分片所携带数据在原始数据报中以,8,字节为单位的偏移量，从零开始计数,3,个比特的标志字段中的两个低比特控制分片。第一个控制位指定数据报是否分片。如果把它设成“,l,”,就不分片，因此它也叫做不分片（,Do Not Fragment,）,比特，只有该比特为,0,时才允许分片。,标志字段的低位比特指明了本分片中的数据是否为原始数据的最后一片，叫做片未完比特。该位为,“,1,”,时，表示后面还有分片的数据报，如果为,“,0,”,，表示该数据报为最后一片,IP,数据报主要字段的意义,：,6,寿命,TTL（Time to live,又称为生存时间）,寿命字段设置了该数据报在互联网中允许存在的时间，以秒为单位,7,协议,占,8,bit,，,协议字段指出此数据报携带的运输层数据是使用何种协议，以便目的主机的,IP,层知道应将此数据报上交给哪个进程,8,首部检验和,此字段只检验数据报的首部，不包括数据部分,9,地址,源站,IP,地址字段和目的站,IP,地址宇段都各占,4,字节。,10,选项字段,选项字段内容很丰富，它是,IP,协议的组成部分，一些协议内容靠此字段来实现，例如，排错、安全措施、记录路由、源站选路由、时间戳等,为了让互联网中的路由器,报告错误或提供有关意外情况的信息,，设计者在,TCPIP,中加入了一个特殊用途的报文机制。,这个机制叫做,Internet,控制报文协议,ICMP,（Internet Control Message Protocol），,作为,IP,的一部分，在每个,IP,实现中都使用它。,控制报文协议,ICMP,IPv6,的基础知识,就主机数目、应用程序类型和安全角度来考虑,IPv4,已经不适合,Internet,的发展，解决这些问题的唯一办法就是设计,1,个新版,IP-,IPv6,IPv4,与,IPv6,的协议过渡,IPv4,实现,IPv6,网际互联的一种短期方案,IPv6,设计特点,IPv6,是在,IPv4,协议定义的有限地址空间将被耗尽的状况下被提出的,IPv4,采用,32,位地址长度，只有大约,43,亿个地址，估计在,2005,年,2010,年间将被分配完毕，而,IPv6,采用,128,位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址，极大地扩大了地址空间,IPv6,八大发展优势,(1),扩大了地址空间,IPv6,采用,128,位地址长度，几乎可以不受限制地提供,IP,地址。按保守方法估算，,IPv6,实际可以分配的地址数量，可在地球每平方米的面积上分配一千多个,IP,地址。,(2),提高了网络整体吞吐量,由于,IPv6,的数据包可以远超过,64K,字节，应用程序便能利用最大传输单元,(MTU),获得更快、更可靠的数据传输。同时,IPv6,设计中改进了选路结构，采用简化的报头定长结构和更合理的分段方法，加快了数据包处理速度，提高了转发效率及网络的整体吞吐量。,(3),改善了服务质量,IPV6,报头中的业务级别和流标记通过路由器的配置，可以实现优先级控制和,QOS,保障，对关键用户和应用优先服务，为流量工程,(Traffic Engineering),和负载平衡以及区分端到端的数据流提供了一个强有力的工具，极大地改善了,IPv6,的服务质量。,(4,),可靠的安全性,采用,IPSec,可以为上层协议和应用提供有效的端到端安全保证，能提高在路由器水平上的安全性。通过对通信端的验证和对数据的加密保护，使敏感数据可以在,IPv6,网络上安全传输。,(5),提高机动性,设备接入网络时，通过自动配置可以自动获取,IP,地址和必要的参数，实现即插即用，简化了网络管理，易手支持移动节点。,(6),实现多播功能,在,IPV6,的多播功能中增加了