计算机网络教程4版期末复习资料

计算机网络教程4版期末复习资料1．概述（1）计算机网络定义：计算机网络是利用通信手段，把地理上分散的相互独立的自主计算机系统按照标准协议规范互联起来，以供用户充分自由地共享各种资源为目的而构成的系统。计算机网络的特征（外部特征）就是上述计算机网络定义中的三个核心概念，即自主计算机系统、互连和共享资源。内部特征：协议互连则又是这三个核心概念中的最重要的核心。（2）计算机网络的组成：根据网络拓朴结构进行分类：(l)星型网；(2)树形网；(3)总线型网；(4)环形网；(5)网状网；(6)混合网等。从网络的作用地理范围进行分类：(l)广域网WAN(WideAreaNetwork)，作用范围通常为几十到几千公里。(2)局域网LAN(LocalAreaNetwork)，地理上则局限在较小的范围(如lkm或几km左右)，一般是一幢楼房或一个单位内部。(3)城域网或市域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)，其作用范围在广域网和局域网之间，例如作用范围是一个城市，其作用距离约为5—50km。（4）个域网。近年来出现多种以个人使用区域为范围的计算机网络类型，作用距离在一般在1-100m。网络协议主要由三个要素组成：语义、语法和规则。语义：协议元素的定义。语法：协议元素的结构与格式。规则(时序)：协议事件执行顺序。（3）体系结构（为何分层？层次结构，osi七层，tcp四五层）上述各项功能的依赖关系，可用层次关系来描述。必须先实现的功能，被称作为下层功能，而依赖于其他功能实现自己才可实现的功能称作上层功能，也即上层功能依赖下层功能，下层功能是为上层功能的实现而服务的。如果上述功能，每个功能被称作一个层次，则整个网络就被划分为7层功能。这就是计算机网络分层概念的由来。要注意的是，所谓计算机网络的层次是个完全人为定义的用于描述网络功能的抽象概念，没有任何物理意义。为何分层网络分层的目的在于把各种特定的功能分离开来，并使其实现对其他层次来说是透明的，即不可见的。这种分层结构使各个层次的设计和测试相对独立。比如说，数据链路层和物理层分别实现不同的功能，物理层为前者提供服务，数据链路层不必理会物理层的服务是如何实现的，因此，物理层实现方式的改变将不会影响数据链路层。这一原理同样适用于其他连续的层次。减少协议设计的复杂性可按层或级的方式来组织；化大为小。协议分层的原则是保证通信双方（即对等实体）收到的内容和发出的内容完全一致。每一层都建立在它的下层之上，下层向上层提供透明服务，上层调用下层服务，并屏蔽下层工作过程。OSI七层，TCP/IP五层，四层：国际标准化组织（ISO）于80年代初提出了计算机网络开放式系统互连参考模型(OSI/RM)，并据此制定了一系列网络协议。ISO提出了七层结构的OSI/RM，这七个层次依次为：物理层——链路层——网络层——传输层——会话层——表示层——应用层TCP/IP成为计算机网络体系结构的事实上的工业标准。Tcp四层：网络接口层，网络层，传输层，应用层Tcp五层：物理层，链路层，网络层，传输层，应用层协议内容的落实是通过各种网络产品包括专业人员设计的协议软件程序实现的。目前大多数高层协议程序是和网络操作系统捆绑在一起的，也有的是和应用软件捆绑在一起的。低层协议程序则大都固化在网卡，集线器，路由器等网络连接装置中。P16,1—9图（4）服务，功能，协议的区别和关系：“服务”和“功能”这两个名词，它们有着完全不同的概念。“服务”是对相邻上层而言的，属于本层的外观表现，下层给上层提供服务，而“功能”则是本层内部的活动，是为了实现对外服务而从事的内部活动。协议是对等实体之间。（5）两大子网：通信子网和资源子网，课本第五页图（6）英文缩写：CSMA/CD,中英文全称，常用的互联网业务2．物理层（1）物理层的概念：物理层是网络体系结构的最低层。它是网络功能体系结构中上层各功能赖以实现的物质基础，它向网络提供最基本的信号传输服务物理层负责点到点的可靠连接和数据信号的可靠传输，物理层的功能主要是靠硬件体现和实施的。（2）多路复用的几种方式：多路复用的理论基础是差别信号分割原理，共分以下几种：频分多路复用(FrequencyDivisionMultiplex，FDM)：按照频率参量的差别来分割信号的多路复用。在这个同一物理线路的带宽内的多个相互隔离的频段上同时传送多路信号。时分多路复用(TimeDivisionMultiplex，TDM)：按照时间参量上的差别来分割信号的多路复用。当物理信道容量大于多个被传信号的数据传输率之和时，可将传输时间划分成等量的时间片，多个信号交错轮流占据不同时间片，每路信号通过周期交错连续的时间片传输，实现在同一时段（由多个时间片组成）内传送多路信号。码分多路复用或码分多址(CodeDivisionMultiplexAddress，CDMA)：根据码型(波形)结构的不同来实现信号分割的多路复用在CDMA系统中所有用户使用同一频率，占用相同的带宽，各个用户可以同时发送或接收信号。空分多路复用(SpaceDivisionMultiplex，SDM)：传统多路复用技术，由多条线路共享一个物理空间，依据空间上的差别来分割信号。波分多路复用(WavelengthDivisionMultiplex，WDM)：依据光波波长上的差别来分割信号的多路复用。WDM在本质上可以看作是FDM的一种特殊形式。其原理是：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。（3）双绞线（twistedpair），光纤各层的作用，标签上符号的含义：双绞线每根线都包覆有绝缘材料（如塑料），然后每两根线再相互绞在一起。每根线的绝缘层用于隔离两根导线，绞在一起可减少干扰。首先，绞在一起限制了电磁能量的发射，并有助于防止双绞线中的电流发射能量干扰其他导线。其次，绞在一起也使双绞线本身不易被电磁能量所干扰，有助于防止其他导线中的信号干扰这两根导线。光纤的外面，是一层玻璃称之为包层。它如同一面镜子，将光反射回中心，反射的方式根据传输模式而不同。这种反射允许纤维的拐角处弯曲而不会降低通过光传输的信号的完整性。在包层外面，是一层塑料的网状的Kevlar（一种高级的聚合纤维），以保护内部的中心线。最后一层塑料封套覆盖在网状屏蔽物上（4）信号带宽，信道带宽的概念带宽是传输介质能传输的最高频率和最低频率之间的差值。频率通常用Hz表示，它的范围直接与吞吐量相关。带宽越高，吞吐量就越高。（5）信道的传输模式：数字，模拟——区别与联系：（6）传输编码的类型：AMI，曼彻斯特码双极性交替反转码B-AMI这是用三种电平来表示二进制信号的编码。“0”用无电平表示，“1”交替用正负极性两种电平表示。从图3-25中可以看出AMI码中无直流成分，高频和低频分量也较少，传输码流的带宽与信源数据比特流的带宽一致。由于采用交替的正负极性两种电平表示“1”，只有无电平才是“0”，所以抗干扰能力强。另外，由于这种码型是逢“1”极性反转的，若接收端发现极性不是交替出现，就可以判定出现了误码，因而AMI码具有一定的检错能力。由于AMI的上述优点，AMI成为较常用的码型之一。AMI码的主要缺点是当码流中出现长连“0”时，提取同步信息困难。曼彻斯特码ManchesterManchester码是用比特周期中间时刻不同方向的跳变来分别表示“0”和“1”的二电平编码。其编码原理是：将每一个比特周期划分成等宽的两个半周期，在图3-25中，“l”码前半个周期为低电平而后半个周期为高电平；“0”码前半个周期为高电平而后半个周期为低电平。由于每一个比特周期的正中间都出现一次电平的转换，故Manchester码可以实现自同步，与此同时，Manchester码完全消除了码型的直流分量。但是Manchester码的带宽是比特流带宽的一倍，因此传输效率减少了一半。曼彻斯特码编解码简单易行，现在主要用作为以同轴电缆和双绞线为传输介质的CSMA/CD总线局域网中的传输码型（7）香农公式，各符号的含义，以及奈奎斯特公式奈奎斯特准则：频带宽度为B(Hz)的无噪声数字信道，所能传输的信号的最高码元速率为2B波特（Baud），则其最大数据传输率C可由式C=2Blog2K确定，K为码元所能取的离散值的个数。香农定理：对于有噪声信道，每个码元所能取的离散值的个数受信道所受的干扰影响，其最大数据传输率C由下式确定：C=Blog2（1+S/N），其中B是信道带宽，S是信号功率，N是噪声功率。此式被称作香农公式。（8）典型的物理层协议：3．数据链路层（1）链路层光纤与数据链路层的概念：链路层是数据链路层的简称，它是网络体系结构中非常重要的一个层次，因为整个网络的数据可靠传输，首先是由每段数据链路上的可靠传输来保障的，其次才由端结点的可靠控制手段来进一步保障，最后扩大到全网的可靠传输。链路层是基于物理层，实现相邻结点数据可靠传输的功能层。这里所传输的数据是具有完整结构的二进制数据集合，只有传输的二进制数据可靠性得到保证了，二进制数据所表示的信息才有可能正确差错控制方式：前向纠错，检错重发（最常用）（2）数据交换技术3种基本特点：（尤其注意分组交换的特点）数据在节点进出过程称为交换，同一组数据绝不会从同一个端口又进又出。连续数据单元通过节点时的转发方式，称作数据交换技术。数据的传输过程变成了一个一个数据单位在网络节点一进一出的交换过程。通常将这个数据单位叫做数据包。“包”是个一般概念，每一协议层包的定义是不一样的。应用层、表示层和会话层等高层协议将传输单位定义为报文；传输层将传输单位定义为报文或数据报；网络层将传输单位定义为分组；链路层将传输单位定义为帧。三种交换策略：电路交换、报文交换和分组交换电路交换（CircuitSwitching）中，两节点间的线路将一直保持到其中一方终止通信。也就是说，该线路只用于这两个节点间的通信。适用于：持续的即时通信报文交换：和电路交换不同，通信双方没有始终保持一条链路，而只是当一方有报文（信息）需要传送时，网络临时建立路由传递报文，本次信息传送完毕，路由释放。并且报文被每个经过的节点存储起来，这就是报文交换，也称为存储转发（Store-and-Forward）报文交换和电路交换的差别在哪里呢？1）在报文交换中，报文被每个节点暂时存储。在电路交换中，节点象一个交换设备一样，只负责转发数据。例如，你的电话通话不会被中间节点所存储（除非有人在窃听并记录你的通话！）。因为存储转发，所以报文交换会导致传输延迟，这种交换策略并不适用于电话网络。因为语音传输的延迟将使通话非常困难！2）在电路交换中，两节点间的所有信息交换都使用同一条路径。而在报文交换中，不同的报文可能经过不同的路由。因此，不同的报文可以分时共享同一公共线路，这样，网络的利用率就提高了。3）电路交换在发送数据时，要求收发双方即时共同参与。而报文交换则不需要，报文被发送到目的地，可以存储起来等待取用。分组交换：本质上和报文交换类似，只是把由于在报文交换中传输长报文而导致的问题的影响最小化。分组交换有两种方式：数据报方式：网络协议将每一个分组当作单独的一个报文，对它进行路由选择虚电路方式：这一过程类似于电路交换，但有一点重要的区别：线路不是专用的！也就是说，不同的虚电路可以共享一条公共物理网络线路！三种交换方式的比较IP数据报从一端传输到另外一端源IP地址和目的IP地址在传输的过程中是否会发生？中间路由器是否对其有改变？（不会改变）路由仅知道吓一跳怎样走，而不知道完全路径。（3）HDLC最完整的经典链路层协议：5个0填充一个1，避免6个以上的0从而避免与前导码一样HDLC（highleveldatalinkcontrol）是面向位的数据链路协议，使用位填充来保证数据的透明性。（最完整经典的链路层协议）HDLC的基本技术包括节点类型、链路类型和数据传输方式，为了适应不同配置和不同数据传送方式，HDLC定义了三种类型的站、两种链路配置和三种数据传输方式：三种类型的站：主站、从站和复合站。两种链路配置：非平衡设置和平衡设