复习提纲计算机网络.docx

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复习提纲计算机网络

第一章

1.网络在信息时代的作用

☐21世纪的重要特征是：

数字化、网络化、信息化，它是一个以网络为核心的时代。

☐“三网”指的是电信网络、有线电视网络和计算机网络，其中起到核心作用的是计算机网络。

“三网融合”指的是电信网络和有限电视网络都逐渐融入计算机网络的技术。

☐网络改变了人们的工作方式与生活方式，它最主要的功能是：

连通性和共享性。

2.计算机网络的概念

☐网络（network）：

由若干结点（node）和连接这些节点的链路（link）组成。

网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机、路由器等组成。

☐互联网：

网络和网络可以通过路由器连起来，构成一个覆盖范围更大的网络，因此是“网络的网络”。

☐因特网：

世界上最大的互连网（用户以亿计，互连网络百万计），通常用“一朵云”表示。

网络把计算机连接起来，因特网把网络连接起来。

☐主机：

连接在因特网上的计算机。

☐Internet（专用）和internet（通用）的区别

3．计算机网络的组成

☐按工作方式分为以下两大块：

⏹边缘部分－由所有连接在因特网上的主机组成。

这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。

⏹核心部分－由大量网络和连接这些网络的路由器组成。

这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。

☐按逻辑结构分为以下两大子网：

⏹资源子网－负责全网的数据处理，即向网络用户提供各种网络资源与网络服务，其主要包括主机和终端，主机通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机相连接，而终端是用户访问网络的界面。

⏹通信子网－由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，其主要完成网络数据传输、转发等通信处理任务。

通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络节点。

通信线路为通信处理机之间以及通信处理机与主机之间提供通信信道。

边缘部分（资源子网）

☐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）

⏹对等方式（P2P方式）

核心部分（通信子网）

☐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）。

☐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.分组交换的优点

☐高效动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。

☐灵活以分组为传送单位和查找路由。

☐迅速不必先建立连接就能向其他主机发送分组。

☐可靠保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。

5电路，报文和分组交换的比较

☐核心部分（通信子网）中的三种数据交换方式

⏹电路交换－整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传输；

⏹报文交换－整个报文传送到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个节点；

⏹分组交换（包交换）－单个分组（只是整个报文的一部分）传送到相邻节点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

☐由于电路交换需要独占物理线路，所以若要传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间时，该种方式传输速率较快；

☐由于报文/分组（包）交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率；

☐报文/分组（包）交换比较而言，由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组（包）交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性；

6计算机网络定义

☐早期定义－一些互相连接的、自治的计算机的集合

☐计算机网络是利用通信线路（连网设备）将地理上分散的、具有独立功能的许多计算机系统连接起来，按照某种协议进行数据通信，以实现资源共享的信息系统。

☐最简单计算机网络＝两个结点（计算机）＋一条链路

☐电话通信、计算机通信与数据通信的区别：

⏹电话通信中强调通信的主体是人

⏹计算机通信（＝计算机网络）中强调通信的主体是计算机中运行的程序

⏹数据通信中强调通信的内容是数据（在进行计算机通信时）

7计算机网络的分类

☐1.按不同作用范围划分

⏹广域网WAN（WideAreaNetwork）

⏹城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）

⏹局域网LAN（LocalAreaNetwork）

⏹个人区域网PAN（PersonalAreaNetwork）

2.按不同使用者划分

☐公用网（PublicNetworks）-由电信部门或从事专业电信运营业务的公司提供的面向公众服务的网络，如中国电信提供的以X.25协议为基础的分组交换网Chinapac、数字数据网ChinaDDN、中国英特网Chinanet，以及非电信部门提供的以卫星通信为基础的“金桥网”。

☐专用网（PrivateNetworks）-政府、行业、企业事业单位和学术社团为本行业、本企业和本事业单位服务而建立的网络。

专用网的实例很多，其中有代表性的包括教育科研网CERNET、中科院网CASNET、中国经济信息网CEINET以及各级政府部门的网络等等。

3.按信息交流对象划分（TCP/IP协议为基础）

☐Internet（互联网、网际网或因特网）-是以TCP／IP为基础的全球唯一的国际互联网络的总称，或某电信部门提供的国家、地区的公用数据网络。

如中国英特网Chinanet。

☐Intranet（内联网）-以TCP/IP协议集为基础的企、事业专用网，在内外部间通过防火墙（Firewall）实施隔离，通过代理服务器（ProxyServer）、加密等措施保证内部信息的通信与访问安全。

从这种意义上讲，Intranet是Internet技术在专用网络中的一种应用。

☐Extranet（内联外延网）-为增加企业与合作伙伴、提供商、客户和咨询者的业务交往而将Intranet的互联范围扩大到内部以外的伙伴。

☐4.按用户接入方式划分

⏹点对点接入－调制解调器、ADSL

⏹电缆/光缆接入－HFC网（光纤同轴混合网）、FTTx网（光纤到户网络）

8计算机网络的三种拓扑结构

☐网络拓扑结构是指一个网络中各个节点之间互连的几何构形，即指各个节点之间互相连接方式。

☐基本的网络拓扑结构有星型、环型、总线型等三种。

任何一种网络系统都规定了它们各自的网络拓扑结构。

（1）星形拓扑结构中，节点将分成端点和中间节点两种，每个端点必须通过点到点链路连接到中间节点上，任何两个端节点之间都要通过中间节点实现数据交换和通信。

在节点通信时，网络必须采用适当的访问控制策略和方法来解决节点之间的有序通信问题。

分布式访问控制策略的星形网络中，中间节点主要是网络交换设备，采用存储-转发机制为网络节点提供传输路径和转发服务。

另外，中间节点还可以根据需要将一个节点发来的数据同时转发给其它所有的节点，从而实现“广播式”传输。

（2）环形拓扑结构中，各个节点通过收发器连入网络，收发器之间通过点到点链路连接成一个闭合的环形网络。

发送节点所发送的数据帧沿着环路单向传递，每经过一个节点，该节点要判断这个数据帧是否发送给本节点的，如果是发送给本节点的，则要将数据帧拷贝下来。

然后再将数据帧传递到下游节点。

当数据帧历遍各个节点后，由发送节点将数据帧从环路上取下。

这样，通过数据帧历遍各个节点可以实现“广播式”传输。

在环形网络中，常用的访问控制方法是基于令牌（Token）的访问控制，它是一种分布式访问控制技术，由令牌及其传递规则来控制各个节点的介质访问，并且将令牌控制机制分布在每个节点上，各个节点将根据令牌传递协议控制节点对网络的访问。

（3）总线形拓扑结构中，网络中的所有节点都直接连接到同一条传输介质上，这条传输介质称为总线。

各个节点将依据一定的访问规则分时地使用总线来传输数据，发送节点发送的数据帧沿着总线向两端传播，总线上的各个节点都能接收到这个数据帧，并判断是否发送给本节点的，如果是发送给本节点的，则将该数据帧保留下来，否则将丢弃该数据帧。

⏹总线形网络的“广播式”传输是依赖于数据信号沿着总线向两端传播的基本特性实现的。

⏹总线形网络中所有的节点共享一条总线，一次只允许一个节点发送数据，其它节点只能处于接收状态。

为了使各个节点能够有序而合理地使用总线传输数据，必须采用一种适当的访问控制策略来控制各个节点对总线的访问

⏹

9.分组延时的概念构成

时延（delay）－数据（分组）从网络的一端传送到另一端所需的时间，也称作延迟或迟延。

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。

☐

（1）处理时延:

检查比特差错决定输出链路

☐

（2）排队时延等待输出链路传输的时间取决于路由器拥塞的等级

☐（3）发送（传输）时延:

R=发送速率（bps）L=数据帧长度（比特）发送比特进入链路的时间=L/R

☐（4）传播时延:

d=信道长度s=在信道中传播速度（~2x108m/sec）传播时延=d/s

☐

10.网络利用率和时延的关系

☐信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。

完全空闲的信道的利用率是零。

☐网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。

☐信道利用率并非越高越好。

关系：

☐根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。

☐若令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示D和D0之间的关系：

U是网络的利用率，数值在0到1之间。

U过高会产生非常大的时间延迟，U一般不超过50％

11网络协议的三要素

☐（网络协议（networkprotocol），简称为协议（protocol），是指为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

）

☐协议的三个基本要素

☐语法（Syntax）：

怎么讲？

语法包括数据格式、编码及信号电平等。

☐语义（Semantics）：

讲什么？

语义包括用于协调同步和差错处理的控制信息。

☐同步（Synchronous/Time）：

何时讲？

同步包括速度匹配和事件实现排序。

12两种国际模型OSI和TCP/IP

☐世界上一些主要的标准化组织在这方面做了卓有成效的工作，研究和制定了一系列有关数据通信和计算机网络的国际标准OSI/RM参考模型。

☐法律上的国际标准OSI并没有得到市场的认可。

☐非国际标准TCP/IP现在获得了最广泛的应用。

⏹TCP/IP常被称为事实上的国际标准。

（1）OSI

OSI参考模型共有7层，由低层至高层分别为

物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层

1～3层主要负责通信功能，一般称为通信子网层。

上三层即5～7层属于资源子网的功能范畴，称为资源子网层。

传输层起着衔接上下三层的作用。

①物理层（PhysicalLayer）：

提供为建立、维护和拆除物理链路所需的机械、电气、功能和规的特性；提供有关在传输介质上传输非结构的位流及物理链路故障检测指示。

②数据链路层（DataLinkLayer）：

为网络层实体提供点到点无差错帧传输功能，并进行流控制。

③网络层（NetworkLayer）：

为传输层实体提供端到端的交换网络数据传送功能。

使得传输层摆脱路由选择、交换方式、拥挤控制等网络传输细节；可以为传输层实体建立、维持和拆除一条或多条通信路径；对网络传输中发生的不可恢复的差错予以报告。

④传输层（TransportLayer）：

为会话层实体提供透明、可靠的数据传输服务，保证端到端的数据完整性；选择网络层能提供最适宜的服务；提供建立、维护和拆除传输连接功能。

⑤会话层（SessionLayer）：

为彼此合作的表示层实体提供建立、维护和结束会话连接的功能；完成通信进程的逻辑名字与物理名字间的对应；提供会话管理服务。

⑥表示层（PresentationLayer）：

为应用层进程提供能解释所交换信息含义的一组服务，如代码转换、格式转换、文本压缩、文本加密与解密等。

⑦应用层（ApplicationLayer）：

提供OSI用户服务，例如事务处理程序、电子邮件和网络管理程序等。

☐OSI的七层协议体系结构的特点：

⏹概念描述清楚准备

⏹理论也比较完善

⏹但是复杂，不实用

☐因此引入TCP/IP体系结构，到目前已经得到了非常广泛的应用。

（2）TCP/IP

☐TCP/IP是一个四层的网络体系结构

☐TCP/IP包括4层：

⏹应用层（Applicationlayer）-对应OSI上三层

⏹传输层（Transportlayer）

⏹网络层（Networklayer）

⏹网络接口层（Networkinterfacelayer）-对应OSI下两层

☐TCP/IP各层的主要功能:

⏹应用层-直接为用户的应用进程提供服务

⏹传输层-负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。

☐TCP:

面向连接，提供可靠的传输，数据传输的单位是报文段（segment）。

☐UDP：

无连接的，数据传输单位是用户数据报，不能保证数据传输的正确性，只能提供“尽最大努力传输”。

⏹网络层：

负责分组交换，把传输层用户的报文段封装成分组/包，称为IP数据报，进行传送

☐TCP/IP各层的主要功能（续）:

⏹网络接口层（暂未定义）

☐数据链路层

☐链路层将上层网络层交下来的IP数据报组装成帧（frame），并加上头部，即数据的控制信息。

一般的帧大小为几百KB到1024KB。

☐物理层

☐该层上所传输的数据单位是比特。

☐物理层需要考虑的是如何表示发送信号”1”或“0”，而不需要理解比特的含义。

☐总之，目前因特网所使用的各种协议中，最常用的就是TCP/IP协议族。

☐（3）应用层:

支持网络应用

⏹FTP,SMTP,STTP

☐运输层:

主机到主机数据传输

⏹TCP,UDP

☐网络层:

源到目的地数据报的选路

⏹IP,选路协议

☐链路层:

在邻近网元之间传输数据

⏹PPP,以太网

☐物理层:

“在线上”的比特

第二章

1傅里叶级数的功能

（上课笔记）任何一个正常的周期为T的函数g（t），都可以展开成多个（可能无限多个）正弦和余弦函数的和（离散值）可以用于连续信号和离散信号的转化

2尼奎斯特定律和香农定理----计算信道最大传输率

（1）尼奎斯特定理（无噪音信道情况）

尼奎斯特（Nyquist）证明，若任一个信号已通过了一个带宽为H的低通滤波器，则只要每秒2H次采样，过滤后信号可被完全重构。

且若信号包含V个离散级数，则：

最大数据传输率=2Hlog2V

（2）香农定理（有噪音信道情况）

香农（Shannon）在尼奎斯特定理的基础上，得到一条带宽为HHz、信噪比为S/N的有噪声信道的最大数据传输率为：

最大数据传输率=Hlog2（1+S/N）

其中，S为信号功率，N为噪声功率。

分贝（dB）=10lg（S/N）

3数据通信系统的基本模型

–源点：

源点设备产生待传输的数据

–发送器：

格式转换、编码成适合传输的信号（典型的发送器是调制器）

–传输系统：

传输线路（可能是一条线路，也可能是一个网络系统）

–接收器：

接收信号并转换为目的设备可识别的数据格式（典型的接收器是解调器）

–终点：

接收数据并对其进行所需要的处理

4信道三种通信方式

•从通信的双方信息交互的方式来看，有三种基本方式：

–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。

5基带信号和带通信号的概念，差异

•基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。

像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。

•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。

因此必须对基带信号进行调制（modulation）。

•带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。

6信号调制的三种方法

•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。

（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）。

）

7信道复用技术差异

8CDMA工作原理计算方法

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第三章

1.物理层的作用和任务

•物理层的基本作用是：

要尽可能屏蔽掉传输媒体（介质）的差异，使物理层上面的数据链路层只需考虑完成本层的协议和服务而不用考虑网络的具体传输媒体（介质）是什么。

•物理层的主要任务是：

利用某种传输介质和通信技术，以通信接口规程（物理层协议）实现并约束二进制比特流的传输。

2物理层的4个基本特性

•物理层对下列特性进行了描述和规范（书36）

1.机械特性–接线器形状、大小、排列等

2.电气特性–电缆线路上的电压变化范围

3.功能特性–某一电平的电压的表示含义

4.规程特性–各种可能事件的出现顺序

3物理层的有限介质，分类和工作原理

•双绞线

–屏蔽双绞线STP（ShieldedTwistedPair）

–无屏蔽双绞线UTP（UnshieldedTwistedPair）

•同轴电缆

–50同轴电缆

–75同轴电缆

•光缆（光纤）

（1）双绞线

双绞线有多种类型，不同类型的双绞线所提供的带宽各不相同。

例如，在局域网中所使用的双绞线有无屏蔽双绞线UTP（UnshieldedTwistedPair）和屏蔽双绞线STP（ShieldedTwistedPair）两类。

每一类中又分为若干等级，比如UTP分为3类UTP、4类UTP和5类UTP，它们的传输带宽分别为16MHz、20MHz和100MHz。

（2）同轴电缆

•同轴电缆（CoaxialCable）是局域网中应用较为广泛的一种传输介质。

它由内、外两个导体组成，内导体是单股或多股线，呈圆柱形的外导体通常由编织线组成并围裹着内导体，内外导体之间使用等间距的固体绝缘材料来分隔，外导体用塑料外罩保护起来。

（2）光缆

利用光线在光纤中的折射原理（全反射现象）

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4物理链路和逻辑链路的区别

•链路（link）：

一个结点到相邻结点的一段物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。

<物理链路>

注意：

一条链路只是一条通路（路径）的一个组成部分。

•数据链路（datalink）：

除物理线路外，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。

<逻辑链路>

•现在最常用的方法是使用网络适配器（网卡）来实现这些协议的硬件和软件。

•一般的网络适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。

5链路层两种信道类型

•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。

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