数据通信与计算机网络.docx
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数据通信与计算机网络
第一章绪论
1、数据终端设备DTE(计算机)数据电路端接设备DCE(公用数据网络中的分组交换节点)。
2、Tcp:
传输控制协议;Ip:
网际协议或者互联网协议。
3、计算机网络可以看做是由各具有自主功能而又通过各种通信手段相互连接起来以便进行信息交换、资源共享或协同工作的计算机组成的符合系统;从概念上说计算机网络是由通信子网和资源子网两部分构成。
4、计算机网络的功能可归纳为资源共享、提供人际通信手段、提高可靠性、节省费用、便于扩充、分担负荷及协同处理等方面。
这些方面相辅相成的。
5、单台计算机系统的体系结构也是一种层次结构,最内层往外一次为:
裸机、操作系统、汇编语言处理程序、高级语言处理程序、应用程序等。
6、开放系统互联基本参考模型共分为7层,从下到上依次为物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。
物理层:
作用是在物理媒体上传输原始的数据比特流信号,功能是为在物理媒体上建立、维持和终止传输数据比特流信号的物理连接提供机械、电气、功能和过程的手段。
常用的EIA—RS—232C(美国电子工业协会EIA制定的一种串行物理接口标准)就是一个物理层协议的例子。
数据链路层:
主要功能是通过校验、确认和反馈重发等手段将该原始的物理连接改造成无差错的数据链路。
网络层:
关心的是通信子网的运行控制,主要解决如何把网络协议数据单元(通常称为分组)从源传送到目标。
运输层:
是第一个端对端,也就是主机到主机的层次,运输层在高层用户请求建立一条运输虚通信连接时就通过网络层在通信子网中建立一条独立的网络连接;也可以建立多条网络连接来支持一条运输连接,即分流,来提高吞吐量;还可以将多个运输通信合用一条网络连接,即复用;还要处理端到端的差错控制和流量控制的问题。
概括为运输层为上层用户提供端对端的透明优化的数据传输服务。
会话层:
允许不同主机上各种进程之间进行会话,是进程到进程之间的层次,组织和同步进程间的对话,还提供同步服务。
表示层:
为上层用户提供共同需要的数据或信息语法表示交换;提供的服务有语法传送、语法协商、连接管理;功能有:
网络的安全和保密管理、文本的压缩与打包、虚拟中断协议(VTP)。
数据压缩和加密也是表示层课提供的表示变换功能。
应用层:
是开放系统互联环境的最高层次;不同的应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。
7、Internet是从ARPANET发展而来的,1969年该网络将美国许多大学和研机构从事国防研究项目的计算机连接到一起,是一个广域网。
Internet中两个核心协议Tcp/Ip协议在ARPANET中就已经采用了。
Internet实际上不是一个单一的网络,而是由许多网络相互连接而构成的。
Internet层次参考模型:
子网层、互联网层、运输层、应用层(从下往上)。
8、Internet应用层中常用的三个协议的名称:
文件传送协议FTP、简单报文传送协议SMTP和远程网络登陆协议TELNET。
9、路由器的一个主要功能是决定在分子向目标传递的过程中应向哪一个另外的路由器转发,即选择路径,这也就是“路由”这个名称的原因。
10、计算机网络分类的方法:
①按拓扑构型(网络的物理形状)分类:
不规则网型、星型、总线型、环型;
②按传输介质分类:
采用线缆作传输介质的有线网、采用空气作传输介质的无线网;
③按地理范围(网络覆盖面)分类:
局域网、校园网、城域网、广域网、全球网;
④按网络的使用范围分类:
公用网、专用网;
⑤按通信传输方式和使用的链路协议分类:
令牌环网、以太网、FDDI网、ATM网
⑥按业务工作的范围分类:
军事指挥网、政务信息网、气象监测网、情报检索网、航空订票网、教育科技网、金融清算网、铁路调度网、医疗卫生网;
第二章物理层与数据通信基地
11、通信:
单工通信:
一端只发送,另一端只接收
双工通信:
全双工和半双工,前者是指在任何时刻在两个方向上可以同时进行通信;后者是指虽然在两个方向上同时通信,但是任何给定时刻只能在一个方向上进行通信,就是双向通信一定是交替进行的。
12、调制解调器的作用:
将数据在数字格式和模拟格式之间来回转换,调制解调器从终端或计算机的串行口接收到二进制信号后,将它们转换成音频信号(模拟信号),然后调制解调器将这些信号通过公用电话系统传输出去。
在接收端,另一个兼容的调制解调器将这些音频信号转换成二进制信号并发送给终端或计算机。
调制解调器的功能:
调制和解调
13、码元速率(每秒信号状态变化的次数)B和数据速率C的关系:
C=Blog2L
14、双绞线颜色:
白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕。
15、由信源产生的原始电信号通常称为基带信号,基带信号又称为调制信号。
16、调制的方法分为:
用正弦型高频信号作为载波的正弦波调制和用脉冲串作为载波的脉冲调制。
正弦振荡的载波课分为:
幅度调制(调幅AM)、频率调制(调频FM)、相位调制(调相PM)。
17、曼彻斯特编码:
也叫做相位编码(PE),是一个同步时钟编码技术,被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。
曼彻斯特编码被用在以太网媒介系统中。
曼彻斯特编码提供一个简单的方式给编码简单的二进制序列而没有长的周期没有转换级别,因而防止时钟同步的丢失,或来自低频率位移在贫乏补偿的模拟链接位错误。
18、差分曼彻斯特编码:
这种编码方式中,在每位持续时间的的中间仍然可定有一次电平的跳变。
(从0变1时,才会有跳变)。
第三章数据链路层
19、数据链路层的最基本功能:
将物理链路层提供的原始的传送比特流可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路,它涉及帧同步、差错控制、流量控制、和链路管理。
20、奇偶校验码是通过增加冗余位来使得码字中“1”的个数保持奇或偶数的编码方法,是一种检错码,可分为垂直奇偶校验、水平奇偶校验、水平垂直奇偶校验等。
校验都是用异或来表示的:
奇校验在异或最后加⊕1;偶校验直接异或。
正反码信息位中“1”为奇数的冗余位就是信息位的重复,若是偶数,就是信息位的反码。
若信息位为01011,则码字为010*******;若信息位为10010,则码字为1001001101。
校验码组是信息位和冗余位半加所得(还是原来的位数)若合成码组信息位有奇数个“1”则就取其为校验码组;若为偶数,则取其反码为校验码组。
正反码(码长为10)差错检验:
校验码组
差错情况
全“0”
无差错
4个“1”、1个“0”
信息位中有一位差错,其位置对应于校验码组中“0”的位置
4个“0”、1个“1”
冗余位有一位差错,其位置对应于校验码组中“1”的位置
其他情况
差错在两位或者两位以上
海明码:
k位信息位,r位冗余位,构成n=k+r位码字,2r≥k+r+1
即以k=4来说明,则r≥3.取r=3,则n=7,4位信息位a6a5a4a3后面加3个冗余位a2a1a0。
S2S1S0值与错码对应的位置:
S2S1S0
000
001
010
100
011
101
110
111
错码位置
无错
a0
a1
a2
a3
a4
a5
a6
a2\a4\a5或a6的1位都应使S2=0,由此:
S2=a2⊕a4⊕a5⊕a6同理还有
S1=a1⊕a3⊕a6⊕a5S0=a0⊕a5⊕a4⊕a3令S=0,则可求a2a1a0。
21、数据链路层协议的三种窗口示意图:
停等协议(发送窗口等于1的滑动窗口特例):
规定发送方每发送一帧后就要停下来,等待对方正确接受的确认帧返回后才能继续发下一帧。
信道的实际利用率为:
;L/B是一个周期中实际用于发送的时间,2R是空等待的时间。
顺序接收的管道协议(滑动窗口协议):
允许发送方不等确认帧返回就在连续发送若干帧,发送的过程像一条连续的流水线以提高信道的利用率。
选择重传协议:
若某一帧出错后,后面送来的正确的帧虽然不能立即送主机,担接受方扔可收下来,放在一个缓冲区中,同时要求发送方重新传送出错的那一帧,一旦收到重传的帧后,就可与原先已收到但暂存在缓冲区中的其余帧一起按正确的顺序送主机。
22、数据链路层的功能进一步被分为两个子层,分别为逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层。
两种局域网的标准:
以太网和令牌环。
23、局域网的性能:
参数a=传播时间/传输时间传输时间等于链路的距离d除以传播速率V,传输时间等于帧长L除以数据速率B,所以:
a=d/v/L/Ba代表用位表示的媒体长度(Bd/V)与帧长之比。
即a=数据链路长度/帧长度
局域网的特点:
距离有限、传输速率高、传输介质标准化
局域网拓扑,即在LAN和MAN的设计过程中,其中关键的技术因素即局域网技术的三个要素(指标):
拓扑结构、传输介质、介质访问控制协议。
拓扑和传输媒体的选择属于物理层的主要功能。
局域网中常见的拓扑形状为:
总线形、树形、环形和星形
25、IEEE802委员会的工作组
工作组名称
研究内容
802.1
高层局域网协议(HILI),包括网络结构、网际合作和LAN的网络管理
802.2
逻辑链路控制(LLC)
802.3
载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)
802.4
令牌总线
802.5
令牌环
802.6
城域网(MAN)
802.7
广域网技术建议组(BBTAG)
802.8
光纤技术建议组(FOTAG)
802.9
综合业务局域网接口(ISLAN)
802.10
交互性局域网安全形标准(SILS)
802.11
无线局域网(WLAN)
802.12
命令优先级
802.13
基于有线电视的广域通信网
26、物理层之上的层次主要是为局域网的用户提供响应的服务。
它们的主要功能是:
*在传输时,要将传输的数据组装成帧,帧中包含有地址和差错检测等字段;
*在接收时,将收到的帧解包,进行地址识别和差错检测;
*管理和控制对于局域网传输媒体的访问;
为高层协议提供相应的接口即一个或多个服务访问点(SAP),并且进行流量和差错控制。
以上这些功能都属于OSI第二层中的功能,是数据链路层要完成的主要功能。
在局域网的参考模型定义中,最后一条属于逻辑链路控制子层(LLC)中,而前面3条功能属于另外的一个单独的层中,称为媒体访问控制子层(MAC)。
把OSI的数据链路层对应的这一层再分为两层是基于一下考虑:
*对共享媒体的访问控制逻辑并没有在传统的第二层即数据链路层中定义;
*对于同一个LLC,应当提供几种不同的MAC选择。
27、网卡的功能和作用:
1.数据的封装与解封:
发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部,成为以太网的帧。
接收时将以太网的帧剥去首部和尾部,然后送交上一层;
2.链路管理:
主要是CSMA/CD(带冲突检测的载波监听多路访问)协议的实现;
3.编码与译码:
即曼彻斯特编码与译码。
大部分的数据链路层协议都通过一个网络硬件即网络适配器来实现,网络适配器通常又被称为网卡或者网络接口卡。
网卡是节点和网络之间的接口,因此两个主要部件是总线接口和链路接口,除此之外还包括缓冲区(RAM)和实现数据链路层协议逻辑的芯片或可编程硬件。
28、以太网帧格式:
644848160~15000~4632
前导
目的地址
源地址
类型
数据
填充
检验和
(a)DIX帧格式
前导
目的地址
源地址
长度
数据
填充
检验和
(b)IEEE802.3帧格式
第五章高速网络技术
29、高速以太网的特点:
高速以太网系统分两类:
由共享型集线器组成的共享型高速以太网系统和有高速以太网交换机构成的交换性高速以太网系统。
100Base-FX因使用光缆作为媒体充分发挥了全双工以太网技术的优势。
100Base-T的网卡有很强的自适应性,他能够自动识别能够自动识别10Mb/s和100Mb/s。
速率达到或超过100Mb/s的以太网称为高速以太网。
在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星型拓扑以太网,仍使用IEEE802.3的CSMA/CD协议。
100BASE-T以太网又称为快速以太网(FastEthernet)。
100BASE-T以太网的特点:
采用和10Mb/s以太网相同的帧结构,也采用相同的媒体访问控制协议CSMA/CD。
具有和10BaseT相同的星形拓扑结构。
MAC帧格式仍然是802.3标准规定的。
保持最短帧长不变64B,但缩短了网络覆盖范围,有2500m缩短为200m左右。
帧间时间间隔从原来的9.6us改为的0.96us。
(高速以太网的实现和100BASE-T以太网的实现?
?
?
?
)
30、ATM是一种基于信元的交换和复用技术,它采用固定长度的信元,每个信元长度为53B,其中48B为信息字节,5B为信头,载有信元的地址信息和其他一些控制信息。
ATM既可以直接(或通过适配层)处理面向连接型业务,也可以通过适配层处理无连接型业务。
ATM是一种面向连接方式的技术,支持交换虚电路和永久电路,在ATM网络中,虚电路的建立过程被称为信令。
ATM使用固定长度的信元。
优点:
首先,使用小信元可以减少高于优先级信元的排队延迟;其次,固定长度信元交换起来会更高效。
31、交换机:
交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。
目前交换机还具备了一些新的功能,如对VLAN(虚拟局域网)的支持、对链路汇聚的支持,甚至有的还具有防火墙的功能。
交换机除了能够连接同种类型的网络之外,还可以在不同类型的网络(如以太网和快速以太网)之间起到互连作用。
从广义上来看,交换机分为两种:
广域网交换机和局域网交换机。
广域网交换机主要应用于电信领域,提供通信用的基础平台。
而局域网交换机则应用于局域网络,用于连接终端设备,如PC机及网络打印机等。
交换机可以被看做一个具有M个输入链路和N个输出链路的设备,这些链路连接到交换机的端口上,大多数情况下M、N相等的,如果是连接到链路是全双工的就是如此。
第7章网络层
32、数据网络中的网络服务使用做多的通信方式就是分组交换网络中的虚电路和数据报方式。
虚电路之所以是“虚”的,是因为这条电路不是专用的,分组仍在每个节点处首先缓冲起来,并排队等待转发。
在数据报方式中,每个分组的传送时背单独处理的,与先前的传送分组无关,每个分组被称为一个数据报,每个数据报本身必须包含有目的断的完整地址信息。
数据报和虚电路的比较
数据报子网
虚电路子网
延时
分组传输延时
电路建立,分组传输延时
路由选择
每个分组单独选择路由
建立虚电路是选择路由,以后所有的分组否使用该路由
状态信息
子网无需保存状态信息
每个结点保存一个虚电路表
地址
每个分组包括源端和目的端的完整地址
每个分组含有一个短的虚电路表
结点失败的影响
除了在崩溃时正在由该结点处理的分组都丢失外,无其他影响
所有经过失效结点的虚电路都要被终止
拥塞控制
难
如果有足够的缓冲区分配给已经建立的虚电路,则容易控制
33、虚电路服务于数据报服务的本质差别表现在,是把顺序控制、差错控制和流量控制等通信功能交给通信子网去完成,还是由端系统自己来完成。
67
通信子网工作方式与提供服务方式不同组合的例子
向主机提供的服务
︷
虚电路(面向连接)数据报(无连接)
ATMAAL1
运行于
ATM
UDP
运行于
IP
运行于
ATM
TCP
运行于
IP
UDP
运行于
IP
虚电路子网
通信子网
{
工作方式
数据报子网
34、最佳路由算法:
找到一条从源到目的地的一条“最好”路径,而“最好”路径常常是指具有最小花费的路径。
其中:
1、路径中的第一条链路连接到源;2、路径中的最后一条链路连接到目的地;3、对应所有的i,路径中的第i和i-1条连接到同一个结点上;4、对于最小花费路径来说,路径上的链路花费的总和是源到目的地之间所有可能的路径的链路花费总和的最小值。
如果所有的链路花费相同,那么最小花费路径也就是最短路径。
35、路由选择方式可分为两大类:
静态路由和动态路由。
静态路由不根据实际测量的或估计得网络当前通信量和拓扑结构来作路由选择,路由选择是按照某种固定的规则、使用出世静态信息来进行的,故又称为非自适应路由。
静态路由方式:
1、扩散法:
一个最简单的路由算法就是扩散法。
2、固定路由选择。
3、随机路由选择。
4、基于流量的路由选择。
动态路由方式:
动态路由又称为自适应路由,因为动态路由中间结点的路由选择要依靠网络的当前状态信息来决定,以设法适应网络流量、拓扑的变化。
1、孤立路由选择(本地):
一个最简单的算法就是最短等待法,另一个算法叫做逆向学习算法。
2、集中路由算法(所有结点):
根据所有结点的网络信息来选择路由。
由网络控制中心(NetworkControlCenter,NCC)负责全网状态信息的收集、路由计算及最佳路由的实现。
最简单的方法是将最新路由定期发送到网络中各节点上去。
3、分布路由选择(相邻结点):
根据来自于相邻结点的信息,通过一个最短花费路由算法计算出到每个目的地的路由。
两个流行的分布路由算法:
(1)、距离向量路由选择
(2)、链路状态路由选择(括号内表示的是网络状态信息的三种来源与之对应)
【基本原理不清楚?
?
?
?
?
?
】
36、路由器是网络层的网络互连设备,在Internet的传统定义中,把它称作为网关(Gateway),这也是为什么IGP、EGP没有被称为IRP、ERP的原因。
路由器的主要功能就是进行路由选择。
IGP协议有两种:
RIP和OSPF协议。
37、TCP/IP协议栈的核心是其网络层协议,而TCP/IP的网络层实际上包括了IP和路由两个部分。
网络层的主题是IP部分,IP分组是真正应用数据的承载体。
IP提供一种无连接的、不可靠的网络服务。
在Internet中有IP层负责处理路由选择和分组分段的问题。
IP层还提供初步的流量控制,IP地址是一个逻辑地址,在IP分组交由数据链路层作数据帧传输时,使用的是各种子网络的物理地址(MAC地址)。
38、IP地址包括网络号和主机号。
,其中网络号标识该网络,而主机号标识该网络中的主机。
NIC再分配地址的时候只指定地址类型(A、B、C)和网络号,而网络上各台主机的地址由申请者自己分配。
网络号或主机号各位全为0或全为1的地址有特殊意义,必须保留而不能分配给主机使用,通常全为1的意义为“全部”,用于标识广播地址,全为0的意义为“这个”,IP层软件认为主机号为0的IP地址为主机自己,网络号为0的地址表示这个网络中的地址。
网络号全为0的主机IP地址表示本网络中的主机,全为1的没有实际意义。
0
网络号
主机号
主机地址范围
A类地址1.0.0.0~127.255.255.255
1
0
网络号
主机号
B类地址128.0.0.0~191.255.255.255
1
1
0
网络号
主机号
C类地址192.0.0.0~223.255.255.255
1
1
1
0
多点广播/组播地址
D类地址224.0.0.0~239.255.255.255
1
1
1
1
0
保留供将来使用
E类地址240.0.0.0~247.255.255.255
IP地址格式、分类
39、具有特殊意义的IP地址:
全0
本机
全1
有限广播(本地网络不能被路由)
全0
主机
本网络中的主机
全1
主机
无意义
网络
全0
本机或标识本网络地址
网络
全1
直接广播(某个网络)
全0
全1
直接广播(本网络)
全1
全0
标识本网络掩码
127
任意值(常为1)
本机回路
40、无类路由的技术(CIDR)的主要特点就是抛弃了IP地址类的边界,从而也被称为无类或者超类。
一般来说C类地址是以连续的2n个C类地址块来分配的,我们申请的连续4个C类地址的前面22位都保持一致,(11000000.00111100.100000),这样相当于把32位的IP地址分割成22位的网络部分和10位的主机部分,这4个C类地址可以用超网地址192.60.12.128.0来表示,其超网掩码为255.255.252.0(表示前面的22位为网络部分,后面十位为主机部分),更简洁的表示,其超网掩码为192.30.128.0/22,前面的192.30.128.0表示超网地址,后面的22表示IP地址的钱22位为网络部分。
41、IP子网的划分:
子网掩码设置为255.255.255.0(子网掩码采用IP地址类似的书写方法,表示前面的24位为全1,后面的8位为全0),这意味着IP地址的前面24位为网络部分,而后面的8位为主机部分,这样可以看到原来的两层(网络部分、主机部分)的IP地址分为3个部分:
网络部分、子网部分和主机部分。
B类地址
网络部分
主机部分
子网掩码255.255.255.0
111111*********111111111
00000000
子网地址
网络部分
子网部分
主机部分
图7.21子网地址
42、IP分组作为高层数据传输载体,将运输层PDU作为IP分组的有效载荷,以运输层的核心协议TCP,来说明IPPDU和TCPPDU之间的关系,如下图:
¦←最大66535B→¦
IP头
TCP头
TCO数据/有效载荷
IPPDU
¦IP分组¦
¦¦←TCP报文→¦
¦¦←IP有效载荷→¦
¦←各20~60字节→¦
IP协议分组由IP头部和正文数据部分组成,协议的内容在头部表达。
IP头部包括一个20B的固定部分和一个可选的头部,IP分组格式如下图:
04816192431
版本
IHL
服务类型
总长度
标识
D
F
M
F
分段偏移
生命期
协议
头部检验和
源地址
目的地址
选择(如果有)
填充
数据
…
第八章运输层
43、运输层是OSI模型的第四层,承上启下,是整个网络协议的核心。
运输层的主要职能是在源计算机到目的计算机之间提供可靠的、经济的的数据传送服务,而且独立于所使用的物理网络。
44、运输层中的两个协议:
用户数据报协议UDP:
提供无连接服务;传输控制协议TCP:
提供面向连接服务。
UDP和TCP都使用IP协议。
1.用户数据报协议UDPUDP提供了不可靠的无连接传输服务。
它使用IP携带报文,但增加了对给定主机上多个目标进行区别的能力。
UDP没有确认机制;不对报文排序;没有超时机制;没有反馈机制控制流量;使用UDP的应用程序要承担可靠性方面的全部工作。
2.传输控制协议TCP面向连接的、可靠的、端到端的、基于字节流的传输协议;TCP不支持多播和广播;TCP连接是基于字节流的,而非消息流,消息的边界在端到端的传输中不能得到保留;对于应用程序发来的数据,TCP可以立即发送,也可以缓存。
45、运输层的主要功能:
为应用进程之间提供端到端的逻辑通信(
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