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计算机网络复习提纲整理
第一章.概述
1.计算机网络的定义:
关于计算机网络的最简单定义是:
一些相互连接的、以共享资源为目的的、自治的计算机的集合,最简单的计算机网络就是只有两台计算机和连接它们的一条链路,即两个节点和一条链路。
因为没有第三台计算机,因此不存在交换的问题。
最庞大的计算机网络就是因特网。
它由非常多的计算机网络通过许多路由器互联而成。
因此因特网也称为“网络的网络”。
另外,从网络媒介的角度来看,计算机网络可以看做是由多台计算机通过特定的设备与软件连接起来的一种新的传播媒介。
2.从网络的作用范围进行分类,计算机网络种类与特点?
①广域网WAN:
因特网的核心部分,起任务是通过长距离运送主机所发送的数据。
连接广域网各结点交换机的链路一般都是高速链路,具有较大的通信容量。
②局域网LAN:
一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连,但地理上局限在较小的范围。
③城域网MAN:
多采用以太网技术,作用范围一般是一个城市。
④个人区域网PAN:
在个人工作地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络。
3.网络带宽、时延的概念,网络时延由哪几部分组成?
发送时延与传播时延的计算方法.
带宽:
网络的通信线路所能传送数据的能力;
时延:
数据从网络的一端传送到另一端所需的时间;
网络时延组成:
发送时延,传播时延,处理时延,排队时延;
发送时延计算:
=数据帧长度(b)/发送速率(b/s)
传播时延计算:
信道长度(m)/电磁波在信道上的传播速率(m/s)
4.协议、网络协议(包括三要素)、网络体系结构的概念。
网络协议:
为网络数据交换而制定的规则、约定与标准;
三要素:
语法:
用户数据与控制信息的结构与格式,以及数据出现顺序
语义:
解释比特流的每一部分含义,规定了需要发出何种控制信息,以及完成的动作和作出的响应
时序:
对实现顺序的详细说明
网络体系结构的概念:
将网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构。
网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确地定义,而这些功能是用什么样的硬件与软件去完成的,则是具体的实现问题。
5.五层体系结构包含的层次及各层功能。
1.应用层:
应用层直接为用户的应用进程提供服务;
2.运输层:
运输层的任务是向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务,使它们看不见运输层以下的数据通信的细节;
3.网络层:
网络层的任务就是要选择合适的路由,使发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站,并交付给目的站的运输层;
4.数据链路层:
数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据。
每一帧包括数据和必要的控制信息;
5.物理层:
物理层的任务就是透明地传送比特流。
物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。
6.协议与服务有何区别。
1.协议是控制两个或多个对等实体进行通信的规则的集合,要使用本层协议,还需要使用下面一层所提供的服务;
2.协议的实现保证了能够向上一层提供服务,使用本层服务而无法看见下面的协议,下面的协议对上面的实体是透明的,协议是水平的;
3.服务是垂直的,服务是由下层向上层通过层间接口提供的,并非在一个层内完成的全部功能都称为服务。
第二章.物理层
1.物理层的功能。
物理层的作用要尽可能地屏蔽掉这些传输媒体和通信手段的差异,使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异,这样就可使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务,而不必考虑网络具体的传输媒体和通信手段是什么;
定义通过网络设备发送数据的物理方式。
|作为网络媒介和设备间的接口,为上层协议提。
2.物理层四大特性。
1.机械特性:
指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等;
2.电气特性:
指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围;
3.功能特性:
指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义;
4.过程特性:
指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序;
3.调制的作用及三种基本调制的概念。
作用:
调制在通信系统中有十分重要的作用。
通过调制,不仅可以进行频谱搬移,把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上,从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号,而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响,调制方式往往决定了一个通信系统的性能;
调幅:
载波的振幅随基带数字信号而变化;
调频:
载波的频率随基带数字信号而变化;
调相:
载波的初始化相位随基带数字信号而变化。
4.信道的极限传输速率(也叫信道容量)的公式及意义。
C=Wlog2(1+S/N)(b/s)
信道的带宽或信道中的信噪比越大,信息的极限传输速率就越高;意义:
只要信息传输率低于信道的极限信息传输速率,就一定可以找到某种方法来实现无差错的传输。
5.导向(有线)传输介质的种类与特点。
1.双绞线:
绞合可减少相邻导线的电磁干扰,模拟传输和数字传输都可以使用双绞线,价格便宜性能不错,使用广泛;
2.同轴电缆:
具有很好的抗干扰特性,被广泛用于传输较高速率的数据,主要用在有线电视网的居民小区;
3.光缆:
光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽,光纤通信消耗低,通信容量大,中继距离长,远距离传输特别经济;抗雷电和电磁干扰性能好;无串音干扰,保密性好,也不易被窃听或截取数据;体积小,重量轻。
6.常用的信道复用技术的种类与特点。
频分复用:
所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源;
时分复用:
所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度,同步时分复用;
统计时分复用:
提高信道的利用率,异步时分复用;
波分复用:
光的频分复用;
码分复用:
共享信道的方法,各用户使用经过特殊挑选的不同码型,因此各用户之间不会造成干扰,有很强的抗干扰能力,其频谱类似于白噪声,不易被敌人发现;
空分复用:
节省外护套的材料又便于使用;
极化波服用:
极化波复用(PolarizationWavelengthDivisionMultiplexing)是卫星系统中采用的复用技术
7.SONET和SDH的概念与特点。
SONET:
同步光纤网络(SONET,代表SynchronousOpticalNetworking)是使用光纤进行数字化信息通信的一个标准。
SONET光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构,其传输速率以51.84Mb/s为基础,
SDH:
同步数字系列是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号结构等级,在传输媒质上(如光纤、微波等)进行同步信号的传送。
1、接口方面
1)电接口方面
SONET体制对网络节点接口(NNI)作了统一的规范。
规范的内容有数字信
号速率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。
于是这就使SONET设备容易实现多厂家环境下互连,也就是说在同一条线路上可以安装不同厂家的设备,体现了横向兼容性。
SONET体制基本的信号传输结构等级是同步传输模块-STS-1,相当于SDH
中提出的STM-0,相应的速率是51.840Mb/s。
高等级的数字信号系列例如:
155Mb/s(STS-3)、622Mb/s(STS-12)、2.5Gb/s(STS-48)等,可通过将低速率等级的信息模块(例如STS-1)简单的通过字节间插复用而成(关于字节间插复用的概念可见于SDH原理相关书籍等)。
【比较】SDH基本信号传输结构等级是同步传输模块—STM-1,相应的速率
是155Mb/s。
高等级的数字信号系列有:
622Mb/s(STM-4)、2.5Gb/s(STM-16)等,可通过将低速率等级信号通过字节间插同步复接而成,复接的个数是4的倍数。
2)光接口方面
线路接口(这里指光口)采用世界性统一标准规范,SONET信号的线路编
码仅对信号进行扰码,不在进行冗余码的插入。
扰码的标准是世界统一的,这样对端设备仅需通过标准的解码器就可与不同厂家SONET设备进行光口互连。
扰码的目的是使线路传输码的“1”比特和“0”比特出现的概率接近50%,便于从线路信号中提取时钟信号。
由于线路信号仅通过扰码,所以SONET的线路信号速率与SONET电口标准信号速率相一致,这样就不会增加发端激光器的光功率代价。
【比较】和SDH也一样.2、复用方式
由于低速SONET信号是以字节间插方式复用进高速SONET信号的帧结构
中的,这样就使低速SONET信号在高速SONET信号的帧中的位置是固定的、有规律性,也就是说有可预见性。
这样就能从高速SONET信号例如2.5Gb/s(STS-48/STM-16)中直接插/分出低速SONET信号例如51.840Mb/s(STS-1/STM-0)。
另外,由于采用了同步复用方式和灵活的映射结构,可将PDH低速支路信号(例如1.5Mb/s)映射到SONET信号的帧中去(STS-N),这样使低速支路信号在STS-N帧中的位置也是可预见的,于是可以从STS-N信号中直接分/插出低速支路信号,例如1.5Mb/s,2Mb/s,45Mb/s与140Mb/s等低速信号。
【比较】SDH和SONET的映射方式和复用方式基本是相同的。
3、运行维护方面
SONET信号的开销字节数目和位置和SDH是相同的,帧结构中安排了丰富的用于运维(OAM)功能的开销比特,使网络的监控功能大大加强。
PDH的信号中开销字节不多,以致于在对线路进行性能监控时,还要通过在线路编码时加入冗余比特来完成。
【比较】SDH和SONET的开销字节数目和位置是完全相同的。
4、兼容性
SONET和SDH一样有很强的兼容性,可以用SONET网传送PDH业务,另外,异步转移模式的信号(ATM)、以太网(Ethernet)、FDDI信号等其他体制的信号也可用SONET网来传输。
2.2SONET和SDH的缺点
1、频带利用率低
SONET的信号中加入了大量的用于OAM功能的开销字节,使得在传输同
样多有效信息的情况下,PDH信号所占用的频带(传输速率)要比SONET信号所占用的频带(传输速率)窄,即PDH信号所用的速率低。
例如:
SONET的STS-1信号可复用进28个1.5Mb/s或1个45Mb/s的PDH信号,它的信号速率是51.840Mb/s,速率要高于PDH同样信息容量的DS3信号(45Mb/s),也就是说STS-1所占用的传输频带要大于PDHDS3信号的传输频带(二者的信息容量是一样的)。
2、指针调整机理复杂
指针功能的实现整加了系统的复杂性。
最重要的是使系统产生光同步网的一
种特有抖动--由指针调整引起的结合抖动。
这种抖动多发于网络边界处(SONET/PDH),其频率低,幅度大,会导致低速信号在拆出后性能劣化,这种抖动的滤除会相当困难。
3、软件的大量使用使系统易受计算机病毒侵害
SONET的一大特点是OAM的自动化程度高,这也意味软件在系统中占用
相当大的比重,这就使系统很容易受到计算机病毒的侵害,特别是在计算机病毒无处不在的今天。
这样系统的安全性就成了很重的一个方面。
第三章.数据链路层
1.链路与数据链路的概念。
链路(物理链路)的任务是将用二进制表示的信息转变为可在实际线路上传输的物理状态。
数据链路:
除了一条物理线路外,还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输。
把实现这些协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路。
2.链路层要解决哪三个问题?
常用帧定界的方法。
封装成帧,透明传输和差错检测
帧定界可以使用特殊的帧定界符,SOH和EOT表示首部和尾部。
3.透明传输的概念及实现透明传输的方法。
透明传输是指不管所传数据是什么样的比特组合,都应当能够在链路上传送。
当所传数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时,就必须采取适当的措施,使接收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。
这样才能保证数据链路层的传输是透明的。
字节填充(字符填充)
4.循环冗余检验(CRC)的实现原理(包括发送端和接收端的实现方法)。
P70页
5.PPP协议的特点及帧格式。
1.简单,封装成帧,透明性,多种网络层协议,多种类型链路,差错检测,检测连接状态,最大传送单元,网络层地址协商,数据压缩协商;
2.每一个PPP数据帧均是以一个标志字节起始和结束的,该字节为0x7E,紧接在起始标志字节后的一个字节是地址域,该字节为0xFF,由于PPP协议是被运用在点对点的链路上的特殊性,它不像广播或多点访问的网络一样,因为点对点的链路就可以唯一标示对方,因此使用PPP协议互连的通信设备的两端无须知道对方的数据链路层地址,所以该字节已无任何意义,按照协议的规定将该字节填充为全1的广播地址。
同地址域一样,PPP数据帧的控制域也没有实际意义,按照协议的规定通信双方将该字节的内容填充为0x03,首部第四个字段是2字节的协议字段。
P75
6.局域网常用的拓朴结构与特点。
1.星形网络拓扑结构:
网络结构简单,便于管理(集中式),每台入网机均需物理线路与处理机互连,线路利用率低,处理机负载重(需处理所有的服务),因为任何两台入网机之间交换信息,都必须通过中心处理机,入网主机故障不影响整个网络的正常工作,中心处理机的故障将导致网络的瘫痪;适用场合:
局域网、广域网.
2.总线形网络拓扑结构:
多台机器共用一条传输信道,信道利用率较高,同一时刻只能由两台计算机通信,某个结点的故障不影响网络的工作,网络的延伸距离有限,结点数有限,适用场合:
局域网,对实时性要求不高的环境。
3.环形网络拓扑结构:
实时性较好(信息在网中传输的最大时间固定),每个结点只与相邻两个结点有物理链路,传输控制机制比较简单,某个结点的故障将导致物理瘫痪,单个环网的结点数有限,适用场合:
局域网,实时性要求较高的环境.
4.网状网络拓扑结构:
利用专门负责数据通信和传输的结点机构成的网状网络,入网设备直接接入结点机进行通信。
网状网络通常利用冗余的设备和线路来提高网络的可靠性,因此,结点机可以根据当前的网络信息流量有选择地将数据发往不同的线路;主要用于地域范围大、入网主机多(机型多)的环境,常用于构造广域网络.
7.网络适配器(网卡)的作用,其中包含了哪些层次的协议?
进行数据串行传输和并行传输的转换;能实现以太网的协议;P81
8.CSMA/CD协议的原理.
P81
9.硬件地址的作用与格式?
固化在适配器的ROM中的地址;
五个字段组成,前两个字段分别为6字节长的目的地址和源地址字段,第三个字段是2字节的类型字段,用来标志上一层使用的是什么协议,第四个字段是数据字段,最后字段是4字节的帧检验序列FCS;
10.网桥的特点及转发帧的过程。
a)过滤通信量,增大吞吐量;
b)扩大物理范围;
c)提高了可靠性;
d)可互连不同物理层,不同MAC子层和不同速率;
增加时延,没有流量控制功能,广播风暴;
P96
11.透明网桥和源路由网桥各有何特点?
a)第一种802网桥是透明网桥(transparentbridge)或生成树网桥(spanningtreebridge)。
支持这种设计的人首要关心的是完全透明。
按照他们的观点,装有多个LAN的单位在买回IEEE标准网桥之后,只需把连接插头插入网桥,就万事大吉。
不需要改动硬件和软件,无需设置地址开关,无需装入路由表或参数。
总之什么也不干,只须插入电缆就完事,现有LAN的运行完全不受网桥的任何影响;
b)透明网桥容易安装,但网络资源的利用不充分。
源路由(sourceroute)网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。
源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧,每个发现帧都记录所经过的路由。
发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。
源站在得知这些路由后,从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。
凡从该源站向该目的站发送的帧的首部,都必须携带源站所确定的这一路由信息,源路由选择网桥的优缺点:
源路由选择网桥通常用在令牌环网中。
只关心那些目的地高位是1的帧P97
12.以太网交换机的特点。
以太网交换机实质上就是一个多接口网桥,和工作在物理层的转发器和集线器有很大差别,以太网交换机每个接口都与一个单个计算机或另一个集线器相连。
一般都工作在全双工方式。
交换速率较高。
利用以太网交换机,将若干个工作站划分为几个虚拟局域网,即VLANn。
在虚拟局域网上的每一个战都能听到同一虚拟网上其他成员所发出的广播;
13.虚拟局域网(VLAN)的概念与特点.
虚拟局域网VLAN是一组逻辑上的设备和用户,这些设备和用户并不受物理网段的限制,可以根据功能、部门及应用等因素将它们组织起来,相互之间的通信就好像它们在同一个网段中一样,由此得名虚拟局域网。
VLAN是一种比较新的技术,工作在OSI参考模型的第2层和第3层,一个VLAN就是一个广播域,VLAN之间的通信是通过第3层的路由器来完成的。
与传统的局域网技术相比较,VLAN技术更加灵活,它具有以下优点:
网络设备的移动、添加和修改的管理开销减少,可以控制广播活动,可提高网络的安全性;
14.高速以太网有哪几种?
a)100BASE-T以太网;
b)吉比特以太网;
c)10吉比特和100吉比特以太网;
15.无线局域网基本服务集和扩展服务集的概念与组成。
在基础设施网络中,无线终端通过接入点(AccessPoint,AP)访问骨干网设备,或者互相访问。
接入点如同一个网桥,它负责在802.11和802.3MAC协议之间进行转换。
一个接入点覆盖的区域叫做一个基本业务区(BasicserviceArea,BSA),接入点控制的所有终端组成一个基本业务集(BasicServiceSet,BSs);把多个基本业务集互相连接就形成了分布式系统(DistributedSystem,Ds)。
DS支持的所有服务叫做扩展服务集(ExtendedServieeSet,ESS),它由两个以上BSS组成
16.无线局域网使用了哪些协议?
无线接入技术区别于有线接入的特点之一是采取的协议标准不一样,目前无线接入技术出现了百家争鸣的局面。
在众多的无线接入标准中,无线局域网标准更成为人们关注的焦点。
目前比较流行的标准有:
802.11标准、蓝牙(Bluetooth)标准以及HomeRF(家庭网络)标准。
17.比较CSMA/CA和CAMA/CD的不同点。
CSMA/CD和CSMA/CA的主要差别:
CSMA/CD:
带有冲突检测的载波监听多路访问,可以检测冲突,但无法“避免”,CSMA/CA:
带有冲突避免的载波侦听多路访问,发送包的同时不能检测到信道上有无冲突,只能尽量“避免”;
1.两者的传输介质不同,CSMA/CD用于总线式以太网,而CSMA/CA则用于无线局域网802.11a/b/g/n等等;
2.检测方式不同,CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测,当数据发生碰撞时,电缆中的电压就会随着发生变化;而CSMA/CA采用能量检测(ED)、载波检测(CS)和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式;
3.WLAN中,对某个节点来说,其刚刚发出的信号强度要远高于来自其他节点的信号强度,也就是说它自己的信号会把其他的信号给覆盖掉;
4.本节点处有冲突并不意味着在接收节点处就有冲突。
综上,在WLAN中实现CSMA/CD是比较困难的
18.为了避免冲突,CSMA/CA协议采取了哪些措施?
CSMA/CA协议主要使用两种方法来避免碰撞:
1.设备欲发送讯框(Frame),且讯框听到通道空闲时,维持一段时间后,再等待一段随机的时间依然空闲时,才提交数据。
由于各个设备的等待时间是分别随机产生的,因此很大可能有所区别,由此可以减少碰撞的可能性。
2.RTS-CTS三向握手(英语:
handshake):
设备欲发送讯框前,先发送一个很小的RTS(RequesttoSend)讯框给目标端,等待目标端回应CTS(CleartoSend)帧后,才开始发送。
此方式可以确保接下来发送数据时,不会发生碰撞。
同时由于RTS帧与CTS帧都很小,让发送的无效开销变小。
19.广域网的概念与特点。
广域网(WideAreaNetwork)是在一个广泛地理范围内所建立的计算机通信网,简称WAN,其范围可以超越城市和国家以至全球,因而对通信的要求及复杂性都比较高;
WAN由通信子网与资源子网两个部分组成:
通信子网实际上是一数据网,可以是--个专用网(交换网或非交换网)或一公用网(交换网);资源子系统是联在网上的各种计算机、终端、数据库等。
这不仅指硬件,也包括软件和数据资源;
广域网用于通信的传输装置,一般是由公司或电信部门提供的。
互连主要采用公用网络和专用网络两种,如果连接的次数有限,要求不固定,通用性好,可选择公用数据网或增值网;如果连接次数很多,且要24小时畅通无阻,刚采用专用网络为好;
WAN的实现都是按照一定的网路体系结构相应的协议进行的。
为了实现不同系统的互连和相互协同工作,必须建立开放系统互连。
参考模型及相应的一系列国际标准协议对于WAN的实现、建立和应用有重要的指导作用。
20.广域网中交换机与路由器的区别。
(1)工作层次不同 最初的的交换机是工作在OSI/RM开放体系结构的数据链路层,也就是第二层,而路由器一开始就设计工作在OSI模型的网络层。
由于交换机工作在OSI的第二层(数据链路层),所以它的工作原理比较简单,而路由器工作在OSI的第三层(网络层),可以得到更多的协议信息,路由器可以做出更加智能的转发决策;
(2)数据转发所依据的对象不同 交换机是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址。
而路由器则是利用不同网络的ID号(即IP地址)来确定数据转发的地址。
IP地址是在软件中实现的,描述的是设备所在的网络,有时这些第三层的地址也称为协议地址或者网络地址。
MAC地址通常是硬件自带的,由网卡生产商来分配的,而且已经固化到了网卡中去,一般来说是不可更改的。
而IP地址则通常由网络管理员或系统自动分配。
(3)传统的交换机只能分割冲突域,不能分割广播域;而路由器可以分割广播域 由交换机连接的网段仍属于同一个广播域,广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播,在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞。
连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域,广播数据不会穿过路由器。
虽然第三层以上交换机具有VLAN功能,也可以分割广播域,但是各子广播域之间是不能通信交流的,它们之间的交流仍然需要路由器。
(4)路由器提供了防火墙的服务
路由器仅仅转发特定地址的数据包,不传送不支持路由协议的数据包传送和未知目标网络数据包的传送,从而可以防止广播风暴
交换机一般用于LAN-WAN的连接,交换机归于网桥,是数据链路层的设备,有些交换机也可实现第三层的交换。
路由器用于WAN-WAN之间的连接,可以解决异性网络之间转发分组,作用于网络层。
他们只是从一条线路上接受输入分组,然后向另一条线路转发。
这两条线路可能分属于不同的网络,并采用不同协议。
相比较而言,路由器的功能较交换机要强大,但速度相对也慢,价格昂贵,第三层交换机既有交换机线速转发报文能力,又有路由器良好的控制功能,因此得以广泛应用。
21.ATM网络的特点。
ATM是“异步传输模式”(AsynchronousTransferMode)的简称。
它是以20世纪70年代末和80年代初宽带ISDN(B-ISDN)为基础开发的新型信元交换技术,在90年代中后期兴起。
ATM的初衷是提供一种统一的数字化网络,通过全球的LAN和WAN无缝隙地传送数据、声音和图像。
ATM网络的原理简单来说就是:
将传输数据切分为固定长度(53Bytes)的信元传送,可根据业务类型对带宽的需要动态分配信元,执行异步信元交换。
从而容纳不同的业务类型;采用纯交换技术,每个连接都有自己的独占带宽,数据传送
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