2010年课程复习

本课程主要介绍计算机网络的构成和实现原理、可能遇到的问题，以及针对问题的解决方法。计算机网络：计算机、网络设备和媒体构成的系统（目的：共享资源；特点：协议控制下的自治系统）；计算机通信：以计算机为主要收发对象的通信系统（协议控制下的进程间通信）；1计算机网络课程复习（2010年6月11日）：其中：计算机网络设备（如路由器、交换机），专用计算机因此，计算机网络的本质是计算机之间的通信。本课程主要介绍计算机网络的构成和实现原理、可能遇到的问题，以及针对问题的解决方法。计算机网络：计算机、网络设备和媒体构成的系统（目的：共享资源；特点：协议控制下的自治系统）；计算机通信：以计算机为主要收发对象的通信系统（协议控制下的进程间通信）；用户角度计算机通信：1计算机计算机控制对象物理变量字符、数字、图像等；支持模拟、数字信号传输的有线媒体；支持模拟信号传输的无线媒体二进制数：0、1噪声媒体计算机网络课程复习（2010年6月11日）：信道与信息类型匹配问题：调制/解调(Modem)的方法：调幅、调频、调相，以及组合调制；比特速率=码元速率*log2N（比特率）（波特率）使得低带宽线路支持较高速比特流传输。编码/解码(Codec)的方法：采样、量化、编码；若语音频率4KHz,采样频率8KHz,256量化级,8位编码,则不失真速率64Kbps；结论：计算机发送端口发出的数字信号最终可传递到接收端口。数字型信源Modem模拟型信源Codec数字信道模拟信道数字型信宿模拟型信宿ModemCodec2计算机计算机控制对象信息采集与反馈控制调幅：g(x)=(n+1)*sin(x)；n∈[0,3]；调频：g(x)=sin(n*x)；n∈[0,3]；调相：g(x)=sin(n*π/2+x)；n∈[0,3]；调频调幅：g(x)=(n1+1)*sin(n2*x)；n1,n2∈[0,3]；调幅调相：g(x)=(n1+1)*sin(n2*π/2+x)；n1,n2∈[0,3]；奈奎斯特（Nyquist）定理：无噪声下的B（信道容量或码元速率）与H（信道带宽）关系：B=2*H（波特）；无噪声下的C（信道速率）与B的关系：C=B*log2N(bps)其中：N为一个码元可取的离散值个数。香农（Shannon）定理：有热噪声时C、H和噪声的关系：C=H*log2(1+S/N)(bps)3月12日思考题1、为什么要引入调制/解调技术？2、在无噪声情况下，若某链路的带宽为3Khz，采用4个相位，每个相位有4种振幅的QAM调制技术，则该链路的最大数据传输速率是多少？为什么？适应模拟信道的传输要求；奈奎斯特定理：C=2*H*log2N(bps)=2*3K*log2(4*4)（bps)=24Kbps；字符编码、图文编码等（如ASCII码），以便人机交互；ASCII码(美国信息交换标准码)：7单位编码，b7b6b5b4b3b2b1（简记X/Y）；图形字符：数字、字母、运算符号、语句符号等控制字符：传输控制、格式控制、信息分隔字符等。人/机交互和机/媒体匹配：通信编码：特定电平信号表示数字信号,数字信号在端口的体现；RS232编码、不归0交替编码、无同步信息，易产生累计误差；不适合批量数据的传输；（原因：发/收脉冲无法精确同步）曼彻斯特编码、4b/5b编码含同步信号，可避免累计误差；适合批量数据的传输；（原因：根据同步信号调整接收脉冲）3计算机计算机控制对象媒体发送和接收的协调：目的：保证接收方能够正确识别和接收发送方的数据；方法：收方及时调整接收取样脉冲；位同步：使接收方可以正确地接收各个比特自同步法：收方直接从数据波中获取同步信号（曼码）。外同步法：收方根据特定信号锁定接收脉冲和频率。（异步传输的起始/终止位）字符同步：使接收方可以正确地识别数据群收方在识别到独特的同步字符或同步模式后，才开始真正的数据接收。。4计算机计算机控制对象同步发方信息取样脉冲3月12日思考题1、为什么要引入调制/解调技术？2、在无噪声情况下，若某链路的带宽为3Khz，采用4个相位，每个相位有4种振幅的QAM调制技术，则该链路的最大数据传输速率是多少？为什么？3、如何才能同步收发双方的接收/发送动作？同步：正确识别对方发来的信息；位同步（识别每一位）：自同步、外同步。字符同步（识别群）：同步传输、同步模式识别。噪声对传输的影响及其解决方法：噪声（包括信道本身的衰减）可能导致数据传输出错；解决方法：发方发送具有特定编码规则的差错校验码，收方根据规则检验接受数据的正确性。常用算法：反馈重传法（停等协议、滑动窗口协议）。差错校验码（检错码）=信息字段+校验字段；水平奇/偶校验码、垂直奇/偶校验码、水平垂直奇/偶校验码、循环校验码(CRC，位数/形成原理)。差错处理编码Modem/CodecModem/Codec媒体信源差错处理编码信宿5计算机计算机控制对象噪声g(x)决定校验字段的长度。3月26日思考题：1、分析“停-等”机制和“滑动窗口”机制的原理，试想在什么情况下，前者反而更有效？2、如果电信部门提供T1系统服务，该如何支持用户的128Kbps的虚电路传输要求？3、根据分组交换的原理，讨论分组交换的特点。4、HDLC使用滑动窗口机制（后退N帧）协议，发方已发0-7帧，当计时器超时时，若发方只收到0、2、3号帧的确认，则发方需重发…帧？可发的帧序号是…？停-等：发一块数据（帧），等待并根据对方应答确定重发或续发；滑动窗口：连续发送多帧，统一应答（累积应答）；优势：提高信道利用率，减少等待主机处理的时间；回答：信道质量差，出错概率大；后者的容错、纠错能力不如前者？传输效率要求不高，控制简单时？传输速率不高，发方空闲时间可忽略时？发方数据较少时？媒体利用率：为了提升媒体的利用率，当媒体的传输能力超过用户要求的传输率时，可以使用多路复用技术，支持多路信号共用信道。基于模拟信道的频分多路复用（不同频段对应不同路信号）；基于数字信道的时分多路复用（不同时间片对应不同路信号）；基于光纤信道的波分多路复用（不同波长对应不同路信号）；多路复用均采用静态分配信道的方法，要求双方严格同步。多路复用的实例为T1（24路*64Kb）和E1（32路*64Kb）；集中传输（按需分配子信道）：将上述的频段/时间片/波长动态分配给需要的用户对，进一步提升信道利用率；要求附加信息以便区分不同路的信号；要求缓存能力以防多用户数据超载时的数据丢失；6计算机计算机控制对象媒体3月26日思考题：1、分析“停-等”机制和“滑动窗口”机制的原理，试想在什么情况下，前者反而更有效？2、如果电信部门提供T1系统服务，该如何支持用户的128Kbps的虚电路传输要求？3、根据分组交换的原理，讨论分组交换的特点。回答：2路*64Kbps=128Kbps，申请2路64Kbps的信道；2路*8位/路/125us=128Kbps，申请2路；2路传一个数据？2*8/125us=128Kbps？128Kbps/(1.544Mbps/24)=2?1.544Mbps/128Kbps=12,T1可分为12条128K的VC？T1被理解为12路128Kbps子信道？2路T1信道复用?12路信号复用？T2传输？使用12路采样声音信号复用1个1.544Mbps信道？T1：时分多路复用，24路64Kbps信道，总速率1.544Mbps；信息在计算机之间的交换—受控于协议（传输控制规程）字符型传输控制规程：支持任意字符数据的传输；利用控制字符（组）体现数据的逻辑性，控制双方的数据交换；假“控制字符”的处理（转义）：DLE字符填充；停等协议支持数据的交换。比特型传输控制规程（HDLC）：支持任意比特数据的传输；通过交换不同类型的帧来控制双方的数据交换；假“帧限定符（01111110）”的处理：0比特插入；窗口机制（Ns和Nr）和捎带应答的应用提升数据交换的效率。发方可以连续发送若干数据帧（Ns区分不同帧）；收方可以一次性确认若干帧（Nr标识其前的所有帧被收妥）；收方可在数据帧中借助于Nr对接受的帧进行确认（捎带应答）；可连续发送（无需确认）的帧数取决于Ns和Nr的可取值数2n-1；7计算机计算机控制对象3月26日思考题：1、分析“停-等”机制和“滑动窗口”机制的原理，试想在什么情况下，前者反而更有效？2、如果电信部门提供T1系统服务，该如何支持用户的128Kbps的虚电路传输要求？3、根据分组交换的原理，讨论分组交换的特点。4、HDLC使用滑动窗口机制（后退N帧）协议，发方已发0-7帧，当计时器超时时，若发方只收到0、2、3号帧的确认，则发方需重发…帧？可发的帧序号是…？因HDLC最多可连续发送7帧，收到3号帧的确认意味着0-3都已收取（捎带应答）；因为超时，意味着后续帧（4，5，6，7）丢失，故需重发4帧；可发帧序号：4，5，6，7，0，1，2（Ns/Nr占3位，窗口尺寸23-1=7）。限于媒体的长度和成本限制，为容纳更多的用户，实际通信采用多点接续方式，中间结点执行数据交换的过程。线路交换：建立线路、占用线路并传输数据、释放线路；特点：独占线路，线路的利用率较低；实时性好,传输延迟小；不提供缓存，数据透明传输；双方自行解决速率匹配。报文交换：存储－排队—转发报文；特点：结点具有缓存能力，暂存用户报文等待线路空闲；无线路建立过程，改善线路利用率；结点可执行数据格式转换和差错检测，方便接收站点的收取。报文体积可变，磁盘读取影响速度。分组交换：类同固定长度的报文交换；特点：除报文交换的优点外，更可因分组体积固定而利用高速缓存。分组流交换方式：数据报（面向无连接）、虚电路（面向连接）。8数据交换方式：3月26日思考题：1、分析“停-等”机制和“滑动窗口”机制的原理，试想在什么情况下，前者反而更有效？2、如果电信部门提供T1系统服务，该如何支持用户的128Kbps的虚电路传输要求？3、根据分组交换的原理，讨论分组交换的特点。分组交换：固定长度的分组+存储-转发+分组交织；较短长度的分组利于提高（后继）线路利用率；分组体积固定，利于使用高速缓存技术；利于短消息（交互式或者控制信息）的“插播”；分组头占用了一定的带宽资源。采用层次化的思想构建计算机网络体系,以标准化来支持其开放；从问题分解的角度，提出7层模型（功能及其支撑技术）：物理层，确定物理设备接口,提供点－点比特流传输物理链路；数据链路层，利用差错处理技术,提供高可靠传输的数据链路；网络层，利用路由技术，实现用户数据的端－端传输；运输层，屏蔽通信子网差异,及用户要求和网络服务之间差异；会话层，提供控制会话和数据传输的手段；表示层，解决异种系统间的信息表示问题,屏蔽数据表示差异；应用层，利用下层服务，支持各种应用要求（如FTAM等）。分层导致了层间通信的问题：对等层间通信、相邻层间通信,两者间的关系（目的和手段）；只有执行相同协议的对等层实体之间才能进行有意义的通信；数据单元的形成，层层封装，通信的有效率下降；OSI实现的基本原理/方法：设计虚拟模型（如：协议），实现虚/实映射（如：数据/协议负载）。9针对多厂商/多用户的趋势—标准化—OSI/RM：1OSI/RM中一再强调“协议”的重要性，为什么？“协议”究竟约定了哪些内容？2OSI是如何保证独立开发的系统可以互连通信的？3我们可以从OSI/RM的设计方法中学到什么？4月9日思考题协议是保证对等实体可以协同工作、层功能可以实现和层服务可以提供而定义的一组有关通信方面的，在语义、语法和时序方面的约定。确定模块功能，定义接口和协议；分布式系统的设计方法。系统：抽象、分解和模块化（模块功能和接口）；分布式：协议（语义、语法和时序）和虚拟模型（实例—虚拟—实例）。距离—高质量媒体（速度）—共享媒体（广播）—媒体访问控制；传输方式：基带传输、宽带传输；传输方向和传输距离；总线型局域网（多个结点附接一条总线）载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD—竞争总线）和以太网；原理（说前先听，边说边听，冲突退避）、最小帧长的原因；令牌总线（有序分配总线）：逻辑环路形成、令牌及维护；环形局域网（结点通过