计算机网络与TCPIP协议基础

©1999,CiscoSystems,Inc.2-1计算机网络与TCPIP协议基础本章目录网络体系结构局域网技术广域网技术网络性能评价TCP/IP互联网络core_sw_aISDN云专线/帧中继连接典型网络图例快速以太网/以太网ISDN专线核心服务器层2层1服务器集群定义网络组件分部家庭办公ISDN远程典型网络层次化的网络结构定义分布层核心层访问层端接设备到网络的接入点访问层访问层特性•访问层的汇接点•路由数据•分割广播域/多点传送域•介质转换•安全性•远程访问的接入点分布层分布层特性核心层特性•高速传送数据•对数据不作任何处理核心层OSI模式概述数据流层传输层数据链路层网络层物理层应用层(高)会话层表示层应用层TelnetHTTPASCIIEBCDICJPEG保证不同应用间的数据区分用户接口•数据表示•加密等特殊处理过程OperatingSystem/ApplicationAccessScheduling例子会话层表示层应用层应用层作用TCPUDPSPX802.3/802.2HDLCEIA/TIA-232V.35IPIPX表示层应用层会话层例子数据流层的作用•可靠或不可靠的数据传输•数据重传前的错误纠正•将比特组合成字节进而组合成帧•用MAC地址访问介质•错误发现但不能纠正•设备间接收或发送比特流•说明电压、线速和线缆等传输层数据链路层物理层网络层提供路由器用来决定路径的逻辑寻址传输层数据链路层物理层网络层上层数据上层数据TCP头数据IP头数据LLC头0101110101001000010数据MAC头表示层应用层会话层段包比特帧PDUFCSFCS封装数据上层数据LLC头+IP+TCP+上层数据IP+TCP+上层数据TCP+上层数据上层数据0101110101001000010传输层数据链路层物理层网络层表示层应用层会话层解封装数据定义•介质类型•连接器类型•信号类型802.3物理层物理层功能10BaseT双工型介质接口连接器(MIC)ST以太网介质比较区分不同的连接类型AUI连接器是DB15ISO8877(RJ-45)连接器和插孔比电话连接器RJ-11和插孔略大光纤连接器接口物理层:Ethernet/802.3集线器多个主机主机10Base2—细缆以太网10Base5—粗缆以太网10BaseT—双绞线ABCD物理层•所有设备在同一冲突域•所有设备在同一广播域•所有设备共享相同的带宽集线器运行在物理层集线器：同一个冲突域•接入设备越多冲突机率越大•用CSMA/CD技术CSMA/CD定义•源和目标的物理地址•与帧关联的高层协议(ServiceAccessPoint)•网络拓扑•帧顺序•数据流控制•有向或无向连接数据链路层物理层EIA/TIA-232v.35802.2802.3数据链路层功能数据源地址FCS长度目标地址可变长26640000.0Cxx.xxxx厂商自己分配IEEE分配MAC子层-802.3前导符EthernetII在这里用“Type”指明上层协议，所以不用802.2.MAC地址8#字节数据链路层功能(续)数据目标SAP源SAP数据源地址FCS长度目标地址可变长11802.2(SAP)MAC子层-802.3Ctrl1or232前导符数据目标SAPAA源SAPAA可变长11802.2(SNAP)Ctrl031or2OROUIID类型数据链路层功能(续)•每段有自己的冲突域•所有的段都在同一广播域数据链路层或123124交换机和桥运行在链路层交换机•每段有自己的冲突域•广播信息向所有段转发缓冲区交换交换式以太网的冲突检测EthernetHubsvs.EthernetSwitchesAnEthernetswitchisapacketswitchforEthernetframes–Bufferingofframespreventscollisions.–EachportisisolatedandbuildsitsowncollisiondomainAnEthernetHubdoesnotperformbuffering:–Collisionsoccuriftwoframesarriveatthesametime.HighSpeedBackplaneCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDOutputBuffersInputBuffersCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDHubSwitch•定义与指定协议相关联的源和目标逻辑地址•定义通过网络的路径•多链路连接网络层IP,IPX数据链路层物理层EIA/TIA-232v.35802.2802.3网络层功能数据源地址目标地址IP头172.15.1.1主机号网络号•逻辑地址网络层端接设备的数据包网络层功能(续)网络层功能(续)1111111111111111000000000000000010101100000100000111101011001100二进制掩码二进制地址172.16.122.204255.255.0.017216122204255地址掩码25500网络部分主机部分路由表目标网络端口距离124S0S0E01001.04.01.3E04.3S02.2E02.1S04.14.21.11.2路由表目标网络端口距离124E0S0S0001•逻辑地址提供分层结构的网络•需要的配置•利用配置信息来识别到达目标网络的路径网络层功能(续)路由表目标网络端口距离124S0S0E01001.04.01.3E04.3S02.2E02.1S04.14.21.11.2路由表目标网络端口距离124E0S0S0001•逻辑地址提供分层结构的网络•需要的配置•利用配置信息来识别到达目标网络的路径网络层功能(续)路由器：运行在网络层•广播信息控制•多点发送信息控制•路径优化•流量管制•逻辑寻址•提供WAN连接路由器提供远程访问服务因特网家庭办公用户分部调制解调器或ISDN适配卡移动用户公司总部•区分不同的上层应用•建立应用间的端到端连接•定义流量控制•为数据传输提供可靠或不可靠的连接服务网络层IPXIP传输层SPXTCPUDP传输层功能同步请求回应同步请求,同步请求回应同步请求数据传输(传输数据段)发送方接收方连接建立可靠的传输层功能集线器桥交换机路由器冲突域1444广播域1114网络设备的域广域网为用户提供远距离数据通信业务的网络通常使用电信部门的传输设备广域网的连接类型住宅接入：点对点接入经调制解调器拨号•最高达56Kbps直接接入到路由器(经常较少)•不能同时上网和打电话：不能“总是在线”ADSL:不对称数字用户线•最高达1Mbps上行(今天典型地256kbps)•最高达8Mbps下行(今天典型地1Mbps)•FDM:50kHz-1MHz用于下行4kHz-50kHz用于下行0kHz-4kHz用于普通电话ADSL典型配置ADSL的部署住宅接入:电缆调制解调器HFC:混合光纤同轴•不对称:最高达30Mbps下行,2Mbps上行电缆和光缆的网络将家庭连接到ISP路由器•家庭共享到路由器的接入部署:可利用电缆电视公司住宅接入:电缆调制解调器电缆网络体系结构：概述家庭电缆头端电缆分布网络(简化的)电缆网络体系结构：概述家庭电缆头端电缆分布网络(简化的)服务器电缆网络体系结构：概述家庭电缆头端电缆分布网络(简化的)信道VIDEOVIDEOVIDEOVIDEOVIDEOVIDEODATADATACONTROL123456789FDM:ISDN概述•语音,数据,视频，和特定的服务ISDN连接类型BRI和PRI的呼叫处理ISDNBRI功能组和参考点•功能组：设备和硬件•参考点：接口和分界点CiscoISDNBRI接口CiscoISDNPRI接口ISDN交换类型•很多服务提供商使用多种不同的交换类型•不同的国家和地区有不同的应用•中国：basic-net3丢包和时延是怎样出现的？分组在路由器缓存中排队分组到达链路的速率超过输出链路能力分组排队，等待交换AB将被传输的分组(时延)分组排队(时延)空闲(可用)缓存：如果无空闲缓存则到达的分组丢失(丢包)分组时延的4种来源1.节点处理:•检查比特差错•决定输出链路AB传播传输节点处理排队2.排队•等待输出链路传输的时间•取决于路由器拥塞的等级在分组交换网中的时延3.传输时延:R=链路带宽(bps)L=分组长度(比特)发送比特进入链路的时间=L/R4.传播时延:d=物理链路的长度s=在媒体中传播的速度(~2x108m/sec)传播时延=d/s注意:s和R是极为不同的量！AB传播传输节点处理排队节点时延dproc=处理时延•通常几个微秒或更少dqueue=排队时延•取决于拥塞dtrans=传输时延•=L/R,对低速链路很大dprop=传播时延•几微秒到几百毫秒proptransqueueprocnodalddddd排队时延(再次讨论)R=链路带宽(bps)L=分组长度(比特)a=平均分组到达速率流量强度=La/RLa/R~0:平均排队时延小La/R-1:时延变大La/R1:更多“工作”到达，超出了服务能力，平均时延无穷大！平均排队时延“实际的”因特网时延和路由“实际的”因特网时延和丢包是怎样的呢？Traceroute程序:为路由器提供从源到目的地，朝着目的地沿着端到端因特网路径的时延测量。对所有i:•发送3个分组，该分组在朝着目的地的路径上到达路由器i•路由器i将向发送方返回分组•发送方度量传输和响应间的时间间隔。3探测分组3探测分组3探测分组“实际的”因特网时延和路由1cs-gw(128.119.240.254)1ms1ms2ms2border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu(128.119.3.145)1ms1ms2ms3cht-vbns.gw.umass.edu(128.119.3.130)6ms5ms5ms4jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net(204.147.132.129)16ms11ms13ms5jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net(204.147.136.136)21ms18ms18ms6abilene-vbns.abilene.ucaid.edu(198.32.11.9)22ms18ms22ms7nycm-wash.abilene.ucaid.edu(198.32.8.46)22ms22ms22ms862.40.103.253(62.40.103.253)104ms109ms106ms9de2-1.de1.de.geant.net(62.40.96.129)109ms102ms104ms10de.fr1.fr.geant.net(62.40.96.50)113ms121ms114ms11renater-gw.fr1.fr.geant.net(62.40.103.54)112ms114ms112ms12nio-n2.cssi.renater.fr(193.51.206.13)111ms114ms116ms13nice.cssi.renater.fr(195.220.98.102)123ms125ms124ms14r3t2-nice.cssi.renater.fr(195.220.98.110)126ms126ms124ms15eurecom-valbonne.r3t2.ft.net(193.48.50.54)135ms128ms133ms16194.214.211.25(194.214.211.25)126ms128ms126ms17***18***19fantasia.eurecom.fr(193.55.113.142)132ms128ms136mstraceroute:gaia.cs.umass.eduto