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计算机网络复习提纲1.1.2 计算机网络的形成 随着计算机应用的发展，出现了多台计算机互连的需求，网络用户希望通过网络实现计算机资源共享的目的：ARPAnet。1.1.3 网络体系结构与协议标准化的研究开放系统互连参考模型。 在1969年ARPAnet的实验性阶段，研究人员就开始了TCP/IP协议雏形的研究：TCP/IP协议。1.2 计算机网络的定义与分类及技术特点 资源共享观点对计算机网络的定义：以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合。 按覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分为以下三类： 局域网（ local area network，LAN） 城域网（ metropolitan area network，MAN） 广域网（wide area network，WAN ）1.3 计算机网络的组成与结构 计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能；（早期的计算机网络） 早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为资源子网和通信子网两个部分：资源子网：负责数据处理的主计算机与终端；通信子网：负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路。1.4.2 计算机网络拓扑的分类 网络拓扑可以按通信子网中通信信道类型分类： 广播信道拓扑和点对点信道拓扑 广播信道的特点：一个公共的通信信道被多个网络结点共享； 总线型、环型、树型、无线通信与卫星通信型； 点对点信道的特点：每条物理线路连接一对结点； 星型、环型、树型、网状型。1.5 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，可以采用的方法基本可以分为两类：1.6 典型计算机网络 ARPANET Internet第2章 网络体系结构与网络协议 协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念 网络体系结构的层次化研究方法 OSI参考模型及各层的基本服务功能 TCP/IP参考模型的层次划分、各层的基本服务功能与主要协议2.1 网络体系结构的基本概念 网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准。 网络协议的三要素：语义、语法与时序 语义：用于解释比特流的每一部分的意义； 语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序的意义； 时序：事件实现顺序的详细说明。2.1.2 协议、层次、接口与体系结构的概念2.2.2 OSI参考模型的结构 P42页OSI参考模型总结OSI层功能应用层在程序之间传递信息表示层处理文本格式化，显示代码转换会话层建立、维持、协调通信传输层确保数据正确发送网络层决定传输路由，处理信息传递数据链路层编码、编址、传输信息物理层管理硬件连接2. OSI环境中的数据传输过程2.2.5 面向连接服务与无连接服务 在网络体系结构中讨论的服务可以分为通信子网对网络中数据传输所提供的服务，与整个网络系统为用户提供的服务； 通信子网的服务是指通信子网对主机间数据传输的效率和可靠性所提供的保证机制； 通信服务可以分为两大类： 面向连接服务（connect-oriented service） 无连接服务（connectless service）面向连接服务的特点： 面向连接服务的数据传输过程必须经过连接建立、连接维护与释放连接的三个过程； 面向连接服务的在数据传输过程中，各分组可以不携带目的结点的地址； 面向连接服务的传输连接类似一个通信管道，发送者在一端放入数据，接收者从另一端取出数据； 面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传输可靠性好，但是协议复杂，通信效率不高。2.3.2 TCP/IP参考模型各层的功能 应用层 传输层 互联层 主机-网络层第3章 物理层 物理层与物理层协议的基本概念。 数据通信的基本概念。 无线与卫星通信技术的基本概念。 数据编码的类型和基本方法。 基带传输的基本概念。 频带传输的基本概念。 多路复用的分类与特点。3.1.2 物理层基本服务功能 物理层设计时主要考虑的是如何在连接开放系统的传输介质上传输各种数据的比特流； 计算机网络可以利用的物理传输介质与传输设备存在着很大的差异，设计物理层的主要目的是向数据链路层屏蔽通信技术的差异性； 数据链路实体通过与物理层的接口，将数据传送给物理层，通过物理层按比特流的顺序，将信号传输到另一个数据链路实体。3.1.3 物理层向数据链路层提供的服务 物理连接的建立、维护与释放； 物理连接的类型：点-点连接与多点连接； 数据传输方式： 全双工、半双工与单工方式； 串行传输方式与并行传输方式。2. 信号的概念 信号是数据在传输过程中电信号的表示形式； 模拟信号（analog signal）的信号电平是连续变化的； 数字信号（digital signal）是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号表示； 按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统两种。 要经常对数字信号和模拟信号进行转发以使它们传播得更远。模拟信号的问题在于当它被转发时幅度将增强，同时伴随的被累积的噪声幅度也将增强，这种杂乱无章的增强将使得模拟信号变形得更加严重。 当数字信号被转发时，实际上是将原始的，未变形的，且无噪声的信号重新发送，该过程被称之为波形再生。 再生一个数字信号的设备被称之为中继器。 下图显示了一个因噪声而变形并经过中继器再生的数字信号。同步通信 同步：要求通信的收发双方在时间基准上保持一致。 类型：位同步（bit synchronous）和 字符同步（character synchronous）。3.2.3 传输介质的主要类型 双绞线 同轴电缆 光纤电缆 无线与卫星通信信道（2） 蜂窝无线通信 多址接入方法： 频分多址接入（FDMA） 时分多址接入（TDMA） 码分多址接入（CDMA） （3）卫星通信 优点：通信距离远、费用与通信距离无关、覆盖面积大、不受地理条件的限制、通信带宽宽、可进行多址通信与移动通信。 卫星微波形成点对点通信。3.3 数据编码技术3.3.1 数据编码类型补充：多相调制正交调制 正交调制：QAM(Quadrature Amplitude Modulation)，可供选择的相位有12种，而对于每一种相位有1或2种振幅可供选择。rj(r, j)优点：由于4 bit编码共有16种不同的组合，因此这16个点中的每个点可对应于一种4 bit的编码。缺点：若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难。补充：模拟的和数字的数据、信号 模拟数据、模拟信号：最早的电话系统 模拟数据、数字信号：将模拟数据转化成数字形式后，就可以使用先进的数字传输和交换设备。 数字数据、模拟信号：有些传输媒体只适用于传输模拟信号，比如光纤和无线信道。使用这样的信道时，必须将数字数据经过调制变换为模拟信号后才能传播。 数字数据、数字信号：一般来说，把数字数据编码成数字信号的设备比将数字数据调制成模拟信号的设备更简单，更廉价。3.3.4 脉冲编码调制方法 脉冲编码调制：PCM，pulse code modulation。是模拟数据数字化的主要方法。 主要步骤： 采样； 量化； 编码。PCM用于数字语音系统 声音分为128个量化级； 每个量化级采用7位二进制编码表示； 采样速率为8000样本/秒； 数据传输速率应达到7位8000/秒 =56kb/s； 如果每个量化级采用7+1=8位二进制编码表示； 数据传输速率应达到8位8000/秒 = 64kb/s。3.4 基带传输技术3.4.1 基带传输的定义 在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号； 矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带，简称为基带，矩形脉冲信号就叫做基带信号； 在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输。3.4.3 数据传输速率的定义与信道速率的极限数据传输速率的定义 数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一； 数据传输速率在数值上，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，记做b/s； 常用的数据传输速率单位有：Kb/s、Mb/s、Gb/s与Tb/s。信道速率的极限值 奈奎斯特准则：二进制数据信号的最大数据传输速率 Rmax与通信信道带宽B（B=f，单位Hz）的关系为Rmax=2f（b/s）。 香农定理：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输速率Rmax与信道带宽B，信噪比S/N的关系为Rmax = Blog2（1+S/N） S/N为信噪比。3.5 频带传输的基本概念 利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输； 调制解调器（modem）是频带传输中最典型的通信设备； 调制解调器的作用是： 在数据的发送端将计算机中的数字信号转换成能在电话线上传输的模拟信号； 在接收端将从电话线路上接收到的模拟信号还原成数字信号。 3.6.1 多路复用技术的分类 频分多路复用FDM 波分多路复用WDM 时分多路复用TDM贝尔系统的T1载波 24路音频信道复用在一条通信线路上； 每路音频模拟信号在送到多路复用器之前，要通过一个PCM编码器； 编码器每秒取样8000次； 24路PCM信号的每一路轮流将一个字节插入到帧中； 每个字节的长度为8位，其中7位是数据位，1位用于信道控制； 每帧由248=192位组成，附加一位作为帧开始标志位，所以每帧共有193位； 发送一帧需要125毫秒； T1载波的数据传输速率为1.544Mb/s。 第4章 数据链路层 误码率的定义与差错控制方法。 数据链路层的基本概念。 面向比特型数据链路层协议实例 HDLC。4.1 差错产生与差错控制方法4.1.1 设计数据链路层的原因 在原始物理传输线路上传输数据信号是有差错的； 设计数据链路层的主要目的是在原始的、有差错的物理传输线路的基础上，采取差错检测、差错控制与流量控制等方法，将有差错的物理线路改进成无差错的数据链路。 改善数据传输质量，向网络层提供高质量的服务。差错产生的原因 在接收端，接收电路在取样时对叠加后的信号进行判断，以确定数据的0、1值。 如果噪声对信号叠加的结果在电平判决时引起错误，这时就会产生传输数据的错误。4.1.3 误码率的定义 误码率：二进制比特在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于：其中，N为传输的二进制比特总数；Ne为被传错的比特数。4.1.5 循环冗余编码工作原理 假设待传送的数据M = 1010001101（共k bit）。我们在M的后面再添加供差错检测用的nbit冗余码一起发送。待传送的数据 M = 1010001101设 n = 5, P = 110101，模 2 运算的结果是：商 Q = 1101010110，余数R = 01110。将余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发送出去，即发送的数据是101000110101110，或 2nM + R。4.1.6 差错控制机制1. 反馈重发机制接收端通过校验码译码器判断数据传输中是否出错。如果没有出错，接收端通过反馈信号控制器向发送端发送“传输正确（ACK）”信息。2. 反馈重发机制的分类 停止等待方式：协议简单，但通信效率低2. 连续工作方式 拉回方式 选择重发方式补充：拉回方式的实现基础滑动窗口 发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口。 发送窗口用来对发送端进行流量控制。 发送窗口的大小 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4.2.2 数据链路层的主要功能 常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。4.4.2 数据链路的配置和数据传送方式 数据链路的配置：非平衡配置和平衡配置。 非平衡配置中的主站与从站： 主站：控制数据链路的工作过程。主站发出命令； 从站：接受命令，发出响应，配合主站工作。 非平衡配置中的结构特点：点-点方式和多点方式。1. 非平衡配置方式 正常响应模式（normal response mode，NRM） 主站可以随时向从站传输数据帧； 从站只有在主站向它发送命令帧进行探询（poll），从站响应后才可以向主站发送数据帧。 异步响应模式（asynchronous response mode，ARM） 主站和从站可以随时相互传输数据帧； 从站可以不需要等待主站发出探询就可以发送数据； 主站负责数据链路的初始化、链路的建立、释放与差错恢复等功能。4.4.3 HDLC的帧结构 F（flag） ：固定格式 01111110 作用 帧同步 传输数据的透明性（零比特插入与删除） A（address） ： 地址 C（control） ：帧的类型、帧的编号、命令与控制信息 I（information） ：网络层数据，Nmax = 256B CRC（checksum） ：校验A、C、I字段的数据 G(X)= X16+X12+X5+1零比特插入/删除工作过程4.4.4 数据链路层的工作过程 正常响应模式的数据链路工作过程：建立数据链路、帧传输、释放数据链路。 简化的信息帧结构的表示方法：正常响应模式数据链路工作第5章 介质访问控制子层 局域网拓扑结构的类型与特点。 IEEE 802参考模型与协议的基本概念。 Ethernet局域网的基本工作原理。 令牌环网与FDDI的基本概念。 高速局域网、交换局域网与虚拟局域网的基本工作原理。 无线局域网的基本工作原理。 网桥的基本工作原理。总线型局域网的主要特点 所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上； 总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线； 所有结点都可以通过总线发送或接收数据，但是一段时间内只允许一个结点通过总线发送数据。 当一个结点通过总线以“广播”方式发送数据时，其他结点只能以“收听”方式接收数据。举例：CSMA/CD 20世纪80年代，局域网中的Ethernet、Token Bus、Token Ring形成三足鼎立的局面，但目前Ethernet仍旧是应用最广泛的局域网。 Ethernet的核心技术：随机争用型介质访问控制方法。 带有冲突检测的载波侦听多路访问方法。（carrier sense multiple access with collision detection, CSMA/CD）5.2.2 Ethernet帧结构与工作流程分析1. Ethernet数据发送流程的分析 载波监听； 多路访问； 冲突 冲突检测； 冲突处理。CSMA/CD的发送流程可以概括为： 先听后发 边听边发 冲突停止 延迟重发 Ethernet中的每个结点利用总线发送数据时，首先需要侦听总线是否空闲。Ethernet的物理层规定发送的数据采用曼彻斯特编码方式：如果总线上已经有数据在传输，总线的电平将会出现“跳变”，则可以判定可以此时为“总线忙”；如果总线上没有数据在传输，总线的电平将不发生“跳变”，则可以判定此时为“总线空闲”。如果一个结点已准备好发送的数据帧，并且总线此时处于空闲状态，则这个结点就可以“启动发送”。5.1.2 局域网拓扑结构类型与特点2. 环型拓扑构型 结点使用点点线路连接，构成闭合的物理的环型结构； 环中数据沿着一个方向绕环逐站传输； 多个结点共享一条环通路； 环建立、维护、结点的插入与撤出。3. 星型拓扑构型 逻辑结构与物理结构的关系 交换局域网(switched LAN)的物理结构 IEEE 802委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称为IEEE 802标准； IEEE 802标准之间的关系： 5.2 Ethernet帧结构与工作流程分析2. Ethernet帧结构 前导码与帧前定界符字段 目的地址和源地址字段 长度字段 LLC数据字段 帧校验字段该帧结构符合Ethernet V2.0的标准；该标准是在DEC、Intel与Xerox公司合作研究Ethernet协议的基础上改进而成的。所以该帧结构又称为DIX帧结构。5.2.4 Ethernet物理地址 Ethernet地址 网络物理地址 物理网络地址 ; Ethernet地址 = Manufacture ID + NIC ID 24bit + 24bit 公司：Cisco 00-00-0c Novell 00-00-1B 00-00-D8 3Com 00-20-AF 00-60-8C IBM 08-00-5A 典型的Ethernet地址 ： 00-60-8C-01-28-12 000000001010000010001100 000000010010100000010010 Ethernet地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。介质访问控制技术的分类1. 静态划分信道：比如频分复用、时分复用、波分复用和码分复用等。用户只要得到了信道就不会和别的用户发生冲突。2. 动态媒体接入控制（多点接入）：特点为信道并非在用户通信时固定分配给用户。 随机接入：所有的用户可随机地发送信息。但如果恰巧有两个或更多的用户在同一时刻发送信息，那么在共享媒体上就要产生碰撞（冲突），使得这些用户的发送都失败。 受控接入：用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。典型代表有分散控制的令牌环局域网和集中控制的多点线路探询（polling），或者称为轮询。5.3.2 令牌环网与FDDI1. 令牌环网的工作原理 在Token Ring中，结点通过环接口连接成物理环状。 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。 工作时令牌总是沿物理环单向逐站传送，传送顺序与结点在环中排列的顺序相同。3. 光纤分布式数据接口FDDI作为主干网互连多个局域网的结构 5.5 交换式局域网的工作原理 5.5.1 交换式局域网的基本结构 典型的交换式局域网是交换式以太网（switched Ethernet）； 核心部件是以太网交换机Ethernet switch。5.6 虚拟局域网的工作原理5.6.1 虚拟网络的概念 虚拟网络建立在交换技术基础之上； 如果将局域网的结点按工作性质与需要，划分成若干个“逻辑工作组”，那么一个逻辑工作组就是一个虚拟网络。 逻辑工作组的结点组不受物理位置的限制，一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。第6章 网络层 网络层与网络互联的基本概念。 IP协议的特点与基本内容。 IP地址及子网编址的基本方法。 地址解析的基本概念与方法。 IP分组的转发与路由选择的概念。 Internet路由选择协议的概念。6.1.2 网络互联基本概念 互联网络：利用网桥、路由器等互联设备将两个及两个以上的物理网络相互连接起来构成的系统。补充小知识点：internet和Internet 以小写字母i开始的internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的虚拟网络。 以大写字母I开始的的Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族，且其前身是美国的ARPANET。 6.2 IP地址6.2.1 IP地址的基本概念 大型的互连网络中需要有一个全局的地址系统，它能够给每一台主机或路由器的网络连接分配一个全局惟一的地址； TCP/IP协议的网络层使用的地址标识符叫做IP地址： IPv.4中IP地址是一个32位的二进制地址； 网络中的每一个主机或路由器至少有一个IP地址； 在Internet中不允许有两个设备具有同样的IP地址； 如果一台主机或路由器连接到两个或多个物理网络，那么它可以拥有两个或多个IP地址。IP地址的分类 6.3 子网和超网的基本概念6.3.1 为什么要研究子网和超网 设计IP地址的初衷：希望每个IP地址都能唯一地、确定地识别一个物理网络与一台主机。 遇到的问题： IP地址的有效利用率问题； 路由器的工作效率问题。 构成子网：将一个大的网络划分成几个较小的网络，而每个网络都有其自己的子网地址。 构成超网：将一个组织所属的几个C类网络合并成一个更大地址范围的、大的逻辑网络。6.3 IP分组交付和路由选择6.3.1 IP分组交付 分组交付（forwarding）是指在互联网络中路由器转发IP分组的物理传输过程与数据报转发交付机制； 分组交付可以分为直接交付和间接交付两类； 是直接交付还是间接交付，路由器需要根据分组的目的IP地址与源IP地址是否属于同一个子网来判断。2. 静态路由选择算法和动态路由选择算法 从路由选择算法对网络拓扑和通信量变化的自适应角度划分，可以分为静态路由选择算法与动态路由选择算法两大类； 静态路由选择算法也叫做非自适应路由选择算法，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化； 动态路由选择算法也称为自适应路