全国高等教育自学考试计算机网络原理学习笔记(科目4741).doc

序号章节名称缩写或概述定义或说明（可在excel中通过”tab”分列导入）信息information信息与物质能源构成三大资源支柱，特点是在使用过程中非但不会损耗，反而会通过交流与共享增值计算机网络发展的四个阶段1面向终端、2计算机-计算机、3开放式标准网络、4因特网广泛应用和高速网络技术发展前段处理机FEPfront end processor-减轻负载通信控制器CCUcommunication control unit-减轻负载美国国防部高级研究计划局ARPA标志着计算机网络的兴起国际标准化组织ISOinternational standars organization开放系统互连基本参考模型OSI网络具备的条件1足够的安全机制、2高度的可靠性、3完善的管理功能三大网络1电信网络、2广播电视网络、3计算机网络电话网络1非对称用户环路ADSL、2高速用户环路VDSL电话网络速度主流56Kbps 极限64kbps电信业务网1电话交换网PSTN、2数字数据网DDN、3帧中继FR、4异步转移模式ATM电信业务网的几个说明DDN提供固定或半永久连接电路交换，适合传输实时多媒体通信业务电信业务网的几个说明FR帧中继以统计复用技术为基础，进行包传输，包交换，速度在64Kbps2.048Mbps之间，适合传输非实时多媒体通信业务电信业务网的几个说明ATM支持高速数据网络建设、运行的关键，速度25Mbps4Gbps，可传输语音数据图像包括高速数据和活动图像电信业务网的几个说明其他网络x2.5公共数据网、综合服务数字网ISDN、chinanet电信业务网的几个说明其他服务1语音、2传真、3数据通信0广播电视网catv有线电视网，采用宽带双向光纤同轴电缆混合网（HFC），包含电视点播（VOD），准视频点播（NVOD）1计算机网提供的业务1文件共享、2信息浏览、3电子邮件、4网络电话、5视频点播、6FTP文件下载、7网上会议未来网络的基础光纤通信技术未来网络的种类1宽带网络、2全光网络、3多媒体网络、4移动网络、5下一代网络宽带网络的分类1宽带骨干网、2宽带接入网宽带网定义电信业一般认为传输速率达到2Gbps计算机网络的定义利用通信设备和通信线路将地理位置不同，功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统）实现网络中资源共享和信息传递的系统计算机网络的构成资源子网+通信子网，资源子网负责信息处理，通信子网负责全网中信息传递2通信子网的构成网络节点+通信链路2计算机网络的功能1硬件资源共享、2软件资源共享、3用户间信息交换2计算机网络的应用1办公自动化、2远程教育、3电子银行、4证券及期货交易、5校园网、6企业网络、7智能大厦和结构化综合布线系统2网络拓扑结构1星型、2总线形、3环形、4树形、5混合型、6网形30网络分类（交换网络）交换方式1电路交换、2报文交换、3分组交换3网络分类覆盖范围1广域、2局域、3城域3网络分类传输技术1广播、2点对点3网络协议的定义为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合3网络协议的组成1语义(semantics)：用于协调与差错处理的控制信息；2语法(syntax)：数据与控制信息的格式、编码及信号电平；3定时(timing)：速度匹配和排序等3网络的体系结构architecture计算机网络各层次结构模型及其协议的集合3OSI的七层1物理PH、2数据链路DL、3网络N、4传输T、5会话S、6表示P、7应用A3OSI七层的使用范围主机中有可能包含七层，通信子网IMP只需要最低三层甚至最低二层3OSI七层的功能特点1物理层：建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电器的、功能和规格的特性，使比特流能在物理层传输2数据链路层：比特流被组织成数据链路协议数据单元（帧），提供无差错的数据链路3网络层：数据分组传输，作用是进行路由选择4传输层：提供透明的端到端的数据传输服务5会话层：组织和同步不同主机上各种进程间的通信6表示层：为上层用户提供共同的数据或信息语法表示变换7应用层：为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段3通信服务的分类1面向连接服务：数据传输时必须建立维护释放连接、2无连接服务每个分组都要携带完整的目的地址，各分组在通信子网中是独立传送的40网络数据传输可靠性的保证1确认、2重传4TCP/IP协议的特点1开放的协议标准，可免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统2独立于特定的网络硬件，可以在局域网广域网尤其是互联网中运行3统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网络中都具有唯一的地址4标准化的高层协议，可以提供多种可靠服务4TCP/IP的体系结构1应用层（七层之应用层）、2传输层（传输层）、3互连层（网络层）、4主机-网络层（数据链路+物理层）4TCP/IP两部分完成的服务TCP提供传输服务、IP提供网络层服务4OSI与TCP/IP的比较相同：都以协议栈为基础，协议独立；采用层次结构概念，各层功能大体相同不同：OSI7层，TCP/IP4层，OSI网络层同时支持无连接和面向连接通信，传输层只支持面向连接通信；TCP/IP网络层只支持无连接通信，传输层支持面向连接和无连接通信4物理层的功能实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务，物理层的传输单位为比特4物理层协议的定义物理层协议规定了与建立、维持及断开物理信道有关的特性，包括1机械的，2电器的，3功能性，4规程性4个方面，物理层仅关心比特流信息的的传输，不涉及比特流中各比特的关系，也不做差错控制。4数据终端设备DTEdata terminal equipment4数据通信设备DCEdata cmmunications equipment4DTE-DCE之间的导线电气特性除地线外，其他信号线均有方向性50电气连接方式1非平衡式、2采用差动接收器的非平衡式、3平衡方式5非平衡式采用分立元件技术的非平衡接口，每个电路使用一根导线，收发方向共用一根信号地线，信号速率=20Kbps，传输距离=15米。EIA RS-232C与之兼容5采用差动接收器的非平衡式每个电路使用一根导线，但每个方向都使用独立的信号地线，速率=300Kbps，传输距离10m(300Kbps)1000m(3Kbps)5平衡方式每个电路采用两根导线，构成各自独立的信号回路，速率=10Mbps，传输距离10m(10Mbps)1000m(100Kbps)5接口信号线的功能分类1数据信号线、2控制信号线、3定时信号线、4接地线5规程分类V系列：V.24 V.25 V.54 X.20 X系列：X.20bis X.21 X.21bis，重要的是EIA RS-449及X.21，经典的是EIA RS-232C5RS-232C的机械特性使用25芯标准连接器5RS-232C的电气特性逻辑1的电平为-15-5伏，逻辑0的电平为+5+15伏。5RS-232C的速度通信距离15米，速率 B=R/2N70无噪声码元速率的极限值B=2*H：H=信道带宽，单位hz7无噪声信道最大传输速率C=2*H*2N(bps)，码元速率不能超过信道带宽的两倍7有噪声信道最大传输速率C=H*2(1+S/N)：S=信号功率、N为噪声功率，S/N=信噪比例：信噪比=30db，带宽为3KHz的信道最大传输速率为：C=3K*2(1+10的30/10次方)=3K*2（1+1000）=30K7误码率P(e)=N(e)/N：N(e)为出错位数，N为传输总数；误码率要求低于10的-9次方7通信方式分类1串行（几个数据位要几根数据线）：近距离、2并行（几个数据位要一根数据线）：远距离7串行通信方向性结构1单工（一个方向传输）、2半双工（可切换传输方向）、3双工（双向传输）7数据数据可定义为有意义的实体，它涉及事物的存在形式，可分为模拟和数字两大类7信号信号是数据的电子或电磁编码，模拟：电流、电压、电磁波；数字：离散电脉冲7信息数据的内容和解释7信源通信过程中产生和发送信息的设备或计算机80信宿通信过程中接收和处理信息的设备或计算机8信道信道是信源和信宿之间的通信线路8声音数据声音数据的频率范围20Hz20KHz,可懂范围300Hz3400Hz8编码解码器CODECcoder decoder8多路复用技术multiplexing希望一个信道同时传输多路信号8多路复用技术分类频分多路（FDM），时分多路（TDM）；光纤还有波分多路（WDM）8频分多路FDM在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需的带宽的情况下，可将该物理信道总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同的子信道，每个子信道传输一路信号8时分多路TDM若介质能达到的传输速率超过传输数据所需的传输速率，将一条物理信道按时间分为若干个时间片轮流地分配给多个信号使用8字符或数据块之间在时间上同步的方法实现字符或数据块之间在时间上同步的方法有异步传输和同步传输8数字信号编码方式51页图1单极性脉冲（NRZ，不归零码）、2双极性脉冲（NRZ，不归零码）、3单极性归零脉冲、4双极性归零脉冲、5交替性双极归零脉冲90计算机网络同步方法1位同步、2群同步9位同步同步传输位同步使接收端对每一位数据都要和发送端保持同步；位同步分为1外同步法、2自同步法9外同步法发送数据前，发送端先向接收端发出一串同步时钟脉冲，接收端按照这一时钟脉冲频率和时序锁定接收端的接受频率9自同步法52页图从数据信号波中提取同步信号的方法，如曼彻斯特编码，从高到低表示1，从低到高表示0。差分曼彻斯特编码开始有跳变表示0，无跳变表示1。曼彻斯特编码每个码元被调制成两个电平，故传输速率只有调制速率的1/2。9群同步异步传输传输的信息被分成群传输，字符间采用异步定时，但字符中的各个比特用固定的时钟频率传输9模拟数据的数字信号编码方式PCM脉冲编码（pulse code modulation）9信号数字化的过程1采样、2量化、3编码9数字传输信号的优点1抗干扰性强、2保密性好9传输线路存在的问题1衰减、2延迟畸变、3噪音9调制方式57页图1调频、2调幅、3相位调制100调制解调器modem接受一个序列的输入，并且产生一个经过几种或多种方法调制的载波输出，或者输入输出相反的设备10ADSL的速度最高下行8Mbps，上行1Mbps。供应商提供下行512K和上行64Kbps或者下1M，上256K10有无分离器的adsl比较G.lite（无分离器）1.5Mbps，带分离器可提供8Mbps10通信网络节点以某种方式用传输链路相互连接起来，每个站点都连接到一个节点上，这些节点及集合就叫通信网络10报文交换对电路交换的优势1电路利用率高、2通信量大时仍可接收报文，不过延迟会增加、3可以把一个报文发到多个目的地、4可进行不同速度和代码的转换。缺点：不实时10分组交换分类1虚电路分组交换、2数据报分组交换10虚电路交换virtual circuit为进行数据传输，网络源节点和目的节点间要建立一条逻辑通路，适用于两端之间长时间交换10数据报交换同报文交换中的报文一样，每个分组被单独处理10交换方式的比较1电路交换需要专用通路、2报文交换需要排队，不能满足实时、3分组交换（分组的报文交换），目的地需要重新组装报文。10数据链路层的作用对物理层传输的原始比特流功能加强，将可能出错的物理连接改造成逻辑上无差错的数据连接，传送单位：帧1帧同步方法1使用字符填充的首尾定界符法、2使用比特填充的首尾标志法、3违法编码法、4字节计数法；使用最多的是比特填充法和违法编码法1数据链路层的差错控制方法1计数器、2序号1流量控制功能流量控制是对发送方数据流量的控制，使其发送速率不超过接收方所承受的能力1最常用的流量控制方法1停止等待、2滑动窗口1链路管理数据链路层连接的建立，维持和释放1噪声的分类（差错的原因）1通信信道固有，连续存在的随机噪音、2外界特定的短暂原因造成的冲击噪音1差错检测的任务?1差错控制（分为检错码和纠错码，常用的有奇偶校验码、循环冗余码、海明码）、2差错校验1差错控制的方法1自动请求重发（ARQ）、2前向纠错（FEC）1编码效率R=k/(k+r)，k=信息码长，r=冗余位1奇偶校验码增加码字1，使得码字1恒为奇数或偶数。分为垂直、水平、水平垂直三种奇偶校验1循环冗余码78页看例子1自动请求重发的实现方案ARQ1空闲重发请求（停等法）、2连续重发请求（顺序接收和选择重传）1停等法的定义空闲重发请求发送方每发送一帧后就要等待接收方的确认返回，仅当接收方确认正确接收后，再继续发送下一帧。发送和接受窗口都等于1。1顺序接收协议连续重发协议不等前一帧确认即发送下一帧，需要较大缓存。本方法又叫回退N。发送窗口大于1，接收窗口等于11选择重传接收方可把重传来的帧与原存于缓冲区的其余帧按正确顺序递交给高层。发送窗口大于1，接收窗口大于11链路控制协议的分类1异步协议：以字符为独立的信息传输单元，在每个字符的起始处开始对字符内的比特实现同步、2同步协议：以许多字符或许多比特组成的帧为单位，在帧的起始处同步，使帧内维持固定的时钟。12链路控制协议中同步协议的分类1面向字符、2面向比特、3面向字节计数12链路层协议的构成由链路建立、数据传输、链路拆除三部分构成12帧的分类由主站发往从站的帧叫命令帧，从站返回的叫响应帧12高级数据链路控制规程操作方式分类HDLC1正常响应方式（主站启动传输）、2异步响应方式（从站启动传输）、3异步平衡方式（任何节点都可以启动传输）130因特网上广泛应用的协议1串行线路IP协议（SLIP），不支持动态IP地址分配、2点到点协议（PPP）13PPP协议的功能1成帧、2 链路控制、3网络控制13网络层的作用将数据设法从源端经过若干个中间节点传送到目的端，向传输层提供最基本的数据端到端服务。13虚电路表记录的内容前一个节点选取的逻辑信道号和本节点选取的逻辑信道号13虚电路服务的定义网络层向传输层提供分组按顺序到达目的端的可靠的数据传送方式13虚电路和数据报的比较虚电路路由器需要表空间，数据报需要存储目标地址13路由选择的定义网络节点收到一个分组后，要确定向下一节点传送的路径，数据报要为分组做路由选择，虚电路只在建立时确定路由13路由算法的衡量标准1最优化原则、2汇集树13静态路由选择算法1最短路由选择法、2扩散法、3基于流量的路由选择算法13动态路由选择策略节点的路由选择要依靠网络当前的状态信息来决定140动态路由选择算法1距离矢量路由算法、2链路状态路由算法14拥塞的定义拥塞现象是指通信子网中某一部分的分组数量过多，使得网络来不及处理，以致引起这部分甚至整个网络性能下降的现象，严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿，即出现死锁现象14拥塞发生的原因1多条流入线路分组到达，并需要统一输出线路；2路由器的慢速处理，难以完成必要的处理工作。14拥塞控制的原则1开环控制：确定何时接受新的流量、确定何时丢弃分组及丢弃那些分组、2闭环控制：建立在反馈环路基础上，a监视系统、b将信息传递到能够采取行动的地方、c调整系统的运行，改正问题14拥塞的解决方案1增加带宽、2降低负载14虚电路的拥塞控制1、准入控制：一旦出现拥塞，则不再创建任何虚电路，直到问题排除为止；2、路由选择；3、资源预留。14数据报子网的拥塞控制1警告位、2抑制分组、3逐跳抑制分组14负载丢弃负载脱落最终消除拥塞方法。葡萄酒策略：要老的丢新的，牛奶策略：丢老的要新的14抖动Jitter分组到达时间的变化量（即标准偏差）14流的需求特征flow1可靠性、2延迟、3抖动、4带宽150网络互连的目的使一个网络上的用户能访问其他网络的资源，使不同网络上的用户互相通信和交换信息，1资源共享，2提高网络的可靠性15实现网络互连的条件1在网络之间至少提供一条物理上连接的链路、2在不同的网络进程之间提供合适的路由实现数据交换、3有一个始终记录不同网络使用情况并维护该信息的统一的计费服务、4尽可能的不对互连在一起的网络体系结构做任何修改15转发器Repeater用于物理层，扩大信号15网桥Bridge用于数据链路层的协议转换，在不同的局域网之间存储和转发帧15路由器Router用于网络层，转发组15网关Geteway用于传输层，协议转换15路由器和网桥的区别1网桥工作在数据链路层，路由器在网络层、2路由器兼容不同的物理数据链路网络层，但网桥只兼容物理和数据链路层、3网桥容易产生广播风暴15路由器的服务功能1建立并维护路由表、2提供网络分组转发功能15因特网互联层的重要协议1互联网协议（IP）、2互联网控制报文协议（ICMP）、3地址转换协议（ARP）、4反向地址转换协议（RARP）15IP数据报的构成由头部和数据构成，头部包含20字节；当前IP协议有IPV4和IPV6两个版本。IP头中控制分段和重组的IP头域有三个：标识域、标志域、分段偏移域160传输层的功能从源主机到目的主机提供可靠的，价格低廉的数据传输，与当前使用的网络或网关无关。面向应用层的进程服务。16传输层的作用起着将通信子网的技术、设计和各种缺欠与上层相隔离的关键作用，传输方式是字节流16网络层和传输层的区别网络层是IP地址，传输层是主机上某个进程使用的端口地址16传输层的服务类型1面向连接、2无连接16数据链路层和传输层的区别传输层需要寻址、建立连接的过程复杂，对数据缓冲区与流量控制的方法也不同16地址包含的内容国家/网络/主机/端口16二次握手算法的原理发送方向接收方发送建立连接的请求报文，接收方向发送方回应一个对建立连接请求报文的确认报文，发送方再向接收方发送一个对确认报文的确认报文。16释放连接的方式1对称释放：一方释放连接后，不能发送，但可接收、2非对称释放：一方释放时，双方都释放，如电话。非对称释放不适合传输层使用16传输层在OSI的地位和作用传输层提供应用进程端到端的进程通信服务，是七层模型中负责数据通信的最高层，是七层中最关键的一层，是唯一负责总体数据传输和控制的一层。1提供可靠的端到端的通信、2向会话层提供独立于网络的传输服务16传输控制协议定义TCP在不可靠的因特网上提供可靠的、端到端的字节流通信协议170TCP服务的特征1面向连接的传输，传输要先建立连接，传输完后要释放连接；2端到端的通信，不支持广播；3高可靠性，确保传输数据的正确性；4全双工方式传输；5采用字节流方式；6提供紧急数据传送功能17TCP连接的建立采用三次握手协议17拥塞控制的最有效方法降低数据传输速率17拥塞出现的特征出现传输超时就意味着出现了拥塞17用户数据传输协议UDP提供了无连接的数据报服务17UDP服务的特征1传输数据前无需建立连接、2不对数据进行检查和修改、3无需等待对方应答、4具有较好的实时性，效率高17应用层的构成应用层包括各种满足用户需要的应用程序17因特网上使用最广泛的应用层协议1超文本传输协议、2文件传输协议、3远程登录协议telnet、4电子邮件协议SMTP和POP3、5域名系统DNS17IP地址的构成IP地址由32位（4字节）二进制组成，包含有网络标识和主机标识两部分17地址分类1A类55：大型主机网络用2B类55：规模中等网络3C类55：小型局域网使用180子网规模的控制将主机标识域进一步划分为子网标识和子网主机标识，通过灵活定义子网标识域的位数，可以控制子网规模18域名域名采用层次结构基于域的命名方案，任何一个连接在因特网上的主机或者路由器，都有一个唯一的层次结构名字，即域名18域名的构成每一级的域名都由英文或数字构成，长度不超过63个字符，不区分大小写；级别最低的域名写在左边，完整域名不超过255个字符。18域名与叶节点的关系非叶节点是网络域名，叶节点是主机域名；因特网的名字按机构的组织划分与物理网络及IP地址空间中的子网无关，允许一个主机拥有不同的域名，即允许不同的域名映射到一个IP18域名服务器的分类1本地、2根域名服务器（因特网上有十几个）、3授权18SMTP协议SMTP协议是个请求/响应协议，在SMTP协议25号端口监听连接请求，基于ascII文本，以命令行为单位，换行符为CR/LF18internet消息访问协议IMAP改进POP3的不足，可通过浏览信头决定是否下载。提供离线（同POP3)、在线（联机远程操作服务器）和断开连接（缓存处理）三种工作方式18超文本超文本是指带超链接的文本，及除了文本信息外，还提供一些超链接的功能18局域网LAN在一个较小的范围内将各种通信设备和计算机互连起来以实现资源共享和消息交换的计算机网络18冲突collision广播网中存在信道争用的问题，如果有两个或多个网络节点同时发送数据，则数据信号会在信道中发生碰撞。190局域网通信基础局域网都以广播信道作为通信的基础，广域网除卫星网外，都采用点到点连接。19广播信道的分配策略1静态、2动态19静态分配策略1频分多路复用、2同步时分多路复用。预先将频带或时隙固定地分配给各个网络节点。适用于网络节点数目少且固定，每个节点都有大量数据要发送的场合。19动态分配策略异步时分多路复用1随机访问（争用）、2控制访问。争用不申请信道使用权，有数据就发送，发生碰撞再解决。适用于负载轻网络，利用率不高，但延迟短。19控制访问的方式1转轮、2预约19介质访问控制协议1争用协议、2无冲突协议、3有限争用协议19争用协议分类ALOHA1纯ALOHA时间连续，不需全局时间同步、时分ALOHA时间离散，需要进行时间同步19吞吐量S=GP：吞吐量=网络负载*成功概率。纯ALOHA系统易破坏区长度为2T。19ALOHA利用率纯ALOHA利用率最大为18.4%，实际不超过10%；时分ALOHA利用率最大为36.8%19载波监听多路访问CSMA1：1-坚持CSMA、2：非坚持CSMA、3：P-坚持CSMA、4：带有冲突检测的的CSMA200冲突检测时间等于任意两个站之间最大传播时延的4倍20CSMA/Cd分支电缆最大长度500米20无冲突协议1位图协议：声明后预约周期轮流发送数据，效率=d/(d+1)、2二进制倒计数协议：地址最高的先发送，效率为d/(d+log2N)20争用和非争用性能对比争用协议系统负载低时性能高，无冲突协议系统负载高时性能高20局域网数据链路层分类IEEE802分为：1介质访问控制（MAC）、2逻辑链路控制（LLC）两个子层。20LLC的链路服务类型1无确认无连接、2有确认无连接、3面向连接服务20LLC的作用LLC子层负责处理诸如差错控制、流量控制等问题，保证数据的可靠传输。20IEEE802.3的缺点1采用无序竞争机制，且采用二进制指数退避算法解决冲突，无法预知帧需要多长时间才能传出。2没有优先级，无法保证重要信息的优先传送20IEEE802.4的故障处理1逻辑环终端、2令牌丢失、3重复令牌20IEEE802.3、4、5的比较采用了大致相同的技术且具有大致相似的性能。IEEE802.3总线网结构简单，安装方便，协议简单及总线可靠性高，成为最广泛的局域网，负载轻时可达到很好的延迟特性。负载重时IEEE802.3不可用，但.4.5则可达到较高的效率。2光纤分布数据接口的性能FDDI的性能数据传输率达到100Mbps，采用4B/5B编码，最大环路长度200KM，最多可有1000个物理连接。2时钟偏移问题在一般环形网中，采用只有一个主时钟的集中式时钟方案，在环绕运行时，时钟信号会偏移。2千兆以太网的特点1简易性、2技术过渡平滑性、3网络可靠性、4可管理性与可维护性、5经济性、6支持新应用与新数据类型2无线局域网的特点1安装便捷、2使用灵活、3经济节约、4易于扩展；不足：速率相对较低、有时会存在通信盲点2无线局域网协议分类1IEEE802.11、2HiperLAN2移动Ad Hoc网络又称移动自组网、多跳网络，是一种特殊的不借助中心管理的情况下，在有限的范围内实现多个移动终端的临时互连。2Ad Hoc网络的拓扑结构1对等平面结构、2分级结构2局域网操作系统概念在局域网低层所提供的数据传输能力的基础上，为高层网络用户提供共享