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第1章概述1.1计算机网络在信息时代中的作用因特网(Internet)的发展因特网的意义计算机网络向用户提供的最重要的功能：连通性、共享1.2因特网概述1.2.1网络的网络请注意名词“结点”网络与因特网1.2.2因特网发展的三个阶段Internet和Internet的区别三级结构的因特网多层次ISP结构的因特网用户通过ISP上网下面是具有三层ISP结构的因特网的概念示意图万维网的问世因特网的发展情况概况（统计到2005年）1.2.3因特网的标准化工作制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段各种RFC之间的关系1.3因特网的组成因特网的边缘部分与核心部分1.3.1因特网的边缘部分两种通信方式1.客户服务器方式客户软件的特点服务器软件的特点2.对等连接方式对等连接方式的特点1.3.2因特网的核心部分路由器的重要任务1.电路交换的主要特点更多的电话机互相连通使用交换机“交换”的含义电路交换的特点电路交换举例电路交换传送计算机数据效率低2.分组交换的主要特点添加首部构成分组分组交换的传输单元分组首部的重要性收到分组后剥去首部最后还原成原来的报文因特网的核心部分分组交换网的示意图注意分组的存储转发过程路由器主机和路由器的作用不同分组交换的优点分组交换带来的问题存储转发原理并非完全新的概念三种交换的比较计算机网络的产生背景新型网络的基本特点ARPANET的成功使计算机网络的概念发生根本变化从主机为中心到以网络为中心1.4计算机网络在我国的发展1.5计算机网络的类别1.5.1计算机网络的定义1.5.2几种不同类别的网络1.从网络的作用范围进行分类2.不同使用者的网络3.用来把用户接入到因特网的网络1.6计算机网络的性能1.6.1计算机网络的性能指标1.速率2.带宽常用的带宽单位数字信号流随时间的变化3.吞吐量4.时延(delay或latency)四种时延所产生的地方容易产生的错误概念5.时延带宽积6.利用率时延与网络利用率的关系两种国际标准1.6.2计算机网络的非性能特征1.7计算机网络的体系结构1.7.1计算机网络体系结构的形成关于开放系统互连参考模型OSI/RM1.7.2协议与划分层次网络协议的组成要素划分层次的概念举例两个主机交换文件再设计一个通信服务模块再设计一个网络接入模块分层的好处层数多少要适当计算机网络的体系结构1.7.3具有五层协议的体系结构五层协议的体系结构主机1向主机2发送数据1.7.4实体、协议、服务和服务访问点协议很复杂著名的协议举例【例1-1】结论1.7.5TCP/IP的体系结构IPoverEverythingIP可应用到各式各样的网络上【例1-2】客户进程和服务器进程使用TCP/IP协议进行通信功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程第2章物理层2.1物理层的基本概念机械特性电气特性功能特性过程特性2.2数据通信的基础知识2.2.1数据通信系统的模型几个术语2.2.2有关信道的几个基本概念基带(baseband)信号和带通(bandpass)信号几种最基本的调制方法对基带数字信号的几种调制方法正交振幅调制QAM(QuadratureAmplitudeModulation)2.2.3信道的极限容量数字信号通过实际的信道（1）信道能够通过的频率范围（2）信噪比香农公式表明请注意2.2.4信道的极限信息传输速率2.3物理层下面的传输媒体电信领域使用的电磁波的频谱2.3.1导引型传输媒体双绞线同轴电缆光缆各种电缆光线在光纤中的折射光纤的工作原理多模光纤与单模光纤2.3.2非导引型传输媒体无线局域网使用的ISM（IndustrialScientificMedical）频段2.4信道复用技术2.4.1频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)时分复用TDM(TimeDivisionMultiplexing)时分复用时分复用可能会造成线路资源的浪费统计时分复用STDM(StatisticTDM)2.4.2波分复用WDM(WavelengthDivisionMultiplexing)2.4.3码分复用CDM(CodeDivisionMultiplexing)码片序列(chipsequence)CDMA的重要特点码片序列的正交关系码片序列的正交关系举例正交关系的另一个重要特性CDMA的工作原理2.5数字传输系统旧的数字传输系统存在着许多缺点同步光纤网SONET同步数字系列SDHSONET的OC级/STS级与SDH的STM级的对应关系2.6宽带接入技术2.6.1ADSL技术DSL的几种类型ADSL的极限传输距离ADSL的特点DMT技术DMT技术的频谱分布ADSL的数据率ADSL的组成第二代ADSL2.6.2光纤同轴混合网（HFC网）HFC的主要特点(1)HFC网的主干线路采用光纤(2)HFC网采用结点体系结构(3)HFC网具有比CATV网更宽的频谱，且具有双向传输功能(4)每个家庭要安装一个用户接口盒电缆调制解调器(cablemodem)2.6.3FTTx技术无源光配线网的组成第3章数据链路层数据链路层数据链路层的简单模型3.1使用点对点信道的数据链路层3.1.1数据链路和帧数据链路层传送的是帧数据链路层像个数字管道3.1.2三个基本问题1.封装成帧用控制字符进行帧定界的方法举例2.透明传输解决透明传输问题用字节填充法解决透明传输的问题3.差错检测循环冗余检验的原理冗余码的计算冗余码的计算举例循环冗余检验的原理说明帧检验序列FCS接收端对收到的每一帧进行CRC检验应当注意3.2点对点协议PPP3.2.1PPP协议的特点用户到ISP的链路使用PPP协议1.PPP协议应满足的需求2.PPP协议不需要的功能3.PPP协议的组成3.2.2PPP协议的帧格式PPP协议的帧格式透明传输问题字符填充零比特填充不提供使用序号和确认的可靠传输3.2.3PPP协议的工作状态3.3使用广播信道的数据链路层3.3.1局域网的数据链路层局域网的拓扑媒体共享技术以太网的两个标准数据链路层的两个子层局域网对LLC子层是透明的以后一般不考虑LLC子层2.适配器的作用计算机通过适配器和局域网进行通信3.3.2CSMA/CD协议以太网的广播方式发送为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施以太网提供的服务以太网发送的数据都使用曼彻斯特(Manchester)编码载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD碰撞检测检测到碰撞后电磁波在总线上的有限传播速率的影响传播时延对载波监听的影响重要特性争用期二进制指数类型退避算法(truncatedbinaryexponentialtype)争用期的长度最短有效帧长强化碰撞人为干扰信号3.4使用广播信道的以太网3.4.1使用集线器的星形拓扑使用集线器的双绞线以太网星形网10BASE-T以太网在局域网中的统治地位集线器的一些特点具有三个接口的集线器3.4.2以太网的信道利用率以太网的信道利用率参数a对以太网参数的要求信道利用率的最大值Smax3.4.3以太网的MAC层1.MAC层的硬件地址48位的MAC地址计算机中的MAC地址手机中的MAC地址适配器检查MAC地址2.MAC帧的格式以太网的MAC帧格式以太网V2的MAC帧格式无效的MAC帧帧间最小间隔3.5扩展的以太网3.5.1在物理层扩展以太网用多个集线器可连成更大的局域网用集线器组成更大的局域网都在一个碰撞域中用集线器扩展局域网3.5.2在数据链路层扩展以太网1.网桥的内部结构使用网桥带来的好处网桥使各网段成为隔离开的碰撞域使用网桥带来的缺点两个网桥之间还可使用一段点到点链路网桥和集线器（或转发器）不同2.透明网桥网桥应当按照以下自学习算法处理收到的帧和建立转发表转发表的建立过程举例网桥在转发表中登记以下三个信息网桥的自学习和转发帧的步骤归纳透明网桥使用了生成树算法生成树的得出3.源路由网桥4.多接口网桥——以太网交换机以太网交换机的特点独占传输媒体的带宽用以太网交换机扩展局域网利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网虚拟局域网使用的以太网帧格式3.6高速以太网3.6.1100BASE-T以太网100BASE-T以太网的特点100Mb/s以太网的三种不同的物理层标准3.6.2吉比特以太网吉比特以太网的物理层全双工方式吉比特以太网的配置举例3.6.310吉比特和100吉比特以太网吉比特以太网的物理层端到端的以太网传输10G以太网的物理层标准40GB/100GB以太网的物理层标准以太网从10Mb/s到100Gb/s的演进3.6.4使用以太网进行宽带接入第4章网络层本章最重要的内容(1)虚拟互连网络的概念(2)IP地址与物理地址的关系(3)传统的分类的IP地址（包括子网掩码）和无分类域间路由选择CIDR(4)路由选择协议的工作原理4.1网络层提供的两种服务电信网的成功经验让网络负责可靠交付虚电路服务虚电路是逻辑连接因特网采用的设计思路尽最大努力交付的好处数据报服务虚电路服务与数据报服务的对比4.2网际协议IP网际层的IP协议及配套协议4.2.1虚拟互连网络网络互相连接起来要使用一些中间设备网络互连使用路由器互连网络与虚拟互连网络虚拟互连网络的意义分组在互联网中的传送从网络层看IP数据报的传送4.2.2分类的IP地址1.IP地址及其表示方法IP地址的编址方法分类IP地址IP地址中的网络号字段和主机号字段点分十进制记法2.常用的三种类别的IP地址IP地址的一些重要特点互联网中的IP地址4.2.3IP地址与硬件地址4.2.4地址解析协议ARP地址解析协议ARPARP高速缓存的作用arp/a应当注意的问题使用ARP的四种典型情况什么我们不直接使用硬件地址进行通信？4.2.5IP数据报的格式1.IP数据报首部的固定部分中的各字段【例4-1】IP数据报分片2.IP数据报首部的可变部分4.2.6IP层转发分组的流程在路由表中，对每一条路由，最主要的是（目的网络地址，下一跳地址）查找路由表特定主机路由默认路由(defaultroute)必须强调指出分组转发算法4.3划分子网和构造超网4.3.1划分子网1.从两级IP地址到三级IP地址三级的IP地址划分子网的基本思路一个未划分子网的B类网络145.13.0.0划分为三个子网后对外仍是一个网络划分子网后变成了三级结构2.子网掩码IP地址的各字段和子网掩码(IP地址)AND(子网掩码)=网络地址默认子网掩码子网掩码是一个重要属性【例4-2】已知IP地址是141.14.72.24，子网掩码是255.255.192.0。试求网络地址。【例4-3】在上例中，若子网掩码改为255.255.224.0。试求网络地址，讨论所得结果。4.3.2使用子网时分组转发在划分子网的情况下路由器转发分组的算法【例4-4】已知互联网和路由器R1中的路由表。主机H1向H2发送分组。试讨论R1收到H1向H2发送的分组后查找路由表的过程。4.3.3无分类编址CIDR（构造超网）1.网络前缀IP编址问题的演进CIDR最主要的特点无分类的两级编址CIDR地址块128.14.32.0/20表示的地址（212个地址）路由聚合(routeaggregation)CIDR记法的其他形式构成超网CIDR地址块划分举例2.最长前缀匹配最长前缀匹配举例最长前缀匹配3.使用二叉线索查找路由表用5个前缀构成的二叉线索4.4网际控制报文协议ICMPICMP报文的格式4.4.1ICMP报文的种类ICMP差错报告报文共有5种ICMP差错报告报文的数据字段的内容不应发送ICMP差错报告报文的几种情况ICMP询问报文有两种4.4.2ICMP的应用举例PING的应用举例Traceroute的应用举例4.5因特网的路由选择协议4.5.1有关路由选择协议的几个基本概念1.理想的路由算法关于“最佳路由”从路由算法的自适应性考虑2.分层次的路由选择协议自治系统AS(AutonomousSystem)因特网有两大类路由选择协议自治系统和内部网关协议、外部网关协议这里要指出两点因特网的路由选择协议4.5.2内部网关协议RIP“距离”的定义RIP(Ro