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1、计算机网络谢希仁前言1.1 “三网”指的是：电信网络、有线电视网络和计算机网络因特网发展的三个阶段：1、1969年美国国防部创建的第一个分组交换网ARPANET,1983年TCP/IP成为ARPANET上的标准协议，这也成为因特网诞生的标志，1990年ARPANET关闭。注：internet和Internet的区别2、三级结构的因特网：主干网、地区网、校园网（企业网）3、多层次ISP结构的因特网20世纪90年代欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网WWW1996年美国提出“下一代因特网计划”，即“NGI计划”1.2 因特网标准化工作：太早定标准容易过时而限制技术水平，太晚容易使技术无章可循，互
2、不兼容。标准参见RFC文档1.3 因特网的划分：边缘部分和核心部分通讯方式分为：C/S和P2P三种交换方式：电路交换（适合传送大量数据）、报文交换、分组交换（比报文交换时延小，更灵活）1.4计算机在我国的发展最早着手建设专用计算机广域网的是铁道部（1980年）。1989年我国第一个公用分组交换网CNPAC建成运行1994年我国用64kb/s专线正式接入因特网1994年9月CHINANET正式启动目前为止，我国9个全国范围的公用计算机网络：（1） CHINANET（2） CERNET（3） CSTNET（4） UNINET（5） CNCNET（6） CIETNET（7） CMNET（8） CGW
3、NET（9） CSNET此外还有NSFnet高速互联试验网1.5 计算机网络的分类：（1）广域网（2）城域网（3）局域网（4）个人区域网不同使用者的网络：公用网、专用网接入网（AN）1.6 计算机网络的性能（1） 速率（2） 带宽：原指频带宽度，现指能通过的“最高数据率”（3） 吞吐量（4） 时延： 发送时延：发送数据帧，从第一比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕 =数据帧长度/信道带宽，也叫传输时延 传播时延：信道长度/电磁波在信道上的传播速率 处理时延：主机或路由器处理分组花费的时间 排队时延：进入路由器之后先排队等待处理（5） 时延带宽积=传播时延*带宽（6） 往返时间RTT（7） 利
4、用率：信道利用率和网络利用率信道利用率是指某信道有百分之几的时间是被利用的，并非越高越好，因为利用率越高，时延越高，一般ISP控制不超过50%网络利用率是信道利用率的加权平均值1.7 计算机网络的非性能特征1、费用2、质量3、标准化4、可靠性5、可扩展性和可升级性6、易于管理和维护1.8 计算机网络体系结构1.8.1 计算机网络体系结构的形成协议的三要素（1） 语法：数据域控制信息的结构或格式（2） 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应（3） 同步：时间实现顺序的详细说明协议各层要完成的功能：1、 差错控制2、 流量控制3、 分段和重装4、 复用和分用5、 连接建立和释放O
5、SI七层结构：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层TCP/IP四层结构：应用层、传输层、网际层（解决不同网络的互联问题）、网络接口层折中的五层模型：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层第二章 物理层物理层是考虑怎样才能在传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。2.2 数据通信的基础知识基带信号经过调制传输调制分为两类：1、 基带调制：仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应，变换后信号仍然是基带信号。2、 带通调制：需要实用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输，经过载波调制后的信号成为带通信号。带通调制包括三种：1
6、、调幅（AM）：载波的振幅随基带数字信号而变化2、调频（FM）：载波的频率随基带数字信号而变化3、调相（PM）：载波的相位随基带数字信号而变化信道的极限容量限制码元传输速率的因素：1、 信道能够通过的频率范围2、 信噪比：S/N=10log10(S/N) (dB)香农公式：C=Wlog2(1+S/N) (b/s) W是信道带宽 C表示信道的极限传输速率2.3 传输媒体（1）导向传输媒体（2）非导向传输媒体放大器：用于放大模拟信号中继器：用于对数字信号进行整形双绞线屏蔽双绞线STP：多一层金属丝屏蔽层无屏蔽双绞线UTP同轴电缆光纤多模光纤：可以存在许多条不同角度入射角的光线在一条光纤中传输。单模
7、光纤：光纤的直径减少到只有一个光的波长，光一直向前传播，不会发生多次反射。通过T形头连接到计算机T形头：无源的和有源的无源T形头比较可靠，出问题不影响干路，整个光纤环路的长度受限有源T形头实际上是一个有源转发器，进入的光信号通过光电二极管变成电信号，再生放大后，再经过发光二级管LED变成光信号继续向前传送。现在纯光的信号再生器也已开始使用。架空明线（铜线或者铁线）非导向传输媒体无线电微波通信在数据通信中占重要地位微波不像短波可以通过电离层反射传回地面，而是穿透电离层进入宇宙，所以传播距离受限，所以有两种主要的方式：地面微波接力通信和卫星通信2.4 信道复用频分复用FDM时分复用（同步）TDM统
8、计时分复用STDM（异步）：TDM的基础上增加集中器（复用器）波分复用WDM就是光的频分复用码分复用CDMCDMA:码分多址码分复用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。在CDMA中，每一个比特时间再划分为m个短的间隔，成为码片2.5 数字传输系统1、脉冲调制PCM体制欧洲的30路PCM（简称E1，速率是2.048Mb/s）,北美的24路PCM（简称T1,速率是1.544Mb/s）3、 同步光纤网SONET和同步数字系列SDHPCM数字传输的主要缺点：（1） 速率标准不统一（2） 不是同步传输SONET的层次自下而上为：（1）光子层（2）段层（3）线路层（4）路径层上两
9、层是必须有的，下两层是可供选择的。2.6 宽带接入技术xDSL技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户进行改造，使它能够承载宽带业务。把04kHz低频谱留给传统电话使用，把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。DSL就是数字用户线（Digital Subscriber Line）的缩写，前缀x表示不同方案几种类型：1、 ADSL非对称数字用户线2、 HDSL高速数字用户线3、 SDSL：1对线的数字用户线4、 VDSL甚高速数字用户线ADSL在用户线的两端各安装了一个ADSL调制解调器，实现方案有很多种，我国目前采用的方案是离散多音调DMT调制技术，多音调指“多子信道”,把40kHz1.1M
10、Hz的高频谱划分为许多子信道，其中25个用于上行，249个用于下行，每个子信道占据4kHz带宽，并使用不同的载波进行数字调制。ADSL最大的好处就是可以利用现有的电话网中的用户线，不需要重新布线光纤同轴混合网（HFC）HFC网是在目前覆盖面很广的有线电视网CATV的基础上开发的一种居民宽带接入网。光纤结点，又叫光分配结点，在光纤结点光信号被转换成电信号，光纤结点以下就是同轴电缆。许多厂商愿意采用正交相移键控QPSK座位上行信道中的调制手段。FTTx技术FTTH光纤到户将使用时分复用的方式进行双向传输FTTB光纤到大楼FTTC光纤到路边第三章数据链路层3.1使用点对点信道的数据链路层数据链路层使
11、用的信道主要有两种类型：1、 点对点信道PPP协议网络适配器（拨号适配器、局域网适配器）2、 广播信道数据链路层三个基本问题：-封装成帧前后分别添加首部和尾部，构成一个帧。帧的数据部分的长度上限-最大传送单元MTU透明传输用字节填充或字符填充解决透明传输的问题差错控制广泛采用循环龙雨检验CRC传输差错可分为两大类：一类是最基本的比特差错，称为“无比特差错”；而另一类帧本身没有比特差错，却出现帧丢失、帧重复或帧失序，称为“无传输差错”。因此在CRC检测的基础上，增加帧编号、确认和重传机制。3.2 点对点协议PPPPPP协议不需要的功能：（1） 纠错，PPP协议是不可靠传输协议（2） 流量控制（3
12、） 序号（4） 多点线路（5） 半双工或单工链路PPP协议的组成：（1） 一个将IP数据包封装到串行链路的方法（2） 一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP（3） 一套网络控制协议NCP帧格式如下：PPP透明传输：1、 当PPP使用异步传输时，把转义符定义为0x7D，并使用字节填充来实现2、 当PPP协议用在SONET/SDH链路时，采用零比特填充方法来实现（因为边界符是，所以每五个1后面插入一个0）PPP协议已经不是纯粹的数据链路层协议，还包含了物理层和网络层的内容。3.3 使用广播信道的数据链路层局域网共享通信媒体资源技术：1、 静态划分信道：代价较高，不适合局域网使用2
13、、 动态媒体接入控制：（1） 随机接入：需要有协议解决碰撞（2） 受控接入：探询、轮询等以太网的两个标准（以太网是美国施乐公司的Palo Alto在75年研制成功的）（1）DIX Ethernet V2（2）IEEE802.3、 802.4令牌总线网、802.5令牌环网IEEE802委员会把局域网的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路LLC子层和媒体接入控制MAC子层；由于因特网发展很快而TCP/IP体系经常使用的局域网只剩下DIX Ethernet V2而不是IEEE802.3，LLC的作用已经消失，只剩下MAC协议而没有LLC协议。CSMA/CD协议（载波监听多点接入/碰撞检测）曼彻斯特编码：
14、把一个码元分成两个相等的间隔，码元1是前一个间隔为低电压而后一个间隔为高电压；码元0正好相反。“多点接入”说明这是总线型的网络。“载波监听”就是发送前先监听总线上是否有其他站发送数据。“碰撞检测”就是“边发送边监听”。争用期被规定为51.2us强化碰撞：除了停止发送外，再人为发送32bit或48bit的人为干扰信号CSMA/CD协议要点：3.4 使用广播信道的以太网10BASE-T的意义：10表示10M/s，BASE表示基带信号，T表示双绞线集线器工作在物理层以太网的MAC层MAC层的硬件地址48位，前24bit是想IEEE申请的公司标识符，后24bit是公司自行指派，EUI-48单播：发给单个站点广播：发给所有站点多播：发送给一部分站点混杂方式：窃听所有的帧，黑客常用这种方法获取口令，例如SnifferMAC帧的格式有两种标准：（1）DIX Ethernet V2标准（2）IEEE的802.3标准V2标准的帧格式：目的地址6个字节，源地址6个字节，类型2个字节，数据461500字节，FCS占4个字节IEEE802.3和以太网V2帧格式的区别：1、802.3规定MAC帧的第三个字段是长度/类型，当这个值大于0x0600（即1536）时表示类型，和V2没区别，小于0x0600时表示长度。2、当“长度/类型”字段小于0x060
