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1、计算机网络第一章 绪论网络是指“三网” ，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。 互联网是“网络的网络”(network of networks)。 连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。 从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：(1) 边缘部分 由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。(2) 核心部分 由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：客
2、户服务器方式（C/S 方式）即 Client/Server 方式对等方式（P2P 方式）即 Peer-to-Peer 方式 客户软件的特点：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的地址。不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统服务器软件的特点:系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。对等连接(peer-to-peer，简写为 P2P)是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P 软件） ，它们就可以
3、进行平等的、对等连接通信。 路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件.电路交换的特点:电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段：建立连接，通信，释放连接。计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。分组交换的主要特点:在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。 每一个数据段前面添加上首部构成分组，在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。路由器处理分组的过程是：1 把收到的分组先放入缓存（暂时存储） ；2 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；3 把分组送到适当的端口转发出去 。 优点高效、动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
4、 灵活、以分组为传送单位和查找路由。迅速、不必先建立连接就能向其他主机发送分组。可靠、保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。问题 分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。 不同作用范围的网络(网络接入类型 )广域网 WAN 局域网 LAN 城域网 MAN 个人区域网 PAN从网络的使用者进行分类公用网 (public network) 专用网 (private network) 计算机网络的性能指标:1 速率，速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最
5、重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或 kb/s, Mb/s, Gb/s 等，速率往往是指额定速率或标称速率。 2 带宽，本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等） 。现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是 “比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 3 吞吐量，表示在单位时间内 通过某个网络（或信道、接口）的数据量。4 时延，1 发送时延=数据块长度/信道带宽 ，2 传播时延=信号长度/传播速率3 处理时延 4 排队时延。5 时延带宽积，链路的时延带宽积又称为以 比特为单位的链路长度 。 6 利用率，信道利用率和网络利用率 D=D0/(1-U)
6、 D 为当前时延，D0 喂空闲时延，U 为网络利用率7.什么是码元?什么是码元长度? 在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字。这样的时间间隔内的信号称为二进制码元,而这个间隔被称为码元长度。波特和比特的区别?波特是码元传输的踵率单位,说明每秒传多少个码元。码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。比恃是信息量的单位,与码元的传输速率波特 是两个完全不同的概念。网络协议三要素语法，数据与控制信息的结构或格式 。 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。 同步，事件实现顺序的详细说明。分层的好处各层之间是独立的，灵活性好，结构上可分割开，易于实现和维护，能
7、促进标准化工作。 计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。 应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer) 实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 在协议的控制下，两个对等实体间的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的服务。 同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP
8、(Service Access Point)。第二章 物理层物理层的特性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 。 单向通信（单工通信）双向交替通信（半双工通信）双向同时通信（全双工通信） 基带信号（即基本频带信号） 来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。带通信号 把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道
9、中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道） 。 最基本的二元制调制方法有以下几种：1 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) ：载波的初始相位随基带数字信号而变化。 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。信道的极限信息传输速率 C 可表达为 C = W log2(1+S/N) b/s W 为信道的带宽（以 Hz 为单位） ；S 为信道内所传信号的平均功率；N 为信道内部的高斯噪声功率。 导向传输媒体1 双绞线,2 屏蔽双绞线 STP 无屏蔽双绞线 UT
10、P 3 同轴电缆 50 同轴电缆 75 4 非传输媒体光缆 信道复用频分复用、时分复用和统计时分复用第三章数据链路层数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：1 点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信方式。2 广播信道。这种信道使用一对多的广播通信方式数据链路层传输数据时的三个基本问题 (1) 封装成帧(framing)在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。 (2) 透明传输(3) 差错控制 点对点协议 PPP现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)。点对点协议(Point to Point Protoco
11、l)的缩写为 PPP,是 TCP/IP 网络协议包的一个成员。PPP 是 TCP/IP 的扩展,它增加了两个额外的功能组:(1)它可以通过串行接口传输 TCP/IP 包;(2)它可以安全登录。数据传输的可靠性是通过数据链路层和网络层的点对点和传输层的端对端保证的。点对点是基于 MAC 地址或者 IP 地址，是指一个设备发数据给另外一个设备，这些设备是指直连设备包括网卡，路由器，交换机。端对端是网络连接，应用程序之间的远程通信。端对端不需要知道底层是如何传输的，是一条逻辑链路。端对端，主要服务于 Application Layer,是说两台主机（终端） ，跨过网络直接连接点对点，是说两台主机（终
12、端）在局域网中传输。虚拟局域网 虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。这些网段具有某些共同的需求。虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。 四、网络层中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。物理层中继系统：转发器(repeater)。数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。网络层中继系统：路由器(router) 。网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。网络层以上的中继系统：网关(gateway)。 所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用
13、 IP 协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。IP 地址 := , , 网际控制报文协议 ICMP为了提高 IP 数据报交付成功的机会，在网际层使用了网际控制报文协议ICMP 允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。ICMP 不是高层协议，而是 IP 层的协议。ICMP 报文作为 IP 层数据报的数据，加上数据报的首部，组成 IP 数据报发送出去。 ICMP 差错报告报文共有 5 种1 终点不可达 2 源点抑制(Source quench) 3 时间超过 4 参数问题 5 改变路由（重定向）(Redirect) PING 用来测试两个主机之间的连通性。P
14、ING 使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文。PING 是应用层直接使用网络层 ICMP 的例子，它没有通过运输层的 TCP 或 UDP。 因特网中的两大类路由选择协议：内部网关协议 IGP (Interior Gateway Protocol)其具体的协议有多种，如 RIP 和 OSPF 协议：RIP 协议的三个要点：1 仅和相邻路由器交换信息。 2 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。 3 按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。OSPF：Open Shortest Path First 开放最短路径优先外部网关协议 EGP (External Gat
15、eway Protocol) 若源站和目的站处在不同的自治系统中， BGP-4。BGP：Border Gateway Protocol 边界网关协议1 BGP 是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议。2 边界网关协议 BGP 只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由（不能兜圈子） ，而并非要寻找一条最佳路由。地址解析协议 ARP 和逆地址解析协议 RARP1、ARP每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧
16、发往此硬件地址。 ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。如果不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。2、 RARP逆地址解析协议 RARP 使只知道自己硬件地址的主机能够知道其 IP 地址。这种主机往往是无盘工作站。 因此 RARP 协议目前已很少使用。IP 多播的一些特点(1) 多播使用组地址 (2) 永久组地址 (3) 动态的组成员 (4) 使用硬件进行多播全球地址 全球唯一的 IP 地址，必须向因特网的管理机构申请。 10.0.0.0 到 10.255.255.255172.16.0.0 到 172.31.255.255192.168.0.0 到 192.168
