计算机网络基础知识点.docx

资源描述

计算机网络基础知识点.docx

《计算机网络基础知识点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络基础知识点.docx（42页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

计算机网络基础知识点.docx

计算机网络基础知识点

计算机网络复习提纲

1.计算机网络体系结构5

1.1.计算机网络概述5

1.1.1.计算机网络的概念、组成与功能5

1.1.2.计算机网络的分类5

1.1.3.计算机网络的标准化工作及相关组织5

1.2.计算机网络体系结构与参考模型5

1.2.1.计算机网络分层结构5

1.2.2.计算机网络协议、接口、服务等概念6

1.2.3.ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型6

2.物理层7

2.1.通信基础7

2.1.1.信道、信号、宽带、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念7

2.1.2.奈奎斯特定理与香农定理7

2.1.3.编码与调制7

2.1.4.电路交换、报文交换与分组交换8

2.1.5.数据报与虚电路8

2.2.传输介质8

2.2.1.双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质8

2.2.2.物理层接口的特性8

2.3.物理层设备8

2.3.1.中继器8

2.3.2.集线器8

3.数据链路层10

3.1.数据链路层的功能10

3.2.组帧10

3.3.差错控制10

3.3.1.检错编码（循环冗余校验码CRC）10

3.3.2.纠错编码（海明码）11

3.4.流量控制与可靠传输机制11

3.4.1.流量控制、可靠传输与滑动窗口机制11

3.4.2.停止-等待协议12

3.4.3.后退N帧协议（GBN）12

3.4.4.选择重传协议（SR）12

3.5.介质访问控制12

3.5.1.信道划分介质访问控制：

频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用的概念和基本原理12

3.5.2.随即访问介质访问控制：

ALOHA协议，CSMA协议，CSMA/CD协议，CSMA/CA协议13

3.5.3.轮询访问介质访问控制：

令牌传递协议14

3.6.局域网14

3.6.1.局域网的基本概念与体系结构14

3.6.2.以太网与IEEE802.314

3.6.3.IEEE802.1114

3.6.4.令牌环网的基本原理14

3.7.广域网15

3.7.1.广域网的基本概念15

3.7.2.PPP协议15

3.7.3.HDLC协议15

3.8.数据链路层设备16

3.8.1.网桥的概念及其基本原理16

3.8.2.局域网交换机及其工作原理16

4.网络层17

4.1.网络层的功能17

4.1.1.异构网络互联17

4.1.2.路由与转发17

4.1.3.拥塞控制17

4.2.路由算法17

4.2.1.静态路由与动态路由17

4.2.2.距离-向量路由算法18

4.2.3.链路状态路由算法19

4.2.4.层次路由21

4.3.IPv421

4.3.1.IPv4分组21

4.3.2.IPv4地址与NAT21

4.3.3.子网划分与子网掩码、CIDR22

4.3.4.ARP协议、DHCP协议与ICMP协议22

4.4.IPv623

4.4.1.IPv6的主要特点23

4.4.2.IPv6地址23

4.5.路由协议24

4.5.1.自治系统24

4.5.2.域内路由与域间路由24

4.5.3.RIP路由协议24

4.5.4.OSPF路由协议25

4.5.5.BGP路由协议25

4.6.IP组播25

4.6.1.组播的概念25

4.6.2.IP组播地址25

4.7.移动IP26

4.7.1.移动IP的概念26

4.7.2.移动IP的通信过程26

5.传输层27

5.1.传输层提供的服务27

5.1.1.传输层的功能27

5.1.2.传输层寻址与端口27

5.1.3.无连接服务与面向连接服务27

5.2.UDP协议27

5.2.1.UDP数据报27

5.2.2.UDP校验28

5.3.TCP协议28

5.3.1.TCP段28

5.3.2.TCP连接管理29

5.3.3.TCP可靠传输30

5.3.4.TCP流量控制与拥塞控制30

6.应用层31

6.1.网络应用模型31

6.1.1.客户机/服务器模型31

6.1.2.P2P模型31

6.2.DNS系统31

6.2.1.层次域名空间31

6.2.2.域名服务器31

6.2.3.域名解析过程31

6.3.FTP32

6.3.1.FTP协议的工作原理32

6.3.2.控制连接与数据连接32

6.4.电子邮件32

6.4.1.电子邮件系统的组成结构32

6.4.2.电子邮件格式与MIME32

6.4.3.SMTP协议与POP3协议33

6.5.WWW33

6.5.1.WWW的概念与组成结构33

6.5.2.HTTP协议33

1.计算机网络体系结构

1.1.计算机网络概述

1.1.1.计算机网络的概念、组成与功能

计算机网络是通过传输介质，通信设施和网络通信协议，把分散在不同地点的计算机设备互连起来，实现资源共享和数据传输的系统。

计算机网络构成是由两级子网组成的，即通信子网和资源子网。

通信子网是网络的核心，由于数据的传输、交换、连接和通信控制，通信子网由通信处理设备构成的节点和通信传输线路组成。

节点又可以分为访问节点和交换节点。

资源子网是网络的边缘，也称用户子网，用于数据的处理、发送和接受，向网络用户提供各种网络资源和网络服务。

计算机网络虽有各种形式，但计算机网络所提供的功能基本上是相似的，如数据通信，资源共享。

1.1.2.计算机网络的分类

从网络的作用范围进行分类：

a.广域网（WAN）b.局域网（LAN）c.城域网（MAN）d.接入网（AN）

从拓扑结构进行分类：

a.总线b.环形c.星形d.树形e.互连形f.混合型

从网络的交换功能分类：

a．电路交换b.报文交换c.分组交换（数据报+虚电路）d.信元交换

从网络的使用者进行分类：

a.公用网b.专用网

1.1.3.计算机网络的标准化工作及相关组织

a）国际标准化组织（ISO）：

为国际间的产品和服务交流提供标准模型。

b）国际电信联盟电信标准化部（ITU-T）：

致力于研究和建立适用于一般电信领域或特定的电话和数据系统的标准。

c）美国国家标准化协会（ANSI）：

为美国国内自发的标准化过程提供一个全国的协调机构，为推动美国经济的发展进一步推广标准的采纳应用。

d）电气与电子工程师协会（IEEE）：

在电气工程、电子、无线电以及相关的工程学分支中促进理论研究、创新活动和产品质量的提高。

1.2.计算机网络体系结构与参考模型

1.2.1.计算机网络分层结构

根据计算机的两级子网的结构，人们把计算机网络的功能划分为5个层次

a）计算机设备及终端系统和通信子网的连接处，以及网络节点与节点之间的物理连接处，应划分一个层次，用于实现物理连接，称为物理层，位置在各节点上。

b）网络中相邻节点之间实现可靠传输应划分一个层次，称为数据链路层，位置在相邻节点上。

c）源主机和目的主机节点之间实现网络传输的功能可划分为一个层次，称之为网络层，位置在协议包传输路由经过的各个节点上，传输路由从源主机节点、中间经过的节点、到目的主机节点。

d）在源端节点和目的端节点，及两个通信的计算设备之间，为实现应用程序进程的可靠传输所提供的功能划分为一个层次，称为运输层，位置在端节点上。

e）网络应用程序之间的可靠传输可划分为一个层次，称为应用层，位置在端节点上。

1.2.2.计算机网络协议、接口、服务等概念

计算机网络协议是计算机网络中的计算机设备之间在相互通信时遵守的规则、标准和约定。

接口是同一节点上相邻层之间交换信息的连接处，或称连接位置，也叫服务访问点（SAP）底层通过接口向高层提供服务。

在层次结构的网络体系结构中，下层为上层提供服务，上层是服务用户，下层是服务提供者。

上下两层通过服务访问点交换必要的信息。

下层为上层提供的服务由3部分组成：

一是该层为上层提供的服务，而是下层为该层提供的服务，三是通过对等层协议与对等层实体交互取得的服务。

1.2.3.ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型

OSI与TCP/IP的层次结构如下：

OSI

应用层

表示层

会话层

运输层

网络层

数据链路层

物理层

TCP/IP

应用层

运输层（TCP/IP）

网络层

网络接口层

OSI与TCP/IP都是分层协议，并且分层的功能基本相同。

OSI定义比较严格，可靠性好，每层都进行差错校验和处理，所以导致层次较多。

实现起来十分困难，目前还有没有真正按OSI参考模型设计的网络。

而TCP/IP定义不是十分严格，可靠性没有OSI好，仅在端到端进行查错控制，它是为满足网络应用而不断完善的已经，已经成为事实上的工业标准。

2.物理层

2.1.通信基础

2.1.1.信道、信号、宽带、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念

信道表示信号的通路，是用来表示向某一个方向传输信息的媒体。

与电路并不等同，一条通信电路往往包含这个一条发送信道和一条接收信道。

与传输介质也有区别，通信信道建立在传输介质之上，包括传输介质和通信设备。

信号是数据的电子或电磁编码。

信息是人们之间传递的知识，数据是信息的具体表现形式。

数据和信号都有两种不同的形式，一种是模拟数据/模拟信号，另一种是数字数据/数字信号。

宽带指单极放大器的输出功率从最大值下降到一般所对应的频率称为通频带宽，也称带宽。

一个信道允许的信号的最大频率和最低频率的差值称之为该信道的带宽。

信道带宽越宽，数据信号传输的失真越小。

码元是二进制数据代码0、1的脉冲信号。

而数据是信息的载体，信号是数据的电子或电磁编码。

波特是码元传输的速率单位，表示每秒传送多少个信号（码元）。

信源即信息的来源，信号的产生方即为信源。

相对应的是信宿，即信号的接受方即为信宿。

信息的传播简单的可以描述为信源→信道→信宿。

2.1.2.奈奎斯特定理与香农定理

奈奎斯特定理：

有限带宽理想信道的信道最大容量，信道的最大容量用信道的最大数据传输率表示，单位为bit/s。

公式表述如下：

C：

信道的最大容量

H：

信道的带宽，单位为Hz

L：

一个信号在任何时刻可能取值的个数，即一个信号可能表示的状态数。

例如，一个信道的带宽为3kHZ,任何时刻数字信号的电平取值可能由0、1、2、3之一，即L的值为4，则最大数据传输率为：

香浓定理：

热噪音信道的最大容量，信道的最大容量单位同样为bit/s，公式表示如下：

S：

信号功率

N：

噪音功率

S/N：

信噪比

公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，信道的极限传输速率就越高。

实际运用中，信噪比通常用分贝表示（dB）值表示，即使用10log10（S/N）表示信噪比，单位为dB。

2.1.3.编码与调制

模拟数据和数字数据都可以转换为模拟信号或数字信号。

数字数据编码为模拟信号，通常采用的方法是用二进制数据0或1对载波进行调制。

载波是频率恒定的电磁波，载波有三个特征：

幅度，频率，相位。

数字数据编码为数字信号，不归零制编码（NRZ）存在的问题是无法收到连续1或连续0。

用在IEEE802.3局域网曼切斯特编码规定，由高到底跳变为1，由低到高跳变为0（或相反）。

用在IEEE802.5局域网的差分曼切斯特编码规定，用每一位的前沿电平与前一位的后沿电平比较，有跳变为0，无跳变为1。

以上两种均有时钟同步信号，称为自同步编码，由于标识一位二进制需要两次跳变，及发送两个码元，这两种编码方案的编码效率为50%。

模拟数据编码为数字信号是使用的脉冲编码调制（PulseCodeModulation，PCM）,PCM技术的实现有3个步骤：

采样，量化和编码。

模拟数据编码为模拟信号，模拟数据可以通过电磁感应变化转换为模拟信号。

2.1.4.电路交换、报文交换与分组交换

电路交换是面向连接的，通信双方在通信之前先建立一条连接，然后在建立的连接上传输数据，数据传输完后释放连接。

报文交换与网络交换节点的存储、转发相联系。

收发双发通信的数据组成报文的格式，报文是节点之间传输的数据。

报文交换是无连接的，报文大小是不固定的，如果在传输过程中出现查错，需要对整个报文进行重传，如果报文很大则重传就要付出较大的代价。

电报通信即是报文交换的例子。

分组交换也与存储转发相联系，把数据分成长度固定的分组比报文大小小的多，节点对分组进行存储转发。

即使重传，重传的数据量也比较小。

2.1.5.数据报与虚电路

分组交换可以分为面向连接的虚电路分组交换和无连接的数据报分组交换。

虚电路分组交换采用建立逻辑信道的方法，在传递分组之前，在节点之间建立一条逻辑连接，通信的主机与这条逻辑连接构成虚电路，分组在建立的虚电路上有序的传输。

数据报分组交换不需要在通信之前建立连接，而是让分组在节点之间独立的传输。

这样分组会无序到达，到达后需要先存储，所有分组到达后再安分组编号组装。

2.2.传输介质

2.2.1.双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质

双绞线比较适合短距离传输。

可分为屏蔽和非屏蔽两大类。

同轴电缆是最早用于数据网和局域网的一种线缆。

光纤具有可靠性高、数据保密性好、抗干扰能力强，适合用于高数据传输率和长距离传输的应用场合。

无线传输是利用无线电波通过自由空间传输，电信号携带数据信息通过无线传输介质从一个地方传输到另一个地点。

2.2.2.物理层接口的特性

物理层的4个特性，即物理层协议的4个要素：

a）机械特性，涉及网络中网络设备与传输介质之间接口所涉及的连接器的外形和尺寸、接口引线数目、引线排列方式、固定和锁定装置等。

b）电气特性，涉及接口引线上信号电平的表示，什么电平表示1，什么电瓶表示2。

c）功能特性，规定接口某一条引线上出现某一电平表示什么含义。

d）规程特性，规定接口各种信号以及各种电平出现的先后顺序。

物理层的4个特性可以涵盖网络协议的3个要素：

语法、语义和同步。

2.3.物理层设备

2.3.1.中继器

中继器是工作在物理层上的连接设备。

适用于完全相同的两类网络的互连，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。

中继器是对信号进行再生和还原的网络设备。

2.3.2.集线器

集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

3.数据链路层

3.1.数据链路层的功能

数据链路属于通信子网,提供网络中相邻网络节点之间的可靠数据传输。

把原始的、有查错的物理传输线路加上数据链路协议以后，构成逻辑上可靠的数据链路。

另外链路不同于数据链路，链路是一条无源的点到点的物理线路段，实现控制协议的软件和硬件加到链路一起就构成了数据链路。

3.2.组帧

数据链路层使用的物理层为它提供的服务，需要把物理层提供的二进制位流组成帧后执行查错检测、流量控制等数据链路层协议。

把二进制位流组成帧通常采用一下4种方法。

字符技术法或字节技术法

在帧首部设置一个字段，记录帧内字符/字节数，从而确定帧的边界。

但记录帧长度的字段可能出现查错需要后续解决和再同步。

该法已经很少采用。

字符填充法

采用填充特殊的ASCII字符作为帧的边界，例如每一帧以ASCII字符序列DLESTX开头，以DLEETX结束既可以确定帧边界。

如果帧内存在DEL字符，则在这个DEL字符前面在插入一个DEL字符。

该法的缺点是完全依赖ASCII特殊字符，对于其他字符编码集则无法使用。

位填充法

采用特殊的位模式作为帧的边界，方法是使每一个帧使用位模式01111110作为帧的开始标志和结束标志。

而解决帧中数据内容与位模式相同的方法是若帧中数据出现连续的5个1时，就自动在其后插入一个0到输出的比特流中。

接受时在接受数据字段的内容时若发现5个连续的1后面有一个0，就自动的删除这个0。

物理违例法

采用特殊的电信号编码方式，用非1和非0的编码来作为帧的边界，例如正常的编码数据位1的编码为高-低电平对，0的编码为低-高电平对。

二高-高电平对和低-低电平对是属于违例的。

3.3.差错控制

信号在信道上传输出现查错是不可避免的。

从突发错误发生的第一个码元到有错的最后一个码元之间所有的码元个数称为该突发错误的突发长度。

另外，我们用误码率来衡量一个信道的质量，通常用10的负若干次方描述信道的误码率P，公式表示如下：

一般在有线传输介质信道，误码率为10的负5次方。

数据通信和计算机网络中查错控制通常采用编码的方法，可分为检错编码和纠错编码。

3.3.1.检错编码（循环冗余校验码CRC）

循环冗余校验码是一种ARQ查错校验方法，也是在数据通信和计算机网络中使用的最多的查错控制方法。

CRC编码又称多项式编码，可以把任何一个二进制数位串与一个只含0和1两个系数的多项式对应，如二进制代码1011101用多项式描述为1×x6+0×x5+1×x4+1×x3+1×x2+0×x1+1×x0，即x6+x4+x3+x2+1。

在进行CRC计算时，k位要发送的信息位对应一个（k-1）次的多项式K（x），r位冗余位对应一个（r-1）次的多项式R（x），由k位信息位后面再加上r位的冗余位组成n=k+r的码字对应一个（n-1）次多项式T（x）=xr×K（x）+R（x）。

由信息位计算出冗余位还需要一个通信双发都认可的生成多项式G（x）。

举例计算如下：

信息位1010001，生成多项式10111。

计算冗余位如下：

由此可知校验字码为10100011101

3.3.2.纠错编码（海明码）

海明码是向前纠错码，校验码字可以表示为n=k+r，这里信息位为k位，校验位为r位，码字长为n位，其关系可以表示为：

校验位的位置在2n位置上，举例如下：

一个信息位为8位信息码如11010011，需要的海明码的校验位为4（24=16≥8+4+1=13）。

校验码的排列如下：

√

由此可知，经计算得出的海明校验码为011110100011

另外当编码码距为4时，海明码可以纠错一位码并且检测处二位错。

当海明码码距为3时，可以纠错一位码或检测两位码。

3.4.流量控制与可靠传输机制

3.4.1.流量控制、可靠传输与滑动窗口机制

在数据链路层和较高网络层次中都要考虑数据流量控制问题，目的是使得接受方来得及接收发送方发来的数据，避免数据丢失。

而可靠传输就是采用一系列技术来保障信息在发送方和接收方准确、精确的传输，这就需要可靠传输协议来实现。

而数据链路层的流量控制就是采用滑动窗口协议来描述的。

滑动窗口协议的内容如下。

在发送方，用发送窗口WT描述发送方发送数据的过程。

在接收方用接收窗口WR描述接收方接收数据的过程。

只有在发送窗口内的数据才能发送，只有位于接收窗口序号内的数据才能接收。

发送方采用FIFO，在收到发送确认之后可将已成功发送的数据移出（窗口转动）。

两个窗口的大小根据所实现的网络协议不同而不同。

滑动窗口协议的规定是，由接收窗口控制发送窗口的转动，接收窗口不动，发送窗口不能转动。

发送窗口的大小和接收窗口的大小之和应当小于2K，即WT+WR≤2K，K表示数据帧/PDU序号的二进制数位。

3.4.2.停止-等待协议

停等协议的基本思想是，在发送方每发送完一个数据帧，就停止发送，等待接收方的确认数据，并把所发送的数据的副本保留下来。

若发送方收到的确认信息是肯定的（ACK）,则发送方按顺序发送下一个协议数据单元；若收到的确认是否定的（NAK）或超时没有收到回复，则发送方就重新发送上次发过的协议数据单元。

可以看出停等协议符合数据双向交替的通信方式（半双工）。

在停等协议中WT=1，WR=1。

3.4.3.后退N帧协议（GBN）

累计确认是指接收方不必对每一个收到的协议数据包逐个进行确认，仅仅对最后收到的PDU进行确认，表明之前的PDU都已经收到。

捎带确认是指在接收和发送方都是双向同时传输时，确认信息可以放在所传输的PDU中，不必再单独发送确认PDU。

回退N协议的基本思想是发送方可以连续发送位于发送窗口内的多个PDU，然后停止发送，等待接收确认信息，此时发送窗口大小WT大于1。

而接收方的接收窗口WR为1。

3.4.4.选择重传协议（SR）

回退N协议的问题是，尽管出错序号后面的PDU已经发送过了，但还是要重新发送，因此可以考虑将所有收到正确的PDU都存下来，仅仅重传出错的PDU。

选择重传协议的工作原理是在发送方连续发送多个数据单元后，接收方接受落在接收窗口内的PDU，若一个PDU错误，接收方会缓存后续正确接受的PDU。

发送方在出错序号PDU超时后仅仅重传出错的PDU，待重传完成后再移动接收窗口。

可以看出，在选择重传协议中WT≥1，WR≥1。

3.5.介质访问控制

3.5.1.信道划分介质访问控制：

频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用的概念和基本原理

频分复用（FDM）的设计思想是信道的带宽很宽，信道的可用带宽大于一路信号所需的带宽时，可以把信道划分为多个子信道，每个子信道传输一路信号。

在子信道之间要留有隔离频带，对每路信号以不同频率的载波进行调制，使其适应不同的子信道频段的要求。

时分复用（TDM）的依据是信道的数据传出速率大于一路信号传出所需要的数据传输率。

可以把传输时间分成时间片，每一个时间片传输一路信号的若干位。

各路信号进行轮转传输。

波分复用是在光纤信道上采用的（WDM）,是FDM一个变种，波分复用是光的频分复用。

利用光的不同波长（不同频率）通过棱柱或衍射光栅合成到一根共享的光纤上，传出到目的地后在通过棱柱或衍射光栅将他们分离。

码分复用的原理是将每位传输所需的时间被分成m个更短的时间槽，称为码片，通常情况下每位有64或128个码片。

每个站点被指定一个唯一的m位的代码或码片序列。

当发送1时站点就发送码片序列，发送0时就发送码片序列的反码。

当两个或多个站点同时发送时，各路数据在信道中被线形相加。

为了从信道中分离出各路信号，要求各个站点的码片序列是相互正交的。

例如基站S和基站T，码片分为m位，用数学语言描述如下：

举例如下：

从数学角度考虑，利用双极概念，可以把二进制0标识为-1，1标识为+1。

ABCD四个基站的码片序列如下：

A：

00011011A：

（-1-1-1+1+1-1+1+1）

B：

00101110B：

（-1-1+1-1+1+1+1-1）

C：

01011100C

展开阅读全文