计算机网络期末总复习省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

题型及分值分布一、选择题（20分，单项选择多项选择都有，但多项选择不会超出3个）二、填空题（10分）三、名词解释（15分）四、判断改错题（16分）五、简答（15分）六、读图题（12分）七、计算题（12分）1/1001.1引

言

对于用户来说，计算机网络提供是一个透明传输机构，用户在访问网络共享资源时，可无须考虑这些资源所在物理位置。为此，计算机网络通常是以网络服务形式来提供网络功效和透明性访问。2/100电子邮件服务。它为用户提供电子邮件(E-mail)转发和投递功效。电子邮件是一个无纸化电子信件，含有传递快捷、准确等优点，已成为一个当代化个人通信伎俩。发送电子邮件使用协议SMTP。

3/100信息公布服务。它为用户提供公众信息公布和检索功效。比如，时事新闻、天气预报、股票行情、企业产品宣传以及导游、导购等公众信息公布与远程检索。Web服务使用协议是HTTP，Web页面使用语言HTML。

4/100计算机网络按各个节点分布地理范围分类，可分成局域网(LocalAreaNetwork，LAN)和广域网(WideAreaNetwork，WAN)，二者主要差异在于通信距离和传输速率。

5/1001．双绞线双绞线(TwistedPairLine)是一个最惯用传输介质，由呈螺线排列两根绝缘导线组成，两根导线相互扭绞在一起，可使线对之间电磁干扰减至最小。一根双绞线电缆由多个绞在一起线对(如8条线组成4个线对)组成。

6/100双绞线比较适合于短距离信号传输，既可用于传输模拟信号，也可用于传输数字信号，信号传输速率取决于双绞线芯线材料、传输距离、驱动器与接收器能力等很多原因。经过适当屏蔽和扭曲长度处理后，可提升双绞线抗干扰性能，传输信号波久远大于扭曲长度时，其抗干扰性最好。7/100双绞线有各种类型，不一样类型双绞线所提供带宽各不相同。在局域网中所使用双绞线有没有屏蔽双绞线(UnshieldedTwistedPair，UTP)和屏蔽双绞线(ShieldedTwistedPair，STP)两类。8/100各种电缆铜线铜线聚氯乙烯套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体无屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP同轴电缆9/100

2．同轴电缆同轴电缆(CoaxialCable)是局域网中应用较为广泛一个传输介质。它由内、外两个导体组成，内导体是单股或多股线，呈圆柱形外导体通常由编织线组成并围裹着内导体，内、外导体之间使用等间距固体绝缘材料来分隔，外导体用塑料外罩保护起来。10/100

3．光导纤维光导纤维(Fiber)是一个传送光信号介质，它内层是含有较高光波折射率光导玻璃纤维，外层包裹着一层折射率较低材料，利用光波全反射原理来传送编码后光信号。依据光波传输模式，光纤主要分为两种：多模光纤和单模光纤。

11/100输入脉冲输出脉冲单模光纤多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤12/100光纤是一个不易受电磁干扰和噪声影响传输介质，含有传输速率高、传输距离远、抗干扰能力强、保密性好等特点，尤其适适用来结构高速远程网或广域网。因为光纤衔接、分岔比较困难，所以普通只适适用于点到点或环形结构网络系统中。

13/100计算机网络拓

扑

结

构

网络拓扑结构是指一个网络中各个节点之间互连几何构形，即指各个节点之间相互连接方式。常见网络拓扑结构有星形、环形、总线形等三种。任何一个网络系统都要求了它们各自网络拓扑结构。经过网络之间相互连接，能够将不一样拓扑结构网络组合起来，组成一个集各种结构为一体互连网络。

14/100图1.1常见网络拓扑结构(a)星形结构；(b)环形结构；(c)总线形结构

15/100数据传输技术

16/1002．数字数据数字信号编码惯用数字信号编码有不归零(NonReturntoZero，NRZ)码、差分不归零(DifferentialNonReturntoZero，DNRZ)码、曼彻斯特(Manchester)码及差分曼彻斯特(DifferentialManchester)码等。

17/100

3．模拟数据数字信号编码在数字化电话交换和传输系统中，需要将模拟话音数据编码成数字信号后再进行传输。这里惯用编码技术是脉冲编码调制(PulseCodeModulation，PCM)技术。PCM是以采样定理为基础。18/100图1.4

PCM原理框图

19/100多路复用技术1．FDMFDM基本前提是：传输介质可用带宽要大于多路给定信号所需带宽总和。假如将这几路信号中每路信号以不一样载波频率进行调制，则这些信号就可同时在单一介质上传输。为了确保各路信号带宽不相互重合，各路载波频率之间应该留有一定保护间隔。

20/100图1.5多路复用(a)FDM；(b)TDM21/100图1.5多路复用(a)FDM；(b)TDM22/100TDM又分为同时TDM和异步TDM。在同时TDM中，每个时间片是预先分配好，而且是固定不变，假如某个时间片所对应输入端无数据发送，则该时间片便空闲不用，又因为传输介质传输带宽不能低于各个输入信号数据速率之和，所以必定造成信道容量浪费。图1.5(b)所表示TDM是一个同时TDM。

23/1001.4.4通信操作模式依据传输方向与时间特征，数据通信能够分为三种通信操作模式：单工(Simplex)、半双工(Half-duplex)和全双工(Full-duplex)。24/100图1.6通信操作模式(a)单工操作模式；(b)半双工操作模式；(c)全双工操作模式

25/100面向位流同时传输在面向位流同时传输中，每个数据块头部和尾部用一个特殊比特序列(如01111110)来标识数据块开始和结束。数据块将作为位流来处理，而不是作为字符流来处理。为了防止在数据流中出现标识块开始和结束特殊位模式，通常采取位插入方法，即发送端在发送数据流时，每当出现连续五个1后便插入一个0。接收端在接收数据流时，假如检测到连续五个1序列，就要检验其后一位数据，若该位是0，则删除它；若该位为1，则表示数据块结束，转入结束处理。经典面向位流同时通信规程是高级数据链路控制(HDLC)规程和同时数据链路控制(SDLC)规程。

26/100纠正错误方法有两种：一个是反馈重发纠错法，即接收端将传输是否正确信息作为应答反馈给发送端，对于传输有误数据，发送端要重新传送，直至传送正确为止，这么就纠正了错误；另一个是前向纠错(FEC)法，即接收端发觉错误后，不是经过发送端重传来纠正，而是由接收端经过纠错码和适当算法进行纠正。因为这种纠错方法比较复杂，所需冗余码元较多，实现比较困难，故极少使用。当前，绝大多数通信系统都采取反馈重发纠错法来纠正差错。

27/1001.5数据交换技术

在网络系统中，主要使用三种数据交换技术：电路交换、报文交换和分组交换(虚电路交换和数据报交换)。

28/100图1.8数据交换方式(a)电路交换；(b)报文交换；(c)虚电路交换；(d)数据报交换

29/100图1.8数据交换方式(a)电路交换；(b)报文交换；(c)虚电路交换；(d)数据报交换

30/1001.5.1电路交换1)电路建立阶段

2)数据传输阶段3)电路拆除阶段31/1001.5.2报文交换报文交换(MessageSwitching)是一个完全不一样于电路交换通信方法。在网络中，报文从一个节点被传送到下一个节点。在每个节点上，必须接收整个报文并暂时存放，然后依据目标端地址选择适当路由再发送到下一个节点。这种方式也称为存放-转发(StoreandForward)报文方式。

32/1001.5.3分组交换

数据报(Datagram)交换与报文交换相类似，在数据传输前不需要预先建立连接，当发送端有一个较长报文要发送时，首先将报文分解成若干个较小数据单元，每个数据单元都要附加一个分组头并封装成份组(或称数据报)，然后将各个分组发送出去。每个分组都被独立地传输，中间节点可能为每个分组选择不一样路由，这些分组抵达目标端次序可能与发送次序不一样，所以目标端必须重新排序分组，将其组装成一个完整原始报文。33/1001.5.4数据交换技术小结(1)电路交换。在数据传送开始前必须建立一条端到端物理连接，这种物理连接需要独占电路资源，在释放连接前只能由两个端节点所使用。所以，电路利用率低，通信费用高。

(2)报文交换。数据传输采取存放-转发方式，不需要建立连接，在传送报文时，能够共享线路资源。中间节点依据报文中目标端地址选择适当路由来转发报文。在转发报文过程中，产生较大网络延迟，引发网络性能下降。所以，

报文交换不能满足实时通信和交互式通信要求。

34/100(3)分组交换。报文被分成若干分组进行传输，并要求了最大分组长度。在数据报方式中，中间节点必须为每个分组选择路由，目标端需要重新组装报文；在虚电路方式中，中间节点只在建立虚电路时选择一次路由，在数据传输时将沿着该路由转发各个分组，而无需再为每个分组选择路由。分组交换技术是一个广泛应用于网络中交换技术。35/1001.6网络体系结构与标准化

普通说来，实体是指能发送和接收信息任何实体；而系统是物理上显著物体，它包含一个或多个实体。两个实体要想实现通信，则必须使用相同语言以及遵从双方都能接收规则，以处理彼此之间交流什么、怎样交流以及何时交流等问题。

36/100这些在两个实体间控制数据交换规则集合称为协议(Protocol)。协议关键成份有：(1)语法：包含数据格式、编码和信号电平等。(2)语义：包含用于协调同时和差错处理控制信息。

(3)定时：包含速度匹配和排序等。

37/1001.6.1ISO/OSI参考模型国际标准化组织(InternationalStandardOrganization，ISO)在1977年提出了开放系统互连(OpenSystemInterconnection，OSI)参考模型，它是一个异构计算机系统互连标准框架结构。OSI为面向分布式应用“开放”系统提供了基础。所谓“开放”，是指任何两个系统只要恪守参考模型和相关标准就都能实现互连。OSI参考模型采取了层次化结构，共分成七层，参见图1.9。

38/100图1.9ISO/OSI参考模型

39/100图1.10

IEEELAN协议层次以及与ISO/OSI参考模型对应关系

40/1001.6.4TCP/IP协议最有名高层协议是TCP/IP协议，它定义了网络接口层、网际层、传送层和应用层等四个层次，参见图1.12。其中，网络接口层与ISO/OSI参考模型物理层和数据链路层相对应，但它只是定义了TCP/IP与各种物理网络之间网络接口，没有要求新物理层和数据链路层协议；网际层相当于ISO/OSI参考模型网络层；传送层与ISO/OSI参考模型传输层相对应；应用层则包含了ISO/OSI参考模型会话层、表示层和应用层功效。需要说明是，TCP/IP协议当前还只是一个工业标准，还未成为国际标准。类似高层协议还有SPX/IPX协议等。

41/100图1.12

TCP/IP协议集以及与OSI参考模型对应关系

42/1002.2物

理

层

2.2.1物理层接口标准1．机械特征

2．电气特征3.功效特征4.规程特征43/1002.3数

据

链

路

层

2.3.1HDLC规程1．基本概念HDLC作为数据链路层协议，应能满足各种数据链路要求，即：(1)点到点和点到多点链路；(2)半双工和全双工操作；(3)主次站结构和对等站结构间相互作用；(4)长距离和短距离链路。

44/1001)站类型HDLC将站点分为三种类型：主站、次站和复合站。(1)主站。主站在通信过程中负责对数据链路实施全方面管理，包含发起传输、组织数据流、执行链路级差错控制与恢复等。(2)次站。次站则受控于主站，它只能按照主站命令执行对应操作。(3)复合站。复合站是指含有主站和次站双重功效站，两个复合站之间能够完全对等地进行通信。换句话说，复合站含有平衡链路控制能力。

45/1002)数据链路结构所谓数据链路是指从发送端经过通信线路到接收端之间物理上传送路径和逻辑上传输信道总称。两个端点设备之间能够有一条或多条数据链路。HDLC定义了两种数据链路结构：不平衡式链路结构和平衡式链路结构，参见图2.5。

46/100图2.5数据链路结构(a)不平衡式链路结构；(b)平衡式链路结构

47/1002．HDLC帧结构在HDLC中，不论传送数据还是传送控制或状态信息，都是以帧(Frame)为基本单位。HDLC帧基本格式如图2.6所表示。

48/100图2.6HDLC帧基本格式

49/1002.3.2流量控制算法1．停顿—等候协议通信双方同时失调问题主要采取应答机制来处理。所谓应答机制，是指发送站发送一个帧后要停下来等候接收站应答帧，只有接收到应答帧后才发送下一个帧；接收站接收缓冲区容量只能存放一个数据帧，在处理完一个数据帧后才发送应答帧，指示发送站发送下一个帧。基于这种应答机制通信协议称为停顿—等候协议。50/1002．滑动窗口协议停顿—等候协议中一帧一应答同时方法通信效率过低，不能充分利用介质带宽。为了提升介质利用率，能够采取多帧一应答同时方法，即接收站接收缓冲区容量能够存放n个帧，发送站可连续发送n个帧后再停下来等候接收站应答帧，当接收到应答帧后再发送下n个帧；接收站在处理完接收缓冲区中n个数据帧后发送应答帧，指示发送站发送下n个帧。基于这种多帧应答机制通信协议称为滑动窗口协议。51/1002.3.3差错控制算法1．差错检测

2．差错纠正52/1002.4.2路由选择算法1．静态路由选择算法2．动态路由选择算法1)距离矢量路由选择算法著名路由信息协议(RoutingInformationProtocol，RIP)也是基于该算法开发。2)链路状态路由选择算法著名开放最短路径优先(OpenShortestPathFirst，OSPF)协议采取就是LSR算法，而OSPF协议广泛应用于Internet中。53/1002)Internet路由协议(1)内部网关协议。Internet最初内部网关协议采取是基于距离矢量路由选择算法RIP协议，因为伴随AS增大，RIP协议存在着路由计算收敛很慢等缺点，所以以后被链路状态路由选择算法所取代。Internet工程任务组(IETF)以链路状态路由选择算法为基础制订了OSPF(OpenShortestPathFirst)协议，并作为一个内部网关协议标准。现在，很多路由器都支持OSPF协议。54/100(2)外部网关协议。外部网关协议(EGP)用于AS之间路由选择。外部网关协议与内部网关协议侧重点是不一样：内部网关协议侧重是怎样高效地选择路由来转发分组；外部网关协议侧重是路由策略问题。所谓路由策略，是指从政治、安全和经济等方面原因来考虑来决议路由选择。比如，敏感数据不经过一些AS传送；假如没有可选路由，则只能经过某个指定AS传送，这些都可视为路由策略。55/1002.4.3拥塞控制算法1．面向虚电路拥塞控制算法在虚电路交换中，首先由发送者经过中间路由器节点与接收者建立一条虚连接。在建立连接时，在发送者建立连接请求分组中包含了用于说明传输模式流说明信息，如最大分组长度、最大传输速率以及其它流量说明信息。该分组经过各个路由器时，路由器要统计流说明信息。接收者则要依据流说明信息来确定它所能够接收流量传输模式，然后经过应答分组传送给发送者，应答分组经过各个路由器时，对路由器所统计发送者流说明信息进行确认。这么，在建立连接同时，发送者、路由器和接收者能够协商该连接流量传输模式，并最终达成一致。56/1001)漏桶算法漏桶算法是将交通整形操作形象地比喻成一个底部带有一个小孔水桶，不论流入桶中水速多大，从底部小孔流出水速是恒定。假如桶中无水，则速率为0；假如桶中水满，则流入桶中水将从桶边溢出，而流失掉。漏桶算法在路由器内部实现一个有限长度队列，路由器将以恒定速率从队列中取出分组发送出去，而进入路由器分组被排到队列尾部，一旦队列饱和，新来分组将被丢弃。这种算法实际上是一个含有恒定服务时间单服务器排队系统。主机系统也可采取该算法来整形分组发送，即将上层应用进程中不均匀数据流整形成均匀分组流向网络发送，从而平滑了突发数据流，大大降低了发生拥塞机会。57/1002)令牌桶算法

令牌桶算法与恒定输出速率漏桶算法有所不一样，它允许一定量突发数据流。该算法以恒定速率产生一个个令牌并放入桶中，每发送一个分组都要取得和消耗一个令牌，假如令牌消耗完，则新来分组就要等候生成新令牌或被丢弃。因为突发性输入流往往造成拥塞发生，所以取得令牌分组将被快速地输出，使突发性输入流得到快速疏导。在令牌桶算法中，使用一个令牌计数器来计数令牌数量。令牌计数器每隔时间Δt加1，表示新增加一个令牌；每发送一个分组，令牌计数器减1，表示已消耗一个令牌。当计数器减至0时，表示令牌已消耗完，不能再发送分组了。58/1002．面向数据报拥塞控制算法数据报是一个无连接传输方式。路由器一旦检测到系统可用资源(如线路利用率或队列长度)超出临界值，就会向源端主机发送一个抑制分组，警告网络可能发生拥塞。源端主机定时地侦听抑制分组，假如在侦听期内收到抑制分组，则会逐步降低发送给特定目标主机数据量。当减至在侦听期内不再收到抑制分组后，能够再逐步增加通信量。主机能够经过调整其发送操作相关参数来降低通信量，如改变发送窗口尺寸或漏桶输出速率等。路由器通常采取加权公平队列算法来处理分组排队，检测是否超出临界值，以及何时发送抑制分组。59/1002.5传输层2.5.1数据传输服务传输层提供数据传输服务能够是面向连接或无连接，其中，应用较广泛是面向连接传输层协议，如TCP协议和UDP协议等。60/1002.5.2建立连接从表面上看，传输层协议建立连接过程与数据链路层协议相类似，一个传输层实体发出连接请求(ConnectRequest，CR)分组，然后等候对方接收连接(ConnectAccepted，CA)应答分组。假如接收到CA分组，则表明这个连接已建立起来，能够进行数据传输了。因为CR分组要经过通信子网进行传输，所以，假如通信子网比较拥挤，则CR分组会产生很大延迟。若发送者超时，则会重发CR分组，其结果是造成在通信子网中存在着延迟重复CR分组。这种被延迟重复CR分组对数据交换安全性是十分有害。61/100所谓三次握手法，是指在建立连接时，发送方发送CR分组请求建立一个连接，接收方收到CR分组后发送一个应答分组，在应答分组中包含了建立一个反向连接请求，发送方收到应答分组后对反向连接请求进行应答。这么，一个连接才能建立起来，而且双方能够使用不一样起始序号。采取三次握手法建立连接过程如图2.17所表示。62/100图2.17采取三次握手法建立连接过程(a)正常情况；(b)出现延迟重复CR分组情况63/1002.5.3释放连接释放连接有两种方式：非对称性释放和对称性释放。非对称性释放是指通信双方任意一方释放连接，该连接便宣告终止，如在电话交换系统中，任意一方挂机便终止了连接。假如一个双向连接是由两个独立单向连接组合而成，则通信双方必须分别释放单向连接，这个连接才能完全终止，这就是对称性释放。因为传输层协议所建立连接是两个独立单向连接，所以必须采取对称性释放方式来终止连接。对称性释放连接方式实际上是采取三次握手法来释放连接，它与三次握手法建立连接过程相类似，参见图2.18。64/100图2.18采取三次握手法释放连接过程(a)正常情况；(b)出现丢失应答分组情况65/100每一个网络应用都可能对应一个应用层协议。比如，在Internet中，除了上面提到WWW系统外，还有电子邮件(E-mail)、远程登录(Telnet)、文件传输(FTP)、以及域名系统(DNS)等，都需要经过对应应用层协议来支持通信。另外用于网络管理网管协议(如SNMP)等。当然并不是全部网络应用都需要开发应用层协议，一些小型、私用网络应用能够直接使用网络应用编程接口API(ApplicationProgrammingInterface)来开发网络通信程序。66/1003.7网

络

互

连

2．无连接网络互连模式无连接网络互连模式对应于分组交换网数据报方式。在这种互连模式中，每个数据分组将经过一系列路由器从源端系统被传送到目标端系统，而且路由器对每个数据分组单独地选择路由。所以，不一样数据分组可能经历不一样传输路径。在这种互连模式中，互连子网中各个端系统与路由器都必须使用相同网络层协议，即IP协议，以提供统一、无连接网络层服务，而且支持端到端数据报传送。因为IP协议对子网要求不高，所以被广泛应用于当前网络互连系统中，TCP/IP协议体系就是最经典例子。基于IP协议网络互连模型参见图3.19。

67/100图3.19基于IP协议网络互连模型

68/1004.9局

域

网

互

连

4.9.1中继器中继器是在物理层上实现局域网网段互连，用于延长局域网网段长度。因为中继器只在两个局域网网段间实现电气信号恢复与整形，所以它仅用于连接同类型局域网网段。它优点是安装简便，价格廉价，但每个局域网中接入中继器数量将受延时和衰耗影响，因而必须加以限制。

69/1004.9.2网桥1．帧格式转换在不一样局域网之间进行互连时，因为各种局域网MAC子层执行不一样网络协议，所以它们之间存在着以下差异。

(1)帧格式不一样。从前面所介绍各种局域网中能够看出，不一样局域网有不一样帧格式。当网桥互连两个不一样局域网时，必须对帧进行转换处理，将输入帧格式转换成另一个帧格式输出。

70/100(2)帧最大长度不一样。不一样局域网有不一样帧最大长度限制，如Ethernet最大帧长为1518字节，TokenRing最大帧长为5000字节等。在网络互连时，网桥必须能够协调不一样局域网最大帧长。(3)数据传输速率不一样。不一样局域网传输速率不一样，如Ethernet有10Mb/s和100Mb/s，TokenRing是16Mb/s等。这就需要网桥有足够缓冲空间，方便进行速率匹配，防止拥挤现象。

71/100图4.31基于网桥网络互连模型

72/100

2．路由选择网桥必须含有路由选择功效，当网桥收到一个数据帧后，经过路由选择功效选择对应路径，将数据帧转发给下一个网络，直至抵达目标网络。依据路由选择方法不一样，网桥可分为透明桥和源路由选择桥。

73/100图4.2IEEE802LAN实现模型

74/100图4.3LLC层之间通信帧格式

75/1002.LLC服务在LLC协议中定义了两种服务方式：(1)不确认无连接服务。它是在无连接数据链路上提供数据传输服务，所以不确保数据传输正确性。数据传输模式能够是单播(点对点)方式、组播(点对多点)方式和广播(点对全体)方式。这是一个数据报服务。

(2)面向连接服务。它是在面向连接数据链路上提供数据传输服务，所以它必须提供建立、使用、终止以及复位数据链路层连接所需操作伎俩，而且还要提供数据链路层定序、流控和错误恢复等功效。这是一个虚电路服务。

76/1004.3以

太

网

4.3.1介质访问控制协议IEEE802.3MAC层主要定义了CSMA/CD介质访问控制协议，以及数据帧封装与发送、数据帧接收与解封等功效。CSMA/CD是一个争用型介质访问控制协议。77/100图4.4

CSMA/CD帧格式

78/1002．CSMA/CD帧发送过程

图4.5CSMA/CD帧发送工作流程

79/100图4.6CSMA/CD帧接收流程80/100物理层表示各部分含义81/1004.7无

线

局

域

网

介质访问控制方法802.11MAC层所采取介质访问控制方法是载波监听多路访问/冲突防止(CSMA/CA)，它和802.3CSMA/CD方法相类似，也要求任何节点在访问链路之前都必须采取载波检测多路访问(CSMA)方法进行载波检测，只有链路空闲才允许访问，以实现多用户共享介质。然而，它们在冲突处理方法上有所不一样，CSMA/CD采取是冲突检测方法来处理冲突问题。这是因为在有线网络所要求最大传输距离内，信号是均匀衰减，利用信号传输特征能够轻易地实现一边发送信号一边进行冲突检测(CD)。

82/100CSMA/CA工作过程以下：(1)任何节点在访问链路之前都必须都进行载波检测，只有链路空闲才允许访问。空闲状态表明当前信道上无任何节点发送数据，允许发送节点占用信道发送数据。(2)发送节点首先发送RTS控制帧，它包含有前导码、源地址、目标地址以及超时值等信息，其中前导码是一个特殊位序列，访问点能够经过前导码来锁定同时。(3)接收节点收到RTS控制帧后，回送CTS控制帧进行响应。

83/100(4)发送节点收到CTS控制帧后，首先开启一个时间片，然后开始发送数据帧。当数据帧发送完成后，发送节点必须等候接收节点回送ACK控制帧进行确认。假如在要求时间内没有收到ACK控制帧，发送节点必须重发该数据帧，直到接收到ACK控制帧或重发次数超限为止。对于前者，发送节点在未超时情况下可发送下一数据帧，假如时