自考计算机网络技术笔记Word文档下载推荐.docx
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2.软件资源共享。
3.用户间信息交换
计算机网络的应用：
1.办公自动化OA。
2.远程教育
3.电子银行
4.证券及期货交易
5.校园网
6.企业网：
集散系统和计算机集成制造系统。
7.智能大厦和结构化综合布线系统。
计算机网络的分类
根据通信子网中通信信道类型分为两类：
1.点---点线路通信子网的拓扑：
每条物理线路连接一对结点有星形，环形，树形，网状形。
2.广播信道通信子网的拓扑：
一个公共的通信信道被多个网络结点共享。
总线形，树形，环形，无线通信与卫星通信型。
按拓扑类型分类：
1．星形拓扑：
中央结点和通过点到点通信链路接到中央结点的各个站点组成，中央结点往往是一个集线器。
中央结点执行集中式通信控制策略，相当复杂，而各个站点的通信处理负担很小。
优点：
1控制简单。
2故障诊断和隔离容易3方便服务。
缺点：
1电缆长度和安装工作量客观。
2中央结点的负担较重，形成瓶颈。
3各结点的分布处理能力较低。
2.总线拓扑：
采用一个广播信道作为传输介质，所有站点通过相应的硬件接口直接连到这一公共传输介质上，该公共传输介质即称为总线。
1.电缆数量少2结构简单，又是无源工作，有较高的可靠性。
3易于扩充，增加或减少用户比较方便。
1传输距离有限，通信范围受到限制。
2故障诊断和隔离较困难。
3分布式协议不能保证信息的及时传送，不具有实时性，降低了网络速度。
站点必须是智能的，要有介质访问控制功能，从而增加了站点的硬件和软件开销。
2环形拓扑：
采用分布式控制策略来进行控制。
1电缆长度短2可使用光纤3所有计算机都能公平地访问网络的其他部分，网络性能稳定。
缺点:
1节点的故障会引起全网故障。
2环节点的加入和撤出过程较为复杂
3采用令牌传递的方式，在负载很轻时，信道利用率比较低。
3树形拓扑：
树根接收各站点发送的数据，然后再用广播发送到全网。
1易于扩展。
2故障隔离较容易
各结点对根的依赖性太大。
4混合型拓扑：
1故障诊断和隔离较为方便。
2易于扩展3安装方便。
1需要选用带智能的集中器。
2电缆长度增加。
6网形拓扑：
不受瓶颈问题和失效问题的影响。
按网络的交换方式分类：
电路交换：
开始通信前，建立一条端到端的物理信道，并且在通信期间始终占用该信道。
报文交换：
存储---转发原理。
分组交换：
按网络的覆盖范围分类：
广域网局域网城域网
按网络传输技术分类：
广播式网络：
单播地址，多播地址，广播地址。
点对点式网络：
采用分组存储转发和路由选择机制是点对点式网络与广播式网络的重要区别。
1.4计算机网络的标准化
国际标准化组织ISO
国际电信联盟ITU
美国国家标准学会ANSI
欧洲计算机制造商协会ECMA
美国国家标准局NBS
第二章计算机网络体系结构
2.1网络的分层体系结构
网络协议三要素：
语义；
语法；
定时
计算机网络各层次结构模型及其协议的集合，称为网络的体系结构。
2．2OSI/RM开放系统互连参考模型
1.物理层：
为了建立，维护和拆除物理链路所需的机械的，电气的，功能的和规程的特性，其作用是使原始的比特流能在物理介质上传输。
2数据链路层：
帧传输；
主要作用是将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路。
另外还要协调收发双发的数据传输速率，进行流量控制。
3网络层：
以分组进行传输，解决路由选择和网际互连的问题。
4传输层：
第一个端到端，即主机---主机的层次。
提供端到端的透明数据传输服务，使高层用户不必关心通信子网的存在。
5会话层：
进程---进程的层次。
主要功能是组织和同步不同主机上各种进程间的通信。
6表示层：
为上层用户提供共同的数据或信息语法表示交换。
7应用层：
开放系统互连环境的最高层。
通信服务类型：
1.面向连接服务：
数据传输过程前必须经过建立连接，维护连接和释放连接3个过程。
可靠性好，但需通信开始前的连接开销，协议复杂，通信效率不高。
2.无连接服务：
每个分组都要携带完整的目的节点的地址，各分组在通信子网是独立传送的。
确认与重传机制
TCP/IP参考模型（传输控制协议/互联网协议）
1.应用层：
与OSI应用层相对应。
2.传输层：
与OSI传输层相对应。
3．互连层：
与OSI网络层相对应。
4.主机---网络层：
与OSI数据链路层和物理层相对应。
TCP./iP协议簇：
主机—网络层：
ethernet，ARPANETPDN
互连层：
IP互联网协议；
ICMP互联网控制报文协议；
ARP地址转换协议；
RARP反向地址转换协议
传输层：
TCP传输控制协议；
UDP用户数据报协议。
应用层：
SMTP简单邮件传送协议；
DNS域名服务；
FTP文件传送协议；
TELNET远程终端访问协议。
OSI/RM与TCP/IP参考模型的比较
相同点：
都是基于协议栈的概念，并且协议栈中的协议彼此相互独立。
都采用了层次结构的概念，各层次功能也大体相似。
不同点：
层数不同。
无连接和面向连接的通信范围不同。
OSI的网络层同时支持两种通信，但传输层只支持面向连接的通信；
TCP./IP网络层只有无连接通信，传输层支持两种通信。
OSI模型的的缺点：
1.层的缺陷：
表示层和会话层几乎是空的，而数据链路层和网络层内容太多。
2.出现时间晚于TCP/IP协议。
TCP/IP模型的缺点：
1.没有区分哪些是规范，哪些是实现。
2.主机---网络层不是常规意义上的一层，它还定义了网络层与数据链路层的接口。
第三章物理层
3.1物理层接口与协议
物理层不是具体的物理设备，也不是信号传输的物理介质，而是指在物理介质上为上一层提供一个传输原始比特流的物理连接。
物理层的定义和功能：
利用物理的，电气的，功能的和规程的特性在DTE和DCE之间实现对物理信道的建立，保持和拆除功能。
DTE：
数据终端设备，是通信的信源或新宿。
DCE：
数据电路终接设备或数据通信设备，是对为用户提供入网连接点的网络设备的统称。
3.1.2物理层的功能和提供的服务
1.机械特性：
25芯，9芯连接器
2.电气特性：
DTE与DCE接口的电路的电气连接方式：
1.非平衡方式：
每个电路使用一根导线，收发两个方向共用一根信号地线。
信号速率《20KBPS，传输距离《15M。
2.采用差动接收器的非平衡方式：
发送器为费平衡式，接收器使用差动接收器。
每个电路使用一根导线，但每个方向都使用独立的信号地线，使串扰信号较小。
速率可达300kbps,传输距离为10—1000m.
3.平衡方式:
使用平衡式发送器和差动式接收器，每个电路采用两根导线，构成各自完全独立的信号回路，使串扰信号减至最小。
速率《10mbps,距离10—1000m.
3功能特性：
接口信号按功能可分为：
数据信号线，控制信号线，定时信号线和接地线四类。
100系列接口信号线：
DTE—DCE接口
200系列接口信号线：
DTE—ACE接口
4规程特性：
规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤。
3.1.3物理层协议举例
1.EIARS-232C接口标准：
RS表示推荐标准，232是标识号码，后缀C表示该标准已经被修改过的次数。
采用交叉跳接信号线使两个DTC直接连接而不使用DCE和电话网，这根电缆称为零调制解调器。
该标准规定逻辑“1”的电平为-15至-5伏，“0”的电平为5至15伏。
-5至5之间为过渡区域不作定义。
2.EIARS-449及RS-422与RS-423接口标准
由于232C标准信号电平过高，采用非平衡发送和接收方式，所以存在传输速率低，传输距离短，串扰信号较大等缺点。
449标准使用37芯和9芯连接器，422与423是449的子标准：
RS-422是平衡方式标准：
信号电平定义为-6至6伏，-2至2为过渡区域。
RS-423是采用差动接收器的非平衡标准，信号电平为-6至6伏，-4至4是过渡区域。
3.100系列和200系列接口标准
DTE与不带自动呼叫设备的DCE之间的接口用100系列标准，
DTE与带自动呼叫设备的DCE之间的接口用200系列标准。
100系列标准：
速率为200-9600bps时，采用25芯标准连接器，速率达48K时，采用34芯。
200系列标准：
全部采用25芯。
5X.21和X.21bis建议
X.21建议是DTE与数字化的DCE交换信号的数字接口标准。
采用15芯标准连接器。
X.21接口适用于数字线路访问公共数据网（PDN）的地区。
X.21bis是X.21的暂时过渡版本，对X.21的补充并保持了V.24的物理接口。
X.21和X.21bis为三种类型的服务定义了物理电路。
分别是租用电路服务，直接呼叫服务和设备地址呼叫服务。
3.2传输介质
1.双绞线：
线对纽在一起可以减少相互间的辐射电磁干扰。
对于模拟信号，每5—6公里需要一个放大器；
对于数字信号，每2—3公里需要一个中继器。
分为无屏蔽的和用铝箔屏蔽起来的两种。
2.同轴电缆：
由里到外为：
内芯，绝缘层，屏蔽层，塑料外套。
内芯和屏蔽层构成一对导体。
分为基带同轴电缆（50Ω）和宽带同轴电缆（75Ω）。
基带同轴电缆分为粗缆和细缆两种，都用于直接传输数字信号。
宽带同轴电缆用于频分多路复用的模拟信号传输，也可用于不使用频分多路复用的告诉数字信号和模拟信号传输。
CATV电缆就是宽带同轴电缆。
同轴电缆适用于点到点和多点连接：
基带电缆每段可支持几百台设备，宽带可支持几千台。
3.光纤：
光纤传输电信号时，在发送端先将其转换成光信号，再接收端又要由光检测器还原成电信号。
多模光纤：
采用发光二极管LED，产生的是可见光，在光纤内不断反射而向前传播。
单模光纤：
采用注入型激光二极管ILD，激光的定向性好，可沿着光导纤维直接传播，减少了折射和损耗，效率更高，距离更远，速率更高。
对光载波的调制属于移幅键控法ASK，也称亮度调制法，以光的出现和消失来表示两个二进制数字。
计算机网络中采用两根光纤（一来一去）组成传输系统。
4.无线传输介质
蜂窝通信：
早期采用大区制的强覆盖制。
结构简单，不需要交换，但频道数量较少，覆盖范围有限
解决多址接入的方法称为多址接入技术，有：
频分多址接入FDMA,时分多址接入TDMA，码分多址接入CDMA。
微波，红外，激光都有很强的方向性，都是沿直线传播的，需要在发送方和接收方之间有一条视线通路，故他们统称为视线介质。
卫星通信：
如果地面到卫星的时间为T，则传输延时为2T，T值一般在250-300毫秒。
同步卫星在赤道上方35900公里。
甚小口径天线地球站采用小口径卫星，不是同步卫星。
低轨道移动通信系统的优点：
卫星轨道高度低，使传输延时缩短，多个卫星组成的星座可以真正覆盖全球。
传输介质的选择因素：
网络拓扑的结构，实际需要的通信容量，可靠性要求，能承受的价格范围。
3.3数据通信技术
3.3.1通信信道
1.数据传输速率：
R=㏒2n/T（bps）（单位时间传输的二进制位数）
T为一个数字脉冲信号的宽度（全宽码情况）或重复周期（归零码）。
一个数字脉冲也称一个码元，N为一个码元所取的有效离散值个数，也称调制电平数。
信号传输速率（码元速率，调制速率，波特率）：
B=1/T（baud）
数据传输速率和信号传输速率的关系：
R=B*㏒2n（单位时间通过信道传输的码元个数）
2.信道容量：
表征一个信道传输数据的能力
信道容量表示信道的最大数据传输速率
数据传输速率表示信道实际的传输速率。
奈斯奎特公式：
无噪声情况下码元速率的极限值：
B=2*H（baud）H为信道带宽（上下限频率差值）
最大传输速率：
C=2*H*㏒2n
由上可见：
码元速率不可能超过信道带宽的两倍，但若提高每个码元能取的离散值个数，则数据传输速率便可成倍提高。
香农公式：
有噪声情况下
C=H*㏒2（1+S/N）S为信号功率，N为噪声功率，S/N为信噪比
可见，只要提高信噪比，便可提高信道的最大传输速率。
㏒2（1+S/N）常表示为10㏒10（S/N）
3.误码率：
=出错的位数/总位数
计算机网络要求误码率低于10的-9次方。
4.通信方式：
1.并行通信方式：
并行的数据传送线也叫总线。
多个数据位同时传输。
速度快，原理简单，不需转换，但费用高。
2.串行通信方式：
一次输出一位数据。
3.串行通信的方向性有三种：
单工，半双工，全双工。
单工：
一次只支持数据在一个方向传输
半双工：
可切换的单工
全双工要求发送和接受设备都有独立的接收和发送能力。
3.3.2模拟数据通信和数字数据通信
1.数据：
模拟数据是在某个区间连续变化的值，如声音和视频。
数字数据是离散的信息，如文本信息和整数。
2.信号：
数据的电子或电磁编码。
对应于数据，有模拟信号和数字信号。
模拟信号是随时间连续变化的电流，电压或电磁波，用某个参量（幅度，频率，相位）表示传输的数据；
数字信号是一系列离散的电脉冲，用某一瞬间的状态表示传输的数据。
3.信息：
数据的内容和解释。
模拟数据用模拟信号传输：
频率范围20HZ—20KHZ；
数字数据用模拟信号传输：
要利用modem将数字数据调制转换为模拟信号。
模拟数据用数字信号传输：
编码解码器完成模拟数据和数字信号的转换。
事先要进行编码
模拟信号长距离传输后，会产生衰减；
要用放大器，但同时会使噪音分量增强，从而引起畸变。
数字信号长距离传输后，需要用中继器，把数字信号恢复为“0”“1”的标准电平。
多路复用技术
1．频分多路复用FDM：
2．时分多路复用TDM：
同步时分多路复用（时间片固定）；
异步时分多路复用（动态时间片）；
T1载波：
24路信号（前7位数据，后1位控制信号）+一位帧同步位=193位，用125us时间传送
所以速度为：
193./125=1.544Mbps.
E1载波：
开始8位同步位，中间8位用做信令，最后30路8位数据，总共256位；
也用125us传输，速度为256/125=2.048mbps
3．波分多路复用WDM：
异步传输和同步传输：
1.异步传输（即群同步）：
一次只传输一个字符，每个字符用一位起始位引导，为0，占一位时间；
一位停止位结束，为1，占1到2位时间。
没有数据发送时，发送连续的停止位。
接收方根据1至0的跳变来判断一个新字符的开始，然后接受字符的所有位。
这种方式简单便宜，但每个字符有2到3位的额外开销。
2.同步传输：
须在每个数据块的始末加上帧头，帧尾。
加有帧头，帧尾的数据称为一帧。
帧头，帧尾的特性取决于数据块是面向字符还是面位的。
面向字符：
每个数据块以一个或多个同步字符作为开始，称为SYN.帧尾是另一个唯一的控制字符。
面向位：
帧头和帧尾都用01111110表示。
而当数据中出现5个1时，就在后面插入1个0，接收方接收时再将这个0删除。
3.4数据编码
除了模拟数据的模拟信号直接传输外，数字数据的模拟信号传输，数字数据和模拟数据的数字信号传输都需要进行某种形式的数据表示或者数据编码。
1.数字数据的数字信号编码
采用基带传输：
二进制比特序列的矩形脉冲信号所占的固有频带，称为基本频带。
基带传输需解决的问题：
数字信号表示和收发两端的信号同步问题。
数字信号脉冲编码方案：
1.单极性不归零码：
无电压表示0，恒定的正电压表示1。
采样时间为每个码元的中间点，判决门限为0.5.
2.双极性不归零码：
正电流表示1，负电流表示0.判决门限为零电平。
3.单极性归零码：
发1码时，发送一个时间短于码元宽度的正电流；
0码时，仍然不发送电流。
4.双极性归零码：
1码发送正的窄脉冲，0码发送负的窄脉冲。
两个码元的间隙可以大于每一个窄脉冲的宽度，取样时间对准脉冲中心。
1.2两种情况每一位编码占用了全部码元的宽度，所以这两种编码都属于全宽码，也成为不归零码。
但如连续发送正（负）电流，则码元间没有间隙，不易区分。
脉冲宽度与传输频带宽度成反比，所以归零码在信道上占用的频带就较宽。
单极性码会累积直流分量，不能提供良好的绝缘的交流耦合，直流分量还会损坏连接点的表面电镀层。
同步：
1.位同步：
使接收端对每一位数据都要和发送端保持同步。
数据通信中习惯把位同步称为“同步传输”。
分为外同步和自同步。
外同步：
接收端的同步信号事先由发送端来。
发送数据前，发送端发出一串同步时钟脉冲，接收端按照这一时钟脉冲频率和时序锁定接收端的接收频率，以便在接收数据的过程中始终与发送端保持同步。
自同步：
从数据信号中提取同步信号
曼彻斯特编码：
每一位中间有一跳变，既作为时钟信号，又作为数据信号；
从高到底表示1，从低到高表示0.
差分曼彻斯特编码：
中间的跳变仅作为时钟定时，而用每位开始时产生跳变表示0，不产生跳变表示1.
上面两种方法将一个码元调制为2个电平，所以数据传输速率只有调制速率的一半。
2.群同步：
字符间的时间间隔是任意的，即字符间采用异步定时，但字符中的各个比特用固定的时钟频率传输。
由4部分组成：
1。
1位起始位，逻辑0表示
25-8位数据位（事先约定好位数）
31位奇/偶校验位，可不选。
41-2位停止位，以逻辑1表示。
接收端靠检测链路上由空闲位或前一字符停止位（均为1）到该字符起始位的下降来获知一个字符的开始，然后按双发约定的时钟频率对约定的字符比特数（5-8位）进行逐位接收，最后以约定算法进行差错检验，完成一个字符的传输。
群同步法只需保持每个字符的起始点同步，在群内按约定的频率进行接收，方法简单，但需添加起始位，校验位，停止位等，效率较低，一般用于低速场合。
2.模拟数据的数字信号编码
脉码调制法：
对模拟信号进行采样，只要采样频率大于等于有效信号的最高频率或其带宽的两倍，则采样值可包含原始信号的全部信息。
FS（=1/TS）》2Fmax;
或FS》2BS
第一步：
采样
第二步：
量化：
使连续模拟信号变为时间轴上的离散值。
第三部：
编码。
若采用N个量化级，则需要㏒2n位二进制码。
3.4.2调制解调器
计算机（数字）---modem（模拟）---编解码器（数字）---长途局----编解码器（相反的转换过程）（模拟）---modem（相反过程）（数字）----计算机
传输线路存在的三个主要问题：
衰减；
延迟畸变；
噪声
引入1000—2000HZ范围的一个连续波，称为正弦载波，他的振幅，频率或相位被调制后可用来传输信息。
调幅：
两种不同的振幅用来表示0.1
调频：
使用多个不同的频率。
相位调制：
载波按照统一的时间间隔，系统的平移0或180度。
如果一个设备接收一个位序列作为输入，并且产生一个经过调制的载波输出，这种设备称为调制解调器。
波特率即为码元率，指每秒钟的采样次数。
位传输率指一条信道上发送的信息数量，等于每秒采样数乘以每个采样的位数。
星座图：
P582的N次方=点的个数
高速调制解调器都有纠错功能，在采样中增加纠错位：
QAM正交振幅调制法
如2400波特上，32星的星座，每个码元有5位，其中4位数据位，1位纠错位，，则波特率为2400*4=9600
如果两个家庭用户通过modem和模拟线路进行连接，则最大速率为33.6Kbps
如果有一端用纯的数字线路，则速率提高一倍。
3.5数据交换技术
将作为信源或新宿的一批设备称为网络站，而将提供中间通信的设备称为节点。
3.5.1电路交换
1．电路建立
2．数据传输
3．电路拆除
数据传输可靠，迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。
某些情况下，电路空闲时的信道容量被浪费；
另外数据传输阶段的持续时间不长时，电路建立和拆除所用的时间就得不偿失。
3.5.2报文交换
报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。
优点：
1电路利用效率高
2在电路交换网络上，通信量很大时，就不能接受新的呼叫。
但报文交换网可以，不过传送延迟会增加。
3报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网很难做到。
4报文交换网络可以进行速度和代码的转换。
缺点：
不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过网络的延迟时间长且不定。
不适于语音连接和交互式终端到计算机的联接。
3.5.3分组交换
分组可以存储在内存中，而不是硬盘上，提高了交换速度。
适用于交互式通信。
1.虚电路方式:
每个分组除了包含数据之外，还有一个虚电路标识符。
预先建立好的路径上每个节点都知道把这些分组引导到哪里去，不再需要路由选择。
每条虚电路支持特定的两个端点之间的数据传输，两个端点之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务，这些虚电路的实际路由可能相同，也可能不同。
特点：
数据传送前先建立站与站之间的一条路径。
但分组在每个节点上仍需要缓冲，并在线路上进行排队等待输出。
2.数据报方式：
每个分组称为数据报，传送时被单独处理，每个数据报都携带地址信息。
数据报可能会丢失，也可能不按顺序到达。
虚电路适合两端长时间交换，可以避免额外的地址开销。
同时可以协调收发双方速率。
但某个节点故障可能导致整个虚电路失效。
第四章数据链路层
数据链路层的作用是对物理层传输原始比特流的功能加强，将物理层提供的可能出错的物理连接改造称为逻辑上无差错的数据链路，即使之对网络层表现为一条无差错的链路。
4.1数据链路层的功能
1.帧同步功能
1.使用字符填充的首位定界符法：
使用特定的字符来界定起止。
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