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1、网络工程师笔记第 3 章 交换技术主要内容：1、线路交换 2、分组交换 3、帧中继交换 4、信元交换一、线路交换1、线路交换进行通信：是指在两个站之间有一个实际的物理连接，这种连接 是结点之间线路的连接序列。2、线路通信三种状态：线路建立、数据传送、线路拆除3、线路交换缺点：典型的用户/主机数据连接状态，在大部分的时间内线路是 空闲的，因而用线路交换方法实现数据连接效率低下；为连接提供的数据速率是固定的，因而连接起来的两个设备必须用相同的数据率发送和接收数据，这就限制了 网络上各种主机以及终端的互连通信。二、分组交换技术1、分组交换的优点：线路利用率提高；分组交换网可以进行数据率的转换； 在线

2、路交换网络中，若通信量较大可能造成呼叫堵塞的情况，即网络拒绝接收更多 的连接要求直到网络负载减轻为止；优先权的使用。2、分组交换和报文交换主要差别：在分组交换网络中，要限制所传输的数据 单位的长度。报文交换系统却适应于更大的报文。3、虚电路的技术特点：在数据传送以前建立站与站之间的一条路径。4、数据报的优点：避免了呼叫建立状态，如果发送少量的报文，数据报是较 快的；由于其较原始，因而较灵活；数据报传递特别可靠。5、几点说明： 路线交换基本上是一种透明服务，一旦连接建立起来，提供给站点的是固定的数据率，无论是模拟或者是数字数据，都可以通过这个连接从源传输到目的。而分组交换中，必须把模拟数据转换成

3、数字数据才能传输。6、外部和内部的操作 外部虚电路，内部虚电路。当用户请求虚电路时，通过网络建立一条专用的路由，所有的分组都用这个路由。 外部虚电路，内部数据报。网络分别处理每个分组。于是从同一外部虚电路送来的分组可以用不同的路由。在目的结点，如有需要可以先缓冲分组，并把它们按 顺序传送给目的站点。外部数据报，内部数据报。从用户和网络角度看，每个分组都是被单独处理的。 外部数据报，内部虚电路。外部的用户没有用连接，它只是往网络发送分组。而网络为站之间建立传输分组用的逻辑连接，而且可以把连接另外维持一个扩展的 时间以便满足预期的未来需求。三、帧中继交换1、X.25 特性：(1)用于建立和终止虚电

4、路的呼叫控制分组与数据分组使用相 同的通道和虚电路；(2)第三层实现多路复用虚电路；(3)在第二层和第三层都包含着流控和差错控制机制。2、帧中继与 X.25 的差别：(1)呼叫控制信号与用户数据采用分开的逻辑连接， 这样，中间结点就不必维护与呼叫控制有关的状态表或处理信息；(2)在第二层而 不是在第三层实现逻辑连接的多路复用和交换，这样就省掉了整个一层的处理；(3) 不采用一步一步的流控和差错控制。3、在高速 H 通道上帧中继的四种应用：数据块交互应用；文件传输；低速率 的复用；字符交互通信。四、信元交换技术1、ATM 信元ATM 数据传送单位是一固定长度的分组，称为信元，它有一个信元头及一个

5、信 元信息域。信元长度为 53 个字节，其中信元头占 5 个字节，信息域占 48 个字节。信元头主要功能是：信元的网络路由。2、ATM 采用了异步时分多路复用技术 ATDM，ATDM 采用排队机制，属于不同源 的各个信元在发送到介质上之前，都要被分隔并存入队列中，这样就需要速率的匹 配和信元的定界。3、应用独立：主要表现在时间独立和语义独立两方面。时间独立即应用时钟和网络时钟之间没有关联。语义独立即在信元结构和应用协议数据单元之间无关联，所有与应用有关的数据都在信元的信息域中。4、ATM 信元标识ATM 采用虚拟通道模式，通信通道用一个逻辑号标识。对于给定的多路复用器， 该标识是本地的，并在任

6、何交换部件处改变。通道的标识基于两种标识符，即虚拟通路标识 VPI 和虚拟通道标识 VCI。一个 虚拟通路 VP 包含有若干个虚拟通道 VC5、ATM 网络结构虚拟通道 VC：用于描述 ATM 信元单向传送的一个概念，信元都与一个惟一的 标识值虚拟通道标识符 VCI 相联系。虚拟通路 VP：用于描述属于虚拟通路的 ATM 信元的单向传输的一个概念，虚 拟通路都与一个标识值虚拟通路标识符相联系。虚拟通道和虚拟通路者用来描述 ATM 信元单向传输的路由。每个虚拟通路可以 用复用方式容纳多达 65535 个虚拟通道，属于同一虚拟通道的信元群，拥用相同虚 拟通道标识 VCI，它是信元头一部分。第 4

7、章 网络体系结构及协议主要内容：1、网络体系结构及协议的定义 2、开放系统互连参考模型 OSI 3、TCP/IP 协议集一、网络体系结构及协议的定义1、网络体系结构：是计算机之间相互通信的层次，以及各层中的协议和层次 之间接口的集合。2、网络协议：是计算机网络和分布系统中互相通信的对等实体间交换信息时 所必须遵守的规则的集合。3、语法（syntax）:包括数据格式、编码及信号电平等。4、语义（semantics）：包括用于协议和差错处理的控制信息。5、定时（timing）：包括速度匹配和排序。二、开放系统互连参考模型1、国际标准化组织 ISO 在 1979 年建立了一个分委员会来专门研究一种用

8、于开放系统的体系结构，提出了开放系统互连 OSI 模型，这是一个定义连接异种计算机 的标准主体结构。2、OSI 简介：OSI 采用了分层的结构化技术，共分七层，物理层、数据链路层、 网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。3、OSI 参考模型的特性：是一种异构系统互连的分层结构；提供了控制互连 系统交互规则的标准骨架；定义一种抽象结构，而并非具体实现的描述；不同系统 中相同层的实体为同等层实体；同等层实体之间通信由该层的协议管理；相信层间 的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务；所提供的公共服务是面向连接的 或无连接的数据服务；直接的数据传送仅在最低层实现；每层完成所定义的功能， 修改本层

9、的功能并不影响其他层。4、物理层：提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功 能的和规程的特性；有关的物理链路上传输非结构的位流以及故障检测指示。5、数据链路层：在网络层实体间提供数据发送和接收的功能和过程；提供数 据链路的流控。6、网络层：控制分组传送系统的操作、路由选择、拥护控制、网络互连等功 能，它的作用是将具体的物理传送对高层透明。7、传输层：提供建立、维护和拆除传送连接的功能；选择网络层提供最合适 的服务；在系统之间提供可靠的透明的数据传送，提供端到端的错误恢复和流量控 制。8、会话层：提供两进程之间建立、维护和结束会话连接的功能；提供交互会 话的管理功能，如三种数据流

10、方向的控制，即一路交互、两路交替和两路同时会话 模式 。9、表示层：代表应用进程协商数据表示；完成数据转换、格式化和文本压缩。10、应用层：提供 OSI 用户服务，例如事务处理程序、文件传送协议和网络管 理等。三、TCP/IP 的分层1、TCP/IP 的分层模型Internet 采用了 TCP/IP 协议，如同 OSI 参考模型，TCP/IP 也是一种分层模型。 它是基于硬件层次上的四个概念性层次构成，即网络接口层、IP 层、传输层、应用 层。网络接口层：也称数据链路层，这是 TCP/IP 最底层。功能：负责接收 IP 数据报并发送至选定的网络。IP 层：IP 层处理机器之间的通信。功能：它接

11、收来自传输层的请求，将带有 目的地址的分组发送出去。将分组封装到数据报中，填入数据报头，使用路由算法以决定是直接将数据报传送至目的主机还是传给路由器，然后把数据报送至相应的 网络接口来传送。传输层：是提供应用层之间的通信，即端到端的通信。功能：管理信息流，提 供可靠的传输服务，以确保数据无差错的地按序到达。2、TCP/IP 模型的分界线 协议地址分界线：以区分高层和低层的寻址，高层寻址使用 IP 地址，低层寻址使用物理地址。应用程序 IP 层之上的协议软件只使用 IP 地址，而网络接口层处 理物理地址。操作系统分界线：以区分系统与应用程序。在传输层和应用层之间。3、复用与分解 发送报文时，发送

12、方在报文中加和了报文类型、选用协议等附加信息。所有的报文以帧的形式在网络中复用传送，形成一个分组流。在接收方收到分组时，参考 附加信息对接收到的分组进行分解。四、IP 协议1、Internet 体系结构一个 TCP/IP 互联网提供了三组服务。最底层提供无连接的传送服务为其他层 的服务提供了基础。第二层一个可靠的传送服务为应用层提供了一个高层平台。最 高层是应用层服务。2、IP 协议： 这种不可靠的、无连接的传送机制称为 internet 协议。3、IP 协议三个定义：（1）IP 定义了在 TCP/IP 互联网上数据传送的基本单元和数据格式。（2）IP 软件完成路由选择功能，选择数据传送的路径

13、。（3）IP 包含了一组不可靠分组传送的规则，指明了分组处理、差错信息发生 以及分组德育的规则。4、IP 数据报：联网的基本传送单元是 IP 数据报，包括数据报头和数据区部 分。5、IP 数据报封装：物理网络将包括数据报报头的整个数据报作为数据封装在 一个帧中。6、MTU 网络最大传送单元：不同类型的物理网对一个物理帧可传送的数据量 规定不同的上界。7、IP 数据报的重组：一是在通过一个网络重组；二是到达目的主机后重组。 后者较好，它允许对每个数据报段独立地进行路由选择，且不要求路由器对分段存 储或重组。 8、生存时间：IP 数据报格式中设有一个生存时间字段，用来设置该数据报在 联网中允许存在

14、的时间，以秒为单位。如果其值为 0，就把它从互联网上删除，并 向源站点发回一个出错消息。9、IP 数据报选项：IP 数据报选项字段主要是用于网络测试或调试。包括：记录路由选项、源路 由选项、时间戳选项等。路由和时间戳选项提供了一种监视或控制互联网路由器路由数据报的方法。五、用户数据报协议 UDP1、UDP 协议功能 为了在给定的主机上能识别多个目的地址，同时允许多个应用程序在同一台主机上工作并能独立地进行数据报的发送和接收，设计用户数据报协议 UDP。 使用 UDP 协议包括：TFTP、SNMP、NFS、DNSUDP 使用底层的互联网协议来传送报文，同 IP 一样提供不可靠的无连接数据 报传输

15、服务。它不提供报文到达确认、排序、及流量控制等功能。2、UDP 的报报文格式每个 UDP 报文分 UDP 报头和 UDP 数据区两部分。报头由四个 16 位长（8 字节） 字段组成，分别说明该报文的源端口、目的端口、报文长度以及校验和。3、UDP 协议的分层与封装在 TCP/IP 协议层次模型中，UDP 位于 IP 层之上。应用程序访问 UDP 层然后使用 IP 层传送数据报。IP 层的报头指明了源主机和目的主机地址，而 UDP 层的报 头指明了主机上的源端口和目的端口。4、UDP 的复用、分解与端口UDP 软件应用程序之间的复用与分解都要通过端口机制来实现。每个应用程序 在发送数据报之前必须

16、与操作系统协商以获得协议端口和相应的端口号。UDP 分解操作：从 IP 层接收了数据报之后，根据 UDP 的目的端口号进行分解操作。UDP 端口号指定有两种方式：由管理机构指定的为著名端口和动态绑定的方式。六、可靠的数据流传输 TCP1、TCP/IP 的可靠传输服务五个特征：面向数据流、虚电路连接、有缓冲的传输、无结构的数据流、全双工的连接。2、TCP 采用了具有重传功能的肯定确认技术作为可靠数据流传输服务的基础。3、为了提高数据流传输过程的效率，在上述基础上引入滑动窗口协议，它允 许发送方在等待一个确认之前可以发送多个分组。滑动窗口协议规定只需重传未被 确认的分组，且未被确认的分组数最多为窗

17、口的大小。4、TCP 功能TCP 定义了两台计算机之间进行可靠的传输而交换的数据和确认信息的格式， 以及计算机为了确保数据的正确到达而采取的措施。5、TCP 连接使用是一个虚电路连接，连接使用一对端点来标识，端点定义为 一对整数（host,port）其中 host 是主机 IP 地址，port 是该主机TCP 端口6、TCP 使用专门的滑动窗口协议机制来解决传输效率和流量控制这两个问题， TCP 采用的滑动窗口机制解决了端到端的流量控制，但并未解决整个网络的拥塞控 制。7、TCP 允许随时改变窗口小，通过通告值来说明接收方还能再接收多少数据， 通告值增加，发送方扩大发送滑动窗口；通告值减小，发

18、送方缩小发送窗口。8、TCP 的报文格式 报文分为两部分：报头和数据，报头携带了所需要的标识和控制信息。 确认号字段指示本机希望接收下一个字节组的序号； 顺序号字段的值是该报文段流向上的数据流的位置，即发送序号； 确认号指的是与该报文段流向相反方向的数据流。9、TCP 使用 6 位长的码位来指示报文段的应用目的和内容URG 紧急指针字段可用；ACK 确认字段可用；PSH 请求急近操作；RST 连接复 位；SYN 同步序号；FIN 发送方字节流结束。10、TCP 的三次握手为了建立一个 TCP 连接，两个系统需要同步其初始 TCP 序号 ISN。序号用于跟 踪通信顺序并确保多个包传输时没有丢失。

19、初始序号是 TCP 连接建立时的起始编 号。同步是通过交换携带有 ISN 和 1 位称为 SYN 的控制位的数据包来实现的。 握手可由一方发起也可以双方发起，建立就可以实现双向对等地数据流动，没有主从关系。第 5 章局域网技术主要内容：1、局域网定义和特性 2、各种流行的局域网技术 3、高速局域网技术 4、基于交换的局域网技术 5、无线局域网技术及城域网技术一、局域网定义和特性局域网（Local Area Network）即 LAN：将小区域内的各种通信设备互联在一 起的通信网络。1、局域网三个特性：（1）高数据速率在 0.1-100Mbps（2）短距离 0.1-25Km（3）低误码率 10-

20、8-10-11。2、决定局域网特性的三个技术：（1）用以传输数据的介质（2）用以连接各种设备的拓扑结构（3）用以共享资源的介质控制方法。3、设计一个好的介质访问控制协议三个基本目标：（1）协议要简单（2）获得 有效的通道利用率（3）对网上各站点用户的公平合理。二、以太网 Ethernet IEEE802.3 以太网是一种总路线型局域网，采用载波监听多路访问/冲突检测 CSMA/CD 介质访问控制方法。1、载波监听多路访问CSMA 的控制方案：（1）一个站要发送，首先需要监听总线，以决定介质上是 否存在其他站的发送信号。（2）如果介质是空闲的，则可以发送。（3）如果介质忙，则等待一段间隔后再重试

21、。 坚持退避算法：（1）非坚持 CSMA：假如介质是空闲的，则发送；假如介质是忙的，等待一段 时间，重复第一步。利用随机的重传时间来减少冲突的概率，缺点：是即使有几个 站有数据发送，介质仍然可能牌空闲状态，介质的利用率较低。 （2）1-坚持 CSMA：假如介质是空闲的，则发送；假如介质是忙的，继续监听，直到介质空闲，立即发送；假如冲突发生，则等待一段随机时间，重复第一步。缺 点：假如有两个或两个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免的。（3）P-坚持 CSMA：假如介质是空闲的，则以 P 的概率发送，而以（1-P）的 概率延迟一个时间单位，时间单位等于最大的传播延迟时间；假如介质是忙的，继 续

22、监听，直到介质空闲，重复第一步；假如发送被延迟一个时间单位，则重复第一步。2、载波监听多路访问/冲突检测 这种协议广泛运用在局域网内，每个帧发送期间，同时有检测冲突的能力，一旦检测到冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，通知总线上各站冲 突已经发生，这样通道的容量不致因白白传送已经损坏的帧而浪费。冲突检测的时间：对基带总线，等于任意两个站之间最大的传播延迟的两倍；对于宽带总线，冲突检测时间等于任意两个站之间最大传播延迟时间的四倍。3、二进制退避算法：（1）对每个帧，当第一次发生冲突时，设置参量为 L=2；（2）退避间隔取 1-L 个时间片中的一个随机数，1 个时间片等于 2a；（3）

23、当帧重复发生一次冲突时，则将参量 L 加倍；（4）设置一个最大重传次数，则不再重传，并报告出错。二、标记环网 Toke Ring IEEE802.51、标记的工作过程： 标记环网又称权标网，这种介质访问使用一个标记沿着环循环，当各站都没有帧发送时，标记的形式为 01111111，称空标记。当一个站要发送帧时，需要等待 空标记通过，然后将它改为忙标记 011111110。并紧跟着忙标记，把数据发送到环 上。由于标记是忙状态，所以其他站不能发送帧，必须等待。发送的帧在环上循环 一周后再回到发送站，将该帧从环上移去。同时将忙标记改为空标记，传至后面的 站，使之获得发送帧许可权。2、环上长度用位计算，

24、其公式为：存在环上的位数等于传播延迟（5s/km）发送介质长度数据速率中继器延迟。对于 1km 长、1Mbps 速率、20 个站点，存在于环上的位数为 25 位。3、站点接收帧的过程：当帧通过站时，该站将帧的目的地址和本站的地址相 比较，如地址相符合，则将帧放入接收缓冲器，再输入站，同时将帧送回至环上；如地址不符合，则简单地将数据重新送入环。4、优先级策略 标记环网上的各个站点可以成不同的优先级，采用分布式高度算法实现。控制帧的格式如下：P 优先级、T 空忙、M 监视位、预约位三、光纤分布式数据接口 FDDI ISO93141、FDDI 和标记环介质访问控制标准接近，有以下几点好处：（1）标记

25、环协议在重负载条件下，运行效率很高，因此 FDDI 可得到同样的效 率。（2）使用相似的帧格式，全球不同速率的环网互连，在后面网络互加这一章 将要讨论这个问题。（3）已经熟悉 IEEE802.5 的人很容易了解 FDDI（4）已经积累了 IEEE802.5 的实践经验，特别是将它做集成电路片的经济， 用于 FDDI 系统和元件的制造。2、FDDI 技术（1）数据编码：用有光脉冲表示为 1，没有光能量表示为 0。FDDI 采用一种 全新的编码技术，称为 4B/5B。每次对四位数据进行编码，每四位数据编码成五位 符号，用光的存在和没有来代表五位符号中每一位是 1 还是 0。这种编码使效率提 高为

26、80%。为了得到信号同步，采用了二级编码的方法，先按 4B/5B 编码，然后再 用一种称为倒相的不归零制编码 NRZI，其原理类似于差分编码。（2）时钟偏移： FDDI 分布式时钟方案，每个站有独立的时钟和弹性缓冲器。 进入站点缓冲器的数据时钟是按照输入信号的时钟确定的，但是，从缓冲器输出的 信号时钟是根据站的时钟确定的，这种方案使环中中继器的数目不受时钟偏移因素的限制。3、FDDI 帧格式：由此可知：FDDI MAC 帧和 IEEE802.5 的帧十分相似，不同之处包括：FDDI 帧 含有前文，对高数据率下时钟同步十分重要；允许在网内使用 16 位和 48 位地址， 比 IEEE802.5

27、更加灵活；控制帧也有不同。 4、FDDI 协议FDDI 和 IEEE802.5 的两个主要区别：（1）FDDI 协议规定发送站发送完帧后，立即发送一幅新的标记帧，而 IEEE802.5 规定当发送出去的帧的前沿回送至发送站时，才发送新的标记帧。（2）容量分配方案不同，两者都可采用单个标记形式，对环上各站点提供同 等公平的访问权，也可优先分配给某些站点。IEEE802.5 使用优先级和预约方案。5、为了同时满足两种通信类型的要求，FDDI 定义了同步和异步两种通信类型， 定义一个目标标记循环时间 TTRT，每个站点都存在有同样的一个 TTRT 值。四、局域网标准IEEE802 委员会是由 IEE

28、E 计算机学会于 1980 年 2 月成立的，其目的是为局域 网内的数字设备提供一套连接的标准，后来又扩大到城域网。1、服务访问点 SAP 在参考模型中，每个实体和另一个实体的同层实体按协议进行通信。而一个系统内，实体和上下层间通过接口进行通信。用服务访问点 SAP 来定义接口。2、逻辑连接控制子层 LLCIEEE802 规定两种类型的链路服务：无连接 LLC（类型 1），信息帧在 LLC 实体 间，无需要在同等层实体间事先建立逻辑链路，对这种 LLC 帧既不确认，也无任 何流量控制或差错恢复功能。面向连接 LLC（类型 2），任何信息帧，交换前在一对 LLC 实体间必须建立逻辑链路。在数据传

29、送方式中，信息帧依次序发送，并提供差错恢复和流量控制功能。3、介质访问控制子层 MACIEEE802 规定的 MAC 有 CSMA/CD、标记总线、标记环等。4、服务原语（1）ISO 服务原语类型REQUEST 原语用以使服务用户能从服务提供者那里请求一定的服务，如建立连 接、发送数据、结束连接或状态报告。INDICATION 原语用以使服务提供者能向服务用户提示某种状态。如连接请求、 输入数据或连接结束。RESPONSE 原语用以使服务用户能响应先前的 INDIECATION，如接受连接INDICATION。CONFIRMARION 原语用以使服务提供者能报告先前的 REQUEST 成功或失

30、败。（2）IEEE802 服务原语类型和 ISO 服务原语类型相比 REQUEST 和 INDICATION 原语类型和 ISO 所用的具有 相同意义。IEEE802 没有 REPONSE 原语类型，CONFIRMATION 原语类型定义为仅是服 务提供者的确认。五、逻辑链路控制协议1、IEEE802.2 是描述 LAN 协议中逻辑链路 LLC 子层的功能、特性和协议，描 述 LLC 子层对网络层、MAC 子层及 LLC 子层本身管理功能的界面服务规范。2、LLC 子层界面服务规范 IEEE802.2 定义了三个界面服务规范：（1）网络层/LLC 子层界面服务规范；（2）LLC 子层/MAC

31、子层界面服务规范；（3）LLC 子层/LLC 子层管理功能的界面服务规范。3、网络层/LLC 子层界面服务规范 提供两处服务方式 不确认无连接的服务：不确认无连接数据传输服务提供没有数据链路级连接的建立而网络层实体能交换链路服务数据单元 LSDU 手段。数据的传输方式可为点到 点方式、多点式或广播式。这是一种数据报服务面向连接的服务：提供了建立、使用、复位以及终止数据链路层连接的手段。 这些连接是 LSAP 之间点到点式的连接，它还提供数据链路层的定序、流控和错误 恢复，这是一处虚电路服务。4、LLC 子层/MAC 子层界面服务规范本规范说明了 LLC 子层对 MAC 子层的服务要求，以便本地

32、 LLC 子层实体间对等 层 LLC 子层实体交换 LLC 数据单元。（1）服务原语是：MA-DATA.request 、MA-DATA.indication、MA-DATA.confirm（2）LLC 协议数据单元结构 LLC PDU：目的服务访问点地址字段 DSAP，一个字节，其中七位实际地址，一位为地址 型标志，用来标识 DSAP 地址为单个地址或组地址。源服务访问点地址字段 SSAP，一个字节，其中七位实际地址，一位为命令/响 应标志位用来识别 LLC PDU 是命令或响应。控制字段、信息字段。5、LLC 协议的型和类LLC 为服务访问点间的数据通信定义了两种操作：型操作，LLC 间交换 PDU不需要建立数据链路连接，这些 PDU 不被确认，也没有流量控