《在线计算机网络》复习整理份版.docx
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《在线计算机网络》复习整理份版
（2013年12月）
第一章：
1．计算机网络的定义是什么？
计算机网络的发展过程分那几个阶段？
计算机网络定义是：
将地理位置不同并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和通信线路连接起来，以功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式以及网络操作系统）实现网络资源共享的系统。
第一代计算机网络：
以单个计算机为中心，构成面向终端的计算机网络－又称为远程联机系统
第二代计算机网络
计算机——计算机网络将多个计算机连接起来构成计算机－计算机网络。
第三代计算机网络
具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议的计算机网络，称为开放式标准化网络
第四代－网络计算的新时代
以网络为中心的计算或者以网络为基础的计算。
换句话说,在这个新阶段中任何信息处理,即计算,几乎都离不开网络
4．常用的网络设备有那些？
，它们的作用以及基本工作原理（网卡、*MODEM、中继器、集线器、*网桥、*交换器、*路由器、网关等）（*）
网络设备有：
（1）网卡——网络适配器；是计算机和其它是设备入网所必须的。
（2）调制解调器——为了利用廉价的公共电话网来传输数字数据要用调制解调器。
将数字数据转换成模拟信号送公共电话网传输（调制）。
在接收端将模拟信号转换成数字数据接收（解调）。
调制解调器和计算机的连接可分为独立式和内置式。
（3）中继器——可以物理地再生接收到的信号，再将其发送出去，从而使信号可以传输更远的距离。
用于在物理层上连接二个相同的网络或二个网段。
（4）集线器——属于一种特殊的中继器，兼有中继器的功能；可以将一个端口扩展到多个端口，端口可以和计算机或其它的集线器连接。
（5）网桥——用来连接二个相同或不相同的局域网，工作在OSI模型的数据链路层，实现数据链路层上的协议转换。
（6）路由器——用来连接二个或二个以上局域网，工作在OSI模型的网络层，实现网络层上的协议转换，可以连接相同类型的网络，也可以连接不同类型的网络。
路由器能识别数据的目的节点地址所在的网络，并能从多条路径中选择最佳的路径发送数据。
（7）交换器——基于硬件的设备。
用集成电路实现的交换器；第2层交换器相当于网桥，第3层交换器相当于路由器
（8）网关——网关又称协议转换器，其作用是使处于通信网上采用不同高层协议的主机仍然互相合作，完成各种分布应用。
网关工作在OSI七层协议的运输层或更高层，
5．通信子网和资源子网的概念（*），为什么要这样分？
通信子网主要负责数据在源节点与目标节点之间的传输，主要有通信控制处理机，通信线路和其他通信设备组成
资源子网由计算机系统、终端，终端控制器，联网外设，各种软件资源与信息资源组成。
分的原因：
计算机网络的两大基本功能是数据处理和数据通信，数据处理由计算机和终端组成，数据通信由通信控制设备和通信线路完成，因此分为通信子网和资源子网
6．常用的网络拓扑结构有那几种？
它们的典型代表是什么？
星型拓扑计算机交换机
总线型拓扑以太网
环型拓扑令牌环网
树型拓扑
混合型拓扑
网型拓扑
第二章：
1．什么是数据通信？
简述通信系统的模型。
数据通信：
是一种通过计算机或其他数据装置与通信线路，完成数据编码信号的传输、转接、存储和处理的通信技术。
一个完整的通信系统模型包括：
数据终端设备DTE，数据电路终端设备DCE，通信信道，DCE之间的链接为数据电路，DTE之间的连接为数据链路
4．数据通信的几个主要技术指标是什么？
信道的容量的计算？
1）传码率
是信号码元传输的速率，又称为调制速率、码元速率、波特率。
单位为波特（Baud）。
表示为：
每秒钟通过信道传输的码元个数；或信号调制过程中，调制状态的每秒转换次数；或每秒钟传输的信号个数。
定义为：
B=1/T
T：
为一个数字脉冲信号的宽度——全宽码情况；为一个数字脉冲信号的重复周期——归零码的情况
2）数据传输速率：
每秒能传输的二进制信息位数
单位为：
位/秒，b/s,bps
定义为：
S=1/T·log2N
=B·log2N
N为一个码元所取的有效离散值个数，也称调制电平数，一般取2的整数次方值。
当N=2时，S=B（在二元调制方式中）
当N>2时，S>B（在多元调制方式中）
例：
四相调制解调器，采用T=833×10-6s的单位脉冲，该脉冲与两个比特组合的双比特相对应，即N=4，这时数据速率为：
S=（1/T）·log24=（1/833×10-6）×2≈2400bps而B=1/T≈1200baud
注：
1s=103ms（毫秒）1kb=1000bit
1ms=103μs（微秒）1Mb=1000kb
1μs=103ns（毫微秒）1Gb=1000Mb
3）误码率：
衡量数据通信系统在正常情况下的传输可靠性的指标，定义为二进制数据位传输时出错的概率。
Pe＝Ne/N（N：
传输的二进制数据位总数；Ne：
出错的位数；Pe：
误码率）
网络中一般要求低于10-6，在网络中经常还使用一种帧的错误率，因为在网络中，数据常常组织成帧来传输，在一个帧里错一个和错几个是相同的，都需要重新传送。
4）信道的容量：
信道每秒所能传输的比特数（表示信道可以传输的最大数据速率）。
单位：
bit/s，bps
信道的容量是受信道的带宽所限制的。
带宽——任何实际的信道所能传输信号的频率都是有一定范围的，该范围称为信道的通频带宽——简称带宽。
一个信道，若对于从0到截止频率fc的信号通过时，振幅不会衰减，或者衰减很小，而当超过该频率时，振幅就会大大衰减，则此信道的带宽为fc（单位：
HZ）。
信道的容量又是受噪声的影响的：
躁声分为二大类（随机热噪声、冲击噪声）：
随机热噪声：
是信道所固有的，是持续存在的，随机热噪声产生的错误称为随机错，常常为孤立的单个错。
冲击噪声：
是由外界特定的短暂原因所造成的，冲击噪声造成的差错呈突发状，称为突发错误（由外界干扰源引起）。
突发错误的突发长度：
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码元的个数。
奈奎斯特定理：
无噪声信道的容量（理想状态）
C=2·H·log2N
H为低通信道的带宽（单位：
HZ）
N为每个信号可能取的有效离散值个数
C为信道的最大的数据速率（单位：
bps）
例1：
某信道带宽为4KHZ，任何时刻数字信号可取0、1、2和3四种电平值之一（N=4），则最大数据速率为：
C=2·4KHZ·log24=16Kbps
香农定理（Shannon）：
香农研究了受随机热噪声干扰的信道的情况（没有考虑冲击噪声，所以也是一种理想状态）。
C=H·log2（1+S/N）
H为信道带宽
C为信道容量
S为信号功率
N为噪声功率，S/N为信噪比
由于实际使用的信道的信噪比都要足够大，常表示成10·log10（S/N），以分贝（db）为单位来计量。
例2：
对于带宽为4KHZ的信道，用8种不同的物理状态来表示数据，信噪比为30db。
问按奈奎斯特定理，最大限制的数据速率是多少？
按香农定理，最大限制的数据速率是多少？
该信道实际传输时的数据速率不会超过多少？
解：
按奈奎斯特定理：
C=2·H·log2N=2×4KHZ×log28=24Kbps
按香农定理：
30db=10·log10S/N∴S/N=1030/10=1000
C=H·log2（1+S/N）=4KHZ·log2（1001）
≈4KHZ×10=40Kbps
由于这两个定理计算的都是理想状态，是不可能达到的。
所以该信道实际传输时的数据速率不会超过24Kbps。
例3：
某信道误码率为10-5，每帧长度为10000bits，试问:
1）若差错都是单个错，则在该信道上传送的帧的平均出错率是多少？
2）若差错大多为突发错，平均突发长度为100bit，则在该信道上传送的帧的平均出错率是多少？
解：
1）∵Pe=Ne/N因为差错都是单个错，则Ne=1；
∴N=Ne/Pe=105bits
帧的个数=N÷（10000bit/帧）=10个帧；
即每传输10个帧，就会出现一个帧的错误，故帧的出错率为0.1（10%）。
2）若差错大多为突发错，平均突发长度为100bit，则在该信道上传送的帧的平均出错率是多少？
解：
2）因为差错大多为突发错;突发错误的突发长度为100bit
∴Ne=100bit
∴N=Ne/Pe=100bit/10-5=107bits
帧的个数=N÷（10000bit/帧）=1000个帧。
又∵100bit的突发错误可以发生在一个帧中，或在二个帧当中；故帧的出错率为1/1000或2/1000。
7．通信介质有那些？
各有那些特点？
（*）
有线：
双绞线，同轴电缆，光纤
无线：
微波，红外线，激光，卫星通信
双绞线：
可用于数字信号传输，也可用于模拟信号传输，模拟信号5-6公里要一个放大器；数字信号2-3公里要一个中继器。
屏蔽双绞线（STP）——抗干扰性能好、非屏蔽双绞线（UTP）。
同轴电缆：
连接器采用BNC连接器和DB-15连接器，可用于点-点、点-多点的通信。
光纤：
重量轻，体积小，成缆后弯曲性能好
有较大的带宽，通信容量大（1014-1015HZ）
光纤的传输率高，能达到千M位/S（1Gbps）以上
中继距离远，连接的范围更广
不受外界的电磁干扰
无线传输媒体：
三者被称为视线媒体（微波、红外线或激光），需要在发送方和接收方之间存在一条视线通路，都是沿直线传播的，不能有障碍物安全保密性好
卫星通信：
具有无缝隙覆盖能力，三个同步卫星可覆盖整个地球表面
具有灵活性、普遍性及可移动性
具有宽域和复杂网络拓扑构成能力
具有明显的安全可靠性
对距离的不敏感性
8.MODEM的功能是什么？
数字数据的模拟信号传送（频带传送）有那几种调制方法？
（*）
调制解调器（即Modem），是计算机与电话线之间进行信号转换的装置，由调制器和解调器两部分组成，调制器是把计算机的数字信号（如文件等）调制成可在电话线上传输的声音信号的装置，在接收端，解调器再把声音信号转换成计算机能接收的数字信号。
通过调制解调器和电话线就可以实现计算机之间的数据通信
移幅键控法ASK、移频键控法FSK、相移键控法PSK
9．数字数据的数字信号传送（基带传送）有那几种编码方法？
10．曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码的特点以及应用。
（*）
曼彻斯特编码：
（1）在每一位的中间有一跳变。
（2）位中间的跳变，既作为时钟信号，又作为数据信号。
（3）从低到高的跳变为‘0’，从高到低的跳变为‘1’。
（4）连成波形。
差分曼彻斯编码：
（1）在每一位的中间有一跳变。
（2）该跳变仅代表时钟，不代表数据。
（3）用每个码元周期开始有无跳变表示数据。
有跳变为‘0’，无跳变为‘1’。
（4）连成波形。
11.模拟数据的数字信号编码的原理、方法和所要求的数据传输速率。
（*）
原理：
CODEC（Coder/Decoder）编码解码器
将模拟数据转换成数字信号的转换器称为编码器。
将数字信号转换成模拟数据的转换器称为解码器。
模拟信号数字化的方法有两种：
脉冲编码调制PCM——（脉码调制技术）增量调制
1）脉码调制技术（PCM技术）是以采样定理为基础的。
转换的过程分三步：
采样、量化、编码
2）差分脉码调制DPCM
3）增量调制
4）声音数据采用PCM技术
数据速率为8000次/S×7bit/次=56000bps=56Kbps。
12．脉码调制的转换过程。
13．简述MODEM和CODEC的作用以及异同点。
14．同步的概念，有那些同步的基本方法？
各自的特点是什么？
（*）
为了在接受端能正确地接收数据，接收端要按照发送端所发送的每个码元的重复频率及起止时间来接收数据，在接收过程中还要不断的校准时间和频率，这一过程称为同步过程。
同步的方法：
同步传输——位同步：
使接收端对每一位二进制数据都要和发送端保持同步
异步传输——群同步：
将传输的信息分为若干群，群和群之间不同步，群内各二进制位严格同步
15．异步通信的基本原理和编码效率等。
（*）
发送时：
信道上无信号传送时为高电平
在发送信息前先发送1位起始位（低电平）
发送数据位（5-8位），‘0’为低电平，‘1’为高电平
发送校验位（可有可无，有占1位），‘0’为低，‘1’为高电平
发送停止位（占1位，1.5位，2位）高电平
接收方：
在通信前通信双方就数据速率和数据格式协商一致
接收时：
接收方以数据速率的16倍（64倍）频率来采样信号线
如果接收到连续8个低电平（16倍时）就认为接收到起始位
以后每16个采样信号（16倍时）采样一次，接收信息
按数据格式分别接收数据位、校验位和停止位
例如：
发送和接收ASCII码字符‘E“（45H）（7位数据位，偶校验，停止位1位）
发送和接收汉字字符”汉“（BABAH）要采用8位数据位，无校验位，停止位1位
16．多路复用的概念，什么是频分多路？
什么是时分多路？
（*）
同步时分多路：
分配给每个终端数据源的时间片是固定的，不管该终端是否有数据发送，属于该终端的时间片都不能被其它终端占用。
异步时分多路复用：
允许动态地分配时间片；如果某终端无数据发送，其它的终端可以占用该时间片。
17．什么是同步时分复用和异步时分复用（特点）？
（*）
同步时分多路复用：
分配给每个终端数据源的时间片是固定的，不管该终端是否有数据发送，属于该终端的时间片都不能被其它终端占用（如T1载波）
异步时分多路复用：
允许动态地分配时间片；如果某终端无数据发送，其它的终端可以占用该时间片（如ATM网）
18.T1和E1载波的概念和编码效率等。
（*）
T1载波：
Bell系统的T1载波使用PCM和TDM技术，使24路声音复用一个信道——同步时分多路复用
每路声音，每秒8000次采样，间隔时间125μs，采用128个量化级，故用7bit编码，另加1位控制信号（共8位）
在每帧的最后用1位作帧的同步位，故每帧为：
24×8+1=193位
编码效率为：
168/193，开销：
25/193
数据速率为193bit/125μs=1.544Mbps
或193bit/次×8000次/s=1.544Mbps
E1载波：
每一帧开始有8bit做同步，中间有8bit做信令，再有30路8位数据，全帧长256位。
数据速率为256bit/125μs=2.048Mbps。
编码效率：
设码字中信息位为k位，冗余位为r位，码字长为n=k+r。
则编码效率R=k/n=k/（k+r）
19.交换技术有那几种？
各种交换技术特点是什么？
（*）
1）电路交换：
传输可靠，迅速、不丢失且保持原来的序列。
在有的环境下，电路空闲时信道容量被浪费。
如数据传输量少，电路建立和拆除所用时间得不偿失。
适用于高质量的大量数据传输的情况。
2）报文交换：
不需要在两个站点之间建立一条专用通路。
数据传输的单位是报文（即站点一次性要发送的数据块，长度不限且可变）。
传送的方式采用存储-转发方式
3）分组交换：
将一个报文分成若干个分组，每个分组长度有一个上限，仍采用存储—转发的方式进行传送
4）虚电路分组交换：
每个分组除了数据之外，还有一个虚电路标识，节点根据虚电路标识，知道把这些分组引导到哪里
5）数据报分组交换：
特点--没有虚电路的建立、维持和拆除过程。
每个分组没有虚电路标识，但要有足够的地址信息，节点无虚电路表，但要为到达的每一个分组选择路由。
不能对差错、流量和顺序进行控制
20.传输延迟时间和传播延迟时间及应用。
（*）
传输延迟时间：
分组的传输时间，即某一点上一个分组（报文）的通过时间。
T=信息长度L/数据速率B。
传播延迟时间：
站到站的信息传播时间，T=距离D/传播速度V。
V的典型值为：
2×108m/s（二十万公里/秒）=200m/μs；
传输和传播延迟时间常用于计算从开始发送到接收完成所需要的时间。
例：
在相隔1000公里两地之间要传送3k位的数据，可以通过地面电缆以4.8kb/s的数据速率传送或通过卫星信道以50kb/s的数据速率传送，问从开始发送到接收方收到全部数据为止，用哪种方式传送的时间较短？
（卫星的单向传播延迟为270ms。
）
解：
地面电缆：
卫星信道：
21.各种交换技术端到端的延迟时间（主要为分组交换）。
（*）
电路交换端到端的延迟时间
如果两个给定站点之间的转接点为n，报文长度为L，数据速率为B，电路建立时间为S，两个节点之间的传播延迟时间为m。
T电路交换=S+L/B+（n+1）*m
报文交换端到端的延迟时间
设两个给定的站点之间的转接点为n，报文长度为L，数据速率为B，两个节点之间的传播延迟时间为m，每个节点的处理延迟时间为d。
T报文交换=（n+1）*L/B+（n+1）*m+n*d
虚电路分组交换的端到端延迟时间
设两个给定站点之间的转接点为n，报文长度为L，分组的长度为P，其中每个分组有开销h，数据速率为B，虚电路建立时间为S。
两个节点之间的传播延迟时间为m，每个节点的处理延迟时间为d。
分组个数为L/（P-h）假设为x个分组，其中x-1个分组是满的，长度为P；最后一个分组有可能长度不是为P。
设最后一个分组长度为y：
x=L/（P-H）
y=L-（x-1）*（p-h）+h
虚电路=虚电路建立时间+第一个分组到达时间+后续分组到达时间=S+（n+1）*M+n*d+（（x-2）*P+y）/B
数据报分组交换端到端的延迟时间
设两个给定站点之间的转接点为n，报文长度为L，分组的长度为P，其中每个分组有开销h，数据速率为B。
两个节点之间的传播延迟时间为m，每个节点的处理延迟时间为d。
T数据报=第一个分组到达时间+后续分组到达时间=（n+1）*P/B+（n+1）*M+n*d+（（x-2）*P+y）/B
22.差错控制编码的种类和特点是什么？
检错码和纠错码
检错码：
只能检测出差错的编码。
纠错码：
不仅能发现差错，而且能自动纠正差错的编码
检错码的编码效率比较高，纠错码的编码效率比较低
23.代码多项式的概念及应用。
（*）
任何一个由二进制位串组成的代码都可以和一个只含有0和1两个系数的二进制多项式建立一一对应关系，n位二进制数可以用n-1次的二进制多项式表示。
如：
10101001B
=1×27+0×26+1×25+0×24+1×23+0×22+0×21+1×20
设x=2；
原式
=1·x7+0·x6+1·x5+0·x4+1·x3+0·x2+0·x1+1·x0
=x7+x5+x3+1
二进制多项式的加法和减法，是将对应项的系数按模二运算（按位加减，不考虑进位和借位），这时加法和减法所得的结果是相同的。
模二加：
模二减：
所以模二加和模二减结果是相同的，也就是有：
如果一个n次多项式去除二个多项式，所得的余式相同，称这两个多项式为该n次多项式的同余式。
例：
用x7+1去除x7+x5+x4+x2和x5+x4+x2+1所得余式相同。
即有x7+x5+x4+x2=x5+x4+x2+1（模x7+1）
24．生成多项式的产生、CRC校验码的产生和接受方如何校验。
（**）
生成多项式
在一个（n，k）循环码中共有2k个有效码字，从这些有效码字中找出一个前k-1位都是零的码字，其对应二进制多项式为g（x）（次数为n-1-（k-1）=n-k次）,则g（x），x·g（x），……，Xk-1·g（x）；都是循环码的码多项式，且线性无关，可以作为循环码的一组基，由g（x）即可确定循环码的一个生成矩阵G，称g（x）为循环码的生成多项式。
设（7，3）码中三个码元的信息组为（m2，m1，m0）（信息位）
C（x）=（M2M1M0）*G（x）
=M2·X2·g（x）+m1·x·g（x）+m0·g（x）
所以用g（x）生成的码字所对应的码多项式都是g（x）的倍式，都能被g（x）整除。
循环码的生成
找出生成多项式g（x）
在一组（n，k）循环码中，取一个前k-1位均为0的码字，该码字对应的二进制多项式即为g（x）；如（7，3）循环码中，先确定前
k-1=2位为0的码信息位为001，即：
通过一个循环码的校验关系方程组，如
求循环码的码字
（n，k）的循环码：
k位信息码，r位（n-k）冗余位。
设k位信息位的多项式为k（x），后面加上r位冗余位，即左移了r位，得xr·k（x）,用xr·k（x）除以g（x）;
即xr·K（x）+r（x）=q（x）·g（x）=c（x）
所以c（x）是g（x）的倍式，它是一个合法码字。
具体例子:
已知g（x）=x4+x3+x2+1，求信息位1010101的CRC码。
校验：
发送端由信息位产生冗余位，也就是已知g（x）求r（x）,然后由xr·k（x）+r（x）,生成CRC码字；
接收端将接受的CRC码字除以相同的g（x），
如果能整除，则认为传输无差错；
反之余式不为0，则说明传输有错。
如传输有错误，可认为在C（x）上加
上了一个E（x）。
收到的是C’（x）。
如果E（x）不为0，则检测出差错，
而如果E（x）为g（x）的倍式，能被g（x）
整除，则发生了漏检。
例子：
已知g（x）=x4+x3+x2+1，接收的CRC码为
10101011101，问传输有无差错？
5）CRC编码的讨论
A.编码能力：
（n，k）循环码的编码效率为：
B.校验能力：
理论证明CRC码能够检验出（n，k）码。
全部奇数位错误
全部双字位错误
全部小于、等于冗余位数（n-k）的突发性错误
对于n-k+1位的突发性错误，查出的概率为1-2-（r-1）
对于多于n-k+1位的突发性错误，查出概率为1-2-r
例如：
磁盘中是采用CRC校验码，生成多项式为CRC16（即冗余位为16位）。
磁盘读写以扇区为单位，每扇区512Byte=4096bit。
编码效率：
检验能力：
对于n-k+1=17位的突发性错误
查出的概率为：
对于大于17位的突发性错误查出的概率为：
C.目前广泛使用的生成多项式（四种）
CRC12=x12+x11+x3+x2+1
CRC16=x16+x15+x2+1（IBM公司）
CRC16=x16+x12+x5+1（CCITT）
CRC32=x32+x26+x23+x22+x16+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1（目前，以太网采用）
D.CRC的校验很容易用硬件实现（用移位寄存器和半加器来实现）
第三章：
1．计算机网络体系结构和网络协议的概念，以及网络协议的三个要素。
（*）
计算机网络的体系结构：
计算机网络各层次及其协议的集合，称为网络的体系结构；它是一个抽象的概念，精确地定义了网络及其部件所应实现的功能。
网络协议的定义是：
为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合就称为网络协议。
网络协议有三个要素：
语义：
涉及用于协调与差错处理的控制信息，即确定协议元素的类型，如规定通信双方要发出什么控制信息，执行的动作和返回的应答。
语法：
涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。
即确定协议元素的格式。
定时：
涉及速度匹配和排序等。
即定时关系规定了信息交流的次序。
2.层次结构的有关概念（分层；*虚通信、*实通信；服务提供者、用户等；服务访问点）
分层结构（层次结构）：
计算机网络是一个十分复杂的系统。
将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后分而治之，逐个加以解决。
分层就是系统分解的最好方法。
除了在物理媒体
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