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计算机网络复习资料
第一章概述
计算机网络
1.三网:
电信网络、有线电视网络、计算机网络。
2.计算机网络向用户提供的功能:
连通性和资源共享。
3.计算机网络:
地理上分散的多台自主计算机互联的集合。
以达到资源共享的目的。
4.资源共享:
信息、软件、硬件共享。
5.计算机网络发展的四个阶段(了解)
{
资源子网--数据处理、提供资源服务(由主机、终端、各种软件、信息资源组成)
6.计算机网络的组成
通信子网--数据传输、转发(由路由器、通信线路及其他通信设备组成)
7.因特网---世界上最大的互联网。
互联网是网络的网络。
网络与网络通过路由器互联。
8.网络由结点(如计算机、集线器、路由器等)和链路组成。
9.因特网发展的三个阶段(书P3)(了解)
●第一阶段:
从单个网络ARPANET向互联网发展的过程;
●第二阶段特点:
建成了三级结构的因特网(主干网、地区网、校园网[地区网]);
●第三阶段特点:
逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。
(ISP:
因特网服务提供者)
10.ARPANET是第一个分组交换网,它使用了TCP/IP协议。
11.Internet与internet的区别?
✧internet是一个通用名词。
泛指由多个计算机网络互联而成的网络。
在这些网络之间的通信协议可以是任意的。
✧Internet是一个专用名词,特指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网路,它采用TCP/IP协议族作为通信的规则。
其前身是美国的ARPANET。
12.因特网的组成:
①边缘部分---由接入互联网的主机和用户设备构成,是用户直接使用的;(进行通信和资源共享)
②核心部分---由网络和路由器构成,为边缘部分提供服务;(提供连通性和交换即数据传输服务)
13.边缘部分中运行的程序间的通信方式
①客户服务器方式(C/S)(注:
客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程)
②对等方式(对等连接P2P)
14.网络核心部分的路由器是实现分组交换的关键构件,任务是转发收到的分组。
15.因特网标准化工作(P6)
数据交换技术(重点)
16.从通信资源的分配角度看,交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。
◆电路交换(线路交换)-----需要建立物理连接
通信过程(线路建立阶段→数据传输阶段→线路释放阶段)(建立连接→通话→释放连接)
Ø优点:
传输时延小;通信实时性强,适用于交互式会话类通信。
Ø缺点:
对突发性通信不适应;线路的传输效率低,导致系统效率低;不具备存储数据的能力;不具备差错控制的能力;无法进行纠错等。
Ø电路交换的特点:
在通话的全部时间内,通话的两个始终占用端到端的通信资源。
存储转发交换-----不需要建立物理连接(分为报文交换和分组交换)
存储转发交换的原理:
源结点将发送的数据与目的地址、源地址及控制信息按一定的格式组成一个数据单元传送到通信子网;通信子网中的结点负责数据单元的接受、差错校验、存储、路由选择与转发功能。
◆报文交换----被传送的数据单元为长度不固定的报文,即数据加上目的地址、源地址及控制信息。
◆
{
分组交换----被传送的数据单元为有限长度的分组,即一个长报文被分割成多个报文分组。
数据报分组交换
虚电路分组交换(虚电路建立→数据传输→虚电路释放)即呼叫请求→呼叫应答→释放请求→释放应答
分组交换的优点:
①高效:
在分组传输的过程中动态分配传输宽带,对通信链路是逐段占用;
②灵活:
为每一个分组独立地选择转发路由;
③迅速:
以分组为传送单位,可以不先建立连接就能向其他主机发送分组;
④可靠:
保证可靠性的网络协议;分布式多路由的分组交换网,使网络由很好的生存性。
17.计算机网络的类别:
(见笔记)
①按通信介质分②按传输技术分③按覆盖的地理位置分
④按拓扑结构分⑤按交换方式分⑥按网络协议分⑦按应用规模分
18.计算机网络的性能指标(见笔记)
①速率②带宽③吞吐量④时延⑤时延带宽积⑥往返时间RTT⑦利用率
非性能特征:
费用、质量、标准化、可靠性等
计算机网络体系结构(考点)
19.分层可将庞大而复杂的问题,转化为若干较小的局部问题,而这些较小的局部问题比较易于研究和处理。
(ARPANET最早提出分层的概念。
系统网络体系结构SNA是按分层制定的网络标准。
)
Ø开放系统互联基本参考模型(OSI标准)七层协议的体系结构→ISO制定→法律上的国际标准OSI;
ØTCP/IP事实上的国际标准。
20.分层的好处:
(P26)
①各层之间是独立的;②灵活性好;③结构上可分割开;④易于实现和维护;⑤能促进标准化工作。
21.网络协议(协议):
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。
三要素→语法:
数据与控制信息的结构和格式;(定义交换信息的格式)
语义:
需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应;(定义发送者或接受者所要完成的动作)
同步:
时间实现顺序的详细说明。
22.结构体系:
ØOSI的七层协议体系结构:
物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层;
ØTCP/IP的体系结构:
网络接口层、网际层IP、运输层(TCP或UDP)、应用层(FTP、SMTP、TELNET);
Ø五层协议的体系结构:
物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层。
应用层(为用户的应用进程提供服务)
运输层(向两个主机中进程之间的通信提供服务)→由分用和复用功能
→传输控制协议TCP→面向连接。
提供可靠地交付→报文段
→用户数据保协议UDP→无连接,提供尽最大努力交付→用户数据报
网络层(为分组交换网上不同主机提供通信服务)→无连接的网际协议IP→分组/包/IP数据报
数据链路层→(帧)
物理层(透明地传送比特流)→比特。
20.名词解释:
协议栈
实体:
表示任何可发送或接受信息的硬件或软件进程。
协议数据单元:
对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元PDU。
服务数据单元SDU:
层与层之间交换的数据的单位;
协议数据单元PDU:
对等层次之间传送的数据单位;
注:
协议是水平的;服务是垂直的;
透明?
第二章物理层
物理层的基本概念
1.物理层的作用:
屏蔽计算机硬件设备、传输媒体种类繁多及通信技术之间存在的差异,为数据链路层提供数据比特流传输服务。
2.物理层的主要任务:
①确定与传输媒体的接口有关的一些特性②完成传输方式的转换,实现比特传输
3.物理接口的特性:
机械特性;电气特性;功能特性;过程特性
数据通信的基本概念
4.专业术语:
数据通信:
在不同计算机之间传输表示字母、图像等的二进制比特序列模拟或数字电信号的过程。
数据:
运送消息的实体。
信号:
数据在传输过程中的电磁波(电信号)的表示形式。
模拟信号:
在时间上连续的信号。
基带信号:
来自信源的信号常称为基带信号。
调制:
为解决某些信道不能传输基带信号中的低频分量或直流分量问题;调制可分为基带调制和带通调制。
基带调制:
仅对基带信号的波形进行变换,变换后仍为基带信号。
带通信号:
经过载波调制后的信号称为带通信号。
带通调制:
使用载波的调制称为带通调制。
常用方法:
调幅AM;调频FM;调相PM
数字信号:
在时间上离散的信号;
码元:
在使用时域的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形即码元;
单工通信:
通信双方只能进行单向比特流的传输;
半双工通信:
通信双方之间可以交替进行双向比特流的传输;
全双工通信:
通信双发之间可以同时进行双向比特流的传输;
串行传输:
字符的二进制代码依次传输;
并行传输:
字符依次传输,其二进制代码可以从多条信道同时发送;
{
5.数据通信系统组成:
①源系统源点/信源/源站---生成数字比特流
发送器(如调制器)---编码
{
②传输系统(传输网络)
③目的系统接收器(如解调器)--将模拟信号进行解调,还原出数字比特流
终点/信宿/目的站----接受数字比特流,输出信息
6.信号:
模拟信号(连续信号);数字信号(离散信号)→码元
7.数据传输模式(通信方式):
半双工通信;单工通信;全双工通信
8.限制码元在信道上的传输速率的因素:
①信道能够通过的频率范围(码间串扰:
P39)
在任何信道中,码元传输的速率有上限,传输速率超过此上限,就会出现严重的码间串扰问题,使接受端对码元的识别成为不可能。
若信道的频带越宽,即能通过的信号高频成分越多,则既可用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。
②信噪比
噪声产生是随机的,噪声可能使接收端对码元的判决出错。
噪声的影响是相对的,信号强,则噪声的影响小。
信噪比:
信号的平均功率和噪声的平均功率之比,记为S/N,度量单位为分贝(dB)
信噪比:
(注意:
当S/N=10时,信噪比为10dB,当S/N=1000时,信噪比为30dB)
◆香农公式:
信道的极限信息传输速率C(bps或b/s)
香农定理描述了在有随机热噪声状态下的“带宽”和“速率”的关系
香农公式表明:
信道的带宽或信道中的信噪比越大,信息的极限传输速率就越高。
香农公式意义在于:
只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率,就一定可以找到某种方法来实现无差错的传输。
对于频带宽度已确定的信道,如果信噪比不能再提高,且码元传输速率达到上限,则可用编码的方法,让每一个码元携带更多比特的信息量。
◆奈奎斯特准则描述了无噪声状态下的“带宽”和“速率”的关系,且二进制数据信号的最大数据传输速率R=2B(bps),B为带宽。
◆
{
“比特/每秒”和“码元/每秒”的区别?
双绞线(屏蔽双绞线;无屏蔽双绞线)------常用于电话网,局域网
同轴电缆
光纤(多模光纤;单模光纤)-----常用于广域网
{
导向传输媒体
9.传输媒体
非导向传输媒体:
如电磁波,红外线,微波(地面微波,卫星微波)等
双绞线
光纤
无限网通信
优点
价格便宜,经济实惠
低损耗、宽频带,高安全性
可移动性好
安装维护方便
高数据传输率,低误码率,
网络架设建立方便
体积小,材质轻
可用频段广
缺点
抗干扰能力稍差
安装维护困难
信号不稳定,带宽低
长距离传输时质量低
价格昂贵
安全性差,抗干扰能力差,频谱资源差
材质重且体积庞大
信号传输距离受限(地面微波)
光纤网---星型;环型(优点:
通信容量大;传输损耗小,中继距离长、经济;抗雷电和电磁干扰性能好
无串音干扰、保密性好、不易被窃听或截取数据;体积小、重量轻)
信道复用技术
Ø10.为什么要使用信道复用技术?
一般来说,一条通信线路的可用带宽一般都会超过一条通信信道所需的带宽,为了合理高效的利用通信线路,则可用信道复用技术来提高信道使用的效率以及实际传输数据的数量。
Ø多路复用技术即在一条物理线路(物理信道)上建立多条物理通道(逻辑通道),也就是提供多路物理信号。
{
FDM频分多路复用---以信道频率为对象;
Ø多路复用技术WDM波分多路复用---实质为光的频分多路复用;
TDM时分多路复用(ATDM和STDM)----以信道传输时间为对象;
CDM码分多路复用---码分多址(了解)
●频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的宽带资源。
●时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。
●时分复用更利于数字信号的传输。
同样的时间使用同样的频带进行通信。
由于用户使用经过特殊挑选的不同码型,因此个用户之间不会造成干扰。
具有很强的抗干扰能力。
●码分复用的每一个用户可以在
11.数据编码技术(了解)
①模拟数据编码②数字通信编码(用于基带传输)③脉冲编码调制(采样,量化,编码)
(A)ASK振幅键控---改变频率(A)非零归码
(B)FSK移频键控---改变角频率(B)曼切斯特编码
(C)PSK移相键控---改变相位值(C)差分曼彻斯特编码
第三章数据链路层(重点)
1.物理层与数据链路层的比较:
作用:
物理层→屏蔽底层的物理设备、传输介质及通信技术的差异,在传输介质上传输数据的比特流,向数据链路层提供数据服务传输。
数据链路层→通过对数据进行差错控制和流量控制,向网络层提供一个可靠、无错的通信信道。
基本数据单元:
物理层:
比特数据链路层:
帧网络层:
IP数据报(数据报/分组/包)
2.数据链路层使用的信道类型:
①点对点信道→(点对点协议PPP);
②广播信道→(CSMA/CD协议)
◆
{
使用点对点信道的数据链路层:
3.链路物理链路(链路):
一个结点到相邻结点的一段物理线路。
逻辑链路(数据链路)把实现控制数据传输的通信协议的硬件和软件加到链路上
网络适配器(网卡):
用于实现通信协议的硬件,同时具有数据链路层和物理层的功能。
4.在数据链路层数据通信协议又可称为通信规程。
5.点对点信道的数据链路层的协议数据单元-----帧
6.点对点信道的数据链路层的通信步骤:
(了解)
①将IP数据报添加首部和尾部封装成帧
②结点A把封装好地帧发送至结点B的数据链路层
③若结点B收到的帧无错,则从收到的帧中提取出IP数据报上交给网络层,否则丢弃。
7.数据链路层协议的三个共同问题:
①封装成帧:
在一段数据的前后分别加上首部、尾部,构成一个帧。
Ø首部和尾部的作用:
A)进行帧定界(即确定帧的界限)B)包含必要地控制信息
Ø为提高帧传输效率,应使帧的数据部分长度尽可能大于首部和尾部的长度。
Ø帧的数据部分(即IP数据报部分)的长度上限--------最大传送单元MTU
Ø当数据由ASCII码组成的文本文件时,可使用帧定界符进行差错控制。
帧开始符----SOH(00000001)帧结束符----EOT(00000100)
②透明传输
Ø当传送的帧是用文本文件组成的帧时,其数据部分不会出现帧定界符,不管从键盘上输入什么字符放在帧中传输均可传输过去的传输方式。
Ø当数据部分是非ASCII码的文本文件时,数据链路层会错误地找到帧的边界,只把部分帧收下,而丢弃剩下的那部分数据,就不是透明传输。
Ø字节填充(字符填充)----解决透明传输问题
具体方法:
发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SHO”,“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC(1B)”,而在接收端的数据链路层在将数据送往网络层前删除这个插入的转义字符。
如果转义字符也出现在数据当中,则在转义字符前面插入一个转义字符。
当接收端收到连续的两个转义字符时就删除其中前面的一个。
{
③差错检测-----循环冗余检验CRC
传输差错比特差错—误码率【一段时间内,传输错误地比特占所传输比特总数的比率。
】
帧丢失、帧重复、帧失序(见第五章)
Ø无比特差错≠无传输差错
Ø提高信噪比,可使误码率减小。
Ø循环冗余检验CRC为一种检错方法,FCS为添加在数据后面的冗余码。
ØOSI认为数据链路层可靠传输使用的差错控制方法:
CRC检错、帧编号、提供确认、超时重传机制。
但现今通信线路质量大幅提高,因此因特网使用的数据链路层协议不使用提供确认和重传机制。
不要求向网络层提供可靠传输服务,而可靠传输服务由运输层TCP协议完成,从而提高通信效率。
点对点协议PPP---目前使用较广泛的数据链路层协议
8.PPP协议应满足的需求(P71了解)
①简单(对数据链路层的帧,不需要进行纠错、排序、流量控制,只进行CRC检验;正确则接受,反之,则丢弃)
②封装成帧(使用特殊的帧定界符)③透明性④多种类型链路⑤差错检错
⑥多种网络层协议(PPP协议必须能在同一条物理链路上支持多种网络层协议)
⑦检测连续状态⑧最大传送单元MTU⑨网络层地址协商⑩数据压缩协商
9.PPP协不需要的功能:
①纠错(在TCP/IP协议族中,可靠传输由运输层的TCP协议完成,数据链路层的PPP协议只进行检错,故PPP协议是不可靠传送协议)
②流量控制(在TCP/IP协议族中,端到端的流量控制由TCP负责)
③序号(PPP协议是不可靠传送协议,故不需要使用帧的序号)
④多点线路(PPP协议只支持点对点的链路通信)
⑤半双工或单工链路(PPP协议只支持全双工链路)
10.PPP协议的组成(三个部分)(P72了解)
①一个将IP数据报封装到串行链路的方法②链路控制协议LCP③网络控制协议NCP
11.PPP协议的帧格式
Ø字段含义
首部4字段,5字节【F:
标志字段;A:
地址字段;C:
控制字段;协议字段2字节】
尾部2字段,3字节【FCS序列2字节;标志字段F:
1字节】
数据部分(长度可变,但不超1500字节)
Ø字节填充---解决透明传输问题
Ø位填充(零比特填充)
ØPPP协议的工作状态
◆使用广播信道的数据链路层:
✧局域网的数据链路层
12.局域网的优点:
①具有广播功能,可共享局域网上主机的软、硬件资源;
②便于系统的扩展和逐渐地演变,各设备的位置可灵活调整和改变;
③提高了系统的可靠性、可用性和生存性。
13.局域网的拓扑形式:
星形网(集线器)、环形网(令牌环)、总线网、树形网
14.利用共享信道共享资源方法:
(P77了解)
①静态划分信道(TDM,FDM,WDM,CDM)
②动态媒体接入控制(多点接入)【随机接入、受控接入】
15.以太网简介:
(了解)
Ø一种基带总线局域网;用无源电缆为总线来传输帧;
Ø实质为局域网;
Ø以太网的两个标准:
①IXEthernetV2;②EEE802.3局域网,数据率为10Mb/s;
IEEE802委员会---数据链路层【逻辑链路控制LLC子层;媒体接入控制MAC子层】
16.适配器(网卡)作用---连接计算机与外界局域网(路由器是连接不同网络)(了解)
Ø适配器和局域网间通信通过电缆或双绞线以串行传输方式进行;
Ø适配器和计算机间通信是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行。
Ø适配器的功能:
进行数据串行传输和并行传输的转换。
Ø适配器工作原理(P79了解)
✧CSMA/CD协议(重点)
Ø为在广播信道上实现一对一的通信,让不同计算机的适配器拥有一个不同的地址,在帧首部写明接受站的地址。
当且仅当,数据帧中的目的地址与适配器ROM中存放的硬件地址一致时,该适配器才能接受这个数据帧,否则丢弃。
Ø为通信方便,以太网采取以下两种措施:
①采用无连接的工作方式。
适配器不对发送帧进行编号,也不要求回复确认;
(以太网提供不可靠交付,而是尽最大努力交付)
②以太网发送的数据均使用曼彻斯特编码的信号。
Ø由于总线上,同一时间只允许一台计算机发送消息,故CSMA/CD协议就是用于协调总线上各计算机如何正常发送数据而不相互干扰问题。
“多点接入”----说明是总线型网络;
“载波监听”----发送前监先监听;(每个站在发送数据前先检测信道是否空闲,空闲则发送数据;)
“碰撞检测”(冲突检测)-----边发送边监听;(适配器边发送数据边检测信道上的信号电压变化情况,以便判断是否其他站点也在同时发送数据,当出现碰撞,适配器立即停止发送,以免继续浪费网络资源,等待一段随机时间再次发送。
)
ØCSMA/CD协议
◆使用广播信道的以太网:
✧使用集线器的星形拓扑
星形以太网10BASE-T-----该种以太网性价比高,但通信距离稍短,每个站到集线器的距离不超过100m(10表示10Mb/S的数据率;BASE表示连接线上的信号为基带信号;T代表双绞线)对应于(标准802.3i)。
集线器(hub)的特点:
①从表面上看,使用集线器的局域网在物理上是一个星型网,但实际上,使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网,各站点共享逻辑上的总线,使用的仍是CSMA/CD协议。
②一个集线器有许多接口。
集线器像一个多接口的转发器。
③集线器工作在物理层,它的每个接口仅简单的转发比特,不进行碰撞检测。
若发生碰撞,则所有接口都收不到正确的帧。
④集线器采用了专门的芯片,进行自适应串音回拨抵消。
⑤具有少量容错能力和网络管理能力。
以太网的MAC层(重点)
①②③④
传统以太网---同轴电缆
星型以太网10BASE-T-----双绞线
10BASE-F-----光纤----用作集线器之间的远程连接
IP提供不可靠数据报服务。
局域网比广域网具有较高的数据率、较低的时延和较小的误码率
第四章网络层(见书)
第五章运输层(TCP/IP体系)
运输层概述
1.运输层:
实现分布式的进程通信,即在源主机进程与目的主机进程之间提供端到端的数据传输,因此是整个层次体系结构的核心。
2.运输层,属于面向通信部分的最高层,同时也是用户功能中的最底层。
3.通信的真正端点并不是主机而是主机中的进程。
端到端的通信是应用进程之间的通信。
因此,两个主机进行通信就是两个主机中的应用进程互相通信。
(判断)
4.运输层具有复用和分用的功能。
复用:
应用层所有进程可通过运输层再到IP层。
5.运输层作用:
①为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。
(网络层是为主机之间提供逻辑通信)
②对收到的报文进行差错检测。
5.运输层的两种不同的运输协议:
面向连接的TCP和无连接的UDP.
采用面向连接TCP时-----逻辑通信信道相当于一条全双工的可靠信道
采用无连接的UDP时------逻辑通信信道相当于一条不可靠信道
运输层的两个主要协议
6.运输协议数据单元TPDU:
两个对等运输实体在通信时传输的数据单位。
UDP协议的数据单元----UDP用户数据报TCP----TCP报文段
用户数据报协议UDP
7.用户数据报协议UDP:
是一种无连接、不可靠的传输层协议。
UDP只提供有限的差错控制,因此协议简单、运行效率高。
一般用于可靠性较高、延迟较低的局域网或一些可靠性要求不高的一些特定应用中。
UDP传送数据前不需建立连接,远地主机的运输层在收到UDP报文后,不需给出任何确认,即UDP不提供可靠交付,但某些时候,UDP是一种最有效的工作方式。
8.UDP数据报的格式:
头部和数据组成。
头部包括:
源端口号、目的端口号、数据报长度、校验和这4个字段。
端口号属运输层的地址.UDP利用端口号来识别一个应用进程。
不同端口号代表不同应用进程。
校验和校验的范围包括3个部分:
伪头部、UDP头部与数据。
伪头部其目的在于检查UDP用户数据报是否到达了指定主机的目的端口号。
校验和可选。
传输控制协议TCP
1.传输控制协议TCP
Ø传输控制协议TCP是一种面向连接、可靠的传输层协议。
ØTCP协议在网络层IP协议的基础上,通过差错控制与流量控制机制,向应用层用户进程提供可靠、全双工的端到端的数据流传输服务。
ØTCP协议可使应用进程间实现顺序、无错、不重复、无报文丢失的数据流传输。
Ø依赖于TCP协议的应用层协议:
HTTP、SMTP、FTP等。
Ø传送数据前需建立连接,数据传送接受后要释放连接。
TCP不提供广播或多播服务。
但因TCP提供可靠、面向连接的传输服务,因此增加确认、流量控制、连接管理等开销。
从而使得数据单元的首部增大许多,要占用许多资源。
2.TCP报文段格式
Ø由头部和数据两个部分组成。
Ø收发端的应用进程之间建立一条传输连接,传输连接需要用套接字
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