计算机网络(谢希仁版)复习要点

第一章概述1、计算机网络的两大功能：连通性和共享；2、因特网发展的三个阶段：①从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。②建成了三级结构的因特网。③逐渐形成了多层次ISP（Internetserviceprovider）结构的因特网。3、NAP（或称为IXP)——网络接入点：用来交换因特网上流量；向各ISP提供交换设施，使他们能够互相平等通信4、因特网的组成：①边缘部分：用户利用核心部分提供的服务直接使用网络进行通信并交换或共享信息；主机称为端系统，（是进程之间的通信）两类通信方式：1)客户服务器方式：客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方；客户程序：一对多，必须知道服务器程序的地址；服务程序：可同时处理多个远地或本地客户的请求（被动等待）；2)对等连接方式（p2p)：平等的、对等连接通信。既是客户端又是服务端；②核心部分：为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）（主要由路由器和网络组成）；核心中的核心：路由器（转发收到的分组，实现分组交换）交换——按照某种方式动态地分配传输线路的资源：1)电路交换：建立连接（占用通信资源）→通话（一直占用通信资源）→释放资源（归还通信资源）始终占用资源；2)报文交换：基于存储转发原理（时延较长）；3)分组交换：报文（message）切割加上首部（包头header）形成分组（包packet）；优点：高效（逐段占用链路，动态分配带宽），灵活（独立选择转发路由），迅速（不建立连接就发送分组），可靠（保证可靠性的网络协议）；存储转发时造成时延；后两者不需要预先分配传输带宽；路由器处理分组过程：缓存→查找转发表→找到合适端口；5、计算机网络的分类按作用范围：WAN(广），MAN（城），LAN（局），PAN（个人）；按使用者：公用网，专用网；按介质：有线网，光纤网，无线网络；按无线上网方式：WLAN，WWAN（手机）；按通信性能：资源共享，分布式计算机，远程通信网络。6、计算机网络的性能1)速率（比特每秒b/s）：数据量/信息量的单位；2)带宽（两种）：①频域称谓，赫兹Hz，信号具有的频带宽度；②时域称谓，比特每秒（b/s），通信线路的最高数据率；两者本质一样，宽度越大，传输速率自然越高；3)吞吐量：单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。受网络的带宽或网络的额定速率的限制。4)时延：发送时延（传输时延）：)/bbs发送速率（）数据帧长度（发送时延；发生在及其内部的发送器中；传播时延：)/mms速率（电磁波在信道上的传播）信道长度（传播时延；发生在及其外部的传输信道媒体上；处理时延：交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。排队时延：结点缓存队列中分组排队所经历的时延。（取决于当时的通信量）；数据的发送速率不是比特在链路上的传播速率。5)时延带宽积：时延带宽积（体积）=传播时延（长）X带宽（截面积），以比特为单位的链路长度；6)往返时间（RTT)：简单来说，就是两倍传播时延（实际上还包括处理时延，排队时延，转发时的发送时延）；7)利用率：信道利用率→网络利用率（全网络的信道利用率的加权平均值）UDD10，U为利用率，D为时延，因此利用率不是越高越好。减少方法：增大线路的带宽。7、非特征性能：费用，质量，标准化，可靠性，可扩展性和可升级性，易于管理和维护。8、计算机网络体系结构OSI/RM——开放系统互连参考模型（法律上的国际标准）；TCP/IP——事实上的国际标准；协议——为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。三要素：语法（结构和格式），语义（动作），同步（顺序）；分层的好处：①各层之间是独立的；②灵活性好；③结构上可分割开；④易于实现和维护；⑤能促进标准化工作。五层体系结构：应用层：为用户正在运行的程序提供服务；（HTTP,SMTP,FTP)；运输层：负责进程之间的通信提供服务(TCP报文段，UDP用户数据包)（复用和分用）；网络层：负责分组交换网上的不同主句提供通信服务（IP）；数据链路层：将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻节点（主机和路由器之间或路由器之间）间的链路上“透明”地传送帧中的数据；物理层：透明地传送比特流（双绞线、同轴电缆等不在物理层）。9、实体、协议、服务之间的关系实体——任何可发送或接受信息的硬件或软件进程；协议——控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合；（水平的）在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务（垂直的）。要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点SAP(ServiceAccessPoint)。下面的协议对上面的服务用户是透明的。IPoverEverythingEverythinoverIP第二章物理层1、基本概念机械特性（接口）；电气特性（电压范围）；功能特性（电压的意义）；过程特性（顺序）2、数据通信系统（源系统→传输系统→目的系统）数据(data)——运送消息的实体。信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。“模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。“数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。码元(code)——在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。3、信道单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。基带信号——来自信源的信号，为使信道能够传输低频分量和直流分量，需要进行调制基带调制（仅对波形进行变换）；带通调制（使用载波调制）：①调幅；②调频；③调相；4、信道的极限容量两因素：信道能够通过的频率范围（码间串扰）——加宽频带；信噪比——信号的平均功率和噪声的平均功率之比；极限信息传输速率C=Wlog2(1+S/N)b/s；低于C即可实现无差错传输让每个码元携带更多比特的信息量；5、传输媒体导向型传输媒体:双绞线（衰减随着频率的升高而增大）屏蔽双绞线STP(ShieldedTwistedPair)（加强抗电磁干扰能力）无屏蔽双绞线UTP(UnshieldedTwistedPair)同轴电缆（用于传输较高速率的数据）50Ω同轴电缆75Ω同轴电缆光缆多模光纤单模光纤（光纤直径下只有一个光的波长）非导向型传输媒体：短波通信（靠电离层的反射）；微波通信：①地面微波接力通信（中继站）；②卫星通信（较大的传播时延）；6、信道复用技术频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的资源；时分复用（同步）：所有用户在不同的时间用同样的频带宽度；（更有利于数字信号的传输）；统计时分复用（异步）：动态分配时隙；波分复用：光的频分复用；码分复用（码分多址CDMA）：不同的码型；每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交(orthogonal)（相乘为0，0为-1）。在实用的系统中是使用伪随机码序列。任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1；任何一个码片向量和该码片反码的向量自己的规格化内积都是-1；任何一个码片向量和其他码片向量的规格化内积都是0；7、宽带接入技术ADSL把0~4kHz低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。上行和下行带宽不对称；极限传输距离与数据率以及用户线的线径都有很大的关系；离散多音调DMT——频分复用；组成：数字用户线接入复用器（DSLAM）、用户线和用户家中的一些设施；光纤同轴混合网HFC基于CATV网（树型拓扑结构，模拟技术的频分复用）改造的；使用光纤模拟技术，采用光的振幅调制AM；节点体系结构——模拟光纤连接，构成星形网；提高网络的可靠性，简化了上行信道的设计；比CATV网更宽的频谱，且具有双向传输功能；第三章数据链路层1、两种信道：①点对点信道；②广播信道。2、链路（物理链路）之间没有任何节点。3、数据链路（逻辑链路）与链路不一样，数据链路还加上实现通信协议的硬件（网络适配器）和软件。4、帧——协议数据单元。5、三个基本问题：封装成帧——加上首部和尾部进行帧定界；透明传输——字节填充，加上转义字符ESC（1B）；差错检测——循环冗余检验CRC。进行模二运算得到的余数（比除数少一位）作为冗余码，数据加上冗余码在除以除数P，得到的余数为0即为无差错。凡是接收端数据链路层接受的帧均无差错（无比特差错）；要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上帧编号、确认和重传机制。6、点对点协议PPP特点：简单（这是首要的要求）封装成帧（帧界定符）透明性多种网络层协议（IP、IPX）多种类型链路（串并，同异，高低，电光，动静）差错检测（立即丢弃）检测连接状态（短时间自动检测）最大传送单元（数据部分的最大长度）网络层地址协商数据压缩协商（不要求标准化）不需要的功能纠错（不可靠传输）流量控制（由TCP负责）序号（不是可靠传输，在无线时可用）多点线路（不支持一主对多从）半双工或单工链路（只支持全双工）组成：一个将IP数据报封装到串行链路的方法。链路控制协议LCP(LinkControlProtocol)。（数据链路）网络控制协议NCP(NetworkControlProtocol)。——用于支持不同的网络层协议帧格式字节填充——转义字符（0x7D）；零比特填充——5个1后加0；建立过程物理链路→LCP链路→鉴别的LCP链路（PAP）→NCP链路（IP协议对应IPCP）7、局域网数据链路层局域网的特点：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点范围均有限，具有广播功能，，便于扩展，提高系统的R（可靠）A（可用）S（生存）。局域网的拓扑：星形网，环形网（令牌环形），总线网（CSMA/CD和令牌传递），树形网（频分复用的宽带局域网）；共享信道：静态划分信道频分复用时分复用波分复用码分复用动态媒体接入控制（多点接入）随机接入受控接入，如多点线路探询(polling)，或轮询。以太网的两个标准——DIXEthernetV2和IEEE802.3适配器的作用进行串行/并行转换。对数据进行缓存。在计算机的操作系统安装设备驱动程序。实现以太网协议。CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）协议实施通信简便的两个措施：①采用无连接的工作方式（不编号，不确认）；②曼切斯特编码（一分为二）；对点接入——总线型网络；载波监听——发送前先监听；碰撞检测（冲突检测）——边发送边监听，发送的不确定性；半双工通信争用期（碰撞窗口）——截断二进制指数退避（动态退避）最短有效帧长度为64字节；强化碰撞——人为干扰信号；帧间最小间隔为9.6微秒；8、使用广播信道的以太网集线器的星形拓扑物理上星形网，逻辑上总线网；多接口；工作在物理层，简单地转发比特，不进行碰撞检测；以太网的信道利用率成功发送一个帧占用信道的时间=T（帧长除以发送速率）+τ；参数a：0Taτ，越小越好，帧长度要够长；极限信道利用率aS11max；以太网的MAC层名字指出我们所要寻找的那个资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处；RA——注册管理机构；OUI——组织唯一标识符（公司的）；EUI——扩展唯一标识符；适配器检测MAC帧中的目的地址是否发往本帧——单播，广播，多播；最常用的MAC帧是以太网V2的格式。利用曼切斯特编码来确定长度；帧间最小间隔导致不需要帧结束定界符；以太网不负责重传丢弃的MAC帧；9、在物理层扩展以太网光纤扩展；集线器扩展优点：使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。扩大了局域网覆盖的地理范围。缺点：碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。10、在数据链路层扩展以太网（网桥）网桥作用（过滤）——根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转