计算机网络重点知识总结材料谢希仁版.docx
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计算机网络重点知识总结材料谢希仁版
计算机网络知识要点总结
一、现在最主要的三种网络
Ø电信网络（电话网）
Ø有线电视网络
Ø计算机网络（发展最快，信息时代的核心技术）
2、internet和Internet
Øinternet是普通名词
泛指一般的互连网（互联网）
ØInternet是专有名词,标准翻译是“因特网”
世界范围的互连网（互联网）
使用TCP/IP协议族
前身是美国的阿帕网ARPANET
3、计算机网络的带宽
计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率，即每秒多少比特。
描述带宽也常常把“比特/秒”省略。
例如，带宽是10M，实际上是10Mb/s。
注意：
这里的M是106。
4、对宽带传输的错误概念
在网络中有两种不同的速率：
Ø信号（即电磁波）在传输媒体上的传播速率（米/秒，或公里/秒）
Ø计算机向网络发送比特的速率（比特/秒）,也叫传输速率。
这两种速率的意义和单位完全不同。
宽带传输：
计算机向网络发送比特的速率较高。
宽带线路：
每秒有更多比特从计算机注入到线路。
宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。
早期的计算机网络采用电路交换，新型的计算机网络采用分组交换的、基于存储转发的方式。
分组交换：
Ø在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块
Ø每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）
Ø依次把各分组发送到接收端
Ø接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文
IP网络的重要特点
◆每一个分组独立选择路由。
◆发往同一个目的地的分组，后发送的有可能先收到（即可能不按顺序接收）。
◆当网络中的通信量过大时，路由器就来不及处理分组，于是要丢弃一些分组。
◆因此，IP网络不保证分组的可靠地交付。
◆IP网络提供的服务被称为：
尽最大努力服务（besteffortservice）
5、最重要的两个协议：
IP和TCP
TCP协议保证了应用程序之间的可靠通信,IP协议控制分组在因特网的传输,但因特网不保证可靠交付.
在TCP/IP的应用层协议使用的是客户服务器方式。
◆客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个应用进程。
◆客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
◆当A进程需要B进程的服务时就主动呼叫B进程，在这种情况下，A是客户而B是服务器。
◆可能在下一次通信中，B需要A的服务，此时，B是客户而A是服务器。
注意：
✧使用计算机的人是“用户”（user）而不是“客户”（client）。
✧客户和服务器都指的是进程，即计算机软件。
✧由于运行服务器进程的机器往往有许多特殊的要求，因此人们经常将主要运行服务器进程的机器（硬件）不严格地称为服务器。
✧例如，“这台机器是服务器。
”意思是：
“这台机器（硬件）主要是用来运行服务器进程（软件）。
”
✧因此，服务器（server）一词有时指的是软件，但也有时指的是硬件。
六、总结
v因特网（Internet）是世界范围的、互连起来的计算机网络，它使用TCP/IP协议族，并且它的前身是美国阿帕网ARPANET。
v计算机网络的带宽是网络可通过的最高数据率。
v因特网使用基于存储转发的分组交换，并使用IP协议传送IP分组。
v路由器把许多网络互连起来，构成了互连网。
路由器收到分组后，根据路由表查找出下一跳路由器的地址，然后转发分组。
v路由器根据与其他路由器交换的路由信息构造出自己的路由表。
vIP网络提供尽最大努力服务，不保证可靠交付。
vTCP协议保证计算机程序之间的、端到端的可靠交付。
v在TCP/IP的应用层协议使用的是客户服务器方式。
v客户和服务器都是进程（即软件）。
客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
v服务器有时也指“运行服务器软件”的机器。
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一、IP网络是虚拟网络
◆IP网络是虚拟的。
在IP网络上传送的是IP数据报（IP分组）。
◆实际上在网络链路上传送的是“帧”，使用的是帧的硬件地址（MAC地址）。
◆地址解析协议ARP用来把IP地址（虚拟地址）转换为硬件地址（物理地址）。
2、IP地址的表示方法
IP地址的表示方法有两种：
二进制和点分十进制。
IP地址是32位二进制数字，为方便阅读和从键盘上输入，可把每8位二进制数字转换成一个十进制数字，并用小数点隔开，这就是点分十进制。
三、因特网的域名
因特网的域名分为：
◆顶级域名
◆二级域名
◆三级域名
◆四级域名
4、域名服务器DNS（DomainNameServer）
因特网中设有很多的域名服务器DNS，用来把域名转换为IP地址。
5、电子邮件
发送邮件使用的协议——简单邮件传送协议SMTP（SimpleMailTransferProtocol）
接收邮件使用的协议——邮局协议版本3POP3（PostOfficeProtocolversion3）
注：
邮件的传送仍然要使用IP和TCP协议
6、统一资源定位符URL（UniformResourceLocator）
◆URL用来标识万维网上的各种文档。
◆因特网上的每一个文档，在整个因特网的范围内具有惟一的标识符URL。
◆URL实际上就是文档在因特网中的地址。
7、超文本传送协议HTTP（HyperTextTransferProtocol）
万维网客户程序与服务器程序之间的交互遵守超文本传送协议HTTP。
8、结束语
✧IP地址是32位二进制数字。
为便于阅读和键入，也常使用点分十进制记法。
✧个人用户上网可向本地ISP租用临时的IP地址。
✧域名服务器DNS把计算机域名转换为计算机使用的32位二进制IP地址。
✧发送电子邮件使用SMTP协议，接收电子邮件使用POP3协议。
✧统一资源定位符URL惟一地确定了万维网上文档的地址。
✧超文本传送协议HTTP用于万维网浏览器程序和服务器程序的信息交互。
✧超文本标记语言HTML使万维网文档有了统一的格式。
✧IP电话不使用TCP协议。
利用IP电话网关使得在普通电话之间可以打IP电话。
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1、因特网服务提供者ISP（InternetServiceProvider）
根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同，ISP也分成为不同的层次。
2、两种通信方式
在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：
C/S方式和P2P方式（Peer-to-Peer，对等方式）。
3、因特网的核心部分
网络核心部分是因特网中最复杂的部分。
网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。
因特网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成，而主机处在因特网的边缘部分。
在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接。
主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。
路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。
在网络核心部分起特殊作用的是路由器（router）。
路由器是实现分组交换（packetswitching）的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。
4、电路交换
电路交换必定是面向连接的。
电路交换的三个阶段：
建立连接、通信、释放连接。
5、网络的分类
◆不同作用范围的网络
Ø广域网WAN（WideAreaNetwork）
Ø局域网LAN（LocalAreaNetwork）
Ø城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）
Ø个人区域网PAN（PersonalAreaNetwork）
◆从网络的使用者进行分类
Ø公用网（publicnetwork）
Ø专用网（privatenetwork）
◆用来把用户接入到因特网的网络
Ø接入网AN（AccessNetwork），它又称为本地接入网或居民接入网。
注：
由ISP提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的“桥梁”作用。
6、计算机网络的性能指标
◆速率
◆带宽
◆吞吐量
◆时延（delay或latency）
v传输时延（发送时延）——从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。
v传播时延——电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。
注：
信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。
v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。
v排队时延——结点缓存队列中分组排队所经历的时延。
总时延=发送时延+传播时延+处理时延+处理时延
◆时延带宽积
◆利用率——分为信道利用率和网络利用率。
v信道利用率——某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。
v网络利用率——全网络的信道利用率的加权平均值。
注：
信道利用率并非越高越好。
7、网络协议（networkprotocol）
简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。
其组成要素有以下三点：
◆语法数据与控制信息的结构或格式。
◆语义需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。
◆同步事件实现顺序的详细说明。
八、实体、协议、服务和服务访问点
实体（entity）——表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
协议——是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
v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。
v要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。
v本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。
v下面的协议对上面的服务用户是透明的。
v协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。
v服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。
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）。
9、TCP/IP的体系结构
路由器在转发分组时最高只用到网络层，而没有使用运输层和应用层。
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第2章物理层
一、物理层的基本概念
物理层的主要任务是确定与传输媒体的接口的一些特性，即：
◆机械特性——指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
◆电气特性——指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
◆功能特性——指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
◆过程特性——指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
2、几个术语
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。
三、有关信号的几个基本概念
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。
四、基带信号和调制
基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。
为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制（modulation）。
最基本的二元制调制方法有以下几种：
调幅（AM）：
载波的振幅随基带数字信号而变化。
调频（FM）：
载波的频率随基带数字信号而变化。
调相（PM）:
载波的初始相位随基带数字信号而变化。
5、导向传输媒体
双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道。
六、信道复用技术
复用（multiplexing）是通信技术中的基本概念。
复用技术的分类：
◆频分复用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）
◆时分复用TDM（TimeDivisionMultiplexing）
◆波分复用WDM（WavelengthDivisionMultiplexing）
◆码分复用CDM（CodeDivisionMultiplexing）
v常用的名词是码分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）。
v各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。
v这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。
v每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片（chip）。
码片序列（chipsequence）
●每个站被指派一个唯一的mbit码片序列。
●如发送比特1，则发送自己的mbit码片序列。
●如发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。
例如，S站的8bit码片序列是00011011。
发送比特1时，就发送序列00011011，
发送比特0时，就发送序列11100100。
●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）。
两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积（innerproduct）都是0：
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：
一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是–1。
CDMA的工作原理
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第3章数据链路层
1、数据链路层使用的信道分类
数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：
点对点信道：
这种信道使用一对一的点对点通信方式。
广播信道：
这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。
2、各层传输的数据单位
网络层：
IP数据报（或IP分组）
数据链路层：
帧
物理层：
比特
三、数据链路层传输数据时的三个基本问题
（1）封装成帧（framing）——在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。
首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。
（2）透明传输
（3）差错控制
四、点对点协议PPP（Point-to-PointProtocol）
现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议PPP。
用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用PPP协议。
1.PPP协议应满足的需求
⏹简单——这是首要的要求
⏹封装成帧
⏹透明性
⏹多种网络层协议
⏹多种类型链路
⏹差错检测
⏹检测连接状态
⏹最大传送单元
⏹网络层地址协商
⏹数据压缩协商
2.PPP协议不需要的功能
⏹纠错（只需要检测有无错，而不需纠错）
⏹流量控制
⏹序号
⏹多点线路
⏹半双工或单工链路
3.PPP协议有三个组成部分
1）一个将IP数据报封装到串行链路的方法。
2）链路控制协议LCP（LinkControlProtocol）。
3）网络控制协议NCP（NetworkControlProtocol）。
4.PPP协议之不使用序号和确认机制.
5、媒体共享技术
1.静态划分信道
1）频分复用
2）时分复用
3）波分复用
4）码分复用
2.动态媒体接入控制（多点接入）
1）随机接入
2）受控接入，如多点线路探询（polling），或轮询。
6、以太网的两个标准
DIXEthernetV2标准与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为“以太网”。
7、数据链路层的两个子层
Ø逻辑链路控制LLC（LogicalLinkControl）子层
Ø媒体接入控制MAC（MediumAccessControl）子层。
与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的,如下图所示：
局域网对LLC子层是透明的
注意：
1.由于TCP/IP体系经常使用的局域网是DIXEthernetV2而不是802.3标准中的几种局域网，因此现在802委员会制定的逻辑链路控制子层LLC（即802.2标准）的作用已经不大了。
2.很多厂商生产的适配器上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。
3.所以我们以后一般不考虑LLC子层。
8、以太网提供的服务
◆以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。
◆当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。
差错的纠正由高层来决定。
◆如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。
◆以太网发送的数据都使用曼彻斯特（Manchester）编码。
图曼彻斯特编码方式
9、载波监听多点接入/冲突检测（CSMA/CD）
◆CSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection。
◆“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
◆“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。
◆总线上并没有什么“载波”。
因此，“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。
Ø“冲突检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。
Ø当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。
Ø当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了冲突。
检测到碰撞后
Ø在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。
Ø每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。
重要特性
Ø使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。
Ø每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。
Ø这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。
10、以太网的MAC层
1、48位的MAC地址
在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址，共48位，其前3个字节（即高24位）用于标识不同的生产厂家，后3个字节（即低24位）由厂家自行指派，用于标识产品号。
2、从网络上发往本站的帧分为以下3种:
1）单播（unicast）帧（一对一）
2）广播（broadcast）帧（一对全体）
3）多播（multicast）帧（一对多）
3、MAC帧的格式
常用的以太网MAC帧格式有两种标准：
1）
DIXEthernetV2标准
2）IEEE的802.3标准
最常用的MAC帧是以太网V2的格式,如下：
4、帧间最小间隔
Ø帧间最小间隔为9.6s，相当于96bit的发送时间。
Ø一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待9.6s才能再次发送数据。
Ø这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。
5、多接口网桥——以太网交换机
以太网交换机通常都有十几个接口。
因此，以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。
Ø以太网交换机的每个接口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。
Ø交换机能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。
Ø以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。
11、虚拟局域网
Ø虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。
◆这些网段具有某些共同的需求。
◆每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个VLAN。
Ø虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。
Ø虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息（即“广播风暴”）而引起性能恶化。
Ø虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个4字节的标识符，称为VLAN标记（tag），用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。
12、网络层提供的两种服务
网络层提供两种类型的的服务，即：
虚电路服务和数据报服务。
Ø面向连接的通信方式
⏹建立虚电路（VirtualCircuit），以保证双方通信所需的一切网络资源。
图示虚电路服务
v虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。
v请注意，电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。
因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。
⏹如果再使用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组无差错按序到达终点。
Ø无连接的通信方式
网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。
图示数据报服务
13、网际协议IP
网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一。
与IP协议配套使用的还有四个协议：
Ø地址解析协议ARP（AddressResolutionProtocol）
Ø逆地址解析协议RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）
Ø网际控制报文协议ICMP（InternetControlMessagePr
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