南理工计算机考研笔试第一章.docx
- 文档编号:3912065
- 上传时间:2022-11-26
- 格式:DOCX
- 页数:43
- 大小:1.75MB
南理工计算机考研笔试第一章.docx
《南理工计算机考研笔试第一章.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《南理工计算机考研笔试第一章.docx(43页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
南理工计算机考研笔试第一章
前言
本书特色
·自顶向下方法
以自顶向下的方式来组织内容,从应用层开始向下一直讲到物理层。
·以因特网为研究目标
以因特网为中心。
围绕因特网体系结构5层模型的学习,了解掌握计算机网络的基本概念和基本原理。
·着眼原理
介绍当代协议和技术及相关的基本原理。
·相关Web站点:
教学特色
·历史事件和实践中的原则·人物专访
各章间的关联性
第1章计算机网络和因特网
第2章应用层
第3章运输层
第4章网络层和选路
第5章链路层和局域网
第6章无线网络和移动网络
第7章多媒体网络
第8章计算机网络安全
第9章网络管理
·第1章:
计算机网络完整概述,介绍许多重要的概念与术语,是其余部分的基础。
·第2章到第5章:
本书的4个核心章节,对应于因特网协议栈上面4层中的一层,自顶向下讨论。
·第6章到第9章:
现代计算机网络中的4个先进内容。
第1章计算机网络和因特网
计算机网络自20世纪60年代开始发展。
定义未统一。
简单定义:
一些互相连接的、自治的计算机的集合。
文献定义:
计算机网络是用通信设备和线路将分散在不同地点的有独立功能的多个计算机系统互相连接起来,并按照网络协议进行数据通信,实现资源共享的计算机集合。
包括三个主要部分:
·多个计算机:
为用户提供服务;
·一个通信子网:
通信设备和线路;
·一系列协议:
数据通信。
网络类型:
很多,如局域网、广域网等。
典型:
因特网。
本章主要内容:
概述计算机网络和因特网。
·基本术语和概念;
·基本硬件和软件:
网络“边缘”(端系统、网络应用、运输服务等)及网络“核心”(数据链路、交换机、接入网、物理媒体等);
·数据传输时延和分组丢失;
·网络的体系结构:
协议分层和服务模型
·计算机网络发展简史
1.1什么是因特网
两种描述方法:
·具体构成:
构成因特网的基本硬件和软件;
·提供服务:
为分布式应用程序提供的服务。
1.1.1具体构成描述
公共因特网(Internet因特网):
一个世界范围的计算机网络,互联了遍及全世界的数以百万的计算设备。
全球性“网络的网络”。
如图1-1。
1、计算设备(主机host、端系统endsystem)
主要功能是进行数据处理。
·传统的:
桌面PC、Unix工作站、服务器等;
·非传统的:
PDA(个人数字助手)、TV、移动计算机、汽车等。
2、连网设备
包括通信链路、分组交换机等。
主要功能保证高效、可靠地数据通信。
(1)通信链路(communicationlink):
把端系统连接到一起的物理线路。
由不同类型的物理媒体组成,如同轴电缆、双绞线、光纤和无线电频谱等。
不同的链路传输数据的速率不同。
·链路传输速率:
每秒传输多少位数据,单位bit/s或bps。
(2)分组交换机(packetswitch):
连接端系统的中间交换设备。
端系统之间很少直接连接,通常都是通过分组交换机间接相连。
·功能:
从一条(入)通信链路接收信息块、并保存,从另一条(出)通信链路转发出去。
分组(包packet):
网络中传输的信息块。
·类型:
路由器(router)、链路层交换机(link-layerswitch)。
·路径(route或path):
一个分组从发送端系统传输到接收端系统,所经过的一系列通信链路和分组交换机。
端系统之间通信的路径不专用,通过采用分组交换(packetswitching)技术,使多个通信端系统同时共享一条路径,或路径的一部分。
第一个分组交换网络产生于20世纪70年代,是因特网的“最早祖先”。
3、因特网服务提供商ISP(InternetServiceProvider)
是一个由多个分组交换机和多段通信链路组成的网络。
端系统通过ISP接入因特网,如住宅区ISP、大学ISP、公司ISP等。
·不同的ISP提供各种不同类型的网络接入:
如拨号调制解调器接入、住宅宽带接入、高速局域网、无线接入等;
·对内容提供者提供接入:
Web站点直接接入因特网;
·低层次的ISP通过国家、国际的高层ISP互联:
实现世界范围的通信。
高层ISP由一些用高速光纤链路互联的高速路由器组成的。
·每个ISP独立管理,运行ISP协议:
遵从一定的命名和地址规则。
4、协议(protocol):
控制网络中信息接收和发送的一组软件。
每个端系统、路由器和其他因特网部件都要运行。
·因特网协议:
TCP/IP协议。
传输控制协议TCP(TransmissionControlProtocol)
网际协议IP(InternetProtocol)
·因特网标准:
IETF标准文档RFC。
由因特网工程任务组IETF(InternetEngineeringTask Force)研发,标准文档称为RFC(RequestForComments)。
5、内联网(Intranet)
专用网络,如公司和政府网络。
·网内的主机不能随意与专网外部的主机交换信息(由防火墙控制);
·所用主机、路由器、链路和协议与公共因特网相同。
1.1.2服务描述
分布式应用程序(distributedapplication):
在端系统上运行,彼此交换数据。
如远程注册、电子邮件、Web冲浪等等。
提供两种服务:
·面向连接的可靠服务(connection-orientedservice):
确保从发送方发出的数据最终按顺序完整地交付给接收方。
·无连接的不可靠的服务(connection-orientedservice):
不能对最终交付作任何保证。
一种分布式应用程序只能使用其中一种。
不能提供“传输时间固定”的服务
即从发送方传递数据到接收方所需时间不确定。
1.1.3什么是协议
1、人类活动的类比
人类无时无刻都在执行协议。
例:
某人向另一人询问当时的时间。
几种情况:
·发出“你好”报文接收“你好”报文发出“几点了”报文接收“2:
00”报文(如图1-2)
·发出“你好”报文接收“不要烦我、或我不会说英语”报文
·发出“你好”报文得不到任何回答
协议过程:
询问者发送“特定”报文根据接收到的“应答”报文或其他事件采取动作
·协议的核心:
传输的报文、接收的报文及所采取的动作;
·双方执行不同的协议,就不能互动,不能完成工作:
如,一个人讲礼貌,而另一人不讲礼貌。
2、网络协议
·交换报文和采取动作的实体是某些设备的硬件或软件。
·因特网中的所有活动,凡涉及到两个或多个通信的远程实体都受协议制约。
例如,网卡中的协议、端系统中的拥塞控制协议等等。
·因特网的运行离不开协议。
例,用户通过因特网访问某一个Web服务器的网页,即在Web浏览器中键入一个Web网页的URL(网址)。
协议过程:
如图1-2右边部分。
发出“连接请求”报文接收“连接响应”报文发出“GET”报文(网页的名字)接收“Web网页(文件)”
看出:
报文的交换以及在发送和接收这些报文时所采取的动作,是一个协议的关键定义元素。
·协议:
控制网络中信息的发送和接收。
定义了通信实体之间交换报文的格式和次序,以及在报文传输和/或接收或其他事件所采取的动作。
因特网和计算机网络广泛地使用协议。
不同的协议完成不同的通信任务。
有些协议简单,有些复杂。
1.2网络边缘
网络外围部件,主要是计算机。
1.2.1端系统、客户机和服务器
端系统(endsystems):
与因特网相连的计算机,位于因特网的边缘。
如图1-3所示。
包括许多不同类型,如桌面计算机和移动计算机,Web服务器和电子邮件服务器,以及其他类型的设备。
主机(host):
即端系统,可运行许多应用程序。
分为两类:
硬件方面:
·客户机(client):
桌面和移动PC和PDA等等;
·服务器(server):
功能更强的机器,如Web服务器和邮件服务器。
软件方面(本书采用):
·客户机程序(clientprogram):
在一个端系统上运行,发出请求,并从另一个端系统上运行的服务器程序接收服务。
·服务器程序(serverprogram):
运行在一个端系统上,接收请求,并为客户机提供服务。
客户机/服务器模型:
因特网应用程序最为流行的结构。
许多应用程序采用该模式,如Web、电子邮件、文件传输等等。
说明:
·客户机程序和服务器程序可运行在不同计算机上,是分布式应用程序(distributedapplication)。
·客户机程序和服务器程序通过因特网互相发送报文进行交互。
·路由器、链路和其他部件组成“黑盒子”:
在因特网应用程序的分布式通信部件之间传输报文。
如图1-3中。
·因特网应用程序不一定单纯只由纯客户机程序与纯服务器程序交互组成。
例如,对等文件共享应用程序,其端系统中的对等应用程序同时起客户机和服务器程序的双重作用。
·发出请求时,起着客户机的作用;
·发送文件时,起着服务器的作用。
1.2.2无连接和面向连接的服务
端系统之间通过因特网进行通信,使用因特网提供的服务发送报文。
1、面向连接服务(connection-orientedservice)
两个端系统之间交换数据时,要先通过“握手过程”建立连接,然后才发送实际数据。
握手过程:
彼此发送“控制”分组,使双方做好接收后面数据分组的准备,即在两个端系统之间创建了连接(在端系统中分配缓存和状态变量)。
如图1-2的Web交互,前两个报文是握手报文,后继的两个报文(GET报文和响应报文)含有实际数据。
特性:
可靠的数据传送(reliabledatatransfer):
应用程序通过该连接可以无差错和按序地传递其所有数据。
·确认:
当一个端系统(B)收到来自另一个端系统(A)发送的分组时,要回发一个“确认”,使另一个端系统(A)知道相应的分组已被接收。
·重传:
如果发送端系统没有收到任何“确认”,认为发送的分组没有被接收方收到,重传该分组。
流控制(flowcontrol):
确保连接的任何一方都不会过快地发送过量的分组而造成分组丢失。
如果接收方跟不上发送方发送分组的速率,通过流控制迫使发送端系统降低发送速率。
拥塞控制(congestion-control):
防止因特网进入迟滞状态。
如,路由器拥塞:
其缓存出现溢出和分组丢失,若通信双方仍继续以快的速率向网络传送分组,迟滞就会持续,几乎不会有分组能传递到其目的地。
解决方法:
当网络拥塞时,降低向网络发送分组的速率。
说明:
有些面向连接服务可能只具备上述特性之一。
因特网面向连接服务称为传输控制协议TCP,提供的服务可同时包括三种特性。
具体应用程序:
Telnet(远程注册)、SMTP(电子邮件)、FTP(文件传输)和HTTP(Web)等。
2、无连接服务(connectionlessservice)
两个端系统之间交换数据时,不需要“握手过程”,可直接发送分组,数据传递更快。
特点:
不可靠:
源主机不能确定分组是否已经到达目的地。
无流控制或拥塞控制的功能。
因特网的无连接服务称为用户数据报协议UDP(UserDatagramProtocol)。
可用于简单的面向事务应用程序、多媒体应用程序(如因特网电话和视频会议)等。
1.3网络核心
网络“内部”,即互联了因特网端系统的路由器的网状网络。
如图1-4所示。
1.3.1电路交换和分组交换
·电路交换(circuitswitching):
端系统之间通信路径上所需要的资源(缓存,链路带宽)在通信会话期间被预留,发送方以恒定速率向接收方传送数据。
如,电话网络。
·分组交换(packetswitching):
资源不被预留,通信的报文按需使用资源,有可能要排队等待接入通信线路(同时有其它分组发送)。
如,因特网。
一、电路交换(circuitswitching)
1、工作原理:
通话双方必须先建立一个专用的连接(电路),一直维持,直到通话结束。
如图,电话网络。
通话过程:
拨号接通通信挂机
例,一个电路交换网络,如图1-5。
用4条链路互联4台交换机,每个链路有n条电路(即每条链路能够支持n条同步连接)。
两台主机通信过程:
·在两台主机(A、B)之间创建一条专用的端到端连接(end-to-endconnection),占用每条链路中的一条电路;
·该连接获得链路带宽的1/n,进行通信。
2、电路交换网络中的多路复用
多路复用:
在一条传输链路上同时建立多条连接,传输数据。
(1)频分多路复用FDM(frequency-divisionmultiplexing)
链路的频谱由跨越链路创建的连接所共享。
将链路的频谱划分若干频段,每个连接专用一个频段。
频段的宽度称为带宽bandwidth。
如,4kHz。
(2)时分多路复用TDM(time-divisionmultiplexing)
先将时间划分为固定区间的帧,每帧再划分为固定数量的时隙,每一个时隙专用于一个连接,用于传输数据。
例:
如图1-6,设链路支持4条电路。
·FDM:
将链路频率域划分4个波段,每个带宽是4kHz;
·TDM:
将时域分割为帧,每个帧中有4个时隙,每个电路专用其中一个时隙。
3、电路交换缺陷:
·静默期专用电路空闲,效率较低,网络资源被浪费;
·创建端到端电路和预留端到端带宽复杂。
例:
电路交换网络发送一个文件所需时间(主机A到主机B)。
设文件长640kb,链路采用时隙数为24的TDM,传输速率1.536Mb/s,主机之间创建一条端到端电路需500ms。
·每条电路的传输速率:
(1.536Mb/s)/24=64kb/s
·传输文件时间:
640kb/(64kb/s)=10s
·A到B的总发送时间:
10s+0.5s=10.5s
二、分组交换(packetswitching)
资源不被预留,通信的报文按需使用资源,有可能要排队等待接入通信线路(同时有其它分组发送)。
报文(message):
传输的信息。
包含协议需要的任何内容。
如,控制功能或数据。
1、工作原理:
·源主机将长报文划分为较小的数据块(分组packet);
·每个分组通过通信链路和分组交换机传送,直到目的主机。
·分组以链路的最大传输速率传输。
·分组交换机在传输过程中采用存储转发传输机制。
2、存储转发传输(store-and-forwardtransmission):
交换机先将整个分组接收下来(存储),再从输出链路转发传输出去(转发)。
·存储转发时延:
将一个分组转发到输出链路上所需时间。
若一个分组长Lbit,转发速率R,该时延是L/Rs。
·输出缓存(outputbuffer)或输出队列(outputqueue):
用于保存路由器中准备发往某个链路的分组。
每条相连的链路有一个。
·排队时延(queuedelay):
分组在输出缓存中等待转发的时间。
某条链路上要转发的分组多,在其输出缓存中等待。
时延是变化的,与网络中的拥塞有关。
·分组丢失(packetlost):
当缓存空间已满,后续到达的分组被丢弃。
例图1-7,一个简单的分组交换网络。
分别有两对主机通信:
AE、BE。
所有分组长度相同。
分组传输过程:
·主机A和B分别向第一个分组交换机发送分组;
·输出链路忙,在输出缓存中排队,等待转发。
例,两个主机通过一个分组交换网发送一个分组所需时间。
设两台主机之间有Q条链路,每条速率是Rbit/s,分组长Lbit,忽略排队时延和端到端传播时延。
·从源主机发出的分组传到第一段链路:
L/Rs;
·在余下Q-1段的链路上传输,要被存储转发Q-1次,总时延:
QL/Rs。
三、两者比较
1、分组交换端到端时延不确定,不适合实时服务;
2、分组交换带宽共享好;简单,有效,成本更低。
例,假定多个用户共享一条1Mbit/s链路,每个用户仅有10%的时间活动,以100kbit/s速率产生数据。
电路交换:
所有的时间内必须为每个用户预留整个100kbit/s。
若采用TDM,一个1秒的帧划分10个时隙,每个时隙100ms,每个用户每帧分配一个时隙。
该链路仅能支持10个同时上网的用户(1Mbps/l00kbps)。
分组交换:
一个特定用户活动的概率是0.1(10%),设有35个用户,其中上网活动用户数:
·>11个的概率大约是0.0004;分组的到达率总和超过该链路的输出容量,输出队列变长;
·<10个的概率是0.9996,此时到达的数据率总和小于或等于该链路的输出速率lMbit/s。
通过该链路的分组流基本上没有时延,与电路交换相同,而且用户数量是其的3倍。
3、电路交换预先分配传输链路,在用户空闲时,浪费链路时间。
4、分组交换按需分配链路,利用率高。
统计复用(statisticalmultiplexing):
按需共享资源。
发展趋势,广泛使用分组交换,电路交换电话网也向分组交换转变。
1.3.2分组交换网络
分组交换网络种类:
·数据报网络(datagramnetwork):
交换机根据主机目的地址转发分组。
如,因特网。
·虚电路网络(virtualcircuitnetwork):
根据虚电路号转发分组。
如,X.25、帧中继FR(framerelay)和异步传递方式ATM(asynchronoustransfermode)。
两者在建立路由和管理选路方面存在不同。
一、虚电路网络
虚电路VC(virtualcircuit):
是源和目的主机之间的一条虚连接。
涉及两个端系统和所经路径上的每一个分组交换机。
·在源和目的地之间创建一个VC,指派一个虚电路标识符VCID;
·任何分组首部带有VCID;
·每台分组交换机中都有一张VCID到出链路的映射表,通过VCID转发分组。
·交换机必须为正在进行的连接维护状态信息(stateinformation),增加、删除对应项,直到该连接释放。
二、数据报网络
·交换机根据主机目的地址转发分组:
分组首部包含目的地址,当交换机收到一个分组时,根据目的地址(或一部分)查其转发表,确定从哪个输出链路向相邻交换机转发;
·依此规则,直到目的地。
·交换机不需维护连接状态信息;
转发表:
地址和输出链路的映射,每台交换机都有一个。
三、网络分类
1、根据工作方式分
·虚电路网络:
根据分组的VC号转发,需要维护连接状态。
·数据报网络:
根据分组的地址转发,不需要维护连接状态。
2、网络其他分类
作用范围:
·广域网WAN(wideareanetwork):
范围通常为几十~几千公里。
也称为远程网。
·局域网LAN(localareanetwork):
范围较小,如1km左右,一幢楼房或一个单位。
一般将微机通过高速通信线路相连,速率高,一般在10Mb/s以上。
·城域网或市域网MAN(metropolitanareanetwork):
范围在广域网和局域网之间,例如一个城市。
传送速率比LAN高,距离约为5~50km。
网络拓扑:
网中结点相互连接的方式。
星形、环形、总线、树形、分布式等。
使用范围
·公用网(PublicNetwork):
面向大众,交费就可使用。
·专用网(PrivateNetwork):
只为本单位内使用。
1.4接入网和物理媒体
·接入网(networkaccess):
将端系统连接到其边缘路由器(edgerouter)的物理链路。
是用户住宅连接到网络的基础设施。
·边缘路由器:
端系统到任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器。
接入链路如图1-9显示。
1.4.1网络接入
分三种类型:
·住宅接入(residentialaccess):
将家庭端系统与网络相连。
·公司接入(companyaccess):
将商业或教育机构中的端系统与网络相连。
·无线接入(wirelessaccess):
将移动端系统与网络相连。
一、住宅接入
将家庭端系统(如PC)与边缘路由器相连接。
有三种方法:
1、通过拨号调制解调器(dial-upmodem)
将家庭端系统通过普通模拟电话线用拨号调制解调器与住宅ISP相连。
是一种常用、流行的形式。
调制解调器MODEM功能:
·调制:
将数字信号转换成模拟信号。
·解调:
将模拟信号转换成数字信号。
模拟信号:
用连续变化的电磁波表示数据,可以按照不同频率在链路上传输。
数字信号:
用一系列电压脉冲表示数据,可用正、负两种电平表示“1”、“0”。
接入要求:
·端系统方:
MODEM将PC输出的数字信号转换为模拟形式,以便在模拟电话线(双绞线)上传输。
·ISP方:
MODEM再将模拟信号转换回数字形式,作为ISP路由器输入。
网络接入是沿着一条点对点拨号电话线的一对调制解调器。
目前,调制解调器速率可达56kbit/s。
缺陷:
·用户有效速率低于56kbit/s:
双绞线质量低,下载时间长。
如,下载一首3分钟的MP3歌曲大约需要8分钟。
·不能同时上网和拨打普通电话。
2、新型宽带接入技术
为住宅用户提供更高的比特率;用户可以同时接入因特网和打电话。
两种常用类型:
(1)数字用户线DSL(digitalsubscriberline)
由电话公司或与独立ISP合作提供。
特点:
新型调制解调器技术:
与拨号调制解调器类似,采用双绞线。
高速率传输和接收数据:
限制用户和ISP调制解调器间距离。
下载速率超过上载速率:
·下载:
从ISP路由器到家庭,超过10Mbit/s;
·上载:
从家庭到ISP,超过1Mbit/s
实际速率低。
使用频分复用:
家庭和ISP间通信链路划分为3个不重叠频段:
高速下载信道、中速上载频道、普通的双向电话频道。
(2)混合光纤同轴电缆HFC(hybridfibercoaxialcable)
是传统广播电视电缆系统的改进。
传统方式:
电缆头端(headend)广播通过同轴电缆和放大器的分配网络传向住宅。
HFC结构:
采用同轴电缆和光纤混合接入方式,如图1-10。
·头端通过光缆连接到相邻域级的连接点(光纤节点),再使用传统的电缆到达各个家庭住宅。
·每个相邻域连接点支持500到500个家庭用户。
特点:
采用电缆调制解调器:
特殊的调制解调器,通过一个10Base-T以太网(Ethernet)端口与家庭PC连接。
划分为两个信道:
即下行信道和上行信道。
下行信道带宽大、传输速率更快。
共享广播媒体:
·头端发送的分组向下行经每段链路到每个家庭。
如果几个用户同时下载,实际接收速率下降。
少数用户访问Web网页,速率不受影响。
·每个家庭发送的分组经上行信道向头端传输。
几个用户同时发送分组将会冲突,需要相应多路访问协议协调。
(3)比较
·DSL在家庭和ISP之间建立了一条点对点连接,所有带宽专用非共享;
·HFC比DSL带宽更高;
·DSL和HFC可随时提供服务(服务总是在线alwayson):
用户开机后,一直与ISP连接,并能够同时拨打和接听普通电话。
·HFC美国流行,DSL欧洲和亚洲流行。
二、公司接入
利用局域
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 理工 计算机 考研 笔试 第一章