计算机网络精编教程-原理与实践 课件 第1、2章 概述、直连网络

第1章概述第1章前

言

主要内容：（1）主机、时延等基本术语：计算机网络概述中较为重要的概念。（2）直连网络、网络互连：理解互联网的基础。（3）通信基础知识：理解计算机所产生的比特如何经传输媒体进行传输，奈氏准则和香农定理给出了信道的极限速率。（4）计算机网络体系结构：分层、协议、对等层以及服务。1.1

计算机网络简介1.2

计算机网络的性能指标1.3计算机网络体系结构1.4

互联网的发展概述1.1.3互联网边缘部分1.1.4

互联网核心部分1.1.1计算机网络的定义1.1.2计算机网络的分类1.1计算机网络的简介计算机和网络已经成为当今信息时代的核心，已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。万物联网人人用网“网络”是一个统称，泛指把人或物互连在一起而形成的系统。网络大众熟悉的三大类网络有线电视网络电信网络计算机网络提供电话、电报及传真等服务。向用户传送各种电视节目。使用户能在计算机之间传送数据文件。发展最快的并起到核心作用是计算机网络。“三网融合”有线电视网络电信网络计算机网络主机端的网络1.1.1计算机网络的定义计算机网络是由通用可编程的硬件来构建，能够传输各种不同类型的数据以支持广泛的、不断增长的新应用，并且不会为某一特定的应用进行任何优化。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。多种应用包括：计算机，智能手机，智能传感器等。包括：数据、语音、视频，以及今后可能出现的各种应用。重要的两点多种硬件包括：直接相连、间接相连。多连接1.1.2计算机网络的分类在计算机网络中主要分为两大类：直连网络：最简单的网络，所有主机通过传输媒体直接相连，不需要经过转发设备互联网络：较为复杂的网络，所有主机通常需要扩展，需要经过转发设备，可以将较小的网络连成较大的网络的网络。

1、直连网络注意：区分广域网和局域网按组建与管理方式按技术与标准不同2、基于交换设备互连的网络扩展直连网络局域网络常常需要进行必要的扩展，用以增大网络的覆盖范围，使更多的主机能够接入网络网络互连为了实现更远距离的信息共享，我们需要将各种网络互连起来，是小规模的网络连成大的网络。计算机网络的分类互联网的核心部分互联网的边缘部分主机路由器网络

互联网的组成

互联网的组成

互联网的组成互联网的核心部分互联网的边缘部分主机

互联网的边缘部分端系统手机IP摄像头大型或超级计算机

互联网的边缘部分端系统之间通信的含义“主机A和主机B进行通信”实际上是指：“运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信”。即“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”。简称为“计算机之间通信”。端系统之间通信的含义1.1.3互联网边缘部分对等连接（Peer-to-Peer，P2P）客户/服务器模式（Client/Server，C/S）客户

(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户

服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。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-服务器方式客户软件的特点被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。服务器软件的特点一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。对等连接(peer-to-peer，简写为P2P

)是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。只要两个主机都运行了对等连接软件(P2P软件)，它们就可以进行平等的、对等连接通信。双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。对等连接方式对等连接方式的特点对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。例如主机C请求D的服务时，C是客户，D是服务器。但如果C又同时向F提供服务，那么C又同时起着服务器的作用。对等连接工作方式可支持大量对等用户（如上百万个）同时工作。1.1.4互联网核心部分互联网的核心部分的主要功能是提供网络间的连通性，该部分的三层转发设备（路由器）的主要功能是把消息（在互联网中称为“IP分组”或“IP数据报”）从一个网络转发至另一个网络，其转发方式主要分为虚电路和分组交换。互联网的边缘部分路由器网络互联网的核心部分网络在网络核心部分起特殊作用的是路由器

路由器是实现分组交换

(packetswitching)的关键构件分组转发是网络核心部分最重要的功能。互联网的核心部分典型交换技术包括：虚电路方式分组转发互联网的核心部分采用了分组转发技术。互联网的核心部分1964年美国兰德公司科学家保罗·巴兰(P.Baran)提出了存储转发概念分组交换理论与技术主要创始人雷纳德·克兰罗克博士(L.Kleinrock)1966年英国学者唐纳德·戴维斯(D.Davies)提出了分组的概念1.虚电路方式虚电路是面向连接的，网络边缘的源主机与目的主机在发送或接收数据之前，在网络核心中必须建立一条虚电路。虚电路可以是由网络管理员手动配置建立的“永久虚电路”，虚电路的最大特点是主机随时可以动态建立或删除。虚电路1.虚电路的主要特点（1）虚电路中的转发结点可以为分组传输预留资源，分组沿着虚电路传输，不会出现失序的情况。（2）分组不需要携带目的主机的地址等信息，该信息仅在建立虚电路时使用一次，因此分组传输的开销比较小。（3）源主机与目的主机间分组传输的可靠性由网络核心部分保证。（4）通过SVC来传送分组，源主机在发送分组之前至少需要消耗一个RTT来建立SVC。（5）虚电路中的某个结点或链路发生故障，可能导致多条虚电路失效，这些虚电路全部需要重新建立，并且还需要撤消发生故障的虚电路以释放预留的资源，这种情况对于实时的网络应用等十分不利。采用基于存储转发的分组交换技术以保障核心部分的健壮性：当网络核心中的部分转发结点或链路出现故障时，能够迅速找到其他的替代的路径以维持源主机与目的主机之间的通信。1983年，ARPANet将原来使用的NCP协议转换成了TCP/IP协议，成为Internet（互联网）诞生的标志。2.分组转发分组交换H3H2H4H12.分组交换网络的主要特点（1）源主机在发送IP分组之前，事先不需要与目的主机建立连接。（2）源主机随时发送IP分组，网络中的三层路由器立即转发收到的IP分组。（3）源主机发送IP分组后，无法确定网络是否能够继续转发该IP分组，也无法确定目标主机是否能够正确接收该IP分组。（4）去往同一目的主机的IP分组在网络中经过独立的路由器进行路由，所以每个IP分组到达目的主机的路径可能是不同的。因此，IP分组可能会以无序的方式到达目的主机。（5）每个IP分组必须携带目的主机地址的信息，这会增加了一定的开销。（6）在分组交换网络中，源主机和目的主机之间需要有多条冗余路径。如果网络中的某个路由器或链路出现故障，路由器将寻找替代路径来转发IP分组，并更新其路由表。（7）数据可能会丢失，不可靠。1.2.1

速率

1.2.2

带宽1.2.3

时延（delay）1.2.4

吞吐量1.2.5

丢包率1.2计算机网络的性能指标1.速率比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。比特（bit）来源于binarydigit，一个比特就是二进制数字中的一个1或0。速率是计算机网络中最重要的一个性能指标，指的是主机发送数据的速率，它也称为数据率(datarate)或比特率(bitrate)。速率的单位是bit/s，或kbit/s、Mbit/s、Gbit/s等。

例如4

1010bit/s的数据率就记为40Gbit/s。物理传输媒体中的信道有数据传输能力上限。2.带宽两种不同意义：“带宽”(bandwidth)本来是指信道允许通过的信号的频率范围，其单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等），如传统电话线信道标准带宽是3.1kHZ。在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力。表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位是bit/s，即

“比特每秒”。数字信号流随时间的变化在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。每秒106个比特时间1010111s带宽为1Mbit/s时间每秒4106个比特0.25s带宽为4Mbit/s奈式准则传输媒体带宽越高，媒体信道支持的最高数据率也越高码元：在信道中传输的某种波形，该波形可以表示比特或若干比特的组合假定的理想低通条件（⽆噪声、带宽受限）下，为了避免码间串扰：码元的传输速率的上限值=

2W

Baud（波特）V进制码元情况下：理想低通信道下的极限数据传输率=2Wlog2v(b/s)W

是信道的带宽，单位是

Hz不同进制码元表示bit组合的情况11101100110010101001100010-1电压001111100110010101001100电压3210不同进制码元表示bit组合的情况111011010110000101001100电压76543210不同进制码元表示bit组合的情况奈式准则信道的带宽是400Hz，则该信道的最高码元传输速率是800Baud，如果每个码元仅能够表示比特1或0（两种波形），则该信道最高数据率是800b/s。例1-1：在无噪声的情况下，某通信信道的带宽是4kHz，离散电平数目是16，求该通信信道的最高数据率？香农定理事实上，信道不可能没有噪声。1984年，香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的、无差错的最高数据率：

W是信道的带宽（以Hz为单位）；S是信道内传输信号的平均功率；N是信道内部的高斯噪声功率。信噪比噪声存在于所有的电⼦设备和通信信道中：噪声是随机产⽣的，它的瞬时值有时会很⼤。因此噪声会使接收端对码元的判决产⽣错误；但噪声的影响是相对的。如果信号相对较强，那么噪声的影响就相对较⼩；信噪⽐就是信号的平均功率和噪声的平均功率之⽐，⽤分贝

(dB)

作为度量单位。即：信噪比（dB）

=10

×

log10(S/N)(dB)例如，当

S/N

=

10

时，信噪⽐为

10

dB；⽽当

S/N

=

1000时，信噪⽐为

30

dB。例如，当

S/N

=

10

时，信噪⽐为

10

dB；⽽当

S/N

=

1000时，信噪⽐为

30

dB。例如，当

S/N

=

10

时，信噪⽐为

10

dB；⽽当

S/N

=

1000时，信噪⽐为

30

dB。香农定理信道的带宽或信道中的信噪⽐越⼤，则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信息传输速率，就⼀定可以找到某种办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，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的极限传输速率低不少。例1-2：假设某信道带宽是3kHz，该信道的信噪比是30dB，则信道的最高数据率是多少？•对于频带宽度已确定的信道，如果信噪⽐不能再提⾼了，并且码元传输速率也达到了上限值，那么还有办法提⾼信息的传输速率吗？⽤编码的⽅法让每⼀个码元携带更多⽐特的信息量。奈⽒准则与⾹农定理的意义不同奈⽒准则：不断探索更加先进的编码技术，使每⼀个码元携带更多⽐特的信息量；⾹农公式：在有噪声的信道上，任何编码技术，不能突破⾹农定理给出的信息传输速率速率、最高数据率速率：主机网络接口向信道“注入”（或送出、发送）比特的速率。带宽（最高数据率）：信道极限传输比特的能力，可理解为向该信道“注入”比特速率的极限值，两者的单位都是b/s。奈氏准则和香农定理给出的是信道的极限传输速率，即信道的最高数据率。例如，某信道的最高数据率是1000Mb/s，则与之相连的网络接口卡向该信道发送比特的速率不能超过1000Mb/s。时延(delay或latency)：指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。网络中的时延由以下几个不同的部分组成：发送时延传播时延处理时延排队时延时延发送时延也称为传输时延。发送数据时，数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间。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。发送时延=数据帧长度（bit）发送速率（bit/s）时延时延传播时延电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。发送时延与传播时延有本质上的不同。信号发送速率和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。传播时延=

信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）时延时延处理时延主机或路由器在收到分组时，为处理分组（例如分析首部、提取数据、差错检验或查找路由）所花费的时间。排队时延分组在路由器输入输出队列中排队等待处理所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。时延时延数据在网络中经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和。总时延=发送时延

+传播时延

+处理时延

+排队时延必须指出，在总时延中，究竟是哪一种时延占主导地位，必须具体分析。时延时延四种时延所产生的地方处理延时传播延时排队延时发送延时R1R2容易产生的错误概念对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。提高链路带宽减小了数据的发送时延。

以下说法是错误的：“在高速链路（或高带宽链路）上，比特会传送得更快些”。端到端时延端到端往返时延4.吞吐量吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

5.丢包率丢包率也称为分组丢弃率（packetlossrate），即在吞吐量范围内，网络丢失分组数量占注入到网络中分组数量的比率（分组都是由网络中的路由器丢弃的）。如果网络的丢包率太高，则会出现网络上的主机可能不能访问的或访问速度很慢的情况。与侦测网络吞吐量类似，网络管理员常常需要侦测路由器的丢包情况。

1.3计算机网络体系结构1.3.1 分层的体系结构1.3.2

协议与分层1.3.3

TCP/IP体系结构1.3.1分层的体系结构公司A和公司B的两位经理，需要洽谈一笔货物的买卖合同，经理A仅懂法语，而经理B仅懂西班牙语。那么两位公司的负责人要进行谈合同，那么应该怎么样进行沟通呢？告知需求起草合同翻译合同上交合同翻译合同上交合同那么经理B在收到经理A的需求后，如何告知经理A自己的意见呢？修改意见修订合同翻译合同上交合同翻译合同上交合同在上述例子中石油合同问题被分为四个对等层次（人员）来解决，每个对等层次在他们之间协商的规则约束下，解决石油合同谈判过程中一小部分问题：下层向上层提供服务；上层使用下层提供的服务；上层只能看见下层的服务，而不需要知道下层使用什么规则来提供服务；本层使用何种规则来实现本层的功能，不会影响上、下层的功能。在对等翻译间采用何种语言作为中间语言，是两个翻译之间使用的规则，这些规则不会影响上层助理的工作，也不会影响下层文员的工作，即每层实现功能的方式具有独立性。我们把这种分层及对等层使用的规则的集合，称为分层体系结构。分层是将大而复杂的问题分割成较小的、易于解决的局部问题。注意，对等层之间必须使用相同的协议。

分层体系结构1.3.2协议与分层计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。这些规则明确规定了通信主机双方的对等层间交换数据的格式和传输规则。网络协议(networkprotocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。1）协议的定义网络协议的三个组成要素语法：对等层间交换信息的格式，即某种数据结构，这种结构可以是交换数据的结构，也可以是交换控制信息的结构。语义：对等层间交换信息格式的具体含义，这些含义可以指明发送的是何种控制信息、完成何种动作以及作出何种响应。同步：对等层间交换信息的执行顺序，即先做什么，后做什么。由此可见，网络协议是计算机网络的不可缺少的组成部分。1.3.2协议与分层OSI体系结构，从下至上分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、表示层、会话层和应用层。TCP/IP体系结构，互联网协议栈划分成四个层次，从下至上分别是网络接口层、网际层、运输层和应用层。五层体系结构，将TCP/IP体系结构中的网络接口层划分为两个层次：物理层和数据链路层。2）分层应用层运输层网络层会话层表示层数据链路层物理层7654321OSI的体系结构应用层网络接口层网际层IP(各种应用层协议，如DNS,HTTP,SMTP等)运输层(TCP或UDP)TCP/IP的体系结构(a)(b)(c)运输层网络层应用层数据链路层物理层54321五层协议的体系结构（这一层并没有具体内容）五层协议的体系结构数据链路层5应用层4

运输层3网络层2数据链路层1物理层应用层(applicationlayer)运输层(transportlayer)网络层(networklayer)数据链路层(datalinklayer)物理层(physicallayer)运输层网络层应用层数据链路层物理层5任务：通过不同端系统中的应用进程间的通信，来完成特定的网络应用。进程：运行在端系统中的应用程序，该程序能够与其他端系统中运行的程序进行通信。协议：应用层的协议规定了应用进程间通信的规则。4321（3）各层功能运输层网络层应用层数据链路层物理层5把应用层交互的数据单元称为报文(message)。注意，在没有歧义的情况下，本书中常将其他层次协议间交换数据的单位也称为“报文”。例如：DNS，HTTP，SMTP4321（3）各层功能运输层网络层应用层数据链路层物理层5运输层最主要的功能是为应用层提供端到端的、通用的逻辑通信服务，端到端指的是运输层在端系统中实现，即在网络边缘中的主机中实现。43213）各层功能（3）各层功能运输层网络层应用层数据链路层物理层5运输层提供了两种不同类型的数据传输服务：传输控制协议（TCP）：该协议提供了一种面向连接的、可靠的数据传输服务，TCP协议交互数据的单位称为“报文段”（segment）。用户数据报协议（UDP）：该协议提供了一种无连接的、尽最大努力（besteffort）的数据传输服务，UDP协议交互数据的单位称为“用户数据报”。43213）各层功能（3）各层功能运输层网络层应用层数据链路层物理层5网际层（常称为网络层），主要负责把称为“数据报”

或“分组”的网际层数据单元，从处于某一网络中的一台主机转发（移动）到处于另一网络中的另一台主机（可能需要经过中间转发设备多次逐跳转发），因此，网际层的协议被称为“主机到主机”的协议。4321（3）各层功能运输层网络层应用层数据链路层物理层5网际层协议最重要的工作是：路由选择：通过一定的算法，在互联网中的每一个路由器上，生成一个用来转发分组的转发表。转发：每一个路由器在接收到一个分组时，要依据转发表中指明的路径把分组转发到下一个路由器。4321（3）各层功能运输层网络层应用层数据链路层物理层5常简称为链路层。数据链路层间交换的数据单位称为“帧”

。任务：实现两个相邻节点之间的可靠通信。在两个相邻节点间的链路上传送帧（frame）。如发现有差错，就简单地丢弃出错帧。4321（3）各层功能运输层网络层应用层数据链路层物理层5如果需要改正出现的差错，就要采用可靠传输协议来纠正出现的差错。这种方法会使数据链路层协议复杂。链路层沿着转发路径交付给下一跳邻居结点的链路层，下一跳结点从收到的帧中提取出封装的数据（网络层分组），上交给网络层。4321（3）各层功能运输层网络层应用层数据链路层物理层5任务：实现比特（0或1）的传输。确定连接电缆的插头应当有多少根引脚，以及各引脚应如何连接。比特或比特的组合，通过编码或调制的方式，被转换成能够在物理传输媒体的信道中进行传输的信号，信号又可分为两大类：带有比特信息的电流或电压、无线电波等称为电信号，而带有比特信息的光脉冲称为光信号。4321（3）各层功能运输层网络层应用层数据链路层物理层5注意：传递信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内，而是在物理层协议的下面。4321（3）各层功能（4）协议封装与解封装某老师在外地学习期间，分别为同一班级的每位同学购买了不同的小礼物，那么同学们该怎么样才能收到礼物呢？（4）协议封装与解封装收件地址：收件地址：收件地址：收件地址：老师包装好礼物并写好姓名告诉物流公司礼物的目的地址运输工具转运物流公司将礼物封装成包裹班长根据收件信息领取包裹快递员根据地址进行派送礼物到达收件的目的地址（4）协议封装与解封装应用层运输层网络层数据连接层物理层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层应用层运输层网络层数据连接层物理层HiHnHtMHnHtMHtMHtM数据链路层物理层HiHnHtMHnHtMHtMHtMHiHnHtMHiHnHtMHiHnHtMHnHtM源主机目的主机链路层交换机直连网络直连网络网络核心H2R2R1H3S2S1封装的过程在源主机中，应用进程将其产生的数据（应用层报文）向下交付给运输层，运输层附加上对等层间（接收方运输层）传输数据所需的必要信息，这些信息被称为运输层首部，应用层报文附加上运输层首部后称为运输层报文段（TCP协议）或用户数据报（UDP协议），运输层报文段或用户数据报可理解为运输层封装了应用层报文。封装的过程运输层将报文段或用户数据报再向下交付给网络层，网络层的协议也会附加上对等层间传输数据所需的、被称为网络层首部的必要信息，这些信息中包了含源主机、目的主机的第三层地址信息等，运输层交付的数据被网络层首部封装后称为网络层数据报。分组被网络层向下交付给数据链路层，同样，数据链路层附加上对等层间传输数据所需的必要信息。封装的过程最终物理层将数据链路层交付的帧，以比特或比特的组合为单位转换成能够在信道中传输的信号（电信号或光信号），传输给接收方的物理层。小结应用层称为“报文”（有时也称为消息）、运输层称为“报文段”（TCP协议）或“用户数据报”（UDP协议）、网络层称为“数据报（IP数据报、IP分组或分组）”、链路层称为“帧”、物理层称为“比特”。需要注意的是，本层对于上层交付的协议数据，也可以称为“报文”，即指上层一次性交付给本层的协议数据。另外，在讨论具体协议时，也常常把协议间传输的数据称为“报文”。总之，我们需要根据上下文的含义来具体分析“报文”的含义。1.3.3TCP/IP体系结构TCP/IP体系结构又称为互联网体系结构TELNETHTTPFTPSMTPDNSDHCPTFTPIPTCPUDPNet1Net2Net3Netn……买方向卖方购买某种货物——对应于应用层。卖方通过驿站来发送货物和买方通过驿站来收取货物——对应于运输层。驿站选用合适的物流公司运输货物——对应于网络层。买方和卖方分别位于不同的物理地点——对应于链路层和物理层。互联网体系结构1.4互联网的发展1.4.1 互联网的起源1.4.2TCP/IP互联网的根基1.4.3

NSF互联网的推进者1.4.4

WWW：互联网的“分水岭”1.4.5

移动互联网1.4.1互联网的起源在苏、美冷战时期，美国国防部认为集中式的、单一的军事指挥中心，一旦被原苏联核武器摧毁，全美的军事指挥必然处于瘫痪状态，其后果不堪设想。因此美国防部认为，需要将分散的、独立工作的防区军事指挥系统相互连接起来，组建一个分散且互连的军事指挥系统，当该系统中即使部分指挥点被摧毁，但整个指挥系统仍能正常工作。1.4.1互联网的起源在1968年夏，美国国防部正式启动了“ARPAnet”项目招标，1969年1月，BBN（BoltBeranekandNewmanInc.）公司以100万美元的价格中标。1969年12月，BBN建立了四个结点的ARPAnet网络。1.4.1互联网的起源这四个结点分别是位于斯坦福大学研究院、加州大学圣巴巴拉分校、加州大学洛杉矶分校和犹他州大学的四台大型计算机，四个结点通过专门的IMP设备和通信线路进行连接，通信线路由AT&T提供，速率是50kb/s并且采用了分组交换技术。1.4.2TCP/IP互联网的根基1970年，NWG完成了最初的ARPANet使用的通信协议NCP。1973年，罗伯特·卡恩、温顿·瑟夫加入ARPA，共同提出了新的传输控制协议：TCP。1978年，温顿·瑟夫、罗伯特·卡恩、丹尼·科恩和约翰·普斯特尔又将TCP拆分为两个部分：TCP和IP，最终形成了稳定的TCP/IP协议。1.4.2TCP/IP互联网的根基1983年1月1日，ARPANet正式将TCP/IP作为网络的核心协议，NCP协议正式退出。同年，ARPANet被拆分为军用（MILNET）和民用两个部分，民用部分仍然称为ARPANet。1.4.2TCP/IP互联网的根基1985年，随着TCP/IP协议在UNIX中实现而成为UNIX的组成部分，越来越多的操作系统都支持TCP/IP协议，即TCP/IP协议已经成为了网络互连的主流协议。期间，诞生一批互联网应用，例如DNS、电子邮件、文件传输协议FTP、BBS应用等等1.4.2TCP/IP互联网的根基1983年问世的DNS（DomainNameSystem，域名系统），能够使用户使用域名来更加方便地访问互联网上的主机。1985年1月1日，世界上第一个域名被注册。1985年3月15日，世界上第一个.com域名S被注册。1.4.3NSF互联网的推进者1984年，美国国家科学基金会（NSF）建立了自己的NSFnet，以此作为超级计算机研究中心之间的连接。到80年代未，接入到NSFnet的计算机数量远远超过了ARPANet的用户数量。1989年ARPANet被关闭，并于1990年6月1日正式被NSFnet所取代，ARPANet正式退出历史舞台。1.4.3NSF互联网的推进者1990年9月，由IBM、MCI、MERIT三家公司组建的高级网络科学公司ANS建立了一个全美范围的T3级主干网（45Mb/s）。1995年4月30日，NSFnet正式宣布停止运作，而此时互联网的骨干网已经覆盖了全球91个国家，主机数量已经超过400万台。1.4.4WWW：互联网的“分水岭”1989年，蒂姆·伯纳斯·李（TimBerners-Lee）设计并实现了WWW（WorldWideWeb，万维网）：整个万维网是由大量相互链接在一起的站点的集合，这些站点通过网址可以相互访问，用户通过客户端能够方便地从一个站点中的页面访问另一个站点中的页面。1.4.4WWW：互联网的“分水岭”1989年夏，蒂姆成功开发出世界上第一个Web服务器和第一个Web客户机。1989年12月，蒂姆为他的发明正式命名为WorldWideWeb。1991年5月WWW在Internet上首次露面，这是世界上第一个站点，该站点仍被保留在欧洲核子研究组织官网中。1.4.4WWW：互联网的“分水岭”1993年1月，马克·安德森和吉姆·克拉克，用了六个星期的时间，在UNIX上开发了互联网史上的第一款能够显示图片的、图形化界面的网页浏览器“Mosaic”。1994年马克·安德森和吉姆·克拉克共同创立了Mosaic通信公司。为了避免与NCSA产生法律纠葛，同年11月将公司更名为网景公司，随后网景公司又开发了导航者。1.4.4WWW：互联网的“分水岭”随即网景试图开发基于浏览器操作的应用软件平台，网景公司的这一思路，使得以开发操作系统为目标的微软公司感受到了巨大的威胁，随后便爆发了网景与微软的浏览器大战。1.4.4WWW：互联网的“分水岭”2022年6月15日，微软IE浏览器正式告别历史舞台，取而代之的是MicrosoftEdge浏览器。1994年，斯坦福大学的研究生杨致远、DavidFilo创建了雅虎（Yahoo！），并于1995年组建了公司，这是互联网上的第一个门户网站。1998年提供搜索引擎服务的公司谷歌诞生。在2016年，雅虎的核心资产最终被Verizon公司以48亿美元收购。1.4.5移动互联网2007年1月9日，苹果CEO史蒂夫·乔布斯发布了第一代iPhone，标志着移动互联网（MobileInternet）时代正式到来。苹果公司的这种将移动通信和互联网相结合的方式，使得人们能够随时随地接入并使用互联网，另一方面也促使了多种多样的移动互联网应用产品的研发和使用。1.4.5移动互联网移动设备接入互联网的方式是多种多样的，其中最能体现其移动特征之一的是通过运营商的通信网络（例如，中国电信、中国移动等）接入互联网。到目前为止，移动通信技术一共经历了五代，从第四代（也称为4G）开始，彻底取消了电路交换技术而采用IP网络。1.4.5移动互联网2017年12月21日，5GNR首发版本被正式发布。2018年2月27日，中国华为发布了首款5G商用芯片和5G商用终端。2019年6月6日，5G商用牌照被中国工信部发放给中国电信、中国移动、中国联通和中国广电，至此，中国正式全面进入5G移动通信时代。1.4.5移动互联网在5G移动通信技术中，中国起到了十分关键的作用。截止到2022年6月6日，国家知识产权局的相关报告显示，“当前全球声明的5G标准必要专利共21万余件，涉及近4.7万项专利族，其中中国声明1.8万余项专利族，占比接近40%，排名世界第一。申请人排名方面，华为公司声明5G标准必要专利族6500余项，占比14%，在全球居首。”总

结

本章主要介绍了计算机网络的定义、性能指标、体系结构以及互联网的发展。通过本章的学习，我们对计算机网络有了更深入的了解，掌握了基本术语、通信基础知识和计算机网络体系结构。这些知识对于我们进一步学习和理解计算机网络的发展和应用具有重要意义。直连网络第2章2.1 直连网络2.2 编码2.3 成帧2.4 差错检测2.5 广播式以太网2.6 交换机2.7 高速以太网直连网络第2章2.1.1 直连网络的概念2.1.2 直连网络数据传输2.1.3 直连网络的硬件组成2.1.4 导向传输媒体2.1.5 非导向传输媒体2.1直连网络2.1.1直连网络的概念定义：直连网络指的是所有通信主机通过某种“传输媒体”直接连接，直连网络中的任何一台主机发送一个广播帧，其他主机都能够收到该广播帧。2.1.1直连网络的概念两种情况：直接通过物理传输媒体将主机连接在一起通过交换机将主机间接连接在一起2.1.1直连网络的概念传输媒体：可以是铜缆或光纤等，其传输距离可以很近也可以很远，即直连的网络可以覆盖一个较小的区域；也可能覆盖一个很大的区域，最简单的直连网络就是用一根双绞线将两台计算机直接相连而构成的网络。由集线器（物理层）组成的小型直连网络。由交换机（数据链路层）组成的小型直连网络。直连网络的距离取决于这个特殊的网络。直连网络物理层集线器链路层交换机网络层路由器直连网络R1R2网络接口直连网络直连网络覆盖范围直连网络覆盖范围左边直连的网络中的主机的数据，可能需要经过路由器间多次逐跳转发，才能够到达右边直连网络中的某个主机。相邻路由器之间连接的网络是直连网络。R3R2R1R4直连网络直连网络直连网络2.1.2直连网络数据传输比特传输的问题：比特0或1通过编码和调制，能转换成在链路上传输的信号。完整消息的问题：为了把一个完整的消息发送给接收主机，发送方主机需要将这些消息比特封装成帧，简称成帧（framing）。直连网络中的主机，当它通过网卡相连的链路发送数据时，需要解决哪些问题呢？2.1.2直连网络数据传输传输出错的问题：发送的比特1变成了比特0或接收方无法还原接收的信号。必须有一种机制来保证接收方不会将传输中出错的数据交付给应用程序，这种机制就是帧的差错检测。2.1.2直连网络数据传输共享链路的问题：直连网络中的多台主机共享同一链路，则需要使用某种机制来协调主机使用共享链路，这种机制被称为媒体访问控制也被称为介质访问控制。广播式以太网络，采用的是CSMA/CD媒体访问控制方法。2.1.2直连网络数据传输主机标识的问题：为了解决任何一台主机向共享链路上发送帧，所有连接在该共享链路上的主机均能收到这个帧不知道哪台主机，不知道由哪台主机来处理这个帧的问题，需要对连接到共享链路上的主机进行标识。2.1.3直连网络的硬件组成CacheCPUMemory总线接口链路接口直连网络的硬件由两部分组成，一部分是能够发送或接收帧的主机，另一部分是用于主机间传输信号的链路。串行通信链路主机

2.1.4导向传输媒体1）双绞线定义：按照某种标准，将两根相互绝缘的、独立的导线以绞合的方式缠绕在一起，导线相互缠绕可以有效的提高其抗电磁干扰的能力，并且能够减少线缆内线对间的电磁辐射和线缆内相邻线对间的串扰。分类：非屏蔽双绞线（UnshieldedTwisted

Pair，UTP）屏蔽双绞线（ShieldedTwisted

Pair，STP）不同类型双绞线标识U/FTP：仅有线对屏蔽层。F(S)/UTP：仅有总屏蔽层。F(S)/FTP：总屏蔽层，每对双绞线有铝箔屏蔽层。SF/UTP：双层总屏蔽层，双绞线对无屏蔽层。SF/FTP：整条双绞线线缆有双层总屏蔽层，且每对双绞线有铝箔屏蔽层。双绞线节距注意，用于计算机间进行数据传输的双绞线线缆，一共有4对8根铜导线，这8根铜导线均被不同的色标的绝缘材料包裹。双绞线绞距/节距双绞线节距

双绞线的绞距越小，它能够支持的数据率也就越高。所谓绞距，是指双绞线一个扭绞周期的长度，也称为节距。双绞线绞距/节距型带宽最高最大应用场景线形GAT21Mhz4Mb/s-令牌环网络GAT316Mhz10Mb/s100m令牌环网络，以太网GAT420Mhz16Mb/s100m令牌环网络，以太网，快速以太网GAT5100Mhz100Mb/s100m以太网，快速以太网，令牌环网络GAT5E125Mhz1Gb/s100m以太网，快速以太网，千兆以太网GAT6250Mhz10Gb/s100m千兆以太网，万兆以太网（55m）GAT6A500Mhz10Gb/s100m千兆以太网，万兆以太网（100m）GAT7600Mhz10Gb/s100m千兆以太网，万兆以太网（100m）必须使用屏蔽双绞线GAT82000Mhz40Gb/s36m数据中心、短距离服务器与交换机连接，4万兆以太网（30-36m）必须使用屏蔽双绞线常用双绞线类型2.1.4导向传输媒体2）光纤定义：光纤是由两种不同折射率的材质包裹在一起而合成的双层圆柱体，处于里层的材质，其折射率要高于外层（包层）的折射率，当光通过纤芯到达纤芯与包层的结合面时，光会形成折射，如果光的入射角度选择合适，光的折射角度就会大于入射角度而形成光的全反射，即光遇到包层，又折回到纤芯中，这个过程的不断重复，使得光能够沿着纤芯不断传输下去。光纤的传播模式多模光纤：若在一条光纤中，光能够以多个不同的入射角进入该光纤而形成全反射，即光能够以不同的传播路径通过光纤传输，这种光纤称为多模光纤。光纤的传播模式单模光纤：若光纤的直径非常细（纤芯直径一般是9µm或10µm），这种光纤仅能够传输一种模式的光。光纤的优点高带宽：光纤的带宽要远高于双绞线的带宽。低成本：玻璃光纤最基本的原材料是二氧化硅，价格比较低廉，这使得玻璃光纤的制造成本要低于双绞线。重量轻：光纤的直径要远远小于铜线，因此光纤的体积更小，重量也更轻。信号衰减低：光纤中光信号的衰减要小于铜线中的电信号，这也使得光纤的中继距离更长。光纤的优点抗干扰能力强：不会受到电磁场的干扰，也不存在电磁泄露的问题。承载能力高：光纤非常细小，同样直径的线缆，能够容纳的光纤的数量高于铜线。使用寿命长：二氧化硅的化学性质较为稳定，使得光纤的寿命要远大于铜线，普通的光缆的使用寿命约为20年，而海底光缆的使用寿命可达25年。光纤的缺点质地脆，机械强度较差。需要专用的工具和技术才能完成光纤的接续。分路、耦合不灵活。弯曲半径不能太小。光纤通信模型在发送端，源主机产生的电信号通过光电转换器转换成光信号，并将光信号耦合到光纤中进行传输。光纤通信模型

在接收端，光电转换器把从光检测器检测的到光信号转换成电信号，然后该电信号发送至接收主机。

如果发送端与接收端距离较远，需要使用中继器将衰减、畸变后的光信号整形、放大，然后再将整形、放大后的光信号送入光纤继续传输。光纤通信模型光缆光缆是将单根或多根光纤（多达数千根）进行铠装。光缆由光纤、套管填充物、松套管、电缆填充物、聚氯乙烯内护套、阻水材料、铝铠、聚氯乙烯外护套、中心加强件组成。光缆

光信号在传输过程中也会出现衰减，长距离敷设的光缆中包含供电线，该供电线可用于为光纤的中继设备提供电力。同轴电缆一般的同轴电缆一共有四层，分别是内导体、绝缘层、外导体（金属织物屏蔽层）和外保护层。同轴电缆一共分为两种类型：基带同轴电缆和宽带同轴电缆。基带同轴电缆：主要用于传输数字信号，屏蔽层采用铜质的网状结构。宽带同轴电缆：主要用于传输模拟信号，屏蔽层采用铝材料冲压而成。同轴电缆2.1.5非导向传输媒体1）无线局域网络无线局域网络可被分为有基础设施的无线局域网络和无基础设施的无线局域网络。无线局域网络WLAN（常被称为无线网络）是最典型的有基础设施的无线局域网络，在这种网络中，移动通信结点与基站进行通信，基站与基站之间通过路由器相连，实现基站间分组转发。主机通过AP（无线接入点）实现主机间的通信，将AP接入有线网络，则能是心啊无线网络和有线网络间的联通。部分共用的ISM频段频率范围带宽中位频率13.553MHz13.567MHz14KHz13.560MHz26.957MHz27.283MHz326KHz27.120MHz40.660MHz40.700MHz40KHz40.680MHz2.400GHz2.500GHz100MHz2.450GHz5.725GHz5.875GHz150MHz5.800GHz24.000GHz24.250GHz250MHz24.125GHz802.11标准演进史时间（年）标准最高速率工作的频段典型产品1997802.112Mb/s2.4GHz

1999802.11b11Mb/s2.4GHzWi-Fi11999802.11a54Mb/s5GHzWi-Fi22003802.11g54Mb/s2.4GHzWi-Fi32009802.11n600Mb/s2.4GHz、5GHzWi-Fi42013802.11ac3460Mb/s5GHzWi-Fi52019802.11ax9.6Gb/s2.4GHz、5GHzWi-Fi62021802.11be30Gb/s2.4GHz、5GHz、6GHzWi-Fi7WLAN与Wi-Fi的区别注意，WLAN和Wi-Fi的区分，广义上认为WLAN可以采用各种类型的无线电波作为传输媒体，来替代有线传输媒体组建小规模局域网络。狭义上WLAN是基于IEEE802.11标准的无线局域网络。而Wi-Fi是实现WLAN的一种技术。EthernetEthernet无线路由器或无线网桥

802.11Accesspoint采用任意无线技术的网络设备 (b)WLAN支持802.11的客户机(c)WLAN(atypeofWLAN)(a)Wireless,WLANs,WI-FI间的关系Adhoc是一种无中心（无基础设施）的、对等的、多跳的自组织网络（Self-organizingNetwork），主机可以随时加入或撤出网络。Adhoc无线网络由于每个主机的无线覆盖范围受限，并且不断有新的主机加入或原有主机退出，因此，Adhoc网络的拓扑结构常常处于动态变化之中。Adhoc无线网络2）微波通信微波是指频率范围在300MHz～3THz之间的电磁波。微波通信是指使用微波（频率范围是3GHz～40GHz）作为载体、用于长途中继的通信网络。由于地表是一个凹凸不平的曲面，使得微波的传输距离受到限制，一般的情况下，其传输距离不会超过50公里。因此，采用微波来进行远距离长途通信，需要进行微波接力。卫星通信的最大优点是覆盖面大，几乎可以覆盖地球表面，特别适用于偏僻复杂的无人环境以及海洋环境。按轨道高度（距地表高度）进行区分，人造地球卫星运行的轨道大致可区分为三大类：低地轨道/近地轨道中地轨道地球同步轨道/对地静止轨道2）微波通信2.2.1 不归零编码2.2.2 曼彻斯特编码2.2.3 差分曼彻斯特特编码2.2编码如果想将比特数据通过主机间相连的物理链路传输到另一台主机，我们需要在发送端将比特数据编码成能够在物理链路上传输的信号。接收端从物理链路上接收信号并解码成二进制比特数据。在铜缆中用高电平表示1，低电平表示0。在光纤中有光脉冲表示比特1，无光脉冲表示0。比特转换成信号的工作，是由主机中的网卡信令模块实现的。编码的定义2.2.1不归零编码不归零编码高电平表示比特1，低电平表示比特0的这种编码方式，称为不归零编码。时钟偏移如果接收方的时钟慢了“半拍”或者更多，则接收方解码不到正确的信号。为了解决这个问题，可以在发送方与接收方之间增加一条时钟线，用来将发送方的时钟发送给接收方，这种通信称为同频通信系统。2.2.2曼彻斯特编码曼彻斯特编码，它是采用发送方的时钟与不归零编码进行异或而得到的编码，即将信号与时钟合并起来。曼彻斯特编码具有二电性、定时信息丰富、无直流分量、连码个数不会超过2个等特点。2.2.3差分曼彻斯特编码差分曼彻斯编码就是在去除差分编码中的参考码之后，再采用曼彻斯编码进行编码，得到的结果就是差分曼彻斯特编码，即先进行差分编码，然后再进行曼彻斯特编码，最终得到差分曼彻斯特编码。2.3.1 面向字符的协议（PPP）2.3.2面向比特的协议（HDLC）2.3成帧2.3.1非面向字符的协议（PPP）1）概述PPP协议把帧看作是一个字节/字符集而非比特集，即帧是以字节为单位进行封装的，每个帧中包含若干字节（字符），帧的长度一定是字节的整数倍。2.3.1非面向字符的协议（PPP）1）概述PPP的优点：（1）支持同步传输和异步传输。（2）当在以太网上承载PPP，解决了传统以太网络没有身份认证、加密以及压缩功能。（3）通过LCP协议，实现各种链路层参数的协商，主要用于建立、监控和关闭数据链路。（4）通过NCP协议，使得PPP能够支持多种网络层协议。（5）支持CHAP和PAP认证，保证网络的安全性。（6）没有重传机制，速度快且开销较小。2）PPP帧的格式FlagFlagAddressControlPayloadFCSFlagIP分组1尾部122~N2或4首部Payload0x00210x80210xC0210xC023……11IP数据报网络控制协议NCP链路控制协议LCP鉴别数据（1）Flag：帧的标志字段，占1个字节，该字段是用于标识帧的开始与帧的结束。（2）Address：地址字段，占1个字节，由于PPP是点对点的协议，此字段没有意义。（3）Control：控制字段，占1个字节，其值固定是“00000011”，表示为“0x03”。2）PPP帧的格式2）PPP帧的格式（4）Protocol：占2个字节，用来标明帧中的负载（即所封装的数据）采用的是什么协议。（5）Payload：载荷（信息部分），即主机间真正传输的、完整的消息，其长度是可变的，默认最长是1500字节，即帧中最多能够承载的数据量是1500字节我们把这个最多可承载的数据量称为最大传输单元MTU。如果上层交来的需要传输的数据块超过了帧的MTU，则需要对该数据块进行分割。（6）FCS：帧检验序列，长度是2个字节或4个字节，默认长度是2个字节。3）字符填充方法当PPP帧采用异步传输方式时，采用字符填充方法实现透明传输。异步传输是以字节作为基本的传输单位，即在传输过程中，将一个完整的PPP帧拆分成一个一个的字节，然后一个字节一个字节地在异步链路上进行传输。字符填充的方法是对出现在透明传输区域的特定字符进行转义。转义规则如下（RFC1662）：使用0x7D作为转义字符，将载荷字段中出现的每一个0x7E，转换为两个字节的序列“0x7D、0x5E”。如果载荷中出现了一个0x7D，则将转义字符0x7D转换为两个字节的序列“0x7D、0x5D”。对出现在载荷中的、其ASCII值小于0x20的控制字符也转换为两个字节的序列。3）字符填充方法4）比特填充方法当PPP帧在SONET/SDH链路上使用同步传输，且采用比特填充方法实现透明传输。同步传输是将PPP帧看成一个比特串，即在传输过程中，将这一连串的比特串一位一位地连续不断地进行传输。为了防止载荷中出现字符0x7E（01111110），发送方发送载荷时，如果任意时刻起连续发送了

5个比特1，则在发送下一个比特之前发送一个比特0（插入一个比特0），通过这种填充方法，发送方可以确保发送的载荷中不会出现连续的6个比特1的情况。在接收方，当识别出PPP帧开始的定界符之后，将连续收到的5个比特1之后的比特0删除，这样就可以还源发送端发送的比特流。4）比特填充方法5）PPP协议的工作状态（1）链路静止状态：PPP链路从链路静止状态开始，也结束于该状态。在该状态下，用户主机与ISP之间没有物理连接。当用户主机通过调制解调器拔号向ISP服务器发送载波信息后，双方PPP之间的物理连接便Up起来进入PPP链路建立状态（LinkEstablish）。链路静止链路建立认证网络层协议链路终止Up打开成功或不需要认证LCP协商失败Down失败链路故障/关闭5）PPP协议的工作状态（2）链路建立状态：在链路建立状态，用户主机与ISP服务器之间，通过交换一系列的配置分组来协商PPP参数，从而建立LCP连接。（3）身份认证状态：对于一些需要身份认证的链路，在进入到网络层协议协商状态之前，需要进行身份认证，在默认的情况下不需要进行身份认证。如果采用某种特定的身份认证，则需要在链路建立时协商认证。如果身份认证失败，PPP进入链路终止状态。5）PPP协议的工作状态（4）网络层协议协商状态：当前述各阶段全部正确完成，PPP便进入网络层协议协商状态。（5）链路终止状态：PPP在任何状态下可以随时终止链接，载波丢失、身份认证失败、链路质量问题等，都会导致PPP进入链路终止状态。5）PPP协议的工作状态LCP分组基本格式Code：代码，占1个字节。用来指明LCP分组的类型。一共有三大类型的LCP分组：链路配置LCP分组；链路终止LCP分组；链路维护LCP分组。Identifier：标识，占1个字节。用来标识一对LCP配置请求和回答。Length：长度，占2个字节。指的是LCP分组的总长度。Data：数据，长度可变。数据就是LCP分组进行协商的一些参数选项。CodeIdentifierLength0123Data...6）PPP协议抓包例子01:Point-to-Point·Protocol02:PPPIPControl·Protocol03:…Code:ConfigurationRequest(1)04:…Identifier:1(0x01)05:…Length:1006:……Options:(6bytes),IPAddress07:……IPAddress08:…Type:IPAddress(3)09:………Length:610:……IPAddress:2.3.2面向比特的协议HDLC1）概述面向比特的协议把帧看成一个一连串的比特集，它并不关心字符的边界，即帧中载荷可以是任何一种字符编码集，它可以是ASCII字符集、可以是一个二进制文件、也可以是一幅图片等等。在HDLC中规定了3种类型的站（主机）、2种链路配置以及3种数据传输方式。2.3.2面向比特的协议HDLC1）概述3种类型的站分别是主站、从站和复合站。2种链路配置分别是不平衡配置和平衡配置。3种数据传输方式分别是正常响应方式、异步平衡方式和异步响应方式。2）HDLC帧格式Flag：帧定界符，占8比特，与PPP帧定界符相同。Address：地址字段，长度可变。Control：控制字段，占8比特。用于指明HDLC帧的类型。Payload：载荷字段，其最大长度取决于通信双方缓存的大小或由FCS字段来决定。FCS：帧检验序列，长度是2个字节或4个字节，与PPP帧相同。FlagAddressControlPayloadControlFlagIP分组1尾部1≥1122~N2或4首部3）HDLC抓包实例01:·Cisco·HDLC02:·····Address:·Multicast·(0x8f)03:·····Control:·0x0004:·····Protocol:·SLAPR·(0x8035)05:·Cisco·SLARP06:·····Packet·type:·Line·keepalive·(2)07:·····Outgoing·sequence·number:·208:·····Returned·sequence·number:·109:·····Reliability:·0xffff2.4差错检测在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率

BER(BitErrorRate)。误码率与信噪比有很大的关系。为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验

CRC的检错技术。1）CRC原理原始数据CRC冗余码发送数据k

位n

位k+n

位发送在发送端，先把数据划分为组。假定每组k

个比特。在每组M

后面再添加供差错检测用的n

位冗余码，然后一起发送出去。用二进制的模2运算进行2n

乘M

的运算，这相当于在M

后面添加n个0。得到的(k+n)位的数除以事先选定好的长度为(n+1)位的除数

P，得出商是Q

而余数是R，余数R比除数P

少1位，即R

是n

位。将余数R

作为冗余码拼接在数据M

后面，一起发送出去。冗余码计算k

位n

位除数Pn+1位原始数据00…0CRC余数Rn

位原始数据CRCk

位n

位除数Pn+1位原始数据CRC余数若余数=0，接受若余数≠0，丢弃发送方接收方冗余码计算接收端进行CRC检验(1)若得出的余数R=0，则判定这个帧没有差错，就接受

(accept)。(2)若余数R≠0，则判定这个帧有差错，就丢弃。但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数P，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。现在k=6,M=101001。设n=3,除数

P=1101，被除数是2nM=1A01001000。模2运算的结果是：商

Q=110101，余数

R=001。把余数R

作为冗余码添加在数据M

的后面发送出去。发送的数据是：2nM+R，即：101001001，共(k+n)位。冗余码计算举例P(除数)11011101001010010002nM(被除数)11011110110101110000111011010110000011001101001R(余数)，作为FCSQ(商)原始数据M=101001除数P=1101得到：发送数据=101001001循环冗余检验原理说明帧检验序列FCS在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列

FCS(FrameCheckSequence)。循环冗余检验CRC和帧检验序列FCS并不等同。CRC是一种常用的检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码。FCS可以用CRC这种方法得出，但CRC并非用来获得FCS的唯一方法。仅用循环冗余检验CRC差错检测技术只能做到无差错接受(accept)。“无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。也就是说：“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错”