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3.什么是网络协议,它有哪些基本要素。
网络协议:
为网络数据交换而制定的规则,约定与标准。
3个要素:
①语义:
用于解释比特流的每个部分的意义。
②语法:
用户数据与控制信息的结构与格式,以及数据出现的顺序的意义。
③时序:
对事件实现顺序的详细说明。
4.TCP/IP协议的特点。
①开放的协议标准,可以免费使用,并独立于特定的计算机硬件与操作系统。
②独立于特定的网络硬件,可以运行在局域网,广域网,更适用于互联网络中。
③统一的网络地址分配方案,所有网络设备在Internet中都有唯一的地址。
④标准化的高层协议,可以提供多种可靠的用户服务。
5.为什么要划分子网,子网掩码有什么作用。
原因:
①IP地址的有效利用率的问题
②路由器的工作效率问题
子网掩码的作用:
从第一个IP地址中提取网络号和子网号。
在掩码运算中,IP地址与掩码都用二进制数表示,将二进制书的IP地址与掩码按“与”运算,就能得到IP地址的地址了。
6.CSMA/CD的工作原理。
(先听后发,边听边发,冲突停止,延迟重发)
①载波侦听过程:
发送数据时,首先需要侦听总线是否空闲。
②冲突检测方法:
比较法和编码违例判决法
③发现冲突,停止发送
④随机延迟重发
7.理想的路由选择算法及特点。
理想的路由选择算法:
特点:
①算法必须正确,稳定和公平的
②算法应该尽量简单
③算法必须适应网络拓扑和通信量变化
④算法应该是最佳的
8.TCP协议和UDP协议分别有什么特点及适用场合。
TCP/IP协议族为传输设计了两个协议:
UDP和TCP。
其中UDP是一种无连接的传输层协议,TCP市一中面向连接的传输层协议。
UDP协议:
①UDP提供无连接的服务,在发送用户数据报之前不需要建立连接。
②无连接服务的结果是使用UDP的进程不能发送数据流。
③UDP是一个不可靠的传输层协议,它没有流量控制,因此也不需要窗口机制。
TCP协议:
①面向连接服务
②高可靠性
③全双工通信
④支持流传输
⑤传输连接的可靠建立与释放
⑥提供流量控制与阻塞控制
tcp是可靠的,udp是不可靠的
tcp要建立三次握手
tcp面向有链接
udp面向无连接,速度快
tcp适合需要可靠传输的时候,例如文件传输
综合题4个
1.关于奈奎斯特定理和香农定理P87
信道速率的极限值
在现代网络技术的讨论中,人们总是以“带宽”表示新到的传输速率,“带宽”与“速率”几乎成了同义词。
在以上的讨论中,我们已经看到了信道带宽对基带信号传输的影响,但信道带宽与数据传输速率到底有什么关系,这个问题可以用奈奎斯特(Nyquist)准则,与香农(Shanon)定律回答。
这两个定律从定量的角度描述“带宽”与“速率”的关系。
任何通信信道都不是理想的,信道带宽总是有限的。
由于信道带宽的限制、信道干扰的存在,信道的数据传输速率总会有一个上限。
早在1924年,奈奎斯特就推导出具有理想低通矩形特性的信道,在无噪声情况下的最高速率与带宽关系的公式,这就是奈奎斯特准则。
奈奎斯特准则提出:
如果表示码元的窄脉冲信号以时间间隔为π/ω(ω=2πƒ)通过理想通信信道,则前后码元之间不产生相互串扰。
根据奈奎斯特准则,二进制数据信号的最大数据传输速率Rmax与理想信道带宽B(B=ƒ,单位Hz)的关系可以写为:
Rmax=2ƒ(bps)。
对于二进制数据,如果信道带宽B=ƒ=3000Hz,则最大传输速率为6000bps。
奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声的理想信道的最大传输速率与信道带宽的关系。
香农定理则描述了有限带宽、有随机热噪声新到的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系。
香农定律指出:
在有随机热噪声的信道中传输数据信号时,传输速率Rmax与信道带宽B、信噪比S/N的关系为:
Rmax=B·
log2(1+S/N)
式中,Rmax单位为bps,带宽B单位为Hz。
信噪比是信号功率与噪声功率之比的简称。
S/N=1000表示该信道上的信号功率是噪声功率的1000倍。
如果S/N=1000,信道带宽B=3000Hz,则该信道的最大传输速率Rmax≈30Kbps。
香农定律给出一个有限带宽、有热噪声信道的最大数据传输速率的极限值。
它表示对带宽只有3000Hz的通信信道,信噪比S/N为1000时,无论数据采用二进制或更多的离散电平值表示,数据都不能超过30Kbps的速率传输。
在通信系统中,信噪比通常以分贝(dB)表示。
如果信噪比S/N为1000,根据信噪比计算公式:
S/N(dB)=10lg(S/N),则表示该信道的信噪比S/N为30dB。
由于信道的最大传输速率与带宽之间存在着明确的关系,因此人们可以用“带宽”去表示“速率”。
例如,人们通常将网络的“高速传输率”用网络的“高带宽”描述。
因此“带宽”与“速率”在网络技术讨论中几乎成了同义词。
2.关于CRC循环冗余码P105
常用的检错码主要有奇偶校检码和循环冗余编码。
奇偶校验码是一种最常见的检错码,它分为垂直奇偶校验、水平奇偶校验与水平垂直奇偶校验(即方阵码)。
奇偶校验方法简单,但检错能力差,一般只用于通信要求较低的环境。
目前,循环冗余编码(cyclicredundancycode,CRC)是应用最广泛的检错码编码方法,它具有检错能力强与实现容易的特点。
CRC检错方法的工作原理
CRC检错方法的工作原理是:
将要发送的数据比特序列当作一个多项式ƒ(x)的系数,在发送端用收发双方预先约定的生成多项式G(x)去除,求得一个余数多项式。
将余数多项式加到数据多项式后发送到接收端。
在接收端,用同样的生成多项式G(x)去除接收数据多项式ƒ’(x),得到计算余数多项式。
如果计算余数多项式与接受余数多项式相同,表示传输无差错;
否则,表示传输有差错,由发送方重发数据,直至正确为止。
CRC检错方法的工作原理如图:
CRC生成多项式G(x)由协议来规定,G(x)的结构及检错效果是经过严格的数学分析与试验后确定。
目前,已有多种生成多项式列入国际标准中。
例如:
CRC-12G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1
CRC-16G(x)=x16+x15+x2+1
CRC-CCITTG(x)=x16+x12+x5+1
CRC-32G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10
+x8+x7+x5+x4+x2+x+1
CRC校验的工作过程可以描述为:
①发送端产生数据多项式ƒ(x)·
xk,其中k为生成多项式的最高幂N-1的值,例如CRC-12的最高幂值N为12,则发送ƒ(x)·
x11;
对于二进制乘法来说,ƒ(x)·
x11的意义是将发送数据比特序列左移11位用来放入余数。
②将ƒ(x)·
xk除以生成多项式G(x),得
ƒ(x)·
xk/G(x)=Q(x)+R(x)/G(x)
式中R(x)为余数多项式。
③将ƒ(x)·
xk+R(x)作为整体,从发送端通过通信信道传送到接收端。
④接收端对多项式ƒ’(x)采用同样的运算,即
ƒ'
(x)·
xk/G(x)=Q(x)+R’(x)/G(x)
求得余数多项式R’(x)。
⑤根据计算余数多项式R’(x)是否等于接收余数多项式R(x)判断是否出现错误。
CRC检错方法的例子
实际的CRC校验码声称是采用二进制模二算法(即减法不错位、加法不进位),这是一种异或操作。
下面,用实例进一步说明CRC校验码的生成过程:
1发送数据比特序列为110011(6比特)。
2生成多项式比特序列为11001(5比特,k=4)。
3将发送数据比特序列乘以24,那么产生的乘积应为1100110000。
4将乘积用生成多项式比特序列去除,按模二算法应为
求得余数比特序列为1001
5将余数比特序列加到乘积中,得
6如果在数据传输过程中没有发生错误,接收端收到的带有CRC校验码的数据比特序列一定能被相同的生成多项式整除,即
在实际的网络应用中,CRC校验码的生成与校验过程可以用软件或硬件来实现。
目前,很多超大规模集成电路芯片可以实现CRC校验功能。
CRC检错方法的特点
CRC校验码的检错能力很强,它除了能够检查出离散错,还能够检查出突发错。
CRC检验码具有以下检错能力:
1CRC校验码能检查出全部单个错;
2CRC校验码能检查出全部离散的二位错;
3CRC校验码能检查出全部奇数个错;
4CRC校验码能检查出全部长度小于或等于K位的突发错;
5CRC校验码能以[1-(1/2)K-1]的概率检查出长度为K+1位的突发错。
例如,如果K=16,CRC校验码能检查出小于或等于16位的所有突发错,并能以1-(1/2)16-1=99.997%的概率检查出长度为17位的突发错,漏检概率为0.003%。
3.关于路由表的更新,路由信息协议,基于距离矢量RIP工作的过程,对路由表的更新操作。
分组交付(packetforwarding)是指在互联网络中路由器转发IP分组的物理传输过程与数据报转发交付机制。
讨论分组转发时,应该主义以下几个问题:
1每个IP分组中都应包含目的IP地址与源IP地址
2一个网络号唯一的标识着连入Internet的一个网络
3连接在同一个网络上的所有主机与路由器的IP地址都有相同的网络号
4连接到Internet的网络都有一个,并且至少有一个路由器与其他网络的主机或路由器相连,这个路由器可以在被连接的网络之间交换IP分组。
5如果在同一个网络的主机之际之间交换IP分组,它们可以不通过路由器,直接进行分组传输,那么它属于直接交付;
如果两个主机不属于同一个网络,那么他们之间的IP分组交换需要通过一个或多个路由器转发,那么它就属于间接交付。
判断是直接交付还是间接交付,主要是路由器根据分组的目的IP地址与源IP地址是否属于同一个网络来判断。
对路由选择算法的要求
“地址”、“路由”与“路由选择”是网络层重要的术语。
“地址”标识着结点的位置;
“路由”是分组从原结点到达目的结点的传输途径;
“路由选择”是用来选择通过通信子网的“合理”传输路径;
“路由选择算法”为路由器产生和不断完善路由表提供了算法依据。
路由选择是网络层的主要功能。
一个理想的路由选择算法应具有如下一些特点:
1算法必须是正确、稳定和公平的
2算法应该尽量简单
3算法必须能够适应网络拓扑和通信量的变化
4算法应该是最佳的
影响路由选择算法的参数:
跳步数(越少越好)、带宽、延时、负载、可靠性、开销
一个实际的路由选择算法,应尽可能接近于理想的算法。
在不同的应用条件下,可以有不同的侧重。
从路由选择算法对网络拓扑和通信量变化的自适应能力的角度划分,可以分为静态路由选择算法与动态路由选择算法两大类。
静态路由选择算法也叫做非自适应路由选择算法,其特点是简单和开销较小,但不能及时适应网络状态的变化。
动态路由选择算法也称为自适应路由选择算法,其特点是能较好地适应网络状态的变化,但实现起来较为复杂,开销也比较大。
所有连接在互联网络中的主机和路由器要传输IP分组,就必须维护一个路由表。
路由表可以是静态的也可以使动态的。
静态路由表:
是由人工建立的,无法自动更新。
动态路由表:
系统自动运行动态路由选择协议,建立路由表,自动更新。
不同规模的网络需要选择不同的动态路由选择协议:
⏹
属于内部路由选择协议
路由信息协议(RIP,routinginformationprotocol)
外部路由选择协议
开放最短路径优先(OSPF,openshortestpathfirst)
边界网关协议(BGP,bordergatewayprotocol)
Internet将路由选择协议分为两大类:
内部网管协议(IGP,interiorgatewayprotocol)、外部网关协议(EGP,externalgatewayprotocol)。
内部网关协议实在一个自治系统内部使用的路由选择协议,这与Internet中的其他自治系统选用什么路由选择协议无关。
目前内部网关协议主要有:
路由信息协议RIP和开放最短路径优先OSPF协议等。
当源主机和目的主机处在不同的自治系统中,并且这两个自治系统使用不同的内部王管协议时,当分组传送到一个自治系统的边界时,就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中,这时需要外部网关协议。
目前,外部网关协议主要是:
边界网关协议BGP。
路由信息协议RIP
路由信息协议RIP是一个基于Bellman-Foed算法的距离矢量路由协议,也是内部路由协议中使用的最广泛的一种协议,其特点是协议简单。
路由信息协议RIP对“距离”的定义是:
从一个路由器到达下一跳路由器的“距离”为1。
主机直接连接到路由器,“距离”为0。
如果主机A经过网络中5个路由器(即5跳)到达主机B,那么主机A与主机B之间的“距离”为5。
路由信息协议RIP适用于相对较小的自治系统,它们的直径一般小于15。
路由信息协议RIP的设计思路简单,它要求路由器周期性地向外发送路由刷新保温。
路由刷新报文主要内容是由若干(V,D)组成的表。
V代表矢量(vector),标识该路由器可以到达的目的网络或目的主机;
D代表距离(distance),指出该路由器到达目的网络或目的主机的距离。
距离D对应该路由上的跳步数。
其他路由器在接收到某个路由器的(V,D)报文后,按照最短路径原则对各自的路由表进行更新。
路由信息协议的工作过程
1路由表的建立
当路由器刚启动时,对其(V,D)路由表进行初始化,初始化的路由器包含所有与该路由器直接相连网络的路由。
由于是直接相连的网络,不需要经过中间路由器的转接,所以初始(V,D)表中各路由的距离为均0。
2路由表的更新
1.如果路由器1的路由表没有这一项记录,路由器1在路由表中增加该项。
由于要经过下一跳路由器2转发,因此距离D值加1。
2.如果路由器1的路由表一项纪录比路由器2发送的一项记录距离D值减1还要大,路由器1在路由表中修改该项,距离D值根据路由器2提供的值加1。
4.IP地址,如何划分子网,找出子网掩码,子网地址分别是什么,IP地址范围是什么。
TCP/IP协议的网络层使用的地址标识符叫做IP地址
IPv4版本中,IP地址是一个32位的二进制地址。
标准分类的IP地址采用“网络号netID―主机号hostID”的两层地址结构。
1991年研究人员提出了子网(subnet)跟掩码(mask)的概念。
构成子网就是将一个大的网络,划分成几个较小的子网,将传统的“网络号―主机号”的两层结构,变为“网络号netID―子网号subnetID―主机号hostID”的三层结构
CIDR(classlessinterdomainrouting)无类域间路由
无类域间路由CIDR技术也被成为超网(supernet)技术。
构成超网的目的是将现有的IP地址合并成较大的、具有更多主机地址的路由域。
网络地址转换NAT(networkaddresstranslation)技术
IP地址短缺已经是非常严重的问题了,而整个internet迁移到IPv6的进程是很缓慢的,可能需要很多年才能完成。
人们需要有一个能够在短时间内快速缓存和修补的方法,这个方法就是网络地址转换(NAT)。
这种方法目前最主要的应用在内部网络和虚拟专用网络中,以及ISP(服务提供商)为拨号用户访问internet提供的服务上。
网络地址转换NAT设计的基本思路是:
为每一个公司分配一个或少量的公用IP,用于Internet的流量。
在公司内部的每一台主机分配一个不能够在Internet使用的、内部的专用IP地址。
专用IP地址用于内部网络的通信如果需要访问外部Internet主机,必须由运行网络地址转换NAT的主机或路由器,将内部的专用IP地址转换成能够在Internet上使用的全局IP地址。
网络号用来标识一个网络;
主机号用来标示网络中的一台主机或路由器与网络的连接。
IPv4的地址长度为32位,用点分十进制表示。
通常采用x.x.x.x的格式表示。
每个x为8位,每个x的值为0~255。
在讨论IP地址时,通常要进行点分十进制数和二进制数的转换。
根据不同的取值范围,IP地址可以分为五类;
IP地址中的前5位用于标识IP地址的类别:
A类地址的第一位为0;
1.0.0.0到127.255.255.255
B类地址的前两位为10;
128.0.0.0到191.255.255.255
C类地址的前三位为110;
192.0.0.0到223.255.255.255
D类地址的前四位为1110;
224.0.0.0到239.255.255.255
E类地址的前五位为11110;
240.0.0.0到247.255.255.255
(主机号为全0和全1的两个地址保留用于特殊目的)
特殊地址形式
特殊的IP地址包括:
直接广播地址(directedbroadcasting)、受限广播(limitedbroadcasting)、“这个网络上的特定主机”地址与回送地址(lookbackaddress)。
直接广播地址:
在A类、B类与C类IP地址中,如果主机号是全1,例如地址201.1.16.255。
那么这个地址为直接广播地址,路由器将目的地址为直接广播地址的分组,以广播方式发送给该网络地址为201.1.16.0中的所有主机。
受限广播地址:
如果网络号与主机号的32位全1的IP地址(255.255.255.255)为受限广播地址。
它是用来将一个分组以广播方式发送给该网络中的所有主机。
路由器则阻挡该分组通过。
将其广播功能只限制在该网络内部。
“这个网络上的特定主机”地址:
IP地址的网络号全为0,主机号为确定的值,如:
0.0.20.125。
目的地址为“这个网络上的特定主机”的分组被限制在该网络内部,由待定的主机号(20.125)对应的主机接收该分组。
路由器不会将该分组转发到网络之外。
回送地址:
A类IP地址中127.0.0.0是回送地址,它是一个保留地址。
回送地址是用于网络软件测试和本地进程间通信。
TCP/IP协议规定:
含网络号为127的分组不能出现在任何网络上;
主机和路由器不能为该地址广播任何寻址信息。
“Ping”应用程序可以发送一个将回送地址作为目的地址的分组,以测试IP软件能否接收或发送一个分组。
一个客户进程可以用回送地址发送一个分组给本机的另一个进程,用来测试本地进城之间的通信状况。
分配的IP地址越多,路由器的工作效率越低。
因此人们提出了子网(subnet)和超网(supernet)的概念。
构成子网就是将一个大的网络划分成几个较小的网络,而每一个网络都有其自己的子网地址。
构成超网则是将一个组织所属的几个C类网络合并成一个低值范围更大的逻辑网络。
划分子网技术的要点:
1三层结构的IP地址是:
netID―subnetID―hostID
2同一个子网中所有的主机必须使用相同的网络号―子网号(netID―subnetID)
3子网的概念可以应用于A类,B类或C类中任意一类IP地址中
4子网之间的距离必须很近
5分配子网是一个组织和单位内部的事,它既不要向Internet地址管理部门申请,也不需要改变任何外部数据。
6在Internet文献中,一个子网也称作一个IP网络或一个网络。
为了从一个IP地址中提取出子网号,人们提出了子网掩码(subnetmask)或掩码的概念。
子网掩码也叫子网屏蔽码。
讨论子网掩码时,需要主义以下几个问题:
1在进行子网划分时,子网的位数不一定是8位数的整数倍,他可以根据需要来选择
2与标准的IP地址相同,为了预留下子网地址与子网广播地址,子网号与主机号不允许是全1或全0。
主机号全0,用来表示子网地址;
主机号全1,用来表示子网广播地址。
3IP协议标准规定允许子网掩码的0和1不一定要连续。
但是,在实际情况下,子网掩码的0和1不连续,会给IP地址分配与理解路由选择带来一定的困难,因此建议不使用。
IP地址/数字的形式,斜杠后的数字值为网络号位数+子网号位数
掩码运算
掩码运算是从一个IP地址中提取网络地址的过程。
(不管有没有划分子网,掩码运算都是可以进行的)
在掩码运算过程中,将IP地址与掩码都用二进制数表示,将二进制数的IP地址与掩码按位进行“与”运算。
遇255不变。
遇0变0。
将子网掩码用二进制数表示出来。
为0的部分为主机号所占的位数。
其余为网络号所占的位数。
再根据该地址所属类型,判断子网号占的位数。
【判断156.26.27.71与156.26.27.110是否在同一个子网上】
【子网掩码为255.255.255.192】
解:
192用二进制表示为:
11000000
所以改IP地址内,最后六位为主机号。
剩下的26位为网络号。
该IP地址为B类IP,因此子网号占了10位。
两个IP地址相同的为[156.26.27]。
因此只用判断转换后的71[01000111]
与110[01101110]的前两位二进制数是否相同。
相同即为在同一子网上。
5.模拟信号。
数字信号画图。
ASK,PSK,曼彻斯特编码,差分曼彻斯特编码画图。
P78
数据编码类型
在计算机中数据是以离散的二进制0、1比特序列方式表示。
计算机数据在传输过程中的数据编码类型,主要取决于通信信道所支持的数据通信类型。
根据数据通
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