最新自考计算机网络技术02141考点串讲.docx

1、最新自考计算机网络技术02141考点串讲第1章 计算机网络技术概论第1节 计算机网络的起源与发展计算机网络是以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合。真正意义上的计算机网络的出现是以美国ARPANET的建成为标志的。Internet是在ARPANET的基础上，将分布在世界各地的众多不同规模、不同类型的计算机网络连接起来而形成的大型互联网络，TCP/IP是其核心的框架协议。ARPANET的贡献主要体现在以下几个方面：（1） 完成了对计算机网络谔谔定义和分类方法的研究。（2） 提出了资源子网和通信子网的结构概念。（3） 提出并实现了分组交换技术。（4） 采用了层次结构的网络体系结构和

2、研究方法。（5） 促进了TCP/IP模型的研究和应用。（6） 为Internet的形成和发展奠定了基础。第2节 计算机网络的分类根据网络的覆盖范围，计算机网络可以分为局域网、城域网、广域网、互联网。与局域网的共享方式不同，广域网采用交换技术，通过若干相互连接的交换节点（称之为通信子网），将分布在各地的主机或局域网连接起来。将世界各地的局域网和广域网通过一定的方式连接起来，使得海量的信息能在更广阔的范围传播，就构成了互联网。计算机网络按照传输介质的类型可以分为有线网络和无线网络两种。有线网络的传输介质主要包括双绞线、同轴电缆和光纤等。目前常见的无线网有无线局域网、移动通信网和物联网等。计算机网络

3、按照其所有权性质的不同，可以分为公用网和专用网。按照网络拓扑结构的分类，计算机网络可分为：（1） 总线型网络。（2） 环形网络。（3） 星形网络。（4） 树形网络。（5） 网状网络。从逻辑功能上将，计算机网络可以分为两部分：通信子网和资源子网。按照在网络中传输数据所采用的不同技术，计算机网络可以分为广播式网络和点对点网络。基于TCP/IP的Internet属于点对点式网络。第3节 计算机网络的硬件和软件设备根据设备的物理性质，计算机网络可以分为硬件设备和软件设备。硬件设备主要包括计算机、服务器、交换机、路由器和通信介质等。软件设备主要包括各种网络协议、网络操作系统和应用程序等。根据设备在计算机

4、网络中逻辑位置的不同，计算机网络设备可以分为终端设备和网络中间设备。通常将主要从网络中获取信息和服务的终端计算机称为客户机，将主要提供信息和资源服务的终端计算机称为服务器。交换机（switch）是某种交换式网络（如目前使用最为广泛的以太网）内部的一种核心装置，负责网络内部数据的调度和转发，从而实现有效的数据通信。路由器（router）是连接IP网络中不同类型的网络，为不同格式的数据分组选择合适的通信路径并转发的网络中间设备。路由器与交换机的最大不同在于交换机是实现某种网络内部数据的存储转发，而路由器是在不同网络之间实现数据的路由和中转。为进行网络中数据通信而制定的规则、标准和约定称为网络协议，

5、简称协议。网络协议的基本要素：（1） 语法：规定数据与控制信息的分组结构或格式。（2） 语义：规定进行通信需要发出的控制信息、完成的操作动作和响应。（3） 同步：网络事件实现顺序的详细说明。常用的网络协议有TCP、IP、UDP和IEEE 802系列协议等。第4节 计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标：（1） 定量的性能指标。主要包括速率、带宽、端到端延迟和吞吐量。（2） 非定量的性能指标。主要包括Qos、可靠性、可扩展性、安全性、标准化和成本。速率描述的是计算机网络中数字信息传递的快慢情况。计算机网络中的速率可以分为发送速率和传输速率。发送速率是指在终端或者网络中间节点，计算机设备每秒向网

6、络中发送多少比特数据，其反映的主要是网络设备的性能。传输速率是指数据信号在传输线路上每秒能传播多少千米，其单位为千米每秒，反映的主要是信号及信道的性能。对于模拟通信系统，带宽包括两个概念，即信道带宽和信号传输带宽。对于数字通信系统，特别是在计算机网络中，网络的带宽通常是用来表示通信线路所能传送数据的能力，即单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据量，单位为比特每秒（bit/s）。端到端延迟简称延迟，表示一个数据分组从网络中的一个端点到达另一个断电所话费的时间。吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。Qos（服务质量）是指一个网络能够利用各种基础技术，为制定的网络

7、通信提供更好的服务能力，是网络自身预防拥塞和从拥塞中恢复的一种安全机制。第5节 计算机网络的功能和应用计算机网络的功能：（1） 实现数据通信。（2） 提供资源共享。（3） 提高计算机系统的可靠性。（4） 进行分布式处理。（5） 对分散对象提供集中控制与管理。计算机网络最基本的功能就是提供数据通信服务。第6节 计算机网络的标准化组织在计算机网络领域，主要的标准制定机构有：（1） 国际标准化组织（ISO）。（2） 国际电信联盟（ITU）.（3） 美国电子工业协会（EIA）。（4） 电气和电子工程师协会（IEEE）。国际标准化组织（ISO）是一个全球性的非政府组织，总部设在瑞士日内瓦，其任务是推动各

8、个行业的国际标准化活动。IEEE在计算机网络领域最大的成果是制定了局域网技术的一系列标准，称为IEEE802系列标准。第2章 数据通信基础第1节 数据通信的基本概念计算机网络是计算机技术与数据通信技术相结合的产物。数据通信技术负责计算机网络信息传递与共享的物理实现，在很大程度上影响或决定着计算机网络的规模和效率。能够实现通信功能的各种技术、设备和方法的总体，称为通信系统。任何一种通信系统的核心都应该包括信源、发送设备、传输媒介、接受设备和信宿5个部分。通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统两大类，其区别在于信道中传输的是模拟信号还是数字信号。数字通信系统是指信道中传输的信号是离散的数字信号

9、。数据通信系统是指在信源和信宿端处理的是二进制数据，在信道中传输的信号既可以是模拟信号，也可以是数字信号。第2节 数据传输方式按数据传输的方向，数据传输方式可分为：（1） 单向通信。单向通信又称单工通信，即任何时间都只能有一个方向的通信，而没有反方向的交互。无线电广播就属于这种类型。（2） 双向交替通信。双向交替通信又称半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（或同时接收），这种通信方式往往是一方发送另一方接收，如无线对讲机系统。（3） 双向同时通信。双向同时通信又称全双工通信，即通信双方可以同时发送和接收信息，电话网、计算机网络等均属于全双工通信系统。计算机所能识别和处理的

10、是以字节（Byte）为最小单位的二进制数据，1个字节由8位（bit）二进制数构成。按二进制数据传输的时空顺序，数据传输方式分为并行通信和串行通信。并行通信是为一个字节的每一个bit（位）都设置一个传输通道，全部bit（位）同时进行传送。串行通信只为信息传输设置一条通道，数据的一个字节中每一个bit（位）依次在这条通道上传输。在计算机设备中常用的RS-232接口和USB姐都就属于串行通信的接口方式。数据通信系统中的计算机作为信源所发出的原始数据信号称为基本频带信号，即用固定的高低电平来表示二进制数字1或0，简称基带信号。以太网、令牌环网等计算机局域网络均采用基带传输。对于数字基带信号，调制的基本

11、方法有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）。第3节 数据通信系统的性能衡量一个通信系统的好坏有许多指标，包括有效性、可靠性、适应性、经济性、和可维护性等。用来衡量数据通信系统有效性的指标主要有带宽、码元速率、信息速率、和频带利用率。用来衡量数据通信系统可靠性的指标主要是信噪比和误码率。码元速率Rb，又称波特率。在数字系统中，通常用时间间隔相同的符号来表示一个离散值，这样的时间间隔内的信号称为码元，而时间间隔称为码元长度。波特率表示的就是每秒传送的码元数目，单位为波特，若码元长度为T（s）,则：Rb=1/t信息速率Rb，又称比特率，表示每秒传送的二进制比特数，单位为比特/秒（bit/s）。每

12、个，码元可能含有若干比特，通常规定一个二进制码元含1bit的信息量，则一个似禁止码元携带2bit的信息量，一个M进制码元携带log2M比特的信息量。因此，比特率、波特率、和信号进制M之间有如下的换算关系：Rb=Rblog2m人们使用频带利用率来描述系统的通信有效性，定义为每赫兹内所实现的传输速率，即：数字通信系统的可靠性常用误码率或误信率来表示，误码率是指接收到的错误码元数在所传输的总码元数中所占的比例；而误信率是指接收到的错误比特数在所传输的总比特数中所占的比例。如果传输码元总数为N，发送错误的码元数为Ne，则码元率为：第4节 传输信道信道是通信系统中连接发送端与接收端的通信设备，实现从发送

13、端到接收端的信号传送。有线信道使用的传输介质包括架空明线、双绞线、同轴电缆和光纤等。架空明线是指平行且相互分离或绝缘的架空落线线路，通常采用铜线或铝线等金属导线。双绞线主要用于基带传输。按照光纤内光波传输模式的不同，光纤可以分为多模光纤和单模光纤两类。无线信道利用电磁波在空间的传输来传输信号。根据电磁波频率、通信距离与位置的不同，电磁波的传播又可以分为视线传播、地波与天波（或称电离层反射波）3种。第5节 数据通信中的编码计算机中存储、处理和输入/输出的是用0和1表示的二进制数据。根据将数据转换为模拟信号还是数字信号，数据编码的方法可以分为模拟数据编码和数字数据编码。能够实现调制和解调功能的设备

14、称为调制解调器。通常把能在模拟信道中传输的模拟信号称为载波，其一般表示形式为：y(t)=Asin(wt+) 其中，A是模拟信号的振幅，w是模拟信号的频率， 是模拟信号的初始相位。调制的基本思想：调制的基本思想是通过载波信号的振幅、频率和初始相位这3个参数的变化来表示0和1两种符号，从而实现将数字信号变换为模拟信号。数字数据编码是将原始的二进制数据变换成数字脉冲序列从而实现基带传输的方法。在基带传输中，数字数据编码所使用的信号码型有很多种，比较常见的是利用矩形脉冲信号的幅值编码二进制数字数据，包括单极不归零码（NAZ）、双极不归零码、单极归零码（RZ）、双极归零码、差分码、双相码和多元码等。将模

15、拟信号变换成数字洗好进行传输，需要经过的步骤：（1） 将模拟信号转换成数字信号（A/D转换）。（2） 将数字信号基带传输或调制传输。（3） 将数字信号还原成模拟信号（D/A转换）。在语音通信中，通常采用8位的PCM编码就能保证满意的通信质量。第6节 复用技术目前，数据通信系统中使用的多路复用技术主要有时分复用、频分复用、波分复用和马分复用等。频分多路复用（FDM）简称频分复用，是频域划分制，即在频域内将信道带宽划分多个自信到，并利用载波调制技术，将原始信号调制到对应某个子信道的载波信号上，使得同时传输的多路信号在整个物理信道带宽允许的范围内频谱不重叠，从而公用一个信道。频分多路复用的主要优点是

16、分路方便。时分多路复用（TDM）简称时分复用，是一种时域划分，即将通信信道的传输信号在时域内划分为多个等长的时隙，每路信号占溢洪不同的时隙，在时域上还不重叠，是多路信号何用单一的通信信道，从而实现信道合用。时分多路复用可以分为同步时分多路复用（STDM）和一步十分多路复用（ATDM）两种。比较典型的TDM是时分制多路电话通信系统。波分多路复用（WDM）简称波分复用，广泛应用与光纤通信中，其实质是一种频分多路复用。第7节 差错控制技术典型的差错控制方式包括检错重发、前向纠错、反馈校验和检错丢弃4中基本方式。香农信道编码定力是数据通信差错控制的理论基础。差错编码的分类：（1） 按照差错编码的检错/

17、纠错能力划分，差错编码可以分为检错码和纠错码。（2） 按照数据信息与差错编码荣誉信息之间的构成关系，差错编码可以分为线性码和非线性码。（3） 按照差错编码荣誉信息与数据信息分组映射关系换份，差错编码可以分为分组码和卷积码。（4） 按照数据信息在编码后是否发生变化划分，差错编码可以分为系统码和非系统码。（5） 按照差错编码检错/纠错类型的不同划分，差错编码可以分为随机错误检测/纠正码和突发错误检测纠正码。第8节 交换技术数据通信的根本目的是在发送端和接收端之间实现相互的数据传输和信息交换。常见的数据交换方式有：电路交换方式和存储转发方式两大类，其中存储转发方式又可以分为豹纹交换和分组交换两种方式

18、。利用电路交换进行通信包括建立电路、传输数据和拆除电路3个阶段。报文交换不需要建立连接。20实际40年代的电报通信中，采用的就是基于存储转发原理的报文交换。在使用分组作为数据传输单位的基础上，分组交换方式还可以分为两种类型：数据报分组交换和虚电路分组交换。使用虚电路分组交换的网络包括X.25、帧中继和一步传输模式（ATM）等数据通信网络。第3章 网络协议和体系结构第1节 网络协议和体系结构概述通信双方必须遵守的规则和约定称为协议或规程协议的要素包括语法、语义和时序关系分层的核心思路是上一层的功能建立在下一层的功能基础上，并且在每一层内均要遵守一定的通信规则在计算机网络中，按照分层的思想进行研究

19、的好处：（1） 各层次之间可相互独立（2） 有较强的灵活性，便于实现和维护（3） 分层的思想有利于标准化。层次和协议的集合构成了网络的体系结构。第2节 OSI参考模型OSI参考模型采用分层结构化技术，将整个网络的通信功能分为7层，由低层至高层分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。OSI参考模型的物理层、数据链路层和网络层称为结点到结点层，传输层、会话层、表示层和应用层称为端到端层。物理层的主要功能是在传输介质上实现无机构比特流传输。数据链路层的主要功能是实现在相邻结点之间的数据可靠而有效地传输。网络层的主要功能是数据转发与路由。传输层的功能主要包括复用/解复用（区分

20、发送和接收主机上的进程）、端到端的可靠数据传输、连接控制、流量控制和拥塞控制机制等。会话层的主要功能是：在建立会话时核实双方身份是否有权参加会话；确定何方支付费用；双方在各种选择功能方面（如全双工还是半双工通信）取得一直；在会话建立以后，需要对进程间的对话进行管理与控制。表示层主要用于处理应用实体间交换数据的语法，其目的是解决格式和数据表示的差别，从而为应用层提供一个一致的数据格式，从而使字符、格式等有差异的设备之间相互通信。应用层与提供给用户的网络服务相关，这些服务非常丰富，包括文件传送、电子邮件和P2P应用等。在分层的体系结构中，下层想上层提供服务通常有两种形式：面向连接的服务和无连接的服

21、务。第3节 TCP/IP参考模型TCP/IP参考模型包括4层，即应用层、传输层、网络互联层和网络结构层。TCP/IP参考模型将OSI参考模型中的会话层和表示层的功能合并到了应用层来实现。网络互联层是整个TCP/IP参考模型的核心，主要解决把数据分组发往目的网络或主机的问题。OSI参考模型与TCP/IP参考模型的区别：（1） 层次划分的不同。OSI参考模型将网络划分为7层，而TCP/IP参考模型只有4层。两者都有网络层（互联层）、传输层和应用层，TCP/IP中没有表示层和会话层，而且将OSI模型中物理层和数据链路层的功能合并起来放到了网络接口层进行描述。（2） 面向连接的和面向无连接的通信的不同

22、。OSI参考模型在网络层支持面向连接的面向无连接的通信，在传输层仅有面向连接的通信；而TCP/IP模型在网络层仅有面向无连接的通信，但在传输层支持两种方式，给用户提供选择的机会。（3） 与具体协议的配合程度。OSI参考模型产生在具体协议发明之前，并没有偏向某种特定的协议，因此具有很好的通用性，但由于设计者之前没有实际的协议设计经验，因此很多功能不知道该放置在哪一层。而TCP/IP模型是先有的TCP、IP等具体协议，再在这些协议基础上建立的参考模型，因此对协议配合得很好。第四节 TCP和UDPTCP/IP参考模型是internet的基础框架，其中包含的主要协议有网络互联层的网络互连协议（IP），

23、传输层的传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP），以及应用层的域名系统（DNS）、超文本传输协议（HTTP）和文件传输协议（FTP）等。TCP/IP中规定了两种不同的传输层协议：面向连接的传输控制协议（TCP）和无连接的用户数据报协议（UDP）.在TCP/IP中，是通过“IP地址+端口号”来唯一标识通信中的断电，其中，IP地址用于标识网络中的主机，而端口号用于标识是哪一个服务或应用进程。端口号是一个16位的二进制整数。传输层提供无连接与面向连接两类服务。UDP是一个无连接协议。TCP（传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP连接管理包括连接建立、数据传

24、输和连接拆除3个阶段。流量控制是TCP的重要功能，流量控制的目的是使发送端的数据发送速率不要太快，确保接收端能够来得及接受，即接收端的数据缓存不会溢出。第4章 局域网技术第一节 局域网概述局域网的研究开始于20世纪70年代初。为了解决局域网技术标准化的问题，美国电气和电子工程师协会（IEEE）在1980年成立了局域网标准委员会，简称IEEE802委员会，专门从事局域网标准化工作，其制定的相关标准也以IEEE802来命名。IEEE802委员会为局域网制定了一系列标准，并且根据技术的发展不端地更新，主要标准及任务如下表所示。 第2节 以太网技术以太网的技术规范主要包括：拓扑结构、传输介质、介质访问

25、方式、传输速率、最多工作站数和最远传输距离等。以太网中采用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）作为介质控制访问方法。IEEE802委员会为局域网设定了一套表示规则，即用一个48bit（6B）二进制数作为局域网的全球地址，表示每一块局域网适配器（网卡）。这个地址在适配器生产时就固化在其ROM中，称为局域网适配器的物理地址或MAC地址。在以太网的MAC层，数据是以帧的形式存在的。粗缆以太网10base-5的含义：（1）10表示信号在电缆上的传输速率是10Mbit/s。（2）Base表示电缆上传输的信号是基带信号。（3）5表示每一段电缆的最大长度为500m。（4）当实践网络跨度超过500m时

26、，需要采用中继器（repeater）将信号放大并整形后转发出去。细缆以太网（10base-2）采用0.2in（英寸）的50同轴电缆作为传输介质，数据传输速率为10Mbit/s，采用网卡和T形连接器将站点与同轴电缆相连。双绞线以太网（10Base-t）采用非屏蔽的双绞线（UTP）作为传输介质，数据传输速率为10Mbit/是，支持以太网结构化方式和集线器（Hub）设备。物理层扩展使用的设备主要有中继器（Repeater）和集线器（Hub）。数据链路层扩展使用的设备主要有网桥（Bridge）和交换机（Switch）。中继器是一种最简单、廉价的以太网扩展设备，常用于连接两个以太网网段，对衰减的洗好进行

27、放大，保持与原数据相同。集线器是一种特俗形式的中继器，其基本工作原始对物理信号进行放大和转发，它位于某个以太网网段的中心，具有多个物理接口，每个接口可以连接主机或者其他以太网网段。网桥是工作在数据链路层的以太网扩展设备，通常用于连接少量的以太网网段（网桥一般设有24个接口），它根据MAC帧中的额目的地址对收到的帧尽心转发和过滤。以太网交换机是工作在数据链路层的以太网扩展设备，也被称为第二次交换机，其实质是一种多接口的网桥，通常都有几十个以上的接口。第3节 虚拟局域网（VLAN）虚拟局域网Virtual LAN（VLAN）是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些共同的需求。虚拟局域

28、网传输数据的基本原理：虚拟局域网传输数据的基本原理是：在虚拟局域网中的每一个主机都可以收到同一个虚拟局域网内的其他主机所发出的广播；当一个主机向虚拟局域网内的其他主机发送数据时，该虚拟局域网外的其他主机不会收到其所发的广播信息。这样的工作机制可以限制接收广播信息的竹技术，从而是局域网不会因为传播过多的广播信息而引起性能的恶化，即通常所说的“抑制广播风暴”。虚拟局域网的设置是在以太网交换机上，通过软件方式实现的。第4节 无线局域网（WLAN）无线局域网更具结构可以分为两大类：有固定基础设施的无线局域网和无固定基础设施的局域网。有固定基础设施是指网络中已经预先存在了一批固定的数据处理和转发设备，这

29、些谷底设备可以通过有限方式连接其他网络或Internet。无固定基础设施是指网络中的每个成员都是对等的可移动设备。IEEE802.11协议是无线以太网的标准，采用星形拓扑结构，无线局域网中的移动站通过无线方式与接入点（AP）相连，再由AP通过有限介质连接其他网络或Internet。使用IEEE802.11协议的无线局域网也称为Wi-Fi（Wireless-Fidelity）网络。第5章 网络互联技术第1节 网络互联概述网络互联技术是所有能在物理上和逻辑上实现不同网络相互连接的技术的总称，对应于ISO.OSI模型的各个层次。采用不同通信技术和运行协议的网络通常称为异构网络，如局域网中的以太网和令

30、牌环网、广域网中帧中继网和ATM网等，实现异构网络互联的基本策略主要包括协议转换和构建虚拟互联网络。Internet是利用IP网络实现的全球最大的互联网络，是典型的在网络层实现的网络互联，采用同构的网络层协议IP地址与网络标识IP地址，引入网络互联设备IP路由器。第2节 网际协议（IP）IP的功能对应于ISO/OSI参考模型中的网络层，与地址解析协议（ARP）、网际控制豹纹协议（ICMP）和网际组管理协议（IGMP）共同构成TCP/IP参考模型的网络互联层。IP采用路由器作为网络互联的中间设备，其作用是将不同的计算机网络连接在一起，在网络层实现数据的路由和转发。IP的特点：（1） IP是面向无

31、连接的、不可靠的分组传输协议。（2） IP屏蔽了数据链路层和物理层的差异，是的数据的传输和转发更加方便。（3） IP是点对点式网络通信协议。第3节 IP地址目前普遍使用的IP是IPv4版本，其规定的IP地址由一个32位的二进数表示。为了便于书写和阅读，32位二进制表示的IPv4地址通常采用4个十进制数字表示，每个十进制数的取值范围是0255，十进制数字间用“.”来隔开，这种表示方法称为点分十进制法。IP地址的分类：早起的IP地址被固定地划分为若干个类别，每一类地址都有固定长度的两个地段构成：网络号和主机号。网络号标志主机或路由器所连接到的网络，每一个网络号在Internet内是唯一的。主机号标志某一个主机或路由器的某个具体接口。其表示方式如下。IP地址：=，不同的网络号和主机号的设置决定了IP地址的分类，包括了A、B、C、D和E共5种类别。（1） A类地址：网络号占8位（1个字节），主机号占24位（3个字节），其中网络号最高位固定为1.（2） B类地址：网络号占16位（2个字节），主机号占16位（2个字节），其中网络号最高两位固定为10.（3）