计算机网络第七版谢希仁著 考试知识点整理文档格式.docx
《计算机网络第七版谢希仁著 考试知识点整理文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算机网络第七版谢希仁著 考试知识点整理文档格式.docx(30页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
缓存→查找转发表→找到合适接口转发出去。
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(不建立连接就能发送分组),可靠(保证可靠性的网络协议;
分布式多路由的分组交换网)
问题:
存储转发时会造成一定的时延;
无法确保通信时端到端所需的带宽。
报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽;
6、计算机网络的分类:
按作用范围:
WAN(广),MAN(城),LAN(局),PAN(个人区域网);
按使用者:
公用网,专用网;
7、计算机网络的性能
1)速率(比特每秒bit/s):
比特(bit):
信息论中信息量的单位;
网络技术中速率指的是数据的传送速率也称为数据率或比特率。
2)带宽(两种不同的意义):
①频域称谓,指信号具有的频带宽度,单位赫兹Hz②时域称谓,表示在单位时间内网络中某信道所能通过的“最高数据率”,单位比特每秒(bit/s);
两者本质一样,一条通信链路的“带宽”越宽,传输的“最高数据率”自然越高。
3)吞吐量:
单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的实际数据量。
受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
4)时延:
时延是指数据(一个报文或分组,甚至是比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间,有时也成为延迟或迟延。
●发送时延(传输时延):
主机或路由器发送数据帧所需要的时间。
●传播时延:
电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。
●处理时延:
主机或路由器在收到分组时需要花费一定的时间进行处理。
●排队时延:
结点缓存队列中分组排队所经历的时延。
(取决于网络当时的通信量);
数据在网络中经历的总时延就是以上四种时延之和。
⏹注:
对于高速网络,提高的仅仅是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)。
,D0表示网络空闲时的时延,U为利用率,D表示网络当前的时延;
可见信道利用率并不是越高越好,当某信道的利用率增大时,该信道引起的时延也就迅速增大。
减少方法:
增大线路的带宽。
8、计算机网络的非特征性能:
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。
9、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);
简称OSI。
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易实现和维护;
⑤能促进标准化工作。
五层体系结构:
●应用层:
通过应用进程(正在运行的程序)间的交互来完成特定网络应用。
(如DNS,HTTP,SMTP,FTP)
●运输层:
负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务;
(复用和分用)。
运输层主要使用以下两种协议:
1、传输控制协议TCP:
提供面向连接的、可靠的数据传输服务,其数据传输单位是报文段。
2、用户数据报协议UDP:
提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务(不保证可靠性),其数据传输单位是用户数据报。
●网络层:
负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务(在TCP/IP体系中,分组也叫IP数据报)。
●数据链路层:
将网络层交下来的IP数据报组装成帧,在两个相邻结点(主机和路由器之间或路由器之间)间的链路上传送帧;
每一帧包括数据和必要的控制信息。
●物理层:
透明地传送比特流(双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等不在物理层)。
10、实体、协议、服务和服务访问点
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,还需要使用下面一层所提供的服务。
同一系统相邻两层的实体进行交互(即交换信息)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。
IP overeverything everythingoverIP(p36)
第2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
一个数据通信系统可划分为三大部分,即源系统(发送端、发送方)→传输系统(传输网络)→目的系统(接收端、接收方)。
常用术语:
●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。
●模拟信号,或连续信号(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。
●数字信号,或离散信号(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。
●码元(code)——代表不同离散数值的基本波形。
3、信道的基本概念
信道:
用来表示向某一个方向传送信息的媒体;
可以有以下三种基本方式。
①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。
(广播)
②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)。
这种通信方式是一方发送另一方接收,过一段时间后,可以再反过来。
3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,必须进行调制
基带调制(仅对波形进行变换);
带通调制(使用载波调制)。
最基本的带通调制方法:
①调幅(AM);
②调频(FM);
③调相(PM);
为了达到更高的信息传输速率,必须采用技术上更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法,例如正交振幅调制
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;
常记为S/N,并用分贝(dB)作为度量单位
即:
信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)
●香浓公式:
信道的极限信息传输速率C=Wlog2(1+S/N)(bit/s);
式中W为信道的带宽(单位Hz),S为信道内所传信号的平均功率,N为信道内部的高斯噪声功率。
香浓公式表明:
信道的带宽或信道中的信噪比越大,信息的极限传输速率就越高。
只要信息传输速率低于信道的极限传输速率,就一定存在某种方法实现无差错传输。
其他提高信息传输速率的办法:
让每个码元携带更多比特的信息量。
5、传输媒体
6、信道复用技术
●频分复用(FDM):
所有用户在同样的时间占用不同的资源;
●时分复用(TDM)(同步时分复用):
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);
以上两种复用方法的优点是技术比较成熟,缺点是不够灵活。
●统计时分复用(STDM)(异步时分复用):
动态分配时隙;
集中器常使用统计时分复用
●波分复用:
光的频分复用;
●码分复用(码分多址CDMA):
各用户使用不同的码型,因此各用户之间不会造成干扰。
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写为-1,1写为+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(非对称数字用户线)技术——用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造
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;
ADSL的极限传输距离取决于数据率和用户线的线径(用户线越细,信号传输时的衰减就越大);
离散多音调 DMT——频分复用;
ADSL不能保证固定的数据率
基于ADSL的接入网由以下三部分组成:
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网)
●FTTx技术:
光纤到户FTTH
8、假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为20000码元/秒。
如果采用振幅调制,把码元的振幅划分为16个不同等级来传送,那么可以获得多高的数据率(b/s)?
答:
C=R*Log2(16)=20000b/s*4=80000b/s
9、共有4个站进行CDMA通信。
4个站的码片序列为ﻫA:
(-1-1-1+1+1-1+1+1)B:
(-1-1+1-1+1+1+1-1)
C:
(-1+1-1+1+1+1-1-1)D:
(-1+1-1-1-1-1+1-1)
现收到这样的码片序列S:
(-1+1-3+1-1-3+1+1)。
问哪个站发送数据了?
发送数据的站发送的是0还是1?
解:
S·
A=(+1-1+3+1-1+3+1+1)/8=1, A发送1
B=(+1-1-3-1-1-3+1-1)/8=-1, B发送0
S·
C=(+1+1+3+1-1-3-1-1)/8=0, C无发送
D=(+1+1+3-1+1+3+1-1)/8=1, D发送1
第3章数据链路层(计算题:
1 CRC;
2征用期、最短帧长与时延)
1、两种信道:
①点对点信道。
②广播信道。
2、链路:
从一个结点到相邻结点的一段物理线程(有线或无线),中间没有任何交换节点。
3、数据链路:
当需要在一条线路上传送数据时,除了必须有一条物理线路外,还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输,把实现这些协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路。
最常用网络适配器。
4、帧——协议数据单元。
5、三个基本问题:
●封装成帧——在一段数据的前后分别添加首部和尾部进行帧定界(确定帧的界限)。
SOH:
帧首部,16进制编码是01,二进制是00000001
EOT:
帧尾部,16进制编码是04,二进制是00000100
●透明传输——解决透明传输问题具体方法:
字节填充(或字符填充),发送端的数据链路层在数据中出现控制字符SOH或EOT的前面插入一个转义字符ESC(16进制编码是1B,二进制是00011011).
●差错检测——比特在传输过程中可能会产生差错(比特差错);
传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率(BER)。
循环冗余检验CRC:
CRC运算就是在数据M的后面添加供差错检测用的n位冗余码。
n位冗余码得出方法:
用二进制的模2运算进行2^n乘M(待传送的数据)的运算,这相当于在M后面添加n个0。
得到的(k+n)位的数除以事先商定的长度为(n+1)位的除数P,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。
(提高通信效率)
传输差错:
帧丢失、帧重复、帧失序
6、点对点协议PPP——目前使用得最广泛的数据链路层协议
●特点:
①简单(这是首要的要求);
②封装成帧(帧界定符);
③透明性;
④多种网络层协议(PPP协议必须能在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议,如IP、IPX);
⑤多种类型链路(串行的、并行的,同步的、异步的,高速的、低速的,电的、光的,动态的、静态的);
⑥差错检测(立即丢弃有差错的帧);
⑦检测连接状态(短时间自动检测);
⑧最大传送单元(MTU是数据链路层的帧可以载荷的数据部分的最大长度);
⑨网络层地址协商;
⑩数据压缩协商(不要求标准化)。
●不需要/支持的功能:
①纠错(不可靠传输);
②流量控制(由TCP负责);
③序号(不是可靠传输,在无线时可用);
④多点线路(不支持一主对多从);
⑤半双工或单工链路(只支持全双工)。
●组成——三个部分:
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(Link ControlProtocol)。
(用来建立、配置和测试数据链路连接)
3、网络控制协议NCP (NetworkControlProtocol)。
——其中的每一个协议支持不同的网络层协议
●帧格式
PPP帧的格式
标志字段F(Flag)规定为0x7E(0x表示后面的字符是用十六进制表示的)7E(01111110)
地址字段A规定为0xFF (11111111)
控制字段C规定为0x03(00000011)
字节填充——转义字符(0x7D);
零比特填充——5个1后加0;
●建立过程
(设备之间无链路)→物理链路→LCP链路→已鉴别的LCP链路(口令鉴别协议PAP/口令握手鉴别协议CHAP)→NCP链路(IP控制协议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。
优点:
具有广播功能,便于系统的扩展和逐渐演变,提高了系统的可靠、可用、生存性。
●局域网的拓扑:
星形网,环形网,总线网。
●共享信道:
①静态划分信道(频分复用时分复用波分复用码分复用)②动态媒体接入控制又称多点接入(随机接入;
受控接入,如多点线路探询(polling)/轮询)
●以太网的两个标准——DIXEthernet V2和IEEE802.3
●适配器的作用:
①进行串行/并行转换。
②对数据进行缓存。
③在计算机的操作系统安装设备驱动程序。
④实现以太网协议。
●CSMA/CD(载波监听多点接入/碰撞检测)协议
为了通信简便,以太网采用了以下两个措施:
1用较为灵活的无连接的工作方式(不进行编号,不要求对方发回确认);
2曼切斯特编码(一分为二);
多点接入——总线型网络;
载波监听(检测信道)——不管在发送前还是发送中,每个站都必须不停地检测信道;
碰撞检测(冲突检测)——边发送边监听。
每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内,存在着遭遇碰撞的可能性(发送的不确定性)
半双工通信
争用期(碰撞窗口)——经过征用期这段时间还没有检测到碰撞,才能肯定这次发送不会发生碰撞。
以太网使用截断二进制指数退避(动态退避)算法来确定碰撞后重传的时机
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,相当于96比特时间
●使用集线器的星形拓扑
物理上星形网,逻辑上总线网;
一个集线器有许多接口;
集线器工作在物理层,每个接口仅仅简单地转发比特,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(发送帧需要的时间,由帧长除以发送速率得出)+τ(单程端到端传播时延);
参数a:
a越小越好,以太网的帧长度不能太短;
极限信道利用率
;
只有当a远小于1才能得到尽可能高的极限信道利用率
●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;
8、要发送的数据为101110。
采用CRCD生成多项式是P(X)=X3+1。
试求应添加在数据后面的余数。
答:
作二进制除法,10111000010011 添加在数据后面的余数是011
9、PPP协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100。
试问经过零比特填充后变成怎样的比特串?
若接收端收到的PPP帧的数据部分是0001110111110111110110,问删除发送端加入的零比特后变成怎样的比特串?
0110111111111100
011011111011111000
0001110111110111110110
000111011111 11111110
10、在2000m长的总线上,数据传输率为10Mbps,信号传播速率为200m/μs,采用CSMA/CD进行数据通信。
(1)争用期是多少?
(2)最小帧长应该为多少?
(3) 若A向B发送1000字节的数据,A是否必须在数据发送期间一直进行冲突检测?
为什么?
(1)争用期为
(2)最短帧长
(3)不需要,只需在发送前25字节是需要进行冲突检测。
原因在于冲突只会出现在争用期内(等价于发送25字节),争用期内没有冲突,则在传输完之前就一定不会发生冲突;
过了争用期,其他站点检测信道时,会检测到信道处于忙状态,因此不会发送数据。
第4章网络层(计算题:
1子网划分;
2路由选择)
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
网络层不提供服务质量的承诺
1、虚电路服务和数据包服务的对比
对比的方面
虚电路服务
数据报服务
思路
可靠通信应当由网络来保证
可靠通信应当由用户主机来保证(尽最大努力交付)
连接的建立
必须有
不需要
终点地址
仅在连接建立阶段使用,每个分组使用段的虚电路号
每个分组都有终点的完整地址
分组的转发
属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发
每个分组独立选择路由进行转发(独立发送)
当节点出故障时
所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作
出故障的结点可能会丢失分组,一些路由可能会发生变化
分组的顺序
总是按发送顺序到达终点
到达终点时不一定按发送顺序
端到端的差错处理和流量控制
可以由网络负责,也可以由用户主机负责
由用户主机负责
2、虚拟互连网络(IP网)
使用路由器解决各种异构的物理网络连接在一起的问题;
3、分类的IP地址
IP地址由ICANN进行分配(中国向APINC);
一个IP地址在整个互联网范围内是唯一的
分类的IP地址(已成历史)
●A类地址(
——50%)
网络号全0表示本机,全1表示环回测试;
——
主机号全0表示本主机的网络地址,全1表示所有主机;
●B类地址(
——25%)
网络号(128.0.0.0不可用)——
主机号跟A类一样——
●C类地址(
——12.5%)
网络号(192.0.0.0不可用)——
;
主机号(同上)——
A类、B类、C类地址都是单播地址
●特点
每一个IP地址都由网络号和主机号两部分组成,IP地址是一种分等级的地址结构
IP地址管理机构分配IP地址时只分配网络号
路由器仅根据网络号来转发分组(不考虑目的主机号);
多归属主机——一个路由器至少要有两个不同的IP地址(每个接口一个);
用网桥或转发器连接起来的若干个局域网仍属于一个网络(相同网络号),用路由器才能连接不同网络;
4、IP地址与硬件地址
物理地址是数据链路层和物理层使用的地址;
IP地址是网络层和以上各层使用的地址,是一种逻辑地址
使用IP地址是为了隐蔽各种底层网络的复杂性而便于分析和研究问题;
数据链路层看不到数据报的IP地址;
路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择;
5、ARP(地址解析协议)和RARP
ARP——IP地址转为MAC地址;
每一台主机都设有一个ARP cache(ARP高速缓存)——里面有本局域网上的主机和路由表的IP地址到MAC地址的映射表;
请求是广播,响应是单播,一次请求响应,两边同时把双方的信息写进ARPcache;
不同局域网的主机,要通过路由器进行ARP查询;
6、IP数据包的格式
0 4 8 16 19 24
31
版本
首部长度
区分服务
总长度
标识
标志
片偏移
生存时间
协议
首部检验和
源地址
目的地址
可选字段(长度可变)
填充
数据部分
固定部分(20字节)
互联网中所有的主机和路由器,必须能够接受长度不超过576字节的数据报;
标识,标志,片偏移——用于分片;
TTL(现为跳数限制)——在经过路由器时才减1;
常用协议:
协议名
ICMP
IGMP
TCP
UDP
协议字段值
1
2
6
17
首部检验和——占16位,只检验数据报的首部,但不包括数据部分。
用反码算术运算把所有16位字相加,再将得到的和求反码,检验时一样,得到为0即无差错;
IP首部的可变部分就是一个选项字段,用来支持排错、测量以及安全等措施。
7、IP层转发分组的流程
从一个路由器转发到下一个路由器(最主要的两个信息:
目的网络地址,下一跳地址);
特定主机路由——对特定的目的主机指明一个路由,方便控制网络和测试网络;
默认路由(0.0.0.0)——下一跳路由器的地址不在IP数据包里,而在MAC帧里(转为