网络工程师总笔记汇总.docx
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网络工程师总笔记汇总
第一章计算机网络概论
1.1计算机网络的形成和发展
1、早期计算机网络的发展
2、现代计算机网络的发展
3、计算机网络标准化阶段
4、微型机局域网的发展时期
5、国际因特网的发展时期
1.2计算机网络的分类和应用
1.2.1计算机网络的分类
转发接点——接口信息处理机IMP(InterfaceMessageProcessor)
互联规模和通信方式:
局域网,城域网,广域网
使用方式:
校园网,企业网
网络服务范围:
公用网,专用网
互联服务供应商ISP(InternetServiceProvider)
网络信息服务供应商ICP(InternetContentProvider)
1.2.2计算机网络的应用
(1)办公自动化
(2)电子数据交换EDI(ElectronicDataInterchange)
(3)远程教育
(4)电子银行
(5)证券和期货交易
(6)娱乐和在线游戏
1.3我国互联网的发展
1.3.1我国互联网的建设
1990年10月在DDN-NIC注册了CN
1.3.2我国建成的互联网络
1、中国公用计算机互联网(ChinaNet)
2、中国教育科研网(CERNET)
3、中国科学技术网(CSTNET)
4、中国金桥信息网(CHINAGBN)已并入网通
1.4计算机网络体系结构
1.4.1计算机网络的功能特性
数据链路控制DLC(DataLinkControl)
1.4.2开放系统互联参考模型的基本概念
遵从国际标准的、能够通过互联而相互作用的系统叫开放系统
开放系统互联参考模型OSI/RM(OpenSystemInterconnection/ReferenceModel)
CCITT(ConsultativeCommitteeInternationalTelegraphandTelephone)
服务访问点SAP(ServiceAccessPoint)
开放系统每个层次由一引起实体(硬件元素或软件元素)组成
服务分为面向链接和无链接服务
面向链接服务有四种原语:
请求,指示,响应,确认
连接端点CEP(ConnectionEndPoint)
1、链接的建立和释放
2、多路复用与分流
(1)一一对应式
(2)多路复用式(3)分流式
3、数据传输
OSI/RM的七层协议的功能:
1、应用层
2、表示层
3、会话层
4、传输层
5、网络层
6、数据链路层
7、物理层
1.5几种商用网络的体系结构
1.5.1SNA
1.5.2X.25
1.5.3NoVellNetware
1.6OSI协议集
第二章数据通信基础
2.1数据通信的基本概念
2.2信道特性
2.2.1信道带宽
W=f1-f2f1为信道能通过最高频率,f1为最低频率
一个数字脉冲称为一个码元,
码元速率/波特率(波特Baud):
表示单位时间内信号波形的变换次数,即单位时间内通过信道传输的码元个数
码元宽度为T秒,则码元速率为B=1/T
最大码元速率(奎斯特定理)B=2W(Baud),其中W为信道带宽
码元携带的信息量n(位)与码元的种类数N有如下关系:
(N=
)
数据速率
(bps)单位是每秒位(bitspersecond)
香农定理(有噪声信道的极限数据速率):
S为信号的平均功率,N为噪声平均功率,S/N叫做信噪比,分贝
2.2.2误码率
Ne为出错的位数,N为传送的位数
2.2.3信道延迟
2.3传输介质
2.3.1双绞线
分为屏蔽双绞线(ShieldedTwistedPair,STP)和无屏蔽双绞线(UnshieldedTwistedPair,UTP)
2.3.2同轴电缆
2.3.3光缆由能传送光波的超细纤维制成,外包一层比下班折射率低的材料
光源可以是发光二极管(LightEmittingDiode,LED)或注入式激光二极管(InjectionLaserDiode,ILD),接收端有一个光检测器光电二极管
芯线直径小到光波波长大小,刚光纤就在为波导,光在其中直线传播,叫单模光纤,贵
2.3.4无线信道
微波信道系统:
分为地面微波系统和卫星微波系统
红外线传输系统
无线电短波通信
2.4数据编码
1.单极性码:
只用正的(或负的)电压表示数据。
需要单独的时钟信号,抗噪特性不好
2极性友:
分别用正和负电压表示二进制数“0”和“1”。
电平差比单极码大,抗干扰性好,仍需要另外的时钟信号
3双极性码:
信号在三个电平(正负零)之间变化。
4归零码:
码元中间的信号回归到零电平,因此任意两个码元之间被零电平隔开。
5双相码:
要求每一位中都要有一个电平转换
6不归零码:
当1出现时电平翻转,当0出现时电平不翻转,实现简单费用低不是自定时
7曼彻斯特编码:
双相码,用高电平到低电平的转换表示0而低到高表示1,相反也允许。
电平转换边既表示数据代码也作为定时信号,使用在以太网中
8差分曼彻斯特码:
双相码,电平转换边只作为定时信号而不表示数据。
数据的表示在于每一位的开始处是否有电平转换,有表示0无表示1.用在令牌环网中。
9多电平编码:
可取多个电平之一,每个码元可代表几个二进制位。
104B/5B编码:
2.5数字调制技术:
用数字数据调制模拟信号叫做数字调制
1幅度键控(ASK):
载波的幅度受到数字数据的调制而取不同的值,调幅技术实现简单但抗干扰性能较差
2频移键控(FSK):
按照数字数据的值调制载波的频率叫做频移键控。
抗干扰性好但战胜带宽较大。
3相移键控(PSK):
用数字数据的值调制载波相位。
抗干扰性能好且相位的变化可以做为定时信息来同步发送机和接收机的时钟
4正交幅度调制(QuadratureAmplitudeModulation,QAM)把两个幅度相同但相位相差
的模拟信号合成为一个模拟信号。
2.6脉冲编码调制(PulseCodeModulation,PCM)简称脉码调制
2.6.1取样
尼奎斯特取样定理:
如果取样速率大于模拟信号最高频率的2倍,则可以用得到的样本空间恢复原来的模拟信号,即
其中f为取样频率,T为取样周期,
为信号的最高频率
2.6.2量化
2.6.3编码
2.7扩频通信:
伪随机序列由一个使用初值(称为种子(seed))的算法产生。
产生的数字序列并不是统计随机的,但如果算法设计的好,得到的序列还是能够通过各种随机性测试。
2.7.1频率跳动扩频(Frequency-HoppingSpreadSpectrum,FHSS)
2.7.2直接序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum,DSSS)
信号源的每一比特用称为码片的N个比特来传输,这个过程在扩展器中进行
2.8通信方式和交换方式
2.8.1数据通信方式
1通信方向
按数据传输的方向分为三种:
(1)单工通信:
信息只能在一个方向传送,发送方不能接收,接收方也不能发送。
如无线电广播和电视广播
(2)半双工通信:
通信的双方可交替发送和接收信息,但不能同时发送和接收。
如航空和航海无线电台以及无线对讲机
(3)全双工通信:
可同时进行双向信息传送的通信方式,例如现代的电话通信
2同步方式
(1)异步传输:
即把各个字符分开传输,字符之间插入同步信息,也叫起止式,优点是简单,但起止位和校验位加入引入额外开销传输速率也不会很高。
(2)同步传输:
发送方先发一串同步字符SYNC,接收方接收两个以上SYNC字符就确认已进入同步状态,准备接收信息。
仅在数据块的前后加入控制字符SYNC效率更高。
短距离高速数据传输中多采用同步传输方式
2.8.2交换方式
1电路交换:
把发送方和接收方用一系列链路直接连通。
适合传输大量数据,传输少量信息时效率不高
2报文交换:
节点把要发送信息组织成一个数据包——报文,其中含有目标节点的地址,完整的报文在网络中一站一站地向前传送。
优点是不建立会用链路,线路是共享的,因而利用率较高,这是由通信中的等待时延换来的
3分组交换:
信息的打包:
发送节点先要对传送的信息分组,对各个分组编号,加上源地址和目标地址以及约定的分组头信息。
一次通信的所有分组在网络中传播有两种方式:
(1)数据报(Datagram)类似于报文交换。
分组拆装设备(PacketAssemblyandDisassemblydevice,PAD),通信双方各有一个
(2)虚电路(VirtualCircuit)类似于电路交换。
与这不同的是逻辑连接的建立并不意味着别的通信不能使用这条线路,它仍然具有链路共享的优点
虚呼叫:
暂时的,会话开始建立,会话结束拆除
永久虚电路:
通信双方一开机就自动建立连接,直到一方请求释放才断开连接
虚电路生命于交互式通信,数据报方式更适合于单向地传送短消息
2.9多路复用技术
多路复用技术是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术。
用到两个设备统称多路器,简写为MUX:
多路复用器(Multiplexer):
把多个低带宽信号复合成一个高带宽的信号
多路分配器(Demultiplexer):
将高带宽信号分解成多个低带宽信号
2.9.1频分多路复用(FrequencyDivisionMultiplexing,FDM)
2.9.2时分多路复用(TimeDivisionMultiplexing,TDM):
要求各个子通道按时间片轮流地占用整个带宽。
按照子通道动态利用情况又可再分为两种:
同步时分:
整个传输时间划分为固定大小的周期,每个周期内各子通道都在固定位置占有一个时槽。
统计时分:
对同步时分的改进,特别将该时分制下多路复用器称为集中器,每个子通道有信息要发送则为它分配一个时槽,没有跳过。
需要在每个时槽加入一个控制字段。
2.9.3波分多路复用(WaveDivisionMultiplexing,WDM):
使用在光纤通信中
2.9.4码分多路复用(CodeDivisionMultipleAccess,CDMA)
也叫码分多址,是一种扩频多址数字通信技术,通过独特的代码序列建立信道。
TD-SCDMA中国提出WCDMA欧洲和日本提出CDMA2000美国高通公司提出
2.9.5数字传输系统
T1载波也叫一次群,用一个编码解码器轮流对24路话音信道取样、量化、编码。
一个取样周期(125μs)中得到7位一组的数字合成一串,共7×24位长,在进入调整信道前要在每一个7位组的后面插入一个信念位,于是变8×24=192位长的数字串,再加入一个帧同步位组成帧长193位的一帧,其总比特率为1.544Mbps,4个T1信道(1.544Mbps)结成1个T2信道(6.312Mbps)多增加的(6.312-4*1.544=0.136)是为了组帧和差错恢复。
7个T2组1个T3,6个T3组成一个T4
ITU-T的E1信道2.048Mbps,把32个8位一组的数据样本组装成125μs的基本帧,其中30个子信道用于话音传送数据,2个子信道(CH0和CH16)用于传送控制信令。
E2由4个E1组成8.448Mbps,E3由4个….(都是4个)
2.9.6同步数字系列
美国标准:
同步光纤网络(SynchronousOpticalNetwork,SONET)
国际标准:
同步数字系列(SynchronousDigitalHierarchy,SDH)
2.10差错控制
一类是由热噪声引起的随机错误,另一类是由冲击噪声引起的突发错误
2.10.1检错码
奇偶校验是最常用的检错方法,其原理是在7单位的ASCII代码后增加一位,使码字中的个数成奇数或者偶数
2.10.2海明码
传送的信息为1001011
2.10.3循环冗余校验码(CyclicRedundancyCheck,CRC)
循环玛其中任一有效码字经过循环移位后得到的码字仍然是有效码字,不论是右移或左移,也不论移多少位。
移位寄存器由K位组成
第三章广域通信网
3.1公共交换电话网(PublicSwitchedTelephoneNetwork,PSTN)
3.1.1电话系统的结构:
我国固定电话网采用4级汇接辐射式结构
3.1.2本地回路
数据电路设备(DataCircuitEquipment,DCE):
提供波形变换和编码功能,以及建立、维持和释放连接的功能。
RS-232-C接口为例说明4个技术特性,EIA(ElectronicIndustriesAssociation)制定的
1机械特性
2电气特性
3功能特性
接口线的功能可分为数据线、控制线、定时钱和地线。
以可分为主信道线和辅助信道线
RS-232-C采用的标准是V.24。
V.24为DTE/DCE接口定义了44条连线,用1开关的三位数字命名;为DTE/ACE定义了12条连线(ACE为自动呼叫设备),用2开对的三位数字。
4过程特性
3.1.3调制解调器(ModulationandDemodulation,Modem)
现代调整Modem采用格码调制(TrellisCodedModulation,TCM)技术
3.2X.25公共数据网
公共数据网是在一个国家或全世界范围内提供公共电信服务的数据通信网
3.2.1CCITTX.21接口
1电气特性
X.21建议指定的数据速率有5种:
600、2400、4800、9600、48000bps
DCE一边只能采用X.27规定的平衡电气特性,DTE一边对4种低速率可选用平衡或不平衡电气特性,对于超过9600bps的速率只能采用平衡电气特性,以保证通信性能
2机械特性
3功能特性
对功能进行编码,在少量电路上传输代表各种功能的字符代码来建立对公共数据网的连接
(1)信号地G和Ga提供零电压参考点
(2)数据传输电路T和R分别代表发送和接收数据
(3)控制电路C和I指示接口的状态
(4)指定电路S和B都由DCE控制,用于同步
4过程特性
3.2.2流量控制和差错控制
流量控制是一种协调发送站和接收站工作步调的技术,其目的是避免发送速度过快,使得接收站来不及处理而丢失数据。
1.停等协议
工作原理:
发送站发出一帧,然后等待应答信号到达后再发送下一帧
发送一帧的时间为
,tp为传播延迟,tf为发送一帧的时间
于是线路的利用率为
=
;
;(线路长度d,信号传播速度v,一帧长L,数据速率R)
Rd/v的单位为位,其物理意义是线路上能容纳的最大位数,即线路的位长度,由线路的物理特性决定。
2.滑动窗口协议
主要思想:
允许连续发送多个帧而无须等待应答
协议的效率
3.差错控制
(1)肯定应答ACK;
(2)否定应答重发NAK;(3)超时重发;
1)停等ARQ协议(AutomaticRepeatreQuest)
2)选择重发ARQ协议(连续ARQ协议的一种)
3)后退N帧ARQ协议
3.2.3HDLC协议(HighLevelDataLinkControl,高级数据链路控制)
数据链路控制协议可分为两大类:
面向字符的协议和面向位的协议。
1.HDLC的基本配置
定义了三种类型的站、两种链路配置和三种数据传输方式
三站:
(1)主站:
对链路进行控制,发出命令帧
(2)从站:
在主站控制下进行操作,发出响应帧
(3)复合站:
具有双重功能,可发出命令帧和响应帧
两种链路配置:
(1)不平衡配置:
点对点和多点链路,由一个主站和一个或多个从站组成
(2)平衡配置:
仅用于点对点链路,由两个复合站组成
三种数据传输方式:
(1)正常响应方式(NormalResponseMode,NRM)适用于不平衡配置,只有主站能启动数据传输过程
(2)异步平衡方式(AsynchronousBalancedMode,ABM)适用于平衡配置,任何一个复合站者无须取得另一个复合站的允许就可启动数据传输过程
(3)异步响应方式(AsynchronousBalancedMode,ARM)适用于不平衡配置,从站无须取得主站的明确指示就可以启动数据传输,主站的责任只是对线路进行管理
2.HDLC帧结构
(1)帧标志F:
特殊的位模式01111110作为帧的边界标志
位填充技术:
发送列中一旦发现0后有5个1,则在第7位插入一个0
接收的位序列中如果发现0后有5个1,则检查第7位:
第7位为0则删除
第7位是1且第8位是0,则认为是检测到帧尾的标志
第7位是1且第8位是1,则认为是发送站的停止信号
(2)地址字段A:
用于标识从站的地址(通常8位长)全为1的8位组表示广播地址
(3)控制字段C:
基本8位,扩展16位,HDLC定义三种帧根据控制字段的格式区分:
信息帧(I帧)承载要传送的数据,捎带流量控制和差错控制的应答信号
管理帧(S帧)用于提供ARQ控制信息,不用捎带机制时以此控制传输过程
无编号帧提供建立。
释放等链路控制功能及少量信息的无连接传送功能
(4)信息字段INFO:
只有I帧和某些无编号帧含有信息字段,长度无规定
(5)帧校验序列FCS:
含有各个字段的校验。
通常用CRC-CCITT标准产生16位校验序列,有时CRC-32产生32位校验序列
3.HDLC帧类型:
表3-3HDLC协议的帧类型
(1)信息帧:
帧的编号N(S),肯定应答顺序号N(R),P/F位在主站发出命令帧中表示P即轮询(polling),在从站发出的响应帧中表示F即终止位(final)
(2)管理帧:
有4种管理帧可以用控制字段中的两个S位来区分:
RR,RNR,REJ,SREJ
(3)无编号帧:
不包含编号字段,也不改变信息帧流动的顺序
4.HDLC的操作
3.2.4X.25PLP协议
1.虚电路的建立和释放
交换虚电路(SwitchedVirtualCall,SVC):
动态建立的虚电路,包含呼叫建立、数据传送和呼叫清除等几个过程
永久虚电路(PermanentVirtualCircuit,PVC):
是网络指定的固定虚电路,像专用线一样,无须建立和清楚连接,可直接传送数据。
2.分组类型和格式
3.流控和差错控制
3.3帧中继网
3.3.1帧中继业务
3.3.2帧中继协议
3.3.3固定虚电路
3.3.4帧中继的应用
3.4ISDN和ATM
3.4.1缝合业务数字网
1.ISDN用户接口
2.B-ISDN体系结构
3.同步传输和异步传输
3.4.2ATM物理层
3.4.3ATM层
1.ATM虚电路
2.信元结构
3.连接的建立和释放
4.ATM地址格式
3.4.4ATM高层
(1)CBR(ConstantBitRate)固定比特率业务
(2)VBR(VariableBitRate)可变比特率业务
(3)ABR(AvailableBitRate)有效比特率业务
(4)UBR(UnspecifiedBitRate)不定比特率通信
3.4.5ATM适配层
3.4.6ATM通信管理
1.连接准入控制
2.使用参数控制
3.通信量整形
第四章局域网与城域网
局域网(LocalAreaNetworks,LAN)是分组广播式网络,与分组交换式的广域网区别
共享信道的分配技术是局域网的核心技术。
4.1局域网技术概论
4.1.1拓扑结构和传输介质
1.总线拓扑
总线是一种多点广播介质,所有的站点都通过接口硬件连接到总线上
选用于总线拓扑的传输介质主要是同轴电缆,分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆
考虑信号平衡问题,把总线划分成一定长度的网段,并限制每个网段接入的站点数
同轴电缆分为传播数字信号的基带同轴电缆和传播模拟信号的宽带同轴电缆
1)基带系统
基带系统的设计需要在数据速率、传播距离、站点数量之间进行权衡
若要扩展网络的长度,可以用中继器把多个网络段连接起来,然而由于网络的定时特性,不能无限制的使用中继器。
2)宽带系统
宽带系统是指采用频分多路技术传播模拟信号的系统,使用特性阻抗为75欧的CATV电缆,
宽带电缆上的信号只能单方向传播,有两种技术可提供双向传输:
双缆配置:
即用两根电缆分别提供两个方向不同的通路,提供双倍的带宽,端头是无源端头
分裂配置:
即把单根电缆的频带分裂为两个频率不同子通道,比双缆配置节约15%费用,端头是有源端头(也叫频率变换端头)
2.环型拓扑
由一系列首尾相接的中继器组成,每个中继器连接一个工作站
3.星型拓扑
每个站都用两对专线连接到中心节点上,一对用于发送,一对用于接收。
中心节点叫做集线器(Hub),一种有源Hub,配置了信号再生逻辑。
一般用于无屏蔽双绞线网络;另一种无源Hub,用于光纤或同轴电缆网络
4.1.2LAN/MAN的IEEE802标准
802.1~802.20除.13外
IEEE802标准把数据链路层划分成了两个子层:
与物理介质相关的部分叫做介质访问控制(MediaAccessControl,MAC)子层
与物理介质无关的部分叫做逻辑链路控制(LogicalAccessControl,LLC)子层
在数据链路层应当有两种不同的协议数据单元:
LLC帧和MAC帧
4.2逻辑链路控制子层
4.2.1LLC地址
LLC地址是LLC层服务访问点。
IEEE802局域网中的地址分两级表示,主机的地址是MAC地址,LLC地址实际上是主机中上层协议实体的地址
4.2.2LLC服务
(1)无确认无连接的服务:
数据报类型服务,不涉及流控和差错控制功能
(2)连接方式的服务:
在有数据交换用户间建立连接同时提供流控和差错控制
(3)有确认无连接的服务:
提供有确认的数据报,但不建立连接
4.2.3LLC协议
LLC协议与HDLC协议兼容,之间差别好下:
(1)LLC用无编号信息帧支持无法连接的服务。
这叫做LLC1型操作
(2)LLC用HDLC的异步平衡方式支持LLC的连接方式服务,这种操作叫LLC2型操作,LLC不支持HDLC的其它操作
(3)LLC用两种新的无编号帧支持有确认无连接的服务,这叫LLC3型操作
(4)通过LLC服务访问点支持多路复用,即一对LLC实体间可建立多个连接
4.3介质访问控制技术
集中式和分布式,分布式分成同步式和异步式控制两种,异步可划分为循环。
预约、竞争三种
4.3.1循环式
在这种方式中,每个站轮流得到发送机会。
发送机会对其发送时间或发送的数据总是有一定限制,超过这个限制的数据只能在下一轮中发送。
轮询是一咱循环式集中控制。
而令牌环则是一种循环式分布控制。
一段时间有很多站都要发很有效,很少站要发开销太大
4.3.2预约式
流式通信就是长时间连续传输。
4.3.3竞争式
突发式通信就是短时间的零星传输。
优点在于简单性,在轻负载或中午负载下效率较高。
当负载很高时其性能很快下降
4.4IEEE802.3标准
CSMA/CD前身为ALOHA
4.4.1ALOHA协议
纯ALOHA和分槽ALOHA
4..4.2CSMA/CD(CarrierSenseMultip
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