计算机网络知识点的总结.docx

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计算机网络知识点的总结

2物理层

2.1基本概念

物理层的主要任务——确定与传输媒体接口的一些特性

四个特性：

机械特性——指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线的数目和排列、固定的所

锁定装置等

电气特性——指明接口电缆各条线上出现的电压范围

功能特性——指明某条线上出现的某条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

2.2数据通信的基础知识

数据通信系统的三大部分——源系统、传输系统、目的系统

数据——运送消息的实体

信号——数据的电气或电磁表现

模拟的——表示消息的参数的取值是连续的

数字的——表示消息的参数的取值是离散的

码元——在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值表示的基本波形

单工通信（单向通信）——只能有一个方向的通信不允许反方向的交互

半双工通信（双向交替通信）——通信的双方都可以发送消息，不允许同时发送或接收

全双工通信（双向同时通信）——通信双方可以同时发送接收消息

基带信号——来自源的信号

调制——基带信号含有信道不能传输的低频分量或直流分量，必须对基带信号进行调制

基带调制（编码）——仅仅变换波形，变换后仍是基带信号

带通调制——使用载波调制，把信号的频率范围搬到较高频段，并转换为模拟信号

带通信号——经过载波调制后的信号（仅在一段频率范围内能通过信道）

基本带通调制方法——调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）

码间串扰——在接收端收到的信号波形失去了码元之间的清晰界限的现象

奈式准则——在任何信道中，码元的传输速率是有上限的，传输速率超过此上限就会出现严

重的码间串扰，使接收端对码元的判决成为不可能

数据的传输速率（比特率）——每秒传输的比特数即二进制数字（0或1），单位bit/s、b/s、bps

码元传输率（波特率）——每秒信道传输的码元个数，单位B

传信率（比特率）与传码率（波特率）的关系——（N为码元的进制数）

比特率=n*波特率（n为每个码元的比特,二进制时带1比特,三进制时带2比特,八进制带3bit）

信噪比——信号的平均功率和噪声的平均功率之比，记为S/N，单位分贝（dB）

信噪比（dB）=10log10（S/N）（dB）如当S/N为10时信噪比10，S/N为1000为30

香农公式——信道极限信息传输率C=Wlog2（1+S/N）b/s

W信道带宽（单位Hz）、S信道内所传信号的平均功率、N为高斯噪声功率

奈氏准则公式——C=2WRb=2WRBlog2N

即每赫带宽理想低通信道的最高码元传输率是每秒2个码元

2.4通道复用技术

频分复用（FDM）——用户在分配到一定频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带

频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的频率带宽

时分复用（TDM）——将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧），每一个时分复用用户

在每一个TDM帧中占用固定序号的间隙。

（信道利用率不高）

统计时分复用（STDM）——前提是假定各用户都是间歇地工作，每个时隙要有用户地址信息

波分复用（WDM）——光的频分复用，因光载波频率很高，习惯上用波长表示使用的光载波

8路2.5Gb/s光载波经光的调制，在一根光纤上的总速率为20Gb/s

100根2.5Gb/s光纤的光缆,采用16倍密集波分复用,得一根4Tb/s\

码分复用CDM——将每一个比特时间划分为m个短的码片

（码分地址CDMA）给每个站点分配码片序列，不同站点的码片序列正交

当发送码片1时就发送该站点码片序列，比特0时发送反码

当S站点向T站点发送数据时,T站点接收的是所有站点发送的序列和

T站点用S站点的码片序列与接收的序列和做内积运算

非S站点的序列得0,，S站发送的比特0得-1、比特1得1

规格化内积公式——各项相乘之和除以项数量

脉冲调制PCM体制——北美24路PCM标准T1速率为1.544Mb/s

欧洲30路PCM标准E1速率为2.048Mb/s

同步光纤网SONET—第一级同步传送信号STS-1传输速率51.84Mb/s（第一级光载波OC-1）

同步数字系列SDH——基本速率（第一级同步传递模块STM-1）为155.52Mb/s（OC-3）

3数据链路层

数据链路层使用的信道主要有两种类型：

点对点信道——使用一对一的点对点通信方式

广播通信——使用一对多的广播通信方式

链路——是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，中间没有其他交换结点。

链路只是一条路径的组成部分

数据链路——除了这些物理线路，还必须有通信协议来控制数据的传输，如果把实现这些协

议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路

帧——数据链路层协议数据单元

IP数据报——网络层协议数据单元

数据链路层三个基本问题：

封装成帧、透明传输、差错检验

封装成帧——在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧

帧定界——首部和尾部的一个重要作用

最大传送单元（MTU）——链路层协议规定的所能传送的帧的数据部分长度上限

帧定界符——当数据是由可打印的ASCII码组成的文本文件时，帧定界可使用帧定界符

SOH——帧开始符，十六进制编码01，二进制编码00000001，StartOfHeader

EOT——帧结束符，十六进制编码04，二进制编码00000100，EndOfTransmission

透明传输——无论什么样的比特组合的数据都能通过这个数据链路层

字节填充——发送端的数据链路层在数据中出现控制字符前插入一个转义字符“ESC”

在接收端的数据链路层把数据送往网络层之前删除插入的转义字符

ESC——转义字符，十六进制编码1B，二进制编码00011011，ByteStuffing

差错检测：

比特差错——比特在传输过程中可能会发生差错：

1变成0，0变成1

误码率BER——在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比例，BitErrorRate

信噪比越大，误码率越小

循环冗余检验CRC——把数据分为每组k个比特

在待传送的一组数据M后添加n位冗余码

冗余码的计算方法——在M后加上n个0得到（2^n）M

除以事先选定好的（n+1）位除数P得到商Q和n位余数R

（用竖式做除法,商右移补0至位数与除数相等,相异得1,相同得0）

余数R作为冗余码接在M后发送出去

循环冗余检验CRC——把收到的每一帧除以P，检查得到的余数R’

若R’=0，则判定这个帧没有差错，就接受

若R’!

=0，则判定有差错，就丢弃

帧件检验序列FCS——在数据后面添加冗余码，FrameCheckSequence

而CRC是一种常见的检错方法

FCS可以用CRC这种方法得出，但CRC并非获得FCS的唯一方法

在数据链路层使用CRC检验，能实现无比特差错传输，但这还不是可靠传输，只能做到无差错接收，要做到可靠传输，必须加上确认和重传机制。

点对点协议PPP——用户计算机和ISP进行通信时使用的链路层协议（只支持全双工链路）

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

PPP协议不需要的功能——纠错流量控制序号多点线路半双工或单工链路

PPP协议三个组成部分——一个将IP数据报封装到串行链路的方法

链路控制协议LPC（LinkControlProtocol）

网络控制协议NPC（NetworkControlProtocol）

PPP用同步传输链路，采用硬件完成比特填充；异步传输时使用字符填充法P75

零比特填充——PPP协议在使用SONET/SDH链路时，是使用同步传输的，此时采用零比特填充实现透明传输；发送端：

5个连续1填一个0，接收端删除。

媒体共享技术——静态划分信道：

频分复用、时分复用、波分复用、码分复用

动态媒体接入控制：

随机接入、受控接入

世界第一个局域网产品（以太网）规约——DIXEthernetV2

IEEE的802.3标准——与DIXEthernetV2差别很小，可以简称为“以太网”

局域网数据链路层的两个子层——逻辑链路控制LLC子层

媒体接入控制MAC子层

局域网的主要优点——具有广播功能，从一个站点可很方便的访问全网

便于系统的扩展和演变，各设备的位置可灵活调整和改变

提高了系统的可靠性、可用性和生存性

适配器——连接计算机与外部局域网，嵌在计算机主板上

适配器的主要功能——进行串行/并行转换

对数据进行缓存

在计算机的操作系统安装设备驱动程序

实现以太网协议

计算机硬件地址在适配器的ROM中，计算机软件地址—IP地址在计算机的存储器中

以太网采取的两种措施——无连接的工作方式，尽最大努力交付，即不可靠交付

发送的数据都使用曼彻斯特编码的信号

CSMA/CD协议——载波监听多点接入/碰撞检测（只能进行半双工通信）

多点接入——总线型网络，许多计算机以多点接入方式连接在一根总线上

载波监听——在发送数据前检测总线上是否有其他计算机子在发送数据

碰撞检测——计算机边发送数据边检测信道

电磁波在1km电缆的传播时延——5μs

争用期2τ——以太网端到端往返时延，具体争用期时间为51.2μs

对于10Mb/s的以太网，在争用期可发送512bit，即64字节

退避算法——确定基本退避时间，一般取争用期2τ

定义重传次数k=Min[已经重传的次数，10]

从[0，1，...，2^k-1]中随机抽取数r

重传推后时间为r倍争用期

重传达16次仍不成功，抛弃该帧

最短有效帧长——争用期是512比特时间时，发生冲突一定在前64字节内

以太网规定了最短有效帧长为64字节，小于64字节的都是无效帧

强化碰撞——当发现碰撞时，停止发送数据，再继续发送若干比特人为干扰信号

帧间最小间隔——9.6μs，即96比特时间

CSMA/CD——从网络层获得一个分组，加上首尾组成以太帧，放入适配器缓存准备发送

检测到信道96比特时间内保持空闲，就发送这个帧

若检测到碰撞，则中止数据的发送，并发送人为干扰信号

发送完干扰信号后适配器执行退避算法,等待r倍512比特时间，返回步骤2

CSMA/CD十六字方针：

先听先发，边听边发，冲突停发，随机重发

双绞线以太网采用星状拓补在星形的中心增加集线器（星形网10BASE-T的标准是802.3i）

定义参数a=τ/To——a的值越小信道利用率越高

极限信道利用率Smax=To/（To+τ）=1/（1+a）——只有a远小于1才能得到尽可能高的Smax

I/G位——IEEE规定地址字段第一个字节最低位，0表示单个地址，1表示组地址

G/L位——地址字段第一个字节最低第二位，0表示全球管理，1表示本地管理

三种帧——单播，广播，多播

常用以太网MAC帧格式两种标准——DIXEthernetV2标准

IEEE的802.3标准

左图数字的单位是字节（byte）

IEEE802.3规定无效的帧——帧长度不是整数字节

用收到的帧检验序列FCS查出有差错

收到数据字段长度不在46到1500字节之间

在物理层扩展局域网——主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器

用集线器扩展局域网的优点——使计算机能够跨碰撞域通信

扩大了局域网覆盖的地理范围

缺点——碰撞域增大了，吞吐量并未提高

不同数据率的碰撞域无法互联

网桥——在数据链路层扩展以太网。

网桥依靠转发表来转发帧。

网桥的好处——过滤通信量，增大吞吐量

提高可靠性

扩大物理范围

可以连接不同物理层、不同MAC子层、不同数据率的局域网

网桥的缺点——存储转发增加了