通信工程师中级互联网实务串讲笔记

第一章一、 数据通信基本概念1.模拟数据通信 用来传输模拟数据或数字数据对应的模拟信号。如目前我们广泛使用公共来传输语言或计算机数字数据对应的模拟信号。我们也可以使用公共有线电视网来传输视频和计算机数字数据对应的模拟信号面微波与卫星通信传输的也可以是模拟数据或数字数据对应的模拟信号。2.数字数据通信 直接利用数字传输技术在数字设备之间传输数字数据或模拟对应的数字信号。由于计算机使用二进制数字信号因计算机与其外部设备之间以及计算机局域网，城域网大多直接采用数字数据通信。 由于数字数据通信传送的是离散的数字信号即逐位传送二进制数字代码因此要求系统硬能确知传输线上正在传送的数位是0还是1.3、数据通信=数据传输+数据处理数据传输：指的是通过某种方式建立一个数据传输通道将数据信号在其中传输，它是数据通信的基础。数据传输前后的数据处理：其目的是使数据更有效、更可靠地传输，它包括数据集中、数据变换、差错控制等。二、 数据通信系统的构成数据通信系统基本模型 信息的传递是通过通信系统来视线的。基本模型共有五个基本组件，即发送设备，接受设备，发送机，信道和接收机。其中，把出去两端的部分叫做信息传输系统。信息传输通信系统由三个主要的部分组成，信源（发送机），信宿（接收机）和信道。为了达到数据通信的目的，需要信道来传输数据信号，由于信道存在传输失真和噪声干扰，可能是数据信号发生差错，因此，要对差错进行控制。同时为了使真个数据通信能按一定的规则有序的进行，通信双方必须建立一定的协议或约定，并且具有执行协议的功能，这样才实现了有意义的数据通信。三、 数据信号传输的基本方法1.基带传输数字基带信号：数据终端输出的数字信号序列所占的频带称为基带，从0开始至某一频率的低通型频带。不搬移数字基带信号频谱的传输方式称为基带传输。在基带传输中，必须解决两个最基本的问题：基带信号的编码问题和收发双方的同步问题。2.频带传输 频带传输又称调制传输，先将数字设备发出的数字信号变换成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号，到达接收端后再调解成原来的数字信号。需要对基带信号进行调制，以现实将基带信号的频带搬移到话音频带上再传输。 频带传输需要对基带数字信号进行调制以实现频带搬移，即将基带信号的频带搬到话音频带上再传输。将数字数据调制程模拟信号进行传输。通常有三种方式：1） 调幅ASK(Amplitude Shift Keying)2） 调频FSK(Freequency Shift Keying)3） 调相PSK(Phase Shift Keying)四、 数据通信的差错控制数据通信在传输过程中不可避免的会发生差错，即出现误码，主要有两个方面1. 信道不理想造成的符号间干扰2. 噪声对信号的干扰差错又可以分为两类1.随机差错，又称为独立差错，是指那些相互独立互补相关的差错。产生原因：随机噪声（热噪声）2.突发差错，是指成串出现的差错，错码之间有相关性，一个差错可能会影响到后面一串字符。产生原因：脉冲噪声（雷电等）差错控制方法（1） 检错重发，简称ARQ原理发送端：对数据序列进行分组编码，并加入少量的监督码元使之具有一定的检错能力，能够发现错误的码元。接收端：收到码组后，按一定规则对其进行有无错误的判断，并把判决结果通过反向信道送回发送端。如有错误，发送端把前面发出的信息重新传送一次，知道接收认为已经正确接收到信息为止。通常有三种重发方式：停止等待重发ARQ、回退N帧重发ARQ、选择性重发ARQ。优缺点：编码效率较高、解码设备教简单、需要反向信道，实时性差。（2） 前向纠错，简称FEC。原理发送端：编码器采用教复杂的编码方法，将输入数据序列变换程在编码时能够纠正错误的码组。接收端：编码器根据编码规则检验出错误的位置并自动纠正。优点：不需要反向信道，实时性好。缺点：所选择的监督码必须与信道的错码贴密切配合，否则很难达到降低错码率的要求：为了纠正较多的错码，纠错设备较复杂，要求附加的监督码也较多，传输效率很低。（3） 混合纠错，是上述两种方式的结合原理发送端：发出同时具有检错和纠错的能力的码组。接收端：收到码组后，检查错码情况，如果纠错能力高于错码，则自行纠正，如果干扰严重，错误很多，超出纠正能力，但能检测出来，则经反向信道要求发端重发。优缺点：在实时性和复杂性方面是前向纠错和检错重发方式的折中。（4） 反馈校验，IRQ原理发送端：比较发送的数据序列和送回的数据序列，从而发现是否有错误，并把认为错误的数据序列的元数据再次传送，知道发端没有发现错误为止。接收端：把收到的数据序列全部由反向信道送回发端。优点：不需要纠错、检错的编码器，设备简单。缺点：需要和前向信道相同的反向信道，实时性差。发送端需要一定容量的存储器来存储发送码组，传输室是越大，数据速率越高，所需的存储的就要越大。数据通信的交换方式1. 数据交换的必要性如果在网内实现点对点的传输所需链路数太多线路利用率太低。数据交换将各用户通过一个具有交换功能的网络链接起来，是的任何两个用户中断由网络来实现必要的交换操作。2. 数据交换方式（！）电路交换方式采用电路，数据通信三个阶段：呼叫建立数据传输呼叫拆除特点：独占性，实时性好，透明传输。（2）报文交换方式报文是一段完整的消息，其长度较长且不固定，有时也被称为“存储转发”报文交换。特点：不独占，实时性差，数据管理难。（3）分组交换方式分组交换是试图结合电路交换和报文两者的优点，使其能达到最优。分组交换把报文截成若干比较短的、规格化了的分组。由于分组长度较短具有同意的格式便于在交换机中存储和处理。分组进入交换机后只在主存储器中停留很短的时间进行排队和处理。一旦确定新的路由很快输出到下一个交换机或用户终端。特点：提高线路利用率，提高短小用户信息的速度，支持实时处理的应用。实现分组交换的关键：分组的选择。经统计分析，分组的长度与传输线路的质量和传输的速度有关。3. 分组交换工作模式虚电路方式虚电路又称为面向连接的数据传输，工作过程类似于电路交换，不同之处在于此时 的电路是虚拟的。采用虚电路方式传输时，物理介质被理解为无数个信道组成，子信道的串接形成虚电路VC，利用不同的虚电路来支持不同的用户数据的传输。虚电路进行数据传输时，通常有三个过程：（1） 虚电路建立：发送方发送含有地址信息的特定的控制信息块，该信息块途径的每个中间节点根据当前的逻辑链路使用状况，分配LC,并建立输入和输出LC映射表。（2） 数据传输：站点的所有分组均沿着相同的VC传输，分组发收顺序完全相同。（3） 虚电路释放：通信双方都可发起释放虚电路的动作。4. 数据报与虚电路比较数据报传输：无需连接建立和释放过程，数据分组中需携带较多的地址信息，用户的连续分组会无序的到达目的地，当用网状拓扑组建网时，任一中间节点或者线路的故障不会影响数据包的传输，因此可靠性较高，教适合站点之间少量数据的传输。虚电路传输：需虚连接建立和释放的过程，数据分组中仅含少量的地址信息LC，用户的连续数据分组沿相同的路径按序到达目的地，如果虚电路中的某个节点或者线路出现故障，将导致虚电路传输失效，虚电路方式较适合站点之间大批量的数据传输。5. 三种数据交换方式性能比较电路交换报文交换分组交换网络时延最小大较小可靠性一般较高高统计时分复用不是是是突发业务适用性无较好好电路利用率低高高异种终端相互通信不可以可以可以突时行会话业务适用不适用适用开销最小大最大五、 网络传输介质与传输技术1.数据通信系统中可以适用各种传输介质来组成物理信道。有线信道：传输介质为导线，为了保证电信号的传输，一对导线构成了一个有线信道，悠闲介质包括双绞线、同轴电缆、光纤。无线信道：无线传输介质主要是用于不适宜架设线路的局域网区域。无线传输介质包括微波、红外线、短波。2.网络传输技术 传输技术是指充分利用不同信道的传输能力构成一个完整的传输系统，使信息得以可靠传输的技术。调制技术：由于不同信道有各自使用的频率范围，信源的信号必须通过“调制”到给定的频率范围才能进行传输，因此调制技术是传输技术的关键之一。3. 复用技术在一条物理线路上建立多条通信信道的技术，及两点间不同的信号通过复用实现的通信。复用的目的是提高信道的传输效率。常见复用技术：时分多路复用（TDM），频分多路复用（FDM），空分多路复用（SDM），波分多路复用（WDM），码分多路复用（CDM）。4. 多址技术复用是指两点之间的不同信号通过复用实现的通信：多址是指不同地点的信号通过复用实现多点之间的通信。多址方式：频分多址（FSMA），时分多址（TDMA），空分多址（SDMA），码分多址（CDMA），波分多址（WDMA）。第二章 计算机网络技术1.计算机网络将若干具有独立功能的计算机通过通信设备及传输介质互联起来，在通信软件的支持下，实现计算机间的信息与交换的系统。2.计算机网络是计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合的产物。3.计算机网络系统的组成包括：一些的计算机和终端、具有信息处理与交换功能的节点、节点间的传输线路。从逻辑上可以分成两大部分：资源子网、通信子网。4.按照计算机网络分类按照网络的跨度划分：广域网、局域网、城域网按照网络的交换方式划分：电路交换网、分组交换网。按照网络的拓扑结构划分：星型网、总线型网、环型网、树型网、网状网按照网络的传输介质划分：双绞线网、通州电缆网、光纤网、无线网按照网络的信道划分：窄带网、宽带网按照网络传输技术划分：点对点网、广播式网按照网络的用途划分：教育网、科研网、商业网、企业网5.网络互联设备的作用：链接不同的网络。网络互联技术是不在改变原来网络体系结构的条件下，把一些异构型的网络互相链接程同意的通信系统，实现更大范围的资源共享。根据网络互联设备工作的协议层次不同进行分类中继器：工作于物理层网桥：工作于数据链路层路由器：工作于网络层网关：工作于传输层（1） 中继器：功能：对接收信号进行放大再生和发送。目的：延长信号的传输距离。优点：扩大了通信距离，但代价是增加了一些存储转发延时；增加节点的最大数目；各个网段可使用不同的通信速率；提高了可靠性。当网络出现故障时，一般只影响个别网段；性能得到改善。缺点：由于中继器对收到被衰减的信号再生稻发送时的状态，并转发出去，增加了延时；CAN总线的MAC子层并没有流量控制功能，当网络上的负荷很重时，可能因中继器中缓冲区的存储空间不够而发生溢出，以致产生帧丢失的现象；中继器若出现故障，对相应每个子网的工作都将产生影响。工作原理：由于传输线路噪声的影响，承载信息的数字信号或模拟信号只能传输悠闲的距离，中继器的功能是对接收吸纳进行再生和发送，从而增加信号传输的距离。它是最简单的网络互联设备，链接同一个网络的两个或多个网段。一般来说，中继器两端的网络部分是网段，而不是子网。中继器只将任何电缆段上的数据发送到另一段电缆上，并不管数据中是否有错误数据或不适于网段的数据。（2） 网桥功能：将网络进行分段。目的：将广播域划分为一个小的冲突域。优点：延长通信距离，这意味着构成LAN的数据站总数和网段数很容易扩充；网桥纳入存储转发功能可使其适应于链接使用不同MAC协议的两个LAN，因而构成一个不同LAN混连在一起的混合网络环境；网桥的中继功能仅依赖于MAC帧的地址，因而对高层协议完全透明；网桥讲义较大的LAN分成段，有利于改善可靠性、可用性和安全性。缺点：由于网桥在执行转发先接受帧并进行缓冲，与中继器相比会引入更多时延；由于网桥不提流控功能，因此在流量较大时有可能使其过载，从而造成帧的丢失。工作原理：数据链路层互联的设备是网桥，在网络互联中它起到数据接收、地址过滤与数据转发的作用，用来实现多个网络系统之间的数据交换。网桥的基本特征： 网桥在数据链路层上实现局域网互联；网桥能够互联两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络；网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互联的网络之间的通信；网桥需要互联的网络在数据链路层以上采用相同的协议；网桥可以分隔两个网络之间的通信量，有利于改善互联网络的性能与安全性。（3） 路由器路由器是链接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号的设备。功能：在网络间截获发送到远地网段的报文，起转发的选择合适的路由，引导通信；在转发报文的过程中，为了便于在网络间传送报文，达到目的后再把分解的数据包包装成原有形式；多协议路由器还可以连接使用不同通信协议的网络段。目的：把通信引导到目的网络，然后到达特定的节点站地址，通过网络地址来分解完成。优点：安全性高、节省局域网的带宽、负载共享和最优路径、适用于大规模的网络、隔离不需要的通信量。缺点：路由器安装配置复杂、价格高；不知非路由协议。*路由器和网桥的区别工作层次不同、端口配置不同、用途不同、使用范围不同、智能化程度不同、可管理性不同。（4） 网关网关又称网间连接器、协议转换器，。网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。再是不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。网关与网桥只是简单的传达信息的不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。同时，网关也可以提供过滤和安全功能。在OSI中，网关有两种：一种是面向链接的网关，一种是无连接的网关。当两个子网之间有一定距离时，往往将一个网关分成两半，中间用一条链路连接起来，我们称之为半网关。5.网络结构和网络协议了解：网络体系结构；网络协议的分类和功能；IPV6技术产生原因及特征。熟悉：根据实际工作环境及要求选择恰当的网络类型；根据不同网络需求选择适合的传输介质；网络应用协议的主要功能、配置方法。掌握：开放系统互连参考模型的层次结构及其主要功能；TCP/IP协议传输层、网络层，应用层的协议及其在网络建设、网络维护中的应用；各种应用层协议的选择和配置。6.网络体系结构的分层原理计算机网络体系结构采取了分层的方法，一个层次完成一项相对独立的功能，在层次之间设置了通信接口。这样设置的优点是由于每一个层次的功能是相对的，所需完成这项功能的软件就可以独立设计、独立调试。如果其中一个层次的功能有所变化，或者一个软件要采用新技术，都不会对其它层次产生影响，利于每一个层次的标准化。7.OSI参考模型（1）数据单元在OSI中，有如下三种数据单元：服务数据单元（SDU）；第N层中等待传送和处理的数据单元；协议数据单元（PDU）；同等层水平方向向上传送的数据单元；接口数据单元（IDU）；在相邻层接口之间传送的数据单元。8TCP/IP参考模型TCP/IP是一组用于实现网络互连的通信协议。Internet网络体系结构以TCP/IP为核心。基于TCP/IP的参考模型将协议分成四个层次，分别是：网络访问层、网际互连层、传输层和应用层。（1） 应用层：应用层对应于OSI参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务。（2） 传输层：传输层对应于OSI参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通信功能。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。TCP协议提供的是一种可靠地、面向连接的数据传输服务；而UDP协议提供的则是不可靠的、无连接的数据传输服务。（3） 网际互连层：网际互连层对应于OSI参考模型的网络层，主要解决主机到主机的通信问题。该层有几个主要协议：网际协议（IP），地址解析协议（ARP）、互联网组管理协议（IGM）和互联网控制报文协议（ICMP）。IP协议是网际互连层最重要的协议，它提供的不可靠、无连接的数据报传递服务。（4） 网络访问层：网络访问层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。事实上，TCP/IP本未定义该层的协议，而由参与互连的各网络使用自己的物理层和数据链路层协议，与TCP/IP的网络访问层进行连接。9. TCP/IP与OSI/RM的比较共同点：（1）OSI参考模型和TCP/IP参考模型都采用了层次结构的概念。 （2）都能提供面向连接和无连接两种通信服务机制。不同点：（1）前者是七层模型，后者是四层结构。 （2）对可靠性要求不同（后者更高） （3）OSI模型是在协议开发前设计的，具有通用性，TCP/IP是现有协议集然后建立模型，不适用于非TCP/IP网络。 （4）实际市场应用不同，OSI模型只是理论上的模型，并没有成熟的产品，而TCP/IP已成为“实际上的国际标准”。10.TCP协议 TCP协议是传输层的协议，它提供面向连接的可靠数据传输服务。 TCP的特点：面向连接：在数据发送之前，两个TCP褓之间首先要建立连接；在数据传输结束后，要释放链接。使用校验和来检测传输差错，并采用超时重发机制来实现可靠的传输。提供流量控制功能，发送方根据接收方的反馈来确定能够发送的数据量。提供拥塞控制功能，在网络负载较重时，源主机制TCP进程将降低发送速率，以缓解网络中的拥塞状况。11.协议端口的概念P在INTERNET中从一个节点向另一个节点发送消息时，需要三种不同的地址：1,物理地址（mac子层地址）：唯一标示网络中的一个节点2，IP地址，唯一一个标识节点所在的网络。3，端口地址（端口号）:唯一标识生产数据消息的特定应用协议或者应用进程，每个端口拥有一个端口号。16BIT表式。因此可以表式2的16次方（65536）个不同的端口。知名端口号：FTP21. TELNET 23 SMTP 25 SNMP 161 HTTP 80 4 ICMP协议ICMP经常被认为是IP层的一个组成部分，它传递差错报文以及其他需要注意的信息，ICMP报文通常被IP层或更高层协议（TCP,UDP）使用，一些ICMP报文把差错报文返回给用户进程。5，域名和地址解析在TCP/IP领域中，域名系统是一个分布式的数据库，由他来提供IP地址和主机名之间的映射信息。ARP，地址解析协议。是在仅知道主机的IP地址时确定其物理地址的一种协议。某节点的IP地址时确定其物理地址的一种协议。某节点的IP地址的ARP请求被广播到网络上后，这个节点会受到确认其物理地址的应答，这样数据包才能被传送出去。RARP,反向地址转换协议。是设备通过自己知道的IP地址来获得自己不知道的物理地址的协议.RARP以与ARP相反的工作方式工作。RARP发出要反向解析的物理地址并希望返回其对应的IP地址，应答包括有能够提供所需信息的RARP服务器发出的IP地址。IPV4，32位地址。采用点分十进制法表式，如6，早期采用分类编址方法。一个IP地址包含两部分：网络和主机号。12.Ipv4解决地址耗尽的尝试（1）CIDR：将好几个IP网络结合在一起，使用一种无类别的域际路由选择算法，可以减少由核心路由器运载的路由由选择信息的数量。所有发送到这些地址的信息包都被送到如MCI或Sprint等ISP。CIDR采用13-27位可变网络ID，而不是A-B-C类网络ID所用的固定8、16和24位。（2）NAT：是一种将私有地址转换为合法IP地址的转换技术，他将IP数据包头重的IP地址转换为另一个IP地址的过程。在实际应用中，NAT主要用于实现私有网络访问公共网络的功能。这种通过使用少量的公有IP地址代表较多的私有IP地址的方式，将有助于减缓可用IP地址空间的枯竭。NAT不仅完美的解决了IP地址不足的问题，而且还能够有效的避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机。NAT的实现方式有一种，即静态NAT，动态NAT和 网络地址端口转换。（3）VLSM13.IPv6：是IETF设计的用于代替现行版本IP协议-Ipv4-的下一代IP协议。目前全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。Ipv6正处在不断发展和完善的过程中。它在不久的将来将取代目前被广泛使用的Ipv4.每个人将拥有更多的IP地址。IPV6的改进：IPv6地址长度为128位，地址空间增大了2的96次方倍；IPv6简化了报文头部个事，字段只有8个，加快报文转发，提高了吞吐量；支持更多的服务类型；提高安全性。身份认证和隐私权是IPv6的关键特性；服务质量。14.电子邮件EMAIL 让发信人将数字消息通过网络发送给一个或多个收信人；基于C/S模型。 邮件地址：用户邮箱名邮件服务器名，如. SMTP、POP3和IMAP均使用TCP协议传输。 15.远程登录TELNET 终端：只具有输入部分和输出部分，而没有CPU和存储设备。 远程登录：一台计算机仿真成终端，通过网络连接到远程计算机上进行操作。 使用TELNET,采用C/S模型，使用NVT机制解决异构系统互联的问题，使用能力协商机制实现向上兼容。16.文件传输FTP允许用户从远程计算机下载文件，或者上传文件到远程计算机。采用C/S模型。PI（协议解释器）：建立控制连接，完成对于远程主机文件的访问操作。DTP（数据传输进程）：控制和管理数据连接。第五章 局域网和城域网了解：局域网技术分类；城域网组网技术 工作机制、组网方式、网络协议、网络接口；广域网组网技术的工作机制、组网方式、网络协议、网络接口。熟悉：吉比特以太网技术的工作方法、技术特点、性能指标、传输介质、网络接口。掌握：10M以太网技术的工作方法、技术特点、性能指标、传输介质、网络接口；快速以太网技术工作方法、技术特点、性能指标、传输介质、网络接口。1. 局域网的概念：局域网是将分散在有限地理范围内的多台计算机通过传输介质连接起来鄂通信网络，通过功能完善的网络软件，实现计算机之间的相互通信和资源共享。决定局域网网络特性的主要技术有三个：1. 用于传输网络数据的传输介质；2. 用于连接网络各种设备的网络拓扑了；3. 用于共享资源的网络介质访问控制方式。2. IEEE局域网标准：IEEE 802.1-通用网络概念及体系结构IEEE 802.2-逻辑链路控制IEEE 802.3-载波监听多路访问/冲突检测规范IEEE 802.4-令牌总线结构及访问方法、物理层规范IEEE 802.5-令牌环访问方法及物理层规范IEEE 802.6-城域网的访问方法及物理层规范IEEE 802.7-宽带局域网IEEE 802.8-光纤网络技术标准IEEE 802.9-综合声音数据网的介质访问控制方法及物理层技术规范IEEE 802.10-网络的安全IEEE 802.11-无线局域网IEEE 802.12-100VG-AnyLAN的介质访问控制方法及物理层技术规范IEEE 802.16-无线城域网3. 局域网的基本组成计算机：包括个人计算机和服务器传输介质：包括各种电缆、光纤和双绞线等网络适配器：网卡，是一块网络接口电路板，每一台上网的服务器或者工作站上都必须装上这种适配器，才能尽享网络通信，实现网络存取。网络连接部件：中继器、集线器、网桥、路由器、网关等。4. 局域网的拓扑结构：计算机网络拓扑是通过网中节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。拓扑设计是建设计算机网络的首步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。主要分类：星型、总线型、环型、混合型。（1） 星型拓扑结构：是将网络中的所有计算机都以点到点的方式连接到某一中央设备（通常为交换机、集线器）上，该中央设备完成网络数据的转发。星型拓扑结构的优缺点：优点：1.由于中心节点是控制中心，任意两个分支节点间的通信最多只需两步，所以传输速度很快； 2.网络结构简单。建网方便，便于控制和管理缺点。 缺点：1.网络的可靠性很大程度上取决于中心节点的可靠性，对中心节点的可靠性和冗余度要求很高。 2.一旦中心节点出现故障则会导致网络瘫痪。（2）总线型拓扑结构网络是各个节点设备和一根总线相连。网络中所有的节点设备都通过总线进行信息传输。总线上任何一个节点发出的信息都沿着总线传输，而其他的节点发出的信息都沿着总线传输，而其他的节点都能接受到该信息，但在同一时间内，只允许一个节点发送数据。 由于总线作为公共传输介质为多个节点共享，就有可能出现同一时刻有两个或两个以上节点利用总线发送数据的情况，因此会出现“冲突”。总线型拓扑结构优点：1. 结构简单，易于布线和维护；2. 传输介质是无源元件，从硬件角度来看，十分可靠。3. 可扩充性好，节点设备的插入与拆除都非常方便；4. 网络节点间响应速度快，共享资源能力强，设备投入量少，成本低，安装使用方便。5. 当某个工作站节点出现故障时，对整个网络系统影响较小。（3）环型拓扑结构 网络中各节点通过一条首尾相连的通信链路连接起来的一个闭合环型结构网，结构较简单，系统中各工作站地位相等。环型拓扑结构的优缺点：优点：1.环型结构中各工作站地位相等，互相独立； 2.可靠性较高，如果某工作站节点出现故障，此节点就会自动旁路不影响全网的工作； 3.系统中无信道选择问题，两个工作节点之间仅有一条通路。缺点：1.节点的介入和撤出过程比较复杂； 2.在传输路径过长、传输经过的节点数过多的情况下，将导致数据的端到端传送时延过大。环型网络在距离短、拓扑结构简单时具有较大优势，但是不适用于大规模的长途骨干网，典型代表是令牌环局域网。（4） 混合型拓扑网络混合型结构就是将上述各种拓扑混合起来的结构，常见的有树型、网型等。树型：等级明显的网络；网型：inter网是典型。5.数据链路层划分 数据链路层划分为两个子层。 逻辑链路控制子层，负责完成通常意义下的数据链路层功能，如差错控制、流量控制等。介质访问控制子层，专门负责解决设备使用共享信道问题。6.LLC帧和MAC帧的关系 LLC子层通过介质访问控制服务访问点，使用MAC子层提供的服务； MAC子层向LLC子层提供的服务包括Request,Indication和Confirm.LLC子层的功能：LLC是个公用层，它为较低的数据链路层协议提供接口，为多个网络层的协议提供一个通信路径。LLC子层协议： DSAP:目的服务访问点 SSAP：源服务访问点。LLC子层向网络层提供的服务：1. 无确认得无连接服务：目的结点不做确认，车错由上层负责，适合于实时传输。2. 有确认得无连接服务：目的结点对收到的帧要做确认，发送结点可以知道已发出的帧是否安全到达目的结点：误帧重传，适用于不可靠信道。3. 面向连接服务：可靠地传送数据的服务，及提供在网络实体间建立，维持和释放数据链路的功能。 MAC子层：MAC构成了数据链路层的下半部，直接与物理层相邻。MAC子层主要是制定管理和分配信道的协议规范，它的主要功能是精细合理的分配信道，解决信道竞争问题。 MAC子层就是用来实现介质访问控制功能的网络实体。目前，被普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法有：带有冲突检测的载波侦听多路访问方法令牌环方法和令牌总线方法等。 分成MAC、LLC两个子层的好处： 局域网可以采用多种传输介质与拓扑、相应地介质访问控制方法就有多种，将数据链路层分成2个子层，只要设计合理，使得MAC子层向上提供统一的服务接口，就能将底层的实现细节完全屏蔽掉。 即：不同的物理网络，物理层与MAC子层不同，而LLC子层相同，网络的上层协议可运行于任何一种IEEE802标准的局域网上。这种分层方法也使得IEEE802标准具有良好的可扩充性，可以很方便的接纳新的介质与介质访问控制方法。7.以太网技术 以太网是应用最为广泛的局域网，符合IEEE802.3系列标准规范。采用CSMA/CD方法来解决多结点如何共享公用总线传输介质的问题。载波侦听多路访问/碰撞检测CSMA/CD协议的基本内容：多点接入，载波监听，碰撞检测。原理：想发就发。问题：冲突一个主机的数据还在信道上传输，另一个主机就开始发送，信道上两个主机的数据相重叠。以太网的工作原理：以太网为了协调总线使用权，采用CSMA/CD协议：（1） 监听信道是否有信号在传输，如果有，表明信道处于忙状态，此时需要继续监听信道，直到信道空闲，这就是载波监听的过程。（2） 如果持续检测到信道空闲达9.6/us，就开始传输数据，这是为了保证有9.6uc的最小帧间隔；（3） 数据传输时需要继续监听信道，如检测到冲突立即终止正常数据发送，并发出48比特的强化冲突信号，随后执行截断二进制指数类型退避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤（1），这就是冲突检测的过程；（4） 若在数据传输期间未发现冲突则检测成功。 CSMA的三种工作方式：（1） 非坚持CSMA：若信道忙，则不再侦听，隔一定时间间隔后再侦听，若信道空闲，则立即发送。优点：采用随机的重发延迟时间可以减少冲突的概率。（2）1坚持CSMA：若信道忙，一直侦听，直到发现信道空闲时，立即发送信息。若有冲突，回退一个概率时间重新侦听。优点：只要介质空闲，站点就立即可发送，有利于抢占信道，避免了信道利用率的损失。（3）P坚持CSMA：若信道忙，继续侦听，但当发现信道空闲时，并不是总是发送信息，为减少冲突，以概率P发送信息，而以概率（1-P）延迟一个单位时间，再侦侦听。优点：P坚持算法既能像非减持算法那样减少冲突，又能像1坚持算法那样减少信道空闲时间，是吸取了两者优点的一种这种方案。8.二进制指数退避算法在CSMA/CD中，检测到冲突，发送完干扰信号之后，要随机等待一段时间，再重新监听，尝试发送。后退的时间长短对网络的稳定工作有很大影响，为了避免很多站发生冲突，设计了二进制指数退避算法。二进制指数退避算法是按后进先出的次序来控制的，即为发生冲突或很少发生冲突的数据帧，具有优先发送权，而发生过多次冲突的数据帧，发送成功的概率就更少。IEEE802.3就是采用二进制指数退避算法。9.使用CSMA/CD的以太网的工作特点：在低负荷时，响应较快，具有较高的工作效率。在高负荷时，随着冲突的急剧增加，传输时延巨增，导致网络性能的急剧下降。时间不确定，不适合控制型网络。10.以太网数据帧以太网的MAC地址的长度是6个字节，共48位。高24位称为机构唯一标识符OUI，由IEEE统一分配给设备生产厂商。低24位称为扩展标识符EI，由厂商自行分配给每一块网卡或设备的网络硬件接口。 各种类型的以太网： 10M以太网；快速以太网；吉比特以太网；10吉比特以太网。 以太网可以使用同轴电缆、双绞线、光纤等多种传输介质，采用了曼彻斯特编码技术。 （1） 吉比特以太网标准号为IEEE802.3z，保留了以太网的帧格式，保留了支持CSMA/CD协议的半双工方式。为了支持半双工方式，采用了两种策略：载波扩展、帧突发。（2） 10吉比特以太网的正式标准IEEE802.3ae。10吉比特以太网在帧格式方面和以前的以太网兼容，还保留802.3标准规定的以太网最小和最大帧长。10吉比特以太网只使用光纤作为传输介质，也只工作在全双工模式，不再使用CSMA/CD协议。10吉比特以太网能工作在广域网和城域网的范围，实现端到端的以太网传输。11.交换式以太网共享式以太网存在问题，受CSMA/CD约束，每个站点平均带宽为系统带宽/n,n为该冲突域的站点数。每一时刻只能要求一个发送者，在站点数增加到一定程度时，网络效率低（冲突概率增加），冲突域的覆盖范围有限（受冲突检测的制约），安全性极差（易被干扰攻击）。未解决共享式以太网存在的上述问题，交换式以太网应运而生。交换式以太网的特点： 每个站点独占带宽，允许多对站点同时通信，网络利用率高。 端口速率可以按需配置，一个LAN内可以连接不同速率的站点。 扩展能力强，可以用来构建大规模网络，如校园网、城域网。 可以构建虚拟LAN，灵活分配网络负载。 兼容现有网络。 可互联不同标准的LAN。12.城域网与广域网城域网（WAN）是在一个城市范围内所建立的计算机网，是适用于城市的信息基础设施，是国家信息高速公路与城市广大用户的中间环节。城域网标准是IEEE802.6分布式队列双总线DQDB。目的：提供单一、通用和公共的网络架构，借以高速有效地传输数据、声音、图像、视频等信息，满足用户日新月异的需求。WAN与LAN相比，连接距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上市LAN网络的延伸。一个WAN网络通常连接着多个LAN网，满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互联需求。城域网在技术上与局域网相似。13.城域网技术介绍带宽管理：给用户提供分等级的接入带宽。服务质量：保证QoS要求的技术有资源预留协议RSVP、区分服务DiffServ和多协议标记交换MPLS。用户管理：用户认证与接入管理、计费管理等，AAA提供了一个用来认证、授权和计费进行配置的框架。IP地址分配与转换：IP地址、NAT。网络安全：城域网必须考虑设备冗余、线路冗余、路由冗余，统故障的快速诊断与自动恢复，以及防止网络攻击问题。14.广域网WAN概述广域网的必要性：当主机之间的距离较远时，局域网无法完成主机之间的通信任务时。WAN的特点： 范围广（地区、国家、洲际、全球），建立在电信网络的基础上，应用环境复杂（线路、技术、协议、设备）。15.主要的广域网技术X25使用X.25协议进行分组交换的数据通信技术。Frame Relay一种高速的在链路层进行分组交换的技术。ISDN一种可以在电话线路上同事提供音频、视频和数据服务的数字网络。DDN一种利用数字信道提供半永久性连接电路的数字网络。xDSL一种liyo9ng电话线路进行数字传输的高速接入技术。ATM一种基于异步时分多路复用的、采用信元交换代替分组交换的技术。广域网的协议层次：涉及到OSI/RM的最低三层： 物理层：PSTN、DDN、xDSL、SONET数据链路层：ISDN、FR、ATM网络层：X.25SDH、ATM通信骨干DDN、IDSL、FR、X.25、宽带、ATM单位接入公用网电话拨号、ADSL、ISDN、宽带家庭、小单位接入。16.DDN网业务：专用电路、帧中继、压缩语音/G3传真和虚拟专用网。用户速率可达2.048Mbps。主要特点：采用同步传输方式，传输速率高，时延小；采用光纤传输方式，传输质量高；采用全透明传输方式，支持多种协议及多媒体业务；支持路由自动迂回；支持网关功能，网络运行管理简单。17.分组交换网业务：交换虚电路SVC和用脚虚电路PVC。协议：物理层、链路层、分组层。特点：分组交换可以在一条物理链路上提供多条逻辑信道，线路利用率高；可实现不同码型、速率和规程的终端间的通信；分组交换网具有差错检测和恢复的能力；分组交换网支持网络管理功能。18.帧中继网接入方式：局域网接入，计算机接入，用户帧中继交换机接入公用帧中继网。主要特点：帧中继采用统计复用，即按需分配信道的方式工作，适合突发性的数据业务；帧中继不提供流量控制和纠错功能，简化了交换机间的协议；与分组交换相比，帧中继吞吐量高，时延低。19.ATM网业务：LAN互联、LAN仿真、宽带可视图文业务。特点：ATM采用统计时分复用技术，实现网络资源按需分配； ATM是面向连接的传输技术，在传输用户数据前必须建立端到端的虚电路； ATM实现定长分组交换和传输，网络实时性高； ATM支持通过ATM适配层支持多种业务的传递，并能提供服务质量的保证QoS。20.无线局域网无线局域网是利用无线技术在范围内建立的计算机网络，分为有固定基础设施的无线局域网和自组网络两类。IEEE制订了802.11系列标准： 使用星型拓扑结构，中心节点叫做接入点AP； 最小构件是基本服务集BSS，一个BSS包含一个AP和若干移动站点； 部署一个BBS时需要给AP分配一个服务集标识符SSID和一个信道； 基本服务集可以通过分配系统DS和其它基本服务集连接构成扩展的服务集ESS； 一个移动站点如需加入一个BSS，就必须和此BSS中的AP建立关联，建立关联有主动扫描和波动扫描两种方法。21.802.11标准的物理层根据物理层工作频段、数据率、调制方法等因素的不同，802.11有一系列标准：IEEE802.11b，工作在2.4GHz的，采用HR-DSSS技术，最高能够支持11Mb/s的数据速率；IEEE802.11a，工作在5GHz频段，它采用OFDM技术，最高能够支持54MB/s的数据速率。IEEE802.11a和IEEE802.11b不兼容；IEEE802.11g，是IEEE802.11b的增强版本，和IEEE802.11b一样工作与2.4GHz ISM频段，但它采用了OFDM技术，可以实现最高54Mb/s的数据速率。IEEE802.11n，向下兼容IEEE802.11ab/g，可以支持2.4GHz和5GHz两个频段，采用了MIMO和OFDM相结合的技术，最高速率可至600Mb/s。22. 802.11标准的MAC层802.11的MAC层包括DCF和PCF两个子层，802.11规定所有的实现都必须有DCF功能。802.11不能像有线局域网那样使用/CD协议： 信号强度的变化范围太大，难于实现“碰撞检测”； 不是所有站点都能检测到其他站点的信号；802.11使用CSMA/CA协议：站要传送数据时先监听信道，如果信道空闲就开始传送，目的站正确收到此帧，需向源站发送确认帧，如果源站不能再规定的时间内收到确认帧，则延时重传；使用虚拟信道监听方法，即让源站将它要占用信道的时间通知所有其他站点，从而使其他站点在这一段时间内停止发送数据，这就大大减少了碰撞的机会。第六章 交换技术1.交机的数据转发工作层次：局域网交换技术在OSI参考模型的第二层（数据链路层）工作。处理对象：局域网交换机对数据帧的转发市根据MAC地址来实现的，不需要IP地址。广播风暴：交换机在接受一个不认识的数据帧后，会向其他的交换机接口广播，当局域网规模较大时，极易引起广播风暴。解决方案：使用虚拟局域网VLAN技术。 2.透明网桥的原理目的站点的位置和网桥的存在对于计算机站点是透明的，数据的转发完全由网桥业实现。网桥依靠转发表来确定如何转发数据帧： 若在转发表中找到帧的目的地址： 若目的地址对应的端口=帧到达端口，则忽略该帧 否则，转发到目的地址对应的端口。 若转发表中没有帧的目的地址，则采用洪泛方式，将帧转发到除到达端口之外的所有端口。3.VLAN技术 VLAN是跨接不同物理LAN网段的节点连接成逻辑LAN网段，处于不同物理网的用户通过软件设置处于同一局域网中，形成逻辑的工作组，在同一逻辑工作组中的节点可以互发广播报文。逻辑上可以通过网络管理来划分逻辑工作组的物理网络，用户可以根据自己的需求，而非用户的物理位置来划分网络。 VLAN定义： VLAN是一个在物理网络上，根据应用、工作组等来划分的逻辑局域网，与用户的物理位置没有关系。 VLAN是一个独立的广播域，一个VLAN的成员看不到另一个VLAN的成员，VLAN用户之间通过交换机来通信。VLAN的特点： 同一个VLAN的用户只能接受到本VLAN里的广播包，不能收到VLAN外的广播包。 同一个VLAN的用户使用相同的VLAN ID，通过VLAN交换机来通信时，不需要路由支持。 不同的VLAN用户之间不能直接通信，需要路由支持才能通信，通常使用三层交换机来实现。 能够隔离广播风暴，广播帧仅在一个VLAN内部扩散。VLAN实现： VLAN可以在交换式以太网中实现，也可以在ATM骨干网中实现基于交换式以太网的VLAN采用帧交换来实现，其工作机制是当以太网交换机从一个端口收到数据帧后，对数据阵中包含的MAC地址进行分析并利用交换机中的端口MAC地址映射表将数据帧转发至相应端口。 工作过程：1. 当一个VLAN交换机接收到用户计算机来的数据包，先提取数据包中的MAC地址，并据此搜索交换机中的VLAN配置数据表；2. 搜索到目的设备后，如果也是一个VLAN设备，则在数据包中加入对应的VLAN ID然后转发出去。3. 如果不是一个VLAN设备，则不必在数据包中加入VLAN ID，只需直接转发出去。V