计算机网络复习提纲.docx
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计算机网络复习提纲
《计算机网络应用基础》实施方案
一、课程目标及学时分配：
1.了解计算机网络基本概念；理解计算机网络的体系结构概念；（2学时）
2.了解数据通信的基本知识；（2学时）
3.了解局域网体系结构和局域网技术基础；掌握以太网的性能、特点、组网方法；（4学时）
4.了解广域网接入技术；
5.了解无线网络技术；（四、五章合为2学时）
6.掌握常用计算机网络互连设备性能、特点；（4学时）
7.掌握Internet的基本知识和应用；熟悉网页制作技术。
（4学时）
8.了解网络安全知识。
（2学时）
二、考核范围：
1.计算机网络基础知识：
计算机网络的概念、分类和构成；OSI及TCP/IP参考模型的结构及各层的功能。
（10％）
2.数据通信基础知识：
数据信号、信道的基本概念；数据通信模型的构成；多路复用技术的分类、基本原理和应用领域；数据交换技术的分类、基本原理和性能特点。
（10％）
3.局域网技术基础：
IEEE802参考模型；局域网拓扑结构；局域网媒体访问控制技术CSMA/CD；双绞线、同轴电缆、光纤等媒介的性能特点；以太网的发展历程；以太网的分类及各种以太网的性能特点；交换型以太网、全双工以太网的基本原理和特点。
（20％）
4.广域网：
PSTN、ISDN、X.25、DDN、FRN、ATM、xDSL等计算机网络接入技术的性能特点。
5.无线网络：
无线局域网的拓扑结构、媒体访问控制方式和扩频技术，IEEE802.11等协议。
（四、五章内容合并一起笔试占5％）
6.网络互联：
中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关等网络互连设备的主要功能和特点；TCP/IP协议的概念及IP地址、子网掩码等概念。
（30％）
7.Internet：
因特网的概念、起源和提供的基本服务，以及我国的因特网现状；通过PSTN、ISDN、ADSL和局域网接入因特网的基本原理和特性；DNS服务的基本原理；WWW服务的基本原理；FTP服务的基本原理；电子邮件服务的基本原理；HTML的概念及应用。
（20％）
8.网络安全基础知识：
防火墙、身份认证访问控制、加密解密等概念；网络病毒、黑客等基本概念。
（5％）
第一章计算机网络概述
计算机网络的定义：
计算机网络是由若干地理位置分散的、具有独立功能的计算机系统利用各种通信系统互相连接起来而形成的计算机系统的集合。
计算机网络的组成：
从逻辑功能上由资源子网和通信子网组成，从物理结构上由网络硬件系统和网络软件系统组成。
通信子网：
由若干网络节点，传输链路及信号变换设备的组成，负责计算机间的数据通信，实现数据转接，并提供用户入网接口。
资源子网：
包括主计算机、终端控制器及终端，给用户提供访问网络的能力，负责全网的面向应用的数据处理工作，实现最大限度地共享全网资源。
计算机网络的硬件部分和软件部分组成
硬件
软件
网络节点
端节点：
计算机
中间节点：
交换机、集中器、复用器、路由器、中继器
通信链路：
信息传输的通道
物理：
传输介质
通信软件（网络协议软件）
网络操作系统
网络管理/安全控制软件、网络应用软件
计算机网络的功能：
1.数据通信；2.资源共享；3.远程传输；4.集中管理；5.实现分布式处理；6.负载平衡。
计算机网络的分类
按网络的拓扑结构进行分类
常见的拓扑结构有星型、总线型、环型、树型和网状等。
1.星型网络拓扑结构
在星型拓扑构型中，节点通过点到点通信线路与中心节点连接。
中心节点控制全网的通信，任何两节点之间的通信都要通过中心节点，如图1-1所示。
星型拓扑构型结构简单，易于实现，便于管理，但是网络的中心节点是全网可靠性的瓶颈，中心节点的故障可能造成全网瘫痪。
图1-1星型拓扑结构
2.总线型网络拓扑结构
所有节点共用一条通信线路，所有数据发往同一条线路，并能够由附接在线路上的所有节点感知，如图1-2所示。
总线型拓扑结构多个节点共用一条传输线路，信道利用率较高，并且某个节点的故障不影响整个网络的工作，但是这种拓扑结构在同一时刻只能由两个节点进行通信，而且网络的延伸距离有限，节点数有限。
图1-2总线型拓扑结构
3.环型网络拓扑结构
在环型拓扑构型中，节点通过点到点通信线路连接成闭合环路。
环中数据沿一个方向逐站传送，如图1-3所示。
环型拓扑结构简单，传输延时确定，但是环中每个节点与连接节点之间的通信线路都会成为网络可靠性的瓶颈。
环中任何一个节点出现线路故障，都可能造成网络瘫痪。
为保证环的正常工作，需要较复杂的环维护处理。
环节点的加入和撤出过程都比较复杂。
图1-3环型拓扑结构
4.树型网络拓扑结构
树型拓扑构型可以看成是星型拓扑的扩展。
在树型拓扑构型中，节点按层次进行连接，信息交换主要在上、下节点之间进行，相邻及同层节点之间一般不进行数据交换或数据交换量小，如图1-4所示。
树型拓扑可以看成是星型拓扑的—种扩展。
树型拓扑网络适用于汇集信息的应用要求。
图1-4树型拓扑结构
5.网状网络拓扑结构
网状拓扑结构又称做无规则型结构。
在网状拓扑结构中，节点之间的连接是任意的，没有规律，如图1-5所示。
网状拓扑的主要优点是系统可靠性高，但是结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法。
目前，大多数的广域网都是采用网状拓扑结构的。
图1-5网状拓扑结构
按网络的传输技术进行分类：
（1）广播式网络
（2）点到点式网络
按网络的管理性质进行分类：
根据对网络组建和管理的部门和单位不同，常将计算机网络分为公用网和专用网。
按网络的交换方式进行分类：
根据数据在交换机中的处理方式，可以分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。
计算机网络的特点：
（1）资源共享；
（2）连网的计算机分布在不同的地理位置；（3）连网的计算机是具有自己独立功能的自制系统；（4）连网的计算机之间互相通信时所使用的通信手段，形式可以各不相同，既可以是普通电话网、专用数据通信网，也可以是卫星或移动通信网等；（5）连网的计算机必须遵循全网统一的网络协议
计算机网络的发展阶段：
面向终端的计算机网络阶段、网络标准化时代、局域网络时代、Internet的应用与高速网络技术的发展。
计算机网络的应用：
1.办公自动化OA；2.电子数据交换EDI；3.远程交换；4.远程教育；5.电子银行；6.电子公告板系统BBS；7.证券及期货交易；8.广播分组交换。
OSI参考模型示意图。
下面按照从低往高的顺序，依次介绍OSI参考模型的各层协议。
1.物理层（PhysicalLayer）：
物理层位于OSI参考模型的最低层，它是直接面向原始比特流的传输。
主要功能：
①为数据端设备提供传送数据的通路②传输数据③完成物理层的一些管理工作。
图1-6OSI参考模型示意图
2.数据链路层（DataLinkLayer）：
数据链路可以粗略地理解为数据通道。
物理层要为终端设备间的数据通信提供传输媒体及其连接。
媒体是长期的，连接是有生存期的。
在连接生存期内，收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信。
每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络两过程。
这种建立起来的数据收发关系就叫做数据链路。
而在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错，为了弥补物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。
数据链路的建立、拆除，对数据的检错、纠错是数据链路层的基本任务。
链路层是为网络层提供数据传送服务的，这种服务要依靠本层具备的功能来实现。
主要功能：
（1）链路连接的建立、拆除和分离；
（2）帧定界和帧同步；（3）顺序控制，指对帧的收发顺序的控制；（4）差错检测和恢复；还有链路标识、流量控制等等。
3.网络层（NetworkLayer）：
网络中的两台计算机进行通信时，中间可能要经过许多中间结点，甚至不同的通信子网。
网络层的任务就是在通信子网中选择一条合适的路径，使发送端传输层所传下来的数据能够通过所选择的路径到达目的端。
主要功能：
（1）路由选择和中继。
（2）激活，终止网络连接。
（3）在一条数据链路上复用多条网络连接，多采取分时复用技术。
（4）差错检测与恢复。
（5）排序，流量控制。
（6）服务选择。
（7）网络管理。
4.传输层（TransportLayer）：
传输层是OSI参考模型中惟一负责端到端结点间数据传输和控制功能的层。
5.会话层（SessionLayer）会话层的主要功能是在两个结点间建立、维护和释放面向用户的连接，并对会话进行管理和控制，保证会话数据可靠传输。
6.表示层（PresentationLayer）表示层完成某些特定的功能，对这些功能，人们常常希望找到普遍的解决办法，而不必由每个用户自己来实现。
表示层的作用之一是为异种机通信提供一种公共语言，以便能进行互操作。
7.应用层（ApplicationLayer）应用层是OSI参考模型中最靠近用户的一层，负责为用户的应用程序提供网络服务。
应用层还包含大量的应用协议，如远程登录（Telnet）、简单邮件传输协议（SMTP）、简单网络管理协议（SNMP）和超文本传输协议（HTTP）等。
TCP/IP协议由下而上分别为网络接口层、网络层、传输层、应用层。
1.网络接口层：
网络接口层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。
网络接口层是TCP/IP与各种LAN或WAN的接口。
网络接口层在发送端将上层的IP数据报封装成帧后发送到网络上；数据帧通过网络到达接收端时，该结点的网络接口层对数据帧拆封，并检查帧中包含的MAC地址。
如果该地址就是本机的MAC地址或者是广播地址，则上传到网络层，否则丢弃该帧。
当使用串行线路连接主机与网络，或连接网络与网络时，例如，主机通过Modem和电话线接入Internet，则需要在网络接口层运行SLIP或PPP协议。
SLIP（SerialLineInternetProtocol）协议提供了一种在串行通信线路上封装IP数据报的简单方法，使用户通过电话线和Modem能方便地接入TCP/IP网络。
PPP（PointtoPointProtocol）协议是一种有效的点到点通信协议，解决了SLIP存在的上述问题，即可以支持多种网络层协议（如IP、IPX等），支持动态分配的IP地址；并且PPP帧中设置了校验字段，因而PPP在网络接口层上具有差错检验能力。
2.互连层：
网际互联层对应于OSI参考模型的网络层，其主要功能是解决主机到主机的通信问题，以及建立互联网络。
网间的数据报可根据它携带的目的IP地址，通过路由器由一个网络传送到另一网络。
这一层有4个主要协议：
网际协议（IP）、地址解析协议（ARP）、反向地址解析协议（RARP）和互联网控制报文协议（ICMP）。
其中，最重要的是IP协议。
（1）IP协议
IP协议的基本功能是提供无连接的数据报传送服务和数据报路由选择服务，但不保证服务的可靠性。
IP协议提供以下功能：
①IP地址寻址②IP数据报的分段和重组③IP数据报的路由转发
（2）ARP与RARP协议
上面提到的IP地址是一种逻辑地址，而通过数据链路层传输时必须使用实际的物理地址，即MAC地址。
因此需要有一种能将IP地址转换为MAC地址的协议，ARP就是这样一种地址解析协议。
ARP的解析过程是：
在进行数据报发送时，源主机先在其ARP缓存表中查看有无目的主机的IP地址，若有，可获知相应的MAC地址；若没有，则通过广播ARP请求的方式查找目的主机的MAC地址，并将获取的信息写入源主机的ARP缓存表中。
ARP缓存表中的IP地址与MAC地址是一一对应的。
（3）RARP协议
RARP称为反向地址解析协议，用于解决物理地址到IP地址的转换问题。
（4）ICMP协议
由于IP协议提供的是一种不可靠的和无连接的数据报服务，为了对IP数据报的传送进行差错控制，对未能完成传送的数据报给出出错的原因，TCP/IP协议簇在网际互连层提供了一个用于传递控制报文的ICMP协议，即互联网控制报文协议。
常用的检查网络连通性的Ping命令，其过程实际上就是ICMP协议工作的过程。
3.传输层
传输层对应于OSI参考模型的传输层，提供端到端的数据传输服务。
该层定义了两个主要的协议：
传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
TCP协议是一个端对端、面向连接的协议。
该协议弥补了IP协议的某些不足，其中比较突出的有两个方面：
一是TCP协议能够保证在IP数据包丢失时进行重发，能够删去重复收到的IP数据包，还能保证准确地按原发送端的发送顺序重新组装数据；二是TCP协议能区别属于同一应用报文的一组IP数据包，并能鉴别应用报文的性质。
这一功能使得某些具有四层协议功能的高端路由器可以对IP数据包进行流量、优先级、安全管理、负荷分配和复用等智能控制。
UDP协议主要用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。
包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。
UDP协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的光彩已经被一些类似协议所掩盖，但是即使是在今天，UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。
4.应用层
应用层对应于OSI参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务。
例如，目前广泛采用的HTTP、FTP、TELNET等是建立在TCP协议之上的应用层协议，不同的协议对应着不同的应用。
第二章数据通信
什么是模拟信号、数字信号
模拟信号：
就是随时间连续变化的信号，这种信号的某种参量（电压、电流、相位、频率等）都可以表示成要传送的信息。
数字信号：
是指用离散状态表示的信号，这里的离散状态表示“1”或“0”的两种电平，即所谓的“二进制信号”。
单工通讯、半双工通讯、双工通讯的概念
数据传输模式是指通信信道在某一时间内信号传输的方向性。
它包括三种模式，即单工通信、半双工通信以及全双工通信。
单工通信：
.数据仅在一个方向流动；一个设备承担发送者的角色，另一个承担接收者的角色。
而且，这些角色不能颠倒。
.
半双工通信：
数据可以在两个方向传播，但在每一时刻，数据只能按一个方向流动。
.
全双工通信：
数据能够同时在两个方向发送和接收。
.一条全双工线路可以看作两条单工线路的结合，每条在一个方向上同时工作。
并行、串行传输的概念，异步、同步通信的概念
串行传输：
是指代表数据字符的比特在单个通信信道上，以每次一个比特的方式顺次地传输。
并行传输：
是数据通信的一种方式，其中代表字符的所有比特在各个单独的信道上同时传输。
通常计算机内部或同一个设备间的通信采用并行通信。
异步通信：
在异步通信中，可以在比特流内插入特殊的“开始”和“停止”比特，以表示字符的开始和结束
同步通信：
在同步通信中，比特的编码和译码是在收发双方相同的时钟下实现的
多路复用的概念，什么是FDM、TDM、WDM？
多路复用是指多路数据信号共同使用一条通信线路进行传输。
多路复用技术通常有：
频分多路复用技术（FDM）、时分多路复用技术（TDM）、波分多路复用技术（WDM）等等。
频分多路复用技术（FrequencyDivisionMultiplexing，FDM）：
该技术将可用的传输频率范围分割为若干个更窄的波段，每个作为一个单独的信道。
用户根据被分配的信道进行数据传输，但当该用户没有数据传输时，该信道保持空闲状态，别的用户也不能使用该信道。
时分多路复用技术（TimeDivisionMultiplexing，TDM）该技术使不同的信号在相同的信道上以不同的时间间隔传输。
即它把时间分成若干个时间片，使不同的信号在不同的时间片内传输。
波分多路复用技术（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）：
该技术主要用于光纤网络通信中，WDM多路复用器结合具有不同波长的光源，在单一的线路上进行传输。
到达目的地后，WDM多路分解器将它们分开，并传输到各自的目的接收者，WDM类似于频分多路复用，只不过按波段进行划分。
电路交换、报文交换、分组交换的概念。
在计算机通信网络中，从源结点到目的结点的数据通信需要经过若干个中间结点的转接，这涉及到数据交换技术。
目前数据交换技术主要采用两种类型：
电路交换和分组交换。
电路交换：
在电路交换网络中，在进行数据传输之前，必须在源节点和目的节点之间建立一条专用的物理线路。
而且，在传输期间，这条线路必须始终保持。
分组交换：
在分组交换网络中，消息被分割成更小的称为分组的信息。
分组可能包括只有几百个字节的数据以及附带的寻址信息和序列号，是网络中可以传输的最小的数据单元。
分组在任何时间以每次一个的方式被送到目的节点，而不必以特定的顺序发送。
报文交换：
报文交换和分组交换相似，只是每次交换的是一段报文，报文是一段有意义的信息。
带宽、传输速率的概念。
带宽：
是指通信媒体能够容纳一定频率范围的信号。
带宽就是媒体能够传输的最高频率和最低频率的差值。
传输速率：
是指每单位时间内传输比特位的量度标准。
典型的单位是比特每秒（bitspersecond,bps）。
第三章局域网
局域网定义、特点、拓扑结构
局域网定义：
指范围在几百米到十几公里内办公楼或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络。
局域网的关键技术：
拓扑结构（逻辑、物理）：
总线型、星形、环形、树形
介质访问方法：
CSMA/CD、Token-passing
信号传输形式：
基带、宽带
以上三种技术决定了局域网的特征
局域网的特点：
覆盖范围小房间、建筑物、园区范围.
高传输速率10Mbps～1000Mbps
低误码率10-8～10-10
双绞线、同轴电缆、光纤
为一个单位所拥有，自行建设，不对外提供服务
采用总线、星形、环形拓扑
LAN的基本组成：
大致包括如下5个部分：
（1）计算机；
（2）传输媒体；（3）网络适配器；（4）网络连接设备；（5）网络操作系统。
总线、星形、环形拓扑结构的特点见第一章
双绞线、同轴电缆、光纤等媒介的性能特点
双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP：
UnshildedTwistedPair）和屏蔽双绞线（STP：
ShieldedTwistedPair）。
我们平时一般接触比较多的就是UTP线
双绞线性能特点：
（1）允许5个网段，每网段最大长度100米；
（2）在同一信道上允许连接4个中继器或集线器；；
（3）在其中的三个网段上可以增加节点
（4）在另外两个网段上，除做中继器链路外，不能接任何节点；
上述将组建一个大型的冲突域，最大站点数1024，网络直径达2500米。
EIA/TIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序568A与568B，如图3-9所示。
图3-9双绞线的线序
标准568Ａ：
绿白—1，绿—2，橙白—3，蓝—4，蓝白—5，橙—6，棕白—7，棕—8
标准568Ｂ：
橙白—1，橙—2，绿白—3，蓝—4，蓝白—5，绿—6，棕白—7，棕—8
为了保持最佳的兼容性，普遍采用EIA/TIA568Ｂ标准来制作网线
双绞线的连接标准
（1）PC等网络设备连接HUB
直通线：
是指双绞线两端的发送端口与发送端口直接相连，接收端口与接收端口直接相连。
（两端均采用568B标准做成）
（2）集线器（交换机）与集线器（交换机）通过普通端口进行连接
交叉线：
指双绞线两端的发送端口与接收端口交叉相连。
（网线一端采用568A标准，另一端采用568B标准）
（3）两台计算机间的直接双绞线连接与
（2）连接方法一样。
采用细缆组网，除需要电缆外，还需要BNC头、Ｔ型头及终端匹配器等。
同轴电缆组网的网卡必须带有细缆连接接口（通常在网卡上标有"BNC"字样）。
下面是细缆组网的技术参数：
最大的干线段长度：
185米
最大网络干线电缆长度：
925米
每条干线段支持的最大结点数：
30
BNC、T型连接器之间的最小距离：
0.5米
粗缆连接设备包括转换器、DIX连接器及电缆、N－系列插头、N－系列匹配器。
使用粗缆组网，网卡必须有DIX接口（一般标有DIX字样）。
下面是采用粗缆组网的技术参数：
最大的干线长度：
500米
最大网络干线电缆长度：
2500米
每条干线段支持的最大结点数：
100
收发器之间的最小距离：
2.5米
收发器电缆的最大长度：
50米
局域网媒体访问控制技术CSMA/CD的原理
局域网使用广播信道（多点访问，随机访问），多个站点共享同一信道。
问题：
各站点如何访问共享信道？
如何解决同时访问造成的冲突（信道争用）？
解决以上问题的方法称为介质访问控制方法。
两类介质共享技术：
①静态分配（FDM、WDM、TDM、CDM）不适用于局域网；②动态分配（随机接入、受控接入）CSMA/CD、Token-Passing。
载波监听多路访问（CSMA）的技术，也叫做先听后说（LBT），希望传输的站首先对媒体进行监听，以确定是否有别的站在传输。
如果媒体空闲，该站可以传输，否则，该站将避让一段时间后再尝试。
需要有一种退避算法来决定退让时间。
常用的有三种算法。
㈠非坚持CSMA
（1）如果媒体是空闲的，则可以发送。
（2）如果媒体是忙的，则等待由概率分布决定的、一定量的重发延迟时间，然后重复步骤
（1）。
采用随机的重发延迟时间可以减少冲突的可能性。
其缺点是：
即使有几个站有数据要发送，媒体仍然可能处于空闲状态，媒体的利用率较低。
㈡1-坚持协议
（1）如果媒体是空闲的，则可以发送。
（2）如果媒体是忙的，则继续监听，直至检测到媒体空闲，立即发送。
（3）如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一随机量的时间，重复步骤
（1）。
这种方法的优点是：
只要媒体空闲，站点就立即发送，其缺点是：
假如有两个或两个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免。
试图又能像非坚持算法那样减少冲突而，又能像1-坚持算法那样减少媒体空闲的时间的一种折中方案便是P-坚持协议。
㈢P-坚持协议
（1）监听总线，如果媒体是空闲的，则以P的概率发送，而以（1-p）的概率延迟一个时间单位。
时间单位通常等于最大的传播延迟的2倍。
（2）如果媒体是忙的，继续监听直至媒体空闲并重复步骤
（1）。
（3）如果传输延迟了一个时间单位，则重复步骤
（1）。
问题在于如何选择P的有效值，需考虑的主要因素是想避免重负载下系统处于的不稳定状态。
假如媒体忙时，有N个站有数据等待发送，一旦当前的发送完成时，将要试图传输的站的期望数为NP。
如果选择P过大，使NP＞1，表明有多个站试图发送，冲突就不可避免。
最坏的情况是，随着冲突概率的不断增大，而使吞吐率降到0。
所以必须选择P值，使NP＜1。
当然，如果P值选得过小，则媒体利用率会大大降低。
载波监听多路访问／冲突检测（CSMA/CD）
在CSMA中，由于通道的传播延迟，当两个站点监听到总线上没有存在信号而发送帧时，仍会发生冲突。
比如主机A侦听信道，发现信道空闲，则发送帧，在传播延迟期间，主机B有帧发送，就会和主机A发送的帧冲突，由于CSMA算法没有冲突检测功能，即使冲突已发生，仍然要将已破坏的帧发送完，使总线的利用率降低。
一种CSMA的改进方案是使站点在传输时间继续监听媒体，一旦检测到冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，通知总线上各站冲突已发生，这样通道容量不致因白白传送己受损的帧而浪费，可以提高总线的利用率，这就称作载波监听多路访问/冲突检测协议，简写为CSMA/CD，这种协议已广泛应用于局域网中。
IEEE802参考模型
其体系结构只包含了两个层次：
数据链路层，物理层
数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层
物理层功能：
位流的传输；同步前序的产生与识别；信号编码和译码。
同时IEEE802定义了多种物理层，以适应不同的网络介质
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