计算机网络(第七版)谢希仁著-考试知识点整理-(2).doc
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1、计算机网络整理资料第1章 概述1、 计算机网络的两大功能:连通性和共享;2、 计算机网络(简称为网络)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。3、 互联网基础结构发展的三个阶段:从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。建成了三级结构的因特网。逐渐形成了多层次 ISP(Internet service provider) 结构的因特网。4、 制定互联网的正式标准要经过以下三个阶段: 互联网草案(Internet Draft)建议标准(Proposed Standard)互联网标准(Internet Standard)
2、5、 互联网的组成: 边缘部分:由所有连接在互联网上的主机组成,这部分是用户直接使用的。处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机,这些主机又称为端系统(end system)。(是进程之间的通信)两类通信方式: 客户服务器方式:这种方式在互联网上是最常见的,也是最传统的方式。客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程(软件)。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服务。客户程序:一对多,必须知道服务器程序的地址;不需要特殊硬件和很复杂的操作系统。服务器程序:可同时处理多个远地或本地客户的请求(被动
3、等待);一般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持 对等连接方式(p2p):平等的、对等连接通信。既是客户端又是服务端; 核心部分:由大量网络和连接在这些网络上的路由器组成,这部分是为边缘部分提供服务的(提供连通性和交换)(主要由路由器和网络组成);核心中的核心:路由器(路由器是实现分组交换的关键构建,其任务是转发收到的分组)交换按照某种方式动态地分配传输线路的资源: 电路交换: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。电路交换的一个重要特点就是在通话的全部时间内,通话的两个用户始终占用端到端的通信资源; 报文交换:基于存储转发原理(时延
4、较长); 分组交换:分组交换采用存储转发技术。在发送报文(message)之前,先把较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段,在每一个数据段前面,加上一些由必要的控制信息组成的首部(包头header)后,就构成了一个分组(包packet);分组是在互联网中传送的数据单元。路由器处理分组过程:缓存查找转发表找到合适接口转发出去。优点:高效(逐段占用链路,动态分配带宽),灵活(独立选择转发路由),迅速(不建立连接就能发送分组),可靠(保证可靠性的网络协议;分布式多路由的分组交换网)问题:存储转发时会造成一定的时延;无法确保通信时端到端所需的带宽。报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽;6、 计算
5、机网络的分类:按作用范围:WAN(广),MAN(城),LAN(局),PAN(个人区域网);按使用者:公用网,专用网;7、 计算机网络的性能1) 速率(比特每秒bit/s):比特(bit):信息论中信息量的单位;网络技术中速率指的是数据的传送速率也称为数据率或比特率。2) 带宽(两种不同的意义):频域称谓,指信号具有的频带宽度,单位赫兹Hz 时域称谓,表示在单位时间内网络中某信道所能通过的“最高数据率”,单位比特每秒(bit/s);两者本质一样,一条通信链路的“带宽”越宽,传输的“最高数据率”自然越高。3) 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。受网络的带宽或网络的额定速率
6、的限制。 4) 时延:时延是指数据(一个报文或分组,甚至是比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间,有时也成为延迟或迟延。l 发送时延(传输时延):主机或路由器发送数据帧所需要的时间。 l 传播时延:电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。l 处理时延:主机或路由器在收到分组时需要花费一定的时间进行处理。 l 排队时延:结点缓存队列中分组排队所经历的时延。(取决于网络当时的通信量);数据在网络中经历的总时延就是以上四种时延之和。n 注:对于高速网络,提高的仅仅是数据的发送速率不是比特在链路上的传播速率。5) 时延带宽积:时延带宽积(体积)=传播时延(长)X带宽(截面积),以比特为
7、单位的链路长度。6) 往返时间(RTT):简单来说,就是两倍传播时延(实际上还包括处理时延,排队时延,转发时的发送时延);7) 利用率:信道利用率网络利用率(全网络的信道利用率的加权平均值)。,D0表示网络空闲时的时延,U为利用率,D表示网络当前的时延;可见信道利用率并不是越高越好,当某信道的利用率增大时,该信道引起的时延也就迅速增大。减少方法:增大线路的带宽。8、 计算机网络的非特征性能:费用,质量,标准化,可靠性,可扩展性和可升级性,易于管理和维护。9、 计算机网络体系结构OSI/RM开放系统互连参考模型(法律上的国际标准);简称OSI。TCP/IP事实上的国际标准;协议为进行网络中的数据
8、交换而建立的规则、标准或约定。 三要素:语法(结构和格式),语义(动作),同步(顺序);分层的好处:各层之间是独立的;灵活性好;结构上可分割开;易实现和维护;能促进标准化工作。 五层体系结构:l 应用层:通过应用进程(正在运行的程序)间的交互来完成特定网络应用。(如DNS,HTTP,SMTP,FTP)l 运输层:负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务;(复用和分用)。运输层主要使用以下两种协议:1、传输控制协议TCP:提供面向连接的、可靠的数据传输服务,其数据传输单位是报文段。2、用户数据报协议UDP:提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务(不保证可靠性),其数据传输单位是用户数
9、据报。l 网络层:负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务(在TCP/IP体系中,分组也叫IP数据报)。l 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(主机和路由器之间或路由器之间)间的链路上传送帧;每一帧包括数据和必要的控制信息。l 物理层:透明地传送比特流(双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等不在物理层)。10、实体、协议、服务和服务访问点实体任何可发送或接受信息的硬件或软件进程;协议控制两个对等实体(或多个实体)进行通信的规则的集合;(水平的)在协议的控制下,两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务(垂直的)。要实现本层协议,还需要使用下面一层所提供的服务。 同
10、一系统相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方,称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。 下面的协议对上面的服务用户是透明的。IP over everything everything over IP (p36)第2章 物理层1、 基本概念机械特性(接口);电气特性(电压范围);功能特性(电压的意义);过程特性(顺序)2、 数据通信系统一个数据通信系统可划分为三大部分,即源系统(发送端、发送方)传输系统(传输网络)目的系统(接收端、接收方)。常用术语:l 数据(data)运送消息的实体。l 信号(signal)数据的电气的或电磁的表现。 l 模拟信号,或连续信号
11、(analogous)代表消息的参数的取值是连续的。 l 数字信号,或离散信号(digital)代表消息的参数的取值是离散的。 l 码元(code)代表不同离散数值的基本波形。3、 信道的基本概念 信道:用来表示向某一个方向传送信息的媒体;可以有以下三种基本方式。单向通信(单工通信)只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。(广播)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)。这种通信方式是一方发送另一方接收,过一段时间后,可以再反过来。 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。 l 基带信号来自信源的信号,为使信道能够传输低
12、频分量和直流分量,必须进行调制基带调制(仅对波形进行变换);带通调制(使用载波调制)。最基本的带通调制方法:调幅(AM);调频(FM);调相(PM);为了达到更高的信息传输速率,必须采用技术上更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法,例如正交振幅调制4、 信道的极限容量两因素:l 信道能够通过的频率范围(码间串扰)加宽频带;l 信噪比信号的平均功率和噪声的平均功率之比;常记为S/N,并用分贝(dB)作为度量单位即:信噪比(dB)= 10 log10(S/N)(dB)l 香浓公式:信道的极限信息传输速率C = W log2(1+S/N)(bit/s) ;式中W为信道的带宽(单位Hz),S为信道内所
13、传信号的平均功率,N为信道内部的高斯噪声功率。香浓公式表明: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。只要信息传输速率低于信道的极限传输速率,就一定存在某种方法实现无差错传输。其他提高信息传输速率的办法:让每个码元携带更多比特的信息量。5、 传输媒体6、 信道复用技术l 频分复用(FDM):所有用户在同样的时间占用不同的资源;l 时分复用(TDM)(同步时分复用):所有用户在不同的时间用同样的频带宽度;(更有利于数字信号的传输);以上两种复用方法的优点是技术比较成熟,缺点是不够灵活。l 统计时分复用(STDM)(异步时分复用):动态分配时隙;集中器常使用统计时分复用l 波分复用
14、:光的频分复用;l 码分复用(码分多址CDMA):各用户使用不同的码型,因此各用户之间不会造成干扰。每个站分配的码片序列不仅必须各不相同,并且还必须互相正交(orthogonal)(相乘为0,0写为-1,1写为+1)。在实用的系统中是使用伪随机码序列。 任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1 ;任何一个码片向量和该码片反码的向量自己的规格化内积都是-1 ;任何一个码片向量和其他码片向量的规格化内积都是0;7、 宽带接入技术l ADSL(非对称数字用户线)技术用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造把 04 kHz 低端频谱留给传统电话使用,而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使
15、用。上行和下行带宽不对称;ADSL的极限传输距离取决于数据率和用户线的线径(用户线越细,信号传输时的衰减就越大);离散多音调 DMT 频分复用;ADSL不能保证固定的数据率基于ADSL的接入网由以下三部分组成:数字用户线接入复用器(DSLAM)、用户线和用户家中的一些设施;l 光纤同轴混合网(HFC网)l FTTx技术:光纤到户FTTH8、假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为20000码元/秒。如果采用振幅调制,把码元的振幅划分为16个不同等级来传送,那么可以获得多高的数据率(b/s)?答:C=R*Log2(16)=20000b/s*4=80000b/s9、共有4个站进行CDMA通信。4个
16、站的码片序列为A:(11111111) B:(11111111)C:(11111111) D:(11111111)现收到这样的码片序列S:(11311311)。问哪个站发送数据了?发送数据的站发送的是0还是1?解:SA=(11311311)8=1, A发送1SB=(11311311)8=1, B发送0SC=(11311311)8=0, C无发送SD=(11311311)8=1, D发送1第3章 数据链路层(计算题:1 CRC;2征用期、最短帧长与时延)1、两种信道:点对点信道。 广播信道。2、链路:从一个结点到相邻结点的一段物理线程(有线或无线),中间没有任何交换节点。3、数据链路:当需要在一
17、条线路上传送数据时,除了必须有一条物理线路外,还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输,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。最常用网络适配器。4、帧协议数据单元。5、三个基本问题:l 封装成帧在一段数据的前后分别添加首部和尾部进行帧定界(确定帧的界限)。SOH:帧首部,16进制编码是01,二进制是00000001EOT:帧尾部,16进制编码是04,二进制是00000100l 透明传输解决透明传输问题具体方法:字节填充(或字符填充),发送端的数据链路层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(16进制编码是1B,二进制是00011011).l 差错
18、检测比特在传输过程中可能会产生差错(比特差错);传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率(BER)。循环冗余检验CRC:CRC运算就是在数据M的后面添加供差错检测用的n位冗余码。n位冗余码得出方法:用二进制的模2运算进行2n乘M(待传送的数据)的运算,这相当于在M后面添加n个0。得到的(k+n)位的数除以事先商定的长度为(n+1)位的除数P,得到的余数(比除数少一位)作为冗余码,数据加上冗余码在除以除数P,得到的余数为0即为无差错。凡是接收端数据链路层接受的帧均无差错(无比特差错)要做到“可靠传输”(即发送什么就收到什么)就必须再加上帧编号、确认和重传机制。(提高通信效率)传输差错:帧丢
19、失、帧重复、帧失序6、 点对点协议PPP目前使用得最广泛的数据链路层协议l 特点:简单(这是首要的要求);封装成帧 (帧界定符);透明性;多种网络层协议(PPP协议必须能在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议,如IP、IPX) ;多种类型链路(串行的、并行的,同步的、异步的,高速的、低速的,电的、光的,动态的、静态的) ;差错检测(立即丢弃有差错的帧);检测连接状态(短时间自动检测);最大传送单元(MTU是数据链路层的帧可以载荷的数据部分的最大长度);网络层地址协商;数据压缩协商(不要求标准化) 。l 不需要/支持的功能:纠错(不可靠传输) ;流量控制(由TCP负责) ;序号(不是可靠传输,
20、在无线时可用) ;多点线路(不支持一主对多从) ;半双工或单工链路(只支持全双工) 。l 组成三个部分:1、一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。2、链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。(用来建立、配置和测试数据链路连接)3、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 l 帧格式PPP帧的格式标志字段F(Flag)规定为0x7E(0x表示后面的字符是用十六进制表示的) 7E(01111110)地址字段A规定为0xFF (11111111)控制字段C规定为0x03(00000011)字节填
21、充转义字符(0x7D);零比特填充5个1后加0;l 建立过程(设备之间无链路)物理链路LCP链路已鉴别的LCP链路(口令鉴别协议PAP/口令握手鉴别协议CHAP)NCP链路(IP控制协议IPCP)7、 局域网数据链路层l 局域网的特点:网络为一个单位所拥有,且地理范围和站点范围均有限。优点:具有广播功能,便于系统的扩展和逐渐演变,提高了系统的可靠、可用、生存性。l 局域网的拓扑:星形网,环形网,总线网。l 共享信道: 静态划分信道 (频分复用 时分复用 波分复用 码分复用) 动态媒体接入控制又称多点接入(随机接入;受控接入,如多点线路探询(polling)/轮询) l 以太网的两个标准DIX
22、Ethernet V2和IEEE 802.3l 适配器的作用: 进行串行/并行转换。 对数据进行缓存。 在计算机的操作系统安装设备驱动程序。 实现以太网协议。 l CSMA/CD(载波监听多点接入/碰撞检测)协议为了通信简便,以太网采用了以下两个措施: 用较为灵活的无连接的工作方式(不进行编号,不要求对方发回确认); 曼切斯特编码(一分为二);多点接入总线型网络;载波监听(检测信道)不管在发送前还是发送中,每个站都必须不停地检测信道;碰撞检测(冲突检测)边发送边监听。每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内,存在着遭遇碰撞的可能性(发送的不确定性)半双工通信争用期(碰撞窗口)经过征用期这段时间
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