计网复习总结

第一章OSI模型的网络层同时支持无连接和面向连接的通信，但是传输层只支持面向连接的通信。Internet的核心协议是TCP/IP协议。TCP/IP模型在网络层只支持无连接，在传输层支持无连接和面向连接的通信。隐藏终端问题：竞争者离得太远而导致站无法检测到潜在的竞争者。暴露终端问题：例如B向A传送数据，同时C想向D传送数据，但是C侦听介质，发现有一个正在传输，从而错误的得出结论它不能向D传送数据。计算机网络的应用：商业，家庭，移动目前普遍使用的传播技术有两种：广播式链路和点到点链路。点到点：链路将一对单独的机器连接起来广播：给网络中每一台机器都发送数据包，给一组机器发送数据包的叫做组播。网络按照规模分类：1米一米见方个域网PAN10米同一个房间局域网LAN100米同一栋建筑物局域网LAN1千米同一个园区局域网LAN10千米同一座城市城域网MAN100千米同一个国家广域网WAN1000千米同一个大陆广域网WAN10000千米同一个行星互联网internet协议：规定了同一层上对等实体之间所交换的数据包或者报文的格式和含义。服务：某一层向它的上一层提供的一组原语。服务定义了该层准备代表其用户执行那些操作，但是它并不涉及如何实现这些操作。接口定义了下层向上层提供那些原语操作和服务网络体系结构：层和协议的集合下层可以向上层提供两种不同类型的服务：面向连接和无连接存储-转发交换：中间节点只能在收到报文的全部内容之后再将该报文发送给下一个节点直通式交换：在报文还没有被完全接受完毕之前就向下一个节点转发服务例子可靠的报文流顺序页面可靠的字节流移动下载不可靠的连接IP语音不可靠的数据报垃圾邮件有确认的数据报文本消息请求-应答数据库查询TCP/IP应用层HTTP SMTP RTP DNS传输层TCP UDP互联网层IP ICMP链路层DSL SONET 802.11 Ethernet网际层协议：包括：IP协议（无连接）、ICMP协议（无连接）、ARP协议、RARP协议。传输层协议：TCP协议（面向连接）、UDP协议（无连接）。应用层协议：FTP、Telnet、SMTP、HTTP（无连接）、RIP、NFS、DNS。OSI应用-表示-会话-传输-网络-数据链路-物理 后三个为通信子网物理层：关注在一条通信信道上传输原始比特数据链路层：将一个原始的传输设施转变为一条没有漏检传输错误的线路网络层：主要功能时控制子网的运行，一个关键问题是如何将数据包从源端路由到接收方传输层：接受来自上一层的数据，在必要的时候把这些数据分割成较小的单元，然后把这些数据单元传递给网络层，并且保证这些数据单元正确的到达另一端。会话层：允许不同的机器上的用户建立会话。表示层：关注所传递信息的语法和语义应用层：包含了用户通常需要的各种各样的协议TCP：传输控制协议 Transport Control Protocol 可靠的，面向连接的协议，允许从一台机器发出字节流正确无误的交付到互联网上的另一台机器。UDP：用户数据报协议 User Datagram Protocol 他是一个不可靠的无连接的协议适用于那些不想要TCP的有序性或流量控制功能，而宁可自己提供这些功能的程序。由于网络上有许多台计算机，每一层在特定的消息中都需要一种机制来标识发送方和接收方。这种机制在下层成为寻址，在高层称为命名多径衰落：回波可能相互抵消或互为因果，造成接受的到的信号出现大幅波动对等网或称为对等式的网络(Peer to Peer)。对等网可以不要求具备文件服务器，特别是应用在一组面向用户的PC机，每台客户机都可以与其他每台客户机实现“平等”对话操作，共享彼此的信息资源和硬件资源，组网的计算机一般类型相同，甚至操作系统也相同。第二章尼奎斯特：有限带宽的无噪声信道的最大数据传输率最大数据速率： 2Blog2（V）比特/秒B为带宽 V 为离散等级 例如：二进制的离散等级为2香农：随机噪声的信道信号功率记为S 噪声功率记为N 信噪比为S/N计算时一定要区分清楚塔给的是不是信噪比 如果是db就要用公式10log10（S/N）求S/N为了适应很大的范围该比率表示成对数形式 10log10（S/N）10的信噪比为10分贝 100的信噪比为20分贝对一条带宽为B 信噪比为S/N 的有噪声的信道，其最大数据速率或容量是最大比特率 = Blog2（1+S/N）ADSL最高的速率为12Mbps 五种传输介质磁介质 适用于高带宽，但是单个比特的传输成本是个关键问题的应用系统双绞线 既可以用来传输模拟信号又能用来传输数字信号 具有足够的传输性能以及相对较低的成本，分成几大类：5类线 4对双绞线被套在一个塑料保护套里同轴电缆 它比非屏蔽双绞线有更好的屏蔽特性和更大的带宽，所以它能以很高的速率传输很远的距离 广泛使用的同轴电缆有两种 一 50电缆 从一开始它就被用于数字传输，二70电缆，一般用于模拟传输和有线电视传输电力线 光纤 主要用于网络骨干的长途传输，告诉局域网以及告诉internet接入。分为 多模光纤和单模光纤（多模光纤中光不断的反射前进而单模光纤中光是直线前进的）单模光纤比较昂贵，但传输率较高。 电话系统结构特点电话系统: 本地回路（进入家庭和公司的模拟双绞线）中继线（连接交换局的数字光纤）交换局（电话呼叫在这里从一条中继线被接入到另一条中继线）调制解调器：执行数字比特流和模拟信号流之间转换的设备T1载波有193比特 分为24个信道 第一个比特是帧码，每个信道中7个比特是数据比特，一个比特是信令。 数据传输率为1.544MbpsE1载波的数据传输率为2.048MbpsT1 -（4:1） T2 -（7:1） T3 -（6:1） T41.544 Mbps 6.312 44.736 274.1762G通信：数字语音相比第一代1G 通过将语音信号数字化处理和压缩带来了容量上的收益通过对语音和控制信号实行加密改进了安全性。3G：数字语音和数据CM：线缆调制解调器，为了通过有线电视电缆接入Internet一个借口连接计算机另一个借口连接有线电视网络比特与代表它们的信号之间的转化过程称为数字调制基带传输： 信号的传输占有传输介质上从零到最大值之间的全部频率而最大频率则取决于信令速率。 这是有线介质普遍使用的一种调制方法频带传输：宽带传输：考虑通过调节载波信号的幅值，相位，频率来运载比特的调制模式有了通带传输通带传输：信号占据了以载波信号频率为中心的一段频带，这是光纤和无线最长使用的调制方法。频分复用（FDM）：利用通带传输的优势使多个用户共享一个信道。它将频谱分为几个频段，每个用户完全拥有其中的一个频段来发送自己的信号正交频分复用（OFDM）信道带宽被分成许多独立发送数据的子载波，子载波在频域中被紧紧地包裹在一起。时分复用（TDM）用户以循环的方式轮流工作，被广泛用于电话网络和蜂窝网络（主义完全不同于统计时分复用STDM）只能用于数字数据的传输而本地回路产生的是模拟信号 只能串行 不能并行。码分复用（CDM）是扩展频谱通信的一种形式，他把窄的带信号扩展到一个很宽的频带上。这种方法更能容忍干扰，而且适用来自不同用户的多个信号共享相同的带宽。它称为码分多址（CDMA）CDMA关键在于能够提取出期望的信号，同时拒绝其他的信号，并把这些信号当做噪声。CDMA 每个站被分配一个唯一的码片序列，若要发送比特1就发送他的码片序列，若要发送比特0就发送他的码片序列的反码。任何的码片序列自身的归一化内积为1 而不同的两个码片序列的归一化内积为0接收方只要知道发送发的码片序列然后用发送方的码片序列去乘以收到的码片序列就可以恢复出发送站的比特流数字调制最直接的方式就是用正电压表示1负电压表示0，对于光纤而言可以用光的存在表示1不存在表示0，这种编码方案就是不归零（NRZ）NRZ中如果想获得B bps比特率则至少需要B/2的带宽（尼奎斯特）当时钟与0电压异或时，只是简单的将时钟信号产生一次“从低到高”的转变，代表逻辑0，当时钟与1电压异或时，产生一次将时钟信号“从高到低”的转变，代表逻辑1.这种编码方案称为曼彻斯特编码。主要用在经典以太网上曼彻斯特的缺点在于 需要2倍与NRZ带宽1定义于信号有跳变，0定义于信号无跳变。这种编码方案称为不归零逆转（NRZI）4B/5B 编码方式，每4个比特被映射成一个5比特模式编码效率和8B/10B相同都是80%扰频/倒频编码方式。扰频器用伪随机序列对数据进行异或，然后接收器用相同的伪随机序列对入境序列进行异或。电路交换：指发送方和接收方之间建立一条路径，并保证该路径与其他发送和接收方的路径相隔离的通信机制。分三个阶段：电路建立 数据传输 电路断开分组交换网络数据包 虚电路数据报分组方式：每个数据包经过独立的路由经过网络，每个数据包可以沿着任何一条可行 的路径到达目的地，每个数据包的头部都含有目的地的完整信息，数据包到达目的地时可能是无序的也可能是丢失的虚电路分组交换：首先建立一条从源端到目的端的路径，在本次会话中所有的数据包都沿着这条路径进行传输。振幅 频率 相位PSK（幅移键控）通过两个不同的振幅表示0和1FSK（频移键控）采用两个或者更多不同的频率PSK（相移键控）在每个符号的周期中，系统把载波波形偏移0或180，由于只有两个相位因此该调制方法也叫做二进制相移键控（BPSK）使用4个偏移45 135 225 315 正交相移键控（QPSK）因为频率是相位随时间的变化率所以每次只能调节频率和相位中的一个振幅和相位可以一起调制PCM（脉冲编码调制） 每个信号的样值幅度被量化为一个8比特的数字第三章数据链路层使用物理层提供的服务在通信信道上发送和接受比特。它要完成一些功能：向网络层提供一个定义良好的服务接口处理传输错误调节数据流，确保慢速的接收方不会被快速的发送方所淹没为网络层提供服务：最主要的服务是将数据从源机器的网络层传输到目标机器的网络层根据不同的协议可以提供不同的服务无确认的无连接服务有确认的无连接服务有确认的有链接服务成帧技术：字节计数法利用头部中的一个字段来标识该帧中的字节数51234567898012345687890123字节填充的标志字节法比特填充标志比特法只要有连续的5个1出现就在后面插入一个0物理层编码违禁法海明吗（纠错码）一帧由m个数据位和r个冗余位组成系统码中直接发送m个数据位然后发送r个校验位，而不是在发送前对它们进行编码线性码中r个校验位是作为m个数据位的线性函数被计算出来的。两个码字中不同位的个数称为海明距离。列表中两个具有最小海明距离的码字。这个距离就是整个编码的海明距离为了可靠的检测d个错误，需要一个距离为d+1的编码方案为了纠正d个错误，需要一个2d+1的编码方案（m+r+1）= 2r给定m的情况下这个条件给出了纠正单个错误所需要的校验位数的下界。2的幂次方的位为校验位比如：1,2,4,8,16,32其余位是数据位（11,7）海明吗 代表着 7个数据位 4个校验位如要查看在k位上的校验位必须把k改写为2的幂次方之和 比如：11 = 1 + 2 + 8如果校验位是正确的，对于偶校验和而言，校验结果应该是0例如 k=8，4，2，1的校验结果是0101 得出 4+1 = 5 所以第五位有误CRC（循环冗余校验码）也称为多项式编码（如果有余数，说明出错）加减法都等于异或 不进位 不借位发送方和接收方双方必须预先商定一个生成多项式，其最高位和最低位必须都是1算法如下：假设G(x)的阶为r在帧的低位端加上r个0使得该帧现在包含m+r位对应多项式是xrM(x)利用模2 除法用对应于G(x)的位串去除对应于xrM(x)的位串利用模2减法从对应于xrM(x)的位串中减去余数（总会小于等于r位），结果就是被传输的带校验和的帧。CRC中：一所有的一位错误都可以被检测。二如果有两个独立的一位错误，i，j 对于任何小于等于i-j最大值的k值G(x)都不能除尽xk+1如果有奇数个位数发生了错误 x+1作为G(x)的一个因子带r个校验位的多项式编码可以检测到所有长度小于等于r的突发错误。流量控制的方法有两种：基于反馈的流量控制： 接收方给发送方返回消息，允许它继续发送更多的数据。基于速率的流量控制有一种内置的机制，它能限制发送方传输数据的速率而无需利用接收方的反馈信息。（仅在传输层中的一部分可见）发送方发送一帧，等待对方确认到达后才能继续发送，这样的协议就是 停-等式协议所有的滑动窗口协议的本质是在任何时刻发送方总是维持一组序号，分别对应于允许它发送的帧。我们称这些帧落在发送窗口内。接收方也维持着一组接受窗口，对应于一组允许它接受的帧。滑动窗口协议：一 1位滑动窗口协议二 回退N协议：允许发送方在阻塞之前发送多大W个帧而不是一个帧，处理管道中某个帧丢失的方法：回退N把出错的帧和它后面所有的帧都丢弃，发送方从错误的帧开始重新传递，缺点：浪费了大量的带宽 2n-1选择重传，只丢弃错误的帧，发送方继续发送其他的帧，错误的帧重新发送。缺点：对数据链路层的内存需求很大。通常跟 否定确认（NAK）一起使用，即发现错误时接收方向发送方发送一个否定确认，发送方就知道那个帧出错了而不需要一直等到超时。提高了效率。ACK是接受确认帧上述两种策略是 带宽利用效率和数据层缓存空间之间的权衡。三 选择重传协议 允许接收方接受并缓存坏帧或者丢失帧后面所有的帧PPP点到点协议提供了三个特性一种成帧方法 他可以毫无歧义的区分出一帧的结束和下一帧的开始一个链路控制协议。她可以用于启动线路，测试线路，协商参数，以及当线路不再需要时温和的关闭线路，该协议称为链路控制协议（LCP）一种协商网络层选项的方式。HDLC高级数据链路控制协议，是一个早期被广泛使用的家庭协议实例区别：PPP是面向字节而不是面向比特PP使用字节填充技术所有帧的程度均是字节的整数倍，HDLC使用比特填充技术允许帧的长度不是字节的整数倍，提供了可靠的数据传输。HDLC的标志字节0x7E（01111110）ATM异步传输模式，它的传输基于固定的长度的信息信元ATM是一种面向连接的技术。每个信元在他的头部带有虚电路标识符，每个信元由53字节长，由一个48字节的有效载荷和5个字节的头组成第四章MAC介质访问控制子层信道的静态分配FDM TDM CDMA信道的动态分配：竞争协议 无竞争协议 有限竞争协议竞争协议：ALOHA 纯ALOHA分槽ALOHA区别在于时间是连续的还是分成离散槽，所有帧都必须同步到时间槽中纯ALOHA 当用户有数据需要发送时就传输，如果发送失败就等待一段随机的时间再次发送分槽ALOHA必须等到下一个时间槽的开始时刻才能发送，最佳信道利用率为1/e载波侦听协议：在一个协议中站侦听是否存在载波（即是否有传输），并据此采取相应的行动。1-坚持载波检测多路访问协议（CSMA），当一个站要发送时它首先侦听信道，确认当时是否有其他站在传输数据，如果信道空闲就发送，否则该站一直监听信道等待直至信道空闲然后发送，若果发生冲突就等待一段随机的时间。1坚持代表当信道空闲时发送数据的概率为100%非坚持CSMA 当一个站要发送时它首先侦听信道，确认当时是否有其他站在传输数据，如果信道空闲就发送，否则不会一直的监听信道，他会等待一段随机的时间然后再次重新开始。带冲突检测的CSAM（CSMA/CD）它是经典以太局域网的基础。交替出现，竞争期，传输期，空闲期，如果一个站检测到冲突，它立即终止自己的发送等待一段随机时间。无冲突协议：位图协议：每个竞争期有N个槽，那个站要发送数据就把相应的槽设置为1，在低负载情况下信道的效率很容易计算，每一帧的额外开销为N位，数据的长度为d位于是信道利用率为 d/（N+d）令牌传递：二进制倒技术：如果一个站想要使用信道，它就以二进制位串的形式广播自己的地址，从高序的位开始，把他们异或在一起。例如 0010 0100 1001 1010第一时间发送 0 0 1 1 异或得到1 所以 0010 和 0100 放弃竞争接下来的位为 0 0 则他们继续竞争接下来的位为0 1 所以 1001放弃竞争最终1010 得到信道这种方法的信道利用率是 d/(d+log2(N)有限竞争协议：低负载下的延迟以及高负载下的信道利用率，负载较低则竞争的方法更为理想，因为延迟低，而负载增加后无冲突协议更好。有限竞争协议是在低负载下用竞争高负载下用无竞争自适应树遍历协议无线局域网协议 有隐藏终端和暴露终端问题以太网：经典以太网交换式以太网经典以太网：0x800代表帧内包含一个IPV4的数据包数据字段最多包含1500字节有效帧必须至少64字节长如果帧的数据部分少于46字节则使用填充字段来填充该帧，使其达到46字节使用1-坚持CSMA/CD算法交换式以太网：交换机性能优于集线器有两方面原因无冲突，容量的使用更有效有了交换机可以同时发送多个帧快速以太网 802.3u100Base-T4 双绞线 100米 可用3类UTP 使用了25MHZ的信令速度100Base-TX 双绞线 100米 5类UTP 全双工速率100Mbps 4B/5B编码方案100Base-FX 两根多模光纤 2千米 全双工速率 100Mbps网桥：许多组织中有多个局域网并希望他们连接在一起，采用网桥来连接局域网创建一个网桥需要两种算法后向学习算法生成树算法应用层应用网关传输层传输网关网络层路由器数据链路层网桥 交换机物理层中继器 集线器第五章网络层关注的是如何将源端数据包一路发送到接收方如果提供的是无连接服务那么所有的数据包都被独立的注入网络之中，并且每个数据包独立路由，不需要提前建立任何设置，在这样的上下文中，数据包通常称为数据报。它类似于电报对应的网络为数据报网络。如果使用了面向连接的服务，那么在发送数据包钱，必须建立一条从源端到目标端的连接路径，这个连接称为虚电路（VC）对应的网络称为虚电路网络。两个动态算法最为流行：距离矢量路由算法链路状态路由算法距离矢量路由：每个路由器维护一张表（即一个矢量）表中列出了当前已知的到达每个目标的最佳距离以及所使用的链路。这些表通过邻居之间相互交换信息而不断被更新，最终整个路由器都了解了到达每个目的地的最佳路由。无穷计数问题：好消息传播很快，但坏消息很慢。链路状态路由算法： 比距离矢量路由需要更多的内存和计算发现他的邻居节点并了解其网络地址设置到每个邻居节点的距离或者成本度量值构造一个包含所有刚刚获知的链路信息包将这个包发送给所有其他的路由器，并接收来自所有其他路由器的信息包计算出到每个其他路由器的最短路径层次路由使路由表的长度减小，代价：增加了路径长度对于一个N个路由器的网络 最优的层数是ln（N）每个路由器需要的表项是 eln（N）个广播路由为了实现广播：让源机器简单的给每一个目标单独发送一个数据包。浪费宽带，而且要求源机器拥有所有目标机器的完整地址列表多目标路由每个数据包包含一组目标地址或者一个位图有该位图指定所期望到达的目标。提高了带宽利用率 但是仍然要知道所有的目标地址泛洪逆向路径转发：当一个广播数据包到达一个路由器时，路由器检查它到来的那条线路是否正是通常用来给广播源端发送数据包用的哪条线路，如果是说明这是一个极好的机会，该广播数据包是沿着最佳路径被转发过来的，因而是到达当前路由器的第一份副本。如果是这种情况则路由器将该数据包转发到除了到来的那条