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复习

第一章概述

计算机网络向用户提供的最重要的功能:

连通性和资源共享

1.1因特网概述

一、因特网发展的三个阶段:

⏹第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程.

⏹第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。

三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。

⏹第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。

1.2因特网的组成

一、从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：

（1）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。

（2）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）。

一）边缘部分

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）

即Client/Server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）

即Peer-to-Peer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。

二）因特网的核心部分

按交换方式来分类，计算机网络分为电路交换、报文交换和分组交换三种

⏹电路交换

电路交换就是计算机终端之间通信时，一方发起呼叫，独占一条物理线路。

当交换机完成接续，对方收起发起端的信号，双方即可进行通信。

即必须经过建立连接—通信—释放连接三个步骤。

在整个通信过程中双方一直占用该电路。

它的特点是实时性强，时延小，交换设备成本低。

但同时也带来线路利用率低，电路持续时间长，通信效率低，不同类型终端用户之间不能通信等确定。

电路交换比较适用于信息量大、长报文，经常使用的固定用户之间的通信。

⏹报文交换

将用户的报文存储在交换机的存储器中。

当所需要的输出电路空闲时，再将该报文发向接收交换机或终端，它以“存储——转发”方式在网内传输数据。

报文交换的优点是中继电路利用率高，可以多个用户同时在一条线路上传送，可实现不同速率、不同规模的终端间互通。

缺点是：

以报文为单位进行存储转发，网络传输时延大，且占用大量的交换机内存和外存，不能满足对实时性要求高的用户。

报文交换适用于传输的报文短、实时性要求低的网络用户之间的通信，如公用电报网。

⏹分组交换

分组交换实质是在“存储——转发”基础上发展起来的。

它兼有电路交换和报文交换的优点。

要点：

将报文划分成若干个大小有限的短数据块，在每个数据块前面加上一些控制信息（即首部），形成一个个分组；各分组在交换网内采用“存储转发”机制将数据从源端发送到目的端；分组到达目的端后，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文再合并成原始报文。

分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。

1.3计算机网络的类型

一、计算机网络的定义一些互相连接的、自治的计算机的集合

二、几种不同类别的网络

按覆盖范围来分，计算机网络可以分为广域网WAN、城域网MAN和局域网LAN

1.4计算机网络的性能

一、性能指标速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积和利用率

时延指数据从网络的一段传送到另一端所需要的时间

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

发送时延传输时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。

也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

发送时延

传播时延电磁波在信道中需要传播一定距离而花费的时间

传播时延

⏹处理时延交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。

⏹排队时延结点缓存队列中分组排队所经历的时延。

⏹排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

P34

习题1-10

二、非性能特征费用、质量、标准化、可扩展性和可升级性、易于管理和维护

1.5计算机体系结构

一、OSI参考模型

参考书p27的图

协议数据单元PDU

在参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元（PDU,ProtocolDataUnit）

在传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称：

传输层——数据段（Segment）

网络层——IP数据报（简称分组，或数据报或包）（Packet）

数据链路层——数据帧（Frame）

物理层——比特（Bit）

二、协议与层次划分

⏹网络协议三要素：

语法、语义和同步

⏹分层带来的好处

⏹具有五层协议的体系结构物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层

例题p341-10

第二章物理层

2.1物理层基本概念

2）信道基本概念

通信方式：

单向通信（单工通信）、双向交替通信（半双工通信）、双向同时通信（全双工通信）

最基本的带通调制方式：

调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）

3）信道的极限容量

①信噪比信号的平均功率和噪声的平均功率之比常记为S/N，单位分贝（dB），即：

信噪比（dB）=10log10（S/N）（dB）

S为信道内所传信号的平均功率；

N为信道内部的高斯噪声功率

②香农公式信道的极限信息传输速率C可表达为

C=Wlog2（1+S/N）b/s

W为信道的带宽（以Hz为单位）；

S为信道内所传信号的平均功率；

N为信道内部的高斯噪声功率。

2.4信道复用技术

频分复用FDM

原理：

整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道。

频率通道之间留有防护频带。

频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。

时分复用TDM

⏹时分复用则是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。

⏹每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）。

⏹TDM信号也称为等时（isochronous）信号。

⏹时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。

波分复用WDM

⏹波分复用WDM（WarelengthDivisionMultiplexing）就是光的频分复用

⏹在一根光纤上复用80路或更多路的光载波信号称为密集波分复用DWDM；

⏹目前一根单模光纤的数据传输速率最高可以达到20Gb/s。

码分复用CDM

⏹常用的名词是码分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）。

⏹各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。

⏹每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片（chip）。

通常m=64或128

⏹每个站被指派一个唯一的mbit码片序列。

如发送比特1，则发送自己的mbit码片序列。

如发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。

⏹每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交（orthogonal）。

令向量S表示站S的码片向量，令T表示其他任何站的码片向量。

两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积（innerproduct）都是0：

任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1。

一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是–1

例题P622-16

第三章数据链路层

数据链路层使用的信道有两种：

点对点信道广播信道

一）数据链路层的协议涉及到的三个基本问题帧、透明传输和差错检测

1）帧

①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。

②最大传送单元MTU数据链路层中帧的数据部分的长度上限

2）透明传输

⏹发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”（其十六进制编码是1B）。

⏹字节填充（bytestuffing）或字符填充（characterstuffing）——接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。

⏹如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转义字符。

当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。

3）差错检测循环冗余检验CRC

用二进制的模2运算进行2n乘M的运算，这相当于在M后面添加n个0。

得到的（k+n）位的数除以事先选定好的长度为（n+1）位的除数P，得出商是Q而余数是R，余数R比除数P少1位，即R是n位。

4）PPP协议

①字段意义

②字节填充

⏹将信息字段中出现的每一个0x7E字节转变成为2字节序列（0x7D,0x5E）。

⏹若信息字段中出现一个0x7D的字节,则将其转变成为2字节序列（0x7D,0x5D）。

⏹若信息字段中出现ASCII码的控制字符（即数值小于0x20的字符），则在该字符前面要加入一个0x7D字节，同时将该字符的编码加以改变。

③零比特填充

在发送端，只要发现有5个连续1，则立即填入一个0。

接收端对帧中的比特流进行扫描。

每当发现5个连续1时，就把这5个连续1后的一个0删除，

3.2使用广播信道的数据链路层

1）以太网的两个标准IEEE的802.3标准、DIXEthernetV2标准

2）适配器（网卡）的作用适配器的重要功能：

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

3.4使用广播信道的以太网

1）星型以太网10BASE-T10-10Mb/s的数据率BASE-连接线上的是基带信号T-双绞线

2）以太网的MAC层

①硬件地址MAC地址48位OUI组织唯一标识符前24，即6个字节：

由现在的IEEE的注册管理机构RA负责分配EI扩展标识符后6个字节24位由厂家自行指派

IEEE规定地址字段的首字节最低位为L/G比特，最低第2位为G/L字段。

L/G＝0表示一个单站的地址

L/G＝1表示一个组地址

G/L＝0表示局部管理

G/L＝1表示全局管理

适配器从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查MAC帧中的MAC地址.

如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。

否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理

3）载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD协议

工作原理归结：

先听后发、边听边发、冲突停止、延迟重发。

工作过程：

3）MAC帧的格式

3．5扩展的以太网

1）在物理层扩展以太网中继器和集线器

2）在数据链路层扩展以太网网桥（透明网桥、源路由网桥）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）

以太网交换机多接口网桥VLAN虚拟局域网逻辑上对局域网进行划分分组

3.6高速以太网100BASE-T快速以太网吉比特以太网1000BASE-X（1000BASE-SX短波，直径62.5um或50um；1000BASE-LX长波1000BASE-CX铜线）、1000BASE-T4对UTP5类线，传送距离100m10吉比特以太网

例题P1053-07P1063-20

第四章网络层互连设备路由器第三层交换机

4.2分类的IP地址

1）IP地址及其表示方式、特点

每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号host-id，它标志该主机（或路由器）。

两级的IP地址可以记为：

IP地址：

：

={<网络号>，<主机号>}

A、B、C、D和E四类其中A、B、C类地址是单播地址（一对一）

IP地址的指派范围、特殊IP、特点

A类网络号1—126

B类网络号128.1——191.255

C类网络号192.0.1——223.255.255

2）ARPRARP

TP地址——→ARP——→物理地址

物理地址——→RARP——→IP地址

3）IP数据报格式

首部长度（固定长度20字节和最大长度4位24×4字节（32位）=60字节）总长度16位≈64k

标识、标志、片偏移（每个分片的长度一定是8字节的整数倍）、TTL、协议、首部校验和、源地址、目的地址32位

P1774-22

4.3划分子网和构造超网

1、划分子网

从1985年起在IP地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的IP地址变成为三级的IP地址。

从主机号借用若干个位作为子网号subnet-id，而主机号host-id也就相应减少了若干个位。

⏹凡是从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网络号net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。

⏹然后此路由器在收到IP数据报后，再按目的网络号net-id和子网号subnet-id找到目的子网。

⏹最后就将IP数据报直接交付目的主机。

2、子网掩码

好处：

不管网络有没有划分子网，只要把子网掩码和IP地址进行逐位的”与”运算，就立即得出网络地址来。

1分类网络A类255.0.0.0

B类255.255.0.0

C类255.255.255.0

2子网掩码中1的位置对应于IP地址中的网络号字段（网络号，子网号），主机号对应0

3、无分类编址CIDR

CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，CIDR使用各种长度的“网络前缀”（network-prefix）来代替分类地址中的网络号和子网号。

无分类的两级编址的记法是：

CIDR还使用“斜线记法”（slashnotation），它又称为CIDR记法，即在IP地址面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中1的个数）斜线后面的数字就是地址掩码中1的个数。

对于/20地址块，它的掩码是20个连续的1。

斜线记法中的数字就是掩码中1的个数。

128.14.35.7/20==10000000000011100010001100000111

子网掩码11111111111111111111000000000000255.255.224

CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成“CIDR地址块”。

一个CIDR地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，它使得路由表中的一个项目可以表示很多个（例如上千个）原来传统分类地址的路由。

路由聚合也称为构成超网

P1784-37

4.5路由选择协议

2、因特网有两大类路由选择协议

⏹内部网关协议IGP（InteriorGatewayProtocol）即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。

目前这类路由选择协议使用得最多，如RIP、OSPF和EIGP协议。

RIP基于距离向量的路由选择协议RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器

OSPF开放最短路径优先协议是分布式的链路状态协议，采用的最短路径优先算法（SPF）

第五章运输层

5.1运输层协议

TCP/IP的运输层有两个不同的协议：

（1）面向无连接的用户数据报协议UDP（UserDatagramProtocol）

（2）面向连接的传输控制协议TCP（TransmissionControlProtocol）

运输层的端口号的分类：

1）熟知端口0～1023FTP21DNS53P184

2）登记端口1024～49151

3）客户端使用的端口49152～65535

5.2UDP

5.3TCP

1、停止等待协议

2、连续的ARQ协议

3、TCP报文段的首

源端口目的端口

当运输层收到IP层交上来的运输层报文时，就能够根据其首部中的目的端口号把数据交付给应用层的目的应用进程

MSS最大报文段长度是每一个TCP报文段中的数据字段的最大长度，MSS应尽可能设置得大些，只要在网络层传输时不需要分片就行。

在TCP连接建立过程中，通信双方互相通知对方自己能够支持的MSS。

5.6可靠传输的实现

1、以字节为单位的滑动窗口

2、超时重传时间的选择3、选择确认SACK

第六章应用层

6.1DNS

2、域名服务器

1根据域名服务器所起的作用，可以把域名服务器划分为四类：

2根域名服务器顶级域名服务器权限域名服务器本地域名服务器

3域名解析过程递归查询、迭代查询

6.2文件传送协议FTP基于TCP

1、基本工作原理

⏹当客户进程向服务器进程发出建立连接请求时，要寻找连接服务器进程的熟知端口（21），同时还要告诉服务器进程自己的另一个端口号码，用于建立数据传送连接。

⏹接着，服务器进程用自己传送数据的熟知端口（20）与客户进程所提供的端口号码建立数据传送连接。

⏹由于FTP使用了两个不同的端口号，所以数据连接与控制连接不会发生混乱。

2、TFTP基于UDP

3、TELNET远程终端协议

6.4万维网

1、URL统一资源定位符

URL的一般形式是：

2、HTTP超文本传送协议

从层次的角度看，HTTP是面向事务的（transaction-oriented）应用层协议，它是万维网上能够可靠地交换文件（包括文本、声音、图像等各种多媒体文件）的重要基础。

1操作过程

2代理服务器

3代理服务器（proxyserver）又称为万维网高速缓存（Webcache），它代表浏览器发出HTTP请求。

4报文结构

HTTP有两类报文：

⏹请求报文——从客户向服务器发送请求报文。

⏹响应报文——从服务器到客户的回答。

⏹由于HTTP是面向正文的（text-oriented），因此在报文中的每一个字段都是一些ASCII码串，因而每个字段的长度都是不确定的。

1）请求报文

2）响应报文

响应报文的开始行是状态行。

状态行包括三项内容，即HTTP的版本，状态码，以及解释状态码的简单短语。

状态码P244

状态码都是三位数字

⏹1xx表示通知信息的，如请求收到了或正在进行处理。

⏹2xx表示成功，如接受或知道了。

⏹3xx表示重定向，表示要完成请求还必须采取进一步的行动。

⏹4xx表示客户的差错，如请求中有错误的语法或不能完成。

⏹5xx表示服务器的差错，如服务器失效无法完成请求。

3、HTML超文本标记语言

静态文档动态文档和活动文档