计算机网络复习.docx

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计算机网络复习

第一章概述（10~15%）

计算机网络的定义（掌握）

凡将地理位置不同的多个计算机系统，通过通信设备和线路连接起来，并配以功能完善的网络软件（如网络操作系统等），按照一定的协议实现相互通信和资源共享的系统，称为计算机网络系统。

软硬件关系相辅相成缺一不可。

计算机网络的类别

按照网络的地理覆盖范围分

广域网（WideAreaNetwork，WAN）

局域网（LocalAreaNetwork，LAN）

城域网（MetroplitanAreaNetwork，MAN）

个人区域网（PersonalAreaNetwork，PAN）

互连网（Internet）

1、广域网WAN

☐跨度大：

覆盖一个市、一个省，也可以覆盖一个国家、几个国家，甚至可以覆盖全世界。

☐代表性网络：

11个全国范围的互联网络，国家/省的公用/专用网络（如公安专网、银行专用网等）

2、局域网LAN

☐跨度较小：

通常限制在一个办公室或实验室、一个办公大楼，整个校园或企业，形成园区网（Intranet）。

☐覆盖距离一般不超过十公里。

3、城域网MAN

☐跨度介于广域网和局域网之间

☐覆盖距离一般为几十公里。

☐典型代表：

城域教育网、城域党政信息网、公用宽带城域网等。

——满足城市地区范围内的某个特定行业、集团型企业、政府的网络需求。

（如同城市的环城路，统一出口）

4、个人区域网PAN

☐将属于个人使用的电子设备用蓝牙、红外等无线技术连接起来形成的网络。

☐覆盖范围一般不超过10米

☐典型代表：

手机、笔记本电脑、PDA等。

5、互连网（Internet）

☐Internet实际上是由世界范围内众多计算机网络连接而成的网络，它并非一个具有独立形态的网络，而是由计算机网络汇合成的一个网络集合体。

按网络的拓扑结构分

1、星形结构

又称集中式网络。

以一台网络设备为中心，其它所有要连网的计算机都与该中心网络设备相连。

2、树形结构——从星形结构网络演变而来

分级的集中式网络。

每个上级网络设备都有对下级网络设备的管理和控制的能力，每个上级网络结点和它的所有下级网络结点都可以形成一个相对独立的集中式网络。

3、环形结构

⏹将所有要连网的计算机用一条或两条公用数据通道环接在一起而构成的单环或双环的网络。

⏹其网络控制一般分散到各结点。

4、总线式结构

⏹将所有要连网的计算机通过一条公用数据通信线路连接在一起而形成的网络。

——好像是计算机内部的总线结构。

5、分布式结构

⏹网络没有固定的连接形式，各结点之间可能有多条路径相通。

其路由选择是动态进行的，其信息流向是随机的。

第二章复用与交换技术（书第5章，5%）

交换的实现原理

（1）电路交换（Circuitswitching）方式

⏹根据请求为通信双方在交换机内部建立一条物理通信线路

⏹通信过程：

建立连接，传输数据，释放连接

⏹特点：

数据传输内容、格式等不受任何限制，但双方的格式和速率须相同。

不能实现数据缓冲和对数据进行必要的处理。

⏹应用：

基于交换机的计算机网CBX。

存储-转发（Storeandforward）方式

⏹先存储，等到去目的结点的线路空闲时，再转发。

⏹要求：

交换设备必须具有一定的存储空间，能够实现缓冲。

⏹特点：

可以对经过交换机的数据进行必要的处理和变换，包括：

差错检测，格式、速率的变换等。

3、交换的实现方式

根据交换的信息单位不同，可分为2种形式：

（1）报文（Message）交换

⏹特点：

交换的数据单位大，要求缓存大，延迟时间长

——较少采用

（2）报文分组（Packet）交换

⏹特点：

交换的数据单位小，需要缓存小，延迟时间短

——普遍采用

虚电路（VirtualCircuit）交换

⏹和电话通信相类似，首先对要通信的源和目的节点的两条线路在交换机的内部建立专门的连接。

——面向连接的通信方式

⏹但该连接不同于电话交换机建立的物理连接，而是基于存储转发方式的逻辑连接——虚电路。

⏹此后，两结点间的数据沿该虚电路进行有序和可靠的传输。

⏹采用虚电路传送数据，每个分组中必须包含虚电路号。

⏹虚电路使用完毕，必须及时释放，以减少资源占用（和通信费用，向用户的收费是根据连接时间来计算的）。

⏹典型应用：

客户机到ISP认证服务器之间的拨号通信。

——电信网是弱终端，无智能、无差错处理能力，因此要确保网络通信质量。

数据报（Datagram）交换

——面向无连接的通信方式

⏹不事先建立专门的连接，因此每个分组都可能随机的经过不同的路径进行数据传输。

⏹优点：

⑴分组传输控制简单灵活

⑵路由器功能简单，价格低廉

⏹缺点：

分组在传输的过程中可能错序、传丢、重复、损毁和超时——不够可靠。

⏹提高可靠性的方法：

由客户端主机通过运输层协议解决（包括差错处理、流量控制等）。

对比的方面

虚电路服务

数据报服务

思想

可靠通信由网络来保证

可靠通信由用户主机来保证

连接的建立

必须有

不需要

终点地址

仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号

每个分组都有终点的完整地址

分组的转发

属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发

每个分组独立选择路由进行转发

当结点出故障时

所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作

出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化

分组的顺序

总是按发送顺序到达终点

到达终点时不一定按发送顺序

端到端的差错处理和流量控制

可以由网络负责，也可以由用户主机负责

由用户主机负责

第三章数据编码与传输（书第2章，5%）

⏹曼彻斯特编码

在每一数据位的中间产生一次信号跳变

低-高：

1，高-低：

0

——同时表示数据的发送时钟，用于实现同步。

——自同步编码，无需用另外一条信道去发送同步信号。

⏹差分曼彻斯特编码

——改进的曼彻斯特编码

位中心的跳变只表示时钟，每位开始有无跳变表示数据。

有跳变：

0，无跳变：

1

⏹调制器：

将基带脉冲信号转换成连续载波信号的设备。

⏹解调器：

将连续载波信号转换成基带脉冲信号的设备

⏹调制解调器：

同时具备调制与解调功能，实现两个相反方向转换的设备

——信号的调制就是利用基带信号对载波波形的某些参数进行控制，使这些参数随基带脉冲信号的变化而变化。

⏹调幅（AM）：

载波的振幅随基带数字信号的变化而变化。

⏹调频（FM）：

载波的频率随基带数字信号的变化而变化。

⏹调相（PM）：

载波的初始相位随基带数字信号的变化而变化。

⏹脉冲编码调制（PCM）方法

三个步骤：

①采样：

采样频率越高，恢复原始信号的精度越高。

若采样频率为信号频率的2倍，就可以准确再现原始信号

量化：

将信号分为若干量化级，8、16、32或更多。

将采样样本值与量化级值进行比较，确定所属的量化级。

经过量化处理后的样本值成为离散的量级值，已不是连续值

③编码：

用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。

——如果有K个量化级，则所需的二进制位数为log2K。

⏹PCM典型应用：

将语音分为128个量化级，采用7位二进制编码表示。

采样速率为8000样本／秒，数据传输速率可达：

7×8000bit/s＝56kbps

第四章差错与流量控制（书第3、4章，10%）

循环冗余校验码CRC（CyclicRedundantCode）

⏹利用循环码的特点进行校验。

在具有循环码性质的码字集中，任一个码字的循环移位后得到的码字仍然是该码字集中的码字。

⏹校验方式：

以二进制信息的多项式表示为基础。

——对于一组二进制信息位来说，可以用对应的系数为0或1的一个多项式来表示。

⏹表示举例：

10110101可以表示为：

x7+x5+x4+x2+1。

一般性的，对于n个信息位的一组代码：

P（x）=an-1xn+an-2xn-1+‥‥‥+a2x2+a1x+a0

⏹基本思想：

给信息报文加上一些校验位，构成一个特定的待传报文，使它所对应的多项式能被一个事先指定的多项式除尽，这个被指定的多项式就叫做生成多项式G（x）。

G（x）由发送方和接收方共同约定。

接收方收到报文后，就用G（x）来检查收到的报文可否被除尽。

可以除尽就表示传输无误。

否则就说明收到的报文不正确。

⏹编码过程：

设M（x）为信息报文对应的多项式，G（x）为生成多项式，T（x）表示附加了校验位以后的实际传输报文的多项式。

由前可知：

T（x）应该被G（x）除尽

——关键是如何得到T（x）！

⏹实现方法：

T（x）=xr·M（x）-[xr·M（x）]模G（x）

求T（x）的步骤如下：

⑴构成多项式：

xr·M（x）

——在信息报文低端附加r个0，使它包含m+r位。

其中，m是信息位的位数；

r是G（x）的最高次幂数，并决定校验位的位数。

设信息码元m=101101101001，

对应的多项式：

M（x）=x11+x9+x8+x6+x5+x3+1，

假定生成多项式：

G（x）=x4+x2+1。

此时，m=12，r=4。

xr·M（x）=x4·（x11+x9+x8+x6+x5+x3+1）=x15+x13+x12+x10+x9+x7+x4

——对应的信息码元为：

1011011010010000

⑵求G（x）去除xr·M（x）的余式R（x）：

⏹R（x）=[xr·M（x）]模G（x）=（x15+x13+x12+x10+x9+x7+x4）模（x4+x2+1），余式为1。

——等价于1011011010010000/10101，余数为0001

⑶构成一个能被G（x）除尽的T（x）

从xr·M（x）中减去R（x）一定能被G（x）除尽。

T（x）=xr·M（x）－R（x），因为是模2运算，因此等价于：

T（x）=xr·M（x）＋R（x）

本例：

T（x）=x4·（x11+x9+x8+x6+x5+x3+1）+1=x15+x13+x12+x10+x9+x7+x4+1

——对应的信息位为：

1011011010010001。

⏹检错过程：

假定接收端收到的报文为T’（x），如果T’（x）/G（x）无余式，则可认为传输无差错，否则可认为有错。

⏹特点：

①检错可以用简单的硬件电路快速实现。

②校验能力与G（x）的构成密切相关：

G（x）的最高幂次决定了校验位的位数，也决定了检错能力。

——G（x）的校验次数越高，检错能力就越强。

G（x）一般由国际标准化组织或有影响的厂商给出，典型为16位、32位和64位。

⏹CRC检错能力：

可以检测出所有的单比特、双比特及奇数个错误，还可以检测出任意长度小于或等于r的突发性错误，而当突发长度b>r时，检测不出的突发错误占同样长的突发错误总数的百分比（概率）为2-（r-1）。

差错控制方式

1、反馈重传（AutomaticRepeatRequest，ARQ）纠错方式（考）

发送端通过主信道发送能够检测错误的码，接收端根据该码的编码原则，判别传输过程中是否出现了差错，然后通过反馈信道把判别信号告诉发送端，发送端根据这些判别信号决定是继续发送后续数据还是把接收端认为有错的数据重新编码发送。

⏹在ARQ方式中，还有两种不同的实现方式：

（1）停止等待（Stopandwait）方式：

发送端在发送完一组数据后，等待接收端通过反馈信道送回的判别信号，然后据此决定是继续发送下一组信息（无错时），还是重发刚刚发过的一组数据（有错时），直到接收端认为正确接收为止，然后再继续发送后续数据。

——既可采用全双工通信方式也可采用半双工通信方式。

（2）连续发送（Continuous）方式：

——为提高效率，允许发送方连续发送多帧

发送端在发完一组数据后，并不等待接收端送回的判决信号，而是立刻发送下一组数据，发送端在不断发送的同时，也在不断地接收检查送回的判决信号，不断的重发数据。

但每次送回一个否定判决信号NAK时，也必须告诉发送端哪一组信息有错。

为此，应将每组数据都进行编号，以使发送端在收到NAK之后，可以从有错的那一组信息开始重发或只重发那一组数据。

——一般要求全双工制式及相应线路的支持。

前向纠错（ForwarderrorCorrecting，FEC）方式

⏹工作过程：

发送端发送不仅能够检错的码，而且是能够纠错的码，接收端在收到这些码以后，通过译码器译码不仅能够发现传输过程中出现的差错，而且还能够自动纠正传输差错。

⏹优点：

不需反馈信道，宜于进行多播。

⏹缺点：

译码过程和译码设备复杂，编码效率低。

3、混合纠错（HybridErrorCorrecting，HEC）方式

——上述两种方式的综合。

发送端发送的编码不仅具有检错能力，而且还具有一定的纠错能力。

接收端在接收到发送端发送过来的数据后，首先检查错误情况。

如果错误较少，没有超出编码的纠错能力，则采用前向纠错方式进行纠错；如果错误较多，超出了编码的纠错能力（但能检测出来），则接收端采用反馈重传（ARQ）方式。

如果没有检测出错误，则直接传输后续信息。

4种流控方式（滑动窗口法、停止等待ARQ、GO-BACK-NARQ、选择重传ARQ）。

滑动窗口法

第六章局域网（10%）

局域网的介质访问技术

---CSMA/CD介质访问方法

1、CSMA/CD的含义：

具有碰撞检测功能的载波监听多路存取方法。

2、适用范围：

以广播方式发送的总线结构（星型结构）网络

3、设计思想：

以竞争方式争用公共传输介质。

4、实现方法：

每个欲发送数据的结点，在传输数据之前，首先测试（监听）

公共传输介质，看有无数据在“介质”上传送。

如果有数

据在其上传输，那么就一直等待“介质”出现空闲，或者

随机延迟一段时间后再行测试“介质”。

重复此过程，直

到出现空闲。

如果没有数据在“介质”上传输或经等待后

出现空闲，则立即占用“介质”传输数据。

5、存在的问题：

两个以上欲发送数据的结点，发现“公共介质”空闲，同

时占用“公共介质”传输数据——发生碰撞，导致数据被

破坏。

6、进一步解决方法：

每个结点发送数据后，检测可能发生的碰撞，一旦检测到

碰撞，则立刻取消本次数据传输，并发送碰撞信号通知对

方。

然后采用某种“退避算法”退避一定时间后再行侦听

公共传输介质，以确定下次发送时机。

通过集线器连接的双绞线以太网

1、集线器的特点：

共享设备，工作于物理层。

2、组网形式：

3、组网技术规范：

1）一段3类或5类双绞线的最大长度为100m。

2）双绞线与集线器和网卡之间通过标准的RJ45口相连。

3）可以通过集线器级联的方法扩大可连接的设备、数量、

集线器提供专门的级联口，最多可实现3级级联。

4、应用举例

1、虚拟局域网的概念：

只是给用户提供的一种服务，而不是一种新型局域网。

由一些特定的局域网结点构成的与物理位置无关的逻辑组。

2、虚拟局域网的帧格式

在以太网的帧格式中插入一个4字节的VLAN标记（tag），

用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。

Priority：

3bit，优先权字段，用于实现QoS；

CFI：

1bit，用于说明是什么类型的网络；

VID：

12bit，VLANID（VLAN标识符，标签）；

第九章互联网接入技术（5%）

RADIUS认证过程：

1,用户输入名，密码到客户端，AAA接收用户连接请求，认证，配置信息，ADSL频分复用。

第十章网际协议（15%）

ICMP协议的典型作用网际控制报文协议作用：

为了提高ip数据报交付成功的机会，icmp允许主机or路由器报告差错提供异常。

IPv6协议的特点32位变128位，扩展地址层次，首部格式灵活，选项改进，协议扩充，即插即用，资源预分配。

http即超文本传送协议

超文本传输协议（HTTP-Hypertexttransferprotocol）是一种详细规定了浏览器和万维网服务器之间互相通信的规则，通过因特网传送万维网文档的数据传送协议。

实现NAT的设备：

——路由器

NAT设备的地址要求：

？

至少有一个有效的外部全球地址IPG。

网络地址转换的过程：

⑴内部主机X用本地地址IPx和因特网上主机Y通信所发送

的数据报必须经过NAT设备。

⑵所有使用本地地址的主机在和外界通信时都要在NAT设备

上将其本地地址转换成IPG才能和因特网连接。

⑶NAT设备将数据报的源地址IPX转换成全球地址IPG，但

目的地址IPY保持不变，然后发送到因特网。

⑷NAT设备收到主机Y发回的数据报时，知道数据报中的源

地址是IPY而目的地址是IPG。

⑸根据NAT转换表，NAT设备将目的地址IPG转换为IPX，

转发给最终的内部主机X。

基本思路：

在IP地址中再增加一个“子网号字段”，将两级IP地址

变成三级IP地址。

解决方法：

从主机号借用若干位作为子网号subnet-id。

IP地址:

:

={<网络号>,<子网号>,<主机号>}

——将IP地址的主机号host-id进行再划分，而不改变IP

地址原来的网络号net-id。

IP数据报路由转发过程：

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。

最后将IP数据报直接交付目的主机。

划分子网

基本思路：

在IP地址中再增加一个“子网号字段”，将两级IP地址

变成三级IP地址。

解决方法：

从主机号借用若干位作为子网号subnet-id。

IP地址:

:

={<网络号>,<子网号>,<主机号>}

——将IP地址的主机号host-id进行再划分，而不改变IP

地址原来的网络号net-id。

IP数据报路由转发过程：

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。

最后将IP数据报直接交付目的主机。

二级结构的IP地址：

网络地址直接根据类别长度获取

三级结构的IP地址：

网络地址需借助于子网掩码获取；

地址转换协议ARP和反向地址转换协议RARP地址转换的基本思想：

在每个设备中设置一个高速缓存区，存放IP地址到硬件地址的映射表，并不断更新。

应用层

文件传输，电子邮件，文件服务，虚拟终端

TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet等等

表示层

翻译、加密、压缩

没有协议

会话层

对话控制、建立同步点（续传）

没有协议

传输层

端口寻址、分段重组、流量、差错控制

TCP，UDP

网络层

逻辑寻址、路由选择

IP，ICMP，OSPF，EIGRP，IGMP,ARPRARP

数据链路层

成帧、物理寻址、流量，差错，接入控制

SLIP，CSLIP，PPP，MTU，ARQ

物理层

设置网络拓扑结构、比特传输、位同步

ISO2110，IEEE802，IEEE802.2

Ps；动态主机配置协议（DynamicHostConfigurationProtocol,DHCP）是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作，主要有两个用途：

给内部网络或网络服务供应商自动分配IP地址，给用户或者内部网络管理员作为对所有计算机作中央管理的手段。