计算机网络与通讯 复习要点.docx

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计算机网络与通讯复习要点

第一章、概述

三网:

电信网络、有线电视网络、计算机网络。

计算机网络：

一些相互连接起来的计算机的集合。

网络的功能或作用：

连通性，用户之间可以交换信息；共享，资源共享。

因特网的起源：

起源于美国的因特网现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网。

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：

客户服务器方式（C/S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。

客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。

对等方式（P2P方式）：

对等连接（peer-to-peer，简写为P2P）是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。

只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。

双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。

各种专用服务器：

应用服务器、通信服务器、域控制器/目录服务器、文件和打印服务器、邮件服务器、Web服务器

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。

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。

计算机数据具有突发性。

这导致通信线路的利用率很低。

分组交换：

在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。

每一个数据段前面添加上首部构成分组分组交换网以“分组”作为数据传输单元。

依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。

接收端收到分组后剥去首部还原成报文。

高效、灵活、迅速、可靠。

按传输距离划分网络的几种类型：

 广域网（远程网） WAN （WideAreaNetwork）局域网 LAN （LocalAreaNetwork） 城域网 MAN （MetropolitanAreaNetwork）个人区域网PAN （PersonalAreaNetwork）

开放系统互连参考模型OSI：

7层结构，应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。

在市场化方面OSI失败了。

OSI的专家们在完成OSI标准时没有商业驱动力；OSI的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；OSI标准的制定周期太长，因而使得按OSI标准生产的设备无法及时进入市场；OSI的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。

TCP/IP模型：

TCP/IP4层的体系结构：

应用层、运输层、网际层和网络接口层。

是非国际标准TCP/IP现在获得了最广泛的应用。

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。

其组成要素是：

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。

计算机网络的体系结构（architecture）是计算机网络的各层及其协议的集合。

体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。

实现（implementation）是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。

体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。

第二章、物理层

物理层的定义：

物理层提供机械的、电气的、功能的和过程的特性，目的是启动、维护和关闭数据链路实体之间进行比特传输的物理连接。

这种连接可能通过中继系统，在中继系统内的传输也是在物理层的。

物理层的目的是将原始比特流从一台机器传输到另一台机器。

物理介质考虑因素：

带宽、延迟、成本、安装维护难度。

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。

信息编码：

将信息用二进制数表示的方法。

信道：

向某方向传送信息的媒体。

通信的三种基本方式：

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。

导向传输媒体：

双绞线：

屏蔽双绞线STP（ShieldedTwistedPair）无屏蔽双绞线UTP（UnshieldedTwistedPair）。

同轴电缆：

50W同轴电缆、75W同轴电缆。

光纤：

多模光纤、单模光纤。

复用（multiplexing）多个信息源共享一个公共信道,以提高线路利用率。

信道复用技术：

把公共共享信道用某种方法划分成多个子信道，每个子信道传输一路数据。

复用方法：

 频分复用FDM按频率划分不同的信道，如CATV系统。

频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源

 波分复用WDM按波长划分不同的信道，用于光纤传输，是光的频分复用。

 时分复用TDM按时间划分不同的信道，目前应用最广泛。

将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。

每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。

 码分复用CDM按地址码划分不同的信道，很有发展前途。

补充章、网络设计与布线

网络的拓扑结构及其特点

总线拓扑结构特点：

最简单，但一旦单根线缆断裂会使网络中断，基本被星形替代。

星形拓扑结构特点：

最普遍，资源集中化，集线器是故障中心点，故障相对易解决。

环形拓扑结构特点：

信号只沿着环形结构的一个方向传播，不需要端接，公平共享资源。

无线拓扑结构特点：

无可见物理拓扑结构,不需铺设、端接和测试线缆。

扩展的星形拓扑结构：

是包含多台计算机的网络中最广泛使用的网络结构，中心设备（通常是交换机）位于拓扑结构的中心。

网状拓扑结构：

网状配置中的任何一段线缆或设备故障对网络性能的影响都是最小的。

星形总线拓扑结构：

结合了星形拓扑结构和总线拓扑结构；星形配置最小化了任一台计算机的故障对网络造成的影响。

星形环拓扑结构：

连接成星形，但是像环一样处理网络业务的网络。

任何一台计算机的故障对网络造没有影响。

第三章、数据链路层

数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：

点对点信道：

使用一对一的点对点通信方式。

广播信道：

使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。

广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。

链路（link）是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。

一条链路只是一条通路的一个组成部分。

数据链路（datalink） 除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。

若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。

数据链路层功能：

为网络层提供服务接口、链路管理、处理传输错误、调节数据流量。

为了实现这些目标，数据链路层从网络层获取到分组后，将其封装到帧中以便传输。

帧管理是数据链路层工作的核心。

数据链路层设计问题：

（1）为网络层提供良好定义的服务

（2）封装成帧（3）错误控制（4）流控制

数据链路层提供的3种基本服务：

无确认的无连接服务:

源机器向目标机器发送独立的帧，目标机器并不对这些帧进行确认。

事先不需要建立逻辑连接，事后也不用释放逻辑连接。

有确认的无连接服务:

与无确认的无连接服务不同的是，源机器向目标机器所发送的每一帧都需要单独确认。

有确认的面向连接的服务:

源机器和目标机器在传输数据之前首先建立一个连接，该连接上发送的每一帧都被编号，数据链路层保证每一帧都会真正被接到，而且保证每一帧只被接收一次，并且所有的帧都按照正确的顺序被接收。

封装成帧（framing）就是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。

确定帧的界限。

首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。

错误控制：

如何保证所有的帧最终都能按照正确的顺序交付给目的机器的网络层？

对于无确认和无连接的服务可以不处理，对于可靠的面向连接的服务必须处理。

处理方法：

向数据发送方提供接收情况的反馈信息（确认帧）计时器、各帧编号。

采用定时器和序号的主要目的是保证每帧最终都能恰好一次地被正确传送给目的地－网络层。

流控制：

处理发送方的传送能力比接收方接收能力大的问题。

方法：

引入流量控制（flowcontrol）来限制发送方所发出的数据流量，使其发送速率不要超过接收方能处理的速率。

包括：

基于反馈的流控制：

接收方给发送方送回信息，允许它发送更多的数据，或者至少也要告诉发送方其情况如何。

基于速率的流控制：

使用这种方法的协议有一种内置机制，它限制了发送方传输数据的速率，而无需利用接收方的反馈信息。

滑动窗口协议（slidewindowprotocol）：

双向数据传输（1.两条独立的逻辑信道－双工；2.一条逻辑信道分时双向传输－半双工）它是一类双向协议的总称（三个协议，分别是1位滑动窗口协议、使用回退n帧技术的协议、使用选择性重传的协议）。

在这三个协议中，每个外发的帧都包含一个序列号，其范围从0到某一个最大值。

最大值通常是2n-1.本质：

在任何时刻，发送方总是维持着一组序列号，分别对应于允许它发送的帧。

前提：

协议必须要按分组从网络层传送给发送机器上的数据链路层的顺序，把这些分组递交给目的机器的网络层。

处理：

数据帧出错、数据帧丢失、确认帧丢失等情况。

组成：

发送窗口、接收窗口。

捎带（piggybacking）技术：

暂时延迟待发确认，以便附加在下一个将发送的数据帧的技术。

捎带技术的优点：

1、能够较好地利用有效的信道带宽（帧的ack域只占几位开销，而一个完整的确认帧则需要一个头、确认和校验和）2、发送的帧越少，意味着“帧到达”中断也越少，占用接收方的缓冲区也越少。

载波检测多路访问协议：

载波检测多路访问（CarrierSenseMultipleAccess）查看信道上有无数据信号传输称为载波检测，检测方法是判断基带上是否有脉冲二进制0或1。

同时有多个站点在检测信道是否空闲和发送数据，称为多路访问。

出现冲突后，采用随机延迟的方法等待后再次侦听。

冲突检测（CollisionDetection）就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。

两个以上的站点同时侦听一个空闲的信道。

两个以上的站点先后侦听信道，先试图占用信道的站点在有效信号尚未发出时后一个站点的侦听就到达了。

带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）协议：

在上述协议的基础上，对在传送数据的过程中进行改进。

即站点在传送数据时，检测到冲突后就取消传送。

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）。

CSMA/CD优点：

节省时间、节省带宽。

CSMA/CD广泛应用于局域网的MAC子层。

集线器：

集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。

使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是CSMA/CD 协议，并共享逻辑上的总线。

集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层。

网桥（bridge）：

多个局域网通过一种工作在数据链路层的设备连接起来，这个设备叫网桥。

网桥用于连接多个局域网，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。

网桥具有过滤帧的功能。

当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口。

网桥的优点：

过滤通信量、扩大屋里范围、提高可靠性、互连不同物理层、不同MAC层和不同速