网络技术总结第二章网络基本概念

第二章网络基本概念分析：主要掌握几个问题：1、计算机网络的分类：按传输技术和覆盖范围、规模。2、基本的拓扑结构：总线型、树型、环形和星型。3、数据传输速率和误码率的概念，如：奈奎斯特定理和香农定理。4、一个网络协议的三要素：语法、语义和时序。5、ISO/OSI参考模型、TCP/IP模型及对比。本章约7-9个选择题和3个填空题，约14分，都是基本概念。1、计算机网络形成与发展大致分为如下4个阶段：（1）第一个阶段20世纪50年代，以计算机技术与通信技术结合起来为标志。（2）第二个阶段以20世纪60年代：以美国的APPANET与分组交换技术为重要标志；APPANET是计算机网络技术发展的一个里程碑。（3）第三个阶段从20世纪70年代中期开始。以网络体系结构与网络协议的国际标准化，即ISO/OSI模型的提出和TCP/IP协议的标准化为重要标志（4）第四个阶段是20世纪90年代开始。以Internet的广泛应用和异步传输模式技术为标志2、计算机网络的定义：以能够相互共享资源的方式互连起来自治计算机系统的集合。表现：(1)计算机网络建立主要目标是实现计算机资源共享，网络的特征也是资源共享，资源由硬件、软件、数据组成。(2)我们判断计算机是否互连成计算机网络，主要是看它们是不是独立的“自治计算机”。(3)连网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议。（类似交通规则，与它们的操作系统(司机)是否相同无关）3、局域网按规模分类：局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）（1）广域网的通信子网采用分组交换技术(包括电路交换和存储转发两种方式)，利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网互联。为了实现正确传输必须采用路由选择算法和流量控制方法。使用多种传输介质，有线与无线。（2）广域网（远程网）以下特点：1适应大容量与突发性通信的要求。2适应综合业务服务的要求。3开放的设备接口与规范化的协议。4完善的通信服务与网络管理。（3）X．25网是典型的公用分组交换网，是早期广域网中广泛使用的通信子网。它保证数据传输的可靠性，但因此增大了网络传输的延迟时间。数据通信环境的变化主要是3个方面：1传输介质由原来的电缆走向光纤.2多个局域网之间高速互连的要求越来越强烈.3用户设备性能提高.在数据传输率高，误码率低的光纤上，使用简单的协议，以减少网络的延迟，而必要的差错控制功能将由用户设备来完成。这就是帧中继（FR，FrameRelay）技术产生的背景。异步传输模式ATM是新一代的数据传输与分组交换技术。促进发展的因素：1用户对未来贷款与对带宽高效、动态分配的需求的不断增长.2用户对网络实时应用需求的提高.3网络的设计与组建进一步走向标准化的需要.关键：能保证用户对所据传输的服务质量的需求。ATM技术结合了线路交换方式的实时性好,分组交换方式的灵活性好的特点。因此,B-ISDN(宽带综合业务数据网)选择ATM作为数据传输技术.（4）广域网扩大了资源共享的范围，局域网增强了资源共享的深度。（5）早期计算机网络结构实质上是广域网结构。功能：数据处理与数据通信。逻辑功能上可分为：资源子网与通信子网。资源子网负责全网的数据处理，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。主要包括主机和终端。主机通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机相连接。终端是用户访问网络的界面。通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。结构功能上可分为：资源子网→传统分为：主机和终端现代分为：服务器和客户机;通信子网→传统分为：CCP（通信控制）和通信线路现代分为：路由器和通信线路.包括物理层、网络层、传输层（6）通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络节点。通信线路为通信处理机之间以及通信处理机与主机之间提供通信信道。（7）早期的城域网产品主要是光纤分布式数据接口(缩写是FDDI，其协议是802.2与802.5)。（8）城域网建设方案相同点：传输介质采用光纤，交换接点采用基于IP交换的高速路由交换机或ATM交换机，在体系结构上采用核心交换层，业务汇聚层与接入层三层模式。城域网MAN介于广域网与局域网之间的一种高速网络。宽带城域网的发展FDDI采用光纤作为传输介质，具有双环结构和快速自愈能力。数字会聚会导致三网(计算机网络、电信通信网、电视传输网)融合。（9）局域网的特点和主要技术:范围比较小，一般一个单位所有，比较容易使用和维护，速度快.1~20Mbps.主要技术：以太网、令牌总线、令牌环网4、局域网按传输技术分为：广播式网络（通过一条公共信道实现）和点--点式网络（通过分组存储转发实现）。采用分组存储转发与路由选择是点-点式网络与广播网络的重要区别之一。5、计算机网络拓扑是通过网中结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。主要是指通信子网的拓扑构型。拓扑设计是设计计算机网络的基础，对网络性能、系统可靠性、通信费用有重大影响6、网络拓扑可以根据通信子网中通信信道类型分为：（1）广播式通信子网的拓扑：总线型，树型，环型，无线通信与卫星通信型。（2）点-点线路通信子网的拓扑：星型（结点经线路与中心结点连接），环型，树型，网状型（广域网实际使用）。1．星型拓扑[结点通过点-点通信线路与中心结点连接，中心结点控制全网的通信]优点：容易在网络中增加新的站点，易于实现和管理;缺点：中心节点的故障会引起整个网络瘫痪。2．环型拓扑[结点通过点-点通信线路连接成闭合环路]优点：容易安装和监控;缺点：容量有限，网络建成后，难以增加新的站点3．树型拓扑[结点按层次进行连接，信息交换主要在上、下结点之间进行，相邻及同层结点之间一般不进行数据交换或数据交换量小]4．网状拓扑[结点之间的连接是任意的，没有规律]优点：系统可靠性高，缺点：结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法,广域网基本上都是采用网状拓扑构型.7、现代网络结构的特点：微机通过局域网连入广域网，局域网与广域网、广域网与广域网的互联是通过路由器实现的；即用户计算机通过校园网、企业网或ISP联入地区主干网，再联入国家间高速主干网，再联入互联网；路由器是网络中最重要的部分。8、描述数据通信的基本技术参数有两个：数据传输率与误码率。（1）数据传输速率:在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒(bit/second)，记作bps。对于二进制数据，数据传输速率为:S=1/T(bps)，其中，T为发送每一比特所需要的时间。（2）奈奎斯特（Nyquist）准则：信号在无噪声的信道中传输时，对于二进制信号的最大数据传输率Rmax与通信信道带宽B（B=f，单位是Hz）的关系可以写为：Rmax=2*f(bps)（3）香农（Shannon）定理：香农定理则描述了有限带宽;有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系。在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输率Rmax与信道带宽B、信噪比S/N关系为：Rmax=B×log2(1+S/N)其中：B为信道带宽，S为信号功率，n为噪声功率。（4）误码率是二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于：Pe=Ne/N（传错的除以总的）。a、误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数。b、对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求；c、对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制码元，要折合成二进制码元来计算。d、差错的出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系统时,只有被测量的传输二进制码元数越大,才会越接近于真正的误码率值。9、分组交换技术概念：分为电路交换和存储转发交换（又分为：报文存储转发交换即报文交换、报文分组存储转发交换即分组交换）报文分组存储转发交换即分组交换又分为数据报方式和虚电路方式。数据报方式：不需要预先建立线路连接，每个分组独立选择路径，可能出现乱序、重复、丢失，必须带地址；虚电路方式：需用预先建立逻辑连接，所有分组依次传送，不必带地址，不会出现乱序、重复、丢失，不需要路由选择，线路不专用，可一对多。10、网络协议（1）概念：为网络数据传递交换而指定的规则，约定与标准被称为网络协议。定义了交换数据的格式和时序。（2）协议分为三部分：(1)语法，即用户数据与控制信息的结构和格式；(2)语义，即需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应；(3)时序，即对事件实现顺序的详细说明。11、计算机网络体系结构（1）概念：将计算机网络层次模型和各层协议的集合定义为计算机网络体系结构。（体现出的两个内涵请补充：体系结构是抽象的，而实现是具体的，是能够运行的一些硬件和软件。第一个计算机网络体系结构：IBM公司的SNA（2）计算机网络中采用层次结构，可以有以下好处：各层之间相互独立（高层通过层间接口使用低层的服务，不需要知道低层如何实现）、灵活性好（只要接口不变，各层变化无影响）、各层实现技术的改变不影响其他各层、易于实现和维护、有利于促进标准化。12、ISO/OSI（国际标准化组织/开放系统互连参考模型）（1）功能：构建网络和设计网络时提供统一的标准（2）概述：采用分层的体系结构将整个庞大而复杂的问题划分为若干个容易处理的小问题，采用了三级抽象：体系结构、服务定义、协议规格说明。实现了开放系统环境中的互连性、互操作性、与应用的可移植性。（3）ISO将整个通信功能划分为七个层次，划分层次的原则是:网中各结点都有相同的层次、不同结点的同等层具有相同的功能、同一结点内相邻层之间通过接口通信、每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务、不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信（各种协议精确定义了应当发送什么样的信息，但不涉及如何实现）。（4）OSI七层：物理层：主要是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明的传递比特流。（网卡、集线器）数据链路层：分为MAC和LLC，传送以帧为单位的数据，采用差错控制，流量控制方法。（网卡、交换机）网络层：实现路由选择、拥塞控制和网络互连功能，可以认为使用IP协议（路由器）传输层：是向用户提供可靠的进程间的端到端服务，向高层屏蔽细节，透明的传送报文，最关键的一层。可以认为使用TCP和UDP协议。会话层：组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换，使用NETBIOS和WINSOCK协议。表示层：处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。包括数据格式转换、数据加密与解密、数据压缩与恢复。应用层：应用层是OSI参考模型中的最高层。确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要。13、TCP/IP参考模型（1）TCP/IP协议的特点：a、开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。b、独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互联网。c、统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址。d、标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。（2）TCP/IP参考模型可以分为：应用层，传输层，互连层(报文分组、路径、拥塞)，主机-网络层。TCP/IP参考模型和OSI模型的对应关系：应用层←→应用层、表示层、会话层;传输层←→传输层;互连层←→网络层;主机网络层←→数据链路层、物理层.互连层主要是负责将源主机的报文分组发送到目的主机，源主机与目的主机可以在一个网上，也可以不在一个网上。互连层功能：1处理来自传输层的分组发送请求。2处理接受的数据报。3处理互连的路径、流控与拥塞问题。主要协议：IP协议：互连层的核心协议；ICMP：因特网控制报文协议，用于差错控制；IGMP：Internet组管理协议；ARP：地址解析协议，负责将IP地址转换为物理地址；RARP反向地址解析协议，负责将物理地址转换IP地址（3）传输层主要功能是负责应用进程之间的端到端的通信。TCP/IP参考模型的传输层定义了两种协议，即传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。TCP协议是面向连接的可靠的协议；UDP协议是无连接的不可靠协议。主机-网络层负责通过网络