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内容学时第一章概述4第二章物理层6第三章数据链路层6第四章网络层12第五章运输层10第六章应用层6第七章网络安全2第八章因特网上的音频/视频服务2第九章无线网络2第十章下一代因特网4合计541.1计算机网络在信息时代的作用三网:电信网络,有线电视网络,计算机网络计算机网络的重要功能:1)连通性彼此连通,交换信息2)共享信息共享,软硬件共享1.2因特网概述我们先给出关于网络,互联网,因特网的一些最基本概念.网络:许多计算机连接在一起互联网:internet许多网络连接在一起因特网:Internet全球最大的,开放的,有众多网络相互连接而成的计算机网络(一个互联网),其采用TCP/IP协议因特网发展的三个阶段:1.单个网络ARPANET向互联网发展的过程.1983年,TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议.人们把1983年看成是现在因特网的诞生时间.2.三级结构的因特网.分为主干网,地区网,校园网(企业网).3.多层次ISP结构的因特网.ISP称为因特网服务提供商.1.3英特网组成从工作形式上分为两大块:1)边缘部分由所连接在因特网上的主机组成.这部分使用户直接使用的.2)核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成,这部分是为边缘部分提供服务的.在往里边缘的端系统之间的通信方式可划分为两大类:客户-服务器方式(C/S方式)和对等方式(P2P方式)1.客户-服务器方式特征:客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方.服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的的服务2.对等连接(peer-to-peer,简写P2P)指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方.因特网的核心部分1.电路交换从通信资源的分配角度来看,交换(switching)就是按照某种方式动态地分配传输线的资源.在使用电路交换打电话之前,必须先拨号请求连接.这种必须经过”建立连接(占用通信资源)通话(一直占用通信资源)释放资源(归还通信资源)”三个步骤的交换方式称为电路交换.其一个重要特点:在通话的全部时间内,通话的两个用户是指占用端到端的通信资源.2.分组交换分组交换采用存储转发技术.把要发送的的整块数据称为一个报文(message).在发送之前,先把其分为一个个小的等长数据段.在每一个数据段前面加上一些必要控制信息组成的首部(header)后,就构成了一个分组(packet),其又称为包.分组是在因特网中传送的数据单元,分组中的首部包含了如目的地址和原地址等重要信息,每一个分组才能在因特网中独立地选择传输路径,并最终正确地交付到分组传输的终点.位于网络边缘的主机和网络核心部分的路由器都是计算机,但它们的作用却不一样.主机是为用户进行信息处理的,并且可以和其他主机通过网络交换信息.路由器是用来转发分组的,即进行分组交换的.优点:高效灵活迅速可靠缺点:分组在各路由器存储转发时需要排队,这就会造成一定时延.另外,各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销.3.报文交换整个报文先传送到相邻结点,全部存储下来后查找转发表,转到下一个结点.1.5计算机网络的类别1.按照作用范围分类:广域网WAN(运用了广域网技术)城域网MAN局域网LAN(运用了局域网技术)个人区域网PAN1.6计算机网络性能7个性能指标.速率带宽吞吐量时延时延带宽积往返时间利用率1.速率:连接在计算机网络上的主机在数字信号道上传送数据位数的速率,单位b/s,kb/s,Mb/s2.带宽计算机领域中,带宽来表示网络的通信线路传送数据的能力,表示单位时间内从网络中的某一点到另一点所通过的”最高数据率”数据通信领域中,数字信道所传送的最高数据率单位b/s,kb/s,Mb/s3.吞吐量即在单位时间内通过某个网络的数据量;单位b/s,Mb/s等4.时延是指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间(1)发送时延是主机或路由器发送数据帧所需要的时间发送时延=数据帧长度(b)发送速率(b/s)=数据长度信道带宽(2)传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要发费的时间传播时延=信道长度(m)电磁波在信道上的传播速率(m/s)(3)处理时延主机或路由器在收到分组是要花费一定的时间进行处理,例如分析分组的首部,从分组中提取数据部分.(4)排队时延分组在经过网络传输时,要经过许多路由器.但分组在进入路由器后要先在输入队列中等待处理.在路由器确定了转发接口后,还要在输出队列中排队等待转发.这就产生了排队延时.5.时延带宽积时延带宽积=传播时延×带宽表示这样的链路可容纳多少个比特.又称以比特为单位的链路长度6.往返时间RTT表示从发送方发送数据开始,到发送方收到来自接收方的确认,总共经历的时间.7.利用率信道利用率:有数据通过时间(有+无)数据通过时间网络利用率:信道利用率加权平均值,D0网络空闲时的时延,D表示网络当前的时延,U表示网络利用率D=𝐷01−𝑈1.7计算机网络体系结构开放系统信息交换涉及的几个概念实体(entry):交换信息的硬件或软件进程协议(protrocol):控制两个对等实体通信的规则服务(service):下层向上层提供服务,上层需要下层提供的服务来实现本层功能服务访问点(SAP):相邻两层实体间交换信息的地方开发系统胡来年基本参考模型OSI/RM(OpenSystemsInterconnectionReferenceModel)七层应用层能够产生流量能够和用户交互的应用程序表示层加密压缩开发人员会话层服务和客户端建立的会话查木马netstat–nb传输层可靠传输(要建立回话的)不可靠传输流量控制网络层IP地址编址选择最佳路径数据链路层输入如何封装添加物理层地址MAC物理层电压接口标准网络排错从底层到高层网络安全和OSI参考模型物理层安全数据链路层安全ADSL网络层安全应用层安全SQL注入漏洞上传漏洞TCP/IP四层模型应用层运输层(TCP或UDP)网际层IP网络接口层综合OSI和TCP/IP的优点,采用一种五层协议的体系结构应用层应用层(传输数据单元PDU)运输层运输层报文网络层IP数据报(IP分组)数据链路层数据帧物理层0010101010100001101012.1物理层的基本概念物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上数据比特流,而不指具体的传输媒体.可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性.机械特性接口形状,尺寸,引脚数目和排列2.2数据通信的基础知识一个数据通信系统可划为三大部分:原系统(或发送端,发送方)传输系统(传输网络)目的系统(接收端,接收方)相关术语通信的目的是传送消息.数据（data）——运送消息的实体信号（signal）——数据二等电气的或电磁的表现“模拟信号”——代表消息的参数的取值是连续的“数字信号”——代表消息的参数的取值是离散的码元（code）——在使用时间域的波形表示数字信号时，则代表不同离散数值的基本波形就形成码元有关信道的几个基本概念信道一般表示一个方向传送信息的媒体。所以我们说平常的信道线路往往包含一条发送信息的信道和一条接收信息的信道单向通信（单工通信）——只能有一个方向的信号没有反方向的交互双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息基带型号和带通信号基带信号（即基本频带信号）——来自信号源的信号，像计算机输出的代表各种文字图像文件的数据信号都属于基带型号。基带信号就是发出来的直接表达了要传输信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号。带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）信道的极限容量奈氏准则:其给出了在假定的立项条件下,为了避免码间串扰,码元的传输速率的上限值在任何信道中,码元传输的速率是有上限的,传输速率超过此上限,都会出现严重的码间串扰问题,使接收端对码元的识别成为不可能信噪比信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比,记为S/N.香农公式指出:信道的极限信息传输速率C是C=Wlog2(1+S/N)(b/s)式中,W为信道的带宽(以Hz为单位);S为信道内所传信号的平均功率N为信道内部的高斯噪声功率香农公式表名,信道的带宽或信道中的信噪比越大,信息的极限传输速率就越高.香农公式的意义在于:只要信息传输速率低于信道的极限传输速率,就一定可以找到某种方法来实现无差错的传输若信道带宽W或信噪比S/N没有上限(当然实际不可能这样),则信道的极限信息传输速率C也就没有上限实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农公式的极限传输速率低不少.2.3物理层下面的传输媒体导向传输媒体导向传输媒体中,电磁波沿着固体媒体传播双绞线屏蔽双绞线STP无屏蔽双绞线UTP同轴电缆50Ω同轴电缆由于数字传输,多用于基带传输75Ω同轴电缆用于模拟传输,即宽带同轴电缆光纤非导向传输媒体就是指自由空间,其中的电磁波传输被称为无线传输无线传输所使用的频段很广短波通讯主要是靠电离层的反射,但短波信道的通信质量较差微波在空间主要是直线传播地面微波接力传播卫星通信2.4信道复用技术频分复用,时分复用,统计时分复用频分复用在分配到一定的频率后,在通信过程中自始至终都占用这个频带.频分复用的所用用户在同样的时间占用不同的带宽资源(这里的带宽指的是频率带宽而不是数据的发送频率)时分复用是将时间划分为一段段等长的时分复用帧.每一个时分复用的用户在每一个TDM帧占用固定的时隙.时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度.统计时分复用是一种改进的时分复用,他能明显地提高信道的利用率,波分复用1就是光的频分复用.码分复用CDM是另一种共享信道的方法,实际上更常用的是码分多址CDMA.每个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信.由于个用户使用经过特殊挑选的不同码型,因此各用户之间不会造成干扰.在CDMA中,每一个比特时间在划分为m个短时间,称为码片.CDMA系统的一个重要特点就是这种体制给每一个站分配的码片序列不仅必须相同,且还必须正交.3.1数据链路层数据链路层基本概念及基本问题基本概念三个基本问题两种情况下的数据链路层使用点对点信道的数据链路层使用广播信道的数据链路层以太局域网(以太网)概述拓扑信道利用率MAC层扩展以太网高速以太网数据链路层使用的信道主要有以下两种类型:(1)点对点信道.这种信道使用一对一的点对点通信方式(2)广播通信.这种信道使用一对多的广播通信方式.链路与数据链路链路(link)是一条点到点的物理路段,中间没有其他任何点.一条链路只是一条通路的一个组成部分数据链路(datalink)除了物理线路外,还必须有通信协议来控制这些数据的传输.若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路.现最常用的方法是使用适配器(即网卡)来实现这些协议的硬件和软件一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层功能.下面介绍点对点信道的数据链层协议数据单元——帧.数据链路层把网络层交下来的数据构成帧发送到链路上,以及把接收到的帧中的数据取出上交给网络层.在因特网中,网络协议数据单元就是IP数据报(简称数据报,分组或包)数据链路层的三个基本问题1.封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部,这样就构成了一个帧,确定帧的界限.我们知道:所有在因特网上传送的数据都是以分组(即IP数据报)为传送单位的,网络层饿IP数据传送到数据链路层就成为帧的数据部分.帧的数据部分的前面和后面分别添加上首部和尾部,就构成了一个完整的帧.这样的帧就是数据链路层的数据传输单元.首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界2.透明传输由于帧的开始和结束的标记是使用专门指明的控制字符,因此,所传输的数据中的任何8比特的组合一定不允许和用作帧定界的控制字符的比特编码一样,否则就会出现帧定界错误.数据链路层对这些数据来说是透明的:表示无论什么样的比特组合的数据都能够通过数据链路层.3.差错检测在一段时间内,传输错