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计算机网络提纲第一部分概述1绪论数据通信组成：五个组成部分数据表示：数据流：单工、半双工、全双工网络分布式处理网络准则：性能、可靠性、安全性物理结构：物理拓扑结构：网状、星型、总线、环状、混合型网络模型：OSI、TCP/IP协议族网络分类：局域网LAN、广域网WAN、城域网WAN网络互联：因特网因特网历史简介因特网现状：ISP因特网服务提供商，不同层次协议和标准协议：语法、语义、时序标准标准化组织标准创建委员会、管理机构、论坛、因特网标准2网络模型任务分层高层和底层之分OSI模型物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层OSI模型各层的功能物理层：节点之间位流的传递（接口、介质的物理特性；位的表示即编码；数据速率；位同步；线路配置；物理拓扑结构；传输方式）数据链路层：节点之间帧的传递（成帧；物理寻址；流量控制；差错控制；访问控制）网络层：将分组从源地址传递到目的地址（逻辑寻址；路由选择）传输层：进程到进程的传递（服务点寻址即端口地址；分段和组装；连接控制；流量控制；差错控制）会话层：对话的控制和同步表示层：翻译、加密和压缩数据应用层：负责向用户提供服务TCP/IP协议族网络层：IP/ARP/RARP/ICMP/IGMP传输层：UDP/TCP/SCTP应用层覆盖OSI中的会话层、表示层和应用层，三合一，定义许多标准协议寻址物理地址逻辑地址端口地址（进程）专用地址第二部分物理层和介质3数据和信号模拟与数字模拟与数字信号对比周期模拟信号振幅、频率（周期）、相位、波长、时域和频域、复合信号、带宽（只说明范围，不说明连续与否）模拟信号傅里叶分析带宽有穷周期模拟信号离散有穷非周期模拟连续有穷数字信号数字信号是一种复合模拟信号傅里叶分析带宽无穷大周期数字信号离散无穷频谱非周期数字信号连续无穷频谱比特率（每秒位）位长数字信号的传输基带传输什么是低通通道？带宽宽的低通通道有限带宽的低通通道大致近似更好近似宽带传输（调制）什么是带通通道？传输减损衰减（分贝dB）、失真、噪声（信噪比SNR）数据速率限制无噪声通道：奈奎kui斯特速率噪声通道：香农容量定理使用两种限制条件性能带宽以赫兹衡量的带宽以每秒比特数衡量的带宽（后方编码方案中，讲到用信号速率即波特率来衡量，为什么？）两者关系：成正比、模拟、数字吞吐量延迟：传播、传输、排队、处理带宽与延迟的乘积抖动4数字传输数字到数字转换线路编码数字数据数字信号信号元素与数据元素信号速率（波特率）和数据速率（比特率）基线偏移：直流成分自同步：跳变内置差错检测抗噪声和抗干扰能力复杂性线路编码方案单极编码方案NRZ极性编码方案NRZ：NRZ-L/NRZ-IRZ双相编码：曼彻斯特和差分曼彻斯特双极性（三电平）AMI/伪三元编码多电平（mBnL）L=2B;L=3T;L=4Q2B1Q8B6T4D-PAM5多跳变MLT-3块编码增加冗余m变成n（mn）mB/nB有斜线区分“多电平”4B/5B8B/10B扰动B8ZS：8个连续的0替换电平组合000VB0VBHDB3:4个连续的0替换成000V或B00V模拟到数字的转换脉冲码调制（PCM）采样（奈奎斯特速率）、量化、编码Delta调制（DM）传输模式并行、串行（异步、同步）5模拟传输数字到模拟转换一些问题数据元素和信号元素、比特率和波特率、带宽、载波信号幅移键控ASK:BASK频移键控FSK:BFSK/MFSK相移键控PSK:BPSK(2)/QPSK(4)正交调幅QAM：星座图ASK+PSK模拟信号调制（模拟到模拟）调幅AMAM带宽=2BAM无线电的标准带宽分配调频FMFM带宽=2(1+belta)BFM无线电的标准带宽分配调相PMPM带宽=2(1+belta)B6带宽利用复用提高信号传输的效率频分复用FDM波分复用WDM同步时分复用synchronousTDM时隙、帧交替空时隙数据速率管理多级复用（倍数关系）多时隙分配（倍数关系）脉冲填充帧同步：帧指示位数字信号服务：数字层次结构、DS-1234T线路、E线路统计时分复用statisticalTDM寻址、时隙大小、带宽扩频提高信号传输的保密性和抗干扰性跳频扩频（FHSS）伪随机噪声带宽共享直接序列扩频（DSSS）7传输介质有向介质双绞线非屏蔽（UTP）、屏蔽（STP）、分类（常见五类线）、连接器（RJ-45水晶头）、性能（带宽比同轴电缆低，但衰减慢于）同轴电缆同轴电缆标准：RG同轴电缆连接器：BNC性能光缆传播模式多模：阶跃折射率、渐进折射率单模光缆组成、连接器无线通道地表、天空、视线传播无线电波：地表、天空微波：视线、单向天线、抛物线碟形天线、喇叭天线红外波：视线8交换电路交换网物理层连接、可靠的（连接一传到底拆除）效率最低、延迟最小传统电话网的物理层分组交换网数据报网独立处理每个分组“分组”被称为数据报网络层无连接、不可靠的（多路径自由跑）效率最高、延迟最长用于因特网的网络层虚电路网数据链路层连接、可靠的（连接规定路径却逐个传递拆除）效率、延迟居中用于广域网的数据链路层交换机结构电路交换机空分交换机纵横制、多级交换机时分交换机时隙互换两者结合分组交换机输入端口、输出端口、路由处理器（路由表查询）、交换结构（纵横、Banyan、Batcher-banyan）9使用电话网和有线电视网进行数据传输电话网络主要组成LATA本地接入和传送区域信令数据传输网络与信令网络分离，带宽分离7号信令系统（SS7）物理层：MTP1数据链路层：MTP2网络层：MTP3传输层：SCCP高层：TUP、TCAP、ISUP电话网络提供的服务模拟业务模拟交换业务、租用数字业务电话调制解调器调制解调器标准数字用户线路（DSL）技术本地回路上支持数字通信，一组技术包括ADSL/VDSL/HDSL/SDSLADSL：非对称数字用户线路ADSLLiteHDSL：高速数字用户线路SDSL：对称数字用户线路768kbpsVDSL：甚高速数字用户线路有线电视网传统有线网络光纤同轴电缆混合（HFC）网络有线电视网用作数据传输带宽共享CM与CMTS数据传输方案：DOCSIS第三部分数据链路层10检错与纠错引言差错的类型单个位差错、突发性差错冗余检错和纠错前向纠错和重传编码模运算块编码码字、数据字差错检测纠错汉明距离最小汉明距离三个参数、检错的最小距离、纠错的最小距离线性块编码线性块编码的最小距离一些线性块编码简单奇偶校验码两维奇偶校验汉明编码性能循环编码循环冗余校验CRC、编码器、译码器、除数（1011）硬件实现多项式循环编码分析循环编码的优点校验和概念反码因特网中的校验和性能11数据链路控制成帧固定长度成帧可变长度成帧面向字符协议ESC换义字符面向位协议流量控制和差错控制流量控制：缓冲区差错控制：ARQ自动重复请求协议确认帧ACK否定确认帧NAK数据双相流动：捎带无噪声通道最简单的协议WaitForEvent();GetData();MakeFrame();SendFrame();停止等待协议增加ACK确认用canSend=true/false调节有噪声通道停止等待自动重复请求序列号：0、1确认号：期待接受的下一帧增加定时器StartTimer()效率流水线操作（此为非）回退N帧自动重发请求序列号：模2^m滑动窗口发送滑动窗口接收滑动窗口定时器确认重发帧发送窗口大小2^mmaxsize=2^m-1接收窗口大小=1停止等待ARQ是一种窗口大小为1的特殊的回退N帧ARQ协议选择性重复ARQ发送窗口大小maxsize=2^(m-1)接收窗口大小=发送捎带技术高级数据链路控制HDLC，面向位的点到点和多点链路进行通信的协议，实现前方的ARQ机制配置和传输方式正常响应方式异步平衡方式帧信息帧管理帧无编号帧控制字段点到点协议点到点最通用的还是PPP协议面向字节成帧传输阶段多路复用链路控制协议LCP鉴别协议AP口令鉴别协议PAP查询握手鉴别协议CHAP网络控制协议NCP互联网络协议控制协议IPCP其他协议来自网络层数据多链路PPP12多路访问随机访问纯ALOHA二进制指数回退?脆弱时间时隙ALOHA吞吐量载波侦听多路访问CSMA脆弱时间持续方法1-持续方法非持续p-持续带冲突检测的侦听多路访问CSMA/CD帧的最小长度能量级别吞吐量有线网络检测带冲突避免的侦听多路访问CSMA/CA帧间间隔（IFS）竞争窗口确认无线网络能量级别弱检测不到避免CSMA/CA和无线网路受控访问预约轮询主站、从站选择、轮询令牌传递访问通道的权限令牌逻辑环通道化对比“带宽复用”FDM/TDM/WDM物理层频分多路访问（FDMA）时分多路访问（TDMA）码分多路复用（CDMA）正交函数集13有线局域网：以太网IEEE标准逻辑链路控制层LLC10检错与纠错11逻辑链路控制介质访问控制层MAC12多路访问（定义了访问方法）物理层标准以太网802.3MAC子层访问方法：1-持续CSMA/CD成帧、帧的格式（前导符）物理层编码和解码介质标准的变化桥接以太网提高带宽、分隔冲突域交换式以太网全双工以太网快速以太网802.3uMAC子层半双工使用CSMA/CD全双工也保留（实际不用，便于兼容）增加“自动协商”物理层千兆以太网802.3zMAC子层半双工使用CSMA/CD全双工不使用10千兆以太网802.3aeMAC子层只有全双工介质、电线数量、最大长度、线路编码、块编码14无线局域网IEEE802.11无线局域网体系结构基本服务集BBS不带AP的BBS特别网络带AP的BBS基础设备网络拓展服务集ESS两个或多个带AP的BBS相连通过分布式系统站点类型不迁移BBS迁移、ESS迁移MAC层分布式协调功能DCF访问方式：CDMA/CACDMA/CA处理流程图帧交换时隙分布式帧间时隙DIFS短帧间时隙SIFS网络分配矢量握手时的冲突点协调功能PCF集中式、无竞争的轮询优先级PCFDCF分段、帧格式寻址机制四种情况隐藏/暴露站点问题物理层802.11、802.11a、802.11b、802.11g蓝牙体系结构微微网络7从1主1休眠散射网络蓝牙设备蓝牙层无线电层频带、FHSS、调制GFSK基带层时分双工TDMA单一从设备通信物理链路SCO链路（同步面向连接链路）ACL链路（异步无连接链路）帧格式逻辑链路控制和自适应协议L2CAP多路复用分段和重组QoS服务质量组管理15连接局域网、主干网和虚拟局域网连接设备五类连接设备与OSI层次的关系网关路由或三层架换机网桥或两层交换机中继器或集线器无源集线器无源集线器（物理层以下）中继器（只物理层）再生器，不是放大器，逐位地以原始信号强度生成一个拷贝有源集线器（只物理层）网桥（物理、数据链路）过滤！透明网桥转发、学习、循环问题生成树源路由网桥用网桥连接不同的局域网两层交换机（物理、数据链路）路由器（前三）三层交换机（前三）网关（因特网模型的全五）主干网总线型主干网星型主干网连接远程LAN虚拟局域网软件划分的逻辑LAN，非物理的网段16无线WAN：移动电话和卫星网络移动电话信元cell、基站BS、移动交换中心MSC频率复用原理（蜂巢模型）传输接收：硬软切换、寻呼漫游第一代AMPS第二代D-AMPS(IS-136)GSMIS-95第三代卫星网络轨道、覆盖区域人造卫星（GEO/LEO/MEO）卫星通信频段GEOMEO：GPS(24颗)LEO：铱星系统、全球星系统Teledesic第一个宽带LEO17广域网SONET/SDHSONET（同步光纤网路）由ANSI定义SDH（同步数字体系）由ITU-T定义基于光纤传输定义的标准体系结构信号SONET同步传输信号STSSDH同步传输模块STMSONET设备STS多路复用器/分离器再生器分插复用器终端连接段、线路、路径SONET层路径层、线路层、段层、光子层SONET帧二维矩阵帧、字节和位传输STS-1帧格式开销总结封装STS多路复用字节交替重组信号分插复用器S