中南大学计算机网络复习资料

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1、 2016-2017 春季学期 计算机网络复习 -中南大学 赵家振 信安 1502 一、引言 一、一、 C/S 结构结构：客户服务器方式，提高服务器实际性能，输入输出工作由客户器来做，客户器把客户的请求搞清楚后向服务器申请服务。例：web 应用 P2P 模式：模式：对等方式（peer-to-peer） ，对等连接中的每一个主机既是客户，也是服务器。例：音乐共享，人-人通信 二、计算机网络二、计算机网络： （理解为个体（理解为个体，以个体为单位对外服务，以个体为单位对外服务） 凡地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，且以功能完善的网络软件实现网络资源共享的系统，

2、可称为计算机网络系统。 三、分布式系统： （理解为小组（理解为小组，以组为单位对外服务，以组为单位对外服务） 四四、计算机网络作用计算机网络作用 （一）资源共享：网上的资源，无论在哪，都可随时取用；具有高可靠性：任何资源都可有多个副本；节约经费：不必每台自主计算机上都配备所有的软件资源； （如企业网络，使用以太网） （二）访问远程信息，个人间通信，交互式娱乐（公众网络） 商业应用：资源共享，通信媒介，电子商务 家庭应用：嵌入式计算机和计算机网络，新闻报纸在线阅读，在线数字图书馆，即时消息，远程学习 电子商务：家庭购物，访问金融机构（电子支付） ，电子跳蚤市场 娱乐：音乐广播，电视节目，电影，玩

3、游戏 普适计算：有线安全系统（门窗的传感器，嵌入到智能家居监控的传感器） 计算机网络的分层计算机网络的分层 分层的意义分层的意义 为了减少网络协议设计的复杂性， 网络设计者并不是设计一个单一、 巨大的协议来为所有形式的通信规定完整的细节，而是采用把通信问题划分为许多个小问题，然后把通信问题划分为许多个小问题，然后为每个小问题设计一个单独的协议的方法为每个小问题设计一个单独的协议的方法。这样做使得每个协议的设计、分析、编码每个协议的设计、分析、编码和测试都比较容易和测试都比较容易。分层模型 （layering model）是一种用于开发网络协议的设计方法。本质上，分层模型描述了把通信问题分为几个

4、小问题（称为层次）的方法，每个小问题对应于一层。 各层之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的各层之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间的接口 （即界面） 所提供的服务。 由于每一层只实现一种相对独立的功能，因而可将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题。这样，整个问题的复杂程度就下降了。 灵活性好。 当任何一层发生变化时 （例如由于技术的变化） ， 只要层间接口关系保持不变， 则在这层以上或以下各层均不受影响。 此外， 对某一层提供的服务还可进行修改。当某层提供的服务不再需要时，甚至可以将这层取消。 结构上可分割

5、开。各层都可以采用最合适的技术来实现。 易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理，因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统。 能促进标准化工作。因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。 层次之间的关系层次之间的关系 上层调用下层接口，下层给上层提供服务 对等实体对等实体 位于不同子系统的对等层交互实体则称为对等实体 服务与协议服务与协议 服务是各层向它上层提供的一组原语。 服务定义了两层之间的接口， 上层是服务用户，下层是服务提供者。 协议是定义同层对等实体之间交换的帧、 分组和报文格式及意义的一组规则。 实体利用协议来实现它们的服务定义。 只

6、要不改变提供给用户的服务，实体可以任意地改变它们的协议。 n 层实体利用n1 层实体提供的服务并执行 n 层协议来完成对 n1 层提供服务。 五、计算机网络分类 1.按技术分：广播式网络（一般是小规模网络，广播、组播） ，点到点网络（一般是大规模网络，单播） 2.按规模分按规模分： 个域网（PAN，设备围绕一个人进行通信，例蓝牙） 局域网 （LAN， 覆盖范围小企业网络） ， 传输技术： 总线型 IEEE802.3 （以太网） CSMA/CD；IEEE802.5（IBM 令牌环） ；总线型 IEEE802.4（令牌总线） 城域网（有线电视网，私有城域网：连锁店网点） 广域网（范围大，点对点，与

7、互联网对比，采用技术相同）一部分由通信子网，一部分由资源子网（主机）组成 互联网（与广域网对比，采用不同的技术，异构） 3.按传输介质分：有线网，无线网 4.按计算机连接方式分 （拓扑结构） ： 总线 （有一根通信电缆， 所有机器都连上去，采用广播式） ，环形（所有机器连成一个环，每个机器都要帮忙传输信息，例令牌环） ，网状（任何两台机器都可以连起来，最复杂） ，星形（有一个中间交换节点，所有机器连在上面，由中间节点帮忙传输交换数据，如 ATM 网） 5.按使用范围分：专用网，公共网 层次协议体系结构 OSI 七层协议七层协议 物理层：关注在一条通信信道上传输原始比特。1，0 的表示 比特维持

8、时间 是否双向同时传输 连接建立 撤销 连接器多少引脚及其用途 物理传输介质 数据链路层： 将一个原始的传输设施转变成一条没有漏检传输错误的线路。 相邻节点间。数据帧 流量控制 信道共享 网络层：控制子网的运行 ，如何将数据包从源端路由到接收方。路由 拥塞控制 异构网络互联 传输层：真正的端到端的层，进程与进程之间传输 识别进程 会话层：对话控制（记录该由谁来发送数据） 令牌管理 （禁止双方同时执行同一关键操作） 同步功能（设置断点，崩溃恢复） 表示层： 传递消息的语法和语义 （不同内部数据表示法 编码方法 压缩 加密） 应用层：用户通常使用的各种各样的协议（HTTP， 。 。 ） TCP/I

9、P 协议协议 （1）主机至网络层（网络接口层） ：主机至网络层提供 IP 数据报的发送和接收。 （2）网络层：网络层提供计算机间的分组传输，负责高层数据的分组生成、底层数据报的分组组装、处理路由、流控、拥塞等问题。 （3）传输层：供应用程序间的通信，负责格式化信息流和提供可靠传输，使源端和目标端主机上的对等实体进行会话。 （4）应用层：提供常用的应用程序，包含高层协议。 五层协议五层协议： 物理层：规定如何在不同的介质上传输比特 数据链路层：如何在两台直接相连的计算机之间发送有限长度的信息 网络层： 主要处理如何把多条链路结合到网络中， 以及如何把网络与网络链接成互联网络，以便使我们可以在两个

10、相隔遥远的计算机之间发送数据包 传输层：增强了网络层的传递保证，具有更高的可靠性 应用层：包含了使用网络的应用程序 七、重要的 802 工作组 802.3 以太网 802.11 无线 LAN（WiFi） 802.15 个域网（蓝牙，Zigbee） 802.16 宽带无线（WiMAX） 二、物理层 一、基本概念 信道传输速率就是数据在传输介质(信道)上的传输速率. 存在信道容量限制的原因： 香农定理， 当通过信道的信号速率超过香农定理的信道容量时，误码率显著提高，信息质量严重下降。 区分数据传输速率和信号传播速率 调制（modulation）就是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适合于信

11、道传输的形式的过程，就是使载波随信号而改变的技术。一般来说，信号源的信息（也称为信源） 含有直流分量和频率较低的频率分量， 称为基带信号。 基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。 这个信号叫做已调信号， 而基带信号叫做调制信号。 调制是通过改变高频载波即消息的载体信号的幅度、 相位或者频率， 使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（也称为信宿）处理和理解的过程。 正弦载波幅度随调制信号而变化的调制，简称调幅（AM） 。数字幅度调制也叫作幅度键控（ASK） 。调幅的技术和

12、设备比较简单，频谱较窄，但抗干扰性能差，广泛应用于长中短波广播、小型无线电话、电报等电子设备中。 正弦载波的瞬时频率随调制信号的瞬时值而变化的调制，简称调频（FM） 。数字频率调制也称移频键控（FSK） 。宽带调频具有较强的抗干扰性能 正弦载波的瞬时相位随调制信号而变化的调制，简称调相（PM） 。数字调相也称移相键控（PSK） 。 在相移键控（PSK）中，数据是通过载波信号的相移来表示的。相比于最简单的二进制相移键控（Binary Phase-Shift Keying, BPSK） ，若让一个信号元素代表多个比特，就能更有效地利用带宽。一种常用的编码技术使用的相位偏移值为/2（90）的倍数，而

13、不像 BPSK 中只允许存在 180的相位偏移， 这种技术称为正交相移键控 （QPSK） 。在数字信号的调制方式中 QPSK 是最常用的一种卫星数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。 频率调制、相位调制和幅度调制，性能各有千秋。由于频率、相位调制对噪声抑制更好，因此成为当今大多数通讯设备的首选方案。 星座图（constellation diagram）有助于定义信号元素的振幅和相位，尤其当我们使用两个载波(一个同相，而另一个正交)时。当处理多电平 ASK,PSK 或 QAM(见下一个节)时，星座图很有用。在星座图中，一个信号元素用一个点表示。它携带的

14、位或者位组合一般写在它的旁边。 星座图有两根轴。水平 X 轴与同相载波相关，垂直 Y 轴与正交载波相关。图中每个点，可以包含 4 条信息。点在 X 轴的投影定义了同相成分的峰值振幅，点在 Y 轴的投影定义了正交成分的峰值振幅。 点到原点的连线(向量)长度是该信号元素的峰值振幅(X 成分和 Y 成分的组合)，连线和 X 轴之间的角度是信号元素的相位。所有需要的信息都可以从星座图中轻易得到。 具体地说，64QAM，符号有 64 个，等于 2 的 6 次方，因此每个符号需要 6 个二进制来代表才够用。这 64 个符号就落在单位圆内，根据幅度和相位的不同 落的地方也不同。从其中一个点跳到另一个点，就意

15、味着相位调制和幅度调制同时完成了。 ” （一）波特率 调制速率， 指信号被调制以后在单位时间内的波特数， 即单位时间内载波参数变化的次数, 通信线路(或系统)单位时间(每秒)内传输的码元(脉冲)个数；或者表示信号调制过程中，单位时间内调制信号波形的变换次数。 以“波特每秒” （BPS）为单位，是对信号传输速率的一种度量 （二）比特率 数字信号的传输速率，通信线路(或系统)单位时间(每秒)内传输的字符个数；或者单位时间(每秒)内传输的码组(字块)数或比特数。 用单位时间内传输的二进制代码的有效位（bit）数来表示（bps） 比特率(信息速率)Rb 与波特率(码元速率)RB 的关系式为 Rb=RB

16、log2M M 为离散等级，例：两相调制(单个调制状态对应 1 个二进制位)的比特率等于波特率；四相调制(单个调制状态对应 2 个二进制位)的比特率为波特率的两倍 数据传输速率（带宽） ：高速公路上能跑多少辆车（高速公路好不好） 信号传播速率：高速公路上的车能跑多快（一般是光速的 2/3=2*108） 信道：物理媒体上的通道 1.处理无噪声信道的尼奎斯特极限： If 信道带宽为 B，信号包含了 V 个离散等级，则： 最大数据速率最大数据速率=（比特（比特/秒）秒） 2.处理有噪声信道的香农极限： If 信道带宽为 B，信噪比为 S/N 的有噪声信道，则： 最大最大数据速率（比特率）数据速率（比特率）=（ + /） 值得注意的是，信噪比(dB)=10log10/，即如果信噪比=30dB,则 S/N=1000 模拟传输优点：信号占用的频谱较窄，信道利用率高。缺点：噪音干扰，长距离传输需要加信号放大器，这样噪音也被放大了。 数字传输优点：误码率低