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基于存储转发原理(时延较长);
✧分组交换:
报文(message)切割加上首部(包头header)形成分组(包packet);
优点:
高效(逐段占用链路,动态分配带宽),灵活(独立选择转发路由),迅速(不建立连接就发送分组),可靠(保证可靠性的网络协议)。
✧路由器处理分组过程:
缓存→查找转发表→找到合适端口;
(存查发)。
✧存储转发时造成时延;
后两者不需要预先分配传输带宽,在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。
由于一个分组的长度往往小于整个报文的长度,因此分组交换比报文交换的时延小,同时也具有更好的灵活性。
13.区别:
电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直接到达终点,好像在一个管道中传送。
报文交换——整个报文先传送到相邻结点,全部存储下来后查找转发表,转发到下一个结点。
分组交换——单个分组(这只是整个报文的一部分)传送到相邻结点,存储下来后查找转发表,转发到下一个结点。
14.计算机网络的分类
●按作用范围:
WAN(广),MAN(城),LAN(局),PAN(个人);
●按使用者:
公用网,专用网;
●按介质:
有线网,光纤网,无线网络;
●按无线上网方式:
WLAN,WWAN(手机);
按通信性能:
资源共享,分布式计算机,远程通信网络。
15.计算机网络的性能
1)速率(比特每秒b/s):
数据量/信息量的单位;
2)带宽(两种):
①频域称谓,赫兹Hz,信号具有的频带宽度;
②时域称谓,比特每秒(b/s),通信线路的最高数据率;
两者本质一样,宽度越大,传输速率自然越高;
3)吞吐量:
单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。
受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
4)时延:
●发送时延(传输时延):
;
发生在及其内部的发送器中;
●传播时延:
发生在及其外部的传输信道媒体上;
●处理时延:
交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。
●排队时延:
结点缓存队列中分组排队所经历的时延。
(取决于当时的通信量);
⏹数据的发送速率不是比特在链路上的传播速率。
5)时延带宽积:
时延带宽积(体积)=传播时延(长)X带宽(截面积),以比特为单位的链路长度;
6)往返时间(RTT):
简单来说,就是两倍传播时延(实际上还包括处理时延,排队时延,转发时的发送时延);
7)利用率:
信道利用率→网络利用率(全网络的信道利用率的加权平均值)
,U为利用率,D为时延,因此利用率不是越高越好。
减少方法:
增大线路的带宽。
16.非特征性能:
费用,质量,标准化,可靠性,可扩展性和可升级性,易于管理和维护。
第2章物理层
1、基本概念
机械特性(接口);
电气特性(电压范围);
功能特性(电压的意义);
规程特性(顺序)
2、数据在计算机内部多采用并行传输方式,但数据在通信线路上传输方式为串行传输。
3、一个数据通信系统包括三大部分:
源系统(或发送端、发送方)、传输系统(或传输网络)和目的系统(或接收端、接收方)。
(1)源系统一般包括以下两个部分:
源点和发送器。
(2)目的系统一般也包括以下两个部分:
接收器,终点。
(3)数据:
运送消息的实体。
信号:
数据的电气的或电磁的表现。
模拟信号,或连续信号:
代表消息的参数的取值是连续的。
数字信号,或离散信号:
代表消息的参数的取值是离散的。
码元:
在使用时间域(或简称为时域)的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形。
4、信道
(1)单向通信(单工通信)只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
(2)双向交替通信(半双工通信)通信的双方都可以发送信息,但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。
(3)双向同时通信(全双工通信)通信的双方可以同时发送和接收信息。
(4)常用编码方式
不归零制:
正电平代表1,负电平代表0。
归零制:
正脉冲代表1,负脉冲代表0。
曼彻斯特编码:
位周期中心的向上跳变代表0,位周期中心的向下跳变代表1。
但也可反过来定义。
差分曼彻斯特编码:
每一位的中心处始终都有跳变.位开始边界有跳变代表0,而位开始边界没有跳变代表1。
(5)基带信号:
来自信源的信号,为使信道能够传输低频分量和直流分量,需要进行调制。
①基带调制(仅对波形进行变换);
②带通调制(使用载波调制):
①调幅②调频③调相。
4、信道的极限容量
限制码元在信道上的传输速率的两因素:
(1)信道能够通过的频率范围(码间串扰)——加宽频带;
(2)信噪比——信号的平均功率和噪声的平均功率之比;
信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)
极限信息传输速率C=Wlog2(1+S/N)b/s;
低于C即可实现无差错传输
让每个码元携带更多比特的信息量;
5、传输媒体可分为两大类:
即导引型传输媒体和非导引型传输媒体。
(1)导向型传输媒体:
Ⅰ双绞线:
①屏蔽双绞线(加强抗电磁干扰能力)②无屏蔽双绞线
Ⅱ同轴电缆(用于传输较高速率的数据):
①50Ω同轴电缆;
②75Ω同轴电缆
Ⅲ光缆:
①多模光纤②单模光纤(光纤直径下只有一个光的波长)
(2)非导向型传输媒体:
①短波通信(靠电离层的反射);
②微波通信:
①地面微波接力通信(中继站);
②卫星通信(较大的传播时延)。
6、信道复用技术
(1)频分复用:
所有用户在同样的时间占用不同的资源。
(2)时分复用(同步):
所有用户在不同的时间用同样的频带宽度.(更有利于数字信号的传输);
(3)统计时分复用(异步):
动态分配时隙;
(4)波分复用:
光的频分复用;
(5)码分复用(码分多址CDMA):
不同的码型;
每个站分配的码片序列不仅必须各不相同,并且还必须互相正交(相乘为0,0为-1)。
在实用的系统中是使用伪随机码序列。
任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1;
任何一个码片向量和该码片反码的向量自己的规格化内积都是-1;
任何一个码片向量和其他码片向量的规格化内积都是0;
7、E1的速率是2.048Mbit/s,而T1的速率是1.544Mbit/s。
8、宽带接入的媒体来看,可以划分为两大类:
①有线宽带接入②无线宽带接入
(1)非对称数字用户线ADSL:
把0~4kHz低端频谱留给传统电话使用,而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。
(2)上行和下行带宽不对称;
上少下多
(3)极限传输距离与数据率以及用户线的线径都有很大的关系;
(4)离散多音调DMT——频分复用;
(5)组成:
数字用户线接入复用器(DSLAM)、用户线和用户家中的一些设施;
(6)光纤同轴混合网HFC(有限电视网)
基于CATV网(树型拓扑结构,模拟技术的频分复用)改造的;
使用光纤模拟技术,采用光的振幅调制AM;
节点体系结构——模拟光纤连接,构成星形网;
提高网络的可靠性,简化了上行信道的设计;
比CATV网更宽的频谱,且具有双向传输功能;
12、假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为20000码元/秒。
如果采用振幅调制,把码元的振幅划分为16个不同等级来传送,那么可以获得多高的数据率(b/s)?
答:
C=R*Log2(16)=20000b/s*4=80000b/s
13、共有4个站进行码分多址通信。
4个站的码片序列为
A:
(-1-1-1+1+1-1+1+1)B:
(-1-1+1-1+1+1+1-1)
C:
(-1+1-1+1+1+1-1-1)D:
(-1+1-1-1-1-1+1-1)
现收到这样的码片序列S:
(-1+1-3+1-1-3+1+1)。
问哪个站发送数据了?
发送数据的站发送的是0还是1?
解:
S·
A=(+1-1+3+1-1+3+1+1)/8=1,A发送1
B=(+1-1-3-1-1-3+1-1)/8=-1,B发送0
C=(+1+1+3+1-1-3-1-1)/8=0,C无发送
D=(+1+1+3-1+1+3+1-1)/8=1,D发送1
第3章数据链路层(计算题:
1CRC;
2征用期、最短帧长与时延)
1、两种信道:
①点对点信道;
②广播信道。
2、链路(物理链路)之间没有任何节点。
3、帧——协议数据单元。
4、三个基本问题:
①封装成帧——加上首部和尾部进行帧定界;
②透明传输——字节填充,加上转义字符ESC(1B);
③差错检测——循环冗余检验CRC。
进行模二运算得到的余数(比除数少一位)作为冗余码,数据加上冗余码在除以除数P,得到的余数为0即为无差错。
凡是接收端数据链路层接受的帧均无差错(无比特差错);
要做到“可靠传输”(即发送什么就收到什么)就必须再加上帧编号、确认和重传机制。
5、点对点协议PPP
(1)特点:
①简单(这是首要的要求);
②封装成帧(帧界定符);
③透明性;
④多种网络层协议(IP、IPX);
⑤多种类型链路(串并,同异,高低,电光,动静);
⑥差错检测(立即丢弃);
⑦检测连接状态(短时间自动检测);
⑧最大传送单元(数据部分的最大长度);
⑨网络层地址协商;
⑩数据压缩协商(不要求标准化)。
(2)组成:
一个将IP数据报封装到串行链路的方法。
链路控制协议LCP(数据链路)
网络控制协议NCP——用于支持不同的网络层协议
(3)帧格式
(4)①异步传输:
字节填充——转义字符(0x7D);
①0x7E—>
(0x7D,0x5E)②0x7D—>
(0x7D,0x5D)③<
0x20—>
在该字符前面要加入一个0x7D字节,同时将该字符的编码加以改变。
②同步传输:
零比特填充
在发送端,只要发现有5个连续1,则立即填入一个0。
接收端对帧中的比特流进行扫描。
每当发现5个连续1时,就把这5个连续1后的一个0删除。
(5)建立过程
物理链路→LCP链路→鉴别的LCP链路(PAP)→NCP链路(IP协议对应IPCP)
6、局域网数据链路层
(1)局域网的特点:
网络为一个单位所拥有,且地理范围和站点范围均有限,具有广播功能,便于扩展,提高系统的可靠,可用,生存。
(2)局域网的拓扑:
星形网,环形网(令牌环形),总线网(CSMA/CD和令牌传递),树形网(频分复用的宽带局域网)。
(3)共享信道:
Ⅰ静态划分信道(①频分复用②时分复用③波分复用(光的频分)④码分复用)
Ⅱ动态媒体接入控制(多点接入)(①随机接入②受控接入,如多点线路探询(polling),或轮询。
(4)以太网的两个标准——DIXEthernetV2和IEEE802.3
(5)适配器的作用:
①进行串行/并行转换②对数据进行缓存
③在计算机的操作系统安装设备驱动程序④实现以太网协议。
(6)CSMA/CD(载波监听多点接入/碰撞检测)协议
实施通信简便的两个措施:
①采用无连接的工作方式(不编号,不确认);
②曼切斯特编码(一分为二);
对点接入——总线型网络;
载波监听——发送前先监听;
碰撞检测(冲突检测)——边发送边监听,发送的不确定性;
半双工通信
(7)争用期(碰撞窗口)——截断二进制指数退避(动态退避)(2τ征用期)
最短有效帧长度为64字节;
以太网取51.2微秒为争用期的长度。
帧间最小间隔9.6微秒。
强化碰撞——人为干扰信号;
7、使用广播信道的以太网
(1)集线器的星形拓扑
物理上星形网,逻辑上总线网;
多接口;
工作在物理层,简单地转发比特,不进行碰撞检测;
(2)以太网的信道利用率
成功发送一个帧占用信道的时间=T(帧长除以发送速率)+τ;
参数a:
,越小越好,帧长度要够长;
极限信道利用率
(3)以太网的MAC层
硬件地址又称为物理地址,或MAC地址。
48位MAC地址。
RA——注册管理机构;
OUI——组织唯一标识符(公司的);
EUI——扩展唯一标识符;
适配器检测MAC帧中的目的地址是否发往本帧——单播,广播,多播;
最常用的MAC帧是以太网V2的格式。
数据字段46~1500字节
利用曼切斯特编码来确定长度;
帧间最小间隔导致不需要帧结束定界符;
以太网不负责重传丢弃的MAC帧;
9、在物理层扩展以太网
光纤扩展;
集线器扩展
①使原来属不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。
②扩大局域网覆盖的地理范围。
缺点:
①碰撞域增大了,但总的吞吐量并未提高。
②如果不同的碰撞域使用不同的数据率,那么就不能用集线器将它们互连起来。
10、在数据链路层扩展以太网(网桥)
(1)网桥作用(过滤)——根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发(存储转发)。
(2)好处:
①过滤通信量。
(隔离开碰撞域)②扩大了物理范围。
(增大工作站的数目)③提高了可靠性。
(出现故障只影响个别网段)④可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率(如10Mb/s和100Mb/s以太网)的局域网。
(3)缺点:
①存储转发增加了时延。
②在MAC子层并没有流量控制功能。
(缓存空间不够造成溢出导致帧丢失)③具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大。
④广播风暴。
(网络拥塞)
在转发帧时,不改变帧的源地址;
(4)透明网桥
自学习,即插即用(IEEE802.1D)
组成:
地址(源地址)+接口+时间(更新用的)
生成树算法——任何两个站之间只有一条路径。
(5)源路由网桥
发现帧记录所有可能的路由传送;
广播;
最佳路由;
(6)多接口网桥——以太网交换机,
全双工;
独占通信媒体,无碰撞地传输数据;
有存储转发,也有直通(不检查差错,但提高速率减少时延);
(7)虚拟局域网(VLAN):
由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。
同一VLAN的成员可以收到其他成员的广播信息;
11、高速以太网(大于100Mb/s)
100BASE-T以太网:
双绞线;
星形拓扑结构;
IEEE802.3的CSMA/CD;
吉比特以太网:
全双工和半双工都可以;
1Gb/s;
12、要发送的数据为101110。
采用CRCD生成多项式是P(X)=X3+1。
试求应添加在数据后面的余数。
作二进制除法,10111000010011添加在数据后面的余数是011
13、
第4章网络层(计算题:
1子网划分;
2路由选择)
1、虚电路服务和数据报服务的对比
对比的方面
虚电路服务
数据报服务
思路
可靠通信应当由网络来保证
可靠通信应当由用户主机来保证(尽最大努力交付)
连接的建立
必须有
不需要
终点地址
仅在连接建立阶段使用,每个分组使用段的虚电路号
每个分组都有终点的完整地址
分组的转发
属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发
每个分组独立选择路由进行转发(独立发送)
当节点出故障时
所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作
出故障的结点可能会丢失分组,一些路由可能会发生变化
分组的顺序
总是按发送顺序到达终点
到达终点时不一定按发送顺序
端到端的差错处理和流量控制
可以由网络负责,也可以由用户主机负责
由用户主机负责
网络“面向连接”虚电路端系统“无连接”数据报
2、与IP协议配套使用的还有三个协议:
①地址解析协议ARP②网际控制报文协议ICMP③网际组管理协议IGMP
3、①物理层中继系统:
转发器(repeater)。
②数据链路层中继系统:
网桥或桥接器(bridge)。
③网络层中继系统:
路由器(router)。
④网桥和路由器的混合物:
桥路器(brouter)。
⑤网络层以上的中继系统:
网关(gateway)。
4、IP地址的编址方法
①分类的IP地址。
这是最基本的编址方法,
②子网的划分。
这是对最基本的编址方法的改进,
③构成超网。
这是比较新的无分类编址方法。
5、分类的IP地址(网络号+主机号=32位)
IP地址由ICANN进行分配(中国向APINC);
分类的IP地址(已成历史)
A类地址(
——50%)类别号为0
最大的可指派的网络数(网络号全0表示本机,全1表示环回测试;
——
)。
每个网络中的最大主机数(主机号全0表示本主机的网络地址,全1表示所有主机;
B类地址(
——25%)类别号为10
最大的可指派的网络数(
每个网络中的最大主机数(主机号跟A类一样——
C类地址(
——12.5%)类别号为110
每个网络中的最大主机数(主机号(同上)——
特点:
①路由器仅根据网络号来转发分组;
②多归属主机——一个路由器至少要有两个不同的IP地址(每个接口一个);
③用网桥或转发器连接的局域网仍属于一个网络(相同网络号),用路由器才能连接不同网络;
4、IP地址(逻辑地址)与硬件地址(物理地址、MAC地址)
①硬件地址(或物理地址、MAC地址)是数据链路层和物理层使用的地址。
②IP地址是网络层和以上各层使用的地址,是一种逻辑地址。
③使用IP地址是为了隐蔽各种底层网络的复杂性而便于分析和研究问题;
④数据链路层看不到数据包的IP地址;
⑤路由器只根据目的IP地址的网络号进行路由选择;
5、ARP——IP地址转为MAC地址;
ARP作用:
从网络层使用的IP地址,解析出在数据链路层使用的硬件地址。
当主机A欲向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时,就先在其ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址。
①如有,就可查出其对应的硬件地址,再将此硬件地址写入MAC帧,然后通过局域网将该MAC帧发往此硬件地址。
②如没有,ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP请求分组。
收到ARP响应分组后,将得到的IP地址到硬件地址的映射写入ARP高速缓存。
ARPcache——本局域网的主机和路由表的IP地址到MAC地址的映射表;
请求是广播,响应是单播,一次请求响应,两边同时把双方的信息写进ARPcache;
不同局域网的主机,要通过路由器进行ARP查询;
6、ARP四种典型情况
发送方
接收方
动作
主机
本网主机
解析
它网主机
解析到边界路由器相邻接口
路由器
7、IP数据包的格式(首部20字节,固定的)
04816192431
版本
首部长度
区分服务
总长度
标识
标志
片偏移
生存时间
协议
首部检验和
源地址
目的地址
可选字段(长度可变)
填充
数据部分
总长度——不少于576字节;
标识,标志,片偏移——用于分片;
TTL(现为跳数限制)——在经过路由器时才减1;
协议:
协议名
ICMP
IGMP
TCP
UDP
协议字段值
1
2
6
17
首部检验和——只检验首部,16位反码运算相加再求反码,检验时一样,得到为0即无差错;
IP首部的可变部分就是一个选项字段,用来支持排错、测量以及安全等措施。
7、IP层转发分组的流程
从一个路由器转发到下一个路由器(信息:
目的网络地址,下一跳地址);
特定主机路由——对特定的目的主机指明一个路由,方便控制网络和测试网络;
MAC地址);
分组转发算法:
直接交付→特定主机路由→下一跳路由器→默认路由。
(1)从数据报的首部提取目的主机的IP地址D,得出目的网络地址为N。
(2)若网络N与此路由器直接相连,则把数据报直接交付目的主机D;
否则是间接交付,执行(3)。
(3)若路由表中有目的地址为D的特定主机路由,则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器;
否则,执行(4)。
(4)若路由表中有到达网络N的路由,则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器;
否则,执行(5)。
(5)若路由表中有一个默认路由,则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器;
否则,执行(6)。
(6)报告转发分组出错。
8、划分子网(计算题)
(1)从两级IP地址到三级IP地址
(2)IP地址:
:
={网络号,子网号,主机号};
(3)网络地址=只要把子网掩码和IP地址进行逐位的与运算(AND)[和谁比对,就和谁“与”]。
(5)根据B类地址的子网划分选择16-16
“子网号的位数”中没有0,1,15和16这四种情况,因为这没有意义。
子网数=2的N次-2,每个子网的主机数=2的16-N次-2(N代表子网号的位数)
8、能解释
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