[工学]5-2007年计算机网络部分统考辅导材料1

中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,1,中科院研究生院 计算机网络部分统考辅导材料,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,2,计算机网络部分统考辅导材料,目录1. 计算机网络定义和功能2. 计算机网络与分布式计算机系统之的差别。3. 计算机网络组成和结构4. 计算机网络的性能5. 计算机网络标准化6. 通信协议7. 通信协议的层次结构8. 分层原则9. 网络的体系结构10. 服务原语,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,3,计算机网络部分统考辅导材料,目录11. 协议和接口12. ISO/OSI基本参考模型13. 模拟传输 14. 数字传输15. 通信系统的模型 16. 信道17. 信道连接和通信方式18. 数据信息的编码方式19. 异步传输与同步传输20. 波分多路复用,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,4,计算机网络部分统考辅导材料,目录21. CDMA22. 数据链路层协议基本原理23. 滑动窗口协议的基本原理24. 交换技术25. IP地址26. IP子网的划分27. 子网掩码28. 无类别域间路由选择29. 网络地址转换30. IP路由选择,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,5,计算机网络部分统考辅导材料,目录31. IPv6 32.虚拟专用网络 33. 网络管理的基本概念34.网络管理模型35. 网络管理协议SNMP36. 虚拟局域网37. 以太网和IEEE 802.3标准 38. 以太网交换机39. TCP协议40. TCP拥塞控制,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,6,计算机网络部分统考辅导材料,1. 计算机网络定义和功能可以把计算机网络定义为：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。计算机网络的功能是为用户提供交流信息的途径，提供人际通信手段，让用户可以做远程信息处理，可以在本地也可以跨地域地共享软件、硬件和数据资源，提高可靠性，节省费用，便于扩充以及协同处理等。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,7,计算机网络部分统考辅导材料,2.计算机网络与分布式计算机系统之的差别。 需要注意计算机网络与分布式计算机系统之的差别。分布式计算机系统中的各计算机对用户是透明的。对用户来说，分布式计算机系统就好像只有一台计算机一样。用户通过键入命令就可以运行程序，使用文件系统，但用户不知道是哪一台计算机在为他运行程序或处理文件。是操作系统为用户选择一台最合适的计算机来为他服务，并将服务的结果传送到合适的地方。这些都不需要用户的干预。而计算机网络则不同。用户必须先在要为其执行计算或处理功能的计算机上登录，然后按照该计算机的地址，将命令、数据或程序传送到该计算机上去处理或运行。最后，服务方计算机将结果传送到指定的计算机。计算机网络与分布式计算机系统之间主要的区别是软件的不同。一般说来，分布式计算机系统是计算机网络的一个特例。也有一些分布式计算机系统根本就不是计算机网络（例如分布式计算机）。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,8,计算机网络部分统考辅导材料,3. 计算机网络组成和结构一个计算机网络应当有三个主要的组成部分：* 若干个主机，它们向各用户提供服务；* 一个通信子网，由一些专用的节点交换机和连接这些节点的通信链路所组成；*一系列的协议，这些协议是为在主机之间、通信子网内节点之间，或者主机和子网之间的通信而建立的。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,9,计算机网络部分统考辅导材料,3. 计算机网络组成和结构在广域网的概念上，计算机网络由通信子网和资源子网两部分构成。通信子网负责计算机间的数据通信，也就是信息的传输。通过通信子网互连在一起的计算机则负责运行对信息进行处理的应用程序，它们是网络中信息流动的源和宿，向网络用户提供可共享的硬件、软件和信息资源，构成资源子网。在采用广播型传输媒体的局域网中，节点交换机简化为单个的芯片置于主机内部，所以总是一台主机配一个节点交换机，而在广域网中，可以是多台主机共用一个节点交换机。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,10,计算机网络部分统考辅导材料,3. 计算机网络组成和结构 由电信部门运营的通信子网几乎都是面向连接的，在传输用户数据之前先建立一条连接或虚电路。在由许多个网络互连而成的TCP/IP网络中，网络层提供的服务是无连接的，用户事先不用建立连接就可以通过路由器传送数据分组。执行存储转发功能的计算机设备被称作路由器，而不叫做交换机。不过在局域网内互连多个广播型网段的连网设备也叫做交换机，一般称作LAN交换机。 TCP/IP网络把电信部门的通信子网看成是一个物理网络，把通过该物理网络建立的电路或虚电路用作互连路由器的一条数据链路。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,11,计算机网络部分统考辅导材料,4. 计算机网络的性能就性能而言，计算机网络的两个最主要的指标是带宽与时延。带宽本来是指某个信号具有的频带宽度，其单位是赫兹。在过去很长的一段时间，通信的主干线路是用来传送模拟信号，因此，表示通信线路允许通过的信号范围就称为线路的带宽。当通信线路用来传送数字信号时，数据率就成为数字信道最重要的指标，但数字信道的数据率的单位并不采用频率的单位。此时，网络或链路的带宽的单位是“比特每秒”或bps。因为带宽代表数字信号的发送速率，因此带宽有时也称为吞吐率。在实际的应用中，吞吐率常用每秒发送的比特数来表示。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,12,计算机网络部分统考辅导材料,4. 计算机网络的性能（续）* 时延是指一个报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传送到另一端所需的时间。值得注意的是，时延是由发送时延、传播时延和处理时延等几个部分组成的，其中，处理时延是数据在交换节点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间（包括排队等待时间）。* 将前述网络性能的两个度量单位(传播时延和带宽)相乘，就得到另一个很有用的度量：传播时延带宽积，它有时也被称作以比特为单位的链路长度。* 在计算机网络中，往返时间（RTT）也是一个重要的性能指标，它表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后便立即发送确认），总共经历的时延。它的意义就是当发送端连续发送数据时，在收到对方的确认之前，就已经将这么多的比特发送到链路上了。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,13,计算机网络部分统考辅导材料,5.计算机网络标准化*ISO/OSI 国际标准化组织制定的开放系统参考模型*IEEE802系列 电气电子工程师协会制定的局域网标准*TCP/IP 事实上的国际标准 并非每个RFC都是Internet标准， RFC要上升为 Internet标准还要经过4个阶段： 草案建议标准草案标准 正式标准,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,14,计算机网络部分统考辅导材料,6. 通信协议 简单地讲，通信双方在通信时需要遵循的一组规则和约定就是协议。协议主要由语义、语法和定时三部分组成，语义规定通信双方准备“讲什么”，亦即确定协议元素的种类；语法规定通信双方“如何讲”，确定数据的信息格式、信号电平等；定时则包括速度匹配和排序等。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,15,计算机网络部分统考辅导材料,7. 通信协议的层次结构 两个系统中实体间的通信是一个十分复杂的过程，为了减少协议设计和调试过程的复杂性，大多数网络的实现都按层次的方式来组织，每一层完成一定的功能，每一层又都建立在它的下层之上。不同的网络，其层的数量、各层的名字、内容和功能不尽相同，然而在所有的网络中，每一层都是通过层间接口向上一层提供一定的服务，而把这种服务是如何实现的细节对上层加以屏蔽。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,16,计算机网络部分统考辅导材料,7. 通信协议的层次结构（续）层次结构的好处 （1）由于每一层只实现一种相对独立的功能，可将一个难以处理的复杂问题分解为若干个容易处理的较小问题，这样就降低了处理整个问题的难度。某一层不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间接口所提供的服务，这就使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得容易多了，因为整个系统已被分解为若干个相对独立的子系统。（2）由于分层把整体结构分割开，各层都可以采用最合适的技术来实现，一层技术上的改变不会对其它层有多大的影响。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,17,计算机网络部分统考辅导材料,7. 通信协议的层次结构： 层次结构的好处 （续）（3）灵活性好。当对任何一层进行修改时，只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响。此外，对某一层提供的服务也可以进行修改。当某层提供的服务不再需要时，甚至可以将这层取消。（4）能促进标准化工作，因为每一层的功能及其所提供的服务都可以有精确的说明。分层时应注意使每一层的功能非常明确，层数要适中。若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。但层数太多又会在进行描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,18,计算机网络部分统考辅导材料,8. 分层原则分层可以遵守以下几个主要原则：*每层的功能应是明确的，并且互相独立。*层间接口清晰, 跨越接口的信息量应尽可能少。*层数适中。分层本身也有一些缺点，例如有些功能往往难免在不同的层次中重复出现，因而产生了额外的开销。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,19,计算机网络部分统考辅导材料,9. 网络的体系结构 我们把计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构。换句话说，计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。需要强调的是，这些功能究竟是用何种硬件或软件完成的，则是一个遵循这种体系结构的实现的问题。体系结构是抽象的，而实现则是具体的。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,20,计算机网络部分统考辅导材料,10. 服务原语 服务原语是一层对它向其相邻上层所提供的服务的描述的形式，每个原语都带有一套相关的服务参数。服务是通过一组服务原语来执行的，原语供用户和其它实体访问该服务时调用。它们被用来通知服务提供者采取某些行动或向其相邻上层报告某个对等实体的活动。原语包括原语类型、被呼和主呼地址、以及用户数据三个主要元素，原语名字则包含原语类型和提供服务的层的标识，如T.CONNECT.request是由传输服务用户即会话层发出的一个请求原语，其目的是要跟远方用户（会话层）建立一种（逻辑的）运输连接。S. DATA. indication是由对等（通信）会话层发给它上面的表示层的一个指示原语，并且涉及从远方表示层收到的数据。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,21,计算机网络部分统考辅导材料,11. 协议和接口 一层协议实体跟远方系统中对等协议实体通信所使用的协议数据单元（PDU）也叫做分组，两个对等协议实体通过交换PDU（分组）信息互相通信。典型情况下，一个PDU包含用户数据和该层（协议实体）本身产生的协议控制信息（PCI）。数据链路层的PDU也被称作帧。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,22,计算机网络部分统考辅导材料,11. 协议和接口（续） 相邻层之间要交换信息，在接口处也必须遵循一定的规则。在典型的接口上，n+1层实体通过其与N层SAP（服务访问点）把一个称作服务原语的接口数据单元（IDU）传递给n层实体。IDU由服务数据单元N -（SDU）和一些控制信息组成。N-SDU是将要跨越网络传递给远方对等实体，然后上交给远方n+1层的信息，它也就是n层服务原语的用户数据参数。控制信息被下层实体用来指导其功能任务的执行，但不是发送给远方对等实体的内容。为了传送N-SDU，n层实体可能把SDU分成几段，每一段加上一个头之后作为一个独立的协议数据单元（N-PDU）送出。N-PDU被对等实体用于执行对等协议。显然，（N+1) - PDU等同于（N）- SDU。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,23,计算机网络部分统考辅导材料,12. ISO/OSI基本参考模型 ISO/OSI为等级式层次模型，从下到上共分为7层，依次为：物理层，数据链路层，网络层，运输层，会话层，表示层，应用层。 各层基本功能如下：*物理层在物理媒体上传输原始的数据比特流。这里的设计主要是处理机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下的物理传输介质问题。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,24,计算机网络部分统考辅导材料,12. ISO/OSI基本参考模型（续）*数据链路层-在两个相邻的节点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据。它主要完成差错控制、成帧和流量调节等功能，以及通过捎带技术解决对从A到B数据帧的确认的帧同从B到A的数据帧如何共享对线路的使用的问题。广播式网络在数据链路层还要处理新的问题，即如何控制对共享信道的访问。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,25,计算机网络部分统考辅导材料,12. ISO/OSI基本参考模型（续）*网络层网络层的任务是要选择合适的路由使发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付目的站的运输层。网络层的主要功能包括路由选择、拥塞控制、网际互连和记账。在广播网络中，选择路由问题变得很简单，因此网络层很弱，甚至不存在。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,26,计算机网络部分统考辅导材料,12. ISO/OSI基本参考模型（续）*运输层-运输层的任务是根据通信子网的特性最佳地利用网络资源，以可靠、经济和高效的途径在端主机的进程之间以透明的方式传送报文，使会话层不受硬件技术变化的影响。运输层的基本功能是从会话层接收数据，传递给网络层，并确保到达对方的信息正确无误。在必要时运输层可以把它从会话层接收来的数据段分成较小的单位。通常，会话层每请求建立一个运输连接，运输层就为其创建一个独立的网络连接。如果运输连接需要较高的信息吞吐量，运输层也可以为之创建多个网络连接，让数据在这些网络连接上分流，以提高吞吐量。另一方面，如果创建或维持一个网络连接不合算，运输层可以将几个运输连接复用到一个网络连接上，以降低费用。然而，在任何情况下，都要求运输层能使多路复用对会话层透明。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,27,计算机网络部分统考辅导材料,12. ISO/OSI基本参考模型-运输层（续）运输层要决定向会话层提供什么样的服务。最流行的运输连接是一条无错的、按发送顺序传输报文或字节的点到点的虚电路，也有的运输服务是不能保证传输次序的独立报文传输和多目标的报文广播。运输层是真正的从源到目标的“端到端”的层，它是源端机与目标机之间的协议。很多主机有多道程序在运行，有多条连接进出，因此需要有某种方式来区别报文属于哪条连接。识别这些连接的信息被放入运输层的报文头。运输层还必须解决跨网络连接的建立和拆除，这需要某种命名机制，使机器内的进程可以讲明它希望与谁会话。另外，还需要一种流量控制机制，使高速主机不会发生过快地向低速主机传输数据的现象。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,28,计算机网络部分统考辅导材料,12. ISO/OSI基本参考模型（续）*会话层-允许不同主机上各种进程之间进行会话。它不参与具体的数据传输，但会对数据传输进行管理，它在两个通信的进程之间建立、组织和协调交互活动。会话层服务之一是管理对话，允许信息同时双向传输，或任一时刻只能单向传输。另一种会话服务是同步，提供了一种方法，即在数据流中插入检查点，每次网络崩溃后，仅需要重传最后一个检查点以后的数据。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,29,计算机网络部分统考辅导材料,12. ISO/OSI基本参考模型（续）*表示层-主要解决用户信息的语法表示，为上层用户提供共同需要的数据或信息语法表示的变换。该层设计抽象和传送语法的表示、数据压缩和加密等问题。值得一提的是，表示层以下的各层只关心可靠地传输比特流，而表示层关心的是面向应用的传输信息的语法和语义。表示层服务的一个典型的例子是用一种大家一致同意的标准方法对数据编码。为了让采用不同表示法的计算机之间能进行通信，交换中使用的数据结构可以用抽象的方式来定义，并且使用标准的编码方式。表示层管理这些抽象数据结构，并且在计算机内部表示法和网络的标准表示法之间进行转换。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,30,计算机网络部分统考辅导材料,*应用层-是开放系统互连环境的最高层，它为多种类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。应用层对应用进程进行了抽象，它只保留应用进程中与进程交互有关的那些部分。经过抽象后的应用进程就成为OSI应用层中的应用实体。应用层包含大量人们普遍需要的协议，它所标准化的是现实系统中一些应用进程经常使用的功能，以及实现这些功能所要使用的协议。作为例子，所有虚拟终端软件都位于应用层。另一个应用层功能是文件传输。此外还有电子邮件、远程作业录入、名录查询以及其它各种通用和专用的功能。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,31,计算机网络部分统考辅导材料,13. 模拟传输 模拟传输在传输的过程中采用连续的信号即模拟信号，而且是一种不考虑其内容的模拟信号传输方式。在模拟传输中，每隔一定的距离就要通过放大器来放大信号的强度，但在放大信号强度的同时也放大了由噪声引起的信号失真。如果模拟信号所代表的原本就是模拟的数据，如声音，只要失真在一定范围内还是可以忍受的，接收方仍可识别原来的模拟数据（声音）。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,32,计算机网络部分统考辅导材料,14. 数字传输 在传输的过程中采用离散的信号，即数字信号，而且关心信号的内容（每个元素是1还是0）。不论传输的是数字数据或模拟数据，只要它能够用0和1变化模式的信号来表示，就可以采用数字传输。在数字传输中，每隔一定距离不是采用放大器放大衰减和失真了的信号，而是采用转发器，通过阈值判别等手段，识别并恢复原来的0和1变化模式，并重新产生一个新的完全消除了衰减和失真的信号传输出去。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,33,计算机网络部分统考辅导材料,15. 通信系统的模型,示图 通信系统的模型,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,34,计算机网络部分统考辅导材料,15. 通信系统的模型（续） 数据通信就是数字计算机或其他数字终端之间的通信。对于数据通信，在上图所示的通信系统模型中，信源和信宿都是数字计算机或其他数字终端装置，即ITU所称的数据终端设备DTE。在图中，发送端信源的作用是把各种可能的信息转换成原始电信号，为了使这个原始电信号适合在信道上传输，就要通过变换器转换成适合于在信道上传输的信号。信道包括信号的传输媒体及有关的设备，如中继器等。通过信道传输到远地的电信号先由接收端的反变换器转换恢复成原始的信号，再送给接收者（信宿），而后由信宿将其转换成各种信息。图中的噪声源，是信道中的噪音（即对信号的干扰）以及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。图中给出的是一个单向通信系统的模型，实际的通信系统大多为双向的，信道可进行双向通信，信源与信宿合为一体，变换器与反变换器也合为一体。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,35,计算机网络部分统考辅导材料,16. 信道信道与电路并不等同。信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体. 因此一条通信电路至少包含一条发送信道和（或）一条接收信道。一个信道可以看成是一条电路的逻辑部件。数据通信可以通过数字信道来实现，也可以通过模拟信道来实现。后者需要把DTE产生的数字信号进行调制，把接收端的模拟信号进行解调。调制解调器是通信系统模型中的变换/反变换器的具体化。即使使用数字信道进行数据通信，一般也需要变换/反变换器，而不是将DTE产生的数字信号直接送入信道，其原因往往跟在数字传输中对信号编码的特别要求有关。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,36,计算机网络部分统考辅导材料,16. 信道（续）任何实际的信道所能传输信号的频率都有一定的范围，这个范围称为该信道频带的宽度，或称为带宽。表征一个信道传输数字信号能力的指标为数据速率，有时也称为该信道的容量，是以信道每秒所能传送的比特为单位的。在数字传输系统中还使用码元速率，指的是每秒信号状态变化的次数，以波特作为单位。另外，信道的信噪比表示信号功率与噪声功率的比值，常用10log10S/N以及分贝为单位计量。信道的最大数据速率是受信道带宽制约的。由于某给定时刻信号可能取的离散值个数（奈魁斯特公式中的L）对各个系统可以不一样，码元速率B和数据速率C在数值上不一定相等，但是它们之间有如下关系： C=Blog2L,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,37,计算机网络部分统考辅导材料,16. 信道（续）奈魁斯特认识到信道对于数据传输率的限制，并推导出了一个有限带宽无噪声信道的最大数据传输率表达式。奈魁斯特证明，如果一个任意的信号通过带宽为H（Hz）的低通滤波器，那么每秒采样2H次就能完整地重现通过这个滤波器的信号。以每秒高于2H次的速度对此线路采样是无意义的，因为高频的分量已被滤波器滤掉，无法再恢复了。如果被传信号电平分为V级，奈氏定理表明：最大数据传输率=2Hlog2V(bit/s)。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,38,计算机网络部分统考辅导材料,16. 信道（续）仙农把奈魁斯特的结论进一步扩展到受随机(热)噪声影响的信号。他的关于噪声信道的主要结论是：对任何带宽为H Hz、信噪比为S/N的信道：最大数据传输率(bit)=Hlog2(1+S/N)例如：一条带宽为3000Hz，信噪比为30dB的信道(这是电话系统的典型参数)，不管使用多少信号电平级，也不管采用多大的采样频率，决不能以大于30，000bit/s的速率传输数据。在此例中，S/N=1000,Hlog2(1+1000)3000lb1024=300010=30000。仙农的结论是应用信息论原理推导出来的，适用范围很广。要想超越这一结论可以认为想要发明永动机。应该注意的是，这是一个上限。实际上要接近仙农极限也是很困难的。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,39,计算机网络部分统考辅导材料,17. 信道连接和通信方式 根据DTE对信道的连接和访问控制方式，可以把信道分为两类：一类是点到点的 连接，另一类是广播信道。 从通信的双方信息交互来看，可以有三种基本方式：*单工通信-又称单向通信，只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。作为例 子，无线电广播就属于这种类型。*半双工通信-通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送，当然也不能同 时接收。这种通信方式是在某个时刻一方发送另一方接收，过一段时间后又反过 来。作为例子，两个站使用IEEE 802.5 令牌环LAN通信，任一时刻，只有持有令 牌的站才可以发送。*全双工通信-又称双向同时通信，通信的双方可以同时发送和接收信息。这方面的例子很多，例如X.25的数据链路层LAPB就是一例。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,40,计算机网络部分统考辅导材料,18.数据信息的编码方式 （1） 未经编码的二进制基带数字信号就是高电平和低电平不断交替的信号，用高电平或低电平代表1或0都是可以的。不归零(NRZ)码是发送数字信号最常用和最简单的方法，它用负电压表示一种二进制值，正电压表示另一种二进制值，又称不归零电平(NRZ-L)编码。使用这种最简单的基带信号的最大问题是当出现一长串的连1或连0时，在接收端无法从收到的比特流中提取同步信号。 NRZ码的一种变形是NRZI码，即“1”反相的不归零码。与NRZ-L相同，NRZI在比特时间内为一恒定电压脉冲。数据本身按1个比特时间的开始有无信号变迁来编码。有变迁(低到高或高到低)表示该1比特时间为二进制“1”，无变迁表示二进制“0” 。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,41,计算机网络部分统考辅导材料,18.数据信息的编码方式（续）(2) 曼彻斯特编码 曼彻斯特编码方法是将每一个码元再分成两个相等的间隔。码元1是在前一个间隔为高电平而后一个间隔为低电平。码元0则正好相反，从低电平变到高电平。这种编码的好处是可以保证在每一个码元的正中间出现一次电平的跳变，这对接收端提取位同步信号是非常有利的。其缺点是它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。作为例子，IEEE 802.3 以太网LAN 就采用曼彻斯特编码。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,42,计算机网络部分统考辅导材料,18. 数据信息的编码方式(3) 差分曼彻斯特编码 是差分曼彻斯特编码的一个变种，在它的编码规则中，若码元为1，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样；但若码元为0，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反,即在一个比特的持续期间的开始处有电平跳变。不论码元是1还是0，在每个码元的正中间一定有一次电平的跳变。差分差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术，但可以获得较好的抗干扰性能。作为例子，IEEE 802.5 令牌环LAN 就采用了差分差分曼彻斯特编码。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,43,计算机网络部分统考辅导材料,18.数据信息的编码方式(4) 4B/5B编码 用5比特的码组来编码4比特的输入数据。这种编码方式要求每个5比特码组中不含多于3个“0”，或者不会少于2个“1”。将5比特码组转换成电信号的波形采用了NRZI，即不归零制，且在每个比特“1”的持续期间的开始处都有电平跳变。由于NRZI实际上也是一种差分方式，所以4B/5B编码具有较好的抗干扰性，增加了接收的可靠性；由于5比特码组中至少有两个“1”，这就又保证在5比特码组的持续期间内至少有两次电平跳变，可供接收端用来检测出位同步信号。4B/5B编码效率比较高，若要达到100Mbps的数据速率，只须在线路上有125M的波特率。作为例子，该编码方法已广泛用于100Mbps以太网和FDDI环形网。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,44,计算机网络部分统考辅导材料,19. 异步传输与同步传输 在逐位传送的串行通信中，接收端必须能识别每个二进制位从什么时候开始，这就是位定时。通信中一般用若干位表示一个字符，除了位定时外，接收端还应能识别每个字符从哪位开始，这是字符定时。通信协议可分为异步协议和同步协议两类。*异步协议 把每个字符看作一个独立的信息，在每个字符起始处同步，但各个字符之间的间隔时间是可以变化的。由于发送器和接收器近似于同一频率的两个时钟（要两个时钟频率严格同步是不可能的），能够在一段短时间内保持同步故可以用字符起始处同步的时钟来采样该字符中的各位，而不需要每位同步了。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,45,计算机网络部分统考辅导材料,19.异步传输与同步传输(续）*同步协议 同步协议则把许多字符（或比较多的位）组织成一个数据块（即帧），在该帧的起始处同步，而对于后面的位同步，实际上往往是发送端通过某种技术将时钟混合到数据中一起发送出去，而接收端又从输入数据中分离出时钟。该时钟可以用来不但定时字符内的各位，也定时字符本身。显然，同步传输和异步传输的主要区别在字符之间。同步传输由于要求接收器能从输入数据中分离出时钟，实现起来比较复杂，该功能常由调制解调器来完成。但是，由于同步协议是把比较多的位（或比较多的字符）组成一个数据块发送的，所以信道利用高，也便于实现比较强的差错控制和其他的控制功能。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,46,计算机网络部分统考辅导材料,20. 波分多路复用 实质上是在光信道上采用的一种频分多路复用的变种，只不过光复用采用的技术与设备不同于电复用。多个不同波长的光载波信号通过光复用器复用到一根长距离传输的光纤上，在接收端再通过光分用器分离开来。由于光波处于频谱的高频段，有很高的带宽，因而可以实现非常多路的波分复用。此外，利用光耦合器和可调的光滤波器还可以实现光交换，或将在一根光纤上输入的光信号向多根输出光纤上转发。目前的技术已可使输出光纤的条数达到上百的数量级。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,47,计算机网络部分统考辅导材料 21. CDMA,21. CDMACDMA (Code Division Multiple Access,码分多路访问或称码分多址)是另一种信道复用技术，每一个用户可以在同样的时间内使用同样的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。CDMA允许所有站点同时在整个频段上进行传输，多路的同时传输采用编码原理加以区分。我们可以把CDMA比喻成在一个大房间里同时进行多对的会话，不同对的人，分别用不同的语言交谈，讲法语的人只理会法语，其它的就当作噪音置之不顾。因此CDMA的关键就是能够提取出所需的信号，同时把收到的其它东西当作随机噪声抛弃。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,48,计算机网络部分统考辅导材料 21. CDMA,21. CDMA（续）在CDMA中，每个比特时间被分成m个称作碎片（chip）的短的时间片。在典型的应用中，每个比特有64个或128个碎片。每个站被分配给一个具惟一性的m位代码，也称码字或碎片序列。当发送比特“1”时，它就发送它的碎片序列；当发送比特“0”时，它就发送其碎片序列的补码。除此之外，没有任何其它格式。只有在带宽增加到m倍的情况下，发送的信息量才能从a比特/秒增加到ma碎片/秒，这就使得CDMA成为一种扩频方式的通信。假如100个站点共用1M赫兹的带宽，在使用FDM时每个站点的传输速率是10kbps（假定每赫兹1比特）。使用CDMA，每个站点得到完整的1MHZ的带宽，碎片速率达到每秒1兆片。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,49,计算机网络部分统考辅导材料 21. CDMA,21. CDMA（续）但在下面给出的示例中，为简明起见，我们假定每比特分成8个碎片。对于m=8，如果站点A的碎片序列是00011011，发送00011011就表示发送比特“1”，发送11100100就表示发送比特“0”。为了说明的方便，我们采用双极型记号，就是用1代替二进制0，用1代替二进制1。书写时把碎片序列用括号括起来，例如站点的碎片序列是(-1-1-1+1+1-1+1+1)。下面的插图（a）给出了A、B、C、D四个站点的二进制碎片序列，插图(b)示出的是它们的双极型形式。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,50,计算机网络部分统考辅导材料 21. CDMA,21. CDMA（续）,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,51,计算机网络部分统考辅导材料 21. CDMA,21. CDMA（续） 每个站点都有自己唯一的碎片序列。我们不妨用符号S表示站点S的m维碎片向量， 是它的反。所有的碎片序列都是两两正交的，也就是说任意两个不同的碎片序列S和T的内标积（用ST表示）均为零。用数学式子表示就是：,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,52,计算机网络部分统考辅导材料 21. CDMA,21. CDMA（续）其正交特性是非常关键的。只要ST0，那么S 0。任何碎片序列与自身的标积都等于1： 上式成立是因为内标积中的每个项都是1，因此m项的和等于m。另外还要注意S -1。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,53,计算机网络部分统考辅导材料 21. CDMA,在每个比特时间内，站点可以发送它的碎片序列表示发送1，也可以发送其序列的反码表示发送0，还可以保持沉默什么都不干。这里假定所有的站点在时间上都是同步的，也就是说，所有的碎片序列都在同一时刻起始。如果有两个或两个以上的站点同时开始传输，它们的双极型信号就会线性相加。比如，在某一碎片时间内，三个站点输出1，一个站点输出1，那么结果就是2。我们也可以把它想象成电压相加，3个站点输出1伏，另一个站点输出1伏，最终输出电压就成为2伏。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,54,计算机网络部分统考辅导材料 21. CDMA,下面的插图(c)给出了站点发送的六个例子。在第1个例子中，只有C发送了一位，所以结果只有C站的碎片序列。在第2个例子中，B站和C站都发送1，结果是它们的序列之和，即：（11111111）（11111111） （2 0 0 022 02）。 在第3个例子中，站点A发送1（用+1表示），站点B发送0（用-1表示），其余保持沉默（用0表示）。在第4个例子中，站点A和站点C发送1，站点B发送0。在第5个例子中，四个站点都发送1。最后一个例子中，站点A、B和D发送1，站点C发送0。需要注意的是，插图(C)中给出的从S1到S6的6个序列中的每一个都仅占用一个比特的时间。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,55,计算机网络部分统考辅导材料 21. CDMA,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,56,计算机网络部分统考辅导材料 21. CDMA,要从信号中还原出单个站点的比特流，接收方必须事先知道该站点的碎片序列。通过计算所收到的碎片序列（所有站点发送的位序列的线性总和）与要还原的信息的发方站点的碎片序列的内标积，就可还原出要得到的比特流。 为说明上述方法的原理，假定站点A和C都发送1，站点B发送0，接收方收到的总和为 计算： 式中的前两项都消失了，因为所有的碎片序列都是经过仔细挑选的，确保它们两两正交。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,57,计算机网络部分统考辅导材料 21. CDMA,插图（d）中假定接收方要从S1S6六个序列中还原出站点C发送的信号。它分别计算接收到的S和C向量两两相乘的积，再取结果的18（因为m=8），即得到站点C所发送的比特值。如图所示，每个时刻的信号均被还原。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,58,计算机网络部分统考辅导材料,22.数据链路层协议基本原理 （1）停止等待协议 源站发送单个PDU后必须等待确认，在目的站的回答到达源站之前，源站不能发送其它的数据PDU。在一个PDU发送之后，源站等待确认，如果在计时器计满时仍未收到确认，则再次发送相同的PDU。发送的PDU交替地用0和1来标示，肯定确认则用ACK1和ACK0来表示。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,59,计算机网络部分统考辅导材料,22.数据链路层协议基本原理 （续）（2）回退N式ARQ协议 一个站可以顺序地发送一系列PDU，其编号以某个最大值为模来计算。未处理完、未被确认的PDU的数目取决于窗口大小，接收站有对每个外来的PDU都进行确认或对若干个PDU进行累积确认的选择权。接收方只允许按顺序接收。当发送方发现前面的PDU未收到确认信息而计时器已经超时后，不得不又重发该PDU以及随后的N个PDU。正因为如此，这种ARQ称作回退N式ARQ。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,60,计算机网络部分统考辅导材料,22.数据链路层协议基本原理 （续）（3）选择性拒绝ARQ协议 “回退N”将已经传送到目的地的帧再重传一遍显然是一种浪费。另一种更好的方法是若某一个PDU出错后，后面送来的正确PDU虽然不能立即递交给本地主机，但接收方仍可收下来，放在一个缓冲区中，同时要求发送方重新传送出错的哪一帧，一旦收到重传的PDU后，就可与原先已收到但暂存在缓冲区中的其余的PDU一起按正确的顺序送本地主机。这种方法就是选择性拒绝ARQ。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,61,计算机网络部分统考辅导材料,23. 滑动窗口协议的基本原理 滑动窗口用于支持面向连接服务。滑动窗口允许发送方A连续发送多个PDU，接收方B既可以发回一个独立的确认帧对前面收到的信息做出应答，也可以在有数据要发给A的情况下，顺便在发给A的信息PDU中附加对在相反方向上收到的数据的应答信息。此种方式一般称作捎带技术。接收方允许发送方在一个确认到达之前发送W个数据单元（窗口的尺寸）。当数量已经等于W（窗口被填满）时，发送方必须停止发送，直到接收方对发出去的前m个数据单元（1mW）进行了应答从而使窗口向前滑动了m时才可继续发送。为了避免相同编号的PDU之间发生混淆，在数据链路层协议中，必须使得Wn-1，这里的n是有限范围的编号的模值。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,62,计算机网络部分统考辅导材料,24. 交换技术 在广域范围内，数据通信典型地是把数据从源节点经过中间交换节点的网络传送到目的地的。这些交换节点不关心数据的内容，它们的目的是提供在节点间移动数据的交换设施，直到它们到达目的地。进行通信的端点设备可以被称作站。站可以是计算机、终端、电话或其它通信设备，今天更多的是路由器，局域网通过路由器连接到电信部门管理的广域网交换机。我们把其目的是提供通信的交换设备称作节点，它们通过传输链路互相连接成一定的拓扑结构。每个站都附接到一个节点，所有节点的集合就称作一个通信网络。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,63,计算机网络部分统考辅导材料,24. 交换技术（续） 在交换型通信网络中，从一个站进入网络的数据通过从节点到节点的交换，被选径送往目的地。 * 某些节点仅仅连接到其它节点，这些节点唯一的任务是数据的内部(对该网络而言)交换。其它的节点连接了一个或多个站; 除了它们的交换功能，这些节点还从附接站接收数据，以及把数据投递给附接站。 * 节点到节点的链路通常是多路复用的，可以使用频分多路复用(FDM)，也可以使用时分多路复用（TDM）。网络一般都不是全连接，也就是说，并非在每一个可能的节点对之间都有一条直接链路。然而在网络的每一对站点之间总是希望有多于一条可能的通路，这样可以增加网络的可靠性。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,64,计算机网络部分统考辅导材料,24. 交换技术（续） *在广域交换网络中使用两种相当不同的技术:电路交换和分组交换。这两种技术在沿着从源到目的地的通路上节点把信息从一条链路交换到另一条链路的方式有明显的差异。*使用电路交换的通信意味着在通信的两个站之间有一条专用的通信通路。该通路是连接在一起的一个网络节点间链路的序列。在可以发送任何信号之前，必须建立端到端（站到站）的电路。在电路的每条物理链路上都有一个逻辑通道专用于该电路。通常，电路交换的通信要经历三个阶段， 除了电路建立阶段，还有数据传输和电路释放阶段。需要注意的是，连接通路是在数据传输开始之前建立的。因此必须在通路的每对节点之间保留通道容量。每个节点必须有足够的内部交换能力来处理所请求的连接。交换机必须有智能做这些分配和设计通过网络的路径。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,65,计算机网络部分统考辅导材料,24. 交换技术（续） *在分组交换网络中，数据以短的分组形式传送。典型的分组长度的上限是1000个字节(或称八位组)。如果一个源站有一个长的报文要发送，该报文就会被分割成一系列的分组。每个分组包含用户数据的一部分(或一个短的报文的全部)加上一些控制信息。控制信息至少要包括网络为了把分组送到目的地做路由选择所需要的信息。在路径上的每个节点，分组被接收，短时间存储，然而传递给下一节点。 *分组交换根据其通信子网向端点系统提供的服务还可以进一步分成数据报和虚电路两种交换类型。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,66,计算机网络部分统考辅导材料,24. 交换技术（续） 数据报采用无连接的分组交换技术。在数据报分组交换中，主机只要想发送数据就随时都可以发送，没有连接建立和释放过程。通常情况下若干个分组才构成一个最终用户的报文，每个分组称为一个数据报。每个分组都有一个头，头中包含目标节点的地址。每个分组的传送都被单独处理，网络节点要为每个数据报作路由选择。分组可以走不同的路由，也可以按不同顺序到达目的地。数据报提供的服务不保证可靠性，它是一种尽力而为的服务，不纠正网络传输过程中产生的差错。用户报文传送所需要的把分组按顺序递交、差错纠正和流控制等功能通常由位于端点主机上的更高层次的协议软件完成。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,67,计算机网络部分统考辅导材料,24. 交换技术（续） 虚电路采用面向连接的分组交换技术。在虚电路分组交换中，源主机首先发起一个虚呼叫，即发送一个特定格式的呼叫分组到目的主机，要求进行通信，同时也寻找一条合适的路由。若目的主机同意通信，就发回响应，这样在，源主机和目的主机之间就建立了一条虚电路。以后在源主机和目的主机之间传送的所有分组都必须沿着这条虚电路传输。在传送数据时，每个数据分组上不仅要有分组号、检验和等控制信息，还要有它要通过的虚电路的号码，以区别于其它虚电路上的分组。在每个节点上都维持一张虚电路表，它的每一项记录了一个打开的虚电路的信息，包括虚电路号、前一节点和下一节点的标识。数据的传输是双向进行的，上述信息是在虚电路的建立过程中确定的。最后由源或目的地端系统发出拆除连接的请求分组，这样整个连接就一段一段地断开了。当占用一条虚电路进行通信时，由于采用的是存储转发的分组交换，所以，跟电路交换不同，它只是断续地占用一段又一段的链路。虚电路所提供的服务保证分组按顺序递交，不丢失，不重复，同时它还负责端到端的流量控制。,中科院研究生院 指导教师：鲁士文 2007年4月 日,68,计算机网络部分统考辅导材料,25. IP地址IP地址可分成五类，即A类、B类、C类、D类和E类。用二进制代码表示，A类地址的最高位等于0, B类地址的最高两位等于10，C类地址的