计算机网络前三章要点.docx
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计算机网络前三章要点
第一章计算机网络概述
1、计算机网络：
计算机网络就是以资源（硬件、软件和数据）共享的方式相互连接起来，各自独立自治的计算机系统的集合体。
理解：
计算机网络把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大，功能强的系统，从而使众多的计算机可以方便的互相传递信息，共享硬件，软件，数据信息等资源。
一般而论，计算机网络有三个主要组成部分：
主机、通信子网和协议。
主机，它们为用户提供服务；通信子网，它主要由结点交换机和连接这些结点的通信链路所组成；协议，这些协议是为在主机和主机之间或主机和子网中各结点之间的通信而采用的，它是通信双方事先约定好的和必须遵守的规则。
为了便于分析，按照数据通信和数据处理的功能，一般从逻辑上将网络分为通信子网和资源子网两个部分。
2、通信子网：
指计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合。
理解：
通信子网负责计算机间的数据通信，也就是信息的传输。
包括传输信息的物理媒体、转发器、交换机等通信设备。
3、资源子网：
指网络中实现资源共享功能的设备及其软件的集合。
资源包括：
硬件、软件、数据及早期的主机和终端。
4、计算机网络拓扑结构：
拓扑结构一般是指点和线的几何排列或组成的几何图形。
计算机网络的拓扑结构是指一个网络的通信链路和结点的几何排列或物理布局图形。
链路是网络中相邻两个结点之间的物理通路，结点指计算机和有关的网络设备，甚至指一个网络。
理解：
网络拓扑就是用拓扑学的方法研究计算机之间如何连接构成网络。
计算机网络拓扑结构就是将计算机（甚至是网络）看成是一个节点，其间的联系看成链路，从而将网络问题转化为拓扑问题。
拓扑结构基本上可分成两大类，一类是有规则的拓扑，这类拓扑结构的图形一般是有规则的和对称的，又分成星型、树型、总线型、和环型拓扑；还有一类是无规则的拓扑，这种拓扑结构只有网状型，称为网状型拓扑。
5、按拓扑结构，计算机网络可分为以下五类。
1）星形网络
星形网络是由中央结点为中心与各结点连接组成的，多结点与中央结点通过点到点的方式连接。
拓扑结构如图1.1（a）所示，中央结点执行集中式控制策略，因此中央结点相当复杂，负担比其他各结点重的多。
图1.1星形和树形网络拓扑
（a）星形网络（b）树形网络
星形网络的特点是：
网络结构简单，便于管理；控制简单，建网容易；网络延迟时间较短，误码率较低；网络共享能力较差；通信线路利用率不高；中央结点负荷太重。
2）树形网络
在实际建造一个大型网络时，往往是采用多级星形网络，将多级星形网络按层次方式排列即形成树形网络，其拓扑结构如图1.1（b）所示。
我国电话网络即采用树形结构，其由五级星形网络构成。
著名的因特网（Internet）从整体上看也是采用树型结构的。
图1.9给出了某大学校园网结构示意图，其为典型的树型网络。
图1.2某大学校园网结构示意图
树形网络的主要特点是结构比较简单，成本低。
在网络中，任意两个结点之间不产生回路，每个链路都支持双向传输。
网络中结点扩充方便灵活，寻找链路路经比较方便。
但在这种网络系统中，除叶结点及其相连的链路外，任何一个结点或链路产生的故障都会影响整个网络。
3）总线形网络
由一条高速公用总线连接若干个结点所形成的网络即为总线形网络，拓扑结构如图1.3（a）所示。
图1.3总线形和环形网络拓扑
（a）总线形网络（b）环形网络
总线形网络的特点主要是结构简单灵活，便于扩充，是一种很容易建造的网络。
由于多个结点共用一条传输信道，故信道利用率高，但容易产生访问冲突；传输速率高，可达1～100Mbps；但总线形网常因一个结点出现故障（如结头接触不良等）而导致整个网络不通，因此可靠性不高。
4）环形网络
环形网中各结点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环形通信线路中，拓扑结构如图1.10（b）所示，环上任何结点均可请求发送信息。
环形网络的主要特点是信息在网络中沿固定方向流动，两个结点间仅有唯一的通路，大大简化了路径选择的控制；某个结点发生故障时，可以自动旁路，可靠性较高；由于信息是串行穿过多个结点环路接口，当结点过多时，使网络响应时间变长。
但当网络确定时，其延时固定，实时性强。
环形网也是微机局域网常用的拓扑结构之一，如企业实施信息处理系统和工厂自动系统，以及某些校园网的主干网常采用环网，如图1.3是某大学学校网的主干网，其三个校区通过路由器以环形网的形式连接起来。
图1.4某大学主干网
5）网状形网络
网状形网络如图1.12所示。
其为分组交换网示意图。
图种虚线以内部分为通信子网，每个结点上的计算机称为结点交换机。
图中虚线以外的计算机（Host）和终端设备统称为数据处理子网或资源子网。
图1.5网状形网络拓扑结构
网状形网是广域网中最常采用的一种网络形式，是典型的点到点结构。
网状形网的主要特点是，网络可靠性高，一般通信子网任意两个结点交换机之间，存在着两条或两条以上的通信路径。
这样，当一条路径发生故障时，还可以通过另一条路经把信息送到结点交换机。
另外，可扩充性好，该网络无论是增加新功能，还是要将另一台新的计算机入网，以形成更大或更新的网络时，都比较方便；网络可建成各种形状，采用多种通信信道，多种传输速率。
6、按网络作用范围分，计算机网络可分为局域网、城域网和广域网
1）局域网
局域网（LAN，LocalAreaNetwork）分布距离短，是最常见的计算机网络。
由于局域网分布范围极小，一方面容易管理与配置，另一方面容易构成简洁规整的拓扑结构，加上速度快，延迟小的特点，使之得到广泛的应用，成为了实现有限区域内信息交换与共享的有效途径。
局域网的应用如教学科研单位的内部LAN、办公自动化OA网、校园网等。
2）广域网
广域网（WAN，WideAreaNetwork）有时又称远程网，其分布距离远，网络本身不具备规则的拓扑结构。
由于速度慢，延迟大，入网站点无法参与网络管理，所以，它要包含复杂的互连设备，如交换机、路有器等，由它们负责重要的管理工作，而入网站点只管收发数据。
由上可见，广域网与局域网除在分布范围上的区别外，局域网不具有像路由器那样的专用设备，不存在路由选择问题；局域网有规则的拓扑结构，广域网则没有；局域网通常采用广播传输方式，而广域网则采用点到点传输方式。
中国公用分组交换网（CHINAPAC），中国公用数字数据网（CHINADDN），国家公用信息通信网，又名金桥网（CHINAGBN），中国教育科研计算机网（CERNET）以及覆盖全球的Internet均是广域网。
3）城域网
城域网规模局限在一座城市的范围内,10～10Okm的区域。
辐射的地理范围从几十公里至数百公里，城域网基本上是局域网的延伸,像是一个大型的局域网,通常使用与局域网相似的技术，但是在传输介质和布线结构方面牵涉范围较广。
例如，政府城市范围、大型企业、机关、公司以及社会服务部门的计算机联网需求，实现大量用户的多媒体信息。
7、“Internet”和“internet”
“Internet”是全球最大的的也就是我们通常所使用的互联网络，我们就称它为“因特网”。
在这里，“因特网”是作为专有名词出现的，因而开头字母必须大写。
“internet”则泛指由多个计算机网络相互连接而成一个大型网络。
按全国科学技术审定委员会的审定，这样的网络系统可以通称为“互联网”。
这就是说，因特网和其他类似的由计算机相互连接而成的大型网络系统，都可算是“互联网”，因特网只是互联网中最大的一个。
8、因特网的发展
因特网的前身——ARPANET
ARPANET的贡献：
1）计算机网络的概念发生了根本的变化。
提出“通信子网”概念来研究网络的结构中的通信支持；
2）研究了分组交换方法：
分组存储转发节点，完成分组的接收、校验、存储、转发等功能；
3）强调通信资源的共享；
4）采用了层次结构的网络体系结构模型与协议体系。
8、计算机网络体系结构：
网络协议是按层次结构来组织的，网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构（Architecture）。
理解：
具体而言是关于计算机网络应设置哪几层，每层应提供哪些功能的精确定义。
至于这些功能应如何实现，则不属于网络体系结构部分。
1）层次结构
人类思维能力不是无限的，如果同时面临的因素太多，就不可能做出精确的思维。
处理复杂问题的一个有效方法，就是用抽象和层次的方式去构造和分析。
同样，对于计算机网络这类复杂的大系统，亦可如此。
如图1.15所示，可将一个计算机网络抽象为若干层。
其中，第n层是由分布在不同系统中的处于第n层的子系统构成。
图1.15网络层次结构
2）网络协议
在计算机网络中，为使各计算机之间或计算机与终端之间能正确地传递信息，必须在有关信息传输顺序、信息格式和信息内容等方面的一组约定或规则，这组约定或规则即所谓的网络协议。
9、分布式系统：
是指建立在计算机网络之上的软件系统
理解：
分布式系统中，一组独立的计算机展示给用户的是一个整体，是透明的，就好像是一个系统似的，而从网络的角度，计算机络上的计算机是不要求透明的，即我们必须知道所需的资源在那里。
带宽通常指信号所占据的频带宽度；在被用来描述信道时，带宽是指能够有效通过该信道的信号的最大频带宽度。
对于模拟信号而言，带宽又称为频宽，以赫兹（Hz）为单位。
例如模拟语音电话的信号带宽为3400Hz，一个PAL-D电视频道的带宽为8MHz（含保护带宽）。
对于数字信号而言，带宽是指单位时间内链路能够通过的数据量。
例如ISDN的B信道带宽为64Kbps。
由于数字信号的传输是通过模拟信号的调制完成的，为了与模拟带宽进行区分，数字信道的带宽一般直接用波特率或符号率来描述。
在数字通信系统中，带宽有两种含义。
从技术意义上来说，它是波特率的俗称，波特率是系统传输数据符号的速度；口语中它也用来表示信道容量，信道容量是系统能够传输数据位的速度（参见ShannonLimit）。
这样，有32条独立数据线的66MHz数字总线可以恰当地说成是66MHz带宽、2.1Gbit/s的数据传输能力，但是对于总线“带宽2.1Gbit/s”这样一种说法这也不应感到奇怪。
对于模拟的调制解调器来说也有同样的问题，对它来说，每个符号携带多位的信息所以通过带宽12kHz的电话线能够传输56kbit/s的信息。
1.
2.
3.网络协议就是为了实现网络中的数据交换而建立的（标准）和（约定），是一组（规则）的集合、网络协议主要由（语法）、（语义）和（同步/时序）三个要素组成。
4.在计算机网络中，（网络层次结构）和（各层协议及接口）的集合称之为网络体系结构。
5.OSI模型分为（物理层）、（数据链路层）、（网络层）、（传输层）、（会话层）、（表示层）和（应用层）七个层次。
6.OSI分层体系中，能够实现对等的层次之间发送和接收信息的进程称为（实体）。
下层实体给上层实体提供（服务），上层实体给下层实体提供（接口）。
7.从连接的角度，服务可以分为两类：
（面向连接的）服务和（无连接的）服务
8.OSI模型分为（资源子网）和（通信子网）两个部分。
9.物理层定义了（机械特性）、（电气特性）、（功能特性）和（规程特性）四个方面的内容。
10.传输介质可分为（有线介质）和（无线介质）两大类，有线介质分为（铜缆）和（光纤）两大类，铜缆可分为（同轴电缆）和（5类缆）两大类，同轴电缆可分为（细同轴）和（粗同轴）两大类，光纤可分为（多模光纤）和（单模光纤）两大类。
11.物理层是OSI参考模型中的最底层，主要涉及（比特）在通信信道上的传输。
12.数据链路层处理的数据单位称为（帧）。
13.数据链路层的主要功能有（链路管理）、（封装成帧）、（帧同步）、（差错控制）、（流量控制）、（透明传输）、（信道共享）和（寻址）。
其中三大基本功能为（封装成帧）、（透明传输）和（差错控制）。
14.数据链路层提供三类服务（面向连接）、（有确认无连接）（无确认无连接）
15.数据链路流量控制使用较多的两种方法是（等停协议）和（滑动窗口）
16.PPP协议中使用（字节填充）来保证数据传输的透明性，其中帧标志位为（01111110或者7E），控制转移字符为（01111101或者7D）。
17.在数据链路层中定义的地址通常称为（硬件地址）或（物理地址）。
18.网络层所提供的服务可以分为两类：
（面向连接的）服务和（无连接的）服务。
在通信子网中提供这两类服务的分别是（虚电路服务）和（数据报服务）。
19.网络路由的算法有（确定型算法）和（自适应型算法），其中（自适应型算法）适用于大型网络。
20.确定型算法分为三种（泛洪法）、（有选择泛洪法）和（固定路由算法）
21.自适应型算法包括（热土豆法）、（集中式）及（分布式）
22.流量控制可分为三个层次（链路层级）、（网络层级）及（访问网络级）
23.传输层的功能包括（服务选择）、（连接管理）、（流量控制）、（拥塞控制）和（差错控制）等。
24.传输层是严格意义上的（端）到（端）协议。
二、选择题
1、OSI参考模型中的表示层的功能是：
（C）
A、用户认证B、端到端连接
C、数据格式变换D、会话的建立和断开
2、路由选择功能是在OSI参考模型的哪一层？
（C）
A、物理层B、数据链路层
C、网络层D、传输层
3、OSI参考模型中，网络层、数据链路层和物理层传输的数据单元分别是：
（C）
A、报文、数据帧、比特B、分组、报文、比特
C、分组、数据帧、比特D、报文、数据帧、分组
4、在OSI参考模型中，第N层与它之上的第N+1层的关系是：
（A）
A、第N层为第N+1层提供服务
B、第N+1层将从第N层接收的报文添加一个报头
C、第N层使用第N+1层提供的服务
D、第N层与第N+1层相互没有影响
5、OSI参考模型将整个网络的功能分成7个层次来实现，（C）
A、层与层之间的联系通过接口进行
B、层与层之间的联系通过协议进行
C、各对等层之间通过协议进行通信
D、除物理层以外，个对等层之间均存在直接的通信关系
6、协议是（A）之间进行通信的规则或约定。
A、同一结点上下层B、不同结点
C、相邻实体D、不同结点对等实体
三、多项选择
1、F协议7、K接口
2、L服务8、C应用层
3、EOSI参考模型9、J网络层
4、H传输层10、D物理层
5、G数据链路层11、B无连接服务
6、M面向连接服务12、I网络体系结构
13、___A____ISO
A、国际标准化组织，一个制定计算机网络标准的重要国际组织。
B、一种数据传输服务类型，不要求建立与释放连接，而直接进行数据的传输。
C、OSI参考模型的最高层，该曾给出了系统和用户之间的接口。
D、OSI参考模型的最底层，通过实际的传输介质传输二进制比特流形式的数据。
E、开放式系统互联模型，一个著名的采用分层体系结构的参考模型。
F、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。
G、OSI参考模型中的一层，主要负责为相邻的网络实体之间提供数据传输服务，检测物理层所出现的传输差错，并且可能进行纠错。
H、OSI参考模型中的一层，负责为用户提供可靠地端到端的服务。
I、计算机网络层次结构与各层协议的集合。
J、OSI参考模型中的一层，负责使分组以适当的路径通过通信子网，即实现路由选择功能。
K、计算机网络层次结构模型中同一结点内相邻层之间交换信息的连接点。
L、计算机网络体系结构模型中，各层向它的直接上层提供的一组操作。
M、一种数据传输服务类型，要求在传输之前建立一条连接，数据传输完毕之后释放连接。
四、名词解释
同步协议实体对等层对等层通信服务
同步：
指的是使收发两端在时序上保持一致。
协议：
通信双方在通信中必须遵守的规则。
这些为进行数据交换而建立的规则、标准或约定即称为协议，也称为网络协议。
实体：
任何接收或者发送数据的硬件单元或者软件进程模块都可以称为通信实体，简称实体。
对等实体：
分别位于不同系统对等层中的两个实体
对等层：
两个不同系统的同级层次称为对等层。
接口：
相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。
对等层通信：
在分层的网络体系结构中，每个层次只知道自己从上层接收来数据并处理后再传递给下一层，结果通信目的方该层次的对等层就收到与己方处理的一模一样的数据。
就好像在两个对等层之间有一条“通道”直接把数据传送过去一样，这种情况就称为对等层通信。
服务：
某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。
五、简答题
1、OSI参考模型的层次划分原则是什么？
并简述各层的主要功能。
原则是:
功能：
应用层：
为应用软件提供接口，使得应用程序能够使用网络服务；
表示层：
数据的编码与解码；数据的加密与解密；数据的压缩与解压；
会话层：
在不同用户、节点之间建立和维护通信通道，同步节点之间的会话，决定通信是否被中断，以及中断时从何处重新发送；
传输层：
服务点编址；分段与重组；连接控制；流量控制；差错控制；并将报文准确、可靠、顺序地从源端传输到目的端；
网络层：
将分组从源端传输到目的端；
数据链路层：
组帧；物理编址；流量控制、差错控制、接入控制；
物理层：
产生并检测电压发送和接收带有数据的电气信号
2、为什么要采用分层的方法解决计算机的通信问题？
通过分层的方法，使得计算机网络复杂的通信处理问题转化成为若干相对较小的层次内的局部问题，对其进行的研究和处理变得相对容易。
3、“各层协议之间存在着某种物理连接，因此可以进行直接的通信。
”这句话对吗？
不对。
物理连接只存在于最底层的下面。
各层协议之间只存在着称为“对等层通信”的逻辑连接。
4、请简要叙述服务与协议之间的区别。
通过协议的规定，下一层可以为上一层提供服务，但是对于上一层的服务用户来说下面的协议是透明的。
协议是存在于对等层之间的，是水平的；服务存在于直接相邻的两个层次之间，是垂直的。
5、请描述一下通信的两台主机之间通过OSI模型进行数据传输的过程。
发送数据的具体过程为：
要进行通信的源用户进程首先将要传输的数据送至应用层并由该层的协议根据协议规范进行处理，为用户数据附加上控制信息后形成应用层协议数据单元再送至表示层；表示层根据本层的协议规范对收到的应用层协议数据单元进行处理，给应用层协议数据单元附加上表示层的控制信息后形成表示层的协议数据单元再将它传送至下一层。
数据按这种方式逐层向下传送直至物理层，最后由物理层实现比特流形式的传送。
当比特流沿着传输介质经过各种传输设备后最终到达了目标系统。
此后，接收数据的具体过程为：
按照发送数据的逆过程，比特流从物理层开始逐层向上传送，在每一层都按照该层的协议规范以及数据单元的控制信息完成规定的操作，而后再将本层的控制信息剥离，并将数据部分向上一层传送，依此类推直至最终的、通信的目的用户进程。
6、请简述虚电路服务的特点。
虚电路服务要求发送分组之前必须建立连接，即虚电路。
之后所有的分组都沿着虚电路依次进行传送。
在所有分组传送完毕后要释放连接。
它可以提供顺序、可靠的分组传输，适用于长报文的通信，一般应用于稳定的专用网络。
7、请简述无连接服务的特点。
无连接服务无需事先建立连接。
各个分组携带全部信息，依据网络的实际情况，独立选择路由到达目的端。
它只提供尽最大努力的服务，因此不能保证传输的可靠性。
独立选择路由的模式也不能保证分组到达的顺序性。
但是其操作灵活且鲁棒性较强，适合于短报文传输以及对实时性和可靠性要求不高的环境。
8、“传输层是真正端到端的网络层次。
”这句话对吗？
正确。
源端主机上某个程序的进程利用传输层报文的首部字段和控制报文与目的端主机上的目标程序进程进行对话，从而实现程序（进程）之间的信息交互。
9、请画出TCP/IP模型的结构图。
10、TCP/IP模型中传输层的协议有哪些？
传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。
11、TCP/IP模型中网际层的协议有哪些？
网际协议IP、因特网控制报文协议ICMP、地址解析协议ARP、逆向地址解析协议RARP以及因特网组管理协议IGMP。
12、TCP/IP模型的应用层可以与OSI模型的哪个层次相对应？
应用层、表示层和会话层。
13、TCP/IP模型的网络接口层可以与OSI模型的哪个层次相对应？
数据链路层和物理层。
14、请简述TCP/IP模型与OSI模型的区别。
首先，TCP/IP模型的应用层囊括了OSI模型的应用层、表示层和会话层三层的功能。
实践证明将表示层和会话层单独作为独立的层次会造成网络结构复杂、功能冗余，可以将它们的功能划归其它层次实现。
TCP/IP模型在这一点上做得较好而OSI模型在此处却留下了一个败笔。
其次，TCP/IP模型只有一个未作任何定义的网络接口层，而OSI模型则完整的定义了数据链路层和网络层。
实际上这两层是完全不同的，物理层必须处理实际的物理传输媒介的各种特性，而数据链路层只关心如何从比特流中区分名为帧的数据单元以及如何将帧可靠地传输到目的端。
TCP/IP模型在这一点上工作做得不够。
除上述差异之外，两个模型的特点对比还有：
TCP/IP模型没有明显地区分服务、接口和协议的概念，而OSI模型却做了详细的工作，从而符合了软件工程实践的规范和要求；TCP/IP模型是专用的，不适合描述除TCP/IP模型之外的任何协议，而OSI模型是一个通用的标准模型框架，它可以描述任何符合该标准的协议；TCP/IP模型重点考虑了异构网络互联的问题，而OSI模型开始对这一点考虑得不多；TCP/IP模型提供了面向连接和无连接两种服务，而OSI模型开始只考虑了面向连接一种服务；TCP/IP模型提供了较强的网络管理功能，而OSI模型后来才考虑这个问题。
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