计算机网络_介质访问子层_ppt(电子科大)
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杭州电子科技大学《计算机网络》物理层.ppt
频率低
随调制信 号的振幅 大小聚拢
或扩展
基带信号 载波信号
调幅信号 调频信号 调相信号
与载波相似 调制波增大， 调相波聚拢
调制波减小， 调相波扩展
信道的相关概念和信道的极限容量
• 调制和调制的方法 • 信道的极限容量
信道的极限容量
• 任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会 产生各种失真以及带来多种干扰。
➢ 数据传输方式选择（全双工、半双工与单工方式？）
数据传输
• 单向通信（单工） • 双向交替通信（半双工） • 双向同时通信（全双工）
单工
发送
单向通道
接收
(a)
发送
接收
半双工
接收
双向通道
发送
(b)
发送
接收
全双工
双向通道
接收
发送
(c)
物理层的主要任务及特性
• 物理层的主要任务 • 物理层的特征
物理层的特征
五层协议的体系结构
5 应用层 4 运输层 3 网络层 2 数据数据链链路路层层
1 物理层
• 应用层(application layer) • 运输层(transport layer) • 网络层(network layer) • 数据链路层(data link layer) • 物理层(physical layer)
此外，信道带宽B内的噪声功率N=n0B，n0是单边功率谱密度
lim
S
C
lim
S
B log2
1
S n0 B
物理传输媒体
主机 2 AP2 5
4
3
数据链 路层 物理层
物理层的主要任务
• 物理层向数据链路层提供的服务：
随调制信 号的振幅 大小聚拢
或扩展
基带信号 载波信号
调幅信号 调频信号 调相信号
与载波相似 调制波增大， 调相波聚拢
调制波减小， 调相波扩展
信道的相关概念和信道的极限容量
• 调制和调制的方法 • 信道的极限容量
信道的极限容量
• 任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会 产生各种失真以及带来多种干扰。
➢ 数据传输方式选择（全双工、半双工与单工方式？）
数据传输
• 单向通信（单工） • 双向交替通信（半双工） • 双向同时通信（全双工）
单工
发送
单向通道
接收
(a)
发送
接收
半双工
接收
双向通道
发送
(b)
发送
接收
全双工
双向通道
接收
发送
(c)
物理层的主要任务及特性
• 物理层的主要任务 • 物理层的特征
物理层的特征
五层协议的体系结构
5 应用层 4 运输层 3 网络层 2 数据数据链链路路层层
1 物理层
• 应用层(application layer) • 运输层(transport layer) • 网络层(network layer) • 数据链路层(data link layer) • 物理层(physical layer)
此外，信道带宽B内的噪声功率N=n0B，n0是单边功率谱密度
lim
S
C
lim
S
B log2
1
S n0 B
物理传输媒体
主机 2 AP2 5
4
3
数据链 路层 物理层
物理层的主要任务
• 物理层向数据链路层提供的服务：
2024版湖科大计算机网络
THANKS。
发展
计算机网络的发展经历了从20世纪60年代的ARPANET到如今的Internet的演变 过程，期间经历了分组交换网、TCP/IP协议、万维网等重要发展阶段。
计算机网络的组成与结构
组成
计算机网络主要由资源子网和通信子网两部分组成。资源子网包括各种计算机、终端、 外部设备、软件资源和信息资源等；通信子网则负责数据的传输、交换和通信控制。
06
网络安全与管理
网络安全的基本概念与威胁
01 02
网络安全的基本概念
网络安全是指通过技术手段和管理措施，保护计算机网络系统免受未经 授权的访问、攻击、破坏或篡改，确保网络系统的机密性、完整性和可 用性。
网络威胁的类型
网络威胁包括病毒、蠕虫、木马、恶意软件、钓鱼攻击、拒绝服务攻击、 漏洞利用等。
交换机
集线器
交换机是数据链路层设备，用于在局域网内 部实现数据帧的交换和转发。
集线器是物理层设备，用于将多个网络设备 连接在一起，实现设备间的通信。
网桥
网关
网桥是数据链路层设备，用于连接两个局域 网并实现数据帧的过滤和转发。
网关是网络层以上的设备，用于实现不同协 议之间的转换和通信。
网络互联的规划与实现
广域网的接入技术与方法
接入技术
广域网的接入技术主要有专线接入、拨号接入、宽带接入等。专线接入适用于对数据传输速率和稳定性要求较高 的场合；拨号接入则通过公用电话网实现远程连接；宽带接入则利用数字用户线路（DSL）、电缆调制解调器 （Cable Modem）等技术提供高速数据传输服务。
接入方法
广域网的接入方法包括局域网直接接入、通过代理服务器接入等。局域网直接接入是将局域网与广域网直接相连， 实现资源共享和数据传输；通过代理服务器接入则是在局域网和广域网之间设置代理服务器，实现数据的转发和 过滤。
中南大学计算机网络课件 计算机网络(第四章 介质访问子层)
载波侦听多路访问协议
载波侦听协议：网络站点侦听载波是否存在 （即有无传输）并相应动作的协议。 持续和非持续CSMA 有冲突检测的CSMA
持续和非持续CSMA
1-持续CSMA：当一个站点要传送数据时，它首先侦听信 道，看是否有其他站点正在传送。若信道忙，则持续等 待直到信道空闲，便将数据送出。若发生冲突，站点就 等待一个随机长的时间，然后重新开始。 此协议被称作1-持续CSMA。是因为站点一旦发现信道空 闲，其发送数据的概率为1。 传输延时对协议性能的影响：传输延时越长，冲突可能 性越大，系统性能也就越差。 即使传输延时为0，仍然有可能发生冲突。
几乎所有的局域网都以多路复用信道作 为通信的基础。 广域网通常采用点到点连接，卫星网除外。 因此， MAC子层在局域网尤其重要。
信道分配问题
在相互竞争的多个用户之间如何分配一个单 独的广播信道。 解决的方法：静态，动态 具体算法
局域网和城域网中信道的静态分配
传统的分配单个信道的方法：频分多路复用FDM。 应用场合：用户较少且数目固定，每个用户通信量都较大。 不适用场合：用户较多且数目经常变化，通信量具有突发 性特点。 FDM 最基本的缺陷是无通信量时分配给用户的频段被浪费 了，而不能被其它用户所用。 大多数计算机系统的数据流具有突发性，因此，多数信道 在大部分时间内都被闲置了。 采用时分复用TDM会产生同样的问题。
在 ALOHA系统中，各帧长度相同，能使系统取得 最大吞吐率。
A B C D E
在纯ALOHA中,完全任意地发送帧
ALOHA信道的效率？
计算机网络和Internet-电子科技大学
可靠、顺序、字节流传 输:
如同Hello, hello back 这样 的人类电话通信 建立“连接” ，在两个彼此 通信的端系统之间
丢失: 确认和重传
•
流量控制:
• TCP - Transmission
发送者不至于淹没接收 者 当网络拥塞时发送者降 低发送速率
Control Protocol
• 网络核心部分: 路由器 由网络构成的网络
• 接入网络和物理介质: 通信链路
1.2.1 端系统、客户和服务器:
• 端系统 (/主机):
运行网络应用程序 处在网络的边缘 传统主机/网络计算机和瘦客户
客户请求，并接收服务器提供 的服务 e.g. Web browser/server; email client/server 极少或不采用专门服务器 e.g. Gnutella, KaZaA
•
主机hosts或端系统endsystems：
数以亿计的计算设备互连
router server
workstation mobile
主机-PCs, workstations, servers 端系统-PDAs,phones, 家用 电器等
本地ISP
运行着各种网络应用程序
•
区域ISP
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
通信链路
双绞线,光纤, 无线电频谱, 卫 星 传输速率 = 带宽
人类活动的类比: • “what’s the time?” • “I have a question”
1.1.3 什么是协议?
Hi Hi
Got the time?
… 发送特定报文 … 当收到报文或发生 其他事件时，采取 特定的行动（响应）
计算机通信网第4章MAC子层
帧的接收与解析
接收方对数据帧进行 解析，提取出数据和 相关信息。
数据链路释放
通信结束后，释放数 据链路连接，回收相 关资源。
差错控制机制在数据链路层中应用
检错码
在数据帧中加入校验码，接收方通过校 验码检测数据传输过程中的错误。
流量控制
通过滑动窗口等机制控制发送方发送 数据的速率，避免接收方来不及处理
02
强制访问控制（ MAC）
基于安全策略和系统安全状态进 行访问控制，安全性高，但灵活 性和易用性相对较差。
03
基于角色的访问控 制（RBAC）
根据用户在组织中的角色分配访 问权限，适用于大型企业和组织 ，可简化权限管理。
访问控制策略制定原则和实施步骤
最小权限原则
只授予用户完成任务所需的最小权限，降低滥用风险。
静态分配
网络管理员手动为每一个网络 接口分配一个MAC地址，这种 方式适用于小型网络。
动态分配
通过网络管理协议（如DHCP ）动态分配MAC地址，这种方 式适用于大型网络。
地址解析协议（ARP）
在网络层使用IP地址进行通信 ，但在实际的数据传输过程中 ，需要使用MAC地址来定位目 标设备。ARP协议用于将32位 的IP地址转换为MAC地址。
其他MAC子层协议及标准
令牌环网（Token Ring ）
一种环形网络拓扑结构，采用令牌传递方式 实现访问控制，提供高速、可靠的数据传输 服务。
光纤分布式数据接口（FDDI ）
一种高速、高可靠性的光纤环形网络，采用令牌环 和定时令牌协议实现访问控制，适用于大型计算机 网络。
异步传输模式（ATM）
一种面向连接的、快速分组交换技术，提供 高速、低延迟的数据传输服务，适用于多媒 体通信和宽带网络应用。
计算机网络第3章 计算机网络体系结构
• 上层使用下层提供的服务——Service user； • 下层向上层提供服务——Service provider。
第n+1层是第n层的服务用户，第n-1层是第n层的服务 提供者 第n层的服务也依赖于第n-1层以及以下各层的服务
例：邮政通信
16
对等通信例：两个人收发信件
发信人 邮局 运输系统
17
对等层通信的实质
对等层实体之间实现的是 虚拟的逻辑通信； 下层向上层提供服务； 上层依赖下层提供的服务 来与其他主机上的对等层 通信； 实际通信在最底层完成。
18
源进程传送消息到 目标进程的过程：
• 消息送到源系统的 最高层； • 从最高层开始，自 上而下逐层封装； • 经物理线路传输到 目标系统； • 目标系统将收到的 信息自下而上逐层 处理并拆封； • 由最高层将消息提 交给目标进程。
6
分层的空中旅行组织: 服务
柜台-to-柜台：“旅客+行李” 票务服务 行李托运-to-行李认领：行李服务
登机入口-to-到达出口：旅客乘务服务
跑道-to-跑道：飞机“航运”服务 从出发地到目的地的航线：导航服务
7
层次功能的分布式实现
机票 (购买) 机票 (投诉) 行李 (认领) 旅客 (到达) 飞机 (着陆)
飞行航线
一系列的步骤
5
空中旅行的组织: 从另一种不同的角度观察
机票 (购买) 行李 (托运) 机票 (投诉) 行李 (认领) 旅客 (到达) 飞机 (着陆) 飞行航线 飞行航线 层次的观点： 每层实现一种特定的服务 – 通过自己内部的功能 – 依赖自己的下层提供的服务
旅客 (出发)
飞机 (起飞) 飞行航线
PDU由协议控制信息（协议头）和数据（SDU）组成:
第n+1层是第n层的服务用户，第n-1层是第n层的服务 提供者 第n层的服务也依赖于第n-1层以及以下各层的服务
例：邮政通信
16
对等通信例：两个人收发信件
发信人 邮局 运输系统
17
对等层通信的实质
对等层实体之间实现的是 虚拟的逻辑通信； 下层向上层提供服务； 上层依赖下层提供的服务 来与其他主机上的对等层 通信； 实际通信在最底层完成。
18
源进程传送消息到 目标进程的过程：
• 消息送到源系统的 最高层； • 从最高层开始，自 上而下逐层封装； • 经物理线路传输到 目标系统； • 目标系统将收到的 信息自下而上逐层 处理并拆封； • 由最高层将消息提 交给目标进程。
6
分层的空中旅行组织: 服务
柜台-to-柜台：“旅客+行李” 票务服务 行李托运-to-行李认领：行李服务
登机入口-to-到达出口：旅客乘务服务
跑道-to-跑道：飞机“航运”服务 从出发地到目的地的航线：导航服务
7
层次功能的分布式实现
机票 (购买) 机票 (投诉) 行李 (认领) 旅客 (到达) 飞机 (着陆)
飞行航线
一系列的步骤
5
空中旅行的组织: 从另一种不同的角度观察
机票 (购买) 行李 (托运) 机票 (投诉) 行李 (认领) 旅客 (到达) 飞机 (着陆) 飞行航线 飞行航线 层次的观点： 每层实现一种特定的服务 – 通过自己内部的功能 – 依赖自己的下层提供的服务
旅客 (出发)
飞机 (起飞) 飞行航线
PDU由协议控制信息（协议头）和数据（SDU）组成:
计算机网络(第5章)课件(7-111-44520-3)--第2版
滑动窗口协议讲的是发送窗口在接收窗口的控制下滑动，只有 接收窗口向前滑动，同时也向发送方发送了确认信息后，发送 窗口收到确认信息后，才会向前滑动
计算机网络
5.4 拥塞控制
• • • • • 5.4.1 拥塞控制概述 5.4.2 与拥塞控制有关的因素 5.4.3 流量控制与拥塞控制 5.4.4 拥塞控制原理 5.4.5 网络拥塞控制机制
TPDU与分组、帧的嵌套
• 运输服务原语用来描述运输用户如何访问运输服务 • 运输服务需要运输协议，即运输协议数据单元TPDU来实现
计算机网络
5.2 运输层协议的要素
• • • • 5.2.1 网络中的寻址 5.2.2 运输层的复用与分用 5.2.3 运输连接的建立与释放 5.2.4 运输协议实现的控制
第5章 运输层
机械工业出版社
ISBN 978-7-111-44520-3
计算机网络
本章学习内容及要求
• 了解
– 套接字的作用
• 熟悉
– 运输层复用与分解的基本概念 – 服务质量的基本概念
• 掌握
– 运输层协议基本功能的实现技术和方法 – 实现可靠数据传输的网络协议的设计与分析方法 – 用户数据报UDP、传输控制协议TCP的基本内容
计算机网络
面向连接的连接建立和释放状态图
计算机网络
5.2.4 运输协议实现的控制
• 连接控制与缓冲管理 • 连接控制涉及到收发双方的同步
–即接收方能够来得及接收到达的数据单元，能够区分 所接收的协议数据单元的边界
• 发送方和接收方都要有足够的缓冲区存放协议数 据单元
–网络协议要能够建立相应的缓冲区，分配和管理缓冲 区的大小，并在连接释放后立即释放所占用的缓冲区
–减少不必要的重传，这就是选择重传协议的基本思路
中科大计算机网络课件06
等。
ping、traceroute、netstat 等是常见的网络诊断工具， 可以帮助管理员定位网络故
障和性能问题。
用于对网络设备进行配置和 管理的工具，如Cisco的IOS
命令行界面、Juniper的 JUNOS操作系统等。
常见网络故障的诊断与排除方法
物理层故障 检查物理连接是否正常，如网线、接口等 使用测线仪检测网线是否通路
采用加密技术对敏感信息进行加密处 理，确保数据在传输和存储过程中的 机密性和完整性。
防火墙技术
通过配置防火墙规则，限制网络访问 和数据传输，防止未经授权的访问和 攻击。
网络安全的基本概念与防护措施
身份认证技术
通过身份认证技术验证用户身份 ，防止非法用户访问网络资源。
漏洞扫描与修复
定期对网络系统进行漏洞扫描和修 复，消除潜在的安全隐患。
协议（如TCP或UDP）来进行数据传输。
04
应用层与网络安全
应用层的基本概念与功能
应用层的基本概念
应用层是计算机网络体系结构中的最高层，负责为用户 提供各种网络服务和应用支持。它通过应用层协议来实 现不同设备间的通信和数据交换。
应用层的功能
应用层的主要功能包括以下几个方面
用户接口
应用层提供用户与网络应用间的接口，使得用户可以方 便地使用各种网络服务。
分类
根据网络覆盖的地理范围，可分为局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）。根据传输技术，可分 为广播式网络和点对点网络。
拓扑结构
计算机网络拓扑结构是指网络中各个站点相互连接的形式，在局域网中常见的主要有星型结构、环型结构、总线 型结构等几种。拓扑结构是建设计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络性能、系统可靠 性与通信费用都有重大影响。
ping、traceroute、netstat 等是常见的网络诊断工具， 可以帮助管理员定位网络故
障和性能问题。
用于对网络设备进行配置和 管理的工具，如Cisco的IOS
命令行界面、Juniper的 JUNOS操作系统等。
常见网络故障的诊断与排除方法
物理层故障 检查物理连接是否正常，如网线、接口等 使用测线仪检测网线是否通路
采用加密技术对敏感信息进行加密处 理，确保数据在传输和存储过程中的 机密性和完整性。
防火墙技术
通过配置防火墙规则，限制网络访问 和数据传输，防止未经授权的访问和 攻击。
网络安全的基本概念与防护措施
身份认证技术
通过身份认证技术验证用户身份 ，防止非法用户访问网络资源。
漏洞扫描与修复
定期对网络系统进行漏洞扫描和修 复，消除潜在的安全隐患。
协议（如TCP或UDP）来进行数据传输。
04
应用层与网络安全
应用层的基本概念与功能
应用层的基本概念
应用层是计算机网络体系结构中的最高层，负责为用户 提供各种网络服务和应用支持。它通过应用层协议来实 现不同设备间的通信和数据交换。
应用层的功能
应用层的主要功能包括以下几个方面
用户接口
应用层提供用户与网络应用间的接口，使得用户可以方 便地使用各种网络服务。
分类
根据网络覆盖的地理范围，可分为局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）。根据传输技术，可分 为广播式网络和点对点网络。
拓扑结构
计算机网络拓扑结构是指网络中各个站点相互连接的形式，在局域网中常见的主要有星型结构、环型结构、总线 型结构等几种。拓扑结构是建设计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络性能、系统可靠 性与通信费用都有重大影响。
第5章计算机网络3-PPT课件
MAC子层功能信道分配
MAC（Media Access Control，介质访问控制）是 一种控制使用通信介质的机制，它是数据链路层协议 的一部分。下图是MAC子层功能结构图。
介质访问子层的中心论题是相互竞争的用户之间 如何分配一个单独的广播信道。 1、静态分配：只要一个用户得到了信道就不会和 别的用户冲突。(用户数据流量具有突发性和间歇性) 2、动态分配：称为多路访问（Multiple Access） 或多点接入，指多个用户共用一条线路，而信道并 非是在用户通信时固定分配给用户，这样的系统又 称为竞争系统。动态分配方法又可以分为：随机访 问，典型ALOHA协议、CSMA协议 ；受控访问， 典型令牌网竞争系统和集中控制的多点线路轮询
无线局域网技术
局域网的特点
特点：地理分布范围较小；误码率低，一般在 10-11-10-8以下；以PC机为主体，数据传输速率高， 一般为0.1-100Mbps。 类别： 普遍应用的局部区域网LAN 采用电路交换技术的局域网，称计算机交换机CBX （Computer Branch eXchange）或专门小交换 机 PBX（Private Branch eXchange） 新发展的高速局域网 HSLN（High Speed Local Network） 常用的拓扑结构：总线型、环型、星型
计算机网络
第5章 介质的特点 局域网体系结构 IEEE802.3标准及以太网 IEEE802.5标准——令牌环 IEEE802.4标准——令牌总 线 三种局域网的比较
IEEE802.6标准 --DQDB
光纤分布数据接口FDDI 高速局域网技术
虚拟局域网VLAN
5个关键假设
站模型：站独立，以恒定速率产生帧，每个站 只有一个程序 单信道假设 冲突假设：两个帧同时传送，就会冲突，所有 站点能检测到，冲突帧需重发 发送时间：连续任意时刻可发送；分槽时间 载波检测：有载波检测；无载波检测
《计算机网络应用教程 》课件第5章
图5.3 T568A与T568B标准引脚连线顺序图
从图5.3中可以看出，无论是T568A还是T568B标准，双 绞线的八根线芯都是按照花线与纯色线相互交替的顺序进行 排列的。在电信号上，花线代表正(positive)，纯色线代表负 (negative)。仔细观察图5.3可以看出T568A与T568B标准大体 相似，唯一的区别是将橙线对与绿线对进行了调换。对于10 Base-T标准而言，四对八芯双绞线中的橙线对(包括橙线和白 橙线)负责数据的发送，绿线对(包括绿线和白绿线)负责数据 的接收。双绞线中另外两对(蓝线对和棕线对)线缆是为将来 实现更高的带宽预留的，在10 Base-T中没有用到。
10 Base-5组网使用的主要硬件设备包括：粗同轴电缆、 带有AUI接口的以太网卡、中继器、收发器以及终结器等。
无论是采用细缆的10 Base-2标准，还是采用粗缆的10 Base-5标准，它们均为总线型拓扑结构，即在一根线缆上接 多个结点，这种拓扑结构适用于计算机结点比较密集的应用 环境。这种结构的缺点是：当一个触点发生故障时，故障会 串联影响到整根线缆上的所有结点，故障的诊断与修复都比
(细缆)
(粗缆)
(双绞线)
(光纤和MAC子层的关系
表5.1 常见以太网标准
标准名称 实验性以太网
Ethernet Ⅱ IEEE 802.3
IEEE 802.3a
IEEE 802.3i IEEE 802.3j IEEE 802.3u
IEEE 802.3y
绞线的四对八芯的结构如图5.2所示。
引脚序号
四对八芯
(a) RJ-45接头
(b) 双绞线
图5.2 RJ-45接头和双绞线
事实上，10 Base-T只用到三类线或五类线所提供的四对 八根线中的两对四根，即引脚序号为1和2以及引脚序号为3 和6的两对线。