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计算机网络技术
计算机网络技术
第一章 计算机网络概论
一、计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同的功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。
二、计算机网络由资源子网（主机HOST（提供资源）和终端T（请求资源））以及通信子网（网络结点和通信链路）组成，通信子网是计算机网络的内层。
三、计算机网络的演变概括为：
1、面向终端的计算机网络（50年代初、SAGE）2、计算机-计算机网络（60年代后期、ARPANET）3、开放式标准化网络。
四、计算机网络的实例：
因特网、公用数据网和以太网。
五、计算机网络的功能：
硬件资源共享、软件资源共享、用户信息交换
六、计算机网络的分类：
1、地理：
广域网、局域网、城域网；2、交换方式：
电路交换网、报文交换网、分组交换网；3、拓扑结构：
星型网、总线网、环形网、树形网；4、用途：
科研、教育、商业、企业；按传输介质分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网、无线网；按信道带宽分窄带网、宽带网。
七、计算机网络应用于办公自动化、远程教育、电子银行、证券期货交易、校园网、企业网（集散系统和计算机集成制造系统是两种典型的企业网络系统）、智能大厦和结构化综合布线系统。
八、计算机网络的标准制定机构有：
国际标准化组织（ISO）、国际电信联盟（ITU）、美国国家标准局（NBS）、美国国家标准学会（ANSI）、欧洲计算机制造商协会（ECMA）、INTERNET工程任务组和INTERNET工程指导小组。
第二章 计算机网络基础知识
一、数据可定义为有意义的实体，分为数字数据和模拟数据，数字数据是离散的值，模拟数据是在某个区间内连续变化的值。
二、信号是数据的电子或电磁编码，分模拟信号、数据信号。
模拟信号是随时间连续变化的电流、电压和电磁波，
数据信号是一系列离散的电脉冲，可以利用其某一瞬间状态来表示要传输的数据。
三、信息是数据的内容和解释；
四、信源是产生和发送信息的设备或计算机；
五、信宿是接收和处理信息的设备或计算机；
六、信道是信源和信宿之间的通信线路。
七、数据通信是一种通过计算机和其它数据装置与通信线路完成数据编码信号的传输、转接、存储和处理的通信技术。
它是以计算机为中心，用通信线路连接分布在异地的数据终端设备。
以实施数据传输的一种系统。
八、模拟数据和数字数据都可以用模拟信号和数字信号来表示。
模拟数据是时间的函数，并占有一定的频率范围（频带），它可以用占有相同频带的模拟信号来传输。
模拟数据用数字信号表示时，完成模拟数据和数字信号转换功能的设施是编码解码器，数字数据用模拟信号表示，转换设备是调制解调器modem.
数据通信长距离传输信号衰减克服的方法：
模拟信号：
放大器；数字信号：
中继器。
通信方式分为并行方式和串行方式，并行方式用于近距离通信（计算机内部），串行方式用于远距离通信。
九、串行通信的方向性结构：
单工、半双工、全双工。
数字信号变换成音频信号的过程称调制，音频信号变换成数字信号的过程称解调。
把调制和解调功能做成一个设备称调制解调器。
十、数据传输速率法：
每秒能传输的二进制信息位数（单位：
位/秒）。
S=1/T*log2N.
信号传输速率：
单位时间内通过信道传输的码元个数，单位为波特（baud）。
波特率、码元速率、调制速率。
二者的区别：
信号传输速率是指单位时间内通过的码元个数，数据传输速率通过的是码元的二进制信息位数。
它们的关系是：
S=B*log2NB=S/log2N
信道容量：
表示一个信道传输数据的能力，它是传输数据能力的极限，而数据传输速率是实际的数据传输速率
1、离散的信道容量：
C=2*H*log2N（H：
带宽（Hz），N：
可能取的离散值个数）
2、连续信道容量：
C=H*log2N*（1+S/N）（S：
信号功率，N：
噪声功率，S/N：
信噪比）
误码率是关于传输可靠性的指标（Pe=Ne/N），计算机网络中一般要求误码率地狱10-9
十一、数字数据的模拟信号编码
模拟信号传输的基础是：
载波，载波具有三大要素：
幅度、频率和相位。
数字调制的三种基本形式：
移幅键控法（ASK）、移频键控法（FSK）、移相键控法（PSK）。
移幅键控法（ASK）：
效率低、能达到了速率为1200bps（数据传输速率）。
移频键控法（FSK）：
可实现全双工操作，也可达到1200bps.
移相键控法（PSK）：
利用二相或多于二相的相移，可以对传输速率起到加倍作用。
相位幅度调制PAM解决了相位数已达到上限的问题，实际上是PSK和ASK的结合。
模拟信道的频带范围为300-3400Hz，所以，要用它来传输数字信号，就要把数字信号变为电话网所允许的300-3400Hz.
十二、数字数据的数字信号编码
基带传输就是在线路中直接传送数字信号的电脉冲，要解决问题是：
数字数据的数字信号表示以及收发两端之间的信号同步两方面、双极性归零脉冲负电流正电流。
不归零码在传输中难以确定位的开始和结束，需要用其他方法使其同步，归零码的脉冲窄，所以他在信道上占用的频带较宽（脉冲宽度与传输频带宽度成反比）
单极性码服一积累直流分量，双极性码就不会。
（导致结果：
不能提供交流耦合，另外，它还会损坏连接点的电镀层）
同步方法位同步法（同步传输）外同步法（接收端的同步信号事先由发送端送来）
自同步法（从数字信号中提取同步信号）（曼彻斯特编码）
群同步法（异步传输）字符音的异步定时和字符中的比特之间的同步定时，一般用于低速数据传输的场合。
曼彻斯特编码从高到低表示“1”，从低到高表示“0”，其数据传输速率只有调制速率的1/2.
群同步的传输中每个字符由下列四部分组成：
1、1位起始位；2、5-8位数据位；3、1位奇偶校验位；4、1-2位停止位，以“1”来表示。
十三、模拟数据的数字信号编码常用的方法是脉码调制PCM.脉码调制是以采样定理为基础，
十四、信号数字化的转化过程包括采样、量化和编码三个步骤。
数字传输的优点是抗干扰性强、保密性好。
十五、多路复用技术就是把多个信号放在一个信道上同时传输的技术，最常用的两种多路复用技术是：
频分多路复用FDM和时分多路复用TDM.
频分多路复用的原理是将物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号相同（或略宽）的子信道时分多路复用的原理是将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮转的分配多个信号使用，利用每个信号在时间上的交叉，传输多个数字信号。
时分多路复用不仅局限于传输数字信号，也可同时交叉传输模拟信号。
对于光纤信道，频分多路服用的一个变种大波分多路复用。
十六、T1载波利用脉码调制PCM和时分多路复用此用户发言已违反社区规定此用户发言已违反社区规定此用户发言已违反社区规定技术，数据传输速率为1.544Mbps.E1载波是一种PCM载波标准，其数据传输速率为2.048Mbps.
十七、异步传输（群同步传输）一次只传输一个字符（由5-8位数据组成），每个字符用一位起始位（0）和一位停止位
（1）来表示开始和停止；
同步传输时，在每个数据块的开始处和结尾处各加一个帧头和一个帧尾，加上帧头、帧尾的数据称为一帧。
十八、交换网络可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。
1、电路交换：
在源节点与目的节点之间有一条利用中间节点构成的专用物理连接线路，直到数据传输结束；它要经历电路建立、数据传输、电路拆除三个过程；电路交换的优点是数据传输可靠、迅速，缺点是电路空闲时会浪费；其特点是在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路，在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用，电话交换网及技术应用是电路交换的典型例子。
2、报文交换：
报文交换方式的传输单位是报文（一次性需发送的数据块），其长度不限且可变；报文交换方式采用“存储-转发”方式；发送报文时，他先将一个目的地址附加到报文上，网络结点根据目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点的传送到目的节点，因此，这种交换方式无需事先通过呼叫建立连接，由于它需要缓冲存储，故报文交换不能满足实时通信的要求。
报文交换与电路交换相比较，有以下特点：
1、电路利用率高，可分时共享二节点的通道，对电路的传输能力要求低；2、通信量大时仍然可接受报文，同时传输延时会增加；3、报文交换可把一个报文发送到多个目的地，电路交换却很难；4、报文交换网络可以进行速度和代码的转换（不同速率的站也可相连接。
报文交换的缺点主要表现为不能满足实时和交互式的通信要求。
3、分组交换是将报文分成若干个分组，每一个分组长度有一个上限（为了提高交换速度而设上限），分组存储在内存中，提高交换速度，它适用于交互式通信，如终端与主机通信。
分组交换又可分为虚电路分组交换和数据报分组交换，分组交换式计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。
虚电路方式：
网络的源节点和目的节点之间在传输首先建立一条逻辑通路，分组中除数据外还要包含一个虚电路标识符，由于这条电路不是专用的，所以称他为虚电路。
虚电路技术的主要特点是：
在数据传输之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。
它适用于两端之间长时间的数据交换。
优点：
可靠、保持顺序；缺点：
如有故障，则经过故障点的数据全部丢失
数据报方式中的每个分组是被单独处理的，每个分组称为一个数据报，每个数据报都携带地址信息。
因为他们被单独处理，所以每个分组走的路径不一定相同，因此不能保证各个数据报按顺序到达，有的甚至会丢失。
在整个过程中，没有虚电路的建立，但要为每个数据报做路由选择，适用于少量数据。
数据到特点是：
在目的地需要重新组装报文。
优点：
如有故障可绕过故障点、：
不能保证按顺序到达，丢失不能立即知晓。
十九、电路交换、报文交换、分组交换的比较：
电路交换要设置一条完全的通路，并在传输过程中独占，效率不高；报文从源到目的地采用存储-转发的方式，它不适合于实时通信；分组交换和报文交换相似，但规定了长度。
局域网不仅使用电路交换，也使用分组交换，但不使用报文交换。
因为不能满足实时通信的要求。
二十、网络拓扑是指网络形状，或是它在物理上的连通性。
网络拓扑的主要结构有：
星型拓扑、总线拓扑、环形拓扑、树形拓扑、混合型拓扑、网型拓扑六种形式。
选择网络拓朴结构时要考虑的因素：
可靠性、费用、灵活性、响应时间和吞吐量。
二十一、星型拓朴是由中央结点和通过点到通信链路接到中央结点的各个站点组成。
星型网常采用电路交换和报文交换，尤其以电路交换更为普遍。
优点：
控制简单、故障诊断和隔离容易、方便服务。
缺点：
电缆长度和工作量大、中央结点负担过重、各站点分布处理能力低。
二十二、总线拓扑采用一个信道作为传输媒体，站点通过接口连接到传输媒体上，发送信号到传输媒体上，而且能对所有其他站点接收。
中线突出采用分布式控制策略来确定哪个站点可以发送，它主要采用分组交换方式。
优点：
所需电缆数量少、结构简单，无源工作，可靠性高、易于扩充和减少用户。
缺点：
传输距离有限、故障不易诊断和隔离、不具有实时功能。
二十三、环形拓扑网络由站点和连接站点的链路组成一个闭合环。
环形拓扑采用分布式控制策略来进行控制。
优点：
电缆长度短、增减工作站简单、可使用光纤。
缺点：
节点故障会引发全网故障、故障检测困难、负载轻时，利用率较低。
二十四、树形拓扑象一个倒着的大树，由总线拓扑演变而来。
树形拓扑的优点是：
易扩展、故障隔离较容易。
缺点是对根的依赖性太大。
混合型拓扑是将单一拓扑结构混和起来。
二十五、传输媒体的特性包括：
物理特性、传输特性、地理范围、抗干扰性、相对价格。
二十六、传输媒体的选择：
拓扑结构、实际需要的通信容量、可靠性要求、能承受的价格。
二十七、基带同轴电缆用于传输数字信号，阻抗50Ω，最大距离几公里。
宽带同轴电缆即可传输数字信号也可传输模拟信号，阻抗为75Ω，宽带电缆的最大距离可达几十公里。
二十八、差错控制是指在数据通信过程中发现和纠正差错，把差错尽可能小的限制在允许范围内的技术和方法。
二十九、信道固有的、持续存在随机噪声为热噪声。
热噪声引起的差错称为随机错，它所引起的某位码元的差错是孤立的，与前后码元无关，它导致随机错通常较少。
由外界特定的短暂原因所造成的噪声称为冲击噪声，它是传输中产生差错的主要原因，他不会影响到一串码元。
三十、利用差错控制编码进行差错控制的方法有两个：
自动请求重发ARQ、前向纠错FEC.FEC中，接收端不仅能发现差错，而且能确定二进制码元发生的位置从而纠正他。
ARQ方式只使用检错码，FEC方式必须使用纠错码。
三十一、编码效率：
R=h/n=k/（k+r）。
k：
码字中的信息位数、r：
外加的冗余位数、n：
编码后的码字长度。
编码效率R越大，信道中用来传送信息码元的有效利用率就越高。
三十二、奇偶校验码是一种通过增加冗余位使得码字中“1”的个数后为奇数或偶数的方法，它是一种检错码。
垂直奇偶检验又称纵向奇偶检验，它能检测出每列中所有奇数位错，但检测不到偶数位错，它的编码效率是：
R=P/（P+1），漏检率接近二分之一。
水平奇偶校验又称横向奇偶校验，它不但可以检测出各段同一位上的奇数位错，而且还能检测出突发长度水平垂直奇偶校验又称纵横奇偶校验，它能检测出：
A、所有三位或三位以下的错误；B、奇数位错；C、突发长度。
三十三、循环冗余校验码又叫多项式码。
K位要发送的加上R位冗余位形成一个整体来发送，K位要发送的信息位对应一个（K+1）位的多项式，R位冗余位对应一个（R-1）的多项式。
循环冗余校验码的特点：
可检测出所有的奇数位错、可检测出所有双比特错、可检测出所有小于等于检验位长度的突发错。
（简单应用）
三十四、海明码是一种可以纠正一位差错的编码。
（简单应用）
三十五、1、双绞线早就用于电话通信中的模拟信号传输，也用于数字信号的传输。
对于模拟数据来说，大约每5-6公里需要一个放大器，对于数字信号来说，每2-3公里使用一个中继器。
双绞线的带宽可达268KHz，因而可使用频分多路复用技术。
在100Kbps速率下传输距离可达1公里，但10M和100M的传输速率下距离不超过100米。
2、同轴电缆中的基带同轴电缆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高速数字信号和模拟信号的传输。
3、在计算机网络中均采用二根光纤（一来一去）组成的传输系统。
光纤的传输速率可达Gbps级，传输距离达数十公里。
目前，一条光纤线路上只能传输一个载波，随着技术的发展，会出现使用的多路复用光纤。
光纤传输6-8公里的距离内不用中继器。
波分复用技术WDM。
三十六、数字传输系统都采用脉码调制与多路复用技术，早期的数字传输系统有如下弱点：
数据传输速率不标准、光设备接口标准不规范、复用系统中存在同步问题。
三十七、SDH信号最基本的也是最重要的模块是STM-1.SDH传输网最核心的特点是同步复用、标准光接口和强大的网管能力。
第三章 计算机网络体系结构及协议
1、网络协议：
为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合，协议总是指某一层的协议。
准确地说，它是对同等层实体之间的通信制定的有关通信规则或约定的结合。
2、网络协议包括三个要素：
语义：
涉及用于协调与差错处理的控制信息；语法：
涉及数据及可控制信息格式、编码及信号电平等、定时：
涉及速度匹配及排序等。
3、网络的体系结构的划分所用的方法是分层划分，要遵循以下原则：
每层的功能要明确并且相互独立、层间接口必须要清晰，跨越的信息量尽可能地少、层数适中。
层次结构一般以垂直分层模型表示。
4、网络的体系结构的特点是：
1、以功能作为划分层次的基础、2、第N层实体在实现自身定义的功能时，只能使用第N-1层提供的服务；3、N层向N-1层提供服务时，此服务不仅包含N层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能；4、仅在相邻层之间有接口，而且所提供的服务的具体实现细节对上层完全屏蔽。
5、OSI模型（开放系统互连模型）包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。
6、OSI模型的七个模型：
①物理层：
作用是使原始数据比特流能在物理媒体上传输；②数据链路层：
通过校验、确认和反馈重发等手段，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，并进行流量控制；③网络层：
为运输层实体提供端到端的交换网络数据传输功能，并进行路由选择、拥挤控制和网际互连等；④运输层：
第一个端-端的层次，为会话层提供透明的、可靠的数据传输服务，并处理端到端的差错控制和流量控制问题；⑤会话层：
组织和同步不同主机上的各种进程间的通信。
；⑥表示层：
为应用层用户提供共同的数据或信息的语法表示变换，如代码转换、格式转换、数据压缩和加密解密等；⑦应用层：
开放系统互连环境的最高层，为OSI应用进程提供服务，不同的应用层为特定类型的网络的应用提供访问OSI环境的手段。
7、发送进程发送给接收进程中的数据，实际上是经过发送方各层从上到下传送到物理媒体，通过物理媒体传输到接收方后，再经过从下到上各层的传递，最后到达接收进程。
8、物理层的传输单位是比特，它是指在物理媒体之上为数据链路层提供一个原始比特流的物理连接，它不是指具体的物理设备，也不是指信号传输的物理媒体，物理层的作用是确保比特流能在物理信道上传输。
9、物理层协议规定了与建立、维持及断开物理信道所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性。
它直接面向实际承担数据传输的物理介质，物理层的传输单位是比特。
比特流传输可以采用异步传输，也可采用同步传输。
10、DTE（数据终端设备）和DCE（数据通信设备）接口的各根导线的电气连接方式有非平衡方式、采用差动接收器的非平衡方式和平衡方式三种。
11、接口信号线按功能可分为：
数据信号线、控制信号线、定时信号线、接地信号线。
12、EIARS-232C是由美国电子工业协会EIA在1969年颁布的一种目前使用最广泛的串行物理接口标准，它利用公用电话网作为传输媒体，并通过调制解调器将远程设备连接起来。
以下为四种特性：
机械特性：
25芯的标准连接器；电气特性：
规定“1”的电平为-15至-5伏，“0”为+5至+15；功能特性：
定义了25芯标准连接中的20根信号线；规程特性：
规定工作过程是在各个控制信号线有序的ON和OFF状态的配合下进行的。
13、RS-449、RS-422、RS-423是保持与RS-232C的兼容性的前提下的改进。
RS-449：
使用了37芯和9芯的连接器，9芯用于辅信道的信号；RS-422：
完全采用独立的双线平衡传输，信号电平的定义为±6伏（±2伏为过渡区域，平衡方式的电气标准）；RS-423：
是非平衡电气标准，它采用单端发送器和差动接收器，电平为±6伏（±4伏为过渡区域）。
14、100系列接口标准：
传输速率为200bps-9600bps时，采用25芯标准连接器，采用V.28建议；传输速率为48Kbps时，采用34芯连接器，控制信号使用V.28建议，数据线与定时线采用V.35建议。
200系列接口标准：
采用25芯标准连接器，电气特性采用V.28建议。
15、X.21建议是于1976年制定的DTE如何与数字化的DCE交换信号的数字接口标准。
机械特性：
采用15芯标准连接器，定义了八条接口线；电气特性：
类似于RS-422的平衡接口；功能特性：
按同步传输的全双工或半双工方式运行。
16、数据链路层最基本的服务是将源机网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。
数据链路层以帧为传送单位。
1）帧同步问题就是能从比特流中区分出帧的起始和终止。
常用的帧同步方法是：
字节计数法、字符填充法（使用字符填充的首尾定界符法）、比特填充法（使用比特填充的首尾标志法）和违法编码法。
①字节计数法：
以一个特殊字符表征帧的开始，并一个专门的字段标明帧内的字节数；②比特填充法：
以一组比特模式（如011111110）来定界帧的起始于终止；③字符填充法：
用一些特定的字符来定界；④违法编码法：
例如曼彻斯特码，“高-高”“低-低”是违法的，借用其序列来定界帧的起始和终止，它只适用于采用冗余编码的特殊编码环境。
目前较普遍使用的帧同步方法是比特填充法和违法编码法。
2）常见的差错控制方法有反馈检测法和自动重发请求。
反馈检测法无须使用任何特殊代码的差错检测法，数据传输时，接收方将收到的数据重新发回发送方，由发送包检查是否对，优点：
原理简单、实现容易、可靠性好，缺点：
信道利用率低。
用于面向字符的异步传输；自动重发请求是指接收方根据检错码对数据帧进行差错控制，若发现错误，返回请求重发的应答让发送方重新传送该帧；空闲重发请求也称停等法，该方案规定发送方每发送一帧就要停下来等待接收方确认返回，仅当接收方确认正确接收后再继续发送下一帧。
这种方案的收发双方都要设置一个帧的缓冲存贮空间，可有效实现重发而且不会出现重份；连续重发请求是指发送方可以连续发送一系列的帧，既不用等前一帧被确认就可发送下一帧，这种方法传输效率高，但增大了缓冲存贮空间；Go-Back-N的原理有两种含义：
1、接收方检测出失序的信息帧后，要求发送方重发最后一个正确接收的信息帧之后所有未被确认的帧；2、当发送方发送了几个帧后，若发现该N帧的前几帧在计时器超时后仍未返回其确认信息，则该帧及其后的帧被判定出错，就要重发；选择重发策略：
出错的帧之后的帧可接收下来，存放在缓冲区中，同时要求发送方重新发送出错的那一帧，这种策略减少了浪费，但要求有足够大的缓冲空间。
流量控制是对发送方数据流量的控制，使其发送速率不致超过接收方所能承受的能力，流量控制并不是数据链路层所特有的功能，许多高层协议中也提供流量控制的功能。
常见的流量控制方案有：
XON/XOFF方案和窗口机制。
①XON/XOFF方案使用一对控制字符来实现流量控制，当接收方过载时，可向发送方发送字符XOFF（DC3）暂停，待接收方处理完数据后，再向发送方发送字符XON（DC1），使之恢复发送数据；②窗口机制：
其本质是在收到一个确定帧之前，对发送方可发送帧的数目加以限制，这是由发送方调整保留在重发表中的待确认帧来实现的，如接收方来不及处理，则接收方停止发送确认信息，发送表的重发表就增长，当达到重发表的限度时，发送方就不再发送新帧直到收到确认信息为止。
发送窗口和接收窗口的大小可以不同，但接收窗口的尺寸不能大于发送窗口，发送方和接收方的窗口尺寸不得大于信号范围的一半。
发送窗口指发送方已发送但尚未确认的帧序号队列的界，上下界分别称上下沿，上沿、下沿的间距称为窗口尺寸。
发送方每发一帧，待确认帧的数目加1，收到一个确认帧时，待确认帧的数目减1.当重发表的计数值（待确认帧的数目）等于发送窗口尺寸时，停止发送新帧。
以滑动窗口的观点来统一看待空闲的RQ、Go-Back-N和选择重发，则①空闲RQ：
发送窗口=1，接收窗口=1；②Go-Back-N：
发送窗口>1，接收窗口=1；③选择重发：
发送窗口>1，接收窗口>1.
17、数据链路层连接的建立、维持和释放称为链路管理。
18、数据链路控制协议也称链路通信规程，也就是OSI参考模型中的数据链路层协议，链路控制协议分为异步协议和同步协议两类。
异步协议以字符为独立的信息传输单位，一般用于数据速率较低的场合。
同步协议是以帧为传输单位，同步协议能更有效地利用信道，也便于实现差错控制、流量控制等功能。
同步协议分为三种类型：
①面向字符的同步协议；②面向比特的同步协议；③面向字节的同步协议。
1）面向字符的同步控制协议①最早的同步协议、②典型的代表是IBM
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