2017年计算机三级网络技术笔记(最权威)

第 1 页 共 24 页 第一章第一章 计算机基础知识计算机基础知识 分析 考试形式 选择题和填空题 分析 考试形式 选择题和填空题 6 个的选择题和个的选择题和 2 个填空题共个填空题共 10 分 都是基本概念 分 都是基本概念 1 1 计算机概述计算机概述 一 计算机的四特点 1 有信息处理的特性 2 有程序控制的特性 3 有灵活选择的特性 4 有正确应用的特性 二 计算机发展经历 5 个重要阶段 它们是并行关系 1 大型机阶段 40 50 年代 2 小型机阶段 60 70 年代 3 微型机阶段 70 80 年 代 4 客户机 服务器阶段 5 Internet 阶段 Arpanet 是在 1983 年第一个使用 TCP IP 协议的 在 1991 年 6 月我国第一条与国际互联 网连接的专线建成 它从中国科学院高能物理研究所接到美国斯坦福大学的直线加速器中心 在 1994 年实现 4 大主干网互连 中国公 用计算机互联网 Chinanet 中国科学技术网 Cstnet 中国教育和科研计算机网 Cernet 中国金桥信息网 ChinaGBN 即全功能连接或 正式连接 三 计算机应用领域 1 科学计算 2 事务处理 3 过程控制 4 辅助工程 CAE CAI CAT 5 人工智能 6 网络应用 7 多媒体 应用 1 2 计算机硬件系统计算机硬件系统 1 一个完整的计算机系统由软件和硬件两部分组成 2 硬件具有原子的特性 成本低速度快 软件具有比特的特性 成本高速度慢 二者在功能上具有等价性 且具有同步性 3 计算机硬件组成四个层次 芯片 板卡 整机 网络 一 计算机硬件的种类 计算机传统分类 巨型机 大型计算机 中型计算机 小型计算机 微型计算机 IEEE1989 年分类 大型主机 小型计算机 个人计算机 工作站 巨型计算机 小巨型计算机 计算机现实分类 服务器 按处理器体系结构分 CISC RISC VLIW 三种 按结构分刀片式 工作站 基于 RISC 和 UNIX 操作系统的份额专业工作站和基于 Interl 和 Windows 的 PC 工作站 台式机 笔记本 手持设备 二 计算机指标 1 字长 位数 8 位是一个字节 16 位是一个字 32 位是一个双字长 64 位是两个双字长 指 CPU 一次能处理寄 存器能储存 32 位数据 2 速度 MIPS 是表示单字长定点指令的平均执行速度 MFLOPS 是考察单字长浮点指令的平均执行速度 3 容量 Byte 用 B 表示 4 数据传输率 带宽 Bps 用 b 5 可靠性 平均无故障时间 MTBF 和平均故障修复时间 MTTR 来表示 6 产品名称和版本 越高越好 3 微处理器简史 Intel8080 8 位 Intel8088 16 位 奔腾 32 位 安腾 64 位 三 奔腾芯片的技术特点 奔腾 32 位芯片 主要用于台式机和笔记本 奔腾采用了精简指令 RISC 技术 超标量技术 通过内置 2 条 U V 仅精简指令 整数指令流水线和 1 条浮点指令流水线 同时执行多个处理 其实质是用空间换 取时间 超流水线技术 通过细化流水 提高主频 使得机器在一个周期内完成一个甚至多个操作 其实质是用时间换取空间 经典奔腾每 条整数流水线分为四级流水 指令预取 译码 执行和写回结果 浮点流水线分 8 级流水 前 4 点同 后 4 点 二级浮点操作 一级 4 舍 5 入及写回浮点运算 一级为出错报告 分支预测 为提高流水线吞吐率 内置分支目标缓存器 动态的预测程序分支的转移情况 双 CACHE 哈佛结构 指令与数据分开 固化常用指令 增强的 64 位数据总线 内部总线是 32 位 外部总线增为 64 位 采用 PCI 标准的局部总线 错误检测即功能用于校验技术 前者可在内部多处设置偶校验 以保证数据传送正确 后者能通过双 工系统的运算结果相比较 判断是否出现异常操作 内建能源效率技术 支持多重处理 与 CPU 发展相似 由提高主频到多核 处理 四 安腾芯片的技术特点 64 位处理机 简明并行指令计算 EPIC 奔腾系列为 32 位 精简指令技术 RISC 286 386 复杂指令系统 CISC 奔三增加了 SSE Streaming SIMD Extensions 流式的单指令流 多数据流扩展指令 五 主板由五部分组成 CPU 存储器 总线 插槽以及电源 主版的分类 按芯片集分 x 的 按 CPU 芯片分 按数据端口 SCSI EDO AGP 按主版规格分 带 T 的 按 CPU 插座 分 Socket Slot 槽 扩展槽分 EISA PCI USB 六 网卡主要功能 实现与主机总线的通信连接 解释并执行主机的控制命令 实现数据链路层的功能 如形成数据帧 差错校 验 发送接收等 实现物理层的功能 1 3 计算机软件的组成计算机软件的组成 1 基本概念 由程序 指令序列组成 和相关文档构成 分系统软件和应用软件 核心是操作系统 软件是用户与计算机硬件系统 第 2 页 共 24 页 之间的桥梁 软件就是指令序列以代码形式储存储存器中 这些指令序列就是程序 2 常用应用软件 字处理 Word 微软 WPS 金山 电子表格 Excel 微软 Lotus1 2 3 Lotus 数据库 Access 微软 Lotus Approach Lotus 投影演示 Powerpoint 微软 桌面出版 Publisher 微软 PageMaker Adobe 浏览器 InternetExplorer 微软 Communicator Netscape 即网景 Firefox 火狐 金山 WPS2000 已不是单纯的字处理软件 而是集成的办公系统软件 类似于微软 Office 组件 3 软件开发过程 三个阶段 计划阶段计划阶段 分为问题定义 可行性研究问题定义 可行性研究 是决定软件项目是否开发的关键 开发阶段开发阶段 在开发前期分为需求分析 总体设计 详细设计开发前期分为需求分析 总体设计 详细设计三个子阶段 在开发后期分为编码 测试开发后期分为编码 测试两个子阶段 前期必须形成的 文档有 软件需求说明书 软件设计规格说明书 后期主要形成各种报告 运行阶段运行阶段 主要任务是软件维护软件维护 为了排除软件系统中仍然可能隐含的错误 扩充软件功能 4 把高级语言源程序翻译成机器语言目标程序的工具 有两种类型 解释程序与编译程序 解释程序就是把源程序输入一句 翻译 一句 执行一句 并不成为整个目标程序 速度慢 编译程序是把输入的整个源程序进行全部的翻译转换 产生出机器语言的目标程 序 然后让计算机执行从而得到计算机结果 速度快 1 4 多媒体多媒体 媒体的概念与分类 1 媒体的概念 信息的载体 2 媒体的分类 传输媒体 表现媒体 表示媒体 感觉媒体 1 基本概念 有声有色的信息处理与利用技术 2 多媒体技术分为偏软件技术和偏硬件技术 3 多媒体硬件系统的基本组成有 CD ROM 具有 A D 和 D A 转换功能 具有高清晰的彩色显示器 具有数据压缩和解压缩的硬件支持 4 音频流和视频流之间的同步叫做 唇同步 要求音视频之间的偏移在 80ms 内 打电话等音频业务 允许的最大时延 0 25s 时延抖动小于 10ms 否则通话不畅 4 多媒体的关键技术 数据压缩和解压缩技术 JPEG 实用与连续色调 多级灰度 彩色或单色静止图象 MPEG 包括视频 音频和系统 考虑音频 和视频同步 P 64 标准 CCITT 的 H 261 号建议 P 为可变参数 目标是可视电话和视频会议 可覆盖整个 ISDN 信道 按压缩 前后图像的差别可分为无损 信息熵编码法 和有损压缩 预测编码法 变换编码法 矢量量化编码法 按照原理分为熵编码 无 损 源编码 有损 混合编码 芯片和插卡技术 多媒体操作系统技术 多媒体数据管理技术 超文本就是收集 储存和浏览离散信息以及建立和表现信息之间关系的技术 当信息不限于文本时 称为超媒体 超媒体技术是一种典型的数据管理技术 它是由称之为结点结点 node 和表示结点之间联系的链链 link 组成的有向图 网络 用户可以对其进行浏览 查询和修改等操作 6 超媒体系统的组成 编辑器 编辑器可以帮助用户建立 修改信息网络中的结点和链 导航工具 一是数据库那样基于条件的查询 一是交互样式沿链走向的查询 超媒体语言 超媒体语言能以一种程序设计方法描述超媒体网络的构造 结点和其他各种属性 7 流 式 媒体 把整个音频 视频 3D 等多媒体文件经过特殊压缩 形成一个个压缩包 由视频服务器向用户计算机连续 实时 地依次传送 服务模式 P2P 服务模式 优点 不需要 Internet 路由器和网络基础设施的支持 因此性价比高 易于部署 其次可以上传 特点 连续性 实时性 时序性 主要技术目标 通过一定的技术手段实现在数据网络上的有效地传递多媒体信息流 第二章第二章 网络技术基础网络技术基础 本章约 7 个选择题和 3 个填空题 约 13 分 都是基本概念 分析 主要掌握几个问题 1 计算机网络的分类 按传输技术和覆盖范围 规模 2 基本的拓扑结构 总线型 树型 环形和星型 3 数据传输速率和误码率的概念 如 奈奎斯特定理和香农定理 4 一个网络协议的三要素 语法 语义和时序 5 ISO OSI 参 考模型 TCP IP 模型 2 1 计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展 计算机网络形成与发展大致分为如下 4 个阶段 1 第一个阶段可以追述到 20 世纪 50 年代 2 第二个阶段以 20 世纪 60 年代美国的 APPANET 与分组交换技术为重要标志 第 3 页 共 24 页 3 第三个阶段从 20 世纪 70 年代中期开始 4 第四个阶段是 20 世纪 90 年代开始 2 2 2 2 计算机网络的定义计算机网络的定义 广义定义计算机通信网络 资源共享的观点和用户透明性观点定义分布式计算机系统 1 计算机网络的定义 以能够相互共享资源的方式互连起来自治计算机系统的集合 计算机网络的基本特征 资源共享 2 表现特征 计算机网络建立的主要目标是实现计算机资源的共享 是分布在不同地理位置的多台独立的 自治计算机 我们判断计算机是否互连成计算机网络 主要是看它们是不是独立的 自治 算机 连网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议 2 2 2 22 2 计算机网络的分类计算机网络的分类 1 广播式网络 通过一条公共信道实现 和点 点式网络 通过分组存储转发实现 采用分组存储转发与路由选择是点 点式网络与 广域网络的重要区别之一 2 按覆盖地理范围和规模分 局域网 LAN 广域网 WAN 城域网 MAN 一 广域网广域网的通信子网采用分组交换技术 利用公用分组交换网 卫星通信网和无线分组交换网互联 早期计算机网络结构实质上是 广域网的结构 广域网的功能 数据处理与数据通信 早期广域网从逻辑功能上可分为 资源子网与通信子网 资源子网负责全网的数据处理 向网络用户提供各种网络资源与网络服务 主要包括主机和终端 主机通过高速通信线路与通信子网 的通信控制处理机相连接 终端是用户访问网络的界面 通信子网由通信控制处理机 通信线路与其他通信设备组成 完成网络数据传输 转发等通信处理任务 通信控制处理机在网络拓扑 结构中被称为网络节点 通信线路为通信处理机之间以及通信处理机与主机之间提供通信信道 广域网的特点和主要技术 1 适应大容量与突发性通信的要求 2 适应综合业务服务的要求 3 开放的设备接口与规范化的协议 4 完善的通信服务与网络管理 代表性技术 X 25 网 公用分组交换网 FR SMDS B ISDN N ISDN 帧中继 光纤 ATM 异步传输模式 用于多媒体 二 广域网扩大了资源共享的范围 局域网增强了资源共享的深度 局域网局域网的特点和主要技术 覆盖有限的地理范围 高数据传输率 一般一个单位所有 比较容易使用和维护 主要技术 以太网 令牌总线 令牌环网 分类 按介质访问控制方法分为共享局域网与交换局域网两种 按使用传输介质类型分有线介质局域网和无线介质局域网 三 城域网城域网的特点和主要技术 5 早期的城域网产品主要是光纤分布式数据接口 FDDI 其协议是 802 3 与 802 5 6 各种城域网建设方案有几个相同点 传输介质采用光纤 交换接点采用基于 IP 交换的高速路由交换机或 ATM 交换机 在体系结 构上采用核心交换层 业务汇聚层与接入层三层模式 城域网 MAN 介于广域网与局域网之间的一种高速网络 特点 1 几十公里范围内 2 用于连接局域网 现代网络结构的特点现代网络结构的特点 微机通过局域网连入广域网 局域网与广域网 广域网与广域网的互联是通过路由器实现的 路由器是网络中 最重要的部分 2 2 2 32 3 计算机网络拓扑构型计算机网络拓扑构型 1 定义 计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构 反映出网络中各实体间的结构关系 主要是指 通信子网的拓扑构型 拓扑设计是计算机网络的基础 对网络性能 系统可靠性 通信费用有重大影响 2 分类 点 点线路通信子网的拓扑 星型 环型 树型 网状型 广播式通信子网的拓扑 总线型 树型 环型 无线通信与卫星通信型 2 2 42 2 4 数据传输率和误码率 描述计算机网络中数据通信的基本技术 数据传输率和误码率 描述计算机网络中数据通信的基本技术 描述数据通信的基本技术参数有两个 数据传输率与误码率 1 数据传输率的定义 在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数 单位为比特 秒 bit second 记作 bps 对于二进制 数据 数据传输速率为 S1 T bps 其中 T 为发送每一比特所需要的时间 2 带宽与数据传输率的关系 奈奎斯特 Nyquist 准则 信号在有限带宽 无噪声的信道中传输时 对于二进制信号的最大数据传输率 Rmax 与通信信道带宽 B B f 单位是 Hz 的关系可以写为 Rmax 2 f bps 香农定理 香农定理则描述了有限带宽 有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽 信号噪声功率比之间的关系 在有随机热噪声的信道上传输数据信号时 数据传输率 Rmax 与信道带宽 B 信噪比 S N 关系为 Rmax B log2 1 S N 其中 B 为信道带宽 S 为信号功率 n 为噪声功率 第 4 页 共 24 页 3 误码率 误码率是二进制码元在数据传输系统中被传错的概率 在数值上近似等于 Pe Ne N 传错的码元数除以传输的二进制码 元总数 1 误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数 2 对于一个实际的数据传输系统 不能笼统地说误码率越低越好 要根据实际传输要求提出误码率要求 在数据传输速率确定后 误码 率越低 传输系统设备越复杂 造价越高 3 对于实际数据传输系统 如果传输的不是二进制码元 要折合成二进制码元来计算 4 差错的出现具有随机性 在实际测量一个数据传输系统时 只有被测量的传输二进制码元数越大 才会越接近于真正的误码率值 2 32 3 分组交换技术的基本概念 分组交换技术的基本概念 在早期广域网的通信子网数据交换方式中 可以采用的方法有两类 电路交换 储存转发交换 存储转发交换又分报文存储转发交换 报文交换 与报文分组存储转发交换 分组交换 电路交换的通信过程 线路建立阶段 数据传输阶段 线路释放阶段 报文分组存储转发交换又分数据报和虚电路两种 虚电路是传输分组时建立逻辑连接 有虚电路建立 数据传输 虚电路拆除三个阶 段 2 2 4 4 网络体系结构与网络协议的基本概念 网络体系结构与网络协议的基本概念 2 4 12 4 1 网络协议是为网络数据传递交换而指定的规则 约定与标准 由三部分组成 1 语法 即用户数据与控制信息的结构和格式 2 语义 即需要发出何种控制信息 以及完成的动作与做出的响应 3 时序 即对事件实现顺序的详细说明 2 将计算机网络层次模型和各层协议的集合定义为计算机网络体系结构 体系结构是抽象的 而实现是具体的 是能够运行的一些 硬件和软件 第一个为 IBM 的系统网络体系结构 SNA 3 计算机网络中采用层次结构的好处 各层之间相互独立 灵活性好 各层都可以采用最合适的技术来实现 各层实现技术 的改变不影响其他各层 易于实现和维护 有利于促进标准化 2 4 22 4 2 ISOISO 开放系统互连参考 开放系统互连参考 OSIOSI 模型 模型 实现开放系统环境中的互联性 互操作性和应用的移植性 在 OSI 中 采用分层的体系 结构方法将整个庞大而复杂的问题划分为若干个容易处理的小问题 采用了三级抽象 既体系结构 服务定义 协议规格说明 实现 了开放系统环境中的互连性 互操作性 与应用的可移植性 划分层次的原则是 1 网中各结点都有相同的层次 2 不同结点的同等层具有相同的功能 3 同一结点内相邻层之间通过接口 通信 4 每一层使用下层提供的服务 并向其上层提供服务 5 不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信 OSI 七层 物理层 主要是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接 以便透明的传递比特流 网卡 集线器 数据链路层 分为 MAC 和 LLC 在通信实体之间建立数据链路连接 传送以帧为单位的数据 采用差错控制 流量控制方法 网卡 交换机 网络层 通过路由算法 为分组通过通信子网选择最适当的路径 实现路由选择 拥塞控制和网络互连功能 使用 IP 协议 路由 器 传输层 是向用户提供可靠的端到端服务 透明的传送报文 最关键的一层 可以认为使用 TCP 和 UDP 协议 会话层 组织两个会话进程之间的通信 并管理数据的交换 使用 NETBIOS 和 WINSOCK 协议 表示层 处理在两个通信系统中交换信息的表示方式 应用层 应用层是 OSI 参考模型中的最高层 确定进程之间通信的性质 以满足用户的需要 2 4 32 4 3 TCP IPTCP IP 参考模型参考模型 特点 开放的协议标准 可以免费使用 并且独立于特定的计算机硬件与操作系统 独立于特定的网络硬件 统一的网络地 址分配方案 标准化的高层协议 可以提供多种可靠的用户服务 TCP IP 参考模型的分类 应用层 传输层 端 端通信 互连层 报文分组 路径 拥塞 主机 网络层 TCP IP 参考模型和 OSI 模型的对应关系 1 应用层 应用层 表示层 会话层 2 传输层 传输层 3 互联层 网络层 4 主机网络层 数据链路层 物理层 TCP IP 参考模型各层次的功能和协议 互连层 主要是负责将源主机的报文分组发送到目的主机 源主机与目的主机可以在一个网上 也可以不在一个网上 功能 1 处理来自传输层的分组发送请求 2 处理接受的数据报 3 处理互连的路径 流控与拥塞问题 传输层 主要功能是负责应用进程之间的端到端的通信 定义了传输控制协议 TCP 和用户数据报协议 UDP TCP 协议是面向连接的 第 5 页 共 24 页 可靠的协议 UDP 协议是无连接的不可靠协议 应用层 包括所有高层协议 协议分为 1 一类依赖于面向连接的 TCP 文件传送协议 FTP 电子邮件协议 SMTP 以及超文本传输协议 HTTP 2 一类是依赖于无连接的 UDP 协议 简单网络管理协议 SNMP 简单文件传输协议 TFTP 3 另一类既依赖于 TCP 协议 也可以依赖于 UDP 协议 域名服务 DNS 等 还包括 网络终端协议 TELNET 路由信息协议 RIP 网络文件系统 NFS 主机 网络层 负责通过网络发送和接受 IP 数据报 包括各种物理协议 2 52 5 互联网应用的发展互联网应用的发展 1 搜索引擎 运行在 WEB 上的应用软件系统 技术 2 播客与博客技术 播客是基于互联网的数字广播技术之一 播客录制的是网络广播或类似的网络语音广播节目 用户可以将网上的广播节目下载 到自己的随身听 同时用户也可以自己录制节目在网上与他人分享 分三类 传统广播节目的播客 专业播客提供商和个人播客 世 界上第一个专业播客网站是亚当 利科的 每日源代码 我国第一个专业播客是 土豆网 播客技术带来的变化 使广播从单纯的语音向语音和视频结合的方式 听众成为主动参与 增强主动性和互动性 不限时 个人可制 作 播客 blog 既网络日志网志 是以文章形式在互联网上实现信息共享 分 4 类 以个人的记事 表达 为主的个人博客 以共同关 心一类问题的人或团体组成的博客社区 以学术专题讨论为主形成的关于技术研讨或知识研究所的博客社区 以新闻实时发表 转载 与评论的博客社区 3 网络电视 是通过宽带 IP 网络传播的 可以实现与用户的互动点播 同时也可以方便地将电视服务可 WWW EMAIL 以及其他互联网 技术结合起来 推进 三网结合 是指宽带通信网 数字电视网和下一代互联网 4 P2P 技术应用 文件共享 多媒体传输 即时通信 典型应用 数据存取 协同工作 P2P 搜索以及 P2P 分布式计算 2 62 6 无线网络的研究与应用 无线网络的研究与应用 宽带无线接入技术 IEEE802 16 分移动接入和固定接入 无线局域网 IEEE802 11 4 个应用领域 作为传统局域网的扩充 建筑物间互联 漫游访问与特殊网络 按采用的传输技术分红外 线 扩频和窄带微波 蓝牙技术 IEEE802 15 是无线自组网技术的一种应用 具有自组能力 2 6 4 无线自组网是一种自组织 对等式 多跳的无线移动网络 又称移动 Ad hoc 网络 是在分组无线网的基础上发展起来 是由 一组用户组成 不需要基站的移动通信模式 发展趋势 无线传感器网络和无线网格网 以下为本章以下为本章 20082008 版教程内容版教程内容 2 2 7 7 典型的计算机网络典型的计算机网络 1 20 世纪 80 年代 ARPANET 成为 Internet 的主干网 1990 年 ANSNET 与 NSFNET 连通把 ARPANET 替代 ANSNET 成为 Interner 的主 干网 2 NSFNET 是第一个采用 TCP IP 协议的广域网 采用的是一种层次结构 可以分为主干网 地区网与校园网 ANS 于 1990 年接管 NSFNET 3 Internet 4 Internet2 的初始运行速率可达 10Gbps 由 UCAID 建立 Internet2 在网络层运行的是 IPv4 同时也支持 IPv6 业务 2 82 8 网络计算 研究与应用的发展网络计算 研究与应用的发展 一 网络计算的概念 分类 1 移动计算机网络 2 网络多媒体计算 3 网络并行计算 4 存储区域网络计算 二 移动计算网络的研究和应用 1 概念 它是将计算机网络和移动通信技术结合起来 为用户提供移动计算的计算环境和新的计算模式 其作用是在任何时候 都能够及时 准确地将信息提供给在任何地理位置的用户 移动计算包括移动计算网络和移动 Internet 无线传输介质为移动计算网 络提供物理网接口 无线局域网是实现移动计算机网络的关键技术之一 2 分类 移动计算网络 无限局域网 WLAN 和 ADHOK 网络 WAP 协议和移动 IP 技术 移动 Internet 三 多媒体网络的研究和应用 1 概念 是指能够传输多媒体数据的通信网络 多媒体网络需要支持多媒体传输所需要的交互性和实时性要求 2 网络视频会议 是一种典型的网络多媒体系统 分类 一对一 一对多 多对一 多对多 第 6 页 共 24 页 4 多媒体网络应用对数据通信的要求 高传输带宽要求 不同类型的数据对传输的要求不同 网络中的多媒体流传输的连续性 与实时性要求 网络中多媒体数据传送的低时延要求 网络中的多媒体传输同步要求 网络中的多媒体的多方参与通信的特点 5 改进传统网络的方法是 增大带宽与改进协议 增大带宽可从传输介质和路由器性能两方面入手 改进协议主要表现在支持 IP 多 播 资源预留协议 区分服务与多协议标识交换等方面 四 并行网络计算的研究和应用 1 网络并行计算是使用多个 CPU 或者计算机来协同工作的计算模式 根据其组建思想和实现方法可以分为 机群计算和网格计算 机群系统的分类 按应用目标可分为 高性能机群与高可用性机群 按组成机群的处理机类型分 PC 机群 工作站机群 对称多处理 器机群 按处理机的配置分为 同构型机群和非同构型机群 第三章第三章 局域网基础局域网基础 几个问题 1 局域网技术要素 网络拓扑 传输介质与介质访问控制方法 2 注意几个网间连接器 用于网络之间互连的中继设备 也称中继器 网桥 提供链路层间的协议转换 在局域网之间存储和转发桢 路由器 提供网络层间的协议转换 在不同网络之间 存储和转发分组 网关 提供运输层及运输层以上各层间的协议转换 约 12 个选择题和 3 个填空题约 18 分 3 1 基本概念 一 特点 1 局域网覆盖有限的地理范围 2 有较高的传输效率 3 一般一个单位所有 比较便于建立 维护和扩展 决定局域网的主要技术要素是 网络拓扑 传输介质与介质访问控制方法 局域网从介质访问控制方法分为 共享介质局域网与交换式局域网 二 局域网拓扑构型 1 在通信机制上局域网选择了与广域网不同的方式 从 存储转发 方式改变为 共享介质方式和 交换方式 2 局域网在网络拓扑上主要采用了总线型 环型 星型 在网络传输介质上主要采用双绞线 同轴电缆和光纤 3 总线型拓扑结构的特点 所有的节点都连接到一条公共传输介质上的总线上 用同轴电缆和双绞线为传输介质 所有结点 都可以发送数据 在同一个时期内只允许一个节点发送信息 当有两个节点同时发送信息时冲突 必须解决 的介质访问控 制 MAC 优点 结构简单 实现容易 易于扩展 可靠性较好 总线型局域网的介质访问控制方式采用的是 共享介质 方式 介质访问控制方法是控制多个节点利用公共传输介质发送和接受数据 的方法 4 环型拓扑结构 结点之间通过网卡利用点到点线路连接构成闭合的环形 环中的数据沿着一个方向逐站传输 也要有 MAC 优点 结构简单 实现容易 传输延迟确定 适应传输负荷较严重时性要求较高的应用环境 5 星型拓扑结构 星型拓扑中存在中心结点 每个结点通过点与点之间的线路与中心结点连接 任何两结点之间的通信都要通过中心结点转接 普通的共享介质方式的局域网中不存在星型拓扑 但是以交换分机 CBX 为中心的局域网系统可以归为星型局域网拓扑结构 三 局域网的传输介质类型与特点 1 同轴电缆 2 双绞线 3 类线带宽为 16MHz 适合与 10MHz 以下的数据 4 类 20MHz 语音 5 类 100MHz 甚至可以支持 155MHz 3 光纤 单模和多模 3 2 局域网介质访问控制方法局域网介质访问控制方法 1 种类 带有冲突检测的载波帧听多路访问 CSMA CD 方法 令牌总线方法 TOKEN BUS 令牌环方法 TOKEN RING 一 IEEE802 模型与协议标准 IEEE802 参考模型是美国电气电子工程师协会在 1980 年 2 月制订的 称为 IEEE802 标准 这个标准对应于 OSI 参考模型的物理层和 数据链路层 但它的数据链路层又划分为逻辑链路控制子层 LLC 和介质访问控制子层 MAC a 802 1 标准 包含了局域网体系结构 网络互连 以及网络管理与性能测试 b 802 2 标准 定义了逻辑链路控制 LLC 子层功能及其服务 c 802 3c 802 3 标准 定义了标准 定义了 CSMA CDCSMA CD 总线介质访问控制子层和物理层规范 总线介质访问控制子层和物理层规范 d 802 4 标准 定义了令牌总线 Token Bus 介质访问控制子层与物理层的规范 e 802 5 标准 定义了令牌环 Token Ring 介质访问控制子层与物理层的规范 第 7 页 共 24 页 f 802 6 标准 城域网 定义了城域网的介质访问控制子层和物理层的规范 g 802 7 标准 宽带技术 h 802 8 标准 光纤技术 i 802 9 标准 综合语音数据局域网 j 802 10 标准 可互操作的局域网的安全机制 k 802 11k 802 11 标准 无线局域网 标准 无线局域网 L 802 11b 标准 无线局域网 m 802m 802 1515 标准 定义近距离无线个人局域网访问控制子层与物理层标准 标准 定义近距离无线个人局域网访问控制子层与物理层标准 n 802 16n 802 16 标准 定义快带无线局域网访问控制子层与物理层标准 标准 定义快带无线局域网访问控制子层与物理层标准 1 IEE802 2 模型与协议标准 IEEE802 2 标准定义的共享局域网有三类 采用 CSMA CD 介质访问控制方法的总线型局域网 802 3 标准 采用 TOKEN BUS 介质访问控制方法的总线型局域网 802 4 标准 采用 TOKEN RING 介质访问控制方法的环型局域网 802 5 标准 2 IEEE802 3 标准与 ETHERNET 以太网 以太网的核心技术是它的随机争用型介质访问控制方法即 CSMA CD 介质访问控制方法 起源于无线分组网 最早使用随机争用技术的是夏威夷大学的校园网 CSMA CD 的发送流程可概括为 先听后发 边听边发 冲突停止 随机延迟后重发 特点 可以有效控制多结点对共享总线的访问 简单易实现 冲突检测是发送结点在发送的同时 将其发送信号波形与接受到的波形相比较 冲突检测的两种方法 比较法和编码违例判决法 3 IEEE802 4 标准与 TONKEN BUS TOKEN BUS 令牌总线方法 是一种在总线拓扑中利用 令牌 作为控制结点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法 结 点只有取得令牌后才能发送数据 令牌是一种特殊结构的控制帧 用来控制结点对总线的访问权 其特点主要有 介质访问延迟时间 有确定值 通过令牌协调各结点的通信关系 各结点之间无冲突 重负载下信道利用率高 支持优先级服务 所谓正常稳态操作是网络已经完成初始化 各结点进入正常传递令牌与数据 并且没有结点要加入与撤除 没有发生令牌丢失或网 络故障的正常工作状态 令牌传递规定由高地址向低地址 最后由低地址向高地址传递 令牌总线网在物理上是总线网 而在逻辑上 是环网 交出令牌的条件 该结点没有数据帧等待发送 该结点已经发完 令牌持有最大时间到 环维护工作 环初始化 新接点加入环 接点从环中撤出 环恢复 优先级 4 IEEE802 5 标准与 TOKEN RING 在令牌环中 结点通过环接口连接成物理环型 令牌是一种特殊的 MAC 控制帧 令牌帧中有一位标志令牌的忙 闲 当环正常工作时 令牌总是沿着物理环单相逐站传送 传送顺序与节点在环中排列的顺序相同 其特点是与 BUS 相似 环中结点访问延迟确定 适用 重负载环境 支持优先级服务 其缺点是维护复杂且实现困难 IEEE802 5 针对上述技术的改进是 单令牌协议 优先级位 监控站 预约指示器 且定义 25 种 MAC 帧 用以对环进行维护 5 CSMA CD 与 TOKEN BUS TOKEN RING 的比较 CSMA CD针对总线型拓扑结构的局域网设计随机型介质访问控制 适用负荷较低 实时性不高 算法简 单易实现 Token Ring Token Bus针对环型拓扑结构局域网设计的确定型介质访问控制方法 适用负荷较高 实时性高 复杂 实现较困难 6 以太网物理地址的基本概念 局域网通过为网卡分配一个硬件地址来标识一个联网计算机或其他设备 硬件地址固化在网卡 EPROM 里 局域网的 MAC 层是由硬 件来处理的 因此叫物理地址或硬件地址 典型的以太网物理地址长度是 48 位 六个字节 12 位的十六进制 48 位的二进制 IEEE 注册管理委员会 RAC 为厂商分配前 3B 保证每一个 Ethernet 网卡在全球唯一 一 高速局域网研究基本方法 1 对局域网的改革方法 提高数据传输率 将大型局域网划分成多个用网桥或路由器互联的子网 将共享介质方式改变为交换 第 8 页 共 24 页 方式 2 共享介质局域网可分为 Ethernet Token Bus Token Ring 与 FDDI 以及在此基础上发展起来的 100Mbps Fast Ethernet 1Gbps 与 10Gbps Gigabit Ethernet 3 交换式局域网可分为 Switch Ethernet 与 ATM LAN 以及在此基础上发展起来的虚拟局域网 二 光纤分布式数据接口 FDDI 是一种以光纤作为传输介质的高速主干网 其技术特点 1 使用基于 IEEE802 5 的令牌环网介质访问控制协议 2 使用 IEEE802 2 协议 3 数据传输速率为 100Mbps 连网的结点数小 于等于 1000 环路长度为 100km 4 可以使用双环结构 具有容错能力 5 可以使用多模或单模光纤 6 具有动态分配带宽的能 力 能支持同步和异步数据传输 三 100Mbps Fast Ethernet 802 3u 100Base T 采用介质独立接口 MII 将 MAC 与物理层分开 特点 与以太网相同之处 保留了传统 10M 以太网一样的 帧 格式 介质访问控制方法 CSMA CD 接口和组网方法 与以太网不同之处 数据发送时间提高了 10 倍 数据发送延迟时间降低 10 倍 由 100ns 降低到 10ns 不再使用同轴电缆作为传 输介质 而使用双绞线和光纤作为传输介质 在物理层和数据链路层之间加入介质独立性接口 MII 链路层独立 使用 IEEE802 3 协议 100BaseTX 物理层 两对 5 类非屏蔽双绞线或 1 对屏蔽双绞线 全双工传输 每个结点可以同时传输 100Mbps 100BaseT4 4 对 3 类非屏蔽双绞线 其中一对用于冲突检测 100BaseFX 支持 2 芯的多模或单模光纤 从结点的到集线器的距离 2KM 全双工系统 四 1Gbps Gigabit Ethernet 502 3z 发送间隔时间 1 ns 提高 100 倍 在 LLC 层用 802 2 采用千兆介质独立接口 GMII 将 MAC 与物理层分开 在 MAC 使用 CSMA CD 在物理层作更改 1000BaseT 5 类非屏蔽双绞线 传输距离 100 米 1000BaseCX 屏蔽类双绞线 传输距离 25 米 1000BaseSX 波长为 850nm 的多模光纤 传输距离 300 米 550 米 1000BaseLX 波长为 1300nm 的单模光钎 传输距离 3 公里 五 10Gbps Gigabit Ethernet 802 3ae 特点 帧格式与以前以太网相同 保留 802 3 对以太网最小帧长度和最大帧长度的规定 传输介质只使用光纤 只工作在全双工方式 传输距离不受冲突检测的限制 物理层协议有两种不同的物理层 局域网物理层标准和广域网物理层标准 光传输数据标准 光钎同步网络和同步数字体系 六 交换式局域网 交换式局域网从根本上改变了 共享介质 的工作方式 它可以通过以太网交换机支持交换机端口结点之间的多 个并发连接 实现多结点之间数据的并发传输 1 是在多个交换机的接口之间建立并发连接的网络 核心部件是局域网交换机 典型的局域网为交换式以太网 它的核心部件是以 太网交换机 2 以太网交换机是利用 端口 MAC 地址映射表 进行数据交换的 交换机的 地址学习 是通过读取帧的源地址并记录帧进入交换 机的端口号进行的 3 交换机的帧转发方法 交换机可以分为 3 类 直接交换方式 只要接收并检测到目的字段就立即转发 优点是交换延迟时间短 缺点是缺乏差错检测能力 存储转发交换方式 完整接收并进行差错校验 改进直接交换方式 只接收帧的前 64 字节 如果正确就转发 交换延迟时间将会减少 4 局域网交换机的特性 低交换传输延迟 仅几十 us 网桥为几百 us 路由器为几千 us 高传输带宽 3 允许 10 100Mbps 共存 可以支持虚拟局域网 七 虚拟局域网 1 虚拟网络 VLAN 是建立在交换技术基础上 局域网交换机或 ATM 交换机 的 它以软件的形式来实现逻辑组的划分与管理 逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制 3 对虚拟网络成员的定义方法上 有以下 4 种 用交换机端口号定义虚拟局域网 最通用的办法 用 MAC 地址 基于用户的虚拟局域网 缺点 所有用户在初始阶段配置至少一个虚拟局域网 初始值人工完成 随后就可以自动 追踪 用网络层地址 IP 地址 优点 利于组成基于服务和应用的虚拟局域网 可以随意移动节点而无须重新配置网络 但性能差 速度慢 IP 广播组 这种虚拟局域网的建立是动态的 它代表一组 IP 地址 优点 可根据服务灵活地组建 可以跨越路由器实现与广域 网互联 4 虚拟局域网的优点 方便用户管理 减少网络管理开销 提供更好的安全性 改善网络服务质量 八 无线局域网 IEEE802 11 1 应用 作为传统局域网的扩充 建筑物之间的互联 漫游访问 特殊网络 AD HOC 2 按采用的传输技术分类 红外线局域网 基本技术 定向光束红外线传输 全方位外线传输 漫反射红外线传输 特点 按 视距方式传播 不易被入侵 提高了安全性 每个房子的红外线网络互不干扰 设备相对简单和便宜 窄带微波局域网 扩频无线局域网 目前使用的扩展频谱技术有 跳频扩频 FHSS 2 4GHz 传输速率 1 2 5 5 11Mbps 直接序列扩频 DSSS 2 4GHz 传输速率 1Mbps 或 2Mbps 4 IEEE802 11 协议的介质访问控制 MAC 层分为两个子层 分布式协调功能 DCF 和点协调功能 PCF 层 传输速率 1 2Mbps 5 IEEE802 11b 定义跳频扩频技术 传输速率 1M 2M 5 5M 11M 并开发介质访问 MAC 子层协议和物理介质标准 第 9 页 共 24 页 3 3 4 4 局域网组网设备局域网组网设备 1 网卡网卡是网络接口卡 NIC 的简称 它是构成网络的基本部件 网卡分类 按计算机种类 标准以太网卡 PCMCIA 网卡 用于便携式计算机 按传输速率分类 普通的 10Mbps 高速的 100Mbps 网卡 10 100Mbps 自适应网卡 1000Mbps 网卡 按传输介质类型分类 双绞线网卡 RJ 45 粗缆网卡 AUI 细缆网卡 BNC 光纤网卡 F O 3 集线器集线器在传统的局域网中 连网的节点通过非屏蔽双绞线与集线器连接 构成物理上的星型结构 普通的集线器两类端口 一类是用于连接接点的 RJ 45 端口 这类端口数可以是 8 12 16 24 等 另一类端口可以是用于连接粗缆的 AUI 端口 用于连接细缆的 BNC 端口 也可以是光纤连接端口 这类端口称为向上连接端口 按传输速率分类 10Mbps 集线器 100Mbps 集线器 10Mbps 100Mbps 自适应集线器 按集线器是否能够堆叠分类 普通集线器 可堆叠式集线器 按集线器是否支持网管功能 简单集线器 带网管功能的集线器 4 局域网交换机 局域网交换机 Switch 交换式局域网从根本上改变了 共享介质 的工作方式 通过在端口节点间建立多个并发连接 实现多 个节点间的并发传输 增加网络带宽 改善局域网性能与质量 对于 10M 端口 半双工端口带宽为 10M 全双工带宽为 20M 局域网交换机可以分为 1 简单的 10Mbps 交换机 2 10Mbps 100Mbps 自适应的局域网交换机 3 大型局域网交换机 5 网络互连设备 网桥 路由器 网关 网桥网桥是在数据链路层上实现不同网络互连的设备 网桥的基本特征 网桥在局域网中经常被用来将一个大型局域网分成既独立又能互 相通信的多个子网的互连结构 从而可以改善各个子网的性能与安全性 网桥利用物理地址 MAC 转发帧 数据链路层以上协议必须 相同 容易产生 广播风暴 问题 基于这两种标准 IEEE802 1 802 5 的网桥分别是 透明网桥 以太网 源路由网桥 令牌网 6 路由器路由器的功能 建立维护路由表 负责路由选择 对分组的存储转发 拥塞控制 路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备 需要每个局域网网络层以上高层协议相同 数据链路层与物理层协议可以不同 路由器可以隔离各个子网的广播通信 利用目的的 IP 地址转发分组 7 网关网关可以完成不同网络协议之间的转换 网关实现协议转换的方法是 直接将网络信息包格式转化成输出网络信息包格式 N N 1 将输入网络信息包的格式转化成一种统一的标准网间信息包的格式 2N 一个网关可以由两个半网关构成 3 53 5 局域网的组网方法 局域网的组网方法 最长连接 双绞线 100m 单模光纤 3000m 多模光纤 300 550m 1 双绞线的组网方法 带 RJ 45 端口的以太网网卡 Hub 集线器 3 类或 5 类的非屏蔽双绞线 RJ 45 头 2 双绞线组网的基本结构方式 单一的集线器结构 多集线器级联结构 级联 集线器与集线器之间的连接 普通的端口连接或向上的端口连接 堆叠式集线器 一个基础集线器和若干个扩展集线器构成 3 100Mbps 以太网组网方法 100BASE T 集线器 交换机 100BASE T 网卡 双绞线或光缆 主干部分使用 100Mbps 交换机 4 1000Mbps 以太网组网方法 基本设备 1000Mbps 交换机 10Mbps 集线器 交换机 10 100Mbps 以太网卡 双绞线与光缆 3 63 6 局域网结构化布线局域网结构化布线 结构化布线系统是指在一座办公大楼或楼群中安装的传输线路 这种传输线路能连接所有的语音数字设备 并将它们与电话交换系统 连接起来 包括布置在楼群中所有电缆线及各种配件 但不包括各种交换设备 1 结构化布线系统与传统的布线系统最大的区别在于 结构化布线系统的结构与当前所连接的设备位置无关 主要介质是双绞线 2 结构化布线系统先预先按建筑物的结构 将建筑物中所有可能放置计算机及其外部设备的位置都布好了线 然后再根据实际所连 接的设备情况 通过调整内部跳线装置 将所有计算机设备以及外部设备连接起来 3 一个完善的智能大楼系统除了结构化布线系统以外 还应该包含以下几种系统 1 办公自动化系统 2 通信自动化系统 3 楼宇自动化系统 4 计算机网络 结构化布线系统的应用环境 1 建筑物综合布线系统 2 智能大楼布线系统 3 工业布线系统 4 建筑物综合布线系统的主要特点是 1 由于建筑物综合布线系统支持各种系统与设备的集成 能与现在所有的语音 数据系统一起工作 从而可以保护用户在硬件 软件 培训方面的投资 2 建筑物综合布线系统有助于将分散的布线系统 合并成一组统一的 标准的布线系统中 3 建筑物综合布线系统的结构化设计 使用户自己能够容易的排除故障 增强了系统安全性 便于管理 4 采用高性能的非屏蔽双绞线与光纤的建筑物综合布线系统 能够支持高达 100Mbps 甚至更高的数据传输速率 6 智能大楼布线系统 采用开放式 模块化结构 具有很高的灵活性 7 工业布线系统是专为工业环境设计的布线标准与设备 一般采用双层网络结构来提高系统运行的稳定性 特点 采用光纤和模块 结构 3 73 7 网络互联技术 网络互联技术 网络互连 都可以向下兼容 但