计算机网络技术与应用 资料整理 石油大学考试专用Word格式.docx
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计算机网络采用拓扑学中的研究方法,将网络中的设备定义为结点,把两个设备间的连接线路定义为链路。
计算机网络拓扑通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构,反映出网络中各实体间的结构关系。
6.几种拓扑结构类型:
总线型(总线作为公共传输信道;
所有节点均平等;
使用广播式通信技术;
共享式网络。
优:
连接简单、易于维护、成本费用低。
缺:
整体性能随网络节点数增加而下降,任一节点出故障会导致整个网络瘫痪,故障检测困难);
星型(以一台设备为中心节点,其它外围节点都单独连接在中心节点上;
任两个结点通信必须通过中心结点。
缺:
中心结点失效,整个网络就会瘫痪);
环型(共享环型信道;
信息单向流动。
优:
数据双向传输,不同链路上的数据不互相干扰。
环的节点故障会引起全网故障);
网状型(结点之间的连接是任意的,没有规律;
系统可靠性高。
结构复杂,必须采用路由选择算法与流量控制方法);
树型(有分支的总线结构;
可用于宽带网。
目前不用)。
总线型、星型、环型是局域网的三种基本拓扑结构。
7.网络的主要功能及应用:
资源共享(硬件资源:
如大容量磁盘,高性能打印机,高精度绘图设备和通信设备等;
软件资源:
各种操作系统及其应用软件、工具软件、和各种Internet信息服务软件等;
信息资源:
涉及科学技术、医疗卫生、文艺体育、社会文化等各方面的内容。
),通信功能(实现计算机与终端、计算机与计算机之间传送各种信息,对地理位置分散的单位进行集中管理与控制),提高计算机的可靠性和可用性(可靠性:
网络中计算机彼此互为备用可用性:
通过计算机网络均衡各台计算机的负担,避免产生忙闲不均的现象,从而提高可用性),分布式处理(对于大型项目,可将其分成多个子项目,由不同的计算机分别执行,相互协作,共同完成整个项目)。
8.计算机网络的组成:
计算机设备(具有独立功能的计算机系统和具有独立网络功能的共享设备)+传输介质(实现网络通信的物理基础。
分为有线和无线两大类。
)+网络协议实体(实现网络协议的软件或硬件).
计算机网络体系结构:
计算机网络的层次结构及其各层协议的集合
9.网络协议:
计算机之间需要遵守的、具有特定语义的一组规则,其实现是由软件或硬件或二者共同完成的。
10.两种网络协议分层模型(自下而上):
OSI参考模型的7层框架:
物理层(bits),数据链路层(帧),|网络层(数据包),|传输层(报文),|会话层,表示层,应用层。
TCP/IP参考模型:
网络接口层(■网络接口层,也称为主机-网络层,是参考模型的最低层;
■它负责通过网络发送和接收IP数据报,并且指出通信主机必须采用某种协议连接到网络上,并且能够传输网络数据分组),互联网层(■包括多个协议:
IP、ICMP、IGMP、ARP、RARP等,其中最重要的是IP协议。
■是TCP/IP模型的关键部分。
■功能是使主机可以把分组(packet)发往任何网络,并使各分组独立地传向目的地。
■分组路由和差错控制也是互联网层的主要设计问题),传输层(■在TCP/IP参考模型中,传输层是参考模型的第3层;
■它负责在应用进程之间的端-端通信;
■主要目的是:
在互联网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端-端连接。
它与OSI参考模型的传输层功能类似,也对高层屏蔽了底层网络的实现细节),应用层(应用层是TCP/IP参考模型中的最高层。
■它的功能是解决用户的各种具体应用。
应用层包括了所有的高层协议,并且总有新的协议加入)。
同层交流。
在传输层定义了两个协议:
传输控制协议(TCP):
它是一种可靠的、面向连接的协议,用于包交换的计算机通信网络,互联系统及类似的网络上,保证通信主机之间有可靠的字节流传输,完成流量控制功能,协调收发双方的发送与接收速度,达到正确传输的目的。
用户数据报协议(UDP):
它主要用于不要求分组顺序到达的传输中,分组传输顺序检查与排序由应用层完成。
UDP是一种不可靠、无连接协议。
11.两种模型对比关系:
12.TCP/IP协议模型及其主要协议:
应用层:
应用程序:
SMIO,MIME,HTTP,BGP,FTP,Telnet,DNS,RIO,DHCP,SNMP,ASN.A,TFTP
传输层:
TCP,UDP
互联网层:
IP,ICMP,ARP,RARP
网络接口层:
硬件设备驱动程序
二章1.数据:
表达信息的实体;
信号是数据的电子或电磁编码,分为模拟信号和数字信号。
2.通信系统基本组成部份:
信源、信宿、转换器、反转换器和信道。
类型:
模拟通信系统和数字通信系统。
3.信道带宽是指信道可以不失真地传输信号的频率范围,通常也称为信道的通频带。
信号的带宽越大,利用这种信号传送数据的速率就越高。
码元差错率(误码率)是指码元传输时出错的概率。
它是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。
信道带宽与差错率是描述信道的主要指标。
4.数据传输速率用比特率(bps)衡量,它表示每秒传送二进制数的数目,1Mbps=1000Kbps=1000000bps。
5.信道的通信方式:
单工(只能有一个方向的通信、而没有反方向的交互,如广播电视),半双工(通信双方都可以发送信息、接收信息,但不能同时,如对讲机),全双工(同一时刻通信双方可同时发送、接收信息,如电话)。
6.传输介质分为有线传输介质(同轴电缆、双绞线和光纤—抗电磁干扰能力强,传输速率高,传输距离远);
无线传输介质(地面微波、卫星微波、红外等通信介质)。
传输距离和传输速率成反比,即在同一种介质上,传输速率越高则传输距离越短。
7.目前常用的介质使用方式为:
局域网由双绞线连接,光纤(包括单模和多模,视距离远近决定)作为通信干线,卫星微波用于跨国界和对偏远地区传输。
8.调制:
数字信号--模拟信号;
解调:
模拟--数字。
9.三种数据交换(交换是指按某种方式动态的分配传输线路资源)技术:
电路交换,报文交换,分组交换。
10.电路交换:
与电话交换方式的工作过程很类似。
特点:
数据传输之前需要建立一条端到端的通路--称为”面向连接的”(典型例子:
电话)。
电路交换的通信过程包括三个阶段:
电路建立阶段、数据传输阶段、电路释放阶段。
缺点:
1)呼叫建立时间长且存在呼损;
2)线路(信道)利用率低;
3)无纠错机制。
优点:
建立连接后传输延迟小。
11.报文交换:
以报文为单位进行”存储-转发”交换的技术。
传输之前不需要建立端到端的连接,仅在相邻结点传输报文时建立结点间的连接,—称为”无连接的”(典型例子:
电报)。
整个报文(Message)作为一个整体一起发送。
报文交换优缺点:
1)没有建立和拆除电路的等待和延时;
2)线路利用率高;
3)数据传输可靠性高。
1)大报文造成存储转发的延时过长;
2)出错后整个报文全部重发。
12.分组交换:
将报文分割成若干个大小相等的分组(Packet)进行存储转发。
数据传输前不需要建立一条端到端的通路--也是“无连接的”。
有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择功能。
分组交换优缺点:
1)对转发结点的存储要求较低,可以用内存来缓冲分组--速度快;
2)某个分组出错可以仅重发出错的分组--效率高;
3)各分组可通过不同路径传输,容错性好。
1)需要分割报文和重组报文,增加了端站点的负担。
13.三种数据交换技术均采用存储转发技术实现。
第三章1.主要局域网技术:
以太网,令牌环网,光纤分布式数据接口(FDDI),|异步传输模式(ATM),无线局域网。
(共享式|交换式)。
2.IEEE802局域网参考模型:
在局域网上广泛使用的协议标准就是IEEE802系列标准。
由电气电子工程师协会IEEE的802委员会制定。
IEEE802系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责,到目前为止,已有22个工作组。
3.以太网的种类按传输技术划分:
共享式以太网,交换式以太网。
按最大传输速率划分:
10M以太网(传统以太网(10Mbps)),快速以太网(100Mbps),千兆位以太网(1000Mbps或1Gbps),万兆位以太网(10000Mbps或10Gbps)。
4.逻辑链路控制子层(LLC)的目的是屏蔽各种802网络之间的差别,为高层提供统一的接口。
MAC子层的主要功能是可以管理多个源链路和多个目的链路,进行合理的信道分配,解决信道竞争问题。
4.传统以太网四种不同的物理层
以太网的MAC子层
10BASE510BASE210BASE-T10BASE-F(10为数据率,BASE为基带信号)
52TF
对应四种传输介质:
粗缆细缆双绞线光纤
对应标准号:
802.3802.3a802.3i802.3j
提出的时间:
1983年1985年1990年1993年
5.最初的以太网(共享式网络,总线型,广播式):
将许多计算机都连接到一根总线上。
6.共享式以太网,总线型网络:
所有计算机共享同一公共信道,同一时间网络上只有一台计算机能够使用信道。
多计算机争用信道时,网络协议怎样分配信道?
解决办法:
介质访问控制协议。
以太网带有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)协议。
CSMA/CD包含两方面内容:
1)载波侦听多路访问(CSMA):
当某一个结点要发送数据时,它首先要侦听信道有无其它结点正在发送数据,若没有则立即抢占信道发送数据;
如果侦听到信道正忙,则需要等待一段时间,直至信道空闲再发数据。
2)冲突检测(CD):
在发送数据的同时,进行冲突检测,一旦发现冲突则立刻停止发送,并等待冲突平息以后,再执行CSMA/CD协议,直至将数据成功地发送出去为止。
载波侦听实现方法:
通过硬件测试信道上信号的有无。
当结点检测到信道忙时,通常有2种处理办法:
坚持型--继续侦听,一直到发现信道空闲立即发送。
非坚持型--延迟一个随机时间再检测,并不断重复此过程,直到发现信道空闲,发送数据。
冲突检测:
产生冲突的两种情况:
1)侦听到信道某一瞬时处于空闲状态时,两个以上的结点同时向信道发送数据。
2)结点A侦听到信道是空闲的,但是这种空闲状态可能是结点B已经发送了数据。
消除冲突--冲突检测器:
检测到冲突后停止发送数据,延迟一段随机时间再去抢占信道。
7.传统以太网集线器(工作在物理层):
是使用电子器件来模拟实际电缆线工作的一种设备。
将所有站点都通过双绞线连接到一个可靠性非常高的中心集线器(HUB)上,形成星型物理拓扑结构。
10BASE-T以太网:
物理结构为星型;
逻辑结构为总线型。
布线、增加和减少站点都很方便;
单个站点或线缆故障不会影响网上的其它站点。
共享带宽、带宽受损;
半双工工作,通信效率低;
与同轴电缆以太网相同,广播式,一个站点发送的信号,可以被网上的其它所有站点收到,信息易被窃听,且已造成网络风暴。
10.帧:
数据链路层的数据分组。
以太网的MAC帧:
以太网MAC子层的数据分组。
目前使用DIXEthernetV2的MAC帧格式
前同步码:
内容都是10101010;
作用:
使接收端在接收MAC帧时能够迅速实现比特同步。
帧开始标志:
定义为10101011;
表示在这后面的信息就是MAC帧了。
目的地址:
用于MAC层寻址,通常称为”MAC地址”或”2层地址”,通常采用16进制表示,如AC-DE-48-00-00-80。
由于标识一个网络接口的MAC地址是固化在以太网接口硬件(如网卡)上的,因此也称为硬件地址或物理地址。
以太网MAC帧的三种目的地址:
单播地址(前3个字节由IEEE分配给以太网硬件的制造商,后3个字节则由制造商自行分配)--单播帧;
广播地址(一个48位全为1的地址,用于向同一个数据链路层广播域上的所有站点广播信息)--广播帧;
组播地址(第一个字节的最低位为1,用于向局域网上的一组计算机发送信息)--组播帧。
作用是标识出上层使用的协议。
数据区:
作用是封装上层协议分组。
填充字段:
作用是将MAC帧的长度补足64字节(传统以太网规定:
一个以太网帧的最短有效长度为64bits,不足64bits则是无效帧。
64字节的来历:
CSMA/CD协议能够检测到可能最晚来到的冲突信号的时间段--以太网的两倍端到端往返时延。
在802.3标准中,这段时间取为51.2us。
10Mbps速率下,这段时间可以发送512bits,正好是64字节。
在接收端,长度不够64字节的帧都被认为是无效帧而丢弃)。
检验码:
也称帧检验序列(FCS),用于对以太网帧进行差错检测,以太网使用循环冗余检验(CRC)。
10.局域网技术:
1)共享式网络技术:
网中所有结点共享一条公共传输信道--共享信道带宽。
典型:
传统以太网、令牌网、FDDI。
2)交换式网络技术:
独占端口带宽。
交换式以太网(核心设备:
以太网交换机)、ATM。
11.交换式以太网的核心设备:
以太网交换机(可工作在数据链路层):
1)第二层交换机(Layer2switch):
连接以太网和以太网的多端口网桥,使用存储转发机制,使用自学习机制建立转发表;
实现物理层和数据链路层协议。
第三层交换机(Layer3switch):
可以实现路由功能;
实现物理层、数据链路层和网络层协议。
13.交换机与集线器在内部工作原理上的区别:
集线器只能在一对端口之间建立连接,交换机可以同时在多个端口之间建立多个并发连接。
14.交换式以太网-集线器的工作过程:
首先是节点发信号到线路,集线器接收该信号,因信号在电缆传输中有衰减,集线器接收信号后将衰减的信号整形放大,最后集线器将放大的信号广播转发给其他所有端口。
集线器的不足之处:
1)用户带宽共享,带宽受限2)广播方式,易造成网络风暴3)半双工传输,网络通信效率低。
15.交换式以太网-交换机工作原理:
交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。
交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上。
控制电路收到数据包以后,处理端口会查找内存中的MAC地址对照表以确定目的MAC的NIC挂接在哪个端口上,通过内部交换矩阵直接将数据迅速包传送到目的节点,而不是所有节点,目的MAC若不存在才广播到所有的端口。
1)独占端口带宽,网络总带宽随端口数的增加而增加2)全双工时不再需要执行CSMA/CD协议3)可灵活配置接口速率4)可扩充性和网络延展性好5)易于管理,便于调整网络负载分布,有效利用带宽6)可以和相同协议的共享式网络兼容。
12.快速以太网,千兆位以太网,也称为“吉比特以太网”,万兆位以太网,也称为“10G比特以太网”(2002年6月定为正式国际标准)使用了相同的帧格式,介质访问控制方式,应用程序接口。
13.快速以太网数据传输率100Mbps,标准代号IEEE802.3u,主要三种传输介质:
100Base-T4:
4对3类非屏蔽双绞线(UTP);
100Base-TX:
2对5类UTP或2对1类STP;
100Base-FX:
2芯多模光纤。
组网:
有共享式(集线器)和交换式(交换机)两种,物理拓扑均为星型结构。
14.千兆位以太网:
1000Mbps(1Gbps)IEEE802.3z和IEEE802.3ab1000Base-SX:
只支持多模光纤。
1000Base-LX:
支持多模光纤和单模光纤。
1000Base-CX:
使用2对屏蔽双绞线。
1000Base-T:
使用4对超5类非屏蔽双绞线。
不再使用共享式集线器。
15.万兆位以太网:
10GbpsIEEE802.3ae只使用光纤只工作在全双工方式,不再需要运行CSMA/CD协议。
16.10/100Mbps或10/100/1000Mbps自适应以太网:
以太网交换机可以混合处理不同速率的信号:
一台交换机上可以配置不同速率的端口,同一端口可以工作在不同传送速率下——自适应端口。
自适应端口的两种工作模式:
自动协商模式,人工选择可能的模式。
自适应端口目前只用于连接双绞线的RJ-45端口,而不用于光纤端口。
17.虚拟局域网(VLAN):
建立在交换式局域网技术的基础之上、采用软件方式构建的可跨越不同物理网段的一种逻辑网络。
不是一种新型的局域网,是局域网为用户提供的一种服务,是对交换式局域网技术的一种功能扩展。
传统局域网:
受到物理位置的限制;
虚拟局域网:
使用软件方式划分和管理,不受物理位置的限制。
逻辑工作组:
根据部门、功能以及应用等因素将网络上的结点划分为若干相对独立的部分。
18.VLAN技术的引入使得网络管理更加灵活:
每个VLAN是一个独立的广播域,1)可以有效地隔离广播2)具有逻辑独立性
19.IEEE802.11系列标准:
1)IEEE802.11b:
工作于2.4GHz频段,最大数据传输速率为11Mbps,室外的最大通信距离为300m,室内为100m;
2)IEEE802.11a工作于5GHz频段,数据速率最高可达54Mbps,与802.11b不兼容,成本较高;
3)802.11g:
一种混合标准,既可以在2.4GHz频段提供11Mbps的数据传输速率,也可以在5GHz频段提供54Mbps的数据传输速率与802.11b兼容。
目前,三个标准都在使用。
19.无线局域网的发展趋势:
目前的研究呈现出两个特点:
向更高数据速率(大于100Mbps)、更高频带发展;
积极研究无线局域网与3G乃至4G蜂窝移动通信网络的互通与融合。
WLANWNG:
2002年1月启动。
目标是研究峰值速率超过100Mbps的LAN。
20.无线局域网的介质访问特点:
信息传输的特点:
一个无线用户发出的电磁波会向各个方向扩散,一定范围内的所有无线用户共享传输信道。
MAC层采用CSMA/CA协议:
CSMA:
与在传统以太网中的含义相同。
CA:
冲突避免。
基本思想是在发送数据之前先对信道进行预约以避免冲突,而不是发送后再检测有无冲突。
21.无线局域网的两种组织模式:
有固定基础设施(指预先建立起来的、能够覆盖一定地理范围的一批固定基站)模式,无固定基础设施模式。
23.有固定基础设施模式移动站通信过程:
加入BSS(先选择一个接入点AP,并与此AP建立关联。
建立关联的方法:
被动扫描;
主动扫描),发送和接收数据(必须通过该AP),转移到另一AP(使用重建关联服务),终止关联(使用分离服务)。
24.无固定基础设施的无线局域网--自组网络(没有接入点AP,而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络)、独立网络、特定网络。
特点:
服务范围通常受限。
自组网络一般不和外界的其它网络相连接。
在军用和民用领域都有很好的应用前景。
25.无线局域网硬件:
无线网卡,无线AP,无线网桥,无线宽带路由器。
26.本章小结:
局域网技术主要有:
以太网、令牌环网、光纤分布式数据接口FDDI,异步传输模式ATM也曾应用于局域网络。
目前,以太网占据了全部局域网市场,而令牌环网和FDDI技术已被淘汰,ATM则被应用于广域网中。
局域网技术通常使用广播式通信方式(ATM为点到点通信)。
以太网从出现至今,一直在发展之中。
目前以太网的传输速率覆盖10Mbps~10Gbps。
各种以太网均使用了相同的MAC帧格式和介质访问控制方法,使得以太网应用完全兼容。
从使用信道的方式上,分为共享式以太网和交换式以太网。
交换式以太网具有独占端口带宽、可配置多种接口速率及可以构造虚拟局域网等优点。
万兆位以太网的发展可能将以太网推向广域网应用。
虚拟局域网(VLAN)是建立在交换局域网技术的基础之上、采用软件方式构建的可跨越不同物理网段的一种逻辑网络;
是局域网为用户提供的一种服务,而不是一种新型的局域网。
无线局域网(WLAN)是近年发展起来的一种局域网技术,它使得用户摆脱了传输线缆的束缚,不仅省去了布线的麻烦,而且可以在一定范围内实现移动办公。
无线局域网使用的主要标准是IEEE802.11系列标准。
可以说,目前应用于局域网的技术实际上就是两种技术:
以太网和无线局域网。
1、以太网共享式集线器和交换机的主要差别在哪里?
答题要点:
集线器采用“共享介质”的工作方式,所有端口“共享”网络带宽;
而交换机内部采用交换技术,具有自动寻址能力,支持多端口之间的并发连接,各个端口“独占”网络带宽。
2、比较CSMA/CD与CSMA/CA。
二者前面的CSMA的含义都是“载波侦听多路访问”,区别在于后面的CD和CA:
CD是发送数据的同时进行冲突检测,一旦发现冲突则立刻停止发送;
CA是发送数据之前先对信道进行预约以避免冲突,而不是发送后再检测有无冲突。
物理层互连设备是中继器,数据链路层—网桥,网络层—路由器,高层互联—协议转换器。
第四章
1.IP地址--给每个连接在因特网上的主机分配的一个唯一的32位的地址。
目的:
解决地址的统一问题,方便网络层的寻址。
方法:
采用全局通用的地址格式,为全网的每台主机都分配一个统一格式和含义的,唯一的IP地址。
组成:
32位二进制数。
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