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第一章概述 一 计算机网络的产生产生的原因 资源共享与数据交换的要求 产生的基础 是计算机技术与通信技术相结合的产物 二 计算机网络的发展过程具有通信功能的单机 多机系统计算机 计算机网络 ARPANET 局域网络的实用化Internet的发展 1 三 计算机网络的定义计算机网络是指一些独立自治的计算机的互连集合体 按照网络协议 以共享资源为主要目的 将地理上分散且独立的计算机互相连接起来形成的集合体 四 计算机网络三个主要的组成部分若干个主机一个通信子网一系列协议五 实体与协议网络中的通信是指在不同系统中的实体之间的通信 实体 是指能发送和接收信息的任何东西 包括终端 应用软件 通信进程等 2 协议 通信双方在通信时需要遵循的一组规则和约定 协议的构成 语义 语法和同步六 计算机网络的分类按距离分 局域网 LAN 城域网 MAN 和广域网 WAN 按数据传输和系统的拥有者分 公用网和专用网 按交换方式分 电路交换 报文交换和分组交换 虚电路 面向连接数据报 面向无连接 各种交换的特点 3 七 计算机网络的体系结构 层和协议的集合 应用层 运输层 网络层 物理层 数据链路层 应用层 运输层 网络层 物理层 数据链路层 应用层 运输层 网络接口层 网际层 会话层 表示层 OSI RMTCP IP理论参考模型 网络分层的好处 4 集线器中继器网桥交换机路由器网关调制解调器 MODEM 等 九 网络互连设备 八 面向连接的服务与无连接服务 重要 各自的特点与区别 5 十计算机网络的性能 速率带宽吞吐量时延 发送时延 传输时延 处理时延 排队时延速率时延带宽积 6 功能 提供物理连接 透明地传输比特流协议 机械特性 连接器形状电气特性 正 负逻辑 传输介质 速率 距离等功能特性 每一根信号线的功能定义过程特性 完成特定功能时 各信号的工作过程 第二章物理层 7 一 数据和信号信号的类型 模拟信号 数字信号信道是传输数据经过的路径 是连接两个DTE的线路 包括传输介质和有关设备 通信线路的通信方式 串行方式和并行方式串行通信的通信方式 单工通信 半双工通信 全双工通信 8 二 数据通信中的主要技术指标数据传输速率 每秒能传输的二进制信息位数 单位为位 秒 bitspersecond 记作bps或b s信道容量 表征一个信道传输数据的能力 单位位 秒 bps 误码率 二进制数据位传输时出错的概率三 数据传输技术数据传输方式 基带传输和宽带传输数据同步方式 异步传输 同步传输差错的检测及控制 CRC检错技术多路复用技术 频分多路复用FDM 时分多路复用TDM和波分多路复用WDM 同步时分 统计时分 9 四 带宽 信道能够传输信号的频率宽度 重要 即谐波中的最高频率与最低频率之差叫信号频带的宽度 数据速率 单位时间内信道传输的信息量 比特数 码元 一个数字脉冲称为一个码元 n log2N 码元速率 波特率Baud 每秒传输码元的个数 尼奎斯特定理 在理想信道最大码元速率为B 2W Baud 数据速率与码元速率的关系 R Bn Blog2N 2Wlog2N 五 传输媒体 传输介质 各自的特点有线介质 双绞线 同轴电缆 光纤无线介质 微波 卫星等 香农公式 C Wlog2 1 S N 10 数字信号的编码技术 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码 调制解调MODEM 几种调制方法 幅度调制AM 调频调制FM 调相调制PM 高速调制解调器 V 90标准的速率56kbps仅与ISP之间 两个国际标准 T1 北美 日本 24路 E1 欧洲 中国 南美 32路 11 第三章数据链路层 一 数据链路层的基本概念链路 物理链路 一条无源的点到点的物理线路段 中间没有任何其它的交换结点 数据链路 逻辑链路 把实现控制数据传输规程的软件 硬件加到链路上 就形成了数据链路二 数据链路层的主要功能 在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输 链路管理 即数据链路的建立 维持和释放 帧同步 收方应当能从收到的比特流中准确地区分出一帧的开始和结束在什么地方 数据按帧传送 可在出错时仅重传错帧 流量控制 发方发送数据的速率必须使收方来得及接收 当收方来不及接收时 就必须及时控制发方发送数据的速率 12 差错控制 计算机通信中 要求有极低的比特差错率 一旦有错时 一般采用检错重发来解决 即收方可以检测出收到的帧中有差错 但并不知道哪几个比特错了 于是就让发主重复发送这一帧 常采用CRC方法 CRC校验码的计算 重要 将数据和控制信息分开 传送时数据和控制信息在同一帧中 故一定要有相应的措施使收方能将它们区分开来 透明传输 即不管所传数据是什么样的比特组合 都应当能在链路上传送 当所传数据中比特组合刚好与一个控制信息一样时 要加以控制 寻址 多点连接的情况下 必须保证每一帧都能送到正确的目的站 收方也应当知道发方是哪一个站 13 三 面向比特的链路控制规程HDLCHDLC的帧格式 由标志 F 地址 A 控制 C 信息 INFO 和帧检验序列 FCS 等段构成的 HDLC允许有3种类型的帧 信息帧 I 监控帧 S 和无编号帧 U 标志字段的0比特填充法的实现 14 四 Internet中的数据链路层协议PPP 属于广域网的数据链路层的一部分 是使用拨号电话线接入Internet协议是面向字节的协议 PPP可以动态分配IP地址允许身份验证要求 了解 15 五 局域网LAN概述特点 为一个单位所有 范围小 数目有限优点 使用方便 便于扩展 可靠性强传输媒体 双绞线 同轴电缆 光纤拓朴结构 星形网 环形网 总线网六 IEEE802参考模型LAN只是一个计算机通信网 不存在路由选择问题 因此局域网可以不要网络层 局域网的数据链路层划分为两个子层 媒体访问控制MAC子层和逻辑链路控制LLC子层 16 6 1 MAC层的主要功能 与接入各种传输媒体有关的问题都放在该层发送时 将上层交下来的数据封装成帧进行发送 接收时进行相反的过程 将帧拆卸 实现和维护MAC协议 比特差错检测 寻址 17 6 2 LLC层的主要功能 数据链路层中与媒体接入无关的部分都集中在逻辑链路控制LLC子层建立和释放数据链路层的逻辑连接 提供与高层的接口 差错控制 给帧加上序号6 3 IEEE802系列协议802 3 CSMA CD802 4 令牌总线网802 5 令牌环形网802 11 无线局域网802 15 无线PAN802 16 无线城域网 18 七 IEEE802 3标准 载波监听多路访问 冲突检测 CSMA CD 重要 是LAN中对共享信道的一种随机接入技术 实现思想 若A要发送帧 首先监听信道是否空闲 若不空闲 则延迟一段时间再监听 若信道空闲 则抢占信道 发送数据 一边发送 一边接收 自己发送的数据 以检查是否与其它站冲突 若冲突 则放弃此数据帧的发送 并强化冲突 三种实现技术 信道不空时如何处理 非坚持策略1坚持策略P坚持策略CSMA CD中最短协议帧长的计算 19 MAC地址MAC帧格式网卡网卡的功能 数据的封将与解封 发送时链路管理 主要是CSMA CD的实现编码与译码网卡的接口方式1 AUI 10BASE 5粗缆接口2 BNC 10BASE 5细缆接口3 RJ45 10BASE T 100BASE TX双绞线接口4 SC 10BASE FL 100BASE FX光纤接口 20 八 802 3LAN及其扩展是一种基带总线LAN表示方法 10BASE510BASE2100BASE T 1000BASE X等100M局域网1000M局域网虚拟局域网VLAN 21 九 LAN的扩展 网桥工作在链路层根据收到MAC帧的目的地址进行转发具有过滤帧功能 透明网桥和源站选路网桥工作原理网桥转发表的形成与转发过程 重要 透明网桥和源站选路网桥的比较 22 一 互联网的中继系统转发器 中继器 物理层 实现物理层的连接 将网段上衰减的信号加以放大 整形为标准信号 再转发到其它网段上去 网桥 数据链路层 在不同或相同的LAN之间存储和转发帧 提供链路层上的协议转换 路由器 网络层 在不同的网络间存储和转发分组 提供网络层上的协议转换 网关 在网络层以上 是对高层协议进行协议转换的网间连接器 二 网际层的几个重要协议 要记住 地址解析协议ARP逆地址解析协议RARP因特网控制报文协议ICMP网际协议 IP 第四章网络层 23 三 分类的IP地址IP地址的结构 由网络号net id和主机号host id组成IP地址的分类 IP地址分为5类 A类到E类 常用的A类 B类和C类 地址都由两个字段组成网络号字段net id A B C类地址的网络号字段分别为1 2 3字节长 其最前面有1 3位的类别比特 其数值分别规定为0 10和110 主机号字段host id A B C类地址的主机号字段分别为3 2 1字节长 不使用的特殊的IP地址IP地址的使用范围 24 四 地址的转换主机名字至IP地址的转换 DNSIP地址 32位 至硬件地址MAC 48位 的转换 ARP协议 工作原理 重要 硬件地址MAC 48位 至IP地址 32位 的转换 RARP协议 常用于无盘工作站上网五 IP数据报的格式由首部和数据两部分组成 首部的前一部分是固定长度 共20字节 是所有IP数据报必须具有的 在首部的固定部分的后面是一些可选字段 其长度是可变的 各字段含义数据包分问题 重要 25 六 子网划分 重要 方法 从网络的主机号借用若干个比特作为子网号subnet id划分子网后IP地址的构成 网络号 子网号 主机号子网掩码 由一连串的 1 和一连串的 0 组成 1 和 0 之间的界线指出子网号和主机号的分界线 由IP地址和子网掩码计算网络号 子网号和主机号 分组的转发流程 包括分类的Ip地址 有子网掩码的Ip地址 重要 CIDR 重要 地址聚合问题 26 八 因特网控制报文协议ICMP功能 减少分组的丢失 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 ICMP差错报文 5种 终点不可达源站抑制时间超过参数问题改变路由ICMP询问报文 4种 回送请求和回答时间戳请求报文地址掩码请求报文 路由器询问和通告报文 27 九 Internet中分层次的路由选择协议内部网关协议 IGP 在一个自治系统AS内部使用的路由选择协议 与在互连网中其它自治系统选用什么路由选择协议无关 如RIP 实现动态路由 HELLO OSPF等 其工作原理 基于RIP协议的路由器的路由表的形成过程 重要 28 外部网关协议EGP 若源站和目的站处在不同的自治系统中 当数据报传到一个系统的边界时 就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中 这样的协议即为外部网关协议 如BGP 十 多播 了解十一 VPN NAT 了解 29 第五章运输层 一 概述运输层的功能 实现端到端的可靠的传输两个主机进行通信实际上是两个主机中的应用进程互相通信 对收到的报文进行差错检测拥塞控制提供两种不同的运输协议 即面向连接的TCP和无连接的UDP 30 端口的分类熟知端口 TCP IP体系确定并公布 所有用户进程都熟知的端口 数值为0 1023 一般端口 用来随时分配给请求通信的客户进程 三 用户数据报协议UDPUDP提供无连接 不可靠的服务 在某些情况下 这是一种最有效的工作方式 二 端口套接字 32位IP地址 16位端口号 31 四 传输控制协议TCP是面向连接的 因而可提供可靠的 按序传送数据的服务 TCP提供的连接是双向的 即全双工的 TCP报文 重要 分为首部和数据两个部分 首部的前20个字节是固定的 后面有4N字节是根据需要而增加的选项 N为整数 因此TCP首部的最小长度是20字节 首部固定部分各字段意义 32 TCP的可靠传输TCP的编号 TCP将所要传送的整个报文看成是一个个字节组成的数据流 然后对每一个字节编一个序号 将每一次所传送的报文段中的第一个数据字节的序号 放在TCP首部的序号字段中 TCP的确认 TCP的确认是对接收到的数据的最高序号表示确认 但返回的确认序号是已收到的数据的最高序号加1 也就是说 确认序号表示期望下次收到的第一个数据字节的序号 超时重传机制 33 TCP的流量控制 重要 停止 等待协议连续ARQ 自动请求重发 协议滑动窗口协议内容 对已发送出去但未被确认的数据帧的数目加以限制 发送窗口 对发送端的流量进行控制 其大小WT代表在还没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧 停止等待协议的发送窗口大小是1 表明只要发送出去的某个数据帧未得到确认 就不能再发送下一个数据帧 34 接收窗口用来控制可以接收哪些数据帧而不可以接收哪些帧 只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下 若收到的数据帧落在接收窗口之外 则一律将丢弃 在连续ARQ中 后退N帧 WR 1 WT 2n 1选择重传 WR 1 WT WR 2n当数据帧的发送序号所占比特数一定时 发送窗口的最大值 设用n比特进行编号 接收窗口大小为1 则发送窗口大小为WT 2n 1 而不会达到2n 35 总结 控制方式 采用可变发送窗口的方式进行流量控制 窗口大小的单位 字节控制方法 发送窗口 Min rwnd cwnd 36 五 拥塞控制 重要 拥塞控制的一般原理几种拥塞控制方法1 慢开始和拥塞避免 重点 2 快重传和快恢复 重点 37 六 TCP的运输连接管理 重要 TCP连接的建立过程 三次握手协议 主机A 主机B 主动打开被动打开 SYN SEQ X SYN SEQ Y ACK X 1 ACK Y 1 确认 确认 38 TCP的连接释放过程 主机A 主机B FIN SEQ X ACK X 1 ACK Y 1 应用进程释放连接 A不再发送报文 通知主机应用进程 应用进程释放连接 B不再发送报文 FIN SEQ y ACK x 1 39 第六章应用层 一 域名系统DNS 重要 DNS 域名到IP地址的转换Internet域名的结构 层次结构解析过程 客户方发送UDP请求报文 给本地DNS服务器 查询该域名的IP地址 若查到 则返回IP 否则向其根DNS服务器询问 直至找到 反馈回本地域名服务器 分为递归查询与迭代查询 应用层是体系结构中的最高层 为最终用户提供服务 客户服务器模式 40 二 FTP文件传送协议 重要 基于客户服务器模式 面向连接使用TCP可靠的运输服务主要功能 用户向远程主机上传或下载文件 采用双重连接 控制连接 Server端口21 负责传输命令 数据连接 Server端口20 负责传输数据 两种用户 特许 fullprivileg