计算机网络 复习.docx

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计算机网络复习

第二章

1、物理层的主要功能:

通过制定物理设备和传输介质之间的接口技术规范，实现物理设备之间的比特流的透明传输；提供数据通路；传输数据；一些管理工作；

2、DTE（DataTerminalEquipment）是数据终端设备，是具有一定的数据处理能力和发送、接收数据能力的设备。

典型的DTE就是一台计算机。

3、DCE（DataCircuit-terminatingEquipment）是数据电路端接设备，它在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。

典型的DCE就是调制解调器。

4、物理层要考虑的问题

定义物理设备和传输介质之间的接口特性，以及传输介质的类型;

●数据比特的物理表示：

信号编码问题;

●数据速率：

每秒发送的比特数，决定了一个比特的持续时间;

●位同步：

收发双方的时钟同步;

●线路配置：

点到点连接或多点连接;

●物理拓扑：

物理设备之间的连接形式;

●通信方式：

单工通信、半双工通信和全双工通信;

●传输方式：

串行传输与并行传输;

5、物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：

●机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列方式、接插件的锁紧方式等；

●电气特性指明引线上传输信号的码型结构、电平高低、阻抗大小、传输速率等；

●功能特性定义接口部件的各信号线的用途（数据线、控制线、定时线等）；

●规程特性定义建立、维持、释放物理连接和传输比特流等功能事件的实现顺序；

6、各种传输媒体比较

7、物理层标准举例EIA-232-E接口标准：

EIARS-232-E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；EIA-ElectronicIndustryAssociation、RS-RecommendedStandard、232-标识号码、E-表示该推荐标准已被修改过的次数

RS-232标准提供了一个利用公用电话网络作为传输媒体，并通过调制解调器将远程设备连接起来的技术规定；

这个标准未考虑计算机系统的要求,而它又广泛应用于计算机系统,在做计算机系统连接时,采用交叉跳接信号线方法的连接电缆

8、接口特性：

1、机械特性：

由于RS-232C未定义连接器的物理特性,出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器

DB-25：

PC和XT机采用DB-25型连接器；

●异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22

●9个20mA电流环信号12，13，14，15，16，17，19,23，24

●保护地（PE）1个，作为设备接地端（1脚）

●空6个（9，10，11，18，21，25）

DB-9连接器；

使用DB-9连接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。

它只提供异步通信的9个信号;

电缆长度：

在通信速率低于20kb/s时，RS-232C所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。

2、电气特性：

a、在TxD和RxD上：

逻辑1（MARK）=-5V～-15V逻辑0（SPACE）=+5～＋15V

b、在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：

信号有效（接通，ON状态，正电压）＝+5V～+15V

信号无效（断开，OFF状态，负电压）＝-5V～-15V

c、RS-232电平高达15V,与TTL相比具有更强的抗干扰能力

d、TTL-Transistor-transistorlogic晶体管-晶体管逻辑（电路），是电流控制器件,电压范围0~5V,计算机或终端常采用TTL器件。

3、功能特性

RS-232C规标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线，常用的只有9根，它们是：

A、数据发送与接收线：

发送数据（Transmitteddata-TxD）—通过TxD终端将串行数据发送到MODEM，（DTE→DCE）。

接收数据（Receiveddata-RxD）——通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据，（DCE→DTE）。

B、地线：

有两根线SG、PG—信号地和保护地信号线，无方向

C、联络控制信号线：

※数据装置准备好（Datasetready-DSR）—有效时（ON）状态，表明MODEM处于可以使用的状态

※数据终端准备好（Dataterminalready-DTR）—有效时（ON）状态，表明数据终端可以使用

※请求发送（Requesttosend-RTS）—用来表示DTE请求DCE发送数据。

用来控制MODEM是否要进入发送状态

※允许发送（Cleartosend-CTS）—用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据，是对请求发送信号RTS的响应信号

※振铃指示（Ringing-RI）——当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效（ON状态），通知终端，已被呼叫

4、规程特性

1、链路（link）是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点；（物理链路）

一条链路只是一条通路的一个组成部分；

数据链路（datalink）除了物理线路外，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适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件；

●一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能；

2、网卡的作用：

计算机通过网卡连接到传输介质以实现网络通信；

网络接口板又称为通信适配器（adapter）或网络接口卡NIC（NetworkInterfaceCard），或“网卡”。

3、网卡的功能：

a数据的封装与解封发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。

接收时将以太网

的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。

b链路管理主要是CSMA/CD协议的实现。

c编码与译码即曼彻斯特编码与译码。

d与PC机的通信：

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。

4、常用的以太网MAC帧格式有两种标准：

DIXEthernetV2标准、IEEE的802.3标准；

5、以太网的V2MAC帧；

6、以太网的MAC帧

A、48比特的MAC地址

封装在MAC帧的首部，也称物理地址或硬件地址；唯一标识了每个DTE设备；固化在网卡中；寻址；

B、MAC地址的分配:

前三个字节由IEEE分配；后三个字节由产商自行分配；

第一个字节的两个标志位:

最低位I/G：

0/单站地址；1/组地址；次低位G/L：

0/局部管理；1/全局管理；

7、以太网的MAC帧的寻址:

A、网卡从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查MAC帧中的目的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。

B、“发往本站的帧”包括以下三种帧：

单播（unicast）帧（一对一）、广播（broadcast）帧（一对全体）

多播（multicast）帧（一对多）

8、几种无效的MAC帧：

●数据字段的长度与长度字段的值不一致；

●帧的长度不是整数个字节；

●用收到的帧检验序列FCS查出有差错；

●数据字段的长度不在46~1500字节之间：

即有效的MAC帧长度为64~1518字节之间；对于检查出的无效MAC帧就简单地丢弃。

以太网不负责重传丢弃的帧。

9、数据链路层使用的信道：

●点对点信道：

使用一对一的点对点通信方式;

●广播信道：

使用一对多的广播通信方式；广播信道上连接的主机很多，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；

10、数据链路层协议主要功能：

（1）封装成帧

（2）透明传输（3）差错控制：

链路管理、流量控制、寻址等等；

（1）封装在帧：

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。

用控制字符进行帧定界的方法举例：

一般,数据帧的首部包含同步、地址和控制等信息；尾部主要包含帧校验序列FCS；

（2）透明传输

解决透明传输问题

●发送端：

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）：

称字节填充或字符填充；

●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；

●接收端：

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；

（3）差错控制：

在传输过程中可能会产生比特差错：

1可能会变成0而0也可能变成1；还存在其他的差错情况；如帧丢失、重复等；为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施；比特差错检测方法：

循环冗余检验CRC

11、可靠传输

理想的数据传输条件：

a传输信道是理想的：

数据通过信道传输不会发生任何差错；b接收方的缓存是理想的：

发送方以多快的速度发送数据，接收方总是能够接收得下来（收发双方的速率总是匹配的）；

12、实际的传输网络都不可能是理想的：

数据可能会发生各种差错；收发双方的速率也可能会不匹配；

不可靠的传输网络要实现可靠的数据传输必须通过设计某些数据传输协议来加以保证：

A、停止等待协议：

●工作特点：

发送方发一帧，停止发送，等待对方的确认；收到确认后，再发下一帧；如此重复；如发生差错，通过重传数据帧方式实现纠错；因此需对数据帧进行编号；

●几个问题：

确认帧的内容；发送方如何知道数据发生差错，需要重传；数据帧的编号需要多少位；此协议的效率如何；

●协议分析（转网站）

●几个要点：

接收方对正确收到的数据帧要给发送方发一个确认信息；发送方设置一个超时计时器（重传时间），以实现自动重传；数据帧编号只需1个比特位，号码可重复使用；

停止等待协议效率分析

●重传时间tout=tp+tpr＋ta＋tp＋tpr：

忽略tpr和ta，则tout＝2 tp 

●两个发送成功的数据帧之间的最小时间间隔tT，tT = tf＋tout＝ tf＋2tp 

●当数据发生差错时，设差错概率为p：

那么正确传送一个数据帧所需的平均时间tAV

每秒成功发送的最大帧数就是链路的最大吞吐量lmax：

在发送端，设数据帧的实际到达率为l（即每秒到达l个帧）：

用时间tf进行归一化，得出归一化的吞吐量r：

参数a是tT的归一化时间，

停止等待协议特点：

简单、效率较低、当参数a接近于1时，r≡（1－p）达到最大、该协议只能适用于某种场合下的通信；

B、连续ARQ协议

协议工作原理；在停止等待协议基础上，发送方在未收到确认前可连续发送若干个数据帧；在发生差错时丢弃原已发送的所有后续帧，重发差错发生以后的所有帧，相当于完全返回重传

连续ARQ协议特点：

当信道差错率比较大时，效率并不高；当a≈l，r=ltf ＝（1－p）；此协议的适用场合；

C、选择重传ARQ

在连续ARQ协议的基础上改进而来：

在发生差错时，仅仅重传发生错误的帧；通过加大接收缓存来实现；

上述介绍的连续ARQ和选择重传ARQ协议中仍有个问题要解决：

若干个数据帧：

应当对已发出去但未收到确认信息的数据帧的数目给出限制；这个数目不仅仅跟数据帧的编号位数n有关；

13、滑动窗口机制的含义；

滑动窗口机制是上述这些数据传输协议使用的一种用于协调双方通信的机制；收发双方在滑动窗口机制的控制下实现流量控制和差错控制；

工作原理：

●发送方设置一个发送窗口（发送缓存区）：

发送窗口大小控制发送方在未收到确认前最多能发送的数据帧数目；每个数据帧只有在收到确认以后才能从发送窗口中清除掉，从而发送窗口可向前移动，即可发送一个新的数据帧；

●接收方设置一个接收窗口:

接收窗口决定了接收方接收数据帧的容量；接收窗口以向前移动的方式控制发送方的发送速率；

接收方控制发送方的一种工作机制:

只有接收窗口向前移动，发送窗口才能向前移动；

数据帧编号是重复使用的（缓冲区是重复使用的）:

对于连续ARQ协议，发送窗口WT<=2n-1，接收窗口WR＝1；对于选择重传ARQ协议，发送窗口WT<=2n-1，接收窗口WR<=2n-1；对于停止等待协议：

14、帧同步使用的两种方法：

字节填充和零比特填充

字符填充法：

●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。

当PPP用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充：

采用零比特填充方法来实现透明传输；

当PPP用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法：

引入转义字符0x7D；

零比特填充：

HDLC采用零比特填充法使一帧中两个F字段之间不会出现6个连续1；

●在发送端，当一串比特流数据中有5个连续1时，就立即填入一个0；

●在接收帧时，先找到F字段以确定帧的边界。

接着再对比特流进行扫描。

每当发现5个连续1时，就将其后的一个0删除，以还原成原来的比特流。

采用零比特填充法可传送任意组合的比特流：

可实现数据链路层的透明传输；

●当连续传输两个帧时，前一个帧的结束标志字段F可以兼作后一帧的起始标志字段。

●当暂时没有信息传送时，可以连续发送标志字段，使收端可以一直和发端保持同步。

例如：

F-A-C-I-FCS-（F-A-C-I-FCS）····（FFFFF····FFFF-A-C-I-FCS-F····）

全“1”为广播，全“0”为本地地址或无效地址，最高位为扩展位（“0”——继续地址字节，“1”——最后地址字节）

  扩展举例：

01000111-01011011-01110100-10001001中前三字节是继续地址字节，第四字节为最后地址字节

15、CSMA：

载波监听多点接入，在ALOHA协议的基础上提出的；

区别：

采用了附加的硬件装置，每个站都能在发送数据前监听信道上其他站是否在发送数据。

如在发送，则此站就暂不发送数据，从而减少了发生冲突的可能。

这样就提高了整个系统的吞吐量。

（发送前先监听）

监听策略：

按不同的监听策略，可形成不同的接入协议；

不同的监听策略：

●ALOHA：

不监听；

●非坚持CSMA：

发送前监听，若忙，则退避一随机时间后再监听；

●坚持CSMA：

发送前监听，若忙，则继续监听直至信道变成空闲；

1坚持CSMA：

马上发送数据，即以1的概率发；

P坚持CSMA：

以p的概率发送数据；

●此外，若采用时隙，则还要按时隙进行；

16、CSMA/CD：

带冲突检测的载波监听接入，在CSMA的基础上改进而来的；

区别：

多了个冲突检测装置，用来检测冲突（CD），当冲突发生，立即停止发送数据；

原因：

传播时延的存在，导致在发送数据后的一段时间内仍有可能发生冲突；

技术要点：

监听到信道空闲就发送数据帧，并继续监听下去。

如监听到发生了冲突，则立即放弃此数据帧的发送。

（发送前监听，空闲即发送，边发送边监听，冲突即停止）：

同时发送若干个比特人为干扰信号以加强冲突，其目的是让其他站都能尽快检测到冲突避免发送数据；

冲突检测方法：

电压幅值门限比较法、过零点位置的检测（曼彻斯特编码时）、发送的同时进行接收来比较

Ø使用CSMA/CD协议时，在每个站发送数据刚刚开始的一个很短的时间内，由于电磁波在网络上传播需要时间，因此冲突仍有可能发生。

我们将这段可能发生冲突的时间间隔称为争用期。

争用期的长短会影响到协议运行的效率；

争用期的长度：

TB＋TJ＋t

讨论时间TB的大小：

TB的最小值是t（对应于B站紧接着A站发送数据，即=t），最大值是2t（对应于B站在刚要收到A站的数据时就发送数据，即=0）。

即争用期的最小值是2t+TJ，而争用期的最大值是3t + TJ。

以太网取51.2s为争用期的长度。

帧间最小间隔为9.6s

CSMA/CD网络最大吞吐量

17、网桥也是连接两个网段的设备；网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发；具有过滤帧的功能：

当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定是否要转发；网桥还具备学习功能；

特点：

扩大了物理范围；过滤通信量；提高了可靠性；可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太网）的局域网；存储转发增加了时延：

具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大；在MAC子层并没有流量控制功能；网桥只适合于用户数不太多（不超过几百个）和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞：

所谓的广播风暴；集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测；网桥在转发帧之前必须执行CSMA/CD算法：

若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避；在这一点上网桥的接口很像一个网卡，但网桥却没有网卡；由于网桥没有网卡，因此网桥并不改变它转发的帧的源地址；

两种常见的网桥：

透明网桥、源站选路网桥

18、交换式集线器常称为以太网交换机（switch）或第二层交换机；以太网交换机工作在数据链路层，通常都有十几个端口，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥；

19、以太网交换机的特点

●以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式；

●交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据；

●以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高；

20、交换机工作基本原理

●其拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵；

●所有端口都挂接在这条背部总线上；

●控制电路收到数据包以后，进行查表，确定目的端口：

若查不到，则通过广播；之后学习，保存MAC地址到表中；

●将数据包通过内部交换矩阵传送到目的端口；

21、虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组；这些网段具有某些共同的需求（从用户的需要出发）；虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网；虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个4字节的标识符，称为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。

划分VLAN的方式：

根据端口进行划分；根据MAC地址进行划分；根据网络层的信息，如协议IP、IPX、IP子网进行划分；

22、集线器工作在物理层；集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作

第四章

1、虚拟互连网络的概念：

互连设备：

路由器、互连协议：

IP协议（IP网）

2、通信子网的交换方式：

分组交换：

一种无连接服务，

通信子网所提供的服务类型：

不可靠的服务：

数据报服务：

基于分组交换网；

可靠的服务：

虚电路：

基于分组交换的，区别于电路交换；

TCP/IP体系结构中，通信子网考虑采用数据报服务；OSI则考虑采用可靠的服务类型虚电路，具体如X.25；

3、虚电路通信的三个阶段

●建立虚电路：

主叫发起一个虚呼叫：

发送一个呼叫分组，确定一条虚电路；被叫响应；

●数据通信：

所有的数据分组都走同一条虚电路；分组首部只需给出虚电路的入口和出口信息；

●撤销虚电路：

通信完毕，需将虚电路释放掉；（交换虚电路）

永久虚电路：

预先建立好的的虚电路，通信前不用建立虚电路和通信结束后也无需撤销；

4、虚电路与数据报两者在转发分组过程的区别：

数据报服务，每个分组独立选择路由，虚电路服务，所有的分组经过数字管道传输

5、路由器的功能；A、用于连接不同的网络；B、转发分组：

直接交付：

路由器转发给主机；间接交付：

路由器转发给下一跳路由器；C、路由选择；

6、IP地址；

给每一个连接在Internet上的主机分配一个在全世界范围内唯一的32bit地址；

网络层上通信所使用的地址，称为逻辑地址；

一个32比特IP地址由两部分构成：

网络号net-id和主机号host-id;

✓net-id：

表明主机所属于的网络；

✓host-id：

表明主机在该网络的编号（地址或名称）；

网络层基于IP地址通信的寻址原则：

根据网络号找到网络，再根据主机号找到主机；

7、IP地址的分类

8、IP数据报的转发

●分组转发只根据目的IP地址的网络号部分，只在最后直接交付使用主机号；

●先存储，再查表，最后转发；

从接收端口进入：

从物理层到网络层；

查找路由表，获得下一跳地址；

转发时从正确的端口出去：

从网络层到物理层；

✓IP数据报封装成MAC帧，要进行IP地址到物理地址的转换（由ARP完成）；

✓路由器的路由表：

由运行在路由器上的路由选择协议得出；

9、IP地址的申请：

向IAB申请，获得一个或多个网络号；主机号部分由单位自行分配；

10、ARP：

A、分组最终还是要通过物理网络得以转发直至目的主机：

在网络层上使用的是IP地址；在物理网络的链路层使用的是物理地址；在分组从网络层下到链路层时要解决地址的转换问题；

B、地址解析协议ARP：

完成IP地址到物理地址的映射；

11、ARP的工作机制

●在需要的时候自动运行地址转换

以广播方式发送一个ARP请求分组，含有目的主机的IP地址；

目的主机以单播方式向源主机发送响应分组，给出自己的硬件地址；

源主机收到响应分组，记录地址信息；

●实际运行中，每个主机均设有高速缓存

存放本局域网中的各个主机（路由器）的IP地址和物理地址的映射关系，并动态更新；

先查看缓存，如没有，再运行上述广播请求过程；

12、ARP的特点：

地址解析过程是自动运行的；

●ARP只能解决属于同一个局域网上的主机的地址映射问题；

当欲通信的目的主机与源主机不属于同一个网段时，实际上只能先通过本地路由器转发；

13、子网划分

●IP地址从原来的两级变成三级；

增加子网号：

从原来的主机号根据需要拿出若干位用作子网号；

为识别新增的子网号，定义一个32比特的子网掩码；

✓网络号＋子网号全置1，主机号全置0；

14、子网划分的意义

●子网划分是一个单位内部的事情：

可自主划分子网，灵活性好；对外仍表现为一个网络；

●子网划分后；总的主机数目减少了，2n-2，全0和全1不用；增加的子网数目为2m-2，全0和全1不用；分组转发的流程也要更改：

路由表要给出子网掩码；

15、使用子网时路由器转发分组的算法：

（1）从收到的分组的首部提取目的IP地址D。

（2）先用各网络的子网掩码和D逐位相“与”，看是否和相应的网络地址匹配。

若匹配，则将分组直接交付。

否则就