课程复习资料计算机网络.docx

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课程复习资料计算机网络

1.3计算机网络的分类

在计算机网络的研究中，常见的分类方法有以下几种：

1.按通信所使用的介质分为有线网络和无线网络。

所谓有线网络，是指采用有形的传输介质如铜缆、光纤等组建的网络；而使用微波、红外线等无线传输介质作为通信线路的网络就属于无线网络。

2.按使用网络的对象分为公众网络和专用网络。

公众网络是指开放用于为公众提供网络服务的网络，如Internet；而专用网络是指专门为特定的部门或应用而设计的网络，如银行系统的网络。

3.按网络传输技术分为广播式网络和点到点式网络。

所谓广播式网络（broadcastnetwork）是指网络中所有的计算机共享一条通信信道。

广播式的网络在通信时具备两个特点，一是任何一台计算机发出的消息都能够被其他连结到这条总线上的计算机收到；二是任何时间内只允许一个结点使用信道。

而在点到点网络（point-to-pointnetwork）中，由一条通信线路连结两台设备，为了能从源端

到达目的端，这种网络上的数据可能需要经过一台或多台中间设备。

图1.４给出了广播式网络和点到点网络的示例。

4.按照网络传输速度的高低将计算机网络分为低速网络和高速网络等。

5.按地理覆盖范围，将网络划分为广域网、城域网和局域网。

1.3.2局域网、城域网和广域网

1.局域网（LAN：

localareanetwork）

局域网的覆盖范围大约是几公里以内，如一幢大楼内或一个校园内。

局域网通常为使用单位所有。

学校的实验室或中、小型公司的网络通常都属于局域网。

2.城域网（MAN:

metropolitanareanetwork）

城域网的覆盖范围大约是几公里到几十公里，它主要是满足城市、郊区的联网需求。

例如，将某个城市中所有中小学互连起来所构成的网络就可以称为教育城域网。

3.广域网（WAN:

wideareanetwork）

广域网的覆盖范围一般是几十公里到几千公里以上，它能够在很大的范围内实现资源共享和信息传递。

大家所熟悉的Internet，就是广域网中最典型的例子。

1.4.1计算机网络的功能

总体来讲，计算机网络可归纳为资源共享、数据传送、均衡负荷和分布式处理、信息的集中和综合处理等四项功能。

1.5计算机网络的组成

从功能上将计算机网络逻辑划分为:

（1）资源子网

资源子网负责全网的数据处理业务，并向网络用户提供各种网络资源和网络服务。

资源子网主要由主机、终端以及相应的I/O设备、各种软件资源和数据资源构成。

主机（HOST）可以是大型机、中型机、小型机、工作站或微型机，它通过高速通信线路与通信控制处理机相连。

主机系统拥有各种终端用户要访问的资源，它负担着数据处理的任务。

终端（Terminal）是用户进行网络操作时所使用的末端设备，它是用户访问网络的界面。

终端设备的种类很多，如电传打字机、CRT监视器加键盘，另外还有网络打印机、传真机等。

终端设备可以直接或者通过通信控制处理机和主机相连。

（2）通信子网

而通信子网的作用则是为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。

通信子网主要由通信控制处理机、通信链路及其他设备如调制解调器等组成。

通信控制处理机（CCP）是一种处理通信控制功能的专用计算机，按照它的功能和用途，可以分为存储转发处理机、网络协议变换器、报文分组组装/拆卸设备等。

通信控制处理机主要具有以下三个功能：

网络接口功能-----实现资源子网和通信子网的接口功能；

存储/转发功能----对进入网络传输的数据信息提供转接功能；

网络控制功能-----为数据提供路径选择、流量控制等功能。

第2章计算机网络体系结构

2.1.2计算机网络的分层模型

分层模型涉及下面一些重要的术语:

1.实体与对等实体

每一层中，用于实现该层功能的活动元素被称为实体（entity），包括该层上实际存在的所有硬件与软件，如终端、电子邮件系统、应用程序、进程等。

不同机器上位于同一层次、完成相同功能的实体被称为对等（peertopeer）实体。

2.协议

为了使两个对等实体之间能够有效地通信，对等实体需要就交换什么信息、如何交换信息等问题制定相应的规则或进行某种约定。

这种对等实体之间交换数据或通信时所必须遵守的规则或标准的集合称为协议（protocol）。

协议由语法、语义和语序三大要素构成。

语法包括数据格式、信号电平等；语义指协议语法成分的含义，包括协调用的控制信息和差错管理；语序包括时序控制和速度匹配关系。

3.服务与接口

在网络分层结构模型中，每一层为相邻的上一层所提供的功能称为服务。

N层使用N-1层所提供的服务，向N+1层提供功能更强大的服务。

N层使用N-1层所提供的服务时并不需要知道N-1层所提供的服务是如何实现的，而只需要知道下一层可以为自己提供什么样的服务，以及通过什么形式提供。

N层向N+1层提供的服务通过N层和N+1层之间的接口来实现。

接口定义下层向其相邻的上层提供的服务及原语操作，并使下层服务的实现细节对上层是透明的。

2．2．2各层功能简介

1．物理层（PhysicalLayer）

物理层位于OSI参考模型的最低层，它直接面向原始比特流的传输。

为了实现原始比特流的物理传输，物理层必须解决好包括传输介质、信道类型、数据与信号之间的转换、信号传输中的衰减和噪声等在内的一系列问题。

另外，物理层标准要给出关于物理接口的机械、电气、功能和规程特性，以便于不同的制造厂家既能够根据公认的标准各自独立地制造设备，又能使各个厂家的产品能够相互兼容。

2．数据链路层（DataLinkLayer）

在物理层发送和接收数据的过程中，会出现一些物理层自己不能解决的问题。

例如，当两个节点同时试图在一条线路上发送数据时该如何处理？

节点如何知道它所接收的数据是否正确？

如果噪声改变了一个分组的目标地址，节点如何察觉它丢失了本应收到的分组呢？

这些都是数据链路层所必须负责的工作。

数据链路层涉及相邻节点之间的可靠数据传输，数据链路层通过加强物理层传输原始比特的功能，使之对网络层表现为一条无错线路。

为了能够实现相邻节点之间无差错的数据传送，数据链路层在数据传输过程中提供了确认、差错控制和流量控制等机制。

3．网络层（NetworkLayer）

网络中的两台计算机进行通信时，中间可能要经过许多中间结点甚至不同的通信子网。

网络层的任务就是在通信子网中选择一条合适的路径，使发送端传输层所传下来的数据能够通过所选择的路径到达目的端。

为了实现路径选择，网络层必须使用寻址方案来确定存在哪些网络以及设备在这些网络中所处的位置，不同网络层协议所采用的寻址方案是不同的。

在确定了目标结点的位置后，网络层还要负责引导数据包正确地通过网络，找到通过网络的最优路径，即路由选择。

如果子网中同时出现过多的分组，它们将相互阻塞通路并可能形成网络瓶颈，所以网络层还需要提供拥塞控制机制以避免此类现象的出现。

另外，网络层还要解决异构网络互连问题。

4．传输层（TransportLayer）

传输层是OSI七层模型中唯一负责端到端节点间数据传输和控制功能的层。

传输层是OSI七层模型中承上启下的层，它下面的三层主要面向网络通信，以确保信息被准确有效地传输；它上面的三个层次则面向用户主机，为用户提供各种服务。

传输层通过弥补网络层服务质量的不足，为会话层提供端到端的可靠数据传输服务。

它为会话层屏蔽了传输层以下的数据通信的细节，使会话层不会受到下三层技术变化的影响。

但同时，它又依靠下面的三个层次控制实际的网络通信操作，来完成数据从源到目标的传输。

传输层为了向会话层提供可靠的端到端传输服务，也使用了差错控制和流量控制等机制。

5．会话层（SessionLayer）

会话层的功能是在两个节点间建立、维护和释放面向用户的连接。

它是在传输连接的基础上建立会话连接，并进行数据交换管理，允许数据进行单工、半双工和全双工的传送。

会话层提供了令牌管理和同步两种服务功能。

6．表示层（PresentationLayer）

表示层以下的各层只关心可靠的数据传输，而表示层关心的是所传输数据的语法和语义。

它主要涉及处理在两个通信系统之间所交换信息的表示方式，包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。

7．应用层（ApplicationLayer）

应用层是OSI参考模型的最高层，负责为用户的应用程序提供网络服务。

与OSI其他层不同的是，它不为任何其他OSI层提供服务，而只是为OSI模型以外的应用程序提供服务。

包括为相互通信的应用程序或进行之间建立连接、进行同步，建立关于错误纠正和控制数据完整性过程的协商等。

应用层还包含大量的应用协议，如分布式数据库的访问、文件的交换、电子邮件、虚拟终端等。

2．3．1TCP/IP模型

TCP/IP模型是由美国国防部创建的，所以有时又称DoD（DepartmentofDefense）模型。

TCP/IP模型分为四层，由下而上分别为网络访问层、网际层、传输层、应用层。

2．3．2各层主要协议

TCP/IP事实上是一个协议系列或协议簇，目前包含了100多个协议，用来将各种计算机和数据通信设备组成实际的TCP/IP计算机网络。

TCP/IP的网络接口层中包括各种物理网协议，例如Ethernet、令牌环、帧中继、ISDN和分组交换网X.25等。

当各种物理网被用作传送IP数据包的通道时，就可以认为是属于这一层的内容。

网际层包括多个重要协议，互联网络协议（Internetprotocol，简称IP）是其中的核心协议，IP协议规定网际层数据分组的格式。

另外，还包括提供网络控制和消息传递功能的因特网控制消息协议（InternetControlmessageprotocol，简称ICMP），提供IP地址和MAC地址之间转换的地址解释协议（Addressresolutionprotocol，简称ARP）和反向地址解释协议（Reverseaddressresolutionprotocol，简称RARP）。

传输层提供了两个协议。

分别是提供面向连接可靠传输的传输控制协议（TransportControlProtocol，简称TCP）和提供面向无连接的不可靠传输服务的用户数据报协议（Userdatagramprotocol简称UDP）。

应用层包括了众多的应用与应用支撑协议。

常见的应用协议有：

文件传输协议FTP、超文本传输协议HTTP、简单邮件传输协议SMTP、虚拟终端TELNET；常见的应用支撑协议包括域名服务DNS和简单网络管理协议SNMP。

第3章物理层

3.1.1数据通信的基本概念

模拟信号是指信号的因变量随时间连续变化的信号.

数字信号是指信号的因变量不随时间连续变化的信号，通常表现为离散的脉冲形式.

在数据通信中，我们通常将数据的发送方称为信源，而将数据的接收方称为信宿。

信源和信宿一般是计算机或其它一些数据终端设备。

3.1.2数据通信系统的模型

数据通信系统由信源、信宿和信道三部分组成。

其中，信源与信宿分别是数据的出发点和目的地，又被称为数据终端设备（DataTerminalEquipment，简称DTE）。

DTE通常属于资源子网的设备，如资源子网中的计算机、数据输入/输出设备和通信处理机等。

信号变换器的功能是把信源所要发送的数据转换成适合于在信道上传输的信号，或者相反，把从信道上接收的信号转换成信宿所能识别的数据。

若为模拟信道，则信号转换器的主要功能是分别在发送端和接收端完成数/模和模/数转换功能；若为数字信道，则信号转换器的主要功能是分别在发送端和接收端完成数字数据的编码和解码。

信号变换器又称为数据线路端接设备（DataCircuit-terminatingEquipment，简称DCE）。

DCE为DTE提供了入网的连接点，通常被认为是通信子网中的设备。

3.1.3基带传输

在脉冲信号的整个频谱中，从零开始有一段能量相对集中的频率范围被称为基本频带（baseband），简称基频或基带，基频等于脉冲信号的固有频率。

与基频对应的数字信号称为基带信号。

介绍几种常见的数字数据编码方法:

1．不归零编码

2．曼彻斯特（Manchester）编码

3.差分曼彻斯特编码

3.1.4频带传输

利用模拟信道传输二进制数据的方式称为频带传输。

1.幅度调制

幅度调制又叫振幅键控（ASK），在幅度调制中，频率和相位为常量，幅度随发送的数字数据而变化。

当发送的数据为“1”时，振幅调制信号的振幅保持某个电平不变，即有载波信号发射；当发送的数据为“0”时，振幅调制信号的振幅为零，即没有载波信号发射。

幅度调制方式易受突发性干扰的影响，不是一种理想的调制方式。

2.频率调制

频率调制也叫频率键控（FSK），在频率调制中，振幅和相位为常量，频率为变量。

频率调制不仅实现简单，而且比调幅技术有较高的抗干扰性，所以是一种常用的调制方法。

3.相位调制

相位调制也叫相位键控（PSK）。

在相位调制中，振幅和频率为常量，但通过控制或改变正弦载波信号的相位来表示二进制数据。

按照使用相位的绝对值还是相位的相对偏移来表示二进制数据将相位调制分为绝对调相和相对调相；按照对一个完整周期的相位等分方式将相位调制分为二相制、四相制、八相制等。

绝对调相是指将一个完整载波周期的相位按相制要求进行划分，然后按划分后的相位绝对值来表示不同的二进制数据。

相位调制方法较幅度调相和频率调相在实现技术要复杂得多，但其具有很强的抗干扰能力和较高的编码效率。

3.3多路复用技术

当前采用的多路复用方式有频分多路复用（FrequencyDivisionMultiplexing，简称FDM）、时分多路复用（TimeDivisionMultiplexing，简称TDM）和波分复用（WavelengthDivisionMultiplexing，简称WDM）等。

3.3.1频分多路复用

频分多路复用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）就是将线路的带宽划分成若干段较小的带宽来达到多路复用的目的。

实现FDM的前提是任何信号只占据一个宽度有限的频率，而信道可以被利用的频率比一个信号的频率宽得多，因而可以利用频率分隔的方式来实现多路复用。

为了防止相邻两个信号频率覆盖造成干扰，在相邻两个信号的频率段之间通常要留有一定的频率间隔。

频分模拟话路是当前主要的长距离数据传输信道，其每个话路最高数据传输率可达56Kbps。

3.3.2时分多路复用

虑将该物理线路传输时间分成一个个的时间片，按一定规则将这些时间片分配给各路信号，每一路信号在分配给自己的时间片内独占信道进行传输。

这种通过划分线路传输时间所形成的复用方式被称为时分多路复用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）。

如果我们将频分多路复用看成是频率空间的划分，则时分复用相当于是在时间坐标上的划分。

固定时隙的TDM系统又被称作同步TDM。

改进同步TDM的缺点，我们采用一种被称为统计时分多路复用（STDM）的技术。

它不给每个信源分配固定的时隙，而是根据信源的需要，动态地按需分配时隙。

基带传输多采用时分多路复用技术，而在频带传输中则一般采用频分多路复用技术。

3.3.3波分多路复用

波分多路复用（Wave-lengthDivisionMultiplexing，WDM）是频分多路复用在光纤信道上使用的一个变种。

WDM系统的核心器件是棱柱或衍射光栅。

多根光纤发出的光信号到达同一个棱柱或衍射光栅，每根光纤里的光波处于不同的波段上，多束光信号通过棱柱或衍射光栅合到一根共享的光纤上，到达目的地后，再由一个棱柱或衍射光栅将光重新分解为多路光信号。

作为FDM的一个变种，WDM与FDM的唯一区别就是：

在WDM中使用的衍射光栅是无源的，因此可靠性非常高。

3.4.2常见的国际标准组织

1.国际标准化组织ISO

2.美国电子工业协会EIA

3.国际电报电话咨询委员会CCITT

现在被称为ITU-T（国际标准化组织电讯标准化分部），是世界上主要的制定和推广电讯设备和系统标准的国际组织。

4.国际电信联盟ITU

第4章数据链路层

相邻节点是指由同一物理链路连接的所有节点。

4.2.3帧的定界

引入帧后，数据链路层必须提供关于帧边界的识别功能，即所谓帧定界（frameboundary）。

帧定界就是标识帧的开始与结束。

有四种常见的定界方法，即字符计数法、带字符填充的首尾界符法、带位填充的首尾标志法和物理层编码违例法。

下面分别予以简单的介绍。

1.字符计数法

此方法是在帧头部中使用一个字符计数字段来标明帧内字符数。

接收端根据这个计数值来确定该帧的结束位置和下一帧的开始位置。

例如，发送序列“6ABCDE5UVWX81234458”表示一共有三个帧，且三个帧的长度分别为6字节、5字节和8字节。

但是这种方法很容易出现定界错误。

仍以刚才的发送序列为例，当计数值出现传输差错，如接收端收到的序列为“6ABCDE7UVWX81234458”时，则接收端会将第二帧解释为“7UVWX81”，从而导致因发收双方对帧大小理解的不一致而出错。

2．带字符填充的首尾界符法

此方法是在每一帧的开头用ASCII字符DLESTX，在帧末尾用ASCII字符DLEETX。

但是，如果在帧的数据部分也出现了DLESTX或DLEETX，那么接收端就会错误判断帧边界。

为了不影响接收方对帧边界的正确判断，采用了填充字符DLE的方法。

即如果发送方在帧的数据部分遇到DLE，就在其前面再插入一个DLE。

这样数据部分的DLE就会成对出现。

在接收方，若遇到两个连续的DLE，则认为是数据部分，并删除一个DLE。

例如，待发送的数据是ADLECB，则在数据链路层封装的帧为DLESTXADLEDLECBDLEETX其中DLESTX是帧首标记，斜体DLE是填充的DLE字符，DLEETX则是帧尾标记。

通过这种DLE字符的填充法，接收方就能保证帧边界字符的唯一性。

因为DLE是一个字符，发送方每次在数据部分中遇到一个DLE字符时，就必须插入一个8bit长的DLE。

如果待传送的数据中有很多DLE字符，那么帧中就会包含大量的冗余DLE。

这也是带字符填充的首尾界符法的一个不足之处。

3．带位填充的首尾标志法

与字符填充技术类似，带位填充的首尾标志法也是一种填充技术，但是它一次只填充一个比特“0”而不是一个字符“DLE”。

另外，带位填充的首尾标志法用一个特殊的位模式“01111110”作为帧的开始和结束标志，而不是分别用“DLESTX”和“DLEETX”作帧的首标志和帧的尾标志。

当发送方在数据部分遇到5个连续的“1”时，就自动在其后插入一个“0”，即所谓的“逢五个1插0”。

例如，若原始数据为

011100111111111111111010

则经过填充后就变为

011100111110111110111110010

其中三个黑体“0”为填充的位。

当接收方遇到5个连续的“1”之后是一个“0”时，就删除该“0”，即所谓的“逢五个1删0”。

这样就保证了在帧的数据部分不会出现“01111110”位串，从而使接收方能准确地判断出帧边界。

与上述字符填充法相比，这种位填充技术存在明显的优势。

其在位模式基础上引入了“逢五个1删0”和“逢五个1插0”机制，保证了帧边界标志“01111110”的唯一性。

带位填充的首尾标志法是比较常用的成帧方法，本章后面介绍的数据链路层协议HDLC就使用了这种帧定界方法。

4．物理层编码违例法

物理层编码违例法就是利用物理层信息编码中未用的电信号来作为帧的边界。

例如曼彻斯特编码，在传输之前将数据位“1”编码成高-低电平对，数据位“0”编码成低-高电平对，因此可以利用高-高电平对和低-低电平对作为帧边界的特殊编码。

这种方法在IEEE802局域网标准中用到。

实际上，很多数据链路层协议使用字符计数法与其他方法相结合作为其成帧的方法。

4.3.1差错原因与类型

根据噪声类型不同，可将差错分为随机错和突发错。

热噪声所产生的差错称为随机错，冲击噪声所产生的错误称为突发错，电磁干扰、无线电干扰等都属于冲击噪声。

差错的严重程度由误码率来衡量，误码率Pe等于错误接收的码元数与所接收的码元总数之比。

显然，误码率越低，信道的传输质量越高，但是由于信道中的噪声是客观存在的，所以不管信道质量多高，都要进行差错控制。

4.3.2差错控制的作用与机制

校验码按功能的不同被分为纠错码和检错码。

纠错码不仅能发现传输中的错误，还能利用纠错码中的信息自动纠正错误，其对应的差错控制措施为自动前向纠错。

汉明编码（Hammingcode）为典型的纠错码，具有很高的纠错能力。

检错码只能用来发现传输中的错误，但不能自动纠正所发现的错误，需要通过反馈重发来纠错。

常见的检错码有奇偶校验码和循环冗余校验码。

4.3.4反馈重发机制

由于检错码本身不提供自动的错误纠正能力，所以需要提供一种与之相配套的错误纠正机制，即反馈重发。

通常当接收方检出错误的帧时，首先将该帧丢弃，然后给发送方反馈信息请求发送方重发相应的帧。

反馈重发又被称为自动请求重传ARQ（AutomaticRepeatrequest）。

反馈重发有两种常见的实现方法，即停止等待方式和连续ARQ方式。

在停止等待方式（简称停-等方式）中，发送端在发出一帧之后必须停下来等待接收端的确认帧，若确认（Acknowledgement）帧提示正确收到，则发送方继续发送下一个帧。

否则，发送方就重发那个帧。

停-等协议虽然实现简单，但这种发送一帧等待一个确认的方式使得通信效率很低。

为此，人们提出了连续ARQ协议。

连续ARQ协议的特点是发送端在发送一个帧后，不是停下来等待确认帧的到来，而是可以连续再发送N个帧（N的大小取决于发送方的发送能力和接收端的接收能力）。

对于连续ARQ方式，必须要为帧编上序列号以作为帧的标识。

在连续发送的多个帧中，可能会有一个或多个帧出现传输差错。

针对这种情况，连续ARQ分别采用了两种不同的处理方式，即拉回（backton）方式和选择重传（selective）方式。

《ip地址管理和子网划分》电子版，本书共分4章，对网络初学者也是不错的选择。

这是我看这本书时总结的笔记

第1章地址管理和子网划分基础

1.1IP地址基础

A类地址：

A类地址的前8位代表网络号，剩余的24位地址代表在“本地”主机上的地址。

A类地址的网络号范围是从1.0.0.0（最小地址）开始，到127.0.0.0（最大地址）结束。

B类地址的前16位代表网络号，剩余的16位地址代表在“本地”主机上的地址。

B类地址的网络号范围是从128.0.0.0（最小地址）到191.255.0.0（最大地址）结束。

C类地址的前24位代表网络号，剩余的8位地址代表在“本地”主机上的地址。

C类地址的网络号范围是从192.0.0.0（最小地址）到223.255.255.0（最大地址）结束。

类别

网络位数

主机位数

网络总数

地址总数

A

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