数据通信与网络吴时霖复习提纲.docx
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数据通信与网络吴时霖复习提纲
计算机网络提纲
第一部分概述
1绪论
数据通信
组成:
五个组成部分
数据表示:
数据流:
单工、半双工、全双工
网络
分布式处理
网络准则:
性能、可靠性、安全性
物理结构:
物理拓扑结构:
网状、星型、总线、环状、混合型
网络模型:
OSI、TCP/IP协议族
网络分类:
局域网LAN、广域网WAN、城域网WAN
网络互联:
因特网
因特网
历史简介
因特网现状:
ISP因特网服务提
供商,不同层次
协议和标准
协议:
语法、语义、时序
标准
标准化组织
标准创建委员会、管理机构、论
坛、因特网标准
2网络模型
任务分层
高层和底层之分
OSI模型
物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层
OSI模型各层的功能
物理层:
节点之间位流的传递
(接口、介质的物理特性;位的表示即编码;数据速率;位同步;线路配置;物理拓扑结构;传输方式)
数据链路层:
节点之间帧的传递
(成帧;物理寻址;流量控制;差错控制;访问控制)
网络层:
将分组从源地址传递到目的
地址
(逻辑寻址;路由选择)
传输层:
进程到进程的传递
(服务点寻址即端口地址;
分段和组装;连接控制;流量控制;差错控制)
会话层:
对话的控制和同步
表示层:
翻译、加密和压缩数据
应用层:
负责向用户提供服务
TCP/IP协议族
网络层:
IP/ARP/RARP/ICMP/IGMP
传输层:
UDP/TCP/SCTP
应用层覆盖OSI中的会话层、表
示层和应用层,三合一,定
义许多标准协议
寻址
物理地址
逻辑地址
端口地址(进程)
专用地址
第二部分物理层和介质
3数据和信号
模拟与数字
模拟与数字信号对比
周期模拟信号
振幅、频率(周期)、相位、波
长、时域和频域、复合信号、带宽(只说明范围,不说明连续与否)
模拟信号
傅里叶分析>>带宽有穷
周期模拟信号>>离散有穷
非周期模拟>>连续有穷
数字信号
数字信号是一种复合模拟信号
傅里叶分析>>带宽无穷大
周期数字信号>>离散无穷频
谱
非周期数字信号>>连续无穷
频谱
比特率(每秒位)
位长
数字信号的传输
基带传输
什么是低通通道?
带宽宽的低通通道
有限带宽的低通通道
大致近似
更好近似
宽带传输(调制)
什么是带通通道?
传输减损
衰减(分贝dB)、失真、噪声(信噪比SNR)
数据速率限制
无噪声通道:
奈奎kui斯特速率
噪声通道:
香农容量定理
使用两种限制条件
性能
带宽
以赫兹衡量的带宽
以每秒比特数衡量的带宽
(后方编码方案中,讲到用信号速率即波特率来衡量,为什么?
)
两者关系:
成正比、模拟、
数字
吞吐量
延迟:
传播、传输、排队、处理
带宽与延迟的乘积
抖动
4数字传输
数字到数字转换
线路编码
数字数据>>数字信号
信号元素与数据元素
信号速率(波特率)和数据
速率
(比特率)
基线偏移:
直流成分
自同步:
跳变
内置差错检测
抗噪声和抗干扰能力
复杂性
线路编码方案
单极编码方案
NRZ
极性编码方案
NRZ:
NRZ-L/NRZ-I
RZ
双相编码:
曼彻斯特和差
分
曼彻斯特
双极性(三电平)
AMI/伪三元编码
多电平(mBnL)
L=2>>B;L=3>>T;L=4>>Q
2B1Q
8B6T
4D-PAM5
多跳变
MLT-3
块编码
增加冗余m变成n(m mB/nB有斜线区分“多电平” 4B/5B 8B/10B 扰动 B8ZS: 8个连续的0替换电平 组合000VB0VB HDB3: 4个连续的0替换成 000V或B00V 模拟到数字的转换 脉冲码调制(PCM) 采样(奈奎斯特速率)、量 化、编码 Delta调制(DM) 传输模式 并行、串行(异步、同步) 5模拟传输 数字到模拟转换 一些问题 数据元素和信号元素、比特 率和波特率、带宽、载波信号 幅移键控ASK: BASK 频移键控FSK: BFSK/MFSK 相移键控PSK: BPSK (2)/QPSK(4) 正交调幅QAM: 星座图 ASK+PSK 模拟信号调制(模拟到模拟) 调幅AM AM带宽=2B AM无线电的标准带宽分配 调频FM FM带宽=2(1+belta)B FM无线电的标准带宽分配 调相PM PM带宽=2(1+belta)B 6带宽利用 复用 提高信号传输的效率 频分复用FDM 波分复用WDM 同步时分复用synchronousTDM 时隙、帧 交替 空时隙 数据速率管理 多级复用(倍数关系) 多时隙分配(倍数关系) 脉冲填充 帧同步: 帧指示位 数字信号服务: 数字层次结 构、DS-1234 T线路、E线路 统计时分复用statisticalTDM 寻址、时隙大小、带宽 扩频 提高信号传输的保密性和抗干扰性 跳频扩频(FHSS) 伪随机噪声 带宽共享 直接序列扩频(DSSS) 7传输介质 有向介质 双绞线 非屏蔽(UTP)、屏蔽 (STP)、分类(常见五类线)、连接器(RJ-45水晶头)、性能(带宽比同轴电缆低,但衰减慢于) 同轴电缆 同轴电缆标准: RG 同轴电缆连接器: BNC 性能 光缆 传播模式 多模: 阶跃折射率、渐进 折射率 单模 光缆组成、连接器 无线通道 地表、天空、视线传播 无线电波: 地表、天空 微波: 视线、单向天线、抛物线 碟形天线、喇叭天线 红外波: 视线 8交换 电路交换网 物理层 连接、可靠的(连接>>一传到底>>拆除) 效率最低、延迟最小 传统电话网的物理层 分组交换网 数据报网 独立处理每个分组 “分组”被称为数据报 网络层 无连接、不可靠的(多路径 自由跑) 效率最高、延迟最长 用于因特网的网络层 虚电路网 数据链路层 连接、可靠的(连接>>规定 路径却逐个传递>>拆除) 效率、延迟居中 用于广域网的数据链路层 交换机结构 电路交换机 空分交换机 纵横制、多级交换机 时分交换机 时隙互换 两者结合 分组交换机 输入端口、输出端口、路由 处理器(路由表查询)、交换结构(纵横、Banyan、Batcher-banyan) 9使用电话网和有线电视网进行数据传输 电话网络 主要组成 LATA本地接入和传送区域 信令 数据传输网络与信令网络分 离,带宽分离 7号信令系统(SS7) 物理层: MTP1 数据链路层: MTP2 网络层: MTP3 传输层: SCCP 高层: TUP、TCAP、 ISUP 电话网络提供的服务 模拟业务 模拟交换业务、租用 数字业务 电话调制解调器 调制解调器标准 数字用户线路(DSL)技术 >>本地回路上支持数字通信,一组技 术包括ADSL/VDSL/HDSL/SDSL ADSL: 非对称数字用户线路 ADSLLite HDSL: 高速数字用户线路 SDSL: 对称数字用户线路 768kbps VDSL: 甚高速数字用户线路 有线电视网 传统有线网络 光纤同轴电缆混合(HFC)网络 有线电视网用作数据传输 带宽 共享 CM与CMTS 数据传输方案: DOCSIS 第三部分数据链路层 10检错与纠错 引言 差错的类型 单个位差错、突发性差错 冗余 检错和纠错 前向纠错和重传 编码 模运算 块编码 >>码字、数据字 差错检测 纠错 汉明距离 最小汉明距离 三个参数、检错的最小距 离、纠错的最小距离 线性块编码 线性块编码的最小距离 一些线性块编码 简单奇偶校验码 两维奇偶校验 汉明编码 性能 循环编码 循环冗余校验 CRC、编码器、译码器、除 数(1011) 硬件实现 多项式 循环编码分析 循环编码的优点 校验和 概念 反码 因特网中的校验和 性能 11数据链路控制 成帧 固定长度成帧 可变长度成帧 面向字符协议 ESC换义字符 面向位协议 流量控制和差错控制 流量控制: 缓冲区 差错控制: ARQ自动重复请求 协议 确认帧>>ACK 否定确认帧>>NAK 数据双相流动: 捎带 无噪声通道 最简单的协议 >>WaitForEvent(); GetData(); MakeFrame(); SendFrame(); 停止等待协议 增加ACK确认 用canSend=true/false调节 有噪声通道 停止等待自动重复请求 序列号: 0、1 确认号: 期待接受的下一帧 增加定时器 StartTimer() 效率 流水线操作(此为非) 回退N帧自动重发请求 序列号: 模2^m 滑动窗口 发送滑动窗口 接收滑动窗口 定时器 确认 重发帧 发送窗口大小<2^m maxsize=2^m-1 接收窗口大小=1 停止等待ARQ是一种窗口大 小为1的特殊的回退N帧ARQ协议 选择性重复ARQ 发送窗口大小 maxsize=2^(m-1) 接收窗口大小=发送 捎带技术 高级数据链路控制 >>HDLC,面向位的点到点和多点链路进行通信的协议,实现前方的ARQ机制 配置和传输方式 正常响应方式 异步平衡方式 帧 信息帧 管理帧 无编号帧 控制字段 点到点协议 >>点到点最通用的还是PPP协议 面向字节 成帧 传输阶段 多路复用 链路控制协议LCP 鉴别协议AP 口令鉴别协议PAP 查询握手鉴别协议CHAP 网络控制协议NCP 互联网络协议控制协议 IPCP 其他协议 来自网络层数据 多链路PPP 12多路访问 随机访问 纯ALOHA 二进制指数回退? 脆弱时间 时隙ALOHA 吞吐量 载波侦听多路访问CSMA 脆弱时间 持续方法 1-持续方法 非持续 p-持续 带冲突检测的侦听多路访问CSMA/CD 帧的最小长度 能量级别 吞吐量 有线网络>>检测 带冲突避免的侦听多路访问CSMA/CA 帧间间隔(IFS) 竞争窗口 确认 无线网络>>能量级别弱>>检 测不到>>避免 CSMA/CA和无线网路 受控访问 预约 轮询 主站、从站 选择、轮询 令牌传递 访问通道的权限>>令牌 逻辑环 通道化 >>对比“带宽复用”FDM/TDM/WDM 物理层 频分多路访问(FDMA) 时分多路访问(TDMA) 码分多路复用(CDMA) 正交函数集 13有线局域网: 以太网 IEEE标准 逻辑链路控制层LLC 10检错与纠错 >>11逻辑链路控制 介质访问控制层MAC 12多路访问 (定义了访问方法) 物理层 标准以太网802.3 MAC子层 访问方法: 1-持续CSMA/CD 成帧、帧的格式(前导符) 物理层 编码和解码 介质 标准的变化 桥接以太网 提高带宽、分隔冲突域 交换式以太网 全双工以太网 快速以太网802.3u MAC子层 半双工使用CSMA/CD 全双工也保留(实际不用, 便于兼容) 增加“自动协商” 物理层 千兆以太网802.3z MAC子层 半双工使用CSMA/CD 全双工不使用 10千兆以太网802.3ae MAC子层 只有全双工 >>介质、电线数量、最大长度、线路编码、块编码 14无线局域网 IEEE802.11无线局域网 体系结构 基本服务集BBS 不带AP的BBS >>特别网络 带AP的BBS >>基础设备网络 拓展服务集ESS 两个或多个带AP的BBS 相连 通过分布式系统 站点类型 不迁移 BBS迁移、ESS迁移 MAC层 分布式协调功能DCF 访问方式: CDMA/CA CDMA/CA>>处理流程图 帧交换时隙 分布式帧间时隙DIFS 短帧间时隙SIFS 网络分配矢量 握手时的冲突 点协调功能PCF 集中式、无竞争的轮询 优先级PCF>DCF 分段、帧格式 寻址机制 四种情况 隐藏/暴露站点问题 物理层 802.11、802.11a、802.11b、 802.11g 蓝牙 体系结构 微微网络 7从1主1休眠 散射网络 蓝牙设备 蓝牙层 无线电层 频带、FHSS、调制GFSK 基带层 时分双工TDMA 单一从设备通信 物理链路 SCO链路(同步面向连 接链路) ACL链路(异步无连接 链路) 帧格式 逻辑链路控制和自适应协议L2CAP 多路复用 分段和重组 QoS服务质量 组管理 15连接局域网、主干网和虚拟局域网 连接设备 >>五类连接设备与OSI层次的关系 网关>路由或三层架换机>网桥或两层交换机>中继器或集线器>无源集线器 无源集线器(物理层以下) 中继器(只物理层) 再生器,不是放大器,逐位地以原始信号强度生成一个拷贝 有源集线器(只物理层) 网桥(物理、数据链路) 过滤! 透明网桥 转发、学习、循环问题 生成树 源路由网桥 用网桥连接不同的局域网 两层交换机(物理、数据链路) 路由器(前三) 三层交换机(前三) 网关(因特网模型的全五) 主干网 总线型主干网 星型主干网 连接远程LAN 虚拟局域网 软件划分的逻辑LAN,非物理的网段 16无线WAN: 移动电话和卫星网络 移动电话 >>信元cell、基站BS、移动交换中心MSC 频率复用原理(蜂巢模型) 传输 接收: 硬软切换、寻呼 漫游 第一代 AMPS 第二代 D-AMPS(IS-136) GSM IS-95 第三代 卫星网络 轨道、覆盖区域 人造卫星(GEO/LEO/MEO) 卫星通信频段 GEO MEO: GPS(24颗) LEO: 铱星系统、全球星系统 Teledesic第一个宽带LEO 17广域网SONET/SDH >>SONET(同步光纤网路)由ANSI 定义 >>SDH(同步数字体系)由ITU-T定 义 >>基于光纤传输定义的标准 体系结构 信号 SONET>>同步传输信号STS SDH>>同步传输模块STM SONET设备 STS多路复用器/分离器 再生器 分插复用器 终端 连接 段、线路、路径 SONET层 路径层、线路层、段层、光子层 SONET帧 >>二维矩阵 帧、字节和位传输 STS-1帧格式 开销总结 封装 STS多路复用 字节交替 重组信号 分插复用器 SONET网络 线状: 点到点、多点 APS自动保护交换 环状: UPSR、BLSR 网状 虚拟支路VT 18虚电路网络: 帧中继和ATM 帧中继 >>虚电路广域网,突发性数据 结构 虚电路 VCI虚通道标识符 VPI虚路径标识符 帧中继中的VCI>>数据链 路连接标识符DLCI 永久虚电路PVC 交换虚电路SVC 交换机 帧中继层 物理层、数据链路层 扩展地址 FRAD VOFR LMI 拥塞控制和服务质量 ATM >>异步传输模式,信元中继协议 设计目标 问题 帧网络 混合网络通信 信元网络 异步TDM 结构 虚连接、标识符、信元、连接建立与释放 交换 ATM层 物理层: SONER或其他 ATM层 AAL: 1、2、3/4、5 拥塞控制和服务质量 ATM局域网 ATM局域网体系结构 纯ATM体系结构 继承ATM局域网 混合结构 局域网仿真(LANE) 客户/服务器模型 具有客户/服务器的混合体系结构 第四部分网络层 19逻辑寻址 IPv4地址 地址空间 2^32、4字节=32位 标记法 二进制标记、点分十进制 分类寻址 classA: 0(128) classB: 10(64) classC: 110(32) classD: 1110(16) classE”1111(16) 地址类与地址块 网络号与主机号 掩码 子网化、超网化 地址耗尽 无类寻址 地址块、限制条件 掩码 网络地址 层次结构 二级层次结构: 没有子网 网络号+主机号 前缀后缀 三级层级结构: 子网化 多级层级结构 地址分配 网络地址转换(NAT) >>“小马甲”您好吖 地址转换 转换表 使用一个IP地址 运用IP地址池 同时运用IP地址和端口号 NAT和ISP IPv6地址 结构 16字节=128位 十六进制冒号>>简略表示 地址空间 2^128 单播、多播、广播、任播地址、保留、未指明、本地地址 20IP协议 网际互联 网络层需求 分段、重组 作为数据报网络的因特网 网络层>>数据报分组交换 作为无连接网络的因特网 面向连接的服务 例如帧中继、ATM的虚电路分组交换 无连接的服务 目的>>异构网络 IPv4 >>不可靠、无连接、数据报协议——尽力传输 数据报 头部20~60字节 数据报格式 分段 最大传输单元(MTU) 与分段相关的字段 “分段偏移”是指除去头部的数据部分的偏移量 头部的复制和改变 校验和 选项 IPv6 优点 分组格式 扩展头部 分段全部由源端完成 IPv4到IPv6的过渡 双协议栈、隧道技术、头部转换 21地址映射、差错报告和多播 地址映射 >>静态/动态映射 ARP >>逻辑地址物理地址 高速缓存器 分组格式(查询、响应分 组) 封装 操作 四种不同的情况 代理ARP RARP、BOOTP、DHCP >>物理地址逻辑地址 RARP反向地址解析协议 BOOTP引导程序协议 DHCP动态配置协议 ICMP >>因特网控制报文协议 报文类型 差错报告、查询报文 报文格式 差错报告 目的端不可达、源端抑制、时间超时、参数问题、重定向 查询 回送请求和回答(ping)、时间戳请求和回答、地址掩码请求和回答、路由器询问和通告 调试工具 Ping、Traceroute IGMP >>因特网组管理协议 组管理 IGMP报文报文格式 操作 封装 Netstat应用程序 ICMPv6 和ICMPv4对比 取消源端抑制,增加分组太大 22传递、转发和路由选择 传递 直接/间接传递 转发 转发技术 转发过程 地址聚合 最长掩码匹配 路由器的连接方式不影响地址聚合的思想 分层路由选择 地址路由选择 路由表 静态、动态、格式 单播路由选择协议 优化原则 域内部和域间路由选择 域内自治、域间统一 域内: RIP、OSPF 域间: BGP 路由选择信息协议RIP >>距离向量协议,度数衡量表 距离向量 距离最小 两节点不稳定 解决: 定义无穷大16、分割范围与毒性逆转 三节点稳定不保障 RIP 16定义为无穷大 开放最短路径有限OSPF >>链路状态协议 边际网关协议BCP >>路径向量协议,节点可达性表 多播路由选择协议 单播、多播与广播 单播 多播 广播 多播与多个单播 用单播仿真多播 应用 分布式数据库、信息发布、新闻传播、电话会议、远程学习 多播路由选择 优化路由选择: 最短路径树 基于源树、组共享树 多播路由选择协议 基于源树 MOSPF DVMRP PIM-DM 组共享树 CBT基于核的树协议 PIM-SM 第五部分传输层 23UDP、TCP和SCTP 进程到进程的传递 客户/服务器模式 寻址 IANA范围 套接字Socket地址 IP地址+端口号 复用与分离 无连接与面向连接服务 可靠与不可靠服务 三种协议 用户数据报协议UDP >>面向报文 熟知端口号 用户数据报 校验和 UDP的操作 无连接服务 流量控制和差错控制 封装与拆封 排队 UDP的使用 传输控制协议TCP >>面向字节 TCP服务 进程到进程、流传输服务、全双工通信、面向连接、可靠 TCP特点 序号系统 流量/差错/拥塞控制 段 >>TCP的分组称为“段” 格式 TCP连接 连接建立 数据传输 连接终止 流量控制 滑动窗口: 面向字节、大小 可变 差错控制 校验和、确认、重传、快速重传、失序的段 拥塞控制 流传输控制协议SCTP >>兼具面向报文和字节的特性 SCTP服务 进程到进程的通信、多流、多接口、全双工通信、面向连接、可靠 SCTP特性 传输序列号、流标识符、流序列号、分组、确认号、流量/差错/拥塞控制 分组格式 通用头部 大块 SCTP关联 关联建立: 四次握手、Cookie 数据传输 关联终止 流量控制 差错控制 拥塞控制 24拥塞控制和服务质量 >>同时涉及数据链路、网络和传输层三层 数据通信量
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