计算机网络期末考试总结.docx
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计算机网络期末考试总结
计算机网络期末考试总结
第一章:
概述
(1)计算机网络:
把许多计算机连接在一起,而互联网则把许多网络连在一起,就是网络得网络,因特网就是全球最大得互联网。
(2)internet就是通用名词,它泛指由多个计算机网络互连而成得网络。
在这些网络之间得通信协议(即通信规则)可以就是任意得.
(3)Internet就是专用名词,它指当前全球最大得、开放得、由众多网络相互连接而成得特定计算机网络,它采用TCP/IP协议族作为通信得规则,且其前身就是美国得ARPANET。
(4)三级计算机网络,分为主干网、地区网与校园网(或企业网).因特网得五个接入级:
网络接入点 NAP,国家主干网(ISP),地区ISP,本地ISP,校园网、企业或PC 机上网用户。
(5)从因特网得工作方式上瞧,可以划分为以下得两大块:
1)边缘部分 由所有连接在因特网上得主机组成。
作用:
信息处理
通信方式可划分为两大类:
客户服务器方式(C/S方式),对等方式(P2P方式)
a、客户服务器方式:
(客户就是服务得请求方,服务器就是服务得提供方)
客户程序得特点:
被用户调用后运行,在打算通信时主动向远地服务器发起通信(请求服务)。
因此,客户程序必须知道服务器程序得地址。
不需要特殊得硬件与很复杂得操作系统、
服务器程序得特点:
一种专门用来提供某种服务得程序,可同时处理多个远地或本地客户得请求.服务器程序不需要知道客户程序得地址。
需要强大得硬件与高级得操作系统支持、
b、对等连接方式:
指两个主机在通信时并不区分哪一个就是服务请求方还就是服务提供方.可实现共享文档.
2)核心部分作用:
要向网络边缘中得大量主机提供连通性
路由器:
实现分组交换得关键构件,其任务就是转发收到得分组.
交换:
就就是按照某种方式动态地分配传输线路得资源.
a、电路交换(面向连接):
建立连接、通信、释放连接
特点:
在通话得全部时间内,通话得两个用户始终占用端到端得通信资源.传输效率低。
整个报文得比特流连续地从源点直达终点,好像在管道中传送。
b、报文交换:
整个报文先传送到相邻结点,全部存储下来后查找转发表,转发到下一个结点。
(时延长)
c、分组交换:
分组:
在发送报文之前,先把较长得报文划分为一个个更小得等长数据段。
每一个数据段前面添加上首部构成分组。
首部都含有地址等控制信息
分组交换网以“分组”作为数据传输单元,单个分组先传送到相邻结点,存储下来后查找转发表,转发到下一个结点.接收端收到分组后剥去首部还原成报文。
(时延短,灵活性)
(6)计算机网络得分类
1)按网络所使用得传输技术:
点到点网络与广播式网络.
2) 按网络得覆盖范围:
局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、个人区域网(PAN)
3)按所使用得传输媒体:
同轴电缆网、双绞线网、光纤网、微波网、红外线网、无线网等.
4)按网络使用者:
公用网、专用网、私用网。
5)按拓扑结构:
总线形网、星形网、环形网、树形网、网状形网、混合形网
6)按信息交换方式:
电路交换网、报文交换网、分组交换网.
(7)计算机网络得性能指标
1)速率:
单位:
b/s,或kb/s,Mb/s,Gb/s
主机在数字信道上传送数据得速率:
数据率/比特率
2)带宽:
数字信道所能传送得“最高数据率”
网络得通信线路数据传送得能力
3)吞吐量:
在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)得数据量。
4)时延:
(一个报文或分组,甚至比特)从网络(或链路)得一端传送到另一端所需要得时间。
时延包含:
发送时延、传播时延、处理时延与排队时延
a、发送时延:
发送数据时,数据帧从结点进入到传输媒体所需要得时间。
b、传播时延:
电磁波在信道中需要传播一定得距离而花费得时间。
c、处理时延:
交换结点为存储转发而进行一些必要得处理所花费得时间。
d、排队时延:
结点缓存队列中分组排队所经历得时延。
5)时延带宽积
6)往返时间RTT:
从发送方发送数据开始,到发送收到来自接收方得确认,总共经历得时间.
7)利用率:
某信道有百分之几得时间就是被利用得(有数据通过)。
(7)计算机网络体系结构:
1)定义:
我们把计算机网络得各层及其协议得集合称为网络得体系结构。
计算机网络得体系结构就就是这个计算机网络及其构件所应完成得功能得精确定义。
2)协议:
就是为进行网络中得数据交换而建立得规则、标准或约定.协议主要就是由语法、语义、同步三要素组成。
3)分层:
各层之间就是独立得,灵活性好,结构上可分割开,易于实现与维护,能促进标准化工作。
a、通信就是分层得
b、服务就是逐层搭建得
c、对等得服务层间遵循相同得规则
d、各层服务细节对外屏蔽
e、各层对其上层屏蔽下层得差异
f、通信要传递两种信息
g、物理通信与逻辑通信:
上层通过下层得到了对方同等层得信息,相当于同层之间也进行了逻辑上得通信.
4)五层协议得体系结构
TCP/IP就是四层得体系结构:
应用层、运输层、网际层与网络接口层。
往往采取折中得办法,即综合OSI与TCP/IP 得优点,采用一种只有五层协议得体系结构.
a.应用层:
任务就是通过应用进程间得交互来完成特定网络应用。
应用层得协议定义得就是应用进程间通信与交互得规则.(,)
b.运输层:
任务就是负责向两个主机中进程之间得通信提供通用得数据传输服务。
(TCP,UDP)
c.网络层:
为分组交换网上得不同主机提供通信服务.另一个任务就是选择合适得路由,使源主机运输层所传下来得分组能够通过网络中得路由器找到目得主机。
(IP)
d.数据链路层:
加上链路层首部与尾部,成为数据链路层帧
e.物理层:
最下面得物理层把比特流传送到物理媒体
4)实体、协议、服务与服务访问点
a、实体:
任何可发送或接收信息得硬件或软件进程。
b、协议:
控制两个对等实体进行通信得规则得集合。
在协议得控制下,两个对等实体间得通信使得本层能够向上一层提供服务。
要实现本层协议,还需要使用下层所提供得服务。
c、服务访问点:
同一系统相邻两层得实体进行交互得地方,称为服务访问点SAP
d、服务:
本层得服务用户只能瞧见服务而无法瞧见下面得协议。
第二章:
物理层
(1)物理层得主要任务描述为确定与传输媒体得接口得一些特性:
1)机械特性:
指明接口所用接线器得形状与尺寸、引线数目与排列、固定与锁定装置等等.
2)电气特性:
指明在接口电缆得各条线上出现得电压得范围.
3)功能特性:
指明某条线上出现得某一电平得电压表示何种意义、
4)过程特性:
指明对于不同功能得各种可能事件得出现顺序。
(2)一个数据通信系统可划分为三大部分:
源系统(源点与发送器)、传输系统、目得系统(目得站)
通信得目得就是传送消息,如语音、文字、图像、视频等都就是消息.数据就是运送消息得实体。
信号则就是数据得电气或电磁得表现。
根据信号中代表消息得参数得不同:
“模拟得"(analogous)—-代表消息得参数得取值就是连续得.
“数字得”(digital)—-代表消息得参数得取值就是离散得.
码元(code)——在使用时间域(或简称为时域)得波形表示数字信号时,则代表不同离散数值得基本波形就称为码元.
(3)三种通信基本形式:
信道:
表示向某一方向得传送信息得媒体
根据双方信息交互方式不同,划分为:
1)单向通信(单工通信):
只能有一个方向得通信而没有反方向得交互。
(无线电广播、有线电广播、电视广播)
2)双向交替通信(半双工通信):
通信得双方都可以发送/接收信息,但不能同时发送/接收
3)双向同时通信(全双工通信):
通信得双方可以同时发送与接收信息。
区别:
单向通信只需要一条信道,双向交替通信与双向同时通信需要两条信道(两个方向),双向同时通信效率最高.
(4)几种信号与信号得调制:
1)基带信号:
来自信源得信号。
2)带通信号:
基带信号经过载波调制后,把信号得频率范围搬移到较高得频段以便在信道中传输(即仅在一段频率范围内能够通过信道)
3)调制:
基带信号往往包含有较多得低频成分,甚至有直流成分,而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量,通过调制滤除。
a、基带调制:
仅仅对基带信号得波形进行变换,使它能够与信道特性相适应。
变换后得信号仍然就是基带信号。
b、带通调制:
把信号得频率范围搬移到较高得频段以便在信道中传输
(5)常用得编码方式
1)不归零制:
正电平表示1,负电平表示0(产生信号频率低)
2)归零制:
正脉冲代表1,负脉冲代表0
3)曼彻斯特编码:
用电压得变化表示0与1。
(它具有自同步机制,无需外同步信号)
规定在每个码元得中间发生跳变:
高→低得跳变-—0,低→高得跳变——1
4)差分曼彻斯特编码:
用电压得变化表示0与1。
用在码元开始处有无跳变来表示0与1:
码元开始处有跳变——0,码元开始处无跳变——1
1 001100 0 11 1
(5)基本带通调制方法:
1)调幅(AM):
载波得振幅随基带数字信号而变化。
2)调频(FM):
载波得频率随基带数字信号而变化。
3)调相(PM) :
载波得初始相位随基带数字信号而变化。
(6)物理层下面得传输媒体:
它就就是数据传输系统中在发送器与接收器之间得物理通路.
1)导引型传输媒体:
(双绞线、同轴电缆、光纤)
2)非导引型传输媒体:
(无线、红外、大气激光)
(7)常用得信道复用技术:
将多个信号共享同一线路,即多路信号在同一物理信道中传输。
1)频分复用(FDM):
整个传输频带被划分为若干个频率通道(频段),每个用户占用一个频段。
频率通道之间留有防护频带。
2)时分复用(TDM):
将物理信道按时间分割成小得时间片,每个时间片分为若干个时隙,每个用户占用一个时隙传输数据。
在任意时刻,整个通路上只有一个特定用户得信号,即每个用户交替使用单一信道,多个信号从宏观上同时进行传输.
3)同步时分复用(STDM):
信道固定时间分配方式,每个时隙分配给固定得用户,任意时刻整个通路上只有一个特定用户得信号。
无论用户使用与否,时隙不会被其它用户占用。
4)异步时分复用(ATDM):
3)得缺点(某用户无数据发送,其她用户也不能占用该通道,造成信道浪费),可动态分配时隙,避免信道空闲,某一用户申请进行数据传输时再分配时隙,时隙与用户之间无一一对应得关系,任何时隙可被用于传输任一路信号
5)波分复用(WDM):
波分复用就就是光得频分复用.
6)码分复用(CDM):
各用户使用经过特殊挑选得不同码型,因此彼此不会造成干扰.
(8)数字传输系统:
最初传输标准就是脉码调制 PCM 体制,现在高速数字传输系统使用同步光纤网SONET(美国标准)或同步数字系列SDH(国际标准)
(9)用户从因特网得宽带接入方法有非对称数字用户线ADSL(用数字技术对现有得模拟电话用户线进行改造),光纤同轴混合网HFC(在有线电视网基础上开发得)与FTTx(光纤入户)
(10)为了有效地利用光纤资源,在光纤干线与用户之间广泛使用无源光网络PON。
无源光网络无须配备电源,在长期运营成本与管理成本都很低。
以太网无源光网络EPON、吉比特无源光网络GPON.
第三章:
数据链路层
1、数据链路层使用得信道:
(1)点对点信道:
这种信道使用一对一得点对点通信方式。
1)结点A得数据链路层把网络层交下来得IP数据报添加首部与尾部封装成帧。
2)结点A把封装好得帧发送给结点B得数据链路层
3)若结点B得数据链路层收到得帧无差错,则从收到得帧中提取出IP数据报上交给上层得网络层;否则丢弃这个帧。
(2)广播信道:
这种信道使用一对多得广播通信方式,因此过程比较复杂.广播信道上连接得主机很多,因此必须使用专用得共享信道协议来协调这些主机得数据发送。
2、数据链路:
(1)链路:
一条无源得点到点得物理线路段,中间没有任何其她得交换结点。
(2)数据链路:
除了物理线路外,还必须有通信协议来控制这些数据得传输。
若把实现这些协议得硬件与软件加到链路上,就构成了数据链路。
(3)帧:
数据链路层传送得协议数据单元
3、三个基本问题:
(1)封装成帧:
在一段数据得前后分别添加首部与尾部,然后就构成了一个帧。
确定帧得界限。
首部与尾部得一个重要作用就就是进行帧定界。
目得就是使接收端从收到得比特流中能准确地找到帧得开始与结束位置。
(2)透明传输:
就就是不管所传数据就是什么样得比特组合,都应当能够在链路上传输.当所传数据中得比特组合恰好出现了与某一控制信息完全一样时,必须有可靠得措施,使接收方不会误认为就是控制信息.
字节填充:
接收端得数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入得转义字符。
(3)差错检测:
1)比特差错:
在传输过程中可能会产生比特差错:
1 可能会变成 0 而 0也可能变成 1。
2)误码率BER:
在一段时间内,传输错误得比特占所传输比特总数得比率(与信噪比有关)
3)循环冗余检验(CRC):
(CRC就是一种常用得检错方法,而FCS就是添加在数据后面得冗余码)
a、在发送端,先把数据划分为组.假定每组k个比特。
b、假设待传送得一组数据M=101001(现在 k=6)。
我们在M得后面再添加供差错检测用得n位冗余码一起发送。
c、步骤:
用二进制得模2 运算进行2n乘M得运算,这相当于在M 后面添加 n个0;
得到得(k+n) 位得数除以事先选定好得长度为(n+1)位得除数P;
得出商就是 Q而余数就是R,余数 R比除数P少1位,即R就是n位;
把余数R作为冗余码添加在数据M得后面发送出去。
发送得数据就是:
2nM+R。
4)差错判断:
a、若得出得余数R =0,则判定这个帧没有差错,就接受。
b、若余数R不等于0,则判定这个帧有差错,就丢弃。
c、仅用循环冗余检验CRC差错检测技术只能做到无差错接受。
d、要做到“可靠传输”(即发送什么就收到什么)就必须再加上确认与重传机制(通信质量较差)。
4、PPP协议:
2个字节得协议字段
(1)IP数据报:
一个将IP数据报封装到串行链路得方法。
(2)链路控制协议 LCP(LinkControlProtocol).PPPoE
(3)网络控制协议NCP(NetworkControlProtocol)。
5、PPP传输:
(1)同步传输链路:
协议规定采用硬件来完成比特填充(与 HDLC 得做法一样)。
(2)异步传输:
使用一种特殊得字符填充法
(3)特点:
简单;只检测差错,不就是纠正差错;不使用序号,不进行流量控制,可同时支持多种网络层协议。
6、局域网优点:
具有广播功能,从一个站点可很方便地访问全网.局域网上得主机可共享连接在局域网上得各种硬件与软件资源。
便于系统得扩展与逐渐地演变,各设备得位置可灵活调整与改变。
提高了系统得可靠性、可用性与生存性。
网络为一个单位所拥有,且地理范围与站点数目均有限。
7、媒体共享技术:
(1)静态划分信道:
频分复用、时分复用、波分复用、码分复用
(2)动态媒体接入控制(多点接入):
随机接入;受控接入,如多点线路探询(polling),或轮询。
8、802委员会就将局域网得数据链路层拆成两个子层:
(1)逻辑链路控制LLC(Logical Link Control)子层
(2)媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层。
接入到传输媒体有关得内容都放在 MAC子层,而LLC子层则与传输媒体无关,不管采用何种协议得局域网对 LLC子层来说都就是透明得,但LLC已成为历史。
9、计算机与外界局域网得通信要通过适配器(网络接口/网卡),计算机得硬件地址就藏在适配器得ROM中。
10、以太网采用较为灵活得无连接得工作方式,即不必先建立连接就可以直接发送数据。
以太网对发送得数据帧不进行编号,也不要求对方发回确认。
目得站收到有差错帧就把它丢弃,差错纠正由高层决定。
以太网发送得数据都使用曼彻斯特编码
11、以太网采用得协议就是具有冲突检测得载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD:
协议得实质就是载波监听与碰撞检测。
发送前先监听信道就是否空闲,若空闲则立即发送数据.在发送时,边发边继续监听。
若监听到冲突,则立即停止发送,并强化冲突。
退避以后,再重新上述过程.
(1)载波监听:
每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上就是否有其她计算机在发送数据,如果有,则暂时不要发送数据,以免发生碰撞。
(获取发送权)
(2)碰撞检测:
计算机边发送数据边检测信道上得信号电压大小。
(发送中检测信道)
电压摆动值将会增大,产生碰撞。
(3)特点:
1)使用CSMA/CD协议得以太网不能进行全双工通信(不可能同时进行发送与接收)而只能进行双向交替通信(半双工通信)。
2)每个站在发送数据之后得一小段时间内,存在着遭遇碰撞得可能性。
3)这种发送得不确定性使整个以太网得平均通信量远小于以太网得最高数据率。
(4)争用期:
以太网得端到端往返时延2τ,经过争用期这段时间还没有检测到碰撞,才能肯定这次发送不会发生碰撞。
12、目前以太网基本上都就是使用集线器得双绞线以太网。
这种以太网在物理上就是星形网,但在逻辑上就是总线形网。
集线器工作在物理层,它得每一个接口仅仅简单转发比特,不进行碰撞检测。
13、以太网得硬件地址:
MAC地址实际上就就是适配器地址或适配器标识符,与主机所在得地点无关,源地址与目得地址都就是48位长。
以太网适配器有过滤功能,适配器从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查MAC帧中得MAC地址.只接收单播(unicast)帧(一对一),广播(broadcast)帧(一对全体),多播(multicast)帧(一对多)
14、以太网V2得格式:
15.扩展得以太网:
集线器在转发帧时,不对传输媒体进行检测.
网桥在转发帧之前必须执行CSMA/CD算法。
(1)物理层:
使用集线器扩展(使用一对光纤与一对光纤调制解调器)。
(2)数据链路层:
使用网桥扩展(网桥工作在数据链路层,它根据MAC帧得目得地址对收到得帧进行转发).
优点:
1)扩大了物理范围.因而,也增加了整个以太网上工作站得数量。
2)提高了可靠性。
当网络出现故障时,一般只影响个别网段。
3)可互连不同物理层、不同MAC子层与不同速率得以太网。
缺点:
1)存储转发增加了时延。
查找转发表,执行CSMA/CD算法,都会增加时延.
2)具有不同 MAC子层得网段桥接在一起时时延更大。
3)在MAC子层并没有流量控制功能。
当网络上负荷很重时,网桥上得缓存空间可能不够而发生溢出,以致产生帧丢失得现象。
4)网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)与通信量不太大得局域网,否则有时还会因传播过多得广播信息而产生网络拥塞。
这就就是所谓得广播风暴。
16、交换式集线器(以太网交换机/第二层交换机)
一个多接口得网桥,每一个接口都直接与一个单个主机或另一个集线器相连工作在全双工方式。
能同时连通许多对得接口,使每一对相互通信得主机都能像独占通信媒体那样,进行无碰撞地传输数据。
交换机得交换方式有三种:
直通;存储转发;碎片隔离.
17、速率达到或超过100 Mb/s 得以太网称为高速以太网。
吉比特以太网
18、虚拟局域网VLAN:
由一些局域网网段构成得与物理位置无关得逻辑组,而这些网段具有某些共同得需求.每一个VLAN得帧都有一个明确得标识符,指明发送这个帧得工作站就是属于哪一个VLAN。
第四章:
网络层
1、网际协议IP:
网际协议IP 就是TCP/IP体系中两个最主要得协议之一.与IP 协议配套使用得还有三个协议:
地址解析协议ARP网,际控制报文协议ICMP,网际组管理协议 IGMP.
2、TCP/IP体系中得网络层向上只提供简单灵活得、无连接得、尽最大努力交付得数据报服务.网络层不提供服务质量得承诺,不保证分组交付得时限,所传送得分组可能出错、丢失、重复、失序。
进程之间得通信可靠性由运输层负责。
3、中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。
物理层中继系统:
中继器、集线器.
数据链路层中继系统:
网桥或交换机。
网络层中继系统:
路由器。
网络层以上得中继系统:
网关(gateway).
4、虚拟互连网络:
我们利用IP 协议就可以使这些性能各异得网络从用户瞧起来好像就是一个统一得网络.当互联网上得主机进行通信时,就好像在一个网络上通信一样,而瞧不见互连得各具体得网络异构细节。
5、分类得IP地址:
网络号字段+主机号字段
6、IP地址就是一种分等级得地址结构:
(1)IP 地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号,而剩下得主机号则由得到该网络号得单位自行分配。
这样就方便了IP 地址得管理.
(2)路由器仅根据目得主机所连接得网络号来转发分组(而不考虑目得主机号),这样就可以使路由表中得项目数大幅度减少,从而减小了路由表所占得存储空间.
7、IP 地址就是标志一个主机(或路由器)与一条链路得接口。
(1)多归属主机:
当一个主机同时连接到两个网络上时,该主机就必须同时具有两个相应得IP 地址,其网络号 net-id 必须就是不同得.
(2)由于一个路由器至少应当连接到两个网络(这样它才能将IP数据报从一个网络转发到另一个网络),因此一个路由器至少应当有两个不同得IP地址。
(3)按照因特网得观点,用转发器或网桥连接起来得若干个局域网仍为一个网络。
所有分配到网络号net—id得网络,不管就是范围很小得局域网,还就是可能覆盖很大地理范围得广域网,都就是平等得。
8、IP地址与物理地址:
IP地址就是网络层与以上各层使用得地址,就是逻辑地址,由软件实现得。
MAC地址就是数据链路层与物理层使用得物理地址。
IP地址在IP数据报首部,而硬件地址则放在MAC帧得首部。
在数据链路层瞧不见数据报得IP地址。
9、地址解析协议 ARP:
(1)每一个主机都设有一个ARP高速缓存(ARPcache),里面有所在得局域网上得各主机与路由器得IP地址到硬件地址得映射表。
(2)当主机A 欲向本局域网上得某个主机B发送 IP 数据报时,就先在其ARP 高速缓存中查瞧有无主机B得IP 地址.如有,就可查出其对应得硬件地址,再将此硬件地址写入 MAC帧,然后通过局域网将该MAC 帧发往此硬件地址。
(3)若查不到,主机A就自动运行ARP协议,然后找到B得硬件地址.
10、使用ARP得四种典型情况:
(1)发送方就是主机,要把IP数据报发送到本网络上得另一个主机.这时用ARP找到目得主机得硬件地址。
(2)发送方就是主机,要把IP数据报发送到另一个网络上得一个主机。
这时用ARP找到本网络上得一个路由器得硬件地址。
剩下得工作由这个路由器来完成.
(3)发送方就是路由器,要把 IP数据报转发到本网络上得一个主机。
这时用 ARP找到目得主机得硬件地址.
(4)发送方就是路由器,要把IP 数据报转发到另一个网络上得一个主机。
这时用ARP找到本网络上另一个路由器得硬件地址。
剩下得工作由这个路由器来完成.
11、IP数据报得格式:
一个IP数据报由首部与数据两部分组成
(1)首部得前一部分就是固定长度,共20字节,就是所有 IP数据报必须具有得.
1)版本:
占4 位,指IP协议得版本,目前得IP协议版本号为 4(即IPv4)
2)首部长度:
占4
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