2019-10-29 17:57:04 Bee_Darker 阅读数 170
  • 【直通华为HCNA/HCNP系列R篇4】WAN接入配置与管理

    本课程全面、系统、深入地介绍了华为AR G3系列路由器所支持主要拨号WAN接入方式技术原理和配置与管理方法,包括DCC、3G Cellular、4G LTE Cellular、PPP、MP、PPPoE、ADSL、VDSL、G.SHDSL等常用的一些WAN接入方式。课程中包括了大量的配置实验和示例,配置思路非常清晰、实验演示非常直观、真正做到一学就会。

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一、知识背景

PPP(Point to Point Protocal,点到点协议)是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。这种链路提供全双工操作,并按照顺序传递数据包。设计目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据,使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共通的解决方案。点对点协议(PPP)为在点对点连接上传输多协议数据包提供了一个标准方法。

PPP协议是一一种点对点串行通信协议,面向字符类型,具有处理错误检测、支持多个协议、允许在连接时刻协商IP地址、允许身份认证等功能,还提供成帧、链路控制协议LCP、网络控制协议NCP等3类功能。

PPP协议提供两种验证方式,一种是PAP,另一种是CHAP。相对来说,PAP的认证方式安全性没有CHAP高。PAP传输的password 是明文的,而CHAP在传输过程中不传输密码,而是用hash(哈希值取代密码传输。PAP 认证是通过两次握手实现的,而CHAP是通过3次握手实现的。PAP认证是被叫提出连接请求,主叫响应。而CHAP是主叫发出请求,被叫回复一个数据包,这个包里面有主叫发送的随机哈希值,主叫在数据库中确认无误后发送一个连接成功的数据包连接。

二、实验任务

通过路由器的配置,实现两路由器的PPP专线连接
要求:

  1. 在给定192.168.1.0 的网络上配置
  2. 路由器采用静态路由
  3. 在两路由器之间实现PPP协议

三、实验步骤

1.创建实验拓扑

在这里插入图片描述

2、实验主要配置

(1)Luan路由器上的配置

Router>en
Router#conf t
Router(config)#hostname Luan			//更改路由器名为Luan
Luan(config)#int s0/3/0
Luan(config-if)#descrip link to Heifei			//描述串口s0/3/0连接到Hefei路由器
Luan(config-if)#ip add 192.168.1.65  255.255.255.192	//给串口s0/3/0配置IP地址
Luan(config-if)#encap ppp			//用PPP协议封装串口s0/3/0
Luan(config-if)#ppp authen chap	//设置PPP协议的验证方式为chap
Luan(config-if)#no shut				//打开串口s0/3/0
Luan(config-if)#exit
Luan(config)#username Hefei password 123		//在路由器上创建一组账户
Luan(config)#int f0/0
Luan(config-if)#ip add 192.168.1.1  255.255.255.192	//该f0/0端口配置IP
Luan(config-if)#no shut
Luan(config-if)#exit
Luan(config)#
Luan(config)#ip route 192.168.1.128  255.255.255.192  192.168.1.66	//在路由器上启用静态路由协议

(2)Hefei路由器上的配置

Router>en
Router#conf t
Router(config)#host Hefei			//更改路由器名为Hefei	
Hefei(config)#int s0/3/0
Hefei(config-if)#descrip link to Luan		//描述串口s0/3/0连接到Hefei路由器
Hefei(config-if)#ip add 192.168.1.66 255.255.255.192		//给串口s0/3/0配置IP地址
Hefei(config-if)#encap ppp		//用PPP协议封装串口s0/3/0
Heifei(config-if)#ppp authen chap	//设置PPP协议的验证方式为chap
Hefei(config-if)#no shut			//打开串口s0/3/0
Hefei(config-if)#clock rate 64000		//配置串口s0/3/0的时钟频率
Hefei(config-if)#exit
Hefei(config)#user Luan pass 123		//在路由器上创建一组账户
Hefei(config)#int f0/0
Hefei(config-if)#ip add 192.168.1.129 255.255.255.192	//该f0/0端口配置IP
Hefei(config-if)#no shut
Hefei(config-if)#exit
//在路由器上启用静态路由协议
Hefei(config)#ip route 192.168.1.0 255.255.255.192 192.168.1.65	
				

(3)给终端PC配置IP地址

PC IP地址 子网掩码 默认网关
PC0 192.168.1.2 255.255.255.192 192.168.1.1
PC1 192.168.1.3 255.255.255.192 192.168.1.1
PC2 192.168.1.130 255.255.255.192 192.168.1.129
PC3 192.168.1.131 255.255.255.192 192.168.1.129

3、结果验证

在这里插入图片描述

4、 实验总结

通过本次实验,理解了PPP协议的工作原理,学会了子网划分方法,再次熟悉了静态路由的配置,并且,掌握了PPP协议的配置方法。

2014-12-20 21:50:09 c602273091 阅读数 870
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            在数据链路层,除了停等协议之外。还有比较难懂的就是PPP协议(点对点协议)。在这里特别总结一下PPP协议。


PPP协议作用:PPP协议可应用于连接认证,传输封装和压缩。目前应用于很多类型的物理网络,比如串行电缆,电话线等。

PPP协议的需求:framing;bit transparency;error detection;connection liveness;network layer address negotiation

PPP帧的格式:

这里就设计了帧的格式,协议包括:LCP、IP、IPCP等等。没有标号的帧:connectionless service。

上面的protocol对应如下:

NCP:获取IP地址,在多层网络链路上封装和协商。在IP协议里面,使用IPCP来作为NCP来得到IP地址,子网掩码和DNS地址。

LCP协议进行确认是否需要认证;PAP、CHAP就是进行认证的协议。


特别注意:

PPP协议允许在同一个通信链路上有多个链路。



2017-09-22 15:08:18 xqk709008281 阅读数 3449
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点对点协议PPP(Point-to-Point Protocol)

目前使用得最广泛的数据链路层协议。

PPP协议的特点:

因特网的用户通常都要连接到某个ISP(互联网服务提供商)才能接入到因特网。PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信所使用的数据链路层协议。

1.PPP协议应满足的需求

(1)简单

因特网最复杂的部分放在了TCP协议中,而网际协议IP则相对比较简单,它提供的是不可靠的数据包服务。在这种情况下,数据链路层没有必要提供比IP协议更多的功能。因此数据链路层的帧,不需要纠错,不需要序号,也不需要流量控制。(在误码率较高的无线链路上可能需要更为复杂的链路层协议。)

简单的设计可使协议在实现时不容易出错,这样使得不同厂商对协议的不同实现的互操作性提高了。

所以,这种数据链路层的协议非常简单:接收方每收到一个帧,就进行CRC检验。如果CRC检验正确,就收下这个帧;反之,就丢弃这个帧。

CRC即循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check):是数据通信领域中最常用的一种查错校验码,其特征是信息字段和校验字段的长度可以任

意选定。循环冗余检查(CRC)是一种数据传输检错功能,对数据进行多项式计算,并将得到的结果附在帧的后面,接收设备也执行类似的算法,以

保证数据传输的正确性和完整性。

(2)封装成帧

PPP协议必须规定特殊的字符作为帧定界符(即标志一个帧的开始和结束的字符,以便使接收端从收到的比特流中能准确的找出帧的开始和结束的位置。

(3)透明性

PPP协议必须保证数据传输的透明性。如果说是数据中碰巧出现和帧定界符一样的比特组合时,就要采用必要的措施来解决。

(4)多种网络层协议

PPP协议必须能够在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议(IP和IPX等)的运行。
当点对点链路所连接的是局域网或路由器时,PPP协议必须同时支持在链路所链接的局域网或路由器上运行的各种网络层协议。

(5)多种类型链路

除了要支持多种网络层的协议外,PPP还必须能够在多种链路上运行。
串行的(一次只发送一个比特)
并行的(一次并行地发送多个比特)
同步或异步、低速或高速的、电的或光的、交换的(动态的)或非交换的(静态的)点对点链路。

(6)差错检测

PPP协议必须能够对接收端收到的帧进行检测,并舍弃有差错的帧。

(7)检测连接状态

必须具有一种机制能够及时(不超过几分钟)自动检测出链路是否处于正常工作状态。
出现故障的链路隔了段时间后重新正常工作时,就特别需要这种及时检测功能。

(8)最大传送单元

协议对每一种类型的点对点链路设置最大传送单元MTU(最大接受单元,至少是1500字节)的标准默认值。
MTU是数据链路层的帧可以载荷的数据部分的最大长度,不是帧的总长度。

(9)网络层地址协商

协议必须提供一种机制使通信的两个网络层(如两个IP层)的实体能够通过协商知道或能够配置彼此的网络层地址。协商的算法应尽可能简单,并且能在所有的情况下得出协商结果。

(10)数据压缩协商

协议必须能够提供方法来协商使用数据压缩算法。但PPP协议不要求将数据压缩算法进行标准化。

2.PPP协议不需要的功能

(1)纠错

在TCP/IP协议族中,可靠传输由运输层的TCP协议负责,而数据链路层的PPP协议只进行检错。
因此,PPP是不可靠的。

(2)流量控制

在TCP/IP协议族中,端到端的流量控制由TCP负责,因而PPP就不再重复进行流量控制。

(3)序号

PPP是不可靠传输协议,不需要使用帧的序号

(4)多点线路

不支持多点线路(即一个主站轮流和链路上的多个从站进行通信),而支持点对点的链路通信。

(5)半双工或单工链路

PPP只支持全双工链路

3.PPP协议的组成

三个组成部分:
1.一个将IP数据报封装到串行链路的方法。
2.一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP(Link Control Protocol)。通信的双方可协商一些选项。在RFC1661中定义了11种类型的LCP分组。
3.一套网络控制协议NCP(Network Control Protocol),其中的每一个协议支持不同的网络层协议,如IP、OSI的网络层、DECnet,以及AppleTalk等。

PPP协议的帧格式

1.字段意义
首部中的地址字段A规定为0xFF,控制字段C规定为0x03,这两个字段最初考虑对值进行其他定义,至今也没给出。所以实际上并没有携带PPP帧的信息。
首部的第一个字段和尾部的第二个字段都是标识字段F(Flag)。
首部的第四个字段是2字节的协议字段。当协议字段为0x0021时,PPP帧的信息部分字段就是IP数据报。若为0xC021,则信息字段是PPP链路控制协议LCP的数据,而 0x8021表示这是网络层的控制数据。
信息字段的长度是可变的,不超过1500字节。
尾部中的第一个字段(2字节)是使用CRC的帧检验序列FCS。

2.字节填充
当信息字段中出现和标志字段一样的比特(0x7E)组合时,就必须采取一些措施使这种形式上和标志字段一样的比特组合不出现在信息字段中。
PPP异步传输时:它把转义符定义为0x7D,并使用字节填充,RFC 1662规定如下的填充方法:
(1)把信息字段中出现的每一个0x7E字节转变为2字节序列(0x7E,0x5E)
(2)若信息字段中出现一个0x7D的字节(即出现了和转义字符一样的比特组合),则把0x7D转变成2字节序列(0x7d,0x5d);
(3)若信息字段中出现ASCII码的控制字符(即数值小于0x20)的字符,则在该字节前要加入一个0x7D字节,同时将该字符的编码加以改变。
3.零比特填充
PPP协议用在SONET/SDH链路时,是使用同步传输(一连串的比特连续传送)而不是异步传输(逐个字符地传送)。在这种情况下,ppp协议采用零比特填充方法来实现透明传输。
只要发现有5个连续1,则立即填入一个0。




2019-05-31 11:14:12 NEUChords 阅读数 54
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    本课程全面、系统、深入地介绍了华为AR G3系列路由器所支持主要拨号WAN接入方式技术原理和配置与管理方法,包括DCC、3G Cellular、4G LTE Cellular、PPP、MP、PPPoE、ADSL、VDSL、G.SHDSL等常用的一些WAN接入方式。课程中包括了大量的配置实验和示例,配置思路非常清晰、实验演示非常直观、真正做到一学就会。

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PPP

1.PPP定义

PPP是指点对点,即1对1放入计算机的协议。PPP相当于PSI参考模型第二层的数据链路层。
PPP属于纯粹的数据链路层,与物理层没有任何关系。
仅有PPP无法实现通信,还需要有物理层的支持。
PPP

2.LCP与NCP

在开始进行数据传输前,要建立一个PPP级的连接。
PPP的主要功能:

  1. 不依赖上层的LCP协议。
  2. 依赖上层的NCP协议。如果上层为IP,此时的NCP也叫做IPCP。
    LCP主要负责建立和断开连接、设置最大接收单元、设置验证协议以及设置是否进行通信质量的监控。
    IPCP则负责IP地址设置以及是否进行TCP/IP首部压缩等设备。
    PPP中建立连接
    通过PPP连接时,通常需要进行用户名密码的验证,并且对通信两端进行双方向的验证。
    验证协议:
    PAP:PAP是PPP连接建立时,通过两次握手进行用户名和密码验证,密码以明文方式传输。
    CHAP:使用一次性密码OTP,可以有效防止窃听。在建立连接后可以进行定期的密码交换,用来检验对端是否中途被替换。

3.PPP的帧格式

标志码用来区分每个帧。
PPP是基于HDLC制定出来的一种协议。
HDLC就是在每个帧的前后加上一个8位字节“01111110”用来区分帧。这一个8位字节叫做标志码。
在两个标志码中间不允许出现6个以上的“1”。
在发送帧的时候,当出现连续5个“1”且后面跟着的是0,就必须删除。
可以比较容易的通过标志码区分帧的起始与终止。
PPP数据帧格式
PPP方式会给计算机带来大量负荷:插入和删除“0”的操作或FCS计算都交由电脑的CPU去处理。

4.PPPoE

这种互联网接入服务,通信线路由以太网模拟。
PPPoE数据帧格式

其他数据链路

1.ATM

ATM是以一个叫做信元(5字节首部加48字节数据)的单位进行传输的数据链路。
具有线路占用时间较短和能够高效传输大量数据等特点。
主要用于广域网络的连接。

a.ATM的特点

ATM是面向连接的一种数据链路。在进行通信传输之前一定要设置通信线路。
ATM允许同时与多个对端建立通信连接。
允许在任何时候发送任何数据。
当大量计算机同时发送大量数据时容易引发网络拥堵甚至使网络进入收敛状态。
ATM增加了限制带宽的细分功能。
注:
收敛状态:指当时网络非常拥堵时,路由器或交换机无法完成包的处理,从而丢弃这些包的一种状态。
ATM网络

b.同步与异步

TDM:以多个通信设备通过一条电缆相连。
TDM通常在两端TDM设备之间同步的同时,按照特定的时间将每个帧分成若干个时隙,按照顺序发送给目标地址。
在TDM中,不论是否还有想要发送的数据,时隙会一直被占有,从而可能会出现很多空闲的时隙。
ATM扩展了TDM,能够有效的提高线路的利用率。
ATM在TDM的时隙中放入数据时,并非按照线路的顺序而是按照数据到达的顺序放入。
因此,发送端还需要附加一个5字节的包首部,包含VPI、VCI等识别码用来标识具体的通信类型。
这种VPI与VCI的值只在直连通信的两个ATM交换机之间设置。
ATM信元传输所占用的时隙不固定,一个帧所占用的时隙数也不固定,而且时隙之间并不要求连续。
同步与异步

c.ATM与上层协议

一般不会单独使用ATM,而是使用上层的AAL。在上层为IP的情况下,则叫做AAL5。
每个IP包被附加各层的协议首部以后,最多可以被分为192个信元发送出去。
数据包的ATM信元封装
在构建ATM网络的时候,必须保证终端的带宽合计小于主干网的带宽,还要尽量保证信元不易丢失。

ATM中IP包的发送

2.POS

POS (Packet over SDH/SONET )是一种在SDH(SONET)上进行包通信的一种协议。
SDH (SONET)是在光纤上传输数字信号的物理层规范。
SDH作为利用电话线或专线等可靠性较高的方式进行光传输的网络。
SDH的传输速率以51.84Mbps为基准,一般为它的数倍。

3.FDDI

FDDI (Fiber Distributed Data Interface)叫做分布式光线数据接口。
FDDI采用令牌(追加令牌)环的访问方式。
FDDI中的每个站通过光纤连接形成环状。
FDDI为了防止在环在某处断开时导致整个通信的中断,采用双环的结构。
双环中站叫做DAS ,单环中的站叫做SAS 。
FDDI网络

4.Token Ring

令牌环网(TokenRing)源自IBM开发的令牌环LAN技术,可以实现4Mbps或16Mbps传输速率。

5.100VG-AnyLAN

100VG-AnyLAN是IEEE802.12规范定义的一种网络协议。
以语音级的3类UTP电缆实现100Mbps的传输速率。
数据帧格式既能应对以太网又能应对令牌环网。
采用扩展了令牌传递方式的需求优先飞方问方式。在这种方式中,交换机负责控制发送权。

6.光纤通道

光纤通道(FiberChannel)是实现高速数据通信的一种数据链路。
数据传输速率为133Mbpx-4Gbps。
广泛用于搭建SAN,成为其主要数据链路。
注:
SAN:存储域网络。服务器与多台存储设备(硬盘、磁带备份)之间高速传输数据的网络系统。一般在企业当中用于保存超大容量数据。

7.HIPPI

HIPPI用于连接超大型计算机传输速率为800Mbps或1.6Gbps。

8.IEEE1394

也叫FireWire或i.Link, 是面向家庭的局域网。
要用于连接AV等计算机外围设备。
数据传输速率为100~ 800Mbps以上。

9.HDMI

HDMI是清晰度多媒体接口。
通过一根缆线实现图像和声音等数字信号的高品质传输。

10.iSCSI

将个人电脑连接硬盘的SCSI标准应用于TCP/IP网络上的一种标准。
把SCSI的命令和数据包含进IP包内,进行数据传输。

11.lnfiniBand

lnfiniBand是针对高端服务器的一种超高速传输接口技术。
特点是高速、高可靠性以及低延迟。
支持多并发链接,将多个线缆合并为一个线缆。
实现从2Gbps至数百Gbps的传输速率。

12.DOCSIS

DOCSIS是有线电视(CATV)传输数据的行业标准,由MCNS制定。
定义了有线电视的同轴电缆与Cable Modem (电缆调制解调器 )的连接及其与以太网进行转换的具体规范。

13.高速PLC

高速PLC是指在家里或办公室内利用电力线上数MHz-数十MHz频带范围,实现数十Mbps -200Mbps 传输速率的一种通信方式。
极容易收到电波干扰。

主要数据链路类型及其特点

主要数据链路及其特点

2018-01-05 21:20:48 hushhw 阅读数 36042
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《计算机网络》复习笔记

本文同时发布在我的个人博客: https://wiki.hushhw.cn/posts/415999f5.html

说明:

  • 本复习笔记基于谢希仁的《计算机网络》第五版教材整理。
  • 由于这篇复习笔记只是我本科考试前做的总结,所以水平非常有限,并且因为时间不够所以后面并没有继续整理。
  • 编辑这篇文章时是我第一次使用 markdown 编辑文章,所以导致排版语法有一些错误,见谅。
  • 我也没想到,这篇复习笔记忽然就热度起来了。。。

后来考研复习时的复习PPT可以作为补充计算机网络笔记
后来考研复习时的复习PPT可以作为补充计算机网络笔记
后来考研复习时的复习PPT可以作为补充计算机网络笔记

绪论

1.1 计算机网络

  1. 计算机网络向用户提供的两个最重要的功能:
  • 连通性
  • 共享

1.2 因特网概述

  1. 因特网发展的三个阶段:
  • 第一阶段:从单个网络 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。
  • 第二阶段:建成三级结构的因特网:主干网、地区网和校园网(或企业网)。
  • 第三阶段:形成多层次的ISP(Internet Service Provider 因特网服务提供者)结构的因特网
  1. Internet 和 Internet 的区别:
  • internet:通用名词,它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。
  • Internet:专用名词,它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络,它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则,且其前身是美国的 ARPANET。

1.3 互联网的组成 P8

  • 边缘部分:有所有连接在因特网上的主机组成。这部分由用户直接使用,用来进行通信和资源共享。
  • 核心部分 : 由大量的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(提供连通性和交换)。
  1. 处于边缘部分的用户通信方式 P9-P10
  • 客户服务器方式(C/S方式):即Client/Server方式。(客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方)

  • 对等方式(P2P方式):即Peer-to-Peer方式。(对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器)

  1. 核心部分的交换技术 P11-15
  • 电路交换 的三个阶段:建立连接——通话——释放连接
    在通话时,两用户之间占用端到端的资源,而由于绝大部分时间线路都是空闲的,所以线路的传输速率往往很低。
  • 分组交换 的组成:报文、首部、分组。采用存储转发技术,即收到分组——存储分组——查询路由(路由选择协议)——转发分组。优点:高效、灵活、迅速、可靠。缺点:时延、开销。关键构件:路由器。
  • 报文交换 整个报文传送到相邻结点,全部存储下来之后查询转发表,转发到下一个结点。
    图片来源:blog.csdn.net/hcbbt/article/details/18271491
    这里写图片描述

1.4 计算机网络的类别 P17

  1. 分类
  • 按通信距离分:广域网、局域网、城域网

  • 按信息交换方式分:电路交换网、分组交换网、总和交换网

  • 按网络拓扑结构分:星型网、树型网、环型网、总线网

  • 按通信介质分:双绞线网、同轴电缆网、光纤网、卫星网

  • 按传输带宽分:基带网、宽带网

  • 按使用范围分:公用网、专用网

  • 按速率分:高速网、中速网、低速网

  • 按通信传播方式分:广播式、点到点式

  1. 性能指标(P18):速率、带宽、时延
  • 速率:指连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率。b/s(bps) 如100M以太网,实际是指100Mb/s。往往是指额定速率或标称速率。

  • 带宽:数字信道所能传送的最高速率。b/s(bps)

  • 吞吐量:单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的实际数据量。其绝对上限值等于带宽。

  • 时延:数据(一个报文或分组、甚至比特)从网络(或链路)的一段传送到另一端的时间,也称延迟。
      ① 发送时延:主机或路由器发送数据帧所需的时间,也就是从发送数据帧的第一个比特算起,到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。也成传输时延。
    发送时延 = 数据帧长度(b) / 信道带宽(b/s)
     ② 传播时延:电磁波在信道中传输一定距离所需划分的时间。
    传播时间 = 信道长度(m) / 传输速率(m/s)
     ③ 处理时延:主机或路由器处理收到的分组所花费的时间。
     ④ 排队时延:分组在输入队列中等待处理的时间加上其在输出队列中等待转发的时间。
    综上:总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延。
    注:对于高速网络链路,提高的是发送速率而不是传播速率。

  • 时延带宽积:传播时延 * 带宽。表示链路的容量。

  • 往返时间RTT:从发送方发送数据开始,到发送发收到接收方的确认为止,所花费的时间。

  • 利用率:某信道有百分之几是被利用的(有数据通过)。而信道或网络利用率过高会产生非常大的时延。
    当前时延=空闲时时延/(1-利用率)

1.5 计算机网络的体系结构 P25

  1. 网络协议:简称协议,是为了进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。
  2. 网络协议的三要素
  • 语法:数据与控制信息的结构或格式
  • 语义:需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应
  • 同步:事件实现顺序的详细说明
  1. 体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合
  2. 五层协议的体系结构
  • 物理层:物理层的任务就是透明地传送比特流。(注意:传递信息的物理媒体,如双绞线、同轴电缆、光缆等,是在物理层的下面,当做第0 层。)物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。
  • 数据链路层:将网络层交下来的IP数据报组装成帧,在两个相邻结点间的链路上”透明“的传送以帧为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。在收到数据时,控制信息使收到端直到哪个帧从哪个比特开始和结束。
  • 网络层:选择合适的路由,使发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站,并交付给目的站的运输层。网络层将运输层产生的报文或用户数据报封装成分组(IP数据报)或包进行传送。
  • 运输层:向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端对端服务,使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。(TCP、UDP)
  • 应用层:直接为用户的应用进程提供服务(HTTP、FTP等)
  1. OSI体系结构:物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层
  2. TCP/IP体系结构:网络接口层、网际层IP、运输层、应用层
    图片来源网络

物理层

2.1 物理层下的传输媒体

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  1. 导向传输媒体
    1.1. 双绞线
    双绞线已成为局域网中的主流传输媒体
  • 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)
  • 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)

1.2. 同轴电缆

  • 细缆(适合短距离,安装容易,造价低)
  • 粗缆(适合较大局域网,布线距离长,可靠性好)

1.3. 光纤
光纤有很好的抗电磁干扰特性和很宽的频带,主要用在环形网中

  • 多模光纤(用发光二极管,便宜,定向性较差)
  • 单模光纤(注入激光二极管,定向性好)
  1. 非导向传输媒体
    微波、红外线、激光、卫星通信

2.2 关于信道的几个基本概念

  1. 通信方式
  • 单向通信(单工)
  • 双向交替通信(半双工)
  • 双向同时通信(全双工)
  1. 基带信号:来自信源的信号。 带通信号:经过载波条之后的信号。基本带通调制方法:调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)

2.3 信道复用技术

这部分掌握码分复用计算即可

  • 频分复用FDM (Frequency Division Multiplexing):所有用户在同样的时间占用不同的频率带宽资源。
  • 时分复用TDM(Time Division Multiplexing)则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM 帧)。
  • 统计时分复用 STDM(Statistic TDM)是改进的时分复用,明显地提高信道的利用率。
  • 波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing):光的频分复用
  • 码分复用 CDM (Code Division Multiplexing)常用的名词是码分多址 CDMA:有很强的抗干扰能力。

码分多址的计算靠一个例题就基本会了:
课后习题

数据链路层

数据链路层使用的信道主要有以下两种类型:

  • 点对点信道
  • 广播信道

3.1 使用点对点信道的数据链路层

  1. 链路 :从一个结点到相邻结点的一段物理线路

  2. 数据链路 :把实现这些协议的硬件和软件加载链路上
    现在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的功能。

  3. 三个基本问题:

  • 封装成帧
    就是在一段数据的前后分别添加首部(帧开始符SOH 01)和尾部(帧结束符EOT 04),然后就构成了一个帧。(数据部分<=长度限制MTU)首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。
    帧定界是分组交换的必然要求
  • 透明传输
    为了达到透明传输(即传输的数据部分不会因为包含SOH和EOT而出错),在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(十六进制1B)
    透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆
  • 差错检测
    现实通信链路中比特在传输中会产生差错,传输错误的比特占比称为误码率BER,为了保证可靠性,通常通过循环冗余检验CRC来做差错检测。
    差错检测防止无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源

CRC校验在计算机组成与结构中学过不做解释
会做课后习题7、8题即可

3.2点对点协议 PPP P70

  1. PPP协议的组成部分
  • 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法
  • 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)
  • 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)
  1. PPP协议的帧格式
    图片来源:blog.csdn.net/cainv89/article/details/50614218
    首部:
  • 首部中的标志字段F(Flag),规定为0x7E(符号0x表示它后面的字符是用十六进制表示的。十六进制的7E的二进制表示是01111110),标志字段表示一个帧的开始。
  • 首部中的地址字段A规定为0xFF(即11111111)。
  • 首部中的控制字段C规定为0x03(即00000011)。
  • 首部中的2字节的协议字段:
    (1)当协议字段为0x0021时,PPP帧的信息字段就是IP数据报。
    (2)当协议字段为0xC021时,PPP帧的信息字段就是PPP链路控制协议LCP的数据。
    (3)当协议字段为0x8021时,PPP帧的信息字段就是网络层的控制数据。

尾部:

  • 尾部中的第一个字段(2个字节)是使用CRC的帧检验序列FCS。
  • 尾部中的标志字段F(Flag),规定为0x7E(符号0x表示它后面的字符是用十六进制表示的。十六进制的7E的二进制表示是01111110),标志字段表示一个帧的结束。
  1. 透明传输的实现方法
    当信息字段中出现和标志字段一样的比特(0x7E)组合时,就必须采取一些措施使这种形式上和标志字段一样的比特组合不出现在信息字段中。
  • 字节填充——PPP使用异步传输
    当 PPP 用在异步传输时,就使用一种特殊的字符填充法:将每一个 0x7E字节变为(0x7D, 0x5E),0x7D转变成为(0x7D, 0x5D)。ASCII 码的控制字符(即数值小于 0x20 的字符),则在前面要加入0x7D,同时将该字符的编码加以改变。

  • 零比特填充——PPP使用同步传输
    只要发现有5个连续的1,则立即填入一个0
    图片来源:blog.csdn.net/cainv89/article/details/50614218

这部分考题很简单:见课后习题10

  1. PPP 协议的工作状态:
    链路静止-建立物理层-链路建立-pc发LCP-NCP分配IP地址-链路打开,网络层建立。(释放时倒过来)

3.3 使用广播信道的数据链路层 P76

广播信道是一种一对多的通信,局域网使用的就是广播信道

  1. 局域网的数据链路层(局域网的数据链路层被拆分为了两个子层)
  • 逻辑链路控制LLC子层:与传输媒体无关
  • 媒体接入控制MAC子层:和局域网都对LLC子层来说是透明的
  1. CSMA/CD 协议
    以太网采用CSMA/CD协议的方式来协调总线上各计算机的工作。在使用CSMA/CD协议的时候,一个站不可能同时进行发送和接收,因此使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行双向交替通信(半双工)。

CSMA/CD是载波监听多点接入/碰撞检测(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)的缩写,下面是CSMA/CD协议的要点:

  • **“多点接入”**就是计算机以多点接入(动态媒体接入控制)的方式连接在一根总线上。

  • **“载波监听”**就是”发送前先监听”,即每一个站在发送数据前先要检测一下总线是否有其他站在发送数据,如有则暂时不要发送数据,要等到信道为空闲。

  • **“碰撞检测”**就是“边发送边监听”,即适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时,就认为总线上至少有两个站同时在发送数据,表明产生了碰撞,就要立即停止发送,免得继续浪费网络资源,然后等待一段随机时间后再次发送。

    把总线上的单程端到端传播时延记为τ,A 发送数据后,最迟要经过2τ才能知道自己发送的数据和其他站发送的数据有没有发生碰撞。

3.4 以太网的MAC层

  1. MAC地址
    “MAC地址”又叫做硬件地址或物理地址,实际上就是适配器地址或适配器标识符EUI-48。高位24位:厂家,低位24位由厂家自行指派

  2. MAC帧的格式
    常用的以太网MAC帧格式有两种标准 : DIX Ethernet V2 标准IEEE 的 802.3 标准。V2使用较多,如图:
    图片来源:见水印blog.csdn.net/ftxc_blog/article/details/12811235
    以太网V2的MAC帧较为简单,有五个字段组成。
    前两个字段分别为6字长的目标地址和源地址字段。第三个字段是2字节的类型字段,用来标志上一层使用的是什么协议,以便把收到的MAC帧的数据上交给上一层的这个协议。后面数据字段46~1500字节,FCS字段4个字节。

3.5 扩展的以太网

  1. 在物理层扩展—集线器 P91
    现在,双绞线以太网成为以太网的主流类型,扩展主机和集线器之间的距离的一种简单方法就是使用光纤(通常是一对光纤)和一对光纤调制解调器。

光纤调制解调器的作用,是进行电信号和光信号的转换。

  1. 在数据链路层扩展—网桥(自学习算法)P94
    注:在数据链路层扩展以太网要使用网桥
    网桥工作在数据链路层,它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发或过滤。当网桥收到一个帧时,并不是向所有的接口转发这个帧,而是检查此帧的目的MAC地址,然后再确定将该帧转发到哪一个接口,或者是把它丢弃(即过滤)。

具体可以参考这篇博客:
http://blog.csdn.net/cainv89/article/details/50651489

  1. 虚拟局域网-交换机P98
    多接口网桥即交换式集线器常称为以太网交换机。利用以太网交换机可以很方便地 实现虚拟局域网,虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节的标识符,称为 VLAN 标记。

网络层

4.1 网际协议IP

网际协议IP是TCP/IP体系中两个最重要的协议之一,也是最重要的因特网标准协议之一。与IP协议配套是用的四个协议:
1.地址解析协议ARP:是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。
2.逆地址解析协议RARP:是解决同一个局域网上的主机或路由器的硬件地址和IP地址的映射问题。
3.网际控制报文协议ICMP:提供差错报告和询问报文,以提高IP数据交付成功的机会
4.网际组管理协议IGMP::用于探寻、转发本局域网内的组成员关系。

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4.1.1 虚拟互连网络

因为没有一种单一的网络能够适应所有的用户需求,所以网络互连也变得困难,所以需要一些中间设备:

  • 物理层中间设备:转发器(repeater)
  • 数据链路层中间设备:网桥或桥接器(bridge)
  • 网络层中间设备:路由器(router)
  • 网络层以上的中间设备:网关(gateway)

具体各层的设备说明可以看这篇博客“网络设备”部分:
http://blog.csdn.net/hushhw/article/details/78489470

4.1.2 分类的IP地址 P113

IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机(或路由器)分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符。由因特网名字与号码指派公司ICANN进行分配。

IP地址编制方法的三个阶段:

  • 分类的IP地址
  • 子网的划分
  • 构成超网

每一类地址都由 网络号 net-id和 主机号 host-id组成
主机号中全0表示网络地址,全1表示广播地址

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  • A类
  1. 由1字节的网络地址和3字节主机地址组成
  2. 网络地址的最高位必须是“0“,可指派的网络数为128-2,减2的原因是0.0.0.0对应“本网络”,另外一个是127.0.0.1是本地软件的回环地址,用于测试自己电脑IP地址是否可用。
  3. 地址范围1.0.0.0到126.255.255.255
  4. 最大主机数为2563-2=16777214台,减2的原因是全0的主机号字段代表该IP地址是"本主机“,全1表示”所有的“,表示该网络上的所有主机
  • B类
  1. 由2字节的网络地址和2字节主机地址组成
  2. 网络地址的最高位必须是“10”,可指派的网络数为 214 -1,因为最高位为10,所以不存在全0全1的情况,但是B类网络地址128.0.0.0是不指派的,可指派最小网络地址是128.1.0.0
  3. 地址范围128.0.0.0-191.255.255.255
  4. 最大主机数为2562-2=65534台,减2同样是全0全1情况。
  • C类
  1. 由3字节的网络地址和1字节主机地址组成
  2. 网络地址的最高位必须是“110”,可指派的网络数为221-1,192.0.0.0不指派,最小可指派网络地址是192.0.1.0
  3. 地址范围192.0.0.0-223.255.255.255
  4. 最大主机数为256-2=254台,减2同样是全0全1情况。
  • D类是多播地址,“lll0”开始

  • E类地址保留为今后使用,“llll0”开头

4.1.3 IP地址与硬件地址

硬件地址是数据链路层和物理层使用的地址
IP地址是网络层和以上各层使用的地址,是一种逻辑地址

IP地址放在IP数据报的首部,而硬件地址放在MAC帧的首部。当数据报放入数据链路层的MAC帧中后,整个IP数据报就成为MAC帧的数据,因而在数据链路层看不见数据报的IP地址。

4.1.4 地址解析协议ARP

ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。

每一个主机都设有一个ARP高速缓存(ARP cache),里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。
如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上,那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址,然后把分组发送给这个路由器,让这个路由器把分组转发给下一个网络。

4.1.5 IP数据报

  1. IP数据报格式
    一个IP数据报由首部(20 字节+可选字段)和数据两部分组成
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  2. 分组转发
    (1) 从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N。
    (2) 若网络 N 与此路由器直接相连,则把数据报直接交付目的主机 D;否则是间接交付,执行(3)。
    (3) 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由,则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器;否则,执行(4)。
    (4) 若路由表中有到达网络 N 的路由,则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器;否则,执行(5)。
    (5) 若路由表中有一个默认路由,则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器;否则,执行(6)
    (6) 报告转发分组出错。

4.2 划分子网 P128

  1. 两级IP地址缺陷:

  2. IP 地址空间的利用率有时很低。

  3. 给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。

  4. 两级的 IP 地址不够灵活

  5. 子网划分的基本思路:

  6. 划分子网纯属一个单位内部的事情,单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。

  7. 划分子网的方法是从主机号借用若干个位作为子网号。

  8. 路由器在收到IP数据报后,按目标网络号和子网号定位目标子网

  9. 子网掩码
    子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性

这里要会已知IP地址,子网掩码,求网络地址

4.3 构造超网(无分类编址CIDR)

  1. **CIDR(无分类域间路由选择)**的主要特点:
  • CIDR消除了传统的A、B、C类地址以及划分子网的概念,用网络前缀代替网络号和子网号,后面的部分指明主机。因此,CIDR使IP地址从三级编址(使用子网掩码),又回到了两级编址,但这已是无分类的两级编址。
  • CIDR把网络前缀相同的连续的IP地址组成一个”CIDR地址块”只要知道CIDR地址块中的任何一个地址,就可以知道这地址块的起始地址(即最小地址)和最大地址,以及地址块中的地址数。
  1. 地址掩码:是一连串的1和0组成,而1的个数救赎网络前缀长度。在斜线记法中。斜线后面的数字就是地址掩码中1的个数。

  2. 构成超网:由于一个CIDR地址块中含有很多地址,所以在路由表中就利用CIDR地址块来查找目标网络,这种地址的聚合常称为路由聚合,也称构成超网。

4.4 网际控制报文协议ICMP

为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会,在网际层使用了ICMP,ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。

  1. ICMP报文的种类
  • ICMP差错报告报文
  • ICMP询问报文
  1. ICMP 差错报告报文共有 5 种:
  • 终点不可达
  • 源点抑制(Source quench)
  • 时间超过
  • 参数问题
  • 改变路由(重定向)(Redirect)
  1. ICMP 询问报文有两种:
  • 回送请求和回答报文
  • 时间戳请求和回答报文

4.5 路由选择协议

  1. 两大类路由选择协议:
  • 内部网关协议 IGP:一个自治系统内部使用的路由选择协议。有多种协议,如 RIP 和OSPF 协议。
  • 外部网关协议EGP:一个自治系统的边界,将路由选择信息传递到另一个自治系统中。目前使用的就是BGP

RIP协议的优缺点:

  • RIP 存在的一个问题是当网络出现故障时,要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。
  • RIP 协议最大的优点就是实现简单,开销较小。
  • RIP 限制了网络的规模,它能使用的最大距离为 15(16 表示不可达)。
  • 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表,因而随着网络规模的扩大,开销也就增加。

书上例题P149 例4-5
更新路由表

RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议,其主要特点:
(1)仅和相邻路由器交换信息。
(3)按固定的时间间隔交换路由信息,例如,每隔30秒。

OSPF最主要的特征就是使用分布式的链路状态协议,其主要特点:
(1)使用洪泛法向本自治系统中所有路由器发送信息。
(2)发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态。
(3)只有当链路状态发生变化时,路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。

BGP是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议,它采用路径向量路由选择协议,其主要特点:
(2)自治系统AS之间的路由选择必须考虑有关策略。
(3)BGP只能力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由,而并非要寻找一条最佳路由。

运输层

5.1 运输层协议概述

  1. 运输层功能
  • 运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信(但网络层是为主机之间提供逻辑通信)
  • 运输层还要对收到的报文进行差错检测
  • 运输层需要有两种不同的运输协议,即面向连接的 TCP 和无连接的 UDP
  1. 运输层的两个主要协议
    TCP/IP 的运输层有两个不同的协议:
  • 用户数据报协议 UDP(User Datagram Protocol)
  • 传输控制协议 TCP(Transmission Control Protocol)

UDP 在传送数据之前不需要先建立连接。对方的运输层在收到 UDP 报文后,不需要给出任何确认。虽然 UDP 不提供可靠交付,但在某些情况下 UDP 是一种最有效的工作方式。

TCP 则提供面向连接的服务。TCP 不提供广播或多播服务。由于 TCP 要提供可靠的、面向连接的运输服务,因此不可避免地增加了许多的开销。这不仅使协议数据单元的首部增大很多,还要占用许多的处理机资源。

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  1. 运输层的端口
    TCP/IP的运输层的端口用一个 16 位端口号进行标志
    端口号只具备本地意义,即端口号只是为了标志本计算机应用层中的各进程。

客户发起通讯请求时,必须先知道对方服务器的IP地址和端口号,运输层的端口号分为下面三大类:

  • 熟知端口号,数值一般为 0~1023。
    一些常用的数值端口号:
    FTP 21
    LELNET 23
    SMTP 25
    DNS 53
    TFTP 69
    HTTP 80
    SNMP 161
    SNMP(trap) 162

  • 登记端口号,数值为1024~49151,为没有熟知端口号的应用程序使用的。

  • 客户端口号或短暂端口号,数值为49152~65535,留给客户进程选择暂时使用。

5.2 用户数据报协议 UDP

  1. UDP的主要特点:
  • UDP 是无连接的,即发送数据之前不需要建立连接。
  • UDP 使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付,同时也不使用拥塞控制
  • UDP 是面向报文的
  • UDP 没有拥塞控制,很适合多媒体通信的要求。
  • UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信
  • UDP 的首部开销小,只有 8 个字节

5.3 传输控制协议 TCP

  1. TCP的主要特点:
  • TCP 是面向连接的运输层协议
  • 每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint),每一条 TCP 连接只能是点对点的(一对一)
  • TCP 提供可靠交付的服务
  • TCP 提供全双工通信
  • 面向字节流

5.4 可靠运输的工作原理

PPP笔记

阅读数 605

3.2 点对点协议PPP

阅读数 187

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